Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m. Quan hệ giữa công suất và kích thước của m.a công suất càng lớn thì kích thước càng lớn. Khi kích thước thay đổi, trọng lượng máy sẽ thay đổi, tổn hao công suất trên 1 đơn vị trọng lượng,… cũng thay đổi. Máy biến áp có dung lượng càng lớn càng thì càng kinh tế vì hao phí vật liệu cho 1 kVA công suất sẽ giảm đi, suất tổn hao công suất giảm đi làm cho hiệu suất m.
Nhưng chú ý là lúc đó việc làm nguội máy biến áp sẽ phức tạp hơn vì bề mặt làm nguội sẽ giảm đi. Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu: lõi ghép nối và lõi ghép xen kẽ Ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ những xà và bulông ép. Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn, do không bảo đảm tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn, vì vậy ít dùng. Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo vị trí 1 rồi 2….Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại.
Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra, cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ. Trụ được lèn chặt với ống bakelit bằng cách nêm cách điện (gỗ, bakelit,…) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ ép gông lại. Đối với thép cán lạnh, để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng thường ghép xen kẽ nhưng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông ở 4 góc hay mối nối nghiêng cả trụ và gông hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp mà không dùng mối nối thẳng như đối với thép cán nóng. Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản, kết cấu vững chắc nên được dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo biến áp hiện nay.
12 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m. Dây quấn: Dây quấn m.a là bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tải năng lượng đi. Trong biến áp 2 dây quấn có cuộn hạ áp (viết tắt là HA) nối với lưới điện áp thấp và cuộn cao áp (viết tắt là CA) nối với lưới có điện áp cao hơn. Theo phương pháp bố trí dây quấn trên lõi thép có thể chia ra dây quấn biến áp thành 2 kiểu chính: đồng tâm và xen kẽ.
13 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m. Dây quấn đồng tâm: Cuộn HA và CA (nếu có 3 dây quấn thì còn có cuộn điện áp trung bình ký hiệu là TA) là những hình ống đồng tâm đối với nhau. Chiều cao (theo chiều trục) của chúng nên thiết kế bằng nhau vì nếu không sẽ sinh ra lực chiều trục lớn (nhất là lúc ngắn mạch) có tác dụng ép hoặc đẩy gông từ hay cuộn dậy không lợi về mặt kêt cấu. Khi bố trí cuộn dây, cuộn HA đặt trong cùng, cuộn CA đặt ngoài (nếu biến áp 3 dây quấn, thường cuộn trung áp TA đặt giữa, cũng có thể đặt trong cùng).
Cuộn CA đặt ngoài sẽ đơn giản được việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích Hình 1.6: Dây quấn đồng tâm thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ sắt. Dây quấn đồng tâm được sử dụng trong các máy biến áp điện lực với lõi sắt kiểu trụ. 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. Để giảm lực cơ theo hướng kín các bánh dây cố gắng thiết kế có đường kính gần bằng nhau.
Dây quấn xen kẽ có nhiều rãnh dầu ngang nên tản nhiệt tốt hơn nhưng về mặt cơ khí kém vững chắc hơn so với dây quấn đồng tâm. Mặt khác dây quấn kiểu này có nhiều mối hàn giữa các bánh dây trong khi đó dây quấn đồng tâm có thể từ đầu đến cuối cuộn dây không có mối hàn nào. Loại dây quấn này chủ yếu được dùng các Hình 1.7: Dây quấn xen kẽ m.a lò điện hay trong 1 số m.a khô để bảo đảm sự làm lạnh được tốt. 14 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m.a điện lực Hình 1.8: Cuộn dây tròn và chữ nhật Theo hình dáng tiết diện cuộn dây có thể chia dây quấn thành 2 loại: Cuộn dây tròn và cuộn dây chữ nhật.
Cuộn dây tròn có dạng hình trụ và tiết diện ngang là hình tròn. Cuộn dây chữ nhật có tiết diện ngang là hình chữ nhật có góc uốn tròn. Loại dây quấn sau có ưu điểm là lấp đầy được phần không gian trong cuộn dây, nhưng có nhược điểm là chỗ góc uốn cong cách điện dễ bị yếu đi do bị rạn nứt lúc uốn, nhất là khi góc uốn nhỏ, độ bền cơ cũng kém…Chính vì thế hầu hết các m.a điện lực hiện nay đều dùng loại cuộn dây tròn vì kết cấu đơn giản hơn, độ bền cơ, điện tốt hơn. Loại dây quấn kiểu cuộn chữ nhật chỉ được dùng trong 1 số m.a đặc biệt thường với lõi thép kiểu bọc và dùng trong m.a công suất nhỏ và rất nhỏ.
Vỏ máy biến áp: a) Thùng m.a thường làm bằng thép, có hình bầu dục.a 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 m.a và môi trường xung quanh có 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 ra sự cố đối với m. 15 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m.a điện lực Trong các m.a tăng cường làm nguội m.a khi vận hành thì lõi m.a được ngâm trong môi trường dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong m.a sang dầu rồi từ dầu vào vách thùng và truyền ra môi trường xung quanh.
