luận văn về tính tổn công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh CHƯƠNG TÍNH TỔN CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁPn+thất+công+suất+trong+máy+biến+áp.htm' target='_blank' alt='tổn thất công suất trong máy biến áp' title='tổn thất công suất trong máy biến áp'>TRONG MÁY BIẾN ÁP 5.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải(tổn thất sắt) và tổn thất có tải(tổn thất đồng). Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo các công thức sau: ) S S (PΔPΔPΔ đm pt NOB += 2 (5-1) ) đm pt NOB S S (QΔQΔQΔ += 2 (5-2) Ở đây: NO PΔ,PΔ là tổn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến áp, cho trong lý lòch của máy, kW; NO QΔ,QΔ là tổn thất công suất phản kháng không tải và ngắn mạch của máy biến áp, kVAr; đmpt S,S là phụ tải toàn phần(thường lấy bằng phụ tải tính toán Spt) và dung lượng đònh mức của máy biến áp, kVA. Các tổn thất 0 QΔ và N QΔ ø được tính theo công thức sau: ;kVAr, 100 i%.S QΔ dm 0 = (5-3) kVAr;, 100 %.SU QΔ dmN N = (5-4) Ở đây: i% là giá trò tương đối của dòng điện không tải,cho trong lý lòch máy; %U N làgiá trò tương đối của điện áp ngắn mạch cho trong lý lòch máy. Trong trường hợp tính toán sơ bộ ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây: dmB 0,025).S(0,02PΔ ÷= (5-5) dmB 0,125).S(0,105QΔ ÷= (5-6) Các công thức trên được dùng cho máy biến áp có 5,5%U7,5i%1000kVA,S Ndm =÷=≤ 5.2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp: Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác đònh theo công thức sau: τ . 2 += dm pt N0B S S PΔtPΔAΔ (5-7) Ở đây: N0 PΔ,PΔ là tồn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến áp,cho trong lý lòch máy,kW; dmpt S,S là phụ tải toàn phần(thường lấy bằng phụ tải tính toán( tt S ) và dung lượng đònh mức của máy biến áp.kVA, Trạm Biến p Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh - t là thời gian vận hành thực tế của máy biến áp,h.Bình thường máy biến áp được đóng điện suốt một năm nên lấy t=8760h; - τ là thời gian tổn thất công suất lớn nhất,h: được cho bởi bảng 5-8 Trong trường hợp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song trong một trạm thì tổn thất điện năng của máy biến áp trong trạm đó là: τ . 2 dm pt N0B S S PΔ n 1 tnΔΔAΔ += (5-9) Bảng 5 - 8 Thời gian tổn thất công suất lớn nhất, τ T max ,h τ , h Cos ϕ tb 1 0,8 0,6 2000 800 - - 2500 1000 - - 3000 1300 2000 2700 3500 1600 2150 3000 4000 2000 2750 3400 4500 2500 3300 3750 5000 2900 3650 4150 5500 3500 4150 4600 6000 4200 4600 5000 6500 5000 5300 5500 7000 5700 5900 6100 7500 6600 6050 6700 8000 7900 7400 7400 8760 8760 8760 8760 5.3.Điện năng tiêu thụ trong một năm Điện năng tiêu thụ trong một năm của máy biến áp được tính theo công thức sau: kWh.TPA max,tt = (5-10) Ở đây: - tt P là phụ tải tính toán,kW; - T max là thời gian sử dụng công suất lớn nhất,h. Thời gian T max phụ thuộc vào số ca làm việc trong một ngày đêm và đặc trưng của qúa trình sản xuất.Giá trò T max của một số xí nghiệp điển hình được cho bởi bảng 5-11 Bảng 5-11.Thời gian T max của một số xí nghiệp Xí nghiệp Hệ số T max ,h Nhu cầu nc K tb cos ϕ Xí nghiệp hóa chất 0,35 0,7 6200 Trạm Biến p Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh Xí nghiêp lọc dầu 0,35 0,8 7100 Chế tạo máy cỡ nặng 0,22 0,62 3770 Chế tạo máy công cụ 0,23 0,65 4345 Cơ khí sửa chữa 0,22 0,63 4140 Sữa chữa ôtô 0,20 0,76 4370 Chế tạo đồ điện 0,31 0,64 4280 Trong trường hợp không có liệu chính xác ta có thể lấy gần đúng như sau: Làm việc 1 ca 3000h2500T max ÷= Làm việc 2 ca 5000h4500T max ÷= Làm việc 3 ca 7000h6500T max ÷= 5.4. Vận hành trạm biến áp Khi thiết kế trạm biến áp và các thiết bò phân phối trong trạm,ngoài việc thõa mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật,còn cần chú ý đến vấn đề thuận tiện ,an toàn trong vận hành và liên tục cung cấp điện Để đảm bảo trạm vận hành an toàn và tin cậy cần phải tuân thủû một số nguyên tắc chung sau : 1.Tuân thủ chặt chẽ trình tự thao tác: Đối với trạm biến áp cần tuân thủ các thao tác: a. Khi bắt đầu cung cấp điện - Đóng các dao cách ly của đường dây vào trạm (phía cao áp).