Thiết kế máy biến áp điện
lực ba pha ngân dầu ……… , tháng … năm …….

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC BA PHA NGÂM DẦU.

Bài thiết kế tốt nghiệp của tôi gồm 3 phần:
Phần 1 : Vai trò của MBA trong truyền tải và phân phối điện năng.
Phần 2 : Thiết kế.
Phần 3 : Chuyên đề:Điều chỉnh điện áp.


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 tồn hao năng
lượng trên
đường dây cung sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa,
ít tổn hao và nết kiệm kim loại mầu trên đường đây 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 t
ăng 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 đường dây dẫn và
nhữ
ng 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 tấn 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 điệ
n lực
thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3
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 th

l
: Điện áp thứ cấp .
+ I
1
: Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4
+ P
1
: Công suất thứ cấp .
+ W
l
: Số vòng dây cuộn thứ cấp .
III. 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 .
1. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U
lđm
là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.
Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U
2đm
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.
2. Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng đi


5
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 .
+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy biế
n dòng ,Máy biến điện áp. . . )
+ Máy biến áp thử nghiệm.
+ 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 cầ
n 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 cấ
p điện cho nơi tiêu thụ thường là 127V đến 500V và các động cơ công suất
lớn thường là 3 đến 6KV .
V.VAI TRÒ CỦA MÁY BIẾN ÁP TRONG TRUYỀN TẢI
VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG
Hiện nay mang điện trải rộng ở khắp mọi nơi, nhưng điện năng chỉ được sản xuất ở
một số ít nhà máy phát điện , mà các nhà máy này được xây dựng ở nhữ
ng nơi có các
đặc điểm như gần sông hồ lớn , gần mỏ than ….vì vậy mà cách xa nơI tiêu thụ hàng
trăm hàng nghìn km


Máy phát điện ở các nhà máy phát điện chỉ có thể tạo ra dòng điện tớ
i 24kv.Trạm
biến áp ở nhà máy điện có khả năng nâng điện thế đó lên tới 500kv .Quãng đường
truyền tảI càng xa càng cần diện áp cao. Trên quãng đường truyền tảI cần nhiều
trạm biến áp trung gian nhằm mục đích tiếp tục nâng hay giảm điện áp vì điện áp
của nơi tiêu thụ chỉ cần điện áp thấp vai trăn vol
Trong các hệ thống điện hiệ
n nay cần phải có tối thiểu 4÷ 5 lần tăng giảm điện áp. Do
đó tổng công suất đặt của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

7
Người ta đã tính được rằng nó gấp 6÷7 hay 8 lần hoặc hơn thế nữa hiệu suất của máy
biến áp thường rất lớn 98 ÷99 % nhưng do số lượng máy biến áp nhiều lên tổn hao trong
hệ thống điện là rất đáng kể.
Có thể nói trên mạng truyền tải điện năng thì MBA được chia làm hai loại chính là
MBA truyền tải đi
ện áp cao, MBA trung gian và MBA phân phối.
• MBA truyền tải điện áp cao ,công suất lớn nó đảm nhiện cung cấp điện cho
một vùng, một khu vực. Vì vậy yêu cầu đối với loại máy này là: Un phải lớn
đông thời phảI điều chỉnh được điện áp đưới tải
• MBA phân phối với công suất vừa và nhỏ,cung cấp điện cho một vùng dân
cư nhỏ, hay mộ
t số ít nhà máy. yêu cầu với loại nay là Un từ 4-5%, AU nhỏ,
điều chỉnh không điện,hay thận chí không điều chỉnh
Đề tài của em là thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp với công suất là
S= 6300 KVA vơi điện áp 22/ 6,3 kv.Đây thuộc loại MBA trung gian
f
= )(2100
3
6300
3
KVA
S
==
Dung lượng 1 trụ:
S
tr
= )(2100
3
6300
3
KVA
S
==
2. Dòng điện dây định mức:
- Phía cao áp : I
1f
= )(3,165
22000.3
10.6300
3
3
1
A
dmU
Sdm


4. Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp nối Y: U
1f
= )(7,12701
3
22000
3
1
V
U
==
- Phía hạ áp nối Δ: U
2f
= U
2
= 6300 (V)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

