chuong5_-_may_bien_ap.doc

Trong maùy bieán aùp thoâng thöôøng, cuoän sô caáp U1 vaø cuoän thöù caáp U2 laø 2 cuoän rieâng bieät ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau, quaù trình truyeàn taûi ñieän naêng töø sô caáp sang th[r]

ví dụ 22, 15, 0,4KV…

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năngtừ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ Cho nên tổng công suất máy biến áptrong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phátđiện

SB = (45) SB

Cho nên mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao, tổn thất quamáy biến áp (AB) hằng năm vẫn rất lớn

5-1-1 Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý các đặc điểm sau đây:

- Máy biến áp là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điệnnăng , trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng

P và công suất phản kháng Q , ( tụ điện cũng phát công suất phản kháng Q )

- Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháorời ra trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), trọng lượng kíchthước chuyên chở rất lớn Ví dụ máy biến áp hai cuộn dây 115/38,5KV, côngsuất 80MVA trọng lượng tổng là 105 tấn phần cần chuyên chở không thể táchrời là 91,5 tấn dài 7,4m, rộng 5,3m, cao 6,8m Vì vậy khi sử dụng cần chú ýphương tiện và khả năng chuyên chở khi xây lắp

- Công nghệ chế tạo ( chủ yếu về vật liệu cách điện và thép tư ø) tiến bộ rấtnhanh, cho nên các máy biến áp chế tạo càng về sau kích thước, trọng lượng vàcả giá thành đều bé hơn Cho nên khi chọn công suất máy biến áp cần tính đếnkhả năng tận dụng tối đa (xét khả năng quá tải cho phép) tránh vận hành nontải MBA đưa đến tổn hao không tải lớn , kéo dài thời gian sử dụng ( tuổi thọï)không cần thiết

- Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độvận hành trong khi nhiệt độ các phần của máy biến áp không chỉ phụ thuộc vàocông suất qua máy biến áp mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xungquanh và phương pháp làm lạnh

- Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩncủa mỗi nước, thường cách nhau lớn, nhất là khi công suất càng lớn Điều nàyđưa đến nếu tính toán không chính xác có thể phải chọn máy biến áp có côngsuất lớn không cần thiết Ví dụ không chọn được máy biến áp 125MVA phảichọn 200 MVA.

- Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triểnphụ tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hayđặt thêm máy khi phụ tải tăng Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tếmới có thể chọn công suất tối ưu thỏa mãn tất cả các điều đã nêu trên

- Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:

- Máy biến áp một pha, ba pha

- Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây

- Máy biến áp có cuộn dây phân chia

- Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha

- Máy biến áp tăng, máy biến áp hạ

- Máy biến áp có và không có điều chỉnh dưới tải

- Máy biến áp lại do nhiều nước chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, điềukiện làm việc cũng có thể khác nhau cần chú ý

5-1-2 Hệ thống làm lạnh máy biến áp

Có nhiều phương pháp làm lạnh MBA , mỗi phương pháp làm lạnh yêu cầuđiều kiện vận hành nhất định, khi không thực hiện đúng qui định có thể làmtăng nhiệt độ máy biến áp đưa đến giảm tuổi thọ, thậm chí đưa đến cháy máybiến áp

- Làm mát máy biến áp bằng phương pháp làm lạnh dầu theo qui luật tựnhiên: Dầu trong máy biến áp nóng bốc lên cao truyền ra ngoài các cánh làmmát , nhiệt lượng tản ra môi trường xung quanh giảm nhiệt độ chạy về phíadưới vào trong máy biến áp

Công suất loại này thường không lớn khoảng 16 MVA trở lại Yêu cầu khi lắpđặt phải thoáng có không khí xung quanh thông thoáng tốt (trong nhà, ngoàitrời)

- Làm mát máy biến áp bằng dầu tự nhiên có thêm quạt để tăng cường khảnăng trao đổi nhiệt và tản nhiệt Nhờ có quạt nên nhiệt độ vỏ và dầu của máybiến áp giảm có thể tăng công suất MBA Yêu cầu khi vận hành với công suấtlớn hơn 30% công suất định mức phải đóng tất cả quạt thông gió

- Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức dầu và có tăng thêmquạt

Dầu không phải chuyển vận tự nhiên mà nhờ vào bơm dầu tuần hoàn tạo tốcđộ chuyển vận nhanh hơn điều kiện tản nhiệt tốt hơn, có thể chế tạo đến côngsuất định mức 80 MVA.

