Thiết kế máy biến áp đầu máy một pha

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 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 . 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 nhiều lượng định mức, dưới đây ta giới thiệu vài đại lượng cơ bản: 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 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 . 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 . 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=.U2đm.I2đm=.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 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 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) 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) H×nh 1.4 KÕt cÊu m¹ch tõ kiÓu bäc. a. Mét 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. Hình 1.5 Mạch từ kiểu trụ –bọc 1 :Trụ ;2 :Gông ;3 :Dây quấn 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 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 ( hình 1.6a). 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 ( hình 1.6b) 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 như (hình 1.6.c.d.e). 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. e. L­ît 2 L­ît 1 a. b. Lượt 1 Lượt 2 c. Lượt 1 Lượt 2 d. Lượt 1 Lượt 2 Hình 1.6 Thứ tự ghép lõi sắt ba pha. a. Ghép nối; b. Ghép xen kẽ mối nối thẳng; c. Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 4 góc; d. Ghép xen kẽ mối nối nghiêng 6 góc; e. ghép xen kẽ hỗn hợp. 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 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 Dây quấn đồng tâm: (Hình 1.7): 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 (Hình1.8) : 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. 1.5.3 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. 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 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: 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 dồ nguyên lý của một MBA1 pha(hình1.11). I1 I2 Zt W1 W2 U1 U2 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 f móc vòng với cả hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức điện động e1 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. f= fm. sinwt Do đó theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: e1= W 1= - w 1= -W1wfmcoswt = E 1sin(wt-) e 2=-W2= - W2 = -wW2fmcoswt =E 2sin(Wt-) Trong đó: E1===4,44fW1fm E2===4,44fW2fm Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Dựa vào biểu thức(1-3a,b) ta có thể đưa ra tỉ số biến đổi của MBA như sau. k = = Nếu không kể điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1E1, U2E2 do đó k có thể coi như tỉ số điện áp giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp. k= 1.7 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ: Để đảm bảo về tính toán hợp lý tốn it thời gian, việc tính toán MBA sẽ lần lượt tiến hành theo trình tự như sau: 1. Xác định các đại lượng cơ bản: Tính dòng điện pha, điện áp pha của các dây quấn Xác định điện áp thử của các dây quấn Xác định các thành phần của điện áp ngắn mạnh 2. Tính toán các kích thước chủ yếu Chọn sơ đồ và kết cấu lõi sắt Chọn loại và mã hiệu tôn Silic, cách điện của chúng, chọn cường độ tự cảm của lõi sắt Chọn các kết cấu và xác định các khỏang cách cách điện chính của cuộn dây Tính toán sơ bộ MBA chọn quan hệ kích thước chủ yếu b theo đại số io, Po, m, Pn đã cho. Xác định đường kính trụ, chiều cao dây quấn, tính tóan sơ bộ lõi sắt. 3. Tính toán dây quấn CA và HA Chọn dây quấn CA và HA Tính cuộn dây HA Tính cuộn dây CA 4. Tính toán ngắn mạch Xác dịnh tổn hao ngắn mạch Tính toàn điện áp ngắn mạch Tính lực cơ của dây quấn khi MBA bị ngắn mạch 5. Tính toán cuối cùng về hệ thống mạch từ và tham số không tải của máy MBA Xác định kích thước cụ thể của lõi sắt Xác định tổn hao không tải Xác định dòng điện không tải và hiệu suất 6. Tính toán nhiệt và hệ thống làm nguội MBA Tiêu chuẩn về nhiệt độ chênh Tính toán nhiệt MBA Tính tóan gần đúng trọng lượng và thể tích bộ giãn dầu PHẦN II: THIẾT KẾ CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH VÀ KẾT CẤU MẠCH TỪ MỘT PHA I.1 Các phương pháp điều chỉnh Khác với máy biến áp thông thường, MBA đầu máy có một số tính chất riêng, khi thiết kế cần lưu ý. - Công suất MBA được xác định từ công suất động cơ 1 chiều kéo đầu máy, kích thước và trọng lượng MBA phụ thuộc vào công suất này. - Bên cạnh đó MBA cần thiết điều chỉnh điện áp trong phạm vi từ 0 ® U. ® Do đó cần tăng cường đảm bảo chống ngắn mạch, độ bền điện và độ bền cơ khí cao, chống chấn động. Muốn đảm bảo các yêu cầu trên cần lưu ý sử dụng các vật liệu có chất lượng cao để tăng tuổi thọ cho MBA. Thường thì MBA đầu máy có tuổi thọ thấp. Trong khi tuổi thọ trung bình của MBA điện lực là 40 năm thì MBA