chuong5_-_may_bien_ap.doc

Trong maùy bieán aùp thoâng thöôøng, cuoän sô caáp U1 vaø cuoän thöù caáp U2 laø 2 cuoän rieâng bieät ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau, quaù trình truyeàn taûi ñieän naêng töø sô caáp sang th[r]

CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

5-1 KHÁI NIỆM

Máy biến áp ( MBA ) thiết bị truyền tải điện từ điện áp đến điện áp khác Điện sản xuất từ nhà máy điện truyền tải đến hộ tiêu thụ xa phải qua đường dây cao 110, 220, 500KV…, thường qua máy biến áp tăng từ điện áp máy phát (Umf) lên điện áp tương ứng, cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm điện áp thích hợp với mạng phân phối ví dụ 22, 15, 0,4KV…

Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm đưa điện từ máy phát điện đến hộ tiêu thụ Cho nên tổng công suất máy biến áp hệ thống điện đến lần tổng công suất máy phát điện

SB = (45) SB

Cho nên hiệu suất máy biến áp tương đối cao, tổn thất qua máy biến áp (AB) năm lớn

5-1-1 Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý đặc điểm sau đây:

- Máy biến áp thiết bị không phát điện mà truyền tải điện , hệ thống điện có máy phát điện phát công suất tác dụng P công suất phản kháng Q , ( tụ điện phát công suất phản kháng Q ) - Máy biến áp thường chế tạo thành khối nhà máy, phần tháo rời chuyên chở chiếm tỉ lệ nhỏ (khoảng 10%), trọng lượng kích thước chuyên chở lớn Ví dụ máy biến áp hai cuộn dây 115/38,5KV, công suất 80MVA trọng lượng tổng 105 phần cần chuyên chở tách rời 91,5 dài 7,4m, rộng 5,3m, cao 6,8m Vì sử dụng cần ý phương tiện khả chuyên chở xây lắp

- Công nghệ chế tạo ( chủ yếu vật liệu cách điện thép tư ø) tiến nhanh, máy biến áp chế tạo sau kích thước, trọng lượng giá thành bé Cho nên chọn công suất máy biến áp cần tính đến khả tận dụng tối đa (xét khả tải cho phép) tránh vận hành non tải MBA đưa đến tổn hao không tải lớn , kéo dài thời gian sử dụng ( tuổi thọï) không cần thiết

- Công suất định mức máy biến áp chế tạo theo thang tiêu chuẩn nước, thường cách lớn, công suất lớn Điều đưa đến tính tốn khơng xác phải chọn máy biến áp có cơng suất lớn khơng cần thiết Ví dụ khơng chọn máy biến áp 125MVA phải chọn 200 MVA

- Khi chọn công suất máy biến áp phải ý đến khả phát triển phụ tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay đặt thêm máy phụ tải tăng Điều cần cân nhắc khoa học thực tế chọn cơng suất tối ưu thỏa mãn tất điều nêu

- Máy biến áp có nhiều loại:

- Máy biến áp pha, ba pha

- Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây - Máy biến áp có cuộn dây phân chia - Máy biến áp tự ngẫu pha, ba pha - Máy biến áp tăng, máy biến áp hạ

- Máy biến áp có khơng có điều chỉnh tải

- Máy biến áp lại nhiều nước chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, điều kiện làm việc khác cần ý

5-1-2 Hệ thống làm lạnh máy biến aùp

Có nhiều phương pháp làm lạnh MBA , phương pháp làm lạnh yêu cầu điều kiện vận hành định, không thực qui định làm tăng nhiệt độ máy biến áp đưa đến giảm tuổi thọ, chí đưa đến cháy máy biến áp

- Làm mát máy biến áp phương pháp làm lạnh dầu theo qui luật tự nhiên: Dầu máy biến áp nóng bốc lên cao truyền cánh làm mát , nhiệt lượng tản môi trường xung quanh giảm nhiệt độ chạy phía vào máy biến áp

Công suất loại thường không lớn khoảng 16 MVA trở lại Yêu cầu lắp đặt phải thống có khơng khí xung quanh thơng thống tốt (trong nhà, trời)

- Làm mát máy biến áp dầu tự nhiên có thêm quạt để tăng cường khả trao đổi nhiệt tản nhiệt Nhờ có quạt nên nhiệt độ vỏ dầu máy biến áp giảm tăng cơng suất MBA Yêu cầu vận hành với công suất lớn 30% cơng suất định mức phải đóng tất quạt thơng gió

Dầu khơng phải chuyển vận tự nhiên mà nhờ vào bơm dầu tuần hoàn tạo tốc độ chuyển vận nhanh điều kiện tản nhiệt tốt hơn, chế tạo đến cơng suất định mức 80 MVA

- Làm mát dầu nước

Dầu máy biến áp bơm tuần hoàn cưỡng chuyển vận vào phận làm mát , bên ngồi ống dẫn có hệ thống nước bơm nước cung cấp dẫn nhiệt lượng môi trường khác Hệ thống làm mát phức tạp sử dụng công suất định mức lớn

Trong tất máy biến áp dầu đồng thời cách điện tham gia vào việc làm mát máy biến áp

Hình 5-1 trình bày nguyên lý hệ thống làm lạnh máy biến áp dầu cưỡng có quạt thổi tăng cường

Hình 5-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm lạnh MBA dầu cưỡng có tăng cường quạt thổi

1) thùng dầu ; 2)bơm dầu ; 3) hút ẩm ; 4) phận làm lạnh ; 5) quạt thổi - Làm lạnh kiểu khô

Khi công suất máy biến áp nhỏ, điện áp nhỏ máy biến áp cách điện vật liệu đơn giản không cần dùng dầu, tản nhiệt đối lưu khơng khí có thêm quạt tăng cường Giá thành loại thường đắt làm lạnh dùng dầu máy biến áp gọn sử dụng tiện lợi

Máy biến áp khô chế tạo với công suất định mức đến 1600 kVA điện áp đến 22 kV , độ tăng nhiệt độ cho phép so với môi trường xung quanh phụ thuộc vào vật liệu cách điện :

5-1-3 Các thông số định mức máy biến áp

- Công suất định mức: công suất liên tục truyền qua máy biến áp thời hạn phục vụ (tuổi thọ) ứng với điều kiện tiêu chuẩn nhà chế tạo qui định điện áp định mức, tần số định mức đặc biệt nhiệt độ môi trường làm mát

Ví dụ máy biến áp Nga chế tạo có qui định: - Nhiệt độ môi trường xung quanh +200C

- Độ tăng nhiệt cuộn dây so với môi trường xung quanh +650C.

