luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế trạm biến áp 22 - 0,4 kv

Xác định thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất max 12 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 13 I.. Tính toán các thông số của máy biến áp 21 Chương V: TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Tp.Hồ Chí Minh Tháng 10 năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4 KV

Giáo viên hướng dẫn: TS Quyền Huy Aùnh

Sinh viên thực hiện: TRẦN PHÚC KHANH – MSSV : 97DC093

Nội dung các phần thuyết minh:

1 Giới thiệu chung về trạm biến áp

2 Đồ thị phụ tải và tính toán các hệ số

3 Phụ tải và trạm biến áp

4 Chọn số lượng và dung lượng trạm biến áp

5 Tính tổn thất điện năng hằng năm trong trạm

6 Chọn đầu phân áp và tính toán ngắn mạch

7 Chọn thiết bị trong trạm, định kích thước trạm

8 Tính toán nối đất

Các bản vẽ

Các bản vẽ phục vụ thuyết minh

Ngày giao nhiệm vụ: 01/10/2004

Ngày kết thúc nhiệmvụ: 08/01/2005

Tp HCM, ngày tháng năm

TS Quyền Huy Aùnh

I Đề tài:

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

II Số liệu ban đầu

 Đồ thị phụ tải:

Trạm Biến Aùp cung cấp cho phụ tải phía hạ áp có công suất: 2400 kVA

Hệ số phân tán: 1,5

Hiệ số công suất: 0,8

Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục

Độ lệch điện áp cho phép phía thứ cấp:  5%

Điện kháng tương đương phía hệ thống: 0,1 đvtđ trên cơ bản 250 MVA

Đường dây cáp 2 tuyến dài 10Km, xo = 0,08(/Km)

III Các yêu cầu thực hiện

1 Vẽ đồ thị phụ tải, tính các thời gian Tmax, 

2 Phụ tải của trạm

3 Chọn số lượng và công suất của máy biến áp

4 Tính các thông số của máy biến áp

5 Tổn thất điện năng trong trạm

6 Điện năng cung cấp hằng năm và phần trăm tổn thất điện năng

7 Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải max, min và sự cố

8 Chọn đầu phân áp cho máy biến áp trong các tình trạng vận hành

9 Sơ đồ nguyên lý của trạm

10 Tính toán ngắn mạch

13 Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt

14 Tính toán nối đất

15 Nền, hàng rào, phòng biến điện

16 Thống kê vật liệu

 Giá 1 kVA máy biến áp: 12USD

 Giá 1kWh điện năng : 0,06USD/kWh

Giáo viên hướng dẫn

TS Quyền Huy Ánh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2004 Giáo viên ký tên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày tháng năm 2004 Giáo viên ký tên

BẢN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN DIỆN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

Trang

Phần I: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TRẠM BIẾN ÁP

I Khái quát về trạm biến áp 2

II Phân loại trạm biến áp 3

1 Trạm biến áp ngoài trời 3

2 Trạm biến áp trong nhà 4

CHƯƠNG II: ĐỒ THỊ PHỤ TẢI – TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ Tmax, max 8

I Đồ thị phụ tải 8

1 Định nghĩa 8

2 Cách xác định phụ tải hàng ngày theo %Smax 9

3 Vẽ đồ thị phụ tải theo số liệu đề cho 9

II Tính các hệ số thời gian Tmax, max 10

1 Xác định thời gian sử dụng công suất lớn nhất (Tmax) 10

2 Xác định thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất (max) 12

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 13

I Đặt vấn đề 13

II Mục đích của việc xác định phụ tải 14

III Tính toán phụ tải của trạm 14

1 Công suất biểu kiến của phụ tải tính toán 14

2 Công suất tác dụng tính toán của phụ tải 14

3 Công suất phản kháng tính toán 14

CHƯƠNG IV: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP 16

I Giới thiệu về máy biến áp 16

II Nguyên tắc chọn công suất của máy biến áp

2 Chọn theo điều kiện quá tải sự cố 17

III Chọn số lượng máy biến áp 18

IV Chọn công suất máy biến áp 19

V Tính toán các thông số của máy biến áp 21

Chương V: TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HẰNG NĂM TRONG TRẠM 23

