Thiết kế trạm biến áp III 400KVA cung cấp điện cho làng chuyên gia the OASIS 1

Và thiết kế trạm biến áp là một trong những phần thiết yếu của hệ thống cung cấp điện.. Nó cung cấp công suất và điện áp phù hợp cho các thiết bị trong hệ thống điện từ lưới điện quốc gi

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do em tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM VÀ TRẠM BIẾN ÁP 3 1.1Lịch sử phát triển ngành điện tại Việt Nam 3

1.1.1 Tiêu thụ 3

1.1.2 Sản xuất 3

1.2Hệ thống điện Việt Nam 4

1.2.1 Nhà máy điện 4

1.2.2 Lưới điện 6

1.2.3 Trạm biến áp 7

1.2.3.1Phân loại 7

1.2.3.2Cấu trúc cơ bản trạm biến áp 12

1.2.4 Hộ tiêu thụ 13

Chương 2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC THIẾT BỊ CAO ÁP 15

2.1Chọn máy biến áp lực 15

2.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp 15

2.1.1.1Cấu tạo 15

2.1.1.2Nguyên lý hoạt động 17

2.1.2 Thông số định mức máy biến áp 19

2.1.3 Phương pháp lựa chọn máy biến áp 20

2.1.3.1Chọn máy biến áp theo phụ tải tính toán 20

2.1.3.2Chọn máy biến áp theo đồ thị phụ tải 22

2.2Chống sét van (Lightning Arrest – LA) 24

2.2.1 Cấu tạo 24

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 26

2.2.3 Điều kiện chọn chống sét van 28

2.3Cầu chì tự rơi (Fuse Cut Out - FCO) 28

2.3.1 Lịch sử phát triển 28

2.3.2 Cấu tạo 29

2.3.3 Nguyên lý hoạt động 30

2.3.4 Điều kiện chọn và kiểm tra FCO 30

2.4Chọn sứ cao áp 32

Chương 3 CHỌN THIẾT BỊ HẠ ÁP VÀ ĐO LƯỜNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 34 3.1Chọn dây dẫn và cáp 34

3.1.1 Các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp 34

3.1.2 Chọn cáp từ trạm biến áp tới tủ phân phối 35

3.2Chọn máy cắt hạ áp (Molded Case Circuit Breaker – MCCB) 36

3.3Chọn thiết bị đo lường 37

3.3.1 Giới thiệu về máy biến điện áp (TU hay BU) 37

3.3.1.1Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 38

3.3.1.2Các thông số TU 38

3.3.1.3Điều kiện lựa chọn TU 38

3.3.2 Máy biến dòng điện (TI hay BI) 39

3.3.2.1Cấu tạo 39

3.3.2.2Nguyên lý làm việc 39

3.3.2.3Các thông số cơ bản của TI 40

3.3.2.4Chọn TI 40

3.3.3 Điện năng kế ba pha 41

Chương 4 HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 43

4.1Các vấn đề cơ bản khi thiết kế hệ thống nối đất 43

4.2Tính toán nối đất cho trạm 44

Chương 5 BÙ CÔNG SUẤT 48

5.1Giới thiệu 48

5.1.1 Công suất phản kháng Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh

hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật 48

5.1.2 Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ 49

5.2Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosj 49

5.2.1 Phương pháp nâng cao hệ số cosj tự nhiên 49

5.2.2 Phương pháp nâng cao hệ số cosj nhân tạo 49

5.2.3 Cấu tạo và cách lắp đặt tụ bù 51

5.2.4 Cách đấu nối tụ bù 51

5.3Vị trí đặt tụ bù trong mạng điện phân phối 52

5.4Các phương thức bù công suất phản kháng bằng tụ bù 52

5.4.1 Bù tĩnh (Bù nền) 52

5.4.2 Bù động:(sử dụng bộ tụ bù tự động) 52

5.5Tính toán công suất phản kháng và chọn tủ tụ bù 53

5.5.1 Phương pháp tính đơn giản 53

5.6Quản lý và vận hành hệ thống tụ bù 54

5.6.1 An toàn khi lắp đặt, vận hành và sửa chữa tụ điện 54

5.6.2 Các bước chuẩn bị trước khi đóng điện vào tụ điện 54

5.6.3 Điều kiện chọn các thiết bị đóng cắt cho giàn tụ 54

5.6.4 Vận hành hệ thống tụ bù 54

5.7Tính toán tụ bù cho trạm biến áp 55

Chương 6 BẢN VẼ 57

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng đường dây và các trạm điện được bổ sung vào lưới điện quốc