- Làm mát dầu bằng nước

Dầu trong máy biến áp do bơm tuần hoàn cưỡng bức chuyển vận vào bộ phậnlàm mát , bên ngoài ống dẫn có hệ thống nước do bơm nước cung cấp và dẫnnhiệt lượng ra môi trường khác Hệ thống làm mát phức tạp cho nên chỉ sửdụng khi công suất định mức lớn

Trong tất cả máy biến áp trên dầu đồng thời cách điện và tham gia vào việclàm mát máy biến áp

Hình 5-1 trình bày nguyên lý hệ thống làm lạnh của máy biến áp bằng dầucưỡng bức và có quạt thổi tăng cường

1 2 3 4 5

Hình 5-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm lạnh MBA bằng dầu

cưỡng bức có tăng cường quạt thổi

1) thùng dầu ; 2)bơm dầu ; 3) bộ hút ẩm ; 4) bộ phận làm lạnh ; 5) quạt thổi

- Làm lạnh kiểu khô

Khi công suất của máy biến áp nhỏ, điện áp nhỏ máy biến áp có thể cáchđiện bằng vật liệu đơn giản không cần dùng dầu, tản nhiệt bằng đối lưu khôngkhí có thể có thêm quạt tăng cường Giá thành loại này thường đắt hơn làmlạnh dùng dầu nhưng máy biến áp gọn và sử dụng tiện lợi hơn

Máy biến áp khô chỉ chế tạo với công suất định mức đến 1600 kVA và điện

áp đến 22 kV , độ tăng nhiệt độ cho phép so với môi trường xung quanh phụthuộc vào vật liệu cách điện :

Vật liệu cách điện cấp A – không lớn hơn 600 C

E - không lớn hơn 750 C

B - không lớn hơn 800 C

C - không lớn hơn 1000 C

H - không lớn hơn 1200 C

5-1-3 Các thông số định mức của máy biến áp

- Công suất định mức: là công suất liên tục truyền qua máy biến áp trongthời hạn phục vụ (tuổi thọ) ứng với các điều kiện tiêu chuẩn do nhà chế tạo quiđịnh như điện áp định mức, tần số định mức đặc biệt là nhiệt độ môi trườnglàm mát

Ví dụ máy biến áp do Nga chế tạo có qui định:

- Nhiệt độ của môi trường xung quanh là +200C

- Độ tăng nhiệt của cuộn dây so với môi trường xung quanh là +650C

- Độ tăng nhiệt của lớp dầu trên mặt so với môi trường xung quanh với máybiến áp có hệ thống làm lạnh tự nhiên và có quạt là +550C Với máy biến áp cóhệ thống làm lạnh cưỡng bức là +400C Do đó khi vận hành phải đảm bảo cácqui định trên thì máy biến áp mới có thể vận hành theo công suất định mức vàđảm bảo tuổi thọ theo qui định

Phụ thuộc vào điều kiện môi trường và tuổi thọ yêu cầu công suất định mứccủa máy biến áp có thể thay đổi, tuy nhiên không đươcï quá điều kiện giới hạnvề nhiệt độ của vật liệu dẫn điện và vật liệu cách điện trong máy biến áp vớicác máy biến áp hiện nay là +980C

- Khả năng quá tải của máy biến áp:

Thực tế vận hành thường không thể có môi trường xung quanh như qui định,phụ tải qua máy biến áp cũng không giữ hằng số bằng định mức mà luôn thayđổi và phần lớn thời gian thấp hơn định mức, do đó tuổi thọ của máy biến áp bịkéo dài Chú ý kéo dài tuổi thọ không phải lúc nào cũng tốt vì như vậy làkhông kịp thời thay thế các máy biến áp Với sự tiến bộ công nghệ chế tạohiện nay, máy biến áp cũng như các thiết bị khác luôn luôn cải tiến về kíchthước, trọng lượng , tổn hao trong máy biến áp ngay cả giá thành cũng càngngày càng hạ Để tận dụng khả năng tải của máy biến áp , có thời gian chophép vận hành với công suất lớn hơn định mức gọi là quá tải máy biến áp Svận hành/Sđịnh mức = Kqt: Hệ số quá tải

5-2 TÍNH TOÁN PHÁT NÓNG MÁY BIẾN ÁP

Khi vận hành , trong máy biến áp có các tổn thất sau :

- Tổn thất trong đồng ( các cuộn dây dẫn điện ) : Pđ - tỉ lệ với bình phươngcủa dòng điện

Δp đ=I2R=( √3 U S )2R=f (S2

)nghĩa là tỉ lệ với bình phương công suất truyền tải qua máy biến áp

Khi S = Sđm , Pđ sẽ bằng với tổn thất ngắn mạch PN

- Tổn hao trong thép của mạch từ : Pth - tỉ lệ với khối lượng mạch từ là đạilượng không đổi và bằng tổn thất không tải P0

Tất cả tổn thất này điều biến thành nhiệt năng , một phần đốt nóng và làmtăng nhiệt độ các bộ phận của máy biến áp , một phần tỏa ra môi trườngxung quanh Hiệu số nhiệt độ giữa các phần khác nhau , hoặc so với môitrường xung quanh gọi là độ tăng nhiệt và ký hiệu 

Quan sát khi vận hành máy biến áp vẽ được sự

phân bố nhiệt độ tương đối trong máy biến áp

như hình 5-2

- Khoảng từ 1-2: Biểu thị sự thay đổi nhiệt độ

của cuộn đây Sự thay đổi này thường chỉ vài độ

- Khoảng từ 2 –3: Biểu thị sự thay đổi nhiệt độ

giữa cuộn dây so với lớp dầu Nhiệt độ cuộn dây Quan hệ độ tăng nhiệt giữatruyền qua dầu chủ yếu dưới hình thức đối lưu các phần của MBA

và truyền nhiệt Khoảng này chiếm từ 20 – 30% độ tăng nhiệt tổng của cuộndây so với không khí

- Khoảng từ 3 – 4: chỉ sự thay đổi nhiệt độ của dầu , chỉ vài độ nghĩa lànhiệt độ của dầu trong máy biến áp không chênh lệch nhiều lắm

- Khoảng từ 4 – 5: Biểu thị sự thay đổi nhiệt độ của lớp dầu so với thùngmáy biến áp

- Khoảng từ 5 –6: Biểu thị sự thay đổi nhiệt độ giữa các phần của vỏ thùngmáy biến áp

- Khoảng từ 6 –7: Biểu thị sự thay đổi nhiệt độ của vỏ thùng máy biến áp sovới môi trường xung quanh , phần này chiếm từ 60 –70% độ tăng nhiệt tổng

1 : Nhiệt độ chỗ nóng nhất của cuộn dây

7 Nhiệt độ của môi trường xung quanh

Từ đồ thị này thấy rằng có 2 khoảng từ 2 –3 và 6 –7 chiếm đến 80 – 90% độtăng nhiệt tổng , do đó muốn giảm nhiệt độ của cuộn dây khi vận hành chủ yếulà giảm nhiệt độ từ 2 –3 và 6 – 7 Giảm độ tăng độ từ 2 – 3 là phần bên trongmáy biến áp do nhà chế tạo thiết kế tính toán Còn giảm độ tăng nhiệt từ 6 –7



x

%

1

Hình 5-2

2

3

4

5

6 7

là phần bên ngoài máy biến áp do vận hành, xây lắp, thực hiện , chủ yếu dothiết bị làm mát quyết định Nhiệt độ của môi trường xung quanh cũng có ảnhhưởng đến nhiệt độ của máy biến áp khi vận hành.

