TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP KHÔ BỌC ÊPOXY

Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHŨ VIẾT TẮT
Nội dung
Máy biến áp
Thiết kế máy biến áp điện lực
Lõi thép vô định hình
Công suất định mức
Dòng điện dây định mức
Dòng điện không tải
Điện áp định mức
Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng
Thành phần điện áp ngắn mạch phản kháng
Cao áp
Hạ áp
Số pha
Dung lượng một pha
Dung lượng trên mỗi trụ
Điện áp thử
Điện áp pha định mức
Chiều cao cuộn dây
Đường kính trung bình giữa cuộn cao áp và hạ áp
Tỷ số kích thước cơ bản của máy biến áp
Mật độ từ cảm trong trụ máy
Hệ số gia tăng tiết diện gông
Suất từ hóa trong trụ
Suất từ hóa trong gông
Khoảng cách cách điện giữa trụ và dây quấn hạ áp
Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và hạ áp

Khoảng cách cách điện giữa 2 dây quấn của 2 trụ cạnh
nhau
Khoảng cách cách điện giữa dây quấn cao áp và gông
Bề dày ống cách điện giữa cao áp và hạ áp
Bề dày tấm chắn giữa các pha
Hệ số điền đầy
Hệ số chêm kín
Hệ số lợi dụng lõi sắt
Hệ số quy đổi từ trường tản
Chiều rộng quy đổi từ trường tản
Tỷ trọng của sắt
Tỷ trọng của đồng
Trọng lượng trụ
Đồ án tốt nghiệp

1

Ký hiệu, chữ viết tắt
MBA
TKMBAĐL
LTVĐH
Sđm
Iđm
I0
Uđm
Unr (%)
Unx (%)
CA
HA
m

Sf
S’
Uth
Uf
l
d12
β
Bt
kg
pt
pg
a01
a12
a22
l0
δ12
δ22
kđ
kc
kld
Kr
Kr
γFe
γCu
Gt
Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Trọng lượng gông
Trọng lượng phần góc uốn mạch từ
Trọng lượng toàn bộ lõi sắt
Trọng lượng toàn bộ dây quấn
Giá thành vật liệu tác dụng
Tiết diện trụ sơ bộ
Tổn hao không tải
Công suất từ hóa lõi sắt
Tổn hao ngắn mạch toàn phần
Mật độ dòng điện trung bình
Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp
Tiết diện dây dẫn hạ áp
Máy trộn

Gg
G0
GFe
Gdq
Ctd
Tt
P0
Q0
Pn
Jtb
W1
T1
MT

DANH MỤC CÁC HÌNH VE
Hình 1.1. Các cấu trúc mạng tinh thể
Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị điều khiển công nghệ rót khép kín
Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị điều khiển công nghệ rót liên tục
Hình 1.4. Qui trình chế tạo vật liệu vô định hình
Hình 1.5. Tổn thất lõi VĐH theo nhiệt độ và thời gian ủ

Đồ án tốt nghiệp

2

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Hình 2.1. Sơ đồ đúc cuộn dây cao áp
Hình 3.1. Mô hình mạch từ của MBA lõi VĐH
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ của β và các thông số
Hình 3.3. Kích thước và cách bố trí dây quấn HA
Hình 3.4 Hình dáng và cách bố trí dây quấn CA
Hình 3.5. Kết cấu mạch từ
Hình 3.6 Kích thước và tiết diện từng bậc thang
Hình 3.7 Kích thước mạch từ
Hình 3.8. Kích thước vỏ máy
Hinh 3.9 quá trình sinh ra lực cơ khí phá hỏng dây quấn MBA
Hình 3.10 Bố trí dây quấn CA, HA và lực cơ học
Hình 3.11 Dây quấn MBA bị uốn cong

Hình 3.12. Dây quấn bị bến dạng bởi lực hướng kính và hướng trụ
Hình 4.1. Máy biến áp khô đúc bằng nhựa epoxy
Hình 4.2. Biểu thị đường cong từ trễ của vật liệu VĐH và thép Silic
Hình 4.3 Khả năng chống cháy cuộn dây đúc epoxy

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 bảng tính toán sơ bộ MBA
Bảng 3.2 Kích thước các tập lá thép
Bảng 3.3 thứ tự bậc và kích thước lá thép
Bảng 3.4 điều kiện chọn và tra sứ
Đồ án tốt nghiệp

3

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của khoa
học kỹ 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 nghiệp thiết kế máy điện là một khâu vô cùng
quan trọng, nhờ có các kỹ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra
Đồ án tốt nghiệp

4

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

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 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 lý do đó mà máy biến áp (MBA) là một bộ phận đóng vai trò rất quan
trọng trong cơ sở hạ tầng của hệ thống điện.vì thế vấn đề giảm tổn hao công suất
cũng như hư hỏng do bị ngắn mạch của MBA có ý nghĩa kinh tế rất quan
trọng,chính vì vậy mà hiện nay các nhà thiết kế không ngừng nghiên cứu tìm giải
pháp cũng như tìm các vật liệu mới để thiết kế để đáp ứng tốt nhất những yêu cầu
về tổn hao công suất cũng như hiệu quả kinh tế của MBA. Hiện nay vật liệu mềm
VĐH có cấu trúc vi mô đặc biệt nên có thể đáp ứng được những yêu cầu về tổn hao
lõi , vật liệu epoxy với đặc tính ưu điểm không bắt lửa và chống cháy do tia lửa
điện....Do đó mà MBAVĐH có cuộn dây đúc bằng nhựa epoxy ngày càng được sử
dụng rộng rãi hơn và không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của
người sử dụng được tốt nhất.
Bằng tất cả cố gắng của mình, với những kiến thức nhận được từ thầy cô và
sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ĐỖ VĂN TỐN mà tôi đã làm nên bài thiết kế đồ
án tốt nghiệp này.

