Đề tài Thiết kế máy biến áp ba pha dầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN – TẠI CHỨC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA DẦU SVTH: NGUYỄN THANH TÙNG LỚP: ĐIỆN 1K1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở không khí. Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng bộ phận mang chúng. Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm ứng điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều có điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng trong dây quán thực hiện bằng phương pháp điện. Mặt khác, máy biến áp nó còn có vai trong quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển…. Nên việc tính toán không khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cô cho nhận xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt bài tập này và hoc em được học hỏi nhiều vấn đề về máy biến áp trong thời gian khai thác. Xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 14 tháng 6 năm 2004 Người thiết kế NGUYỄN THANH TÙNG PHẦN I: VAI TRÒ CỦA MBA TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 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 ếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ điện lớn, một vấn đề ất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh ế 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 ăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy có thể làm tiết diện ây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, đồng thời tồn hao năng ượng trên đường dây cung sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa,ít tổn hao và nết kiệm kim loại mầu trên đường đây 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 đến6KV, 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 tấn các hộ 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 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 đápứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước nhà. Hiện nay chúng ta đãsản xuất được những MBA có dung lượng 63000KVA với điện áp 110 kV. ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên lí cảmứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệthống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện, được gọi là sơ cấp (SC). Đầu ra của MBA được nối với tải gọi tà 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 . + Wl : Số vòng dây cuộn sơ cấp . Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp . + Ul : Điện áp thứ cấp . + I1 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp . + P1 : Công suất thứ cấp . + Wl : Số vòng dây cuộn thứ cấp . CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho phù hợp vớitừng loại máy .Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA . Điện áp định mức Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu Ulđm là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.Điện áp thứ cấp định mức kí hiệu U2đm là điện áp giữa các cực của dây quấn sơcấp. Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức,người ta qui ước với MBA 1 pha điện áp định mức là điện áp pha với MBA 3 pha làđiện áp dây. Đơn vị của điện áp ghi trên nhãn máy thường là KV. Dòng điện định mức Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của MBA, ứngvới công suất định mức và điện áp định mức. Đối với MBA 1 pha dòng điện định mứclà dòng điện pha. Đối với MBA 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây. Công suất định mức Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức. Công suất địnhmức kí hiệu là Sđm , đơn vị là VA, KVA . Đối với MBA 1 pha công suất định mức là : Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : 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 : + 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 nghiệm. + 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 . VAI TRÒ CỦA MÁY BIẾN ÁP TRONG TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Hiện nay mang điện trải rộng ở khắp mọi nơi, nhưng điện năng chỉ được sản xuất ở một số ít nhà máy phát điện , mà các nhà máy này được xây dựng ở những nơi có các đặc điểm như gần sông hồ lớn , gần mỏ than ….vì vậy mà cách xa nơI tiêu thụ hang trăm hàng nghìn km Điện năng có đặc điểm là khi xản xuất ra cần phảI tiêu thụ ngay .Chính vì vậy cần phảI truyền tảI điện năng tới ngay nơI tiêu thụ . Điện năng được truyền tảI bằng các đường dây điện.Với mạng lưới dài tới hàng trăm hàng nghìn km Giả sử ta cần truyền tải một công suất P của máy phát trên quãng đường dài. Công suất P , hiệu điện thế U và dòng điện trên dây dẫn liên hệ với nhau bằng biểu thức: P = U.I Do hiệu ứng jun-lenxơ,trên đường dây sẽ có một công suất hao phí ΔP sẽ biến thành nhiệt toả vào môI trường . Ta có biểu thức tính tổn hao : ΔP= U2/R Trong đó R là điện trở dây dẫn Vì ΔP là tổn hao công suất do vậy cần phải giảm ΔP xuống mức thấp nhất .Chẳng hạn muốn giảm ΔP xuống 100 lần thì ta có thể làm hai cách: • Giảm R xuống 100 lần • Tăng u lên 100 lần Nếu làm theo cách thứ nhất thì ta phải tăng tiết diện dây lên 100 lần ,đồng nghĩa với việc ta phải tăng khối lượng dâu dẫn lên 100 lần .