Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
Đề tài: Dung lượng máy biến áp Sđm = 1000 kVA, điện áp định mức:
35/6,3 KV, tổ đấu dây: Yo/D-11, tổn hao không tải P0: 1700 W, dòng điện không tải i0: 0,8%, tổn hao ngắn mạch Pn: 6800 W, điện áp ngắn mạch un: 6%, số pha: 3, tần số 50 Hz.
2 Yêu cầu tính toán, thiết kế máy biến áp Chương 1: Phần mở đầu
1.1 Giới thiệu chung về máy biến áp 1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp 1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp 1.4 Nhận xét, kết luận chương 1
Chương 2: Thiết kế máy biến áp
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế.
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ.
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả.
2.8.Nhận xét, kết luận chương 2.
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp máy biến áp A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
6 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019
7 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:
1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp 2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 12
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp 12
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó 12
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp 13
1.1.3 Các đại lượng định mức 14
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 15
1.1.8 Công dụng của máy biến áp 17
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp 17
1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp 18
1.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế 18
1.3.2 Quy trình thiết kế MBA 19
1.4 Nhận xét , kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 23
2.2 Tính toán các tham số cơ bản của MBA 23
2.2.1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản của MBA 23
2.2.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt, chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu của MBA 25
2.3 Tính toán dây quấn MBA 36
2.3.2 Yêu cầu về chế tạo 36
2.3.3.Tính toán dây quấn hạ áp 37
2.3.4.Tính toán đường dây cao áp 40
2.4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 45
2.4.4Xác định điện áp ngắn mạch 50
2.4.5Tính toán lực cơ học dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch 52
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ 54
2.5.2 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (gông) 54
2.5.3 Số lá thép trong từng bậc trụ và gông 54
2.5.4 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ 55
2.5.5 Tiết diện bậc thang của gông 55
2.5.6 Thể tích một góc của mạch từ 55
2.5.7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ 55
2.5.8 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông 55
2.5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ 55
2.5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ 56
2.6 Tính toán nhiệt của MBA 57
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả 63
2.7.3 Trọng lượng dầu toàn bộ MBA 64
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 67
Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 12Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 13Hình 1.3 Nguyên lý làm việc của MBA 15
DANH MỤC BẢNG BIỂUNO TABLE OF FIGURES ENTRIES FOUND.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Tiếng việt
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, việc sản xuất và truyền tải điện năng cần được bố trí tại nơi gần nguồn nguyên nhiên liệu đầu vào của máy phát điện Nhà máy điện sản xuất ra điện năng cần được truyền tải đi xa và cung cấp cho các phụ tải điện Một thiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong việc truyền tải và phân phối điện năng là máy biến áp Máy biến áp dùng để tăng điện áp lên cao áp để giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp khi truyền tải đi xa và giảm điện áp xuống thấp để phù hợp với điện áp của phụ tải Để đảm nhiệm được nhiệm vụ này thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, cần đạt các yêu cầu tối ưu nhất về tổn hao công suất không tải, tổn hao công suất ngắn mạch, tổn hao điện áp trong nó và các tiêu chuẩn khác.
Và yêu cầu cần đặt ra đối với các kĩ sư thiết kế máy biến áp đó là liên tục nghiên cứu, cải tiến thiết kế, vật liệu để sản xuất ra những máy biến áp có tổn hao công suất và tổn hao điện áp tối ưu nhất Hiện nay máy biến áp là loại máy được sử dụng rất phổ biến do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Với tầm quan trọng của máy biến áp, bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và em sẽ thực hiện đề tài: “Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu”.
TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp
Chương 2: Thiết kế máy biến áp
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế.
Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp
Chương 2: Thiết kế máy biến áp
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế.
Nhận xét , kết luận chương 1
Chương 2: Thiết kế máy biến áp
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế.
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ.
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả.
2.8.Nhận xét, kết luận chương 2.