Chương 1 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ,ĐẶC TÍNH CỦA THÉP VÔ ĐỊNH
HÌNH
1.1 Công nghệ chế tạo lõi thép vô định hình

_Biến áp là một phần quan trọng cấu thành lưới điện. Nguyên lý hoạt động của
máy biến áp (MBA) điện lực vẫn giữ nguyên không đổi kể từ khi MBA ba pha đầu
tiên được chế tạo vào năm 1899. Tuy vậy tính năng của nó được hoàn thiện và phát
triển liên tục trong suốt hơn 100 năm qua. Cho đến những năm trước 1980, người
Đồ án tốt nghiệp

5

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

ta vẫn chỉ tập trung vào việc tìm cách nâng cao công suất và điện áp của MBA,
trong vài thập kỷ gần đây việc phát triển máy biến áp điện lực mới đi sâu vào các
khía cạnh kinh tế và sinh thái. MBA phân phối luôn đóng góp một vai trò hết sức
quan trọng trong cơ sở hạ tầng của hệ thống điện, nó chiếm tỉ lệ lớn trong tổng
công suất của hệ thống MBA, vì thế vấn đề giảm tổn hao công suất của MBA phân
phối có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất quan trọng. Để giảm tổn hao công suất trong
MBA, cần thiết kế máy sao cho tổng tổn hao của dây đồng và tổn hao sắt từ nhỏ
nhất, trong đó tổn hao sắt phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của loại thép. Vật
liệu từ mềm vô định hình (VĐH) được phát hiện từ năm 1970, nhờ vào thành phần
và cấu trúc vi mô đặc biệt nên đặc tính từ của thép VĐH tốt hơn hẳn so với thép silic
tinh thể cán nguội, cụ thể:

_Cấu trúc mạng tinh thể
Mạng tinh thể tôn silic có cấu trúc hoàn toàn xác định, được sắp xếp đều đặn trong
quá trình làm nguội và cán lá tôn (hình 1.1a). Kết quả hình thành mạng tinh thể có
tính chất định hướng theo chiều cán. Điểm khác biệt quan trọng của vật liệu từ
VĐH so với vật liệu từ truyền thống là người ta thực hiện quá trình làm lạnh đột
ngột vật liệu bằng cách phun chùm tia Nitơ lỏng vào khối vật liệu đang nóng chảy.
Tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới một triệu độ C trong một giây. Kết quả mạng tinh thể
bị phá vỡ, tạo nên trạng thái vật liệu cấu trúc có tính chất ngẫu nhiên, còn gọi là
“thủy tinh kim loại”

a) Thép vô định hình

b) Thép tôn Silic định hướng cán nguội

Hình 1.1. Các cấu trúc mạng tinh thể
_Công nghệ chế tạo vật liệu từ vô định hình

Đồ án tốt nghiệp

6

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Vật liệu VĐH được chế tạo từ nhiều phương pháp khác nhau. Tuy nhiên, để đơn
giản có thể sử dụng phương pháp nguội nhanh từ tinh thể lỏng.

Phương pháp nguội nhanh đơn trục: Là phương pháp nguội nhanh trên trống quay,
nhưng sử dụng một trống quay với tốc độ cao, hợp kim được phun trên bề mặt
trống nhờ vòi phun đặt sát bề mặt. Độ dày của băng hợp kim phụ thuộc vào 2 yếu
tố là khoảng cách từ vòi phun đến mặt trống và tốc độ trống. Phương pháp này dễ
tiến hành và giá thành thấp nhưng có một nhược điểm là dễ xảy ra sự sai khác về
cấu trúc cũng như tính chất bề mặt ở 2 phía của băng hợp kim đồng thời tính lặp
lại về chiều dày của hợp kim thường không cao.
Phương pháp nguội nhanh hai trục: Là phương pháp nguội nhanh sử dụng 2 trống
quay đặt tiếp xúc với nhau và quay ngược chiều nhau. Hợp kim được làm lạnh giữa
2 khe của bề mặt trống, vừa bị làm lạnh vừa bị cán ép nên có độ dày rất chuẩn xác
(chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai trống và tốc độ trống) đồng thời tính chất
ở hai bề mặt sai khác rất thấp, điểm khó của phương pháp này là tính đồng bộ giữa
hai trống quay. Điểm quan trọng của phương pháp nguội nhanh là chế tạo các
trống quay trên một trục cực kỳ chính xác (độ rung của bề mặt trống rất thấp, chỉ
cỡ một vài micromet), đồng thời bề mặt của các trống phải được xử lý rất sạch và
nhẵn. Các trống thường được chế tạo bằng các kim loại có khả năng thu nhiệt
nhanh và ít bị ôxi hóa. Hai loại vật liệu phổ biến được dùng là đồng và môlipđen. Để
chế tạo các băng hợp kim đặc biệt chứa các kim loại dễ bị ôxi hóa, người ta có thể
đặt cả hệ trong môi trường bảo vệ (được hút chân không cao, và được nạp các khí
bảo vệ), quá trình chế tạo được thể hiện trên các hình 1.2 và 1.3.

Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị điều khiển công nghệ rót khép kín (1. Van khí; 2. vòng cảm
ứng; 3. Hợp kim lỏng; 4. Băng mỏng; 5. Bình khí Argon; 6. Trống đồng; 7. Ống thạch
anh; 8. Dụng cụ đo nhiệt).
Đồ án tốt nghiệp

7

Nguyễn Hữu Thuyết

Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

- Phôi liệu: Hợp kim có thành phần Fe, Nb, Cu, , Si được nấu từ các fero Fe-B, Fe-Si,
Fe-B-Si với hàm lượng Fe trên 80% và bổ sung Nb nguyên chất, B nguyên chất. Hợp
kim ban đầu được nấu bằng l cảm ứng cao tần, phương pháp nấu này bảo đảm cho
hợp kim ban đầu có độ sạch cao, không bị oxy hóa và có độ đồng nhất về thành
phần như hình 1.2.
- Nguyên lý: Nguyên liệu ban đầu được tính theo thành phần hợp thức, được nấu
chảy bằng l cảm ứng cao tần trong ống thạch anh, trong chân không hoặc khí trơ
tránh oxy hóa ,bởi tiếp xúc với oxy môi trường. Hợp kim nóng chảy được phun qua
nhờ áp suất khí Ar, tia kim loại lỏng ra khỏi vòi phun gặp bề mặt trống bị dàn
mỏng, truyền nhiệt cho trống và mất nhiệt nhanh chóng, đông cứng và văng ra khỏi
bề mặt trống dưới dạng băng mỏng. Trong thời gian tiếp xúc giữa hợp kim lỏng và
mặt trống, hợp kim giảm nhiệt độ từ 1500oC tới nhiệt độ phòng trong thời gian rất
ngắn (vài phần nghìn giây)

Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị điều khiển công nghệ rót liên tục
Sơ đồ khối thiết bị điều khiển công nghệ ampoule liên tục (hình1.3), đây là dây
chuyền với quy mô công nghiệp.
Trong đó: 1. Nồi nấu hợp kim với dung tích 200kg, nhiệt độ 1500 oC, công suất 30200kg/mẻ và cơ cấu rót; 2. Nồi chứa trung gian, nhiệt đ 1480 oC; 3. Vòi phun, nhiệt
độ 14500C; 4. Tang trống quay nhanh và hệ thống làm mát; 5. Các thiết bị điều

Đồ án tốt nghiệp

8

Nguyễn Hữu Thuyết

Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

khiển và đo lường (nhiệt độ , áp suất, khoảng cách, tốc độ ); 6. Sản phẩm: Thép biến
áp dạng băng mỏng
Vật liệu VĐH được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp, quân sự trong một vài
thập kỷ qua. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, vật liệu VĐH đã ngày
càng được sử dụng nhiều hơn. Đáng chú ý nhất là sử dụng vào chế tạo lõi thép cho
MBA. Trên hình 1.4 mô tả tổng quát quy trình chế tạo vật liệu VĐH dạng băng mỏng
có kích thước lớn để chế tạo lõi MBA lực

Hình 1.4. Qui trình chế tạo vật liệu vô định hình
Trong đó: (A) Lò nấu chảy; (B) Hệ thống rót; (C) Trục quay; (D1) (D2) Thiết bị kiểm
tra độ dày và bề rộng băng; (E) Thiết bị quấn băng
1.2 Đặc tính thép VĐH

- Điện trở suất tăng nhiều lần, chiều dày lá thép giảm khoảng 10 lần.
- Lực khử từ rất nhỏ 0,8 A/m, đường cong từ trễ hẹp, do đó tổn hao từ trễ có thể bỏ
qua. Trong thời gian gần đây, công nghệ vật liệu từ đã có những tiến bộ nhảy vọt
cho phép ứng dụng vật liệu từ VĐH trong việc chế tạo mạch từ của MBA phân phối .
Các tài liệu đã đề cập đến vấn đề kinh tế khi sử dụng MBA lõi thép VĐH và đưa ra
so sánh chi phí tổn thất giữa hai loại M A lõi thép silic thông thường và lõi VĐH, từ
đó khẳng định sử dụng MBA lõi thép VĐH giảm tổn hao không tải từ 60-70% và sẽ
mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với những ưu điểm như trên, MBA lõi thép VĐH được
ứng dụng sản xuất rộng rãi và dần thay thế MBA lõi thép truyền thống

Đồ án tốt nghiệp

9

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Bên cạnh đó, vật liệu từ VĐH là những dải băng mỏng có độ dày từ 0,02mm đến
0,03mm, rất nhạy cảm với nhiệt độ , biến dạng cơ học khi gia công cũng như biến
dạng bởi từ trường ngoài
1.3 Cách ủ từ cho thép VĐH

