Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Máy biến áp điện lực giữ vai trò xung yếu trong hệ thống điện quốc gia, thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng từ các trung tâm phát điện đến các hộ tiêu thụ công nghiệp và dân dụng. Trong thực tế vận hành, các tổ máy phát điện chỉ có khả năng tạo ra cấp điện áp từ $3\text{ kV}$ đến $21\text{ kV}$. Để truyền tải công suất lớn đi xa mà vẫn đảm bảo tính kinh tế, giảm thiểu tổn thất công suất trên đường dây và tiết kiệm khối lượng kim loại dẫn điện (đồng/nhôm), điện áp cần được nâng lên các cấp điện áp cao như $35\text{ kV}$, $110\text{ kV}$, $220\text{ kV}$ hoặc $500\text{ kV}$, sau đó hạ áp từng bước tại các trạm phân phối.

Nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp điện cho các phụ tải trung và hạ áp, đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất $1250\text{ kVA}$, biến đổi điện áp từ $35\text{ kV}$ xuống $0,4\text{ kV}$. Mục tiêu là xác định tối ưu các kích thước hình học, kết cấu dây quấn, mạch từ và hệ thống tản nhiệt nhằm thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành, độ bền cơ - điện - nhiệt và tối thiểu hóa chi phí vật liệu chế tạo.

Nhiệm vụ nghiên cứu và các yêu cầu kỹ thuật ban đầu bao gồm:

  1. Công suất định mức: $S_{dm} = 1250\text{ kVA}$.
  2. Số pha: 3 pha; Tần số định mức: $f = 50\text{ Hz}$.
  3. Cấp điện áp: Điện áp hạ áp (HA) $U_1 = 400\text{ V}$ ($0,4\text{ kV}$), Điện áp cao áp (CA) $U_2 = 35000 \pm (2 \times 2,5%)\text{ V}$ ($35\text{ kV}$).
  4. Sơ đồ và tổ nối dây: $Y/Y_n - 0$.
  5. Điện áp ngắn mạch: $u_n = 6%$.
  6. Tổn hao ngắn mạch: $P_n = 15000\text{ W}$.
  7. Tổn hao không tải: $P_0 = 2150\text{ W}$.
  8. Triển khai tính toán thiết kế giải tích, thiết lập bản vẽ kỹ thuật trên phần mềm chuyên dụng và mô phỏng kiểm chứng trường điện từ.
  • Đối tượng nghiên cứu: Máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu công suất $1250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế giải tích thiết bị điện, mô phỏng số 2D/3D trường từ trên phần mềm Ansys Maxwell, khảo sát công nghệ vật liệu Amorphous; thực hiện tại Khoa Điện, Trường Điện – Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội (nghiệm thu tháng 3/2023).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết trường điện từ và phương pháp luận thiết kế máy điện tĩnh theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6306:2015:

  • Khung lý thuyết: Nguyên lý cảm ứng điện từ Faraday trong mạch ghép từ biến thiên hình sin, xác định quan hệ sức điện động cảm ứng qua phương trình $E = 4,44 f N \Phi_m$.
  • Mô hình tối ưu hóa hình học: Phương pháp tối ưu hóa tỷ số kích thước $\beta = \frac{\pi d_{12}}{l}$ (tỷ số giữa chu vi rãnh từ tản trung bình và chiều cao dây quấn) để xác định điểm cực tiểu của hàm chi phí vật liệu tác dụng $C'_{td}$ và đảm bảo chỉ tiêu tổn hao không tải $P_0$.
  • Phương pháp tính toán giải tích: Áp dụng quy trình tính toán từng bước xác định kích thước chủ yếu, dây quấn HA/CA, tham số ngắn mạch ($P_n, u_n$), lực động điện cơ học khi ngắn mạch, hệ thống mạch từ, tổn hao và dòng điện không tải ($P_0, i_0$), chế độ nhiệt dây quấn và vỏ thùng.
  • Phương pháp tính toán số và mô phỏng: Sử dụng bảng tính Microsoft Excel để khảo sát biến thiên tham số; ứng dụng phần mềm Ansys Maxwell để giải bài toán trường điện từ phần tử hữu hạn (FEM), kiểm tra mật độ từ thông trong lõi thép theo chu kỳ thời gian; triển khai bản vẽ kết cấu trên phần mềm AutoCAD.
  • Nguồn dữ liệu: Các bảng tra thông số vật liệu kỹ thuật điện chuẩn (tôn silic cán lạnh NV30S-120 dày $0,3\text{ mm}$, dây đồng dẹt IIB, băng đồng, giấy cách điện cáp, dầu máy biến áp) và giáo trình chuyên ngành Thiết bị điện.

