Đồ án Thiết kế máy biến áp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

MỤC LỤC
Trang
LỜI NĨI ĐẦU.............................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA MÁY BIẾN ÁP
ĐIỆN LỰC..................................................................................................4
CHƯƠNG I: TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN.........................7
1.1 Tính tốn kích thướt chủ yếu MBA ........................................................7
1.2 Chọn vật liệu làm lỏi sắt.........................................................................9
1.3 Suất tổn hao thép trong trụ và gong........................................................9
1.4 Các khoảng cách cách điện chính.........................................................10
1.5 Đường kính trụ sắt................................................................................11
1.6 Tính sơ bộ các tổn hao..........................................................................12
1.7. Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao
............................................................................................15
CHƯƠNG II: TÍNH TỐN DÂY QUẤN...............................................18
2.1. Các u cầu chung đối với dây quấn....................................................18
2.2. TÍNH TỐN DÂY QUẤN HẠ ÁP .....................................................19
2.3 TÍNH TỐN DÂY QUẤN CAO ÁP...................................................22
2.4. TÍNH TỐN DÂY QUẤN TRUNG ÁP ............................................25
CHƯƠNG III: TÍNH TỔN HAO VÀ THAM SỐ NGẮN MẠCH........28
3.1. Tổn hao đồng.......................................................................................28
3.2. Tổn hao phụ trong dây quấn.................................................................28
3.3. Tổn hao chính trong dây dẫn ra............................................................30
3.4. Tổn hao trong vách thùng và các chi tiết kết cấu.................................31
3.5. Tổng tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp là.....................................31
3.6. Điện áp ngắn mạch...............................................................................31
3.7. Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch..................32

SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

CHƯƠNG IV: TÍNH CHÍNH XÁC MẠCH TỪ VÀ TÍNH THAM SỐ
KHƠNG TẢI MÁY BIẾN ÁP................................................................36
4.1. Chọn kết cấu lõi thép ..........................................................................36
4.2.Tổng chiều dày các lá thép của trụ (gông) ...........................................37
4.3. Số lượng lá thép ở mỗi bậc..................................................................37
4.4. Các kích thước cơ bản của mạch từ.....................................................38
4.5. Tính tổn hao khơng tải, dịng điện khơng tải và hiệu suất của máy
biến áp........................................................................................................40
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN KẾT CẤU VỎ...........45
5.1. Nhiệt độ chênh qua từng phần..............................................................45
5.2. Tính tốn nhiệt của thùng.....................................................................50
5.3. Thiết kế thùng dầu...............................................................................55
5.4. Tính tốn sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình
giãn dầu......................................................................................................55

KẾT LUẬN................................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................62
PHỤ LỤC CÁC BẢNG TRA CỨU..........................................................63

SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, với chính sách kinh tế mới, Đảng và nhà nước ta
chú trọng đẩy mạnh Công nghiệp hóa và Hiện đại hóa đất nước…Cùng với sự phát
triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp, ngành năng lượng Việt nam đã có
những bước tiến vượt bậc, xứng đáng với vai trò mũi nhọn và then chốt trong nền
kinh tế. Cùng với việc xây dựng thành công đường dây tải điện Bắc – Nam và một
số cơng trình lớn khác, hệ thống điện nước ta đã từng bước được cải tạo, nâng cấp.
Xuất hiện ngày càng nhiều nhà máy điện và các trạm biến áp phân phối điện, do đó
sản lượng cũng như chất lượng điện năng ngày càng được nâng cao.
Trong ngành điện thì cơng việc thiết kế máy điện là khâu vơ cùng quan trọng,
nhờ có các kỹ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới được ra đời cung cấp

cho các nhà máy điện. Khi điện được đã được sản xuất ra thì phải truyền tải đến nơi
tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện năng thì các vấn đề mà chúng ta cần quan
tâm là chất lượng điện năng và sự tổn thất điện năng trên đường dây tải điện, do đó
máy biên áp đóng vai trị rất quan trọng trong việc truyền tải điện và giảm tổn thất
trong quá trình truyền tải điện đi xa.
Việc giải quyết đúng đắn các vấn đề kinh tế - kỹ thuật sẽ đem lại lợi ích
khơng nhỏ cho nền kinh tế và ngành điện. Trong bối cảnh đó, thiết kế Máy biến áp
và tính tốn chế độ vận hành tối ưu khơng chỉ là nhiệm vụ mà cịn là sự cũng cố
tồn diện về mặt kiến thức đối với mỗi sinh viên ngành điện trước khi thâm nhập
thực tế…
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths. ĐỒN THANH BẢO, người đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi hướng thực hiện các nội dung của bản đồ án. Tôi sẽ
luôn ghi nhớ và tri ân những đóng góp, chỉ dạy, quan tâm của thầy trong suốt thời
gian thực hiện đồ án.
Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô giáo Khoa KT & CN,
đặc biệt là Ban chủ nhiệm Khoa KT & CN Trường Đại Học Quy Nhơn đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi học tập và nghiên cứu trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Quy nhơn, tháng 5 năm 2012
Sinh viên
Ngô Bảo Quốc
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

TOÅNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA
MÁY
BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC
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 hộ tiêu thụ lớn, một
vấn đề lớn đặt ra và cần giải quyết là việc truyền tải
Hộ tiêu thụ
điện năng đi xa làm sao cho kinh
tế nhất.
Đường
dây tải
Máy biến áp tăng áp
Máy biến áp giảm
Máy phát điện
áp
Hình 1-1. Sơ đồ mạng truyền tải đơn giản
Như 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 làm cho trọng lượng và chi phí dây
sẽ giảm xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên
đường dây cũng giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải
công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu,

trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường
là 35, 110, 220 và 500 kV,1000 kV. Trên thực tế, các máy
phát điện ít có khả năng phát ra những điện áp cao như
vậy, thường chỉ đến 21 kV, do đó phải có thiết bị để
tăng điện áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác hộ tiêu
thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6 kV, do đó
tới đây phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Những
thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát
điện, tức ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp
SVTH:
Ngơ
Bảo
Quốc
ĐKT_K30 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

khi tới các hộ tiêu thụ, tức là cuối đường dây dẫn
điện gọi là các máy biến áp. Thực ra trong hệ thống
điện lực, muốn truyền tải và phân phối công suất từ
nhà máy đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợp lý,
thường phải qua ba bốn lần tăng và giảm áp như vậy.
Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là
máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất. Từ
đó ta cũng thấy rõ, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ
truyền tải hoặc phân phối điện năng chứ không chuyển
hoá năng lượng.

Do đó tổng công suất đặt (hay dung lượng ) của các máy
biến áp trong hệ thống truyền tải gấp mấy lần công
suất của máy phát điện. Hiệu suất của máy biến áp
thường rất lớn (98 ÷ 99%), nhưng do số lượng máy biến áp
nhiều nên tổng tổn hao trong hệ thống rất đáng kể vì
thế cần phải chú ý đến việc giảm các tổn hao, nhất
là tổn hao không tải trong máy biến áp. Để giải quyết
vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo máy biến áp
người ta dùng chủ yếu là thép cán lạnh, có suất tổn
hao và công suất từ hóa thấp hay đặc biệt thấp, mặt
khác còn thay đổi các kết cấu mạch từ một cách thích
hợp như ghép mối nghiêng các lá tôn trong lõi thép, thay
các kết cấu bulông ép trụ và gông xuyên lõi thép
bằng các vòng đai ép hay dùng những qui trình công
nghệ mới về cắt dập lá thép tự động, về ủ lá thép,
về lắp ráp…. Nhờ vậy mà công suất và điện áp của
các máy biến áp đã được nâng lên rõ rệt.
Đi đôi với việc tăng giới hạn trên về công suất, người
ta cũng mở rộng thang công suất của máy biến áp làm
SVTH:
Ngơ
Bảo
Quốc
ĐKT_K30 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

thành nhiều dãy máy hơn so với trước kia để đáp ứng
một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành
máy biến áp. Những dãy máy biến áp mới ra đời từ
những năm 80 trở lại đây đã dần dần thay thế những
máy biến áp thuộc dẫy cũ không còn thích hợp nữa.
Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục,
các máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải ngày
càng nhiều và chiếm tới khoảng 50% công suất tổng.
Để tiết kiệm vật liệu tác dụng, vật liệu cách điện, vật
liệu kết cấu và giảm trọng lượng kích thước máy biến
áp, ngoài việc dùng máy biến áp tự ngẫu thay cho máy
biến áp hai dây quấn người ta còn áp dụng những
phương pháp làm lạnh tốt hơn, dùng những vật liệu kết
cấu không từ tính nhẹ và bền hơn…Khuynh hướng dùng
dây nhôm để thay dây đồng cũng đang phát triển. Các
máy biến áp cỡ lớn và trung bình thường sản xuất loại
một pha ghép thành tổ biến áp ba pha để thuận tiện
trong việc chuyên chở.
Ngồi máy biến áp điên lực dùng để truyền tải điện năng ,cịn có nhiều loại biến áp
dùng trong nhiều nghành chun mơn khác như: biến áp lị điện dùng trong luyện
kim , yêu cầu dùng dòng thứ cấp rất lớn đến hàng vạn ampe , biến áp nhiều pha
dùng để chỉnh lưu ra dòng điện một chiều , biến áp chống nổ dung trong hầm mỏ
,biến áp đo lường ,biến áp thí nghiệm ,biến áp hàn điện…
Ở nước ta sau ngày giải phóng miền Bắc mới có một
vài cơ sở thiết kế và chế tạo máy biến áp và đặc
biệt là sau khi thống nhất đất nước (1975) nhiều nhà
máy chế tạo máy biến áp mới đã được xây dựng. Tuy
vậy chúng ta cũng đã tiến hành sữa chữa, thiết kế
chế tạo được một khối lượng khá lớn máy biến áp,
SVTH:

Ngơ
Bảo
Quốc
ĐKT_K30 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

phuïc vuï cho nhiều cơ sở sản xuất trong nước, và máy
biến áp của ta cũng đã được xuất khẩu sang một số
nước. Nhà máy chế tạo biến thế Hà Nội nay liên doanh
với hãng thiết bị điện ABB đã chế tạo được nhiều loại
máy biến áp phân phối, điện áp tới 35 kV. Nhà máy
Thiết bị điện Đông Anh đã thiết kế chế tạo máy biến
áp truyền tải có công suất tới 125 MVA, 250 MVA, điện
áp 110 và 220 kV. Đó là những cố gắng và tiến bộ của
ngành chế tạo máy biến áp ở nước ta.
Mááy biến áp 3 cấp điện áp được quan tâm và dung nhiều, bởi ngồi việc phân phối
các cấp điện áp cao, cịn dùng để cung cấp nguồn tự dùng cho trạm,

Chương I TÍNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN
1.1 Tính tốn kích thướt chủ yếu MBA:
1.1.1 Các thông số cơ bản:

S(kVA)

U1/U2 (kV)
± 2 x 2,5%

Tổ nối dây

P0(W)

Pn(W)

F ( Hz)

1600

35/22/0,4
(1600/1200/400)

Y/Y0 - 12 - 12

2500

19000

50

Un %

6

1.1.2 Công suất mỗi pha của máy biến áp:
SVTH:

Sf= = = 533.333 (kVA)

Ngô
Bảo

Quốc

ĐKT_K30 7

I0%

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

m: số pha của máy biến áp
* Công suất trên mỗi trụ:
S’=

S
1600
=
= 533.333 (kVA)
t
3

t: số trụ của máy biến áp, với máy biến áp 3 pha t = 3
* Dòng điện định mức:
Vì máy biến áp nối Y nên dịng điện dây bằng dịng điện pha

- Phía cao áp:
Sđm
1600
IC = Icđm =
=
= 26.393 (A)
3U Cđm
3.35
- Phía trung áp:
IT =ITđm = == 31.492(A)
- Phía hạ áp:
IH = IHđm = = = 577.350 (A)
* Điện áp pha định mức:
- Phía cao áp:
Uf1 = =

35
= 20.207 (kV)
3

- Phía trung áp:
Uf2 = =

22
= 12.7 (kV)
3

- Phía hạ áp:
UH
= = 0.231 (kV)

3

UfH =

Các thành phần điện áp ngắn mạch:
Ta có

Ur% = = = 1.1875

Thành phần điện kháng của điện áp ngắn mạch:
Ux% = U n 2 − U r 2

=

6 2 -1.18752 = 5.88

Điện áp thử của các dây quấn :
Tra bảng 1 ta có :
- Phía hạ áp :

Ut3= 5 (kV)

- Phía trung áp:

Ut2 = 55 (kV)

- Phía cao áp :

Ut1=85 (kV)

- Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp :
Với Ut1 =85 (kV), tra bảng 7 ta được khoảng cách cách điện giữa dây
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

quấn cao áp và dây quấn hạ áp : a12 =27 (mm ), trong rãnh a12 đặt ống cách
điện dày δ 12=5(mm)
=k

4

S '.10−2

Trị số k theo bảng 4, ở cấp điện áp 35 (kV) chọn k =0,48
4

4

= k S '.10−2 = 0,52. 533,333.10−2 = 0,023
ar =a12 += 0,027 + 0,025 = 0,05 (m)
1.2 Chọn vật liệu làm lỏi sắt:
Chọn tôn cán lạnh của Nhật mã hiệu 27ZH95 , có chiều dày lá thép 0,27 mm
Ta chọn mật độ từ cảm trong trụ: Bt = 1,65 (T)
Theo bảng 24, chọn hệ số tăng cường gông : kg=1,015
Cách ép trụ:
Với máy biến áp công suất 1600 kVA, thì phải dùng phương pháp ép đảm bảo
hơn như dùng đai thép hay băng vải thuỷ tinh.
Cách ép gơng:
Bằng xà, đai ép bán nguyệt
Hình dạng, tiết diện gơng: số bậc ít hơn trụ 1 đến 2 bậc
Theo bảng 2, chọn số bậc thang trong trụ là 7, số bậc thang của gông lấy nhỏ
hơn trụ một bậc, tức gơng có 6 bậc .
Theo bảng 2, chọn hệ số chêm kín : kc=0,9
Theo bảng 3, chọn hệ số điền đầy : kđ=0,945
Hệ số lợi dụng của lõi sắt là :
K1d=kc.kđ= 0,9.0,945=0,8505
Mật độ từ cảm trong gông:
Bg === 1,625 (T)
Mật độ từ cảm ở khe hở khơng khí mối nối thẳng :
Bk’’= Bt = 1,65 (T)
Mật độ từ cảm ở khe hở khơng khí mối nối xiên :
Bk’= = = 1,167 (T)
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

