GIÁO TRÌNH MÁY BIẾN ÁP LỰC ĐIỆN

Công suất toàn phần dung lượng của máy biến áp S đm : Là công suất làm việc lâu dài trong các điều kiện định mức như điện áp, nhiệt độ, phụ tải.b.. - Giả sử máy biến áp truyền tải công s

Tùy theo cơ sở phân loại mà máy biến áp được phân thành các loại như sau:

- Dựa vào điện áp thứ cấp, ta có: Máy biến áp tăng áp và giảm áp

- Dựa vào số lượng cuộn dây, ta có: Máy biến áp 2, 3 cuộn dây và máy biến áp có cuộn dây phân chia

- Dựa vào nguyên lý làm việc, có: Máy biến áp thường và máy biến áp tự ngẫu

a Công suất toàn phần (dung lượng) của máy biến áp (S đm ): Là công suất làm việc lâu dài trong các điều kiện định mức như điện áp, nhiệt độ, phụ tải.

b Dòng điện định mức (I đm ): Là dòng điện được xác định bởi các thông số định mức

c Điện áp định mức (U đm ): Bao gồm điện áp định mức của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

- Điện áp định mức cuộn sơ cấp là điện áp xác định khi thứ cấp hở mạch và có giá trị bằng điện áp định mức

- Điện áp định mức cuộn thứ cấp là điện áp khi thứ cấp hở mạch và điện áp lên sơ bằng điện áp định mức

d Điện áp ngắn mạch phần trăm (U N %):

Là tỉ lệ điện áp tính theo phần trăm của điện áp ngắn mạch và điện áp định mức

e Dòng điện không tải phần trăm (I 0 )%:

Với I0- Dòng điện không tải

Iđm- Dòng điện định mức

Thường I0 = (2 2,5%) Iđm đối với MBA công suất nhỏ

Và I0 = (0,3 0,5%) Iđm đối với MBA công suất lớn

e Tỷ số biến áp: Là tỷ số giữa điện áp định mức của từng cặp cuộn dây cao, trung, hạ.

- Máy biến áp hai cuộn dây :

- Máy biến áp ba cuộn dây :

C

Hđm

UH

C

Hđm

UH

T

Xét máy biến áp tự

ngẫu 1 pha, sơ đồ

nguyên lý như hình 3-1

- Cuộn dây Ax có số

vòng w1 là cuộn cao

- Cuộn ax có số vòng

w2 là cuộn chung

- Cuộn Aa có số vòng

w1-w2 là cuộn nối tiếp

- Giả sử máy biến áp

truyền tải công suất

từ cao sang trung ta có

chiều dòng điện trong

các cuộn dây trong hình

vẽ:

+ Dòng điện từ nguồn

vào cuộn cao IC và

chạy trong cuộn nối

tiếp bằng nhau

IC = Int+ Dòng điện phụ tải là

IT

+ Dòng điện trong

cuộn dây chung là Ich

- Phương trình cân bằng sức từ động của MBA:

Vậy nếu bỏ qua dòng từ hóa thì sức từ động của cuộn dây nối tiếp và cuộn dây chung bằng nhau về trị số và ngược pha nhau.

- Công suất truyền tải từ cao sang trung khi bỏ qua tổn thất công suất :

Stt = ICUC = ITUT = (IC+ Ich)UT

= ICUT + IchUTVậy công suất truyền tải gồm 2 thành phần là :

ICUT- Công suất truyền trực tiếp bằng dòng điện, là công suất điện

IchUT- Công suất truyền bằng biến áp với sự tham gia của từ trường và gọi là công suất biến áp

- Hệ số có lợi  : Tỉ số giữa công suất biến áp và công suất toàn phần gọi là hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu.

