Chuong 5 tram bien ap

bài giảng CUNG CẤP ĐIỆN xí nghiệp th.s Phùng Đức Bảo Châu, Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh. gồm các nội dung trọng tâm tính phụ tải tính toán, trọng tâm phú tải, phương pháp nâng cáo hệ số cospi .....

Chương 5:

TRẠM BIẾN ÁP

KHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ ViỄN THÔNG

BM ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên: ThS Phùng Đức Bảo Châu

Nội dung

1 Khái quát và phân loại

2 Chọn vị trí, số lượng và công suất cho trạm

3 Sơ đồ nối dây của trạm biến áp

4 Cấu trúc trạm

5 Vận hành trạm biến áp

6 Nối đất trạm và đường dây tải điện

7 Ví dụ: Chọn công suất của máy biến áp

1 Khái quát & phân loại

 Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác

 Theo nhiệm vụ, có thể phân trạm thành hai loại:

- Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến

áp chính: trạm này nhận điện 35÷220kV từ hệ thống biến đổi thành cấp điện áp 10, 6 hay 0,4kV.

- Trạm biến áp phân xưởng: 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 35, 22, 15, 10, 6kV; còn phía hạ áp có thể là 660, 380/220 hay 220/127V.

 Theo cấu trúc, cũng có thể chia thành hai loại:

- Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này, các

thiết bị cao áp đều được đặt ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp được đặt trong nhà hoặc trong các tủ chuyên dùng chế tạo sẵn.

- Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất

cả các thiết bị đều được đặt trong nhà Chi phí xây dựng trạm trong nhà thường cao hơn trạm ngoài trời nhiều.

2 Chọn vị trí số lượng và công suất cho trạm :

b Số lượng mỏy biến ỏp:

Kinh nghiệm thiết kế vận hành cho thấy mỗi trạm chỉ nên đặt 1 máy BA là tốt nhất Khi cần thiết có thể đặt 2 máy, không nên đặt nhiều hơn

2 máy.

 Trạm 1 máy: Tiết kiêm đất, vận hành đơn giản,

Ctt nhỏ nhất Nhưng không đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện như trạm 2 máy.

 Trạm 2 máy: Thường có lợi về kinh tế hơn trạm 3 máy.

 Trạm 3 máy: chỉ được dùng vào trường hợp đặc biệt.

- Việc quyết định chọn số lượng máy BA, thường được dựa vào yêu cầu của phụ tải:

 Hộ Loại I: được cấp từ 2 nguồn độc lập (có thể lấy nguồn từ 2 trạm gần nhất mỗi trạm đó chỉ cần 1 máy) Nếu hộ loại 1 nhận điện từ 1 trạm BA, thì trạm đó cần phải có 2 máy và mỗi máy đấu vào 1 phân

đoạn riêng, giữa các phân đoạn phải có TB đóng tự động.

 Hộ loai II: cũng cần có nguồn dự phòng có thể đóng tự động hoặc bằng tay Hộ loại II nhận điện từ 1 trạm thì trạm đó cũng cần phải có

2 máy BA hoặc trạm đó chỉ có một máy đang vận hành và một máy khác để dự phong nguội.

 Hộ loại III: trạm chỉ cần 1 máy BA.

- Tuy nhiện cũng có thể đặt 2 máy BA với các lý do khác nhau như: Công suất máy bị hạn chế, điều kiện vận chuyển và lắp đặt khó (không đủ không gian để đặt máy lớn) Hoặc đồ thị phụ tải quá chênh lệch (K đk ≤ 0,45 lý do vận hành), hoặc để hạn chế dòng ngắn mạch

- Trạm 3 máy chỉ được dùng vào những trường hợp đặc biệt

c Chọn dung lượng mỏy biến ỏp:

 Về lý thuyết nên chọn theo chi phí vận hành nhỏ nhất là hợp lý nhất tuy nhiên còn khá nhiều yếu

tố khác ảnh hưởng đến chọn dung lượng máy BA như: trị số phụ tải, cos ϕ ; mức bằng phẳng của đồ thị phụ tải Một số điểm cần lưu ý khi chọn dung lượng máy BA.

