BÁO cáo bài tập lớn môn máy điện công suất MBA yêu cầu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN: MÁY ĐIỆN GVHD: Trần Cơng Binh HK: 212 - Lớp: L03 - Nhóm: 01 SVTH: STT Họ tên MSSV Đóng góp Nguyễn Thị Tuyết Anh 1910769 100% Trần Phan Trung Hiếu 1913366 100% Phạm Viết Đức 1913170 100% Võ Kim Quang 1914812 100% Trần Tuấn Kiệt 1910292 100% Thành phố Hồ Chí Minh – tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Thông số tập lớn 1.1 Công suất MBA yêu cầu 1.2 Chọn Datasheet 1.3 Đề 2.1 Thí nghiệm hở mạch MBA 2.2 Thí nghiệm ngắn mạch MBA 2.3 Hệ số tải, hiệu suất độ thay đổi điện áp MBA 2.4 Bù công suất phản kháng MBA Tính tốn 3.1 Thông số MBA qui mạch tương đương 3.2 Giải câu a 3.3 Giải câu b 3.4 Giải câu c 3.5 Giải câu d 10 3.5.1 Tính lại câu a lắp tụ bù 10 3.5.2 Tính lại câu b lắp tụ bù 11 3.5.3 Tính lại câu c lắp tụ bù 12 Kết luận 12 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại kinh tế phát triển nhanh nguồn điện đóng vai trị quan trọng cần thiết cho hoạt động thiết bị Nguồn điện ổn định hoạt động trơn tru cho sản xuất, đạt hiệu cao giảm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống máy móc dịng điện chập chờn gây Như biết máy biến áp thiết bị điện dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện để xa, giảm điện áp cuối đường dây để cung cấp nguồn điện áp phù hợp, ổn định cho tải Trường hợp không sử dụng máy biến áp, máy biến sản xuất, chất lượng điện lưới điện tốt số thiết bị dây chuyền chạy ổn định mong muốn Ngược lại, chất lượng điện không tốt, mà doanh nghiệp không sử dụng máy biến áp, máy biến dễ nhảy máy cắt, nổ cầu chì, Khi gây thiệt hại không nhỏ doanh nghiệp như:  Tuổi thọ thiết bị điện bị giảm sút nghiêm trọng  Hiệu hoạt động không cao  Gây nguy hiểm cho người dùng  Hỏng hóc thiết bị chí bị ngừng hoạt động hồn tồn  Khi giá thành sửa chữa, chi phí bảo dưỡng lượng khí thải nhà kính tăng lên nhiều Vì ta thấy máy biến áp đóng góp vai trị lớn cho mảng điện lực tất lĩnh vực từ nhỏ đến lớn như: sinh hoạt người dân, sản suất doanh nghiệp, y tế, giáo dục, xã hội, trị, 1 Thơng số tập lớn 1.1 Công suất MBA yêu cầu XY = 910769 + 913170 + 910292 + 913366 + 914812 = 4562409 ≈ 4562000 ⇒ Chọn Công suất nhà máy 𝑆đ = 𝑋𝑌 = 4000 (𝑘𝑉𝐴) 𝑌𝑍 = 50 + + + + + = 69 ⇒ Chọn Hệ số tải dòng 𝛽 = 𝑌𝑍 = 69% = 0.69 1.2 Chọn Datasheet Nhóm thống chọn máy biến áp pha có cơng suất S = 4000kVA:  Máy biến áp pha kiểu kín công ty Đông Anh sản xuất đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8525 tiêu chuẩn quốc tế IEC-60076  Máy biến áp ngâm dầu với hệ thống làm mát ONAN (làm mát tuần hoàn tự nhiên dầu) lắp đặt nhà trời  Máy có khả chịu ngắn mạch tốt Cuộn dây thiết kế có khả