Thiết kế và triển khai

Thiết kế kỹ thuật của máy biến áp $1250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ được cụ thể hóa qua các giải pháp kết cấu:

  • Hệ thống mạch từ: Kiểu mạch từ 3 pha 3 trụ phẳng, ghép xen kẽ các lá tôn silic cán lạnh có định hướng hạt NV30S-120 dày $0,3\text{ mm}$ với 4 mối nối nghiêng $45^\circ$ ở các góc và 3 mối nối thẳng ở trụ giữa. Trụ sắt được thiết kế gồm 8 bậc thang với đường kính vòng tròn bao $d = 260\text{ mm}$, gông từ gồm 7 bậc thang. Trụ được ép chặt bằng đai vải thủy tinh không đột lỗ, gông được định vị bằng hệ thống xà ép gông.
  • Dây quấn Hạ áp ($0,4\text{ kV}$): Sử dụng kết cấu quấn kiểu băng đồng nguyên lá nhằm tối ưu hóa hệ số điền đầy cửa sổ mạch từ và nâng cao hiệu quả tản nhiệt. Cuộn gồm 14 vòng, chiều cao băng đồng $L_1 = 0,58\text{ m}$, chiều dày lá đồng $\delta = 0,9\text{ mm}$. Bố trí 4 lớp ống thông dầu làm mát dọc trục (dày $4\text{ mm}$) sau các lớp vòng dây thứ 4, 8 và 12.
  • Dây quấn Cao áp ($35\text{ kV}$): Sử dụng kết cấu cuộn dây kiểu bánh xoắn ốc liên tục từ dây đồng chữ nhật bọc cách điện mã hiệu IIB (kích thước trần $1,4 \times 4,0\text{ mm}$, kích thước có cách điện $1,9 \times 4,5\text{ mm}$). Toàn bộ cuộn gồm 58 bánh dây (tổng 1286 vòng thực tế, 1225 vòng ứng với cấp điện áp định mức), trong đó gồm 46 bánh dây chính (22 vòng/bánh), 8 bánh điều chỉnh điện áp (20 vòng/bánh) phục vụ 5 nấc phân nhánh ($\pm 2 \times 2,5%$) và 4 bánh dây tăng cường cách điện ở hai đầu cực (17 vòng/bánh).
  • Hệ thống làm mát và vỏ thùng: Thiết kế thùng dầu tản nhiệt bằng vách cánh sóng tự nhiên gồm 80 cánh sóng (bước sóng $72\text{ mm}$, chiều sâu cánh $300\text{ mm}$, chiều cao cánh $1,6\text{ m}$, chiều dày tấm tôn cánh $1\text{ mm}$). Kích thước phủ bì thân thùng đạt Dài $\times$ Rộng $\times$ Cao là $1,8\text{ m} \times 0,8\text{ m} \times 1,7\text{ m}$.
  • Mô phỏng trường từ trên Ansys Maxwell: Thiết lập mô hình bài toán 3 pha hoàn chỉnh, gán đặc tính vật liệu phi tuyến B-H của tôn NV30S-120 và cấp nguồn dòng áp xoay chiều $50\text{ Hz}$. Phân tích phân bố vector mật độ từ thông trong lõi thép tại các thời điểm $t = 0\text{ s}, 0,005\text{ s}, 0,01\text{ s}, 0,015\text{ s}, 0,02\text{ s}$ và trích xuất dạng sóng điện áp cảm ứng cùng dòng điện hai phía.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về máy biến áp

