ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 3
PHA NGÂM DẦU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
1
LỜI MỞ ĐẦU
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 như 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 .
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 Nguyễn Đức Sỹ ,mà tôi đã làm
nên bài thiết kế tốt nghiệp này.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
2
Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của tôi là:
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU
Bài thiết kế tốt nghiệp của tôi gồm 2 phần:
¾ Phần 1 : Tổng quan về máy biến áp.
¾ Phần 2 : Thiết kế.
Các bản vẽ :
Bản vẽ tổng lắp ráp A0.
Bản vẽ quấn dây và sơ đồ nối dây A0.
Bản vẽ mạch từ lắp ráp A0.
Kết luận .
Các tài liệu tham khảo .
Mục lục .
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
3
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 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản
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 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 dây lên. 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
Máy phát điện
Máy biến áp
tăng áp
Đường dây tải
Máy biến áp
giảm áp
Hộ tiêu thụ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
4
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 hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế
tạo những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên
liệu mới chế tạo để giảm trọng lượng và kích thước máy.
Nước ta hiện nay ngành chế tạo MBA đã thực sự có một chỗ đứng
trong việc đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa
nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung
lượng 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 như hình 1.2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
5
Hình 1.2 Kí hiệu MBA
Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện ,được gọi là sơ cấp
(SC).Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC)
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp
Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp .
Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp .
+ U1 : Điện áp sơ cấp .
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
+ P1 : Công suất sơ cấp .
+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp .
+ U2 : Điện áp thứ cấp .
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P2 : Công suất thứ cấp .
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp .
1.3
CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho
phù hợp với từng loại máy .
Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA .
a. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm ,là điện áp qui định cho dây quấn
sơ cấp .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
6
Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm ,là điện áp giữa các cực của
dây quấn sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây
quấn sơ cấp là định mức ,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định
mức là điện áp pha ,với MBA 3 pha là điện áp dây .Đơn vị của điện áp
ghi trên nhãn máy thường là KV .
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 .
c. Công suất định mức
Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức .Công
suất định mức kí hiệu là Sđm ,đơn vị là VA,KVA .
Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :
Sđm=U2đ.I2đm =U1đm.I1đm.
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
Sđm= 3 .U2đm.I2đm= 3 .U1đm.I1đm.
1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA
MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ
chúng ta trong 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 .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
7
+ 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
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 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 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
từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôn cán
lạnh được 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 như không đổi và có tính dẫn từ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
8
định 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 sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn
cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 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 điện lực đều được thiết kế bởi tôn
các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v..v)
Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G) .
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ(0,30 tới
0,5)mm hai mặt được sơn cách điện.
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong
dầu biến áp.
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 mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng,
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
9
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 này(Hình 1.3)
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 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 lá thép 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 vì các 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)
Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ
a. Một pha; b. Ba pha;
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
10
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
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.
H×nh 1.4 KÕt cÊu m¹ch tõ kiÓu bäc.
a. Mét pha ; b. Ba pha ;
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
11
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 (
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 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.
Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc
1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
12
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 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
diện ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ
T. Tuy nhiên hiện nay hầu 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.
a
b
Lượt 1
Lượt 2
c
Lượt 1
Lượt 2
d
e
L−ît 2
L−ît 1
Lượt 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
13
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 lượng
vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng,
cũng có thể bằng nhôm ( ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi 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) đôi
khi còn có cuộn trung áp (TA).
Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người 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 như giảm được kích
thước rãnh cách điện giữa các
cuộn dây và giữa cuộn dây với
trụ
sắt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
14
H
×nh
1.7
D
©y q
uÊn
x
en
kÏ
H
×n
h 1
.7 D
©y
qu
Ên ®ån
g t©m
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 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.
H
×nh 1.7 D
©y quÊn xen kÏ
1.5.3 Vỏ máy biến áp:
Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện
ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp
thùng.
a.