1.3. Suất tổn hao thép trong trụ và gông:
Bt =1,65 T , tra bảng 22 được Pt =0,8765 (W/kg)
Bg=1,625T khơng có giá trị trong bảng ta tiến hành nội suy:
Bg=1,62 T , tra bảng 22 được Pg =0,8325 (W/kg)
Bg=1,63 T , tra bảng 22 được Pg =0,8472 (W/kg)
Do đó giá trị Pg ứng với Bg =1,625 T là:
Pg = = 0,8398 (W/kg)
* Suất từ hóa giữa trụ và gơng:
Bt = 1,65 T , tra bảng 22 được qt = 1,1(VA/kg)
Bg =1,625 T ta tiến hành nội suy :
Bg =1,62 T , tra bảng 22 được qg =1,0172 (VA/kg)
Bg =1,63 T , tra bảng 22 được qg =1,0448 (VA/kg)
Do đó, suất từ hóa của gông ở giá trị Bg = 1,625T là:
qg= 1,0172 += 1,031 (VA/kg)
* Suất từ hóa ở khe khơng khí khi ghép xen kẽ các lá tôn:
Ứng với mối nối thẳng:
Với Bk’’=1,65 (T), tra bảng 22 được

qk’’=1058 (VA/m2)

Bk’=1,16 (T) , tra bảng 22 ta được

qk’=481 (VA/m2).

Bk’=1,17 (T) , tra bảng 22 ta được

qk’=489 (VA/m2).

Do đó, suất từ hóa ở khe hở khơng khí (với mối nối xiên) ứng với
Bk’=1,166 (T) là:
qk’=481 += 485.8 (VA/m2)
1.4. Các khoảng cách cách điện chính:
Theo bảng 6 , với Ut =85(kV) ta chọn các khoảng cách cách điện:
- Giữa trụ và dây quấn hạ áp: a01=30 (mm)
- Giữa dây quấn hạ áp và cao áp: a12 =27 (mm)
- Ông cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp:

21

=5 (mm)

- Giữa dây quấn cao áp và cao áp: a22=30 (mm)
SVTH:
Ngô
Bảo
Quốc

ĐKT_K30 10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

- Giữa dây quấn cao áp đến gông: l01= l02=75 (mm)
- Tấm chắn giữa các pha: 22=3 (mm)
- Phần đầu thừa của ống cách điện: lđ2=50 (mm)
- Các hằng số tính tốn a,b lấy gần đúng theo bảng 25, 26:
a=1,4; b= 0,32 ; e=0,41
- 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 dịng điện xốy gây ra.
Theo bảng 5, kf =0,93
- Hệ số dây quấn kdq = 2,46.10-2
1.5. Đường kính trụ sắt:
d= 0,507 4

S'.β .ar .kr
= Ax
f .UnxBt2.kld2

A= 0,507 . 4

533,333.0,052.0,95
= 0,2319
50.5,88.1,65 2.0,8505 2

- Hệ số Rôgvski Kr lấy gần đúng, Kr = 0,95
- Trọng lượng của trụ:
Gt= +A2.x2
Trong đó:
A1= 5,663.104.a..A3.Kld = 5,663.104.1,4.0,2323.0,8505 = 842,3 ( kg)

A2= 3,605.104.A2.Kld.l0 = 3,605.104.0,2322.0,8505.0,075 = 123,77(kg)
- Trọng lượng của gông:
Gg=B1.x3 + B2.x2
B1= 2,4.104.kg.klđ.A3.(a + b + e)
= 2,4.104.1,015.0,8505.0.2323( 1,4 + 0,32 + 0,41 )= 545,49 (kg)
B2 = 2,4.104.kg.klđ.A2(a12 + a22)
= 2,4.104. 1,015.0,8505.0.2322( 0,027 + 0,03 )= 63,53 (kg)
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

Trọng lượng sắt gông:
GFe = Gt + Gg =+(123,77 +63,53)x2 +545,49 x3
Trọng lượng dây quấn:
Gdq= C1/x2
Trong đó:
C1 = kdq.S.a2/ (kf.klđ2.Bt2.Unr.A2)
= (2,46.10-2.1600.1,42)/(0,93.0,85052.1,652.1,1875.0,2322)
= 659,33 (Kg)

Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện và phần dây quấn tăng thêm:
Gdd=1,03.1,03.Gdq = 1,06Gdq
1.6. Tính sơ bộ các tổn hao:
1.6.1. Tổn hao không tải:
P0 = kf’.(Pt.Gt + Pg.Gg) = 1,25(0,8765.Gt + 0,8398Gg)
kf’ là hệ số phụ.
Đối với tôn cán lạnh do từ tính phục hồi đầy đủ sau khi ủ, hoặc do sự uốn nắn,
là tôn lúc lắp ghép … làm cho tổn hao tăng lên, lấy kf’=1,25 .
Thành phần phản kháng của dịng điện khơng tải có thể tính theo cơng
suất từ hóa Q(VA):
i0x% = %
Cơng suất từ hóa:
Q= kf’’.(Qc + Qf + Q δ )
Trong đó :
kf’’: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính khơng hồn tồn khi ủ lại lá tơn cũng
như uốn nắn và ép lõi sắt, chọn kf’’=1,25.
Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông :
Qc =qt.Gt + qg.Gg =1,1.Gt + 1,031Gg
Qf : cơng suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng
Qf =40.qt.G0 =40.1,1.G0
- Trọng lượng một góc mạch từ:
SVTH:
Ngơ
Bảo

