ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP-Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
1
LỜI NÓI ĐẦU

Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên
quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí.
Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với
nhau cùng bộ phận mang chúng.
Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điệ
n từ dùng để biến
đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có
điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến
đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong dây quán thực hiện
bằng phương pháp điện.
Mặt khác, máy biến áp nó còn có vai trong quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân như trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ

điều khiển….
Ở đây trong đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu này của em được
làm theo trình tự sau:
 Khái niệm chung về thiết kế máy biến áp
 Tính toán sơ bộ và chọn các kích thước chủ yếu
 Tính toán dây quấn máy biến áp
 Tính toán ngắn mạch
 Tính toán kết cấu mạch từ
 Tính toán nhiệt
 Phần chuyên đề: So sánh công nghệ mới và hiệu quả c
ủa nó
Trong quá trình thiết kế môn học vì thời gian có hạn và kiến thức
còn hạn chế. Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cô

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
2
cho nhận xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy
Nguyễn Đức Sỹ đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt
đồ án này và hoc em được học hỏi nhiều vấn đề về máy biến áp trong thời
gian khai thác.
Xin chân thành cảm ơn
Hà Nội, ngày tháng năm 2004
Người thiết kế
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
3
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY
BIẾN ÁP

I.1. ĐẠI CƯƠNG
Máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống
điện. Để truyền tải điện năng từ các trạm phát điện đến các hộ tiêu thụ cần
phải có đường dây tải điện. Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất và hộ tiêu
thụ lớn thì một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được gi
ải quyết là: Việc truyền
tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế.






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 sẽ
giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải công su
ất lớn đi xa ít tổn hao và tiết
kiệm được kim loại màu trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao
đường 35, 110, 220 và 500KV. Trên thực tế các máy phát điện không có
khả năng phát ra những điện áp cao như vậy thường chỉ 3 đến 21KV là
cùng, do đó cần phải có thiết bị để tăng áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác
các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6KV do đ
ó tới đây
phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng áp ở đầu
ra của máy phát tức là ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp tới hộ

Máy phát
điện
Tăng áp Giảm áp
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
4
tiêu thụ tức là cuối đường dây dẫn được gọi là máy biến áp. 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 lý thường phải qua 4 – 5 tầng tăng
giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của máy biến áp trong hệ
thống điện lực thường gấ
p 4 – 5 lần công suất của trạm phát điện. Những
máy biến áp (MBA) dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện
lực hay máy biến áp công suất. Từ đó ta thấy rõ máy biến áp chỉ làm nhiệm
vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không phải là biến hoá năng
lượng.
Ngoài máy biến áp điện lực còn có nhiều loại máy biến áp dùng

trong các ngành chuyên môn như máy biến áp chuyên dùng cho các lò
điện
luyện kim, máy biến áp hàn điện, máy biến áp dùng trong thiết bị chỉnh
lưu, máy biến áp dùng cho đo lường, thí nghiệm…
Khuynh hướng phát triển của máy biến áp hiện nay là thiết kế chế
toạ những máy biến áp có dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng
nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Về vật liệu hiện
nay đã dùng loại thép cán lạnh không những có từ
tính tốt mà tổn hao sắt
lịa ít do đó nâng cao được hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hướng dùng
dây nhôm thay dây đồng vừa tiết kiệm được dây đồng vừa giảm được trọng
lượng máy cũng đang phát triển.
Ở nước ta ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hoà
bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản xuất được một khối lượng máy biến
áp khá lớn và nhiều chủng loạ
i khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản
xuất ở trong nước và xuất khẩu.
I.2. ĐỊNH NGHĨA VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC.
Ta xét máy biến áp một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có W
1
vòng
dây, dây quấn 2 có W
2
vòng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một
Đồ
đi
ệ
th
é
sứ

c
đi
ệ
ch
i
th
ô
1
v
án tốt nghi
ệ
ệ
n áp U
t
x
o
é
p sẽ sinh
r
c
điện độ
n
ệ
n i
2
đầu r
a

