tính toán cuối cùng hệ thống mạch từ và tính toán tham số không tải của mba

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
lời nói đầu
MBA điện lực (viết tắt là MBA) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống
điện, nó góp phần truyền tải và phân phối công suất từ nhà máy điện đến hộ tiêu
thụ một cách hợp lý nhằm để hạn chế bớt tổn hao. MBA gồm hai loại: MBA giảm
áp và MBA tăng áp. MBA dùng trong hệ thống điện gọi là MBA điện lực.
MBA thờng đợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhng chủ yếu là truyền tải.
Trong quá trình truyền tải trong lới điện, tăng áp, rồi giảm áp đến hộ tiêu
thụ làm cho công suất của hệ thống MBA lớn và tổn hao cũng tăng lên. Hơn
nữa, điều kiện khí hậu, địa hình mỗi nơi đều khác nhau, nhu cầu và sự phát triển
kinh tế ở mỗi vùng khác nhau dẫn đến yêu cầu về thiết kế và thông số kỹ thuật
của MBA cũng khác nhau. Do đó, việc tính toán thiết kế MBA phù hợp với yêu
cầu đặt ra là rất cần thiết.
Ngày nay, công nghệ chế tạo MBA ngày càng phát triển và đòi hỏi phải
hoàn thiện hơn, vật liệu đợc chế tạo ngày càng tốt. Vì vậy, việc tính toán và thiết
kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt chất lợng cao, phải lấy chỉ tiêu
kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu thấp nhất. Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi
hỏi tính năng kỹ thuật nh: i
0
%, P
0
, U
n
%, P
n
nằm trong điều kiện cho phép ứng
với mỗi loại công suất.
Trong giới hạn của đề tài, tôi xin trình bày các phần sau của thiết kế MBA
điện lực, gồm 5 phần:
- Phần I : Chọn phơng án và tính sơ bộ kích thớc cơ bản.

- Phần II : Tính dây quấn hạ áp - cao áp.
- Phần III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch.
- Phần IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.
- Phần V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 3
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Trong quá trình tính toán, do kiến thức còn hữu hạn và cha có kinh nghiệm
thực tế, nên chắc chắn không khỏi thiếu sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của
quý thầy cô cùng các bạn đồng nghiệp.
Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp đợc hoàn thành nhờ sự hớng dẫn tận tình của thầy
Nguyễn Trung C, thầy cô giáo trong khoa Điện và Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã
tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cám ơn!
kính bút
Hồ Thanh Tiên
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 4
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Phần mở đầu
1.1. Đại cơng.
Nh đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đờng dây, nếu điện áp đợc tăng
cao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ giảm xuống, nh vậy có thể làm tiết diện
dây nhỏ đi, do đó trọng lợng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao
năng lợng trên đờng dây cũng giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công suất lớn đi
xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đờng dây ngời ta phải dùng điện áp
cao, thờng là 35,10,220 và 500kV. Trên thực tế các máy phát điện không có khả
năng phát ra những điện áp cao nh vậy, thờng chỉ từ 3 đến 21kV là cùng, do đó phải
có thiết bị để tăng điện áp ở đầu đờng dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thờng yêu
cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6kV, do đó tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống.

Những thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức là ở đầu đờng
dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ, tức là ở cuối đờng dây dẫn
điện gọi là các MBA (viết tắt là MBA).
Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất tù
nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý, thờng phải qua 3, 4 lần
tăng và giảm điện áp nh vậy. Do đó, tổng công suất của các MBA trong hệ thống
điện lực thờng gấp 3, 4 lần công suất của trạm phát điện. Những MBA dùng
trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất.
Ngoài MBA điện lực ra còn có nhiều loại MBA dùng trong các ngành
chuyên môn nh: MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, MBA hàn điện, MBA
dùng cho các thiết bị chỉnh lu, MBA dùng cho đo lờng, thí nghiệm
Khuynh hớng phát triển của MBA điện lực hiện nay là thiết kế chế tạo
những MBA có dung lợng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để
giảm trọng lợng và kích thớc máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán
lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại ít, do đó nâng cao đợc hiệu
suất của MBA. Khuynh hớng dùng dây nhôm thay dây đồng vừa giảm đợc trọng
lợng máy cũng đang phát triển.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
ở nớc ta ngành chế tạo đã ra đời ngay từ ngày hoà bình lập lại. Đến nay
chúng ta đã sản xuất đợc một khối lợng MBA khá lớn với nhiều chủng loại khác
nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nớc và xuất khẩu. Hiện nay ta đã
sản xuất đợc những MBA dung lợng 25000kVA với điện áp 110kV.
1.2. Các loại MBA chính.
Theo công dụng, MBA có thể gồm những loại chính sau đây:
1. MBA điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ
thống điện lực.
2. MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lu,
MBA hàn điện;

