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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 I. 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. Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 6 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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. II. 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 . Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức + 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 . III. 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 . 1. 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. 2. 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. 3. Công suất định mức Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 8 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 : I U I US đm đm đm đmđm 1 1 2 2 == Đối với MBA 3 pha công suất định mức là : I U I US đm đm đm đmđm 1 1 2 2 .3.3 == IV. 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 . Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức V. 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= U 2 /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 Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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 Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 12 [...]... 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 Sf = S 3 = 2500 3 =833,33 (KVA) Dung lượng 1 trụ: S tr = S 3 = 2500 3 =833,33 (KVA) 2 Dòng điện dây định mức: Phía cao áp : Ι1 f = S đm 3.U 2 đm = 2500 3.35 =41,24(A) Phía hạ áp : I2f = S đm 2500 3.0,4... =3608,44(A) 3 Dòng điện pha định mức - Phía cao áp nối Y: I 1 f = I 1 = 41,24 (A) - Phía hạ áp nối Y: I 2 f = I 2 =3608,44(A) 4 Điện áp pha định mức: - Phía cao áp nối Y: U1 f = U1 3 = 3500 3 =20,21(KV) - Phía hạ áp nối Y: Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức U2f = U2 3 = 400 3 = 231(V) 5 Điện áp thử dây quấn ( tra bảng 14 -5 tài liệu 1) U t1 = 50 (kV)... 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, ... 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... NỘI Khoa Điện – Tại chức + 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 t S t = 1,65.963,5.10 − 4 = 0,1589 (Wb) 2 Điện áp 1 vòng dây: U v = 4,44.φ.f = 4,44.0,1589.50 = 35,29 lấy 35V 3 Điện áp 1 vòng dây U v = 35 (V) 4 Điện áp pha U2f = U = 400 (V) Số vòng dây 1 pha của dq hạ áp W2 = U2 f Us = 400 35 =11,5(vòng) Dây quấn thứ cấp... sắt và dầu không quá mức quy định Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức + 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... ngắn mạch p1 U n1 %= 10.s đm 20000 = 10.2500 =0,8% Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch Un%=5,95% Nguyễn Thanh Tùng - Điện 1K1 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện – Tại chức 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... 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... 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... 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 . 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. 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