chịu điện áp đường dây sét gây Thông số chi tiết máy biến áp: Công Cấp suất điện (kVA) áp (kV) 4000 22/0.4 Tổn hao (W) Dòng điện Điện Cách áp Kích thước vỏ Tâm Khối lượng (mm) bánh (kg) đấu khơng ngắn dây xe Khơng Có tải tải mạch Dài Rộng Cao mm tải Po Pk (%) (%) L W H D 4900 29500 0.6 Dyn11 Dầu Tổng 3080 2840 2690 1210 3131 10700 1.3 Đề Tìm datasheet máy biến áp pha 22/0,4 kV từ nhà sản xuất có cơng suất gần 4000 (kVA) Tính thống số mạch tương đương xác máy biến áp Tính điện áp tải, độ thay đổi điện áp, hiệu suất máy biến áp nhận xét khuyến cáo khi: a) MBA cung cấp điện cho tải có hệ số tải dịng điện 69 % có hệ số công suất 0,82 trễ? b) Ở điều kiện câu a, tải nối vào hệ điện mặt trời phát lên lưới có cơng suất tác dụng 40% công suất biểu kiến định mức máy biến áp với hệ số công suất 1? c) Ở điều kiện câu b, inverter hòa lưới phát thêm công suất phản kháng 30% công suất biểu kiến định mức máy biến áp? d) Thêm tính dung lượng tụ bù để nâng hệ số công suất 0,95 trễ tính lại câu a, b, c? Cơ sở lý thuyết 2.1 Thí nghiệm hở mạch MBA Thí nghiệm hở mạch MBA (hay thí nghiệm khơng tải) dùng để xác định điện trở điện kháng nhánh từ hóa mạch điện tượng đương máy biến áp Kiểm tra hở mạch thực cách đưa điện áp vào cuộn dây cuộn dây cịn lại để hở mạch, đo cơng suất, dịng điện điện áp đầu vào Từ xác định thông số: 𝑅 = 𝑉đ 𝑃_ 𝐼 = 𝑉đ 𝑅 𝐼 = 𝐼 𝑋 = −𝐼 đ 2.2 Thí nghiệm ngắn mạch MBA Thí nghiệm ngắn mạch MBA dung để xác định điện trở điện kháng tương đương máy biến áp Được thực cách nối ngắn mạch cuộn dây (thường cuộn dây hạ áp) giảm điện áp cấp cho cuộn dây lại, khoảng vài phần trăm so với điện áp định mức để dòng điện tăng đến dòng điện định mức cuộn dây máy biến áp, đo điện áp cơng suất Từ xác định thông số: 𝑍 𝑅 𝑋 = 𝑉 𝐼 = đ _ 𝑃 𝐼 = _ đ _ 𝑍 −𝑅 𝑅 = 𝑅 = 0.5 × 𝑅 𝑋 = 𝑋 = 0.5 × 𝑋 2.3 Hệ số tải, hiệu suất độ thay đổi điện áp MBA - Hệ số tải (dòng điện) MBA: 𝛽= Khi: 𝑆 𝑆đ  = – tải định mức;  < – non tải;  > – tải - Hiệu suất MBA: Tổn hao sắt: PFe  P0 Tổn hao đồng: PCu = 2Pn 𝜂= 𝑃 𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) - Độ thay đổi điện áp MBA: 𝛽 × 𝑆đ 𝛥𝑉 % = ( × 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜃 ) 𝑉đ × 100% - Điện áp phía thứ cấp: 𝑉 = (1 − 𝛥𝑉 %) × 𝑉 đ 2.4 Bù cơng suất phản kháng MBA Tiến hành lắp thêm tụ bù để nâng cao hệ số công suất đến giá trị PF’ mong muốn Dung lượng tụ bù tính tốn sau: ∆𝑄 ù =𝑄 ướ ù −𝑄 ∆𝑄 ù =𝑄 ướ ù − 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹′) ù Tính tốn 3.1 Thơng số MBA qui mạch tương đương - Theo đề bài: MBA pha 22/0.4kV ⟹ 𝑘= 𝑉đ 𝑉đ = _ 𝑉 đ = 22𝑘𝑉 𝑉 đ = 0.4𝑘𝑉 22000 = 95.238 400 √3 - Điện áp dịng điện phía sơ cấp mắc ∆: 𝑉 đ = 22𝑘𝑉 𝐼 đ _ = 𝐼 đ _ = √3 𝑆đ 