Chương 3,4 DA thiết kế MBA dầu BKDN

a/ Dây quấn hình ống trụ quấn từ dây dẫn tiết diện hìnhchữ nhật một lớp dể làm đầu dây ra, rồi quấn theo lớp từ trên xuống, hết lớp thứ nhất đến lớp thứ hai nếu là dây quấn hai lớp, như

Chương 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP 3-1 Những yêu cầu cơ bản đối với dây quấn

1 Yêu cầu trong vận hành.

Trong vận hành dây quấn phải thoả mãn các yêu cầu sau:

-/ Đảm bảo độ bền điệnDây quấn của máy biến áp phải tính toán và thiết kếđể có thể chịu được các quá điện áp

-/ Đảm bảo độ bền cơ

Kết cấu của dây quấn phải cứng vững để chống được cáclực điện động xuất hiện khi có ngắn mạch

-/ Đảm bảo độ bền nhiệt

Cần giảm độ tăng nhiệt của dây quấn đến mức thấpnhất, song khi bị quá tải trong thời gian ngắn vẫn có thể chịuđựng được

2 Yêu cầu về chế tạo.

Dây quấn phải có kết cấu đơn giản, tốn ít vật liệu và nhâncông chế tạo, giá thành hạ nhưng đồng thời phải thoả mãnđược các yêu cầu vận hành ở trên

Quá trình thiết kế dây quấn được tiến hành qua 3 bước:

- Chọn kiểu dây quấn

- Tính toán, sắp xếp và bố trí dây quấn

- Tính toán các tham số của dây quấn

3-2 Kết cấu chi tiết của dây quấn.

1 Vòng dây.

Chi tiết tối thiểu của dây quấn là vòng dây, trong vòng dâyquấn có thể quấn đơn hình 3-1a,c; quấn kép hình 3-1d; quấnchập nhiều sợi hình 3-1b, đ, e

Chiều quấn dây quy ước chiều thuận là ngược chiều kimđồng hồ và chiều trái là cùng chiều kim đồng hồ

2 Lớp dây.

Nhiều vòng quấn

trên một mặt trụ gọi là

3-3 Vật liệu chế

tạo dây quấn.

Dây quấn m.b.a baogồm 2 phần chính: dẫn

điện và cách điện Ngoài ra

còn có các bộ phận phụ

khác như vòng điện dung,

vòng chắn điện dung Dây

dẫn dùng làm dây quấn

m.b.a thường dùng dây đồng

nguyên chất (đồng đỏ M1),

có thể làm bằng dây nhôm

Dây nhôm có nhược điểm dẫn điện kém, nhưng có ưu điểm lànhẹ, rẻ, dễ kiếm Về tính công nghệ dây nhôm có độ bền cơthấp, khó hàn, khó xử lý các mối ghép đồng nhôm

1 ; 3-2a và 3-2b

2/ Vật liệu cách điện dùng trong máy biến áp.

Giấy cáp cách điện Chế tạo từ xenlulô có ký hiệu K-8,K-12, K-17 Tức giấy dày 0,08 ; 0,12 và 0,17 mm

Vải sơn cách điện là loại vải được tẩm sơn cách điện,dùng để băng cố định dây quấn hoặc bằng các mối hàn

Giấy cacton cách điện Dùng để cách điện giữa các lớpdây (dùng cacton mỏng) và cách điện giữa các bánh dây (dùngcactonh dày)

Bakêlít và ghentinac dạng tấm, thanh và ống để làm cácchi tiết cách điện như nêm, đệm cách điện, đĩa đỡ dây quấn

Gỗ: Chủ yếu dùng gỗ thông đã được xử lý cách điện,dùng làm giá đở các đầu dây ra, đệm cuộn dây, giá đở mạchtừ

Dầu biến áp và sứ các đầu ra

Hình 3.2

3-4 Phân loại, kết cấu và phạm vi sử dụng.

