Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu

Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và giả

1 SINH VIÊN:

LỜI NỞ Đ&l

húng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoa học

kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa được đặt lên hàng đầu

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

Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và giảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng nhu giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ

Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện MBAĐL ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của người sử dụng đươc tốt nhất

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của tôi là: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN

Bpi thiõt kõ tèt nghiởp cna t«i gâm 3 phỌn:

> Phần 1: Tổng quan về máy biến áp.

> Phần 2 : Thiết kế.

> Phần 3 : Chuyên đề : Tìm hiểu về qui trình thử nghiệm máy biến áp

PHẦN I: TỔNG QUAN VỂ MÁY BIÊN ÁP

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đuờng dây tải điện (Hình

1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện

3 SINH VIÊN:

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 lã thuật

Máy biến áp tăng áp

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 diệndây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn

đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là 35,110,220 và 500 KV Trên thực

tế, các máy phát điện thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dâylên Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V hay cùng lắm đến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện

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

Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện

Những MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không chuyển hóa năng lượng.

Ngày nay khuynh huớng phát triển của MBA điện lục là thiết kế chế tạo những MBA có dung luợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới chế tạo

để giảm trọng luợng và kích thuớc máy

Nuớc ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thục sụ có một chỗ đứng trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nuớc nhà Hiện nay chúng ta đã sản xuất đuợc những MBA có dung luợng 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 nhu hình 1.2

Hình 1.2 Kí hiệu MBAĐầu vào của MBA đuợc nối với nguồn điện ,đuợc gọi là sơ cấp (SC).Đầu ra củaMBA đuợc nối với tải gọi là thứ c4ấp (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 luợng và thông số của đầu sơ cấp

+ u 1 : Điện áp sơ cấp

+ li : Dòng điện qua cuộn sơ cấp + Pi : Công suất sơ cấp

+ Wi: Số vòng dây cuộn sơ cấp Các đại luợng và thông số của đầu thứ cấp

+ Ui : Điện áp thứ cấp + li : Dòng điện qua cuộn thứ cấp + Pi : Công suất thứ cấp

b Dòng điện định mức

Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức Đối với MBA 1 pha dòng điện định mức là dòng điện pha Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây

■Uidm-Ilđm-1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA

MBA đã và đang đuợc sử dụng rrộng rãi trong đời sống ,phục vụ chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau nhu :

+ 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 vục đo luờng (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp )

+ Máy biến áp thử nghiêm

+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lục đuợc sử dụng trong hệ thống điện

7 SINH VIÊN:

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 phảixây dung các hệ thống truyền tải điện năng

Điện áp do nhà máy phát ra thường là : 6.3;10.5;15.75;38.5 KV.Để nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn hao công suất trên đuờng dây phải giảm dòng điện chạy trên đuờng dây ,bằng cách nâng cao điện áp truyền ,vì vậy ở đầu đuờng dây cần lắp đặt MBA tăng áp 110 KV ;220KV ;500 KV V V.VÙ ở cuối đường dây cần đặt MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ ,thuờng là 127Vđến 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 nhu vỏ máy và hệ thống làm mát

1.5.1 Lối sát máy biến áp

Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, đuợc chế tạo từ những vật liệu dẫn từ tốt nhu thép lá kĩ thuật điện Ngày nay loại tôn cán lạnh đuợc sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần nhu không đổi và có tính dẫn từ định huớng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ them thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnhcho phép tăng cuờng độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đótôn cán nóng chỉ tăng đuợc từ 1,3 đến 1,45T từ đó giảm đuợc tổn hao trong máy, dẫn đến giảm đuợc trọng luợng kích thuớc máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng

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

a Lối sát kiểu tru; dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và

phía dưới dây quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bó trí đứng, tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu lõi sắt nàyỢTinh 1.3)

Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ

a Một pha; b Ba pha;

dưới dây quấn mà còn bao cả mặt bên của dây quấn Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụthường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật MBA loại này có ưu điểm

là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấn cdq lớn, điện dung đối với đất cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các láthép kĩ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vìcác lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện (Hình 1.4)

b.