9
5. Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1).
U
t1
= 50 (kV) ; U
t2
= 20 (kV)

II. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU.
1.Với U
t1

2. Hệ số quy đổi từ trường tản:
K
r
= 0,95
3. Thành phần điện áp tác dụng của điện áp ngắn mạch
U
nr%
=
%76,0
6300.10
48000
10
1
==
s
dm
P

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.
U
n
% = %46,776,05,7%%
2222
=−=−
nrr
UU CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MẠCH TỪ

chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3406 dày 0,35mm
chọn B
T
= 1,65.
Chọn sơ bộ số bậc của trụ là 8 bậc theo bảng 10 -2 TL1 tiết diện gông có 3 cấp với
K
g
= 1,03.
⇒ B
g
=
)(6,1
03,1
65,1
T=

Hệ số chèn kín K
p
= 0,936 hệ số điện dày 0,91 hệ số lợi dụng lõi thép
K
cd
= 0,93. 0,91 = ≈ 0,85.
4. Suất tổn hao trụ và gông.
Tra bảng 44- 4 TL1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

11
Có: P
t
= 1,261 W/Kg q

= 4mm
Tấm chắn giữa các pha δ
22
= 3mm
6. Chọn δ = 1,4; b = 0,35; K
f
= 0,91 theo 20 - 41 c, d,e TL1)
7. Chọn K
R
= 0,95
8. Chọn hệ số hình dáng: ở mục 20 -1 tài liệu 1 đã đưa tính toán MBA theo hệ số hình
dáng β = π.D
s
/l
v
: đường kính trung bình của cuộn dây, lv chiều cao của dây quấn.
- Trị số β thường biến thiên rất rộng từ 1,2 ÷ 3,6 nó ảnh hưởng rõ rệt tới các đặc
tính kỹ thụât và kinh tế của MBA.
* Về mặt kinh tế
- Nếu các MBA có cùng công suất điện áp và các thông số kỹ thuật ban đầu thì
nếu β nhỏ MBA sẽ “gầy”, “cao”… nếu β lớn thì MBA sẽ “béo” và “thấp” với trị số
β
khác nhau thì tỉ lệ trọng lượng sắt và đồng trong MBA cũng khác nhau. β nhỏ thì lượng
sắt ít lượng đồng nhiều, β lớn thì lượng sắt lớn lượng đồng ít. Như vậy chọn β thích hợp
không chỉ ảnh hưởng đến kích thước của máy mà còn ảnh hưởng tới vật liệu cấu thành
lên máy biến áp đến giá thành của MBA.
* Về mặt lỹ thuật
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

12

-2
.14.32
2
.0,93=2415 (Kg)
B
1
= 2,4.10
-2
.K
G
.K
p
.A
3
(δ + b + 0,375)
B
1
= 2,4 .10
-2
.1,03.0,93.32
2
(1,4 + 0,4 + 0,375) = 1638,5
A
2
= 3,6. 10
-2
.d.A
2
.K
p


.
AUkk
s
tpf
β
δ

= 1,27 .10
-2
.
)(930
32.76,0.65,1.93,0.92,0
4,1.6300
222
2
Kg=Các số liệu tính toán sơ bộ được thống kê ở bảng dưới đây Bảng tính toán MBA S = 6300 KVA (22/6,3 kV)
β
1,2 1,4 1,6 2,2 2,8 3 3,1 3,2
x =
4

A
2
x
2
= 154x
2

Gt’ = 154x
2
+
2415/x
2307,4
7
168,72
2476,1
9
2219,6
2
182,18
2401,8
5
2146,67
194,81
2341,48
1982,7
6
228,38
2211,1
4
1866,3

2

Gg= 1638,5x
3
+94x
2

1977,7
2
102,99
21080,
79
2108,7
5
111,2
2219,9
5
2331,58
118,91
2450,49
2959,1
3
139,4
3098,5
3
3547,3
5
157,26
3704,6
1