Để phục hồi từ tính cho vật liệu lõi thép vô định hình, một số tác giả đã có những
phương pháp như :
-tác giả Benedito Antonio Luciano dã thử nghiệm MBA lõi thép VĐH 1pha 1KVA,xử
lý lõi trong từ trường DC để phục hồi từ tính cũng nhằm giảm tổn hao và nâng cao
hiệu suất ,các kết quả thử nghiệm về hiệu suất cũng được so sánh với MBA lõi thép
Silic
- Tương tự tác giả Chang-Hung Hsu, Yeong-Hwa Chang dã tiến hành thực nghiệm ủ
lõi thép VĐH SA1 trong từ trường DC 800A/m nhằm xác định điều kiện nhiệt
độ,thời gian ủ tối ưu để tổn hao trên lõi thép nhỏ nhất

Hình 1.5 Tổn thất lõi VĐH theo nhiệt độ và thời gian ủ
Từ hình 1.5 cho thấy thời gian và nhiệt độ ủ lõi tối ưu là 360 0C trong 2 giờ ,tổ hao
lõi khoẳng 0,4 W/kg tại cảm ứng từ B = 1,2T

Đồ án tốt nghiệp

10

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Chương 2 : TÌM HIỂU VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN ÊPOXY TRONG MÁY BIẾN ÁP KHÔ
2.1 Tìm hiểu về vật liệu Êpoxy
+ Nhựa êpoxy là những phân tử oligome có ít nhất 1 nhóm êpoxy ,có khả năng
chuyển hóa thành dạng nhựa nhiệt rắn ,có cấu trúc không gian
Tùy thuộc vào cấu trúc nhựa êpoxy ,chất đóng rắn và điều kiện đóng rắn ,có thể
nhận được các sản phẩm có đặc tính : bền hóa chất ,chịu nhiệt,chịu tác động cơ
học ,cách điện..., ứng dụng làm vec-ni sơn,keo kết cấu,chất dẻo gia cường và đặc
biệt làm nhựa nền cho vật liệu composite. Với ưu điểm nổi bật về độ bền cơ
học,nhẹ,dễ gia công ,sửa chữa ,vật liệu composite trên cơ sở nhựa êpoxy với chất
gia cường sợi,hạt ,bột...dã dược ứng dụng thay thế một phần các chi tiết kim
loại...nhằm giảm trọng lượng ,giảm tiêu hao năng lượng và nhiên liệu
+ Trong MBA cuộn dây được tẩm, đúc trong êpoxy ngày càng được sử dụng nhiều
do nó có những ưu điểm lớn như: vật liệu cách điện êpoxy có độ bền cơ ,điện,nhiệt
cao,chịu được môi trường bụi bẩn ,hóa chất độ ẩm cao,chống cháy nổ ,không gây ô
nhiễm môi trường khi bị sự cố
Do nhựa êpoxy khi kết hợp với một số chất phụ gia khác tạo thành vật liệu điện có
đặc điểm tốt hơn như có độ bền điện,cơ,nhiệt cao,ít ngấm ẩm ,dễ giàng gia công
thành sản phẩm và đặc biệt có khả năng chống cháy tốt. Hiện nay êpoxy được sử
dụng rất nhiều trong nghành kỹ thuật điện để tẩm, đúc cuộn dây máy biến áp khô
điện áp đến 36 KV, chế tạo sứ cách điện cao áp,hạ áp,cáp điện,vỏ của các thiết bị

điện,chất điện môi trong các tụ điện...

Đồ án tốt nghiệp

11

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

+ Thông thường nhựa êpoxy sử dụng trong thiết bị điện dưới dạng compound đúc
hay tẩm . Compound là hỗn hợp gồm có nhựa êpoxy ,chất đóng rắn ,phụ gia .
compound tẩm cần có độ nhớt thấp,khả năng tẩm cao Compound đúc có những yêu
cầu khác như độ bền cơ học cao,độ nhớt phải đảm bảo chảy đầy thể tích đúc ,ít hút
nước, chịu được cháy nổ và có nhiều tính chất cách điện tốt trong khoảng nhiệt độ
rộng. Để tăng độ bền cơ học,tăng khả năng truyền nhiệt và khả năng chịu lửa
Compound đúc thường phải cho thêm phụ gia với một tỷ lệ thích hợp. Tăng độ bền
cơ ,giảm hệ số giãn nở theo chiều dài và tăng hệ số dẫn nhiệt lên 2 đến 3 lần
thường sử dụng phụ gia như thạch anh,silica,sợi thủy tinh,bột nhôm,cao lanh.... .Để
tăng khả năng chịu lửa thường trộn thêm bột nhôm trihiđroxit( Al(OH) 3 )
2.2 Phương pháp tẩm ,đúc Êpoxy với cuộn dây của MBA khô
_Quy trình tẩm Êpoxy với cuộn dây hạ áp
_Chuẩn bị Êpoxy tẩm
Êpoxy tẩm là một hỗn hợp của 2 cấu tử gồm nhựa Êpoxy và chất đóng rắn.Yêu cầu
với Êpoxy tẩm là không được chứa nước và các bọt khí .Thời gian hữu ích phải
lớn,độ nhớt thấp
_Quy trình tẩm