k

1 1 C

U

T

U C

U C

.I C U

C

I T

U C

.I C U đm

S

C

I T

U C

.I C U

hay đm

S

mẫu S

đm S

ch

.I T U

Smẫu

Srasuy 

Như vậy, hệ số có lợi của máy biến áp càng bé sẽ càng có lợi vì cuộn dây và mạch từ của máy biến áp được thiết kế theo Smẫu Thông thường hệ số có lợi được chọn

 = 0,5.Máy biến áp tự ngẫu, ngoài cuộn dây chung và cuộn dây nối tiếp còn có cuộn hạ áp Cuộn này dùng để nối với máy phát điện hay phụ tải điện và được nối hình tam giác Công suất của cuộn hạ được tính toán tùy theo nhiệm vụ, khi nối với máy phát hay phụ tải thì SH = Smẫu và khi chỉ để khử sóng điều hòa bậc cao thì

SH = Smẫu/3

biến áp tự ngẫu.

- Chế độ tự ngẫu: Là chế độ truyền tải công suất từ cao áp sang trung áp và ngược lại

- Chế độ biến áp: Là chế độ truyền tải công suất từ cao áp sang hạ áp, từ trung áp sang hạ áp và ngược lại

- Chế độ liên hợp: Là chế độ tổng hợp của

hai chế độ trên tức là vừa làm việc theo chế độ biến áp và vừa làm việc theo chế độ tự ngẫu

biến áp tự ngẫu.

- Giả sử máy biến áp truyền tải công suất từ cao áp sang trung áp và ngược lại

Truyền tải công suất từ cao sang trung

Truyền tải công suất từ trung sang

cao

biến áp tự ngẫu.

C

IT

I T

1 1 ( ) 1

(

T

I k T

I C

I

biến áp tự ngẫu.

b Chế độ biến áp.

Giả sử máy biến áp tự ngẫu truyền tải

công suất từ hạ áp lên cao áp hay từ hạ áp lên trung áp.I

c

Uc

UT

IT=0

Ich

Int

UH

Ix= 0

Ich

Ic=0

Truyền tải công suất từ HACA

Truyền tải công suất từ HATA

biến áp tự ngẫu.

b Chế độ biến áp.

* Xét chế độ A:

- Công suất tối đa cuộn hạ truyền tải là SH =

Smẫu Vậy ở chế độ này cuộn hạ đầy tải, cuộn cao áp còn non tải

- Cuộn cao áp có thể nhận thêm một lượng công suất truyền tải trung áp là:

Sphụ = Sđm - .Sđm = Sđm (1-)

* Xét chế độ B:

- Cuộn hạ áp đầy tải SH = Smẫu

- Cuộn dây chung đầy tải Sch = SH = Smẫu Vì vậy không cho phép truyền thêm công suất từ cáo áp sang trung áp (IC = 0)

biến áp tự ngẫu.

biến áp tự ngẫu.

.UC

.IC

UC

U



2 C

2

C Q

Pnt

S   

Ic=0

biến áp tự ngẫu.

Sch =< Smẫu

H

Q C

Q H

P C

P ch

Ic=0

biến áp tự ngẫu.

Ich

Int

UH

Ix= 0

Ich

biến áp tự ngẫu.

H ch

C

chBA C

T

C H

S S

S S

S

U

I U

U

U S

.1

Ich

Int

UH

Ix= 0

Ich

biến áp tự ngẫu b Chế độ liên hợp.

- Công suất trong cuộn nối tiếp: Cuộn nối tiếp gồm IchBA và Int

+ Nếu Snt > Smẫu: Cuộn nối tiếp bị quá tải và

thường để MBA tiếp tục làm việc thì phải giảm công suất truyền tải từ hạ áp sang cao áp

H T

H T

nt

H C

H C

T

C C

C

T C

Q Q

P P

S

S S

S U

U

U S

U

U U

và MBA 3 cuộn dây a Điều kiện so sánh.

