ĐỒ án tót NGHIỆP THIẾT kế máy BIẾN áp điện lựg 3 PHA GÔNG SUẤT 1250 kVA

1.2 Định nghĩa MBA MBA là một thiết bỉ điện từ tĩnh, làm việc 'ựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, 'ùng đe biến đối hệ thống điện xoay chiều ờ điện áp này thành hệ thống điệnxoay chiều ờ

TRƯỞNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: Ths: Phạm Minh Tú

Thiết hỉ điện - điện tửĐiện

Bộ GIÁO DỤG VÀ ĐÀO TẠO GỒNG HÒA XÃ HỘI GHỪ NGHĨA VIỆT NAM

========0000=======

NHIỆM VỤ THIẾT KÉ TÓT NGHIỆP

Họ và tên: Lê Thành Gông

MSSV: 20173698

1 Đe tài thiết ke tốt nghiệp

Thiết kế máy hiến áp điện lực ha pha công suất 1250 kVA

2 Các số liệu thiết kế ban đầu

3 Nội dung tính toán và thiết kế

- Tính toán các kích thước chủ yếu

Để hoàn thành hản đồ án này em xin gửi lời cảm on sâu sắc đến thầyPhạm Minh Tú - nguời trực tiếp huớng dẫn em, thầy đã dành nhiều thời gian vàcông sức để chỉ hảo em trong suốt quá trình thực hiện đề tài đồ án này.

Dù là có cố gắng, nhung hản đồ án này không tránh khỏi nhiều thiếu sót,

em mong quý thầy cô, các giảng viên có thể đua ra những ý kiến đóng góp giúp

đữ để hản đồ án này đuợc hoàn thiện hon

Hà Nội, ngày 9 thảng 10 năm

2020

Sinh viên thực hiện

Lê Thành Công

MỤG LỤG

Lời cảm ưn iii

Mục ỉục iv

Danh mục hình vẽ vi

Danh mục bảng biểu viii

Danh mục từ viết tắt viii

Lời noi đâu 1

GHƯƠNG 1 TÔNG QUAN VỀ MÁY BIỂN ÁP 2

1.1 Vài nét khái quát về máy hiến áp 2

1.2 Định nghĩa MBA 2

1.3 Các đại lượng định mức 3

1.4 Cấu tạo của MBA 4

1.5 Nguyên lí làm việc 10

1.6 Phân loại MBA 11

1.7 Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ thiết kế 12

GHƯƠNG 2 T I N H TOÁN G Á G KIGH THƯỚG GHỦ YỂU 15

2.1 Xác định các đại lượng điện cơ hản 15

2.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu 16

GHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 26

3.1 Các yêu cầu chung với dây quấn 26

3.2 Tính toán dây quấn HA 34

3.3 Dây quấn CA 37

GHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THAM SỐ NGẮN MẠGH 43

4.1 Xác định tốn hao ngắn mạch 43

4.2 Điện áp ngắn mạch 46

4.3 Tính lực cơ học của dây quấn MBA 48

GHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN GUỐC GÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠGH TỬ 51 5.1 Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt 51

5.2 T ống chiều dày lá thép của tiết diện trụ 53

5.3 T oàn hộ tiết diện hậc thang của trụ 53

5.4 T iết diện hậc thang của gông 53

5.5 Thể tích một góc của mạch từ 53

5.6 T iết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ 53

5 7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông 53

5.8 T iết diện khe hờ không khí mỗi nốinghiêng 53

5.9 Thể tích thuần sắt của một góc mạch từ 53

5.10 Chiều cao trụ 53

5.11 Khoảng cách giữa hai tâm trụ 54

5.12 Khối lượng sắt một góc 54

5.13 Khối lượng sắt gông 54

5.14 Khối lượng sắt trụ 54

5.15 Khối lượng sắt trụ và gông 54

GHƯƠNG 6 TỐN HAO KHÔNG TẢI, DÒNG ĐIỆN KHÔNG TẨI VÀ HIỆU SUẤT MBA 55

6.1 Tính lại trị số từ cảm trong lõi sắt 55

6.2 Tốn hao không tải 55

6.3 Công suất từ hóa không tải 56

6.4 Dòng điện không tải 57

6.5 Hiệu suất của MBA khi tải định mức 58

6.6 Hiệu suất của MBA khi 50% tải định mức 58

GHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN NHIỆT GỦA MBA 59

7.1 Tính toán nhiệt của dây quấn 59

7.2 T ính toán nhiệt của thùng 61

7.3 Tính toán cuối cùng về nhiệt độ chênh của dây quấn và dầu của MBA .67 GHƯƠNG 8 XÁG ĐỊNH SƠ Bộ RUỘT MÁY, VỎ MÁY, DẦU MBA 69

8.1 Khối lượng ruột MBA 69

G:HưoKhốy.ượỄiỵNuGÁBA:'H]"TiẾT"KH'Ác::::::::::::::::::;::;::;::;'.::'.::'.::'.:::'.::'.::;69 9.1 Dầu MBA 71