Quốc

ĐKT_K30 12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

Với công suất từ 1000 KVA trở lên ta có:
G0=0,492.10 4 .kg.klđ.A3.x3
=0,492.10 4 .1,015.0,8505.0,232 3 .x 3 =53,03.x 3
Q : công suất từ hóa ở những khe hở khơng khí nối giữa các lá thép.
Q δ =3,2.q .Tt = 3385,6Tt (VA)
Tiết diện tác dụng của trụ (tính lại):
Tt =0,785.klđ.A2.x2 = 0,785.0,8505.0.2322.x2= 0,0359.x2 (m2)
Do đó: Q = 3385,6.0,0359 .x 2 = 121,54. x 2 (VA)
Đường kính trung bình rãnh dầu giữa hai dây quấn:
d12 =a.d =1,4.d
Chiều cao dây quấn:
l= ; hệ số hình dáng
Tính dịng khơng tải:
Q
( 1,1.Gt + 1,031Gg +121,66. x 2 + 53,03.x 3 )
1,
25.
i0x =
=
10.S
10.1600

i0r =
i0 =

P0 1,2 ( 0,8765.Gt + 0,8398Gg )

=
10.1600
10.S

i 20x + i 20r

Mật độ dòng điện trong dây quấn:
J=

k f .Pn
K .Gdq

Trong đó:
K là hằng số phụ thuộc vào điện trở suất của dây quấn
Kcu = 2,4.10-12
1.6.2. Lập bảng xác định trị số
SVTH:

Ngô

Bảo

tối ưu:
Quốc

ĐKT_K30 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

trong khoảng 1,8

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

2,4. Gía trị β tìm được phải thõa mãn các tiêu chuẩn kỹ

thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P0 = 2500 W
β

1,8

2

1.158

1.189

1.204

1.218

1.245

1.342

1.414

1.449

1.483

1.549

1.554

1.682

1.744

1.806

1.928

726.423

707.538

698.961

690.879

676.012

165.978

174.956

179.276

183.45

191.654

892.400

882.494

878.237

874.374

867.667

B1.x3=369,16.x3

847.710

917.414

951.606

985.393

1051.843

B2.x2 =48,67.x2

85.238

89.849

92.68

94.235

98.425

Gg=B1.x3+B2.x2

932.948

1007.263

1043.674

1079.28

1150.268

GFe=Gt+Gg

1825.348

1889.757

1921.911

1954.002

2017.935

P0=1,25(0,8765.Gt +
0,8398.Gg)

1957.098

2024.257

2057.815

2091.25

2158.132

G0=53,03.x3

82.360

89.133

92.455

95.737

102.193

Tt =2,75.10 −2 x2

0.048

0.051

0.052

0.053

0.056

Qc=1,1Gt+1,031Gg

1943.510

2009.231

2042.088

2074.908

2140.360

Qf = 1563,32 x3

3623.858

3921.834

4068.003

4212.440

4496.506

Qδ=93,104 x 2

163.150

171.976

176.223

180.370

188.390

Q0=1,25(Qc+ Qf+Qδ)

7163.147

7628.802

7857.892

8084.647

8531.570

44.770

47.680

49.112

50.529

53.322

491.439

466.220

454.984

444.523

425.598

520.925

494.193

482.283

471.194

451.134

x= 4 β
4
x2 = β

2

x3= 4 β 3
A1 564,075
=
x
x

A2.x2=94,76.x2
Gt =

i0x=

A1
x

+ A2.x2

Q0
(%)
10.S

Gdq =

C1 580,77
=
x2
x2

Gdd=1,06Gdq

SVTH:

Ngô

Bảo

2,1

Quốc

2,2

2,4

ĐKT_K30 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

Kdq.Fe.Gdd =1,8Gdd
’

C td=GFe+Kdq.Fe.Gdd
J = K f .Pn / 2, 4.Gdq .10

937.665

889.547

868.109

848.150

812.042

2763.013

2779.304

2790.020

2802.152

2829.977

3.871

3.974

4.023

4.070

4.159

6

Với giới hạn P0 ≤ 2500 W, và C ' tdmin( β = 2, 4 ) >C ' tdmin( β = 2, 2 ).

Vậy chọn β = 2.1
1.7. Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn
hao:
1.7.1. Đường kính của trụ sắt là:
d =A.x = 0,232.1,203 =0,279 (m)
Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất: d=0,28 (m)
* Tính lại trị số β :
β = ( )4= (

0, 28 4
) = 2,123
0, 232

Với =1,836 ta có:
x= 4 β

= 1,207

2
4
x2 = β = 1,45

x3= 4 β 3 = 1,758
Trọng lượng của trụ:
Gt =

841, 4
A1
+A2.x2 =
+ 123,77. 1,45 = 877,31(kg)

1, 203
x

Trọng lượng gông:
Gg=B1.x3 + B2.x2 = 1051,98(kg)
Trọng lượng sắt gông:
GFe=Gt + Gg = +(123,77 +63,53)x2 +545,49 x3
= 1929,29(kg)
Trọng lượng dây quấn:
Gdq= C1/x2 = 452,51(Kg)
Kiểm tra mật độ dịng điện:
SVTH:
Ngơ

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

J = K f .Pn / 2, 4.Gdq .106

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

= 4,033.106 ( A/m2)

Trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện:

