ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA NGÂM DẦU

BÁOCÁO ĐỒÁN

THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA NGÂM DẦU

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn ĐoàiSinh viên thực hiện:

Mã sinh viên:

Hà Nội – 2024KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

====o0o====

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIĐộc lập - Tự do - Hạnh phúcĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN

2021606162 Nguyễn Đức ChươngĐiện 7 – K16Điện2021605651 Nguyễn Tùng BáchĐiện 7 – K16ĐiệnTÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế máy biến áp ba pha ngâm dầu

1.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 điệnkhông 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.

2.4.Tính toán ngắn mạch.

2.5 Tính toán hệ thống mạch từ.2.6 Tính toán nhiệt.

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

- TCVN: 1011-2015; TCVN: 3079-2015; TCVN: 2608-2015; TCVN:6036-1:2015,…

- TCVN 8:2015: Quy định về bản vẽ kỹ thuật

4 Các bản vẽ cần thực hiện

6 Thực hiện theo biểu mẫu “BM03” về QUY CÁCH CHUNG CỦABÁO CÁO TIỂU LUẬN/BTL/ĐỒ ÁN/DỰ ÁN trong Quyết định số815/ QĐ-ĐHCN ngày 15/08/2019

7 Về thời gian thực hiện đồ án:

Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

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 pháttriển của nó 12

1.1.2 Khái niệm về máy biến áp 13

1.1.3 Các đại lượng định mức 14

1.1.4 Điện áp định mức 14

1.1.5 Dòng điện định mức 14

1.1.6 Công suất định mức 15

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

2.2.3 Thiết kế mạch từ 26

2.3 Tính toán dây quấn MBA 36

2.3.1 Yêu cầu vận hành 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

2.5.4 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

2.5.9 Chiều cao của trụ 55

2.5.10 Khoảng cách giữa tâm hai trụ 55

2.5.11 Khối lượng sắt một góc mạch từ 56

2.5.12 Khối lượng sắt gông 56

2.5.13 Khối lượng sắt trụ 56

2.6 Tính toán nhiệt của MBA 57

2.7 Mô phỏng đánh giá kết quả 63

2.7.1 Trọng lượng ruột máy 63

DANH MỤC HÌNH ẢNH

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

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoahọc kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa được đặtlên hàng đầu Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rờiđược 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 nơigần nguồn nguyên nhiên liệu đầu vào của máy phát điện Nhà máy điện sản xuấtra điện năng cần được truyền tải đi xa và cung cấp cho các phụ tải điện Mộtthiết bị rất quan trọng và không thể thiếu trong việc truyền tải và phân phối điệnnăng là máy biến áp Máy biến áp dùng để tăng điện áp lên cao áp để giảm tổnhao công suất và tổn hao điện áp khi truyền tải đi xa và giảm điện áp xuống thấpđể phù hợp với điện áp của phụ tải Để đảm nhiệm được nhiệm vụ này thì côngviệc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, cần đạt các yêu cầu tốiưu nhất về tổn hao công suất không tải, tổn hao công suất ngắn mạch, tổn haođiện 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 tụcnghiên cứu, cải tiến thiết kế, vật liệu để sản xuất ra những máy biến áp có tổnhao công suất và tổn hao điện áp tối ưu nhất Hiện nay máy biến áp là loại máyđược sử dụng rất phổ biến do những ưu điểm vượt trội của loại máy này cóđược Với tầm quan trọng của máy biến áp, bằng tất cả cố gắng của mình, vớinhững kiến thức nhận được từ thầy cô và em sẽ thực hiện đề tài: “Thiết kế máybiến áp ba pha ngâm dầu”.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP1.1 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 pháttriển của nó

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dâytải điện nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấnđề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm saocho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật.

Hình 1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện ápđược tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thểlàm 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, muốntruyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm chi phí trên đường dâyngười ta phải dùng điện áp cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV và 500kV Trênthực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí doan toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21kV, do đó phải có thiết bị để tăng điệnáp đầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấptừ 127V, 220V, 500V… đến 6kV, do đó trước khi sử dung điện năng ở đây cầnphải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra củamáy phát điện tức đầu đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khiđến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA).