Sấy : sau khi cuộn dây quấn xong và được vệ sinh sạch sẽ thì cho vào lò sấy chân
không,áp suất chân không khoảng 40mmHg . Sấy cuộn dây ở nhiệt độ khoảng 70 0 C
đến 900 C trong khoảng thời gian 5 tới 12 tiếng phụ thuộc vào kích thước của cuộn
dây
Tẩm: khi sấy xong cuộn dây thì nhúng cuộn dây vào Êpoxy đã pha chế sẵn dưới áp
suất chân không . Sau khi Êpoxy tẩm phủ kín hết bề mặt cuộn dây thì ngừng chân
không rồi cho áp suất khoảng 2 - 3at trong vòng 10-15 phút cho tới khi không còn
bọt khí. Lưu ý luôn duy trì cuộn dây ở nhiệt độ 70 -90 0 C. Lấy cuộn dây ra và giữ
trong không khí ở nhiệt độ thường cho đến khi Êpoxy không còn chảy giọt
Trùng hợp : quá trình trùng hợp nhằm mục đích tạo cho cuộn dây thành một khối
rắn ,vững chắc và có khả năng kháng được bụi bẩn ,hơi ẩm... Quá trình trùng hợp
là ta đem sấy cuộn dây trong lò sấy ở nhiệt độ 70-80 0 C trong khoảng 8 giờ. Sau đó

Đồ án tốt nghiệp

12

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

ngừng sấy và kiểm tra xem cuộn dây đã kết dính hết chưa . Nếu cuộn dây chưa kết
dính hết thì ta cần sấy tiếp trong khoảng thời gian 2-3 giờ nữa.
_ Quy trình đúc Êpoxy với cuộn dây cao áp
Quy trình đúc cuộn dây cao áp bằng nhựa Êpoxy tương đối phức tạp từ công
đoạn pha chế Êpoxy,chế tạo khuôn,đúc.... Toàn bộ các quy trình này phải được tuân
thủ theo đúng các yêu cầu kỹ thuật nếu không sẽ làm sai hỏng hay giảm chất lượng

sản phẩm. Một thiết bị không thể thiếu được trong khi đúc đó là khuôn đúc.
+Khuôn đúc có đặc điểm
Khuôn thường được chế tạo tháo rời ,phù hợp với đúc dây và đúc đầu ra dây quấn
Đảm bảo bề mặt khuôn nhẵn bóng để bề mặt Êpoxy đúc dây quấn mịn,đủ khả năng
chống bụi,ẩm,cách điện và dễ dàng tháo dỡ
Mặt ép trong của khuôn phải đảm bảo độ bóng sạch và có khả năng nối ghép với chi
tiết trước khi đặt dây quấn
Mặt ép ngoài khuôn phải đảm bảo độ bóng và dễ dàng thào dỡ ,đảm bảo độ bền
cơ,bền nhiệt,không bị biến dạng khi đúc ở nhiệt độ cao
Đảm bảo sao cho với độ nhớt không lớn Êpoxy đủ lấp kín các khe hở dây quấn
Khuôn cần tính đến Êpoxy co ngót tự nhiên trong quá trình trùng hợp,đóng rắn và
dễ dàng thoát khí khi đổ Êpoxy vào đầy khuôn ở áp suất chân không,thông thường
thể tích dự trữ co ngót chiếm tỉ lệ 10 %
Thép hoặc hợp kim nhôm là những vật liệu có hệ số truyền nhiệt cao và hệ số đàn
hồi thấp ,thường được sử dụng để chế tạo khuôn đúc . Để có thể tháo dỡ khuôn một
cách dễ dàng trên bề mặt khuôn trước khi đúc cần quét thêm một lớp bôi trơn ví dụ
như dung dịch cao su Silít hữu cơ có 5 -10% trong toluen,dung dịch nhựa PVC clo
5% trong toluen...
+Các vật liệu cho quá trình đúc cuộn dây cao áp
Nhựa Êpoxy tạo từ bisphenol A với độ dẻo đảm bảo sự thẩm thấu toàn bộ cuộn dây.
Chất đóng rắn axit anhydric và các chất xúc tác cần thiết cho quá trình dóng rắn
của vật liệu Êpoxy
Đồ án tốt nghiệp

13

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Chất phụ gia như Silica nhằm tăng độ bèn cơ học và tăng khả năng dẫn nhiệt từ
cuộn dây ra ngoài . Bột nhôm trihidroxit ( Al(OH)3 ) ,nhằm tăng khả năng chống
cháy của máy biến áp và chất tạo màu . yêu cầu đối với chất phụ gia trước khi đúc
phải được sấy khô để tránh hơi ẩm đưa vào cuộn dây khi đúc.
+Các thiết bị cần thiết cho quá trình đúc cuộn dây cao áp
Máy gia nhiệt tối đa tới 250 0 C dùng để sấy cuộn dây ,đun nóng nhựa Êpoxy, phụ
gia và chất đóng rắn.
Máy trộn nhiên liệu Êpoxy ,chất đóng rắn,phụ gia chịu áp suất tới 5at và nhiệt độ là
1600C
Buồng đúc chân không làm việc với áp suất chân không tới 3mmHg và nhiệt độ đến
1600C
Quy trình đúc :

Đồ án tốt nghiệp

14

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Hình 2.1 Sơ đồ đúc cuộn dây cao áp
Cho 50% phụ gia vào mỗi máy trộn 1. Trộn đều sau đó dẫn xuống máy trộn 2 .
nhựa Êpoxy và chất đóng rắn cho vào máy trộn 2 trộn đều với chất phụ gia. Toàn bộ

đưa xuống máy trộn 3 và trộn đều trước khi đưa vào buồng dúc chân không. Trộn
Êpoxy và chất đóng rắn cần tránh bay hơi,làm ảnh hưởng tới quá trình dúc cuộn
dây trong Êpoxy,vì vậy thường thực hiện bước đầu ở áp suất cao và nhiệt độ thấp
hơn. Thời gian chuẩn bị vật liệu kéo dài khoảng 8 giờ
-

Ghếp khuôn đúc dây quấn

-

Sấy gia nhiệt dây quấn và khuôn đến nhiệt độ 100-130 0C để làm bay hơi hết
các hơi nước ở trong dây quấn .

