Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha

Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật.Đã có nhiều nhà máy xí nghiệp có công nghệ cao hiện đại,vì vậy cần phải có một hệ thông điện ổn định, có chất lượng cao mới đáp ứng được nhu cầu sản xuất và đời sống.Để đảm bảo được điều đó thì phảinâng cao chất lượng truyền tải điện.Muốn làm được điều này thì chúng ta phải cải thiện và đổi mới các thiết bị kỹ thuật truyền tải điện.Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện

Ngày nay nhờ áp dụng được các tiến bộ của khoa học chúng ta đã từng bước cải tiến

va chế tạo được máy biến áp điện lực đáp ứng được nhu cầu sản xuất khác nhau để tránh được tổn hao điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp phù hợp với hộ tiêu thụ.Nhưng máy biến áp điện lực ngâm dầu 3 pha 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 máy biến áp điện lực ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhucầu của người sử dụng được 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: Phan Đình Hải để em hoàn thành được đồ án môn học này

Nhiệm vụ thiết kế của em là: Nghiên cứu thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

***

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

I Vài nét về tình hình chế tạo máy biến áp hiện nay và quá trình phát triển của nó :

Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện.Việc tải điệnnăng đi xa từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tốithiểu 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp.Do đó tổng công suất đặt (haydung lượng)của máy biến

áp gấp mấy lần công suất máy phát điện.Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp 6 đến 8lần hoặc hơn nữa Hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn (9899%), nhưng do số lượngmáy biến áp nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì thế cần phải chú ý đến việcgiảm các tổn hao , nhất là tổn hao không tải trong máy biến áp Để giải quyết vấn đề này hiệnnay trong ngành chế tạo máy biến áp người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh , có suất tổn hao

và có công suất từ hoà thấp hay đặc biệt thấp , mặt khác còn thay đổi các kết cấu mạch từmột cách thích hợp như gép mối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông

và ép trụ và gồng xuyên lõi thép bằng các vành đai ép lá thép, về lắp ráp …Nhờ vậy mà côngsuất và điện áp của các máy biến áp đã được nâng lên rõ rệt Hiện nay người ta đã chế tạođược máy biến áp có dung lượng trên 1000 MVA và điện áp đến 1150 kV

Hình 1.1.Sơ đồ mạng truyền tải điên đơn giản

Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất , người ta cũng mở rộng thang công suấtcủa máy biến áp làm thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để đáp ứng một cách rộng rãivới nhu cầu sử dụng và vận hành máy biến áp Nhưng dãy máy biến áp mới ra đời từ nhữngnăm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những máy biến áp thuộc dãy cũ không còn thích hợpnữa

Máy phát điện

Đường dây tải

Máy biến áp giảm áp

Hộ tiêu thụ

Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các máy biến áp điều chỉnh điện

áp dưới tải ngày càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất tổng

Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật liệu kết cấu và giảm trọng lượngkích thước máy , ngoài việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy biến áp hai dây quấnngười ta còn áp dụng các phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng những vật liệu kết cấu không

từ tính nhẹ và bền hơn …Khuynh hướng dùng dây nhôm thay cho dây đồng cũng đang pháttriển Các máy biến áp cỡ lớn và trung bình thường sản xuất loại ba pha ghép thành tổ biến

áp ba pha để thuận tiện trong việc chuyên chở

Ngoài máy biến áp dùng trong truyền tải điện năng, còn có nhiều loại máy biến áp dùngtrong nhiều ngành chuyên môn khác như : Biến áp lò điện dùng trong luyện kim, yêu cầudòng thứ cấp lớn đến hàng vạn ampe; Biến áp nhiều pha dùng để chỉnh lưu ra dòng mộtchiều ;Biến áp chống nổ dùng trong hầm mỏ;Biến áp đo lường; biến áp thí nghiệm ; Biến áphàn điện …

Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế tạo những máy biến

áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng vàkích thước máy Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh không những có từ tính tốt

mà tổn hao sắt lại ít do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp Khuynh hướng dùngdây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảm được trọng lượng máy cũngđang phát triển

ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại Đến naychúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến áp khá lớn và nhiều chủng loại khácnhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu

II Sử dụng vật liệu mới trong việc chế tạo :