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suấttừ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốnlần tăng và giảm điện áp như vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệthống 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 hayMBA công suất Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặcphân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng lượng

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

Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng trongviệc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà Hiệnnay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng 63MVA với điện áp110 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 cảmứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp nàythành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thayđổi 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) Đầura của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC) Khi điện áp đầu ra TC lớn hơnđiện áp vào SC ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vàoSC ta có MBA hạ áp

Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp.

1.1.5 Dòng điện định mức

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 mứclà dòng điện dây

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 sửdụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấptrong một MBA không có liên hệ với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau vềtừ Xét sơ đồ nguyên lý của một MBA 1 pha.

Hình 1.3 Nguyên lý làm việc của MBA

Đây là sơ đồ MBA 1 pha hai dây quấn, máy gồm có hai cuộn dây Cuộnsơ cấp có w1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có w2 vòng dây được quấn trên lõithép

Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ cấp trong đó sẽ códòng điện i1 Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông ϕ móc vòng với cả hai cuộn dâysơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 Dây quấn thứ cấp cósức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2

Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thôngdo nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.

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

Dựa vào biểu thức trên người ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA nhưsau:

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

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

1.1.8 Công dụng của máy biến áp

MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng tatrong 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 thốngđiện.

Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyềntải và phân phối điện năng, vì các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa cáctrung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ…) vì thế cầnphải 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 nângcao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảmdòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp truyền, vì vậy ở đầuđường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 kV; 220kV; 500kV v…v và ở cuốiđường dây cần đặt MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ, thường là127V đến 500V và các động cơ công suất lớn thường là 3 đến 6kV.

1.2 Giới thiệu chung về thiết kế máy biến áp

Nhiệm vụ của người thiết kế MBA là thiết kế ra một MBA đảm bảo tínhkĩ thuật và đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn của nhà nước đề ra

Công việc thiết kế thường trải qua ba giai đoạn :a) Nhiệm vụ kĩ thuật

Chủ yếu định rõ công dụng của sản phẩm , phạm vi sử dụng , phương thứclàm nguội.

b) Tính toán điện từ thường qua các khâu chính sau đây:- Tính các kích thước chủ yếu

- Thiết kế cuộn dây , kết cấu cách điện của chúng- Tính toán và kiểm nghiệm các đặc tính của chúng- tính toán cụ thể lõi sắt

- tính toán nhiệt và thiết kế vỏ máyc) thiết kế thi công

Tính toán và vẽ đầy đủ các chi tiết kết cấu toàn bộ máy Tính toán kinh tếvề sản phẩm chế tạo Để đảm bảo cho việc tính toán hợp lí, tốn ít thời gian việcthiết kế MBA tuân theo một trình tự nhất định.

Một MBA tốt nhất phải đạt được các chỉ tiêu về kinh tế , kỹ thuật caonghĩa là vừa phải thỏa mãn về kích thước và phải đảm bảo về độ bền về điện ,cơ, nhiệt.

1.3 Quy trình, các tiêu chuẩn thiết kế máy biến áp1.3.1 Các tiêu chuẩn thiết kế

MBA điện lực được chế tạo theo dãy công suất với tính năng được quyđịnh theo tiêu chuẩn nhà nước như sau

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6306-1-1997 có các quy định

Điều kiện làm việc của MBA: Độ cao không quá 1000m so với mực nướcbiển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20oC đến +40oC.Trong trường hợp này máy biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nướcđầu vào không vượt quá 25oC

Về dãy công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối vớiMBA công suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của TCVN 142 – 88 Cụthể là: 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000;6300; 10000 kVA Nếu là MBA một pha thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm

Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220; 500kV.Tiêu chuẩn cũng quy định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong MBA3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 phavà được đánh dấu bằng các chữ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d, zcho các cuộn dây hạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nối với Y(y) hoặc Z(z) được đưa ra ngoài thì việc đánh dấu phải là YN (yn) hoặc ZN (zn) cho cácphía CA và HA.

Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến các cuộn dây khác nhau của mộtMBA 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 sovới điện áp dây sơ cấp thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ, trongđó vectơ điện áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kimphút Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệch pha tương ứng ở các vị trí lần lượt chỉ cácgiờ trong đó số 12 có thể coi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn).

1.3.2 Quy trình thiết kế MBA

Để đảm bảo về tính toán hợp lý tốn ít thời gian, việc tính toán MBA sẽ lầnlượt tiến hành theo trình tự như sau:

1 Xác định các đại lượng cơ bản:

- Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn.

- Xác định điện áp thử của các dây quấn.

- Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh 2 Tính toán các kích thước chủ yếu:

- Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt.

- Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn cường độ tựcảm của lõi sắt.

- Chọn các kết cấu và xác định các khoảng cách cách điện chính của cuộndây

- Tính toán sơ bộ MBA và chọn quan hệ kích thước chủ yếu β theo nhữngtrị số io, un, Po, Pn đã cho

- Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính toán 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 định tổn hao ngắn mạch - Tính toán điện áp ngắn mạch

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

5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải củaMBA

- 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 - Quá trình truyền nhiệt trong MBA.

- Khái niệm về hệ thống làm nguội MBA.

- Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh.- Tính toán nhiệt MBA

- Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu.7 Tính toán và chọn một số chi tiết kết cấu MBA.

Phần này trình bày sơ lược cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quantrọng như bulông của xà ép gông, đai ép trụ và gông, vách, nắp và đáy thùng,ống xả dầu… Có thể hình dung thêm kết cấu MBA thông qua một số bản vẽ chitiết về lõi sắt, dây quấn và bản vẽ sơ bộ tổng lắp ráp MBA.

1.4 Nhận xét , kết luận chương 1

Như ta đã tìm hiểu ở trên , 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 sẽgiảm 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 trênđường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35kV, 110kV, 220kV và500kV Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện ápnhư vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21kV, do đó phải cóthiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉsử dụng điện áp thấp từ 127V, 220V, 500V… đến 6kV, do đó trước khi sử dungđiện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng đểtăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dây dẫn và những thiết bị giảmđiện 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 suấttừ nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốnlần tăng và giảm điện áp như vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệthống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện.

Ngoài ra từ những nội dung ở trên ta cũng hiểu được cấu tạo , nguyên líhoạt động của một MBA ba pha Chúng ta cũng có thể xác định được thông sốcơ bản cần phải tính toán , hiểu rõ hơn về tổ đấu dây của MBA 3 pha

Để việc thiết kế tiết kiệm thời gian và dễ dàng hơn , ta sẽ thực hiện theonhững bước cơ bản sau :

- Xác định các đại lượng cơ bản- Tính toán các kích thước chủ yếu- Tính toán dây quấn cao áp , hạ áp

- Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ của máy biến áp- Tính toán tham số không tải của máy biến áp

- Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội của máy biến áp- Kết cấu máy biến áp

1.5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế

Thiết kế máy biến áp dầu có các thông số sau :- Sp = 1000 kVA ; số pha m = 3

- Tổ nối dây Yo/D-11

- Điều chỉnh điện áp lúc không tải , chế độ làm việc liên tục- Điện áp bên cao áp U2=35±2*2,5% kV

- Điện áp bên hạ áp U1=0,4 kV- Điện áp ngắn mạch Un=6 %

- Tổn hao ngắn mạch Pn= 6800 kW dòng điện không tải i0= 0,8 %- Tổn hao không tải P0= 1700 W

2.2 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 địnhcác đại lượng điện cơ bản sau đây.