Các tính chất cơ bản và giới hạn sử dụng của các kiểu dâyquấn được tóm tắt trong bảng 3 - 3

1 Dây quấn hình ống trụ.

a/ Dây quấn hình ống trụ quấn từ dây dẫn tiết diện hìnhchữ nhật một lớp

dể làm đầu dây ra,

rồi quấn theo lớp từ

trên xuống, hết lớp

thứ nhất đến lớp

thứ hai (nếu là dây

quấn hai lớp), như

hình 3-4a và 3-4b Loại

dây quấn này có thể

quấn từ một sợi đơn

hoặc từ nhiều sợi

chập song song Đặc

biệt của dây quấn

hình trụ là các vòng

dây được quấn sít

vào nhau

Cách điện giữa

các vòng là cách điện

của bản thân dây quấn

còn cách điện giữa

các lớp có đặt các

thanh bakelít để tạo

kênh dầu dọc trụ Để hai đầu dây quấn bằng các tấm cáctonnày ngoài tác dụng san bằng chổ khuyết của cuộn dây còn cótác dụng giữ cho đầu dây không bị bung ra hình 3-5 Khi quấn xong

ta tiến hành cắt đủ phần dây ra và uốn đầu dây cho vuông gốcrồi băng đại cho chặt Dùng băng vải buộc chặt dây quấn theochiều dọc trục rồi tháo nó ra khỏi máy quấn

Hình 3.4a Hình 3.4b

Dây quấn hình trụ từ dây chữ nhật có thể quấn theo chiềudẹt hoặc chiều nghiêng hình 3-6a và 3-6b Tuy nhiên thường đượcquấn theo chiều dẹt, vì quấn theo chiều nghiêng sợi dây dễ bịlệch theo chiều trục hình 3-6c Điều này không cho phép vì nó sẽ

làm hỏng cách điện của dây dẫn, cách điện lớp và làm cho bềmặt ngoài của mỗi lớp không phẳng, làm tăng kích thước hướngkính của dây quấn

Chiều cao hướng kính của tất cả các sợi chập phải bằngnhau hình 3-7

Dây quấn hình trụ một lớp, quấn từ dây dẫn tiết diện hìnhchữ nhật hình 3-4a, có ưu điểm chế tạo đơn giản, nhưng nhượcđiểm là độ cứng vững không cao Phạm vi sử dụng: làm dâyquấn hạ áp của các máy biến áp có ; S' = 3 - 10KVA; UCA = 3, 6,10KV

Dây quấn hình trụ 2 lớp, quấn từ dây dẫn tiết diện chữnhật được mô tả 3-4b Loại này có kết cấu cứng vững hơn loại

1 lớp tuy nhiên chế tạo khó khăn hơn Nó được dùng làm dâyquấn hạ áp của các m.b.a có S' = 25 - 70 KVA và điện áp cao áp

Các bước thực hiện dây quấn này cũng như các loại dâyquấn khác Sau khi đã uốn và ghìm đầu dây ra, ta đặt vòng vòngđệm cách điện đầu và tiến hành quấn từ trên xuống dưới.

Vòng đệm cách điện đầu có chiều dày bằng đường kínhcủa dây dẫn có tác dụng cách điện, san bằng đầu cuộn dây vàgiữ vòng dây ngoài cùng Sau khi quấn xong một lớp đặt vòngcách điện cuối, bọc cách điện lớp và tiến hành quấn lớp thứhai từ dưới lên hình 3-9

Dây quấn này được dùng làm dây quấn cao áp cho các m.b.acó dung lượng S đến 750 KVA, điện áp phía cao áp U = 3;6;10 va 35Kv

-/ Dây quấn hình trụ tiết diện tròn quấn nhiều lớp phânđoạn hình 3-10

Theo kiểu này dọc theo chiều cao ta phân dây quấn thành 2hoặc một số bánh dây, như vậy giữa các bánh dây sẽ có mộtkhoảng trống, nên điện áp giữa các lớp giảm xuống do đó cáchđiện giữa các lớp dây giảm xuống Ngoài ra các không gian trốngđồng thời là các kênh dầu hướng kính, nên khả năng làm mát củadây quấn này tốt hơn Nhược điểm các dây quấn nỳ là kết cấuphức tạp

Dây quấn này được dùng làm dây quấn cao áp cho các m.b.acó dung lượng đến 1000 KVA điện áp U = 3; 6; 10 và 35 Kv

Hình 3.8 Dây quấn hình trụ nhiều lớp từ dây dẫn

tròn quấn liên tục

Hình 3.9 Cách điện lớp và cách điện phần đầu cuối dây quấn

Các đầu dây điều chỉnh điện áp của loại dây quấn hình trụnhiều lớp từ dây dẫn trong thường được bố trí ở các lớp ngoài.Phương pháp lấy đầu dây điều chỉnh điện áp được mô tả nhưhình 3-11.

