Thiết kế máy biến áp 3 pha

Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kỹ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới ra đời, cung cấp cho các nhà máy điện, Khi điện đã được sản xuất ra thì phải triền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng, khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ.

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rấtquan trọng trong hệ thống điện MBAĐL ngâm dầu là loại máy đợc sửdụng rất phổ biến hiện nay do những u điểm vợt trội của loại máy này có đ-

ợc Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng dợc sử dụng rộng rãi hơn vàkhông ngừng đợc cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của ngời sử dụng đợctốt nhất

Phần I: Tổng quan về máy biến áp 1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đờngdây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơitiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần đợc giải quyết là việctruyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo đợc cácchỉ tiêu kĩ thuật

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Nh ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đờng dây, nếu điện

áp đợc tăng cao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ giảm xuống, nh vậy

có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lợng và chi phí dây dẫn sẽgiảm xuống, đồng thời tổn hao năng lợng trên đờng dây cũng sẽ giảmxuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệmkim loại mầu trên đờng dây ngời ta phải dùng điện áp cao,dẫn điện bằngcác đờng dây cao thế, thờng là 35,110,220 và 500 KV Trên thực tế, cácmáy phát điện thờng không phát ra những điện áp nh vậy vì lí do an toàn,

mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện

áp đầu đờng dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thờng chỉ sử dụng điện ápthấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trớc khi sử dung điệnnăng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng

để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đờng dây dẫn và những thiết

bị giảm điện áp trớc khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA).Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối côngsuất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thờng phảiqua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp nh vậy Do đó tổng công suất củacác MBA trong hệ thống điện lực thờng gấp ba, bốn lần công suất củatrạm phát điện Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA

điện lực hay MBA công suất Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm

vụ truyền tải hoặc phân phối năng lợng chứ không chuyển hóa năng lợng.Ngày nay khuynh hớng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chếtạo những MBA có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệumới chế tạo để giảm trọng lợng và kích thớc máy

Nớc ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứngtrong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nớcnhà Hiện nay chúng ta đã sản xuất đợc những MBA có dung lợng63000KVA với điện áp 110KV

1.2 Định nghĩa máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trênnguyên lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở

điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, vớitần số không thay đổi Kí hiệu một MBA đơn giản nh hình 1.2

Máy phát điện

Máy biến áp tăng áp

Đ ờng dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

2

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Hình 1.2 Kí hiệu MBA

Đầu vào của MBA đợc nối với nguồn điện ,đợc gọi là sơ cấp (SC).Đầu

ra của MBA đợc nối với tải gọi là thứ cấp (TC)

Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp Các đại lợng và thông số của đầu sơ cấp

+ U1 : Điện áp sơ cấp + I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp + P1 : Công suất sơ cấp

+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp Các đại lợng và thông số của đầu thứ cấp

+ U2 : Điện áp thứ cấp + I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp + P2 : Công suất thứ cấp

+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp

là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây Đơn vị của điện áp ghi trênnhãn máy thờng là KV

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

pha dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với MBA 3 pha dòng điện

1.4 Công dụng của MBA

MBA đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau nh + Trong các thiết bị lò nung có MBA lò

+ Trong hàn điện có MBA hàn

+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất

+ Trong lĩnh vực đo lờng (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…))+ Máy biến áp thử nghiêm

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực đợc sử dụng trong hệ thống điện

Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng , dùng để truyền tải và phân phối điện năng ,vì các nhà máy điện công suất lớn th-ờng ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ…)) vì thế cần phải xây dựng các hệ thống truyền tải điện năng

Điện áp do nhà máy phát ra thờng là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đờng dây phải giảm dòng điện chạy trên đờng dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đờng dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110

KV ;220KV ;500 KV v v.và ở cuối đờng dây cần đặt MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thờng là 127V đến 500V và các động cơcông suất lớn thờng là 3 đến 6KV

1.5 Cấu tạo của máy biến áp

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và Dây quấn Ngoài ra còn có các bộ phận khác nh vỏ máy và hệ thống làm mát

