Thiết kế máy biến áp phân phối hai cấp điện áp

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 4 1.2 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP 4 1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP 6 1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA 8 1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP 9 1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA PHÂN PHỐI 18 1.8. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ 19 PHẦN II : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 21 CHƯƠNG II : 22 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 22 CỦA MÁY BIẾN ÁP 22 2.1. Xác định đại lượng cơ bản 22 1.2. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu. 23 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 32 3.1. Tính toán dây quấn hạ áp (HA) 32 3.2. Dây quấn cao áp (CA) 36 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 40 4.1. Tổn hao. 40 4.2. ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH 43 4.3. TÍNH TOÁN LỰC CƠ HỌC KHÍ NGẮN MẠCH. 43 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG MẠCH TỪ 45 CHƯƠNG VI: TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG KHÔNG TẢI 48 CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN NHIỆT 52 7.1. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN. 52 7.2. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG. 53

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài: Thiết kế máy biến áp phân phối hai cấp điện áp.

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP 4

1.2 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP 4

1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP 6

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA 8

1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP 9

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA PHÂN PHỐI 18

1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ 19

PHẦN II : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 21

CHƯƠNG II : 22

TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU 22

CỦA MÁY BIẾN ÁP 22

2.1 Xác định đại lượng cơ bản 22

1.2 Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu 23

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN 32

3.1 Tính toán dây quấn hạ áp (HA) 32

3.2 Dây quấn cao áp (CA) 36

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ NGẮN MẠCH 40

4.1 Tổn hao 40

4.2 ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH 43

4.3 TÍNH TOÁN LỰC CƠ HỌC KHÍ NGẮN MẠCH 43

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG MẠCH TỪ 45

CHƯƠNG VI: TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG KHÔNG TẢI 48

CHƯƠNG VII: TÍNH TOÁN NHIỆT 52

7.1 TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA DÂY QUẤN 52

7.2 TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG 53

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng củakhoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóađược đặt lên hàng đầu

Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời đượcngành điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó

Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùngquan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được

ra đời cung cấp cho các nhà máy điện Khi điện đã được sản xuất ra thì phảitruyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thìkhông thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và giảm điện áplưới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thấtđiện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ

Vì lí do đó mà máy biến áp phân phối hai cấp điện áp là một bộ phận rấtquan trọng trong hệ thống điện Máy biến áp phân phối hai cấp điện áp là loạimáy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loạimáy này có được Nhờ đó mà máy biến áp phân phối hai cấp điện áp ngày càngdược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhucầu của người sử dụng đươc tốt nhất

Bằng tất cả cố gắng của các thành viên trong nhóm, với những kiến thứcnhận được từ Thầy cô và sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Th.s Nguyễn VănĐoài chúng em đã hoàn thành đồ án môn học này

Trong đồ án thiết kế máy biến phân phối hai cấp điện áp này, chúng em đã làmtheo trình tự như sau:

- Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp

- Tính toán sơ bộ và chọn các kích thước chủyếu

- Tính toán dây quấn máy biến áp

và góp ý để đồ án của nhóm chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2013

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1.2 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ

điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải

điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật

Hình 1.1

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổnhao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống.Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế,thường là 35,110,220 và

500 KV Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị đểtăng điện áp đầu đường dây lên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện

áp thấp từ127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng ởđây cần phải có thiết bị giảm điện áp xuống

Những thiết bị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dây dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp (MBA)

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất

từ nhà máy điện đến tận các hột 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 hệthống phân phối hai cấp điện áp gọi là MBA phân phối 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 đểgiảm 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 nhữngMBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110KV

1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi Kí hiệu một MBA đơn giản

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 hơnđiện áp vào SC ta có MBA tăng áp Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào

SC ta có MBA hạ áp

Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp

+ U1: Điện áp sơ cấp

+ I1: Dòng điện qua cuộn sơ cấp

+ P1: Công suất sơ cấp

+ W1: Sốvòng dây cuộn sơ cấp

Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp

1.3.1 Dung lượng hay công suất định mức S đm :

Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp Đơn vị kVA hay VA…

1.3.2 Điện áp dây sơ cấp định mức: U 1đm

Là điện áp của dây quấn sơcấp tính bằng V hay kV Nếu dây quấn sơ cấp cócác đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu phân nhánh

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức Đơn vịA, kA.