- Độ tăng nhiệt lớp dầu mặt so với môi trường xung quanh với máy biến áp có hệ thống làm lạnh tự nhiên có quạt +550C Với máy biến áp có hệ thống làm lạnh cưỡng +400C Do vận hành phải đảm bảo các qui định máy biến áp vận hành theo công suất định mức đảm bảo tuổi thọ theo qui định

Phụ thuộc vào điều kiện môi trường tuổi thọ yêu cầu công suất định mức máy biến áp thay đổi, nhiên không đươcï điều kiện giới hạn nhiệt độ vật liệu dẫn điện vật liệu cách điện máy biến áp với máy biến áp +980C.

- Khả tải máy biến áp:

Thực tế vận hành thường khơng thể có mơi trường xung quanh qui định, phụ tải qua máy biến áp không giữ số định mức mà thay đổi phần lớn thời gian thấp định mức, tuổi thọ máy biến áp bị kéo dài Chú ý kéo dài tuổi thọ lúc tốt khơng kịp thời thay máy biến áp Với tiến công nghệ chế tạo nay, máy biến áp thiết bị khác luôn cải tiến kích thước, trọng lượng , tổn hao máy biến áp giá thành ngày hạ Để tận dụng khả tải máy biến áp , có thời gian cho phép vận hành với cơng suất lớn định mức gọi tải máy biến áp Svận hành/Sđịnh mức = Kqt: Hệ số q tải

5-2 TÍNH TỐN PHÁT NÓNG MÁY BIẾN ÁP Khi vận hành , máy biến áp có tổn thất sau :

- Tổn thất đồng ( cuộn dây dẫn điện ) : Pđ - tỉ lệ với bình phương

của dòng điện

Δpđ=I2R=

(

S

√

3U

)

R=f(S2)

- Tổn hao thép mạch từ : Pth - tỉ lệ với khối lượng mạch từ đại

lượng không đổi tổn thất không tải P0

Tất tổn thất điều biến thành nhiệt , phần đốt nóng làm tăng nhiệt độ phận máy biến áp , phần tỏa môi trường xung quanh Hiệu số nhiệt độ phần khác , so với môi trường xung quanh gọi độ tăng nhiệt ký hiệu 

Ví dụ

- Độ tăng nhiệt cuộn dây so với khơng khí xung quanh: cd = cd - kk

- Độ tăng nhiệt cuộn dây so với mạch từ: cd – th

cd – th = cd - th

- Độ tăng nhiệt lõi thép so với dầu th – d

th – d = th - d

Quan sát vận hành máy biến áp vẽ phân bố nhiệt độ tương đối máy biến áp hình 5-2

- Khoảng từ 1-2: Biểu thị thay đổi nhiệt độ cuộn Sự thay đổi thường vài độ - Khoảng từ –3: Biểu thị thay đổi nhiệt độ

giữa cuộn dây so với lớp dầu Nhiệt độ cuộn dây Quan hệ độ tăng nhiệt truyền qua dầu chủ yếu hình thức đối lưu phần MBA

và truyền nhiệt Khoảng chiếm từ 20 – 30% độ tăng nhiệt tổng cuộn dây so với khơng khí

- Khoảng từ – 4: thay đổi nhiệt độ dầu , vài độ nghĩa nhiệt độ dầu máy biến áp không chênh lệch nhiều

- Khoảng từ – 5: Biểu thị thay đổi nhiệt độ lớp dầu so với thùng máy biến áp

- Khoảng từ –6: Biểu thị thay đổi nhiệt độ phần vỏ thùng máy biến áp

- Khoảng từ –7: Biểu thị thay đổi nhiệt độ vỏ thùng máy biến áp so với môi trường xung quanh , phần chiếm từ 60 –70% độ tăng nhiệt tổng

1 : Nhiệt độ chỗ nóng cuộn dây 7 Nhiệt độ môi trường xung quanh

cd =1 - 7

Từ đồ thị thấy có khoảng từ –3 –7 chiếm đến 80 – 90% độ tăng nhiệt tổng , muốn giảm nhiệt độ cuộn dây vận hành chủ yếu giảm nhiệt độ từ –3 – Giảm độ tăng độ từ – phần bên máy biến áp nhà chế tạo thiết kế tính tốn Cịn giảm độ tăng nhiệt từ –7

là phần bên máy biến áp vận hành, xây lắp, thực , chủ yếu thiết bị làm mát định Nhiệt độ mơi trường xung quanh có ảnh hưởng đến nhiệt độ máy biến áp vận hành

Cũng từ đặc tính nhận thấy nhiệt độ máy biến áp tăng dần theo chiều cao máy biến áp từ mạch từ khơng khí xung quanh biểu diễn hình -3

h h

B D E

1

35 55 75 95 C  A C 

Hình 5-3. Quan hệ nhiệt độ phần MBA theo chiều cao 1) cuộn dây ; 2) mạch từ ; 3) võ thùng ; 4) dầu. Từø đồ thị hình -3 nhận thấy:

- Vùng nóng máy biến áp vùng có độ cao 2/3 chiều cao máy biến áp

- Điểm nóng máy biến áp lớp dây máy biến áp - Phía nhiệt độ cuộn dây cao nhiệt độ mạch từ cịn phía nhiệt độ mạch từ cao

Quạt biện pháp làm lạnh đặt độ cao 2/3H hiệu

5-2-1 Tính tốn độ tăng nhiệt dây cd độ tăng nhiệt dầu d khi

vận hành ổn định với công suất khác với công suất định mức (S  Sđm)

Các biểu diễn điều vẽ có cơng suất vận hành cơng suất định mức Nhưng thực tế thường vận hành với S  Sđm

- Khi vận hành với S = Sđm điều kiện môi trường xung quanh định mức tổn thất máy biến áp tổn thất định mức nghĩa

ΔPB=ΔP0+ΔPN

(

S

Sñm

)

=ΔP0+ΔPNK2

¿ΔP0

[

1+ ΔPN

ΔP0 K

]

=ΔP0

(

1+b.K2

)

Trong đó: P0 : tổn thất khơng tải PN: tổn thất ngắn mạch

b=ΔPN

ΔP0 : Thường chế tạo từ - S: Công suất vận hành

Sđm: công suất định mức máy biến áp K= S

Sđm : hệ số tải máy biến áp

 Độ tăng nhiệt dầu  xác định theo biểu thức

θd=θd.ñm

(

1

+bK2

1+b

)

m

Trong đó: d.đm: độ tăng nhiệt dầu vận hành với Sđm

m : hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh xác định thực nghiệm

m = 0,8 : Với hệ thống làm lạnh dầu tự nhiên m = 0,9 : Khi có thêm quạt

m = : Khi làm lạnh cưỡng co thêm quạt

 Độ tăng nhiệt độ cuộn dây so với dầu cd xác định theo biểu thức cd = cd.đm K2n

Trong cd = cd - d

cd.đm độ tăng nhiệt cuộn dây so với dầu S = Sđm

Do độ tăng nhiệt cuộn dây so với khơng khí xung quanh cd xác

định sau:

θcd=Δθcd+θd=θdđm

(

1+bK

1+b

)

m

+ΔθcdñmK2n

Nhiệt độ cuộn dây cd cd = cd + kk

kk : nhiệt độ khơng khí xung quanh

n: Hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh, tính gần lấy m

Trên hình -4 biểu diễn trị số nhiệt độ  theo K hệ thống làm lạnh

100

d 50

cd

K 0,5 1,5

Hình 5-4 Quan hệ θcd =f (K) ∆θcd = f (K) chế độ ổn định Đường nét liền θcd ; Đường nét đứt cd ;1-Hệ thống làm lạnh tự nhiên (m = 0,8); 2- Có thêm quạt (m = 0,9) ; - Cưỡng có quạt (m = 1) 5-2-2 Tính tốn phát nóng máy biến áp chế độ độ

Thực tế thường vận hành máy biến áp với đồ thị phụ tải hình bậc thang phụ tải thay đổi từ Ki đến Ki+1 Khi phụ tải thay đổi tức thời trình biến đổi nhiệt độ máy biến áp thực tức thời mà phải qua trình độ Một cách gần đơn giản ta xem máy biến áp vật thể đồng nhất, trình tính tốn theo phương trình phát nóng biết chương trước:

Pdt = C.G.d +.F..dt Trong

P : Nhiệt lượng phát đơn vị thời gian

C : Tỉ nhiệt

 : số tản nhiệt

F : Diện tích tản nhiệt

T : thời gian phát nóng tản nhiệt

 : Độ tăng nhiệt vật đốt nóng so với mơi trường xung quanh

đơn vị thời gian Như

Pdt : nhiệt lượng phát thời gian dt

C.G.d : nhiệt lượng đốt nóng làm vật tăng nhiệt độ d

.F..dt : nhiệt lượng tỏa môi trường xung quanh thời gian dt

Khi trình độ kết thúc tức nhiệt độ đạt đền nhiệt độ ổn định

øôđ độ tăng nhiệt ổn định ơđ.do d = , phương trình có dạng : Pdt = .F..dt

Khi biến thiên đột ngột từ Ki đến Ki+1 xem tản nhiệt môi trường xung quanh không đáng kể (.F..dt =0) bỏ qua phương trình có dạng :

Pdt = C.G.d

Do

θ=

∫

θ1

θ2

dθ= Δp

CG

∫

0 t

dt

Kí hiệu



= C.G /F số thời gian phát nóng thay trị tính

trên vào phương trình bản, phương trình viết dạng ΔP

βF dt= C.G

βF dθ+θdt ôđ dt =



d + dt

Giải phương trình vi phân kết (ôđ -) = Me- t/

Trong M số tích phân xác định theo điều kiện ban đầu t = , lúc độ tăng nhiệt độ tăng nhiệt ban đầu 0 kết qua û:

M = ôđ - 0

Do  = ôđ - (ôđ - 0 ) e- t /

Hoặc  = 0 + (ôđ - 0 )(1 - e- t / )

Nhà máy chế tạo MBA thí nghiệm xác định trị số  Trị số phụ thuộc vào

công suất định mức MBA hệ thống làm lạnh cho bảng -1

Bảng 5-1 Công suất định mức MBA

(MVA) Hệ thống làm lạnh



(giờ) Từ 0,001 đến Tự nhiên 2,5  đến 6,3 Tự nhiên 3,5

 6,3 đến 32 Có thêm quạt 2,5

 32 đến 63 Có thêm quạt 3,5

Từ 100 đến 125 Tuần hoàn cưỡng 2,5  125 Tuần hồn cưỡng có quạt 3,5

Với MBA để đạt nhiệt độ ổn định thời gian làm việc T= (45) > 10

5-2-3 Tính tốn máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải bậc thang Phụ tải bậc thang tức có nhiều bậc,

K%

K2

mỗi mức phụ tải vận hành thời gian Ti Thường thời lượng Ti nhỏ 10 nghĩa máy biến áp chưa đạt đến độ tăng nhiệt ổn định ôđ, phụ tải lại

chuyển sang Ki+1 (hình 5-5) Ví dụ hình 5-4, giả thiết ban đầu độ tăng nhiệt 0 , máy biến áp nhận phụ tải

là K1 độ tăng nhiệt tăng theo hàm mũ, sau thời gian T1 độ tăng nhiệt là:

1 = ôđ1 + (ôđ - 0 ) e-T/

đến thời điểm t1 (sau T1 < 10 giờ) máy biến áp đạt độ tăng nhiệt 1

 ôđ Máy biến áp nhận phụ tải với hệ số tải K2, độ tăng nhiệt máy biến

áp tiếp tục tăng theo phương trình thay 0 thành 1, sau

khoảng thời gian T2 phụ tải giảm K3 , lúc độ tăng nhiệt đạt đến

2   2ôđ, 2 độ tăng nhiệt ban đầu hàm trên, K3K2 nên nhiệt độ máy biến áp khơng tiếp tục tăng mà giảm …

Nếu máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải hàng ngày nghĩa 24 giờ, đồ thị phụ tải lại lập lại đồ thị phụ tải cũ Nếu tính ngày sau 24 (t =

24 giờ) khác 0 ban đầu, đồ thị phát nóng máy biến áp khơng xảy

hồn tồn ngày thứ 0 ngày thứ khác 0 ngày thứ

Đây toán lặp theo chu kỳ 24 Nhất định phải hội tụ, thực tế chứng minh hội tụ nghĩa sau số ngày đạt được:

on = o(n+1) toán lặp lại

(on, o(n+1) độ tăng nhiệt ban đầu ngày thứ n n+1)

on xác định theo biểu thức :

0 = ( 1/An-1) Σ

i=1

n

i(Ai –Ai-1 )

Độ tăng nhiệt độ thời điểm cuối bậc xác định theo biểu thức θx=

Ax

[

θon+Σθiôđ(Ai− Ai−1)

]

Trong Ai=e−ti

τ

iơđ: độ tăng nhiệt ổn định tương ứng theo với bậc phụ tải Ki Xác

định theo biểu thức θ0 ôđ=θd(đm)

