ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN (ĐẠI HỌC CHÍNH QUY)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN (ĐẠI HỌC CHÍNH QUY) HƯNG YÊN 2017 Page MỤC LỤC MỤC LỤC Chương THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1.1.1.Sơ đồ đẳng trị đường dây 1.1.2 Điện trở tác dụng 1.1.3 Điện kháng đường dây 1.1.4 Điện dẫn tác dụng đường dây 1.1.5 Điện dẫn phản kháng đường dây 12 1.2 MÁY BIẾN ÁP 13 1.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây 13 1.2.2 Máy biến áp ba dây quấn 17 1.2.3 Máy biến áp tự ngẫu .20 1.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ THIẾT BỊ BÙ 24 1.4 PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN PHỤ TẢI KHI TÍNH CHẾ ĐỘ CÁC MẠNG VÀ HỆ THỐNG 25 1.4.1 Phụ tải biểu diễn dòng điện khơng đổi modul góc pha (hình 1.10,a) 25 1.4.2 Phụ tải cho công suất không đổi giá trị 27 1.4.3 Phụ tải biểu diễn tổng trở hay tổng dẫn khơng đổi (hình 1.10 c,d) 27 1.4.4 Phụ tải cho đường đặc tính tĩnh 28 1.4.5 Phụ tải biểu diễn dòng điện ngẫu nhiên .28 Chương 29 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA MẠNG ĐIỆN .29 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 29 2.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY THEO DÒNG ĐIỆN PHỤ TẢI 30 2.2.1 Cho điện áp cuối đường dây U = const 30 2.2.2 Cho điện áp đầu đường dây U =const 34 2.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÔNG SUẤT PHỤ TẢI 35  U 2.3.1 Cho điện áp cuối đường dây = const 35  2.3.2 Cho điện áp đầu đường dây U = const .36 2.4 ĐIỆN ÁP GIÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 38 Page 2.4.1 Điện áp giáng .38 2.4.2 Tổn thất điện áp 38 2.5 TÍNH CHẾ DỘ MẠNG ĐIỆN THEO CÔNG SUẤT CÁC PHỤ TẢI 41 2.5.1 Cho điện áp cuối đường dây 41 2.5.2 Cho điện áp nút nguồn cung cấp 44 2.6 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN CÓ NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH KHÁC NHAU 45 2.6.1 Tổn thất công suất máy biến áp 45 2.6.2 Tính thơng số chế độ trạm biến áp 46 2.6.3 Tính chế độ mạng điện có nhiều cấp điện áp .48 2.7 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG PHÂN PHỐI HỞ ĐIỆN ÁP U ≤ 35 kV 50 2.8 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY CĨ PHỤ TẢI PHÂN PHỐI ĐỀU 53 2.9 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN KÍN 55 2.9.1 Phụ tải tính tốn trạm biến áp 55 2.9.2 Tính dịng cơng suất không xét đến tổn thất công suất 57 2.10 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 64 Chương 70 CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 70 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 70 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 71 3.