6085,8 6169,2
5
K
p
.q
g
.G’
t
=0,93.1,26
+G’
t

K
p
q
g
G= 0,93.1,64G
g

P
0
= 1,173
G’
t
+1,525G
g
2901,6
3020,9
8
5922,5

2
8644,7
8
2441,9
4
6233,5
8675,4
7
K
b
.q
t
G’
t
= 4,2. G’
t

K
b
.q
g
G
g
= 3,44.G
g

K
b
.qδ
s

61
9286,7
9
10658,
94
4383,6
24329,
33
8920,5
9
12743,
86
4945,2
2
26609,
62
8827,7
3
13405,
81
5119,6
2
27352,
86
8782,6
2
13741,
77
5205,3
4

906,8
2130,9
8
876,98
2060,9
810
1903,5
762,44
1791,7
3
749,69
1761,7
8
743,48
1747,1
8
737,92
1734,1
1
66773,
45
6752,7
8
6852,87 7213,1
7
7620,2
9
7760,5
7
7832,9

S
= δ.D = 1,4 .380 = 532 (cm)
* Chiều cao dq sơ bộ
lv =
)(2,835
2
532.14,3
mm
D
S
==
β
π

Chọn 84 cm
* Tiết diện hữu hiệu trụ lõi thép
S
t
= k
ld
.
51,963
4
38.
.85,0
2
==
π
β
π

iện áp do sét đánh
lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các
vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của trong 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 dòng điện ngắn mạch gây nên.
c. yêu cầu về nhiệt

Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong
thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất
cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá giòn và mất tính chất cách điện. Vì
vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20
năm.
2. Yêu cầu về chế tạo.
Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công,thời
gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải 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 snả phẩm có chất lượng tốt mà giá thành chấp nhận
được.
+ Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ
kỹ thuật của xưởng sản xuất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

17
+ Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu
cách điện.
Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước.
+ Chọn kiểu và kết cấu dây quấn.

U
2f
= U = 6300 (V)
Số vòng dây 1 pha của dq hạ áp
w
2
=
180
35
6300
2
==
v
f
U
U
Vòng
Dây quấn thứ cấp bố trí 3 lớp theo kiểu hình trụ, mỗi lớp có 60 vòng, nối Δ
5. Chọn mật độ dòng điện δ
2
= 1,855A/mm
2

6. Tiết diện dây quấn thứ cấp
S
2
=
)(8,181
833,1
33,333

2
16
1

8. Kích thước dây quấn
- Chiều cap dây quấn hạ áp :
l
v
= (60 + 1) 2 x 9,6 = 1170 (mm)
ép : i = 0,13 x 61 x 2 x 0,6 = 10 (mm)
Chiều cao thực của dây quấn hạ áp : 1160 (mm)
- Chiều rộng dây quấn hạ áp
a = 3 x 4,1 + 0,2 = 12,5 mm 60
vß
ng
60
vß
ng
H×nh 2. Bè trÝ d©
y

q
uÊn thø cÊ
p
60
vß
ng

1. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh tinh
U
ê
= )(352016.
100
22000
16.
100
1
V
U
==
2. Số vòng dây quấn điều chỉnh tinh
w
ê
=
58
35.3
3520
3
==
v
e
U
U
vòng
3. Dây quấn điều chỉnh êm (tinh) chia làm 9 phần, có 9 nấc 1,78% U
1
mỗi nấc
có số vòng dây.

=
3
.65 x 33 = 3946 (V)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

20
6. Điện áp trên dây quấn cơ sở cộng với điện áp điều chỉnh thô bằng U
1
, do vậy
ta có điện áp dây quấn cơ sở
U
cs
= U
1
– U
th
= 22000 – 3946 = 18055 (V)
7. Số vòng dây quấn cơ sở:
W
cs
=
353
18055
3 xU
U
v
cs
=
= 297,8 chọn 298 (vòng)
8. Số vòng dây quấn sơ cấp là

(A)
11. Dòng điện khi điện áp nhỏ nhất
I’’
1f
=
5,197
184193
6300
=
x
(A) c¬ së
D©y quÊn
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
363
369
376
382
389

337
343
350
3569
8
7
6
5
4
3
2
1
0
§iÖn ¸p
U1, V
1
W
Sè vßng
chuyÓn m¹ch
VÞ trÝ
6
7
6
7
6
7
6
7
6
6

ta có
δ
1
=
5,103
6,1
5,165
1
1
==
δ
f
I
(mm
2
)
2. Tra bảng 44 -10 TL1
- Chọn hai dq song song : 2 x
)6,15
1,4
155,3
( x
x
cách điện 4P
- Diện tích tiết diện: 2 x 3,5 x 15 = 105 mm
2
góc dây được vẽ tròn
δ
1k
= 103,2 mm