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và tổng quan công nghệ chế tạo máy biến áp:

  • Phân tích định nghĩa máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, làm rõ vị trí của thiết bị trong bài toán kinh tế - kỹ thuật truyền tải điện năng đi xa trên các đường dây $35 - 500\text{ kV}$.
  • Định nghĩa các thông số định mức cơ bản ($S_{dm}, U_{1dm}, U_{2dm}, I_{1dm}, I_{2dm}, f$) và thiết lập công thức tính toán dòng điện định mức cho máy biến áp ba pha: $I_{dm} = \frac{S_{dm}}{\sqrt{3} U_{dm}}$.
  • Mô tả chi tiết các dạng kết cấu lõi sắt (kiểu trụ, kiểu bọc, kiểu trụ-bọc; phương pháp ghép nối tiếp và ghép xen kẽ), kết cấu dây quấn (đồng tâm, xen kẽ; quấn xoắn ốc liên tục, hình xoắn, hình ống dây tròn/chữ nhật, quấn băng đồng), hệ thống làm mát (làm mát bằng không khí tự nhiên, làm mát bằng dầu đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức qua quạt gió) và các bộ phận phụ trợ (bình giãn nở dầu, sứ xuyên, van xả dầu, rơ-le bảo vệ, ống phòng nổ).
  • Thiết lập quy trình 6 giai đoạn tính toán thiết kế máy biến áp theo trình tự kỹ thuật chuẩn.

Chương 2: Tính toán thiết kế máy biến áp

Chương 2 là phần nội dung trọng tâm thực hiện toàn bộ các bước tính toán giải tích định lượng:

  • Xác định thông số điện cơ bản: Dòng điện định mức phía hạ áp $I_1 = 1804,2\text{ A}$, phía cao áp $I_2 = 20,6\text{ A}$; Điện áp pha $U_{f1} = 230,9\text{ V}$, $U_{f2} = 20207\text{ V}$; Điện áp thử cách điện phía HA $U_{th1} = 5\text{ kV}$, phía CA $U_{th2} = 85\text{ kV}$.
  • Tính toán kích thước chủ yếu: Khảo sát dải biến thiên của hệ số $\beta$ từ $1,4$ đến $2,4$. Điểm cực tiểu của giá thành vật liệu tác dụng $C'{td}$ đạt được tại $\beta = 1,91$. Tác giả lựa chọn $\beta = 1,9$ kết hợp điều kiện khống chế tổn hao không tải $P_0 = 2150\text{ W}$, xác định đường kính trụ sắt tiêu chuẩn $d = 0,26\text{ m}$ ($260\text{ mm}$, ứng với $\beta{thực} = 2$). Chiều cao sơ bộ của dây quấn đạt $L = 0,58\text{ m}$.
  • Tính toán chi tiết dây quấn:
    • Dây quấn HA băng đồng: 14 vòng, tiết diện $T_1 = 522\text{ mm}^2$, mật độ dòng điện $\Delta_1 = 3,45\text{ MA/m}^2$, khối lượng đồng HA $G_{Cu1} = 196,44\text{ kg}$, khối lượng dây dẫn có cách điện $G_{dd1} = 200,37\text{ kg}$.
    • Dây quấn CA xoắn ốc liên tục: 58 bánh dây, tiết diện $T_{d2} = 5,39\text{ mm}^2$, mật độ dòng điện $\Delta_2 = 3,83\text{ MA/m}^2$, khối lượng đồng CA $G_{Cu2} = 260,7\text{ kg}$, khối lượng dây dẫn có cách điện $G_{dd2} = 269,8\text{ kg}$.
    • Tổng khối lượng dây dẫn (kể cả cách điện) của hai cuộn dây là $G_{dd} = 470,16\text{ kg}$.
  • Tham số ngắn mạch và độ bền động lực học:
    • Tổn hao ngắn mạch quy đổi về cấp điện áp định mức $P_{ndm} = 15448,09\text{ W}$ (sai lệch $+2,98%$ so với giá trị yêu cầu $15000\text{ W}$, nằm trong phạm vi cho phép).
    • Điện áp ngắn mạch toàn phần $u_n = 5,96%$ (sai lệch $-0,66%$ so với tiêu chuẩn $6%$).
    • Dòng ngắn mạch cực đại tức thời phía HA $i_{max} = 42,51\text{ kA}$. Lực nén chiều trục cực đại tác dụng lên chính giữa cuộn HA $F_{n1} = 105791\text{ N}$. Ứng suất nén trong dây quấn HA đạt $\sigma_1 = 21,01\text{ MPa}$, dây quấn CA đạt $\sigma_2 = 23,25\text{ MPa}$ (đều nhỏ hơn giới hạn cho phép $30\text{ MPa}$). Ứng suất nén lên các tấm đệm cách điện $\sigma_n = 4,41\text{ MPa}$ (nhỏ hơn dải cho phép $18 - 40\text{ MPa}$).
  • Hệ thống mạch từ và tham số không tải:
    • Tổng khối lượng sắt mạch từ $G_{Fe} = 1830,67\text{ kg}$ (trụ sắt $812,67\text{ kg}$, gông từ $1018\text{ kg}$).
    • Từ cảm trong trụ $B_t = 1,596\text{ T}$, trong gông $B_g = 1,372\text{ T}$.
    • Tổn hao không tải $P_0 = 2125\text{ W}$ (sai lệch $-1,15%$ so với mức yêu cầu $2150\text{ W}$, thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 6306:2015).
    • Dòng điện không tải toàn phần $i_0 = 0,94%$; Hiệu suất máy biến áp ở tải định mức đạt $\eta = 98,6%$.
  • Tính toán nhiệt và kết cấu vỏ thùng:
    • Mật độ dòng nhiệt bề mặt dây quấn HA $q_1 = 1289\text{ W/m}^2$, CA $q_2 = 539\text{ W/m}^2$.
    • Độ chênh nhiệt độ trung bình của dây quấn đối với dầu: cuộn HA là $22,84^\circ\text{C}$, cuộn CA là $15,83^\circ\text{C}$.
    • Thùng cánh sóng gồm 80 cánh tạo ra diện tích bề mặt bức xạ $10,24\text{ m}^2$ và diện tích đối lưu $68,83\text{ m}^2$, đáp ứng điều kiện giải tỏa nhiệt lượng khi làm việc liên tục.
Hạng mục thông số Phía Hạ áp (HA) Phía Cao áp (CA)
Điện áp dây định mức $400\text{ V}$ $35000\text{ V}$
Điện áp pha định mức $230,9\text{ V}$ $20207\text{ V}$
Dòng điện pha định mức $1804,2\text{ A}$ $20,6\text{ A}$
Kiểu kết cấu dây quấn Kiểu băng đồng Xoắn ốc liên tục
Tiết diện vòng dây $522\text{ mm}^2$ $5,39\text{ mm}^2$
Mật độ dòng điện $3,45\text{ MA/m}^2$ $3,83\text{ MA/m}^2$
Số vòng dây một pha 14 vòng 1225 vòng (định mức) / 1286 vòng (tổng)
Chiều cao cuộn dây $0,58\text{ m}$ $0,58\text{ m}$
Đường kính trong / ngoài $0,29\text{ m} / 0,35\text{ m}$ $0,40\text{ m} / 0,49\text{ m}$
Trọng lượng dây dẫn (kể cả cách điện) $200,37\text{ kg}$ $269,8\text{ kg}$