1.5.1 Lõi sắt máy biến áp

Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, đợc chế tạo từnhững vật liệu dẫn từ tốt nh thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh

đợc sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ định h-ớng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cờng độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉtăng đợc từ 1,3 đến 1,45T từ đó giảm đợc tổn hao trong máy, dẫn đến giảm

đợc trọng lợng kích thớc máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành

có đắt hơn, nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng máy nên ngời ta tính rằng những MBA đợc chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh

tế hơn MBA đợc làm bằng tôn cán nóng

Hiện nay ở các nớc, tất cả các MBA điện lực đều đợc thiết kế bởi tôn các lạnh, (nh các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…)v v)Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G)

Trụ là nơi để đặt dây quấn

a.Lõi sắt kiểu trụ:

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thờng bố trí đứng, tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này(Hình 1.3)

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

b.Lõi sắt kiểu bọc:

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dới dây quấn

mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt nh bọc lấy dây quấn, trụ thờng

để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có u điểm

là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm đợc chiều dài của dây dẫn từ dâyquấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dâyquấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trêndây quấn đều hơn nhng kiểu lõi sắt này có nhợc điểm là chế tạo phức tạp cảlõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích thớc khác nhaukhi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trờng hợp dây quấn quấnthành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấnkhông đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thờng đợc sử dụng chế tạocho các MBA lò điện (Hình 1.4)

c.Lõi sắt kiểu trụ – bọc bọc ( Hình 1.5):

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc Kiểu này haydùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn100000KVA /1 pha)và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sanghai bên

Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc bọc thì hai trụ sắt phíangoài cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõisắt đợc ghép từ những lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơncách điện trên bề mặt

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha; b Ba pha;

6Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ – bọc bọc

1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấnHình 1.4 Kết cấu mạch từ kiểu bọc

a Một pha ; b Ba pha ;

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phơng pháp ghép trụ vàgông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghépxen kẽ

*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó đợc đem

nối với nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a) kiểu ghép này ghép

đơn giản nhng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng

điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít đợc sử dụng

*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lợt đặt xen kẽ

( hình 1.6b) sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt Muốn lồng dây vào thì dởhết phần gông trên ra, cho dây quấn đã đợc quấn trên ống bakelit lồng vàotrụ, trụ đợc nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện ( gỗ,bakelit)sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và ép gông lại

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng khi ghép các láthép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thểcắt vát góc lá thép kĩ thuật điện nh (hình 1.6.c.d.e)

Do dây quấn thờng quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắtthờng làm thành hình bậc thang gần tròn

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiếtdiện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ

T Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực ngời ta hay dùng tiết diệngông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha

a Ghép nối; b Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c Ghép xen kẽ mối nốinghiêng 4 góc;

d Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e ghép xen kẽ hỗn hợp

1.5.2 Dây quấn máy biến áp.

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lợngvào và truyền năng lợng ra Kim loại làm dây quấn thờng bằng đồng, cũng

TRờng đại học công nghiệp hà nội đồ án môn

Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôikhi còn có cuộn trung áp (TA)

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , ngời ta chia ra hai loại dâyquấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn

CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc

việc rút đầu dây điều chỉnh

từng bánh có chiều cao thấp và

quấn xen kẽ, do đó giảm đợc lực

dọc trục khi ngắn mạch Dây quấn

xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang

nên tản nhiệt tốt nhng về mặt cơ

thi kém vững chắc so với dây

quấn đồng âm Dây quấn kiểu này

có nhiều mối hàn giữa các bánh

dây

Hình 1.7 Dây quấn xen kẽ

Tùy theo dung lợng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau Loạithùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thờng dùng cho các MBA dung lợng từ30KVA trở xuống.