Quá trình phát triển sản xuất máy biến áp liên quan chặt chẽ với những tiến bộ trong việcsản xuất các vật liệu dẫn điện, dẫn từ và vật liệu cách điện.Các nhà sản xuất đã sản xuất racác vật liệu mới có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn.Nhằm mục đích cải thiện các đăc tínhcủa máy biến áp như tổn hao năng lượng , kích thước, trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó Khuynh hướng chung thường là những vật liệu quý hiếm thay thế bằng những vật liệu dễkiếm

Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có 3 loại:

- Vât liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi thép

- Vật liệu cách điện để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác như cáctông cách điện, sứ, dầu máy biến áp …

- Vật liệu kết cấu dùng để giữ, bảo vệ biến áp như xà ép, bulông, vỏ máy… Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là lá tôn silíc Trước đây láthép máy biến áp dùng chủ yếu tôn cán nóng , chất lượng loại tôn này tuy đã được cải biếnnhưng suất tổn hao vẫn cao Từ năm 50 trở lại ây đã xuất hiện tôn cán lạnh có tính dẫn từđịnh hướng , do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 22,5lần so với tôn cán nóng , độ từ thẩmthay đổi rất ít theo thời gian , từ đó mà giảm được tổn hao trong máy , giảm được trọng lượng

và kích thước máy

Vật liệu tác dụng thứ hai của máy biến áp là kim loai làm dây quấn.Trong nhiều nămđồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn mà không có thay đổi gì Vì nhưchúng ta đã biết đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công , đảm bảo độ bền cơ,điện …tốt Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn.Nhôm có ưu điểm nhẹ,

dễ kiếm hơn, rẻ hơn, Nhưng tất nhiên có nhược điểm là điên trở suất lớn hơn, do đó dẫn điệnkém hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và rất khó khăn trong việc hàn nối.Khi dùng nhôm thayđồng, để đảm bảo được một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên, chi phí chocông việc chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu cách điện, sơn tẩm …tăng lên Nhưng chi phí

đó tăng lên thì bù lại bởi giá thành dây nhôm rẻ hơn nên gía thành toàn bộ của máy biến ápthực tế cũng không khác nhau là bao nhiều

Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn có cách điện bằnggiấy cáp thuộc cách điện cấp thứ A có nhiệt độ giớ hạn cho phép là +1050C với chiều dàycách điện cả hai phía là 0,45 đên 0,5 mm.Viêc dùng dây dẫn có cấp cách điên cao hơn(E,B,F, ) không có ý nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp đượcquyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phépcủa dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn là men cách điện(êmay).Việc thay cách điện bọc từ dây cáp sang trang men không nhưng làm cho lớp cáchđiên mỏng hơn , độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng làm giảm trong lượng dây quấn,lõi thép, tuy rằng dây tráng men có giá thành đắt hơn

III Các kết cấu chính của máy biến áp :

Máy biến áp thường dùng các phần chính sau: Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và cáckết cấu của nó, dây quấn, hệ thống làm lạnh và vỏ máy

Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp Đồng thời làm khung đểquấn dây Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại được ép bằng xà ép và bu lông tạo thànhkhung máy biến áp Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sức xuyên hoặccác ty để nắp máy… ở các máy biến áp dầu toàn bộ lõi sắt có quấn dây và các dây dẫn rađược ngâm trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy Các máy biến áp cỡ nhỏ, ruộtmáy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa, lắp ráp, sửa chữa Với máy biến

áp công suất 1000KVA trở lên

3.1 Lõi sắt và kết cấu của nó.

Vì ruột máy rất nặng nên được bắt cố định với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữa thìphải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy Lõi sắt gồm hai phần: trụ T và gông G Trụ làphần lõi có lồng dây quấn, gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữacác trụ

5

3.2 Dây quấn.

Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và truyền tải nănglượng đi Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối với lưới điện áp thấp và cuộn CAnối với lưới điện cao hơn ở máy biến áp có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn códây quấn thứ 3 với điện áp trung bình gọi la TA

Có thể chia dây quấn biến áp thành kiểu chính : đồng tâm và xen kẽ

3.2.1 Dây quấn đồng tâm :

Cuộn hạ áp (HA) và cao áp(CA) , nếu có ba dây quấn thì có cuộn điện áp trung bình ký