I Xác định tổn thất điện năng trong trạm biến áp 23

II Điện năng cung cấp hằng năm và phần trăm tổn thất điện năng 24

1 Điện năng cung cấp hằng năm 24

2 Phần trăm tổn thất điện năng hằng năm của trạm 25

Chương VI: SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP 26

I Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải max, min, sự cố

1 Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải bình thường 26

2 Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải gặp sự cố 29

II Chọn đầu phân áp cho máy biến áp 30

1 Lúc phụ tải làm việc bình thường 31

2 Lúc phụ tải bị sự cố 33

Chương VII: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TRẠM BIẾN ÁP 38

Phần II: TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 40

Chương I: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 41

I Khái niệm chung về ngắn mạch 41

II Nguyên nhân, hậu quả của ngắn mạch 43

III Mục đích của việc tính toán ngắn mạch 43

IV Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch 43

V Chọn và tính toán các đại lượng 44

CHƯƠNG II: CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 53

I Vấn đề chung 53

II Điều kiện chung chọn khí cụ điện 54

III Chọn khí cụ cho trạm biến áp 55

1 Chọn dao cách ly (DS) 55

2 Chọn cầu chì (FCO) 57

3 Chọn CB 58

Chương III: CHỌN DÂY DẪN VÀ THANH GÓP 65

2 Chọn dây dẫn hạ áp

II Chọn thanh góp

1 Chọn thanh góp phía cao áp

Phần III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT VÀ KÍCH THƯỚC

Chương III: THIẾT KẾ NỀN BIẾN ÁP 93

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS QUYỀN HUY ÁNH, người đã hết lòng hướng dẫn cho em những ý kiến quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tài “THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4kV”, nhờ đó mà đồ án đã được hoàn thành đúng tiến độ

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại Học Dân Lập Kỹ Thuật Công Nghệ, đăïc biệt là Quý thầy cô trong khoa điện, bộ môn điện công nghiệp đã tận tình truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian em học ở trường

Sau cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn chung khóa cũng như các bạn trong lớp 97DC02 đã đóng góp cho tôi những ý kiến quý báu trong quá trình tôi thực hiện đề tài này

Sinh viên thực hiện TRẦN PHÚC KHANH

PHẦN I

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TRẠM

BIẾN ÁP

Chương I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN

ÁP

I KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp là một công trình để chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác TBA được phân loại theo điện áp, theo địa dư

 Theo điện áp, TBA có thể là trạm tăng áp, cũng có thể là trạm hạ áp hay trạm trung gian

 Trạm tăng áp thường được đặt ở các nhà máy điện, làm nhiệm vụ tăng điện áp từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện năng đi xa

 Trạm hạ áp thường được đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp nhằm thích hợp với các hộ tiêu thụ

 Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện có cấp điện áp khác nhau

 Theo địa dư, TBA được phân loại thành TBA khu vực và TBA địa phương

 TBA khu vực được cung cấp điện từ mạng điện khu vực (mạng điện chính) của hệ thống điện (HTĐ) để cung cấp điện cho một khu vực lớn bao gồm thành phố, các khu công nghiệp …

 TBA địa phương là các TBA được cung cấp điện từ mạng phân phối, mạng địa phương của HTĐ cấp cho từng xí nghiệp, hay trực tiếp cấp cho các hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp hơn

 CÁC CẤP ĐIỆN ÁP CỦA CÁC TRẠM BIẾN ÁP

+ Cấp cao áp: là mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

- 500 kV: dùng cho hệ thống điện quốc gia, nối liền 3 miền đất nước

- 220 kV: dùng cho lưới truyền tải, mạng điện khu vực

- 110 kV: dùng cho lưới phân phối, cung cấp cho phụ tải lớn

+ Cấp trung áp: là mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

- 22 kV: dùng cho mạng địa phương, cung cấp điện cho các phụ tải vừa và nhỏ hoặc các khu dân cư

