LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thời đại với sự phát triển không ngừng của
khoa học kĩ thuật, một thời đại mà sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa
được đặt lên hàng đầu .
Nói đến công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì không thể tách rời được
ngành điện, ngành điện đóng một vai trò mấu chốt trong quá trình đó.
Trong ngành điện thì công việc thiết kế máy điện là một khâu vô cùng
quan trọng, nhờ có các kĩ sư thiết kế máy điện mà các máy phát điện mới
được ra đời cung cấp cho các nhà máy điện. Khi điện đã được sản xuất ra
thì phải truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ, trong quá trình truyền tải điện
năng đó thì không thể thiếu được các máy biến áp điện lực dùng để tăng và
giảm điện áp lưới sao cho phù hợp nhất đối với việc tăng điện áp lên cao để
tránh tổn thất điện năng khi truyền tải cũng như giảm điện áp cho phù hợp
với nơi tiêu thụ .
Vì lí do đó mà máy biến áp điện lực (MBAĐL) là một bộ phận rất quan
trọng trong hệ thống điện .MBAĐL ngâm dầu là loại máy được sử dụng rất
phổ biến hiện nay do những ưu điểm vượt trội của loại máy này có được
.Nhờ đó mà MBAĐL ngâm dầu ngày càng dược sử dụng rộng rãi hơn và
không ngừng được cải tiến sao cho phục vụ nhu cầu của người sử dụng đươc
tốt nhất .
Bằng tất cả cố gắng của mình ,với những kiến thức nhận được từ thầy
cô và sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Nguyễn Minh Hiền ,mà chúng em
đã làm nên bài tập này.

1


PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
1.1 VÀI NÉT KHÁI QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP
Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường
dây tải điện (Hình 1.1) Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và nơi tiêu thụ

điện lớn, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện
năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất và đảm bảo được các chỉ tiêu kĩ thuật.

Như ta đã biết, cùng một công suất truyền tải trên đường dây, nếu điện
áp được tăng cao thì dòng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy
có thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm
xuống, đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây cũng sẽ giảm xuống. Vì
thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa, ít tổn hao và tiết kiệm kim loại mầu
trên đường dây người ta phải dùng điện áp cao,dẫn điện bằng các đường dây
cao thế, thường là 35,110,220 và 500 KV. Trên thực tế, các máy phát điện
thường không phát ra những điện áp như vậy vì lí do an toàn, mà chỉ phát ra
điện áp từ 3 đến 21KV, do đó phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây
lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường chỉ sử dụng điện áp thấp từ 127V, 500V
2


hay cùng lắm đến 6KV, 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 tận 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 đáp ứng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hiện đại hóa nước
nhà. Hiện nay chúng ta đã sản xuất được những MBA có dung lượng
63000KVA với điện áp 110KV.

1.2 ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc dựa trên nguyên
lí cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này
thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay
đổi. Kí hiệu một MBA đơn giản như hình 1.2

3


Hình 1.2. Kí hiệu MBA
Đầu vào của MBA được nối với nguồn điện ,được gọi là sơ cấp
(SC).Đầu ra của MBA được nối với tải gọi là thứ cấp (TC)
Khi điện áp đầu ra TC lớn hơn điện áp vào SC ta có MBA tăng áp
Khi điện áp đầu ra TC nhỏ hơn điện áp vào SC ta có MBA hạ áp .
Các đại lượng và thông số của đầu sơ cấp .
+ U1 : Điện áp sơ cấp .
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp .
+ P1 : Công suất sơ cấp .
+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp .
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp .
+ U2 : Điện áp thứ cấp .
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp .
+ P2 : Công suất thứ cấp .
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp .


1.3 CÁC LƯỢNG ĐỊNH MỨC

Các lượng định mức của MBA do mỗi nhà chế tạo qui định sao cho

phù hợp với từng loại máy .
Có 3 đại lượng định mức cơ bản của MBA .
a. Điện áp định mức
Điện áp sơ cấp định mức kí hiệu U1đm ,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 sơ cấp Khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây
4


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 là điện áp dây .Đơn vị của điện áp
ghi trên nhãn máy thường là KV .
b. Dòng điện định mức
Dòng điện định mức là dòng điện đã qui định cho mỗi dây quấn của
MBA ,ứng với công suất định mức và điện áp định mức .Đối với MBA 1
pha dòng điện định mức là dòng điện pha .Đối với MBA 3 pha dòng điện
định mức là dòng điện dây .
c. Công suất định mức
Công suất định mức của MBA là công suất biểu kiến định mức .Công
suất định mức kí hiệu là Sđm ,đơn vị là VA,KVA .
Đối với MBA 1 pha công suất định mức là :
Sđm=U2đ.I2đm =U1đm.I1đm.
Đối với MBA 3 pha công suất định mức là :
Sđm= 3 .U2đm.I2đm= 3 .U1đm.I1đm.


1.4 CÔNG DỤNG CỦA MBA
MBA đã và đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống ,phục vụ
chúng ta trong việc sử dụng điện năng vào các mục đích khác nhau như
+ Trong các thiết bị lò nung có MBA lò .
+ Trong hàn điện có MBA hàn .
+ Làm nguồn cho các thiết bị điện ,thiết bị điện tử công suất .
+ Trong lĩnh vực đo lường (Máy biến dòng ,Máy biến điện áp…)
+ Máy biến áp thử nghiêm .
+ Và đặc biệt quan trọng là MBA điện lực được sử dụng trong hệ
5


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 .


1.5

CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Lõi sắt và Dây quấn. Ngoài ra

còn có các bộ phận khác như vỏ máy và hệ thống làm mát.

1.5.1 Lõi sắt máy biến áp
Lõi sắt máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo
từ những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôn cán
lạnh được sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh
là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ
định hướng, do đó suất tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ
từ thẩm thay đổi rất ít theo thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng
cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6 đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn
cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từ đó giảm được tổn hao trong
máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc biệt là rút bớt
6


đáng kể chiều cao của MBA, rất thuận tiện cho việc chuyên trở. Tuy nhiên
tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng
lượng máy nên người ta tính rằng những MBA được chế tạo bằng loại tôn
này trong vận hành vẫn kinh tế hơn MBA được làm bằng tôn cán nóng.
Hiện nay ở các nước, tất cả các MBA điện lực đều được thiết kế bởi tôn
các lạnh, (như các loại tôn cán lạnh của Nga, Nhật, Mỹ, CHLB Đức…v..v)
Lõi sắt gồm 2 bộ phận chính đó là trụ(T) và gông(G) .
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.

Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ(0,30 tới
0,5)mm hai mặt được sơn cách điện.
Trong MBA dầu thì toàn bộ lõi sắt và dây quấn đều được ngâm trong
dầu biến áp.
Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có
các loại lõi sắt như sau :
a. Lõi sắt kiểu trụ:

Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây
quấn mà không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng,
tiết diện trụ có dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm,
dùng ít vật liệu, vì vậy hiện nay hầu hết các MBA điện lực đều sử dụng kiểu
lõi sắt này(Hình 1.3)

7


Hình 1.3: Kết cấu mạch từ kiểu trụ
a. Một pha; b. Ba pha;
b. Lõi sắt kiểu bọc:

Kiểu này gông từ không những bao lấy phần trên và phần dưới dây quấn
mà còn bao cả mặt bên của dây quấn. Lõi sắt như bọc lấy dây quấn, trụ thường
để nằm ngang, tiết diện trụ có dạng hình chữ nhật. MBA loại này có ưu điểm
là không cao nên vận chuyển dễ dàng, giảm được chiều dài của dây dẫn từ dây
quấn đến sứ ra, chống sét tốt vì dùng dây quấn sen kẽ nên điện dung dây quấn
Cdq lớn, điện dung đối với đất Cđ nhỏ nên sự phân bố điện áp sét trên dây quấn
đều hơn. nhưng kiểu lõi sắt này có nhược điểm là chế tạo phức tạp cả lõi sắt
và dây quấn, các lá thép kĩ thuật điện nhiều loại kích thước khác nhau khi dây
quấn quấn thành ống tiết diện tròn, trong trường hợp dây quấn quấn thành ống

chữ nhật thì độ bền về cơ kém vì các lực cơ tác dụng lên dây quấn không đều,
tốn nguyên vật liệu. Lõi sắt loại này thường được sử dụng chế tạo cho các
MBA lò điện (Hình 1.4)

8


Hình 1.4.a. Một pha b.Ba pha
c. Lõi sắt kiểu trụ – bọc ( Hình 1.5):

Là kiểu lõi sắt có sự liên hệ giữa kiểu trụ và kiểu bọc. Kiểu này hay dùng
trong các MBA một pha hay ba pha với công suất lớn (hơn 100000KVA /1
pha)và để giảm bớt chiều cao của trụ ta có thể san gông sang hai bên.
Đối với MBA có lõi sắt kiểu bọc và kiểu trụ – bọc thì hai trụ sắt phía
ngoài cũng thuộc về gông. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi
sắt được ghép từ những lá thép kĩ thuật điện có độ dày 0,35mm có phủ sơn
cách điện trên bề mặt.

3
2

1

Hình1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc 1:Trụ, 2.Gông 3.Dâyquấn
Các kiểu ghép trụ và gông với nhau: Theo các phương pháp ghép trụ và
gông vào nhau ta có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu đó là lõi ghép nối và ghép
9


xen kẽ.

*Ghép nối: là kiểu ghép mà gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối
với nhau nhờ những xà và bulong ép kiểu ghép này ghép đơn giản nhưng khe
hở không khí giữa trụ và gông lớn nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì
thế mà kiểu này ít được sử dụng.
*Ghép xen kẽ: là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ
sau đó dùng xà ép và bulong ép chặt. Muốn lồng dây vào thì dở hết phần gông
trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ, trụ được nêm
chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện ( gỗ,bakelit) sau đó xếp lá thép
vào gông như cũ và ép gông lại.
Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng khi ghép các lá thép
ta có thể thêm những mối nối nghiêng giữa trụ và bốn góc, hay có thể cắt vát góc
lá thép kĩ thuật điện
Do dây quấn thường quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ sắt
thường làm thành hình bậc thang gần tròn.
Gông từ vì không quấn dây do đó để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện
ngang của gông có thể làm đơn giản, hình vuông hình chữ nhật hay chữ
T. Tuy nhiên hiện nay hầu hết các MBA điện lực người ta hay dùng tiết
diện gông hình bậc thang có số bậc gần bằng số bậc của tiết diện trụ.

1.5.2. Dây quấn máy biến áp.
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng
có thể bằng nhôm ( ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi sắt giữa các vòng
10


dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi.
Dây quấn MBA gồm có 2 cuộn cuộn cao áp (CA) cuộn hạ áp (HA) đôi
khi còn có cuộn trung áp (TA).

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA , người ta chia ra hai loại dây
quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ
a. Dây quấn đồng tâm
Cuộn CA và HA là những hình ống đồng tâm ,bố trí cuộn HA đặt sát
trụ còn cuộn CA đặt ngoài .Bố trí cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn giản đuợc việc
rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích thước rãnh cách
điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt.
b. Dây quấn xen kẽ
Cuộn CA và HA được quấn thành từng bánh có chiều cao thấp và quấn
xen kẽ, do đó giảm được lực dọc trục khi ngắn mạch. Dây quấn xen kẽ có
nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt nhưng về mặt cơ thi kém vững chắc
so với dây quấn đồng âm. Dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các
bánh dây.

1.5.2

Vỏ máy biến áp
Vỏ MBA là bộ phận bảo vệ lõi MBA tránh tác động của các điều kiện

ngoại cảnh như môi trường khí hậu. Vỏ MBA gồm hai bộ phận thùng và nắp
thùng.
a. Thùng MBA
Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc MBA làm việc,
một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép,
dây cuốn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ của MBA tăng lên. Do đó
11


giữa MBA và môi trường xung quanh có một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt
độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh vượt quá qui định thì sẽ làm giảm tuổi thọ

cách điện và có thể gây sự cố đối với MBA.
Trong các MBA để tăng cường làm nguội MBA khi vận hành thì lõi
MBA được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt
truyền từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu rồi từ dầu qua vách thùng
và truyền ra môi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ
chuyển dần xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hòan
các bộ phận bên trong MBA. Mặt khác dầu MBA còn làm nhiệm vụ tăng
cường cách điện.
Tùy theo dung lượng MBA, mà hình dáng và kết cấu thùng dầu khác
nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là thùng dầu phẳng thường dùng cho
các MBA dung lượng từ 30KVA trở xuống.
Đối với các MBA cỡ trung bình và lớn, người ta dùng loại thùng dầu có
ống hay loại thùng có bộ tản nhiệt.

