Đồ án thiết kế máy biến áp điện lực

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

---

---

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài : Thiết kế máy biến áp điện lực

Giáo viên hướng dẫn

: Th.s Nguyễn Văn Đoài

Lớp

: CĐ-ĐH Điện 2_K5

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 7
1. Nguyễn Ngọc Vinh
2. Phạm Văn Tư
3. Đinh Thành Trung
4. Nguyễn Văn Huyên
5. Lê Sĩ Hải

- Hà Nội, 11/2012 -


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................ 3
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 Vài nét khái quát về máy biến áp .................................................... 5
1.2 Định nghĩa máy biến áp ................................................................. 6
1.3 Các đại lượng định mức ................................................................ 7
1.4 Công dụng của máy biến áp ............................................................ 8
1.5 Cấu tạo của máy biến áp ................................................................. 9
1.6 Nguyên lý làm việc của máy biến áp ............................................. 16
1.7 Tiêu chuẩn hóa trong việc chế tạo máy biến áp điện lực ................ 17
1.8 Mục đích và yêu cầu nhiệm vụ ....................................................... 18

PHẦN II : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Chương I: Tính toán các kích thước chủ yếu của máy biến áp ........ 21
1.1. Xác định đại lượng cơ bản ............................................................... 21
1.2. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu. ............ 22
Chương II: Tính toán dây quấn ........................................................... 31
2.1. Tính toán dây quấn hạ áp (HA) ........................................................ 31
2.2. Tính toán dây quấn cao áp (CA) ...................................................... 34
Chương III: Tính toán các tham số ngắn mạch ................................ 37
3.1. Tổn hao ............................................................................................. 37
3.2. Điện áp ngắn mạch .......................................................................... 39
3.3. Tính toán lực cơ học khi ngắn mạch. ............................................... 39
Chương IV: Tính toán hệ thống mạch từ ........................................... 41
Chương V: Tính tổn hao và dòng không tải ....................................... 45

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-1-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

Chương VI: Tính toán nhiệt ................................................................. 47
6.1. Tính toán nhiệt của dây quấn. .......................................................... 47
6.2. Tính toán nhiệt của thùng. ................................................................ 48
6.3. Xác định sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu......................... 51
KẾT LUẬN ............................................................................................ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 53

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-2-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng 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 được đặt lên
hàng đầu.

Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được ngành
điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó.
Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng quan
trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời
cung cấp cho các nhà máy điện. Khi điện đã được sản xuất ra thì phải truyền tải
điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng đó thì không thể
thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và giảm điện áp lưới sao cho phù
hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao để tránh tổn thất điện năng khi truyền tải
cũng như giảm điện áp cho phù hợp với nơi tiêu thụ.
Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực là một bộ phận rất quan trọng trong hệ
thống điện. Máy biến áp điện lực ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất phổ biến
hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được. Nhờ đó mà máy
biến áp điện lực ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và không ngừng
được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của người sử dụng đươc tốt nhất.
Bằng tất cả cố gắng của các thành viên trong nhóm, với những kiến thức nhận
được từ Thầy cô và sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Th.s Nguyễn Văn Đoài,
chúng em đã hoàn thành đồ án môn học này.
Trong đồ án thiết kế máy biến áp ngâm dầu này, chúng em đã làm theo trình
tự như 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

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-3-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

Trong quá trình thực hiện đồ án môn học, vì thời gian có hạn và kiến thức còn
hạn chế nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong Thầy giáo cho nhận xét và
góp ý để đồ án của nhóm chúng em được hoàn thiện hơn..
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 24 tháng 11 năm 2012

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-4-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

PHẦN I:

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1.2 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP

Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải 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 đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật.

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp
được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể
làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng
thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền
tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu trên đường dây người
ta phải dùng điện áp cao, dẫn điện bằng các đường dây cao thế, thường là
35,110,220 và 500 KV. Trên thực tế, các máy phát điện thường không phát ra
những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra điện áp từ 3 đến 21KV, do
đó phải có thiết bị để 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 của máy phát điện tức đầu đường dây
dẫn và những thiết bị giảm điện áp trước khi đến hộ tiêu thụ gọi là các máy biến áp
(MBA).
Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ
nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba, bốn lần
Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-5-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội

Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

tăng và giảm điện áp như vậy. Do đó tổng công suất của các MBA trong hệ thống
điện lực thường gấp ba, bốn lần công suất của trạm phát điện. Những MBA dùng
trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công suất. Từ đó ta cũng
thấy rõ, MBA chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không
chuyển hóa năng lượng.
Ngày nay khuynh hướng phát triển của MBA điện lực là thiết kế chế tạo
những MBA có dung lượng thật lớn, điện áp thật 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 cuộc công
nghiệp hiện đại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA
có dung lượng 63000KVA với điện áp 110KV.
1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí
cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành
một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Kí
hiệu một MBA đơn giản như hình 1.2

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.
+ U1 : Điện áp sơ cấp.
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ P1 : Công suất sơ cấp.
+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp.