Do lịch sử để lại, hiện nay nước ta cấp trung áp còn dùng: 66kV, 35kV, 15kV, 10kV, 6kV … nhưng trong tương lai các cấp điện này sẽ được cải tạo, để dùng thống nhất một cấp 22kV

+ Cấp hạ áp: 380/220V gồm:

- Mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

- Mạng điện 1 pha hai dây và 1 pha 3 dây

II PHÂN LOẠI TRẠM BIẾN ÁP

Về hình thức và cấu trúc của trạm biến áp, TBA được chia thành trạm ngoài trời, trạm trong nhà

1 Trạm biến áp ngoài trời

Ơû loại TBA này, các thiết bị điện như: máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, thanh góp …đều đặt ngoài trời Phần phân phối phía trung áp có thể đặt ngoài trời, trong nhà hoặc các tủ chuyên dùng Phần phân phối hạ áp thường đặt trong nhà hoặc đặt trong các tủ chuyên dùng chế tạo sẵn

TBA ngoài trời thích hợp cho các trạm tăng áp, trạm giảm áp và các TBA trung gian có công suất lớn, có đủ điều kiện về đất đai để đặt các trang thiết

bị Các TBA ngoài trời tiết kiệm được rất nhiều về kinh phí xây dựng, nên được khuyến khích dùng nếu có điều kiện

2 Trạm biến áp trong nhà

Ơû loại TBA này, các thiết bị điện như: máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, thanh góp … để đặt trong nhà Ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, bảo đảm mỹ quan thành phố, người ta còn xây dựng những TBA ngầm Loại trạm này khá tốn kém trong xây dựng, vận hành, bảo quản

Trong thực tế cần căn cứ vài địa hình, môi trường làm việc, công suất trạm, tính chất quan trọng của phụ tải, môi trường mỹ quan và kinh phí đầu tư mà chọn loại trạm cho phù hợp

 CÁC TRẠM BIẾN ÁP THƯỜNG GẶP

* Trạm treo

Trạm treo (hình 1.1) là kiểu trạm toàn bộ các thiết bị cao áp, hạ áp, máy biến áp được đặt trên cột Máy biến áp thường là loại một pha hoặc tổ 3 máy biến áp 1 pha Tủ hạ áp có thể đặt trên cột cạnh máy biến áp hay trong nguồn phân phối xây dựng dưới đất

Trạm treo có ưu điểm là tiết kiệm đất, thích hợp cho trạm công cộng đô thị, trạm biến áp cơ quan

Trạm treo, máy biến áp thường là 1 pha hoặc 3 pha Để đảm bảo an toàn chỉ cho phép dùng trạm treo cho cở máy có công suất 250 kVA , 3 x 75 kVA … với cấp điện áp (15 - 22) / 0,4 kV, phần đo đếm được trang thiết bị hạ áp

Tuy nhiên loại trạm này làm mất mỹ quan thành phố nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị

Hình 1.1 Trạm biến áp treo

Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp

Hình 1.2 Trạm biến áp nền

(Gồm 3 tổ máy biến áp 1 pha)

Hình 1.3 Trạm biến áp giàn

* Trạm kín

Trạm kín là loại trạm mà các thiết bị điện và máy biến áp được đặt trong nhà (hình 1.4)

Trạm kín thường được phân làm trạm công cộng và trạm khách hàng:

- Trạm công cộng thường đặt ở khu đô thị hóa, khu dân cư mới đảm bảo mỹ quan và an toàn cho người sử dụng

- Trạm khách hàng thường được đặt trong khuôn viên của khách hàng, khuynh hướng hiện nay là sử dụng bộ mạch vòng chính (Ring Main Unit) thay cho kết cấu thanh cái, cầu dao, có bợ chì và cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có công suất nhỏ 1000 kVA