-

Gia nhiêt và tạo chân khoongtrong buồng đúc chân không ở 100-130 0C và
áp suất không quá 40mmHg.

Đồ án tốt nghiệp

15

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

-

Hỗn hợp Êpoxy được đưa vào khuôn dưới áp suất chân không là 3mmHg.

-

Trùng hợp cuộn dây ở nhiệt độ t =75 ± 50C ở áp suất bình thường. Khi dây
quấn đã cứng chắc thì đưa ra ngoài làm nguội và tháo dỡ khuôn.

Một số yêu cầu đối với cuộn dây sau khi đúc
-

Êpoxy phải chèn đầy các khe hở bên trong,bên ngoài và bám chắc vào các
cuộn dây

-

Bề mặt dây quấn phải mịn,bóng không có lỗ hổng

-

Dây quấn tạo thành một khối cứng chắc

-

Độ dày lớp Êpoxy bọc bên trong ,bên ngoài dây quấn phải đều nhau

-

Đạt các tiêu chuẩn cách điện theo TCVN 6306-3: 2006; IEC 60076-3:2000.

Chương 3 : THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP KHÔ BỌC ÊPOXY
Các thông số cơ bản của máy biến áp
•

Công suất : S =320 kVA

Đồ án tốt nghiệp

16

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

•
•
•

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Cấp điện áp : 22 kV 2 2,5 % / 0,4 kV
Tổ nối dây : Y0/Y0-12
Điện áp ngắn mạch : UN %= 5,5

3.1 tính toán kích thước chủ yếu MBA
3.1.1 Xác định đại lượng cơ bản
(1) _Dung lượng một pha

Sf =

S
m

=

320
3

=106,666(kVA)

Trong đó : m là số pha MBA
(2) _Dung lượng trên mỗi trụ

S’ =

S
t

=

320
3

=106,666(kVA)

trong đó t là số trụ tác dụng t=3
S công suất định mức của máy biến áp
(3) _Dòng điện dây định mức tính tương ứng với dây quấn CA và HA

Đối với máy 3 pha :
I=

S
3.U

- Dòng điện dây phía cao áp

I1=

S
3.U1

=

320
3.22

= 8,4 ( A)

- Dòng điện dây phía hạ áp

I1==
Đồ án tốt nghiệp

S
3.U 2

=

320
3.0, 4

= 462 ( A)
17

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

(4) _Dòng điện pha định mức

Vì tổ nối dây của MBA là Y0/Y0-12 nên dòng điện pha bằng dòng điện dây

- Phía cao áp
I f1 = I1 = 8,4 (A)
- Phía hạ áp
If2 = I2 = 462 (A)
(5) _Điện áp pha định mức

với dây nối Y ta có Uf =

U
3

- Điện áp pha định mức phía cao áp

Uf1 =

U1
3

=

22.103
3

= 12700 (V)

- Điện áp pha định mức phía hạ áp, phía hạ áp nối sao ta có

Uf2 =

U2
3

=

0, 4.103
3

= 231 (V)

(6) _Xác định điện áp thử

Để xác định khoảng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện
khác và các bộ phận nối đất của máy biến áp cần phải biết các trị số điện áp thử

của chúng. Dựa theo cấp điện áp của dây quấn chọn điện áp thử tương ứng
- Điện áp thử dây quấn cao áp
U t1=85 (KV)
- Điện áp thử dây quấn hạ áp
U t2=5 (KV)
(7)_ Các thành phần điện áp ngắn mạch
Điện áp ngắn mạch tác dụng :
Đồ án tốt nghiệp

18

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

U nr =

Pn
10.S f

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

(% )

với Pn =

J 2 .ρ .d 3 .Vm

trong đó:

ρ = 1, 72.1 0−8

j = 2,5( A / mm 2 )

4

3. 4

d = (4,2÷4,8).

S
3

Ωm

=(0.1775 ÷ 0,203 ) ,m

chọn d = 0,22 (m) theo quy ước dường kính tiêu chuẩn bảng 7 TKMBAĐL

Vm =

π .α .λ  ( 1 +  α  ) .m.ϕcu

m : số pha (m=3)
dao động trong khoảng 0,35 < <0,8 ; 1,5 < λ <4
Chọn =0,5 ; λ =4

: hệ số điền đầy cửa sổ

Vm =

ϕcu

π .α .λ  1
( + α   ) .m.ϕ cu

=

S sc   + Stc
S cs

=3,14.0,5.4.(1+ 0,5 ) .3. 0,92.102

S sc : tiết diện dây sơ cấp
S tc : tiết diện dây thứ cấp

S cs : tiết diện cửa sổ ( Scs =

S sc   + Stc
kd

( +α   ) .m
ρ .d 3   π .α .λ  1
2
Vậy Pn = J .
.
. kd
Đồ án tốt nghiệp

19

,kd hệ số điền đầy )