2 Dây quấn hình xoắn

Dây quấn hình xoắn có 2 loại là: Dây quấn hình xoắn mạchđơn hình 3-12 và dây quấn

hình xoắn mạch kép hình

3-13

Với loại dây quấn hình

xoắn mạch đơn, để cho

các sợi chập sau khi quấn

xong có chiều dài bằng

nhau và có vị trí tương đối

trong từ trường như nhau

Nghĩa là loại trừ dòng

điện cân bằng chạy trong

các sợi chập ta phải thực

hiện hoán vị dây quấn

theo chiều cao của dây

quấn hình 3-14 Các bước

thực hiện dây quấn hình

xoắn mạch đơn được

thực hiện như sau :

Hình 3-12 Hình 13

3-+/ Kéo các đầu dây từ các rulô dây qua bộ phận giữ và ghépchúng lại với nhau để tạo thành đầu dây ra của cuộn dây Kẹpđầu dây ra thật chặt vào khuôn.

+/ Cho máy chạy để quấn vòng đầu Quấn xong vòng đầuthì dồn tấm căn vào để tạo cách điện giữ các vòng và kênhdầu ngang

+/ Tiếp tục quấn vòng thứ hai và các vòng tiếp theo chođến chổ hoàn vị lần thứ nhất Đánh dấu tâm hoán vị lần đầunày, dùng kẹp giữ chặt vòng dây lại và chia các sợi dây thànhhai nhóm, đặt chúng qua hai vùng tâm hoán vị và tiến hành hoán

vị chúng như hình 3-14 Từ hình vẽ ta thấy rằng ở vùng thứ

nhất phần dây phía ngoài được uốn như đoạn dây chuyển raphía ngoài Sau đó cả gai phần được nhập vào với nhau để tiếptục quấn các vòng tiếp theo cho đến chỗ hoán vị toàn bộ nữadây quấn Khi uốn các sợi dây của mỗi phần người ta dùng dụngcụ để uốn từng sợi một, uốn xong dùng băng vải quấn lại chỗuốn Như vậy chiều dài chỗ hoán vị sẽ tăng gấp đôi hình 3-15

+/ Đến chổ hoán vị toàn bộ, tiến hành hoán vị và quấntiếp Kết cấu các vị trí hoán vị được xử lý giống nhau

Các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn đối xứng với nhauqua đường trục của tâm hoán vị Bước cuối cùng là kiểm tra lạitoàn bộ các chi tiết cách điện như băng đai, các tấm đệm lót

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép

việc chế tạo hoàn toàn tương tự như dây

quấn hình xoắn mạch đơn Điển khác nhau ở

đây là mỗi mạch dây quấn được tạo thành

do những cuộn dây đặt trên giá đở thuộc

tầng trên của tầng dưới của mỗi hàng

Dây quấn hình xoắn mạch kép khi quấn

khuôn quay được một vòng ta được một vòng

dây nhưng có hai nhánh song song Đến chỗ

hoán vị sau khi uốn những đoạn chuyển tiếp

và bọc cách điện, người ta chuyển sợi dây

trên của mạch I sang phía trên của mạch II và

sợi dây dưới của mạch II sang phía dưới của mạch I Tiếp tụcđến chổ chuyển đổi tiếp theo lại làm như trước hình 3-16

Nhờ có hai mạch chạy song song nên chổ hoán vị không cầnphải tránh nhau, do đó việc hoán vị không làm tăng chiều cao củadây quấn, hình 3-17

Sau khi quấn xong phải kiểm tra lại cách

điện giữa các sợi chập trong từng nhánh

Dây quấn xoắn mạch đơn và mạch kép có

ưu điểm kết cấu chắc chắn làm việc tin cậy,

tuy nhiên việc chế tạo tương đối phức tạp

Loại dây quấn này thường dùng cho các m.b.a

có:

S' = 750 - 60.000KVA và UCA đến 15Kv

3 Dây quấn xoắn ốc liên tục.

Kết cấu của kiểu dây quấn này được mô

tả trên hình 3-18

Hình 3-16Hình 3-17

Hình 18

3-Dây quấn này gồm nhiều bánh dây, mỗi bánh dây có nhiềuvòng và được quấn từ một sới dây đơn hoạc nhiều sới dây chậpsong song Khi quấn xong bánh này thì chuyển qua bánh khác liêntục nhờ một kiểu hoán vị đặc biệt.