Hình 1.9 Thùng dầu kiểu ống
Hình 1.10 Thùng dầu có bộ tản nhiệt
Ở những MBA có dung lượng đến 10.000KVA. Ta dùng những bộ tản
nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội MBA.
Ở những MBA dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ
thống ống nước để tăng cường làm nguội máy.
b. Nắp thùng:
12


Nắp thùng MBA dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan
trọng như: Các sứ ra của đầu dây CA và HA, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, hệ
thống rơle bảo vệ, bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện
áp của dây quấn CA.
 Các sứ ra của dây cuốn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa
dây dẫn ra với vỏ máy. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng

lượng sứ ra càng lớn.
 Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên
nắp thùng và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu. Để bảo đảm
dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất
định. Đần trong thùng MBA thông qua bình giãn dầu giãn nở tự
do. Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức
đầu bên trong.
 Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối
với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do nào đó
mà áp suất dầu trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh
sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư hỏng MBA. Chú ý ống bảo
hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những
vị trí ít nguy hiểm nhất.
1.6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA
Nguyên lý làm việc của MBA dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
và sử dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra.
Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một MBA không có liên hệ
với nhau về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ.
Xét sơ đồ nguyên lý của 1 MBA 1 pha

13


U1

Z

W2

Hình 1.11 Nguyên lý làm việc của MBA

Đây là sơ đồ MBA 1 pha 2 dây quấn, máy gồm có 2 cuộn dây. Cuộn sơ
cấp có W1 vòng dây và có cuộn thứ cấp có W2 vòng dây được quấn trên lõi
thép.
Khi đặt một điện áp xoay chiều v1 vào dây cuốn sơ cấp trong đó sẽ có
dòng điện i1. Trong lõi thép và sinh ra từ thông < móc vòng với cả hai cuộn
dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e 1 và e2. ở cuộn sơ cấp
có sức điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2.
Giả thiết điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông
do nó sinh ra cũng là một hàm số hình sin.
Tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

K=

𝐸1
𝐸2

≈

𝑈1
𝑈2

1.7 TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VIỆC CHẾ TẠO MBA ĐIỆN LỰC:
MBA điện lực được chế tạo với tính năng được qui định theo tiêu
chuẩn nhà nước như sau.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6391-1-1998 có các qui dịnh.
+ Điều kiện làm việc của MBA. Độ cao không quá 100m so với mực
nước biển, nhiệt độ của không khí xung quanh nằm trong phạm vi -20o C
đến -40o C. Trong trường hợp này biến áp được làm nguội bằng nước thì
14



nhiệt độ nước đầu vào không vượt quá 25o C.
+ Về dòng công suất: Các giá trị ưu tiên của công suất định mức đối với
MBA công suất đến 10MVA được chọn theo dãy R10 của 10; 16; 25; 63;
100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500; 4000; 6300;1 0.000 KVA.
Nếu là MBA một pha thì công suất lấy bằng 1/3 số liệu tâm.
+ Về điện áp có các mức sau: 0,22; 0,38; 3,6; 10; 22; 35; 110; 220;
500kV. Tiêu chuẩn cũng có qui định ký hiệu về cách đấu nối với góc lệch
pha trong MBA 3 pha như sau: Kiểu nối sao, tam giác hoặc zic-zac các dây
pha của MBA 3 pha và được đánh dấu bằng các chũ Y, D và Z cho các cuộn
dây cao áp và y, d,z cho các cộn dây hạ áp. Nếu điểm trung tính của cuộn
dây nói với Y(y) hoặc Z (z) được đưa ra ngoài thì vực đánh dấu phải là YN
(yn) hoặc ZN(zn) cho các phía CA và HA [2]
Các ký hiệu bằng chữ liên quan đến các cuộn dây khác nhau của một
MBA đều được ghi theo thứ tự giảm dần của điện áp định mức.
Sự lệch pha của cuộn dây 3 pha giữa điện áp dây thứ cấp MBA 3 pha so với
điện áp dây so cấp thường được chỉ thị bằng chỉ số của đồng hồ giờ , trong
đó vectơ điẹn áp sơ cấp luôn chỉ số 12 trên mặt đồng hồ tượng trưng cho
kim phút. Vectơ điện áp thứ cấp sẽ lệh pha tương ứng ở các vị trí lần
lượt chỉ các giờ trong đó só 12 có thể coi là số 0 (chỉ số càng cao thì sự
chậm pha càng lớn)

15


16


PHẦN II: THIẾT KẾ
Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất 400KVA .
Dung lượng S = 400KVA.
Điện áp UCA/UHA=22/0.4KV(+-) 2*2.5%
Tần số f=50 Hz.
Tổ nối dây Y/Y0-12.
Tổn hao không tải :
P0 = 840 W
Tổn hao ngắn mạch:
Pn=5750 W.
Điện áp ngắn mạch :
Un=4%.

17


A. TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Các đại lượng cơ bản của MBA.
1) Dung lượng một pha.
𝑆

400

𝑚

3

Sf= =

=133.3 (KVA)


2) Dung lượng trong mỗi trụ.
𝑆

400

𝑡

3

S’ = =

=133.3 (KVA)

Trong đó:
S= 400KVA: công suất định mức máy biến áp
m=3 :số pha
t=3 :số trụ tác dụng của m.b.a
3) Dòng điện dây định mức
-

Phía cao áp (CA)
I2 =

𝑆đ𝑚

√3𝑈2đ𝑚

-

=


400

√3.22

=10,479 (A)

U2đm=22.103(V) :là điện áp phía cao áp.
Phía hạ cáp (HA)
- I2 =

𝑆đ𝑚

√3𝑈1đ𝑚

=

400

=577,55(A)

√3.0,4

U1đm= 0,4.103(V) : là điện áp phía hạ áp.
4) Dòng điện pha định mức
Vì dây quấn nối Y/Y0 nên dòng điện pha định mức là :
- Phía CA nối Y: Nên ta có If2=I2=10,479(A).
- Phía HA nối Y: Nên ta có If1=I1=577,35(A).
5) Điện áp định mức
a. Phía cao áp nối Y: Uf2=


𝑈𝐶𝐴
√3

18

=

22
√3

=12.7 (KV)


𝑈

0,4

b. Phía hạ áp nối Y: Uf1= 𝐻𝐴 = =0,231 (KV)
√3
√3
6) Điện áp thử các dây quấn .(tra bảng 2 trang 185 [Tài liệu 1])
Đối với máy biến áp dầu theo cấp điện áp của dây quấn ta tra điện áp thử
tương ứng :

7)

- Dây quấn CA: Ut2=55(KV)
- Dây quấn HA: Ut1=5(KV)
Các thành phần điện áp ngắn mạch.

Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch.
Unr%=

𝑃𝑛
10.𝑆đ𝑚

=

5750
10.400

= 1,42%

Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch
2 %=√42 − 1,44=3,73%
Unx%= √𝑈𝑛2 % − 𝑈𝑛𝑟

8) Chọn kiểu dáng lõi sắt
Lõi sắt có rất nhiều kiểu , nhưng hầu hết máy biến áp điện lực hiện nay
đều dùng kiểu trụ . do đó để đơn giản ta chọn lõi sắt kiểu trụ.
9) Chọn các số liệu xuất phát
Để đáp ứng yêu cầu thiết kế và đơn giản khi tính toán ta chọn máy
biến áp 3pha , 2 dây quấn kiêu trụ phẳng , dây quấn đồng tâm .
10)

Chiều rộng của rãnh từ tản giữa dây quấn CA và HA.( ar)

ar=a12+

𝑎1 +𝑎2

3
4

hay

ar=a12+𝑘. √𝑆

Trong đó : a12= 0,9(cm): là khoảng cách cách điện giữa dây quấn hạ áp và cao

áp
(tra bảng 19 theo điện áp thử và công suất S = 400 KVA)
* a1 :

là chiều dầy dây quấn hạ áp

* a2 : là chiều dầy dây quấn cao áp

19


* k = 0,5 : là hệ số tra bảng 12 theo điện áp và công suất
* S’=133,3(KVA): dung lượng trên mỗi trụ
=> ar = 0,9 +

11)

2,2

= 3,1 ( cm)


Hệ số qui đổi từ trường tản: KR=0,95.

12)
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 phải đảm bảo làm sao cho thỏa mãn những yêu cầu
như, tổn hao sắt chính và phụ nhỏ, dòng điện không tải nhỏ, lượng tôn silic sử
dụng làm sao cho ít nhất và hệ số điền đầy của lõi sắt lớn. Mặt khác lõi sắt
cũng là nơi mà trên đó gắn nhiều bộ phận khác 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 ứng lực
cơ học lớn khi bị ngắn mạch dây quấn.
Để các yêu cầu đối với mạch từ như trên được thoả mãn thị việc chọn
loại tôn siclic 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 cao quá thì lá tôn sẽ bị giòn, độ 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,

20


rất thuận lợi cho việc chuyên chở. Tuy nhiên giá thành tôn cán lạnh có hơi cao
nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính rằng vẫn

kinh tế hơn những loại MBA được chế tạo bởi tôn cán nóng.
13)
Cắt là thép
Do ta sử dụng loại tôn cán lạnh mà do loại tôn cán lạnh có tính dẫn từ
không đẳng hướng nên việc ghép nối giữa trụ và gông không thể thực hiện
kiểu mối nối vuông góc như tôn cán nóng được vì như vậy góc ghép nối
0 khá lớn làm tăng tổn hao sắt (hình 2.1a) mà ta phải dùng mối nối
nghiêng hay là phải cắt vát lá tôn như (hình 2.2) khi đó góc   0 sẽ nhỏ đi
và tổn hao sắt sẽ giảm đáng kể (hình 2.1b)

Hình 2.1 Mối nối giữa gông và trụ
a.Mối nối thẳng.

b.Mối nối chéo.

21


Hình 2.2 Lá tôn cắt vát
Khi cắt tôn xong ta sẽ phải xử lí cho tốt bavia, và ta phải ủ lại những lá
tôn vừa cắt xong để cho những tinh thể kim loại trong vết cắt trở lại định
hướng ban đầu. Các lá thép kĩ thuật điện sau đó được sơn phủ cách điện
mặt ngoài trước khi ghép chúng lại với nhau.
14) Tính chọn sơ bộ mạch từ

i. Do xu thế hiện nay trong việc chế tạo m.b.a người ta đều dùng tôn
cán lạnh có chất lượng cao của các nước phát triển sản xuất . nên ở đây
ta chọn tôn cán lạnh của Nga sản xuất , mã hiệu 3405 có chiều dầy 0,30
mm
ii. Trị số tự cảm trong trụ m.b.a ( Bt ) theo bảng 11 , với mã hiệu tôn

3405 , công suất m.b.a dầu S= 400 KVA , chọn Bt =1,6 ( T)
Hệ số tăng cường tiết diện gông ( kg )
𝑇
kg = 𝑇 =1,015
𝑇𝐺

Để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng đối với tôn
cán lạnh ta dùng lõi thép với cách ghép xen kẽ có 4 mối ghép xiên ở 4 góc
của lõi , còn mối nối giữa dùng mối ghép thẳng . phương pháp này vừa đơn
giản vừa kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến .
* Theo bảng 4 ta chọn số bậc thang trong trụ là 6 đối với các tấm
tôn có tấm sắt ép , ép trụ bằng nêm với dây quấn , tiết diện trụ không có
rãnh dầu , hệ số chêm kín kc = 0,93
* đường kính trụ khoảng 18cm
*chọn số bậc thang của gông nhỏ hơn số bậc thang của trụ một bậc là 5
* theo bảng 10 , ta chọn hệ số lấp đầy k đ =0,97 : đối với lá tôn dầy
0,30 mm , mã hiệu 3405 phủ sơn cách điện chịu nhiệt
22


*Như vậy hệ số lợi dụng của lõi sắt là: Kl=Kc.Kđ=0,93.0.97=0.902.

Hình vẽ tiết diện trụ với số bậc thang trong trụ là 7
15)

Từ cảm trong của gông
BG =

16)


𝐵𝑇
𝐾𝐺

=

1,6
1,015

= 1,576

Suất tổn hao trong trụ và gông
Theo bảng 45 trang 216 [ TL1] : Suất tổn hao trong trụ và
gông. PT=1,15(W/Kg).

17)

PG=1,112(W/Kg).

Suất từ hóa trong trụ và gông
Theo bảng 50 trang 220[ TL1]
qT=1,602(VA/Kg).

qG=1,526(VA/Kg).

Suất từ hóa khe hở không khí với
BT=1,6T. qK=19200(VA/m2).
18)

Khoảng cách cách điện chính tra bảng 18,19 TL1:
C: Khoảng cách cách giữa 2 trụ cạch nhau.

d: Đường kính đường tròn ngoại tiếp tiết diện ngang của trụ.
d12: Đường kính trung bình giữa 2 dây quấn.
23


a1:Bề dầy cuộn HA
a2: Bề dày cuộn CA.
l: Chiều cao dây quấn.
δ12 =5 mm : ống cách điện giữa cao áp và hạ áp
δ22= 3 mm: ống cách điện giữa các pha l02
=

50 mm: cao áp với gông

lđ2 = 30 mm : phần đầu thừa các ống cách điện CA
lđ1 = 40 mm: phần đầu thừa các ống cách điện HA
δ01 = 5.0,5 mm: ống cách điện giữa HA và trụ
l01 =15( mm): khoảng cách từ dây quấn đến gông.
a01=20( mm) :Khoảng cách cách điện điện giữa trụ và dây quấn HA. a12 =
0,9( cm) :Khoảng cách cách điện giữa dây quấn HA vàCA.
a22 = 20( mm) : Khoảng cách cách điện giữa 2 cuộn CA.
19)

Các hằng số tính toán. ( a,b )
Tra bảng 12,13 trang 191 [1] ta được a=1,36. ; b=0,4.
Đối với dây quấn đồng công suất 400KVA , tổn hao ngắn mạch
theo tiêu chuẩn , và cấp điện áp cac áp 22 KV

20)
21)


Hệ số Kf=0,95 (Tra bảng 15 trang 191 [TL1])
Chọn hệ số tối ưu .

Chọn phương án tối ưu là phương pháp xác định hệ số hính dáng β
hợp lý nhất trong các phương án đặt ra khi trị số β thường biến thiên
trong phạm vi rất rộng từ 1,0 – 3,6 ; β là ttị số dùng để chỉ quan hệ giữa
đường kính trung bình của các dây quấn d12 và chiều cao l của dây quấn .
được gọi là tỉ số kích thước cơ bản của máy biến áp cũng là ( quan hệ
chiều rộng và chiều cao của máy )

24


𝛽=𝜋

𝑑12
𝑙

Hệ số βcó ảnh hưởng rất lớn tới đặc tính kỹ thuật và kinh tế của máy
biến áp :
Thật vậy :
Về mặt kinh tế : Nếu máy biến áp có cùng công suất , điện áp , các số
liệu xuất phát và các tham số kỹ thuật thì : khi β nhỏ m.b.a gầy và cao , nếu β
lớn thì máy biến áp béo và thấp . với những trị số khác nhau thì tỷ lệ trọng
lượng sắt và đồng trong m.b.a cũng khác nhau :β nhỏ thì sắt ít lượng đồng
nhiều , nếu β tăng lên thì trọng lượng sắt tăng lên và đồng lại giảm bớt đi .
như vậyviệc chọn β thích hợp không chỉ ảnh hưởng đến kích thước mà còn
ảnh hưởng đến vật liệu tác dụng chế tạo m.b.a , đến các vật liệu khác và dẫn
đến ảnh hưởng đến giá thành của nó .

Về mặt kỹ thuật : Thị hệ số β ảnh hưởng trực tiếp đến các tham số kỹ
thuật của m.b.a như tổn hao và dòng không tải , độ bền cơ , sự phát nóng của
dây quấn ... ví dụ khi β tăng thì đường kính d12 sẽ lớn lên ,dẫn đến trọng
lượng sắt tăng , do đó tổn hao sắt tăng , dong điện không tải cũng tăng .
muốn giữ cho tổng tổn hao không đổi khi β tăng thì trọng lượng đồng phải
giảm xuống , nhưng lúc đó sẽ làm cho mật độ dòng địên và lực cơ giới tác
dụng lên dây quấn lại tăng lên .
Vì thế mà việc chọn hệ số β sao cho m.b.a thiết kế ra có những đặc điểm
tối ưu , kinh tế nhất , mặt khác vẫn đảm bảo được những tham số kỹ thuật
như tổn hao ngắn mạch pn , không tải p0 , dòng không tải i0 , điện áp ngắn
mạch phần trăm un% ... đòi hỏi nhà thiết kế phải tính toán chọn lựa hợp lý
Để chọn phương án được chính xác ta cần phải lập bảng xét các trị số β
trong phạm vi 1.2 – 2,6: tra bảng 17 đối với m.b.a dầu công suất 400KVA
dây đồng điện áp 22kv
25