Đồ án - Máy biến áp 250kva

Chia sẻ: Nguyen Manh Hung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

493
lượt xem 147
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ. Đã có nhiều nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ công nghệ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầu đất nước phải có một hệ thống điện ổn định, chất lượng cao để đáp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống. Để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổi mới và hoàn thiện về các trang thiết bị và kỹ thuật. Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án - Máy biến áp 250kva

Đồ á n Máy biến áp 250kva
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 3 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP ......................................................................... 5 1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP ................................................................... 5 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP .................................................................................. 6 1.2 1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC.............................................................................................. 7 1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA .............................................................................................. 7 1.5 CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP .................................................................................... 8 1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA .......................................................................... 14 1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC: .............................. 16 1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ: ................................ ................................ ...... 17 PHẦN II: THIẾT KẾ ................................................................ ................................ ........... 19 CHƯƠNG 1 : TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP........... 21 1.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MBA. ....................................... 21 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH TỪ ................................................................................... 23 2.1 CHỌN TÔN SILIC ........................................................................................................ 23 2.2 CẮT LÁ THÉP .............................................................................................................. 23 2.3 TÍNH CHỌN SƠ BỘ MẠCH TỪ................................................................................... 24 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP ................................................. 32 3.1 CÁC YÊU CẦU CHUNG .............................................................................................. 32 3.2 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP. ................................ ................................ ............... 33 3.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP. ............................................................................ 37 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THAM SỐ KHÔNG TẢI NGẮN MẠCH ............................... 43 4.1 XÁC ĐỊNH TỔN HAO NGẮN MẠCH. ........................................................................ 43 4.2 XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP NGẮN MẠCH (Un) .................................................................... 47 4.3 TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH CỰC ĐẠI .............................................................. 48 4.4 TÍNH LỰC CƠ GIỚI LÚC NGẮN MẠCH .................................................................... 49 4.5 TÍNH ỨNG SUẤT CỦA DÂY QUẤN .......................................................................... 50 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG MẠCH TỪ ................................ ........................ 52 5.1. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỤ THỂ CỦA LÕI SẮT ................................................... 52 5.2 TÍNH TỔN HAO KHÔNG TẢI ..................................................................................... 55 5.3 HIỆ U SUẤT CỦA MBA............................................................................................... 58 5.4 CHI PHÍ VẬT LIỆU TÁC DỤNG ................................................................................ 58 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP.......................................................... 59 6.1 ĐẠI CƯƠNG. ................................................................................................................ 59 6.2 TÍNH TOÁN CỤ THỂ VỀ NHIỆT CỦA MBA. ................................ ............................. 60 PHẦN III: KẾT CẤU MÁY BIẾN ÁP ................................................................................. 68 I. KẾT CẤU VỎ .................................................................................................................. 68 II. KẾT CẤU RUỘT MÁY ................................................................ ................................ .. 68 III. LẮP RUỘT VÀO VỎ .................................................................................................... 68 IV. BỐ TRÍ CÁC CHI TIẾT TRÊN NẮP MÁY ................................ ................................ .. 69 V. KẾT CẤU MÁY HOÀN CHỈNH ................................ ................................ .................... 