Tính toán chọn thiết bị Dựa vào đồ thị phụ tải hay các phương pháp tính toán công suất đặt để chọn sốlượng và dung lượng máy biến áp.. Khi xác định số lượng trạm của xí
Trang 1Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ TRẠM BIẾN ÁP
I Vai trò và công dụng máy biến áp
Một hệ thống cung cấp điện thông thường bao gồm các khâu cơ bản sau: phátđiện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộtiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Thông thường khoảng cách từ nơi sản xuấtđiện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi xa làm saophải đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất ít và kinh tế nhất
Máy phát điện
MBA tăng áp
MBA
hạ áp Đường dây tải điện
Hộ tiêu thụ điện
Sơ đồ cung cấp điện đơn giản
Giả sử hộ tiêu thụ có công suất P, hệ số công suất cosφ, điện áp của đường dây truyềntải là U, thì dòng điện truyền tải trên đường dây là:
cos
2 2
cos
U
P R I R
P đ đ
Trang 2Trong đó: Rđ là điện trở đường dây tải điện và cos là hệ số công suất của lưới điện,còn là góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U.
Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường dây,nếu điện áp truyền tải càng cao thì dòng điện chạy trên đưởng dây sẽ càng bé, do đótrọng lượng và chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm được kim loại màu, đồng thời tổnhao năng lượng trên đường dây giảm xuống Mặt khác để đảm bảo chất lượng điệnnăng trong hệ thống điện, với đường dây dài không thể truyền dẫn ở điện áp thấp Vìthế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa người ta phải dùng điện áp cao, thường là 35,
110, 500 kV…trên thực tế các máy phát điện chỉ phát ra điện áp từ 3 21 kV, do đóphải có thiết bị nâng điện áp ở đầu đường dây Trong khi đó các hộ tiêu thụ thường yêucầu điện áp thấp, từ 0,4 6 kV, vì vậy cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện ápxuống Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu đường dây và giảm áp ở cuối đường dâygọi là máy biến áp (MBA)
Máy biến áp là một phần quan trọng của hệ thống điện Nó chuyển năng lượngvới hiệu quả rất cao từ mức điện áp này sang mức điện áp khác Nếu như bỏ qua phầntổn hao trong máy biến áp thì năng lượng phía thứ cấp gần như bằng năng lượng phía
sơ cấp
Từ đó ta có định nghĩa máy biến áp như sau: Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làmviệc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoaychiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng xoay chiều ở cấp điện áp khác, với tần sốkhông thay đổi
Các loại máy biến áp chính:
MBA lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực
Trang 3 MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu…
MBA tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ khôngđồng bộ công sất lớn
MBA đo lường dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đotiêu chuẩn hoặc để điều khiển
MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao
Trong một hệ thống cung cấp điện, máy biến áp cần đảm bảo đúng các yêu cầu kỹthuật để vận hành hiệu quả, bên cạnh đó máy biến áp còn phải thỏa mãn các chỉ tiêu vềkinh tế
Tổng chi phí của một phương án cung cấp điện bất kỳ nào cũng gồm hai phần:tổng vốn đầu tư ban đầu V và chi phí vận hành hằng năm C Trong hai thành phầnnày, vốn đầu tư ban đầu được bỏ ra trong thời gian ngắn trong khi đó chi phí vận hànhhằng năm thì kéo dài trong nhiều năm
Tổng vốn đầu tư ban đầu V hầu như dựa hoàn toàn vào các ước lượng Các dữ liệutrong quá khứ cũng như trong hiện tại chỉ giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độchính xác đến mức có thể vì luôn có sự thay đổi của giá cả và sự tiến bộ của công nghệ.Tổng vốn đầu tư ban đầu:
V = V1 + V2 + V3
V1: chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp
V2: chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới
V3: chi phí xây dựng gián tiếp
Trang 4Chi phí vận hành hàng năm C
C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5