Nhóm 7

Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-6-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp.
+ U2 : Điện áp thứ cấp.
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp.
+ P2 : Công suất thứ cấp.
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp.
1.3 CÁC 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 qui định và thường ghi trên nhãn MBA.
1.3.1. Dung lượng hay công suất định mức Sđm.
Là công suất toàn phần hay biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến
áp. Đơn vị kVA hay VA…
1.3.2. Điện áp dây sơ cấp định mức: U1đm.
Là điện áp của 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.
1.3.3. Điện áp dây thứ cấp định mức: U2đm.
Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt
vào dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị là: kV, V.
1.3.4. Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm.
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:
- Đối với máy biến áp 1 pha: I1đm =
- Đối với máy biến áp 3 pha:

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

S ®m
U1®m

I1đm =

-7-

;
S ®m
3U 1®m

I2đm =
;

S ®m
U 2®m

I2đm =

S ®m
3U 2®m

Khoa Điện

Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

1.3.5. Tần số định mức Hz.
Thường máy biếnáp điện lực có tần số công nghiệp f = 50Hz.
Ngoài ra trên nhãn máy còn ghi những số liệu khác như: Số pha, sơ đồ và tổ
đấu dây quấn, điện áp ngắn mạch Un% 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 lẹch định mức, nhiệt độ định mức của môi trường xung quanh.

1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA
MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống, phục vụ chúng ta
trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như:
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò.
+ Trong hàn điện có MBA hàn.
+ Làm nguồn cho các thiết bị điện, thiết bị điện tử công suất.
+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy 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 ;220KV ;500 KV v..v.và ở cuối đường dây cần
đặt MBA hạ áp để cung cấp điện cho nơi tiêu thụ, thường là 127V đến 500V và các
động cơ công suất lớn thường là 3 đến 6KV.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-8-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

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 hệ 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 chế 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 nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí
sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do đó suất
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 1,45T. 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 của 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, Nhật, 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 biến áp.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

-9-

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

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, 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(Hình 1.3)

b.

Lõi sắt kiểu bọc:
Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây quấn mà

còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ thường để nằm
ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loại 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 tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấn Cdq lớn, điện dung
đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn đều hơn. nhưng kiểu
lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt và dây quấn, các lá thép kĩ
thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây quấn quấn thành ống tiết diện
tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì
các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều, tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt loại này
thường được sử dụng chế tạo cho các MBA lò điện (Hình 1.4)

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 10 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

c.

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 hai bên.
Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và
kiểu trụ – bọc 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 thuật điện có độ dày
0,35mm có phủ sơn cách điện trên bề mặt.
Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và gông
vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép xen kẽ.
* Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối 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.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 11 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

* 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.
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).
Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắt
thường làm thành hình bậc thang gần tròn.
Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện
ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ T. Tuy
nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết diện gông hình
bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 12 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

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 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.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 13 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

b. Dây quấn xen kẽ (Hình1.8) :
Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chiều
cao thấp 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 mặt cơ thi kém vững chắc so với dây

quấn đồng âm. Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa
các bánh dây.

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:
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 thép, dây cuốn
và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của 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
phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng và truyền ra môi trường
xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển dần xuống phía dưới và
lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan 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.
Loại 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 dầu có ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 14 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

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 hống
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
với 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
mức 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 hay
những vị trí ít nguy hiểm nhất.

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 15 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

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 của 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 hệ với nhau về từ.
Xét sơ dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11).

