Đồ án Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài: Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha

1

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng 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.

2

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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:

➢ Phần 1 : Tổng quan về máy biến áp.

➢ Phần 2 : Thiết kế.

Các bản vẽ :

Bản vẽ tổng lắp ráp A0.

Bản vẽ quấn dây và sơ đồ nối dây A0.

Bản vẽ mạch từ lắp ráp A0.

Kết luận .

Các tài liệu tham khảo .

3

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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.

Máy phát điện

Hộ tiêu thụ

Đường dây tải

Máy biến áp

tăng áp

Máy biến áp

giảm áp

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

4

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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

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

5

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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 .

+ W₂: Số vòng dây cuộn thứ cấp .

6

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC

Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho

phù hợp với từng loại máy .

Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA .

a. Điện áp định mức

Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U_1đm,là điện áp qui định cho dây quấn

sơ cấp .

Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U_2đm,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 S_đm,đơn vị là VA,KVA .

Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :

7

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

S_đm=U_2đ.I_2đm=U_1đm.I_1đm.

Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :

S_đm= .U_2đm.I_2đm=

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

3

.U_1đm.I_1đm.

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

8

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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)

9

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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)

10

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a. Một pha; b. Ba pha;

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 C_dqlớn, điện dung đối với đất C_đnhỏ 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)

11

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Hình 1.4 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.

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.

12

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc

1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn

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.

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

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.

13

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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

a.

b.

Lượt 1

Lượt

2

c.

Lượt 1

Lượt 2

d.

14

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

e.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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

cuộn CA đặt ngoài .Bố trí cuộn

a.Dây quấn đồng tâm:

CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc

(Hình 1.7): Cuộn CA và HA là

việc rút đầu dây điều chỉnh điện

những hình ống đồng tâm ,bố

áp cũng như giảm được kích

trí cuộn HA đặt sát trụ còn

15

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

thước rãnh cách điện giữa các

cuộn dây và giữa cuộn dây với

trụ

sắt.

H×nh 1.7 D©y quÊn ®ång t©m

b. Dây quấn xen kẽ (Hình1.8) :

Cuộn CA và HA được quấn thành

từng bánh có chiều cao thấp và

quấn xen kẽ, do đó giảm được lực

dọc trục khi ngắn mạch. Dây quấn

xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang

nên tản nhiệt tốt nhưng 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.

H×nh 1.7 D©y quÊn xen kÏ

1.5.3 Vỏ máy biến áp:

16

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện

ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp

thùng.

a.Thùng 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.

17

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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

18

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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).

I

Z

U

U₁

W

W₂

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA

19

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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 v₁vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có

dòng điện i₁. Trong lõi thép và sinh ra từ thông f móc vòng với cả hai cuộn

dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e₁và e₂. ở cuộn sơ cấp

có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i₂đưa 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 nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.

f= fm. sinwt

Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các

dây quấn sơ cấp và thứ cấp là:

d

dt

dmsint

e₁= W ₁= - w ₁

= -W₁wfmcoswt

dt



2

=

2

E ₁sin(wt- )

d

dt

dmsint



E ₂sin(Wt )

2

e ₂=-W₂= - W₂

= -W₂fmcoswt

2

dt

Trong đó:

W₁m 2fW₁m

W₂m

E₁=

=

=4,44fW₁fm

E₂=

=

2

2fW₂m

=4,44fW₂fm

2

20

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau.

E₁W₁

k =

=

E₂W₂

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

₂E₂do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

U

E₁U₁

k=



E₂U ₂

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC:

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 -20^oC đến

-40^oC. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ

nước đầu vào không vượt quá 25^oC.

+ 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.

21

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

+ 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

22

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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 b

theo đại số io, Po, m, 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

23

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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.

24

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

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 U_CA/U_HA=22/0.4KV(+-) 2*2.5%

Tần số f=50 Hz.

Tổ nối dây Y/Y0-12.

25

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

Tổn hao không tải :

Tổn hao ngắn mạch:

Điện áp ngắn mạch :

P₀= 840 W

P_n=5750 W.

U_n=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

S _f= =

m

400

3

=133,3 (KVA)

26

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

2.Dung lượng trong mỗi trụ.

S

400

3

S’ =

=

=133,3 (KVA)

t

Trong đó :

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

m=3 :số pha

t=3 : số trụ tác dụng của m.b.a

3. Dòng điện dây định mức.

- Phía cao áp (CA)

S_dm

400

I₂=

=

=10,479 (A)

3.U_2dm

3.22

U_2đm=22.10³(V) :

- Phía hạ áp (HA)

I₁=

là điện áp phía cao áp.

S_dm

400

=

=577,35(A).

3.U_1dm

3.0,4

U_1đm= 0,4.10³(V) : là điện áp phía hạ áp.

4.Dòng điện pha định mức.

Vì dây quấn nối Y/Y₀nên dòng điện pha định mức là :

- Phía CA nối Y: Nên ta có I_f2=I₂=10,479(A).

27

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

- Phía HA nối Y: Nên ta có I_f1=I₁=577,35(A).

5. Điện áp pha định mức.

- Phía cao áp nối Y: U_f2=

U_CA

22

3.

=

=12,7(KV)

3

U_HA

0,4

3.

- Phía hạ áp nối Y: U_f1=

=

=0,231(KV)

3

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: U_t2=55(KV)

- Dây quấn HA: U_t1=5(KV)

7. Các thành phần đện áp ngắn mạch.

- Thành phần tác dụng của điện áp ngán mạch.

Pn

5750

U_nr%=

=

=1,44%

10.S_dm10.400

-Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.

U_nx%= U_n²% U_ñ²_n%

U_nx% = 4²_n1,44²_ñn

=3,73%

28

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

BÀI 1.2 :THIẾT KẾ SƠ BỘ LÕI SẮT , CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT

PHÁT ,CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC

CHỦ YẾU.

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.( a_r)

a₁ a₂

a_r= a₁₂+

theo 2-33 TL1

theo 2-36 TL1

3

4

hay :

a_r= a₁₂+ k.

s

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)

* a_{1 :}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

29

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm

dầu

* S’=133,3(KVA): dung lượng trên mỗi trụ

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

11. Hệ số qui đổi từ trường tản: K_R=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

30

SINH VIÊN :BUI THI LUONG