Cũng từ đặc tính này nhận thấy nhiệt độ của máy biến áp tăng dần theo chiềucao của máy biến áp và từ trong mạch từ ra ngoài không khí xung quanh vàđược biểu diễn trên hình 5 -3

Hình 5-3 Quan hệ giữa nhiệt độ các phần của MBA theo chiều cao

1) cuộn dây ; 2) mạch từ ; 3) võ thùng ; 4) dầu.

Từø đồ thị trên hình 5 -3 nhận thấy:

- Vùng nóng nhất của máy biến áp là vùng có độ cao bằng 2/3 chiều cao củamáy biến áp

- Điểm nóng nhất của máy biến áp là lớp dây trên cùng của máy biến áp

- Phía trên nhiệt độ của cuộn dây cao hơn nhiệt độ mạch từ còn phía dướinhiệt độ của mạch từ cao hơn

Quạt và các biện pháp làm lạnh đặt ở độ cao 2/3H là hiệu quả nhất

5-2-1 Tính toán độ tăng nhiệt của dây  cd và độ tăng nhiệt của dầu  d khi vận hành ổn định với công suất khác với công suất định mức (S  S đm )

Các biểu diễn trên điều vẽ khi có công suất vận hành bằng công suất địnhmức Nhưng thực tế thường vận hành với S  Sđm

- Khi vận hành với S = Sđm và điều kiện môi trường xung quanh định mức tổnthất trong máy biến áp bằng tổn thất định mức nghĩa là

PB = Pđ đm + P th đm = PB.đm = P0 + PN

 Khi vận hành với S  Sđm:

Trong đó: P0 : tổn thất không tải

PN: tổn thất ngắn mạch

Sđm : hệ số tải của máy biến áp

 Độ tăng nhiệt của dầu  xác định theo biểu thức

θ d=θd đm(1+bK1+b 2)mTrong đó: d.đm: độ tăng nhiệt của dầu khi vận hành với Sđm

m : hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh xác định bằng thực

nghiệm

m = 0,8 : Với hệ thống làm lạnh dầu tự nhiên

m = 0,9 : Khi có thêm quạt

m = 1 : Khi làm lạnh cưỡng bức và co thêm quạt

 Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với dầu cd xác định theo biểu thức

cd = cd.đm K2nTrong đó cd = cd - d

cd.đm độ tăng nhiệt của cuộn dây so với dầu khi S = Sđm

Do đó độ tăng nhiệt của cuộn dây so với không khí xung quanh cd được xácđịnh như sau:

θcd=Δθcd+θ d=θ d đm(1+ bK1+b2)m+Δθ cdđ m K 2 n

Nhiệt độ cuộn dây cd

cd = cd + kk

kk : nhiệt độ không khí xung quanh

n: Hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh, khi tính gần đúng có thể lấy

bằng m

Trên hình 5 -4 biểu diễn các trị số nhiệt độ  theo K và hệ thống làm lạnh



Hình 5-4 Quan hệ θcd =f (K) và ∆θcd = f (K) ở chế độ ổn định

Đường nét liền là θcd ; Đường nét đứt là cd ;1-Hệ thống làm lạnh tự nhiên (m = 0,8); 2- Có thêm quạt (m = 0,9) ; 3 - Cưỡng bức và có quạt (m = 1)

5-2-2 Tính toán phát nóng máy biến áp trong chế độ quá độ

Thực tế thường vận hành máy biến áp với đồ thị phụ tải hình bậc thang trongđó phụ tải thay đổi từ Ki đến Ki+1 Khi phụ tải thay đổi tức thời như vậy các quátrình biến đổi về nhiệt độ trong máy biến áp không thể thực hiện tức thời màphải qua quá trình quá độ Một cách gần đúng và đơn giản ta có thể xem máybiến áp là vật thể đồng nhất, quá trình này được tính toán theo phương trìnhphát nóng cơ bản đã biết trong chương trước:

Pdt = C.G.d +.F..dt.