69 2 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn LỜ I NÓI ĐẦU Ngày nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ. Đã có nhiều nhà máy, xí nghiệp ra đời với trình độ công nghệ cao, hiện đại hoá trên cả nước vì vậy yêu cầu đất nước phải có một h ệ thống điện ổn định, chất lượng cao đ ể đ áp ứng và phục vụ đắc lực cho sản xu ất và đ ời sống. Để đảm bảo điều đó việc truyền tải điện năng phải ngày càng đổi mới và hoàn thiện về các trang thiết b ị và kỹ thuật. Máy biến áp điện lực là mộ t bộ phận rất quan trọng trong h ệ thống điện, việc tải điện năng đi xa từ nhà máy điện bộ phận tiêu thụ trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 3 đ ến 4 lần tăng giảm điện áp do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng) củ a các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Gần đây người ta tính ra rằng nó có thể gấp đến 6 h ay 8 lần hay cao hơn nữa, hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn 98 -99% nhưng vì số lư ợng máy biến áp khá nhiều nên tổng tiêu hao trong hệ hống rất đáng kể vì thế cần chú ý đến việc giảm tổn hao nh ất là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết vấn đ ề này hiện nay trong nghành chế tạo máy biến áp, ngư ời ta chủ yếu sử dụng thép cán lạnh, có su ất tổn hao và công suất từ hoá thấp m ặt khác còn thay đổi các kết cấu từ một cách thích hợp như ghép mối nghiêng các lá thép tôn trong lõi thép, thay các kết cấu bu lông ép trụ và xuyên lõi thép bằng các vòng đ ai ép hay hay dùng những qui trình công ngh ệ mới về cắt dập lá thép, tự động về ủ lá thép, về lắp ráp... nhờ vậy mà công su ất và điện áp của các mba đ ã được nâng cao rõ rệt. Ta biết rằng máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện , MBAĐL ngâm dầu là lo ại máy được sử dụng rất phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có đư ợc. Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu củ a người sử dụng được tốt nhất. Nhân dịp này cho phép em bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo Võ Tiến Trung - người thầy đ ã tận tình hướng d ẫn em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện đ ã nhiệt tình giảng dạy và tất cả các b ạn bè, đặc biệt là các bạn trong lớp ĐHLT - Điện K1 đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án này. 3 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn Mặc dù đ ã có nhiều cố gắng nhưng vì năng lực còn hạn chế nên Đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về cả nội dung lẫn hình thức. Vì vậy, em rất mong nhận được những lời chỉ b ảo quí báu của các thầy cô giáo và những góp ý của bạn đọc. Vinh ngày 30 tháng 04 năm 2009 Sinh viên th ực hiện Nguyễn Doãn Hưng 4 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn PHẦN I: TỔ NG QUAN V Ề MÁY BIẾN ÁP 1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP Để dẫn điện từ các trạm phát điện đ ến hộ tiêu thụ cần ph ải 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 đ ảm bảo được các ch ỉ tiêu k ỹ thuật. Hộ tiêu thụ Đường dây tải Máy biến áp Máy biến áp tăng áp giảm áp Hình 1.1 Sơ đồ m ạng truyền tải điện đơn giản Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp đư ợc tăng cao th ì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện dây nhỏ đ i, 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 su ất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu trên đường dây ngư ời ta ph ải 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 đ ến 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 đ ến 6KV, do đó trước khi sử dung điện năng ở đây cần phải có thiết bị giảm điện áp xu ống. Những thiết b ị dùng để tăng điện áp ra của máy phát điện tức đầu đường dây d ẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đ ến hộ tiêu thụ gọ i là các máy biến áp (MBA). Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ nhà má y điện đến tận các hộ tiêu thụ mộ t cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất củ a các MBA trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bố n lần công suất của trạm phát điện. Nh ững MBA dùng trong hệ thống điện lực gọ i là MBA điện lực hay MBA công suất. Từ đó ta cũng thấy rõ, MBA 5 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn ch ỉ 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 ật 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 cuộ c công nghiệp hiện đ ại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất đ ược những MBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110KV. 1.2 Đ ỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP 1. Máy biến áp là một thiết b ị điện từ đ ứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, biến đổi một h ệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành m ột hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổ i. Kí hiệu một MBA đơn giản như hình 1.2 Hình 1.2 Kí hiệu MBA Đầu vào củ a MBA được nối với nguồn điện, được gọ i là sơ cấp (SC). Đầu ra củ a MBA được nố i với tải gọ i là thứ cấp (TC). 2 . Khi điện áp đầu ra (thứ cấp) lớn hơn điện áp vào (sơ cấp) ta có MBA tăng áp khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn đ iện áp vào SC ta có MBA h ạ áp. 3 . a/ Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp: + U 1 : Điện áp sơ cấp + I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp + P1 : Công su ất sơ cấp + W1 : Số vòng dây củ a cuộn sơ cấp b/ Các đại lượng và thông số củ a đ ầu thứ cấp: + U 2 : Điện áp thứ cấp + I 2 : Dòng đ iện qua cuộn thứ cấp + P2 : Công suất thứ cấp 6 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn + W2 : Số vòng dây củ a cuộn thứ cấp 1.3 CÁC LƯỢNG Đ ỊNH MỨC Các lượng định m ức củ a MBA do mỗi nhà ch ế 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 (Uđm) - Điện áp sơ cấp định m ức kí hiệu U1đm, là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp. - Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm, là