(

1+bKi

2

1+b

)

2

t

0

Hình 5-5

1

Ví dụ -1 Xây dựng đồ thị nhiệt độ máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải hình bậc thang hình -6 Thơng số máy biến áp giả sử:

 = 3,5 giờ; b = 5; 0 = 20 0C; m = n = 0,8 ; cd=23 0C

1,6

1,4

1,2

0,8 0,4

10 12 14 16 18 20 22 24 Hình 5-6

Trình tự tính tốn kết ghi bảng 5-2

- Căn vào đồ thị phụ tải có 13 khoảng thời gian phụ tải thay đổi số từ I = đến 13, ghi cột

- Thời điểm ti tương ứng với 13 bậc ghi cột (chú ý thời điểm bắt đầu tùy ý chọn không ảnh hưởng đến kết cuối cùng)

- Tính Ti / = Ti /3,5 tương ứng với ti = , 1, 3… ghi vào cột - Tính Ai = eTi/tương ứng ghi vào cột

- Tính Ai – Ai-1 ghi vào cột

- Từ đồ thị phụ tải ghi giá trị Ki tương ứng (cột 6)  Tính θiơđ=θdđm

(

1+bKi2

1+b

)

m

ghi vào cột Ở đây: dđm tra từ nhà chế tạo 550C

m = 0,8 hệ thống làm lạnh tự nhiên b = (đã cho)

 Tính iơđ(AI – AI-1) tức nhân cột với cột ghi vào cột  Tính iơđ(AI – AI-1) gộp dần cột ghi vào cột

 Tính 0 = 18000/(932-1) = 19,30c

 Tính I cuối thời gian ti theo biểu thức

K

I = 0 + i (Ai- Ai-1 ) /A Tức cộng vào cột thêm 19,30C

chia cho coät ghi vào cột 10

 Tính cd thời điểm t1 theo biểu thức cd = cdđm Ki2n

 Tính

cd = cdđm Ki2n

n = m = 0,8

cdđm nhà chế tạo cung cấp 230C

Kết ghi vào cột 11

 Tính độ tăng nhiệt cuộn dây theo biểu thức cd = d +cd

tức cột 10 cộng với côt 11 ghi vào cột 12

 Tính nhiệt độ cuộn dây tức điểm nóng máy biến áp

theo biến thiên

cd = cd + kk = cd + 200C

Từ kết tính tốn ta thấy rằng:

 Nếu nhiệt độ định mức cuộn dây đmcd = 980C nhiệt độ cho phép lớn

nhất cdmax =1400C thì:

1 Mặc dù máy biến áp vận hành có thời gian từ 12 đến 15 vượt định mức (1,32; 1,47; 1,25; 1,03) nhiệt độ cuộn dây máy biến áp có lúc từ 13 đến 15 vượt định mức thấp 1400C nên máy biến áp vận hành thời gian cịn lại vận hành non tải (K  1)

baûng -2

I tI

Ti/

Ai Ai- Ai-1

Ki

iôđ iôđ

(Ai-Ai-1)

iôđ

( Ai-Ai-1)

i cd d+cd cd

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0 0

1 0,286 1,33 0,33 0,48 24 7,9 7,9 20,5 26,5 46,2

2 0,857 2,35 1,02 0,73 37 37,5 45,6 27,6 14 41,6 61,6

3 1,14 3,13 0,78 0,58 28 21,8 67,4 27,7 36,7 56,7

4 2,57 13,1 9,97 0,22 15,5 154,5 221,9 18,4 20,4 40,4

5 10 2,86 17,3 4,2 0,37 19 79,8 302 18,5 22,5 42,5

6 11 3,14 23,1 5,8 0,81 41 238 540 24,2 16 40,2 60,2

7 12 3,43 30,9 7,8 1,32 80 624 1164 38,3 36 74,3 94,3

8 13 3,72 41,3 10,4 1,47 95 988 2152 52,5 43 95,5 115,5

9 14 54,6 13,3 1,25 74 984 3136 57,8 35 92,8 112,8

11 16 4,57 95,5 23 0,66 33 759 4915 51,6 11 62,6 82,6

12 17 4,85 129 33,5 0,37 19 636 5550 43,2 47,2 67,2

13 24 6,86 32 803 0,22 15,5 1245 18000 19,3 21,2 41,2

-

Thời gian vận hành K > giảm tuổi thọ máy biến áp vận hành K  1, tuổi thọ lại kéo dài, hai trị số bù trừ cho

nhau tuổi thọ khơng đổi kết luận xác xét đến già cỗi, độ hủy hoại tuổi thọ máy biến áp

5-2-4 Sự già cỗi tuổi thọ máy biến áp.

Như tính tốn vận hành máy biến áp phát nóng nhiệt độ vượt giới hạn phụ thuộc vào vật liệu cách điện sử dụng máy biến áp, chất cách điện giảm độ bền nó, tượng gọi già cỗi cách điện tức máy biến áp Đây tượng tích lũy, nghĩa giảm dần sức bền, tuổi thọ lại máy biến áp giảm dần

Giả sử máy biến áp sử dụng cách điện loại A nhiệt độ giới hạn từ 800C đến 1400C, nghĩa vận hành với nhiệt độ bé 800C, hầu như không ảnh hưởng đến tuổi thọ máy biến áp, 1400C cách điện bị phá hủy đột ngột, máy biến áp hư cháy cách điện không đảm bảo gây ngắn mạch bên máy biến áp, vận hành giới hạn từ 800C đến 1400C, cách điện có bị ảnh hưởng máy biến áp bị già cổi, hay thời gian làm việc lại máy biến áp giảm dần

Một cách gần tuổi thọ V máy biến áp xác định theo biểu thức V = A.e-a.

