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

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


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 điệ
n 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 c
ủa 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


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 .
+ U
1
: Điện áp sơ cấp .
+ I
1
: Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
+ P
1
: Công suất sơ cấp .
+ W
1
: Số vòng dây cuộn sơ cấp .

dầu

SINH VIÊN :BUI THI LUONG

6
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 .
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 S
đm
,đơn vị là VA,KVA .
Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :
S
đm

+ 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

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 củ
a 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, Nhậ
t, 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 biế
n 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


hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ
tác dụng lên dây quấ
n 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 tr
ụ
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

10c.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

*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).

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

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


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 vớ
i 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 m
ức 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

dòng điện i
1
. 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 e
1
và e
2
. ở cuộn sơ cấp
có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i
2
đưa ra tải với điện áp là u
2
.
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. sint
II
Z
WW
2
U
1
UĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


E
1
sin(t-
2
π

e

W

dt
d
φ
= - W

dt
tmd
ωφ
sin
= -W

mcost 
2
E
2
sin(Wt
2
π

Trong đó:

m
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 U
1
≈
E
1
, U
2
≈
E
2
do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.
k=
2
1
E
E

o
C. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ
nước đầu vào không vượt quá 25
o
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 cuộ
n
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 cấ
p 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

• 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

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 U
CA
/U
HA
=22/0.4KV(+-) 2*2.5%
Tần số f=50 Hz.
Tổ nối dây Y/Y0-12.
Tổn hao không tải : P
0
= 840 W ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


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
I
1
=
dm
dm
U
S
1
.3
=
4,0.3
400
=577,35(A).
U
1đm
=

0,4.10
3
(V) : là điện áp phía hạ áp.
4.Dòng điện pha định mức.

Vì dây quấn nối Y/Y
0
nên dòng điện pha định mức là :
- Phía CA nối Y: Nên ta có I
f2
=I
2
=10,479(A).

Trích đoạn Chọn kiểu dỏng lừi sắ t:

---