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, ngời ta dùng loại thùng dầu có ống hayloại thùng có bộ tản nhiệt

Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt

ở những MBA có dung lợng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt cóthêm quạt gió để tăng cờng làm nguội MBA

ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu đợc bơm qua một hệ thống ốngnớc để tăng cờng làm nguội máy

b Nắp thùng:

Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọngnh: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ thống rơle

bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn

CA

 Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn

ra với vỏ máy Điện áp càng cao thì kích thớc và trọng lợng sứ ra cànglớn

 Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắpthùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trongthùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định Đần trongthùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do ống chỉ mức dầu đặtbên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong

 ống bảo hiểm: Làm bằng thép thờng là trụ nghiêng, một đầu nối vớithùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suấtdầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầuthoát ra lối đó tránh h hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủytinh quay về phía ít ngời qua lại hay những vị trí ít nguy hiểm nhất

1.6 Nguyên lý làm việc của MBA

Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ và sử dụng từthông biến thiên của lõi thép sinh ra

Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về

điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11)

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơ cấp cóW1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây đợc quấn trên lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng

điện i1 Trong lõi thép và sinh ra từ thông  móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp vàthứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽsinh ra dòng điện i2 đa ra tải với điện áp là u2

Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nósinh ra cũng là một hàm số hình sin

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U2E2 do đó

k có thể coi nh tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp

1.7 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo MBA điện lực:

MBA điện lực đợc chế tạo với tính năng đợc qui định theo tiêu chuẩn nhà nớc

nh sau

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui dịnh

+Điều kiện làm việc của MBA Độ cao không quá 100m so với mực nớc biển,nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20o C đến -40o C Trongtrờng hợp này biến áp đợc làm nguội bằng nớc thì nhiệt độ nớc đầu vào không vợtquá 25o C

+ Về dòng công suất: Các giá trị u tiên của công suất định mức đối với MBAcông suất đến 10MVA đợc chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25; 63; 100; 160; 250;400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300;1 0.000 KVA Nếu là MBA một pha thìcông suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm

+ Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220; 500kV.Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong MBA 3pha nh sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha và đợc

đánh dấu bằng các chũ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z cho các cộn dâyhạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nói với Y(y) hoặc Z (z) đợc đa ra ngoài thìvực đánh dấu phải là YN (yn) hoặc ZN(zn) cho các phía CA và HA [2]

Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến các cuộn dây khác nhau của một MBA đều

đợc ghi theo thứ tự giảm dần của điện áp định mức

Sự lệch pha của cuộn dây 3 pha giữa điện áp dây thứ cấp MBA 3 pha so với

điện áp dây so cấp thờng đợc chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ , trong đó vectơ

điẹn áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tợng trng cho kim phút Vectơ điện

áp thứ cấp sẽ lệh pha tơng ứng ở các vị trí lần lợt chỉ các giờ trong đó só 12 có thểcoi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn)

1.8 Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ:

Để đảm bảo về tính toán hợp lý tốn it thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lợttiến hành theo trình tự nh sau:

1 Xác định các đại l ợng cơ bản:

 Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn

 Xác định điện áp thử của các dây quấn

 Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thớc chủ yếu  theo đại số

io, Po,  m, Pn đã cho

 Xác định đờng kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ lõi sắt

3 Tính toán dây quấn CA và HA

 Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch

5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy MBA

 Xác định kích thớc cụ thể của lõi sắt

 Xác định tổn hao không tải

 Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA

 Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

 Tính toán nhiệt MBA

 Tính tóan gần đúng trọng lợng và thể tích bộ giãn dầu

Phần II: Thiết kế

Chơng 1: Tính toán kích thớc chủ yếu của máy biến áp.

Chơng 2: Thiết kế mạch từ.

Chơng 3: Tính toán dây quấn.

Chơng 4: Tính toán tham số không tải.

Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 160KVA

Các số liệu ban đầu:

Dung lợng S = 160KVA

Dòng điện không tải: i%= 1.7%

Đặc điểm : Máy đợc làm mát bằng dầu tuần hoàn tự nhiên

Máy đặt ngoài trời Máy 3 pha 3 trụ

Dây quấn bằng đồng(Cu)

Chơng 1:

Tính toán các kích thớc chủ yếu của máy biến áp

BàI 1: Xác định các đại lợng điện cơ bản của MBA.

Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta phải xác định các

đại lợng điện cơ bản sau đây

Tất cả các công thức trong đồ án đều lấy trong tài liệu ( thiết kế máy biến áp của thầy Phan Tử Thụ – bọc tài liệu 1 )

S= 160 KVA: công suất định mức máy biến áp

m=3 :số pha t=3 : số trụ tác dụng của m.b.a 3pha

2

S

1

Vì dây quấn nối Y/Y nên dòng điện pha định mức là :

- Phía CA nối Y: Nên ta có If1=I1=0,420 (A)

- Phía HA nối Y: Nên ta có If2=I2=230,940 (A)

5 Điện áp pha định mức

- Phía cao áp nối Y: Uf1=

3

CA U

=

3

=

3

4 , 0

=0,231(KV)

6

Điện áp thử các dây quấn.(tra bảng 2 trang 185 [Tài liệu 1])

Đối với máy biến áp dầu theo cấp điện áp của dây quấn ta tra điện ỏp thửtương ứng :

- Dây quấn CA: Ut1=325(KV)

- Dây quấn HA: Ut2=5(KV)

7 Các thành phần đện áp ngắn mạch

- Thành phần tác dụng của điện áp ngán mạch

Unr%=

dm S

10

Để đỏp ứng yờu cầu thiết kế và đơn giản khi tớnh toỏn ta chọn mỏy biến ỏp 3pha ,

2 dõy quấn kiờu trụ phẳng , dõy quấn đồng tõm

10 Chiều rộng của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA.( ar)

(tra bảng 19 theo điện áp thử và công suất S = 160 (KVA)

* a1 : là chiều dầy dây quấn hạ áp

* a2 : là chiều dầy dây quấn cao áp

* k = 0,5 : là hệ số tra bảng 12 theo điện áp và công suất

* S’=53,333(KVA): dung lợng trên mỗi trụ

=> ar = 0,9 + 0,014 = 0,914 (cm)

11 Hệ số qui đổi từ tr ờng tản: KR=0,95

Chơng 2:Thiết kế mạch từ

12 Chọn tôn silic.

Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA Do đókhi thiết kế cần phải đảm bảo làm sao cho thỏa mãn những yêu cầu nh, tổn hao sắtchính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lợng tôn silic sử dụng làm sao cho ítnhất và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắnnhiều bộ phận khác nh: Dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắncả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa Hơn thế nữalõi sắt còn có thể chịu đợc ứng lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn

Để các yêu cầu đối với mạch từ nh trên đợc thoả mãn thị việc chọn loại tônsiclic nh thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic baonhiêu là đợc Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thì lá tôn sẽ bịgiòn, độ đàn hồi kém đi

ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có u điểm vợt trội về khảnăng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trísắp xếp các tinh thể gần nh không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hớng, do đó suấttổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thờigian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cờng độ từ cảm trong lõi thép lên tới (1,6-

>1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4->1,45)T Từ đó giảm đợc tổn hao trongmáy, giảm đợc trọng lợng kích thớc máy, đặc biệt là rút bớt đợc đáng kể chiều caocủa MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh cóhơi cao nhng do việc giảm đợc tổn hao và trọng lợng nên ngời ta tính rằng vẫn kinh

tế hơn những loại MBA đợc chế tạo bởi tôn cán nóng

13 Cắt lá thép

Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn từ không

đẳng hớng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mối nốivuông góc nh tôn cán nóng đợc vì nh vậy góc ghép nối 0 khá lớn làm tăng tổnhao sắt (hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn nh(hình 2.2) khi đó góc   0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b)

Huóng cán

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụa.Mối nối thẳng b.Mối nối chéo.