9.2 Sứ xuyên 74

9.3 Chỉ thị dầu 74

GHƯƠNG 10 KẾT LUẬN 75

GHƯƠNG 11 GHUYÊN ĐỀ BẢO DƯỠNG MBA DẦU 77

11.1 Vì sao phải hảo dưỡng MBA 77

11.2 N guyên nhân gây hư hỏng MBA 77

11.3 Qui trình hảo dưỡng MBA 78

TÀI LIỆU THAM KH Ẩ O 84

DANH MỤG HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản 2

Hình 1.2: MBA hạ áp ba pha 1250 kVA 3

Hình 1.3: Hình ảnh bên trong một MBA 3 pha 4

Hình 1.4: Kết cấu mạch từ kiểu trụ 5

Hình 1.5: Mạch,từ phẳng 3 pha 5 trụ 5

Hình 1.6: Kết cấu mạch Từ kiểu bọC 6

Hình 1.7: Mạch từ kiểu trụ bọc 6

Hình 1.8: Dây quấn đồng tâm 7

Hình 1.9: Dây quấn xen kẽ 7

Hình 1.10: Vỏ MBA ba pha 9

Hình 1.11: MBA một pha làm việc có tải 10

Hình 1.12: MBA truyền tải 11

Hình 1.13: MBA hàn 11

Hình 1.14: MBA tự ngẫu 11

Hình 1.15: MBA đo lường 1 pha 12

Hình 1.16: MBA đo lường 1 pha 12

Hình 2.1: Suất tốn hao ờ trụ 18

Hình 2.2: Suất tốn hao ờ gông 18

Hình 2.3: Tốn hao không tải theo hệ số p 24

Hình 2.4: Giá thành vật liệu theo hệ số p 24

Hình 3.1: Các phương pháp quấn dây 27

Hình 3.2: dây quấn hình ống 27

Hình 3.3:Quá trình quấn dây quấn hình ống kiểu trụ 28

Hìỉlh 3.4: Quy ÍPỈÈ? ỈỊtHấA ÍÈỹquấir hình xơắtrííiạcỉr đơn ::::::::: 20 Hình 3.6:Quá trình quấn dây quấn hình xoắn mạch kép 30

Hình 3.7: Hoán vị phân bố đều của dây quấn hình xoắn mạch kép 12 sợi chập .31 Hình 3.8: Cách điện phần đầu dây của dây dẫn hình ống nhiều lớp 32

Hình 3.9: Dây quấn xoáy ốc liên tục 33

Hình 3.10:Quấn dây quấn hình xoáy ốc liên tục 33

Hình 3.11: Kích thước vòng dây HA 36

Hình 3.12: Sơ đồ điều chỉnh điện áp 38

Hình 3.13: Kích thước bánh dây CA 40

Hình 3.14: Cách chia bánh dây cao áp 41

Hình 4.1: Từ trường tản dọc và ngang trong dây quấn đồng tâm 49

Hình 5.1: Kẽt cấu lõi thép 51

Hình 5.2: Kích thước lá thép trên trụ 52

Hình 5.3: Kích thước lá thép trên gông 52

Hình 7.1: Hình dáng và kích thước của vách thùng dạng cánh sóng 62

Hình 7.2: dùng để xác định các kích thước của thùng 63

Hình 7.3: kích thước của thùng 64

Hình 11.2: Bẩn ve sư cao thẽ T.7.* 7 rrr 77 7 7 1LllLllLllLllLllLllLllLllLllLllLHL1179 Hình 11.3: Bẩn ve sư hạ thẽ 80

DANH MỤG BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng tính toán sơ bộ với p trong khoảng 1,2 đến 3,6 23

Bảng 3.1: Bố trí dây quấn cao áp 41

Bảng 5.1: Kích thước tập lá thép trụ và gông 51

Bảng 5.2: số lá thép trên trụ và gông 53

Bảng 9.1: Bảng đặc tính kỳ thuật dầu cách điện MBA có chất phụ gia kháng oxy hóa 42

Bảng 9.2: Chỉ tiêu kĩ thuật đặc trưng của dầu Unitrans Oil (Hi-Volt) 73

Bảng 10.1: Thông số dây quấn HA 75

Bảng 10.2: Thông số mạch từ 76

Bảng 10.3: Thông số tính toán nhiệt 76

Bảng 10.4: Đánh giá thông số tính toán 76

Bảng 11.1: Thông số tham khảo của dầu 83

DANH MỤG TỪ VIẾT TẤT

LỞI NÓI ĐẦU

Với nhu cầu đáp ứng sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nuớc hiệnnay hệ thống điện Việt Nam đuợc phát triển rất mạnh mẽ Tống công suất đặtnguồn điện toàn hệ thống đã đạt hơn 54.880 MW, tăng khoảng 1800 lần so vớinăm 1954 Sản luợng điện sản xuất và mua của EVN năm 2019 đạt 231,1 tỷkWh Việt Nam đã cấp điện luới quốc gia cho 63/63 tỉnh thành và 11/12 huyệnđảo với tỷ lệ số hồ dân có điện trong cả nuớc đạt 99,25% [2]

Đi cùng việc phát triển nguồn điện, luới điện Việt Nam cũng có nhữnghuớc phát triển đáng ghi nhận, kể cả luợng và chất Tống dung luợng MBA cũng

đã đạt khoảng 57.750 MVA với 31 trạm biến áp 500/220 kV và 128 trạm biến áp220/110 kV để đáp ứng chuyển tải điện năng đến hầu hết các phụ tải trên khắp cảnuớc [2]

Trong thời gian qua, em đã tiến hành thực hiện đồ án tốt nghiệp với đe tài

“Thiết ke máy biến áp điện lực 3 pha công suất 1250 kVA —.