Gdd=1,06.Gdq= 479,66 (kg)
Tổn hao khơng tải:
P0=1,25(0,8765Gt+0,8398Gg) = 2065,52 (W)
Dịng điện khơng tải:
I0 =

Q
10.S

Trong đó:
Q: cơng suất từ hóa (VA)
Q= kg’’(Qc + Qf + Q δ )
Qc : công suất tổn hao chung của trụ và gông .
Qc = qt.Gt + qg.Gg = 1,1. 877,31+ 1,031. 1051,98
= 2049,64 (VA)
Qf : cơng suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng :
Qf =40.qt.G0=40.1,1.53,03.x3 =4101,73 (VA)
Q δ : cơng suất từ hóa ở những khe hở khơng khí nối giữa các lá thép
Q = 121,60. x 2 = 177,185 (VA)
Vậy :
Q = 1,25(Qc + Qf + Q )
= 1,25.( 2049,64 + 4101,73 + 177,185)= 7910,25 (VA)
I0 =

Q
= = 0,49%
10.S

Đường kính trung bình của rãnh dầu:
d12 =1,4.d=1,4.0,28 =0,392 (m)

Chiều cao dây quấn sơ bộ:
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

l=

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

π .d12
= = 0,579 (m)
β dm

Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt:
3,14.0, 28.0, 28
π .d dm 2
Tt =kđ.Tb = kld.
= 0,8505.
= 0,052 (m2)
4
4

Điện áp một vòng dây:
Uv = 4,44.f.Bt.Tt = 4,44.50.1,65.0,052 = 19,17 (V)
1.7.2. Kiểm tra ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện dây:
σ r = M .x 3
Máy biến áp 3 pha dây đồng nên:

Mcu =0,244.10-6k n 2.kf.kr.
−π .
100 
 1+ e U X
Kn=1,41.
Un 


UR

Pn
a. A


÷=1,41.
÷


100
.( 1 + )= 35,955
6

Mcu =0,244.10-6.(35,955)2.0,93.0,95. = 16,306

Vaäy: σ t = 16,306 . 1,577 = 25,719(MN/m2)

SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN
2.1. Các yêu cầu chung đối với dây quấn:
Các yêu cầu chung chia làm 2 loại: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo.
2.1.1. Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện, cơ và nhiệt:
- về mặt điện : khi vận hành thường dây quấn máy biến áp có điện áp do đó
cách điện máy biến áp phải tốt nghĩa là phải chịu điện áp khi làm việc bình
thường và quá điện áp khi đóng ngắt mạch điện hay do sét. Anh hưởng của
quá điện áp do đóng ngắt với điện áp làm việc bình thường, thường chủ yếu
cách điện chính của máy biến áp, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau
và cách điện giữa các dây quấn với vỏ máy; còn quá điện áp do sét đánh lên
đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của máy biến áp tức là giữa
các vòng dây giữa các lớp dây hay giữa các bánh dây

- về mặt cơ học: dây quấn không đươc biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng
của lực cơ học do dòng ngắn mạch gây ra
- về mặt chịu nhiệt: khi vận hành bình thường cũng như ngắn mạch dây quấn
khơng có nhiệt độ cao q
2.1.2. u cầu về chế tạo:
Dây quấn chế tạo đơn giản tốn ít nguyên liệu và nhân công thời gian chế tạo
nhanh giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo về mặt vận hành
Dây quấn máy biến áp là 1 bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và
truyền tải năng lượng đi
Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia dây quấn biến áp
thành 2 kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ
* Dây quấn đồng tâm: cuộn hạ áp và cao áp quấn thành những hình ống
đồng tâm, khi bố trí thường cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngồi cùng
SVTH:

Ngơ

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

vì sẽ dễ dàng rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm kích thước cách
điện với trụ

* Dây quấn xen kẽ: cuộn cao áp và hạ áp quấn thành từng bánh có chiều cao
thấp và quấn xen kẽ do đó giảm được lực chiều trục khi ngắn mạch, dây quấn
xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn tuy nhiên dây quấn xen
kẽ kém vững chắc hơn dây quấn đồng tâm mặt khác dây quấn xen kẽ có nhiều
mối hàn giữa các bánh dây.
2.2. TÍNH TỐN DÂY QUẤN HẠ ÁP.
2.2.1. Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp:
WH=

U fH
Uv

231
= 12,04 (v)
19,17

=

Lấy tròn WH =12 (vòng)
Ta tính lại: Uv = = 19,24(v)
* Mật độ dịng điện trung bình:
Jtb=0.746.kf

19000.19, 24
Pn.Uv
= 0,746.0,93.
.104 = 4,04 (MA/m2)
1600.0,392
S .d 12

Tiết diện sơ bộ của một vòng dây của dây quấn hạ áp:
TH’=

IH
= .10-6= 142,74.10-6 (m2) = 142,74(mm2)
Jtb

Theo bảng 38 trang 221 [TL1] với máy biến áp có:
S=1600(KVA), IH=577,350(A),UH= 400(V),T ,H =142,74(mm 2 )
Chọn kết cấu dây quấn hình xoắn kiểu xoắn đơn, chọn chiều cao rãnh dầu
ngang sơ bộ hr =5mm.
Dựa vào bảng 9 ta chọn số đệm cách điện giữa các bánh dây là 10.
Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện ) sơ bộ là :
hv2 =