đầu máy chỉ khoảng 20 năm. Một phần tử rất quan trọng của MBA đầu máy là bộ phận thay đổi điện áp. Nó được tính toán với chế độ làm v iệc khắc nghiệt đến 1000 lần thây đổi điện áp đầy tải trong 1 ngày. Phần tử này làm việc nặng nề nhất và hay hư hỏng nhất. Có nhiều phương pháp điều chỉnh điện áp MBA Sơ đồ nối dây máy biến áp , điều chỉnh điện áp phía 22kV 1. Điều chỉnh điện áp phía cao áp Điện áp được điều chỉnh bằng 1 MBA tự ngẫu, máy thường được chế tạo kiểu bọc. MBA chính thưòng có 2 trụ, ngoài ra còn có bộ phận thay đổi điện áp gồm chuyển mạch các tiếp điểm công suất lớn và biến dòng. Hình vẽ: Máy biến áp một pha mạch từ ba trụ Để giảm trọng lượng, người ta chế tạo mạch điện từ kiểu 3 trụ. Trụ I có từ thông F1 không đổi do điện áp lưới đặt lên số vòng dây không đổi sinh ra. Trên trụ này đặt dây quấn tự dùng và dây quấn sưởi ấm. Từ dây quấn MBA tự ngẫu sẽ nối với dây quấn trụ II và dây quấn nối tiếp trụ III. Từ thông trụ II là F2 gồm 0,5F1 và từ thông biến thiên Fx. Trong đó Fx thay đổi tuỳ theo vị trí chuyển mạch ở MBA tự ngẫu. Như vậy sự phân bố từ thông qua 3 trụ theo tỉ lệ 1:1,5:0,5. Sử dụng loại lõi thép này không thể dùng dây quấn hình trụ, vì không thể đồng thời có 3 trụ tiết diện tròn khi số lá thép như nhau. Người ta phải dùng dây quấn ôvan thay cho dây quấn hình trụ, làm tăng giá thành vào khoảng 25% tiền công chế tạo. Dùng dây quấn ôvan sẽ tận dụng được diện tích cửa sổ MBA hơn là dùng dây quấn tròn. Kích thước máy lợi này sẽ nhỏ hơn, kích thước thùng dầu và trọng lượng toàn bộ máy sẽ giảm đi so với loại máy 2 mạch từ riêng rẽ, xếp chung trong 1 thùng dầu. Trọng lượng trên đơn vị công suất vào khoảng 2,3 kg/KVA 2. Điều chỉnh điện áp phía hạ áp MBA điều chỉnh điện áp phía cao áp có dòng điện qua chuyển mạch cỡ hàng trăm ampe, dây quấn thứ cấp đơn giản. Nhưng có nhược điểm là trọng lượng máy sẽ lớn, hiệu suất sẽ nhỏ MBA điều chỉnh điện áp phía hạ áp, dây quấn cao áp không có đầu phân áp, giảm vật liệu cách điện phần dây quấn và đầu ra điện áp, đầu phân áp sẽ đặt ở dây quấn hạ áp và được điều chỉnh bằng động cơ. Dòng điện các đầu tiếp xúc điều chỉnh tới hàng chục KA. MBA công suất lớn, số vòng dây thứ cấp ít vì vậy điệp áp điều chỉnh sẽ thô, thường phải dùng mạch chia dòng và điện kháng. MBA đầu máy kiểu MBA tự ngẫu, điện áp lưới điẹn 22kv với tần số 50hz. Phần dây quấn hạ áp được nối đất, có dòng điện lớn, đầu phân áp được đến các tiếp điểm chuyển mạch có dòng điện hàng kA. Để dòng điện cân bằng, người ta dùng bộ chia dòng điện sơ - thứ cấp độc lập, vì tính rằng nếu mất nối đất các đầu phân áp của tự dùng, cung cấp cho sưởi ấm chịu điện áp bằng điện áp phía cao áp. 3. MBA điều chỉnh bằng bão hoà từ Điều chỉnh điện áp bằng mạch từ bão hoà là phương pháp tiên tiến, phương pháp này không cần dùng bộ chuyển mạch công suất lớn, người ta hay dùng cách điều chỉnh này cho MBA cấp điện cho động cơ kéo công suất lớn. Điều chỉnh điện áp trơn, không có tia lửa điện, dùng cho trường hợp không tĩnh tại, phù hợp cho động cơ đầu máy kéo toa xe. Transductor điều chỉnh thường được nối theo 2 cách a) Hai transductor song song, dùng để chuyển tải từ đầu phân áp này sang đầu phân áp khác, nó làm nhiệm vụ chuyển mạch. b) Sử dụng mạch từ bão hoà có mạch liên hệ ngược, các cặp điôt ngược và hạn chế dòng ngắn mạch, lại đảm bảo nối đầu phân áp lân cận. Dây quấn sơ cấp MBA nối vào lưới 25kv máy có đầu phân áp 22,5kv. Dây quấn thứ cấp nối qua chỉnh lưu để cấp cho ĐC . Dây quấn này gồm 2 phần có điện áp như nhau 465V, một trong 2 phần chia làm 6 phần có đầu phân áp 6x77,5. Điện áp điều chỉnh mỗi nấc 77,5V từ 0¸930V. Ngoài ra dây quấn tự dùng và dây quấn tự cấp lò sưởi Theo cách này người ta đã chế tạo MBA đầu máy có công suất 1385KA điện áp 25kv/22,5kv. Động cơ kéo MBA và chuyển mạch bộ phận làm mát và transductor, đặt chung ở một toa xe. Dẫn điện bằng cáp 1 lõi, tiết diện 150mm2, điện áp thử 80kv (cáp cao áp từ lưới đến MBA). MBA đầu máy kiểu vừa xem xét do hãng Micafil chế tạo có sứ ra kiểu điện dung. Sứ ra cao 3m, từ MBA lên đến mái của toa xe. Ngoài ra bọc ngoài sứ là ống bằng đồng có đường kính 80mm. Máy biến dòng để dưới mái, sứ ra được kẹp trên mái chống rung, phía tiếp nối với nắp MBA phải có doãng kín để không chảy dầu. MBA đầu máy có hình dáng không giống với MBA thông thường. Từ đầu phân áp nối ra, chuyển mạch bằng đồng thanh đi dưới sàn toa. I.2 Chọn sơ đồ điều chỉnh và kết cấu mạch từ Qua phân tích những đặc điểm của 3 phương pháp điều chỉnh điện áp nêu trên, ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phía cao áp là phù hợp hơn cả. Với sơ đồ điều chỉnh điện áp phía cao áp, nếu như ta chế tạo mạch từ riêng rẽ thì trọng lượng máy sẽ lớn. Vì vậy cách tốt nhất là chế tạo mạch từ hợp nhất giữa MBA tự ngẫu và MBA chính thành mạch từ 3 trụ. Với