4000 × 10 = = 60.6061 (𝐴) 3𝑉 đ × 22000 - Điện áp dịng điện phía thứ cấp mắc Y: 𝑉đ 𝐼 _ đ _ = 𝑉đ =𝐼 √3 đ _ = 400 √3 = = 231 (𝑉) 𝑆 đ √3𝑉 đ = 4000 × 10 = 5772.0058 (𝐴) × 400 * Theo datasheet: ∆𝐼 % = 0.6% ; ∆𝑈 % = 7%; 𝑃 = 4.9 (𝑘𝑊 ); 𝑃 = 29.5 (𝑘𝑊) ⇒𝐼 = ∆𝐼 % × 𝐼 = 0.6% × 60.6061 = 0.3636 (𝐴) đ _ ⇒ 𝑉 = ∆𝑈 % × 𝑉 đ = 7% × 22000 = 1540 (𝑉) ⇒𝑃 _ ⇒𝑃 _ 4900 = 1633.33 (𝑊) 29500 = = 9833.33 (𝑊) = - Thí nghiệm hở mạch MBA: 𝑅 = 𝐼 = 𝑉đ 𝑃_ = 22000 = 296327.1354 (𝛺) 1633.33 𝑉đ 22000 = = 0.0742 (𝐴) 𝑅 296327.1354 𝐼 = 𝐼 −𝐼 = 0.3636 − 0.0742 = 0.3559 (𝐴) 𝑋 = 𝑉đ 22000 = = 61806.6975 (𝛺) 𝐼 0.3559 - Thí nghiệm ngắn mạch MBA: 𝑍 𝑅 𝑋 = 𝑉 𝐼 = = đ _ 𝑃 𝐼 = _ 1540 = 25.41 (𝛺) 60.6061 = đ _ 𝑍 9833.33 = 2.6771 (𝛺) 60.6061 −𝑅 = √25.41 − 2.677 = 25.2682 (𝛺) ⇒ 𝑅 = 𝑅 = 0.5 × 𝑅 ⇒ 𝑋 = 𝑋 = 0.5 × 𝑋 = 1.339(𝛺) = 12.634(𝛺) Mạch tương đương xác MBA qui phía sơ cấp 3.2 Giải câu a - Thông số tải: 𝑆đ = 4000 𝑘𝑉𝐴; 𝛽 = 0.69; 𝑃𝐹 = 0.82 (trễ) - Cơng suất phía tải: 𝑆 = 𝛽 × 𝑆đ = 0.69 × 4000 = 2760 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 = 𝑆 𝑃𝐹 = 2760 × 0.82 = 2263.2 (𝑘𝑊) 𝑄 = 𝑆 −𝑃 = 2760 − 2263.2 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) - Hiệu suất nhà máy biến áp: 𝜂= 𝑃 2263.2 × 100% = = 99.17 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) 2263.2 + (4.9 + 0.69 × 29.5) 𝑃 - Độ thay đổi điện áp: 𝛥𝑉 % = = 0.69 × 𝛽 × 𝑆đ ( ) × 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑉đ × 100% 4000 × 10 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57) × 100% 22000 = 3.155% - Điện áp tải: 𝑉 = (1 − 𝛥𝑉 %) × 𝑉 đ = (1 − 0.03155) × 0.4 = 387 (𝑉) Nhận xét: thông số tải trên, MBA vận hành non tải (69% định mức) đạt hiệu suất gần tối đa (99%), đồng thời bị sụt giảm 3% điện áp so với định mức 3.3 Giải câu b - Công suất tải câu a: 𝑆 = 2760 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 = 2263.2 (𝑘𝑊) 𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) - Công suất tác dụng phát lên lưới: 𝑃 = 40% × 𝑆đ = 40% × 4000 = 1600 (𝑘𝑊 ) - Công suất tải nối vào hệ thống điện mặt trời: 𝑃 = 𝑃 − 𝑃 = 2263.2 − 1600 = 663.2 (𝑘𝑊 ) 𝑄 = 𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) 𝑆 = 𝑃𝐹 = 𝑃 +𝑄 = 663.2 + 1579.7 = 1713.3 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 663.2 = = 0.387 𝑡𝑟ễ 𝑆 1713.3 - Hệ số tải: 𝛽= 𝑆 1713.3 = = 0.428 𝑆đ 4000 - Hiệu suất máy biến áp: 𝜂= 𝑃 × 100% 663.2 × 100% = = 98.47% 𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) 663.2 + (4.9 + 0.428 × 29.5) - Độ thay đổi điện áp: ∆𝑉 % = = 𝛽 𝑆đ 0.428 × ( ) (𝑅 cos𝜑 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜑) 𝑉đ 4000 × 10 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57) × 100 = 1.957% 22000 - Điện áp tải: 𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉 đ = (1 − 1.957%) × 400 = 392.172 (𝑉 ) Nhận xét: câu b, hệ điện mặt trời phát công suất tác dụng lên lưới để bù vào cơng suất mà tải tiêu thụ MBA vận hành non tải câu a (giảm 26.2% so với câu a), hiệu suất gần không thay đổi điện áp phía tải tăng lên, sụt giảm (sụt áp 1.957%) Nhưng hệ số công suất giảm nhiều, cần bù thêm công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất tránh tổn hao 3.4 Giải câu c - Công suất tải câu b: 𝑆 = 1713.3 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 = 663.2 (𝑘𝑊) 𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) - Công suất phản kháng phát lên lưới: 𝑄 = 30% × 𝑆đ = 30% × 4000 = 1200 (𝑘𝑊 ) - Công suất tải nối vào hệ thống điện mặt trời: 𝑃 = 𝑃 = 663.2 (𝑘𝑊 ) 𝑄 = 𝑄 − 𝑄 = 1579.7 − 30% × 4000 = 379.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) 𝑆 = 𝑃𝐹 = 𝑃 + 𝑄 = √663.2 + 379.7 = 764.2 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 663.2 = = 0.86 𝑡𝑟ễ 𝑆 764.2 - Hệ số tải: 𝛽= 𝑆 764.2 = = 0.1911 𝑆đ 4000 - Hiệu suất MBA: 𝜂= 𝑃 663.2 × 100% × 100% = = 99.11% 𝑃 + (𝑃 + 𝛽 × 𝑃 ) 663.2 + (4.9 + 0.1911 × 29.5) - Độ thay đổi điện áp: ∆𝑉 % = = 𝛽 𝑆đ 0.1911 × ( ) (𝑅 cos𝜑 + 𝑋 𝑠𝑖𝑛𝜑) 𝑉đ 4000 × 10 × (2.6771 × 0.82 + 25.2682 × 0.57) = 0.88% 22000 - Điện áp tải: 𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉 đ = (1 − 0.88%) × 400 = 396.48 (𝑉) Nhận xét: So với câu b, INVERTER phát công suất phản kháng lên lưới nâng hệ số công suất tải lên đáng kể (hơn 0.473 so với câu b), đồng thời điện áp phía tải cải thiện (sụt áp cịn 0.88%) Nhưng MBA vận hành 19.11% định mức, MBA làm việc với công suất nhỏ so với định mức 3.5 Giải câu d Hệ số công suất yêu cầu: 𝐜𝐨𝐬𝛉 = 𝐏𝐅′ = 𝟎 𝟗𝟓 trễ 3.5.1 Tính lại câu a lắp tụ bù *Thơng số tải trước bù: 𝑆 = 2760 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 = 2263.2 (𝑘𝑊) 𝑄 = 1579.7 (𝑘𝑉𝐴𝑟) *Thông số tải sau bù: - Công suất phản khán bù thêm để nâng hệ số công suất lên 0.95 trễ: ∆𝑄 =𝑄 ướ ⇒ ∆𝑄 ù ù ù −𝑄 ù = 𝑄 − 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0.95) = 835.8455 (𝑘𝑉𝑎𝑟) - Công suất biểu kiến sau bù: 𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = 𝑃 + 𝑗𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0,95) = 2263.2 + 𝑗743.8779 (𝑘𝑉𝐴) 𝑆 = 2382.32∠18.2 (𝑘𝑉𝐴) - Hệ số dòng tải: 𝛽 = 𝑆 2382.32 = = 0.5956 𝑆đ 4000 - Hiệu suất máy biến áp: 𝜂= = 2263.32 × 10 = 99.33% 2263.32 × 10 + 4900 + 0.5956 × 29500 - Độ thay đổi điện áp: ∆𝑉 % = = 0.5956 × 𝛽 × 𝑆đ (𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 sin (𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹 )) 𝑉đ 4000 × 10 × (2.6771 × 0,95 + 25.2682 × sin 𝑐𝑜𝑠 22000 ⇒ ∆𝑉 % = 1.712% 10 (0.95) × 100% - Điện áp tải: 𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉 đ = (1 − 1.712%) × 400 = 393.152 (V) Nhận xét: Sau lắp tụ bù, MBA vận hành non tải lúc trước bù (giảm 10% so với lúc trước bù) Nhưng độ sụt áp giảm 1.4% 3.5.2 Tính lại câu b lắp tụ bù *Công suất tải trước bù: 𝑃 = 663.2 𝑘𝑊 𝑄 = 1579.7 𝑘𝑉𝑎𝑟 𝑆 = 1713.3 𝑘𝑉𝐴 * Thông số tải sau bù: - Công suất phản khán bù thêm để nâng hệ số công suất lên 0.95 trễ: ∆𝑄 ù =𝑄 ⇒ ∆𝑄 ù ướ ù −𝑄 ù = 𝑄 − 𝑃 × tan 𝑐𝑜𝑠 (0.95) = 1361.7167 (𝑘𝑉𝑎𝑟) - Công suất biểu kiến sau bù: 𝑆 = 𝑃 + 𝑄 = 𝑃 + 𝑗𝑃 tan 𝑐𝑜𝑠 (0,95) = 663.2 + 𝑗217.9833 (𝑘𝑉𝐴) 𝑆 = 698.1053∠18.2 (𝑘𝑉𝐴) - Hệ số dòng tải: 𝛽 = 𝑆 698.1053 = = 0.1745 𝑆đ 4000 - Hiệu suất máy biến áp: 𝜂 = 𝑃 2263.32 × 10 = = 99.13% 2263.32 × 10 + 4900 + 0.1745 × 29500 𝑃 +𝑃 +𝛽 𝑃 - Độ thay đổi điện áp: ∆𝑉 % = = 0.1745 × 𝛽 × 𝑆đ × (𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 sin (𝑐𝑜𝑠 (𝑃𝐹 )) 𝑉đ 4000 × 10 × (2.6771 × 0,95 + 25.2682 × sin 𝑐𝑜𝑠 22000 ⇒ ∆𝑉 % = 0.5015% 11 (0.95) × 100% - Điện áp tải: 𝑉 = (1 − ∆𝑉 %) × 𝑉 đ = (1 − 0.5015%) × 400 = 398 (𝑉) Nhận xét: Vì hệ số công suất lúc trước bù thấp nên dung lượng tù bù để bù công suất phản kháng lớn so với câu a (tăng 526 kVar so với câu a) Sau lắp tụ bù, MBA làm việc non tải nhiều lần so với lúc trước bù (giảm 25.35% so với trước bù), độ sụt gần 0, điện áp phía tải gần định mức (398V) 3.5.3 Tính lại câu c lắp tụ bù *Công suất tải trước bù: 𝑆 = 764.2 (𝑘𝑉𝐴) 𝑃 = 663.2 𝑘𝑊 𝑄 = 379.7 𝑘𝑉𝑎𝑟 *Thông số tải sau trước bù: - Công suất phản khán bù thêm để nâng hệ số công suất lên 0.95 trễ ∆𝑄 ù =𝑄 ⇒ ∆𝑄 ù ướ ù −𝑄 ù = 𝑄 − 𝑃 tan 𝑐𝑜𝑠 (0.95) = 161.7167 (𝑘𝑉𝑎𝑟) Nhận xét: Sau lắp tụ bù, công suất tác dụng phản kháng sau bù không thay đổi so với câu b nên hiệu suất MBA 𝜼𝒃 = 𝜼𝒄 = 𝟗𝟗 𝟏𝟑%, điện áp tải 𝑽𝟐𝒃 = 𝑽𝟐𝒄 = 𝟑𝟗𝟖 𝑽, độ thay đổi điện áp ∆𝑽𝟐𝒃 % = ∆𝑽𝟐𝒄 % = 𝟎 𝟓% Các thông số gần không thay đổi Kết luận Ở điều kiện tải câu a b c d, rõ ràng MBA ta lựa chọn không phù hợp Mặc dù độ sụt áp nhỏ hiệu suất gần 100%, MBA vận hành với hệ số dòng tải bé trường hợp tải, MBA vận hành non tải Điều gây tổn thất lớn lãng phí chi phí đầu tư MBA với cơng suất lớn Do ta cần lựa chọn lại MBA với thông số thích hợp mang tính kinh tế 12 ... Thông số tập lớn 1.1 Công suất MBA yêu cầu 1.2 Chọn Datasheet 1.3 Đề 2.1 Thí nghiệm hở mạch MBA 2.2 Thí nghiệm ngắn mạch MBA ... thấy máy biến áp đóng góp vai trị lớn cho mảng điện lực tất lĩnh vực từ nhỏ đến lớn như: sinh hoạt người dân, sản suất doanh nghiệp, y tế, giáo dục, xã hội, trị, 1 Thơng số tập lớn 1.1 Công suất. .. khuyến cáo khi: a) MBA cung cấp điện cho tải có hệ số tải dịng điện 69 % có hệ số công suất 0,82 trễ? b) Ở điều kiện câu a, tải nối vào hệ điện mặt trời phát lên lưới có cơng suất tác dụng 40% công