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN 73 3.4 CHỌN CÁC ĐẦU ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 74 3.4.1 Thiết bị chuyển đầu điều chỉnh điện áp máy biến áp 74 3.4.2 Máy biến áp không điều chỉnh tải .74 3.4.3 Máy biến áp điều chỉnh tải 78 3.4.4 Máy biến áp ba cuộn dây 81 3.4.5 Máy biến áp tự ngẫu 82 3.4.6 Máy biến áp điều chỉnh đường dây 89 3.5 ĐIỀU CHỈNH MẠNG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠNG ĐIỆN 91 3.6 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỒI DỊNG CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 94 3.6.1 Máy bù đồng 95 3.6.2 Tụ điện 96 Chương 98 Page CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN 98 4.1 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ 98 4.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP 100 4.2.1 Xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây có phụ tải .100 4.2.2 Xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây có nhiều phụ tải 101 4.3 CHON TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG .103 4.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA MẠNG ĐIỆN ÁP DƯỚI 1000V KẾT HỢ VỚI CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 104 4.4.1 Chọn thiết bị bảo vệ 104 4.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn .107 Chương 109 CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 109 5.1.KHÁI NIỆM CHUNG .109 5.2 TỐI ƯU HĨA CƠNG SUẤT CỦ CÁC THIẾT BỊ BÙ 109 5.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 113 5.4.CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KINH TẾ CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 120 5.5 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CỦA MẠNG ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 122 5.5.1 Phân phối tự nhiên kinh tế cơng suất mạng điện kín khơng đồng 122 5.5.2 Chọn thơng số máy biến áp có điều chỉnh nối tiếp – song song 125 5.5.3.Chọn thông số thiết bị bù nối tiếp 129 5.5.4 Hở mạch vịng mạng điện kín .130 Chương 132 PHỤ TẢI TÍNH TỐN VÀ CHIẾU SÁNG .132 6.1 PHỤ TẢI TÍNH TỐN TRONG MẠNG PHÂN PHỐI 132 6.1.1 Khái niệm chung 132 6.1.2 Biểu đồ phụ tải 134 6.1.3 Các phương pháp tính tốn phụ tải điện 135 6.2 PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG 140 6.2.1 Khái niệm chung 140 6.2.2 Tính tốn phụ tải chiếu sáng 144 CÂU HỎI, BÀI TẬP VÀ ĐÁP ÁN MÔN CHƯƠNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN 155 Page Chương THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1.1.1.Sơ đồ đẳng trị đường dây Mỗi đường dây có điện trở R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G điện dẫn phản kháng B Thực tế tham số R, X, G, B phân bố đặn dọc theo đường dây Nhưng với mạng điện chiều dài nhỏ 300km, ta dùng tham số tập trung để tính tốn đơn giản mà sai số nhỏ chấp nhận Vậy mạng điện địa phương, mạng khu vực ta dùng tham số tập trung để tính trừ đường dây siêu cao áp Ta coi tham số đường dây tập trung để tính có sơ đồ đẳng trị đường dây sau (hình 1.1) R G B X G B Hình 1- Sơ đồ đẳng trị đường dây G B ta thường chia làm đôi, nửa tập trung đầu đường dây, nửa tập trung cuối đường dây Đối với đường dây điện áp thấp ( 35kV) công suất nhỏ ta cần xét R X (bỏ qua ảnh hưởng G B) Đối với đường dây điện áp lớn 110kV ta phải xét R, X, G, B đơi bỏ qua ảnh hưởng G không cần xét tới 1.1.2 Điện trở tác dụng Điện trở tác dụng km chiều dài dây dẫn dòng điện chiều