(W)

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

Pn = (2,52).(1,72.10-8).(0,22.102)3.((3,14.0,5.4.(1+0,5).3.0,92). 102 )= 2,976 (kW)
=2976 (W)

Unr =

Pn
10.S

2976
10.320

=

= 0,93 %

Điện áp ngắn mạch phản kháng
U n2 −U

  nr2

Unx =

=

5,52 − 0,932

Ta có Pst = B2 .ct .d.Vt

Thường

Vt
Vm

= 5,42 %

(W)

= 5 ÷ 7 (Vm,Vt là thể tích dây quấn và thể tích mạch từ )

ta chọn tỷ số

Vt
Vm

=6 => Vt =6 Vm =15,6 ,cm3

→∆Pst = B2 .ct .d.Vt = B2 .ct .d. 6Vm =(1,13)2.0,22.102.15,6
∆ Pst = 438,2 W

3.1.2 Các số liệu xuất phát và tính các kích thước chủ yếu
(1) _Chọn kết cấu mạch từ
Mạch từ của MBA có hai nhiệm vujchinhs là dẫn từ và làm khung để làm chỗ
tựa cho cuộn dây ,mạch từ phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như: dẫn từ tốt,tổn
hao do dòng điện xoáy nhỏ,có kết cấu chắc chắn,đảm bảo khi di chuyển nâng hạ
không bị xê dịch vị trí các cuộn dây...Mạch từ gồm 2 phần chính Trụ và Gông ,trụ là
phần lõi tép có lồng dây quấn,gông là phần không có dây quấn dùng để khép kín
mạch từ giữa các trụ lại với nhau .Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy mạch từ của
MBA được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện lại. Các lá thép này có thể có kích thước
khác nhau sao cho khi ghép tiết diện của trụ,gông có dạng gần hình tròn
Hình dạng kích thước của mạch từ phụ thuộc vào hình dạng của cuộn dây,. Về mặt
chịu ứng lực ngắn mạch thì cuộn dây hình tròn là tốt nhất do lực điện từ theo
hướng kính phân bố đồng đều nhất. Đối với máy biến áp khô do khả năng cách điện
Đồ án tốt nghiệp

20

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

và làm mát không bằng máy biến áp dầu nên mật độ từ cảm trong gông và trụ
thường chọn nhỏ hơn so với máy biến áp dầu. Do đó đối với lõi thép của máy biến
áp khô thì trụ và gông máy biến áp được thiết kế sao cho có dạng gần hình tròn.
Gông và Trụ được xếp từ các lá thép có kích thước khác nhau thành các bậc sao cho
sau khi ghép tiết diện của trụ,gông có dạng hình tròn nhất. Ta có thể thiết kế mạch
từ với cấu trúc cuộn dạng phẳng. Mạch từ gồm 3 vòng xuyến 2 vòng xuyến con

bằng nhau và một vồng xuyến lớn bên ngoài. Tiết diện ngang của mạch từ có dạng
hình bậc thang đối xứng nội tiếp đường tròn
Xu thế hiện nay các nhà sản xuất luôn muốn tìm vật liệu mới ,đồng thời hoàn thiện
thiết kế để chế tạo MBA có tổn hao thấp. Nhờ vào thành phần và cấu trúc vi mô đặc
biệt ,thép VĐH đáp ứng được cả 3 tiêu chí để giảm tổn hao lõi: lực kháng từ nhỏ, H c
~ 5-10 A/m(so với ~ 50-100 A/m của tôn silic ),độ dày tự nhiên của lá thép rất nhỏ
0,03 mm ( so với 0,3- 0,5 mm của tôn silic ) và điện trở suất rất lớn từ 130-170
micro ohm.cm(so với ~ 50-60 micro ohm.cm của tôn silic ). Nhờ vào các tính chất
trên mà tổn hao lõi thép VĐH giảm mạnh so với thép silic loại tốt nhất,chính vì thế
xua hướng hiện nay các nhà thiết kế sản xuất luôn hướng tới dùng thép VĐH làm
lõi thép của MBA
(2)_ Chọn thông số cơ bản cho máy biến áp
Với đề tài này ta chọn thiết kế máy 3 pha 3 trụ tiết diện trụ nhiều cấp để giảm
tổn hao và tăng công suất

Đồ án tốt nghiệp

21

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

c

a2

a1

a01

c

a22
l0

a12
d12

d

Hình 3.1 Mô hình mạch từ của MBA lõi VĐH
Trong đó :
a01 : là khoảng cách điện giữa trụ và dây quấn HA
a12 : khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn dây quấn HA và CA
a22 : khoảng cách giữa các dây quấn CA
a1 : bề dầy của cuộn dây quấn HA
a2 : bề dầy của cuộn dây cuốn cao áp
c: khoảng cách từ tâm của 2 trụ gần kề nhau
d : đường kính vòng tròn bao trụ

Đồ án tốt nghiệp

22

Nguyễn Hữu Thuyết

Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

d12 : đường kính trung bình cuộn CA và HA
l : chiều cao cuộn dây
l0 : khoảng cách giữa gông và cuộn dây cao áp
(3)_Xác định tham số để tính kích thước chủ yếu
_Ta có : tỷ số kích thước cơ bản của MBA
π  .d
β =   12
l