Trong : A , a số phụ thuộc vào vật liệu cách điện nhà chế tạo thí nghiệm cung cấp

 : nhiệt độ điểm nóng tức cd máy biến áp

Tuổi thọ định mức Vđm máy biến áp vận hành cd = cdđm

Vñm=A.e− aϑñm

Thực tế quan tâm tuổi thọ tương đối máy biến áp V* V❑= V

Vñm=e

− a(ϑ−ϑñm)

Vậy L=A.e+aϑ

Lđm=A.e+aϑđm

L❑=A.e

+a(ϑ−ϑñm)

Để thuận lợi tính tốn ta qui số thay dùng số e

Do L

❑=2

a(ϑ−ϑñm)

0 693

=2

(ϑ−ϑñm)

Δ

Ở đây:  = 0.693 / a

0.693 = ln2

Nếu chế tạo (thơng thường )với  = 60C  -đm= 60C tuổi thọ

máy biến áp cịn nửa : L* =2  V* = 1/2  -đm = 120C tuổi thọ 1/4

Khi máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải thay đổi cần tính già cỗi tương đối tích lũy thời gian T Ký hiệu H

H=

∫

0

T

Ldt=

∫

0

T

ϑ−ϑñm

Δ

Nếu vận hành theo đồ thị phụ tải bậc thang ngày đêm Hngày đêm=

∑

0 24giờ

LiTi

Độ hao mòn trung bình ngày đêm xác định theo biểu thức: Lngày đêm=Hngày đêm

24

Tổng hao mòn máy biến áp năm tổng độ hao mòn ngày năm

Ở cần ý thêm, nhiệt độ máy biến áp phụ thuộc vào đồ thị phụ tải mà cịn phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường xung quanh

cd = cd + kk

Nhiệt độ môi trường xung quanh đại lượng thay đổi năm số theo vùng khí hậu Vì cần tính nhiệt độ đẳng trị khơng khí nơi đặt máy biến áp

Nhiệt độ đẳng trị khơng khí đtkk trị số máy biến áp vận hành suốt

năm với đtkk hao mịn, già cỗi máy biến áp hao mòn, già

cỗõi vận hành với kk thực Với khái niệm dùng biểu thức

H=

∫

0

T

ϑkk+θcd−ϑñm

Δ dt

=2

ϑcd−ϑñm

Δ .

∫

T ϑkk Δ dt

¿T

ϑñtkk+θcd−ϑñm

Δ =T 2

ϑñtkk

Δ .2

ϑcd−ϑñm

Δ

Vậy

ϑ❑đtkk

Δ

=1

T

∫

0

T 2❑❑

ϑ

cd−ϑñm

Từ suy

1

T

∫

0

T 2❑❑

ϑ

cd−ϑñm

Δ dt

¿

ln¿ ϑñtkk=¿ Thay  = 60C

1

T

∫

0

T 2❑❑

ϑcd−ϑñm

Δ dt

¿

ln¿ ϑñtkk=¿

10

(L*,V*= f() xác định theo

đường cong vẽ hình -7

Hình 5-7.Quan hệ tuổi thọ

hao mòn tương đối 1,0

MBA theo nhiệt độ cuộn dây 1,0 0,2

80 90 100 110 120 130 14000C

5-3 KHẢ NĂNG TẢI VÀ QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP

Ví dụ chứng minh máy biến áp có lúc vận hành non tải vận hành q tải thời gian mà không làm hỏng máy biến áp Căn vào biểu thức xác định hao mòn máy biến áp thời gian vận hành tính khả tải cho phép biết đồ thị phụ tải, hao mịn thời gian tổng khơng vượt q định mức nghĩa

Ví dụ -2

Với đồ thị phụ tải ví dụ 5-2 tính tốn H* Lngày đêm sau, hao mịn cách điện có nhiệt độ cách điện vượt 800C chỉ cần tính tốn từ 12 đến 16 Kết tính tốn cho bảng 5-3 : Vậy, H* =L*T=0.7 + 7.2+ 5.6+ 1.4+ 0.2=15.1

Sự hao mịn trung bình ngày đêm L ngày đêm

Bảng 5-3 Thời gian tính toán từ 11 đến 12 13 14 15 16

Thời gian vận hành 1 1

Nhiệt độ cuộn giâycd 0C 95 115 113 101 83 Sự hao mòn tương đối 0.7 7.2 5.6 1.4 0.2

Lngày đêm=15

24 =0 63

Như máy biến áp vận hành với đồ thị phụ tải cho phép, hao mịn trung bình nhỏ định mức

Phương pháp dùng để kiểm tra khả tải máy biến áp với đtpt cho sẵn Trong thực tế tính tốn chọn công suất cho máy biến áp thiết kế trạm biến áp nhà máy điện thường theo phương pháp đơn giản dựa quy định tải cho phép máy biến áp

5-3-1.Quá tải cách hệ thống hay cịn gọi q tải bình thường của máy biến áp

Quy tắc áp dụng chế độ bình thường ngày có lúc máy biến áp vận hành non tải (K1<1) có lúc vận hành tải K2 >1 Trình tự tính tốn sau:

- Căn vào đồ thị phụ tải qua máy biến áp chọn máy biến áp có cơng suất bé S max lớn Smin

Smin < SB < Smax

- Đẳng trị đồ thị phụ tải qua máy biến áp thành đồ thị phụ tải có bậc K1 K2 với thời gian tải T2

- Từ đường cơng khả tải MBA có cơng suất nhiệt độ đẳng K2 trị môi trường xung quanh tương ứng 1,9 (hình5-8) xác định khả tải 1,8

Nếu K2cp>K2 nghĩa máy biến áp 1,5 1h chọn có khả vận hành với 1,4 2h đồ thị phụ tải cho mà không lúc 1,3 cd>1400C 1,2 4h tuổi thọ máy biến áp 1,1 8h đảm bảo 1,0 12h

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Nếu K2cp<K2 tức máy biến áp Hình 5-8.Đường cong để xác định chọn khơng có khả đảm khả qúa tải MBA bảo điều kiện Do phải chọn máy biến áp có cơng suất lớn Khi chọn công suất máy biến áp lớn Smax đồ thị phụ tải không cần phải kiểm tra khả

Cách đẳng trị đồ thị phụ tải nhiều bậc đồ thị phụ tải có bậc (hình 5-9)

 Căn vào Sđm B chọn tính hệ số tải Ki bậc đồ thị phụ tải

Ki= Si

SñmB Ki>1 : tải Ki<1 : non tải

 Xác định K2, T2 cách đẳng trị vùng có Ki>1 theo cơng thức :

Kđt2=

√

∑

(

Ki

2 Ti

)

∑

Ti Ki Nếu K2đt >0.9 K max

K2 = Kđt T2 = Ti Kñt < 0.9 K max K2 = 0.9K max

Xác định lại T2 theo biểu thức : Ti T2=

∑

(

Ki

2 Ti

)

(

0 9Kmax

)

2 t

Hình 5-9 Trường hợp có nhiều vùng khơng liên tục có K >1 lấáy vùng có

Ki2Tilớn để tính K2 trên, vùng lại xét xác định K1

(hình 5-10a)

Trường hợp đặc biệt có bậc có K>1, K2 = Kmax T2 = Ti (hình 5-10b)

K K

Hình -10

Xác định K1: cần đẳng trị đồ thị phụ tải khoảng thời gian 10 trước vùng tính K2 (kể phần có K>1 khơng xét trường hợp khoảng 10giờ) theo biểu thức