3. MBA tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn lắm dùng
để mở máy các động cơ điện xoay chiều.
4. MBA đo lờng dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đa vào các
đồng hồ đo.
5. MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.
MBA có rất nhiều, song thực chất các hiện tợng xảy ra trong chúng đều
giống nhau.
1.3. Cấu tạo MBA.
MBA có các bộ phận chính sau đây: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
1.3.1. Lõi thép (mạch từ)
Mạch từ MBA có hai nhiệm vụ chính: dẫn từ và đồng thời là các khung để
làm chỗ tựa cho các cuộn dây. Mạch từ cũng do đó mà có các yêu cầu kỹ thuật t-
ơng ứng: Phải dẫn từ tốt, có tổn hao do dòng điện xoáy nhỏ nhất, có kết cấu chắc
chắn đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển không làm xê dịch vị trí của các cuộn
dây.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 6
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
MBA trong hệ thống truyền tải điện thờng đợc thiết kế với công suất trên
một máy rất lớn, có thể hàng trăm ngàn kVA. Khích thớc của MBA cũng nh máy
điện nói chung tăng chậm hơn so với công suất. Vì vậy đối với máy lớn càng
phải có hiệu suất cao.
Lõi sắt gồm các lá thép silic ghép lại đợc ép bằng xà ép và các bulông tạo
thành bộ khung MBA. Trên đó còn bắt các giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sứ
xuyên hoặc các ty đỡ nắp máy ở các MBA dầu, toàn bộ lõi sắt có quấn dây và
các dây dẫn ra đợc ngâm trong thùng đựng dầu MBA, gọi là ruột máy. Các
MBA nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu khi lắp ráp,
sửa chữa. Các MBA công suất từ 1000kVA trở lên, vì ruột máy rất nặng nên đợc
bắt cố định với đáy thùng và lúc tháo lắp sửa chữa phải nâng vỏ máy lên khỏi
đáy và ruột máy.

Lõi sắt gồm 2 phần: Trụ T và gông G. Trụ là phần lõi có lồng dây quấn,
gông là phần lõi không có dây quấn dùng để khép mạch từ giữa các trụ.
Có nhiều cách phân loại lõi sắt:
a. Theo sự sắp xếp tơng đối giữa trụ, gông và dây quấn, lõi sắt đợc chia
làm hai loại kiểu trụ và kiểu bọc.
1. Lõi sắt kiểu trụ:
Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dới dây quấn mà
không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thờng để đứng. Tiết diện trụ thờng
là hình tròn (đối với MBA công suất nhỏ có thể làm hình chữ nhật) và dây quấn
cũng có dáng hình trụ tròn. Kết cấu này đơn giản, làm việc đảm bảo, dùng ít vật
liệu, vì vậy hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng kiểu này.
2. Lõi sắt kiểu bọc.
Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và dới dây quấn mà còn
bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt nh ''bọc'' lấy dây quấn nên có tên gọi
đó.Trụ thờng để nằm ngang, tiết diện trụ thờng có hình chữ nhật. MBA kiểu này
có u điểm là thờng không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm đợc chiều dài của
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 7
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
dây dẫn từ dây quấn đến sứ ra; chống sét tốt vì hay dùng dây quấn xen kẽ nên
điện dung dây quấn C
dq
lớn, điện dung đối với đất C
đ
nhỏ nên sự phân bố điện áp
sét trên dây quấn đều hơn. Nhng khuyết điểm của kiểu này là chế tạo phức tạp cả
lõi sắt và dây quấn; các lá tôn silic nhiều loại kích thớc khác nhau khi dây quấn
quấn thành ống tiết diện tròn; trong trờng hợp dây quấn quấn thành ống hình chữ
nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực có tác dụng lên dây quấn không đều, tốn
nguyên vật liệu. Lõi sắt kiểu này thờng thấy ở một số nớc Tây âu chế tạo cho