– hr2= - 0,005 = 0,031 (m) = 31(mm)

Vì hv2> 15(mm) do đó ta chọn dây xoắn kép hình chữ nhật, dây quấn có rãnh
dầu ngang giữa, hốn vị phân bố đều.
SVTH:
Ngô
Bảo

Quốc

ĐKT_K30 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

Rãnh dầu ngang giữa các nhóm hr =5(mm). Theo [PL] bảng 8 ta chọn tiết diện
mỗi vòng dây gồm 8 sợi song song, chia thành 2 nhóm mỗi nhóm gồm 4 sợi .
ПБ-8. ; 18,2
Trong đó:
ПБ là mã hiệu dây dẫn đồng tiết diện chữ nhật
tiêu chuẩn
nvH = 4 là số sợi chập
TdH = 18,7 là tiết diện tiêu chuẩn của mỗi sợi chập
a: chiều dày dây dẫn tiêu chuẩn
b: chiều rộng dây dẫn
a’ = a + 2.δ = 1,7 + 0,5 = 2,2 mm
b’ = b + 2δ = 15,1+ 0,5 = 15,6 mm
2.δ = 0,5 mm là chiều dày cách điện hai phía theo
tiêu chuẩn

SVTH:

Ngơ

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

* Tiết diện mỗi vòng dây gồm 2 sợi chập lại là:
TH=n vH .TdH.10-6=8.18,2.10-6=145,6.10-6 =145,6(mm2)
* Chiều cao thực của mỗi vòng dây là:
hvH=2.b’ + δ = 2.15,6 +5 = 36,2 (mm)
* Mật độ dòng điện thực của dây quấn hạ áp:
JH=

IH
= .106 = 3,965.106 A/m2 = 3,965(MA/m2)
TH

* Chiều cao thực của dây quấn hạ áp :
Đối với dây quấn hình xoắn kép hốn vị phân bố đều có rảnh dầu giữa tất cả
các bánh dây:
LH =2.8,5.10-3(12+1) +0,95.5.(2.12 +1).10-3 = 0,524 (m)
* Bề dày của dây quấn hạ áp:
aH=

nvH
8
.a. 10-6 = .2, 2. 10-6 = 0,0068 (m)
2
2

nvH : số sợi chập, nvH=8 sợi
n : đối với dây quấn hình xoắn mạch kép, n= 2
a’ : chiều rộng của dây quấn khi có cách điện, a’= 2,2 (mm)
* Đường kính trong của dây quấn hạ áp:

DH’=d+2a01.10-3=0,28+2.30.10-3= 0,34 (m)
Với a01: khoảng cách giữa trụ và dây quấn hạ áp, a01=30 (mm)
* Đường kính ngồi của dây quấn hạ áp:
DH’’=DH’+2aH=0,34+ 2.0,0068= 0,354(m)
2.2.2. Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp:
GcuH =28.t.

DH' + DH''
.WH .TH.103
2

= 28.3..12.145,6.10-6.103 =50,898(kg)
Trọng lượng đồng của dây quấn hạ áp kể cả cách điện:
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

GddH=1,02.GcuH=1,02.50,898= 51,915 (kg)
2.2.3. Bề mặt làm lạnh của dây quấn hạ áp:

MH =4.t.k. π .(DH’+aH).(aH+ b’.10-3).W2
= 4.3.0,75.3,14.(0,35+0,0068).(0,0068+15,6.10-3).12
= 2,634 (m2)
2.3. TÍNH TỐN DÂY QUẤN CAO ÁP:
2.3.1. tính số vịng dây cao áp:
Số vịng dây cao áp khi điện áp định mức:
WCđm= 12.

35
= 1050 (vòng)
0,4

Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp:
Wđc= 0,025.1050 ; 27 (vòng)
-cấp 36750 V : WC= 1050 + 2.27 =1104 (vòng)
-cấp 35875 V : WC= 1050 + 27 = 1077 (vòng)
-cấp 35000 V : WC = 1050 (vòng)
-cấp 34125 V : WC = 1050 – 27 = 1023 (vòng)
-cấp 33250 V : WC = 1050 – 2.27 = 996 (vịng)
Ta chọn sơ đồ hình 37d trang 167[TL1] làm sơ đồ điều chỉnh điện áp
Điệ

Pha

Pha

Pha

n

A

B

C

V)
3675

A2 A3

B2B3

C2C3

0
3587

A3 A4

B3B4

C3C4

5
3500

A4 A5

B4B5

C4C5

0
3412

A5 A6

B5B6

C5C6

áp(

SVTH:
5
3325
0

Ngơ
A6 A7
B6B7

Bảo
C6C7

Quốc

ĐKT_K30 22

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

Thành lập các cực của đầu dây quấn ứng với đầu ra của nấc điều chỉnh điện áp
mỗi pha. Ta vẽ pha A, pha B và pha C tương tự pha A.
2.3.2. Sơ bộ chọn mật độ dịng điện theo cơng thức:
Jc=2.Jtb-JH=2.4,04.106–3,965.10 6 4,09.10 6 (A/m2)= 4,12 (MA/m2)
* Chọn sơ bộ tiết diện dây dẫn:
T’c =

IC
.106 = .106 = 6,39.10-6 (m2) = 6,39(mm2)
Jc.