Hình 2.2 Lá tôn cắt vát

Khi cắt tôn xong ta sẽ phải xử lí cho tốt bavia, và ta phải ủ lại những lá tônvừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định h ớng ban đầu.Các lá thép kĩ thuật điện sau đó đợc sơn phủ cách điện mặt ngoài trớc khi ghépchúng lại với nhau

14 Tính chọn sơ bộ mạch từ.

* Do xu thế hiện nay trong việc chế tạo m.b.a ngời ta đều dùng tôn cán lạnh

có chất lợng cao của các nớc phát triển sản xuất nên ở đây ta chọn tôn cán lạnh của Nga sản xuất , mã hiệu 3405 có chiều dầy 0,30 mm

* Trị số tự cảm trong trụ m.b.a ( Bt ) theo bảng 11 , với mã hiệu tôn 3405 , công suất m.b.a dầu S= 400 KVA , chọn Bt =1,6 ( T)

Hệ số tăng cờng tiết diện gông ( kg )

kg =

G

T T

T

= 1.015 tra bảng 6 theo công suất

* Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hớng đối với tôn cán lạnh

ta dùng lõi thép với cách ghép xen kẽ có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi , còn mối nối giữa dùng mối ghép thẳng phơng pháp này vừa đơn giản vừa kết cấu vững chắc nên đợc dùng phổ biến

* theo bảng 4 ta chọn số bậc thang trong trụ là 6 đối với các tấm tôn có tấm sắt

ép , ép trụ bằng nêm với dây quấn , tiết diện trụ không có rãnh dầu , hệ số chêm kín

kc = 0,93

* đờng kính trụ khoảng 18cm

*chọn số bậc thang của gông nhỏ hơn số bậc thang của trụ một bậc là 5

* theo bảng 10 , ta chọn hệ số lấp đầy k đ =0,97 : đối với lá tôn dầy

0,30 mm , mã hiệu 3405 phủ sơn cách điện chịu nhiệt

*Nh vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là: Kl=Kc.Kđ=0,93.0.97=0.902

Hình vẽ tiết diện trụ với số bậc thang trong trụ là 7

15 Từ cảm trong của gông

BG=

G

T K

B

=1,1015,6 =1,576(T)

KG: Hệ số tăng cờng gông(Tra bảng 6 trang 187 [1])

16 Suất tổn hao trong trụ và gông

Theo bảng 45 trang 216 [ TL1] : Suất tổn hao trong trụ và gông

18 Khoảng cách cách điện chính tra bảng 18,19 TL1:

C: Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạch nhau

d: Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ d12: Đờng kính trung bình giữa 2 dây quấn

a1: Bề dày cuộn HA

a2: Bề dày cuộn CA

l: Chiều cao dây quấn

δ12 =5 mm : ống cách điện giữa cao áp và hạ áp

δ22 = 3 mm: ống cách điện giữa các pha

l02 = 50 mm: cao áp với gông

lđ1 = 40 mm: phần đầu thừa các ống cách điện HA

l01 = 15( mm): khoảng cách từ dây quấn đến gông

a01 = 20( mm) :Khoảng cách cách điện điện giữa trụ và dây

quấn HA

a12 = 0,9( cm) :Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và CA

a22 = 20( mm) : Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA

19 Các hằng số tính toán ( a,b )

Tra bảng 12,13 trang 191 [1] ta đợc a=1,36 ; b=0,4

Đối với dây quấn đồng công suất 400KVA , tổn hao ngắn mạch theo tiêu

chuẩn , và cấp điện áp cac áp 22 KV

20.Hệ số Kf=0,95 (Tra bảng 15 trang 191 [TL1])

21Chọn hệ số tối u 

Chọn phơng án tối u là phơng pháp xác định hệ số hính dáng β hợp lý nhất trong các phơng án đặt ra khi trị số β thờng biến thiên trong phạm vi rất rộng từ 1,0 – bọc 3,6 ; β là ttị số dùng để chỉ quan hệ giữa đờng kính trung bình của các dây quấn

d12 và chiều cao l của dây quấn đợc gọi là tỉ số kích thớc cơ bản của máy biến áp cũng là ( quan hệ chiều rộng và chiều cao của máy )