Trạm kín cần dùng 3 phòng: phòng đặt thiết bị cao áp, phòng đặt máy biến áp, phòng đặt thiết bị phân phối hạ áp và được dùng ở những nơi cần an toàn, nơi nhiều khí bụi và nơi có hóa chất ăn mòn

Đối với trạm kín cáp vào và ra thường là cáp ngầm, các cửa thông gió đều phải có lưới để chống chim, rắn, chuột và có hố dầu sự cố

Hình 1.4 Trạm biến áp kín Theo đề bài yêu cầu, ta thiết kế trạm kín

Chương II

VẼ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI-TÍNH TOÁN

CÁC HỆ SỐ T max,  max

Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo công suất, theo thời gian, theo địa dư

+ Theo công suất có đồ thị phụ tải công suất tác dụng, đồ thị phụ tải công suất phản kháng và đồ thị phụ tải công suất biểu kiến

+ Theo thời gian có đồ thị phụ năm, đồ thị phụ tải ngày …

+ Theo địa dư có đồ thị phụ tải toàn hệ thống, đồ thị phụ tải của nhà máy điện hay TBA, đồ thị phụ tải của hộ tiêu thụ

Đồ thị phụ tải rất cần cho thiết kế và vận hành HTĐ Khi biết đồ thị của toàn hệ thống có thể phân bố tối ưu công suất cho nhà máy điện trong hệ thống, xác định mức tiêu hao nhiên liệu …

Đồ thị phụ tải này của nhà máy hay TBA dùng để chọn dung lượng máy biến áp (MBA), tính toán tổn thất điện năng trong MBA, chọn sơ đồ nối dây …

4 8 12 16 20 24

2 Cách xác định đồ thị phụ tải hằng ngày theo %S max

Đồ thị phụ tải ngày vẽ Watt kế tự ghi là chính xác nhất, nhưng cũng có thể vẽ theo phương pháp từng điểm, nghĩa là cứ sau một khoảng thời gian ghi lại chỉ số phụ tải rồi nối lại thành đường gấp khúc (hình 2.1) Phương vẽ theo từng điểm tuy không chính xác nhưng trong thực tế vẫn dùng phổ biển

Để tính toán thuận tiện thường biến đường gấp khúc thành dạng bậc thang nhưng phải đảm bảo hai điều kiện:

- Diện tích giới hạn bởi đường biểu diễn hình bậc thang với trục tọa độ phải bằng đúng diện tích giới hạn bởi đường biểu diễn gấp khúc với trục tọa độ

- Điểm cực đại và cực tiểu trên cả hai đường biểu diễn vẫn không thay đổi

3 Vẽ đồ thị phụ tải theo số liệu ban đầu đề cho

 SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI NGÀY DẠNG BẬC THANG

Hình 2.2 : Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang

II TÍNH CÁC HỆ SỐ THỜI GIAN Tmax, max

1 Xác định thời gian sử dụng công suất lớn nhất (T max )

Điện năng tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải và thời gian vận hành Song trong quá trình vận hành, phụ tải luôn luôn biến đổi, vì vậy để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta giả thiết phụ tải luôn luôn không thay đổi và bằng phụ tải lớn nhất Do vậy thời gian dùng điện lúc này là thời gian tương đương về phương diện tiêu thụ điện năng

Với giả thiết như trên thì thời gian dùng điện ở phụ tải lớn nhất này (thường lấy bằng phụ tải tính toán) được gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất

 Tính Tmax trong một ngày:



 24

0 max max S t S(t(dt)

T

Tmax (ngày) =

max max

24 0

) (

S

t S S

dt t S

40      

Tmax (ngày) = 16,3 (giờ)

 Tính Tmax trong một năm:

Dựa vào Tmax trong một ngày ta tính được Tmax (năm) như sau:

Tmax (năm) = Tmax (ngày).365

Về phương diện kinh tế thì Tmax càng lớn đạt giá trị t càng tốt

2 Xác định thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất ( (max) )

Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất  là thời gian trong đó nếu trong đó mạng điện luôn luôn mang tải lớn nhất sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên mạng điện trong một năm

 Tính  trong một năm:

 Tmax (ngày) = 16,3 (giờ)

 Tmax (năm) = 5949,5 (giờ)

 (năm) = 6298 (giờ)

Chương III

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM

BIẾN ÁP

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Phụ tải phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, do vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một việc rất khó khăn và cũng rất quan trọng Vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ giảm tuổi thọ của các thiết bị, có khi đưa đến nổ cháy và nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn sẽ quá lớn và gây lãng phí

Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng cho phép được gọi là phụ tải tính toán không đổi tương đương với phụ tải thực tế thay đổi theo thời gian và cũng gây nên một hiệu ứng nhiệt Do đó về phương diện kỹ thuật, nếu ta chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn cho thiết bị trong các điều kiện vận hành

 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: được chia làm hai nhóm chính

 Nhóm thứ nhất:

Là nhóm dựa vào kinh nghiệm thiết kế và vận hành để tổng kết và đưa ra các hệ số tính toán Đặc điểm của phương pháp là thuận tiện nhưng chỉ cho kết quả gần đúng

 Nhóm thứ hai:

Là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng của

nhiều yếu tố Do vậy nên kết quả tính toán có chính xác hơn song việc tính toán khá phức tạp

II MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI

Việc tính toán phụ tải điện nhằm:

 Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ lưới

1000 V trở lên

 Chọn số lượng và công suất máy biến áp của trạm biến áp

 Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối

 Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

III TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CỦA TRẠM

Có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, tùy theo phương pháp mà

ta lựa chọn cách tính cho phù hợp:

 SỐ LIỆU BAN ĐẦU

 Phụ tải tổng của trạm: S= 2400 kVA

 Hệ số phân tán: Kpt=1,5

 Hệ số công suất: cos=0,8

Dựa vào hệ số phân tán (Kpt=1,5) và phụ tải tổng (S=2400kVA) của trạm ta tính được công suất biểu kiến, công suất tác dụng và công suất phản kháng

1 Công suất biểu kiến tính toán của phụ tải

Kpt

S

S tt 

5 , 1

Chương IV

CHỌN SỐ LƯỢNG – CÔNG SUẤT VÀ TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY

BIẾN ÁP

I GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP (MBA)

MBA là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện (HTĐ), tổng công suất các MBA rất lớn và bằng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Vì vậy vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều Nên người ta mong muốn chọn số lượng MBA ít và công suất nhỏ nhưng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Chọn MBA trong nhà máy phát điện và TBA là chọn loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp Mặc dù hiệu suất của MBA tương đối cao ( máy biến áp công suất lớn đạt khoảng 99,5%) nhưng tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến áp rất lớn Vì thế người ta mong muốn giảm số bậc biến áp, giảm công suất đặt của MBA và sử dụng chúng có hiệu quả hơn Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế các hệ thống điện một cách hợp lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp trong trường hợp có thể ( 110 kV trở lên, có trung tính trực tiếp nối đất), không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA, góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm nguyên liệu

Trong hệ thống điện người ta dùng các MBA 3 pha 2 cuộn và 3 pha 3 cuộn dây, hoặc dùng tổ MBA một pha nhằm để tăng hoặc giảm điện áp sao cho phù hợp với nhu cầu phụ tải

Các MBA 3 pha 2 cuộn và 3 cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong HTĐ Máy biến áp 3 cuộn dây dùng khi cần có hai cấp điện áp ra Việc đặt máy biến áp

3 cuộn dây thay cho 2 máy biến áp 2 cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích, vật liệu, vốn đầu tư đồng thời giảm được tổn hao năng lượng khi vận hành Máy biến áp 2 cuộn dây chỉ nên đặt ở trạm mà trong tương lai trạm đó không có phụ tải ở cấp điện áp hạ áp khác hoặc phụ tải cấp này nhỏ hơn (1015)% công suất của MBA