Hình 1.2 Kết cấu mạch từ kiểu bọc

a Một pha; b Ba pha

nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn(nhất là lúc ngắn mạch) có tác dụng ép hoặcđẩy gông từ hay cuộn dây không lợi về mặt kết cấu Khi bố trí cuộn dây cuộn HA đặt trong,cuộn cao áp đặt ngoài (néu có cuôn TA thì đặt giữa cũng có thể đặt trong cùng ).Cuộn cao ápđặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh cũng như giảm được kích thước rãnhcách điện giưa các cuộn dây và giưa cuôn dây với trụ sắt Dây quấn đồng tâm dùng phổ biếntrong các máy biến áp điện lực lõi sắt kiểu trụ

3.2.2 Dây quấn xen kẽ:

Cuộn cao áp và hạ áp được cuốn thành từng bánh có chiều cao thấp và cuốn xen kẽ do

đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch , dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tảnnhiệt tốt hơn nhưng về mặt cơ thì kém bền vững hơn so với dây quấn đồng tâm mặt kháckiểu dây quấn này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây Loại dây quấn này chủ yếu đượcdùng trong các máy biến áp lò điện hay trong một số máy biến áp khô để đảm bảo sự làmlạnh được tốt

3.3 Hệ thống làm lạnh và vỏ máy :

Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho máybiến áp nóng lên Muốn máy biến áp làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độcủa máy biến áp xuống tức là quá trình làm nguội máy biến áp Có thể làm nguội bằng khôngkhí tự nhiên hoặc bằng dầu máy biến áp Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi làmáy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp dầu Hầu hết máybiến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt rangoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khíxung quanh bằng phương pháp đối lưu và bức xạ Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tănglên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất máy biến áp.Máy biến áp có công suất từ (10 – 16).103 KVA thường phải tăng cường làm nguội bằng sựđối lưu cưỡng bức bằng quạt gió Để đảm bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong quá trìnhlàm việc trên máy biến áp có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu

chính bằng ống dẫn dầu Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do trong bìnhdầu phụ, không ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp Vì vậy bình dầu phụ còn được gọi làbình dầu giãn nở.

Hình 1.3 Thùng dầu kiểu ống Hình 1.4 Thùng dầu có bộ tản nhiệt kiểu ống thẳngTrên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây quấn trong máybiến áp với lưới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị đo nhiệt độ biến áp, móc treo… mặtkhác dầu máy biến áp ngoài tác dụng làm lạnh con người là một chất cách điện tốt, nhưngnhược điểm là dầu máy biến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn Vìvậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp

IV Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp :

Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ thôngbiến thiên của lõi thép sinh ra

Hinh 1.5 .Ký hiệu máy biến áp

Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ với nhau về điện màchỉ có liên hệ với nhau về từ.

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp

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 U1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1.Trong lõi thép và sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảmứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa

ra tải với điện áp là u2

Gỉa thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh

1

W2

2

V Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ.

Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lần lượttiến hành theo thứ tự

5.1 Xác định các đại lượng cơ bản.

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

 Xác định điện áp thử của các dây quấn

 Xác định các thành phần của được ngắn mạch

5.2 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 từ cảm lõi sắt

 Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút của cuộn dây

 Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu  theo trị số i0,

P0, in, Pn đã cho

 Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn Tính toán sơ bộ lõi sắt

5.3 Tính toán dây quấn CA và HA

 Chọn dây quấn CA và HA

 Tính cuộn dây HA

 Tính cuộn dây CA

5.4 Tính toán ngắn mạch.

 Xác định tổn hao ngắn mạch

 Tính toán điện áp ngắn mạch

 Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch

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

 Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

 Xác định tổn hao không tải

 Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

5.6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.

 Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp

 Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp

 Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

 Tính toán nhiệt máy biến áp

 Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu

5.7 Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu.

Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọng như bulông

ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn nở, bộ phận tảnnhiệt…

5.8 Bản vẽ :

3 bản vẽ A3

PHẦN II THIẾT KẾ

***

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP

I XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CƠ BẢN :

Hình vẽ :Kính thước cơ bản của máy biến áp ba pha

Dựa vào các số liệu của đồ án đã cho ta xác định được các đại lượng cơ bản sau

1.1 Công suất mỗi pha của máy biến áp :

dm 4000

1333,33( ) 3

Số pha : m = 3

1.2 Công suất mỗi trụ:

dm 4000

1333,3( ) 3

+ Đối với phía CA: 2

1.6 Điện áp thử nghiệm của các dây quấn:

Theo TCVN.(phụ lục13-trang 653sach TKMĐ)

Với dây quấn CA:

1.7 Kiểu dây quấn (theo phụ lục 15-trang 661 sách TKMĐ)

Dây quấn CA: U2 35(KV I), 2 63( )A chọn loại dây quấn xoắn ốc liên tục Dây quấn HA:U10,4(KV I), 13333( )A chọn loại dây quấn xoắn mạch kép

II XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ ĐỂ TÍNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA:

Với: Ut2 = 80(KV) theo bảng 19-trang 197 sách TKMBAĐL ta có

n nr

2.4 Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3404 có chiều dày 0,35 mm

Theo bảng 11 trang 194 sách TKMBAĐL ta có mật độ từ thông trụ :

- Suất tổn hao của thép trong trụ và gông

Với Ut2 = 80(KV) của cuộn cao áp theo bảng 18 và 19 trang 197 sách TKMBAĐL ta có:

a01 =3(cm) : khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn HA

a12 = 2,7(cm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA

12 = 0,5(cm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA

Lđ2= 5(cm): chiều dài đầu thừa

a22 = 3(cm): khoảng giữa cuộn CA và CA

lo2 = 7,5(cm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông

2.6 Các hằng số tính toán

Theo bảng 13 và 14 trang 194 sách TKMBAĐL ta có đói với dây đồng là a=1,4 và b=0,28

2.7 Hệ số tổn hao phụ : kf= 0.95 khi ngắn mạch (theo bảng 15 trang 195 TKMBAĐL)

2.8 Tính các hệ số

Theo bảng 17 trang 196 sách TKMBAĐL phạm vi chọn  1,8 2, 4 để xác định chính xác

 hơn ta phải tính các số liệu và các đặc trưng cơ bản của mba như sau:

nr nx

n

U U n

Tiết diện khe hở vuông góc:S K'' S T 0,059.x2

Tiết diện khe hhở chéo: Sk'  2.S T 0,08.x2

Tổn hao không tải máy biến áp:

40 40.1,775 713,2 3,2.0,28.0,059 0,051,25.(1,775 1,625 71 0,05 )2,219 2,031 88,75 0,0625

Tổn hao không tải: P0 1,62G T 1,54G G

Tính toán dây quấn máy biến áp

I các yêu cầu chung :

Có thể chia làm hai loại

1 Yêu cầu vận hành: Gồm điện cơ và nhiệt

a Yêu cầu về điện

Khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp làm việc bình thường và quáđiện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên ảnh hưởng chủ yếu do cáchđiện chính của máy biến áp, tức là cách điện dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ Cònquá điện áp do sét đánh thường lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của máybiến áp Tức là giữa các vòng dây rời dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn

b Yêu cầu về cơ học

Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòngđiện ngắn mạch gây nên

c Yêu cầu về nhiệt

Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhấtđịnh dây quấn không được có nhiệt độ cao quá vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tínhđàn hồi, hoá dồn và mất tính cách điện Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ củachất cách điện là 15 đến 20 năm

2 Yêu cầu về chế tạo

Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn giáthành hạ nhưng đảm bảo về mặt vận hành

* Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là:

+ Phải có quan điểm toàn diện: Kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chế tạo

và vận hành để sản phẩm có chất lượng tốt mà giá thành hạ

+ Phải chủ yếu đến kết cấu và chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹthuật của xưởng sản xuất

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

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

 Chọn kiểu và kết cấu dây quấn

 Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn

 Tính toán tính năng của máy biến áp

3 Các kiểu dây quấn máy biến áp :

Theo cách quấn dây ta có thể chia dây quấn máy biến áp ra làm các kiểu chính sau đây:Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật;

Dây quấn hình ống dây dẫn tròn;

Dây quấn hình xoắn;