ởng đến kích thớc mà còn ảnh hởng đến vật liệu tác dụng chế tạo m.b.a , đến các vật liệu khác và dẫn đến ảnh hởng đến giá thành của nó

Về mặt kỹ thuật : Thị hệ số β ảnh hởng trực tiếp đến các tham số kỹ thuật của m.b.a nh tổn hao và dòng không tải , độ bền cơ , sự phát nóng của dây quấn ví dụ khi β tăng thì đờng kính d12 sẽ lớn lên , dẫn đến trọng lợng sắt tăng , do đó tổn hao sắt tăng , dong điện không tải cũng tăng muốn giữ cho tổng tổn hao không đổi khi

β tăng thì trọng lợng đồng phải giảm xuống , nhng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng

địên và lực cơ giới tác dụng lên dây quấn lại tăng lên

Vì thế mà việc chọn hệ số β sao cho m.b.a thiết kế ra có những đặc điểm tối u , kinh tế nhất , mặt khác vẫn đảm bảo đợc những tham số kỹ thuật nh tổn hao ngắn mạch pn , không tải p0 , dòng không tải i0 , điện áp ngắn mạch phần trăm un%

đòi hỏi nhà thiết kế phải tính toán chọn lựa hợp lý

Để chọn phơng án đợc chính xác ta cần phải lập bảng xét các trị số β trong phạm vi 1.2 – bọc 2,6: tra bảng 17 đối với m.b.a dầu công suất 400KVA dây đồng

điện áp 22kv

Trớc khi lập ta cần xác định các hệ số sau :

A=0,5074 2 2

.

'

l T nx

R R K B U f

K a S

theo ( 2-38) TL1

Trong đó:

S’=133,3(KVA): C«ng suÊt trªn mçi trô

, 1 73 , 3 50

95 , 0 031 , 0 3 , 133

a=1,36 : TrÞ sè híng dÉn

Kl=0,902 : hÖ sè lîi dông

l01=50 mm : c¸ch ®iÖn gi÷a h¹ ¸p vµ g«ng A=0,16 : hÖ sè

* HÖ sè :

B1=2,4.104.Kl.KG.A3.(a+b+e) (KG) (2.49a TL1)

B1=2,4.104.0,902.1,015.0,163.(1,36+0,4+0,4).=194.4(KG)

*HÖ sè :

a12+a22=9+20=29 mm *HÖ sè :

C1=Kdq 2 2 2

2

.

.

A U B K K

a S nr T l f

(2.56 TL1)

C1=2,46.102 2 2 2

2 16 , 0 44 , 1 6 , 1 902 , 0 95 , 0

36 , 1 400

-Träng lîng 1 gãc cña lâi

G’= 0,468.104.KG.Kl.A3.x3 theo 2-66 TL1 G’ = 0,468.104.1.015.0,902.0,163.x3 = 17,6x3

-Tiết diện trụ tính sơ bộ.

P0=PT+PG=k’f.Pt.GT+kf’.Pg.GG

kf : là hệ số phụ thuộc chủ yếu đến các đặc điểm của vật liệu làm lõi sắt đối với tôn cán lạnh do từ tính không phục hồi đầy đủ sau khi ủ , hoặc do có thể có mối ghép vuông góc , hoặc do có sự uốn nắn lá tôn lúc nắp ghép làm cho suất tổn hao tăng lên , ta có thể lấy kf = 1,25

Trong đó :

Pt.GT = P T : Tổn hao trong trụ

Pg.GG = PG :Tổn hao trong gông

K’f: Hệ số phụ :(Đối với tôn cán lạnh có thể lấy K’f=1,25)

PT=1,15(W/Kg) ;PG=1,112(W/Kg): Là suất tổn hao trong trụ và gông

-Công suất từ hóa lõi thép MBA

Q0=K''

f (QC+Qf+Q) (VA)Trong đó :

QC=qt.GT+qg.GG=1,602.GT+1,526.GG : công suất từ hoá chung của trụ và gông qT,qG : Suất từ hóa trong trụ và gông

Qf=40.qf.G’ : Suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối nghiêng

Q=3,2.q.TT : Công suất từ hoá khe hở không khí chỗ nỗi giữa các

-Thành phần phản kháng của dòng điện không tải.