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm 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 một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn 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 sức điện động e1 và e2. ở cuộn sơ cấp có sức điện động sẽ
sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2.
Giả sử 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. Φ = Φm. sin ωt.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là:
e1= − W1 .

dφ sin ωt

dφ
= − W1 . m
= -W1. ω. φm. cosωt =
dt
dt

e2 = − W2 .
Trong đó:

dφ sin ωt
dφ
= − W2 . m
= -W2. ω. φm. cosωt =
dt
dt
E1 =
E2 =

ωE 1 φ m
2
ωE 2 φm

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

2

π
2E1 .sin(ωt = − ) (1)
2

π
2E 2 .sin(ωt = − ) (2)
2

= 4,44. f. w1 φm

(3)

= 4,44. f. w2 φm

(4)

- 16 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

Là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn 1 và 2. Các biểu thức (1) và (2) ta
thấy sđđ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc

π
.
2

Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghãi tỉ số biến đổi của máy biến
áp như sau: K =

E1 W1
≈
E 2 W2

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1; E2 = U2
Suy ra:

K=

E 2 U1
≈
E2 U 2

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC
MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu chuẩn
nhà nước như sau.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui định.
+ Điều kiện làm việc của MBA. Độ cao không quá 100m so với mực nước biển,
nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20oC đến -40oC. Trong
trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vào
không vượt quá 25oC.
+ 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 cuộn 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.
Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 17 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

Sự lệch pha của 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
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 lượt chỉ các giờ trong đó só
12 có thể coi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự chậm pha càng lớn)
1.8. 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.
1.8.1. 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

1.8.2. 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 i0, P0, On, Pn đã cho.

−

Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn. Tính toán sơ bộ lõi sắt

1.8.3. Tính toán dây quấn CA và HA
−

Chọn dây quấn CA và HA

−

Tính cuộn dây HA

−

Tính cuộn dây CA

1.8.4. 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

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 18 -

Khoa Điện

Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

1.8.5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của
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

1.8.6. 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 giãn dầu

1.8.7. 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
như bulong ép gông và một số đai ép trục, gông, vách nắp đáy thùng, bình dầu giãn
nở, bộ phận tản nhiệt….

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 19 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

PHẦN II :

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Đề tài: Thiết kế máy biến áp điện lực.
Số liệu cho trước:
+ Dung lượng máy biến áp: Sđm = 1000KVA
+ Tổn hao không tải: po = 1700W
+ Sơ đồ nối dây: Yo/D-11
+ Điện áp ngắn mạch: uk = 6%
+ Tổn hao ngắn mạch: pn = 6800W
+ Số pha: m =3
+ Tần số: f = 50 Hz
+ Điện áp định mức: 35/6,3 KV
+ Dòng không tải: io = 0,8 %

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 20 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

CHƯƠNG I:

TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
CỦA MÁY BIẾN ÁP

1.1. Xác định đại lượng cơ bản
1.1.1. Dung lượng một pha

Sf =

S 1000
=
= 333,3 (KVA)
m
3

1.1.2. Dung lượng trên mỗi trụ
S' =

S 1000
=
= 333,3 (KVA)
t
3

1.1.3. Dòng điện dây định mức.
+ Đối với phía HA.

S.103
1000.103
I2 =
=
= 91,643 (A)
3.U 2
3.6,3.103

+ Đối với phía CA.

S.103
1000.103
I1 =
=
= 16,495 (A)
3.U 1
3.35.103

1.1.4. Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối Y0/∆-11 nên
I f 2 = I 2 = 91,643 ( A )
I f1 = I1 = 16,495 (A)

1.1.5. Điện áp pha định mức.
U1 35
=
= 20,21 (kV)
3
3

- Ở phía dây quấn CA:

Uf1

- Ở phía dây quấn HA:

Uf2 =

U1 6,3
=
= 3,64 (kV)

3
3

1.1.6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn (tra bảng 2)
- Với dây quấn CA:

Uth2 = 85 (KV)

- Với dây quấn HA: Uth2 = 25 (KV)

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 21 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

1.2. Chọn các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu.
1.2.1. Chiều rộng quy đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA
+ Hệ số: a r = a12 +

a1 + a 2
, phụ thuộc vào kích thước cụ thể của dây quấn CA và
3

HA, do đó chỉ sau khi bố trí xong dây quấn mới có thể có trị số chính xác. Còn sơ

bộ lấy

a1 + a 2
= K. 4 S '10−2 , trong đó K phụ thuộc vào dung lượng máy biến áp, vật
3

liệu dây quấn, điện áp cuộn CA và tổn hao ngắn mạch.
+ Với Uth2 = 85KV thì theo bảng 19 ta có a12 = 27 (mm), δ12 = 5 (mm). Trong rãnh
a12 đặt ống cách điện dày δ12 = 5 mm. Theo bảng 12 ta có: K = 0,706.
a1 + a 2
= K. 4 S '10−2 = 0,706. 4 1000.10 −2 = 0,04 (m)
3

a r = a12 +

a1 + a 2
= 0,027 + 0,04 = 0,067 (m)
3

1.2.2. Hệ số quy đổi từ tản lấy Kr = 0,95.
Vì đối với một dải công suất và điện áp rộng, nói chung Kr thay đổi rất ít
1.2.3. Các thành phần điện áp ngắn mạch.
U nr =

