Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp

Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ TRẠM BIẾN ÁP

I Vai trò và công dụng máy biến áp

Một hệ thống cung cấp điện thông thường bao gồm các khâu cơ bản sau:phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện Để dẫn điện từ nhà máy phát điệnđến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Thông thường khoảng cách từ nơisản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi

xa làm sao phải đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất ít và kinh tế nhất

Máy phát điện

MBA tăng áp

MBA

hạ áp Đường dây tải điện

Hộ tiêu thụ điện

Sơ đồ cung cấp điện đơn giản

Giả sử hộ tiêu thụ có công suất P, hệ số công suất cosφ, điện áp của đường dâytruyền tải là U, thì dòng điện truyền tải trên đường dây là:

2 2

2 2

cos

U

P R I R

ở điện áp thấp Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa người ta phải dùng điệnáp cao, thường là 35, 110, 500 kV…trên thực tế các máy phát điện chỉ phát ra điệnáp từ 3 21 kV, do đó phải có thiết bị nâng điện áp ở đầu đường dây Trong khi đócác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 6 kV, vì vậy cuối đường dâyphải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu đường dâyvà giảm áp ở cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA)

Máy biến áp là một phần quan trọng của hệ thống điện Nó chuyển nănglượng với hiệu quả rất cao từ mức điện áp này sang mức điện áp khác Nếu như bỏqua phần tổn hao trong máy biến áp thì năng lượng phía thứ cấp gần như bằngnăng lượng phía sơ cấp

Từ đó ta có định nghĩa máy biến áp như sau: Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điệnxoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng xoay chiều ở cấp điện áp khác,với tần số không thay đổi

Các loại máy biến áp chính:

 MBA lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

 MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu…

 MBA tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ khôngđồng bộ công sất lớn

 MBA đo lường dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ

đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển

 MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao

Trong một hệ thống cung cấp điện, máy biến áp cần đảm bảo đúng các yêu cầu kỹthuật để vận hành hiệu quả, bên cạnh đó máy biến áp còn phải thỏa mãn các chỉtiêu về kinh tế

Tổng chi phí của một phương án cung cấp điện bất kỳ nào cũng gồm haiphần: tổng vốn đầu tư ban đầu V và chi phí vận hành hằng năm C Trong hai thànhphần này, vốn đầu tư ban đầu được bỏ ra trong thời gian ngắn trong khi đó chi phívận hành hằng năm thì kéo dài trong nhiều năm

Tổng vốn đầu tư ban đầu V hầu như dựa hoàn toàn vào các ước lượng Các dữ liệutrong quá khứ cũng như trong hiện tại chỉ giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độchính xác đến mức có thể vì luôn có sự thay đổi của giá cả và sự tiến bộ của côngnghệ

Tổng vốn đầu tư ban đầu:

V = V1 + V2 + V3

V1: chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp

V2: chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới

V3: chi phí xây dựng gián tiếp

Chi phí vận hành hàng năm C

C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5

C1: chi phí vận hành về công bảo quản

C2: chi phí vật tư dự trữ bảo quản

C3: chi phí khấu hao

C4: tổn thất điện năng

C5: chi phí mất điện

Trong tổng vốn đầu tư ban đầu thì chi phí cho việc mua mới các thiết bị vàđặc biệt là máy biến áp chiếm phần lớn Đối với các dự án nhỏ, phụ tải ít, dunglượng máy biến áp không nhiều thì không đòi hỏi tính toán phụ tải thật sự chínhxác Sự chênh lệch giữa các cấp máy biến áp nhỏ dẫn đến số vốn đầu tư ban đầukhông bị ảnh hưởng nhiều Do đó nếu ta chọn dung lương máy biến áp lớn hơnmột ít thì chi phí đầu tư có nhích lên nhưng bù lại thì máy biến áp đảm bảo cungcấp điện đầy đủ cho phụ tải, có thể mở rộng phụ tải sau này đồng thời tuổi thọ máybiến áp cũng dài hơn Đối với các dự án lớn thì chi phí bỏ ra cho trạm biến áp là vôcùng lớn, đòi hỏi phải tính thật chính xác phụ tải điện sao cho chi phí thấp nhất màvẫn đảm bảo cấp điện cho phụ tải

II Khái niệm và phân loại trạm biến áp

1 Khái niệm

Trạm biến áp là nơi biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện ápkhác, là điểm trung chuyển điện năng giữa hệ thống truyền tải và hệ thống phânphối Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.