điện áp giữa các cực củ a dây quấn thứ cấp. Khi dây quấn thứ cấp h ở mạch và đ iện áp đặt vào dây qu ấn sơ cấp là định m ức, 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 th ường là KV. b. Dòng điện định mức (Iđm) - Dòng điện đ ịnh mức là dòng điện đã qui đ ịnh cho mỗi dây quấn của MBA, ứng với công su ất đ ịnh mức và điện áp định mứ c. Đối với MBA 1 pha dòng điện đ ịnh mức là dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện đ ịnh mức là dòng điện dây. c. Công suất định mức (Sđm) - Công su ất định mứ c của MBA là công su ất biểu kiến định mức. Công suất định mức kí hiệu là Sđm, dơn vị là VA, KVA. Đối với MBA 1 pha công suất định mức là : (1-1) Sdm  U 2 dm .I 2dm  U1dm .I1dm Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : (1-2) S dm  3.U 2 dm .I 2 dm  3.U1dm .I1dm 1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA MBA đ ã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, ph ục vụ con người với 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 b ị điện, thiết b ị điện tử công suất. 7 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn + Trong lĩnh vực đo lường (máy biến dòng, máy biến điện áp…) + Máy biến áp th ử n ghiệm. + Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lự c đ ược sử dụng trong h ệ thống điện. Trong hệ thống điện MBA có vai trò vô cùng quan trọng, dùng để truyền tải và phân phố i điện năng, vì các nhà máy đ iện công su ất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụ điện (các khu công nghiệp và các hộ tiêu thụ …) vì thế cần phải xây d ựng 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 su ất trên đường dây ph ải giảm dòng điện ch ạy 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; ... và ở cuố i đường dây cần đặt MBA hạ áp đ ể cung cấp điện cho nơi tiêu thụ, thường là 127V đ ến 500V và các động cơ công su ất lớn thường là 3 đến 6 KV. 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 h ệ 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 ch ế 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 ngh ệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là lo ại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổ i và có tính d ẫn từ định hướng, do đó su ất 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 1,45 T, từ đó giảm đư ợc tổn hao trong máy, dẫn đ ến giảm được trọng lư ợng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của MBA, rất thu ận tiện cho việc chuyên ch ở. Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lư ợng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo b ằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA đư ợc làm bằng tôn cán nóng. 8 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn 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, Nh ật, 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 giữ a các trụ. Trụ và gông tạo thành m ạch từ khép kín. Lá thép kĩ thu ật điện được sử dụng thường có độ d ày từ (0,35 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 đố i giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các lo ại lõi sắt như sau: a . Lõi sắt kiểu trụ: dây qu ấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây qu ấn mà không bao lấy mặt ngoài củ a 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 này (h ình 1.3). Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ a. Một pha, b. Ba pha b. Lõi sắt kiểu bọc: Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây quấn mà còn bao cả m ặt bên củ a dây qu ấn. Lõi sắt như bọ c lấy dây qu ấn, trụ thường để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA lo ại 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 tố t vì dùng dây quấn xen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện 9 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn dung đối với đ ất Cđ nhỏ nên sự phân bố đ iện áp sét trên dây qu ấn đều hơn. Nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép k ỹ thu ật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện tròn, tron g trường hợp dây quấn qu ấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đ ều, tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt lo ại này thư ờng được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện . c. Lõi sắ t kiểu trụ – bọ c (hình 1.4 ): Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữ a kiểu trụ và kiểu bọ c. 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 bọ c và kiểu trụ – bọ c 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 thu ật điện có độ d ày 0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề m ặt. Hình 1.4 Mạch từ kiểu trụ – bọc 1 : Trụ 2: Gông 3 : Dây qu ấn Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gông vào nhau ta có th ể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nố i và ghép xen kẽ. Ghép nối là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nố i 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. 10 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn 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 d ở h ết phần gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ đ ược 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 d ẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá thép ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có th ể 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 củ a trụ sắt thường làm thành hình b ậc thang gần tròn. Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang củ a gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T. Tuy nhiên hiện nay hầu h ết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình bậc thang có số bậc gần b ằng số b ậc của tiết diện trụ. Lượt 1 Lượt 2 a. b. Lượt 1 Lượt 2 c. Lượt 1 Lượt 2 d. Lượt 1 Lượt 2 11 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng e.