Cũng chính vì lý do kinh tế nên máy biến áp 3 pha được dùng rộng rãi trong HTĐ Giá hành của máy biến áp 3 pha nhỏ hơn khoảng (1225)%, còn tổn hao năng lượng vận hành nhỏ hơn (1215)% so với nhóm 3 máy biến áp 1 pha cùng 1 công suất

Tổ máy biến áp 1 pha chỉ dùng khi không có khả năng chế tạo máy biến áp

3 pha với công suất lớn cần thiết hoặc điều kiện chuyên chở không cho phép (ví dụ

ở vùng đồi núi)

Trong HTĐ có điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất (110500 kV) thì thường dùng MBA tự ngẫu Loại máy biến áp này ưu việt so với MBA thường Giá thành, chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ so với MBA thường có cùng công suất

Công suất định mức của máy biến áp là công suất liên tục đi qua máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nó ứng với các điều kiện tiêu chuẩn như: điện áp định mức, tần số định mức và nhiệt độ môi trường làm định mức

II NGUYÊN TẮC CHỌN CÔNG SUẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP

Khi chọn công suất định mức cho máy biến áp luôn tính đến khả năng quá tải của chúng, thông thường xét đến quá tải thường xuyên và quá tải lúc sự cố

1 Chọn theo điều kiện quá tải thường xuyên

Quá tải thường xuyên của máy biến áp là chế độ quá tải mà một phần thời gian phụ tải của máy biến áp vượt quá công suất định mức của nó, phần thời gian còn lại của chu kì khảo sát, phụ tải máy biến áp thấp hơn công suất định mức của nó Với phụ tải như vậy thì hao mòn cách điện sau một chu kì khảo sát không vượt quá hao mòn định mức, tương ứng với nhiệt độ cuộn dây bằng 980C, nhưng không vượt quá 1400C

2 Chọn theo điều kiện quá tải sự cố

Quá tải sự cố là quá tải cho phép MBA làm việc trong điều kiện sự cố khi hư hỏng một trong các máy biến áp làm việc song song mà không gây hư hỏng chúng Như vậy, trị số quá tải cho phép được quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu MBA không vượt quá giá trị cho phép để không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp theo MBA Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 1150C và đối với điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây là 1400C

Trong điều kiện sự cố, MBA được phép quá tải 40% nếu thời gian quá tải của máy không vượt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một không vượt quá 0,93

Quá tải sự cố cho phép Kcp=1,4 nên xem như một hệ số tính toán nào đó, sử dụng khi lựa chọn MBA theo điều kiện quá tải sự cố

Ngoài ra để chọn công suất máy biến áp cho trạm biến áp thì căn cứ vào các yêu cầu như:

 Nếu trạm chỉ có một máy biến áp thì chọn công suất định mức của nó trên cơ sở có xét đến khả năng quá tải thường xuyên của MBA đó

 Nếu trạm đặt hai MBA thì chọn công suất định mức của nó phải xét đến khả năng quá tải sự cố khi hỏng một trong hai MBA đó Trong điều kiện làm việc bình thường cả hai MBA điều làm việc non tải

Vậy: Dựa vào các nguyên tắc chọn công suất MBA và theo yêu cầu của đề bài là: cung cấp điện liên tục, nên ta chọn máy biến áp làm việc theo điều kiện quá tải sự cố

III CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY

Vốn đầu tư ban đầu của máy biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng máy biến áp và công suất định mức của chúng rất quan trọng

 Các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật khi chọn máy biến áp:

 An toàn, liên tục cung cấp điện

 Vốn đầu tư ít nhất

 Chi phí vận hành hằng năm bé nhất

 Tiêu tốn kim loại màu bé nhất

 Số lượng MBA không nên chọn quá 2 để đơn giản trong vận hành

 Nên chọn cùng một chủng loại và dung lượng MBA để đơn giản trong lắp đặt và dự phòng