các biến áp lò.
b. Ngoài ra còn có thể có loại trung gian giữa kiểu trụ và kiểu bọc gọi là
kiểu trụ - bọc. Loại này hay dùng trong các MBA một pha hay ba pha với
công suất lớn (hơn 100 ngàn kVA một pha) và để giảm bớt chiều cao phải
''san'' gông sang hai bên.
Theo sự sắp xếp không gian giữa trụ và gông có thể phân biệt lõi thép có
mạch từ đối xứng và không đối xứng. Ví dụ MBA ba pha ba trụ là loại mạch từ
không đối xứng, vì mạch từ của pha giữa ngắn hơn mạch từ hai pha bên cạnh.
Còn tổ biến áp ba pha - tức gồm MBA một pha là loại mạch từ đối xứng.
Theo phơng pháp ghép trụ và gông có thể chia loại sắt thành hai kiểu: lõi
ghép nối và lõi ghép xen kẽ.
Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó đợc đem nối với nhau nhờ những
xà và bulông ép. Ghép kiểu này đơn giản, nhng khe hở không khí giữa trụ và
gông lớn, do không đảm bảo tiếp xúc tơng ứng từng lá thép trụ và gông với nhau
nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì vậy ít dùng.
Ghép xen kẽ là từng lớp là thép của trụ và gông lần lợt đặt xen kẽ sau đó
dùng xà ép và bulông vít chặt lại. Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên
ra, cho dây quấn vào trụ sau đó xếp lá thép vào gông nh cũ và ép gông lại.
Đối với thép cán lạnh, để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đúng hớng
thờng ghép xen kẽ nhng đối với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở 4 góc hay
mối nối nghiêng cả trụ giữa mà không dùng mối nối thẳng nh đối với thép cán
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 8
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
nóng. Phơng pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắc nên đợc dùng rất phổ
biến trong các ngành chế tạo biến áp hiện nay.
1.3.2. Dây quấn.
Dây quấn MBA là bộ phận dùng để thu nhận năng lợng vào và truyền tải
năng lợng đi. Trong MBA hai dây quấn có cuộn hạ áp (viết tắt là HA) nối với lới
điện áp thấp và cuộn cao áp (viết tắt là CA) nối với lới có điện áp cao hơn.

Theo phơng pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến áp
thành hai kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ.
1.3.2.1. Dây quấn đồng tâm.
Cuộn HA và CA (nếu có ba dây quấn thì còn có cuộn điện áp trung bình ký
hiệu là TA) là những hình ống đồng tâm đối với nhau. Chiều cao ( theo trục) của
chúng nên thiết kế bằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn (nhất là
lúc ngắn mạch) có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hai cuộn dây không lợi về mặt
kết cấu. khi bố trí cuộn dây, cuộn HA đặt trong cùng, cuộn CA đặt ngoài ( nếu
biến áp ba pha dây quấn, thờng cuộn trung áp TA đặt giữa, cũng có thể đặt trong
cùng). Cuộn cao áp đặt ngoài sẽ đơn giản việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp
cũng nh giảm đợc kích thớc rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây
với trụ sắt. Dây quấn đồng tâm đợc dùng phổ biến trong các MBA điện lực với
lõi sắt kiểu trụ.
1.3.2.2. Dây quấn xen kẽ.
Cuộn CA và HA đợc quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn xen kẽ
do đó giảm đợc lực dọc trục khi ngắn mạch. Để giảm lực cơ theo hớng kính các
bánh dây cố gắng thiết kế có đờng kính gần bằng nhau. Dây quấn xen kẽ có nhiều
rãnh dầu ngang nên về mặt làm lạnh tuy có tốt hơn nhng về mặt cơ thì kém vững
chắc hơn so với dây quấn đồng tâm. Mặt khác dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 9
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể từ đầu đến cuối cuộn dây
không có mối hàn nào. Loại dây quấn này chủ yếu đợc dùng trong các MBA lò
điện hay trong một số MBA khô để đảm bảo sự làm lạnh đợc tốt.
Theo hình dáng tiết diện cuộn dây có thể chia dây quấn thành hai loại:
Cuộn dây tròn và cuộn dây hình chữ nhật. Cuộn dây tròn ''có dạng hình trụ và
tiết diện ngang là hình tròn''. Cuộn dây chữ nhật '' có tiết diện ngang là hình chữ
nhật với các góc uốn tròn''. Loại dây quấn sau có u điểm là lấp đầy đợc phần
không gian trong cuộn dây , nhng có nhợc điểm là chỗ góc uốn cong cách điện