Kñt1=

√

∑

(

Ki

2T

i

)

10

Ở Ti =10 Nếu vùng trước K2 khơng đủ 10 lấy 10 sau vùng K2 Nếu trước sau vùng K2 bé 10 gộp phần phía sau phía trước cho đủ 10 đồ thị phụ tải hàng ngày phần phần đầu ngày trước

Nếu hai phần trước sau không đủ 10 phần tải có T2 hớn 14 nến máy biến áp khơng có khả nâng tải với đồ thị phụ tải cho, không cần tiếp tục tính mà phải nâng cơng suất máy biến áp lên tính lại từ đầu

60 MVA

Sñm = 40 MVA

Ví dụ 5-3

Cho đtpt qua MBA hình 5-11 Chọn cơng suất MBA theo khả q tải bình thường Từ đtpt có Smax= 80MVA , Smin=30MVA, có máy MBA sau đây: 40, 63, 75 MVA Chọn Sđm = 40MVA , tiến hành kiểm tra khả tải bình thường có cho phép khơng? Các bước tính tốn kết thu ghi bảng -4 Kết tính tốn với Sđm =40MVA

t

a)

t Ti

1

b)

Kmax

10 20 30 40 50

3 12 15 18 21 24

60 80 70

Sñm = 60

S(MVA )

t (giờ)

Thời gian có Ki  từ đến

K2ñt=

√

ΣKi

2 Ti ΣTi =

√

4,867+8+6,125

7 =1,56

K2 ñt

KMax

=1,56

2 =0,78<0,9

Nên K2 0,9KMax = 1,8 phải tính T2

Lấy 10 sau vùng K2 để tính K1

0,9Kmax¿2 ¿

0,9 2¿2 ¿ ¿6

¿ ¿ ¿ T2=ΣKi

2

Ti

¿

Từ K1 = 0,77; T2 = 6giờ đường cong q tải bình thường có K2cp=1,18< K2=1,8

Vì máy biến áp có Sđm = 40 MVA không cho phép vận hành đồ thị phụ tải cho Nâng công suất định mức lên 60MVA tiến hành tương tự kết ghi vào bảng 5-5:

Baûng -4

i

Si (MVA) 30 50 80 70 30 35

Ki=Si/40 0,75 1,25 1,75 0,75 0,854 ( Ki )2 0,5625 1,5625 4 3,062 0,5625 0,73

Ti (giờ) 3

Ki2.Ti 4,687 8 6,125

Kết tính tốn với SđmB = 60 MVA

i

Si (MVA) 30 50 80 70 30 35

Ki=Si/60 0,5 0,83 1,33 1,17 0,5 0,58 ( Ki )2 0,25 0,6889 1,7689 1,3689 0,25 0,3364

Ti (giờ) 3

Ki2.Ti 1,769 1,369 0,25 0,464

K2 ñt=

√

ΣKi

2 Ti ΣTi

=

√

1,769 2+1,369

4 =1,25

K2đt / K2Max = 1,25/1,33=0,94 > 0,9 Nên K2 = 1,25 T2 =

K1 xác định 10 sau vùng K2 phía trước khơng đủ 10 tức từ 10 đến 20

K1=

√

0,25 8+0,3364

10 =0,516

Với K1 = 0,516 T2 = từ đường cong khả tải máy biến áp tìm K2cp = 1,3 > 1,25 Cho nên máy biến áp có Sđm = 60 MVA cho phép làm việc với đtpt cho chọn, khơng cần tính với Sđm=75 MVA

5-3-2 Quá tải cố máy biến áp

Khi máy biến áp vận hành song song mà bị cố phải nghỉ, máy biến áp lại vận hành với phụ tải lớn định mức không phụ thuộc vào nhiệt môi trường xung quanh lúc cố thời gian ngày đêm thoả mãn điều kiện:

Theo đồ thị phụ tải đẳng trị bậc, K1 < 0,93 ; K2 < 1,4 T2 < giờ, ý theo dõi nhiệt độ cuộn dây không vượt 1400C tốt tăng cường tối đa biện pháp làm lạnh máy biến áp

5-3-3 -Quá tải ngắn hạn máy biến áp

Trong trường hợp đặc biệt, để hạn chế cắt phụ tải, vận hành theo khả tải ngắn hạn máy biến áp khơng cần phải tính K1 , K2 T2 mà sử dụng bảng -6 sau

Khaû tải 1,3 1,45 1,6 1,75

Thời gian tải (phút) 120 80 45 20 10 1,5

Khi sử dụng khả hao mịn chất cách điện hao mòn vận hành với Sđm 10 với nhiệt độ môi trường xung quanh định mức (200C) Qui tắc tải dành cho nhân viên vận hành không xét thiết kế tính tốn chọn máy biến áp

– CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP

5-4-1 Máy biến áp pha; ba pha hai cuộn dây

- Nguyên lý làm việc máy biến áp hai cuộn dây

Cấu tạo chung máy biến áp gồm có phần ( hình -12 ): - Mạch từ

- Cuộn dây sơ cấp có w1 vịng - Cuộn dây thứ cấp có w2 vịng

u1 w1 w2 u2

a) b) Hình 5-12 Cấu tạo máy biến áp

a) Sơ đồ cấu tạo ; b) sơ đồ nguyên lý

Khi đặt vào cuộn sơ cấp điện áp U1 nhận cuộn thứ cấp điện áp U2 với biểu thức U1

U2 =

W1

W2 = kw goïi tỷ số biến áp

Có thể chế tạo pha ( MBA pha ) hay chế tạo chung pha ( MBA pha ) Trong hệ thống pha sử dụng máy biến áp pha hay tổ máy biến áp pha Các cuộn dây U1 ( sơ cấp ) U2 ( thứ cấp ) nối hình trung tính khơng nối đất ( Y ) , hình trung tính nối đất ( Y0 ) hay nối hình tam giác ( ), phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống phụ tải Với

MBA ba pha qui ước điện áp định mức ( Uđm ) điện áp dây Điện áp sơ cấp thứ cấp trùng pha lệch góc N ❑0 300 với N0 =

÷11 ( N số nguyên ), thông thường chế tạo Y /Y0 - ; Y / -11

Y0 / -11

Ký hiệu cho hình 5-13

U

Hìn

h 5-13

5-4-

2-Maùy biến áp pha , ba pha ba cuộn dây

Nguyên lý làm việc cấu tạo có mạch từ , có ba cuộn dây có số vịng dây điện áp tương ứng w1, w2, w3, U1 , U2 , U3 ( hình 5-14 )

u1 w1 w2 u2 u2

w3 u3

u3 a) b)