Pn
6800
=
= 0,68%
10.S 10.1000

Trong đó Pn tính bằng W, S tính bằng kVA
U nx = U 2n − U 2r = 62 − 0,682 = 5,96%

1.2.4. Vật liệu chế tạo
+ Hiện nay trong chế tạo máy biến áp điện lực thường dùng tôn sillic cán nguội
đẳng hướng, có hàm lượng silic vào khoảng 4%. Với loại tôn silic có cùng tính
năng công nghệ chế tạo đã xác định thì thường chọn Bt trong khoảng hẹp, có thay
đổi chút ít theo công suất máy biến áp.
Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 22 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

+ Với công suất máy biến áp: S = 1000KVA, ta chọn loại tôn cán nguội mã hiệu
chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3405 có chiều dày 0,30 mm.
+ Theo bảng 11 ta chọn Bt = 1,65 (T)
+ Hệ số gông: Kg = 1,025. 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 6 mối nối xiên.
+ Theo bảng 5 ta chọn số bậc thang trong trụ là 8, số bậc thang của gông lấy nhỏ
hơn trụ một bậc, tức gông có 7 bậc.
+ Hệ số chêm kích Kc = 0,91, hệ số điền đầy rãnh Kđ = 0,965 (chịu nhiệt và phủ
một lớp sơn cách điện), theo bảng 4,10.
Kld = Kc. Kd = 0,91. 0,965 = 0,8782 (hệ số lợi dụng lõi sắt)
+ Từ cảm trong gông:

Bg =

Bt
1,65
=
= 1,61( T )
K g 1, 025

+ Từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên: B K =

B t 1,65
=
= 1,167 ( T )
2
2

+ Suất tổn hao ở trụ và gông:
Pt = 1,353 W/kg
Pg = 1,242 W/kg
+ Suất từ hoá:
qt = 1,956 VA/kg
qg = 1,66 VA/kg
+ Suất từ hoá ở khe hở không khí ở mối nối xiên: qk = 2316 VA/m2 (bảng 45, 50).

L−ît 1

Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

L−ît 2

- 23 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội


Đồ án môn học : Thiết kế máy biến áp điện lực

1.2.5. Khoảng cách điện chính
Chọn theo Uth2 = 85 KV của cuộn CA:
•

Trụ và dây quấn HA

a01 = 15 mm

•

Dây quấn HA và CA

a12 = 27 mm

•

Ống cách điện giữa CA và HA

δ12 = 5 mm

•

Giữa các dây quấn CA

a22 = 30 mm

•

Tấm chắn giữa các pha

δ22 =3 mm

•

Giữa dây quấn CA đến gông.

l02 = 75 mm

•

Phần đầu thừa cảu ống cách điện:

lđ2 = 50 mm

1.2.6. Các hằng số tính toán a, b gần đúng có thể lấy (Theo bảng 13, 14).
•

a = 1,38

•

b = 0,32

•

e = 0,41

1.2.7. Hệ số Kf
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 (Kf < 1)
Gần đúng có thể lấy (theo bảng 15):

Kf = 0,93

1.2.8. Chọn hệ số β
Trong dải biến thiên từ 1,2 đến 3,6. Nhưng để xác định β chính xác hơn ta
phải tính các số liệu và các đặc tính cơ bản của máy biến áp.
A = 0,507. 4

S '.ar .K r
333,3.0,067.0,95
=
0,507.
= 0,217
4
2
2
f .U nx .Bt2 .K ld2
50.5,96.(1,64 ) .( 0,8782 )

A1 = 5,663. 104. a. A3. Kld = 5,663. 104. 1,38. (0,217)3. 0,8782 = 701,3 (Kg)
A2 = 3,605. 104. A2. Kld. l02 = 3,605. 104. (0,217)2 .0,8782. 0,075 = 111,8 (Kg)
B1 = 2,4. 104. Kg. Kld. A3. (a + b +e)
= 2,4. 104. 1,025. 0,8782. (0,217)3. (1,38 + 0,32 + 0,41) = 465,8 (Kg)
Nhóm 7
Lớp CĐ-ĐH Điện 2_K5

- 24 -

Khoa Điện
Đại học Công nghiệp Hà Nội