Dây quấn hình ốc liên tục

Người ta còn có thể phân biệt ra loại dây quấn một mạch (đơn) hay hai mạch (kép), cóhoán vị hay không hoán vị,…

a Dây quấn hình ống dây dẫn chữ nhật

Loại dây này quấn dùng dây tiết diện chữ nhật quấn thành hình trụ Nếu dòng điệnlớn quá thì ghép nhiều sợi giống nhau Lúc đó tốt nhất là dùng các sợi cùng kích thước ghép

kề nhau theo hướng trục, không nên ghép kề theo hướng kính để cho từ thông tản trong cácsợi dây giống nhau và như vậy tổn hao về dòng điện xoáy trong chúng sẽ giống nhau và vềmặt cơ khí ghép hướng trục cũng tốt hơn Mặt khác dùng một cỡ dây sẽ đỡ phức tạp cho việc

1 2 3 4 5 6

6

4 5 3

1 2

6

4 5

3

5 6 4

1 2

2 3 1

7

9 8

1 0

1 2 11

7

1 0

8 9

do dòng điện xoáy tăng lên, tản nhiệt lại kém Có thể dùng cách quấn dựng khi tỷ lệ các cạnhcủa sợi dây ở trong phạm vi tỷ lệ sau: 1,3 < a/b < 3,0

Nếu quấn một lớp ta có kiểu dây quấn hình ống một lớp hay còn gọi là ốngđơn( hình3.1) Nếu quấn hai lớp ta có kiểu hình ống kép (hình3.2b) Kểu hình ống kép thìhai lớp nối tiếp với nhau (quấn lớp trong từ trên xuống sau đó lớp ngoài quấn ngược từ dướilên) Như vậy đầu dâylớp trong và đuôi lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha của dây quấn

Nếu Uđm dưới 100V thì cách điện giữa hai lớp rất đơn giản, hoặc dùng một rãnh dầurộng 4 – 8 mm hoặc dùng một ống giấy cách điện là đủ Nếu điện áp từ 3 đến 6kV thì phải

Hình 3.1: Các phương pháp quấn dây

a) quấn nẹp sợi; b) quấn gân dựng sợi

dây; c) quấn gân dựng nhưng không đạt

yêu cầu

Hình 3.2: Dây quấn hình ống, a) ống đơn

6 vòng; b) ống kép 12 vòng

làm rãnh dầu có bìa cách điện ở giữa dày 2mm Nếu U > 6000V thì cách điện sẽ khó khănhơn do đó không dùng kiểu dây quấn này cho các máy biến áp công suất từ 25 đến 630 kVA.

Để có rãnh dầu thường dùng que nên cách điện bằng gỗ Không nên làm nhiều quenêm quá vì dầu sẽ khó lưu thông, cũng không nên ít quá vì ống dây dễ bị biến dạng thànhhình đa giác Khoảng cách giữa các que nêm thường vào khoảng 150 – 120mm

Kiểu dây quấn hình ống đơn có nhược điểm là hai đầu không có gì giữ chặt nên dễ bịtung ra do đó thường chỉ dùng trong các máy biến áp nhỏ, công suất mỗi trụ từ 3 đến 10kVA.Dây quấn hình ống kép ổn định về cơ khí hơn và nói chung chế tạo cũng đơn giản nên đượcdùng phổ biến trong các máy biến áp công suất từ 630 kVA trở xuống điện áp dưới 6kV

Trong máy biến áp thì dây quấn hình ống đơn và kép chủ yếu làm cuộn HA

Gần đây người ta đã nghiên cứu và sử dụng có kết quả loại dây quấn nhiều ống nhiềulớp dây chữ nhật cho cả cuộn dây CA Kết cấu của loại dây quấn này chỉ khác với dây quấnhình ống đơn giản trên là ở chỗ nó gồm nhiều lớp và các sợi dây quấn này cũng không dùngkiểu quấn dựng các sợi dây quấn Chiều quấn dây ở các lớp cũng khác nhau, thường các lớp

lể quấn theo một chiều, các lớp chẵn quấn theo chiều khác Giữa các lớp có lót vài lớp giấycáp làm cách điện lớp và đề phòng phóng điện giữa các lớp, cách điện lớp phải cao hơn dâyquấn 30-50mm Mỗi lớp ở phía trên và dưới vẫn phải có những vành đệm phụ bằng cactoncách điện buộc chặt vào các vòng trên và dưới của dây quấn Việc lót cách điện như vậy làrất cần thiết vì loại dây quấn này điện áp giữ vòng đầu của bất kỳ một lớp nào với vòng cuốicùng của lớp tiếp theo cũng chính là điện áp giữa hai lớp có thể đạt đến 5000 đến 6000V, nếuđiện áp làm việc của dây quấn là 35kV

Để tăng bề mặt làm lạnh lớp dây quấn, thường toàn bộ dây quấn được làm một vàirãnh dọc trục giữa các lớp Chiều rộng rãnh thường vào khoảng 1/100 chiều cao của dâyquấn

Dây quấn hình óng nhiều lớp tiết diện dây chữ nhật thường được làm dây quấn cao áp

CA cho các máy biến áp dung lượng từ 630 đến 40000 – 80000 kVA, điện áp 10 và 35 kV.Kiểu dây quấn này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì độ bền cơ học của nó khi ngắn mạchkhá bảo đảm do kết cấu dây quấn gọn chặt Mặt khác

Hình 3.3: Dây quấn ống nhiều lớp dây chữ nhật

1 Cách điện bằng giấy cáp; 2 Vành đệm phụ bằng cacton cách điện;

3 Nêm dọc tạo rãnh làm lạnh

nó còn cơ ưu điểm nữa là lấp đầy cửa sổ mạch từ tốt hơn các dây quấn khác Rãnh dầu làmlạnh dọc trục cũng có hiệu quả truyền nhiệt tốt hơn các loại dây quấn có rãnh dầu hướngkính Độ bền về điện khi có quá điện áp cũng tốt hơn các loại dây quấn kiểu bánh dây Tuynhiên nhiều loại dây quấn này có nhược điểm cơ bản là bề mặt làm lạnh bị giảm đi nhiều sovới loại dây quấn bánh dây

Một biến thế mới của

dây quấn hình ống nữa là

dây quấn bằng các tấm nhôm

hay đồng mỏng không bọc

cách điện hay được dùng

trong các máy biến áp đến

1000kVA, điện áp HA dưới

1kV Hình là một ví tụ về

dây quấn hình ống nhiều lớp

quấn từ các tấm nhôm Mỗi

lớp là một vòng, chiều rộng

của tấm nhôm bằng chiều

cao của dây quấn Cách điện

giữa các vòng dây thường là một hai lớp giấy tụ điện, giấy điện thoại hay giấy cáp cao hơntấm dây quấn 16 đến 24 mm Dây quấn kiểu này có ưu điểm là dễ quấn nhưng kém chịu lực

cơ lúc ngắn mạch Muốn có độ bền cơ cao phải dùng nhôm tấm đã ủ hay nhôm có độ cứngcao như A6, hay A5 Tuy nhiên, vì tấm nhôm hay đồng không bọc cách điện nên kiểu dâyquấn này lại có ưu điểm là tản nhiệt tốt hơn so với loại dây quấn kiểu dây dẫn Lấp đầy cửa

sổ mạch từ cũng tốt hơn nhưng công nghệ quấn dây sẽ phức tạp hơn khi điện áp càng cao, và

vì lá nhôm hay đồng mỏng nên kẹp giữa các dây dẫn ra cũng khó khăn hơn Do đó kiểu dâyquấn bằng kim loại tấm này thường dùng cho cuộn CA với điện áp không quá 10kV

b Dây quấn hình xoắn :

Dây quấn gồm một hàyn sợi dây chữ nhật chập lại quấn theo chiều trục như đường ren

ốc Các sợi dây chập thường xếp theo hướng kính và nhất thiết phải có tiết diện và kích thướccác sợi như nhau

Nếu chập các sợi thành một mạch quấn từ trên xuống dưới ta có kiểu dây quấn hìnhxoắn mạch đơn Khi dòng điện lớn quá phải chập thành hai mạch để quấn, ta có kiểu dâyquấn hình xoắn mạch kép Kiểu dây quấn này có số vòng ít, tiết diện lớn nên dùng làm dâyquấn HA Ưu điẻm của nó là chịu được lực cơ học tốt, tản nhiệt tốt Nhưng nhược điểm làchiều dài các sợi dây ghép không bằng nhau nên điện trở khácnhau, từ thông tản không đều

bằng bìa cách điện

phân bố không đều làm tăng tổn hao phụ Vì vậy các sợi dây chập quấn quanh trụ cần đượchoán vị.