nhiệt độ tiêu chuẩn (  = 200C) xác định theo công thức:  1000 r0   F  F (/km) (1.1) Trong đó:  - điện trở suất (mm2/km ), - điện dẫn suất (m/ mm2); F – Tiết diện dây dẫn Đối với đồng M = 18,8 (mm2/km ), M = 53 (m/ mm2); Đối với nhôm A = 31,5 (mm2/km ), A = 31,7 (m/ mm2) Page Chú ý: Điện trở tác dụng dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ dây dẫn thay đổi khác 200C điện trở dây dẫn tính theo cơng thức sau: rt = r0{1+( - 20)} (/km) (1.2)  - hệ số nhiệt điện trở, với đồng nhôm  = 0,004 (1/ C) Để thuận tiện cho việc tính tốn, điện trở tác dụng r0 cho bảng tra cứu Điện trở tác dụng đường dây là: R  r0l    (1.3) Trong đó: l chiều dài đường dây 1.1.3 Điện kháng đường dây Dây dẫn mạng điện xoay chiều, xung quanh sợi dây xuất từ trường xoay chiều, có từ thơng biến đổi nên phải xét đến từ trường xoay chiều nghĩa phải xét tới tự cảm L; dây dẫn ba pha đặt gần nên có hỗ cảm M Như ta phải xét tới cảm kháng X đường dây a Khi dây dẫn bố trí đối xứng 03 đỉnh tam giác Điện kháng đường dây xác định sau: x0 =  (4,6 log D + 0,5 ) 104 r (/km) (1.4) Trong đó: -  = 2f D D D - D khoảng cách dây dẫn, cm - r bán kính dây dẫn, cm -  hệ số từ dẫn nguyên liệu chế tạo dây dẫn Nếu dịng điện xoay chiều có tần số f = 50Hz, dây dẫn kim loại màu có 1 thì: x0 = 0,144 log D + 0,016 r (/km) (1.5) b Khi dây dẫn bố trí khơng đối xứng Khi dây dẫn bố trí cột khơng đối xứng điện kháng dây khơng giống (tự cảm giống nhau, cịn hỗ cảm khác nhau) phụ tải pha giống nhau, điện áp giáng  U pha khác (vì Za Zb Zc) Page A B C l l l Hình 1-2 Sơ đồ hoán vị dây dẫn Để giải ta dùng phương pháp hốn vị (hình 1-2) Sau khoảng l lại hốn vị lần, điện kháng x ba pha giống Với đường dây 110, 220 kV thường khoảng 100 km hốn vị chu kỳ, tức l có độ dài 30 km Điện kháng km đường dây hốn vị tính biểu thức (1.4) thay D Dtb, Dtb trị số trung bình hình học ba khoảng cách pha (hình 1-3) Dtb = (1.6) D12 D 23 D 31 Tóm lại, với tần số f = 50 Hz, dây kim loại màu thì: x0 = 0,144 log Dtb + 0,016 r (/ km) (1.7) Nếu dây pha đặt mặt phẳng, khoảng cách dây dẫn D thì: Dtb = 2.D.D.D  1,26 D (1.8) Thường khơng cần phải tính x0 mà cần tra bảng Muốn tra x0 dây dẫn kim loại màu ta phải theo Dtb đường kính d dây dẫn Ví dụ: Với dây có đường kính d = 10mm Dtb pha mét có x0 = 0,448 /km Điện kháng x0 km đường dây biến thiên khoảng (0,30,46)/km Do trường hợp cần thiết ta lấy trị số trung bình x0 = 0,4 /km để tính sơ thiết kế chưa biết tiết diện dây dẫn Page D31 D12 D12 D23 D31 D23 (b) (a) Hình 1-3 Bố trí dây dẫn: a - Tam giác, b - Nằm ngang Từ biểu thức tính x0 (1.4), ta thấy muốn giảm điện kháng x0 (để tăng khả tải điện) làm giảm D, không cho phép điện đường dây Tăng r, gây lãng phí Có thể dùng cách phân nhỏ dây dẫn pha (hình 1-4) Kinh nghiệm cho thấy: - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 19% - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 28% - Phân làm dây nhỏ x0 giảm tới 32,5% Ta thấy phân nhỏ dây dẫn điện kháng giảm cấu tạo đường dây lại phức tạp nhiều cần chọn số lượng