Tải v
ớ
i
ều đã đư
ợ
Giả s
ử
ô
ng do nó
s
Do đó
v
à 2 sẽ là:
ệ
p
o
ay chiều
v
r
a
t
ừ thôn

g
n
g e
1
và e
2
a
.
ớ
i dòng đi
ệ
ợ
c truyền t
ừ
ử
điện á
p

s
inh ra cũ
n
theo định
v
ào dây q
u
g
φ móc v
ò
. Dây quấ
n

ệ
n là U
2
.
N
ừ
dây quấ
n
xoay chiề
u
n
g là một
h
luật cảm
ứ
T
h
u
ấn 1 tron
g
ò
ng với cả
n
hai sẽ c
ó
N
hư vậy
n
n
1 sang dâ

u
đặt vào
h
àm hình s
i
ứ
ng điện t
ừ
h
iết kế máy
b
g
đó sẽ có
hai dây q
u
ó
sức điện
n
ăng lượn
g
y quấn 2.
là một h
à
i
n. Φ = Φ
m
ừ
, sức điệ
n
bi

ến áp 400
k
dòng điện
u
ấn 1 và 2,
động sẽ
s
g
của dòn
g
à
m số hìn
m
sinωt.
n
động tro
n
k
VA n
g
âm
d
i
1
, trong l
õ
cảm ứng
r
s
inh ra dò

n
g
điện xo
a
h sin thì
t
n
g dây qu
ấ
d
ầu

õ
i
r
a
n
g
a
y
t
ừ
ấ
n
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
6
()
11 1
1m

1
dd.sint
eW. W.
dt dt
W. . .cos t 1
2E .sin
2
Φ
Φω
=− =−
=− ωΦ ω
π
⎛⎞
=ω−
⎜⎟
⎝⎠


()
m
22 2
2m
2
d.sint
d
eW. W.
dt dt
W. . .cos t 2
2E .sin
2

Φ
ω
Φ
=− =−
=− ωΦ ω
π
⎛⎞
=ω−
⎜⎟
⎝⎠

Trong đó:

1m
i
E
E
2
ωφ
==
4,44. F. W
1
. Φ
m
. (3)

2m
2
E
E

2
ωφ
==
4,44. F. W
2
. Φ
m
. (4)
Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các biểu
thức (1) và (2) ta thấy sức điện động trong dây quấn chậm pha so với từ
thông sin ra nó một góc
2
π
. Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định
nghĩa tỉ số biến đổi củ máy biến áp như sau:

11
22
EW
K
EW
=≈

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E
1
= U
1
; E
2
=

U
2
sauy ra:

11
22
EU
K
EU
=≈

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
7
Định nghĩa: Từ nguyên lý làm việc cơ bản trên ta có định nghĩa máy
biến áp như sau: máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa
trên nguyên lý cảm ứng điện tử biến đổi một hệ thống dòng điện xoay
chiều ở diện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp
khác với tần số không thay đổi. Máy bi
ến áp có hai đây quấn gọi là máy
biến áp hai dây quấn. Dây nối với nguồn để thu năng lượng gọi là dây quấn
sơ cấp, ở máy biến áp 3 dây quấn 6 dây sơ cấp và thứ cấp còn dây quấn thứ
3 với điện áp trung bình. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều 1 pha
gọi là máy biến áp một phat, 3 pha gọi là 3 pha, ngâm trong đầu gọi là máy
biến áp dầu…
I.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật
của máy. Các đại lượng này do nhà chế tạo quy định và thường ghi trên
nhãn máy biến áp.
1. Dung lượng hay công suất định mức S

đm
.
Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của
máy biến áp. Đơn vị KVA hay VA…
2. Điện áp sơ cấp định mức: U
1đm

Là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng V hay KV. Nếu dây quấn sơ
cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của đầu
phân nhánh.
3. Điện áp dây thứ cấp định mức: U
3đm
Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp máy biến áp không tải và điện
áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị là: KV, V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
8
4. Dòng điện dây định mức sơ cấp: I
1đm
và thứ cấp I
2đm

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với
công suất và điện áp định mức. Đơn vị: A, KA
Có thể tính như sau:

®m ®m
1®m 2®m
1®m 2®m
SS

I;I;
UU
==

Đối với máy biến áp ba pha:

®m ®m
1®m 2®m
1®m 2®m
SS
I;I;
3.U 3.U
==

5. Tần số định mức: Hz
Thường máy biến áp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz
Ngoài ra trên nhãm máy còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ
đồ và tổ đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch U
n
% chế độ làm việc ngắn hạn
hay dài hạn phương pháp làm lạnh.
Sau cùng hiểu rằng khái niệm “định mức” còn bao gồm cả tình trạng
làm việc định mức của máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy
như: η định mức, độ chênh lệch định mức, nhiệt độ định mức của môi
trường xung quanh.
1.4. SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG CHẾ TẠO
Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các
đặc tính cũ máy biến áp như giảm tổn thao năng lượng, kích thước, trọng
lượng, tăng độ tin cậy của nó. Khuynh hướng chung thường thay vật liệu
quý hiếm bằng những vật liệu rẻ tiền và dễ tìm kiếm hơn như dùng dây

nhôm thay dây đồng trong máy biến áp công suất nhỏ và trung bình là một
ví dụ.
Vật liệu dùng trong máy biến áp thường là:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
9
− Vật liệu tác dụng: dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi
thép
− Vật liệu cách điện: dùng để cách điện giữa các cuộn dây hay giữa
các cuộn đây với các bộ phận khác bằng các vật liệu như catong,
chất cách điện, sứ, dầu biến áp…
− Vật liệu kết cấu: dùng để giữ bảo vệ
máy biến áp như bulong, vỏ
máy
Việc thay đổi vật liệu dùng đôi khi làm thay đổi quá trình công nghệ
quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp. Cho nên điều đó
liên quan chặt chẽ đến tiến bộ của quá trình công nghệ.
+ Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là
tôn Silic hay còn gọi là thép kỹ thuật điện
+ Vật liêu tác dụng thứ hai là kim loại dây quấn. Trong nhiều nă
m
đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn mà không có thay đổi
gì. Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất rất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công
(hàn, quấn) bảo đảm độ bền cơ điện tốt. Gần đây người ta có dùng nhôm
thay thế đồng làm dây quấn. Nhôm có ưu điểm là nhẹ, sẵn hơn, rẻ hơn,
nhưng tất nhiên có nh
ược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém
hơn, độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khăn trong việc hàn nối. Khi dùng
nhôm thay đồng để đảm bảo được công suất tương đương thì thể tích nhôm
tăng lên, giá thành các công việc về chế tạo dây quấn, chi phí về vật liệu

cách điện, sơn tẩm…. Tăng lên. Những khoả
n đó tăng thì được bù lại bởi
giá thành nhôm rẻ hơn. Nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng
nhôm và dây đồng thực tế không khác nhau là bao nhiêu.
+ Vật liệu cách điện phần lớn các máy biến áp dùng dây quấn có
cách điện bằng giấy cáp, thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho
phép +150
0
C. Với chiều dày cách điện cả hai phía 0,45 – 0,5mm. Việc
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
10
dùng dây dẫn có cách điện cao hơn E, B, F… không có ý nghĩa lắm vì nhiệt
độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quy định không chỉ ở cấp cách
điện của vật liệu cách điện mà còn ở nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây
quấn nữa. Một loại cách điện hay dùng bọc dây nữa là men cách điện
(emay). Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng
dây cách điện cao hơn nữ
a. Vì một lý do nữa là nhiệt độ cho phép càng cao
thì mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho
hiệu suất của máy giảm xuống đáng kể. Để cách điện các bộ phận mang
điện với bộ phận không mang điện của máy người ta dùng vật liệu cách
điện. Khi máy làm việc do tác động củ nhiệt độ, chấn động và các tác động
lý hoá khác cách điệ
n sẽ bị lão hoá nghĩa là mất dần các tính bền về điện và
cơ. Thực nghiệm cho biết khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép
8 – 10
0
C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện khoảng 15 – 20 năm. Vì vậy khi
sử dụng máy điện tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một