Điều này là quá tốn kém vì ta phải tăng sức trống đỡ của cột lên 100lần và giá thành vật liệu sẽ quá cao.Như ta đã biết việc tăng U lên 10 lần chỉ có thể thực hiện được khi ta sử dụng MBA.Ta nhìn vào mô hình mạng điện sau đây: Máy phát điện ở các nhà máy phát điện chỉ có thể tạo ra dòng điện tới 24kv.Trạm biến áp ở nhà máy điện có khả năng nâng điện thế đó lên tới 500kv .Quãng đường truyền tảI càng xa càng cần diện áp cao. Trên quãng đường truyền tảI cần nhiều trạm biến áp trung gian nhằm mục đích tiếp tục nâng hay giảm điện áp vì điện áp của nơi tiêu thụ chỉ cần điện áp thấp vai trăn vol Trong các hệ thống điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4÷ 5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng công suất đặt của các máy biến áp gấp mấy lần công suất của máy phát điện.Người ta đã tính được rằng nó gấp 6÷7 hay 8 lần hoặc hơn thế nữa hiệu suất của máy biến áp thường rất lớn 98 ÷99 % nhưng do số lượng máy biến áp nhiều lên tổn hao trong hệ thống điện là rất đáng kể.Có thể nói trên mạng truyền tải điện năng thì MBA được chia làm hai loại chính là MBA truyền tải điện áp cao, MBA trung gian và MBA phân phối. • MBA truyền tải điện áp cao ,công suất lớn nó đảm nhiện cung cấp điện cho một vùng, một khu vực. Vì vậy yêu cầu đối với loại máy này là: Un phải lớn đông thời phảI điều chỉnh được điện áp đưới tải • MBA phân phối với công suất vừa và nhỏ,cung cấp điện cho một vùng dân cư nhỏ, hay một số ít nhà máy. yêu cầu với loại nay là Un từ 4-5%, AU nhỏ, điều chỉnh không điện,hay thận chí không điều chỉnh Đề tài của em là thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp với công suất là: S= 2500 KVA vơi điện áp 35/ 0,4 kv. Đây thuộc loại MBA dân dụng PHẦN II : THIẾT KẾ Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế MBA ba pha điều chỉnh điện áp công suất 2500 KVA Các số liệu ban đầu: Dung lượng 2500 KVA Điện áp 35000 ±2.5%/400 V Tần số 50Hz Tổn hao không tải 5000 W Tổn hao ngắn mạch 20000 W Điện áp ngắn mạch 6% Dòng điện không tải 5% Tổ nối dây Y/Y-12 CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP I. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP. Dựa vào các số liệu ban đầu của nhiệm vụ thiết kế đã cho ta xác định được các đại lượng điện sau: 1. Dung lượng 1 pha. S= = =833,33 (KVA) Dung lượng 1 trụ: S= ==833,33 (KVA) 2. Dòng điện dây định mức: Phía cao áp : = = =41,24(A) Phía hạ áp : I= =3608,44(A) 3. Dòng điện pha định mức. - Phía cao áp nối Y: I = I = 41,24 (A) - Phía hạ áp nối Y: I = I =3608,44(A) 4. Điện áp pha định mức: - Phía cao áp nối Y: U= ==20,21(KV) - Phía hạ áp nối Y: U= == 231(V) 5. Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1). U = 50 (kV) ; U = 10 (kV) II. CHỌN CÁC SỐ LIỆU XUẤT PHÁT VÀ TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU. 1.Với Ut1 = 50 (QV) Tra bảng 14 – 2 tài liệu1. Có : Δ = 18 (mm) δ12= 4 (mm) *Theo công thức (20-13a) TL1 có : Δ1 + Δ2 = K. Chọn K = 2 ⇒ Δ1 + Δ2 = 2 =10,75 (cm) * Chiều rộng quy đổi từ trường tản. bc = Δ + =18+3,58=21,58(mm) 2. Hệ số quy đổi từ trường tản: Kr = 0,95 3. Thành phần điện áp tác dụng của điện áp ngắn mạch U%== =0,8% Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch Un%=5,95% CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH TỪ 1. CHỌN TÔN SILIC Lõi sắt là phần mạch từ của MBA, là phần dẫn từ thông chính của MBA. Do đó khi thiết kế cần phẩi đảm bảo làm sao cho thoả mãn những yêu cầu như, tổn hao sắt chính và phụ nhỏ, lượng tôn silic sử dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điều đầy của lõi sắt lớn. Mặt khác lõi sắt cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác nữa như: dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra, đối với một số MBA còn gắn cả nắp máy để có thể nâng cẩu toàn bộ lõi sắt ra khỏi vỏ khi sửa chữa. Hơn thế nữa lõi sắt còn có thể chịu được lực cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn.Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thì việc chọn loại tôn silic như thế nào là rất quan trọng, với silic có độ dày bao nhiêu, thành phần silic bao nhiêu là được. Khi tôn silic có thành phần silic trong lá tôn sẽ bị dòn, đàn hồi kém đi.ở đây ta chọn loại tôn cán lạnh là vì loại tôn này có ưu điểm vượt trội về khả năng dẫn từ và giảm hao mòn so với tôn cán mỏng. Tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ không đẳng 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 thép lên tới ( 1,6 -> 1,65)T trong khi đó tôn cán nóng chỉ là (1,4 -> 1,45)T từ đó giảm được tổn hao trong máy, giảm được trọng lượng kích thước máy đặc biệt là rút bớt được đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận lợi cho việc chuyên chở. Tuy nhiên giá t hành tôn cán lạnh có hơi cao nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn kinh té hơn những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng.lại định hướng ban đầu. Các lá thép kỹ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện mặt ngoài trước khi ghép chúng 2 Tra bảng 44-4 (tài liệu 1) chọn tôn cán lạnh mã hiệu 3406 dày 0,35mm chọn BT = 1,65. Chọn sơ bộ số bậc của trụ là 8 bậc theo bảng 10 -2 TL1 tiết diện gông có 3 cấp với Kg = 1,03 ⇒ Bg ==1,6T Hệ số chèn kín Kp = 0,936 hệ số điện dày 0,91 hệ số lợi dụng lõi thép Kcd = 0,93. 0,91 = ≈ 0,85. Suất tổn hao trụ và gông.Tra bảng 44- 4 TL1Có: Pt = 1,261 W/Kg qt = 2 Var/Kg Pg = 1,145 W/Kg qg = 1,64 Var/Kg Tra theo mục 4.2. TL1 suất từ hoá khe hở không khí + Nối ghép nghiêng qss = 6225.cost2 = 16947 Var/m2 + Nối ghép thẳng qss = 7050.cost2 = 19194 Var/m2 Khoảng cách cách điện chính Dựa vào bảng 14 -1, 14 -2 TL1 Có e = 21 mm Δ = 18mm d = 45 mm c = 22 mm δ12 = 4mm Tấm chắn giữa các pha δ22 = 3mm Chọn δ = 1,4; b = 0,35; Kf = 0,91 theo 20 - 41 c, d,e TL1) Chọn KR = 0,95 Chọn hệ số hình dáng: ở mục 20 -1 tài liệu 1 đã đưa tính toán MBA theo hệ số hình dáng β = π.Ds/lv: đường kính trung bình của cuộn dây, lv chiều cao của dây quấn. - Trị số β thường biến thiên rất rộng từ 1,2 ÷ 3,6 nó ảnh hưởng rõ rệt tới các đặc tính kỹ thụât và kinh tế của MBA. * Về mặt kinh tế - Nếu các MBA có cùng công suất điện áp và các thông số kỹ thuật ban đầu thì nếu β nhỏ MBA sẽ “gầy”, “cao”… nếu β lớn thì MBA sẽ “béo” và “thấp” với trị số β khác nhau thì tỉ lệ trọng lượng sắt và đồng trong MBA cũng khác nhau. β nhỏ thì lượng sắt ít lượng đồng nhiều, β lớn thì lượng sắt lớn lượng đồng ít. Như vậy chọn β thích hợp không chỉ ảnh hưởng đến kích thước của máy mà còn ảnh hưởng tới vật liệu cấu thành lên máy biến áp đến giá thành của MBA. * Về mặt lỹ thuật - Nếu β lớn thì đường kính d lớn và trọng lượng sắt tăng. Do vậy mà tổn hao sắt tăng vì vậy mà dòng điện không tải tăng lên.Muốn giữ tổn haokhông đổi khi β tăng thì trọng lượng đồng giảm xuống , nhưng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng điện và lực điệntừ tác dụng lân dq lại tăng lên. - Vậy chọn lựa β hợp lý có ảnh hưởng tới cả vấn đề về kinh tế và kỹ thuật của MBA do vậy các công thức 20 – 41 TL1. Cho phép tính toán để tìm được β hợp lí. A=16=16=27,35 A1 = 5,66. 10-2.δ.A.Kp = 5,66.10-2.14.32 .0,93=2415 (Kg) B1 = 2,4.10.KG.Kp .A (δ + b + 0,375) B1 = 2,4 .10.1,03.0,93.32 (1,4 + 0,4 + 0,375) = 1638,5 A2 = 3,6. 10.d.A.Kp = 3,6.10.4,5.32 .0,93 = 154 (Kg) B2 = 2,4 .10.KG.kp.A (Δ + c) = 2,4.10.1,03.0,93.32 (1,8 + 2,2) = 94 (Kg) C1 = K.10. =1,27.10 = 480(Kg) Các số liệu tính toán sơ bộ được thống kê ở bảng dưới đây chọn Chọn β = 2 * Đường kính trụ sắt là: D = A. = 32. 4 2 = 38,05 (cm) Chọn D = 380 (mm) * Đường kính trung bình dãnh dầu sơ bộ theo 20 – 41 d TL1 D = δ.D = 1,4 .380 = 532 (cm) * Chiều cao dq sơ bộ Lv===835,2(mm) Chọn 84 cm * Tiết diện hữu hiệu trụ lõi thép S=K.=0,85. =963,5(cm) CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY QUẤN MÁY BIẾN ÁP I. CÁC YÊU CẦU CHUNG 1. yêu cầu vận hành a. Yêu cầu về điện Khi vận hành thường dây quấn MBA có điện áp làm việc bình thường và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay sét đánh gây nên. ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp làm việc bình thường,thường chủ yếu là đối với cách điện chính của MBA, tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với vỏ máy, con quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của MBA, tức là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây của trong dây quấn. b. Yêu cầu về cơ học. Dây quấn không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên. c. yêu cầu về nhiệt Khi vận hành bình thường cũng như trong trường hợp ngắn mạch, trong thời gian nhất định dây quấn không được có nhiệt độ quá cao vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng mất tính đàn hồi, hoá giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện là 15 đến 20 năm. 2. Yêu cầu về chế tạo. Làm sao cho kết cấu đơn giản tốn ít nguyên vật liệu và nhân công, thời gian chế tạo ngắn, giá thành hạ và phải đảm bảo về mặt vận hành. Như vậy yêu cầu đối với thiết kế là. + Phải có quan điểm toàn diện : kết hợp một cách hợp lý giữa hai yêu cầu về chế tạo và vận hành để snả phẩm có chất lượng tốt mà giá thành chấp nhận được. + Phải chú ý đến kết cấu chế tạo dây quấn sao cho thích hợp với trình độ kỹ thuật của xưởng sản xuất. + Phải nắm vững những lý luận có liên quan đến dây quấn CA, vật liệu cách điện. Quá trình thiết kế của dây quấn có thể tiến hành theo 3 bước. + Chọn kiểu và kết cấu dây quấn. + Tính toán sắp xếp và bố trí dây quấn + Tính toán tính năng của MBA. II. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN HẠ ÁP 1. Có Bt = 1,65(T) ; St 963,51 (cm2) Từ thông trong trụ: φ = B.S= 1,65.963,5.10= 0,1589 (Wb) 2. Điện áp 1 vòng dây: U = 4,44.φ.f = 4,44.0,1589.50 = 35,29 lấy 35V 3. Điện áp 1 vòng dây U = 35 (V) 4. Điện áp pha U2f = U = 400 (V) Số vòng dây 1 pha của dq hạ áp W===11,5(vòng) Dây quấn thứ cấp bố trí 3 lớp theo kiểu hình trụ, mỗi lớp có 60 vòng, nối Δ 5. Chọn mật độ dòng điện δ2 = 1,855A/mm 6. Tiết diện dây quấn thứ cấp S===1968,6(mm) 7. Dựa vào bảng 44 -10 TL1 - Chọn 6 dây - Cách điện 4P, ghép 6 sợi song song có hoán vị. 8. Kích thước dây quấn - Chiều cap dây quấn hạ áp : lv = (60 + 1) 2 x 9,6 = 1170 (mm) ép : i = 0,13 x 61 x 2 x 0,6 = 10 (mm) Chiều cao thực của dây quấn hạ áp : 1160 (mm) - Chiều rộng dây quấn hạ áp a = 3 x 4,1 + 0,2 = 12,5 mm Bố trí lớp 1 và 3 dây quấn phải,lớp hai quấn trái, giữa các lớp có kênh làm mát 9mm giữa dây quấn hạ áp và trụ có cách điện 5mm. - Khoảng cách giữa dây quấn hạ áp và trụ là 20,5 (mm). Chiều rộng kênh Vn – nn là Δ = 25 (mm). 9. Đường kính trong dây quấn hạ áp D’ = 380 + 2.21 = 422 (mm)= 437 (mm) 10. Đường kính ngoài dây quấn hạ áp D’’= 422 + 2. 12,5= 437 (mm) 11. Khối lượng nhôm dây quấn hạ áp Gm2= 25,4 x 476,5 x 181,8 x 180.10-6 = 396 (kg) III. TÍNH TOÁN DÂY QUẤN CAO ÁP Phía sơ cấp cần điều chỉnh điện áp ± 2 x 5% = 10% dây quấn sẽ gồm dây quấn cơ sở, dây quấn điều chỉnh thô và dây quấn điều chỉnh tinh. Điện áp đem đặt lên dây quấn cơ sở và dây quấn điều chỉnh thô. Dây quấn cơ sở khi nối tiếp với dây quấn điều chỉnh tinh cho điện áp thấp hơn điện áp định mức một nấc điều chỉnh. Điện áp trên dây điều chỉnh thô lớn hơn ở dây quấn điều chỉnh tinh một nấc điều chỉnh. 1. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh tinh U=10=10=2021(V) 2. Số vòng dây quấn điều chỉnh tinh W===34(vong) 3. Dây quấn điều chỉnh êm (tinh) chia làm 2 phần, có 2 nấc 5% U2 mỗi nấc có số vòng dây W===17(vong) 4. Cấu tạo 2 cấp 17 vòng W = 2 x 17 = 34 vòng 5. Điện áp dây của dây quấn điều chỉnh thô lớn hơn Uê một cấp điều chỉnh Wth = We + 17 = 34 + 17 = 51 vòng Uth = .Wth.Uv = .51 x 35 = 3091 (V) 6. Điện áp trên dây quấn cơ sở cộng với điện áp điều chỉnh thô bằng U1, do vậy ta có điện áp dây quấn cơ sở Ucs = U1 – Uth = 20210 – 3946 = 17119 (V) 7. Số vòng dây quấn cơ sở: Wcs===282,4(vòng) chọn 282( vòng) 8. Số vòng dây quấn sơ cấp là W1 = Wth + Wcs = 51 + 282 = 343 (vòng) 9. Dòng điện sơ cấp định mức =41,24(A) A. TIẾT DIỆN DÂY Dây quấn cơ sở 1. Chọn mật độ dòng điện δ1 = 1,6A /mm ta có ===25,8(mm) 2. Mật độ dòng điện thực tế =1,6A/mm B. BỐ TRÍ DÂY QUẤN I. Dây quấn cơ sở - Dây quấn sơ cấp có 298 vòng, chia làm 4 lớp, mỗi lớp 74,5 vòng. Dây cơ sở quấn liên tục, lớp 1 và lớp 3 là quấn phải còn lớp 2 và lớp 4 quấn trái, lớp đầu quấn trên căn dọc đặt trên ống cách điện lớp 2,3,4 đặt trên căn dọc. Các căn dọc đặt ngay trên các lớp đã quấn trước . Để giảm tổn hao phụ, mỗi lớp khi quấn đến giữa phải hoán vị. Như vậy chiều cao dây quấn sẽ tăng thêm một vòng giữa các lớp có kênh làm mát rộng 9mm. Để dây quấn làm việc đối xứng ở mọi đầu điều chỉnh, ta chia dây quấn thành 2 phần nối song song với nhau. Mỗi phần quấn kiểu lò xo. Bắt đầu từ giữa lớp đặt trực tiếp lên Lớp dây bọc của dây quấn điều chỉnh thô. 1. Chiều cao của dây quấn điều chỉnh tinh 0,5 lv = 2(34 + 1). 4,9 = 343 mm ép dây quấn : i = 0,13 x 2 x 59 x 0,9 = 14 m ống tạo khoảng cách ; 60 mm Vậy chiều cao dây quấn điều chính tinh: 626mm 2. Chiều rộng dây quấn: a = 7,9 + 0,1 = 8 mm KL: ta nhận thấy chiều cao của dây quấn hạ áp chỉ là 1160 mm trong khi đó chiều cao dây quấn cao áp là 1200 mm. Vậy để đảm bảo hai dây quấn có chiều cao bằng nhau thì ở cuộn hạ áp phải lót 40mm C. KHỐI LƯỢNG DÂY QUẤN CAO ÁP Có khối lượng dây quấn : G = 25,4 .ds.S.ω.10 (Kg) 1. Dây quấn cơ sở: Gcs = 25,4 x 643 x 103,2 x 298.10 = 502 (Kg) Với ds = 582 + 0,5 (704 – 582) = 643 (mm) 2. Dây quấn điều chỉnh thô Gth = 25,4 x 757,5 x 65 x 88,4 .10 = 110,5 (Kg) 3. Dây quấn điều chỉnh tinh : (bằng đồng) Gê = 3π x 777 x58 x 54,2 x 8,9 .10 = 204 (Kg) 4. Trọng lượng dây quấn sơ cấp G1 = 502 + 110,5 + 204 = 816,5 (Kg) 5. Đường kính trong dây quấn cao áp D’ = 437 + 2 x 18 = 573 (mm) 6. Đường kính ngoài dây quấn cao áp D’’ = 573 + 4 x 8,5 + 3.9 = 638 (mm) CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ KHÔNG TẢI, NGẮN MẠCH I. DÒNG ĐIỆN TỪ HOÁ. 1. Chiều dài đường sức từ trong trị Ht = lt + hs = 1,42 +0,385 = 1,805 (m) 2. Chiều dài đường sức từ trong gông: Is = ==1,07(m) Từ đường log từ hoá của lá thép P15 = 1,26 w/Kg tương ứng với BT =1,65 ta có nit = 180A vòng/m Với Bg = 1,62 có nis = 75 A vòng/m 3. Ta có sức từ động Ft= nit . It = 180 .1,805 = 325 A/ vòng Fs= ní . It = 75.1,07 = 80 A/vòng 4. Tính gần đúng việc tăng từ trở do từ thông qua khe hở không khí các góc mạch từ. Giả sử khe hở δ = 0,1mm, qua hai khe hở: Fs = 2.0,8 .Bt . δ = 2 . 0,8 .16500 . 0,1 .10 = 264 A – vòng 5. Sức từ động tổng mỗi pha là: F = Ft + Fs + Fs = 325 + 80 + 264= 669 A – vòng 6. Dòng điện từ hoá: ===1,3(A) i=.100==3,15% II. ĐIỆN TRỞ DÂY DẪN: Các công thức tính điện trở: R=P. với điện trở suất của nhôm =Ωmm l: Chiều dài dây quấn, tính qua khối lượng l =10 γ : Khối lượng riêng của nhôm : γ = 2,7 Kg/dm3 R==() Điện trở dây quấn cở sở : R==0,208( Điện trở dây quấn điều chỉnh thô : R==0,062( 3. Điện trở pha dây quấn sơ cấp: R = R = R = 0,2703 (Ω) 4. Điện trở dây quấn thứ cấp R ==0,053(Ω) III. THÔNG SỐ NGẮN MẠCH: Dây quấn CA: ΔP = 3R.I= 3. 0,02703 .165,5 = 22,2 KW - Dây quấn UA : ΔP = 3R. I = 3.0,053.333,3 = 17,7 KW 1. Tổn hao tăng theo tỷ lệ K = 1,4 là do gia công và do từ thông qua khe hở các góc của lõi thép. 2. Tổn hao phụ làm tăng tổn hao theo tỷ lệ K = 1,1 Tổng tổn hao ngắn mạch là: ΔP= 1,1 (ΔP + ΔP) = 1,1 (22,2 + 17,7) = 43,9 KW %==%=0,8% IV.TÍNH TỔN HAO VÀ DÒNG ĐIÊN KHÔNG TẢI 1. Diện tích bậc thang toàn bộ tiết diện trụ (T42) TbT = 92.368 + 56.350 + 48.325 + 44 .295 + 28.270 + 18.256 + 16.230 +24.195= 1025,64 (cm) 2. Diện tích tác dụng của trụ sắt (T42) T = K . T Chọn kd = 0,965 T = 0,965 . 1025,64 = 989,74 (cm) 3. Diện tích tổng các bậc thang của gông : T = 148 . 385 + 120 .325 + 54 . 250= 1094,8 (cm) 4. Diện tích tác dụng của gông : T= 0,965 . 1094,8 = 1056,5 (cm) 5.Trị số từ cảm trong trụ và gông : Có: P = 1,145 . TL q = 1,64.UA/Kg P = 0,92 (w/Kg) qg = 1,25 VAR/Kg 6. Tổn hao không tải tính theo công thức (20 – 45 TL1) P = k (PT.G + P . G)= 1,1. (1,145 .3683,27+0,97.2413,5) = 7214,3(ω) ở đây lấy K = 1,1 là do G, G đã tính cả G. 7. Công suất từ hoá tính theo công thức (4-106 TL1) Q = K (q . G’ + q/.G + qn.S) Theo bảng 4-1a TL1: K = 2,2 n = 7/3 Theo 4-9c,d TL1 có: Q = 6578 B = 16839,68 VAR/m Q = 2,2(1,64 . 3683,27 + 1,25 . 2413,5 + 16839,68. .963,5.10)= 17431,2 (VAR) 8. Thành phần phản kháng của dòng điện không tải: ===0,7% 9. Thành phần tác dụng của dòng điện không tải ===0,3% 10. Dòng điện không tải toàn phần. ==0,76% 11. Hiệu suất của MBA tải đm và cos = 1 = CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ HỆ THỐNG MẠCH TỪ - Lõi thép 3 pha, 3 trụ, lá thép xen kẽ (tệp 2 lá) bằng thép cán lạnh 3406 dày 0,35mm, có 4 mối ghép nghiêng ở 4 góc. Trụ thép bằng đai thuỷ tinh,không có tấm sắt đệm. 1.Chiều cao trụ: L = 1200 + 2.100 = 1400 mm Chọn theo chiều cao tiêu chuẩn: l = 1420 (mm) 2. Khoảng cách hai tấm trụ: T = D + C + 2(e + Δ + Δ + Δ) = 800(cm) Như ở hình bố trí dây quấn ở cửa sổ. 3. Trụ lõi thép có 8 bậc, gông có 3 bậc như ở hình vẽ. 4. Diện tích tiết diện trụ: S=0,85=963,5(cm) 5. Diện tích gông: S = 1.03.963,5 = 992,4 (cm) 6. Thể tích trụ: U = 3.96.3,5.142 = 410451(cm) 7. Thể tích phần gông: U = 2.992,4 .160 = 317568 (cm) 8. Thể tích phần góc: U = 2. 963,5 . 38,5 = 74189,5 9. Khối lượng trụ: (cả phần vát) G= 7,6(410,451 + 74,1895) = 3683,27 (Kg) 10. Khối lượng gông : G = 7,6.317,568 = 2413,5 (Kg) 11. Khối lượng toàn bộ lõi thép: G = 6096,8 (Kg) Hinh: Kích thước mạch từ CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN NHIỆT MÁY BIẾN ÁP I. ĐẠI CƯƠNG Tính toán nhiệt là tính toán về nhiệt ở trạng thái xác lập nghĩa là khi MBA làm việc liên tục với tải định mức, ở trạng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuếch tán ra xung quanh. Đường khuếch tán của dây điện có thể phân ra làm các loại sau. 1. Từ dây quấn hay lõi sắt ra một cuộn ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn 2. Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu 3. Từ dầu ở mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu đối lưu. 4. Quá độ truyền từ dầu vào trong vách thùng dầu. 5. Cuối cùng là nhiệt từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng bức xạ và đối lưu.Nói chung trong phần tính toán nhiệt của MBA gồm các phần sau: + Tính nhiệt độ chênh trong lòng dây quấn hay lõi sắt với mặt ngoài của nó. + Qua mỗi lần truyền nhiệt để nhiệt độ giảm dần nghĩa là nó gây nên một lượng suy nhiệt độ, kết quả là so với môi trường không khí xung quanh thì các bộ phận trong MBA có nhiệt độ chênh nào. Trị số dòng nhiệt càng lớn thì nhiệt độ chêng càng lớn Nhịêt độ chênh giữa mặt ngoài dây quấn với đầu Nhiệt độ chênh giữa dầu với vênh thùng Nhiệt độ vênh giữa vách thùng và không khí + Chọn kích thước thùng dầu đảm bảo toả nhiệt tốt, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn lõi sắt và dầu không quá mức quy định. + Kiểm tra nhiệt độ chệnh của dây quấn, lõi sắt và dầu đối với không khí. Như vậy việc tính toán nhiệt của MBA khá phức tạp, nó ảnh hưởng rất nhiều tới tuổi thọ của MBA và chế độ làm việc định mức của MBA. Việc tính toán nhịêt này cũng còn liên quan tới việc thiết kế thùng dầu và các bộ phận tản nhiệt khác. II.TÍNH GẦN ĐÚNG VỀ NHIỆT. Công suất trên đơn vị diện tích bề mặt của dây quấn: =W/m Trong đó: ρ - điện trở suất của dây quấn (với nhôm ρ =281 Ω.mm/m W – số vòng dây s – tiết diện dây dẫn, mm σ - mật độ dòng điện, A/mm l – chiều cao dây quấn p’ = 0,8 – tỉ lệ tính đến không phẳng bề mặt. k – hệ số tổn hao phụ, k = 1,1 Tăng nhiệt bề mặt của dây dẫn: AT= ở đây = 80 W/m.C là hệ số truyền nhiệt đối ưu với máy biến áp dầu tự nhiên. Tăng nhiệt của dây quấn thứ cấp: Tăng nhiệt dây quấn cơ sở: Dây quấn điều chỉnh tinh có điều kiện làm mát tốt hơn, chọn = 100W/mC III. TÍNH TOÁN NHIỆT CỦA THÙNG DẦU Như ta đã biết, thùng dầu đồng thời là vỏ máy của MBA, trên đó có đặt các chi tiết máy rất quan trọng như sứ ra của dây quấn CA và HA, ống phóng nổ,bình giãn dầu…Vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu đảm bảo tản nhiệt tốt còn phải đảm bảo các tính năng về điện (như đảm bảo khoảng cách cho phép giữa dây quấn với thùng), có độ bền cơ học đảm bảo, chế tạo đơn giản và có khả năng rút gọn được kích thước bên ngoài. Việc tính toán ở đây là căn cứ yêu cầu tản nhiệt, sau đó kiểm tra lại xem về yêu cầu cần tản nhiệt. 1. Chọn loại thùng dầu cho MBA S = 2500 kVA. Ta chọn loại thùng có những cánh tản nhiệt bằng tôn bố trí vuông góc với vỏ thùng. 2. Chọn kích thước tối thiểu bên trong của thùng a. Đây là MBA ba pha cấp điện áp 35/0,4kV Nên chiều rộng của thùng là: Trong đó: + (cm) đường kính ngoài của dây quấn CA + (cm): khoảng cách dây dẫn ra đến vách thùng của cuộn CA. + (cm): khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn CA đến bộ phận nối đất. + S = 2,5 (cm): khoảng cách dây dẫn ra của dây quấn HA đến mặt dây quấn đến bộ phận nối đất. + S = 5,0 (cm): khoảng cách từ dây quấn HA đến vách thùng. + d: dây dẫn ra của dây quấn HA ta chọn bề mặt nằm ngang với 4 sợi chập song song nên d = 4,7 = 28 mm = 0,6 cm. + d2: khoảng cách dây dẫn ra của cuộn CA, d = 2,5 Như vậy B = 63,8 + 3,2 + 2,5 + 5 + 0,6 + 2,5 + 3,2 = 80,8 b. Chiều dài tối thiểu của thùng. A = 2.C + + 2. S5 : là khoảng cách giữa dây quấn CA và HA S = S + d+ S = 2,5 + 2,5 + 5 = 10 C = 42,3 cm D’’ = 63,8 cm Thay số vào ta được. A = 2 . 42,3 + 63,8 + 2 .10 = 168,4 c. Chiều cao của thùng H = H+ H H: là chiều dài từ thùng đến hết chiều cao lõi sắt H = L + 2 h + n L= 142 cm N = 5 chiều dày tấm lót dưới gông dưới T = 1056,5 ; b = 38,5 (cm) b –n .b = 38,5 – 2.0,8 = 36,9 h = (cm) Vậy: H = 142 + 2 . 28,63 + 5 = 204,26 (cm) H: là khoảng cách tối thiểu từ gông đến nắp thùng ta chọn H = 60 + 204,26 = 264,26 (cm) 3. Sơ bộ tính diện tích bề mặt bức xạ đối lưu của thùng a. Diện tích bề mặt bức xạ Đối với thùng có đáy ô van: Mb = M.K.10 Trong đó M = [2.(A-B) +.B].H là diện tích thùng thẳng đáy ô van M = [ 2(168,4 -80,8) + 3,14 .80,8 ] .46,8 = 20094,5 (cm) Ta chọn K = 1,2: hệ số ảnh hưởng hình đáy mặt ngoài thùngVậy M = 20094,5 + 2,46 .1,2.10 ≈2,1 m b. bề mặt đối lưu của thùng, căn cứ vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh lệch giữa vách thùng và môi trường xung quanh ta xác định bề mặt đối lưu của theo công thức sau: Trong đó: Σp = 7214,3 + 43,9 .10 = 11604,3 (W) θtk: là nhiệt độ chênh của thùng dầu so với không khí xung quanh. T căn cứ vào những điều kiện sau để chọn cho thoả đáng. Ta biết nhiệt độ chênh lâu dài cho phép của dây quấn so với môi trường xung quanh khi tải định mức là 600C do đó độ chênh trung bình của dầu đối với không khí không được quá: θdk = 60C - b= 60– 23, 98 = 33,02 Do đó nhiệt độ chênh của thùng đối với không khí được tính như sau: θ = θ - θ = 36,02 – 3 = 33,02C Ta kiểm tra điều kiện σ.(θdl + θtk) ≤ 50C σ.