Đối với dây quấn hình xoắn mạch đơn theo chiều dài dây quấn người ta thường hoán

vị tập trung ba chỗ gồm:

- Hai hoán vị phân bố tổ ở khoảng ẳ và 2/3 chiều cao cuộn dây

- Một hoán vị toàn bộ ở giữa đoạn dây

a)

b)

TiÕt diÖnmét vßng

Hình 3.5: Dây quấn hình xoắn a) mạch đơn (6 vòng dây); b) Mạch kép (4 vòng dây).Tại chỗ hoán vị các sợi ghép chập phải đổi chỗ cho nhau (sợi ở ngoài vào trong, sợi ởtrong ra ngoài…) vì thế cần phải có một khoảng để các sợi dây tránh nhau Như vậy chiềucao dây quấn tăng thêm một rãnh dầu và một bánh dây Nói chung để hoán vị được dễ dàng

và dây quấn chắc chắn thì số sợi ghép chập không nên qúa 4

Đối với dây quấn hình xoắn mạch kép người ta không dùng kiểu hoán vị tập trung tại

3 chỗ như vậy mà hoán vị phân bố đều, nghĩa là có bao nhiêù sợi dây chập thì có bấy nhiêulần hoán vị và phân bố vị trí hoán vị trên toàn chiều cao dây quấn Vì nhờ có hai mạch chạy

song song nhau nên chỗ hoán vị không cần phải “tránh” nhau mà có thể đổi lẫn vị trí các sợidây dễ dàng, do đó việc hoán vị không ảnh hưởng tới chiều cao dây quấn

Dây quấn hình xoắn thích dụng cho các cuộn HA điện áp từ 0,230 đến 35kV với cácmáy biến áp có công suất từ 160 đến 1000kVA

c Dây quấn hình ống nhiều lớp

Dây dẫn dùng là dây tròn quấn thành hình trụ nhiều lớp (lớn hơn 2), đồng tâm Vì sốvòng dây trong một lớp nhiều nên điện áp giữa các lớp cao do đó cách điện của dây dẫnkhông đảm bảo, do vậy phải thêm cách điện giữa các lớp Thường dùng vài lớp giấy cáp đểcách điện là đủ (đối với điện áp 10kV, dùng 3 lớp dày 3 x 0,12mm; đối với điện áp 6kV dùnghai lớp dày 2 x 0,16 mm) Để đề phòng phóng điện bề mặt, chiều cao cách điện giữa các lớpphải cao hơn chều cao của dây quấn từ 20 đến 50 mm (cả hai phía) và được quấn thêm những

gờ bằng bìa cách điện Nếu số lớp nhiều quá thì việc tản nhiệt sẽ khó khăn do đó cần phải córãnh dầu dọc ở giữa khi làm dây quấn HA ở trong, rãnh dầu có thể ở giữa dây quấn, còn khilàm dây quấn CA ở ngoài, rãnh đều thường bố trí vào quãng 1/3 đến 1/5 chiều dày cuộn dâytính từ trong ra ngoài

Hình 3.6: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp.

Dây quấn có thể dùng một sợi hay hai sợi chập lại, nhng ít khi dùng tới 4 sợi Khidùng nhiều sợi cũng không cần hoán vị vị trí của nó phân bố đã tương đối đều đặn

a) b) c) d) ®)

Hình 3.7: Cách điện phần dầu của dây quấn hình ống nhiều lớp

Kiểu dây quấn này có điện dung trục lớn, do đó hệ số

q d

C C

 

(trong đó Cđ là tổngđiện dung dọc và Cq là tổng điện dung ngang của dây quấn) nhỏ nên chống sét tốt Mặt kháckết cấu đơn giản, quá trình chế tạo cũng dễ Nhược điểm là chịu lực co giới kém và tản nhiệt

d Dây quấn kiểu xoáy ốc liên tục

ở đây người ta dùng dây tiết diện chữ nhật quấn liên tục thành nhiều bánh theo đườngxoáy ốc phẳng Như vậy chiều cao bánh dây vừa bằng chiều cao sợi dây Giữa tất cả cácbánh dây hay vài bánh dây một có rãnh dầu ngang Suốt cuộn dây không có mối hàn nào đểnối các bánh nên được gọi là dây bánh liên tục Có thể dùng một sợi hay nhiều sợi chập lại đểquấn nhưng không nên quá 44

Dây quấn liên tục có uư điểm là chịu đợc lực cơ học tốt Nhưng nhược điểm là quátrình quấn phức tạp, vì khi một bánh quấn từ trong ra ngoài thường lệ, thì bánh tiếp theo phảiquấn từ ngoài vào trong Muốn quấn được bánh này trớc hét phải quấn tạm từ trong ra ngoài

như bánh trước đó đã, sau đó khi đầy bánh phải giữ lấy đầu cuối và đầu đầu của nó rồi dùngtay nếp lại để cho những vòng trong ra ngoài và vòng ngoài vào trong Như vậy ta được mộtđôi bánh khác (xem giáo trình “công nghệ chế tạo máy biến áp” của bộ môn thiết bị điện).