+ Dấy công suất BA.

+ Hiệu chỉnh nhiệt độ.

+ Khả năng quá tải BA.

+ Phụ tải tính toán.

+ Tham khảo số liệu dung lượng BA theo ĐK tổn thất kim loại mầu ít nhất

c.1 Dẫy công suất BA:

 BA chỉ được sản xuất theo những cỡ tiêu chuẩn Việc chọn đúng công suất BA không chi đảm bảo

an toàn CCĐ, đảm bảo tuổi thọ mà còn ảnh hưởng

đến chỉ tiêu kinh tế ký thuật của sơ đồ CCĐ : 50; 100; 180; 320; 560; 750; 1000; 1800; 3200;

5600 kVA …

 Chú ý: Trong cùng một xí nghiệp nên chọn cùng một cỡ công suất vì Ptt khác nhau (cố gắng không nên vượt quá 2-3 chủng loại) điều này thuận tiện cho thay thế, sửa chữa, dự trữ trong kho.

 Máy BA phân xưởng nên chọn có công suất từ

1000 kVA đổ lại → (làm chiêu dài mạng hạ áp ngắn lại → giảm tổn thất ) …

c.2 Hiệu chỉnh nhiệt độ :

 Sdm của BA là công suất mà nó có thể tải liên tục trong suốt thời gian phục vụ (khoảng 20 năm) với điều kiện nhiệt độ môi trường là định mức Các máy BA nước ngoài (châu âu)

được chế tạo với t0 khác môi trường ở ta Ví dụ máy BA Liên Xô cũ qui định:

+ Nhiệt độ trung bình hàng năm là θtb = + 5 0 C

+ Nhiệt độ cực đại trong năm là θcd = +35 0 C

→ dung lượng máy biến áp cần được hiệu chỉnh theo môi trường lắp đặt thực tế:

+ θtb – nhiệt độ trung bình nơi lắp đặt.

+ S dm - Dung lượng định mức BA theo thiết kế.

+ S - Dung lượng định mức đ hiệu chỉnh ã

 Ngoài ra còn phải hiệu chỉnh theo nhiệt dộ cực đại của môi trường xung quanh Khi θcd > 35 0 C → công suất của BA phải giảm đi cứ mỗi độ tăng thêm, dung lượng phải giảm đi 1% cho đến khi θcd = 45 0 C Nếu θcd > 45 0 C phải được làm mát nhât tạo.

) 100

5

θ

(1 S

dm

' dm

−

−

=

c.3 Quỏ tải mỏy biến ỏp:

 Trong vận hành thực tế vì phụ tải luôn thay đổi nên phụ tải của BA thường không bằng phụ tải định mức của nó, Mà mức độ già hoá cách điện được bù trừ nhau ở máy BA theo phụ tải Vì vậy trong vận hành có thể xét tới khả năng cho phép máy BA làm việc lớn hơn phụ tải định mức của nó (một lượng nào đó) Nghĩa là cho phép nó làm vviệc quá tải nhưng sao cho thời hạn phục vụ của nó không nhỏ hơn 20 ữ 25 năm → xây dựng qui tắc tính quá tải: + Quá tải bình thường của BA (dài hạn).

+ Quá tải sự cố của BA (ngắn hạn).

+ Khả năng quá tải BA lúc bình thường:

 Qui tắc đường cong:

“ Mức độ quá tải bình thường cho phép tuỳ thuộc vào hệ số điền kín của phụ tải hàng ngày” Kqt = f(kdk , t)

Đường cong quá tải BA theo phương pháp này được xây

dựng theo quan hệ giữa hệ số quá tải Kqt và thời gian quá tải hàng ngày (xem HV)

cd

tb cd

tb

dk I

I S

0,5 0,6

 Qui tắc 1 %: Nếu so sánh phụ tải bình thư “ ờng một ngày đêm của máy BA với dung lượng

định mức của nó Thì ứng với mỗi phần trăm non tải trong những tháng mùa hạ, thì máy BA được phép quá tải 1% trong nh ng tháng mùa đông, ữ nhưng tổng cộng không được quá 15 % ”