gia cho giai đoạn 2010-2030 7

Bảng 2.1 Thông số định mức và giá tham khảo một số loại máy biến áp 19

Bảng 2.2 Giá tham khảo LA một số hãng 28

Bảng 2.3 Các điều điện chọn FCO 30

Bảng 2.4 Thông số cầu chì tự rơi 32

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật và giá MCCB 36

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật máy biến dòng 41

Bảng 3.3 Thông số điện năng kế 41

Bảng 5.1 Thông số tụ bù lựa chọn 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nhà máy thủy điện Thác Mơ 6

Hình 1.2 Đường dây cao áp 500kV 7

Hình 1.3 Trạm biến áp treo 9

Hình 1.4 Trạm biến áp giàn 10

Hình 1.5 Trạm biến áp nền 10

Hình 1.6 Trạm biến áp kín và trạm biến áp trọn bộ 12

Hình 2.1 Máy biến áp lực 15

Hình 2.2 Cấu tạo máy biến áp một cuộn dây sơ cấp, cuộn dây thứ cấp và lõi thép 16

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy biến áp một pha 18

Hình 2.4 Máy biến áp THIBIDI 3 pha – 400 kVA 19

Hình 2.5 Cấu tạo chống sét van đường dây 25

Hình 2.6 Lắp đặt chống sét van trên đường dây 26

Hình 2.7 Chống sét van hãng Cooper 27

Hình 2.8 Cầu chì tự rơi FCO ABCHANCE 29

Hình 2.9 Sơ đồ thay thế và sơ đồ nguyên lý tính ngắn mạch 31

Hình 2.10 Sứ đứng Polymer Minh Long II 33

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính ngắn mạch trạm biến áp 36

Hình 3.2 Máy biến điện áp 37

Hình 3.3 Máy biến dòng diện 39

Hình 3.4 Công tơ điện tử 3 pha VSE3T 42

Hình 4.1 Mặt bằng hệ thống nối đất trạm 47

Hình 5.1 Tam giác công suất 48

Hình 5.2 Tụ bù Varplus Can của hãng SCHNEIDER 56

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, rất nhiều phân xưởng nhà máy, xí nghiệp được xây dựng Việc quy hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp là việc vô cùng thiết yếu Công việc thiết kế rất quan trọng nếu tính toán không tốt sẽ gây hỏng hóc hoặc sự cố cho người và thiết bị trong quá trình vận hành Hoặc gây lãng phí cho chúng ta về mặt đầu tư và điện năng cho quốc gia

Và thiết kế trạm biến áp là một trong những phần thiết yếu của hệ thống cung cấp điện Nó cung cấp công suất và điện áp phù hợp cho các thiết bị trong

hệ thống điện từ lưới điện quốc gia Đây cũng là phần chiếm vốn đầu tư nhiều nhất trong hệ thống cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp

Đề tài “ Thiết kế trạm biến áp III – 400 kVA cung cấp điện cho làng chuyên gia THE OASIS 1” sẽ cung cấp thêm những kỹ năng và kiến thức chuyên ngành trong quá trình thực hiện Và được tiếp cận gần hơn với công việc thực tế của người kỹ sư Với những kiến thức thông qua các môn học đã tích lũy được và sự hướng dẫn của các giảng viên em sẽ cố gắng hoàn thành đề tài

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hoàng Anh

Các số liệu ban đầu:

- Công suất trạm 400 kVA

- Điện áp: 22kV/0,4kV

- Công suất ngắn mạch SN=250MVA

- Hệ số cos  = 0,7

- Dây dẫn phía cao áp là AC-35

- Chiều dài từ máy biến áp đến tủ phân phối là 12m

- Điện trở nối đất yêu cầu Ryc ≤ 4Ω

- Loại đất ở vị trí đặt trạm là đất ruộng có điện trở xuất r = 0,4.104W/cm

- Cáp đồng bọc PVC tiết diện 240 mm2

, dài 6m

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM VÀ TRẠM

BIẾN ÁP 1.1 Lịch sử phát triển ngành điện tại Việt Nam

Tốc độ tăng của tiêu thụ điện vượt xa tốc độ tăng trưởng GDP trong cùng

kỳ Ví dụ trong thời gian 1995-2005 tốc độ tăng tiêu thụ điện hàng năm là hơn 14.9% trong khi tốc độ tăng trưởng GDP chỉ là 7.2% Tốc độ tăng tiêu thụ điện cao nhất thuộc về ngành công nghiệp (16.1%) và sau đó là hộ gia đình (14%)

Trong tương lai, theo Tổng sơ đồ phát triển điện quốc gia, nhu cầu điện của Việt Nam tiếp tục tăng từ 14-16%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trong thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030

- Ưu tiên sản xuất điện từ nguồn năng lượng tái tạo bằng cách tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng này từ mức 3.5% năm 2010 lên 4.5% tổng điện năng sản xuất vào năm 2020 và 6% vào năm 2030

- Giảm hệ số đàn hồi điện/GDP từ bình quân 2.0 hiện nay xuống còn bằng 1.5 năm 2015 và 1.0 năm 2020;

- Đẩy nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn miền núi đảm bảo đến năm 2020 hầu hết số hộ dân nông thôn có điện

Các chiến lược được áp dụng để đạt các mục tiêu nói trên cũng đã được đề ra bao gồm:

- Đa dạng hoá các nguồn sản xuất điện nội địa bao gồm các nguồn điện truyền thống (như than và ga) và các nguồn mới (như Năng lượng tái tạo

và điện nguyên tử)

- Phát triển cân đối công suất nguồn trên từng miền: Bắc, Trung và Nam, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện trên từng hệ thống điện miền nhằm giảm tổn thất truyền tải, chia sẻ công suất nguồn dự trữ và khai thác hiệu quả các nhà máy thuỷ điện trong các mùa

- Phát triển nguồn điện mới đi đôi với đổi mới công nghệ các nhà máy đang vận hành

- Đa dạng hoá các hình thức đầu tư phát triển nguồn điện nhằm tăng cường cạnh tranh nâng cao hiệu quả kinh tế

1.2 Hệ thống điện Việt Nam

Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện, các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình: sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong lãnh thổ Việt Nam

1.2.1 Nhà máy điện

Có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng sơ cấp như: than đá, dầu hỏa, thủy năng, nguyên tử năng,… thành điện năng Các nhà máy điện liên kết với

nhau thành hệ thống chung để hỗ trợ lẫn nhau trong việc sản xuất và cung cấp điện năng Có nhiều dạng nhà máy điện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời, nhà máy địa nhiệt điện,…Nhà máy nhiệt điện biến đổi các dạng năng lượng sơ cấp như: than đá, dầu hỏa thành điện năng

- Nhà máy thủy điện biến đổi các nguồn thủy năng thành điện năng

- Nhà máy điện hạt nhân biến đổi năng lượng từ phản ứng phân hạch của các hạt nhân nguyên tử nặng thành điện năng

- Nhà máy địa nhiệt điện biến đổi nhiệt năng trong lòng đất thành điện năng

- Nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời tập trung năng lượng mặt trời biến đổi chúng thành điện năng

- Nhà máy phong điện biến đổi năng lượng các luồng gió thành điện năng

Ở Việt Nam nguồn cấp điện năng chính từ nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện

Hình 1.1 Nhà máy thủy điện Thác Mơ 1.2.2 Lưới điện

Lưới điện bao gồm các trạm biến áp và các đường dây tải điện Tùy theo nhiệm vụ của lưới điện, người ta có thể phân ra thành: lưới truyền tải, lưới điện phân phối, lưới điện cung cấp

- Lưới điện truyền tải có điện áp từ 110 kV trở lên, làm nhiệm vụ truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến các trạm biến áp giảm áp

