BÁO cáo bài tập lớn môn máy điện công suất MBA yêu cầu

Như chúng ta đã biết máy biến áp là thiết bị điện được dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện để đi xa, và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp nguồn điện áp p

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: MÁY ĐIỆN

GVHD: Trần Công Binh HK: 212 - Lớp: L03 - Nhóm: 01 SVTH:

1 Nguyễn Thị Tuyết Anh 1910769 100%

2 Trần Phan Trung Hiếu 1913366 100%

Thành phố Hồ Chí Minh – tháng 4 năm 2022

1.3 Đề bài 3

2.1 Thí nghiệm hở mạch MBA 3

2.2 Thí nghiệm ngắn mạch MBA 4

2.3 Hệ số tải, hiệu suất và độ thay đổi điện áp của MBA 4

2.4 Bù công suất phản kháng trong MBA 5

3 Tính toán 5

3.1 Thông số MBA qui về mạch tương đương 5

3.2 Giải câu a 7

3.3 Giải câu b 7

3.4 Giải câu c 8

3.5 Giải câu d 10

3.5.1 Tính lại câu a khi lắp tụ bù 10

3.5.2 Tính lại câu b khi lắp tụ bù 11

3.5.3 Tính lại câu c khi lắp tụ bù 12

4 Kết luận 12

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại nền kinh tế phát triển nhanh như hiện nay nguồn điện đóng vai trò rất quan trọng và cần thiết cho hoạt động của các thiết bị Nguồn điện ổn định mới có thể hoạt động trơn tru cho sản xuất, đạt hiệu quả cao và giảm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống máy móc do dòng điện chập chờn gây ra

Như chúng ta đã biết máy biến áp là thiết bị điện được dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện để đi xa, và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp nguồn điện áp phù hợp, ổn định cho tải

Trường hợp không sử dụng máy biến áp, máy biến thế trong sản xuất, chất lượng điện năng của lưới điện tốt thì một số thiết bị và dây chuyền vẫn có thể chạy ổn định như mong muốn Ngược lại, nếu chất lượng điện năng không tốt, mà doanh nghiệp không sử dụng máy biến áp, máy biến thế thì rất dễ nhảy máy cắt, nổ cầu chì, Khi đó sẽ gây thiệt hại không nhỏ đối với doanh nghiệp như:

 Tuổi thọ thiết bị điện sẽ bị giảm sút nghiêm trọng

 Hiệu quả hoạt động không cao

 Gây nguy hiểm cho người dùng

 Hỏng hóc thiết bị thậm chí có thể bị ngừng hoạt động hoàn toàn

 Khi đó giá thành sửa chữa, chi phí bảo dưỡng và lượng khí thải nhà kính tăng lên rất nhiều

Vì vậy ta có thể thấy được máy biến áp đóng góp vai trò rất lớn cho mảng điện lực đối với tất cả các lĩnh vực từ nhỏ đến lớn như: sinh hoạt của người dân, sản suất của doanh nghiệp, y tế, giáo dục, xã hội, chính trị,

1 Thông số của bài tập lớn 1.1 Công suất MBA yêu cầu

XY = 910769 + 913170 + 910292 + 913366 + 914812 = 4562409 ≈ 4562000

⇒ Chọn Công suất nhà máy 𝑆đ = 𝑋𝑌 = 4000 (𝑘𝑉𝐴)

𝑌𝑍 = 50 + 9 + 0 + 2 + 6 + 2 = 69

⇒ Chọn Hệ số tải dòng 𝛽 = 𝑌𝑍 = 69% = 0.69 1.2 Chọn Datasheet

Nhóm đã thống nhất chọn máy biến áp 3 pha có công suất S = 4000kVA:

 Máy biến áp 3 pha kiểu kín do công ty Đông Anh sản xuất đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8525 và tiêu chuẩn quốc tế IEC-60076

 Máy biến áp ngâm dầu với hệ thống làm mát ONAN (làm mát tuần hoàn tự nhiên bằng dầu) được lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời

 Máy có khả năng chịu ngắn mạch tốt Cuộn dây được thiết kế có khả năng chịu được quá điện áp do đường dây hoặc sét gây ra

Thông số chi tiết máy biến áp:

Công

suất

(kVA)

Cấp điện

áp (kV)

Tổn hao (W) Dòng

điện không tải (%)

Điện

áp ngắn mạch (%)

Cách đấu dây

Kích thước vỏ (mm)

Tâm bánh

xe

mm

D

Khối lượng (kg)