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

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 phân phối được sử dụng trong hệ thống điện

Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyền tải

và phân phối điện năng, vì các nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (Các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ…) vì thế cần phải xây dựng các hệt thống truyền tải điện năng

Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đường dây phải giảm dòng điện chạy trên đường dây, bằng cách nâng cao điện áp truyền, vì vậy ở đầu đường dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ;220KV ;500 KV v v.và ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ, thường là 127V đến 500V và các động cơ công suất lớn thường là 3 đến 6KV

1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP

Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và dây quấn Ngoài ra còn

có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát

1.5.1 Lõi sắt máy biến áp

Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từnhững vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh được sử dụng chủyếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn

có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do

đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất íttheo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng được từ1,3 đến 1,45T từ đó giảm được tổn hao trong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn

cán nóng Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA phân phối đều được thiết kế bởi tôn các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v v)

Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các loại lõi sắt như sau :

a Lõi sắt kiểu trụ:

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn màkhông bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng, tiết diện trụ

có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu,

vì vậy hiện nay hầu hết các MBA phân phối đều sử dụng kiểu lõi sắt này

a Một pha b Ba pha Hình 1.2 Kết cấu mạnh từ kiểu trụ

b Lõi sắt kiểu bọc:

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

mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ thường

để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có ưu điểm làkhông cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dâyquấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấnCdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dâyquấn đều hơn nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõisắt và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khidây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thànhống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn khôngđều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho cácMBA lò điện

a Một pha b Ba pha

Hình 1.3 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.

c Lõi sắt kiểu trụ– bọc ( Hình 1.5):

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu

trụ và kiểu bọc Kiểu này hay dùng trong

các MBA một pha hay ba pha với công suất

lớn (hơn 100000 KVA / 1 pha) và để giảm

bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang

hai bên

Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và

kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phía ngoài

cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do

dòng điện xoáy gây nên, lõi sắt được ghép

từ những lá thép kĩ thuật điện có độ dày

0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép xen kẽ

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

nhau nhờ những xà và bulong ép ( hình 1.6a) kiểu ghép này ghép đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng

* Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ sau đó

dùng xà ép và bulong ép chặt Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ được nêm chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakelit) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể cắt vát góc lá thép kĩ thuật điện như (h́nh 1.6.c.d.e)

Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắt

thường làm thành hình bậc thang gần tròn

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diệnngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T Tuynhiên hiện nay hầu hết các MBA phân phối người ta hay dùng tiết diện gônghình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

a Ghép nối;

b Ghép xen kẽ mối nối thẳng;

c Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 4 góc;

d Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc;

e Ghép xen kẽ hỗn hợp

1.5.2 Dây quấn máy biến áp

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng cóthể bằng nhôm ( ít phổ biến)

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lơi sắt giữa các vòng dây,dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi

Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôikhi còn có cuộn trung áp (TA)

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấnchính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

a Dây quấn đồng tâm: (Hình 1.7):

ngoài sẽ đơn giản

đuợc việc rút đầu

dây điều chỉnh

điện áp cũng như

giảm được kích thước rănh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt

b Dây quấn xen kẽ (Hình1.8) :

Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh

có chiều cao thấp và quấn xen kẽ, do đó giảm

được lực dọc trục khi ngắn mạch Dây quấn

xen kẽ có nhiều rănh dầu ngang nên tản nhiệt

tốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc so với

dây quấn đồng tâm Dây quấn kiểu này có

nhiều mối hàn giữa Dây quấn xen kẽ

a Thùng MBA:

Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lơi thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên

Do đó giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi

là nhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọcách điện và có thể gây sự cố đối với MBA

Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA được ngâm trong môi trường dầu Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các

bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần ḥan các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện

Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau

Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA

dung lượng từ 30KVA trở xuống Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người

ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt

Hình 1.9 Thung dầu kiểu ống Hình 1.10 Thung dầu có bộ tản nhiệt

Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt

có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA

Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệhống ống nước để tăng cường làm nguội máy

b Nắp thùng:

Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quantrọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ

thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện

áp của dây quấn CA

+ Các sứ ra của dây cuốn CA và HA: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây

dẫn ra với vỏ máy Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra cànglớn

+ Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp

thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trong thùng luônluôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định Đần trong thùng MBA thôngqua bình giãn dầu giãn nở tự do Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu

để theo dõi mức đầu bên trong

+ Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với

thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầutrong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đótránh hư hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ítngười qua lại hay những vị trí ít nguy hiểm nhất

1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA

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

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

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha( hình1.11)

Hình 1.11.Nguyên lý làm việc của MBA

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây Cuộn sơcấp 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 v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ códòngđiện i1 Trong lõi thép và sinh ra từ thông móc vòng với cả hai cuộn dây

sơ cấp vàthứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2 ở cuộn sơ cấp có sứcđiện động sẽsinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2.