- Lưới điện phân phối thuộc phạm vi quản lý của các Điện lực, có nhiệm

vụ phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ với các cấp điện áp: 110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 380V – 220V (0.4kV) Trong đó cấp điện áp 0,4kV là điện áp chính để cung cấp điện năng cho các thiết

bị dùng điện

- Lưới điện cung cấp thuộc phạm vi quan lý của các hộ tiêu thụ, có thể hiểu là lưới điện phía sau công tơ tổng hay sau công tơ của từng hộ tiêu thụ, làm nhiệm vụ cung cấp điện năng cho các phụ tải điện – thiết

bị tiêu thụ điện năng

Lưới điện quốc gia đang được vận hành với các cấp điện áp cao áp 500kV, 220kV và 110kV và các cấp điện áp trung áp 35kV và 6kV Toàn bộ đường dây truyền tải 500KV và 220KV được quản lý bởi Tổng Công ty Truyền tải điện quốc gia, phần lưới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV và lưới điện trung áp ở

các cấp điện áp từ 6kV đến 35kV do các công ty điện lực miền quản lý

Hình 1.2 Đường dây cao áp 500kV

Để có thể đảm bảo nhu cầu về điện của quốc gia trong tương lai, Việt Nam có kế hoạch phát triển lưới quốc gia đồng thời cùng với phát triển các nhà máy điện nhằm đạt được hiệu quả tổng hợp của đầu tư, đáp ứng được kế hoạch cung cấp điện cho các tỉnh, nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và khai thác hiệu quả các nguồn điện đã phát triển, hỗ trợ chương trình điện khí hoá

nông thôn và thiết thực chuẩn bị cho sự phát triển hệ thống điện trong tương lai Bảng 1.1 Số lượng đường dây và các trạm điện được bổ sung vào lưới điện

quốc gia cho giai đoạn 2010-2030

500kV Km 3,438 3,833 4,539 2,234 2,724 Đường dây

220kV Km 8,497 10,637 5,305 5,552 5,020

1.2.3 Trạm biến áp

Trạm biến áp là nơi biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện

áp khác, là điểm trung chuyển điện năng giữa hệ thống truyền tải và hệ thống phân phối Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện

1.2.3.1 Phân loại

a Phân loại theo cấp điện áp

Trạm tăng áp: thường đặt ở các nhà máy điện có nhiệm vụ tăng điện áp từ điện áp máy phát đến điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa

Trạm hạ áp: đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ đại lượng cao hơn đến đại lượng thấp hơn thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện

b Phân loại theo nhiệm vụ

Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: trạm này nhận điện từ hệ thống điện có điện áp từ 35 đến 220kV biến đổi thành các cấp điện áp 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

Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này các thiết bị ở phía cao áp đều đặt ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần phần hạ thế Xây dựng trạm ngoài trời

sẽ giúp tiết kiệm được kinh phí xây dựng hơn so với xây dựng trạm trong nhà Với loại trạm này, có 4 kiểu trạm biến áp thông dụng:

- Trạm treo:

· Là trạm mà toàn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được treo trên cột Máy biến áp thường là loại một pha hoặc tổ ba máy biến áp một

pha Tủ hạ áp được đặt trên cột

Hình 1.3 Trạm biến áp treo

· Trạm này thường rất tiết kiệm đất nên thường được dùng làm trạm công cộng cung cấp cho một vùng dân cư Máy biến áp của trạm treo thường có công suất nhỏ( 3 x 75 kVA), cấp điện áp 15, 22/0,4 kV, phần đo đếm được trang bị phía hạ áp

· Phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp Tủ phân phối

hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột đường dây đến có thể là đường dây trên không hay đường cáp ngầm

· Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các phân xưởng

Hình 1.4 Trạm biến áp giàn

- Trạm nền:

· Trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp nhỏ và vừa

· Đối với loại trạm nền thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp thường là tổ

ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha đặt bệt trên bệ ximăng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà

· Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung

· Hợp bộ với tủ điện hạ áp đặt trên trạm thành một khối

· Không dùng khí SF6, thân thiện với môi trường

Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này, tất cả các thiết bị điện đều đặt trong nhà, ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, người ta còn xây dựng những trạm biến ngầm Loại này chi phí xây dựng khá tốn kém Có hai loại thông dụng:

· Đối với loại trạm kiểu này cáp vào và ra thường là cáp ngầm Các cửa

thông gió đều phải có lưới đề phòng chim,rắn,chuột và có hố dầu sự cố

Hình 1.6 Trạm biến áp kín và trạm biến áp trọn bộ

- Trạm trọn bộ:

· Đây đang là loại trạm đang rất được sử dụng rất nhiều trong các tòa nhà trong đô thị nhờ thiết kế nhỏ gọn, không quá cồng kềnh như loại trạm ngoài trời

· Đối với nhiều trạm phức tạp đòi hỏi sử dụng cấu trúc nối mạng nguồn kiểu vòng hoặc tủ đóng cắt chứa nhiều máy cắt,gọn, không chịu ảnh hưởng của thời tiết và chịu được va đập, trong những trường hợp này các trạm trọn bộ kiểu kín được sử dụng

· Các khối được chế tạo sẵn sẽ được lắp đặt trên nền nhà bê tông và được

sử dụng đối với trạm ở đô thị cũng như trạm ở nông thôn

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

1.2.3.2 Cấu trúc cơ bản trạm biến áp

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

v Máy biến áp

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

· Role bảo vệ các loại

Hộ tiêu thụ loại 2: Là những hộ mà khi ngừng cung cấp điện chỉ liên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất được, thiệt hại về kinh tế do ngừng sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động, tạo ra thời gian chết cho nhân viên, các phân xưởng cơ khí, xí nghiệp công nghiệp nhẹ thường là loại 2

Phụ tải loại này thiết kế có hay không nguồn dự phòng, đường dây đơn hoặc kép, nguồn dự phòng có hay không là kết quả của bài toán so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêm và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện

Hộ tiêu thụ loại 3: Là tất cả những hộ tiêu thụ còn lại là ngoài hộ tiêu thụ loại 1 và loại 2 Tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố nhưng thường không cho phép quá 24 giờ, hộ này thường là các khu nhà, nhà kho, trường học, mạng lưới cung cấp điện nông thôn

Đối với hộ tiêu thụ này phương án cung cấp điện có thể sử dụng 1 nguồn đơn hoặc đường dây 1 lộ

Chương 2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC THIẾT BỊ CAO ÁP 2.1 Chọn máy biến áp lực

Hình 2.1 Máy biến áp lực 2.1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp

2.1.1.1 Cấu tạo Máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép ( bộ phận dẫn từ), dây quấn (

bộ phận dẫn điện) và vỏ máy Ngoài ra máy còn có các bộ phận khác như: cách điện, đồng hồ đo, bộ phận điều chỉnh, bảo vệ…

- Lõi thép

Lõi thép được làm từ lá thép kỹ thuật điện, được cán thành các lá thép dày 0,3; 0,35; 0,5 mm, hai mặt có phủ cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy (dòng Phu cô) Thép kỹ thuật là thép hợp kim silic, tính chất của thép kỹ thuật điện thay đổi tùy theo hàm lượng silic Nếu hàm lượng silic càng nhiều thì tổn thất càng ít nhưng giòn, cứng khó gia công

Theo hình dáng, lõi thép máy biến áp thường được chia làm hai loại: kiểu lõi (kiểu trụ) và kiểu bọc ( kiểu vỏ) Ngoài ra lõi thép còn có một số kiểu khác Lõi thép gồm hai phần: trụ và gông Trụ là phần trên đó có quấn dây quấn, gông

là phần lõi thép nối các trụ với nhau để khép kính mạch từ

Cuộn dây sơ

cấp

Cuộn dây thứ cấp

Lõi sắt

Tiết diện ngang của trụ có thể là hình vuông, hình chữ nhật, hay hình tròn

có bậc Loại hình tròn có bậc thường dùng cho máy biến áp công suất lớn, tiết diện ngang của gông có thể là hình chữ nhật, hình chữ thập hay hình chữ T