Theo bảng 12, S = 1600(KV), IC=26,393(A), UC=35000(V) ,TC’=6,39(mm2) ta
chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xoáy ốc liên tục dây dẫn hình chữ nhật.
Chiều cao rãnh dầu ngang hr=5 (mm).
Theo bảng 21 trang 199[TL1] ta chọn dây chữ nhật mã hiệu πσ
Có qui cách như sau :
ПБ-1. ; 6,54
* Mật độ dòng điện thực:
JC=

IC
= .106 = 4,035.106(A/m2)= 4,035(MA/m2)
Jc.

* Chiều cao mỗi bánh dây:

hbc =b’.10-3 = 5.10-3= 5 (mm)
* Số bánh dây trên mỗi trụ sắt :
nbc = = = 57,9 = 58 (bánh)
* Số vòng dây trong mỗi bánh dây:
Wbc=

Wc
1104
=
= 19,03 20 (vòng)
nbc
58

* Chiều cao thực của dây quấn cao áp :
Lc = { b’.nbc + k.[hr(nbc – 2) + hdc]}.10-3
= { 5.58 + 0,96[ 5(58 – 2) + 12]}. 10-3 = 0,57(m)

Trong đó:
SVTH:

Ngơ

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

K = 0,96 là hệ số kể đến sự co ngót của dây quấn sau khi sấy khô và ép.
hđc : khoảng cách tối thiểu của rãnh điều chỉnh (tra bảng 28 trang 205[TL1] )
* Chiều dày dây quấn cao áp :
ac = a’.Wbc.10-3 =2.20.10-3 = 40.10-3(m) = 40(mm)
* Đường kính trong của dây cao áp :
D’c=D’’H + 2a12 =0,354 + 2.0,027=0,407 (m)
* Đường kính ngồi của dây quấn cao áp :
D’’c=D’c + 2ac = 0,407 + 2.0,038 = 0,487 (m)
* Khoảng cách giữa hai trụ cạnh nhau:
C=D’’c + a22 =0,487 + 0,03 = 0,517(m)
2.3.3. Bề mặt làm lạnh của dây quấn cao áp :
Mc =2.t.k. π (D’c+ac).nbc.(ac+b’.10-3)
= 2.3.0,75.3,14.( 0,407 + 0,04).58.(0,04 + 5.10-3)
= 16,51 (m2)
2.3.4. Trọng lượng dây quấn cao áp :
Dc ' + Dc ''
.Wcdm .Tc .103
GcuC =28t.
2

= 28.3.

0, 407 + 0, 487
. 1050.6,54.10-6.103
2

= 258,18(Kg)

Trọng lượng đồng của dây dẫn nối tiếp kể cả cách điện (theo bảng 29 trang
206 [TL1] cần phải tăng trọng lượng dây dẫn lên 2%)
Gdqc =1,02.258,18 = 263,35 (kg)

2.4. TÍNH TỐN DÂY QUẤN TRUNG ÁP :
SVTH:
Ngô
Bảo

Quốc

ĐKT_K30 24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TK MBA 3 CẤP ĐIỆN ÁP

2.4.1 Số vòng dây của cuộn trung áp :
Wtđm = 12.

22
= 660 (vòng)
0,4

* Số vòng dây của một cấp điều chỉnh điện áp:
Với 4 cấp điều chỉnh:
Wđc = 0,025.Wtđm = 0,025.660 =16,5 ≈ 17 (vòng)
* Số vòng dây tương ứng với các đầu phân áp:
23100 V: WT= WTđm + 2Wđc = 660 + 2.17= 694 (vòng)

22550 V: WT = WTđm + Wđc = 660+ 17 = 677 (vòng)
22000 V : WT = WTđm = 660 (vòng)
21450 V: WT = WTđm - Wđc = 660 – 17 = 643 (vòng)
20900 V: WT= WTđm - 2Wđc = 660 – 2.17 = 626 (vòng)
2.4.2. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện:
JT = 2.Jtb - JH = 2 .4,04.106 – 3,965.10 6 = 4,12 (MA/m2)
* Chọn sơ bộ tiết diện dây dẫn:
T’T =

IT
.106 = .106 = 7,63.10-6 (m2) = 7,63 (mm2)
JT .

Theo bảng 12, S=1600(KV), IT=31,492(A), UT=22000(V) ,TC’=7,63(mm2), ta
chọn kết cấu dây quấn kiểu bánh dây xốy ốc liên tục dây dẫn hình chữ nhật
Chiều cao rãnh dầu ngang hr=5 (mm).
* Chọn kích thước dây dẫn: theo bảng 21 trang 199[TL1] chọn dây dẫn chữ
nhật, mã hiệu πσ . Có thể dùng 1, 2 hay 4 sợi ghép song song ta chọn 1 dây và
có qui cách như sau:

ПБ-1. ; 8,14
SVTH:

Ngô

Bảo

Quốc

ĐKT_K30 25