thời gian dài.
Vật liệu kết cấu dùng để chế tọ các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc
kết cấu máy theo dạng cần thếit đảm bảo cho máy làm việc bình thường.
Người ta thường dùng gang thép các loại, hợp kim và các vậ
t liệu bằng chất
dẻo.
1.5. CÁC KẾT CẤU CHÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP.
Máy biến áp thường dùng các phần chính sau:
- Lõi sắt (hay còn gọi là mạch từ) và các kết cấu của nó, dây quấn, hệ
thống làm lạnh và vỏ máy.
1. Lõi sắt và kết cấu của nó
Lõi thép làm vật liệu dẫn từ cho từ thông trong máy biến áp. Đồng
thời làm khung để quấn dây. Lõi sắt gồm các lá thép Silic ghép lại được ép
bằng xà ép và bu lông tạo thành khung máy biến áp. Trên đó còn bắt các
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
11
giá đỡ đầu dây dẫn ra nối với các sức xuyên hoặc các ty để nắp máy… ở
các máy biến áp dầu toàn bộ lõi sắt có quấn dây và các dây dẫn ra được
ngâm trong thùng đựng dầu máy biến áp gọi là ruột máy. Các máy biến áp
cỡ nhỏ, ruột máy gắn với nắp máy có thể nhấc ra khỏi thùng dầu xúc rửa,
lắp ráp, sửa chữa. Với máy biến áp công suất 1000KVA trở lên vì ruột máy
rất nặng nên được bắt cố đị
nh với đáy thùng và lúc lắp ráp sửa chữa thì
phải nâng vỏ thùng lên khỏi đáy và ruột máy. Lõi sắt gồm hai 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.
2. Dây quấn.
Dây quấn máy biến áp là bộ phận dùng để thu năng lượng vào và
truyền tải năng lượng đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn HA nối

với lưới điện áp thấ
p và cuộn CA nối với lưới điện cao hơn. Ở máy biến áp
có 3 dây quấn ngoài hai dây quấn CA và HA còn có dây quấn thứ 3 với
điện áp trung bình gọi la TA. Máy biến áp biến đổi hệ thống xoay chiều
một pha gọi là máy biến áp một pha. Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng
điện xoay chiều 3 pha gọi là máy biến áp 3 pha. Máy biến áp ngâm trong
dầu gọi là máy biến áp dầu. Máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy
biến áp khô.
3. Hệ thố
ng làm lạnh và vỏ máy.
Khi máy biến áp làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng
lượng làm cho máy biến áp nóng lên. Muốn máy biến áp làm việc được lâu
dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của máy biến áp xuống tức là quá
trình làm nguội máy biến áp. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên
hoặc bằng dầu máy biến áp. Máy biến áp dùng không khí để làm nguội gọi
là máy biến áp khô, máy biến áp dùng dầu để làm nguội gọi là máy biến áp
dầu. Hầ
u hết máy biến áp làm nguội bằng dầu bao quanh lõi thép và dây
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
12
quấn sẽ nóng lên và truyền nhiệt ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối
lưu. Nhiệt lượng từ vách thùng lại truyền ra không khí xung quanh bằng
phương pháp đối lưu và bức xạ. Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng
lên cho phép tăng tải điện từ đối với thép và dây quấn, tăng được công suất
máy biến áp. Máy biến áp có công suất từ (10 – 16).10
3
KVA thường phải
tăng cường làm nguội bằng sự đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Để đảm
bảo dầu trong máy luôn luôn đầy trong quá trình làm việc trên máy biến áp

có 1 thùng dầu phụ hình trụ thường đặt nằm ngang với bình đầu chính bằng
ống dẫn dầu. Tuỳ theo nhiệt độ của máy biến áp mà dầu giãn nở tự do
trong bình dầu phụ, không ảnh hưởng đến lượng dầu máy biến áp. Vì v
ậy
bình dầu phụ còn được gọi là bình dầu giãn nở.
Trên nắp thùng còn các sứ để bắt các đầu dây dẫn ra nối với các dây
quấn trong máy biến áp với lưới điện thiết bị đổi nói để chỉnh áp, thiết bị
đo nhiệt độ biến áp, móc treo… mặt khác dầu máy biến áp ngoài tác dụng
làm lạnh con người là một chất cách điện tốt, nhưng nhược điểm là dầu
máy bi
ến áp đồng thời cũng là vật liệu dễ cháy nên sinh ra hoả hoạn. Vì
vậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích
hợp.
1.6. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ.
Để đảm bảo vê tính toán hợp lý tốn ít thời gian việc thiết kế máy
biến áp sẽ lần lượt tiến hành theo thứ tự.
1. Xác định các đại lượng cơ bản.
− Tính dòng điện pha, điện áp pha của dây quấn
− Xác định điện áp thử của các dây quấn
− Xác định các thành phần của được ngắn mạch
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
13
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 từ cảm lõi sắt
− Chọn kết cấu và xác định các khoảng cách điện chút củ cuộn dây
− Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ
yếu β theo trị số i