Do còn hạn chế, đồ án của em khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mongđuợc sự chỉ dẫn và góp ý từ các thầy cô

Em xin phép đuợc gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Ths Phạm Minh

Tú đã tận tình huớng dẫn, động viên và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Em

cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo, các cán bộ Viện điện, đặc biệt bộmôn Thiết bỉ điện - Điện tử đã quan tâm giúp đỡ em trong suốt quá trình học tậptại truờng

Hà Nội, ngày 9 thảng 10 năm

2020

Sinh viên thực hiện

Lê Thành Công

GHƯƠNG 1 TỐNG QUAN VỀ MAS BIỂN ÁP 1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp

Đe dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dâytruyền tải và phân phối điện năng (hìnhl.l) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuấtđiện và hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việctruyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây nếu điện ápđược tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thelàm;tiết diện dây nhỏ đi do, đó trọng dượng,và chiph-í-1 'ây sẽ ;giảm;xuống.-; YLthếmuốn truyền tải-; công suấtTớn aivxa ít Lomnào và tiết kiệm trên nường 'ây người

ta phải 'ùng điện áp cao, 'o đó cần phải có thiết bỉ đe tăng áp ờ đầu đường 'âylên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6 kY 'o đótới đây phải có thiết bỉ giảm điện áp xuống Những thiết bỉ 'ùng đe tăng áp ờ đầu

ra của máy phát tức là ờ đầu đường 'ây 'ẫn điện và giảm điện áp tới hộ tiêu thụtức là cuối đường 'ây 'ẫn được gọi là máy biến áp (MBA)

Trong hệ thống điện lực muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máyđiện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý thường phải qua 4 - 5 tầng tănggiảm điện áp như vậy Do đó tống công suất của MBA trong hệ thống điện lựcthường gấp 4 - 5 lần công suất của trạm phát điện Những MBA 'ùng trong hệ

ểmgiổinỉìiệỉis gụitlàiMBjíảiđíệặ<iự»JâftyplhSiì AăaằP&ợng-chứ đóô>í^ị!^hấb'•l,í^l;MBA

hoá năng lượng

Ngoài MBA điện lực còn có nhiều loại MBA 'ùng trong các ngành chuyênmôn như MBA chuyên 'ùng cho các lò điện luyện kim, MBA hàn điện, MBA'ùng trong thiết bỉ chỉnh lưu, MBA 'ùng cho đo lường

1.2 Định nghĩa MBA

MBA là một thiết bỉ điện từ tĩnh, làm việc 'ựa trên nguyên lí cảm ứng điện

từ, 'ùng đe biến đối hệ thống điện xoay chiều ờ điện áp này thành hệ thống điệnxoay chiều ờ điện áp khác với tần số không đối

Mây biên ãp

tăng ảp

Hộ tiêu thụ

May phát diựn

Đường dâv Ĩi-Lí

Mây biẻn âp

giam áp

Hình 1.1: Sơ đỗ mạng truyền tải đơn giản

Hình 1.2: MBA hạ áp ha pha 1250 kVA

Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện được gọi là sơ cấp, đầu ra của

MB Ađteợptn^vớĩBA1 gọg ầ]íh kitìấpi-ệKhpđiầỉì á.piđầ*lcấbinứ<jchơi1ớfiàơípvsỉi ápcấp ta có MBA hạ áp

1.3 Các đại luưng địnb mức

Các đại lượng định mức của MBA quy định điều kiện kỳ thuật của máy

+ Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức Côngsuất định mức kí hiệu là Wđm, đơn vị là VA, kVA

+ Đối với MBA 1 pha công suất định mức là:

s đm = u 8 đm .1 8 đ m = u ? đm .I ? đ m

+ Đối với MBA 3 pha công suất định mức là:

W đm 5 V3 u 8 đm I 2 đm = V3 u ? đm I ! đ m

Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu Q1 đm , là điện áp qui định cho dây quấn

sơ cấp Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu u 2 đm , là điện áp giữa các cực của dây

quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hờ 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 làkv

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.

1.4 Gấu tạo củo MBA

MBA gồm các bộ phận chính: Lõi sắt, dây quấn, hệ thống làm mát và vỏmáy

Lõi sật làm mạch cho, từ thông, trong, MBA, đồng thổi làm khung để quấn

,

dây quấn Lõi sắt gồm các lá thép silic ghep lại được ép bang những xà ép hoặcbulông tạo thành bộ khung MBA Ở các MBA dầu, toàn bộ lõi sắt có quấn dây vàcác dây dẫn ra được ngâm trong thùng đựng dầu MBA, gọi là ruột máy

Hình 1.3: Hình ảnh hên trong một MBA 3 pha

Lõi sắt gồm có hai phần: trụ và gông Trụ là phần lõi có lồng dây quấn,gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ

1.4.1.1 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 diệntrụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vậtliệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt này

a' b.

