Thiết kế máy biến áp phân phối hai cấp điện áp

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài: Thiết kế máy biến áp phân phối hai cấp điện áp.

1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 phân phối hai cấp điện áp là một bộ phận rất
quan trọng trong hệ thống điện. Máy biến áp phân phối hai cấp điện áp 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 phân phối hai cấp điện áp 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 phân phối hai cấp điện áp 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 chủyếu.
2


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
-

KHOA : ĐIỆN

Tính toán dây quấn máy biến áp.
Tính toán ngắn mạch.
Tính toán kết cấu mạch từ.
Tính toán nhiệt.

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... tháng... năm 2013

3


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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.

Hình 1.1
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 từ127V, 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.

4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 hột tiêu thụ một cách hợp lí, thường phải qua ba,
bốn lần 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 hệthống phân phối hai cấp điện áp gọi là MBA phân phối. 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 đểgiảm 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.
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.

5


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

+ U1: Điện áp sơ cấp.
+ I1: Dòng điện qua cuộn sơ cấp.
+ P1: Công suất sơ cấp.
+ W1: Sốvòng dây cuộn sơ cấp.
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 sơcấp 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 thứcấp 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

6


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công
suất và điện áp định mức. Đơn vịA, kA.
Có thể tính như sau:
- Đối với máy biến áp 1 pha:

I1đm ,

- Đối với máy biến áp 3 pha: :

I2đm

I1đm ,

I2đm

1.3.5. Tần số định mức Hz.
Thường máy biến áp phân phối 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 cảtình 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 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 phân phối được sử dụng trong hệ thống điện.

7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : 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 hệt 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.

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 chủyếu 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 từ1,3 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

8


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

cán nóng. Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA phân phối 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.
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 phân phối đều sử dụng kiểu lõi sắt này.

a.

Một pha

b. Ba pha

Hình 1.2 Kết cấu mạnh từ kiểu trụ

9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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.

a.

Một pha

b. Ba pha

Hình 1.3 Kết cấu mạch từ kiểu bọc.

10


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 100000 KVA / 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.
* Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ 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 (hh nh 1.6.c.d.e).

11


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 phân phối người ta hay dùng tiết diện gông
hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.

12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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.

13


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 lơi 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 rănh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với
trụ sắt.

14


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 rănh dầu ngang nên tản nhiệt
tốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc so với
dây quấn đồng tâm. Dây quấn kiểu này có
nhiều mối hàn giữa . Dây quấn xen kẽ
các bánh dây.
Hình.1.8. Dây quấn xen kẽ
1.5.3 Vỏ máy biến áp:
Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lơi 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 lơi 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 ḥan 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.

15

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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.

Hình 1.9 Thung dầu kiểu ống

Hình 1.10 Thung dầu có bộ tản nhiệt

Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những bộ tản nhiệt
có thêm quạt gió để tăng 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.

16


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

+ 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.
1.6 NGUYÊN LY 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).

Hình 1.11.Nguyên lý làm việc của MBA
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 = Φ. sin ωt.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động trong dây quấn 1 và 2 sẽ là:

17


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

2 E1 sin(ωt −

E1 = - W1. = - W1 . = -W1..m.cost =
2 E 2 sin(ωt −

E2 = - W2. = - W2 . = -W2..m.cost =

Trong đó:

E1 =

E2 =

ω.E.1θ m
2
ω .E . 2 θ m
2

π
)
2

π
)
2

(1)

(2)

= 4,44.f.w1.m

(3)

= 4,44.f.w2.m

(4)

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
Dựa vào biểu thức (3) và (4) người ta định nghĩa tỉ số biến đổi của máy
biến áp như sau: K =
Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 = U1 , E2 = U2
Suy ra:

K=

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA PHÂN PHỐI
MBA phân phối 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 -200C đến -400C. Trong
trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì nhiệt độ nước đầu vào
không vượt quá 250C.
+ 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.