C1: chi phí vận hành về công bảo quản
C2: chi phí vật tư dự trữ bảo quản
C3: chi phí khấu hao
C4: tổn thất điện năng
C5: chi phí mất điện
Trong tổng vốn đầu tư ban đầu thì chi phí cho việc mua mới các thiết bị và đặcbiệt là máy biến áp chiếm phần lớn Đối với các dự án nhỏ, phụ tải ít, dung lượng máybiến áp không nhiều thì không đòi hỏi tính toán phụ tải thật sự chính xác Sự chênhlệch giữa các cấp máy biến áp nhỏ dẫn đến số vốn đầu tư ban đầu không bị ảnh hưởngnhiều Do đó nếu ta chọn dung lương máy biến áp lớn hơn một ít thì chi phí đầu tư cónhích lên nhưng bù lại thì máy biến áp đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho phụ tải, cóthể mở rộng phụ tải sau này đồng thời tuổi thọ máy biến áp cũng dài hơn Đối với các
dự án lớn thì chi phí bỏ ra cho trạm biến áp là vô cùng lớn, đòi hỏi phải tính thật chínhxác phụ tải điện sao cho chi phí thấp nhất mà vẫn đảm bảo cấp điện cho phụ tải
II Khái niệm và phân loại trạm biến áp
1 Khái niệm
Trang 5Trạm biến áp là nơi biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện ápkhác, 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
2 Phân loại
a Phân loại theo cấp điện áp:
áp máy phát đến điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa
đại lượng thấp hơn thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện
b Phân loại theo nhiệm vụ:
từ hệ thống điện có điện áp 35 → 220KV biến đổi thành các cấp điện áp 10KVhay 6KV Cá biệt có khi xuống 0.4KV
Trang 6 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 sơcấp thường là 10KV, 6KV hoặc 15KV hoặc 35KV, còn phía thứ cấp có các điệnáp 220/127V, 380/220V hoặc 660V
c Phân loại về phương diện cấu trúc:
trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt chếtạo 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
Trang 7 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
Trang 8Ngoài ra trong hệ thống điện còn có các trạm khác: trạm đóng cắt, trạm nối, trạm chỉnhlưu, trạm nghịch lưu
3 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 cáchhợp lý và chính xác
Máy biến áp
Các khí cụ và thiết bị phân phối điện áp cao và hạ áp các thiết bị này có nhiệmvụ nhận nguồn điện từ một số nơi cung cấp, và phân phối cho các phụ tải, quacác đường dây tải điện bao gồm các thiết bị sau:
Thiết bị đóng cắt
o Máy cắt điện
o Dao cách ly 3 pha có tiếp đất ở 2 phía
Khí cụ đo lường
o Máy biến điện áp
o Máy biến dòng
Khí cụ bảo vệ mạch điện
o Role bảo vệ các loại
Trang 9 Các thanh góp bên cao áp, hạ áp, sứ, trụ.
Hệ thống tiếp địa
Hệ thống chống sét
Hệ thống làm mát
III Quy trình tính toán và thiết kế trạm biến áp (TBA)
Trong thiết kế cung cấp điện, chi phí đầu tư cho máy biến áp chiếm một phầnkhông nhỏ trong tổng chi phí Do đó việc lựa chọn vị trí, số lượng, dung lựợng máybiến áp là nhiệm vụ rất quan trọng Việc tính toán chính xác đảm bảo tính liên tục cungcấp điện cho phụ tải trong điều kiện bình thường và trong điều kiện sự cố với các tảiquan trọng, đồng thời giảm chi phí lắp đặt, vận hành cũng như vốn đầu tư ban đầu củamạng điện
Những yêu cầu và nội dung trong thiết kế:
Khi thiết kế trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải phải đảm bảo cho phụ tảiluôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép
Một phương án hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
o Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm được ngoại tệ quý và đầu tư hiếm
o Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ
o Chi phí vận hành hàng năm thấp
o Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị
o Thuận lợi cho vận hành và sửa chữa
Trên thực tế những yêu cầu trên thường mâu thuẩn nhau nên người thiết kế phảibiết cân nhắc và kết hợp hài hòa các yếu tố tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể Người thiết
Trang 10kế đưa ra nhiều phương án khả thi, sau đó dùng phương pháp so sánh kinh tế kĩ thuậtgiữa các phương án, từ đó rút ra phương án tối ưu để thi công.