P K

.

.

A/mm2

Trong đó:

5750 95 , 0

=

dq

G

04 , 2276

C

.

4 , 2 5 ,

5750 95 , 0

5 , 249 4 , 2 5 , 4

Từ đó ta xác định đợc Ctdmin ứng với giá trị  nào đó

a Quan hệ tổn hao không tải P0 và dòng không tải i0 theo 

b Quan hệ trọng lợng lõi sắt GFe,trọng lợng dây quấn Gdqvới 

c Quan hệ giá thành vật liệu tác dụng theo 

* Xét trực quan trên đồ thị ta thấy tại giá trị β =1,5 thì giá thành tác dụng là nhỏ nhất Ctdmin = 836,793 ( đơn vị quy ớc )

23 Đ ờng kính trụ sắt.tính theo 2-37; 2-39 TL1

n f G k

p k

=

5 , 294 4 , 2

124 , 1 5750 95 ,

=197,5 ( kg)

55 , 284

+ 41,62.( 1,1242)+194,4.(1,1243)+16,3.1,1242

Trong đó : Q0 = 1,25 ( QC + QF + Qδ)

QC = qt QT + qg QG

QC = 1,602.( 253,16 + 52,61 ) + 1,52 ( 276,44 +20,61)

= 941,44 ( VA)

QF = 40.qt G = 40 1,602 17,6 1,1243 = 1603,75( VA)

Qδ = 3,2.qδ TT = 3,2.19200.0,018 1,1242 = 1397,88 ( VA) => Q0 = 1,25 ( 941,44 + 1603, 75 + 1397, 88)

= 4928,84 ( VA)

=> i0 =

400 10

84 , 4928

= 1,23 ( %)

* Giá thành vật liệu tác dụng :

C td = C fe + C dq = 602,87 + 384,986 = 987,856( dvqu)

Trong đó : C fe = Gfe = 602,87 ( dvqu)

C dq = 1,84.Gdq = 384,986 ( dvqu)

24Đ ờng kính trung bình của rãnh dầu sơ bộ giữa hai dây quấn là

d12 = d + 2.a 01 + 2.a1 +a12 (m) theo 2-77TL1

l=

 12

= 0,902.3,14

4

18 ,

U

44 , 4

10

=

229 50 44 , 4

10 13 ,

Khi vận hành thờng dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thờng

và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lới điện hay sét đánh gây nên

ảnh hởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bìnhthờng, thờng chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách

điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy, còn quá

điện áp do sét đánh lên đờng dây thờng ảnh hởng đến cách điện dọc củaMBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của tổngdây quấn

b.Yêu cầu về cơ học

Dây quấn không bị biến dạng hoặc h hỏng dới tác dụng của kực cơhọc do dòng điện ngắn mạch gây nên

c.Yêu cầu về nhiệt

Khi vận hành bình thờng cũng nh trong trờng hợp ngắn mạch, trongthời gian nhất định dây quấn không đợc có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chấtcách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách

điện Vì vậy khi thiết kế phải bảo đảm sao cho tuổi thọ của chất cách điện

là 15 đến 20 năm

30 Yêu cầu về chế tạo.

Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công,thời gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành

Nh vậy yêu cầu đối với thiết kế là

+Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lí giữa hai yêucầu về chế tạo và vận hành để sản phẩm có chất lợng tốt mà giá thànhchấp nhận đợc

+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp vớitrình độ kĩ thuật của xởng sản xuất

+ Phải nắm vững những lí luận có liên quan đến dây quấn CA, vậtliệu cách điện

Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bớc

+ Chon kiểu và kết cấu dây quấn

+ Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn

+ Tính toán tính năng của MBA

I Tính toán dây quấn Hạ áp.