- Dây quấn

Dây quấn máy biến áp thường được làm bằng đồng hoặc bằng nhôm, có tiết diện hình tròn hay hình chữ nhật, xung quanh dây dẫn có bọc cách điện bằng emay hoặc sợi amiang hay cotông

· Dây quấn máy biến áp gồm dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp

· Dây quấn nối với nguồn nhận năng lượng từ nguồn vào gọi là dây quấn sơ cấp

Hình 2.2 Cấu tạo máy biến áp một cuộn dây sơ cấp,cuộn dây thứ cấp và lõi

ba có cấp điện áp trung gian giữa CA và HA gọi là dây quấn trung áp (TA)

Dây quấn sơ cấp và thứ cấp thường không nối điện với nhau, máy biến áp

có hai như vậy gọi là máy biến áp phân ly hay máy biến áp cảm ứng

Nếu máy biến áp có hai dây quấn nối điện với nhau và có phần chung gọi

là máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp tự ngẫu có phần dây quấn nối chung nên tiết kiệm được lõi thép, dây quấn và tổn hao công suất nhỏ hơn máy biến áp phân ly (có cùng công suất thiết kế) Nhưng máy biến áp tự ngẫu có nhược điểm

là hai dây quấn nối điện với nhau nên ít an toàn

Thứ nhất: nó có một cuộn dây sơ cấp, đây là cuộn dây đầu vào Điện áp đầu vào được đưa vào cuộn dây này

Thứ hai: cuộn dây sơ cấp, đây là cuộn dây đầu ra Điện áp đầu ra được lấy

từ cuộn dây này

Thứ ba: lõi sắt, đây cũng là gông đỡ cho biến áp và là phần cảm ứng giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp

- Vỏ máy

Vỏ máy được làm bằng thép, dùng để bảo vệ máy Với các máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng, vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng

Thùng máy làm bằng thép, tùy theo công suất mà hình dáng và kết cấu vỏ máy có khác nhau, có loại thùng phẳng, có loại thùng có ống hoặc cánh tản nhiệt

Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng của máy như: các sứ đầu ra của dây quấn cao áp và hạ áp, bình giãn dầu, ống bảo hiểm, bộ phận truyền động của bộ điều chỉnh điện áp…

2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động

Ta xét sơ đồ nguyên lý làm việc của máy biến áp một pha hai dây quấn: dây

quấn 1 có w1 vòng dây, dây quấn 2 có w2 vòng dây Được quấn trên lõi thép 3

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy biến áp một pha

Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 trong dây quấn 1, dòng điện i1 sinh ra sức từ động F = i1.w1 sức từ động này sinh ra từ thông f móc vòng cả hai dây quấn 1và 2 Theo định luật cảm ứng điện từ trong cuộn dây 1và 2 sẽ xuất hiện các sức điện động cảm ứng e1 và e2 nếu dây quấn 2 nối với một tải bên ngoài zt thì dây quấn 2 sẽ có dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp u2 Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2

2.1.2 Thông số định mức máy biến áp

Hình 2.4 Máy biến áp THIBIDI 3 pha – 400 kVA Bảng 2.1 Thông số định mức và giá tham khảo một số loại máy biến áp

MÁY BIẾN ÁP THIBIDI 3 PHA - 400 kVA

Thông số kĩ thuật

Dầu 388

MÁY BIẾN ÁP ĐÔNG ANH 3 PHA - 400 kVA

Dựa trên các tiêu chuẩn của ĐL2 - QĐ1094 và các yếu tố chất lượng và

độ tin cậy ta chọn máy biến áp 3 pha-400kVA của THIBIDI sản xuất

2.1.3 Phương pháp lựa chọn máy biến áp

2.1.3.1 Chọn máy biến áp theo phụ tải tính toán Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách nhiệt Nói cách khác phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ mà phụ tải thực tế gây ra Vì vậy việc lựa chọn thiết bị theo phụ tải tinh toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng

Khi thiết kế cung cấp điện hay lắp đặt trạm biến áp cho một công trình thì nhiệm vụ đầu tiên là phải xác định được nhu cầu điện của công trình đó Tùy theo quy mô của công trình mà nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế hoặc tính đến sự phát triển về sau này Do đó xác định nhu cầu điện là giải quyết bài toán tính 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 gọi là 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 điện thường phải được thiết kế, lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện Do vậy xác định 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%