Hình 5-14 Máy biến áp ba cuộn dây a) Nguyên lý cấu tạo ; b) Sơ đồ nguyên lý

Thường chế tạo với U1  U2  U3 ký hiệu theo trị số điện áp : cao (UC );

trung (UT ) hạ (UH ) Tuỳ theo yêu cầu có chế độ làm việc khác : - cuộn nguồn ( sơ cấp ), hai cuộn tải ( thứ cấp )

- hai cuộn nguồn , cuộn tải

ví du : - cơng suất chuyển từ cao sang trung hạ hay ngược lại (hình 5-15a ) - cơng suất truyền từ trung sang cao hạ hay ngược lại ( hình 5-15b ) - công suất truyền từ hạ lên cao trung hay ngược lại ( hình 5-15c )

T C C C T H

H H T T C C

U

Sơ đồ nối cuộn dây Cuộn cuộn Đồ thị Ký hiệu

Cuộn cao Cuộn hạ cao hạ vectơ tổ nối dây

A B C

A B C

O A B C

O a b c

a b c

a b c

B A C B A C B A C

B b c bä c a a C b B b A a B bä A a B bä A a

Y/Y-

0

Y/



-

11

C T H

H H C a) b) c) Hình 5-15

Tương tự máy biến áp hai cuộn dây tổ nối dây MBA ba cuộn dây có nhiều cách phối hợp khác , hình 3-16 vẽ tổ nối dây thường gặp

Sơ đồ nối dây Đồ thị cuộn dây Ký hiệu tổ Cuộn cao cuộn trung Cuộn hạ cao trung hạ Vectơ nối dây O A B

C

O A B C

a1 b1 c1

x1 y1 z1

a2 b2 c2

a2 b2 c2

x2 y2 z2

a2 b2 c2

x2 y2 z2

B A C

B A C

b1

c1

a1 b1

a1 c1

b2 c2 a2 b2 c2 a2 B b1 b2

A;a1,a2

B b1

b2

Y/



/



-

11/11

Y/Y/



- 0/11

Hình 5-16

Cơng suất định mức ( Sđm ) MBA công suất cuộn có cơng suất lớn thường cuộn cao áp , cuộn trung hạ Sđm(100%) 2/3 Sđm (66,7% ) ký hiệu qui ước theo thứ tự cao/trung/hạ, ví dụ 100/100/100 ; 100/100/66,7 ; 100/ 66,7/66,7

5-4-3 Máy biến áp từ ngẫu

Trong máy biến áp thông thường, cuộn sơ cấp U1 cuộn thứ cấp U2 cuộn riêng biệt cách điện với nhau, trình truyền tải điện từ sơ cấp sang thứ cấp thực qua mạch từ mà khơng có liên lạc điện (hình 5-17a) Còn máy biến áp từ ngẫu, cuộn điện áp thấp U2 phần cuộn điện áp caoU1 (hình 5-17b ) Quá trình truyền tải điện chia làm phần Một phần theo quan hệ từ gọi công suất từ Stừ, phần truyền trực mạch điện gọi công suất điện Sđ

Hình 5-17 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy biến áp a) máy biến áp thông thường ; b) máy biến áp từ ngẫu Trong máy biến áp thông thường SB = S1 ≈ S2 = Sđ

Trong máy biến áp từ ngẫu SB = Sđ + Stừ Trong máy biến áp thơng thường có :

Cuộn sơ cấp với điện áp U1, dòng điện I1, số vịng dây W1 Cơng suất S1, tổn hao P1 = Pđ1 Cuộn thứ cấp với U2, I2, W2 , S2 tổn hao P2 = Pđ2

Mạch từ có tổn hao mạch từ Pth, trị số phụ thuộc qua các

biểu thức:

U1 U2

=I2

I1

=W1

W2

S1  S2 = U1 I  U2 I2

PB = Pth + Pñ1 + Pñ2 = Pth + Pñ Pñ = I2R ; Pth  Gth

Trong máy biến áp tự ngẫu: giá trị cịn có  Cuộn chung (ch) Uch, Ich, Wch , Sch Pđch

 Cuộn nối tiếp (n) Un, In, Wn , Sn , Pđn Phụ thuộc vào qua biểu thức:

Uc = Uch + Un ; Un = Uc - Uch U2 = Uch = Uc –Un

Wn = W1 - Wch Wch =W2

Trong U1 điện áp cao, U2 điện áp thấp Ich = I2 – I1

Pđ =Pch + Pn

Thơng thường, máy biến áp từ ngẫu pha chế tạo có cuộn điện áp thấp (UH) Điện áp cao (UC) trung (UT) liên hệ với theo nguyên tắc từ ngẫu nối sao, cuộn hạ(UH) liên hệ với phía cao trung qua nguyên tắc từ giống máy biến áp thơng thường nối tam giác (hình 5-18)

Hệ số tính tốn hệ số mẫu máy biến áp từ ngẫu ký hiệu Ktt hay 

xác định theo biểu thức :

Ktt=α=1−UT

UC

Nếu bỏ qua tổn hao máy biến áp từ ngẫu, công suất máy biến áp từ ngẫu có biểu thức :

SB=SC=UCIC=ST=UTIT

SB=UT

(

IC+Ich

)

=UTIC+UTIch=UTIC+UchIch

Sđ=UTIC : gọi công suất điện truyền trực tiếp từ cao sang trung

St=UchIch : gọi công suất từ truyền qua mạch từ,

St=UchIch=UT

(

IT− IC

)

=UTIT

(

1−IC

IT

)

=α.SB

mạch từ cần chế tạo theo theo St=α.SB

UAC

UAH

UAT

UBH

UCT

UCH

UCC UBT

Hình 5-18. Sơ đồ nối dây máy biến áp từ ngẫu Ví dụ : Khi UC = 220kV, UT = 110kV  = 0,5

Vì mạch từ chế tạo với .SB cuộn hạ công suất cực đại

baèng .SB

SH = .SđmB

Trong cuộn cao cuộn trung chế tạo theo SB SC = ST = SđmB

Cho nên gọi  hệ số tính tốn hay hệ số mẫu máy biến áp từ ngẫu

So sánh máy biến áp từ ngẫu máy biến áp thông thường

Việc so sánh thực phương diện có cơng suất định mức cấp điện áp

1 Chi phí cho việc chế tạo Trong máy biến áp có phần chính:

- Khối lượng đồng để chế tạo cuộn dây: cuộn nối tiếp máy biến áp từ ngẫu so với cuộn cao máy biến áp thông thường Cuộn chung so với cuộn trung

0

- Khối lượng thép từ để chế tạo mạch từ Tổn hao máy biến áp: gồm phần - Tổn hao đồng tỉ lệ với I2R.