0
, P
0
, O
n
, P
n
đã cho.
− Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn. Tính toán sơ bộ 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 định tổn hao ngắn mạch
− Tính toán điện áp ngắn mạch
− Tính lực cơ bản của dây quấn khi máy biến áp bị ngắn mạch
5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạ
ch từ và tham số không tải của
máy biến áp.
− Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt
− Xác định tổn hao không tải
− Xác định dòng điện không tải và hiệu suất
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
14
6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.
− Quá trình truyền nhiệt trong máy biến áp
− Khái niệm hệ thống làm nguội máy biến áp

− Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh
− Tính toán nhiệt máy biến áp
− Tính toán gần đúng trọng lượng và thể tích bộ gián dầu
7. Tính toán và lựa chọn một số chỉ tiêu kết cấu.
Phần này có trình bày cách tính và chọn một số chi tiết kết cấu quan
trọng nh
ư bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng,
bình dầu giãn nở, bộ phận tản nhiệt….
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU.

II.1. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
1. Dung lượng một pha

'
®m
f
S
400
S
m3
==
= 133,333 [KVA]
2. Dung lượng trên mỗi trụ

'
®m
t
S
400
S

t3
==
= 133,333 [KVA]
3. Dòng điện dây định mức.
+ Đối với phía cao áp.

3
®m
2®m
3
2
S
400.10
I
3.U 3.22.20
== =
10, 5 [A]
+ Đối với phía hạ áp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
15

3
®m
1®m
3
1
S
400.10
I

3.U 3.0,4.20
==
57,35 [A]
4. Dòng điện pha định mức.
Vì dây quấn nối
Δ/Y
0-11
nên

2
2f
I
10,5
I
33
==
= 6,062 (A)

1f 1
II=
= 577,35 (A)
5. Điện áp pha định mức.
+ Đối với phía CA: U
2f
= U
2
= 22.000 (V)
+ Đối với phía HA:
3
1

1f
U
0,4.10
U
33
==
= 230,9 (V)
6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn
Theo bảng (2) ta tra được: U
t2
= 55 [KV]
U
t1
= 5 [KV]
II.2. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ
YẾU.
7. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA
Với U
t2
= 55[KV] theo bảng 19 TKMBA thầy Phan Tử Thụ ta tra:
a
12
= 18 (mm): khoảng cách giữa cuộn CA và HA
δ
12
= 5 (mm): ống cách điện giữa cuộn CA và HA
d
2
= 30 (mm): chiều dài đầu thừa
a

22
= 18 (mm): khoảng giữa cuộn CA và CA
δ
22
=3(mm): trụ và dây quấn HA
lo
2
= 45 (mm): khoảng cách giữa dây quấn CA đến gông.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
16
8. Các hằng số tính toán a, b có thể lấy gần đúng
Theo bảng 13, 14 của thầy Phan Tử Thụ ta tra được:
a = 1,38
b = 0,34
9. Hệ số K
f
= 0,93 (theo bảng 15): là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây
quấn.
10. Hệ số a
r
đối với một dãy công suất và diện rộng:
Nói chung thay đổi rất ít.

12
r12
aa
aa
3
+

=+

Trong đó:

2
4
12
aa
K. S'.10
3
−
+
=

Với K = 0,52 (theo bảng 12)
Vậy:

2
12
4
aa
0,52. 133,333.10
3
−
+
=
=0,0177 (m)
⇒ a
r
= 0,018 + 0,0177 = 0,0357 (m)

11. Hệ số quy đổi từ trường tản lấy: K
r
= 0,95
12. Các thành phần điện áp ngắn mạch.

n
nr
P
5500
U % 1,37%
10.S" 10.400
== =


22 2 2
nx n nr
U % U % U % 40 1,375 3,756%=−=−=

13. Ta chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
17
Theo bảng 11 Phan Tử Thụ ta có:
B
t
= 1,62T
Hệ số gang: K
g
= 1,015 (theo bảng 6 Phan Tử Thụ)
Ép trụ bằng nêm với dây quấn, ép gông bằng xà ép, không dùng

bulong xuyên qua trụ và gông. Sử dụng lõi thép có 4 nối ghép nghiêng ở 4
góc của lõi, còn 2 nói ghép ở giữa dùng nối ghép thẳng lá tôn. Làm như vậy
để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng.








