Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Hệ thống điện và trạm biến áp tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Máy biến áp điện lực; Sơ đồ nối điện của nhà máy điện và trạm biến áp; Thiết bị phân nối điện; Nguồn thao tác trong nhà máy điện và trạm biến áp; Điều khiển, tín hiệu và kiểm tra cách điện trong nhà máy điện và trạm biến áp
Chương MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực Máy biến áp điện lực máy phát điện, thiết bị chỉnh hệ thống điện Các máy biến áp điện lực dùng để biến đổi điện từ điện áp U1 sang điện áp khác u2, phục vụ cho việc truyền tải phân phối nâng lượng điện Hiện nay, với máy biến áp điện lực tạo điện áp lớn, hàng trăm, chí hàng ngàn kĩlơvơn, cần thiết cho việc truyền tải lượng điện với công suất lớn tạo nhiểu cấp điện áp thấp để cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải (220 ; 380 ; 660 V ) Các máy biến áp có vai trị quan trọng vể mặt kinh tế kỹ thuật hệ thống điện Nhờ có máy biến áp người ta xây dựng hệ thống điện lớn, đường dây có chiểu dài công suất truyền tải lớn Trong hệ thống điện đại, công suất tổng máy biến áp khoảng từ đến lẩn công suất tổng máy phát điện nhà máy điện Do vậy, việc nâng cao tiêu vể kinh tế kỹ thuật việc sản xuất vận hành máy biến áp mang lại hiệu không nhỏ Trong năm gần đây, người ta chế tạo máy biến áp công suất lớn điện áp cao, thời giảm đáng kể chi phí vể nguyên vật liệu, kích thước, trọng lượng, tổn thất nâng cao hiệu suất làm việc ; với máy biến áp lớn hiệu suất đạt đến 99,7% Có tiến đáng kể nhờ sản xuất loại thép kỹ thuật điện chất lượng cao, loại vật liệu cách điện mới, biện pháp hệ thống làm mát hiệu hơn, với việc tạo hình dáng cấu trúc hợp lý phận máy biến áp Có nhiều loại máy biến áp, cấu trúc chúng đa dạng, nghiên cứu sâu vể máy biến áp trình bày giáo trình máy điện Trong chương chủ yếu tìm hiểu đặc tính chúng, sở nghiên cứu cách ghép nối, tính tốn, chọn kiểu, sơ lượng cơng suất máy biến áp hệ thống điện 6.1 CÁC ĐẶC TRƯNG co BẨN CỦA MÁY BIEN áp điện Lực 6.1.1 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực o nhà máy điện trạm biến áp, người ta sử dụng máy biến áp tăng áp (Uj < u2) hạ áp (Uj > u2), máy biến áp hai dây quấn ba dây quấn, máy biến áp pha ba pha, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp có cuộn dây phân chia.* 253 Như biết, máy biến áp thông thường cuộn dây có điện áp khác cách ly hồn tồn với vể điện, chúng có liên hệ với từ trường, công suất truyển tải từ sơ cấp sang thứ cấp thực qua lõi thép theo nguyên lý cảm ứng điện từ Các máy biến áp gọi chung máy biến áp Ngồi cịn máy biến áp, cuộn dây khơng có liên hệ với từ, mà cịn có liên hệ trực tiếp vể điện, gọi máy biến áp tự ngẫu Trong trường hợp chung, không cấn phân biệt rõ cấu tạo, kiểu dáng loại, ta gọi chung máy biến áp Cúng máy biến áp khác, máy biến áp tự ngẫu có loại ba pha pha Máy biến áp ba pha có giá thành thấp, trọng lượng kích thước nhỏ so với tổ ba máy biến áp pha công