mạch từ 3 trụ ta có thể có 2 cách đặt dây quấn. a) Có 2 trụ đặt dây quấn, trụ còn lại không có dây quấn (có thể là 2 trụ biên đặt dây quấn, trụ giữa trống, hoặc 2 trụ kề nhau đặt dây quấn, trụ biên để trống) b) Cả 3 trụ đặt dây quấn Việc xác định hợp lý tỷ lệ dây quấn MBA tự ngẫu và MBA chính trên các trụ sẽ làm kích thước máy có hiệu quả kinh tế. Hãng Oerlikon cho rằng, kinh tế lớn nhất là phương án chọn đặt dây quấn ở cả 3 trụ. Một trụ biên đặt dây quấn MBA tự ngẫu, dây quấn tự dùng và dây quấn sưởi; 2 trụ còn lại để đặt dây quấn MBA chính. Dây quấn tự dùng và chuyển tiếp cho lò sưởi đặt trên cùng trụ củadây quấn MBA tự ngẫu vì trụ này có từ thông không đổi. Trên trụ có dây quấn MBA chính từ thông biến đổi từ 0 đến cực đại. Nếu coi tiết diện trụ MBA tự ngẫu là 100% thì trụ giữa có tiết diện 50%. Với giả thiết trên, tỷ lệ vòng dây quấncao áp MBA tự ngẫu gấp 2 lần dây quấn MBA chính ở mỗi trụ. Sơ bộ chọn diện tích tiết diện trụ MBA như sau: St = 30 cm2 Với S – công suất cực đại MBA tự ngẫu, KVA Tiết diện lõi thép là chữ nhật, có tỷ lệ chiều rộng và chiều dài giới hạn là 1:3, chênh lệch quá sẽ tốn dây dẫn. Cường độ từ cảm Bm = 1,85 T Chế độ phát nóng tính cho TH làm việc lâu dài với Bm = 1,75 mà nhiệt độ vẫn trong giới hạn cho phép. Dòng không tải càng lớn thì hiện tượng quá áp khi đóng máy vào lưới càng nguy hiểm Tiết diện dây quấn chọn sao cho mật độ dòng điện nhỏ hơn hoặc bằng 6 A/mm2. ở dây quấn MBA chính, dòng điện ít thay đổi, có thể chọn mật độ dòng điện 5A/mm2 như vậy là trị số này lớn hơn ở MBA thường 50®60%. Điều này dẫn đến việc phải tăng cường làm mát, dầu làm mát đưa thẳng vào dây quấn, vào rãnh dầu có định hướng. Làm mát dầu cưỡng bức bằng bơm tuần hàn đưa dầu làm mát ngoài MBA. Dây quấn phải có độ bền cơ học cao để chống ngắn mạch, có độ bền chịu được quá áp và độ bền chịu nhiệt khi quá tải, chủ yếu chống được lực hướng trục. Ví dụ dây quấn MBA chia làm 2 nhánh, sao cho ngắn mạch ở một nhánh hay là 2 nhánh thì đều có cân bằng sức từ động. Đặc biệt bố trí đầu phân áp MBA tự ngẫu khi điều chỉnh phía CA hoặc phía HA * Dòng ngắn mạch IR, lực ngắn mạch Fk có thể được hạn chế bằng cách tăng điện áp ngắn mạch. MBA đầu máy thường có điện áp ngắn mạch uk=8¸15% Điện áp ngắn nạch dây quấn tự dùng và sưởi muốn đạt được trị số đã cho phải tăng rãnh từ tản chính hoặc nối thêm cuộn kháng. ứng suất dây quấn tự dùng dây quấn sưởi, được chọn cao tới 1500kg/cm2. Để phân bố điện áp đồng đều giữa 2 lớp, ở MBA quấn kiểu nhiều lớp, các lớp được nối với nhau theo cùng chiều. MBA có điện áp 22kv phải tăng cường cách điện ra 2 phía dây quấn, dòng 0,9mm. Ngoài ra với các vị trí đặc biệt cần tăng thêm cách điện đến 30¸50%. Dây quấn galet, do phân bố điện áp không đều cần tăng khoảng cách giữa các galet đến 10mm. Khi thí nghiệm MBA, tính thời gian để đạt đến nhiệt độ ổn đỉnh của máy 5 ® 10h. Dây dẫn có mật độ dòng tới 6A/mm2, chọn bề mặt làm mát sao cho ứng suất nhiệt không vượt quá 5w/m2, độ tăng nhiệt độ không quá 700.Dây quấn đồng tâm hình trụ cần có rãnh thông dầu 5mm dọc trục. Rãnh thông dầu hướng kính chọn không nhỏ hơn 20% chiều rộng dây quấn CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP II.1. Tính toán máy biến áp chính II.1.1 Tính toán dây quấn và mạch từ MBA đầu máy thiết kế ở đây gồm 1 MBA tự ngẫu có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp (RAT) và MBA chính (HT). Hai MBA này được đặt chung trên mạch từ 3 trụ. RAT đặt riêng trên 1 trụ, 2 trụ còn lại đặt dây quấn HT. Dây quấn tự dùng T và dùng để sưởi ấm S đặt trên cùng trụ với RAT vì trụ này có từ thông không đổi theo các nấc thay đổi điện áp Hình vẽ II.1 Sơ đồ nối dây của máy biến áp đầu máy Tiết diện các trụ XĐ theo độ lớn từ thông. Nếu gọi trụ I xuất phát từ HT, ở nấc điều chỉnh thứ 33 điện áp tíư cấp của MBA tự ngẫu là 20000V, phần dây quấn trên trụ II có điện áp 15000V (U1’’), phần dây quấn trên trụ III có điện áp Ut’’’ = 5000V (phân bố theo tỷ lệ từ thông trên các trụ 1,54 và 0,54). Tương tự ta có điện áp phía thứ cấp MBA chính là U2’’ = 750V, U2’’’ = 250V Hình II.2 Phân bố từ thông ở 3 trụ I, II, III ứng với các nấc điều chỉnh khác nhau Diện tích tiết diện mạch từ : St=30=30 » 2685 (cm2) Chọn tiết diện trụ II: = 2685 (cm2) Chọn tiết diện trụ III: (cm2) Chọn tiết diện trụ I: (cm2) Giả sử hệ số điền đầy kt-0,96, ta có diện tích hình học các trụ: Kích thước lõi thép trụ I chọn theo tỷ lệ a:b=1:3 (a là bề rộng, b là chiều dày), chiều dày 3 trụ chọn bằng nhau Trụ I: aIbI = 25.74,6 = 1865 cm2 Trụ II: aII = aI Trụ III: aIII = aI Cường độ từ cảm chọn ứng với điện áp cực đại BII = BIII = 1,607T Điện áp trên 1 vòng dây: Số vòng dây ở trụ II và III sẽ như nhau Trụ II có U1’’ = 15000V Þn1= (vòng) U2’’ = 750V Þ n2 = (vòng) Trụ III: U1’’’ = 5000V Þ n1 = (vòng) U2’’’ = 250V Þ n2 = Công suất MBA chính : Sđc = 7000KVA Dòng sơ cấp: I1 = Phía hạ áp mỗi dây quấn có công suất là: 350KVA ® Dòng thứ cấp: I2 = Để đạt được trị số điện áp ngắn mạch ta chia dây quấn xen kẽ thành 2 nhóm nối song song. Trong thực tế người ta thường thực hiện như sau: Xác định cách đặt dây quấn, sau đó tính điện áp ngắn mạch, cuối cùng điều chỉnh trị số này bằng cách chọn lại số nhóm dây nối song song hoặc thay đổi kích thước mạch từ trường hợp đang xét, thích hợp nhất là đặt dây quấn như sau: Dòng điện sơ cấp ở mỗi nhánh là: I1’ = 0,5.I1 = 0,5.350 = 175 (A) Chọn mật độ dòng điện d1’ = 5,08 A/mm2 ta tính được tiết diện dây quấn Chọn dây: 2,5 x 6,5/3,4 x 7,4 (Cách điện dP) x2 gồm 8 bánh dây, mỗi bánh 20 vòng, chiều dày bánh dây: B1 = 20.3,4.2 = 136mm Dây quấn thứ cấp I2 = 3500A, tương ứng chọn d2 = 4,89 A/mm2 ta có tiết diện dây quấn: Chọn dây trần bằng đồng : 5,3.135 ® Chiều dày : b2 = 135mm Tính chiều cao dây quấn trụ II và III tính cho nửa dây quấn mỗi trụ Dây quấn thứ cấp (nn) - Dây quấn : 2 x 4.5,3 = 42,4mm - Khe hở giữ bánh dây : 2 x 3 x 9 = 54mm - Khe làm mát chính 1 x 40 mm và nửa khe ngăn cách giữa 6m tổng là 46mm Dây quấn sơ cấp (vn) - Dây quấn : 8 x 7,4 = 59,2 mm - Khe hở giữa các bánh dây : 7 x 11 = 77 mm - Khe làm mát chính : 1 x 40 = 40m Tổng chiều cao nửa dây quấn mỗi trụ : 318,6mm Hình II.4 Bố trí dây quấn ổ trụ II và III Chiều caodây quấn là : h = 2.318,6 = 637,2mm Sau khi ép chặt: h = 630mm Khoảng cách dây quấn đến gông, phía trên là 45mm, phía dưới là 35mm ® Chiều cao cửa sổ là: h0 = 630 + 45 + 35 = 710mm Khoảng cách dây quấn cao – hạ áp, khoảng cách dây quấn – gông, xác định tương ứng với điện áp thử 75kv ở tần số công nghiệp và 150kv điện áp sóng xung 1,2/50ms Giữa các khoảng cách có đặt vật liệu các điện, hơn nữa chỗ tiếp nối còn đặt nhỏ ra tối thiểu 12mm Hình II.5 Từ trường tản II.1.2. Tính điện áp ngắn mạch Xét điện áp ngắn mạch của MBA chính. Điện kháng ngắn mạch của HT sẽ là tổng điện kháng 2 tụ: X = XII + XIII Sử dụng công thức Richter X = 3,95.f. C = S + Ta có chu vi trung bình dây quấn trụ II là OII = 2(s+d)+pb = 2(44,5 + 82) + 3,14.13,5 = 295,5mm Dựa vào hình vẽ bố trí dây quấn ta xác định được S = 44,5cm ; d = 82cm ; b = 13,5cm Chu vi trung bình dây quấn trên trụ III : OIII = 2(s’+d’)+pb’ = 2(19,5+82)+3,14.13,5 = 245,5cm Với s’ = 19,5cm; d’ = 82cm; b’ = 13,5cm Tiếp theo: d = 4cm; a1 = 13,5cm; 0,5 a2 = 4,7cm Hệ số Rogowshi được tính như sau K = 1 - Trong đó: X = Ta có: X = 3,95 Þ UL = X.I1’=10,4.175=1820V Hay:UL= II.2 Tính toán MBA tự ngẫu 1 pha (RAT) Dây quấn RAT đặt ở trụ I, tiết diện tác dụng trụ I là SI = 1790cm2 Diện tích hình học : SI’ = 1865cm2 theo kích thước 25x74,5mm Cường độ từ cảm chọn là: BT = 1,607T, từ thông sẽ là: F = BI.SI = 1,607.0,179 = 0,2877wb Điện áp mỗi vòng dây: UVI = 4,44.f.F = 4,44.50.0,2871 = 63,9 (V) Đầu phân áp nối song song: U1P = 20000V: nP = (vòng) Phần dây quấn nối tiếp: U1s = 2000V ; nS = (vòng) Dây quấn sơ cấp: U1 = U1p + U 15 = 20000 + 2000 = 22000V n1 = np + ns = 320 + 34 = 354 (vòng) Dây quấn sưởi S vòng vòng Dây quấn tự dùng T vòng vòng Hình II.6 Biểu đồ các nấc điều chỉnh điện áp Nấc điều chỉnh , V V A A A A kVA kVA 1 0 0 0 40 40 350 3500 0 1000 2 14 875 43,75 51,5 278,5 350 3500 188,5 1288,5 3 28 1750 87,5 63,1 266,9 350 3500 577 1577 4 42 2625 131,25 76 254 350 3500 865,5 1865,5 5 54 3375 168,75 84,5 245,5 350 3500 1100 2100 6 64 4000 200 92,8 237,2 350 3500 1525 2320 7 74 4625 231,25 101 229 350 3500 1732 2525 8 84 5250 262,5 109,3 220,7 1920 2732 9 93 5812,5 290,63 116,8 213,2 2105 2920 10 102 6375 318,75 124,3 205,7 2285 3105 11 111 6937,5 346,88 131,5 198,5 2475 3285 12 120 7500 375 139 191 2660 3475 13 129 8062,5 403,13 164,4 183,6 2825 3660 14 137 8562,5 428,13 159 177 2990 3825 15 145 9062,5 453,13 159,8 170,2 3155 3990 16 153 9562,5 478,13 166,4 163,6 3320 4155 17 161 10062,5 503,13 172,9 157,1 3505 4320 18 170 10025 531,25 180,5 149,5 3683 4505 19 179 11187,5 559,38 187,2 142,8 3880 4683 20 188 11750 587,5 195,3 134,7 4065 4880 21 197 12312,5 615,63 202,6 127,4 4250 5065 22 206 12875 643,75 210,3 119,7 4440 5250 23 215 13437,5 671,88 217,9 112,9 4635 5440 24 225 14062,5 703,13 225,2 104,8 4845 5635 25 235 14687,5 734,38 238,2 97,2 5055 5845 26 245 15312,5 765,63 242,3 87,7 5280 6055 27 256 16000 800 251,5 78,5 5505 6280 28 267 16687,5 834,38 260,5 69,5 5730 6505 29 278 17735 868,75 269,3 60,7 5955 6730 30 289 18062,5 903,13 268,5 51,5 6195 6955 31 300 18750 937,5 288 42 6400 7195 32 310 19375 968,75 296 34 6600 7400 33 320 20000 1000 304 26 7000 8000 Bảng II.1 Thông số máy biến áp tự ngẫu ứng với từng nấc điều chỉnh Dòng điện dây quấn máy biến áp tự ngẫu thay đổi theo từng nấc điện áp, do vậy xác định trị số dòng điện để xác định tiết diện dây quấn. Tiết diện chọn sao cho mọi