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp máy biến áp A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
6 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019
7 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:
1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp 2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 12
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp 12
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó 12
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp 13
1.1.3 Các đại lượng định mức 14
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 15
1.1.8 Công dụng của máy biến áp 17
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp 17
1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp 18
1.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế 18
1.3.2 Quy trình thiết kế MBA 19
1.4 Nhận xét , kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 23
2.2 Tính toán các tham số cơ bản của MBA 23
2.2.1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản của MBA 23
2.2.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt, chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu của MBA 25
2.3 Tính toán dây quấn MBA 36
2.3.2 Yêu cầu về chế tạo 36
2.3.3.Tính toán dây quấn hạ áp 37
2.3.4.Tính toán đường dây cao áp 40
2.4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 45
2.4.4Xác định điện áp ngắn mạch 50
2.4.5Tính toán lực cơ học dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch 52
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ 54
2.5.2 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (gông) 54
2.5.3 Số lá thép trong từng bậc trụ và gông 54
2.5.4 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ 55
2.5.5 Tiết diện bậc thang của gông 55
2.5.6 Thể tích một góc của mạch từ 55
2.5.7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ 55
2.5.8 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông 55
2.5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ 55
2.5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ 56
2.6 Tính toán nhiệt của MBA 57
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả 63
2.7.3 Trọng lượng dầu toàn bộ MBA 64
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 67
Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 12Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 13Hình 1.3 Nguyên lý làm việc của MBA 15
DANH MỤC BẢNG BIỂUNO TABLE OF FIGURES ENTRIES FOUND.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Tiếng việt
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, việc sản xuất và truyền tải điện năng cần được bố trí tại nơi gần nguồn nguyên nhiên liệu đầu vào của máy phát điện Nhà máy điện sản xuất ra điện năng cần được truyền tải đi xa và cung cấp cho các phụ tải điện Một thiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong việc truyền tải và phân phối điện năng là máy biến áp Máy biến áp dùng để tăng điện áp lên cao áp để giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp khi truyền tải đi xa và giảm điện áp xuống thấp để phù hợp với điện áp của phụ tải Để đảm nhiệm được nhiệm vụ này thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, cần đạt các yêu cầu tối ưu nhất về tổn hao công suất không tải, tổn hao công suất ngắn mạch, tổn hao điện áp trong nó và các tiêu chuẩn khác.
Và yêu cầu cần đặt ra đối với các kĩ sư thiết kế máy biến áp đó là liên tục nghiên cứu, cải tiến thiết kế, vật liệu để sản xuất ra những máy biến áp có tổn hao công suất và tổn hao điện áp tối ưu nhất Hiện nay máy biến áp là loại máy được sử dụng rất phổ biến do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Với tầm quan trọng của máy biến áp, bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và em sẽ thực hiện đề tài: “Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu”.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện 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 giảnNhư 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 chi phí trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV 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, 220V, 500V… 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 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 63MVA với điện áp 110 kV và 220 kV
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, dùng để 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 Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực như hình bên.
Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 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.
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp.
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp.
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp.
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp.
1.1.3 Các đại lượng định mức Các đại 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.
1.1.4 Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm, là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ 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 một 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.
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn củaMBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA một pha dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với MBA ba pha dòng điện định mức là dòng điện dây
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 một pha công suất định mức là:
2 2 1 1 dm dm dm dm dm
S U I U I Đối với MBA ba pha công suất định mức là:
3 3 dm dm dm dm dm
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 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 dây 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 đồ nguyên lý của một MBA 1 pha.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Giới thiệu mục tiêu thiết kế
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ.
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả.
2.8.Nhận xét, kết luận chương 2.