2 Phân loại

a Phân loại theo cấp điện áp:

điện áp máy phát đến điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa

đến đại lượng thấp hơn thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện

b Phân loại theo nhiệm vụ:

điện từ hệ thống điện có điện áp 35 → 220KV biến đổi thành các cấp điệnáp 10KV hay 6KV Cá biệt có khi xuống 0.4KV

 Trạm biến áp phân xưởng: Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian

biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng.Phía sơ cấp thường là 10KV, 6KV hoặc 15KV hoặc 35KV, còn phía thứ cấp

có các điện áp 220/127V, 380/220V hoặc 660V

c Phân loại về phương diện cấu trúc:

trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắtchế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần phần hạ thế Xây dựng trạmngoài trời sẽ giúp tiết kiệm được kinh phí xây dựng hơn so với xây dựngtrạm trong nhà

nhà, ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, người ta còn xây dựng những trạmbiến ngầm Loại này chi phí xây dựng khá tốn kém

Ngoài ra trong hệ thống điện còn có các trạm khác: trạm đóng cắt, trạm nối, trạmchỉnh lưu, trạm nghịch lưu

3 Cấu trúc cơ bản trạm biến áp

Về mặt cơ bản một trạm biến áp bao gồm những thiết bị được nối với nhau mộtcách hợp lý và chính xác

 Máy biến áp

 Các khí cụ và thiết bị phân phối điện áp cao và hạ áp các thiết bị này cónhiệm vụ nhận nguồn điện từ một số nơi cung cấp, và phân phối cho các phụtải, qua các đường dây tải điện bao gồm các thiết bị sau:

 Thiết bị đóng cắt

o Máy cắt điện

o Dao cách ly 3 pha có tiếp đất ở 2 phía

 Khí cụ đo lường

o Máy biến điện áp

o Máy biến dòng

 Khí cụ bảo vệ mạch điện

o Role bảo vệ các loại

 Các thanh góp bên cao áp, hạ áp, sứ, trụ

 Hệ thống tiếp địa

 Hệ thống chống sét

 Hệ thống làm mát

III Quy trình tính toán và thiết kế trạm biến áp (TBA)

Trong thiết kế cung cấp điện, chi phí đầu tư cho máy biến áp chiếm mộtphần không nhỏ trong tổng chi phí Do đó việc lựa chọn vị trí, số lượng, dunglựợng máy biến áp là nhiệm vụ rất quan trọng Việc tính toán chính xác đảm bảotính liên tục cung cấp điện cho phụ tải trong điều kiện bình thường và trong điềukiện sự cố với các tải quan trọng, đồng thời giảm chi phí lắp đặt, vận hành cũngnhư vốn đầu tư ban đầu của mạng điện

Những yêu cầu và nội dung trong thiết kế:

 Khi thiết kế trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải phải đảm bảo cho phụ tảiluôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép

 Một phương án hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

o Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm được ngoại tệ quý và đầu tư hiếm

o Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ

o Chi phí vận hành hàng năm thấp

o Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

o Thuận lợi cho vận hành và sửa chữa

Trên thực tế những yêu cầu trên thường mâu thuẩn nhau nên người thiết kếphải biết cân nhắc và kết hợp hài hòa các yếu tố tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể.Người thiết kế đưa ra nhiều phương án khả thi, sau đó dùng phương pháp so sánhkinh tế kĩ thuật giữa các phương án, từ đó rút ra phương án tối ưu để thi công

1 Thu thập dữ liệu ban đầu

 Xác định nhu cầu điện của các hộ tiêu thụ hay phụ tải ở thời điểm hiện tại và

dự đoán trong tương lai

 Xác định vị trí, mặt bằng để đặt trạm biến áp

 Tìm hiểu môi trường xung quanh để xây dựng trạm biến áp trong nhà hayngoài trời

 Chọn nguồn cung cấp cho trạm

2 Tính toán chọn thiết bị

Dựa vào đồ thị phụ tải hay các phương pháp tính toán công suất đặt để chọnsố lượng và dung lượng máy biến áp

 Đưa ra nhiếu phương án, sơ đồ khác nhau có tính khả thi

 Tính toán kinh tế kĩ thuật để chọn ra phương án tối ưu

 Tính toán triệt để tiết kiệm dây dẫn và khí cụ điện

 Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ

 Tính toán chống sét bảo vệ trạm.