dễ bị yếu đi do bị rạn nứt lúc uốn, nhất là khi góc uốn nhỏ; độ bền cơ cũng
kém Chính vì thế hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều dùng loại cuộn dây
tròn vì kết cấu đơn giản hơn, độ bề cơ, điện tốt hơn. Loại dây quấn kiểu cuộn
chữ nhật chỉ đợc dùng trong một số MBA đặc biệt thờng với lõi thép kiểu bọc và
dùng trong các MBA công suất nhỏ và rất nhỏ.
1.3.3. Hệ thống làm lạnh và vỏ máy.
Khi MBA làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lợng làm cho
MBA nóng lên. Muốn MBA làm việc đợc lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt
độ của MBA xuống. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu
MBA. MBA dùng không khí để làm nguội gọi là MBA khô, MBA làm nguội
bằng dầu gọi là MBA dầu. Hầu hết các MBA điện lực hiện nay đều làm nguội
bằng dầu.
Khi MBA làm việc, dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và
chuyển năng lợng ra ngoài vách thùng nhờ hiện tợng đối lu. Nhiệt lợng lại từ
vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng quá trình đối lu và bức xạ. Nhờ
vậy mà hiệu ứng làm lạnh đợc tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với lõi thép
và dây quấn, tăng đợc công suất máy, giảm đợc kích thớc và trọng lợng máy.
Đối với MBA nhỏ dung lợng dới 25 ữ 40kVA, vách thùng dầu có thể làm phẳng
hay gợn sóng; đối với các MBA lớn hơn, để tăng bề mặt tản nhiệt vách thùng th-
ờng gắn thêm những dãy cánh tản nhiệt hay những dãy ống hoặc hơn nữa có thể
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 10
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
làm những hệ thống dàn ống, gọi là bộ tản nhiệt hay bộ làm lạnh và đợc làm
nguội nhờ không khí tự nhiên. ở những MBA công suất từ 10 đến 16 ngàn kVA
trở lên thờng phải tăng cờng làm nguội bằng đối lu cỡng bức không khí nhờ hệ
thống quạt gió hay có thể đối lu cỡng bức dầu trong thùng nhờ một hệ thống
bơm riêng hoặc phối hợp cả hai.
Để đảm bảo dầu trong MBA luôn luôn đầy trong quá trình vận hành, trên
nắp MBA có một bình dầu phụ hình trụ, thờng đặt nằm ngang nối với thùng dầu

chính bằng ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của MBA mà dầu giãn nở tự do trong
bình dầu phụ không ảnh hởng tới mức dầu ở trong MBA. Vì vậy, bình dầu phụ
còn đợc gọi là bình giãn dầu.
Trên nắp thùng còn có các sứ để bắt các dây dẫn ra nối các dây quấn trong
MBA với lới điện; thiết bị đổi nối để điều chỉnh điện áp; thiết bị đo nhiệt độ biến
áp; mức treo
Dầu MBA ngoài tác dụng làm lạnh còn là một chất cách điện tốt, nhng có
nhợc điểm là dầu MBA đồng thời cũng là một vật liệu dễ cháy nên dễ sinh ra hoả
hoạn, vì vậy trong nhiều trờng hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích
hợp.
ở các MBA khô vỏ máy chỉ để bảo vệ. Vì không khí có khả năng làm nguội
và cách điện kém hơn dầu MBA nên trong các MBA khô, các khe rãnh cách điện
cần làm lớn hơn, còn tải điện từ thì lại phải nhỏ hơn so với MBA dầu. Cũng vì
những lý do đó mà kích thớc, trọng lợng và giá thành của MBA khô sẽ tăng lên.
Điều này thấy rõ khi công suất và điện áp của máy càng cao. Do vậy MBA khô
thờng chỉ chế tạo với công suất tới 1600 ữ 2500kVA, điện áp không quá 15kV
và cũng chỉ dùng trong điều kiện khô ráo.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 11
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
phần I
chọn phơng án và tính sơ bộ kích thớc cơ bản
I. Các đại lợng điện cơ bản
1. Công suất một pha của MBA.
S
f
=
m
S
(kVA)

=
3
1000
= 333,33 (kVA)
Trong đó:
S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA
m - Số pha của MBA, m = 3
2. Công suất mỗi trụ.
S' =
t
S
(kVA)
=
3
1000
= 333,33 (kVA)
Trong đó:
S - Công suất định mức của MBA, S = 1000kVA
t - Số trụ tác dụng. Đối với MBA 3 pha , t = 3
3. Dòng điện dây định mức.
I =
U3
10S
3


(A)
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 12
Website: Email : Tel : 0918.775.368
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ MBA ®iÖn lùc

 Dßng ®iÖn bªn phÝa HA:
I
1
=
2
U3
S
⋅
=
4003
101000
3
⋅
⋅
= 1443,37 (A).
 Dßng ®iÖn bªn phÝa CA:
I
2
=
1
3
U3
10S
⋅
⋅
=
350003
101000
3
⋅