dây phân nhỏ cách hợp lý Điện kháng đường dây có n dây pha (dây phân nhỏ) xác định theo biểu thức x0 = 0,144 lg Dtb 0,016 + rdt n Trong đó: rdt bán kính đẳng trị (/km) (1.7) x0 r x0 lg lg(Dtb/rdt) R1 l R 10 rdt x Hình 1.4 Một pha phân nhỏ thành dây đường đặc tính điện kháng Page Bán kính đẳng trị rdt dây dẫn xác định sau: rdt = n r.a ntb1 (1.9) Trong đó: - n số dây phân nhỏ pha - r bán kính thực dây dẫn - atb khoảng cách trung bình hình học dây phân nhỏ pha Chú ý: Đối với dây cáp, biểu thức x0 không dùng khoảng cách dây dẫn nhỏ Vậy việc xác định điện kháng dây cáp tiến hành theo số liệu nhà máy Điện kháng đường dây: x = x0 l () (1.10) Có thể tính theo biểu thức tra bảng 1.1.4 Điện dẫn tác dụng đường dây Ở mạng điện cao áp, cách điện không tốt gây tổn thất rò điện mặt sứ xuống đất iơn hố khơng khí gây tổn thất tượng vầng quang điện a Hiện tượng vầng quang điện Khi thời tiết ẩm ướt, ban đêm thấy xung quanh dây dẫn cao áp có vầng sáng xanh Vì khơng khí ẩm, tác dụng cường độ điện trường đủ lớn, tầng khơng khí xung quanh dây dẫn bị iơn hố trở thành dẫn điện, phần lượng theo đường đó, tổn thất lượng điện A Hiện tượng vầng quang điện xuất trị số điện áp U đường dây lớn Uth Uth điện áp tới hạn phát sinh vầng quang điện Vượt trị số nhiều vầng quang điện lớn Với dây dẫn điện xoay chiều pha, điện áp tới hạn phát sinh vầng quang điện tính theo biểu thức sau: Uth = (6570) r log Dtb r (kV) (1.11) Trong đó: - r bán kính dây dẫn, cm - Dtb khoảng cách trung bình hình học dây dẫn, cm Khi cường độ điện trường E mặt dây dẫn vượt (1719)kV/cm xuất vầng quang điện Cường độ điện trường E chủ yếu đường kính d dây dẫn điện áp U đường dây định xác định theo biểu thức sau: Page 0,354.U Emax = D n.r lg tb rdt 180    sin n  n  1 1  a     (kV/cm) (1.12) Trong đó: - U điện áp dây đường dây, kV - n số dây phân nhỏ pha - r bán kính dây, cm - Dtb khoảng cách trung bình hình học pha, cm - rdt bán kính đẳng trị pha (cm) xác định theo biểu thức: rdt = R n nr R (cm) (1.13) Trong đó: R= a (cm) 1800 sin n Với: - a khoảng cách dây phân nhỏ pha, cm - n số dây phân nhỏ pha Nếu pha dùng dây dẫn cường độ điện trường bằng: Emax = 0,354.U (kV/cm) D tb r lg r (1.14) Nếu dây dẫn bố trí mặt phẳng ngang biểu thức cho ta trị số cường độ điện trường cực đại pha bên Cịn cường độ điện trường pha lớn 10% Phân tích biểu thức (1.12) ta thấy muốn giảm E phải sử dụng phương pháp sau: - Tăng D, khơng kinh tế cột phải làm rộng tăng D E giảm D đứng sau dấu log - Tăng r, tương đối tốt gần r tỷ lệ nghịch với E Chính nên quy định: + Với điện áp 110kV đường kính dây dẫn d > 9,9 mm + Với điện áp 150kV d > 13,9 mm + Với điện áp 220kV d > 21,5 mm Page 10 Với mục đích chống vầng quang điện mà dùng dây lớn q lại lãng phí mặt dẫn điện Để giải vấn đề có dùng dây rỗng, mặt chế tạo lúc xây dựng bảo quản gặp nhiều khó khăn Để thể nâng cao điện áp phát sinh vầng quang điện cách phân nhỏ dây dẫn pha, làm giảm cường độ điện trường xung quanh dây phân nhỏ Đường dây 500kVtừ nhà máy thuỷ điện sơng Đà phân