Tùy theo công suất và điện áp dây quấn xoắn ốc liên tục mà

ta sẽ tính số lượng bánh dây, số vòng dây trong một bánh, tiếtdiện và cách điện của sợi dây, số sợi chập (tiết diện của vòngdây), số rảnh dầu hướng kính giữa các bánh dây, số tấm cáchđiện giữa các rãnh dầu, vị trí phân bố của các bánh dây điềuchỉnh đường kính trong và đường kính ngoài

Dây quấn xoắn ốc liên tục là loại dây quấn có nhiều bánhdây quấn liên tiếp từ một hoặc nhiều sợi dây chập lại Hướngdây quấn vuông gốc với trụ (quấn vòng sau đè lên vòng trước).Các bánh dây được kẹp và ngắn cách với nhau nhờ các tấm căn(tấm đệm cách điện) hình 3-18

Nếu yêu cầu tất cả các đầu dây chuyển tiếp từ bánh nàysang bánh khác nằm ở phía ngoài của bánh dây thì số bánh dâyphải là số chẳn

Dây quấn xoắn ốc liên tục có thể quấn bằng nhiều cáchkhác nhau theo sơ đồ thuận hoặc nghịch, như mô tả ở hình 3-19.Hình 3-18

a) dây quấn xoắn ốc liên tục chỉ quấn bằng một sợi dây đơn.

Ta xét trường hợp đơn giảm là dây quấn có số vòng dâynguyên, số sợi chập bằng I, dây đã bọc cách điện, các đầu dây

ra nằm phía ngoài, quấn theo sơ đồ hình 3-19-1, chiều quấn trái,trình tự quấn được thực hiện như sau :

- Găm đầu dây ra vào khuôn, sau khi đã cho qua bộ phận nắn,ép Cho máy quấn chạy theo chiều kim đồng hồ

Hình 19

3 Quấn sơ bộ bằng máy (không cấn kéo căng) cuộn thứnhất cho đủ số vòng theo thiết kế, sau đó gạt các tấm cách củamột kênh dầu vào.

- Dìm dây dẫn xuống cho sát mặt khuôn, quấn tiếp bánh thứhai, dìm dây dẫn xuống sát mặt khuôn, cố định tạm và khuôn

- Quấn lại bối thứ nhất bằng tay, bằng cách dìm chổchuyển tiếp từ bánh thứ nhất sang bánh thứ hai xuống mặtkhuôn và bắt đầu quấn, từ đó các vòng dây của bánh thứ nhấtđược tải dần và quấn lại Như vậy đầu trong sẽ ra ngoài vàđầu ngoài sẽ vào trong Dồn cả hai bánh dây vừa quấn vào sátthành khuôn Chổ chuyển tiếp giữa hai bánh 1 và 2 bây giờ sẽnắm sát vào mặt khuôn

- Gạt tấm căn vào sát bánh thứ 2 và bắt đầu quấn bánhthứ 3 Lúc này chỗ chuyển tiếp đang bị chéo từ đỉnh của bánhthứ 2 xuống đáng của bánh thứ 3 Gạt tấm căn vào sát bánhthứ 3, dìm dây xuống sát

khuôn

- Quấn tiếp bánh thứ 4,

dìm dây xuống sát mặt khuôn

và cố định tạm vào khuôn

- Quấn lại bánh thứ 3

như đã quấn với bánh thứ

nhất (quấn bằng tay)

Như vậy tất cả các bánh

lẻ đều phải quấn bằng tay

Nếu số vòng dây của tất

cả các bánh là số nguyên thì

chỗ chuyển tiếp sẽ nắm trên

một đường thẳng dọc hình

3-20a

Nếu số vòng dây của các bánh không phải là số nguyên thìchỗ chuyển tiếp giữa các bánh dây không trùng nhau và cáchnhau một tấm căn hình 3-20b

Nếu muốn đầu dây ra nằm ở phía trong thì các bánh dâychẳn phải quấn lại bằng tay

b) Dây quấn xoắn ốc liên tục được quấn từ nhiều sợi dây chập.

Nguyên tắc quấn không khác so với loại sợi đơn, có 2 đặcđiểm cần lưu ý

Hình 3-20

- Khi chuyển từ bánh nọ sang bánh kia chỗ chuyển tiếpđược phân ra, một sợi chuyển tiếp trên một khoảng tấmcăn khác nhau

- Số chuyển tiếp bằng số sợi chập hình 3-21

3.5 Tính toán dây quấn máy biến áp.

Việc tính toán dây quấn phải xuất phát từ mật độdòng điện trung bình, chọn sơ bộ theo bảng 3-4

I Tính dây quấn hạ áp.