1 Thu thập dữ liệu ban đầu
Xác định nhu cầu điện của các hộ tiêu thụ hay phụ tải ở thời điểm hiện tại và dựđoán trong tương lai
Xác định vị trí, mặt bằng để đặt trạm biến áp
Tìm hiểu môi trường xung quanh để xây dựng trạm biến áp trong nhà hay ngoàitrời
Chọn nguồn cung cấp cho trạm
2 Tính toán chọn thiết bị
Dựa vào đồ thị phụ tải hay các phương pháp tính toán công suất đặt để chọn sốlượng và dung lượng máy biến áp
Đưa ra nhiếu phương án, sơ đồ khác nhau có tính khả thi
Tính toán kinh tế kĩ thuật để chọn ra phương án tối ưu
Tính toán triệt để tiết kiệm dây dẫn và khí cụ điện
Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ
Tính toán chống sét bảo vệ trạm
Tính toán hệ thống tiếp địa
3 Chọn vị trí, số lượng và công suất của máy biến áp.
a Xác định vị trí máy biến áp
Vị trí đặt của trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
Gần tâm phụ tải
o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất điện năng
o Giảm chi phí giải tỏa đền bù
Trang 11o Đảm bảo tính khả thi.
Thuận tiện cho việc vận hành và thi công trạm biến áp
o Đường bộ và đường thủy
o Xây dựng đường công vụ
Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào ra
o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố
o Sơ đồ nối dây đơn giản, dễ dàng
An toàn vận hành
Có khả năng mở rộng
o Phải tính toán trong thiết kế
o Chuyển từ trạm AIS trạm GIS
Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu
o Phòng cháy chữa cháy
o Nhiễm từ
Trong thực tế việc lắp đặt thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên là rất khó khăn Do
đó tùy vào điều kiện cụ thể mà ta chọn vị trí đặt Vị trí của trạm biến áp có thể ở độclập bên ngoài, liền kề với phân xưởng, hoặc đặt bên trong phân xưởng
b Xác định số lượng máy biến áp:
Số lượng máy biến áp trong trạm biến áp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như:yêu cầu về tính liên tục cấp điện của hộ tiêu thụ, yêu cầu về lựa chọn dung lượng máybiến áp hợp lý, yêu cầu về vận hành kinh tế trạm biến áp
Khi xác định số lượng trạm của xí nghiệp, số lượng và công suất máy biến áptrong một trạm chúng ta cần lưu ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải trong
Trang 12xí nghiệp và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấp điện Chúng taphải tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật ngay khi xác định các phương án cung cấpđiện.
Muốn vậy chúng ta cần nghiên cứu:
Đồ thị phụ tải hằng ngày, xác định cho một ngày làm việc bình thường và xácđịnh cho một ngày nghỉ, ở mùa nắng và mùa mưa, hoặc mùa hè và mùa động
Đồ thị phụ tải hằng năm của một xí nghiệp tính theo tổng số lượng giờ trongmột năm
Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế kĩthuật sau đây:
An toàn, liên tục cung cấp điện
Vốn đầu tư bé nhất
Chi phí vận hành hằng năm bé nhất
Ngoài ra cần lưu ý đến việc:
Tiêu tốn kim loại màu bé nhất
Các thiết bị và khí cụ điện phải nhập được để dàng v.v…
Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại đểgiảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng
Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải saunày
c Dung lượng máy biến áp
Chọn công suất máy biến áp phải thỏa mãn những điều kiện sau:
Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện
Độ dự trữ khi phụ tải phát triển
Đảm bảo tuổi thọ của máy biến áp (hao mòn cách điện do nhiệt)
Trang 13 Đảm bảo chỉ tiêu về kinh tế.