Không tải Po

Có tải

Pk

Dài

L

Rộng

W

Cao

H

Dầu Tổng

4000 22/0.4 4900 29500 0.6 7

Dyn-11 3080 2840 2690 1210 3131 10700

1.3 Đề bài Tìm datasheet của một máy biến áp 3 pha 22/0,4 kV từ một nhà sản xuất bất kỳ có công suất gần bằng 4000 (kVA) Tính thống số mạch tương đương chính xác của máy biến

áp Tính điện áp trên tải, độ thay đổi điện áp, hiệu suất của máy biến áp và nhận xét và khuyến cáo khi:

a) MBA cung cấp điện cho tải có hệ số tải dòng điện là 69 % và có hệ số công suất 0,82 trễ?

b) Ở điều kiện như câu a, nếu tải được nối vào một hệ điện mặt trời phát lên lưới có công suất tác dụng bằng 40% công suất biểu kiến định mức máy biến áp với hệ số công suất bằng 1?

c) Ở điều kiện như câu b, nếu inverter hòa lưới phát thêm công suất phản kháng bằng 30% công suất biểu kiến định mức máy biến áp?

d) Thêm tính dung lượng tụ bù để nâng hệ số công suất bằng 0,95 trễ và tính lại câu

a, b, c?

2 Cơ sở lý thuyết 2.1 Thí nghiệm hở mạch MBA Thí nghiệm hở mạch MBA (hay thí nghiệm không tải) dùng để xác định điện trở và điện kháng của nhánh từ hóa trong mạch điện tượng đương của máy biến áp Kiểm tra hở mạch thực hiện bằng cách đưa điện áp vào một trong các cuộn dây và cuộn dây còn lại để

hở mạch, đo công suất, dòng điện và điện áp đầu vào Từ đó xác định được các thông số:

𝑅 = 𝑉đ

𝑃 _

𝐼 =𝑉đ 𝑅

𝑋 = đ

2.2 Thí nghiệm ngắn mạch MBA Thí nghiệm ngắn mạch MBA dung để xác định điện trở và điện kháng tương đương của máy biến áp Được thực hiện bằng cách nối ngắn mạch một cuộn dây (thường là cuộn dây hạ áp) và giảm điện áp cấp cho cuộn dây còn lại, chỉ khoảng vài phần trăm so với điện

áp định mức để dòng điện tăng đến dòng điện định mức của cuộn dây máy biến áp, đo điện

áp và công suất Từ đó xác định các thông số:

𝐼đ _

𝐼đ _

𝑅 = 𝑅 = 0.5 × 𝑅

𝑋 = 𝑋 = 0.5 × 𝑋 2.3 Hệ số tải, hiệu suất và độ thay đổi điện áp của MBA

- Hệ số tải (dòng điện) của MBA:

𝛽 =𝑆

𝑆đ Khi:  = 1 – tải định mức;

 < 1 – non tải;

 > 1 – quá tải

- Hiệu suất của MBA:

Tổn hao sắt: PFe  P0

Tổn hao đồng: PCu = 2Pn

𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 )

- Độ thay đổi điện áp của MBA:

𝛥𝑉 % =𝛽 × 𝑆đ ( )× 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜃

- Điện áp phía thứ cấp:

𝑉 = (1 − 𝛥𝑉 %) × 𝑉đ 2.4 Bù công suất phản kháng trong MBA Tiến hành lắp thêm các tụ bù để nâng cao hệ số công suất đến giá trị PF’ mong muốn Dung lượng của các tụ bù được tính toán như sau:

∆𝑄 ù= 𝑄 ướ ù− 𝑄 ù

∆𝑄 ù= 𝑄 ướ ù− 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹′)

3 Tính toán 3.1 Thông số MBA qui về mạch tương đương

- Theo đề bài: MBA 3 pha 22/0.4kV ⟹ 𝑉đ = 22𝑘𝑉

𝑉 đ = 0.4𝑘𝑉

𝑘 = 𝑉đ

𝑉đ _ =

22000 400

√3

= 95.238

- Điện áp và dòng điện phía sơ cấp mắc ∆:

𝑉đ = 22𝑘𝑉

𝐼đ _ = 𝐼đ _

𝑆đ 3𝑉đ =

4000 × 10

3 × 22000 = 60.6061 (𝐴)

- Điện áp và dòng điện phía thứ cấp mắc Y:

𝑉đ _ =𝑉đ

√3 =

400

√3 = 231 (𝑉)

𝐼 đ _ = 𝐼 đ _ = 𝑆đ

√3𝑉đ

=4000 × 10

3 × 400 = 5772.0058 (𝐴)

* Theo datasheet:

∆𝐼 % = 0.6% ; ∆𝑈 % = 7%;

𝑃 = 4.9 (𝑘𝑊); 𝑃 = 29.5 (𝑘𝑊)

⇒ 𝐼 = ∆𝐼 % × 𝐼 đ _ = 0.6% × 60.6061 = 0.3636 (𝐴)