Số vòng dây 1 pha của dây quấn hạ áp xác định theo biểuthức 1.3

W1 =

T T

f B f

U

 44 , 4

10 4

BT =

T

v f

u

 44 , 4

10 4

- Kích thước chiều cao hướng

trục của một vòng dây (Cm)

(3-5)

Hìn

h 3-

Tiết diện ngang

của một vòng dây

bảng 3-2a và 3-2b xác

định được dây dẫn

làm dây quấn

nnv a a ' bb'

(3-7)Trong đó nvl là số sợi chập ; a và b là kích thước dài và ngangcủa tiết diện một sợi dây trần a' và b' là kích thước dài vàngang của tiết diện một sợi dây có cách điện

- Tiết diện toàn phần của một vòng dây (mm2)

Trong đó '1l là tiết diện của sợi chập thứ i

- Kích thước hướng trục (chiều cao) của một vòng dâynhư hình 3-22

- Mật độ dòng điện của dây quấn hạ áp (A/mm2)

 = I1 / 1 (3-9)

- Chiều cao của dây quấn hạ áp (Cm)

l1 = hvh (W1l + 1) + (0,5 - 1,5) (3-10)

- Kích thước hướng kính của dây quấn như hình 3-23

+ Với dây quấn một lớp a1 = a'

+ Với dây quấn 2 lớp a1 = 2.a' + aâ

Khi U1 < 1Kv thì aâ  0,4 Cm hoặc tra theo bảng

Nếu kích thước a  1/2 kích thước rộng thì có thể thaythế nêm cách điện cứng a11 bằng 2 lớp bìa cácton cách điện dày0,5mm hay a11 = 1mm

- Đường kính trong của dây quấn hạ áp (Cm)

- Đường kính ngoài của dây quấn hạ áp (Cm)

Hình 3-22 Hình 3-23

- Bề mặt toả nhiệt toàn phần củadây quấn một lớp và 2 lớp không có kênh

dầu giữa 2 lớp

01 = c.k..(D'1 + D”1).l.10-4

(3-14)Trong đó : c là số trụ; k là hệ số khi

tính đến phần bị che khuất bề mặt do cách

điện, k = 0,75

- Mật độ dòng nhiệt (W/m2)

q1 = pcb1 kf / 01

(3-15)

2 Tính toán dây quấn hình xoắn

Việc chọn dây quấn hình xoắn một

mạch hay hai mạch phụ thuộc vào chiều cao

của một vòng dây, (Cm)

Đối với dây quấn hình xoắn một mạch

nvl =

'

' xb

a axb

Mật độ dòng điện A/mm2

= I /  (3-13)

Hình 24

3-Kích thước hướng trục của dây và kích thước hướng kínhcủa dây quấn đối với dây quấn một mạch vòng và hai mạchvòng được mô tả trên hình 3-25

Chiều cao của dây quấn l1, Cm

+/ Với dây quấn một mạch, hình 3-25a, có ba chyển vị

l1 = b' (w1 + 4) + k.hk (w1 + 3) (3-14)+/ Với dây quấn một mạch vòng, có kênh dầu phần bố giữa

2 vòng kép hình 3-25b, có ba chuyển vị

(3-Đường kính ngoài của

dây quấn, Cm

D1" = D'1 + 2a1 (3-19)

II Tính dây quấn cao áp

- Số vòng dây ứng với điện áp định mức

W2đm = W1

f

f U

Wdc = . 3

v u

- Khi máy có 2 nấc điều chỉnh U = 50% U2đm

+ Số vòng dây nấc trên W2 = W2đm + Wđc

+ Số vòng dây nấc giữa W2 = W2đm

+ Số vòng dây nấc dưới W2 = W2đm - Wđc

- Khi máy có 4 nấc điều chỉnh U = 2,5% U2đm

+ Số vòng dây của 2 nấc trên W2 = W2đm + 2 Wđc ; W2 =

W2đm - 2.Wđc

+ Số vòng dây của nấc giữa W2 = W2đm

+ Số vòng dây của 2 nấc dưới W2 = W2đm - Wđc ; W2 = W2đm

Với II'2 là tiết diện của 1 sợi chập

- Mật độ dòng thực của dây quấn cao áp