1.4.1.2 Lõi sắt kiểu bọc

Kiểu này gông từ không những hao lấy phần trên và phần dưới dây quấn

mà còn hao cả mặt hên của dây quấn Lõi sắt như học lấy dây quấn, trụ thường

để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có ưu điểm làkhông ỸaodMngậỉềFtởttyVn<ổSi'à3,ây qảm xưíủkễhiên đàệicủaiổgydẩậMấổ^^u^ĩ,điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân hố 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 thànhống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ hền

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: Kết cẩu mạch từ aểu trụ

a) Một pha b) ba pho

Hình 1.5: Mạch từ phang 3 pha 5 trụ

Hình 1.6: Kết cẩu mạch từ kiểu học

a) Một pha h) Ba pho 1.4.1.3 Lõi sắt kiểu trụ học

ớ các MBA hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn, điện áp cao, để giảm

chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển, mạch từ của MBA kiểu trụđược phân sang hai bên nên MBA mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc

Hình 1.4: Mạch từ kiểu trụ học 1-Trụ 2-Gông 3-Dây quẩn

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 thểlàm bằng nhôm nhưng không phố biến.

Dây quấn MBA thông thường gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp(HA), ngoài ra nhiều MBA còn có thêm cuộn trung áp (TA)

Xét về cấu tạo dây quấn đuợc chia thành hai loại: dây quấn đồng tâm vàdây quấn xen kẽ.

+ Dây quấn đồng tâm cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm, bố trícuộn HA đặt sát trụ còn cuộn CA đặt ngoài Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đongiản đuợc việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng nhu giảm đuợc kích thuớcrãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt

Hình 1.8: Dây quấn đỗng tâm

+ Dây quấn xen kẽ là cuộn CA và HA đuợc quấn thành từng bánh có chiềucao thấp và quấn xen kẽ, 'o đó giảm đuợc lực dọc trục khi ngắn mạch Dây quấnxen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt nhung về mặt co thì kém vữngchắc so với dây quấn đồng tâm Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa cácbánh dây

Hình 1.9: Dây quấn xen kẽ

1.4.3 Hệ tbống làm mát và vỏ máy

I.4.3.I Hệ thống làm mát

Gác MBA được phân hiệt theo phương pháp làm mát đang sử dụng Đốivới MBA ngâm trong dầu, sự phân hiệt này được kí hiệu hằng mã hốn chữ cáinhư mô tả dưới đây [3]

+ Ghữ cái thứ nhất: Môi chất làm mát hên trong tiếp xúc với cuộn dây:

0 'ầu khoáng, chất Jỏng cách điện tổnghợpncó điểm cháy* < 300°G

* K chất lỏng cách điện co điểm cháy* > 300 °G

* L chất lỏng cách điện có điểm cháy không đo được

+ Ghữ cái thứ hai: Gơ cấu tuần hoàn đối với môi chất làm mát hên trong:

* N nhiệt tự nhiên qua thiết hỉ làm mát đi vào cuộn 'ây

* F tuần hoàn cưỡng hức qua thiết hỉ làm mát, 'òng xi phông nhiệt trongcuộn 'ây

* D tuần hoàn cưỡng hức qua thiết hỉ làm mát, hướng trực tiếp từ thiết hỉlàm mát đến ít nhất là cuộn 'ây chính

+ Ghữ cái thứ ha: Môi chất làm mát hên ngoài:

* A không khí

* w nước

+ Ghữ cái thứ 4: Gơ cấu tuần hoàn đối với môi chất làm mát hên ngoài:

* N đối lưu tự nhiên

* F tuần hoàn cưỡng hức (quạt, hơm)

Một MBA có thể có các phương pháp làm mát khác nhau Do đó, qui đỉnh

kỳ thuật và tấm nhãn ờ máy phải có thông tin ve chỉ số công suất mà tại đó MBAđạt được các giới hạn vỏ độ tăng nhiệt khi sử 'ụng các phương pháp làm mát

do Ổng chỉ mức dầu đặt hên cạnh hình giãn dầu để theo dõi mức đầu hên trong.

+ Ổng hảo hiểm: làm hằng thép, hình trụ nghiêng, mồt đầu nối với thùng,mồt đầu hỉt hằng mồt đĩa thuỷ tinh Nếu áp suất trong thùng tăng lên đồt ngồt, đĩathuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để MBA không hỉ hỏng Chú ý ốnghảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những vỉ trí ítnguy hiểm nhất

+ Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế

+ Rơle hơi dùng để hảo vệ MBA

+ Bồ truyền đồng cầu dao đối nối đầu điều chỉnh điện áp dây quấn CA

1.5 Nguyên lí làm việc

Xét 1 MBA một pha hai dây quấn GA và HA có sơ đồ nguyên lý:

Đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp, trong cuộn dây sẽ có dòngxoay chiều ii Dòng ii sinh ra từ thông biến thiên theo thời gian khép kín trongmạch từ Duới tác dụng của dòng từ thông trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp xuấthiện suất điện động cảm ứng ei và e2

Nếu cuộn thứ cấp nối với tải ^ trong dây quấn thứ cấp sẽ xuất hiện dòng

điện i2, i2 sinh ra từ thông 02 , , ,

^ Trong mạch từ có từ thông tông 0 ó 01 + 02

Nếu u1 là hàm hình sin ^ 0 cũng sin: 0 ó ° m sin®t; ® ó 2ftf Từ thôngchính khép kín trong mạch từ móc vòng với cả hai dây quấn

Theo đỉnh luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấnlà:

i gọi là hệ số MBA

1.6 Pbân loại MBA

Theo công dụng, MBA được phân làm những loại sau:

+ MBA điện lực: truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

Hình 1.12: MBA truyền tải

+ MBA chuyên dùng: sử dụng ờ lò luyện kim, thiết hỉ chỉnh lưu, MBA hàn

Hình 1.13: MBA hàn

+ MBA tự ngẫu: dùng để mờ máy động cư không đồng hộ công suất lớn

Hình 1.14: MBA tự ngẫu

+ MBA đo lường: giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào đồng hồ đo.

Hình 1.15: MBA đo lường 1 pha

& 1

Hình 1.16: MBA đo lường 1 pha

+ MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao

1.7 Mục đícb yêu cầu và nbỉệm vụ thiết ke

Trong nhiệm vụ thiết kế MBA này cần phải có những số liệu sau:

- Công suất toàn phần (hay dung lượng) MBA s (kVA)

- Tốn hao không tải Vo(W)

- Dòng điện không tải co(%)

MBA thiết kế ra phải thỏa mãn các tham số kỳ thuật yêu cầu, có kích thuớchợp lý, bảo đảm độ bền về điện, cơ, nhiệt, kinh tế trong vận hành, đồng thời chếtạo đơn giản, giá thành rẻ Những vấn đề đó lên quan tới việc lựa chọn một cáchđúng đắn các tham số kỳ thuật của MBA nhu tốn hao không tải, ngắn mạch, lựachọn các kích thuớc kết cấu máy, các loại vật liệu một cách hợp lý, đồng thời liênquan tới việc tố chức và sự dụng hợp lý các qui trình qui phạm về kỳ thuật, vềcông nghệ MBA.

Đe đảm hảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế MBA sẽ lầnluợt tiến hành theo thứ tự

+ Tính dòng điện pha, điện áp pha của dây quấn

+ Xác đỉnh điện áp thử của các dây quấn

+ Xác đỉnh các thành phần của đuợc ngắn mạch

+ Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt

+ Chọn loại và mã hiệu tôn silic cách điện của chúng Chọn cuờng độ từ

cảm ^Chọn kết cấu và xác đỉnh các khoảng cách điện của cuộn dây

+ Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ của kích thuớc chủ yếu p theo trỉ số

co, po, p n đã cho.

+ Xác đỉnh đuờng kính trụ, chiều cao dây quấn Tính toán sơ bộ lõi sắt

+ Chọn dây quấn CA và HA (xem thêm ờ mục 3.1.3)

+ Tính cuộn dây HA

+ Tính cuộn dây CA

+ Xác đỉnh tốn hao ngắn mạch

+ Tính toán điện áp ngắn mạch

+ Tính lực cơ bản của dây quấn khi MBA bỉ ngắn mạch

của MBA

+ Xác đỉnh kích thuớc cụ the của lõi sắt

+ Xác đỉnh tốn hao không tải

+ Xác đỉnh dòng điện không tải và hiệu suất

+ Quá trình truyền nhiệt trong MBA

+ Quá trình truyền nhiệt trong MBA

+ Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh.

+ Tính toán nhiệt MBA

+ Tính toán gần đúng trọng luợng và thể tích hộ giãn dầu

GHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN GÁG KÍGH THƯỚG GHỦ SẾU

2.1 Xác định các đại lưọng điện cơ bản

Như trình bày ờ mục 1.4.1 ờ chương 1, lõi sắt MBA có nhiều kiểu, nhưnghầu hết MBA phân phối hiện nay thường dùng kiểu trụ Để đáp ứng nhu cầu thiết

kế đề bài chọn MBA có kết câu mạch từ phẳng 3 pha 3 trụ, có 2 dây quân, dâyquân đồng tâm

Với MBA 3 pha, 3 trụ, công suât mỗi pha là:

W 5 A 5 1250

Với: ’ s ó 1250 kVA: Gông suât định mức

* m ó3 đối với MBA 3 pha

Gông suất mỗi trụ

Với: * t ó 3 với MBA ba pha

♦ t ó 2 với MBA một pha

Đe xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các thành phần dẫnđiện khác của MBA cần phải biết trị số điện áp thử của chúng.