Trong đó

P : Nhiệt lượng phát ra trong đơn vị thời gian

C : Tỉ nhiệt

 : hằng số tản nhiệt

F : Diện tích tản nhiệt

T : thời gian phát nóng và tản nhiệt

 : Độ tăng nhiệt của vật đốt nóng so với môi trường xung quanh trong mộtđơn vị thời gian

Như vậy

Pdt : nhiệt lượng phát ra trong thời gian dt

C.G.d : nhiệt lượng đốt nóng và làm vật tăng nhiệt độ d

.F..dt : nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh trong thời gian dt Khi quá trình quá độ kết thúc tức là khi nhiệt độ đã đạt đền nhiệt độ ổn định

øôđ và độ tăng nhiệt cũng ổn định ôđ.do đó d = 0 , phương trình có dạng :

Pdt = .F..dt

Do đó ôđ = P/.F

Khi biến thiên đột ngột từ Ki đến Ki+1 có thể xem tản nhiệt ra môi trường xungquanh không đáng kể (.F..dt =0) có thể bỏ qua và phương trình có dạng :

Trong đó M là hằng số tích phân có thể xác định theo điều kiện ban đầu khi

t = 0 , lúc đó độ tăng nhiệt bằng độ tăng nhiệt ban đầu 0 và kết qua û:

Công suất định mức MBA

(MVA) Hệ thống làm lạnh (giờ) Từ 0,001 đến 1 Tự nhiên 2,5  1 đến 6,3 Tự nhiên 3,5  6,3 đến 32 Có thêm quạt 2,5  32 đến 63 Có thêm quạt 3,5 Từ 100 đến 125 Tuần hoàn cưỡng bức 2,5  125 Tuần hoàn cưỡng bức có quạt 3,5

Với MBA để đạt được nhiệt độ ổn định thời gian làm việc T= (45) > 10 giờ

5-2-3 Tính toán máy biến áp khi vận hành với đồ thị phụ tải bậc thang

Phụ tải bậc thang tức là có nhiều bậc,

K%

K2

2 ôđ2

mỗi mức phụ tải khi vận hành thời gian

là Ti Thường thời lượng Ti nhỏ hơn 10

giờ nghĩa là máy biến áp chưa đạt đến

độ tăng nhiệt ổn định ôđ, phụ tải lại

chuyển sang Ki+1 (hình 5-5) Ví dụ trên

hình 5-4, giả thiết ban đầu độ tăng

nhiệt là 0 , máy biến áp nhận phụ tải

là K1 độ tăng nhiệt tăng theo hàm mũ,

sau thời gian T1 độ tăng nhiệt sẽ là:

1 = ôđ1 + (ôđ - 0 ) e-T/

đến thời điểm t1 (sau T1 giờ < 10 giờ) máy biến áp chỉ mới đạt độ tăng nhiệt 1

 ôđ Máy biến áp nhận phụ tải với hệ số tải K2, độ tăng nhiệt của máy biếnáp tiếp tục tăng cũng theo phương trình trên nhưng thay 0 thành 1, nếu saukhoảng thời gian T2 phụ tải giảm còn K3 , lúc này độ tăng nhiệt mới đạt đến

2   2ôđ, 2 là độ tăng nhiệt ban đầu của hàm trên, vì K3K2 nên nhiệt độ máybiến áp không tiếp tục tăng mà giảm …

Nếu máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải hàng ngày nghĩa là 24 giờ, đồthị phụ tải lại lập lại đồ thị phụ tải cũ Nếu chỉ tính một ngày thì sau 24 giờ (t =