⇒ 𝑉 = ∆𝑈 % × 𝑉đ = 7% × 22000 = 1540 (𝑉)

⇒ 𝑃_ = 4900

3 = 1633.33 (𝑊)

⇒ 𝑃 _ =29500

3 = 9833.33 (𝑊)

- Thí nghiệm hở mạch MBA:

𝑅 = 𝑉đ

22000 1633.33= 296327.1354 (𝛺)

𝐼 =𝑉đ

22000 296327.1354= 0.0742 (𝐴)

𝐼 = 𝐼 − 𝐼 = 0.3636 − 0.0742 = 0.3559 (𝐴)

𝑋 =𝑉đ

22000 0.3559= 61806.6975 (𝛺)

- Thí nghiệm ngắn mạch MBA:

𝐼đ _ =

1540 60.6061 = 25.41 (𝛺)

9833.33 60.6061 = 2.6771 (𝛺)

𝑋 = 𝑍 − 𝑅 = √25.41 − 2.677 = 25.2682 (𝛺)

⇒ 𝑅 = 𝑅 = 0.5 × 𝑅 = 1.339(𝛺)

⇒ 𝑋 = 𝑋 = 0.5 × 𝑋 = 12.634(𝛺)

Mạch tương đương chính xác của MBA qui về phía sơ cấp

3.2 Giải câu a

- Thông số tải:

𝑆đ = 4000 𝑘𝑉𝐴; 𝛽 = 0.69; 𝑃𝐹 = 0.82 (trễ)

- Công suất phía tải:

𝑆 = 𝛽 × 𝑆đ = 0.69 × 4000 = 2760 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃 = 𝑆 𝑃𝐹 = 2760 × 0.82 = 2263.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 𝑆 − 𝑃 = 2760 − 2263.2 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

- Hiệu suất của nhà máy biến áp:

𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) =

2263.2 × 100%

2263.2 + (4.9 + 0.69 × 29.5)= 99.17

- Độ thay đổi điện áp:

𝛥𝑉 % =𝛽 × 𝑆đ ( )× 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜃

=0.69 ×

4000 × 10

3 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57)

= 3.155%

- Điện áp trên tải:

𝑉 = (1 − 𝛥𝑉 %) × 𝑉đ = (1 − 0.03155) × 0.4 = 387 (𝑉) Nhận xét: ở thông số tải như trên, MBA vận hành non tải chỉ (69% định mức) và đạt hiệu suất gần như tối đa (99%), đồng thời bị sụt giảm 3% điện áp so với định mức 3.3 Giải câu b

- Công suất tải ở câu a:

𝑆 = 2760 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃 = 2263.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

- Công suất tác dụng phát lên lưới:

𝑃 = 40% × 𝑆đ = 40% × 4000 = 1600 (𝑘𝑊)

- Công suất nếu tải nối vào hệ thống điện mặt trời:

𝑃 = 𝑃 − 𝑃 = 2263.2 − 1600 = 663.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = 663.2 + 1579.7 = 1713.3 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃𝐹 =𝑃

𝑆 =

663.2 1713.3= 0.387 𝑡𝑟ễ

- Hệ số tải:

𝛽 = 𝑆

𝑆đ =

1713.3

4000 = 0.428

- Hiệu suất của máy biến áp:

𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) =

663.2 × 100%

663.2 + (4.9 + 0.428 × 29.5)= 98.47%

- Độ thay đổi điện áp:

∆𝑉 % =𝛽 𝑆đ ( )(𝑅 cos𝜑 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜑)

𝑉đ

= 0.428 ×

4000 × 10

3 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57)

- Điện áp trên tải:

𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉đ = (1 − 1.957%) × 400 = 392.172 (𝑉) Nhận xét: ở câu b, khi hệ điện mặt trời phát công suất tác dụng lên lưới để bù vào công suất mà tải đã tiêu thụ thì MBA vận hành non tải hơn ở câu a (giảm 26.2% so với câu a), hiệu suất gần như không thay đổi và điện áp phía tải được tăng lên, sụt giảm ít hơn (sụt áp 1.957%) Nhưng hệ số công suất giảm khá nhiều, cần bù thêm công suất phản kháng

để nâng cao hệ số công suất tránh tổn hao

3.4 Giải câu c

- Công suất tải câu b:

𝑆 = 1713.3 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃 = 663.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

- Công suất phản kháng phát lên lưới:

𝑄 = 30% × 𝑆đ = 30% × 4000 = 1200 (𝑘𝑊)

- Công suất nếu tải nối vào hệ thống điện mặt trời:

𝑃 = 𝑃 = 663.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 𝑄 − 𝑄 = 1579.7 − 30% × 4000 = 379.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = √663.2 + 379.7 = 764.2 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃𝐹 = 𝑃