⋅
= 16,49 (A)
Trong ®ã:
S - C«ng suÊt ®Þnh møc cña MBA, S = 1000kVA
U
1
- §iÖn ¸p d©y ®Þnh møc bªn phÝa CA, U
1
= 35kV.
U
2
- §iÖn ¸p d©y ®Þnh møc bªn phÝa HA, U
2
= 0,4kV.
4. Dßng ®iÖn pha ®Þnh møc.
V× tæ ®Êu d©y Y-Y
O
- 12 nªn dßng ®iÖn pha tÝnh nh sau:
I
f
= I (A)
 Dßng ®iÖn pha bªn phÝa HA:
I
f1
= I
1
= 1443,37 (A)
Hå thanh tiªn - líp ®kt. k42 13
Website: Email : Tel : 0918.775.368
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ MBA ®iÖn lùc

 Dßng ®iÖn pha bªn phÝa CA:
I
f2
= I
2
= 16,49 (A).
Trong ®ã:
I
1
- Dßng ®iÖn bªn phÝa HA, I
1
= 1443,37 A
I
2
- Dßng ®iÖn bªn phÝa CA, I
2
= 16,49 A
5. §iÖn ¸p pha ®Þnh møc.
♦ Khi d©y quÊn nèi sao hay Zicz¾c ta cã:
U
f
=
3
U
(V)
 §iÖn ¸p pha bªn phÝa HA:
U
f1
=
3

U
2
=
3
104,0
3
⋅
= 231 (V)
 §iÖn ¸p pha bªn phÝa CA:
U
f2
=
3
U
1
=
3
1035
3
⋅
= 20207 (V)
Trong ®ã:
U
1
- §iÖn ¸p d©y bªn phÝa CA, U
1
= 35kV.
U
2
- §iÖn ¸p d©y bªn phÝa HA, U

2
= 0,4kV.
Hå thanh tiªn - líp ®kt. k42 14
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
6. Các thành phần điện áp ngắn mạch.
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch:
U
r
=
S10
P
n

=
10010
000.13

= 1,3%
Trong đó:
P
n
- Tổn hao ngắn mạch, P
n
= 13000 W.
S - Công suất định mức, S = 1000kVA.
Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch.
U
x
% =

2
r
2
n
UU

, %
=
22
3,16
= 5,857 (%)
Trong đó:
U
n
- Điện áp ngắn mạch, U
n
= 6%
U
r
- Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch, U
r
= 1,3%
7. Điện áp thử U
th
Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện
khác và bộ phận nối đất của MBA cần phải biết các trị số điện áp thử của chúng.
Dựa vào bảng 2 TLTK MBA, điện áp thử với tần số công nghiệp (50Hz)
cho các MBA điện lực ngâm dầu, ta có:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 15
Website: Email : Tel : 0918.775.368

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Điện áp thử nghiệm bên phía HA:
U
th1
= 5 kV
Điện áp thử nghiệm bên phía CA:
U
th2
= 85 kV
II. Tính toán kích thớc chủ yếu của MBA.
1. Chiều rộng qui đổi của r nh từ tản giữa dây quấn CA và HA.ã
a
r
= a
12
+
3
aa
21
+
Trong đó:
a
1
, a
2
- Lần lợt là chiều dày của dây quấn CA và HA.
a
12
- Khoảng cách tối thiểu giữa cuộn CA và HA.
Với U

th
= 85kV tra bảng 19 tác giả Phan Tử Thụ, ta chọn a
12
= 27 mm

2
4
2
4
'
21
1033,3335,010Sk
3
aa

=
+
= 0,0213m
Trong đó:
a
1
- Chiều dày dây quấn HA
a
2
- Chiều dày dây quấn CA
S' - Dung lợng trên một trụ, S' = 333,333kVA.
k - Tra bảng 12 trang 185 TLTK MBA, có k = 0,5.
Vậy khoảng cách qui đổi a
r
:

a
r
= 0,027 + 0,0213
= 0,0483 m
2. Hệ số qui đổi từ trờng tản:
k
r
= 0,95
Theo kinh nghiệm ta có k
r
nh trên
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 16
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
3. Chọn lõi thép và các hệ số tính toán:
Vật liệu dẫn từ, ta chọn tôn cán lạnh, mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm.
Theo bảng 11 trang 185 TLTK MBA, ta chọn mật độ từ cảm trong trụ
B
t
= 1,60 T.
Dựa vào bảng 6 trang 182 TLTK MBA, tra đợc hệ số tăng cờng gông:
k
g
= 1,015
Theo bảng 4 trang 181 TLTK MBA ta chọn số bậc thang trong trụ là 7 bậc; số
bậc thang của gông lấy nhỏ hơn trụ 1 bậc, tức gông có 6 bậc; hệ số chiếm kín
k
c
= 0,9
Theo bảng 10 trang 184 TLTK MBA tra hệ số điền đầy với loại tôn cán

lạnh, mã hiệu 3405, bề dày 0,30 mm,
k
đ
= 0,96.
Kết cấu mạch từ, chọn loại kết cấu mối ghép xen kẽ, mối nối nghiêng ở 4
góc và mối nối thẳng ở giữa.
Cách ép trụ bằng băng vải thuỷ tinh; ép gông bằng xà ép với bu lông
xiết ra phía ngoài gông, có tấm sắt ép gọi là hệ số lợi dụng K
ld
của lõi
sắt.
k
ld
= k
c
k
đ
= 0,9 0,96
= 0,864
* Mật độ từ cảm trong gông là:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 17
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
B
g
=
g
t
k
B