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do

nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin Φ = Φ sin ωt.t

Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là:

E1 = - W1.d ∅ dt = - W1 d ∅msinωtωtt dt = -W1.ωt.∅m.cosωtt = √2 E1sin(ωtt− π

Là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn 1 và 2 Các biểu thức (1) và (2)

ta thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc

Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghĩa tỉ số biến đổi của máy biến áp như sau: K = E 1 E 2 ≈ W 1

W 2

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1 , E2 = U2Suy ra: K = E 1 E 2 ≈ U 1

U 2

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA PHÂN PHỐI

MBA phân phối được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn nhà nước như sau

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui định

+ Điều kiện làm việc của MBA Độ cao không quá 100m so với mực nước biển,nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -200C đến -400C Trongtrường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vàokhông vượt quá 250C

+ Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối với MBAcông suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300;1 0.000 KVA Nếu là MBA một pha thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm

+ Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220; 500kV Tiêu

chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch pha trong MBA 3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây pha của MBA 3 pha

và được đánh dấu bằng các chữ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z chocác cuộn dây hạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nói với Y(y) hoặc Z (z) được đưa ra ngoài thì vực đánh dấu phải là YN (yn) hoặc ZN(zn) cho các phía

CA và HA [2]

Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến các cuộn dây khác nhau của một MBA

đều được ghi theo thứ tự giảm dần của điện áp định mức

Sự lệch pha của cuộn dây 3 pha giữa điện áp dây thứ cấp MBA 3 pha so với điện áp dây so cấp thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ, trong đó vectơ điện áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệch pha tương ứng ở các vị trí lần lượt chỉ các giờ trong đó só12 có thể coi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn)

1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ

Để đảm bảo vê tính toán hợp lư tốn ít thời gian việc thiết kế máy biến áp sẽ lầnlượt tiến hành theo thứ tự

1.8.1 Xác định các đại lượng cơ bản

- Tính ḍng 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

1.8.2 Tính toán các kích thước chủ yếu.

- Chọn sơ đồ và kết cấu lơi sắt

- Chọn loại và mă 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 củ cuộn dây

- Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu β

trị số i0, P0, On, P đã cho

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

1.8.3 Tính toán dây quấn CA và HA

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

1.8.5 Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của MBA

- Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

- Xác định tổn hao không tải

- Xác định ḍng điện không tải và hiệu suất

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

- Quá tŕnh 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

1.8.7 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 bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn nở, bộ phận tản nhiệt…

PHẦN II : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Đề tài : Thiết kế máy biến áp phân phối 2 cấp điện áp:

Dung lượng máy biến áp: Sđm= 160KVA

Tổn hao không tải p o= 450W Số pha: m =3; tần số f = 50Hz

Sơ đồ nối dây: Y/Yo-12 Điện áp định mức: 6,3/0,4 KVĐiện áp ngắn mạch: uk= 4%; Dòng không tải: io= 1,0%;

Phần Thuyết Minh

1 Tính toán kích thước chủ yếu

2 Tính toán dây quấn CA, HA

3 Tính toán ngắn mạch

4 Tính toán nhiệt, thiết kế vỏ thùng

5 Thiết kế kết cấu MBA

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU

CỦA MÁY BIẾN ÁP 2.1 Xác định đại lượng cơ bản

2.1.1 Dung lượng một pha

2.1.6 Điện áp thử nghiệm của các dây quấn (tra bảng 2)

- Với dây quấn CA: Uth1 = 85 (KV)

- Với dây quấn HA: Uth2 = 25 (KV)

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

1.2.1 Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA

Hệ số : ar = a12 +

a1+a2

3 ,phụ thuộc vào kích thước cụ thể của dây quấn

CA và HA, do đó chỉ sau khi bố trí xong dây quấn mới có thể có trị số chính

2.2.2 Hệ số quy đổi từ tản lấy K r = 0,95

Vì đối với một dải công suất và điện áp rộng, nói chung Kr thay đổi rất ít

có thay đổi chút ít theo công suất máy biến áp

+ Với công suất máy biến áp: S = 1000KVA, ta chọn loại tôn cán nguội

mã hiệu chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm

+ Theo bảng 11 ta chọn Bt = 1,65 (T)

+ Hệ số gông: Kg = 1,025 Ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà

ép, không dùng bulong xuyên qua trụ và gông Sử dụng lõi thép có 6 mối nối xiên

+ Theo bảng 5 ta chọn số bậc thang trong trụ là 8, số bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 7 bậc

+ Hệ số chêm kích Kc = 0,91, hệ số điền đầy rãnh Kđ = 0,965 (chịu nhiệt

và phủmột lớp sơn cách điện), theo bảng 4,10

B t

1.65

√2 = 1.167( T )

+ Suất tổn hao ở trụ và gông:

• Giữa dây quấn CA đến gông l02 = 75 mm

• Phần đầu thừa của ống cách điện: lđ2 = 50 mm

1.2.6 Các hằng số tính toán a, b gần đúng có thể lấy (Theo bảng 13, 14)

= 960,38 ( kg )

- Trọng lượng một góc mạch từkhi coi a = 0, b = 0, B2 =0

G0 = 0,486 104 Kld Kg.A3.x3 = 0,486 104 0,8782 1,025.(0.097)3 x3 =3,99.10-3 x3

Tiết diện trụ sơ bộ tính theo công thức: