 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

MỤC LỤC
Lời nói đầu: ............................................................................................ 3
Tổng quan về quá trình phát triển của máy biến áp điện lực..................5
Chương I: Tính sơ bộ kích thước cơ bản..................................................9
- Tính toán kích thước chủ yếu của máy biến áp.........................9
- Tính sơ bộ các tổn hao.............................................................15
- Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao .....................19
Chương II : Tính toán dây quấn máy biến áp........................................23
- Tính toán dây quấn hạ áp.......................................................23
- Tính toán dây quấn cao áp.....................................................28
Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch..................................34
- Tổn hao ngắn mạch................................................................38
- Điện áp ngắn mạch................................................................39
- Tính lực cơ học của dây quấn máy biến áp khi ngắn mạch....40
Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải của máy biến
áp................................................................................................ 45
- Chọn kết cấu lõi thép............................................................45
- Tính tổn hao không tải và dòng điện không tải.....................51
Chương V : Tính toán nhiệt và chọn kết cấu vỏ....................................58
- Nhiệt độ chênh qua từng phần...............................................58
- Tính toán nhiệt của thùng......................................................63
- Tính toán sơ bộ trọng lượng ruột máy, vỏ máy, dầu và bình
giãn dầu của MBA.......................................................................... 72

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 1

 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Kết luận 77
Tài liệu tham khảo................................................................................ 78
Phụ lục các bảng tra cứu....................................................................... 79

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 2


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành chế tạo máy điện nói chung và
ngành chế tạo máy biến áp nói riêng ở nước ta đã có những tiến bộ rất
lớn. Nhất là trong các lónh vực về sản xuất vâït liệu dẫn từ, dẫn điêïn , vật
liêïu cách điện, về công nghệ chế tạo, qui trình thử nghiệm máy biến
áp…Nước ta cũng đã tiến hành sửa chữa, thiết kế chế tạo được một khối
lượng khá lớn máy biến áp phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện năng trong
công cuộc hiện đại hoá – công nghiêïp hoá đất nước. Và cũng đã được
xuất khẩu sang một số nước.
Nhà máy chế tạo biến thế Hà Nôïi nay liên doanh với hãng thiết bò
điện ABB đã chế tạo ra nhiều loại máy biến áp phân phôùi điện áp đến

35 kV. Nhà máy thiết bò điện Đông Anh đã thiết kế máy biến áp truyền
tải có công suất đến 125 MVA, 250 MVA điện áp 110 – 220 kV…
Việc dùng máy biến áp tăng điện áp từ nhà máy lên lưới để truyền
tải đi xa, và ở cuối đường dây phải hạ điện áp để đưa đến hộ tiêu thụ…
chẳng những làm cho tổng công suất của hệ thống máy biến áp lớn mà
tổn hao không tải P0 cũng tăng. Hơn nữa do điều kiện đòa hình, thời tiết,
kinh tế mà mỗi lúc, mỗi nơi yêu cầu các thông số kỹ thuật cũng như
thông số đònh mức thay đổi. Do vậy việc tính toán, thiết kế máy biến áp
là một việc rất quan trọng trong chế tạo máy biến áp điện lực. Ngày
nay, công nghệ chế tạo máy biến áp ngày càng phát triển và đòi hỏi
phải hoàn thiện hơn, vật liệu được chế tạo ngày càng tốt hơn. Vì vậy,
việc tính toán và thiết kế phải đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế và đạt
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 3


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

chất lượng cao, phải lấy chỉ tiêu kinh tế làm hàng đầu, giá thành vật liệu
thấp nhất. Bên cạnh chỉ tiêu kinh tế đòi hỏi tính năng kỹ thuật như : i 0%,
P0,Un% ,Pn… nằm trong điều kiện cho phép ứng với mỗi loại công suất.
Trong giới hạn của đề tài, nội dung thiết kế máy biến áp điện lực
gồm 6 chương:
- Chương I : Tính sơ bộ kích thước cơ bản.
- Chương II : Tính dây quấn hạ áp – cao áp.
- Chương III : Tính tổn hao và tham số ngắn mạch.
- Chương IV : Tính chính xác mạch từ và tham số không tải.

- Chương V : Tính nhiệt và chọn kết cấu vỏ.

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 4


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNG 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 điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất.
Đường dây tải
Máy phát điện

Máy biến áp tăng áp

Hộ tiêu thụ

Máy biến áp giảm 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 bò 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 bò giảm điện áp xuống. Những
thiết bò dùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức ở đầu
đường dây dẫn điện và giảm 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
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 5


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

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 MBA trong hệ
thống truyền tải gấp mấy lần công suất của máy phát điện. Hiệu suất
của MBA thường rất lớn (98 ÷ 99%), nhưng do số lượng MBA 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 MBA. Để giải quyết
vấn đề này hiện nay trong ngành chế tạo MBA 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 MBA 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 MBA làm thành nhiều dãy máy hơn so với
trước kia để đáp ứng một cách rộng rãi với nhu cầu sử dụng và vận hành
MBA. Những dãy MBA mới ra đời từ những năm 80 trở lại đây đã dần
dần thay thế những MBA thuộc dẫy cũ không còn thích hợp nữa.
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 6


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Để đảm bảo chất lượng điện và cung cấp điện liên tục, các MBA
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 MBA, ngoài việc dùng MBA tự ngẫu thay
cho MBA 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 MBA 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.
Ngoài MBA điện lực dùng để truyền tải điện năng, còn có nhiều loại
biến áp dùng trong nhiều ngành chuyên môn khác như : biến áp lò điện
dùng trong luyện kim, yêu cầu 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 dùng 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 MBA và đặc biệt là sau khi thống nhất đất nước (1975)
nhiều nhà máy chế tạo MBA 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 MBA, phục vụ cho nhiều cơ sở sản xuất trong nước, và MBA 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 bò điện ABB đã chế tạo được nhiều
loại MBA phân phối, điện áp tới 35 kV. Nhà máy Thiết bò điện Đông
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 7


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Anh đã thiết kế chế tạo MBA 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.


SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 8


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

CHƯƠNG I : TÍNH CÁC ĐẠI LƯNG ĐIỆN CƠ BẢN
1.1 Tính toán kích thước chủ yếu MBA :
1.1.1Các thông số cơ bản :
Sđm =1000 (kVA); U1 =22(kV); U2 =0,4(kV); P0=1500(W); un =5,5(%)
Pn=10500(W) ; f=50(Hz); ∆Y0-11.
1.1.2* Công suất mỗi pha của máy biến áp :
S

Sf = m =

1000
= 333,33 (kVA)
3

m : số pha của máy biến áp
*Công suất của mỗi trụ :
S
1000
S =t =
= 333,33(kVA)
’


3

t : số trụ của máy biến áp
* Dòng điện dây đònh mức :
-Phía cao áp :
I1đm =

1000.103
3.22000

=26,24(A)

-Phía hạ áp :
I2đm =IFđm=

1000.103
3.400

=1443,37 (A)

* Điện áp pha đònh mức :

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 9


 Đồ án tốt ngiệp


Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

-Phía cao áp :
Uf1 = U1 = 22000 (V)

-Phía hạ áp :

U2 0,4.103
Uf2=
=
=231 (V)
3
3
Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch :
unr%=

Pn
10500
=
=1,05%
10.S 10.1000

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch :
2
2
uX%= U n − U r = 5,52 − 1,052 =5,39(%)

Điện áp thử của các dây quấn :
Tra bảng 1 ta có :
-Phía hạ áp : Uth2= 5 (kV)

-Phía cao áp : Uth1=55 (kV)
- Chiều rộng qui đổi của rãnh từ tản giữa dây quấn cao áp và hạ áp ar :
Với Ut1 =55 (kV), tra bảng 19 ta được khoảng cách cách điện giữa dây
quấn cao áp và dây quấn hạ áp : a 12 =20 (mm ), trong rãnh a 12 đặt ống
cách điện dày : δ 12 =5mm
a1 + a2
=k 4 S ' .10-2 =0,5 4 333,33 .10-2 = 0,0213 (m)
3
Trò số k theo bảng 4 chọn k =0,5

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 10


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

a1 + a2
= 0,02 + 0,0213 = 0,0413 (m)
3
1.2 Chọn vật liệu làm lõi sắt : Chọn tôn cán lạnh của Nhật mã hiệu
ar =a12 +

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

Trụ được ép bằng nêm với cuộn dây, ép gông bằng xà ép ,bu lông đặt
phía ngoài gông, không dùng bulông xuyên qua trụ và gông. Dùng lõi
thép có 4 mối ghép xiên ở 4 góc của lõi, còn 2 mối nối giữa dùng mối
ghép thẳng lá tôn.
Theo bảng 2, chọn số bậc thang trong trụ là 7, số bậc thang của gông
lấy nhỏ hơn trụ một bậc, tức gông có 6 bậc .
Theo bảng 2, chọn hệ số chêm kín : kc=0,9
Theo bảng 3, chọn hệ số điền đầy : kđ=0,95
Hệ số lợi dụng của lõi sắt là :
klđ=kc.kđ= 0,9.0,95=0,855
Mật độ từ cảm trong gông :
Bt 1,65
Bg= B =
= 1,625 (T)
1,015
g
Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối thẳng :
Bk’’=Bt=1,65(T)

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 11


 Đồ án tốt ngiệp


Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Mật độ từ cảm ở khe hở không khí mối nối xiên :
Bt 1,65
=
=1,166 (T)
2
2
1.3* Suất tổn hao thép trong trụ và gông :
Bk’=

Bt =1,65 T , tra bảng 22 được Pt =0,8765 (W/kg)
Bg=1,625 T không có giá trò 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 trò Pg ứng với Bg =1,625 T là:
Pg=0,8325 +

(0,8472 − 0,8325).(1,625 − 1,62)
=0,8398(W/kg)
(1,63 − 1,62)

* Suất từ hóa giữa trụ và gông :
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 trò Bg=1,625T là:
qg= 1,0172 +


(1,0448 − 1,0172).(1,625 − 1,62)
=1,031(VA/kg)
(1,63 − 1,62)

* Suất từ hóa ở khe không khí khi ghép xen kẽ các lá tôn :
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 12


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

ng 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 không khí (với mối nối xiên) ứng với
Bk’=1,166 (T) là:
qk’=481 +

(489 − 481).(1,166 − 1,16)
=485,8(VA/m2)
(1,17 − 1,16)

1.4 Các khoảng cách cách điện chính:
Theo bảng 6 , với Ut =55(KV) ta chọn các khoảng cách cách điện:
-Giữa trụ và dây quấn hạ áp : a02=15 (mm)
-Giữa dây quấn hạ áp và cao áp : a12 =20 (mm)

-Ôáng cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao áp : δ 21 =5 (mm)
-Giữa dây quấn cao áp và cao áp : a11=20 (mm)
-Giữa dây quấn cao áp đến gông : l01= l02=50 (mm)
-Tấm chắn giữa các pha : δ 22=3 (mm)
-Phần đầu thừa của ống cách điện : lđ2=30 (mm)
-các hằng số tính toán a,b lấy gần đúng theo bảng 25, 26 :
a=1,40 (mm) ; b= 0,32 (mm)
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 13


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

-Hệ số kf là hệ số tính đến tổn hao phụ trong dây quấn, trong dây dẫn ra,
trong vách thùng và các chi tiết kim loại khác do dòng điện xoáy gây ra.
Theo bảng 5, kf =0,93 .
1.5* Đường kính trụ sắt :
d=0,507

4

A=0,507 4

S ' .ar .kr
=Ax
f .U nx Bt 2 .kld 2
S ' .ar .kr

333,33.0,0413.0,95
4
=0,205
2
2 =0,507
f .U nx Bt .kld
50.4,89.1,652.0,8552

A1=5,663.104.a.A3.klđ=5,663.104.1,4.0,2053.0,855=584(kg)
A2=3,605.104.A2.klđ.l0=3,605.104.0,2052.0,855.0,05=64,76(kg)
* Trọng lượng của trụ :
Gt =

A1
584
+ 64,76.x 2
+ A2 .x 2 =
x
x

B1=2,4.104.kg.klđ.A3.(a + b + e)
=2,4.104.1,015.0,855.0,2053(1,4 + 0,3 + 0,41) =378,6 (kg)
B2=2,4.104.kg.klđ.A2(a12 + a22)
=2,4.104.1,015.0,855.0,2052(0,02 + 0,02) = 35,01(kg)
*Trọng lượng của gông :
Gg=B1.x3 + B2.x2 =378,6x3 +35,01.x2 (kg)
* Trọng lượng sắt :
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 14



 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

584
+ 64,67.x 2 +378,6x3 +35,01.x2(kg)
x
584
=
+ 99,68x2 +378,6x3
x
2
S .a
1000.1,42
-2
C1=kdq. k .k 2 B 2 .U . A2 =2,46.10 .
f
ld
t
nr
0,93.0,8552.1,652.1,05.0,2052
=590,35 (kg)
GFe=Gt + Gg =

* Trọng lượng dây quấn :
590,35
x
x2

-Trọng lượng dây quấn kể cả cách điện và phần dây quấn tăng thêm :
Gdq =

C1
2

=

Gdd=1,03.1,03.Gdq = 1,06Gdq =

625,77
x2

-Trọng lượng một góc mạch từ :
G0=0,492.10 4 .kg.klđ.A3.x3=0,492.10 4 .1,015.0,855.0,205 3 .x 3 =36,78.x 3
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 dòng điện không tải có thể tính theo công
suất từ hóa Q(VA):

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 15


 Đồ án tốt ngiệp


Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

i0x%=

Q0
%
10.S

* Công suất từ hóa :
Q=kf’’(Qc + Qf + Q δ )
Trong đó :
kf’’: hệ số kể đến sự phục hồi từ tính không hoàn toàn khi ủ lại
lá tôn 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 : công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng
Qf =40.qt.G0 =40.1,33.G0 =53,2.G0
Q δ : công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá thép
Q δ =3,2.q δ .Tt =3,2.1058.Tt = 3385,6Tt (VA)
* Tiết diện tác dụng của trụ :
Tt =0,785.klđ.A2.x2 =0,785.0,855.0,2052.x2 =0,028.x2 (m2)
* Đường kính trung bình rãnh dầu giữa hai dây quấn :
d12 =a.d =1,4.d
* Chiều cao dây quấn :
l=

π .d 12
β


β : hệ số hình dáng

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 16


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

* Tính dòng không tải :
i0x =

1,25.(1,336.Gt + 1,27.Gg + 53,2.G0 + 3385,6.Tt )
Q
=
10.S
10.1000

i0r =

P0 1,2(0,8765.Gt + 0,8398.Gg )
=
10.1000
10.S

i0 = i 2 0 x + i 2 0 r
* Mật độ dòng điện trong dây quấn :
k f .Pn


0,93.10500
7,046
J
577,47 =
K .Gdq
2,4.
x2
2
x
1.6.2Lập bảng xác đònh trò số β tối ưu :
=

=

β trong khoảng 1,2 ÷ 3,6. Gía trò β tìm được phải thõa mãn các tiêu

chuẩn kỹ thuật và kinh tế và đồng thời thõa mãn điều kiện P0 ≤ 1500W.

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 17


 Đồ án tốt ngiệp

β

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu


2

2,4

2,8

3

3,4

x= 4 β

1,189

1,245

1,294

1,32

1,357

2
4
x2 = β

1,410

1,550


1,673

1,734

1,844

x3= 4 β 3

1,682

1,930

2,165

2,29

2,5

491,17

469,07

451,31

442,42

430,36

A2.x2=64,76.x2


91,31

100,378

108,34

112,29

119,41

A1
+ A2 .x 2
x

582,48

569,448

559,65

554,71

549,77

B1.x3=378,6.x3

636,8

730,698


819,669

866,99

946,5

B2.x2 =35,01.x2

49,36

54,2655

58,57

60,7

64,55

Gg=B1.x3+B2.x2

686,16

784,96

878,239

927,69

1011,05


GFe=Gt+Gg

1268,64

1354,408

1437,889

1482,4

1560,82

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

1358,47

1447,9

1535,09

1581,59

1663,69

G0=36,78x3

61,86

70,98


79,62

84,2

91,94

Tt =0,028x2

0,039

0,043

0,047

0,048

0,0516

Qc=1,1Gt+1,031Gg

1348,16

1435,68

1521,07

1566,63

1647,14


Qf =53,2G0

3291.95

3776,13

4235,78

4479,44

4891,2

Qδ=3385,6.Tt

132,04

145,58

159,12

162,5

174,69

Q0=1,25 (Qc+ Qf +Qδ)

5965,18

6584,23


7394,96

7760,7

8391,28

59,65

65,84

73,94

77,6

83,91

418,68

380,87

352,86

340,35

320,14

Gdd=1,06Gdq

443,8


403,72

374,03

360,77

339,34

Kdq.Fe.Gdd =1,8Gdd

798,84

726,69

673,25

649,38

610,81

C’td = GFe + Kdq.Fe.Gdd

2067,48

2081,09

2041,14

2131,78


2171,63

2,23

2,13

2,05

2,01

1,95

A1 584
=
x
x

Gt =

i0x=

Q0
(%)
10.S

Gdq =

J=

C1

x

2

=

590,35
x2

7, 046 6
.10
x2

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 18


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Với giới hạn P0 = 1500 W đã cho ta thấy β < 2,5
Mặc khác ta thấy

2,4 < C’tdmin <2,8

Vậy ta chọn β = 2,4
1.7. Tính toán lại kích thước chủ yếu và các tổn hao :
-


x= 4 β = 4 2,4 =1,24

1.7.1* Đường kính của trụ sắt là :
d =A.x = A. 4 β =0,205.

4

2,4 =0,254 (m)

Chọn đường kính tiêu chuẩn gần nhất : d=0,25 (m)
Tính lại trò số β :
0,25 4
d
β = ( ) 4 =(
) =2,2
A
0,205
Với β =2,2 ta có :
x= 4 2, 2 =1,21
x2 = 4 β 2 =1,48
x3= 4 β 3 =1,8
* Trọng lượng của trụ :
584
584
+ 64,76x2 =
+ 64,76.1,48 = 578,48 (kg)
1,21
x
Trọng lượng gông:

Gt =

Gg= 378,6x3+35,01x2=378,6.1,8+35,01.1,48=733,29(kg)
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 19


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

* Trọng lượng sắt :
GFe =Gt+ Gg = 578,48 + 733,29=1311,77(kg)
* Trọng lượng dây quấn :
Gdq=

584
C1
=394,59 (kg)
2 =
x
1,48

* Kiểm tra mật độ dòng điện :
J=

k f .Pn
k .Gdq


=

0,93.10500 6
.10 =3,21.106 (A/m2 ) < 4,5(MA/m2 ): thỏa
2,4.394,59

mãn điều kiện cho phép.
k : hệ số phụ thuộc vào điện trở suất của dây đồng, k=2,4
* Trọng lượng dây dẫn kể cả cách điện
Gdd=1,06.Gdq=1,06.394,59 =418,26 (kg)
* Tổn hao không tải :
P0=1,25(0,8765Gt+0,8398Gg) = 1,25(0,8765.578,48+0,8398.733,29)
=1403,56 (W)
* Dòng điện không tải :
I0 =

Q
10.S

Trong đó :

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 20


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu


Q : công 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 = 1,1.578,48 + 1,031.733,29
=1392,35 (VA)
Qf : công suất từ hóa phụ đối với góc có mối nối thẳng :
Qf =40.qt.G0=40.1,33.36,47.x3 =40. 1,33.36,78.1,8=3522,05 (VA)
Q δ : công suất từ hóa ở những khe hở không khí nối giữa các lá
thép :
Q δ =3,2.q δ .Tt =3385,6.0,028.1,48=140,29 (VA)
Vậy : Q=1,25(1392,35 + 3522,05+ 140,29) =6318,36 (VA)
I0 =

6318,36
=0,63%
10.1000.

* Đường kính trung bình của rãnh dầu :
d12 =1,4.d=1,4.0,25 =0,35(m)
* Chiều cao dây quấn sơ bộ :
π .d12

l= β =
dm

3,14.0,35
= 0,5(m)
2,2

* Tiết diện hữu hiệu của trụ sắt :


SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 21


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

π .d dm 2
Tt =kđ.Tb = kld.
=0,855.0,053=0,0419( m2 )
4

1.7.2 Kiểm tra ứng suất kéo tác dụng lên tiết diện dây :
σ r = M .x 3

Máy biến áp 3 pha dùng dầu nên :
Mcu =0,244.10-6k π 2.kf.kr.

Pn
a. A

−π .
100 
1 + e UX
k π =1,41.
Un 



UR

1,05


−3,14.
100 
4,89
÷=1,41.
. 1 + e
= 25,87
÷
÷
5,5 
÷



Mcu =0,244.10-6.(25,87)2.0,91.0,95.

10500
= 5,1648
1,4.0,205

Vậy : σ t =5,1648.1,8 = 9,2966 (MN/m2) < 60 (MN/m2) : thỏa mãn điều
kiện cho phép.

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27


Trang 22


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

CHƯƠNG II :TÍNH TOÁN DÂY QUẤN
2.1 .CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI DÂY QUẤN :

Các yêu cầu chung có thể 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 MBA phải tốt nghóa là phải chòu điện áp khi làm việc
bình thường và quá điện áp khi đóng ngắt mạch điện hay do sét. nh
hưởng của quá điện áp do đóng ngắt với điện áp làm việc bình
thường , thường chủ yếu cách điện chính của MBA, 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 mba 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 chòu nhiệt: khi vận hành bình thường cũng như ngắn mạch
dây quấn không có nhiệt độ cao quá .
2.1.2. Yêu 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.
SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 23


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

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. Chiều cao của chúng khi thiết kế băng nhau nếu không
sẽ sinh ra lực hướng trục lớn(nhất là lúc ngắn mạch). Khi bố trí thường
cuộn HA đặt trong cùng cuộn CA đặt ngoài cùng vì sẽ dễ dàng rút đầu
dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm kích thươc cách điện với trụ. Dây
quấn đồng tâm được dùng phổ biến trong các MBA điện lực dây quấn
kiểu trụ.
- dây quấn xen kẽ : cuộn CA 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.

HA

CA

Hình 2-1 Dây quấn xen kẽ.

2.2. DÂY QUẤN HẠ ÁP.
2.2.1 * Sức điện động của một vòng dây :

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 24


 Đồ án tốt ngiệp

Thiết kế máy biến áp điện lực ngâm dầu

Uv=4,44.f..Tt.Bt =4,44.50.0,0419.1,65=15,34 (V)
* Số vòng dây một pha của dây quấn hạ áp :
U f2
231
= 15,05 (vòng) =15 (vòng)
W2 = U =
15,34
v

Ta tính lại :
Uv =
* Mật độ dòng điện trung bình :
Jtb=0,746.kf.

231
= 15,4(V )
15


Pn .U v
10500.15,4 4
= 0,746.0,93.
.10
S.d12
1000.0,35
= 3,2.106 ( A / m 2 ) = 3,2( MA / m 2 )

Tiết diện sơ bộ của một vòng dây của dây quấn hạ áp :
I2

T2’= J =
tb

1443,37
= 451,05.10-6 (m2) = 451,05(mm2)
3,2.106

Theo bảng 12,với máy biến ápS=1000(kVA),I2=1443,37 (A),U2=400(V),
T’2=451,05(mm2), ta chọn kết cấu dây quấn hình xoắn kiểu xoắn đơn,
chiều cao rãnh dầu ngang sơ bộ hr =5mm. Dựa vào bảng 9 ta chọn số
đệm cách điện giữa các bánh dây là 8.
Chiều cao hướng trục của mỗi vòng dây (kể cả cách điện ) sơ bộ là :
hv2=

l2
0,5
− hr 2 =
− 0,005 = 0,021 =21(mm)
Wl 2 + 4

15 + 4

Vì hv2 >15mm, theo hình (3-40a) trang 84. [1] Với J<3,15.106,
q=2000W/m2 thì b không vượt quá 16mm, do đó ta chọn dây xoắn kép

SVTH:Lê Phước Tuấn – Lớp ĐKT.K27

Trang 25