Đóng thiết bò chống sét.Đóng dao cách ly phân đoạn thanh cái cao áp và hạ áp. - Đóng máy cắt cao áp của đường dây vào trạm. - Đóng máy cắt cao áp của máy biến áp - Đóng máy cắt phía hạ áp - Tùy theo yêu cầu của phụ tải đóng các máy cắt cung cấp cho từng tải b. Khi ngừng cung cấp điện. - Cắt các máy cắt của các đường dây phụ tải - Cắt các máy cắt phía hạ áp của máy biến áp Nói chung trình tự thao tác ngược lại từ dưới lên. Để đảm bảo an toàn,tránh nhầm lẫn gây sự cố nguy hiểm,mỗi lần đóng cắt phải có phiếu thao tác ghi rõ trình tự đóng cắt từng phần tử thiết bò điện. 2.Kiễm tra Phải có chế độ kiễm tra thường xuyên và kiểm tra đònh kỳ. Thường xuyên kiểm tra phụ tải của máy biến áp; đối với máy biến áp va øcác máy cắt dầu phải có chế độ kiểm nghiệm đònh kỳ chất cách điện. Thực hiện đầy đủ chế độ kiểm tra sẽ sớm phát hiện những chổ hư hỏng và kòp thời sữa chữa,ngăn chặn sự cố có thể xảy ra(đặc biệt là các thiết bò đóng cắt vàbảo vệ)ä. 3.Vận hành kinh tế máp biến áp Vận hành kinh tế máy biến áp là phương thức vận hành thế nào để đạt được tổn thất công suất trong máy biến áp là ít nhất.Do đó chi phí vận hành và tổn thất điện năng là ít nhất.Vấn đề đặt ra chỉ có ý nghóa khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên. Trạm có hai máy biến áp .Cần xét nên cho hai máy vận hành theo quy luật thế nào để đạt hiệu qủa kinh tế nhất. Biết rằng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp(kể cả thành phần do công suất phản kháng gây ra) được tính như sau: Trạm Biến p Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh 2 += dm N ' 0 ' B ' S S PΔPΔPΔ ; Ở đây: 0 QΔkPΔPΔ kt0 0 ' += NktN N ' QΔkPΔPΔ += - kt k là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng. Từ biểu thức (5-1) ta thấy rằng tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai thành phần: - Thành phần không có quan hệ với phụ tải 0 ' PΔa = - Thành phần tỷ lệ với phụ tải 2 dm 2 N ' S S PΔ b = Vậy: 2 B ' bSaPΔ += Đưởng cong biểu diễn quan hệ ( ) SfPΔ B ' = là một đường parabol (hình 5-12) Từ hình 5-12,Đường nét đứt là đường vận hành với tổn thất công suất ít nhất. Như vậy: - Khi 1 SS ≤ nên cho một mình máy biến áp 1 làm việc - Khi S 1 < S < S 2 nên cho một mình máy biến áp 2 làm việc - Khi 2 SS ≥ nên cho hai máy vận hành song song Hình 5-12 .Đường cong ( ) SfPΔ B ' = của máy biến áp 1 và 2: 1.đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1;2. đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 2; 3 đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1 và2 vận hành song song. Nếu trạm có n máy biến áp có tham số giống nhau thì biểu thức sau cho phép tính trò số phụ tải bắt đầu từ đó nên chuyển từ việc vận hành một máy sang vận hành n máy để có lợi về mặt kinh tế. Trạm Biến p S 1 S 2 S k v a 1 2 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh ( ) N ' 0 ' dm PΔ PΔ 1nnSS −= Cần chú ý là trong thực tế phụ tải có thể luôn luôn biến đổi (hình5-13). Hình 5-13.