Tỷ số này ảnh hưởng tới đặc tính kinh tế kỹ thuật của MBA ,việc chọn hệ số hình
dáng(β) thích hợp không chỉ ảnh hưởng tới kích thước hình dáng máy ,mà còn ảnh
hưởng tới vật liệu tác dụng do đó ảnh hưởng tới giá thành chế tạo máy. Thay đổi
trị số hình dáng cũng ảnh hưởng tới các tham số kỹ thuật của MBA như tổn hao
không tải ,dòng điện không tải,độ bền cơ và sự phát nóng dây quấn
_ Chọn vật liệu tác dụng
Chọn vật liệu làm mạch từ là thép VĐH mã hiệu VĐH2605SA1 có bề dày
0,03(mm). Chọn mật độ tự cảm trong trụ của máy B t = 1,13 T
_ Các hệ số liên quan và khoảng cách cách điện chính

(

a +  a
  1 2 ) = K.4 S f '
 0, 6. 4 106, 666.10 −2
3

=

= 0,0193 m

Lấy K = 0,6 (theo bảng 12 TKMBAĐL )
Vậy chiều dài quy đổi
ar = a12 + (a1 +a2 )/ 3 = 0,027 + 0,0193 = 0,0463 m
theo bảng 18 và 19 TKMBAĐL được a12 = 27 mm , l0 =75 mm, a22 =20 mm với Uth =
85 kV, a01 = 30 mm với Uth = 5 kV
+ Hệ số Roogovski (Kr ) hệ số từ trường tản Kr =0,95
+Chọn hệ số gông Kg =1.02 (tỉ lệ giữa tiết diện gông và trụ )
Đồ án tốt nghiệp

23

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

+Ép trụ bằng nêm với dây quấn
+Không dùng bulong xuyên qua trụ và gông
+Ép gông bằng xà ép hình chữ U và V
+Hệ số ép chặt cửa máy biến áp Kc = 0,93 (theo bảng 5 TKMBAĐL)
+Hệ số điền đầy Kd =0,92
+Hệ số lợi dụng Kld = Kc. Kd =0,93. 0,92 =0,8556
+Hệ số tổn hao phụ Kf = 0,9 (theo bảng 15 TKMBAĐL )

_Chọn hệ số bậc thang trong trụ
Do kết cấu mạch từ dạng cuộn phẳng nên số bậc của trụ và gông bằng nhau
Theo bảng 5 TKMBAĐL với d= 0,22 (m) ta chọn số bậc thang trong trụ ,gông: n =7
bậc
Theo công thức 2-15 (trang 31, TKMBAĐL), hệ số gia tăng tiết diện gông:
Tg

kg=

Tt

= 1 (do mạch từ cuộn nên gông và trụ có tiết diện như nhau)

Từ đó ta có:
Bt
kg

Bg = = 1,13T
Suất tổn hao trong trụ và gông là như nhau, theo bảng 45 (trang
220.TKMBAĐL), ta có: Pt = Pg = 0,6 (W/kg)
Suất từ hóa trong trụ và gông là như nhau, theo bảng 50 (trang 224,
TKMBAĐL), ta có: qt = qg = 0,65 (VA/kg)
_ chọn hệ số hình dáng trong dải 0,9 tới 1,2
Để xác định chính xác ta cần tính các số liệu và đặc tính cơ bản của MBA
Các hằng số tính toán a,b: theo bảng 13,14 (trang 195,[1]), ta có:
a = 1,3, b = 0,4
Hệ số:
Đồ án tốt nghiệp

24

Nguyễn Hữu Thuyết


Khoa CNKT Điện – Tự Động Hóa

4

Lớp ĐHCNKT Điện- K4

S ' .ar .kr
f .U nx .Bt2 .kld2

4

A=0,507.

106, 6.0,0463.0,95
50.5, 42.(1,132.0,85562 )

= 0,507 .

= 0,187

A1 =5,663.104.kld .A3 .a= 5,663.104.0,8556. 0,1873.1,3 = 412 kg
A2 = 3,605.104.kld .A2 .l0= 3,605.104 .0,8556.0,1872 .0,075 = 81 kg
B1= 2,4. 104 .kld .kg .A3.(a+b+e)= 2.104.0,8556.1,02.0,1873.(1,3+0,4+0,405)
= 240 kg
B2= 2,4.104 .kg .kld .A2 .(a12+a22) = 2,4.104.1,02.0,8556.0,1872.(0,027+0,02)
= 34 kg

S .a 2
kld .k 2f .Bt2 .U nx . A2
C1 =kdq.
Đối với dây đồng kdq =2,6. 10-2
10−2.

C1 =2,6.

320.1,32
0,8556.0,92.1,132.5, 42.0,187 2

= 84 kg

Tính sơ bộ các đại lượng có liên quan:
Trọng lượng sắt:

GFe = Gt + Gg =

Gt =

A1
x

A1
x

+ (A2 + B2).x2 + B1.x3

+ A2.x2

Gg = B1.x3 + B2.x2

Trọng lượng góc mạch từ khi a=0,b=0, B2=0
G0 = 0,486.104.kld.kg.A3x3 =0,486.104.0,8556.1,02.0,1873.x3
=28 x 3
Đồ án tốt nghiệp

25

Nguyễn Hữu Thuyết