𝑆 =

663.2 764.2= 0.86 𝑡𝑟ễ

- Hệ số tải:

𝛽 = 𝑆

𝑆đ =

764.2

4000 = 0.1911

- Hiệu suất MBA:

𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 )× 100% =

663.2 × 100%

663.2 + (4.9 + 0.1911 × 29.5)= 99.11%

- Độ thay đổi điện áp:

∆𝑉 % =𝛽 𝑆đ ( )(𝑅 cos𝜑 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜑)

𝑉đ

=0.1911 ×

4000 × 10

3 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57)

- Điện áp trên tải:

𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉đ = (1 − 0.88%) × 400 = 396.48 (𝑉) Nhận xét: So với câu b, bộ INVERTER phát công suất phản kháng lên lưới đã nâng

hệ số công suất của tải lên đáng kể (hơn 0.473 so với câu b), đồng thời điện áp phía tải đều được cải thiện (sụt áp chỉ còn 0.88%) Nhưng MBA vận hành chỉ bằng 19.11% định mức, MBA làm việc với công suất rất nhỏ so với định mức

3.5 Giải câu d

Hệ số công suất yêu cầu: 𝐜𝐨𝐬𝛉 = 𝐏𝐅′ = 𝟎 𝟗𝟓 trễ 3.5.1 Tính lại câu a khi lắp tụ bù

*Thông số tải trước bù:

𝑆 = 2760 (𝑘𝑉𝐴)

𝑃 = 2263.2 (𝑘𝑊)

𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟)

*Thông số tải sau bù:

- Công suất phản khán bù thêm để nâng hệ số công suất lên bằng 0.95 trễ:

∆𝑄 ù= 𝑄 ướ ù− 𝑄 ù ⇒ ∆𝑄 ù = 𝑄 − 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0.95) = 835.8455 (𝑘𝑉𝑎𝑟)

- Công suất biểu kiến sau bù:

𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = 𝑃 + 𝑗𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0,95) = 2263.2 + 𝑗743.8779 (𝑘𝑉𝐴)

𝑆 = 2382.32∠18.2 (𝑘𝑉𝐴)

- Hệ số dòng tải:

𝛽 = 𝑆

𝑆đ =

2382.32

4000 = 0.5956

- Hiệu suất của máy biến áp:

𝜂 =

2263.32 × 10 + 4900 + 0.5956 × 29500 = 99.33%

- Độ thay đổi điện áp:

∆𝑉 % =𝛽 × 𝑆đ (𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 sin (𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹 ))

𝑉đ

=0.5956 ×

4000 × 10

3 × (2.6771 × 0,95 + 25.2682 × sin 𝑐𝑜𝑠 (0.95)

⇒ ∆𝑉 % = 1.712%

- Điện áp trên tải:

𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉đ = (1 − 1.712%) × 400 = 393.152 (V) Nhận xét: Sau khi lắp tụ bù, MBA vận hành non tải hơn lúc trước bù (giảm 10%

so với lúc trước bù) Nhưng độ sụt áp giảm 1.4%

3.5.2 Tính lại câu b khi lắp tụ bù *Công suất tải trước bù:

𝑃 = 663.2 𝑘𝑊

𝑄 = 1579.7 𝑘𝑉𝑎𝑟

𝑆 = 1713.3 𝑘𝑉𝐴

* Thông số tải sau bù:

- Công suất phản khán bù thêm để nâng hệ số công suất lên bằng 0.95 trễ:

∆𝑄 ù= 𝑄 ướ ù− 𝑄 ù

⇒ ∆𝑄 ù = 𝑄 − 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0.95) = 1361.7167 (𝑘𝑉𝑎𝑟)

- Công suất biểu kiến sau bù:

𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = 𝑃 + 𝑗𝑃 tan 𝑐𝑜𝑠 (0,95) = 663.2 + 𝑗217.9833 (𝑘𝑉𝐴)

𝑆 = 698.1053∠18.2 (𝑘𝑉𝐴)

- Hệ số dòng tải:

𝛽 = 𝑆

𝑆đ =

698.1053

4000 = 0.1745

- Hiệu suất của máy biến áp:

𝑃 + 𝑃 + 𝛽 𝑃 =

2263.32 × 10 2263.32 × 10 + 4900 + 0.1745 × 29500 = 99.13%

- Độ thay đổi điện áp:

∆𝑉 % =𝛽 × 𝑆đ × (𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 sin (𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹 ))

𝑉đ

=0.1745 ×

4000 × 10

3 × (2.6771 × 0,95 + 25.2682 × sin 𝑐𝑜𝑠 (0.95)

⇒ ∆𝑉 % = 0.5015%