pha làm dây nhỏ với mục đích để hạn chế phát sinh vầng quang điện Thường điện áp vận hành từ 60kV trở lên phải xét đến tổn thất vầng quang điện gây nên b Hiện tượng rị điện Ngồi tổn thất cơng suất phát sinh vầng quang điện, đường dây khơng cịn có tổn thất cơng suất tác dụng rò điện, tượng rò điện sinh nguyên nhân sau: - Bản thân lớp men sứ không nhẵn, cường độ điện trường phân bố không mặt sứ - Mặt sứ bị bẩn bụi, sợi bơng, chất hố học, mưa phùn mặt sứ trở lên dẫn điện dòng điện rò xuống đất Ban đêm ta thấy sáng xanh nghe tiếng lạch tách đường dây (110500)kV, tổn thất cơng suất tác dụng dịng diện rị mặt sứ cách điện tổn thất chất điện môi sứ thường nhỏ, khơng xét đến Khi tính tốn mạng điện, tổn thất cơng suất tác dụng vầng quang điện phản ánh sơ đồ thay trị số điện dẫn đường dây, trị số điện dẫn g0 đường dây tính 1km chiều dài, xác định từ biểu thức: Pgo = Pvq = U2 go  g  Pvq U2 Điện dẫn tác dụng đường dây: G = g0.l (1/.km) (1.15) (s 1/) (1.16) Trong đó: Pvq tổn thất công suất tác dụng vầng quang điện pha 1km đường dây Tra bảng tra U điện áp định mức đường dây, kV Ngoài đường dây cáp cao áp, có tổn thất điện dịng điện chạy rò chạy qua chất cách điện dây cáp Dịng điện gồm có thành phần tác dụng dòng điện rò qua điện dẫn định hướng phân tử lưỡng cực Tổn thất công suất tác dụng chất điện môi cáp phụ thuộc vào kết cấu cáp điện áp định mức cáp, cáp (110220) kV tổn thất khoảng vài kW 1km đường dây Page 11 1.1.5 Điện dẫn phản kháng đường dây Điện dẫn phản kháng (hay gọi dung kháng) đường dây trị số điện dung dây dẫn với trị số điện dung dây đất xác định Khi tính tốn kỹ thuật đường dây không thường bỏ qua ảnh hưởng điện dung đất, sai số kết tính tốn khơng vượt q 5% Điện dung km đường dây không, tải điện xoay chiều ba pha tính biểu thức C0 = 0,024  10 (F/km) D lg tb r (1.17) Trong đó: Dtb khoảng cách trung bình hình học dây dẫn r bán kính dây dẫn Nếu đường dây tải điện xoay chiều pha với tần số f = 50Hz trị số điện dẫn phản kháng (dung kháng) 1km đường dây là: b0 = c0 b0 = 7,58 10 D tb lg r (1/.km) (1.18) Chú ý: Nếu pha phân nhỏ thành n dây dùng biểu thức (1.18) để tính b0, phải thay r rdt, rdt xác định theo biểu thức (1.9) Biểu thức (1.18) áp dụng cho đuờng dây kép cột Dung kháng dây cáp phụ thuộc vào kết cấu cáp người ta thường lấy theo số liệu xưởng chế tạo Đường dây khơng có điện áp đặt vào có dịng điện dung I0 lúc khơng tải Dịng điện diện dung I0 vuợt trước điện áp góc 900 Khi trị số điện áp dọc theo tồn đường dây khơng đổi dịng điện điện dung bằng: I0 = U.b0.l (1.19) Công suất phản kháng điện dung đường dây sinh tính Qc = U2.b0l Đơn vị: U tính bằng, kV, b0 (1.20) , l km cơng suất phản kháng Qc tính .km MVAr Đối với đường dây không U > 110kV, đường dây cáp U> 20kV, ta xét đến ảnh hưởng b0 cần tính Qc Ngồi Page 12 mạng cáp (610)kV có phải xét điện điện dung Ic trường hợp cần phân tích tình trạng vận hành khơng bình thường mạng pha chạm đất Đối với đường dây không điện áp 110kV 100 km đường dây, cơng suất phản kháng điện dung đường dây sinh khoảng 3.5MVAr Giá trị b0 tính theo biểu thức tra bảng tra Điện dẫn phản kháng đường dây: B = b0 l (1/) (1.21) 1.2 MÁY BIẾN ÁP Các máy biến áp thường sử dụng trạm máy biến áp hai cuộn dây máy biến áp ba cuộn dây máy biến áp tự ngẫu Đơi mạng điện cịn có máy biến áp điều chỉnh bổ xung Các máy biến áp sử dụng để tối ưu hóa chế độ làm việc mạng hệ thống điện 1.