Tra bảng 2 [1]: Với điện áp GA là 22 kV, điện áp HA là 0,4 kV, ta có thông

số như sau:

+ Dây quấn GA: u th 2=6 0kv

+ Dây quấn HA: Qth 15 1 iv

2.2 Cbọn các số liệu xuất pbát và tínb các kícb tbước cbủ yếu

• a12: Là khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và GA

• a1: Là chiều dài dây quấn HA

• a2: Là chiều dài dây quấn GA

• k: Là hệ số tra bảng 12 [1] theo điện áp và công suất

Hệ số Rogovski k rgần đúng có thế lấy 0,91

2.23 Các tbànb phần của điện áp ngắn mạcb

Điện áp ngắn mạch có 2 thành phần chính: thành phần tác dụng và thànhphần phản kháng Điện áp ngắn mạch có the xem như là đại lượng đạc trưng chođiện trờ và điện kháng tản của dây quấn MBA

+ Với thành phần tác dụng:

+ Với thành phần phản kháng:

_ / _ 2 2 / /->2U nx=v U n - U r=v 6 -0,855 nr~ H 2 I— CẤnonn/=5,9387%

♦

Ở Việt Nam và thế giới hiện nay, hãng đã chế tạo ra được nhiều tôn silic rất

đạ dạng như là tôn ATI Cạrlite, Tran-Cor Với suất tốn hao rất nhỏ Vì thế dựavào thông tin của nhiều loại thép trên chọn như sau:

+ Chọn tôn cán lạnh hãng AK Steel ASTM A804 H-0 có chiều dày 0,23mm

+ Theo thông số hãng thép [4], ta chọn từ cảm trong trụ B

t = 1,6 T

+ Theo hảng 6 [1], với công suất 1250 kVA hệ số gia tăng tiết diện gông k g

nằm trong khoảng từ 1,015 đến 1,025 ta chọn hệ số gia tăng tiết diện gông

k g 51,02 Ta chọn hệ số gia tăng tiết diện gông vì số hậc ờ gông thấp hơn số hậc ờtrụ

+ Với công suất là 1250 kVA ép trụ hằng đai vải thủy tinh cho phép đảmhảo hơn so với dùng nêm gỗ, ép gông hằng xà ép, không dùng hulông xuyên quatrụ và gông

+ Theo hảng 4 [1], chọn số hậc thang trong trụ là 8 để cho hình dạng trụ códạng hình tròn, số hậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1-2 hậc, tức gông có 6 hậcnhằm ép gông dễ dàng giúp cho từ cảm được phân hố đều, hệ số chêm kín

k c=0,925

+ Theo hảng 10 [1], chọn hệ số điền đầy k đ=0,95 Khi ghép các lá tôn silicvới nhau, 'o giữa các lá tôn có cách điện, đồng thời không thể ghép thật chặtđược nên tiết diện thuần của lõi không thể hằng tiết diện của lõi đã chiếm chỗtrong không gian, đấy là hệ số điền đầy Hệ số điền đấy phụ thuộc vào vật liệucách điện, chiều dày lá tôn và kĩ thuật ép chặt lõi

+ Từ cảm ờ khe không khí mối nối thẳng B } 5 {B} rsub {T} =1’L T

+ Ở mối nối xiên B k = B t/V2 = 1,6/ V2 = 1,13

+ Suất tốn hao ờ trụ và gông pt ó 0,655 (W/kg); pg ó 0,6267 (W/kg)

+ Suất từ hóa ờ trụ và gông: qt ó 1,228 (VA/kg); qg ó 1,150 (VA/kg)

P n

MiOS FiM

Hình 2.17: Suất tốn hao ở trụ

Hình 2.18: Suất tốn hao ở gông

+ Khoảng cách cách điện chính được chọn theo điện áp thử của dây quấn

GA, Với Qth85 :6 iZta chọn theo hảng 18, 19 [1]:

• Giữa trụ và dây quấn HA: 0 01=15mm

• Giữa dây quấn HA và GA: 0125 86 mm.

• Ông cách điện giữa GA và HA: ô 12 5 5 mm

• Giữa các dây quấn GA: 0225 26mm

• Tấm chắn giữa các pha: £ 22 5 7 mm

• Giữa dây quấn HA đến gông: n015 56mm

• Giữa dây quấn GA đến gông: n02 550mm

• Phần đầu thừa của ống cách điện: n đ2 570mm

Theo bảng 13,14 [1] với công suất là 1250 kVA, trị số a với cấp điện áp dâyquấn GA là 22 kV chọn a ó 1,4, b ó 0,3

Là hệ số tính đến tốn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra, trong váchthùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy (k f < 1)

Theo bảng 15[1], lấy k f50,82, với dải công suất từ 1000 kVA đến 6300kVA k f biến thiên từ 0,93 đến 0,85, với công suất máy là 1250 kVA chọn

i f5 0,88

+ Trong thiết kế MBA thường dùng trị số p quan hệ giữa đường kính trung

bình các dây quấn với chiều cao dây quấn, để thuận tiện trong việc hài hòa chiphí, và các kích thước trong MBA ta tính toán hệ số yổ