Lớp dầu sát vách thùng sẽ nguội dần và chuyển xuống phía dưới và lại tiếp tục làm nguội 1 cách tuần hoàn bên trong m. Mặt khác dầu m.a còn giúp tăng cường cách điện. Tùy theo dung lượng m.a mà hình dáng và dung lượng thùng dầu khác nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là loại thùng dầu phẳng thường dùng cho các m.a có dung lượng 30 kVA trở xuống.
Đối với máy có dung lượng trung bình và lớn người ta dùng loại thùng dầu có ống hay loại thùng dầu có bộ tản nhiệt.9: Thùng dầu kiểu ống và thùng dầu có bộ tản nhiệt Ở những máy có dung lượng lớn đến 10000 kVA. Ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm nguội m.a dùng trong trạm thủy điện, dầu được bơm qua 1 hệ thống ống nước để tăng cường làm nguội máy. b) Nắp thùng: Nắp thùng 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 quấn CA và HA làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với vỏ máy.
Điện áp càng cao thì trọng lượng và kích thước của sứ ra càng lớn. Bình giãn dầu là 1 thùng hình trụ bằng thép đặt nằm ngang trên nắp thùng và nối với thùng bằng 1 ống dẫn dầu. Để bảo đảm dầu trong thùng luôn luôn đầy, phải 16 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m.a điện lực duy trì dầu ở 1 mức nhất định. Dầu trong thùng m.a thông qua bình giãn dầu giãn nở tự do.
Ống chỉ mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu để theo dõi mức dầu bên trong. Ống bảo hiểm: Làm bằng thép thường là trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, 1 đầu bịt bằng 1 đĩa thủy tinh. Nếu vì lí do nào đó mà áp suất trong thùng cao quá mức cho phép thì đĩa thủy tinh sẽ vỡ để dầu thoát ra lối đó tránh hư m. Chú ý ống bảo hiểm đầu đặt đĩa thủy tinh quay về phía ít người qua lại hay những vị trí nguy hiểm nhất.
Hệ thống làm lạnh Khi m.a làm việc, lõi sắt và dây quấn đều có tổn hao năng lượng làm cho m.a làm việc được lâu dài phải tìm biện pháp giảm nhiệt độ của m. Có thể làm nguội bằng không khí tự nhiên hoặc bằng dầu m.a dùng không khí để làm nguội gọi là m.a làm nguội bằng dầu gọi là m.a điện lực hiện nay đều làm bằng dầu.a làm việc, dầu bao quanh lõi thép và dây quấn sẽ nóng lên và chuyển nhiệt lượng ra ngoài vách thùng nhờ hiện tượng đối lưu. Nhiệt lượng lại từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng quá trình đối lưu và bức xạ. Nhờ vậy mà hiệu ứng làm lạnh được tăng lên cho phép tăng tải điện từ đối với lõi thép và dây quấn, tăng được công suất máy, giảm được kích thước và trọng lượng máy.a nhỏ dung lượng dưới 25÷40 kVA, vách thùng dầu có thể làm phẳng hay gợn sóng.a lớn hơn, để tăng bề mặt tản nhiệt vách thùng thường gắn thêm những dây cánh tản nhiệt hay những dây ống hoặc hơn nữa có thể làm những hệ thống dàn ống, gọi là bộ tản nhiệt hay bộ làm lạnh và được làm nguội nhờ không khí tự nhiên.a công suất từ 10 đến 16000 kVA trở lên, thường phải tăng cường làm nguội bằng đối lưu cưỡng bức không khí nhờ hệ thống quạt gió hay có thể đối lưu cưỡng bức dầu trong thùng nhờ 1 hệ thống bơm riêng hoặc phối hợp cả hai.
Để bảo đảm dầu trong m.a luôn luôn đầy trong quá trình vận hành, trên nắp m.a có một bình dầu phụ hình trụ, thường đặt nằm ngang nối với thùng dầu chính 17 Chương 1 Khái niệm chung về thiết kế m.a điện lực bằng ống dẫn dầu. Tùy theo nhiệt độ của m.a mà dầu giãn nở tự do trong bình phụ không ảnh hưởng tới mức dầu ở trong m. Vì vậy bình dầu phụ còn được gọi là bình giãn dầu. Trên nắp thùng còn có các sứ để bắt các dây dẫn ra nối các dây quấn trong m.a với lưới điện; thiết bị đổi nối để điều chỉnh điện áp; thiết bị đo nhiệt độ biến áp; rơle bảo vệ; ống phòng nổ; móc treo;… Dầu m.a ngoài tác dụng làm lạnh còn là một chất cách điện tốt, nhưng có nhược điểm là dầu m.a đồng thời cũng là một vật liệu dễ cháy nên dễ sinh ra hỏa hoạn, vì vậy trong nhiều trường hợp phải có thiết bị và biện pháp chống cháy thích hợp.