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn Hình 1.6 Th ứ tự ghép lõi sắt ba pha. a. Ghép nố i b. Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c. Ghép xen kẽ mố i nố i nghiêng 4 góc d. Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e. ghép xen kẽ hỗn h ợp. 1 .5.2 Dây quấn máy biến áp. Dây quấn là bộ phận dẫn điện củ a 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 b iến). Dây quấn gồ m nhiều vòng dây và đ ược lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòng dây, dây qu ấn 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, ngư ời ta chia ra hai lo ại dây qu ấn chính đó là: Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ H×nh 1.7 D©y quÊn ®ång t©m H ×nh 1.7 D©y quÊn ®ång t©m 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. b. Dây quấn xen kẽ: Cuộn CA và HA đư ợc quấn thành từng bánh có chiều cao th ấp 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 m ặt cơ thi kém vững chắc so với dây quấn đồng âm. Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây. 12 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn 1.5.3 Vỏ máy biến áp: Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện ngo ại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ ph ận thùng và nắp thùng. a . Thùng MBA: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc, mộ t ph ần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới d ạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ củ a 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 p hận bên trong MBA sang dầu rồi từ d ầu qua vách thùng và truyền ra môi trư ờng xung quanh. Lớp d ầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tụ c làm nguội một cách tu ần hoàn 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. Lo ại 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 d ầu 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 cư ờng làm nguộ i MBA. 13 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn Ở những MBA dùng trong trạm thủ y điện, dầu đư ợc bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy. b. Nắp thùng: Nắp thùng MBA dùng đ ể đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như: Các sứ ra củ a đ ầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống b ảo hiểm, hệ thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp củ a dây qu ấn CA. Các sứ ra củ a dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thư ớc và trọng lượng sứ ra càng lớn. Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đ ặt n ằm ngang trên n ắp thùng và nối với thùng b ằng một ống d ẫn dầu. Để bảo đảm d ầu trong thùng luôn luôn đầy, ph ải duy trì d ầu ở mộ t mức nhất định. Dầu trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do. Ống chỉ mức dầu đ ặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức đầu bên trong. Ống bảo hiểm: Làm b ằng thép thư ờng là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu b ịt bằng mộ t đĩa thủ y tinh. Nếu vì lí do nào đó mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đ ĩa thủ y tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý ống bảo hiểm đ ầu đặt đ ĩa th ủ y tinh quay về phía ít người qua lại hay n hững 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 củ a 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 h ệ với nhau về từ . Xét sơ dồ n guyên lý củ a một MBA1 pha (hình 1 .11). 14 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn I1 I2 Z U U1 W1 W2 Hình 1.11 Nguyên lý làm việc củ a MBA Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồ m 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 mộ t điện áp xoay chiều v1 vào dây cu ốn 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 sứ c điện động e1 và e2 , ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ sinh ra dòng đ iện i1 đưa ra tải với điện áp là u 2 . Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số h ình sin thì thừ thông do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin. (1-3 )   m . sin t Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: d .sin t d    w1 . m (1-4-a)  w1 .. m . cos t  2 .E1. sin(t  ) e1   w1. dt dt 2 d .sin t d    w2 . m (1-4-b)   w2 .. m . cos t  2 .E 2 .sin(t  ) e2   w2 . dt dt 2 Trong đó: .w1 .m 2 . f .w1 .m (1 -5-a)  4,44. f .w1.m E1  . 