Hình 1.4 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.

a Một phả ; b Ba phá ;

c.Lối sát kiểu tru - boc ( Hình 1.5): Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu

trụ và kiểu bọc Kiểu này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100000KVA /1 pha)và để giảm bớt chiều cao của trụ ta

có thể san gông sang hai bên

Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ bọc thì hai trụ sắt phía ngoài cũng thuộc về gông Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi sắt được ghép từ những

lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt

to,

Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ bọc

1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn

Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gông vàonhau 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 đơngiản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì thế mà kiểu này ít được sử dụng

• Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ

( hình 1.6b) sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt Muốn lồng dây vào thì

dở hết phần gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồngvào 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 (hình l.ó.c.d.e).

Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắt thường làm thành hình bậc thang gần tròn

Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T Tuy nhiên hiện nayhầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ

Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha.

a Ghép nối; b Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 4 góc;

d Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e ghép xen kẽ hỗn hợp

1.5.2 Dây quấn máy biến áp.

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

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

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

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , nguời ta chia ra hai loại dây quấn chính

đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

a Dây quấn đồng tâm (Hình 1.7):

Cuộn CA và HA là những hình ống đồng

tâm ,bố trí cuộn HA đặt sát trụ còn cuộn CA

đặt ngoài Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn

giản đuợc việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp

cũng nhu giảm đuợc kích thuớc rãnh cách điện

giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với

HA CA HA CA HA Hrii

1.7LByquãhxoikẽ

b Dây quấn xen kẽ (Hìnhl.8) : Cuộn

CA và HA được quấn thành từng bánh

có chiều cao thấp và quấn xen kẽ, do đó

giảm đuợc lục dọc trục khi ngắn mạch

Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu

ngang nên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ

thi kém vững chắc so với dây quấn

đồng âm Dây quấn kiểu này có nhiều

mối hàn giữa các bánh dây

b giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi lànhiệt độ chênh Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảmtuổi thọ cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA.

Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi MBA được ngâm trong môi trường dầu Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan các bộ phận bên trong MBA Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện

Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác nhau Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho các MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống

Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt

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

ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA

ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống

nước để tăng cường làm nguội máy.

18 SINH VIÊN:

c Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA

• Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn

ra với vỏ máy Điện áp càng cao thì kích thuớc và trọng luợng sứ ra càng lớn

• Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tụ do ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong

• Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thuờng là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát

ra lối đó tránh hu hỏng MBA Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít nguời 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 tuợng 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 vềđiện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ

Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 phaỢùnhl.l 1)

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBAĐây 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 đuợc quấn trên lõi thép.Khi đặt một điện áp xoay chiều vl vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện il Trong lõi thép và sinh ra từ thông ộ móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp

và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động el và e2 ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện Ĩ2 đua ra tải với điện áp là u2

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

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

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

_ E 1 u\

k=—1« '

E 2 u 2

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

MBA điện lục đuợc chế tạo với tính năng đuợc qui định theo tiêu chuẩn nhà nuớc nhu sau

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

• Điều kiện làm việc của MBA Độ cao không quá lOOm so với mực nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20° c đến -40° c Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nuớc thì nhiệt độ nuớc đầu vào không vuợt quá 25° c.

• Về dòng công suất: Các giá tn uu tiên của công suất định mức đối với MBA công suất đến 10MVA đuợc 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 nhu sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic- zac các dây pha của MBA 3 pha và đuợc đánh dấu bằng các chũ Y, D và z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z cho các cộn dây hạ áp Nếu điểm trung tính của cuộn dây nói với Y(y) hoặc z (z) đuợc đua 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 đuợc ghi theo thứ tụ giảm dần của điện áp định mức

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

1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ:

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

1 Xác định các đại lượng cơ bản:

• Trinh 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 khỏang cách cách điện chính của cuộn dây

• Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu p theo đại số

io, Po, 6 m, Pn đã cho.

• Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ lõi sắt

3 Tính toán dây quấn CA và HA

• Xác dinh tổn hao ngắn mạch

• Tính toàn 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 của máy MBA

• Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt

• Xác định tổn hao không tải

• Xác định dòng điện không tải và hiệu suất

6 Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA

• Quá trinh truyền nhiệt trong MBA

• Khái niệm hệ thống làm nguội MBA

• Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh

• Tính toán nhiệt MBA

• Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu

7 Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiết kết cấu

Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan trọng như bu lông ép gông, và một số đai ép, vách nắp đáy thùng, bình giãn nở dầu,

bộ phận tản nhiệt

PHẪN II: THIẼT KẼ

SINH VIÊN:

2 4

Chương 1: Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp

Chương 2: Thiết kế mạch từ.

Chương 3: Tính toán dây quấn.

Chương 4: Tính toán tham số không tải.

Chương 5: Tính toán cuối cùng mạch từ.

Chương 6: Tính toán nhiệt máy biến áp.

Chương 7: Kết cấu máy biến áp.

Nhiêm vu thiết kế; Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất

400KVA

Các số liệu ban đầu: Dung luợng S=400KVA.

Điện áp UCA/UHA=22/0.4KV(+-) 2*2.5%

Tần số f=50 Hz

PHẪN II: THIẼT KẼ

25 SINH VIÊN:

Tổ nối dây YyO-12

Tổn hao ngắn mạch ^ Pn=5750 w.

Điện áp ngắn mạch uk=4%.

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YÊU CỦA MÁY BIÊN ÁP.

1.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN cơ BẢN CỦA MBA.

27 SINH VIÊN:

400VĨ0,4

5 Điện áp thử các dây quấn.(tra bảng 2 trang 185 [Tài liệu 1])

- Dây quấn CA: 11*2=55(KV)

- Dây quấn HA: Utl=5(KV)

THƯỚC CHỦ YẾU.

SINH VIÊN:

2 8

6 Chiều rộng của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA

Với Ut=55(KV) (Tra bảng 19 trang 193[Tài liệu 1])

Chọn k=0,65(Tra bảng 12 Trang 190 [Tài liệu 1])

7 Hệ số qui đổi từ truờng tản

8 Các thành phần đện áp ngắn mạch

-Thành phần tác dụng của điện áp ngán mạch

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 nữ như: Dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để

có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được ứng lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn

Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thị việc chọn loại tôn siclic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu là được Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn cao quá thì lá tôn sẽ bị dòn,

độ đàn hồi kém đi

ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắpxếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép

27

b ,

lên tới (1,6->1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4->1,45)T Từ đó giảm được tổnhao trong máy, giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt được đáng kểchiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh 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

2.2 CẮT LÁ THÉP.

Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn từ không đẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện kiểu mối nối vuônggóc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối a^o khá lớn làm tăng tổn hao sắt (hình 2.la) mà ta phải dùng mối nối nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn như (hình 2.2) khi

đó góc a ^ 0 sẽ nhỏ đi và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b)

Hu óng cán

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụ

Hình 2.2 Lá tôn cắt vát.

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

2.3 TÍNH CHỌN sơ BỘ MẠCH TỪ

1 Chọn số bậc thang trong trụ

Theo bảng 5 trang 187 [1] ta chọn số bậc thang trong trụ là 7, Kc=0,93 Số bậcthang của gông lấy bằng số bậc thang của trụ

Theo bảng 10 trang 189 [1] chọn hệ số lấp đầy Kđ=0,97

Như vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là: KpKc.K^O,93.0.97=0.902 (2.9)

)

Hình vẽ tiết diện trụ với số bậc thang trong trụ là 7

2 Từ cảm trong của gông

5 Z1 = J Ỉ 6_ =

K c 1,015

Kg: Hệ số tăng cường gông(Tra bảng 6 trang 187 [1])

3 Suất tổn hao trong trụ và gông

qK=19200( V A/m2).