 Qui tắc 3 %: Trong điều kiện nhiệt độ không khí “ xung quanh không vượt quá +350C Cứ hệ số phụ tải của máy BA giảm đi 10 % so với 100% thì máy BA được phép quá tải 3 %”

 Có thể áp dụng đồng thời cả 2 qui tắc để tính quá tải nhưng cần phải đảm bảo giới hạn sau:

 Qui tắc 1 %: Nếu so sánh phụ tải bình thường “ một ngày đêm của máy BA với dung lượng định mức của nó Thì ứng với mỗi phần trăm non tải trong những tháng mùa hạ, thì máy BA được phép quá tải 1% trong nh ng tháng mùa đông, nhưng tổng cộng ữ không được quá 15 % ”

 Qui tắc 3 %: Trong điều kiện nhiệt độ không khí “ xung quanh không vượt quá +350C Cứ hệ số phụ tải của máy BA giảm đi 10 % so với 100% thì máy BA

được phép quá tải 3 %”

 Có thể áp dụng đồng thời cả 2 qui tắc để tính quá tải nhưng cần phải đảm bảo giới hạn sau:

+ Với may BA ngoài trời không vượt quá 30 %.

+ Với máy BA đặt trong nhà không vượt quá 20 %.

+ Khả năng quá tải sự cố :

 Quá tải sự cố máy biến áp không phụ thuộc vào

điều kiện nhiệt độ xung quanh và trị số phụ tải trư

ớc khi quá tải Thông số này được nhà máy chế tạo qui định, có thể tra trong cách bảng.

 Khi không có số liệu tra, có thể áp dụng nguyên tắc sau để tính quá tải sự cố cho bất kỳ máy BA nào.

 “ Trong trường hợp trước lúc sự cố máy BA tải không quá 93 % công suất định mức của nó, thì

có thể cho phép quá tải 40 % trong vòng 5 ngày

đêm với điều kiện thời gian quá tải trong mỗi ngày không quá 6 giờ”

c.4 Chọn dung lượng máy BA theo phụ tải tính toán :

 Vì phụ tải tính toán là phụ tải lớn nhất mà thực tế không phải lúc nào cũng như vậy → Cho nên dung lượng chọn theo Stt không nên chọn quá dư Ngoài ra còn phải chú ý

đến công suất dự trữ khi xẩy ra sự cố 1 máy (dành cho trạm

có 2 máy) Những máy còn lại phải đảm bảo CC được 1 lư ợng công suất cần thiết theo yêu cầu của phụ tải.

 Trong điều kiện bình thường:

- Trạm 1 máy Sdm ≥ Stt

- Trạm n máy n.Sdm ≥ Stt 

Sdm – dung lượng định mức đ hiệu chỉnh nhiệt độ của BA ã

Stt - Công suất tính toán của trạm.

Trường hợp cần thiết có thể xét thêm quá tải lúc bình thư ờng, như vậy có thể cho phép chọn được máy BA có dung lượng giảm đi → tiết kiêm vốn đầu tư.

 Trường hợp sự cố 1 máy BA: (xét cho trạm từ 2 máy trở lên), hoặc đứt một đường dây:

d Chi phớ vận hành hàng năm bộ nhất:

 Công việc vận hành trạm BA nhằm phát huy được các

ưu điểm của PA thiết kế và tận dụng hết khả năng của

TB → vì vậy trước hết phải nắm được tinh thần của bản thiết kế và các chỉ dẫn cần thiết.

+ Căn cư vào qui trình qui phạm để đề ra những qui

định thích hợp như: Thao tác thường xuyên và định kỳ Sửa chữa kịp thời, ngăn ngừa sự cố phát triển.

+ Ngoài ra còn vấn đề nưa đáng quan tâm trong vận hành đó là cho máy BA tải bao nhiêu? thì đạt hiệu quả kinh tế cao nhất → Vấn đề vận hành kinh tế trạm BA “ ”

→ chỉ thực hiện với các trạm có từ 2 máy BA trở lên Xuất phát từ phương trình tổn thất trong tram và phần mạng sau nó.