Trong trờng hợp MBA này là loại 2 dây quấn, cuộn HA quấn trong,cuộn CA quấn ngoài, nh vậy ta sẽ tính toán cuộn dây HA trớc, sau đó tính

đến cuộn dây CA

31.Số vòng dây một pha của dây quấn HA.

W1=

v

f U

231

= 28,4 (vòng)Làm tròn số W1 = 29 (vòng)

32.Mật độ dòng điện trung bình

tb = 0,746 kf

12

.

d S

U

P n v

(3.2 TL1)

= 0,746 0,95 4005750.0.,8267,13 = 3,1 ( MA/m2 )

Trị số tb là tị số gần đúng cho các dây quấn CA và HA trị số tb thực

tế trong các dây quấn phải làm sao cho gần sát với trị số này

33.Tiết diện mỗi vòng dây sơ bộ

THA =

tb f I

= 186,24 (mm2)34.Chọn kết cấu dây quấn HA

Theo bảng 38, với S=400K VA

I1= 577,35 (A) ; U1 = 231(V) ; T1’ = 186,24 (mm2)

Ta chọn dây quấn hình ống hai lớp dây dẫn chữ nhật vật liệu dâyquấn là đồng và số sợi chập song song là 4 sợi

Sử dụng loại dây quấn này có kết cấu đơn giản , dễ chế tạo , khảnăng làm mát tốt , độ bền cơ cao , giá thành rẻ

=

4

24 , 186

b a

; Td1

Hay : лв 4 56,,16..98,,05 ;46,7 Trong đó :

лв : là mã hiệu dây dẫn đồng tiết diện chữ nhật tiêu chuẩn

nv1 = 4 : là số sợi chập

Td1 = 46,7 : là tiết diện tiêu chuẩn của mỗi sợi chập

a: chiều dầy dây dẫn tiêu chuẩn

38.Từ đó ta có tiết diện mỗi vòng dây

35 , 577

= 3,1(A/mm2)

41.Chiều cao dây quấn hạ áp

l1= hv1(Wl1+1) + 5 = 36 ( 14,5 +1) +5 = 563 mm = 0,563 mLàm tròn : l1 = 0,5 63 m ; theo 3-13TL1

Trong đó trị só 5 mm kể đến việc quấn dây không chặt

42.Chiều dày dây quấn HA

GCu1=28 t 5

1 1

'' 1

'

1 10 2





T W D

=106,85 (KG)46.Theo bảng 24 , Ta cần phải tăng trọng l ợng dây do cách điện lên 2%

Nên lúc này ta có trọng lợng dây dẫn là :

Gdd1= 1,02.106.85 =108.98 (KG)47Bề mặt làm lạnh của dây quấn HA

M1=(n+1).t.k. (D'

1+D''

2 ).l1.10-4 m 2 (3.25c TL1)Trong đó :

n=1: Là số rãnh dầu dọc trục dây quấn HA

t=3: Số trục của MBA

D'

1=22 cm

D '

1= 25,1cmK=0,75

l1=5 63 cm

Hệ số k: Hệ số kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm

và các chi tiết cách điện khác

* Ưng với mỗi đầu phân áp là một cấp điều chỉnh điện áp :

Đầu phân áp X1 ứng với cấp điều chỉnh điện áp tăng :5%

nt X2 nt : 2,5 %

nt X 3 nt bằng điện áp định mức nt X4 nt : giảm -2,5%

nt X5 nt : giảm -5%

Các đầu phân áp trên đợc nối váo các cực của bộ đổi nối :

* Dòng điện làm việc qua các cực của bộ đổi nối khi đó chính bằngdòng điện cao áp định mức :

Cấp điều chỉnh -2,5%: 21125V tong ứng X4Y4Z4

Cấp điều chỉnh -5% : 20250V tong ứng X5Y5Z5

49.Số vòng dây cuôn CA ứng với điện áp định mức