Khả năng quá tải cho phép
IV Các phương pháp lựa chọn máy biến áp
Máy biến áp được chọn sau khi đã xác định nhu cầu điện tiêu thụ Có nhiềuphương pháp lựa chọn máy biến áp nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chế củanó: những phương pháp tính toán nhanh, đơn giản thì cho kết quả kém chính xác, sai sốnhiều còn những phương pháp cho kết quả gần đúng thì phép tính phức tạp, tốn nhiềuthời gian xem xét, đánh giá
Sau đây là một vài phương pháp lựa chọn máy biến áp:
Phương pháp dựa vào công suất tính toán
Phương pháp dựa vào đồ thị phụ tải
Phương pháp dựa vào chế độ nhiệt
Chương 2:
CHỌN MÁY BIẾN ÁP THEO PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
Trang 14I ĐẶT VẤN ĐỀ
Phụ 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 tảitính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ mà phụ tải thực tế gây ra Vì vậy việclựa chọn thiết bị theo phụ tải tinh toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phátnóng
Khi thiết kế cung cấp điện hay lắp đặt trạm biến áp cho một công trình thì nhiệmvụ 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 pháttriển về sau này Do đó xác định nhu cầu điện là giải quyết bài toán tính toán phụ tảiđiện 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%
II MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
Trang 15Phụ 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 độđã 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 trênnhững yếu tố như điều kiện làm việc, chu trình hoạt động nhưng chủ yếu là dựa trênkinh nghiệm lắp đặt và số liệu thống kê Chính vì vậy phương pháp này thường chỉ ápdụng đối với những công trình nhỏ hoặc vừa vì kết quả cho ra tương đối chính xác, đơngiản trong tính toán
Đối với những công trình lớn, có tầm quan trọng cần phải tính chính xác côngsuất của phụ tải để lựa chọn biến áp vì chi phí đầu tư cho máy biến áp là rất lớn, máybiến áp có công suất càng lớn thì giá thành càng cao Trong những trường hợp đó tacần phương pháp tính chính xác hơn
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 tiệnnhưng cho kết quả gần đúng bao gồm:
Trang 16 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 cuả 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
1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu
Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
tt tt
Knci: Là hệ số nhu cầu của thiết bị thứ i
Pđmi: Là công suất đặt của thiết bị thứ i
cos : là hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị
n : số thiết bị trong nhóm
Trang 17Hệ số nhu cầu của các nhóm thiết bị khác nhau được xác định theo kinh nghiệm vậnhành và thiết kế.
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh, có xem xétđến công suất của từng thiết bị
Nhược điểm: kết quả không thật chính xác do hệ số nhu cầu là số liệu cho trướckhông phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm
Theo sổ tay tra cứu, Knc là hằng số, điều này chỉ đúng khi số thiết bị trong nhóm lớn vàhệ số sử dụng lớn Trong trường hợp tổng quát, nếu lấy Knc là hằng số thì tính toán sẽgặp sai số lớn
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán nhỏ, không
cần sự chính xác cao, hệ số Knc được chọn dựa trên kinh nghiệm hoặc xác định đượcqua những công trình tương tự
2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (Phụ tải điện trường học, hoặc phân xưởng sản xuất)
Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản xuất như phânxưởng may, phân xưởng dệt, thì công suất tính toán được xác định theo biểu thức:
Ptt = Po.FTrong đó:
F – diện tích sản xuất, phòng học (m2)
Po – suất phụ tải trên đơn vị diện tích P = (15 - 20) (W/m2)
Giá trị Po được đưa ra dựa vào kinh nghiệm vận hành và thống kê Tùy theo từng loạicông trình, thiết bị, tiêu chuẩn nhất định ta có thể chọn giá trị Po thích hợp
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Trang 18Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh.