24 giờ) có thể khác 0 ban đầu, đồ thị phát nóng của máy biến áp không xảy rahoàn toàn như ngày thứ nhất vì 0 của ngày thứ 2 khác 0 của ngày thứ nhất.Đây là bài toán lặp theo chu kỳ 24 giờ Nhất định phải hội tụ, thực tế chứngminh là hội tụ nghĩa là sau một số ngày sẽ đạt được:

on = o(n+1) và bài toán lặp lại như nhau

(on, o(n+1) độ tăng nhiệt ban đầu của ngày thứ n và n+1)

on được xác định theo biểu thức :

0 = ( 1/An-1) Σ

i=1

n

i(Ai –Ai-1 ) Độ tăng nhiệt độ tại thời điểm cuối cùng mỗi bậc được xác định theo biểu thức

θ x= 1

A x[θon+Σθiôđ(A i − A i− 1)] Trong đó A i=e − t i

Hình 5-5

1

T1 t1T2 t2

Ví dụ 5 -1 Xây dựng đồ thị nhiệt độ của máy biến áp vận hành với đồ thị

phụ tải hình bậc thang hình 5 -6 Thông số của máy biến áp giả sử:

Trình tự tính toán và kết quả ghi trong bảng 5-2

- Căn cứ vào đồ thị phụ tải có 13 khoảng thời gian phụ tải thay đổi đúng số từ

I = 0 đến 13, ghi ở cột 1

- Thời điểm ti tương ứng với 13 bậc ghi ở cột 2 (chú ý thời điểm bắt đầu tùy ýchọn không ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng)

- Tính Ti / = Ti /3,5 tương ứng với ti = 0 , 1, 3… ghi vào cột 3

- Tính Ai = eTi/ tương ứng ghi vào cột 4

- Tính Ai – Ai-1 ghi vào cột 5

- Từ đồ thị phụ tải ghi các giá trị Ki tương ứng (cột 6)

 Tính θ i ôđ=θdđm(1+bKi2

1+b )m ghi vào cột 7

Ở đây: dđm tra từ nhà chế tạo là 550C

m = 0,8 vì hệ thống làm lạnh tự nhiên

b = 5 (đã cho)

 Tính iôđ(AI – AI-1) tức là nhân cột 5 với cột 7 và ghi vào cột 8

 Tính iôđ(AI – AI-1) gộp dần cột 7 và ghi vào cột 8

 Tính 0 = 18000/(932-1) = 19,30c

 Tính I cuối các thời gian ti theo biểu thức

K

t giờ

I = 0 + i (Ai- Ai-1 ) /A Tức là cộng vào cột 9 thêm 19,30Cchia cho cột 4 ghi vào cột 10

 Tính cd tại các thời điểm t1 theo biểu thức

cd = cdđm Ki2n

 Tính

cd = cdđm Ki2n trong đó n = m = 0,8

cdđm do nhà chế tạo cung cấp ở đây là 230CKết quả ghi vào cột 11

 Tính được độ tăng nhiệt của cuộn dây theo biểu thức

cd = d + cd tức là cột 10 cộng với côt 11 ghi vào cột 12

 Tính được nhiệt độ của cuộn dây tức là điểm nóng nhất của máy biến áptheo biến thiên

cd = cd + kk = cd + 200C

Từ kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng:

 Nếu nhiệt độ định mức của cuộn dây là đmcd = 980C nhiệt độ cho phép lớnnhất cdmax =1400C thì:

1 Mặc dù máy biến áp vận hành có thời gian từ 12 đến 15 giờ vượt quá địnhmức (1,32; 1,47; 1,25; 1,03) và nhiệt độ cuộn dây máy biến áp có lúc từ 13đến 15 giờ vượt quá định mức nhưng vẫn thấp hơn 1400C nên máy biến ápvẫn vận hành được vì thời gian còn lại đều vận hành non tải (K  1)

11 16 4,57 95,5 23 0,66 33 759 4915 51,6 11 62,6 82,6

vận hành K  1, tuổi thọ lại được kéo dài, nếu hai trị số này bù trừ được chonhau thì tuổi thọ có thể không đổi và chỉ kết luận chính xác khi xét đến sự giàcỗi, độ hủy hoại hoặc tuổi thọ của máy biến áp

5-2-4 Sự già cỗi và tuổi thọ của máy biến áp.