Phương pháp ghép hiện đại nhất hiện nay là ghép chéo góc cho tỏn
thao trong mạch từ nhỏ nhấ. Kết cấu mạch từ kiểu không gian như trên r
ất
tiện cho sản xuất hàng loạt và công tác sửa chữa vì rất dễ cơ khí hoá, tự
động hoa và dễ tháo dỡ, lắp ráp.
Theo bảng 4 Phan Tử Thụ ta chọn số bậc thang trong trụ là 6, số bậc
thang của gông lấy bằng 5 bậc.
Hệ số chêm kích K
c
= 0,931 (theo bảng 4 Phan Tử Thụ): không có
tấm sắt ép trụ
Hệ số điền dầy K
d
= 0,92 (theo bảng 10 Phan Tử Thụ): không phủ
hai lượt sơn cách điện
5
2
11
43

Líp 1 Líp 2
34
1
2
1
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
18
Vậy hệ số lợi dụng: K
ld
= K
c
. K
d
= 0,913. 0,92 = 0,839
Từ cảm trong gông:

()
t
g
g
B
1, 62
B1496T
K1,015
== =

Từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng
B”

K
= B
t
= 1,62 (T)
Mối nối nghiêng:

()
'
t
K
B
1, 62
B1,145T
22
== =

Suất tổn hao của thép trong trụ và gông
Theo bảng 45 Phan Tử Thụ:
P
t
= 1,194 (W/kg)
P
g
= 1,150 (W/kg)
Theo bảng 50 Phan Tử Thụ: Suất từ hoá trong trụ và gông
q
t
= 1,645 (VA/kg)
q
g

= 1,526 (VA/kg)
Suất từ hoá ở khe hở không khí.
- Mối nối thẳng: P”
K
= 20480 (VA/m
2
)
- Mối nối nghiêng: P’
K
= 2800 (VA/m
2
)
14. Đường kính trụ của máy.
d = A. x
Trong đó: A là hằng số
x =
4
β

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
19

rr
4
4
22
nx t ld
S'.K .a
133,333.0,95.0,0357

A 0,507. 0,507.
f.U .B .K 50.3,756.1,62 .0,839
==

A = 0,163
a. Trọng lượng sắt (G
Fe
): G
Fe
= G
T
+ G
g
- Trọng lượng trụ:
2
1
T2
A
GAx
x
=+

+ A
1
= 5,663.10
4
. K
ld
. A
3

. a = 5,663.10
4
. 0,839. 0,163
3
. 1,38
A
1
= 283,95 (Kg)
+ A
2
= 3,605.10
4
. K
ld
. A
3
. L
o2
= 3,605.10
4
. 0,839. 0,163
2
. 0,45
A
1
= 36,16 (Kg)
Vậy:
2
T
283,95

G36,16x
x
=+

- Trọng lượng của gông: G
g
= B
1
x
3
+ B
2
x
2

+ B
1
= 2,4. 10
4
. K
ld
. K
g
. A
3
(a + b + e)
Trong đó e = 0,405: là hệ số quy đổi một nửa tiết diện hình bậc thang
về hình chữ nhật.
B
1

= 2,4. 10
4
. 0,839. 1,015. 0,163
3
. (1,38 + 0,34 + 0,405)
B
1
= 188,08 (Kg)
+ B
2
= 2,4. 10
4
. K
ld
. K
g
. A
3
(a
11
+a
22
)
B
1
= 2,4. 10
4
. 0,839. 1,015. 0,163
3
. (0,018 + 0,018) = 19,54 (Kg)