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp máy biến áp A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
6 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019
7 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:
1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp 2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 12
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp 12
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó 12
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp 13
1.1.3 Các đại lượng định mức 14
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 15
1.1.8 Công dụng của máy biến áp 17
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp 17
1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp 18
1.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế 18
1.3.2 Quy trình thiết kế MBA 19
1.4 Nhận xét , kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 23
2.2 Tính toán các tham số cơ bản của MBA 23
2.2.1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản của MBA 23
2.2.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt, chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu của MBA 25
2.3 Tính toán dây quấn MBA 36
2.3.2 Yêu cầu về chế tạo 36
2.3.3.Tính toán dây quấn hạ áp 37
2.3.4.Tính toán đường dây cao áp 40
2.4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 45
2.4.4Xác định điện áp ngắn mạch 50
2.4.5Tính toán lực cơ học dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch 52
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ 54
2.5.2 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (gông) 54
2.5.3 Số lá thép trong từng bậc trụ và gông 54
2.5.4 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ 55
2.5.5 Tiết diện bậc thang của gông 55
2.5.6 Thể tích một góc của mạch từ 55
2.5.7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ 55
2.5.8 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông 55
2.5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ 55
2.5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ 56
2.6 Tính toán nhiệt của MBA 57
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả 63
2.7.3 Trọng lượng dầu toàn bộ MBA 64
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 67
Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 12Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 13Hình 1.3 Nguyên lý làm việc của MBA 15
DANH MỤC BẢNG BIỂUNO TABLE OF FIGURES ENTRIES FOUND.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Tiếng việt
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, việc sản xuất và truyền tải điện năng cần được bố trí tại nơi gần nguồn nguyên nhiên liệu đầu vào của máy phát điện Nhà máy điện sản xuất ra điện năng cần được truyền tải đi xa và cung cấp cho các phụ tải điện Một thiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong việc truyền tải và phân phối điện năng là máy biến áp Máy biến áp dùng để tăng điện áp lên cao áp để giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp khi truyền tải đi xa và giảm điện áp xuống thấp để phù hợp với điện áp của phụ tải Để đảm nhiệm được nhiệm vụ này thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, cần đạt các yêu cầu tối ưu nhất về tổn hao công suất không tải, tổn hao công suất ngắn mạch, tổn hao điện áp trong nó và các tiêu chuẩn khác.
Và yêu cầu cần đặt ra đối với các kĩ sư thiết kế máy biến áp đó là liên tục nghiên cứu, cải tiến thiết kế, vật liệu để sản xuất ra những máy biến áp có tổn hao công suất và tổn hao điện áp tối ưu nhất Hiện nay máy biến áp là loại máy được sử dụng rất phổ biến do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Với tầm quan trọng của máy biến áp, bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và em sẽ thực hiện đề tài: “Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu”.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện 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 giảnNhư 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 chi phí trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV 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, 220V, 500V… 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 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 63MVA với điện áp 110 kV và 220 kV
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, dùng để 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 Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực như hình bên.
Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 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.
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp.
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp.
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp.
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp.
1.1.3 Các đại lượng định mức Các đại 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.
1.1.4 Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm, là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ 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 một 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.
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn củaMBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA một pha dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với MBA ba pha dòng điện định mức là dòng điện dây
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 một pha công suất định mức là:
2 2 1 1 dm dm dm dm dm
S U I U I Đối với MBA ba pha công suất định mức là:
3 3 dm dm dm dm dm
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 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 dây 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 đồ nguyên lý của một MBA 1 pha.
Tính toán các tham số cơ bản của MBA
2.2.1 Tính toán 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.
Dung lượng một pha MBA:
Dung lượng trong mỗi trụ:
S: công suất định mức của máy biến áp. m = 3: số pha của máy biến áp. t = 3: số trụ tác dụng của máy biến áp.
Dòng điện dây định mức:
U1 = 0,4 V: là điện áp phía sơ cấp.
Dòng điện pha định mức.
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch: u nr = P n
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch: u nx = √ u n 2 −u nr 2 = √ 6 2 −0, 68 2 =5,96 (%) Điện áp định mức:
- Phía HA nối ∆ : Uf1 =U1= 0,4 ( kV) Điện áp thử dây quấn:
Theo tiêu chuẩn VN ( phụ lục 13):
• Dây quấn CA với Ut2= 35kV thì Ut= 80kV
• Dây quấn HA với Ut1=0,4kV thì Ut=5 kV
2.2.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt, chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu của MBA.
- 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.
- Chọn các số liệu xuất phát: Để đáp ứng yêu cầu thiết kế và đơn giản khi tính toán ta chọn máy biến áp 3 pha, 2 dây quấn kiểu trụ phẳng, dây quấn đồng tâm Kiểu dây quấn, dây quấn sơ cấp với điện áp U1 = 0,4 (kV), I143,38(A) , dây quấn hình ống một lớp và hai lớp dây dẫn chữ nhật; dây quấn thứ cấp với điện áp U2 = 35 (kV), I2 16,5(A), dây quấn hình ống một lớp và hai lớp dây dẫn chữ nhật (tra bảng 38 trang 207, Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điện lực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002).
Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. a 1 +a 2 3 = k 4 √ S ' =0,52 4 √333, 3=2, 22(cm ) a r = a 12 + k 4 √ S ' =2 +2,39 =4,22 ( cm)
Trong đó: a12 = 2 cm là khoảng cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp (tra bảng XIV.2 trang 654 - Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh; Thiết kế máy điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006) theo điện áp thử và công suất MBA.