 Tính toán hệ thống tiếp địa

3 Chọn vị trí, số lượng và công suất của máy biến áp.

a Xác định vị trí máy biến áp

Vị trí đặt của trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Gần tâm phụ tải

o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất điện năng

o Giảm chi phí giải tỏa đền bù

o Đảm bảo tính khả thi

 Thuận tiện cho việc vận hành và thi công trạm biến áp

o Đường bộ và đường thủy

o Xây dựng đường công vụ

 Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào ra

o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố

o Sơ đồ nối dây đơn giản, dễ dàng

 An toàn vận hành

 Có khả năng mở rộng

o Phải tính toán trong thiết kế

o Chuyển từ trạm AIS  trạm GIS

 Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu

o Phòng cháy chữa cháy

o Nhiễm từ

Trong thực tế việc lắp đặt thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên là rất khó khăn.

Do đó tùy vào điều kiện cụ thể mà ta chọn vị trí đặt Vị trí của trạm biến áp có thể

ở độc lập bên ngoài, liền kề với phân xưởng, hoặc đặt bên trong phân xưởng

b Xác định số lượng máy biến áp:

Số lượng máy biến áp trong trạm biến áp phụ thuộc nhiều vào các yếu tốnhư: yêu cầu về tính liên tục cấp điện của hộ tiêu thụ, yêu cầu về lựa chọn dunglượng máy biến áp hợp lý, yêu cầu về vận hành kinh tế trạm biến áp

Khi xác định số lượng trạm của xí nghiệp, số lượng và công suất máy biếnáp trong một trạm chúng ta cần lưu ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụtải trong xí nghiệp và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấpđiện Chúng ta phải tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật ngay khi xác định cácphương án cung cấp điện

Muốn vậy chúng ta cần nghiên cứu:

 Đồ thị phụ tải hằng ngày, xác định cho một ngày làm việc bình thường vàxác định cho một ngày nghỉ, ở mùa nắng và mùa mưa, hoặc mùa hè và mùađộng

 Đồ thị phụ tải hằng năm của một xí nghiệp tính theo tổng số lượng giờ trongmột năm

Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh

tế kĩ thuật sau đây:

 An toàn, liên tục cung cấp điện

 Vốn đầu tư bé nhất

 Chi phí vận hành hằng năm bé nhất

Ngoài ra cần lưu ý đến việc:

 Tiêu tốn kim loại màu bé nhất

 Các thiết bị và khí cụ điện phải nhập được để dàng v.v…

 Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại đểgiảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng

 Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải saunày

c Dung lượng máy biến áp

Chọn công suất máy biến áp phải thỏa mãn những điều kiện sau:

 Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện

 Độ dự trữ khi phụ tải phát triển

 Đảm bảo tuổi thọ của máy biến áp (hao mòn cách điện do nhiệt)

 Đảm bảo chỉ tiêu về kinh tế

 Khả năng quá tải cho phép

IV Các phương pháp lựa chọn máy biến áp

Máy biến áp được chọn sau khi đã xác định nhu cầu điện tiêu thụ Có nhiềuphương pháp lựa chọn máy biến áp nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chếcủa nó: những phương pháp tính toán nhanh, đơn giản thì cho kết quả kém chínhxác, sai số nhiều còn những phương pháp cho kết quả gần đúng thì phép tính phứctạp, tốn nhiều thời gian xem xét, đánh giá

Sau đây là một vài phương pháp lựa chọn máy biến áp:

 Phương pháp dựa vào công suất tính toán

 Phương pháp dựa vào đồ thị phụ tải

 Phương pháp dựa vào chế độ nhiệt

Vì vậy việc lựa chọn thiết bị theo phụ tải tinh toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bịvề mặt phát nóng.