+ về mặt kinb tế: Nếu MBA có cùng công suất, điện áp, các số liệu xuất

pbát và các tbam s k tbu t tbì: kbifínb MBA g y và cao, nufíl n tbì MBA

béo và tbấp với nbững trịậs ố kbác nbau ỏbì tỷ l ệ tầọng lượng ếắt vàdđồng trong

MBA cũng khác nbau: fínbỏ tbì sắt ít lượng đồng nbiều, nếu p tăng lên tbì trọng

lượng sắt tăng lên và đồng lại giảm bớt đi nbư vậy việc cbọn p tbícb bợp kbôngcbỉ ảnb bường đến kícb tbước mà còn ảnb bường đến vật liệu tác dụng cbế tạoMBA, đến các vật liệu kbác và dẫn đến ảnb bường đến giá tbànb của nó

+ Về mặt kỳ thuật: Hệ số p ảnh hường trực tiếp đến các tham số kỳ thuật

của MBA như tốn hao và dòng không tải, độ bền co, sự phát nóng của dây

quấn ví 'ụ khi p tăng thì đường kính '12 sẽ lớn lên, dẫn đến trọng lượng sắt

tăng, do đó tốn hao sắt tăng, dòng điện không tải cũng tăng muốn giữ cho tống

tốn hao không đối khi p tăng thì trọng lượng đồng phải giảm xuống, nhưng lúc

đó sẽ làm cho mật độ dòng điện và lực co giới tác dụng lên dây quấn lại tăng lên

+ Tính toán:

Đường kính trụ sắt tính theo công thức 2-35 [1]:

• e = 0,41: Hệ số qui đối một nửa tiết diện trụ.

• K dq = 2,46.10-2: Đối với dây đồng là hằng số phụ thuộc vào điệntrờ suất của dây quấn

Tính các sư hộ đại lượng có liên quan:

+ Trọng lượng một góc của lõi theo công thức 2-66c [1]:

G 05 0,492.10 4 k Ịd k g.A3.x3

+ Chọn kết cấu mạch từ có 6 mối nối nghiêng.

+ Sơ hồ tốn hao không tải Vo theo 5-27 [1]:

lên đối với góc nối khác nhau (hảng 57 [1])

• k ir -1,3: Hệ số kể đến ảnh hường 'o chiều rồng lá tôn ờ các góc mạch từ

(hảng 52h [1])

• T k —2.Tt: Diện tích hề mặt khe hờ (m2)

• k ig = kn.i ị 0+('' kf i ị 0: Hệ số của góc nối do sự phối hợp khác nhau về sốlượng mối nghiêng và mối phẳng (Với kn = 6 và kt = 0); ( i ị 0 = 3,5 và

i o= 7.5 tra ờ bảng 52a [1]) => i ig= 21

• i ịf 6 1,2, đối với mạch từ phẳng của MBA ba pha hiện thời tiết diện gônghình nhiều bậc với tôn cán lạnh có ủ sau khi cắt dập i ịf i 1,2, không ủ là1,55

không có ủ là 1,04 với MBA có công suất trên 250 kVA, 1,06 với MBA

có công suất 400 đến 630 kVA, 1,07 với những MBA công suất 1000đến 6300 kVA

• qk= 2464 VA/m2 là công suất từ hóa trong khe hờ không khí tra bảng 49,

• 1 c' = 1,06: Hệ số kể đến cácb điện dây quấn

Tính sơ bộ giá thành vật liệu:

'

G td ~ c Fe Lí

Với:

• c Fe giá 1 (kg) sắt làm lõi

• gdq giá 1 (kg) kim loại làm dây quấn biến áp

Mật độ dòng điện trong dây quấn:

Bảng 2.1: Bảng tỉnh toán sơ hộ với /3 trong khoảng 1,2 dến 3,6

8 1328,16 1368.04 1466,9

61603,

Với yêu cầu Vo=111 1 w ta tìm đuợc giá trị p L 1,97, với các số liệu mà ta

đã tính toán đuợc trong bảng từ đó ta vẽ đồ thị quan hệ giữa các đại luợng: tốnhao không tải Po (W) dòng không tải i0; trọng luợng sắt GFe; khối luợng dây quấn

Gdq9 mật độ dòng điện; giá thành vật liệu tác dụng G ' td (%)

Po

1600.00

1200.00 1000.00 )

( 800.00 p

o 600.00 400.00

• Tốn hao không tải: V05 ỏ 1068,8 w.

• Dòng điện không tải: c0%ó0,43 %

• Trọng lượng dây quấn: D dq = 703,33 kg.

2.2.13 Tiết diện bửu hiệu trụ sắt

• • •

T 1 5 k đ T h 5 0,95.0,04193 5 0,04 m 2

Với tính toán sơ hồ ta đã lựa chọn và tính toán được những thông số, hệ sốcần thiết như hệ số từ cảm, dòng điện pha, điện áp pha, tiết diện hữu hiệu trụ,đường kính trung hình rãnh dầu, chiều cao dây quấn sơ hồ Ta sẽ sử dụng những

hệ số này để tính toán chương tiếp theo, tính toán dấy quấn

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 3.1 Các yêu cầu chung vói dây quấn