Chương 3: Mô phỏng từ thông lõi thép bằng Ansys Maxwell

Chương 3 trình bày việc kiểm chứng trường điện từ bằng công cụ mô phỏng số:

  • Giới thiệu môi trường phần mềm Ansys Maxwell chuyên dùng cho bài toán phân tích trường điện từ phần tử hữu hạn.
  • Thiết lập mô hình mạch từ ba pha ba trụ cùng hệ thống cuộn dây đặt trong không gian tính toán.
  • Kết quả mô phỏng thể hiện rõ phân bố mật độ từ thông trong lõi thép qua các thời điểm $t = 0\text{ s}, 0,005\text{ s}, 0,01\text{ s}, 0,015\text{ s}$ và $0,02\text{ s}$ (tương ứng với một chu kỳ lưới điện $50\text{ Hz}$), qua đó kiểm tra hiện tượng bão hòa từ cục bộ tại các góc ghép nghiêng và ghép thẳng.
  • Đồ thị mô phỏng xác nhận dạng sóng điện áp cảm ứng và dòng điện hai phía cao áp, hạ áp hoàn toàn tương thích với kết quả tính toán giải tích lý thuyết.

Chương 4: Máy biến áp Amorphous

Chương 4 khảo sát xu hướng ứng dụng vật liệu từ tính tiên tiến:

  • Giới thiệu vật liệu hợp kim vô định hình (Amorphous metal) với cấu trúc nguyên tử sắp xếp ngẫu nhiên không có trật tự tuần hoàn xa như kim loại tinh thể truyền thống.
  • Phân tích cấu tạo lõi thép Amorphous dạng quấn vòng khép kín.
  • Đánh giá ưu điểm: Giảm tổn hao không tải từ $70%$ đến $80%$ so với thép silic thông thường, mang lại hiệu quả tiết kiệm điện năng rất lớn trong các giai đoạn phụ tải thấp.
  • Đánh giá nhược điểm: Độ dày dải lá vật liệu rất mỏng gây khó khăn khi gia công cơ khí, độ giòn vật liệu cao, độ cảm ứng từ bão hòa thấp hơn (khoảng $1,56\text{ T}$ so với mức xấp xỉ $2,0\text{ T}$ của tôn silic), dẫn đến kích thước và chi phí chế tạo ban đầu của máy biến áp Amorphous thường cao hơn.

Chương 5: Tổng kết

Chương 5 tóm lược toàn bộ kết quả thu được trong quá trình tính toán thiết kế máy biến áp điện lực $1250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$, khẳng định các chỉ tiêu điện áp ngắn mạch, tổn hao không tải, tổn hao ngắn mạch và giới hạn nhiệt độ đều thỏa mãn yêu cầu thiết kế ban đầu.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã xây dựng hoàn chỉnh bản thiết kế kỹ thuật của máy biến áp $1250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ với các chỉ tiêu định lượng được so sánh trực tiếp với yêu cầu đặt ra:

Đại lượng kỹ thuật Ký hiệu / Đơn vị Số liệu yêu cầu Số liệu tính toán Mức độ sai lệch
Dung lượng định mức $S_{dm}\text{ (kVA)}$ 1250 1250 $0%$
Điện áp định mức CA / HA $U_2 / U_1\text{ (kV)}$ $35 \pm (2\times 2,5%) / 0,4$ $35 / 0,4$ $0%$
Tổn hao không tải $P_0\text{ (W)}$ 2150 2125 $-1,15%$ (Đạt chuẩn)
Tổn hao ngắn mạch $P_n\text{ (W)}$ 15000 15448,09 $+2,98%$ (Đạt chuẩn)
Điện áp ngắn mạch $u_n\text{ (%)}$ 6,0 5,96 $-0,66%$ (Đạt chuẩn)
Dòng điện không tải $i_0\text{ (%)}$ — 0,94 Thấp, giảm tiêu thụ phản kháng
Hiệu suất định mức $\eta\text{ (%)}$ — 98,6 Hiệu suất cao
Tổng trọng lượng đồng $G_{Cu}\text{ (kg)}$ — 457,14 —
Tổng trọng lượng dây dẫn $G_{dd}\text{ (kg)}$ — 470,16 —
Tổng trọng lượng lõi thép $G_{Fe}\text{ (kg)}$ — 1830,67 —
  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
    1. Áp dụng kết cấu dây quấn hạ áp bằng băng đồng kết hợp 4 lớp ống thông dầu nhằm giảm tổn hao phụ và tăng diện tích giải nhiệt trực tiếp.
    2. Lựa chọn hệ số tỷ lệ hình học $\beta = 1,9$ để tối ưu hóa đồng thời giá thành vật liệu tác dụng $C'_{td}$ và tổn hao không tải $P_0$.
    3. Bố trí lõi ghép xen kẽ với 4 góc ghép nghiêng $45^\circ$ kết hợp đai xiết thủy tinh giúp giảm suất tổn hao và giảm dòng từ hóa.
    4. Ứng dụng vỏ thùng tản nhiệt cánh sóng 80 cánh, loại bỏ sự phụ thuộc vào các cánh quạt cưỡng bức nhằm nâng cao độ tin cậy vận hành.
  • Đóng góp kỹ thuật: Cung cấp tài liệu thiết kế tính toán chi tiết, có kiểm chứng đa chiều giữa phương pháp giải tích giải tích truyền thống với công cụ mô phỏng trường phần tử hữu hạn trên Ansys Maxwell; đồng thời hệ thống hóa cơ sở kỹ thuật về tiềm năng ứng dụng vật liệu Amorphous trong chế tạo máy biến áp phân phối giảm tổn thất tại Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Toàn bộ kết quả dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết, thiết kế bản vẽ và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng, chưa có điều kiện chế tạo mẫu thử thực tế để kiểm tra thực nghiệm các thông số xuất xưởng trên bệ thử máy điện. Mô phỏng trường từ trên Ansys Maxwell mới dừng lại ở phân tích phân bố từ thông lõi thép và dạng sóng điện từ, chưa kết nối mô phỏng liên kết đa vật lý (Multiphysics) giữa trường từ - trường nhiệt - động lực học dòng dầu (CFD).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Mở rộng tính toán thiết kế chi tiết máy biến áp cùng công suất $1250\text{ kVA}$ sử dụng hoàn toàn vật liệu hợp kim vô định hình (Amorphous metal) để so sánh định lượng về mặt kỹ thuật, kinh tế và vòng đời vận hành với máy biến áp dùng tôn silic.
    2. Xây dựng mô hình mô phỏng 3D trường nhiệt và dòng chảy chất lưu đối lưu tự nhiên trong thùng dầu cánh sóng bằng các công cụ CFD chuyên sâu.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Thiết bị điện – Điện tử: Dùng làm tài liệu mẫu cho đồ án môn học Thiết kế thiết bị điện hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Máy điện, đặc biệt ở các chương tính toán mạch từ, thiết kế dây quấn băng đồng và tính toán nhiệt thùng cánh sóng.
  • Kỹ sư thiết kế tại các đơn vị sản xuất thiết bị điện lực: Tham khảo phương pháp tối ưu hóa kinh tế $\beta$ trong thiết kế MBA phân phối $35\text{ kV}$, phương pháp kiểm nghiệm độ bền cơ học khi ngắn mạch và quy trình thiết lập bài toán mô phỏng từ thông trên Ansys Maxwell.