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây 1.2.1.1 Sơ đồ thay máy biến áp dây quấn Trong mạng điện gồm nhiều cấp điện áp, cấp điện áp liên hệ với qua máy biến áp số lượng máy biến áp mạng điện lớn Máy biến áp có nhiều vịng dây nên trị số cảm kháng XB lớn, có trị số đáng kể mạng điện (thông thường cảm kháng X (4050)km đường dây bé cảm kháng XB máy biến áp) Vì XB lớn nên gây tổn thất công suất phản kháng lớn khiến cho điện áp hộ dùng điện bị thay đổi nhiều R1 X1 R’2 RB X’2 I0 I0 GB BB (a) RBA ΔSFe = ΔPFe +jΔQFe (c) XB GB BB (b) XBA RB XBA (d) Hình 1- Sơ đồ thay máy biến áp hai dâyquấn x lg Sơ đồ thay máy biến áp, sau quy sơ cấp (hình 1-5a), đó: Page 13 - R1, X1 điện trở cảm kháng cuộn sơ cấp - R'1, X'2 điện trở cảm kháng cuộn thứ cấp quy đổi bên sơ cấp - BB, GB điện dẫn phản kháng điện dẫn tác dụng máy biến áp - I0 dịng điện từ hố Với sơ đồ (hình 1-5a) ta xét đầy đủ tổn thất công suất máy biến áp sau: - Tổn thất đồng cuộn dây sơ thứ cấp (R1, R'2), tổn thất công suất tác dụng hiệu ứng Jun - Tổn thất công suất phản kháng cuộn sơ thứ từ thơng rị (X1, X'2) - Tổn thất cơng suất tác dụng lõi thép máy biến áp dịng điện Foucault sinh (GB) - Tổn thất cơng suất phản kháng gây từ (BB) Máy biến áp lúc vận hành bị nóng lên vì: - Tổn thất đồng (R1, R'2) - Tổn thất thép (GB) Tổn thất cơng suất phản kháng làm lệch góc điện áp Sơ đồ thay hình T khơng tiện lợi cho việc tính tốn Nếu ta bỏ qua khơng xét tới dịng điện khơng tải chạy cuộn sơ cấp ta dùng sơ đồ (hình 1-5b), tham số máy biến áp coi khơng đổi, sai số gây nhỏ, tính tiện lợi Trong sơ đồ RB = R1 + R'2 XB = X1+ X'2 Mặt khác ta thấy tổn thất công suất tác dụng PFe lõi thép coi cố định trường hợp (không tải, tải ) lúc không tải PFe = P0 dựa vào bảng số liệu nhà chế tạo cho Ta thấy tổn thất công suất phản kháng gây từ QFe dựa vào tham số tra bảng mà tính trị số cố định máy biến áp định Vì thay tổng dẫn máy biến áp công suất không tải để vẽ sơ đồ thay lúc tính tốn (hình 1-5c) SFe = PFe + jQFe Trong mạng điện địa phương mạng điện khu vực không cần ý tới tổng dẫn máy biến áp, tất nhiên có sai số, lúc sơ đồ thay biến áp mạng điện đến sức đơn giản (hình 1-5d) 1.2.1.2 Tham số máy biến áp hai dây quấn Các tham số máy biến áp gồm: RB, XB, GB, BB Page 14 Thường với máy biến áp nhà chế tạo cho ta tham số sau: - Pcu Tổn thất công suất dây đồng máy biến áp làm việc định mức (Pcu đồng thời PN làm thí nghiệm ngắn mạch tức IN = Idm) - UN% số phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức UN% = UN 100 U dm - ikt % số phần trăm dịng điện khơng tải I0 (dịng điện gây từ) so với dòng điện định mức Iđm ikt% = I0 100 I dm - PFe tổn thất cơng suất tác dụng lõi thép, tổn thất không tải PFe = P0 Dựa vào tham số nhà chế tạo cho ta, ta xác định thông số máy biến áp a) Tính điện trở máy biến áp, RB Tổn thất đồng pha máy biến áp PCu = PN = 3.I2đm RB Vậy: RB = PCu 3.I dm  PCu U dm 2 3.I dm U dm ( vì: Sđm =  PCu U dm S dm  PN U dm S dm Iđm.Uđm ) Nếu: PN kW; Uđm kV ; Sdm kVA Thì: RB = PN U dm S dm 103 () Chú ý: Lúc sử dụng biểu thức trên: RB pha, (P ba pha, Uđm điện áp dây, Sdm pha) b) Tính điện kháng máy biến áp, XB Theo định nghĩa có: UN % = UN I Z I X 100 = dm B 100 = dm B 100 U dm U dm U dm 3 Nếu xét xác: UN = Idm.ZB máy biến áp XBbằng RB điện áp giáng máy biến áp chủ yếu ảnh hưởng XB Page 15 Từ biểu thức ta rút ra: XB = Nếu: U N %.U dm U %.U dm U dm U %.U dm = N = N Sdm 100 3.Idm 100 3.I dm 100.U dm Uđm kV; Sđm kVA Thì: XB = U N %.U dm 10 Sdm () c) Tính điện dẫn tác dụng máy biến áp, GB Ta có biểu thức xác định tổn thất công suất tác dụng không tải là: PFe =P0 = U2đm.GB Từ rút ra: Nếu: Thì GB = PFe P = 20 U dm Udm PFe tính kW; Uđm kV GB = PFe P 10.3 = 10.3 U dm Udm ( )  d) Tính điện dẫn phản kháng máy biến áp, BB Ta có biểu thức xác định tổn thất công suát phản kháng là: QFe = Q0 = BB U2đm Nên: BB = Q U dm Nhưng Q0 nhà chế tạo không cho, mà ta biết có i0% phải tính Q0 Theo định nghĩa: Mặt khác ta lại có: ikt% = i0% = Iđm = Sdm 3Udm i0% = I0 100 Idm nên: i0% = I0 100 Sdm 3Udm S 3U dm I = S dm Sdm Trong đó: S0 cơng suất khơng tải (cịn gọi tổn thất cơng suất không tải S0 tổn thất sắt SFe ) gồm có thành phần: S0 = S0 = P0 + jQ0 Vì Q0và P0 nên gần ta coi S0 Q0 Vậy: i0% = Q 100 S dm Page 16 Từ ta rút ra: Q0 = i0 %.Sdm kVAr 100 Thay Q0 vào biểu thức BB Từ rút ra: Nếu: Thì BB = Q U dm Q0 tính kVAr, Uđm kV BB = Q U dm 103 ( )  1.2.2 Máy biến áp ba dây quấn 1.2.2.1 Sơ đồ thay máy biến áp dây quấn Nếu máy biến áp ba dây quấn sơ đồ thay (hình 1-6): Chú ý: Trong sơ đồ vẽ tổng dẫn chỗ dịng điện vào (về phía trước cuộn sơ) UC RB(C) XB(C ) UT RB(T ) XB(T) RB(H ) XB(H ) BA GB BB UH Hình 1-6 Sơ đồ thay máy biến áp ba dây quấn 1.2.2.2 Tham số máy biến áp ba dây quấn a) Tính điện trở máy biến áp, RB Máy biến áp ba dây quấn có ba loại - Loại 1: Ba dây quấn có dung lượng dung lượng định mức 100/100/100% Điện trở ba cuộn dây RB(C ) = RB(T ) = RB(H ) = RB[100] Theo qui định: Tổn thất đồng phải tính trường hợp bất lợi lúc vận hành tức lúc cuộn dây không làm việc, lại hai cuộn dây làm việc với phụ tải định mức Lúc tình trạng giống hệt máy biến áp dây quấn Vậy ta có: RB(C ) = RB(T ) = RB(H) = PN U dm 103 = RB[100] 2.Sdm (chia cho nhánh làm việc nối tiếp, ta tính cho nhánh) Page 17 - Loại 2: Dung lượng cuộn 100/100/66,7% Nếu dung lượng cuộn dây 66,7% biết cuộn dây có dung lượng nhỏ tiết diện dây quấn nhỏ điện trở lớn Vậy điện trở dây quấn tỷ lệ nghịch với dung lượng RB[66,7] = R B100.100 66,7 = 1,5.RB[100] Vậy: RB(C ) = RB(T ) = RB[100], RB(H ) = 1,5 RB[100] - Loại 3: Dung lượng cuộn dây là: 100/66,7/66,7% Như thì: RB(C) = RB(100), RB(T ) = RB(H)= 1,5 RB(100 ) Theo quy