Vậy: G
g
= 188,08x
3
+ 19,54 x
2


22
Fe
283,95
G 188,08x 55,7x
x
=++

b. Trọng lượng dây quấn:
1
dq
2
C
G
x
=

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
20
Vì f = 50Hz nên ta có

2

®m
1dqCu
22 2
ld
ttnr
S.a
CK.
K.K .B.U .A
=

Trong đó:
K
dqCu
= 2,46.10
-2

a = 1,38
U
nr
= 1,375%
B
t
= 1,62 T
Vậy:
()
2
2
1
22 2
400.1,38

C 2,46.10 . 298,56 Kg
0,93.0,839 .1,62 .1,375.0,163
−
==

Vậy:
dq
2
298,56
G
x
=

5. Tính tổn hao
- Tổn hao không tải máy biến áp.

() ()
00
0pttt0 ptgg 0 0
KP KP
PK.PGG K.PG N2G G W
22
⎛⎞⎛ ⎞
=++ −++
⎜⎟⎜ ⎟
⎝⎠⎝ ⎠

Trong đó:
K
pt

= 1,13: là hệ số tổn hao phụ
P
t
= 1,194 (W/kg)
P
g
= 1,150 (W/kg)
K
p0
= 10,64 (theo bảng 47 Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến tổn
hao phụ ở góc nối mạch từ
Thay vào:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
21

2
00
22
00
283,95
P 1,13.1,194 36,16x 0,5.10,64G
x
1,13.1,150 188,08x 19,54x 0,5.10,64G 6G
⎡⎤
=++
⎢⎥
⎣⎦
⎡
⎤

+++−
⎣
⎦

P
0
= 244,40x
2
+ 74,17x
2
+ 6,28G
0
.
383,11
x

Mặt khác

433
0ld
G 0,486.10 .K .A .x=
: Trọng lượng một “góc” của lõi

4333
0
G 0,486.10 .0,839.1,015.0,163 .x 17,92x==

Vậy P
0
= 356,93x

3
+ 74,17x
2
+
383,11
x

- Công suất từ hoá có thể tính sơ bộ (theo 5-31) Phan Tử Thụ với các
hệ số tra ở bảng 50, 53.
()
ir ig
''' '''
io
0 if if t T 0 if if g g 0 0
''
if K K K
K.K
K
Q K .K .q G . G K .K .q G . G N 2 G
22
KqnT
⎡
⎤
⎡⎤
=+ −+
⎢
⎥
⎢⎥
⎣⎦
⎣

⎦
+
∑

Trong đó:

(
)
(
)
()
()
'''2
if t K
'' ' 2
if g K
K 1,20 q 1,645 VA / Kg P 20480 VA / m
K 1,06 q 1,526 VA / Kg P 2800 VA / m
== =
== =

K
io
= 42,45: là hệ số gia tăng dòng điện do công suất từ hoá tăng lên
(theo bảng 53 Phan Tử Thụ)
n
K
: Số khe hở không khí trong lõi thép
K
ig

= K
n
.
'''
io t io
KKK++
: Hệ số chung làm tăng công suất từ hoá ở
gông
K
n
= 4: hệ số biểu thị số lượng góc nối có dạng nối nghiêng
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
22
K
t
= 2: hệ số biểu thị số lượng góc nối có dạng nối thẳng
2
io
K4,3=

''
io
K11,0=
(theo bảng 52a Phan Tử Thụ)
⇒ K
ig
= 4,43 + 2.11 = 39,2
K
ir

= 1,18 (theo bảng 52b Phan Tử Thụ): là hệ số kể đến ảnh hưởng
do chiều rộng lá tôn ở góc mạch từ.
Q
0
= 1,2. 1,06. 1,645.(G
T
+ 0,5. 42,45 G
0
)
+ 1,2. 1,06. 1,526 (G
g
– 6G
g
+ 0,5. 1,18. 39,2G
0
)
+ 1,06. 2800. 4. T’
K
+ 1,06. 20480. 2T
’’
K

Q
0
= 2,092 G
T
+ 44,40G
0
+ 1,94G
g

+ 44,89G
0
– 11,6G
0

+ 11872T’
K
+ 43417 K
’’
K

Mặt khác tiết diện trụ tính sơ bộ theo 2-28 Phan Tử Thụ
T
t
= 0,785. K
ld
. A
3
. X
2
= 0,785. 0,839. 0,163
2
. X
2
= 0,0174x
2