 Đối với hộ loại 1 nếu lấy điện từ thanh góp hạ áp của cùng một trạm thì số lượng MBA trong trạm đó được chọn là 2

Vậy:

Để chọn số lượng máy biếp áp ta phải dựa vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải Với yêu cầu phụ tải cung cấp liên tục nên ta chọn hai máy biến áp có cùng công suất và vận hành song song, để phòng khi một trong hai máy biến áp vận hành song song này bị hư hỏng thì một máy còn lại vẫn hoạt động được

Do đó hai máy biếp áp vận hành song song được đặt theo sơ đồ sau:

IV CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP

Trong điều kiện sự cố cho phép Kcp=1.4, nên ta xem như một số tính toán nào đó khi sử dụng lựa chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố

Với trạm cung cấp điện liên tục ta chọn hai máy có cùng công suất:

SdmBA

4 , 1

1600 4

,

1 

 tt dmBA

S S

22kV

0.4kV

SdmBA = 1142,86 (kVA) Từ kết quả tính được chọn công suất của máy biến áp:

SdmBA = 1250 (kVA) Tra số liệu của máy biến áp, chọn:

SdmBA = 1250 (kVA)

Chọn 2 máy biến áp phân phối ba pha kiểu ONAN – 1250 của công ty thiết

bị điện với:

 Các thông số:

 Công suất: 1250 kVA

 Điện áp: 22  2x2.5%/0,4 kV

 Dòng điện: 32,8/1804,3 A

 Tần số: 50 Hz

 Tổ đấu dây: Dyn – 11

 Đặc điểm kỹ thuật chủ yếu:

 Chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 76 và TCVN 1984 – 1994, TCVN

1985 – 1994

 Sử dụng trong nhà và ngoài trời

 Điều chỉnh điện áp: 22 2x2.5% kV

 Làm nguội bằng không khí và dầu tuần hoàn tự nhiên

 Chế độ làm việc: liên tục

 Kích thước chủ yếu:

 Trọng lượng tổng :3478 kg

* Trọng lượng ruột dầu : 635 kg

* Trọng lượng ruột máy : 2123 kg

 Thông số kỹ thuật:

* Điện áp ngắn mạch :Un % = 6%

* Tổn hao ngắn mạch: Pn =14000(w)

* Tổn hao không tải : Po = 1800(w)

* Dòng điện không tải : Io% = 1.5%

V TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP

1 Sơ đồ thay thế: (các thông số thứ cấp ta qui về sơ cấp)

2 Dựa vào số liệu của máy biến áp như : Pn , Un % , Po , Io% ta tính được :

a Điện trở của máy biến áp

3 2

2

2 2

10 ] [

] [ ].

[

KVA S

KV U KV P R

dm

dm n

B





3 2

2

10 1250

22 14

] [

%

2

2 2







kVA S

kV U U X

dmBA

dm N

B

10 1250

22 6

* Pn : Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

* Un % : Trị số tương đối của điện áp

* XB : Điện kháng của máy biến áp

* Sđm : Công suất định mức của máy biến áp

* Uđm : Điện áp định mức của máy biến áp

Kết luận :

Theo yêu cầu và số liệu ban đầu đề bài cho, chọn hai máy biến áp phân phối ba pha kiểu ONAN-1250 của công ty thiết bị điện có :

* Công suất : Sđm = 1250 kVA

* Điện trở của MBA : RB = 4.33 ()

* Điện kháng của MBA : XB = 23,23 ()

* Điện áp ngắn mạch : Un % = 6%

* Tổn hao ngắn mạch : Pn = 14.000 W

* Tổn hao không tải : Po =1800 W

* Dòng điện không tải: Io % = 1,5%

Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai phần : tổn thất sắt và tổn thất đồng

* Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải, khi phụ tải bằng công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất ngắn mạch