θdk ≤ 50C với σ = 1,2 1,2.36,02 = 43,224C < 50C Như vậy sơ bộ ta tính được θtk = 33,02C Thay các số liệu vào công thức trên ta được Đây là tính sơ bộ bề mặt đối lưu c. Thiết kế thùng dầu Căn cứ vào bề mặt bức xạ và đối lưu của thùng vừa tính sơ bộ ở trên để thiết kế sơ bộ thùng dầu và kích thước thùng dầu, hình dáng thùng. Sau đó với thùng đã thiết kế cụ thể tính toán lại bề mặt bức xạ đối lưu của nó để kiểm tra lại MBA có đạt tiêu chuẩn nhiệt độ chênh cho phép hay không, Nếu không thì ta sẽ phải điều chỉnh lại bề mặt tản nhiệt cho phù hợp.Với máy công suất S = 2500 kVA như đề tài thiết kế thì ta dùng tản nhiệt ống, các ống đực hàn vào vỏ thùng , lưu thông dầu cho cân bằng nhiệt độ giữa phía trên và phía dưới thùng dầu. Đường kính ống là 30 mm, bước ống 75mm, chiều cao ống là 210 cm. IV. XÁC ĐỊNH SƠ BỘ TRỌNG LƯỢNG RUỘT, VỎ. Việc xác định tính tóan chính xác trọng lượng ruột máy, vỏ máy của MBA chỉ có thể tiến hành được sau khi đã hoàn thiện thiết kế đầy đủ các cho tiết MBA. Nhưng với những tính toán ở trên cũng có thể xác định sơ bộ được trọng lượng của máy, rất cần cho việc tính toán kinh tế, khi cần phải đánh giá các phương án thiết kế. 1. Trọng lượng ruột máy ( phần tác dụng) tức là toàn bộ lõi sắt có các dây quâná và dây dẫn ra trừ nắp máy. Có thể xác định gần đúng như sau. G = 1,2 (G + G + ΣG) Trong đó : Hệ số 1,2: là hệ số kể đến trọng lượng ruột máy được tăng thêm do cách điện. G = G = 297,88 (Kg) là trọng lượng dây quấn 816,5 + 396 = 1212,5 G 6096,8 (Kg) : là trọng lượng lõi sắt ΣG = 4,177 (Kg):là tổng trọng lượng dây dẫn ra ở HA và CA. Thay số ta được Gr = 1,2 (1212,5 + 6096,8 + 4,177) = 8776,2 (kg) 2. Trọng lượng dầu: - Thể tích dầu trong thùng: V = V – V(dm) Trong đó V: Thể tích bên trong thùng dầu phẳng, sơ bộ ta tính V = A.B.H = 168,4 .80,8 .264,26 .10-3 = 3695,7 V: thể tích ruột máy Vậy thể tích dầu toàn bộ trong MBA là V = 445,27 (dm) 3. Trọng lượng thùng a. Thể tích trong thùng (không tính bề dày) = A.B.H = 168,4 . 80,8.264,26 .10 = 3595,7 (dm) b. Thể tích ngoài thùng (kể đến bề dày) Trong đó = A + 2 = 168,4 +2 = 170,4 (cm) = B +2 = 80,8 + 2 = 82,8 (cm) = H +2 = 264,26 + 2 = 266,26 (cm) Thay số ta được V = 170,4. 82,8.266,26.10 = 3756,69. Vậy thể tích phần có thêm bề dày là. V = V – V = 1138 – 1080 = 57 (dm) 3756,69 – 3595,7 = 16 Trọng lượng thùng là G = V.γ Trong đó: γ = 7,85 (Kg/dm) Thay số ta được G = 57 . 7,85 = 447,45 (Kg) 161 . 7,85 = 1263,85 (Kg) c. Trọng lượng dầu: G= 1,05.[0,9(V - V)] Trong đó V: Thể tích bên trong thùng dầu phẳng γ = 4,5 : Tỷ trọng trung bình của ruột máy G = 1,2 (G + G) = 8776,2 Kg G= 1,05[0,9(3695,7 – 1950,27)] = 1649,4 PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 1. Khái niệm chung: Hầu hết thiết bị tiêu thụ điện - động cơ, bóng đèn điện được sản xuất với điện áp xác định. Sử dụng không đúng điện áp sẽ làm cho thiết bị mau hư hỏng(khi điện áp lớn hơn định mức) hoặc làm giảm công suất của thiết bị (khi điện áp nhỏ hơn định mức). Vì vậy việc cung cấp điện cần phải giữ điện áp bằng điện áp định mức hoặc nói chính xác hơn điện áp không được sai khác giá trị định mức trong phạm vi cho trước. Điện áp đặt vào sơ cấp máy biến áp thường hay dao động, một phần do phụ tải của máy biến áp thay đổi, hoặc phụ tải của máy biến áp cùng nối vào lưới điện đó thay đổi điện áp từ đầu đường dây. Khi điện áp sơ cấp của máy biến áp không đổi, điện áp đặt lên thiết bị vẫn khác điện áp định mức do điện áp rơi trong máy biến áp và trên đường dây. Như vậy, muốn giữ điện áp trên thiết bị dùng điện thay đổi trong phạm vi hẹp, cần điều chỉnh điện áp. Phương pháp thường dùng nhất là thay đổi tỉ số biến đổi của máy biến áp. Về mặt lý thuyết thì tốt nhất là thay đổi số vòng dây cả dây quấn sơ cấp và thứ cấp, thay đổi số vòng dây phía sơ cấp khi có thay đổi điện áp sơ cấp (theo nguyên tắc giữ cho từ thông không đổi) thay đổi số vòng dây thứ cấp để bù lại điện áp rơi trên đường dây từ máy biến áp đến thiết bị và cả điện áp rơi trong máy biến áp. Cách giải quyết này khá tốn kém, vì vậy thường chỉ thay đổi số vòng dây phía nào có điện áp thay đổi nhiều hơn. Khi điện áp bị giảm, thay đổi đầu phân áp mà giữ nguyên công suất cung cấp cho thiết bị dùng điện, sẽ làm tăng dòng điện. Dây quấn và chuyển mạch để thay đổi đầu phân áp phải chọn ứng với dòng điện lớn nhất trong phạm vi điều chỉnh. Thông thường những máy biến áp đến 110KV, đầu phân áp thường đặt phía cao áp, điện áp lớn hơn đặt phân áp phía hạ áp. Thí dụ ứng với máy biến áp 220/110kV thường đặt đầu phân áp ở phía 110kV.Máy biến áp thay đổi điện áp khi đang mai tải thường gọi là máy biến áp điều chỉnh (hoặc là máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải) phạm vị điều chỉnh 2. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp Phần dây quấn, nhờ các đầu phân áp và chuyển mạch nối hoặc không nối với dây quấn làm việc gọi là dây quấn điều chỉnh. Các hệ thống điều chỉnh thường gặp được mô tả trên hình 17.2. Sơ đồ ởhình 17.2a dây quấn điều chỉnh được nối thuận với dây quấn làm việc, khoảng điều chỉnh (1-11). ở hình17.2b dây quấn điều chỉnh với dây quân làm việc (dây quấn cơ bản) tương ứng với hai nửa khoảng điều chỉnh cs hai phầ: AB - điềuchỉnh tĩnh và CD - điều chỉnh thô, số vòng dây quấn CD thường lớn hơn dây quấn ở AB bằng một nấc điều chỉnh tĩnh. Sơ đồ ở hình 172c, để giữ điện áp thứ cấp không đổi khí điện áp phía sơ cấp giảm, ta di chuyển vị trí tiếp xúc của chuyển mạch W từ vị trí 1 đến 2, 3,…6. Tiếp tục chuyển vị trí của P từ I sang vị trí số II, lúc đó vị trí của chuyển mạch W sang nấc 7, 8… Khi máy biến áp làm việc ở nấc điều chỉnh thấp nhất mà vẫn giữ nguyên công suất truyền, tổn hao trong dây quấn sơ cấp sẽ tăng so với lúc điện áp sơ cấp bằng định mức. Xét trường hợp như ở hình 17.2a và c. Giả sử điện áp sơ cấp giảm đi ΔU1, dòng điện phía sơ cấp sẽ là Điện trở dây quấn ứng với nấc giảm điện áp tỉ lệ với số vòng dây (hoặc điện áp): R điện trở tương ứng với đầu phân áp của điện áp định mức. Tổn hao ở dây quấn sơ cấp là: Cách nối thực hiện sao cho điện áp giữa hai vòng dây kề nhau không vượt quá điện áp của hai nấc điều chỉnh. Nếu nối tự nhiên theo thứ tự kề nhau thì điện áp giữa hai vòng kề nhau a và b bằng điện áp nấc điều chỉnh. Giả sử điện áp định mức là 30kV (nối sao) phạm vi điều chỉnh mỗi điều chỉnh có điện áp (30000 3 ).0,02 = 346 V. Khi nối theo thứ tự tự nhiên các dây quấn kề nhau, điện áp hai vòng kề a và b là 7 . 