Khi thiết kế cung cấp điện hay lắp đặt trạm biến áp cho một công trình thìnhiệm vụ đầu tiên là phải xác định được nhu cầu điện của công trình đó Tùytheo quy mô của công trình mà nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế hoặc tínhđến sự phát triển về sau này Do đó xác định nhu cầu điện là giải quyết bài toántính toán phụ tải điện và dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn

Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọilà phụ tải tính toán Cần lưu ý phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế khi các nhà máy đã đi vào hoạt động Phụ tải tính toán là phụ tải gần đúng chỉ để tính toán thiết kế

hệ thống cung cấp điện còn phụ tải thực tế là phụ tải chính xác có thể xác định được bằng các đồng hồ đo điện trong quá trình vận hành.

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, bên cạnh đó công trình điệnthường phải được thiết kế, lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện Do vậy xácđịnh chính xác phụ tải tính toán là một việc rất khó khăn Do tính chất quan trọng nên nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố và biến động theo thời gian nên vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Trong thực tế thiết kế,

khi đơn giản công thức để xác định phụ tải điện thì cho phép sai số ±10%

II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, các thiết bị đóng cắt bảo vệ, dây dẫn tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, điện áp, lựa chọn dung lượng tụ bù công suất phản kháng Sử dụng phụ tải tính toán để chọn lựa thiết bị sẽ đảm bảo các thiết bị làm việc theo đúng chế độ đã định mà không gây ra các tổn hại về điện, nhiệt và cơ Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện Do đó việc xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng không kém phần quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơnphụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, nguy hiểm hơn là có thể gây racháy nổ Ngược lại nếu phụ tải tính toán lớn hơn thực tế sẽ gây ra lãng phí, thiệt hại về kinh tế do các thiết bị điện được chọn vượt quá yêu cầu

Để xác định phụ tải tính toán người ta đưa ra các phương pháp tính dựa trênnhững yếu tố như điều kiện làm việc, chu trình hoạt động nhưng chủ yếu là dựatrên kinh nghiệm lắp đặt và số liệu thống kê Chính vì vậy phương pháp này

thường chỉ áp dụng đối với những công trình nhỏ hoặc vừa vì kết quả cho ra tươngđối chính xác, đơn giản trong tính toán.

Đối với những công trình lớn, có tầm quan trọng cần phải tính chính xáccông suất của phụ tải để lựa chọn biến áp vì chi phí đầu tư cho máy biến áp là rấtlớn, máy biến áp có công suất càng lớn thì giá thành càng cao Trong những trườnghợp đó ta cần phương pháp tính chính xác hơn

Các phương pháp xác định phụ tải tính toán được chia thành 2 nhóm sau:

Nhóm 1: Đây là nhóm phương pháp sử dụng các hệ số tính toán dựa trên

kinh nghiệm thiết kế và vận hành Đặc điểm của phương pháp này là tính toánthuận tiện nhưng cho kết quả gần đúng bao gồm:

 Phương pháp hệ số nhu cầu

 Phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

 Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

Nhóm 2: Đây là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất

thống kê Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng cuả nhiều yếu tố,

do đó kết quả chính xác hơn bao gồm:

 Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

 Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải

 Phương pháp số thiết bị hiệu quả

1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:

n

P tt = ∑ k nci P đmi

i =1

Q tt = P tt tgφ tb

2 2

tt tt

Knci: Là hệ số nhu cầu của thiết bị thứ i

Pđmi: Là công suất đặt của thiết bị thứ i



cos : là hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị

n : số thiết bị trong nhóm

Hệ số nhu cầu của các nhóm thiết bị khác nhau được xác định theo kinh nghiệmvận hành và thiết kế

Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:

Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh, có xem xétđến công suất của từng thiết bị

Nhược điểm: kết quả không thật chính xác do hệ số nhu cầu là số liệu chotrước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm

Theo sổ tay tra cứu, Knc là hằng số, điều này chỉ đúng khi số thiết bị trong nhómlớn và hệ số sử dụng lớn Trong trường hợp tổng quát, nếu lấy Knc là hằng số thìtính toán sẽ gặp sai số lớn

Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán nhỏ,

không cần sự chính xác cao, hệ số Knc được chọn dựa trên kinh nghiệm hoặc xácđịnh được qua những công trình tương tự

2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (Phụ tải điện trường học, hoặc phân xưởng sản xuất)

Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản xuất nhưphân xưởng may, phân xưởng dệt, thì công suất tính toán được xác định theo biểuthức:

Ptt = Po.FTrong đó:

F – diện tích sản xuất, phòng học (m2)

Po – suất phụ tải trên đơn vị diện tích P = (15 - 20) (W/m2)

Giá trị Po được đưa ra dựa vào kinh nghiệm vận hành và thống kê Tùy theo từngloại công trình, thiết bị, tiêu chuẩn nhất định ta có thể chọn giá trị Po thích hợp

Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:

Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh

Nhược điểm: công suất được phân bố đều, chế độ làm việc của từng thiết bịkhông được tính đến nên kết quả có sự sai biệt

Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không

lớn, không cần sự chính xác cao, hệ số Po được chọn dựa trên kinh nghiệm, nóthường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, khi phụ tải các phân xưởng cómật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều

3 Theo KVA/ hộ (phụ tải ánh sáng sinh hoạt)

Đây là phụ tải điện của các hộ gia đình, phòng học, nông thôn các gia đìnhdùng điện không có sự chênh lệch nhiều

Phụ tải tính toán được xác định như sau:

Ptt = Po.H

Qtt = Ptt.tgφTrong đó:

H – số hộ sử dụng

Po – suất phụ tải tính toán cho 1 hộ, thường lấy Po = (0,5 – 0,8) (KW/hộ)Với: 0,5: dành cho khu vực thuần nông.

0,6 – 0,8: dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường

Để phục vụ sinh hoạt các hộ thường dùng nhiều loại thiết bị điện gia dụng khácnhau như: đèn, quạt, tivi, radio, bàn là, tủ lạnh.v.v…Trong tính toán cung cấp điệnthường lấy hệ số công suất chung là cosφ = 0,85

Phụ tải tính toán tổng bao gồm các thôn xóm, trường học, trạm bơm v.v

Kđt – hệ số đồng thời

Với

n = 1, 2 → Kdt = 1

n = 3, 4 → Kdt = 0.85 → 0.9

n = 5, 6, 7 → Kdt = 0.8 → 0.85

Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:

Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh

Nhược điểm: tính toán theo sự phỏng đoán bình quân mức tiêu thụ điện dẫnđến kết quả chỉ dừng lại ở mức tương đối

Phạm vi ứng dụng: Áp dụng cho những phụ tải có cùng tính chất, phụ tải không

đổi, mức tiêu thụ điện năng không cao, tính toán trên bình diện rộng như khu vựcnông thôn, phòng học, hộ gia đình

4 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm.

Đối với xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi và cho kết quả tương đối chínhxác (xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp điện phân,xí nghiệp gia công,…) thì công suấttính toán được xác định theo công thức :

max 0

.

T

w M

P tt 

Trong đó:

M: Là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm

wo: Là suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sảnphẩm)

Tmax: Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:

Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán dựa trên số liệu

có sẵn

Nhược điểm: tính toán trên số liệu không dựa vào điều kiện cụ thể, chế độhoạt động, làm việc, từng giai đoạn kết quả kém chính xác

Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không

lớn, không cần sự chính xác cao, xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi, chế độ hoạtđông giống nhau, sản phẩm tạo ra liện tục và đồng đều trong năm

5 Phương pháp xác định phụ tải tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình (phương pháp số thiết bị hiệu quả)

Trong phương pháp này ta đã biết hết thông tin về đối tượng sử dụng điện:công suất, chủng loại động cơ, vị trí đặt trong phân xưởng và đặc tính kĩ thuật,công nghệ của chúng Nhiệm vụ của người thiết kế là là phải đưa ra phương áncung cấp điện hợp lý cho các phân xưởng và thiết kế mạng hạ áp phân xưởng đưađiện đến từng động cơ.

Để xác định phụ tải điện phân xưởng, ta chia thành các nhóm máy cho cácđộng cơ đặt gần nhau, mỗi nhóm khoảng 8 → 12 máy, sau đó xác định phụ tải điệncho từng nhóm máy và cuối cùng cho cả phân xưởng

Phụ tải tính toán cho một nhóm n máy xác định theo công thức căn cứ vàocông suất trung bình Ptb và hệ số cực đại Kmax

Pđm – công suất định mức của máy

Ksd – hệ số sử dụng

Cosφ – hệ số công suất của máy công cụ, tra PL1 với nhóm máy công cụCosφ = 0.5÷0.6