Diện tích khe hở ở mối nối thẳng

'' 2

Kt
T T 0,0174x==

Diện tích khe hở mối nối nghiêng

'22
Kt
T 2T 2.0,0174x 0.0246x== =

Thay vào sau khi biến đổi ta được.
Q
0
= 1757,26x
3
+ 1161,06
2
+
594,02
x

- Giá thành vật liệu tác dụng:

td Fe dq
CC C=+

Trong đó:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
23

22
Fe Fe
283,95
C G 188,08x 55,7x
x
== + +


dq dd
22
298,56 588,64
C 1,86.G 1,86.1,06.
xx
== =

Vậy:
22
td
22
283,95 588,68
C 188,08x 55,7x
xx
=+++

16. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải

()
22
0
ox

594,02
1757,26x 1161,06x
Q
x
i%
10S 10.400
++
==

i
ox
= 0,44.x
3
+ 0,29 x
2
+
0,15
x

17. Mật độ dòng điện trong dây quấn.

()
62
fn
12
Cu dq
2
K.P
0,93.5500
2,67x.10 A / m

298,56
K.G
2,4.10 .
x
−
Δ= = =

Trong đó:
K
Cu
= 2,4. 10
-12

P
n
= 5500 (W)

dq
2
298,56
G
x
=

β
1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
4
x =β

1,048 1,16 1,167 1,17 1,172 1,245 1,32 1,38

2
4
x
2
=β
1,096 1,344 1,161 1,368 1,374 1,55 1,734 1,90
3
4
x
3
=β

1,148 1,56 1,588 1,60 1,61 1,93 2,29 2,62
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
24
β
1,2 1,8 1,87 1,88 1,89 2,4 3,0 3,6
2
T
283,95
G36,16x
x
=+

310,57 293,36 292,52 292,15 291,95 284,12 277,81 274,46
G
g
= 188,08x
2

+ 19,54x
2
237,32 319,66 325,26 327,65 329,64 393,27 464,58 529,88
32
Fe
G 188,08x +55,7x
283,95
+
x
=

547,89 613,02 617,78 619,8 621,59 677,39 742,39 804,34
32
0
P 356,93x 74,14x
383,11
x
=+
+

856,60 986,75 996,02 999,99 1003,4
3
111,54 1226,2
0
135,68
T
t
= 0,0174x
2
0,0190 0,0233 0,0236 0,0238 0,0239 0,0269 0,030 0,033

32
0
Q 1757,26x 1161,x
594,02
x
=+
+

3856,6
6
4813,8
6
4879,7
3
4907,6
4
4931,3
1
5668,2
7
6487,4
0
7240,4
7
()
0
ox
Q
i%
10S

=

0,964% 1,203% 1,2199
%
1,227% 1,233% 1,417% 1,621% 1,801%
Δ = 2,67x. 10
6
(A/m
2
)
2,79.10
6
3,09610
6
3,11510
6
3,12410
6
3,12910
6
3,32410
6

3,52410
6
3,68410
6
dq
2
298,56

G
x
=

272,4 222,14 219,36 218,29 217,29 192,61 172,17 157,13
d=A.x = 0,163.x
0,1708 0,1890 0,1902 0,1907 0,191 0,2029 0,2151 0,2249
d
12
= a. d = 1,38.d
0,2357 0,2608 0,2624 0,2631 0,2635 0,2800 0,2968 0,3103
C = d12 + a12 + a22

0,3297 0,3608 0,363 0,3639 0,3644 0,384 0,4058 0,4223
32
td
2
C 188,08x 55,7x
283,95 588,64
x
x
=+
++

1084,9
7
1050,9
9
1050,2
8

1050,0
9
1050 1057,1
5
1081,8
5
1114,1
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp 400kVA ngâm dầu
SV: Nguyễn Tuấn Long - Lớp: TBĐ - ĐT
25

100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6
856,6
986,75

1111,54
1236,2
1353,68
1,87
1,88
1,89
P0
1
1,203
1,621
1,417
1,801
2
10%
iox
β
Po( W)