phần của dây quấn, khi dòng điện thay đổi, không có phần nào có mật độ dòng điện lớn hơn 6 A/mm2. Công suất tự dùng và cấp cho động cơ kéo xem như sử dụng thường xuyên, phần cấp sưởi nóng chỉ sử dụng vào lúc trời lạnh Chọn dây quấn sao cho bề rộng của các bánh dây bằng nhau và bằng bề rộng các bánh dây máy biến áp chính. Chiều cao của dây quấn nhỏ hơn 8 mm để giảm tổn hao phụ. Đường sức từ tản sẽ vuông góc với chiều cao dây quấn và song song với bề dày (rộng) của dây quấn. Hình II.7 Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi dòng điện ở các nấc điều chỉnh Hình II.8 Bố trí các đầu phân áp. Số trong ngoặc chỉ thứ tự đầu phân áp, số ngoài ngoặc chỉ số vòng dây quấn Số vòng Số cặp galet Số vòng mỗi galet Phạm vi dòng điện A Kích thước dây trần, mm Kích thước có cách điện mm Tiết diện Mật độ dòng điện A/ 81 3 27 310-253 4.7 4,9-7,9 56 4,52-5,53 30 1 30 253-231 3,5.7 4,4-7,9 49 5,14-4,7 102 3 34 2232-180-10 3.7 3,9-7,9 42 5,31-4,29-5 60 2 30 210-260 3,5.7 4,4-7,9 49 4,29-5,31 27 1 27 260-228 4,7. 4,9-7,9 56 4,65-5,15 100 1 25 260-304 4,5.6,5 5,4-7,4 58,5 5,06-5,19 Bảng II.2 Thông số kỹ thuật từng nhóm dây quấn Dây quấn cấp cho sưởi, có hai cặp galet 24 vòng dây. Sau khi quấn được 16 vòng, lấy đầu ra. Dòng điện tương ứng : ở điện áp 1500 V có công suất 8000 kVA và 1000 V có 600 kVA. Khi cần sử dụng điện áp 1500 và 1000 V hai cặp galet song song, khi sử dụng điện áp 3000 V, sẽ nối tiếp Hình II.9 Dây quấn sưởi (S), dây quấn tự dùng (T) Tiết diện dây dẫn chọn tương ứng với khi sử dụng điện áp 1000 V, lấy dS = 5,56 A/mm2. SS = Khi sử dụng điện áp 1500 hoặc 3000, mật độ dòng là : Chọn dây 3 x 6 / 3,6 x 6,6 (cách điện 4P) x 3 dây song song. Dây quấn tự dùng T Điện áp sử dụng 187,5 và 250V, công suất 200kVA ứng với điện áp 250V : Dòng này cũng tính cho đầu phân áp 187,5 V Mật độ dòng điện dT = 3,56 A/mm2 (chọn nhỏ vì dây quấn này làm việc liên tục). Tiết diện dây quấn : Chọn dây 4,5 x 5/5,1 x 5,6 (cách điện 4P) x 5 dây song song. Dây quấn này công suất nhỏ, uk cũng nhỏ vì vậy sẽ nguy hiểm khi xảy ra ngắn mạch, để tăng uk, ta đặt dây quấn này sau dây quấn sưởi (tăng khoảng cách với dây quấn 25 kV). Chiều cao dây quấn trụ I : Dây quấn điều chỉnh 8 ga let x 7,4 mm = 59,2 mm 20 ga let x 7,9 mm = 158,0 mm 27 khe x 10 mm = 270,0 mm Tổng cộng 487,2 mm Sau khi sấy khô ép chặt còn lại ~ 480 mm Hai lớp cách điện dày 40 mm = 80 mm Dây quấn sưởi 4 ga let x 6,6 mm = 26,4 mm 2 khe x 5 mm = 10 mm Tổng cộng 36,4 mm Sấy khô ép chặt còn ~ 36 mm Dây quấn tự dùng 2 ga let x 5,6 mm = 11,2 mm Khoảng cách giữa dây quấn sưởi – Tự dùng 2 x 11,5 mm = 23 mm Tổng cộng 34,2 mm Sấy khô, ép chặt còn ~ 3,4 mm Chiều cao tổng cộng sau khi sấy – ép còn: 480 + 36 + 34 + 80 = 630 mm Khoảng cách từ dây quấn đến gông trên 45 mm, phía dưới 35 mm, chiều cao cửa sổ sẽ là: h0 = 630 + 45 + 35 = 710 mm Hình II.10 Bố trí dây quấn ở trụ I CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH MÁY BIẾN ÁP Điện áp ngắn mạch ở đầu phân áp thứ 33. áp dụng công thức: X = 3,95 F = 50 Hz; n33 = 80 vòng, d = 1 cm; a1 = 35,8 cm; a2 = 60 + 42 = 102 mm = 10,2 cm O2 = 2(s+d) + pb = (320 + 820)2 = 3,14 x 135 = 2705 mm = 270,5 mm K = 1 - Trong đó: Điền vào ta có: X = 3,95 x 0,531 Giảm áp là : U33 = X.I1 = 1,17 x 304 = 355 V U33 = Để tính uk cho mọi đầu phân áp ta dùng công thức : X = 3,95 = hằng số x n2 = Tiép theo tính điện áp ngắn mạch của máy biến áp chính ứng với từng phần đầu phân áp. Điện áp ngắn mạch được tính : ở nấc điện áp lớn nhất, điện kháng X = 10,4 W I1’ = 0,5 x 330 = 165 A (không đổi) U1’ - điện áp ở các nấc tương ứng. Giá trị uk của máy biến áp tự ngẫu đã cho, phụ tải chỉ tính ứng với tải của máy biến áp chính mà không kể đến tải tự dùng và sưởi. Cách tính các thông số: U1’ và uk(HT) là thông số của máy biến áp chính ứng với công suất 6600 kVA ở đầu phân áp 33, và dòng I1’ = 2 x 165 = 330 không thay đổi. Công suất tổng của máy biến áp tự ngẫu là 7600 kVA ở nấc điều chỉnh 33, uk ở nấc 33 và các nấc còn lại đều tính tương ứng với công suất ứng với phụ tải của máy biến áp chính, sưởi ấm và tự dùng. ứng với I1 = 304 A công suất kVA, nấc 33 có uk = 1,42%. Khi tính cho cả nhóm, ta cần qui đổi điện áp ngắn mạch máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp chính ứng với một công suất chung. Nấc 33 ứng với công suất 7600 kVA thì uk(RAT) = 1,42%. Máy biến áp chính có công suất 6600 kVA thì điện áp ngắn mạch qui đổi sẽ được tính: Uk(RAT) = 1,42 Đầu phân áp số 15 công suất tổng cộng là 3990 ứng với uK(RAT) = 7,56%. Riêng máy biến áp chính có công suất 2990, ứng với điện áp ngắn mạch: Bằng cách tương tự, ta tính được UK(RAT) qui đổi của các nấc phân áp (đầu phân áp) còn lại. Đồ thị 1: Biểu diễn sự thay đổi điện áp ngắn mạch( tính theo %) phụ thuộc vào vị trí nấc điện áp Nấc điều chỉnh 10-4 