3.I.I.I Yêu cầu về điện

Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc hình thường vàquá điện áp 'o đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên ảnh hườngchủ yếu 'o cách điện chính của MBA, tức là cách điện dây quấn với nhau vàgiữa dây quấn với vỏ Còn quá điện áp 'o sét đánh thường lên đường dây thườngảnh hường đến cách điện dọc của MBA Tức là giữa các vòng dây rời dây haygiữa các hánh dây của từng dây quấn

3.1.1.2 Yêu cầu cơ học

Dây quấn không hỉ hiến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học

do dòng điện ngắn mạch gây nên

3.1.1.3 Yêu cầu về nhiệt

Khi vận hành hình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trongthời gian nhất đỉnh dây quấn không được có nhiệt độ cao quá vì lúc đó chất cáchđiện sẽ hỉ nóng mất tính đàn hồi, hoá giòn và mất tính cách điện Vì vậy khi thiết

kế phải đảm hảo sao cho tuối thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm

Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít vật liệu và nhân công, thời gian chế tạongắn giá thành hạ nhưng đảm hảo ve mặt vận hành

Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là:

+ Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu vỏchế tạo và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt mà giá thành hạ

+ Phải chủ yếu đến kết cấu và chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình

độ kỳ thuật của xường sản xuất

+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cáchđiện

Quá tình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 hước:

+ Ghọn kiểu và kết cấu dây quấn

+ Tính toán sắp xếp và hố trí dây quấn

+ T ính toán tính năng của MBA

Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn MBA ra làm các kiểu chính sauđây:

+ Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật

+ Dây quấn hình ống dây dẫn tròn

+ Dây quấn hình xoắn

+ Dây quấn hình xoáy ốc liên tục

Người ta còn có thể phân hiệt ra loại dây quấn một mạch (đơn) hay haimạch (kép), có hoán vỉ hay không hoán vỉ

3.I.3.I Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật

Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành hình trụ Nếudòng điện lớn quá thì ghép nhiều sợi song song

Hình 3.21: Câc phương phâp quấn dđy

a) Quấn nẹp sợi dđy b) Quấn gđn dựng

c) Quấn gđn dựng không đạt yíu cầu

Hình 3.22: dđy quấn hình ống a) Ồng đơn b) Ồng kĩp

Nếu £ụấn xmồt lộptạ câ kiểu dđyiquấn hình-rếng ^mđt lớp hay còn goiđẵng đơn/Nếư qụạn hại lớp tạ có Kieụ ninh‘ong Kĩp' Keụ hình ông Kĩp thì hạp ỉớpnối tiếp với nhạụ (qụấn lớp trong từ trín xụông sạụ đó lớp ngoăi qụấn ngược từdưới lín) Như vậy đầụ dđy lớp trong vă đụôi lớp ngoăi có điện âp bằng điện âppha của dđy qụấn Nếụ Uđm dưới 100 V thì câch điện giữa hại lớp rất đơn giản,hoặc dùng một rênh dầụ rộng 4 - 8 mm hoặc dùng một ông giấy câch điện lă đủ.Nếụ điện âp từ 3 đến 6 KV thì phải lăm rênh dầụ có bìạ câch điện ờ giữạ dăy 2

mm Nếụ U > 6 KV thì câch điện sẽ Khó Khăn hơn do đó Không dùng Kiểụ dđyqụấn năy cho câc MBA công sụất từ 25 đến 630 KVA Đe có rênh dầụ thườngdùng qụe nín câch điện bằng gỗ

Kiểụ dđy qụấn hình ông đơn có nhược điểm lă hại đầụ Không có gì giữfiỡfừ13rđếẫ bỉ]tKVArạin°yqIỂ™* công-te^ ốraạớvễMBAhĩ^Vagiẽụếhmỗchế tạo cũng đơn giản nín được dùng phố biến trong câc MBA công sụất từ 630

kVA trờ xuống điện áp dưới 6 kv Trong MBA thì dây quấn hình ống đơn và képchủ yếu làm cuộn HA.

Hình 3.23:Quả trình quẩn dây quẩn hình ổng kiểu trụ

Dây quấn hình ống nhiều lớp tiết diện dây chữ nhật thường được làm dâyquấn CA cho các MBA dung lượng từ 630 đến 40000 kVA, điện áp 10 và 35 kv.Kiệu dây quấn này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì độ bền cơ học của nó khingắn mạch khá bao đảm 'o kết cấu dây quấn gọn chặt Mặt khác nó còn cơ ưuđiệm nữa là lấp đầy cửa số mạch từ tốt hơn các dây quấn khác Rãnh dầu làmlạnh dọc trục cũng có hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn các loại dây quấn có rãnh dầuhướng kính Độ bền về điện khi có quá điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấnkiệu bánh dây Tuy nhiên nhiều loại dây quấn này có nhược điệm cơ bản là bềmặt làm lạnh bỉ giảm đi nhiều so với loại dây quấn bánh dây

3.I.3.2 Dây quẩn hình xoan

Dây quấn gồm một hay sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trục nhưđường ren ốc Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải cótiết diện và kích thước các sợi như nhau

Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiệu dâyquấn hình xoắn mạch đơn Khi dòng điện lớn quá phải chập thành hai mạch đệquấn, ta có kiệu dây quấn hình xoắn mạch kép