=
015,1
60,1
= 1,576 T.
Trong đó:
B
t
: Mật độ từ cảm trong trụ, B
t
= 1,6 T
k
g
: Hệ số tăng cờng gông, k
g
= 1,015.
* Mật độ từ cảm khe hở không khí mối nối thẳng:
B'
K
= B
t
= 1,6 T.
* Mật độ từ cảm khe hở không khs ở mối nối nghiêng:
B'
K
=
2
B
t
=
2

6,1
= 1,131 T.
Trong đó:
B'
t
: Mật độ từ cảm trong trụ, B'
t
= 1,60 T.
- Suất tổn hao ở trụ và gông, dựa vào bảng 45 trang 211 TLTK MBA tra, ta
đợc:
B
t
= 1,60 T tra bảng 45 đợc P
t
= 1,15 W/Kg.
B
g
= 1,576 T không có giá trị trong bảng, tiến hành nội suy:
B
g
= 1,56 T; tra bảng 45 đợc P
g
= 1,074 W/Kg.
B
g
= 1,58 T; tra bảng 45 đợc P
g
= 1,112 W/Kg.
Do đó, giá trị P
g

ứng với B
g
= 1,576 T là:
P
g
= 1,074 +
)56,158,1(
)56,1576,1()074,1112,1(


= 1,104 (W/Kg)
- Suất từ hoá giữa trụ và gông, dựa vào bảng 50 trang 215 TLTK MBA, ta tr
đợc:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 18
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
B
t
= 1,60 T tra bảng 50 đợc q
t
= 1,526 (VA/kg)
B
g
= 1,576 T không có giá trị trong bảng, tiến hành nội suy:
B
g
= 1,56 T tra bảng 50 đợc q
g
= 1,383 VA/Kg.
B

g
= 1,58 T tra bảng 50 đợc P
g
= 1,445 VA/Kg.
Do đó, suất từ hoá của gông ở giá trị B
g
= 1,576 T là:
q
g
= 1,383 +
)56,158,1(
)56,1576,1()383,1449,1(


= 1,435 (VA/Kg)
- Suất từ hoá ở khe hở không khí:
+ Nối thẳng: ứng với B''
K
= 1,69 T
Tra bảng 50, ta đợc q''
K
= 19200 VA/m
2
.
+ Nối xiên: ứng với B'
K
= 1,131T
Không có trong bảng, ta tiến hành nội suy:
B'
k

= 1,0 T tra bảng 50 ta đợc q'
k
= 900 VA/m
2
B'
k
= 1,20 T tra bảng 50 ta đợc q'
k
= 3700 VA/m
2
.
Do đó, suất từ hoá ở khe hở không khí ( với nối xiên) ứng với
B'
k
= 1,131T là:
q'
k
= 900 +
)0,120,1(
)0,1131,1()9003700(


= 2734 (VA/m
2
)
4. các hệ số gần đúng:
- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra đợc a = 1,4
- Dựa vào bảng 13 trang 186 TLTK MBA tra đợc b = 0,3
5. Hệ số k
f

:
- Dựa vào bảng 15 trang 186 TLTK MBA tra đợc k
f
= 0,91
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 19
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
k
f
là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra,
trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy.
6. Biểu thức tính đờng kính trụ.
d = Ax
Trong đó A là một hằng số đợc xác định:
A = 0,507
4
2
ld
2
tx
rr
kBUf
ka'S


= 0,507
4
22
864,06,1857,550
95,00483,033,333

= 0,2
x =
4

Trong đó là hệ số hình dáng.
7. các khoảng cách cách điện chính.
Chọn theo U
th
= 85kV của cuộn CA và dựa vào bảng 18, 19 trang 188
TLTK MBA ta có các khoảng cách nh sau:
Khoảng cách giữa trụ và dây quấn HA.
a
01
= 15mm
Khoảng cách giữa dây quấn HA và CA:
a
12
= 27mm
Khoảng cách giữa dây quấn CA và CA:
a
22
= 30mm
Khoảng cách ống cách điện giữa dây quấn HA và CA:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 20
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực

12

= 5mm.
Khoảng cách tấm chắn cách điện giữa các pha:

22
= 3mm.
Khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông :
l
0
= 50mm
Khoảng cách phần đầu thừa ống cách điện:
l
đ2
= 50mm.
8. Tính trọng lợng vật liệu tác dụng:
a. Trọng lợng trụ thép:
G
t
=
x
A
1
+ A
2
x
2
Trong đó A
1
, A
2
đợc tính nh sau:

A
1
= 5,663 10
4
a A
3
k
ld
, (Kg)
= 5,663 10
4
1,4 0,2
3
0,864
= 547,997 (Kg).
A
2
= 3,605 10
4
A
2
k
ld

0
, (Kg)
= 3,605 10
4
0,2
2

0,864 0,0,75
= 93,441 (Kg).
Trong biểu thức A
1
, A
2
có các giá trị tính ở các mục sau:
A: Là hằng số, A = 0,2
k
ld
: Hệ số lợi dụng lõi sắt, k
ld
= 0,864

0
: Khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông
0
= 0,075 m
a: Hệ số gần đúng, tra bảng 15, a = 1,4.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 21
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Vậy trọng lợng của trụ:
G
t
=
x
997,547
+ 93,441 x
2

b. Trọng lợng của gông:
G
g
= B
1
x
3
+ B
2
x
2
Trong đó B
1
, B
2
đợc tính nh sau:
B
1
= 2,40 10
4
k
g
k
ld
A
3
(a + b + e)
= 2,40 10
4
1,015 0,864 0,2

2
(1,4 + 0,3 + 0,75 d)
= 286,239 + 25,256 x.
B
2
= 2,40 10
4
k
g
k
ld
A
2
(a
12
+ a
22
)
= 2,40 10
4
1,015 0,864 0,2
2
(0,027 + 0,03)
= 47,987 (kg).
Trong biểu thức B
1
, B
2
có các biến đợc tính ở các mục sau:
- k

g
: Hệ số tăng cờng gông,
k
g
= 1,015
- a
12
: Khoảng cách giữa dây quấn HA và CA
a
12
= 0,027 m
- a
22
: Khoảng cách giữa dây quấn HA và CA
a
22
= 0,3 m
A: Là hằng số, A = 0,2
Vậy trọng lợng của gông:
G
g
= (286,239 + 25,256 x)x
3
+ 47,987x
2
(kg)
c. Trọng lợng sắt:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 22
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực

G
Fe
= G
t
+ G
g
=
x
997,547
+ 93,441x
2
+ (286,239 + 25,256 x)x
3
+ 47,987 x
2
=
x
997,547
x428,141x x) 25,256 (286,239
23
+++
d. Trọng lợng dây quấn:
G
dq
=
2
1
x
C
Trong đó:

C
1
= k
dq

2
r
2
T
2
ldf
2
A%UBkk
aS


= 2,46 10
-2

222
2
2,03,16,1864,091,0
4,11000


= 533,186 (kg)
Trong đó:
k
dq
= 2,46 10

-2
đối với dây đồng.
U
r
% = 1,3 thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch
k
g
= 0,91 hệ số phụ
Vậy trọng lợng dây quấn:
G
dq
=
2
x
186,533
Trọng lợng dây quấn kể cả cách điện:
G
dd
= 1,03 1,03 G
dq
1,06 G
dq
.
e. Trọng lợng một góc mạch từ:
Với công suất 1000 kVA trở lên, ta có:
G
0
= 0,492 10
4
k

g
k
ld
A
3
x
3
= 0,492 10
4
1,015 0,864 0,2
3
x
3
= 34,517x
3
(kg)
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 23
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Trong đó:
k
g
: Hệ số tăng cờng gông, k
g
= 1,015
k
dd
: Hệ số lợi dụng lõi sắt, k
dd
= 0,864

A : Hệ số, A = 0,2
9. Giá thành vật liệu.
C'
td
= G
Fe
+ k
dqFe
G
dd
= G
Fe
+ 2,36 G
dd
Trong đó:
k
dqFe
= 2,36 tra bảng 16 trang 187 TLTK MBA.
III. Tính sơ bộ các tổn hao
1. Tổn hao không tải
P
0
= k'
f
(P
t
G
t
+ P
g