2 2 .w2 .m 2 . f .w2 .m (1-5-b )  4,44. f .w2 . m E2  . 2 2 Là giá trị h iệu dụng của các sức điện động củ a cuộn sơ cấp và thứ cấp. Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số b iến đổ i củ a MBA như sau: 15 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn E1 w1 (1-6 ) k  E2 w2 Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1  E1, U2  E2 do đó k có th ể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và th ứ cấp. E1 U 1 (1 -7) k  E2 U 2 1.7 TIÊU CHUẨ N HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC: MBA điện lực được ch ế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn nhà nước như sau: Theo tiêu chu ẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui định. - Điều kiện làm việc của MBA. Độ cao không quá 100m so với m ực nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong ph ạm vi -20o C đ ến -40 oC. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội b ằng nước thì nhiệt độ nước đ ầu 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; 10.000 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 nố i 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 ch ữ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d, z cho các 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. Các ký hiệu b ằng chữ liên quan đ ến các cuộn dây khác nhau củ a một MBA đều được ghi theo thứ tự giảm dần củ a điện áp định mức. Sự lệch pha củ a 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 16 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn áp thứ cấp sẽ lệch pha tương ứng ở các vị trí lần lượt ch ỉ các giờ trong đó só 12 có th ể co i là số 0 (chỉ số càng cao thì sự ch ậm pha càng lớn). 1.8 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ: Để đảm b ảo về tính toán h ợp lý tốn ít thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lượt tiến hành theo trình tự như sau: 1. Xác định các đại lượng cơ bản: - Trình dòng đ iện pha, điện áp pha củ a 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 y ếu - Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt - Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách đ iện củ a chúng, chọn cường độ tự cảm củ a lõi sắt. - Chọn các kết cấu và xác đ ịnh các khỏ ang cách cách điện chính của cuộn dây. - Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu. - Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ b ộ lõi sắt. 3. Tính toán dây quấn CA và HA - Chọn dây quấn CA và HA - Tính cuộn dây HA - Tính cuộn dây CA 4. Tính toán ngắn mạch - Xác dịnh tổn hao ngắn m ạch - Tính toàn điện áp ngắn mạch - Tính lực cơ củ a dây qu ấn khi MBA bị n gắn m ạch 5. Tính toán cuối cùng về hệ thố ng 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 thố ng làm nguội MBA - Quá trình truyền nhiệt trong MBA 17 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn - Khái niệm hệ thống làm nguộ i MBA - Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh - Tính toán nhiệt MBA - Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn d ầu 7. Tính toán và lựa chọ n một số chi tiết kết cấ u 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 d ầu, bộ phận tản nhiệt. 18 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn PHẦN II: THIẾT K Ế 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 m ạch từ. Chương 6: Tính toán nhiệt máy biến áp. Chương 7: Kết cấu máy biến áp. 19 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng
§å ¸n m«n häc m«n M¸y ®iÖn PHẦN II: THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế m áy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu hai dây qu ấn công suất 250KVA. Các số liệu ban đầu: - Dung lượng S = 250 KVA. - Điện áp bên cao áp UCA = (22  2*2.5%) kV. - Điện áp bên hạ áp UHA = 400 V - Tần số f =50 Hz. - Tổ nố i dây Y/Y0-11. - Tổn hao không tải : P0 = 750 W. - Tổn hao ngắn m ạch : Pn = 4000 W. - Điện áp ngắn mạch : un % = 5%. - Dòng đ iện không tải : i0 % = 1,5%. Máy biến áp để ngoài trời và làm việc liên tục. 20 GVHD: Th.S Vâ TiÕn Trung SVTH: NguyÔn Do·n Hng