Như đã tính toán ở trên khi vận hành máy biến áp sẽ phát nóng nếu như nhiệtđộ vượt quá giới hạn nào đó phụ thuộc vào vật liệu cách điện được sử dụngtrong máy biến áp, các chất cách điện này sẽ giảm độ bền về cơ của nó, hiệntượng này gọi là sự già cỗi của cách điện tức là của máy biến áp Đây là hiệntượng tích lũy, nghĩa là giảm dần sức bền, tuổi thọ còn lại của máy biến ápcũng giảm dần

Giả sử trong máy biến áp sử dụng cách điện loại A thì nhiệt độ giới hạn nàylà từ 800C đến 1400C, nghĩa là nếu vận hành với nhiệt độ bé hơn 800C, hầu nhưkhông ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy biến áp, quá 1400C cách điện sẽ bị pháhủy đột ngột, máy biến áp sẽ hư hoặc cháy do cách điện không đảm bảo gâyngắn mạch bên trong máy biến áp, còn vận hành trong giới hạn từ 800C đến

1400C, cách điện có bị ảnh hưởng và máy biến áp sẽ bị già cổi, hay thời gianlàm việc còn lại của máy biến áp sẽ giảm dần

Một cách gần đúng tuổi thọ V của máy biến áp có thể xác định theo biểu thức

V = A.e-a.

Trong đó : A , a là hằng số phụ thuộc vào vật liệu cách điện do nhà chế tạothí nghiệm và cung cấp

 : nhiệt độ điểm nóng nhất tức là cd của máy biến áp

Tuổi thọ định mức Vđm của máy biến áp khi vận hành cd = cdđm

 -đm = 120C tuổi thọ chỉ còn 1/4 Khi máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải thay đổi cần tính sự già cỗi tươngđối tích lũy trong thời gian T Ký hiệu là H

Nếu vận hành theo đồ thị phụ tải bậc thang trong một ngày đêm

Hngày đêm= ∑

0

24giờ

L i T i

Độ hao mòn trung bình trong một ngày đêm xác định theo biểu thức:

Lngày đêm=Hngày đêm

24 Tổng hao mòn của máy biến áp trong một năm bằng tổng độ hao mòn của cácngày trong năm

Ở đây cần chú ý thêm, nhiệt độ máy biến áp không những phụ thuộc vào đồthị phụ tải mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh vì

cd = cd + kk

Nhiệt độ môi trường xung quanh cũng là đại lượng thay đổi trong năm chứkhông phải hằng số và theo vùng khí hậu Vì vậy cần tính nhiệt độ đẳng trị củakhông khí nơi đặt máy biến áp

Nhiệt độ đẳng trị của không khí đtkk là trị số nếu máy biến áp vận hành suốtnăm với đtkk này thì sự hao mòn, già cỗi của máy biến áp bằng sự hao mòn, giàcỗõi khi vận hành với kk thực Với khái niệm như vậy có thể dùng biểu thức

(L*,V*= f() có thể được xác định theo

đường cong vẽ trên hình 5 -7

Hình 5-7.Quan hệ giữa tuổi thọ

và sự hao mòn tương đối của 1,0

MBA theo nhiệt độ cuộn dây 1,0

0,2

80 90 100 110 120 130 1400 0 C

5-3 KHẢ NĂNG TẢI VÀ QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Ví dụ đã chứng minh máy biến áp có những lúc vận hành non tải thì có thểvận hành quá tải trong thời gian mà không làm hỏng ngay máy biến áp Căn cứvào biểu thức xác định sự hao mòn của máy biến áp trong thời gian vận hànhcó thể tính được khả năng quá tải cho phép của nó khi biết đồ thị phụ tải, đểcho sự hao mòn trong thời gian tổng không vượt quá định mức nghĩa là