Kmax – hệ số cực đại,tra PL5 (theo ksd, nhq)

Số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq là số thiết bị giả tưởng có công suất bằngnhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải

tính toán do nhóm thiết bị thực tế gây ra Ý nghĩa của nhq là ở chổ một nhóm máybất kì bao gồm nhiều máy có công suất khác nhau, đặt tính kĩ thuật khác nhau, chếđộ làm việc, quá trình công nghệ khác nhau để tính chính xác phụ tải điện người tadựa vào đại lượng trung gian nhq nhằm giúp cho việc xác định phụ tải điện củanhóm máy dễ dàng tiện lợi và sai số trong giới hạn cho phép.

Các bước tính toán và xác định n hq :

 Bước 1: Xác định số thiết bị n trong nhóm

 Bước 2: Xác định công suất thiết bị lớn nhất trong nhóm (Pmax)

 Bước 3: Xác định n1 thiết bị thỏa điều kiện Pđmi ≥

 Bước 5 : Xác định n* = n n1 và P* = p p1

 Bước 6: Tra bảng 3.3 trang 31 sách “Giáo trình cung cấp điện” của thầyQuyền Huy Ánh tìm nhq*

Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:

Ưu điểm: cho kết quả tương đối chính xác vì đã xét đến các yếu tố quantrọng như: số lượng của các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhấtvà chế độ làm việc của chúng

Nhược điểm: tính toán phức tạp.

Phạm vi áp dụng: Thường được áp dụng tính toán cho các phân xưởng, xí nghiệp

có số lượng máy móc nhiều, công suất lớn, đã có được nhiều thông tin về phụ tải,

có các bảng tra cứu các thông số

bé nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật Công suất máy biến áp cần đảm bảo cung cấp điện năng cho tất cả các hộ tiêu thụ trong điều kiện vận hành bình thường và có xét đến trường hợp quá tải sự cố Một trong những cách xác định công suất của máy biến áp đó là dựa vào đồ thị phụ tải.

Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng cho nhu cầu điện của từng thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp Qua đồ thị phụ tải ta biết được công suất thực sự của thiết bị trong từng điều kiện vận hành, chế độ làm việc cụ thể Khi đó việc chọn lựa máy biến áp theo đồ thị phụ tải

sẽ cho ra kết quả gần chính xác nhất so với các phương pháp khác

Theo đồ thị phụ tải ta chọn máy biến áp theo 2 điều kiện sau:

 Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến quá tải cho phép (quá tải bình thường)

 Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố (hư hỏng một trong những máy biến áplàm việc song song) với một thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp điện

Dung lượng của MBA được chọn sao cho ứng với một môi trường làm việc cụ thể và hệ thống làm mát nhất định, MBA có thể làm việc với công suất định mức Sđm trong suốt thời gian phục vụ của nó Tđm Song trong điều kiện thực tế vận hành, phụ tải của MBA luôn thay đổi và phần lớn thời gian làm việc với phụ tải bé hơn định mức Khi đó sự hao mòn về cách điện của MBA sẽ nhỏ hơn định mức do nhiệt độ của MBA nhỏ hơn nhiệt độ cho phép dẫn đến tuổi thọ MBA tăng lên Và ngược lại những lúc phụ tải lớn hơn công suất định mức trong giới hạn cho phép vẫn có thể cho MBA làm việc nhưng với hao mòn cách điện vượt qua định mức làm giảm tuổi thọ của MBA Từ đó ta thấy rằng MBA có thể được chọn theo khả năng quá tải để giảm dung lượng, tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu trong khi vẫn đảm bảo các yếu tố an toàn, kỹ thuật và tuổi thọ chung của MBA

1 Quá tải bình thường của MBA (Trường hợp trạm chỉ đặt một MBA).

Quá tải bình thường là quá tải thường xuyên của MBA, có tính chất chu kỳ (một ngày đêm, một tháng, một mùa ) Trong mỗi chu kỳ có một phần thời gian MBA làm việc quá tải (S > Sđm), phần lớn thời gian còn lại của chu kỳ MBA làm việc non tải (S < Sđm) Hệ số quá tải thường xuyên có thể xác định từ đồ thị khả năng quá tải của MBA Đó là quan hệ giữa hệ số quá tải cho phép K2cp, hệ số phụ tải bậc 1 (K1) và thời gian quá tải t.