Nhược điểm: công suất được phân bố đều, chế độ làm việc của từng thiết bịkhông được tính đến nên kết quả có sự sai biệt
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không lớn,
không cần sự chính xác cao, hệ số Po được chọn dựa trên kinh nghiệm, nó thường đượcdùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, khi phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sảnxuất phân bố tương đối đều
3 Theo KVA/ hộ (phụ tải ánh sáng sinh hoạt)
Đây là phụ tải điện của các hộ gia đình, phòng học, nông thôn các gia đìnhdùng điện không có sự chênh lệch nhiều
Phụ tải tính toán được xác định như sau:
Ptt = Po.H
Qtt = Ptt.tgφTrong đó:
H – số hộ sử dụng
Po – suất phụ tải tính toán cho 1 hộ, thường lấy Po = (0,5 – 0,8) (KW/hộ)
Với: 0,5: dành cho khu vực thuần nông
0,6 – 0,8: dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường
Để phục vụ sinh hoạt các hộ thường dùng nhiều loại thiết bị điện gia dụng khác nhaunhư: đèn, quạt, tivi, radio, bàn là, tủ lạnh.v.v…Trong tính toán cung cấp điện thườnglấy hệ số công suất chung là cosφ = 0,85
Phụ tải tính toán tổng bao gồm các thôn xóm, trường học, trạm bơm v.v
n
Pt = Kdt ∑ Ptti
Trang 19Kđt – hệ số đồng thời
Với
n = 1, 2 → Kdt = 1
n = 3, 4 → Kdt = 0.85 → 0.9
n = 5, 6, 7 → Kdt = 0.8 → 0.85
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh
Nhược điểm: tính toán theo sự phỏng đoán bình quân mức tiêu thụ điện dẫn đếnkết quả chỉ dừng lại ở mức tương đối
Phạm vi ứng dụng: Áp dụng cho những phụ tải có cùng tính chất, phụ tải không đổi,
mức tiêu thụ điện năng không cao, tính toán trên bình diện rộng như khu vực nôngthôn, phòng học, hộ gia đình
4 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm.
Đối với xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi và cho kết quả tương đối chínhxác (xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp điện phân,xí nghiệp gia công,…) thì công suất tínhtoán được xác định theo công thức :
Trang 20max 0
.
T
w M
P tt
Trong đó:
M: Là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm
wo: Là suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)
Tmax: Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán dựa trên số liệu cósẵn
Nhược điểm: tính toán trên số liệu không dựa vào điều kiện cụ thể, chế độ hoạtđộng, làm việc, từng giai đoạn kết quả kém chính xác
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không lớn,
không cần sự chính xác cao, xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi, chế độ hoạt đônggiống nhau, sản phẩm tạo ra liện tục và đồng đều trong năm
5 Phương pháp xác định phụ tải tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình (phương pháp số thiết bị hiệu quả)
Trong phương pháp này ta đã biết hết thông tin về đối tượng sử dụng điện: côngsuất, chủng loại động cơ, vị trí đặt trong phân xưởng và đặc tính kĩ thuật, công nghệcủa chúng Nhiệm vụ của người thiết kế là là phải đưa ra phương án cung cấp điện hợp
lý cho các phân xưởng và thiết kế mạng hạ áp phân xưởng đưa điện đến từng động cơ
Để xác định phụ tải điện phân xưởng, ta chia thành các nhóm máy cho các động
cơ đặt gần nhau, mỗi nhóm khoảng 8 → 12 máy, sau đó xác định phụ tải điện cho từngnhóm máy và cuối cùng cho cả phân xưởng
Trang 21Phụ tải tính toán cho một nhóm n máy xác định theo công thức căn cứ vào côngsuất trung bình Ptb và hệ số cực đại Kmax
n
Ptt = Kmax.Ptb = Kmax.Ksd.Pt = ∑ Pđmi i =1
Qtt = Ptt.tgφ
Trong đó:
Ptt – công suất trung bình của nhóm máy trong thời gian khảo sát, thường lấy là
1 ca hoặc 1 ngày đêm
Pđm – công suất định mức của máy
Ksd – hệ số sử dụng
Cosφ – hệ số công suất của máy công cụ, tra PL1 với nhóm máy công cụ Cosφ
= 0.5÷0.6
Kmax – hệ số cực đại,tra PL5 (theo ksd, nhq)
Số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq là số thiết bị giả tưởng có công suất bằngnhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải tínhtoán do nhóm thiết bị thực tế gây ra Ý nghĩa của nhq là ở chổ một nhóm máy bất kì baogồm nhiều máy có công suất khác nhau, đặt tính kĩ thuật khác nhau, chế độ làm việc,quá trình công nghệ khác nhau để tính chính xác phụ tải điện người ta dựa vào đạilượng trung gian nhq nhằm giúp cho việc xác định phụ tải điện của nhóm máy dễ dàngtiện lợi và sai số trong giới hạn cho phép