60 1

Hình 3.9.Dây quấn xoáy ốc liên tục

Yêu cầu đối với dây quấn này là:

- Các đầu ra của dây quấn ở phía ngoài cùng bánh dây, để cách điện đỡ phiền phức.Như vậy số bánh dây phải là số chẵn

- Khi chập nhiều sợi phải hoán vị giữa các sợi dây nhưng việc hoán vị ở đây có thểtiến hành giữa hai bánh cạnh nhau và không làm thay đổi chiều cao của dây quấn

Dây quấn xoáy ốc liên tục chủ yếu dùng làm cuộn CA và thờng dùng trong một dảicông suất rộng các máy biến áp từ 160 đến 100000kVA, điện áp từ 2 đến 500kV và hơn nữa.

Nó cũng có thể dùng làm cuộn HA cho những máy biến áp có dòng điện từ 10, 15 đến 300A

Ngoài những kiểu dây quấn cính thờng dùng trên còn một số kiểu dây quấn khác nhdây quấn không cộng hởng, dây quấn xen kẽ… dùng trong những máy biến áp chống sét,máy biến áp hàn điện…

Nh đã biết (chơng 1) hiện nay ngoài dây quấn làm bằng dây đồng, một số nớc côngnghiệp phát triển trên thế giới còn dùng dây nhôm Nh vậy sẽ tiết kiệm đợc đồng – một kimloại chiến lợc rất quan trọng, mặt khác nhôm nhẹ, rẻ hơn nên giảm đợc trọng lợng máy vàmột phần giá thành vật liệu dây quấn Tuy vậy dùng nhôm vẫn còn có một số khó khăn về kỹthuật làm giảm tính năng của máy cần phải tiếp tục khắc phục Do đó nó cha đợc dùng nhiềutrong các máy biến áp loại lớn

II.Tính toán dây quấn hạ áp:

1 Số vòng dây một pha của dây quấn

34000.25 0,746.0,9 .10 2,99.10 ( / ) 3( / )

Theo hình 3-40a trang 84 sách TKMBAĐL.

ta có với h v1 40(mm), J cp 3( /A mm2) q2400(/mm2),thì b không được phép vượt quá

43mm.do đó ta chọn kiểu dây xoắn mạch kép

5.Theo bảng 21 (trang 190-191) với ' 2

3333

2,94( / )1131,6

K=0,940,96 là hệ số có xét sự co ngót khi ép chặt để sấy dây quấn

9.kích thước rộng của dây quấn :

Theo bảng 18 trang 197 sách TKMBAĐL Với U th15KV ,s= 4000KVA dây quấn xoắn kép

ta tìm được a01 17,5(mm) 0,0175( ) m dây quấn được quấn trên bia bakelít, ống có kích

K  : Hệ Số chêm kín mặt ngoài của dây quấn

13.trọng lượng đồng của dây quấn HA :

III.Tính toán dây quấn cao áp :

1.Chọn sơ đồ điều chỉnh điên áp (như hình vẽ 3.1),các đầu

phân áp được nối vào của bộ đổi nối 3 pha (hinh vẽ 3.2) dòng

điện làm viêc qua các tiếp điểm là 63(A).Điện áp lớn nhất giữa

các tiếp điểm của 2 pha của bộ đổi nối là :

7.Theo bảng 38 trang 202 sách TKMBAĐL.ta chọn kết cấu dây quấn kiểu hình ống nhièulớp dây dẫn tròn dùng giấy cách điện giữa các lớp với U=10KV dùng 3 lớp dày 3*12mm,córãnh dầu làm nguội bố trí vào khoảng 1,32,5 chiều dày của cuộn dây tính từ trong rangoài ,dùng dây dẫn một sợi.