Công suất định mức của MBA chọn theo khả năng quá tải của MBA Để sử dụng phương pháp này cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA thành hai bậc đẳng trị

Công suất đẳng trị của MBA trong khoảng thời gian xem xét được xác định theo biểu thức:

Sđti=

n

n n t t

t

t S t

S t S

2 1

2 2

2 2 1

n i i i

t

t S

1

1 2

Trong đó Si là phụ tải của MBA ở thời gian ti

Đồ thị phụ tải của MBA có rất nhiều dạng, dưới đây ta sẽ xem xét một số dạng thường gặp của đồ thị phụ tải MBA:

Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi chiều Theo biểuthức trên Sđt2 được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t2 và Sđt1 được tính với thời gian t1 trước lúc quá tải 10h (hình a)

Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi sáng Tương tự

Sđt2 được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t2 và Sđt1 được tính với thời gian

t1 sau khi kết thúc quá tải 10h (hình b)

Đồ thị phụ tải có hai cực đại trong một ngày thì phụ tải đẳng trị bậc hai đượctính đối với cực đại nào có tổng S i t i đạt trị số lớn nhất Khi đó sẽ chọn được

Sđt2, và Sđt1 được tính như trường hợp trên (hình c, d)

2 2 '

2 ( 0 9S )

t S

t  đt

Nếu MBA làm việc ở những nơi có nhiệt độ trung bình hằng năm θtb lớn hơn nhiệt độ trung bình hằng năm định mức θđm thì công suất đẳng trị phải điều chỉnh theo biểu thức sau:

) 100 1

đti đti S

S

2 

Từ K1 và t2 ta tra được các đường cong quá tải của MBA để tìm K2cp và so sánh với

2 Quá tải sự cố MBA (Trường hợp trạm đặt hai MBA trở lên).

Khi chọn công suất máy biến áp cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp còn lại ở chế độ sau sự cố Trong trường hợp sự cố một trong các máy biến áp, máy biến áp thứ hai cần đảm bảo toàn bộ công suất của các hộ tiêu thụ loại I và loại II Trong thực tế vận hành, sự cố MBA ít khi xảy ra nhưng để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, MBA có thể cho phép làm việc với hệ số quá tải sự cố lớn hơn quá tải bình thường Công suất của mỗi MBA trong trạm nMBA được xác định theo biểu thức:

) 1 (

max





n k

S S

Trong đó:

Smax: phụ tải cực đại của trạm

n: số MBA trong trạm

k: hệ số quá tải sự cố MBA Hệ số này thể hiện khả năng quá tải của MBA và được xác định tùy theo hãng chế tạo Nếu không có thông tin cụ thể ta lấy k=140% cho các MBA Liên Xô với thời gian quá tải không quá 5 ngày đêm, mỗi ngày quá tải không quá 6h và 130% cho các máy của những hãng khác theo tiêu chuẩn IEC354

Khi lựa chọn công suất MBA theo điều kiện quá tải sự cố thì hệ số quá tải sự cố MBA cần được xem xét như một hệ số tính toán Trị số này còn tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể như: đồ thị phụ tải, nhiệt độ môi trường, thời gian quá tải Việc tính toán này sẽ giúp ta giảm được công suất đặt và tổn hao trong các MBA

Dưới đây là đồ thị khả năng quá tải của MBA của hãng ABB:

Đường cong quá tải của MBA với nhiệt độ môi trường là 20°C

K2

t=0.5h t=2h

1.6

t=1h

Đường cong quá tải của MBA với nhiệt độ môi trường là 30°C

Chương 4:

CHỌN MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT

I ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN MÁY BIẾN ÁP.