Các bước tính toán và xác định n hq :
Trang 22 Bước 1: Xác định số thiết bị n trong nhóm
Bước 2: Xác định công suất thiết bị lớn nhất trong nhóm (Pmax)
Bước 3: Xác định n1 thiết bị thỏa điều kiện Pđmi ≥
2max
Bước 5 : Xác định n* = n n1 và P* = p p1
Bước 6: Tra bảng 3.3 trang 31 sách “Giáo trình cung cấp điện” của thầy QuyềnHuy Ánh tìm nhq*
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: cho kết quả tương đối chính xác vì đã xét đến các yếu tố quan trọngnhư: số lượng của các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất và chế độlàm việc của chúng
Nhược điểm: tính toán phức tạp
Trang 23Phạm vi áp dụng: Thường được áp dụng tính toán cho các phân xưởng, xí nghiệp có số
lượng máy móc nhiều, công suất lớn, đã có được nhiều thông tin về phụ tải, có cácbảng tra cứu các thông số
Trang 25điện năng cho tất cả các hộ tiêu thụ trong điều kiện vận hành bình thường và có xét đếntrường hợp quá tải sự cố Một trong những cách xác định công suất của máy biến áp đólà dựa vào đồ thị phụ tải.
II.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 độlàm 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
Dung lượng của MBA được chọn sao cho ứng với một môi trường làm việc cụ thể và hệ thống làm mát nhất định, MBA có thể làm việc với công suất định mức Sđmtrong suốt thời gian phục vụ của nó Tđm Song trong điều kiện thực tế vận hành, phụ tải của MBA 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 MBA sẽ nhỏ hơn định mức do nhiệt độ của MBA nhỏ hơn nhiệt độ cho phép dẫn đến tuổi thọ MBA tăng lên Và ngược lại những lúc phụtải lớn hơn công suất định mức trong giới hạn cho phép vẫn có thể cho MBA làm việc nhưng với hao mòn cách điện vượt qua định mức làm giảm tuổi thọ của MBA Từ đó ta
Trang 26thấy rằng MBA 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 MBA.
1 Quá tải bình thường của MBA (Trường hợp trạm chỉ đặt một MBA).
Quá tải bình thường là quá tải thường xuyên của MBA, có tính chất chu kỳ (mộtngày đêm, một tháng, một mùa ) Trong mỗi chu kỳ có một phần thời gian MBA làm việc quá tải (S > Sđm), phần lớn thời gian còn lại của chu kỳ MBA làm việc non tải (S <
Sđm) Hệ số quá tải thường xuyên có thể xác định từ đồ thị khả năng quá tải của MBA
Đó là quan hệ giữa hệ số quá tải cho phép K2cp, hệ số phụ tải bậc 1 (K1) và thời gian quá tải t
Công suất định mức của MBA chọn theo khả năng quá tải của MBA Để sử dụng phương pháp này cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA thành hai bậc đẳng trị
Công suất đẳng trị của MBA trong khoảng thời gian xem xét được xác định theo biểu thức:
Sđti=
n
n n t t
t
t S t
S t S
2 1
2 2
2 2 1
2 1
n
i i i
t
t S
1
1 2
Trong đó Si là phụ tải của MBA ở thời gian ti
Đồ thị phụ tải của MBA có rất nhiều dạng, dưới đây ta sẽ xem xét một số dạng thường gặp của đồ thị phụ tải MBA:
Trang 27Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi chiều Theo biểu thức trên Sđt2 được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t2 và Sđt1 được tính với thờigian t1
trước lúc quá tải 10h (hình a)
Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi sáng Tương tự Sđt2được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t2 và Sđt1 được tính với thời gian t1 sau khi kết thúc quá tải 10h (hình b)
Đồ thị phụ tải có hai cực đại trong một ngày thì phụ tải đẳng trị bậc hai được tính đối với cực đại nào có tổng S i t i đạt trị số lớn nhất Khi đó sẽ chọn được Sđt2,
Sđm
Trang 28và thời gian quá tải t2
’ được tính theo công thức quy đổi:
2 max 2
2 2 '
2
)9.0( S
t S
( tb đm đti
đti S
Trang 29Quá tải cho phép của MBA theo đường cong khả năng tải được xác định dựa vào hệ số phụ tải K1 và K2:
đm
đt S
Trang 30Phương pháp quá tải thường xuyên được sử dụng cho việc lựa chọn máy biến áp có công suất lớn , đòi hỏi độ chính xác cao và với trạm chỉ cần một máy biến áp Đối với trạm hai máy biến áp ta không cần kiểm tra quá tải thường xuyên vì hai máy biến áp làm việc song song nên lúc bình thường luôn non tải.