suất, lắp đặt vận hành đơn giản Do vậy, tất trường hợp có thể, người ta đểu sử dụng máy biến áp ba pha Nhóm ba máy biến áp pha sử dụng công suất cấn chuyển tải lớn, không sản xuất máy biến áp ba pha có cơng suất cần thiết có khó khăn vể điều kiện vận chuyển máy vùng rừng núi, vùng sâu, vùng xa Về cách điện dùng máy biến áp, người ta phân biệt loại máy biến áp điện lực sau : - Cấp A : Các máy biến áp khô, lõi thép dây quấn cách điện cách điện rắn, chẳng hạn dùng nhựa cách điện - Cấp o : Các máy biến áp dầu, lõi thép dây quấn đặt thùng chứa dấu biến áp chất lỏng tổng hợp cách điện có điểm cháy nhỏ 300°C Chất lỏng vừa làm nhiệm vụ cách điện, vừa có tác dụng làm mát - Cấp L : Vế nguyên lý giống máy biến áp dầu, lõi thép dây quấn đặt thùng có chất lỏng tổng hợp có điểm cháy lớn 300°C Ví dụ hay dùng silicon, chất khó cháy khơng gây ô nhiễm 6.1.2 LÀM MÁT MÁY BIÊN ÁP Khi làm việc, có tổn thất lõi thép cuộn dây, máy biến áp sinh lượng nhiệt lớn Để giữ cho nhiệt độ phẩn máy biến áp nằm giới hạn cho phép, nhằm đảm bảo làm việc chắn máy biến áp suốt thời gian phục vụ nó, cần có biện pháp để liên tục tạo tỏa nhiệt tót từ máy biến áp vào mơi trường xung quanh, nghĩa cấn có làm mát máy biến áp cách hiệu Tùy thuộc vào cấu tạo, công suất máy biến áp, người ta sử dụng phương pháp làm mát khác Phương pháp làm mát máy biến áp nhà chê' tạo qui định Đối với nước Tây Âu, phương pháp làm mát ký hiệu chữ sau : hai chữ đấu chất làm mát phương pháp tuấn hoàn bẽn máy biến áp ; hai chữ sau chất làm mát phương pháp tuần hoàn bên máy biến áp Các mã chữ giải thích bảng 6.1 254 Bảng 6.1 Chất làm mát Ký hiệu hệ thơng làm mát Kỷ hiệu Tuần hồn chất làm mát Ký hiệu Dầu biến áp chất lỏng tổng sỉ 300°C hộp có điểm cháy hồn tự nhiên Tuần Các chất lỏng tổng hộp khác L Tuần hoàn cưỡng gián tiếp F Khí có điểm cháy > 300°C G Tuần hồn cưỡng trực tiếp D Khơng khí (biến áp khơ) N A Nước w VÍ dụ : AN - máy biến áp khô, làm mát tuần hồn khơng khí (A), tự nhiên (N) ONAN - máy biến áp dầu, làm mát tuấn hồn khơng khí tự nhiên : bên dấu (O), tuần hồn tự nhiên (N) ; bên ngồi khơng khí (A), tuần hoàn tự nhiên (N) (tương đương với hệ thống ký hiệu cũ Nga M) ONAF - máy biến áp dầu, làm mát tuần hoàn cưỡng gián tiếp : bên dầu tuần hoàn tự nhiên (ON) ; bên ngồi khơng khí tuần hồn cưỡng (AF), cách thổi gió ỰỊ) 6.1.3 ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CÚA MÁY BIẾN ÁP -Điện áp định mức so cấp uldm máy biến áp điện áp dây cần đặt vào cuộn dây sơ cấp để cực cuộn dây thứ cấp hở mạch nhận điện áp định mức thứ cấp -Điện áp dịnh mức thứ cáp u2đm điện áp dây nhận cực cuộn dây thứ cấp máy biến áp làm việc không tải điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp điện áp định mức sơ cấp Khi làm việc có tải, đặt vào phía sơ cấp điện áp định mức uldm điện áp nhận phía thứ cấp u2 nhỏ điện áp định mức u2dm lượng tổn thất điện áp máy biến áp Sự biến đổi điện áp máy biến áp đặc trưng tỷ số biến đổi điện áp định mức : Khi