Đồ thò phụ tải hằng ngày: 1.trước khi điều chỉnh phụ tải.2.sau khi điều chỉnh phụ tải. Nếu muốn vận hành máy biến áp kinh tế theo những trình bày ở trên thì trong thời gian: • Từ 0 đến t 1 : Cho máy biến áp 1 vận hành; • Từ t 1 đến t 2 : Cho máy biến áp 2 vận hành; • Từ t 2 đến t 3 :Cho hai máy biến áp vận hành song song .Trong thực tế để vận hành kinh tế trạm biến áp người ta sắp xếp lòch làm việc của các máy,điều chỉnh lại để có đồ thò phụ tải tương đối bằng phẳng.Sau khi điều chỉnh đồ thò phụ tải như vậy chúng ta mới căn cứ vào trò số phụ tải để cho các máy biến áp vận hành phù hợp với điều kiện kinh tế(Tránh việc đóng cắt thường xuyên máy biến áp vì điều này ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bò) Ví dụ ở hình 5-13 sau khi điều chỉnh phụ tải phương thức vận hành có thể như sau: • Từ t 5 đến t 1 : Cho máy biến áp 1 vận hành; • Từ t 1 đến t 3 vàt 4 đến t 5 : Cho hai máy biến áp vận hành; • Từ t 3 đến t 4 : Cho hai máy vận hành song song; Trạm Biến p Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh 5.5. Nhu cầu vận hành song song các máy biến áp Nhu cầu vận hành song song hai hoặc nhiều hơn các máy biến áp xảy ra khi: - Tải phát triển,vượt qúa khả năng của một máy biến áp hiện có; - Thiếu không gian (độ cao) cho một máy biến áp lớn; - Tăng cường độ tin cậy (khả năng hư cùng lúc hai máy biến áp rất nhỏ); - Sự tuân theo kích cở chuẩn của máy biến áp trong toàn mạng điện. Công suất tổng (kVA) Khi hai hoặc nhiều máy biến áp cùng công suất đònh mức (kVA) nối song song,thì bằng tổng công suất đònh mức của từng máy với điều kiện cần thiết là các máy biến áp này có cùng điện áp ngắn mạch và cùng tỷ số biến áp. Các máy biến áp có công suất đònh mức khác nhau sẽ chia tải thực tế(nhưng điều này không hoàn toàn chính xác)tỷ lệ với công suất đònh mức của chúng.Điều kiện vận hành song song bây giờ là tỷ số biến áp giống nhau và tổng trở ngắn mạch phần trăm là đồng nhất hoặc gần giống nhau. Trong trường hợp này, công suất đònh mức được tính %90 ≥ tổng hai trò số công suất đònh mức Người ta khuyến cáo rằng khi các máy biến áp có tỷ số các công suất đònh mức lớn hơn 2:1,không nên vận hành song song thường xuyên. Các điều kiện cần thiết để vận hành song song Tất cả các phần tử vận hành song song phải được cấp nguồn từ một lưới chung. Dòng không cân bằng(không thể tránh được) chạy quẩn giữa các phía thứ cấp của các máy biến áp song song là rất bé và có thể bỏ qua được khi: + cáp nối từ thứ cấp máy biến áp tới điểm nối chung của mạch song song phải cùng loại và có chiều dài gần bằng nhau; + tổ đấu dây (sao,tam giác,sao kiểu zigzag) trong các máy biến áp phải có cùng sự biến đổi pha giữa cuộn dây sơ và thứ; - điện áp ngắn mạch phần trăm phải bằng nhau hoặc khác nhau ít hơn 10%; - sự khác nhau về trò số điện áp giữa các pha tương ứng không được vượt qúa 0,4%… Các kiểu đầu dây thông thường Như đã mô tả trong mục 4.4 “các kiểu đấu dây”,mối quan hệ giữa các cuộn dây sơ,thứ và cuộn thứ ba phụ thuộc vào: - loại đấu dây(sao,tam giác,sao kiểu zigzag); - cách nối các cuộn dây pha. Ví dụ khi nối kiểu sao sẽ cho ra điện áp ngược 180o với các điện áp tạo ra nếu đấu sao ở chiều ngược lại.Tương tự như vậy,độ lệch góc pha 180o sẽ xảy ra trong hai trường hợp khi nối các cuộn dây vào điện áp dây cho kiểu nối dây tam giác,trong khi đó kiểu zigzag có thể thực hiện theo 4 cách phối hợp với nhau; - góc lệch pha của àp thứ cấp so với phía sơ cấp như đã nói trên luôn bằng một bội số của 30o ,phụ thuộc vào cách nối dây và cách nối cực tính của các cuộn dây pha.Cách nối thông dụng nhất đối với máy biến áp phân phối là Dyn-11. Trạm Biến p Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh Trạm Biến p . 2000 2 750 3400 450 0 250 0 3300 3 750 50 00 2900 3 650 4 150 55 00 350 0 4 150 4600 6000 4200 4600 50 00 650 0 50 00 53 00 55 00 7000 57 00 59 00 6100 750 0 6600 6 050 6700. dmB 0,0 25) .S(0,02PΔ ÷= (5- 5) dmB 0,1 25) .S(0,105QΔ ÷= (5- 6) Các công thức trên được dùng cho máy biến áp có 5, 5%U7,5i%1000kVA,S Ndm =÷=≤ 5. 2. Tổn