2 Quá tải sự cố MBA (Trường hợp trạm đặt hai MBA trở lên).
Khi chọn công suất máy biến áp cần xét đến khả năng quá tải của máy biến áp còn lại ở chế độ sau sự cố Trong trường hợp sự cố một trong các máy biến áp, máy biến áp thứ hai cần đảm bảo toàn bộ công suất của các hộ tiêu thụ loại I và loại II Trong thực tế vận hành, sự cố MBA ít khi xảy ra nhưng để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, MBA có thể cho phép làm việc với hệ số quá tải sự cố lớnhơn quá tải bình thường Công suất của mỗi MBA trong trạm n MBA được xác định theo biểu thức:
) 1 (
max
n k
S S
Trong đó:
Smax: phụ tải cực đại của trạm
n: số MBA trong trạm
k: hệ số quá tải sự cố MBA Hệ số này thể hiện khả năng quá tải của MBA và được xác định tùy theo hãng chế tạo Nếu không có thông tin cụ thể ta lấy k=140% chocác MBA Liên Xô với thời gian quá tải không quá 5 ngày đêm, mỗi ngày quá tải khôngquá 6h và 130% cho các máy của những hãng khác theo tiêu chuẩn IEC354
Trang 31Khi lựa chọn công suất MBA theo điều kiện quá tải sự cố thì hệ số quá tải sự cố MBA cần được xem xét như một hệ số tính toán Trị số này còn tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể như: đồ thị phụ tải, nhiệt độ môi trường, thời gian quá tải Việc tính toán này sẽ giúp ta giảm được công suất đặt và tổn hao trong các MBA.
Dưới đây là đồ thị khả năng quá tải của MBA của hãng ABB:
K11
t=4h t=8h
t=24h
Đường cong quá tải của MBA với nhiệt độ môi trường là 20°C
Trang 32K 2
t=0.5h
t=2h
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
K1 t=4h
1.6
t=1h
Đường cong quá tải của MBA với nhiệt độ môi trường là 40°C
Trang 33Chương 4:
CHỌN MÁY BIẾN ÁP DỰA VÀO CÁC CHẾ ĐỘ NHIỆT
I ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN MÁY BIẾN ÁP.
Trong quá trình hoạt động, làm việc máy biến áp bị phát nóng nguyên nhân là
do tổn thất trong máy biến áp biến thành nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của nó và tỏa ramôi trường xung quanh Nguồn nhiệt này chủ yếu phát ra từ tổn hao trong cuộn dâybiến thành nhiệt Thực nghiệm cho thấy rằng khi nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dâymáy biến áp bằng 98°C thì thời gian phục vụ của cách điện (máy biến áp)bằng khoảng
20 đến 25 năm Nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây cho phép cao hơn nhiệt độ trungbình của nó là 13°C, như vậy nhiệt độ trung bình của cuộn dây trong điều kiện vậnhành định mức bằng 85°C Chế độ máy biến áp với tuổi thọ lớn hơn được cho là khônghợp lý bởi vì sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật công nghệ chế tạo và cấu tạo máy
Trang 34biến áp cần phải được thay đổi theo nhịp độ tiến bộ kỹ thuật Từ đó việc chọn lựa máybiến áp theo các chế độ nhiệt chính là việc tính toán lựa chọn sao cho máy biến áp cóthể hoạt động trong các chế độ vận hành bình thường và quá tải nhưng vẫn đảm bảotuổi thọ trung bình của máy biến áp là không đổi.
II CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA MÁY BIẾN ÁP KHI PHỤ TẢI XÁC LẬP.
Khi máy biến áp mang tải nhiệt độ của nó tăng lên Sự truyền nhiệt của máybiến áp được thực hiện bằng dẫn nhiệt, bức xạ và đối lưu Hình bên dưới biểu diễn sựphân bố nhiệt độ từ cuộn dây đến môi trường không khí xung quanh của máy biến ápdầu:
Trục tung biểu diển sự giáng nhiệt độ của cuộn dây, dầu, thùng dầu và khôngkhí, trong đó lấy nhiệt độ chỗ nóng nhất là 100%
Trục x là sự phân bố từ tâm máy biến áp ra ngoài
Đoạn 1-2 biểu diễn sự giảm nhiệt độ trong cuộn dây, đọ nghiêng chỉ bằng vài độ.Đoạn 2-3 là sự truyền nhiệt từ bề mặt cuộn dây đến lớp dầu tiếp giáp, chủ yếu bằng đốilưu với độ giảm nhiệt tương ứng bằng khoảng 20-30% độ chênh lệch nhiệt độ của cuộndây so với không khí
Đoạn 3-4 là độ giảm nhiệt của dầu thông qua đối lưu Độ giảm nhiệt không nhiều.Đoạn 4-5 đặc trưng cho độ giảm nhiệt độ từ dầu đến thành thùng
Đoạn 5-6 là sự giảm nhiệt độ của vách thùng máy biến áp
Trang 350 20 40 60 80 100
X
1 2 3 4
Nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp cũng tăng theo chiều cao máy biếnáp Hình bên dưới là sự phân bố nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp làm mátbằng dầu cưỡng bức theo chiều cao khi máy biến áp có tải định mức Quan hệ này làphi tuyến
Trang 3635 55 75 95 °C
1
2
3 4
h
Phân bố nhiệt độ theo chiều cao máy biến áp dầu
1-cuộn dây; 2- lõi thép; 3-dầu; 4-bề mặt ngoài thùng
Khi tính toán gần đúng có thể xem sự thay đổi nhiệt độ tuyến tính với chiều cao máybiến áp:
Trang 37Đồ thị nhiệt của máy biến áp làm mát bằng dầu đối lưu khi tải định mức.Đoạn AB tương ứng với độ tăng nhiệt độ của dầu, nhiệt độ nóng nhất của dầu(lớp trong cùng) bằng khoảng 55°C Độ tăng nhiệt độ trung bình bằng 80% độ tăngnhiệt độ lớn nhất, tức là khoảng 44°C.
Đoạn CD biểu diễn độ tăng nhiệt độ của cuộn dây với giá trị trung bình là 65°C(đo bằng phương pháp nhiệt điện trở) Khoảng cách theo phương ngang của AB và CDlà độ chênh lệch nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ dầu, tương ứng bằng 21°C
Độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây so với nhiệt độ dầu là 23°C và sovới không khí xung quanh bằng 55+23 = 78°C Trong điều kiện nhiệt độ môi trườngtheo chuẩn là 20°C thì nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây bằng 78+20 = 98°C Vớinhiệt độ này máy biến áp có thể làm việc liên tục trong suốt thời gian phục vụ của nó
Bên cạnh đó ta chú ý rằng nhiệt độ của máy biến áp còn phụ thuộc vào phươngpháp làm mát Với mỗi phương pháp làm mát độ tăng nhiệt của máy biến áp có sự biếnđổi Trường hợp máy biến áp làm mát bằng dầu và dầu được làm mát bằng nước thì độtăng nhiệt độ lớn nhất của dầu bằng khoảng 40°C Độ tăng nhiệt độ trung bình bằng