Dung lượng một pha MBA:

3 =333,3 (kVA)

Dung lượng trong mỗi trụ:

S '=St=

Dòng điện dây định mức:Phía hạ áp:

I1= S√ 3 U1=

√ 3.35=16,5 ( A)

Dòng điện pha định mức.Phía CA nối Y:

Ip2 =I2 = 16,5(A)

Phía HA nối ∆ :

If1 = I1

√3 = 1443,38√3 ≈ 833,34 (A) Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:

- 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

Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

3 =k4

√S '=0,52.4√333, 3=2, 22(cm)

ar=a12+k4√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 máyđiện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006) theo điện áp thử và côngsuất 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, NguyễnHồng 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 nhưtổn hao sắt chính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lượng tôn silic sử dụnglàm sao cho ít nhất và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn Mặt khác lõi sắt cũng là nơimà trên đó gắn nhiều bộ phận khác như: Dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối vớimột số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏkhi sửa chữa Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được ứng lực cơ học lớn khi bịngắn mạch dây quấn.

Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thị việc chọn loạitôn silic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phầnsilic bao nhiêu là được Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thìlá 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 vềkhả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán nguội là loạitôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ khôngđẳng hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từthẩm thay đổi rất ít theo thời gian dùng tôn cán nguội cho phép tăng cường độ từcảm 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 thướcmáy, đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việcchuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán nguội có hơi cao nhưng do việc giảmđược tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn kinh tế hơn những loạiMBA 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 từkhông đẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểumối nối vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối α ≠ 0 khálớn làm tăng tổn hao sắt mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát látôn 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 látôn vừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định hướngban đầu Các lá thép kĩ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoàitrước 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 cánnguội có chất lượng cao của các nước phát triển sản xuất Nên ở đây ta chọn tôncán 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 cánnguội 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 giảnvừa 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, éptrụ 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; Nhàxuất 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 1lớp chịu nhiệt.

Như vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là:

1, 65

1,025=1, 6(T )

Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng:

B} rsub {k} = {B} rsub {T} =1, 65 (T¿

Từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên:

√2=1, 65

+ 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/cm2)

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; Nhàxuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002.

d Các hằng số tính toán đối với dây đồng (a, b)

Theo bảng 13,14,15 trang 191 – Phan Tử Thụ; Thiết kế máy biến áp điệnlực; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Ta chọn a = 1,4; b = 0,44;hệ số kf = 0,94 khi ngắn mạch

Đối với dây quấn đồng, công suất 1000 kVA, tổn hao ngắn mạch theo tiêuchuẩn, và cấp điện áp 400 V.

e Chọn hệ số tối ưu β

√ S ' arkrf UnxBT2kld2 =16

√333, 3.4,22 1 0−2.0,9550.5,96 1,642.0, 8372=6,2

un (1+e

−π unr

unx )=1,411006 (1+e

2, 3 2+1,4211,02 =0,23

Tỷ lệ giữa giá dây đồng PBV và thép 3404 là kFeCu = 2,21 theo thời gian.

Pn: Công suất tổn hao ngắn mạch (Pn = 125 W)

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

J=√0,94.1252,4 Gdq =√50,52Gdq (A /m m

2)

Ứng với mật độ dòng điện J và lực điện động cho phép ta tìm ra khoảng cách hạn chế của β Trong đó:

Các giá trị x được giới hạn bởi:

xt≤ 4,5√2,4 C1

kf Pn =4,5√2,4.104,140,94.125 =6,5 6Có: βt=xt4=6, 564=1851, 89

Có:  x4 4,844 548,76

f Tính sơ bộ các đại lượng liên quan

- Trọng lượng một góc của lõi:

TA

- Công suất từ hóa lõi thép MBA

( ) 1,25.(1,33 1,222 53,2 5,42 )1,66 1,53 66,5 6,78

SK: là diện tích tiết diện tác dụng ở khe nối Đối với mối vuông góc: SK=0,785 kldA2x2=0,785.0,837 6,22x2=25,35 x2

qK (VA/cm2) : Suất từ hóa khe hở không khí ứng với BT

- Trọng lượng dây quấn đồng:

- Trọng lượng dây dẫn: ( )

dddqG k G kg

k: Hệ số kể đến cách điện của dây quấn Đối với dây quấn đồng k = 1,06

tdFedqC C C

- Thành phần phản kháng của dòng điện không tải.