5,197
=
A/mm
2

b. Dây quấn điều chỉnh thô.
1. Chọn mật độ dòng điện : 1,6A/mm
2
ứng với nấc điều chỉnh điện áp cao nhất
ta có tiết diện dây
δ
th
=
89
6,1
5,142
'
==
δ
I
(mm
2
)
2. Tra bảng 44 -10 TL1
- Chọn hai dây quấn song song : 2 x
9,167,43
6,18,2
x
x
cách điện 6P


c. Nấc điều chỉnh tinh
-Dây quấn điều chỉnh tinh bằng đồng bởi các đầu nối ra nhiều.
- Chọn mật độ dòng điện 3,6A/mm
2
. Có hai nhánh song song, tiết diện ca
hai dây sẽ = 54,2A/mm
2

1. Tra bảng 44 – 10 TL1
Kích thước dây quấn:
2 x
9,49,7
47
x
x
cách điện 6P
2. Mật độ dòng điện được tính lại
δ
ê
=
63,2
2,54
5,142
=
A/mm
2

3. Mật độ dòng điện ở nấc thứ 9 (U
g

B. BỐ TRÍ DÂY QUẤN
I. Dây quấn cơ sở
- Dây quấn sơ cấp có 298 vòng, chia làm 4 lớp , mỗi lớp 74,5 vòng.
Dây cơ sở quấn liên tục, lớp 1 và lớp 3 là quấn phải còn lớp 2 và lớp 4
quấn trái, lớp đầu quấn trên căn dọc đặt trên ống cách điện lớp 2,3,4 đặt trên
căn dọc. Các căn dọc đặt ngay trên các lớp đã quấn trước . Để giảm tổn hao
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

23
phụ, mỗi lớp khi quấn đến giữa phải hoán vị. Như vậy chiều cao dây quấn sẽ
tăng thêm một vòng giữa các lớp có kênh làm mát rộng 9mm BỐ TRÍ DÂY QUẤN CAO ÁP
1. Chiều cao 1 lớp
l
v
= (74,5 + 2) 15,6 = 1195 mm
lót dây quấn: 11 mm

1206 mm
ép dây quấn: i = 0,123.n
i
t = 0,13 x 7,6,5 x 0,6 = 6 mm
Chiều cao thực: 1200mm
2. Chiều rộng 1 lớp dây quấn: a = 2 x 4,1 + 0,3 = 8,5 mm
II. Dây quấn điều chỉnh thô

Để dây quấn làm việc đối xứng ở mọi đầu điều chỉnh , ta chia dây quấn
thành 2 phần nối song song với nhau. Mỗi phần quấn kiểu lò xo. Bắt đầu từ
giữa lớp đặt trực tiếp lên lớp dây bọc của dây quấn điều chỉnh thô.
1. Chiều cao của dây quấn điều chỉnh tinh
0,5 l
v
= 2(58 + 1). 4,9 = 580 mm
ép dây quấn : i = 0,13 x 2 x 59 x 0,9 = 14 m
ống tạo khoảng cách ; 60 mm
Vậy chiều cao dây quấn điều chính tinh: 626mm
2. Chiều rộng dây quấn: a = 7,9 + 0,1 = 8 mm
KL: ta nhận thấy chiều cao của dây quấn hạ áp chỉ là 1160 mm trong khi
đó chiều cao dây quấn cao áp là 1200 mm. Vậy để đảm bảo hai dây quấn có
chiều cao bằng nhau thì ở cuộn hạ áp phải lót 40mm
C. KHỐI LƯỢNG DÂY QUẤN CAO ÁP
Có khối lượng dây quấn : G = 25,4 .ds.S.ω.10
-6
(Kg)
1. Dây quấn cơ sở :
G
cs
= 25,4 x 643 x 103,2 x 298.10
-6
= 502 Kg
Với d
s
= 582 + 0,5 (704 – 582) = 643 (mm)
2. Dây quấn điều chỉnh thô
G
th