5 Khoảng cách cách điện chính

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

101: khoảng cách từ dây quấn đến gông, a^ Bề dày cuộn HA a2: Bề dày cuộn CA

a01: Khoảng cách cách điện điện giữa trụ và dây quấn HA a12: Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA và CA a22: Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA

1: Chiều cao dây quấn

Theo bảng 18,19 trang 193 ta xác định các khoảng cách cách điện chính:

- Giữa cuộn HA với trụ: a01=O,4(cm)

- Giữa cuộn HA với cuộn CA: a12=0,9(cm)

- Ống cách điện giữa CA và HA: ỗ12=0,3(cm)

- Dây quấn CA đến gông: 102=3(011)

- Phần đầu thừa của ống cách điện: 1,52=1,5(cm)

6 Các hằng số tính toán

31

SINH VIÊN:

SINH VIÊN:

3 4

A=0,507 S'a R K R

ị f U m B Ỉ K Ỉ

(2.1

1)

u =3 73

unx “'5'

Bx=l,6

K!

=0,902

Tra bảng 12,13 trang 191 [1] ta được a=l,36 b=0,4

a12+a22=0,9+l=l,9(cm)Thay số ta được.

B1=2,4.104.0,902.1,015.0,1563.(1,36+0,4+0,375).10=178,1 (KG)

B2=2,4.104.0,902.1,015.0,1563.(0,9+1).lữ2=10,15 (KG)

9 Tính sơ bộ các đại lượng có liên quan.

-Trọng lượng 1 góc của lõi

= 0,492.104.1.015.0,902.0,1563.x3 = 17,lx3

-Tiết diện trụ tính sơ bộ

Tt=0,785.klđ.A2.x2.=0,785.0,97.0,1562.x2=0,0185x2 klđ: Hệ

số lấp đầy của tôn cán lạnh (Tra bảng 10 trang 189 [1])

-Tổn hao không tải của MBA

P0=PT+PG=K’f.Px.GT+Kf’ ,PG.GG (2.18)Trong đó K’f.Px.Gx: Tổn hao trong trụ

K’f.PG.GG:Tổn hao trong gông

K’f: Hệ số phụ (Đối với tôn cán lạnh có thể lấy K’f=l,25)

Px=l,15(W/Kg) ;PG=1,112(W/Kg): Là suất tổn hao trong trụ vàgông

Thay số ta được: P0=1,25.1,15.GX+1,25.1,112.GG

=1,4375.GX+1,39.GG-Công suất từ hóa lõi thép

MBA.

Qs: Công suất từ hóa ở những he hở không khí ứng với Bx

q5: Suất từ hóa khe hở không khí ứng với Bx

Kcd: Hệ số kể đến cách điện của dây quấn Chọn Kcd=l,06 Vậy Ctd=CFe+Cdq (2.26)

Trong đó: CFe: Giá thành của phần lõi sắt.CFe=GFe

Qq: Giá thành của dây dẫn

Với Cdq=Kcd.KdqFe.Gdq (2.27)

=1,81 (Tra bảng 16 trang 192 [1]))

Vậy cdd=l,06.1,81.Gdq=l,918.%

-Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

-Mật độ dòng điện trong dây quấn

Trong đó: Pn: Công suất tổn hao ngắn mạch(Pn=5750 W)

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

■ BẢNG TÍNH TOÁN MBA S=400KVA(22/0,4KV)

Với các số liệu mà ta đã tính toán được trong bảng từ đó ta vẽ đồ thị quan hệ giữa các đại lượng:

P0(W);GFe;Gdq;C;d(%) với p

Từ đó ta xác định được Ctđnún ứng với giá trị p nào đó

a Quan hệ tổn hao không tải P0 và dòng không tải i0 theo p

b Quan hệ trọng lượng lõi sắt Gpe,trọng lượng dây quấn Gdqvới p

c Quan hệ giá thành vật liệu tác dụng theo p

Theo như bảng tính toán và đồ thị ta thấy với giá trị p=3,6 thì P0=938,99>[P0]=84OW do đó ta phải chọn lại p nhỏ hơn 3