Câu hỏi thường gặp

1. Mạch từ của máy biến áp được thiết kế từ loại vật liệu nào và có cấu trúc hình học ra sao?
Mạch từ sử dụng tôn silic cán lạnh có định hướng hạt mã hiệu NV30S-120 dày $0,3\text{ mm}$, thiết kế kiểu 3 pha 3 trụ phẳng. Trụ sắt gồm 8 bậc thang với đường kính tiêu chuẩn $d = 260\text{ mm}$, gông từ gồm 7 bậc thang. Kết cấu lõi thép gồm 4 mối ghép nghiêng $45^\circ$ ở 4 góc và 3 mối ghép thẳng ở trụ giữa, ép trụ bằng đai vải thủy tinh và ép gông bằng xà ép.

2. Kiểu kết cấu nào được chọn cho dây quấn phía hạ áp và cao áp?
Phía hạ áp ($400\text{ V}$) sử dụng dây quấn kiểu băng đồng nguyên lá gồm 14 vòng, chiều cao $0,58\text{ m}$, dày $0,9\text{ mm}$ kèm 4 lớp ống thông dầu dày $4\text{ mm}$. Phía cao áp ($35\text{ kV}$) sử dụng dây quấn kiểu xoắn ốc liên tục làm từ dây đồng chữ nhật bọc giấy cách điện IIB ($1,4 \times 4,0\text{ mm}$), gồm 58 bánh dây với tổng số 1286 vòng.

3. Mức độ sai lệch của các thông số tổn hao và điện áp ngắn mạch tính toán so với yêu cầu ban đầu là bao nhiêu?
Điện áp ngắn mạch đạt $u_n = 5,96%$ (sai lệch $-0,66%$ so với yêu cầu $6%$). Tổn hao ngắn mạch đạt $P_{ndm} = 15448,09\text{ W}$ (sai lệch $+2,98%$ so với yêu cầu $15000\text{ W}$). Tổn hao không tải đạt $P_0 = 2125\text{ W}$ (sai lệch $-1,15%$ so với yêu cầu $2150\text{ W}$, thỏa mãn TCVN 6306:2015).

4. Ứng suất cơ học sinh ra khi ngắn mạch có đảm bảo an toàn cho dây quấn không?
Ứng suất nén lớn nhất sinh ra trong dây quấn khi ngắn mạch đạt $\sigma_1 = 21,01\text{ MPa}$ (HA) và $\sigma_2 = 23,25\text{ MPa}$ (CA), đều thấp hơn ngưỡng ứng suất cho phép ($30\text{ MPa}$). Ứng suất nén lên các miếng đệm cách điện đạt $\sigma_n = 4,41\text{ MPa}$, nằm trong giới hạn bền cho phép ($18 - 40\text{ MPa}$).

5. Kết cấu vỏ thùng tản nhiệt được lựa chọn và tính toán với các kích thước nào?
Vỏ máy sử dụng thùng dầu cánh sóng tản nhiệt đối lưu tự nhiên gồm 80 cánh sóng, bước sóng $72\text{ mm}$, chiều sâu cánh $300\text{ mm}$, chiều cao cánh $1,6\text{ m}$, chiều dày lá tôn cánh $1\text{ mm}$. Kích thước tổng thể thân thùng đạt $1,8\text{ m} \times 0,8\text{ m} \times 1,7\text{ m}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ tính toán thiết kế máy biến áp điện lực ba pha ngâm dầu $1250\text{ kVA} - 35/0,4\text{ kV}$ thỏa mãn đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN 6306:2015. Kết quả tính toán giải tích xác định chính xác các thông số kích thước mạch từ, dây quấn băng đồng hạ áp, cuộn xoắn ốc cao áp cùng hệ thống vỏ thùng tản nhiệt 80 cánh sóng với hiệu suất vận hành đạt $98,6%$. Việc tích hợp mô phỏng trường điện từ trên Ansys Maxwell và khảo sát công nghệ vật liệu vô định hình Amorphous đã củng cố độ tin cậy của thiết kế, đồng thời mở ra định hướng nghiên cứu nâng cao hiệu suất máy biến áp phân phối trong tương lai.