l1A XW X.l1V uk % 1 400 16 40 29,2 1160 4,64 3 372 13,8 63,1 25,2 1590 6,35 5 346 11,95 84,5 21,8 1840 7,36 7 326 10,6 101 19,35 1955 7,82 9 307 9,45 116,8 17,25 2018 8,05 11 289 8,35 131,5 15,25 2008 8,03 13 271 7,35 146,4 13,4 1965 7,86 15 255 6,5 159,8 11,85 1890 7,56 17 239 5,7 172,9 10,4 1800 7,2 19 221 4,88 187,2 8,91 1670 6,68 21 203 4,11 202,6 7,5 1520 6,08 23 185 3,42 219,7 6,25 1360 5,43 25 165 2,72 232,8 4,97 1155 4,62 27 144 2,07 251,5 3,78 950 3,8 29 122 1,48 269,3 2,7 727 2,91 31 100 1,0 288 1,825 526 2,11 33 80 0,64 304 1,17 355 1,42 Bảng: Điện áp ngắn mạch ở các nấc điều chỉnh tương ứng của máy biến áp tự ngẫu Nấc điều chỉnh V Uk(HT) % Uk(RAT) % uk, % cả nhóm 1 0 0 0 3 1750 90 2,33 92,33 5 3375 50,8 3,88 54,68 7 4625 37,1 4,72 41,82 9 5812,5 29,55 5,30 34,85 11 6937,5 24,75 5,58 30,33 13 9062,5 18.9 5,68 24,58 15 10062,5 17,05 5,52 22,57 17 11187,5 15,35 5,24 20,59 19 12312,5 13,92 4,88 18,8 23 13437,5 12,75 4,44 17,19 25 14687,5 11,68 3,89 15,52 27 16000 10,72 3,19 13,91 29 17375 9,87 2,48 12,35 31 18750 9,15 1,81 10,96 33 20000 8,57 1,24 9,81 Bảng: Điện áp ngắn mạch của máy biến áp chính ở các nấc điều chỉnh Dựa vào kích thước dây quấn ở cả ba trụ, ta có thể suy ra kích thước của lõi thép. Khối lượng mạch từ: Trụ I: GI = St’.ht.gt = 17,5 x 7,1 x 7,65 = 950 kg Trụ II: GII = St’’.ht.gt = 26,25 x 7,1 x 7,65 = 1440 kg Trụ III: GIII = St’’’.ht.gt = 8,75 x 7,1 x 7,65 = 475 kg Gông Gs = 2Sslsgt = 2 x 17,5 x 15 x 7,65 = 4000kg Tổng cộng 6865 kg Hình III.1 Kích thước của náy biến áp CHƯƠNG IV. TỔN HAO KHÔNG TẢI Khi tính tổn hao không tải ở mọi nấc điện áp, ở trụ I luôn có điện áp đặt vào không đổi nên từ thông không đổi và tổn hao sắt từ không đổi. ở trụ II và III, từ thông thay đổi, ta phải xác định từ thông mỗi trụ tương ứng với các nấc điện áp. Hình IV.1 Kích thước mạch từ Tổn hao không tải được tính như sau: k – hệ số làm tăng tổn hao do gia công, k = 1,5 và suất tổn hao p10 = 0,7 W/kg. Tổn hao từng mạch tương ứng là DP1, DP2, DP3’, DP3’’. Khối lượng tương ứng G1 = 2956 kg; G3’ = 1335 kg G2 = 1928 kg; G3’’ = 644 kg Tổng cộng 6865 kg Thông số quan trọng để tính bảng sau: Đoạn mạch từ Từ thông, Mx Diện tích tiết diện, cm2 Cường độ từ cảm, Gs Khối lượng, kg I1 I2 I3’ I3’’ 28,14.106 42,21.106 14,07.106 14,07.106 1750 2625 1750 875 16070 16070 8035 16070 2958 1928 1335 644 Tổn hao không tải: DPst = DP1 + DP2 + DP3’ + DP3’’ = = 1,5 x 0,7.10-8 [2958 x 160702 + 1928 x 160702 + 1335 x 80352 + 644 x 160702] = 15865 W Hình IV.2 Ký hiệu trên mạch từ Nấc điều chỉnh B1Gs B2Gs B'3Gs B'3Gs DP1 W DP2 W DP'3 W DP''3 W DPst W 1 5360 8035 16070 580 905 1740 11225 3 6025 7030 14060 735 693 1332 10760 5 6695 6025 12050 905 508 977 10390 7 7360 5020 10040 1091 353 681 10125 9 8035 4015 8030 1304 226 435 9965 11 8700 3010 6020 1533 127 245 9905 13 9370 2010 4020 1769 57 109 9935 15 10040 1005 2010 2039 14 27 10080 17 10710 0 0 2317 0 0 10317 19 11390 1005 2010 2619 14 27 10660 21 12050 2010 4020 2934 57 109 11100 23 12700 3010 6020 3258 127 245 11630 25 13380 4015 8030 3609 226 435 12270 27 14070 5020 10040 3986 353 681 13020 29 14720 6025 12050 4370 508 977 13885 31 15400 7030 14060 4880 693 133 14825 33 16070 8035 16070 5220 905 1740 15865 Bảng IV.1 Thông số tương ứng với các nấc điện áp CHƯƠNG V. CÁC TÍNH TOÁN CUỐI CÙNG VỀ DÂY QUẤN VÀ MẠCH TỪ Khối lượng đồng Máy biến áp chính Chiều dài trung bình vòng dây trụ II: III = 295,5 cm Chiều dài trung bình vòng dây trụ III: IIII = 245,5 cm Dây quấn hạ áp (nn): Trụ II : GII = III.n2.s2.gm = 29,55(2x8)(0,05x1,35).8,9 = 284 kg Trụ III : GIII = IIII.n2.s2.gm = 24,55(2x8)(0,05x1,35).8,9 = 236 kg Tổng cộngGnn = 520 kg Dây quấn cao áp (vn) Trụ II : GII’ = III.n1.s1.gm = 29,55(2x160)(2x0,025x0,065).8,8 = 273 kg Trụ III : GIII’’ = IIII.n1.s1.gm = 24,55(2x160)(2x0,025x0,065).8,8 = 227 kg Tổng cộng Gvn = 500 kg Máy biến áp tự ngẫu Chiều dài trung bình vòng dây trụ I: II = 270,5 cm Sưởi ấm: Gs = II.ns.gm = 27,05.(2x24).(3x0,03x0,06).8,9 = 62,4 kg Tự dùng: GT = II.ns.gm = 27,05.(2x4).(5x0,045x0,05).8,9 = 21,6 kg Dây quấn điều chỉnh 100 vòng 4,5 x 6,5 hai sợi quấn song song G1 = 27,05 x 100.(2x0,045x0,065).8,9 = 140,7 kg 108 vòng 4 x 7 hai sợi quấn song song G2 = 27,05 x 108.(2x0,04x0,07).8,9 = 145,3 kg 90 vòng 3,5 x 7 hai sợi quấn song song G3 = 27,05 x 19.(2x0,035x0,07).8,9 = 106,0 kg 102 vòng 3 x 7 hai sợi quấn song song G4 = 27,05 x 102.