G
g
)
= 1,2 (1,15 G
t
+ 1,104 G
g
)
Trong đó:
k'
f
là hệ số phụ. Đối với tôn cán lạnh do từ tính không
phục hồi đầy đủ sau khi ủ, hoặc do có thể có mối ghép
vuông góc, hoặc do sự nắn uốn là tôn lúc lắp ghép
làm cho tổn hao tăng lên, lấy k'
f
= 1,2
P
t
, P
g
: Suất tổn hao sắt ở trụ vuông, tính ở mục 3 đợc:
P
t
= 1,15W/kg, P
g
= 1,104W/kg.
Thành phần phản kháng của dòng điện không tải có thể tính theo công suất
từ hoá Q (VA):
i

0x
% =
S10
Q
0
%.
Trong đó:
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 24
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
Q
0
: Công suất từ hoá VA
S: Công suất định mức của mba kVA.
2. Công suất từ hoá.
Q = k''
f
(Q
c
+ Q
f
+ Q

), VA
Trong đó:
k''
f
: Hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại
lá tôn cũng nh uốn nắn và ép lõi sắt, chọn k''
f

= 1,25.
Q
c
: Công suất tổn hao chung của trụ và gông:
Q
c
= q
t
G
t
+ q
g
G
g
, VA.
q
t
, q
g
: Là suất từ hoá ở trụ và gông (VA/kg). tra bảng 50
trang 215, ta đợc
q
t
= 1,526 VA/kg
q
g
= 1,435
Suy ra:
Q
c

= 1,526 G
t
+ 1,435 G
g
.
Q
f
: Công suất từ hoá phụ đối với ''góc'' có mối nối thẳng,
có thể xác định:
Q
f
= 40 q
t
G
0
, (VA)
= 40 1,526 G
0
= 61,04 G
0
.
Q

: Công suất từ hoá ở những khe hở không khí nối giữa
các lá thép: Theo (2 - 67) trang 49 TLTK MBA có:
Q

= 3,2 q

T

t
,(VA)
= 3,2 19200 T
t
= 61440 T
t
.
q

: Suất từ hoá khe hở đối với B
t
= 1,6T. tra bảng 50 trang
215 TLTK MBA
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 25
Website: Email : Tel : 0918.775.368
§å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ MBA ®iÖn lùc
q
δ
= 19200VA/m
2
.
3. tiÕt diÖn t¸c dông cña trô.
T
t
= 0,785 ⋅ k
ld
⋅ A
2
⋅ x
2

(m
2
).
= 0,785 ⋅ 0,864 ⋅ 0,2
2
⋅ x
2
= 0,027 ⋅ x
2
(m
2
).
Trong ®ã:
k
ld
: HÖ sè lîi dông lâi s¾t, k
ld
= 0,864.
A: HÖ sè, A = 0,2.
4. ®êng kÝnh trung b×nh r nh dÇu gi÷a hai d©y quÊn:·
d
12
= a ⋅ d
= 1,4 ⋅d.
5. ChiÒu cao d©y quÊn:
λ =
β
⋅π
12
d

Trong ®ã:
d
12
: §êng kÝnh trung b×nh r·nh dÇu gi÷a hai d©y quÊn.
β: HÖ sè h×nh d¸ng.
6. TÝnh dßng kh«ng t¶i:
* i
0x
=
S10
Q
=
100010
)T61440G04,61G435,1G526,1(25,1
t0gt
⋅
⋅+⋅+⋅+⋅⋅
* i
0r
=
S10
P
0
⋅
=
100010
)G104,1G15,1(2,1
gt
⋅
⋅+⋅⋅

* i
0
=
2
r0
2
x0
ii +
Hå thanh tiªn - líp ®kt. k42 26
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế MBA điện lực
7. Mật độ dòng điện trong dây quấn.
=
dq
nf
GK
Pk


=
2
x
186,533
4,2
1300091,0


Trong đó:
k
f

: Hệ số tính đến tổn hao phụ
k
f
= 0,91.
P
n
: Tổn hao ngắn mạch
P
n
= 13.000 W
K: Hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng
K = 2,4
G
dq
: Trọng lợng dây quấn.
G
dq
=
2
x
186,533
.
8. lập bảng xác định trị số

tối u:
Với x =
4

để C
td

Thoả mãn yêu cầu trên, ngời ta thờng dùng hệ số

để
biểu thị mối quan hệ đó:
=

12
d
là kích thớc cơ bản về quan hệ chiều cao và chiều
rộng của MBA.
- Để tìm đợc phơng án tối u, ở đây ta dùng bảng cho B thay đổi với MBA.
Công suất với S = 1000 kVA.
trong khoảng 1,2 ữ3,6. Giá trị tìm đợc phải thoả mãn các tiêu chuẩn kỹ
thuật và kinh tế, tức tìm ra giá trị giá thành vật liệu là min.
Hồ thanh tiên - lớp đkt. k42 27