346 = 2422V. Trong khi nối theo sơ đồ điện áp hai lớp đó là 2 . 346 = 692V. Khi thí nghiệm bằng phương pháp điện áp cảm ứng (gấp đôi) điện áp hai vòng dây này còn cao hơn nữa. Phương pháp điều chỉnh đòi hỏi sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập quấn dọc theo chiều cao trụ. Đặt đầu điều chỉnh giữa dây quấn cơ bản khi chiều dòng điện ngược lại (chuyển mạch sang vị trí II) làm cho phân bố từ trường phức tạp, tăng từ trường tàn phụ, tăng tổn hao phụ và tăng lực ngắn mạch dọc trục. Phương pháp điều chỉnh theo sơ đồ ở hình cho phép dùng cả hai loại dây quấn điều chỉnh, khi phạm vi điều chỉnh rộng thì sử dụng dây quấn điều chỉnh độc lập. Một trong các kiểu dây quấn độc lập gồm hai phần AB và CD. Sử dụng loại dây quấn điều chỉnh quấn dọc chiều cao trụ làm giảm lực điện động khi ngắn mạch. Tuy nhiên dây quấn dàn thành lớp mỏng, cách điện vòng dây tăng (hình17.4b) làm giảm an toàn chịu lực ngắn mạch. Vì vậy dây quấn điều chỉnh phải được chế tạo thân trọng, bên ngoài có cách điện giữ chặt dây quấn để không biến dạng. Phạm vi điều chỉnh máy biến áp điều chỉnh dưới tải khá rộng, từ ± 10% đến ±20%, có khi còn lớn hơn. Điện áp mỗi nấc phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh và có số nấc của chuyển mạch, thường là từ 1 đến 2% điện áp định mức, ở máy biến áp công suất lớn, điện áp mỗi nấc còn nhỏ hơn. Xét sơ đồ sử dụng cho điều chỉnh điện áp dưới tải ở thời điểm chuyển mạh đang làm việc ở đầu phân áp 6. Trong thời gian đó dây quấn điều chỉnh có thể bị tách rời không nối với dây quấn cơ bản được xác định bởi điện dung C1 và C2 .Khi dây quấn điều chỉnh lại được chuyển mạch P nối vào dây quấn chỉnh có chênh điện áp ở tiếp điểm của P gây phóng điện. Phóng điện ở đây không phải lúc nào cũng làm hỏng máy biến áp nhưng gây ra tiếng nổ và tia lửa điện muốn khử hiện tượng phóng điện lày,có thể nối dây quấn quanh một điện trở lớn.nếu sử dụng sơ ddoof17.5 sẽ tạo khe hở gữa các dây quấn ,làm như vậy thì điện dung giữa dây quấn chỉnh tinh và chỉnh thô lớn,điện áp giữa hai dây quấn bé không tạo ra tia lửa khi truyển mạch làm việc ở thờ điểm trên.cũng có thể dùng màn chắn sắt phía ngoài dây quấn điều chỉnh ,làm tăng điện dung giữa dây quấn điều chỉnh và dây quấn chỉnh 6. Nguyên tắc điều chỉnh điện áp khi có tải. Khi điều chỉnh điện áp dưới tải, các tiếp điểm của chuyển mạch không được nối ngắn mạch các vòng, đồng thời cũng không được phép hở mạch.Người ta dùng hệ thống tiếp điểm kép, nối điện trở (hoặc kháng) giữa cặp tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm, để trong thời gian chuyển từ tiếp điểm này qua tiếp điểm kê bên có thể hạn chế dòng điện ngắn mạch. Mô tả từng bước khi điều chỉnh xuống đầu phân áp thấp hơn của chuyển mạch kiểu điện trở. Để đơn giản ta giả thiết dây quấn điều chỉnh nằm phía thứ cấp. Trong thực tế các đầu điều chỉnh thường nằm phía điểm trung tính chứ không đặt ở đầu cực dây quấn. Điện trở R chọn sao cho điện áp rơi trên điện trở trong quá trình chuyển mạch làm việc tương ứng với dòng điện định mức (U’ = Iđm.R, trong đó U’ là điệ áp một nấc điều chỉnh). ở đồ thị vectơ trên hình … tại vị trí d, dòng điện ở hai điện trở R khác nhau. Bỏ qua điện trở dây quấn, giả thiết máy biến áp đang mang tải với dòng điện định mức, ta có Dòng điện cân bằg Icb = U’/2R cùng pha với điện áp U’ bằng Iđm/2. Đò thị vectơ ở hình … cho thấy sự dao động điện áp trong một chu trình chuyển nấc phân áp. Loại chuyển mạch dùng điện trở có điện áp thay đổi lớn nhất nếu cos = 1.mô tả điều chỉnh điện áp khi dùng chuyển mạch kiểu kháng điện. ở vị trí c và e cuộn kháng có điện kháng bình thường. ở vị trí làm việc a và f, dòng điện qua hai nửa cuộn kháng ngược chiều, điện kháng của kháng cùng với điện trở khá nhỏ có thể bỏ qua. ở vị trí này, dòng điện ở mỗi nhánh của vòng ngắn mạch (n và m) được mô tả chi tiết ở hình 17.8 dòng điện cân bằng là dòng từ hoá của kháng điện nối với điện áp mọt nấc điều chỉh. Bỏ qua điện trở dây quấn và tổn hao lõi thép của kháng điện, dòng điện này là dòng phản kháng. Dòng điện từ đầu phân áp 2 và 3 chảy đến k, khi bỏ qua trở kháng Loại chuyển mạch dùng điện trở không thiết kế điện trở thường xuyên mang dòng điện, vì vậy phụ tải nhiệt tính ứng với khoảng thời gian chuyển nấc. Thời gian chuyển nấc càng nhỏ, kích thước điện trở càng bé. Để đề phòng khả năng chuyển mạch không đến đúng vị trí (do hư hỏng phần cơ), người ta đặt thêm bộ nguồn một chiều (pin) báo tín hiệu chỉ vị trí của chuyển mạch, đồng thời báo điện trở của chuyển mạch hết thời gian mang dòng điện. Trong khoảng thời gian chuyển mạch làm việc, sự dao động điện áp khó phát hiện. Về việc dập tắt tia lửa hồ quang xuất hiện ở tiếp điểm chuyển mạch, loại dùng điện trở nhanh dập tắt hơn loại dùng cuộn kháng. Nhược điểm loại dùng điện trở là thiết bị phức tạp. Khi đươc chế tạo cẩn thận, chuyển mạch kiểu điện trở làm việc khá tin cậy. Chuyển mạch kiểu điện trở thường chế tạo ứng với 20 đến 100 lần làm việc trong một ngày ở điện áp 220kV. Dây quấn có số vòng dây thay đổi thường nối sao. Phần dây quấn điều chỉnh thường đặt kề điểm trung tính như vậy cho phép chế tạo các bộ chuyển mạch ba pha điện áp cao giữa các phần của chuyển mạch là điện áp thấp. Nối sao và đặt nấc điều chỉnh gần đầu cực hoặc giữa bối dây chỉ trong các trường hợp cá biệt, như khi cần điều chỉnh riêng từng pha máy biến áp tự ngẫu. Khi phía điện áp cao thường xuyên nối đất, chuyển mạch được nối phía điểm trung tính, các điện chuyển mạch nhỏ hơn nhiều so với điện áp định mức,khi đó dễ dàng chế tạo chuyển mạch cho điện thế dưới tải ở điện áp cao (tới 500 kV). 