(2x0,03x0,07).8,9 = 103,0 kg Tổng cộng Greg = 495 kg Tổng khối lượng đồng: Gm = Gnn + Gvn + Gs + GT + Greg = 520 + 500 + 62,5 + 21,6 + 495 = 1599 kg Tổn hao đồng được tính bằng công thức: Pm = 2,5d2 Gm.k K = 1,2 ¸ 1,3 với dây quấn dẹt. Thí dụ tính Pm ứng với đầu phân áp 33, tải định mức Dây quấn cao áp: DPmvn = 2,5 x 5,082 x 500 x 1,2 = 38400 W Dây quấn hạ áp : DPmnn = 2,5 x 4,892 x 520 x 1,3 = 40300 W DPmnHT = DPmvn + DPmnn = 38700 + 40300 = 79000 W Dây quấn sưởi : DPmS = 2,5dS2GS.1,2 = 2,5 x 4,942+ x 62,4 x 1,2 = 4580 W Dây quấn tự dùng : DPmT = 2,5ds2GT.1,2 = 2,5 x 3,562+ x 21,6 x 1,2 = 820 W Tổng tổn hao đồng: DPm = DPmHT + DPmRAT + DPmS + DPmT = = 79000 + 9400 + 4580 + 820 = 93810 W Tổng khối lượng hệ thống máy biến áp Khốí lượng đồng: 1599kg Khối lượng lá thép: 8865kg Khối lượng cách điện: 450kg Khối lượng mạch điều chỉnh: 350kg Khối lượng dầu: 2500kg Khối lượng bơm: 140kg Khối lượng làm mát 260kg Khối lượng vỏ máy 2200kg Khối lượng vật ép tôn 136kg Tổng khối lượng: 14500kg Dây quấn Số vòng dây Tiết diện mm2 I A G kg s A/mm2 s2 s2 G DPm W Phần nối tiếp 80 58,5 304 112,2 5,2 27 3030 9090 33-31 20 58,5 26 28,4 0,445 0,198 5,63 16,89 31-28 27 56 26 36,3 0,465 0,217 7,88 23,64 28-23 60 49 26 70,7 0,53 0,282 19,95 59,85 23-11 102 42 26 103 0,62 0,385 39,75 119,25 11-8 30 49 26 35,3 0,53 0,282 9,95 29,85 8-1 81 56 26 109 0,465 0,217 23,65 70,95 Bảng V.1 Thông số để tính tổn hao đồng cho máy biến áp tự ngẫu Nấc điều chỉnh DPmHT = 79000 W DPmT + DPmS = 5400W DPmRAT W SDPmW 1 910 6310 2 2830 87230 5 7750 92150 8 10770 95170 11 13135 97535 15 15220 99620 18 16610 100410 21 16045 100445 24 15330 99730 27 14000 98400 30 12115 96515 33 9410 93810 Bảng V.2 Tổn hao đồng MBA chính ứng với các nấc điều chỉnh Nấc điều chỉnh DPST' W DPm' W DP, W 1 11225 6310 17535 3 10760 88400 99160 5 10390 92150 102540 7 10125 94200 104325 9 9965 95900 105865 11 9905 97535 107440 13 9935 98500 108435 15 10050 99620 109700 17 10317 100200 110517 19 10660 100100 111060 21 11100 100445 111545 23 11630 100000 111630 25 12270 99400 111670 27 13020 98400 111420 29 13855 97200 111055 31 14825 95650 110425 33 15865 93810 109675 Bảng V.3 Tổng tổn hao của nhóm máy biến áp Đồ thị V.1 Tổn hao không tảI của máy biến áp phụ thuộc vào các nấc điều chỉnh Đồ thị V.2 Tổn hao đồng ở các nấc điện áp Đồ thị V.3 Tổng tổn hao hệ thống máy biến áp đầu máy PHẦNIII: CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MỚI CỦA CÔNG TY LIÊN DOANH CHẾ TẠO BIẾN THẾ ABB Trong những năm gần đây công ty liên doanh chế tạo máy biến áp ABB đã đưa vào Việt Nam một số công nghệ mới áp dụng cho máy biến áp phân phối và đã đạt được một số hiệu quả đáng kể. Sau đây tôi xin giới thiệu và phân tích một số ưu nhược điểm của chúng. 1. MẠCH TỪ Công ty ABB được trang bị máy cắt tôn tự động theo chương trình có khả năng cắt chéo góc các lá tôn với các góc cắt tuỳ ý. Kết cấu ghép các lá tôn thành lõi ở các góc được ghép mối nối nghiên nên giảm được tổn hao không tải. Xét trường hợp máy không tải ta có: - Theo công thức (5-19) của tài liệu “Thiết kế máy biến áp điện lực” ta có: Po = Kgp. Ktp. Kcp. Ktp [Pt. Gt + Pg (Gg – Kd. Gg) + . Gg. (Kn . K’pg) + SPk. hk. Tk] = Kgp. P’0. Với Kgp được xác định theo bảng 43 – “Thiết kế máy biến áp điện lực” thì: Với mối nối thẳng: Kgp = 1,9. Với mối nối nghiêng: Kgp = 1,28. Tương tự như vậy với công suất từ hoá không tải Q0 ta có: Q0 = Kgi. Q’0 Đáp ứng tiến độ việc sản xuất theo đơn đặt hàng của khách hàng. Tôn nhà máy được nhập từ một số nước tư bản phát triển như Nhật, Thuỵ Điển hoặc Mỹ có chiều dầy 0,27 thuộc loại tôn cán nguội bất đẳng hướng. Việc thiết kế tiết diện của trụ không phải là hình tròn như thông thường các nước khác vẫn làm mà là hình Ovan, rất ít bậc. Ưu điẻm của loại mạch từ kiểu này là đơn giản do ít cỡ lá tôn và không phức tạp khi ghép thành lõi, tạo được các rãnh dầu lớn trong lõi. Nhược điểm của loại này là hệ số lấp đầy thấp, việc tận dụng không gian trong máy không triệt để nên chi phí dây đồng sẽ tăng lên. Theo kiểu này rất có lợi trong công nghệ sản xuất máy biến áp phân phối theo hình thức đặt hàng vì năng suất cao, thời gian chế tạo ngắn. Việc ghép mạch từ ở đây cũng có điểm khác với lối ghép kinh điển trước đây. Mạch từ ở đây được ghép đứng (trước đây vẫn thường ghép ở trạng thái nằm ngang) nên không phải ghép trước gông trên và không thể nhầm lẫn vì nếu ghép lẫn lá tôn sẽ không vào được. Chính vì phương pháp ghép này mà năng suất ghép sẽ tăng lên do bỏ được thao tác ghép gông trên và tháo ra ghép lại khi lắp cuộn dây. Ngoài việc tăng năng suất ra kiểu ghép này cũng hạn chế được tổn hao không tải do sự vỗ, đập gõ, tháo ra lắp vào làm biến tính và trầy xước sơn cách điện của các lá tôn silic. Lõi được ghép trong một đồ gá nên ghép đến đâu chặt đến đấy nên việc giám sát khe hở của các mối nối rất dễ dàng. Cùng với việc cắt tôn trên máy tự động có độ bavia thấp, hệ số ép chặt cao đây cũng là một yếu tố làm cho dòng không tải giảm rất nhiều so với tiêu chuẩn Việt Nam hiện nay (bằng 1/3 đến một nửa). Cuối cùng là việc ép mạch từ cũng đã có những thay đổi so với công nghệ Việt Nam. Mạch từ được ép giữ nhờ một lớp nhựa mỏng quét lên trên bề mặt