18


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

+ 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 chữ Y, D và Z cho các cuộn dây cao áp và y, d,z cho
các cuộn dây hạ áp. Nếu điểm trung tính của cuộn dây nói với Y(y) hoặc Z (z)
được đưa ra ngoài thì vực đánh dấu phải là YN (yn) hoặc ZN(zn) cho các phía
CA và HA [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.
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 điện áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho kim phút.
Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệch pha tương ứng ở các vị trí lần lượt chỉ các giờ

trong đó só12 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 lư 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 ḍng 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 lơi sắt
- Chọn loại và mă 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

19


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

- Tính toán sơ bộ máy biến áp chọn quan hệ của kích thước chủ yếu β
trị số i0, P0, On, P 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
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 ḍng điện không tải và hiệu suất
1.8.6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội máy biến áp.
- Quá tŕnh 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….

20


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

PHẦN II :

THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

Đề tài : Thiết kế máy biến áp phân phối 2 cấp điện áp:

Dung lượng máy biến áp: Sđm= 160KVA..
Tổn hao không tải po= 450W

Số pha: m =3; tần số f = 50Hz

Sơ đồ nối dây: Y/Yo-12

Điện áp định mức: 6,3/0,4 KV

Điện áp ngắn mạch: uk= 4%;

Dòng không tải: io= 1,0%;

stt Tên bản vẽ
1
Mặt cắt đứng, mặt cắt bằng MBA
2
Kết cấu MBA

Khổ giấy
A3
A3

Phần Thuyết Minh

1

Tính toán kích thước chủ yếu.

2

Tính toán dây quấn CA, HA.

3

Tính toán ngắn mạch

4

Tính toán nhiệt, thiết kế vỏ thùng

5

Thiết kế kết cấu MBA

21

Số lượng
01
01


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

CHƯƠNG II :
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU
CỦA MÁY BIẾN ÁP
2.1. Xác định đại lượng cơ bản

2.1.1. Dung lượng một pha
Sf = = = 53.33 ( KVA)
2.1.2. Dung lượng trên mỗi trụ
S’ = = = 53.33 ( KVA)
2.1.3.Dòng điện dây định mức.
S .10 3
3.U 2

+ Đối với phía HA: I2 =

160.10 3

=

S .10 3

+ Đối với phía CA: I1 =

3.U 1

3.0.4.10 3

= 230.94 ( A )

160.10 3

=

3.0.4.10 3

= 14.66 ( A )

2.1.4 Dòng điện pha định mức: Vì dây quấn nối : Y/Yo-12 nên
f1 = I1 = 14.66 ( A )
f2 = I2 = 230.94 ( A )
2.1.5. Điện áp pha định mức .
U1

- Ở phía dây quấn CA :

Uf1 =

3

6.3

=

U2

- Ở phía dây quấn HA :

Uf2 =

3

3

= 3.64

(V)

= 0.23

(V)

0.4

=

3

2.1.6. Điện áp thử nghiệm của các dây quấn (tra bảng 2)
- Với dây quấn CA: Uth1 = 85 (KV)
- Với dây quấn HA: Uth2 = 25 (KV)

22


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

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 : ar = a12 +

a1 + a 2
3

,phụ thuộc vào kích thước cụ thể của dây quấn

CA và HA, do đó chỉ sau khi bố trí xong dây quấn mới có thể có trị số chính
a1 + a 2
3

xác. Còn sơ bộ lấy

4

=K.

S'

. 10-2 ,trong K phụ thuộc vào dung lượng

máy biến áp, vật liệu dây quấn, điện áp cuộn dây CA và tổn hao ngắn mạch.
Với Uth2 = 85 KV 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
3

4

=K.

ar = a12 +

a1 + a 2

3

S'

4

53,33

-2

.10-2 = 0.019 ( m )

. 10 = 0,706.

= 0,027 + 0,019 = 0,046 ( m )

2.2.2. 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
2.2.3. Các thành phần điện áp ngắn mạch.

Unr =

Pn
10.S

= = 0,43

Trong đó Pn tính bằng W, S tính bằng kVA
Unx =

U n2 − U r2

4 2 − 0,432

=

= 3,98

2.2.4. 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.

23


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

+ 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.
K1d = Kc.Kd = 0,91. 0,965 = 0,8782 (hệ số lợi dụng lõi sắt)

+ Từ cảm trong gông: B =

Bt
Kg

=

1.65
1.025

= 1.61 ( T )
Bt

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

2

= = 1.167( T )

+ 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).

24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KHOA : ĐIỆN

2.2.5.Khoảng cách điện chính :
Chọn theo Uth = 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 của 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

25