Thùng MBA:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
15
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 lõi
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 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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
16
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.
b. 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 thước và trọng
lượng 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 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 dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa
thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý
ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại
hay những vị trí ít nguy hiểm nhất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
17
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 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 v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có
dòng điện i1. Trong lõi thép và sinh ra từ thông móc vòng với cả hai cuộn
dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng 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.
Giả thiết 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.
=m. sint
I
I
Z
W
W2
U1
U
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
18
Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các
dây quấn sơ cấp và thứ cấp là:
e1=W1 dt
dφ = – 1
dt
t
m
d
ω
φ
sin
= -Wmcost
=
2 E 1sin(t- 2
π
eW dt
dφ = – W
dt
t
m
d
ω
φ
sin
= -Wmcost
2 E 2sin(Wt 2
π
Trong đó:
E1=
2
1 m
W φ
ω
=
2
2
1 m
fW φ
π
=4,44fW1m E2=
2
2 m
W φ
ω
=
2
2
2 m
fW φ
π
=4,44fW2m
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau.
k =
2
1
E
E =
2
1
W
W
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.
k=
2
1
E
E
≈
2
1
U
U
1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
19
MBA điện lực 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 dịnh.
+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 -20o C đến
-40o C. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ
nước đầu vào không vượt quá 25o C.
+ Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối
với MBA công 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 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) 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 điẹn áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng
cho kim phút. Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệh pha tương ứng ở các vị trí lần
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
20
lượt chỉ các giờ trong đó só 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:
• 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 tự cảm 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
theo đại số io, Po, θ 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
• Chọn dây quấn CA và HA
• Tính cuộn dây HA
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
21
• Tính cuộn dây CA
4. Tính toán ngắn mạch
• Xác dịnh 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
• Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh
• Tính toán nhiệt MBA
• Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu
PHẦN II: THIẾT KẾ
Chương 1: Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
22
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.
PHẦN II: THIẾT KẾ
Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 400KVA.
Các số liệu ban đầu:
Dung lượng S = 400KVA.
Điện áp UCA/UHA=22/0.4KV(+-) 2*2.5%
Tần số f=50 Hz.
Tổ nối dây Y/Y0-12.
Tổn hao không tải : P0 = 840 W
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
23
Tổn hao ngắn mạch: Pn=5750 W.
Điện áp ngắn mạch : Un=4%.
CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
BÀI 1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MBA.
Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta phải xác
định các đại lượng điện cơ bản sau đây.
Tất cả các công thức trong đồ án đều lấy trong tài liệu ( thết kế máy biến
áp của thày phan tử thụ – tài liệu 1 )
1.Dung lượng một pha.
S f = m
S = 3
400 =133,3 (KVA)
2.Dung lượng trong mỗi trụ.
S’ = t
S = 3
400 =133,3 (KVA)
Trong đó :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy biến áp điện lực 3 pha ngâm
dầu
SINH VIÊN :BUI THI LUONG
24
S= 400KVA: công suất định mức máy biến áp
m=3 :số pha
t=3 : số trụ tác dụng của m.b.a
3. Dòng điện dây định mức.
– Phía cao áp (CA)
I2=
dm
dm
U
S
2
.
3
=
22
.
3
400 =10,479 (A)
U2đm=22.103(V) : là điện áp phía cao áp.
– Phía hạ áp (HA)
I1=
dm
dm
U
S
1
.
3
=
4
,
0
.
3
400 =577,35(A).
U1đm= 0,4.103(V) : là điện áp phía hạ áp.
4.Dòng điện pha định mức.
Vì dây quấn nối Y/Y0 nên dòng điện pha định mức là :
– Phía CA nối Y: Nên ta có If2=I2=10,479(A).
– Phía HA nối Y: Nên ta có If1=I1=577,35(A).
5. Điện áp pha định mức.
– Phía cao áp nối Y: Uf2=
3
CA
U
=
.
3
22 =12,7(KV)
– Phía hạ áp nối Y: Uf1=
3
HA
U
=
.
3
4
,
0
=0,231(KV)
6. Điện áp thử các dây quấn.(tra bảng 2 trang 185 [Tài liệu 1])