H*  1 hoặc Lngày đêm  1

Ví dụ 5 -2

Với đồ thị phụ tải ở ví dụ 5-2 có thể tính toán được H* và Lngày đêm như sau, vìsự hao mòn cách điện chỉ có khi nhiệt độ cách điện vượt quá 800C cho nên chỉcần tính toán từ 12 giờ đến 16 giờ Kết quả tính toán cho trong bảng 5-3 : Vậy, H* =L*T=0.7 + 7.2+ 5.6+ 1.4+ 0.2=15.1

Sự hao mòn trung bình trong một ngày đêm L ngày đêm

Bảng 5-3

Thời gian tính toán từ 11 giờ đến 12 13 14 15 16

Nhiệt độ cuộn giâycd 0C 95 115 113 101 83

Sự hao mòn tương đối 0.7 7.2 5.6 1.4 0.2

Lngày đêm=15 1

24 =0 63 Như vậy máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải trên cho phép, sự hao mòntrung bình nhỏ hơn định mức

Phương pháp trên chỉ dùng để kiểm tra khả năng tải của máy biến áp với đtptcho sẵn Trong thực tế khi tính toán chọn công suất cho máy biến áp trong thiếtkế trạm biến áp và nhà máy điện thường theo phương pháp đơn giản dựa trênquy định về quá tải cho phép của máy biến áp

5-3-1.Quá tải một cách hệ thống hay còn gọi là quá tải bình thường của máy biến áp

Quy tắc này được áp dụng khi chế độ bình thường hằng ngày có những lúcmáy biến áp vận hành non tải (K1<1) và có những lúc vận hành quá tải K2 >1 Trình tự tính toán như sau:

- Căn cứ vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp chọn máy biến áp có công suất béhơn S max lớn hơn Smin

Smin < SB < Smax

- Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải chỉ có 2

bậc K1 và K2 với thời gian quá tải T2

- Từ đường công khả năng tải của

MBA có công suất và nhiệt độ đẳng K2

trị môi trường xung quanh tương ứng 1,9

(hình5-8) xác định khả năng quá tải 1,8

cho phép K2cp tương ứng với K1 , K2 1,7 T2=0,5h và T2 1,6

Nếu K2cp>K2 nghĩa là máy biến áp 1,5 1hđã chọn có khả năng vận hành với 1,4 2hđồ thị phụ tải đã cho mà không lúc 1,3 nào cd>140 0C 1,2 4h và tuổi thọ của máy biến áp vẫn 1,1 8h đảm bảo 1,0 12h

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Nếu K2cp<K2 tức là máy biến áp Hình 5-8.Đường cong để xác định đã chọn không có khả năng đảm khả năng qúa tải của MBA bảo 2 điều kiện trên Do đó phải chọn máy biến áp có công suất lớn hơn Khi đã chọn công suất máy biến áp lớn hơn Smax của đồ thị phụ tải không cầnphải kiểm tra khả năng này

Cách đẳng trị đồ thị phụ tải nhiều bậc về đồ thị phụ tải có 2 bậc (hình 5-9)

 Căn cứ vào Sđm B đã chọn tính hệ số tải Ki của các bậc đồ thị phụ tải

K i= S i

SđmB Ki>1 : quá tải

Ki<1 : non tải

 Xác định K2, T2 bằng cách đẳng trị vùng có Ki>1 theo công thức :

Kđt2=√ ∑ (K i2T i)

∑T i Ki Nếu K2đt >0.9 K max

thì K2 = Kđt và T2 = Ti 1 Kđt < 0.9 K max thì K2 = 0.9K max và

Xác định lại T2 theo biểu thức : Ti

T2=∑ (K i2T i)

(0 9 Kmax)2 0t

Hình 5-9

Trường hợp có nhiều vùng không liên tục có K >1 chỉ lấáy vùng nào có

Ki2Tilớn nhất để tính K2 như trên, các vùng còn lại sẽ xét khi xác định K1

(hình 5-10a)

Trường hợp đặc biệt chỉ có một bậc có K>1, K2 = Kmax và T2 = Ti (hình 5-10b)

Kmax