Trong quá trình hoạt động, làm việc máy biến áp bị phát nóng nguyên nhânlà do tổn thất trong máy biến áp biến thành nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của nó vàtỏa ra môi trường xung quanh Nguồn nhiệt này chủ yếu phát ra từ tổn hao trongcuộn dây biến thành nhiệt Thực nghiệm cho thấy rằng khi nhiệt độ điểm nóng nhấtcủa cuộn dây máy biến áp bằng 98°C thì thời gian phục vụ của cách điện (máybiến áp)bằng khoảng 20 đến 25 năm Nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây chophép cao hơn nhiệt độ trung bình của nó là 13°C, như vậy nhiệt độ trung bình củacuộn dây trong điều kiện vận hành định mức bằng 85°C Chế độ máy biến áp vớituổi thọ lớn hơn được cho là không hợp lý bởi vì sự phát triển nhanh chóng của kỹthuật công nghệ chế tạo và cấu tạo máy biến áp cần phải được thay đổi theo nhịpđộ tiến bộ kỹ thuật Từ đó việc chọn lựa máy biến áp theo các chế độ nhiệt chính làviệc tính toán lựa chọn sao cho máy biến áp có thể hoạt động trong các chế độ vậnhành bình thường và quá tải nhưng vẫn đảm bảo tuổi thọ trung bình của máy biếnáp là không đổi

II CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP KHI PHỤ TẢI XÁC LẬP.

Khi máy biến áp mang tải nhiệt độ của nó tăng lên Sự truyền nhiệt của máybiến áp được thực hiện bằng dẫn nhiệt, bức xạ và đối lưu Hình bên dưới biểu diễn

sự phân bố nhiệt độ từ cuộn dây đến môi trường không khí xung quanh của máybiến áp dầu:

 Trục tung biểu diển sự giáng nhiệt độ của cuộn dây, dầu, thùng dầu vàkhông khí, trong đó lấy nhiệt độ chỗ nóng nhất là 100%

 Trục x là sự phân bố từ tâm máy biến áp ra ngoài

Đoạn 1-2 biểu diễn sự giảm nhiệt độ trong cuộn dây, đọ nghiêng chỉ bằng vài độ.Đoạn 2-3 là sự truyền nhiệt từ bề mặt cuộn dây đến lớp dầu tiếp giáp, chủ yếu bằngđối lưu với độ giảm nhiệt tương ứng bằng khoảng 20-30% độ chênh lệch nhiệt độcủa cuộn dây so với không khí

Đoạn 3-4 là độ giảm nhiệt của dầu thông qua đối lưu Độ giảm nhiệt không nhiều.Đoạn 4-5 đặc trưng cho độ giảm nhiệt độ từ dầu đến thành thùng

Đoạn 5-6 là sự giảm nhiệt độ của vách thùng máy biến áp

0 20 40 60 80 100

X

1 2 3 4

Đoạn 6-7 biểu thị sự giảm nhiệt độ từ thanh thùng đến môi trường xung quanh(không khí) Đây là đoạn giảm nhiệt độ lớn nhất, chiếm đến 60-70% độ giảm nhiệtđộ tổng Quá trình truyền nhiệt này được thực hiện bằng bức xạ và đối lưu.

Nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp cũng tăng theo chiều cao máybiến áp Hình bên dưới là sự phân bố nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áplàm mát bằng dầu cưỡng bức theo chiều cao khi máy biến áp có tải định mức.Quan hệ này là phi tuyến

1

2

3 4

h

Phân bố nhiệt độ theo chiều cao máy biến áp dầu

1-cuộn dây; 2- lõi thép; 3-dầu; 4-bề mặt ngoài thùng

Khi tính toán gần đúng có thể xem sự thay đổi nhiệt độ tuyến tính với chiều caomáy biến áp:

Đoạn CD biểu diễn độ tăng nhiệt độ của cuộn dây với giá trị trung bình là65°C (đo bằng phương pháp nhiệt điện trở) Khoảng cách theo phương ngang của

AB và CD là độ chênh lệch nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ dầu, tương ứngbằng 21°C

Độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây so với nhiệt độ dầu là 23°Cvà so với không khí xung quanh bằng 55+23 = 78°C Trong điều kiện nhiệt độ môitrường theo chuẩn là 20°C thì nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây bằng 78+20 =98°C Với nhiệt độ này máy biến áp có thể làm việc liên tục trong suốt thời gianphục vụ của nó

Bên cạnh đó ta chú ý rằng nhiệt độ của máy biến áp còn phụ thuộc vàophương pháp làm mát Với mỗi phương pháp làm mát độ tăng nhiệt của máy biếnáp có sự biến đổi Trường hợp máy biến áp làm mát bằng dầu và dầu được làm mátbằng nước thì độ tăng nhiệt độ lớn nhất của dầu bằng khoảng 40°C Độ tăng nhiệt