định, trường hợp tổn thất đồng lớn cuộn có Iđm qua, cuộn có Idm qua cuộn có Idm qua 3 Trong trường hợp thì: 2   2  1  PN = I dm R B(C )   Idm  R B( T )   Idm  R B( H )  3  3     2 3   1 3    R B( C )   Idm  1,5.R B( T )   Idm  1,5.R B( H )  = Idm   Tính có: PN U dm RB(C)= 103 1,83.S dm Nếu: Thì: () PN tính kW, Uđm kV, Sđm kVA PN U dm RB(C) = 103 () 1,83.S dm cịn RB(T)= RB(H) = 1,5 RB(1) b) Tính điện kháng máy biến áp, XB Trong máy biến áp dây quấn, nhà chế tạo cho UN% cuộn dây UN(C-T)%, UN(T-H)%, UN(C-H)% Trong đó: - UN(C-T)% điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa ngắn mạch cuộn T, cuộn H hở mạch, cuộn C đặt vào điện áp cho dòng cuộn C T định mức điện áp cuộn C trị số - UN(T-H)% điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa ngắn mạch Page 18 cuộn H, cuộn C hở mạch, cuộn T đặt vào điện áp cho dòng cuộn T H định mức điện áp cuộn T trị số - UN(C-H)% điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa ngắn mạch cuộn H, cuộn T hở mạch, cuộn C đặt vào điện áp cho dòng cuộn C H định mức điện áp cuộn C trị số Đối với máy biến áp dây quấn chế tạo với công suất lớn (XB ằRB), Nên điện áp giáng cảm kháng máy biến áp lấy điện áp ngắn mạch Vậy: UN (C-T)% = UN(C)% + UN(T)% UN (T-H)% = UN(T)% + UN(H)% UN (C-H)% = UN(C)% + UN(H)% Từ phương trình ta giải ta có: UN(C)% = UN(T)% = UN(H)% = U N 1C  T  %  U N C  H  %  U N T  H  % U N 1C  T  %  U N T  H  %  U N C  H  % U N C  H  %  U N T  H  %  U N C  T  % Có UN% cuộn ta tính XB cuộn dây là: XB(C) = XB(T) = XB(H) = U N ( C ) %.U dm Sdm U N ( T ) %.U dm Sdm U N ( H ) %.U dm Sdm 10 () 10 () 10 () c) Tính GB, BB: Giống máy biến áp dây quấn Page 19 1.2.3 Máy biến áp tự ngẫu 1.2.3.1 Đặc điểm máy biến áp tự ngẫu Trong năm gần máy biến áp tự ngẫu sử dụng rộng rãi đặc tính ưu việt chúng sau: - Tổn thất công suất tác dụng phản kháng máy biến áp tự ngẫu nhỏ máy biến áp cuộn dây cơng suất Ví dụ, máy biến áp tự ngẫu pha 220/110kV dung lượng 40MVA có tổn thất cơng suất lõi thép cuộn dây 210 kW, máy biến áp thường cơng suất tổn thất 373 kW - Máy biến áp tự ngẫu giá tiền rẻ - Trọng lượng máy biến áp tự ngẫu nhỏ Trọng lượng phần ruột máy biến áp tự ngẫu pha 220/110kV dung lượng 40MVA 27 000 kg, máy biến áp thường 58 000 kg Bởi máy biến áp tự ngẫu kích thước có dung lượng lớn - Máy biến áp tự ngẫu, trung điểm phải nối đất nên sử dụng mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất Ở mạng trung điểm cách điện hay nối đất qua thiết bị bù lên máy biến áp tự ngẫu không dùng Máy biến áp tự ngẫu có liên hệ điện cuộn cao trung áp nên làm phức tạp bảo vệ rơ le điều chỉnh điện áp hệ thống điện, khó khăn làm hạn chế việc dùng rộng rãi máy biến áp tự ngẫu hệ thống điện Hiện máy biến áp tự ngẫu dùng rộng rãi lưới điện 110 kV trở lên với công suất lớn a) Sơ đồ thay máy biến áp tự ngẫu Sơ đồ cuộn dây pha máy biến áp tự ngẫu dây quấn trình bày (hình 2-7) Cuộn dây đầu C T gọi cuộn nối tiếp, T O gọi cuộn chung IC C T H UH H IH C Int I UC Ich UT T T Hình 2-7 Sơ đồ máy biến áp tự ngẫu Page 20