- Mục đích và phạm vi sử 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 hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, nguy hiểm hơn là có thể gây ra cháy 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 trên những yếu tố như điều kiện làm việc, chu trình hoạt động nhưng chủ yếu là dựa trên 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 tương đối chính xác, đơn giản trong tính toán

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

- Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

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 toán thuận 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 của 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

2.1.3.2 Chọn máy biến áp theo đồ thị phụ tải Trong hệ thống điện, máy biến áp là một mắt xích quan trọng không chỉ vì vai trò của nó trong hệ thống mà còn vì máy biến áp chiếm một phần đáng kể trong tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện Vì vậy việc chọn lựa vị trí, số lượng

và công suất định mức của máy biến áp phải được tính toán phù hợp sao cho chi phí đầu tư 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

- Mục đích

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

áp làm việc song song) với một thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp điện

- Xác định công suất máy biến áp

Dung lượng của máy biến áp được chọn sao cho ứng với một môi trường làm việc cụ thể và hệ thống làm mát nhất định, máy biến áp 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 máy biến áp 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 máy biến áp sẽ nhỏ hơn định mức do nhiệt độ của máy biến áp nhỏ hơn nhiệt độ cho phép dẫn đến tuổi thọ máy biến áp tăng lên Và ngược lại những lúc phụ tải lớn hơn công suất định mức trong giới hạn cho phép vẫn có thể cho máy biến áp làm việc nhưng với hao mòn cách điện vượt qua định mức làm giảm tuổi thọ của máy biến áp Từ đó ta thấy rằng máy biến áp 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 máy biến áp

2.2 Chống sét van (Lightning Arrest – LA)

Với yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao, nhằm giảm thiểu các vụ sự cố do quá điện áp khí quyển gây nên, từ những năm đầu thập niên 90 thì chống sét van đường dây với giá cả hợp lý và trọng lượng nhẹ đã được lắp đặt trên đường dây truyền tải điện

Chống sét van được lắp đặt trên dây dẫn của đường điện cáo áp trên không, nhằm giảm rủi ro chọc thủng cách điện do quá điện áp khí quyển (phóng điện sét) và do quá điện áp thao tác

2.2.1 Cấu tạo

Có vài bộ phận cơ bản là chung cho tất cả các loại chống sét van đường dây Tuy nhiên, mỗi chống sét van đường dây lại có một cấu hình khác nhau và phải được thiết kế cho từng ứng dụng cụ thể Thậm chí trong một dự án có thể cần tới vài cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và phương thức đấu nối chống sét

Bộ phận kết nối và định hướng của chống sét phải được thiết kế cho từng vị trí lắp đặt cụ thể Tuy nhiên một chống sét van đường dây có những thành phần cơ bản như sau:

Hình 2.5 Cấu tạo chống sét van đường dây

- Kẹp máng: bộ phận này giống như bộ phận nối dây dẫn với chuỗi cách điện

- Khớp nối mềm: là bộ phận rất quan trọng quyết định tuổi thọ của chống sét, nó loại trừ ứng lực trên chống sét do chuyển động của dây dẫn gây ra

- Shunt: bộ phận dẫn điện từ dây dẫn đến chống sét van, giúp cho khớp nối mềm không phải dẫn dòng điện

- Thân chống sét: Thân của chống sét được thiết kế hàng loạt, phải xác định

rõ chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung quá áp do thao tác đóng, cắt thiết bị gây nên

- Bộ phận ngắt khi sự cố: Trong trường hợp chống sét van bị sự cố, khi đó chống sét van trở thành điểm ngắn mạch trên đường dây, bộ phận ngắt khi

sự cố sẽ hoạt động (tương tự cầu chì) cách ly chống sét van với đất

- Dây nối đất: Dây nối đất dùng để nối chống sét van với nối đất cột Việc kiểm tra dây nối đất rất quan trọng để chắc chắn rằng dây nối đất không

bao giờ tiếp xúc với dây pha

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.6 Lắp đặt chống sét van trên đường dây