làm việc, máy biến áp có tỷ số biến đổi k khác định mức Khả thay đổi tỷ số biến đổi đặc biệt quan trọng máy biến áp Nó sử dụng để điểu chỉnh điện áp phụ tải thay đổi, để phân phối tải điểu chỉnh dịng cơng suất tác dụng phản kháng mạng nối liên kết Điều chỉnh điện áp thường thực cách thay đổi số vòng dây cuộn dây phía cao áp có dịng điện nhỏ : Khi cuộn dây nối hình sao, điểu chỉnh điện áp thực cách thay đổi số vịng dây phía trung tính cuộn dây cao áp ; cuộn dây nối tam giác, điểu chỉnh điện áp thường thực cách thay đổi số vòng dây cuộn dây • 255 Tùy theo cách thay đổi đẩu phân áp, người ta phân biệt máy biến áp có điểu áp tải máy biến áp khồng có điểu áp tải Với máy khơng có diễu áp tải, việc thay đổi đẩu phân áp tiến hành máy biến áp khơng có điện, thường tiến hành theo mùa khoảng thời gian lớn ỏ máy biến áp có điểu áp tải, thực việc đổi đầu phân áp cách liên tục máy biến áp làm việc nhờ phận đổi nối đặc biệt ; thực điểu chỉnh điện áp tay tự động Điều chỉnh điện áp tải có phạm vi điểu chỉnh rộng phảng so với máy biến áp có điểu chỉnh thường 6.1.4 NHIỆT Độ PHÁT NÓNG CHO PHÉP CÚA MÁY BIỄN ÁP Trong q trình làm việc, có tổn thất cơng suất tổn thất điện máy biến áp, cuộn dây lõi thép máy bị nung nóng Các phần kim loại chịu nhiệt độ tương đôi cao thời gian dài Nhiệt độ làm việc chủ yếu ảnh hưởng đến cách điện máy biến áp Khi nhiệt độ cao cường độ hao mòn cách điện lớn hao mịn tích luỹ theo thời gian làm việc Sự già cỗi cách điện đặc trưng giảm độ điện nó, đến mức độ cách điện máy biến áp bị hư hỏng tác dụng điện áp tác động lực động điện máy biến áp làm việc Như thời gian phục vụ hay gọi tuổi thọ máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ nung nóng máy biến áp vật liệu cách điện Khi nhiệt độ làm việc máy biến áp tâng lên, thời gian phục vụ giảm xuống Tính tốn q trình phát nóng hao mòn cách điện máy biến áp phức tạp, nghiên cứu chuyên để riêng Trong phần nêu lên kết nhận từ tính tốn kinh nghiệm vận hành Đối với máy biến áp sản xuất nay, nhiệt độ nung nóng cho phép cách điện cuộn dây máy biến áp xác định từ điểu kiện đảm bảo thời hạn phục vụ định mức máy biến áp Tđm, khoảng từ 20 đến 25 năm Khi nhiệt độ trung bình cuộn dây khoảng 85°c nhiệt độ điểm nóng cuộn dây không vượt 98°c chế độ làm việc bình thường Khi tải, nhiệt độ cho phép có thể', cao hơn, nhiệt độ điểm nóng cuộn dây khơng vượt 140°C nhiệt độ lớp dấu phía không vượt 95°c Để đảm bảo nhiệt độ máy biến áp nằm giới hạn cho phép, cấn có biện pháp làm mát chế độ vận hành thích hợp Một vấn để đặt tạo vật liệu cách điện làm việc với nhiệt độ cao hơn, có độ cao 6.1.5 CỊNG SUẤT ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIỂN ÁP Công suất định mức máy biến áp Sdm cơng suất liên tục chạy qua máy biến áp khoảng thời gian phục vụ định mức Tđm điểu kiện nhiệt độ định mức môi trường làm việc Khi tuổi thọ máy biến áp cho Tđm, công suất định mức máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình nhiệt độ cực đại môi trường xung quanh 256 Công suất định mức máy biến áp cho sổ tay kỹ thuật ứng với điều kiện nhiệt độ định môi trường tiêu chuẩn ỡ0 ởmax Nếu môi trường thực máy biến áp có nhiệt độ trung bình ở’o nhiệt độ cực đại ỡ’ „„ khác với nhiệt độ tiêu chuẩn ỡmav, để đảm bảo tuổi thọ máy biến áp không đổi, cẩn phải hiệu chỉnh lại công suất định mức theo điều kiện nhiệt độ mơi trường làm việc thực Khi nhiệt độ trung bình hàng năm ỡ’() ỞQ, công suất hiệu chỉnh máy biến áp Sdm : s’dm = Sdm (1 + U100 (6.2) ) Khi nhiệt độ cực đại ở’max > ỡmax, không 45°c, công suất máy biến áp vào thời gian cấn giảm thêm lượng (ở’max - ỡmax)% cơng suất định mức Nghĩa vào khoảng thời gian có nhiệt độ nóng năm, công suất định mức máy biến áp : Sâm = sđm [ + 100- - — ] (6.3) Trong tính tốn, người ta thường lấy nhiệt độ khu vực Hà Nội ỡ’o = 24°c ; d’max = 42°c Các máy biến áp sản xuất Nga tính tốn với ở0 = 5°c = 35°c Đối với tất máy biến áp, công suất định mức cho sổ tay kỹ thuật công suất định mức cuộn cao áp SCdm = Sdm Máy biến áp pha có cơng suất 1/3 cơng suất định mức máy biến áp ba pha tương ứng Các cuộn dây trung hạ áp máy biến áp ba dây quấn chế tạo nhỏ (66,7%) công suất định mức máy biến áp Khi công suất ba cuộn dây đểu cơng suất định mức, ta có máy biến áp ba dây quấn có tỷ sổ cơng suất 100/100/100 ; công suất cuộn hạ nhỏ 66,7%, ta có tỷ số cơng suất 100/100/66,7 Cũng tương tự vậy, máy biến áp ba dây quấn cịn có loại có tỷ số cơng suất 100/66,7/100 100/66,7/66,7 Chọn loại có tỷ số cơng suất tùy thuộc vào công suất truyền tải cấp điện áp (®Cđn/®Tđn/®Hđml 6.1.6 Sơ ĐỔ VÀ TỔ NỐI DÂY CÚA CÁC CUỘN DÂY MÁY BIỂN ÁP Trong hệ thống điện ba pha, người ta thường dùng máy biến áp ba pha tổ ba máy biến áp pha Các cuộn dây sơ cấp AX, BY, cz thứ cấp ax, by, cz nối hình Y, tam giác A ziczac z Điểm trung tính cuộn dây nối hình ziczac ký hiệu Nếu điểm trung tính có nối đất có dây trung tính ký hiệu Yo, zo Riêng nước Tây Âu lại dùng ký hiệu khác chút : Các cuộn dây sơ cấp nối Y, thứ cấp y ; cuộn dây sơ cấp nối tam giác D, thứ cấp d ; cuộn sơ cấp nối ziczắc z, thứ cấp z ; điểm trung tính nối đất trực tiếp co' dây trung tính tương ứng ký hiệu N n Nối hở phía cao áp III, hạ áp iii (tổ ba máy biêh áp pha) Đối với máy biến áp, việc ý đến tỷ số biến đổi điện áp phải ý đến cách nối cuộn dây góc lệch pha điện áp sơ cấp thứ 'Cấp, 257 điểu đặc biệt quan trọng ứng yêu cấu trên, người ta dùng máy biến áp làm việc song song với nhau.Để đáp khái niệm tổ nói dây máy biến áp Tổ nối dây máy biến áp biểu thị cách nối dây cuộn dây ỏ cấp điện áp vị trí vectơ tương ứng điện áp sơ cấp thứ cấp Để góc lệch pha điện áp sơ cấp thứ cấp, người ta lấy go'c lệch pha điện áp dây cuộn dây sơ cấp điện áp dây cuộn dây thứ cấp Vectơ điện áp cuộndây cao áp lấy làm chuẩn, góc pha tính theo chiều kim đồng hổ, ứng với 30° Khi tính để kim phút trùng với vectơ điện áp dây cao áp để 12 giờ, kim trùng với vectơ điện áp dây thứ cấp Kim n đó, góc lệch pha