* Tổn thất sắt bao gồm tổn hao từ trễ của thép làm mạch từ và tổn hao dòng điện xoáy trong lõi thép Tổn thất sắt phụ thuộc vào mật độ thông và tần số thay đổi từ thông trong mạch, không phụ thuộc vào dòng điện, không thay đổi theo phụ tải và lớn bằng nhau dù chạy không tải hay đủ tải

Nếu trạm biến áp có hai máy vận hành song song thì:

* Tổn thất không tải hằng năm được xác định theo số giờ làm việc t của chúng trong năm

* Tổn thất phụ có tải được xác định theo thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất , nó là hàm số của thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất Tmax và cos theo đồ thị phụ tải hằng năm

Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác định theo công thức sau:

2 max

dm

pt n B

S

S P t P

  là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, giờ : được cho bởi bảng

Nếu có n máy biến áp làm việc song song thì :



.

.

1

S

S P n t P n A

Vậy:

Tổn thất điện năng trong trạm được xác định như sau :

6298 ) 1250

1600 (

14 2

1 8760 8 , 1

1 Điện năng cung cấp hằng năm

Điện năng cung cấp hằng năm phụ thuộc vào công suất tác dụng tính toán và thời gian tiêu thụ công suất lớn nhất

Có thể tính điện năng cung cấp hằng năm theo công thức sau :

A = Ptt Tmax [kW]

Ơû đây:

 Ptt : Là phụ tải tính toán [kW]

 Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất [giờ]

Với:

Ptt = 1280 kW

Tmax = 5949,5(kWh)

2 Phần trăm tổn thất điện năng hằng năm của trạm

Phần trăm tổn thất điện năng phụ thuộc vào điện năng cung cấp hàng năm và tổn thất điện năng trong trạm

100

5,103766

% 

A

% 36 , 1

Chương VI

SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP

VÀ TÍNH CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP

I SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP LÚC PHỤ TẢI MIN, MAX VÀ SỰ CỐ

Tổn thất điện áp (sụt áp) của máy biến áp được tính theo công thức :

. . [V]

U

X Q R P U

* P: Công suất tác dụng, [kW]

* Q: Công suất phản kháng, [kVAR]

* RB : Điện trở của máy biến áp, []

* XB : Điện kháng của máy biến áp, []

* Udm: Điện áp định mức, [kV]

1 SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP LÚC PHỤ TẢI BÌNH THƯỜNG

a Lúc phụ tải cực đại

* Công suất biểu kiến khi phụ tải cực đại: SMAX = Stt

Gọi:

* P1: Là công suất tác dụng của MBA lúc tải lớn nhất:

] [ 2 2

cos

640 2

sin

1

tt

tt Q S

480 2

B

X Q R P



 1 1 1

1 

b Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải cực tiểu

* Công suất biểu kiến khi phụ tải nhỏ nhất:

Smin = % Smin Stt [kVA]

Gọi:

* P2 : Là công suất tác dụng qua một MBA khi tải cực tiểu:

2

cos

min 2



S

256 2

8 , 0 640

min 2



S

192 2

6 , 0 640

B

X Q R P

2 

2 SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP LÚC GẶP SỰ CỐ

a Tổn thất điện áp qua máy biến áp lúc sự cố khi tải cực đại

B

U

X Q R P

U 1( )  1( ).  1( ).

22

23 , 23 960 33 , 4 1280

) ( 1





56 , 1265

) (

P2(sc) = 640 0,8 = 512 [kW]

* Q2(sc) : Là công suất phản kháng cực tiểu khi gặp dự cố

Q2(sc) = Smin sin ][kVAR]

Q2(sc) = 640 0,6 = 384 [kVAR]

Sụt áp qua một MBA khi tải nhỏ nhất lúc gặp sự cố

dm

B sc B sc sc

B

U

X Q R P

U 2( )  2( ).  2( ).

22

23 , 23 384 33 , 4 512

) ( 2

) (

2 

II CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP

* Công thức tính điện áp đầu phân áp:

] [ ]

[

] [ ]

[

0 2

.

kV U

kV U kV U