S’: dung lượng trên mỗi trụ MBA. a1: là chiều dày dây quấn hạ áp a2: là chiều dày dây quấn cao áp k = 0,52: là hệ số tra bảng 13.1 (trang 456 – Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh; Thiết kế máy điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006) theo điện áp và công suất.
Hệ số quy đổi từ trường tản: kr = 0,95.
2.2.3 Thiết kế mạch từ a 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 silic 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 nguội 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 nguội 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 nguội 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 nguội 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. b Cắt lá thép
Do ta sử dụng loại tôn cán nguội mà do loại tôn cán nguội 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 mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn khi đó góc α ≠ 0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể.
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. c Tính chọn sơ bộ mạch từ
Do xu thế hiện nay trong việc chế tạo MBA người ta đều dùng tôn cán nguội có chất lượng cao của các nước phát triển sản xuất Nên ở đây ta chọn tôn cán nguội của Nga sản xuất, mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm.
Trị số tự cảm trong trụ MBA (BT) (tra bảng 11 trang 190, Phan Tử Thụ;
Thiết kế máy biến áp điện lực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002), với mã hiệu tôn 3404, công suất MBA S = 1000 kVA, chọn BT = 1,65(T).
Hệ số tăng cường tiết diện gông (kg): với kg = 1,025 (tra bảng 6 trang 187 – Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điện lực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002). Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng đối với tôn cán nguội ta dùng lõi thép với cách ghép xen kẽ có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 3 mối nối giữa dùng mối ghép thẳng lá tôn Phương pháp này vừa đơn giản vừa kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến
Ta chọn số bậc thang trong trụ là 7 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 0,9 (tra bảng 4 trang 186 – Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điện lực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002)
Chọn số bậc thang của gông nhỏ hơn số bậc thang của trụ một bậc là 6.
Theo bảng 10 trang 189 – Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điện lực;
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Ta chọn hệ số lấp đầy kđ 0,965; đối với lá tôn dày 0,35 mm, mã hiệu 3404 phủ 1 lớp sơn cách điện và 1 lớp chịu nhiệt.
Như vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là:
Từ cảm trong của gông:
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng:
Từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên:
Theo phụ lục bảng V-13: trang 616 – Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng Thanh; Thiết kế máy điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
+ Suất tổn hao : pt=1,411 W/kg + Suất từ hóa: qt = 2,131 VA/kg Với Bg = 1,6 T
+ Suất tổn hao : pg =1,295 W/kg + Suất từ hóa: qg = 1,775 VA/kg Suất tổn hao khe hở không khí mối nối thẳng: pk = 0,047 (W/cm 2 ) Suất từ hóa ở khe hở không khí:
+Với B’’k = 1,65 (T) tra được qk’’= 2670 VA/m2 +Với B’k = 1,17 (T) tra dược qk’ = 2000 VA/m2 Khoảng cách cách điện chính chọn theo Uth = 5 kV của cuộn CA:
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 = 4 mm: ống cách điện giữa CA và HA (bảng 19). δ22 = 3 mm: ống cách điện giữa CA và CA (bảng 19). l02 = 50 mm: cao áp với gông (bảng 19). lđ2 = 20 mm: phần đầu thừa các ống cách điện CA (bảng 19). lđ1 = 25 mm: phần đầu thừa các ống cách điện HA (bảng 18). δ01 = 4.0,5 mm: ống cách điện giữa HA và trụ (bảng 18). l01 = 15 (mm): khoảng cách từ dây quấn HA đến gông (bảng 18). a01 = 5 (mm): Khoảng cách cách điện điện giữa trụ và dây quấn HA (bảng 18). a12 = 20 (mm): Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và CA (bảng 19). a22 = 18 (mm): Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA (bảng 19).
