Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm dầu docx

Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền 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 và giả

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy biến áp điện

lực 3 pha ngâm dầu

LỜI MỞ ĐẦU húng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa được đặt lên hàng đầu

Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được ngành điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó

Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền 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 và giảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc 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

Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện MBAĐL ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này

có được Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của người sử dụng đươc tốt nhất

Bằng tất cả cố gắng của mình ,với những kiến thức nhận được từ thầy

cô và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đức Sỹ ,mà tôi đã làm nên bài thiết kế tốt nghiệp này

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của tôi là:

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU

Bài thiết kế tốt nghiệp của tôi gồm 2 phần:

¾ Phần 1 : Tổng quan về máy biến áp

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 đường dây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35,110,220 và 500 KV Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như 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 đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng 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

Máy phát điện

Máy biến áp tăng áp

Đường dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước 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 công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm 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 lượng chứ không chuyển hóa năng lượng

Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy

Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63000KVA 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 trên nguyên 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, với tần số không thay đổi Kí hiệu một MBA đơn giản như hình 1.2

Hình 1.2 Kí hiệu MBA Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện ,được gọi là sơ cấp (SC).Đầu ra của MBA được 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 lượng 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 lượng và thông số của đầu thứ cấp

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

Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm ,là điện áp giữa các cực của

dây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây

quấn sơ cấp là định mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định

mức là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây Đơn vị của điện áp

ghi trên nhãn máy thường là KV

b Dòng điện định mức

Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của

MBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA 1

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

định mức là dòng điện dây

c Công suất định mức

Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức Công

suất định mức kí hiệu là Sđm ,đơn vị là VA,KVA

Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :

Sđm=U2đ.I2đm =U1đm.I1đm Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :

Sđm= 3.U2đm.I2đm= 3.U1đm.I1đm

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ

chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như

+ 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 lường (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…) + Máy biến áp thử nghiêm

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được 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 thường 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 thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV

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

1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và Dây quấn Ngoài ra còn có các bộ phận khác như 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, được chế tạo

từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh được 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 như không đổi và có tính dẫn từ

định hướng, 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

cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T từ đó giảm được tổn hao trong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước 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, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn các lạnh, (như 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

Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ

Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ(0,30 tới

0,5)mm hai mặt được sơn cách điện

Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong dầu biến áp

Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các loại lõi sắt như sau :

a.Lõi sắt kiểu trụ:

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường 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)

b.Lõi sắt kiểu bọc:

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có

ưu điểm là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện (Hình 1.4)

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha; b Ba pha;

c.Lõi sắt kiểu trụ – bọc ( Hình 1.5):

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc Kiểu này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100000KVA /1 pha)và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang hai bên

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

H×nh 1.4 KÕt cÊu m¹ch tõ kiÓu bäc

a Mét pha ; b Ba pha ;

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

nối với nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a) kiểu ghép này ghép đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng

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

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

Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc

1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn

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

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

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện 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 người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

Lượt 1

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 nối

nghiêng 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 lượng

vào và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng,

cũng có thể bằng nhôm ( ít phổ biến)

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các

vòng dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện

với lõi

Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi

khi còn có cuộn trung áp (TA)

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hai loại dây

quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

a Dây quấn đồng tâm:

(Hình 1.7): Cuộn CA và HA là

những hình ống đồng tâm ,bố

trí cuộn HA đặt sát trụ còn

cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn

CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc

việc rút đầu dây điều chỉnh điện

áp cũng như giảm được kích

thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với

Hình 1.7 Dây quấn xen kẽ Hình 1.7 Dây quấn đồng tâm

b Dõy quấn xen kẽ (Hỡnh1.8) :

Cuộn CA và HA được quấn thành

từng bỏnh cú chiều cao thấp và

quấn xen kẽ, do đú giảm được lực

dọc trục khi ngắn mạch Dõy quấn

xen kẽ cú nhiều rónh dầu ngang

nờn tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ

thi kộm vững chắc so với dõy quấn

đồng õm Dõy quấn kiểu này cú

nhiều mối hàn giữa cỏc bỏnh dõy

Hình 1.7 Dây quấn xen kẽ

1.5.3 Vỏ mỏy biến ỏp:

Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lừi MBA trỏnh tỏc động của cỏc điều kiện ngoại cảnh như mụi trường khớ hậu Vỏ MBA gồm hai bộ phận thựng và nắp thựng

a Thựng MBA:

Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên

Do đó giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi

là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA

Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA được ngâm trong môi trường dầu Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện

Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại 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 lượng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA

Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy

b Nắp thùng:

Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như: 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 thước và trọng lượng sứ ra càng lớn

• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn

nở tự do Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong

• Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người 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 tượng cảm ứng điện từ và

sử dụng từ thông 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 có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được 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 và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp

có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa 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 đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là:

dφ sin ω = -W mcos t 2E 2sin(Wt

Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ≈E1, U2 ≈

E2 do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp

MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn nhà nước như 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 nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20o C đến -40o C Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vào không vượt quá 25o C

+ Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối với MBA công suất đến 10MVA được 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 thì công 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 3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha và được đánh dấu bằng các chũ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z cho các cộn dây hạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nói với Y(y) hoặc Z (z) được đưa ra ngoài thì vực 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 được 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 thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ , trong đó vectơ điẹn áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệh pha tương ứng ở các vị trí lần

lượt chỉ các giờ trong đó só 12 có thể coi 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 lượt tiến hành theo trình tự như sau:

1 Xác định các đại lượng cơ bản:

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

• Xác định điện áp thử của các dây quấn

• Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh

2 Tính toán các kích thước chủ yếu

• Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt

• Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn cường độ tự cảm của lõi sắt

• Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện chính của cuộn dây

• Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu theo đại số io, Po, θm, Pn đã cho

• Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ

lõi sắt

3 Tính toán dây quấn CA và HA

• Chọn dây quấn CA và HA

• Tính cuộn dây HA

• Tính cuộn dây CA

4 Tính toán ngắn mạch

• Xác dịnh tổn hao ngắn mạch

• Tính toàn điện áp ngắn mạch

• 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 thước 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 lượng và thể tích bộ giãn dầu

PHẦN II: THIẾT KẾ

Chương 1: Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp

Chương 2: Thiết kế mạch từ

Chương 3: Tính toán dây quấn

Chương 4: Tính toán tham số không tải

Chương 5: Tính toán cuối cùng mạch từ

Chương 6: Tính toán nhiệt máy biến áp

PHẦN II: THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 400KVA

Các số liệu ban đầu:

Dung lượng S = 400KVA

Điện áp UCA/UHA=22/0.4KV(+-) 2*2.5%

Tần số f=50 Hz

Tổ nối dây Y/Y0-12

Tổn hao không tải : P0 = 840 W

Tổn hao ngắn mạch: Pn=5750 W

Điện áp ngắn mạch : Un=4%

CHƯƠNG 1:

TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

BÀI 1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG 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 lượng điện cơ bản sau đây

Tất cả các công thức trong đồ án đều lấy trong tài liệu ( thết kế máy biến

áp của thày phan tử thụ – tài liệu 1 )

1.Dung lượng một pha

S= 400KVA: công suất định mức máy biến áp

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

400 =577,35(A)

U1đm=0,4.103(V) : là điện áp phía hạ áp

4.Dòng điện pha định mức

Vì dây quấn nối Y/Y0 nên dòng điện pha định mức là :

- Phía CA nối Y: Nên ta có If2=I2=10,479(A)

- Phía HA nối Y: Nên ta có If1=I1=577,35(A)

5 Điện áp pha định mức

- Phía cao áp nối Y: Uf2=

3

CA U

= 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 áp thử tương ứng :

- Dây quấn CA: Ut2=55(KV)

- Dây quấn HA: Ut1=5(KV)

7 Các thành phần đện áp ngắn mạch

- Thành phần tác dụng của điện áp ngán mạch

Unr%=

dm S

Pn

.

400 10

8 Chọn kiểu dáng lõi sắt :

Lõi sắt có rất nhiều kiểu , nhưng hầu hết máy biến áp điện lực hiện nay đều dùng kiểu trụ do đó để đơn giản ta chọn lõi sắt kiểu trụ :

9 Chọn các số liệu xuất phát :

Để đáp ứng yêu cầu thiết kế và đơn giản khi tính toán ta chọn máy biến

áp 3pha , 2 dây quấn kiêu trụ phẳng , dây quấn đồng tâm

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

Trong đó :

a12= 0,9(cm): là khoảng cách cách điện giữa dây quấn hạ

áp và cao áp

(tra bảng 19 theo điện áp thử và công suất S = 400 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’=133,3(KVA): dung lượng trên mỗi trụ

=> ar = 0,9 + 2,2 = 3,1 ( cm)

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

CHƯƠNG 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 đó khi thiết kế cần phải đảm bảo làm sao cho thỏa mãn những yêu cầu như, tổn hao sắt chính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lượng tôn silic

sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác như: Dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn

bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được ứng lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn

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

Ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội

về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, 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 cường 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 được tổn hao trong máy, giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh có hơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người

ta tính rằng vẫn kinh tế hơn những loại MBA được 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 hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mối nối vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối α≠0 khá lớn làm tăng tổn hao sắt (hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn như (hình 2.2) khi đó góc α ≠ 0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b)

Huãng c¸ n

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụ a.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 tôn vừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định hướng ban đầu Các lá thép kĩ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoài trước khi ghép chúng lại với nhau

14 Tính chọn sơ bộ mạch từ

* Do xu thế hiện nay trong việc chế tạo m.b.a người ta đều dùng tôn cán lạnh có chất lượng cao của các nước 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 cường tiết diện gông ( kg )

= 1.015 tra bảng 6 theo công suất

* Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng 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 phương pháp này vừa đơn giản vừa kết cấu vững chắc nên được 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

* đường 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

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

d: §êng kÝnh trô

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

15 Từ cảm trong của gông

6 ,

1 =1,576(T)

KG: Hệ số tăng cường 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

C: Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạch nhau

d: Đường kính đường tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ

d12: Đường 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

lđ2 = 30 mm : phần đầu thừa các ống cách điện CA

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

δ01 = 5.0,5 mm: ống cách điện giữa HA và trụ

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 được 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 ưu β

Chọn phương án tối ưu là phương pháp xác định hệ số hính dáng β hợp lý nhất trong các phương án đặt ra khi trị số β thường biến thiên trong phạm vi rất rộng từ 1,0 – 3,6 ; β là ttị số dùng để chỉ quan hệ giữa đường kính trung bình của các dây quấn d12 và chiều cao l của dây quấn được gọi

là tỉ số kích thước cơ bản của máy biến áp cũng là ( quan hệ chiều rộng và chiều cao của máy )

Về mặt kỹ thuật : Thị hệ số β ảnh hưởng trực tiếp đến các tham số kỹ thuật của m.b.a như tổn hao và dòng không tải , độ bền cơ , sự phát nóng của dây quấn ví dụ khi β tăng thì đường kính d12 sẽ lớn lên , dẫn đến trọng lượng 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 lượng đồng phải giảm xuống , nhưng 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 ưu , kinh tế nhất , mặt khác vẫn đảm bảo được những tham số kỹ thuật như 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 phương án được chính xác ta cần phải lập bảng xét các trị số β trong phạm vi 1.2 – 2,6: tra bảng 17 đối với m.b.a dầu công suất 400KVA dây đồng điện áp 22kv

Trước 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): Công suất trên mỗi trụ

, 1 73 , 3 50

95 , 0 031 , 0 3 ,

* Hệ số :

KG=1,015 : hệ số tăng cường tiết diện gông

b=0,4 : hệ số

a=1,36 : hệ số

e=0,4(MBA ba pha) : hệ số quy đổi 1/2 tiết diện trụ

a12+a22=9+20=29 mm *Hệ số :

C1=Kdq 2 22 2

.

.

A U B K K

a S

nr T l f

C1=2,46.102 2 2 2 2

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

36 , 1

-Trọng lượng 1 góc của lõi

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

T=0,785.k A2.x2.=0,785.0,902.0,162.x2=0,018x2

* Các giá trị trong bảng được xác định theo công thức sau :

- Trọng lượng sắt : G fe = GT +G G =

x

A1

+ ( A2 + B 2 ) x2 +B1 .x3

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+Qδ) (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

Qδ=3,2.qδ.TT : Công suất từ hoá khe hở không khí chỗ nỗi giữa các

Gdq= 21

x

C

(KG) -Trọng lượng dây dẫn

c

k.Gdq : Giá thành của dây dẫn

Cdq : : là giá trị tương ứng 1kg đồng

Cdq = kdqfe k Gdq = kdqfe Gdd

Với kdqfe = 1.84 là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm lõi sắt và làm kim loại dây quấn tra bảng 16 vói cách làm mát bằng dầu , điều chỉnh dưới tải điện áp 22kv công suất 400kva , kim loại làm dây quấn bằng đồng , thép

G K

P K

.

.

Pn: Công suất tổn hao ngắn mạch(Pn=5750 W)

K: Hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây quấn Chọn K=2,4

Δ=

Gdq

4 , 2

5750 95 ,

dq

G

04 ,

C

.

4 , 2 5 ,

5750 95 , 0

5 , 249 4 , 2 5 , 4

BẢNG TÍNH TOÁN MBA S=400KVA(22/0,4KV)