ngoài. Giữa các lá tôn bây giờ cũng có một lớp nhựa mỏng nên các lá tôn được liên kết chặt mà không cần phải ép giữa bằng đai hoặc chèn bằng gỗ. Công nghệ này có ưu điểm làm cho tổn hao sắt giảm vì các lá tôn không bị biến tính do ép quá chặt hoặc do đột lỗ. Nhược điểm của công nghệ này là khi cần sửa chữa mạch từ sẽ gặp phải khó khăn do phải gỡ lớp nhựa này. 2. DÂY QUẤN. Sự đổi mới trong công nghệ chế tạo dây quấn cở công ty ABB thể hiện trong các khía cạnh sau: - Đầu tư máy quấn tự động có điều khiển theo chương trình. Với việc sử dụng máy quấn dây kiểu này năng suất quấn dây tăng, chất lượng quấn ổn định tuy nhiên chủ yếu quấn hai loại dây quấn chủ yếu là dây quấn hình trụ nhiều lớp dây dẫn tròn và dây quấn từ băng đồng tức chỉ quấn các máy biến áp phân phối cỡ không lớn. - Sử dụng kiểu dây quấn từ băng đồng. Theo phương pháp này các cuộn dây hạ áp ít vòng, có tiết diện lớn có thể quấn từ các băng đồng tấm có chiều rộng bằng chiều cao cuộn day. Như vậy trong trường hợp này chiều cao một vòng dây đúng bằng chiều cao dây quấn. Đồng được sử dụng ở đây là đồng cuộn M1 trần (chưa cách điện). Khi quán thường người ta quấn cùng với một băng cách điện có chiều rộng lớn hơn một ít. Quấn theo phương pháp này thực chất là quấn theo kiểu đồng tâm (vòng sau chồng lên vòng trước). Tấm cách điện đóng vai trò là cách điện vòng dây. - Để lấy đầu vào và ra của cuộn dây người ta hàn vào đầu và cuối băng đồng các thanh đồng (thanh cái). Việc hàn một thanh cái đồng có tiết diện tập trung lớn vào một lá đồng mỏng được thực hiện bằng thiết bị hàn hồ quang trong khí bảo vệ (CO2) để đảm bảo cho lá đồng không bị quá nhiệt và cháy. - Cách điện dùng trong trường hợp này là giấy cáp hoặc giấy điện thoại có chiều dày khác nhau được in lên một lớp nhưạ cách điện. Sau khi quấn xong đem gia nhiệt lớp nhựa này chảy ra và dính vào tấm đồng làm thành một khối đồng nhất, vừa đảm bảo cơ tính tốt vừa đảm bảo toả nhiệt tốt. Ưu điểm của kiểu dây quấn này là đơn giản trong công nghệ chế tạo, lực ngắn mạch phân bố đều nên độ bền điện động cao. Ngoại trừ việc hàn thanh cái đồng vào tấm mỏng càn có thiết bị công nghệ đắt tềin ra việc quấn cuộn dây này có năng suất cao hơn nhiều so với kiểu dây quấn hình trụ, dây dẫn chữ nhật hoặc dây quấn hình xoắn. Việc in các đám nhựa lên giấy cách điện không khó. Nhược điểm của kiểu dây quấn này là tản nhiệt khó nên dễ bị nóng cục bộ nếu số vòng dây của dây quấn nhiều. Việc sửa chữa cũng sẽ khá phức tạp vì phải làm sạch lớp nhựa và lớp giấy trên tấm đồng. Phạm vi ứng dụng của loại dây quấn này tương đối rộng. Phạm vi ứng dụng chủ yếu bị giới hạn độ dầy của tấm đồng. Nếu tấm đồng mỏng quá khi hàn vào thanh cái đồng sản xuất khó, dễ bị cháy, tàn nhiệt sẽ khó khăn hơn, thông thường chiều dày tấm đồng không nhỏ quá 0,1mm. Thông thường kiểu dây quấn này có thể áp dụng cho các máy có điện áp 0,4KV, công suất từ 20KVA đến 300KVA. 3. VỎ MÁY BIẾN ÁP. Vỏ máy biến áp phân phối được làm theo kiểu có nhiều cánh tản nhiệt “múi khế”, không có bình giãn dầu và ống phòng nổ. Công nghệ chế tạo loại vỏ này đơn giản và rất dễ tự động hoá. Người ta sản xuất các tấm thép kiểu “múi khế” có chiều rộng và chiều dài bất kỳ, tuỳ theo vỏ lớn hay cao bao nhiêu thì cắt và hàn lại cho đủ. Như vậy công nghệ chủ yếu trong chế tạo vỏ thùng này là ép để tạo cánh tản nhiệt trên tôn và công nghệ hàn. Vì tôn mỏng và để đảm bảo hàn kín dầu nên ở đây người ta áp dụng công nghệ hàn hồ quang trong khí bảo vệ. Máy biến áp sử dụng loại vỏ này có đặc điểm là không cần bình giãn dầu (bình dầu phụ) vì khi nóng lên lượng dầu nở ra được chứa hết vào các cánh tản nhiệt lúc này cũng nở ra do tăng áp suất. Khi máy nguội lượng dầu giảm, áp suất trong thùng cũng giảm và cánh tản nhiệt lúc này cũng thu lại như cũ. Như vậy dầu được nạp đày và trong bình không có không khí nên hoàn toàn loại trừ các hiện tượng hút ẩm, oxy hoá dầu như vẫn thường xảy ra trong các máy biến áp thông thường. Việc nạp dầu vào máy biến áp ở công ty ABB được thực hiện bằng các thiết bị nạp dầu chân không,sau khi máy biến áp được sấy khô cũng trong lò sấy chân không. Với tất cả những cải tiến đã nêu trên công ty ABB đã thu nhỏ đáng kể các máy biến áp phân phối hiện đang được sản xuất tại nhà máy của công ty. Tài liệu tham khảo Thiết kế máy biến áp : PHẠM VĂN BÌNH – LÊ VĂN DOANH nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , 2006 ( tài liệu 1) Thiết kế máy biến áp điện lực : PHAN TỬ THỤ nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , 2006 ( tài liệu 2 ) Máy biến áp : Lý thuyết vận hành bảo dưỡng , thử nghệm PHẠM VĂN BÌNH – LÊ VĂN DOANH nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ,2006 Thiết kế máy điện : TRẦN KHÁNH HÀ - NGUYỄN HỒNG THANH nhà xuất bản khoa học kỹ thuật , 2006 Các tiêu chuẩn Việt Nam MỤC LỤC