Theo bảng 18,19 trang 193 – Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điện lực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002. d Các hằng số tính toán đối với dây đồng (a, b)
Nhận xét , kết luận chương 2
Chương 3: Kết luận, kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển của đề tài
3 Các tiêu chuẩn phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp
- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật
4 Các bản vẽ cần thực hiện
STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng
1 Bản vẽ tổng lắp ráp máy biến áp A3 01
5 Yêu cầu trình bày văn bản
6 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦA BÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số 815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019
7 Về thời gian thực hiện đồ án:
Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:
1 Số liệu phục vụ tính toán, thiết kế máy biến áp 2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 12
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp 12
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó 12
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp 13
1.1.3 Các đại lượng định mức 14
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 15
1.1.8 Công dụng của máy biến áp 17
1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp 17
1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp 18
1.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế 18
1.3.2 Quy trình thiết kế MBA 19
1.4 Nhận xét , kết luận chương 1 21
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 23
2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 23
2.2 Tính toán các tham số cơ bản của MBA 23
2.2.1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản của MBA 23
2.2.2 Thiết kế sơ bộ lõi sắt, chọn các số liệu xuất phát và tính toán các kích thước chủ yếu của MBA 25
2.3 Tính toán dây quấn MBA 36
2.3.2 Yêu cầu về chế tạo 36
2.3.3.Tính toán dây quấn hạ áp 37
2.3.4.Tính toán đường dây cao áp 40
2.4.1 Xác định tổn hao ngắn mạch 45
2.4.4Xác định điện áp ngắn mạch 50
2.4.5Tính toán lực cơ học dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch 52
2.5 Tính toán hệ thống mạch từ 54
2.5.2 Tổng chiều dày các lá thép của tiết diện trụ (gông) 54
2.5.3 Số lá thép trong từng bậc trụ và gông 54
2.5.4 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ 55
2.5.5 Tiết diện bậc thang của gông 55
2.5.6 Thể tích một góc của mạch từ 55
2.5.7 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của trụ 55
2.5.8 Tiết diện hữu hiệu (thuần sắt) của gông 55
2.5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ 55
2.5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ 56
2.6 Tính toán nhiệt của MBA 57
2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả 63
2.7.3 Trọng lượng dầu toàn bộ MBA 64
2.8 Nhận xét , kết luận chương 2 67
Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản 12Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 13Hình 1.3 Nguyên lý làm việc của MBA 15
DANH MỤC BẢNG BIỂUNO TABLE OF FIGURES ENTRIES FOUND.
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Tiếng việt
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, việc sản xuất và truyền tải điện năng cần được bố trí tại nơi gần nguồn nguyên nhiên liệu đầu vào của máy phát điện Nhà máy điện sản xuất ra điện năng cần được truyền tải đi xa và cung cấp cho các phụ tải điện Một thiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong việc truyền tải và phân phối điện năng là máy biến áp Máy biến áp dùng để tăng điện áp lên cao áp để giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp khi truyền tải đi xa và giảm điện áp xuống thấp để phù hợp với điện áp của phụ tải Để đảm nhiệm được nhiệm vụ này thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, cần đạt các yêu cầu tối ưu nhất về tổn hao công suất không tải, tổn hao công suất ngắn mạch, tổn hao điện áp trong nó và các tiêu chuẩn khác.
Và yêu cầu cần đặt ra đối với các kĩ sư thiết kế máy biến áp đó là liên tục nghiên cứu, cải tiến thiết kế, vật liệu để sản xuất ra những máy biến áp có tổn hao công suất và tổn hao điện áp tối ưu nhất Hiện nay máy biến áp là loại máy được sử dụng rất phổ biến do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Với tầm quan trọng của máy biến áp, bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và em sẽ thực hiện đề tài: “Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu”.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Giới thiệu chunng về máy biến áp
1.1.1 Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện 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 giảnNhư 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 chi phí trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV 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, 220V, 500V… 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 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 63MVA với điện áp 110 kV và 220 kV
1.1.2 Khái niệm về máy biến áp Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, dùng để 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 Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực như hình bên.
Hình 1.2 Ký hiệu máy biến áp 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.
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp.
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp.
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp.
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp.
1.1.3 Các đại lượng định mức Các đại 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.
1.1.4 Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm, là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực của dây quấn thứ 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 một 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.
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn củaMBA, ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA một pha dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với MBA ba pha dòng điện định mức là dòng điện dây
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 một pha công suất định mức là:
2 2 1 1 dm dm dm dm dm
S U I U I Đối với MBA ba pha công suất định mức là:
3 3 dm dm dm dm dm
1.1.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 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 dây 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 đồ nguyên lý của một MBA 1 pha.