- Coi các cuộn dây Cao - Trung - Hạ của MBA 3 pha tương ứng với cuộn nối tiếp Trung - Hạ của MBA tự ngẫu

- Tỷ số công suất các cuộn dây MBA 3 cuộn dây 100/100/100% và MBA tự ngẫu là 100// %

- Tổn thất công suất trong các MBA được tính:

PB = PCB + PTB + PHB + PFeBvà PTN = Pnt + Pch + PHTN + PFeTN

- Dòng điện phụ tải của MBA 3 cuộn dây là IC, ITvà IH

và dòng điện phụ tải của MBA tự ngẫu là

Int, Ich và IH

và MBA 3 cuộn dây b Các chế độ so sánh tổn thất

của MBATN.

* Chế độ giảm áp: Ở chế độ này công suất định mức của MBA 3 cuộn dây và MBA TN là bằng nhau

SBđm = STNđm = Sđm

- Khi công suất truyền tải từ CA - TA thì Ich = IT -

IC =  IT nghĩa là dòng ở cuộn dây chung nhỏ hơn cuộn dây Trung của MBA 3 cuộn dây  lần nên tiết diện ở cuộn dây chung nhỏ hơn cuộn dây Trung là  lần Như vậy điện trở cuộn dây chung lớn hơn điện trở cuộn dây Trung  lần.3

T ch

r

R 

và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

MBATN.Tổn thất đồng trong cuộn dây chung:

Pch = 3Ich2 rch = 32.IT2

nghĩa là Pch < PT vì  <1

Vì Int = IC nên tiết diện Fnt = FC và số vòng dây cuộn nối tiếp wnt = .wc Do đó giá trị của điện trở cuộn nối tiếp gấp  lần cuộn cao rnt

và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

MBATN.Tổn thất đồng trong cuộn nối tiếp:

Pnt = .Pc, nghĩa là Pnt < Pc

- Với MBATN làm việc trong chế độ này thì SHTN

= Sđm và MBA 3 cuộn dây thì SHB = Sđm Do đó giá trị điện trở cuộn hạ TN gấp 1/ lần cuộn hạ của MBA 3 cuộn dây



HB HTN

r

và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

MBATN.

Tổn thất đồng trong cuộn hạ MBATN là:

PHTN = 3I2

HTN rHTN Nghĩa là PHTN > PHB

Tóm lại: Ở chế độ hạ áp tổn thất công suất trong các cuộn chung, cuộn nối tiếp của MBATN nhỏ hơn tổn thất công suất trong các cuộn tương ứng của MBA 3 cuộn dây tổn thất công suất lõi thép MBATN bé hơn Riêng tổn thất trong cuộn hạ thì lớn hơn Như vậy ở chế độ này tổn thất đồng nhìn chung trong





HB

HB HB

P

r

3 2

và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

MBATN.

* Chế độ tăng áp: Ở chế độ này để đảm bảo truyền công suất của MBATN và MBA 3 cuộn dây như nhau thì:

SđmTN = Nghĩa là công suất MBATN lớn gấp 1/ lần công suất MBA 3 cuộn dây

- Dòng điện trong cuộn dây chung Ich = IT + IC hay Ich > IT Do đó tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây chung lớn hơn trong cuộn Trung:

Pch > PT

dmB

S

.1



và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

và MBA 3 cuộn dây b các chế độ so sánh tổn thất của

MBATN.

- Công suất cuộn hạ của MBATN và MBA 3 cuộn dây là như nhau, phụ tải giống nhau do đó:

PHTN >PHB

Tóm lại: Ở chế độ này do tổn thất công suất trong lõi thép của 2 máy biến áp giống nhau nên tổn thất công suất đồng của MBA tự ngẫu lớn hơn trong MBA 3 cuộn dây một chút, thực tế sự gia tăng tổn thất trong chế độ này là không đáng kể

a Ưu điểm của MBATN.

• Kích thước, trọng lượng và tiêu hao vật liệu của tự ngẫu nhỏ hơn MBA 3 cuộn dây cùng công suất

• Hiệu suất truyền tải cao, tổn thất điện áp nhỏ hơn

• Điện kháng của các cuộn dây và dòng từ hóa bé hơn

a Nhược điểm của MBATN.