7 Điều chỉnh liên tục. Điều chỉnh điện áp liên tục có thể dùng điều chỉnh cảm ứng (hình 17-10).Bản chất máy điều chỉnh là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, rôto không quay mà được chỉnh quay tới vị trí lệch đi góc α. Dây quấn rôto nối bằng dây cáp ra ngoài. Nhược điểm là làm lệch góc pha với lưới. Để khắc phục người ta có thể dùng hai máy cảm ứng, mỗi máy cảm ứng sẽ chịu điện áp bằng một nửa (hình 17-11), tiện lợi là mômen quay của hai phần cân bằng và lực ngắn mạch không có tác dụng làm quay rôto vì cũng bị triệt tiêu. Máy được chế tạo 2 cực. Hãng Koch và Sterzel chế tạo loại điều chỉnh điện áp liên tục bằng máy biến áp có chuyển dịch (hình 17-12), gồm phần trụ cố định K, ở đó đặt dây quấn thứ cấp V2, Dọc trụ K ghép gông J trên đó đặt hai phần của dây quấn sơ cấp V1 vàV’1, nối ngược cực nhau, sinh ra hai từ thông φ1 và φ’1 ngược pha nhau. Trên hình 17-12a, V1 và V2 có cùng từ thông móc vòng, giả sử ở vị trí này điện áp thứ cấp tăng. ở hình 17-12b, dây quấn V2 có từ thông φ1 và φ’1 ngược chiều, móc vòng nên ở V2 không cảm ứng sức điện động, ở hình17-12c chỉ có từ thông φ’1 và V’1 móc vòng với V2, cảm ứng ở đây sức từ động ngược chiều. Nếu di chuyển J đến các vị trí bất kỳ, xuất hiện ở V2 sức điện động do φ1- φ’1, có thể thực hiện việc thay đổi điện áp liên tục. Trong hệ thống máy biến áp có công suất lớn, người ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp, có thể điều chỉnh trực tiếp hay gián tiếp. Hình 17-13 dẫn ra sơ đồ về điều chỉnh điện áp trực tiếp. Đơn giản nhất là điều chỉnh có điểm chung ở giửa dây quấn sơ cấp và thứ cấp như ở hình 17-13a. Phương pháp này được dùng khi tỉ số biến đổi k từ 3 trở lên. Khi tỉ số biến đổi k nhỏ hơn 3, sơ đồ này không kinh tế, do có biến đổi lớn từ thông ở kõi thép. Khi ký hiệu β là tỉ số biến đổi từ thông, U1 - điện áp sơ cấp ; U2 - điện áp thứ cấp, ta có Sơ đồ hay được dùng nhiều là các sơ đồ ở hình 17-13b,c,d. ở đây điện áp được điều chỉnh phía hạ áp giữa dây quấn nối tiếp và song song. Ưu việt hơn là theosơ đồ ở hình 17-13c, dây quấn điều chỉnh nối trực tiếp với dây quấn nối tiếp và song song. Hình 17-13d cần dùng chuyển mạch và công tắc đảo chiều, cấp thay đổi điện áp sẽ gấp đôi lần số đầu phân áp. Hình 17-13b,d có đầu dây quấn điều chỉnh không được nối cố định. Hình 17-13e thực tế chỉ sử dụng cho điện áp đến 200 KV, vì ở điện áp cao, điện áp xung sẽ rất nguy hiểm đến bộ phận chuyển mạch. Hơn nữa các tiếp điểm ở điện áp cao, cần làm khoảng cách lớn, vì vậy chuyển mạch sẽ không còn kinh tế Dây quân điều chỉnh có thể đặt ở những vị trí tuỳ ý, nhưng nếu quan tâm đến cách điện thì tốt nhất nên đặt sao cho điện áp cực đại đầu ra tương ứng với đường kính lớn nhất của dây quấn (hình 17-14). Làm nhơ vậy có nhược điểm là sự thay đổi điện áp ngắn mạch khá lớn, điện kháng tản ( từ thông tản ) ở dây quấn điều chỉnh sẽ lớn, dẫn đến tổn hao phụ và lực ngắn mạch lớn. Ngoài ra, đưa dây dẫn từ dây quấn điều chỉnh cũng khó khăn. Hình 17-15 và 17-16 chỉ ra phương án khắc phục sự thay đổi lớn của điện áp ngắn mạch. Hình 17-15 dây quấn điều chỉnh đặt sát trụ thường cạnh dây quấn nối đất, chỉ có khó khăn trong việc đưa đầu dây ra, từ trường tản sẽ nhỏ. Hình 17-16 và 17-18 hay được áp dụng cho máy biến áp công suất lớn. Dây điều chỉnh đặt ngoài cùng, kề bên dây quấn nối tiếp. Nhược điểm ở đây là dây quấn điều chỉnh đặt gần điện cao áp, tuy vậy bố trí như thế rất tiện vì đơn giản nên tăng cường được an toàn cho máy Nếu dây quấn nối tiếp có dây dẫn vào giữa, thì phân dây quấn điều chỉnh ra hai phần bằng nhau (hình17-17) đảm bảo về chịu lực điện từ. Chỉ cần chú ý cách điện dây dẫn ra và dây quấn điều chỉnh ở cạnh ra của dây quấn nối tiếp. Hình 17-18 cho sơ đồ điều chỉnh điện áp gián tiếp, thông qua một máy biến áp phụ trợ. Máy biến áp chính không có dây quấn điều chỉnh, giảm được khoảng cách cách điện, giảm vật liệu cách điện. Phương pháp này chỉ chiếm kinh tế sử dụng với công suất lớn, trên 1000 MVA và điện áp 4000/230 kv. Tương tự, kiểu điều chỉnh gián tiếp được điều chỉnh trên dây quấn đặt trên máy biến áp chính . Thuận lợi ở đây là cả dây quấn điều chỉnh và thiết bị điều chỉnh đều tiếp với điện áp thấp. Điều chỉnh gián tiếp làm trọng lượng máy biến chính giảm, riêng bộ phận điều chỉnh có thể tách riêng, tiện lợi cho vận chuyển. Có điều không lợi là tổng trọng lượng thiết bị tăng hơn so với loại điều chỉnh trực tiếp . nhìn chung vật liệu tăng từ 25÷ 332%. Tất cả các kiểu điều chỉnh điện áp vừa xét là điều chỉnh dọc , phần điện áp điều chỉnh (pha) được cộng hoặc trừ đại số so với điện áp pha. ở các nhà máy điện, còn cần thiết phải nối liên thông với mạng điện trong mọi trường hợp của góc lệch pha. Nừu nối bằng máy biến áp điều chỉnh pha (ngang), ta có thể vừa điều chỉnh điện áp vừa điều chỉnh góc pha để tiện phân bổ phụ tải. KẾT LUẬN Thiết kế MBA là một ngành có quá trình tồn tại và phát triển đã lâu, từ khi xuất hiện ngành chế tạo máy điện tới nayđã có nhiều sự cải tiến kỹ thuật đẻ nâng cao hiệu quả sử dụng máy điện nói chung và MBA nói riêng. Bài viết của em được hoàn thành bằng những kiến thức lý thuyết là chủ yếu, nên còn nhiều thiếu sót và hạn chế về kiến thức thực tế trong quá trình vận hành và sử dụng MBA. Nên em rất mong các thầy cô xem xét và có những ý kiến đóng góp bổ ích cho em trước khi tốt nghiệp ra trường, giúp em củng cố kiến thức để bước vào công việc cụ thể sau khi ra trường được tôt nhất.Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: ĐOÀI đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án để em hoàn thành tốt bài thiết kế tốt nghiệp này. Các tài liệu tham khảo của một số tác giả dưới đây là nguồn lý thuyết quan trọng giúp em hiểu để thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện NGUYỄN THANH TÙNG