+ Tổn thất cụng suất trong mỏy biến ỏp sẽ là:

Trong đó:

∆ P0 ’ = ∆ P0 + kkt ∆ Q0 - Tổn thất không tải qui dẫn của trạm 

∆P 0 – Tổn thất không tải của may BA trong trạm

k kt ∆Q 0 - Tổn thất không tải của các phần tử khác của hệ thống (phu thuộc vào lượng công suất phản kháng).

k kt – đương lượng kinh tế của cụng suất phản khỏng (hệ số tổn thất công suất tác dụng do phải truyền tải công suất phản kháng gây ra), bi t k ế kt t ừ

0,02  0,15

∆ Pk ’ = ∆ Pk + kkt ∆ QK - Tổn thất ngắn mạch qui dẫn của trạm.

∆P k - Tổn thất ngắn mạch hay tổn thất trong dây cuốn của máy biến áp.

∆Q k – Tổn thất ngắn mạch của các phần tử khác trong hệ thống.

S pt - Công suất của phụ tải (công suất truyền tải thực tế của trạm).

S đ m – Dung lượng định mức của máy biến áp.

2

m

pt

' K

' 0

'

S P

P

P = +        

đ

Δ Δ

Δ

' 0

' T

S

S P

Δ

n n

2

m

pt

' K

' 0

' T

S

S P

P

đ

Δ 1

1 Δ

) 1 (

Δ

n n

 Vậy ta có thể tính được công suất có lợi để chuyển từ việc

vận hành n sang (n+1) máy bằng cách cân bằng 2 phương trình, → rút ra được công suất giới hạn.

 Khi tính sơ bộ có thể xác định trị số gần đúng theo tổn thất công suất trong trạm không kể đến các phần tử khác trên mạng.

 + trong thực tế S(t) thay đổi khá nhiều trong 1 ngày

) 1 n ( n

P

P S

N

' 0 dm

∆

∆

) 1 n ( n

P

P S

S

N

0 dm

∆

∆

 Từ 0 → t1 vận hành 1 máy.

 t1 → t2 vận hành 2 máy.

 t2 → t3 vận hành 1 máy.

 + Phương thức vận hành như

vậy không cho phép vì việc

đóng cắt luôn luôn máy BA sẽ

giảm tuổi tho BA.

+ Phương thức vận hành như trên là đơn giản, tuy nhiên lại chưa hoàn toàn chính xác, vì yêu cầu là vận hành sao cho tổn thất điện năng trong tram BA là ít nhất (vì ∆ A không chỉ phụ thuộc vào ∆ P mà còn phụ thuộc vào thời gian và chế độ vận hành của máy) ∆ A hàng năm tính bằng biểu thức.

t - thời gian đóng máy vào lưới.

τ - thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất τ = f( Tmax ; cos ϕtb)

Như vậy ứng với mỗi chế độ làm việc của máy BA (làm việc 1

ca, 2 ca, 3 ca) ta sẽ có trị số t và τ coi như không đổi → lấy

đạo hàm cảu ham ∆ A = f(S).

t P A

2

dm

tt

' N

'

0 +    

=

0 S

A

=

∂

∂∆

3 Sơ đồ nối dây trạm biến áp

Sơ đồ nối dây của trạm phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải.

- Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành

và lúc xử lý sự cố.

- An toàn lúc vận hành và sửa chữa.

- Cân bằng giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật .

a Sơ đồ nối dây trạm hạ áp trung gian hay trạm

hạ áp chính

b Trạm phân phối chính

c Trạm phân phối trung gian

Đối với các xí nghiệp có nhiều phân xưởng nằm rải rác và phân tán, thì cần

có các trạm biến áp trung gian để phân phối điện năng từ các trạm chính đến các phân xưởng.

Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các lộ chính.

d Trạm hạ áp phân xưởng:

Trạm hạ áp phân xưởng thường có một hay hai máy biến áp, khi trạm có nhiều (> 3) máy biến áp thì có thể có thanh cái phân đoạn

+ Trạm hạ áp với một máy biến áp: trạm này thường phục vụ cho hộ loại

2, loại 3, trừ trường hợp làm nguồn dự phòng cho hộ loại 1 có công suất nhỏ nhờ sử dụng tự động đóng

Đặc điểm của sơ đồ trạm hạ áp – một máy biến áp phân xưởng là cách nối của máy biến áp đến đường dây cao áp, thông thường có 3 cách nối sau:

- Thông qua dao cách ly và máy cắt điện: cách này ít sử dụng do máy cắt đắt tiền, phải tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch

- Nối qua dao cách ly và cầu chì: thường sử dụng, dao cách ly có nhiệm vụ cắt dòng không tải Nhược điểm là do bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhờ cầu chì nên có độ nhạy thấp

- Nối qua dao cách ly và cầu chì và máy cắt phụ tải: sơ đồ này có dùng

máy cắt phụ tải do chỉ thiết kế để cắt dòng phụ tải nên bộ phận dập tắt hồ quang có cấu tạo đơn giản, chi phí không cao

+ Trạm hạ áp với nhiều máy biến áp: phục vụ

cho tất cả các loại hộ dùng điện Tùy theo số máy biến áp, số lộ cung cấp, loại hộ được cung cấp mà

có một số dạng sơ đồ phổ biến như hình.

+ Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn:

Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo thành nhiều ngăn Mỗi ngăn bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thiết bị đo lường và bảo vệ Tùy theo dòng phụ tải mà máy cắt có thể là máy cắt dầu, không khí và đôi khi là máy cắt chân không

Trạm treo

Trạm giàn

Trạm nền

Trạm trọn bộ

+ Phải thực hiện nối đất bảo vệ.

+ Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết.

4.1 Trạm hạ áp phân xưởng ngoài trời:

Thường áp dụng cho xí nghiệp bé, lưới điện cung cấp từ đường dây trên không Có hai dạng phổ biến là máy biến áp được treo trên cột và đặt ngay dưới chân cột

+ Dạng treo cột: khi các máy biến áp ba pha

hay một pha (từ 25÷240kVA) và các trang bị

cùng khí cụ điện có tổng trọng lượng nhỏ

(khoảng 300÷1800kg) Toàn bộ trang bị của

trạm được treo trên các giá đỡ mắc vào một,

hai hay bốn cột bằng gỗ hay xi măng cốt

thép

+ Dạng đặt dưới chân cột; đối với các máy

biến áp quá lớn hay không đảm bảo được

cân bàng trọng lượng khi treo trên cột thì

máy biến áp được đặt trên một nền gỗ hay

xi măng ngay dưới chân cột, xung quanh có

rào lưới cao 2,5m để ngăn người hay vật

4.2 Trạm hạ áp phân xưởng trong nhà :

Đối với trạm công suất lớn (hơn 320MVA), khi có các yêu cầu trong vận hành, hoặc trong điều kiện đặc biệt như không khí độc hại trong quá trình sản xuất, không gian bố trí trạm quá ít… thì trạm trong nhà được chọn để xây dựng; ở trạm dạng này tất cả các thiết bị được đặt trong nhà

Trạm này thường có sơ đồ nối dây đơn giản, chỉ sử dụng thanh cái khi có phụ tải điện áp cao Các khi cụ ở phần cao áp là cầu chì ống, máy cắt phụ tải với cầu chì, máy cắt dầu hay khí nén

Trạm có thể có một hay nhiều buồng tùy theo số lượng máy biến

áp Các buồng phải có hệ thống thông gió với chiều cao phù hợp

Đối với các thiết bị có chứa dầu như máy biến áp, mát cắt có chứa dầu phải có hệ thống góp dầu và bể chứa dầu phòng khi có sự cố hay hỏa hoạn

Việc nối dây giữa các máy biến áp và buồng phân phối điện áp cao (nếu có), cũng như việc nối dây đến bảng điện áp thấp có thể thực hiện bằng các thanh dẫn hay cáp