Máy biến áp tự ngẫu chỉ được sử

dụng trong mạng khi

cả hai phía cao và trung

đều làm việc ở chế

độ trung tính nối đất

trực tiếp Nếu MBA

tự ngẫu sử dụng

trong mạng có trung

tính cách điện thì khi

chạm đất phía cao áp

thì điện áp phía trung

của các pha với đất

tăng cao hơn lần (từ 2

đến 3 lần)

U ’ T

a Nhược điểm của MBATN.

- Do sự liên hệ về điện giữa Cao và Trung nên sóng quá điện áp có thể truyền từ cao áp sang trung áp Vì vậy ở đầu ra của cao áp và trung áp bao giờ cũng đặt chống sét van

- Dòng điện ngắn mạch trong mạch lớn vì điện kháng cuộn Cao, Trung bé

Khả năng tải của MBA được xác định trên cơ sở nhiệt độ của lõi thép và của cuộn dây MBA

Trong quá trình vận hành do phụ tải thay đổi làm nhiệt độ lõi thép, cuộn dây thay đổi, nhiệt độ cho phép lớn nhất của cuộn dây là 98% Vì thế trong vận hành nhiệt độ của MBA thường 98oC và tương ứng với tuổi thọ của MBA từ 20 - 25 năm

Khi vận hành non tải, nhiệt độ dây quấn nhỏ hơn 98oC sẽ làm tăng tuổi thọ của máy biến áp do sự hao mòn cách điện điện vì nhiệt giảm Việc gia tăng tuổi thọ này là không cần thiết nên khi vận hành MBA nếu MBA có thời gian làm việc non tải thì nó có thể được phép làm việc quá tải song khả năng này phải đảm bảo nhiệt độ cuộn dây không quá tải giá trị cho phép

a Khái niệm.

Trong một số thời gian máy biến áp vận hành non tải cho nên có thể cho MBA vận hành quá tải trong một khoảng thời gian nào đó nhưng nhiệt độ không vượt quá giá trị nguy hiểm gọi là quá tải cho phép Thông thường nhiệt độ nguy hiểm của cuộn dây là 1400C và dầu lớp trên 950C

Quá tải cho phép bình thường là khả năng quá tải mà MBA có thể vận hành liên tục nhiều giờ mà không bị giảm thời gian sử dụng (tuổi thọ) bình thường của máy

b Nguyên tắc xác định quá tải bình

thường.

Mức quá tải bình thường cho phép phụ thuộc vào hệ số điền kín của đồ thị phụ tải ngày và cả sự non tải của máy về mùa hè Mức quá tải được xác định theo 2 qui tắc sau:

Qui tắc 3%: Nếu hệ số điền kín phụ tải ngày % giảm 10% so với 100% thì máy biến áp được phép quá tải 3% về dòng điện:

%3

.10

.10

75

100



b Nguyên tắc xác định quá tải bình

thường.

- Qui tắc 1%: Về mùa hè MBA vận hành non tải P% thì mùa đông được phép quá tải P%

100

Là quá tải cho phép trong một số trường hợp (sự cố) với một khoảng thời gian hạn chế không để gián đoạn cung cấp điện.

Khả năng quá tải sự cố của MBA có thể xác định như sau:

- Nếu MBA dự phòng lưu động, khi sự cố mà hệ số điền kín phụ tải 75% và số giờ quá tải trong một ngày đêm liền 6h, thì cho phép MBA quá tải 40% trong 5 ngày đêm liền

- Khi không thỏa mãn một trong hai điều kiện trên thì quá tải sự cố của MBA do qui trình qui định và tùy thuộc vào loại MBA

Đối với MBA dầu thời gian quá tải sự cố theo từng mức quá tải như sau:

Nguyễn Văn Lân