- Tổn hao thép tỉ lệ với khối lượng thép từ Phạm vi sử dụng

Lần lượt xem xét phần nêu

- Khối lượng đồng cuộn dây (Gđ) máy biến áp từ ngẫu: Gđ = Gđn + Gđch

Khối lượng đồng tỉ lệ tiết diện nhân với chiều dài G≡ F.ℓ , mà tiết diện tỉ lệ với dòng điện, chiều dài tỉ lệ với số vòng dây, số vòng dây W tỉ lệ với điện áp U nên G  I.W  I.U

Do

Gđn≡ InWn=IC

(

WC−Wch

)

=ICWC

(

1−Wch

WC

)

≡ ICUC

(

1−

UT UC

)

=α.ICUC=α.SB=α.SC

Gñch≡ IchWch=

(

IT− IC

)

WT=ITUT

(

1−IC

IT

)

≡α.ST=α.SB

Vậy, Gđ máy biến áp từ ngẫu = Gđn + Gch = .Gđ máy biến áp thông thường

- Công suất từ máy biến áp từ ngẫu St =  SB nên khối lượng mạch từ

trong máy biến áp từ ngẫu  lần khối lượng mạch từ máy

biến áp thông thường

Vậy khối lượng, trọng lượng giá thành máy biến áp từ ngẫu gần  lần trị số tương đương máy biến áp thông thường

- Về tổn hao máy biến áp từ ngẫu (PBtừ ngẫu) gồm phần: PBtừ ngẫu = An + Ach

ΔAn=In2.Rn=IC2.ρ ℓn

Fn=IC

2.ρ.ℓC− ℓch Fn =IC

2.ρ.ℓC

Fn

(

1− ℓch ℓC

)

¿α.ΔPC

ΔPñch=Ich2 Rch=

(

α.IT

)

2

.ρ ℓch

Fch

=α.ΔPñT

Tổn thất đồng máy biến áp từ ngẫu  lần tổn thất đồng

máy biến áp thông thường

Tổn thất thép từ tỷ lệ với khối lượng thép từ nên  lần tổn

Kết luận chung: sử dụng máy biến áp từ ngẫu thay cho máy biến áp thơng thường có lợi trọng lượng, kích thước, giá thành, tổn hao  lần, nên  cịn gọi hệ số có lợi máy biến áp từ ngẫu

Tuy nhiên sử dụng MBA từ ngẫu cần lưu ý:

- Máy biến áp sử dụng điện áp cao trung nối đất trung tính Vì khơng nối đất trung tính, có pha phía cao chạm đất, điện áp trung pha không chạm đất tăng lên

√

3 lần mà lớn nhiều lần

Ví dụ chạm đất pha B (hình 5-19) UAT – đ = UCT – đ >

√

3 Ud

- Vì cấu

trúc cuộn

cao trung có liên hệ điện nên

sóng sét truyền từ cao sang trung ngược lại, sử dụng cần đặt thêm chống sét cực cao trung máy biến áp từ ngẫu

- Trong máy biến áp cần có cuộn thứ (cuộn hạ) nối tam giác để giảm sóng hài bậc vận hành sơ đồ hình 5-20

Các chế độ vận hành máy biến áp từ ngẫu

Máy biến áp từ ngẫu có cuộn dây cao (C), trung (T) hạ (H), có chế độ vận hành

- Công suất truyền tải từ cao sang trung , hạ hay từ trung , hạ truyền lên cao - Công suất truyền tải từ hạlên cao trung hay từ cao trung sang hạ - Công suất truyền tải từ trung sang cao hạ hay từ cao hạ sang trung Mũi tên hình 5-21 chiều cơng suất truyền tải chế độ vận hành C C C

SH ST SH ST SH

I In( a) Ich (a In( b I In( a) Ich

(a Ich(b

I I H I In( a) Ich (a Ic(

a IH

a) b) c) Hình 5-21 Ba chế độ làm việc máy biến áp từ ngẫu - Chế độ (hình 5-21a) Cơng suất truyền từ cao sang trung hạ

SC = ST + SH

Trong đó, ST : cơng suất từ cao sang trung theo chế độ từ ngẫu (a)

SH : công suất từ cao sang hạ theo chế độ biến áp thơng thường (b) Do đó, dịng điện chạy cuộn nối tiếp la ø:

In=In(a)+In(b)

In(a)=

UC

(

PT+jQT

)

In(b)=

UC

(

PH−jQH

)

Vậy, công suất cuộn nối tiếp Sn=UnIn=UC− UT

UC

√

(

PT+PH

)

2

+

(

QT+QH

)

2

Dòng điện cuộn chung Ich=Ich(a)+I(b) Ich(a)=UC− UT

UT

1

UC

(

PT−jQT

)

I(b)=

1

UC

(

PH−jQH

)

công suất chạy cuộn chung Sch=

√

(

UC−UT

UC PT−

UT UCPH

)

2

+

(

UC−UT

UC QT−

UT UCQH

)

2

Từ thấy cơng suất cuộn nối tiếp lớn điều kiện giới hạn công suất truyền tải chế độ này, nghĩa

ST+SH≤ SñmB

- Chế độ (hình 5-21b).Cơng suất truyền từ cao hạ sang trung ST = SC + SH

Trong cuộn nối tiếp có truyền từ cao sang trung theo chế độ tự ngẫu In=In(a)=IC=

1

UC

(

PC−jQC

)

và công suất truyền cuộn nối tiếp

Sn=

UC−UT

UC

√

PC

2

+QC2

Trong : Ich(a)=UC− UT

UT

UC

(

PC−jQC

)

do công suất truyền từ cao sang trung gây chế độ từ ngẫu I(b)=

UT

(

PH−jQH

)

do công suất truyền từ hạ sang trung gây chế độ biến Do đó, cơng suất cuộn chung

Sch=

√

(

UC−UT

UC PC+PH

)

2

+

(

UC−UT

UC QC+QH

)

2

Do cộng công suất nên điều kiện giới hạn truyền tải cuộn chung định, mà cuộn chung tính tốn với .SđmB chế độ làm việc xấu

nhất máy biến áp từ ngẫu cần ý

- Chế độ (hình 3-21c) Cơng suất truyền từ hạ lên cao trung SH = SC + ST

Trong chế độ này, công suất truyền từ hạ lên cao trung chế độ biến áp thông thường chế độ từ ngẫu Cho nên điều kiện giới hạn cuộn hạ định, cuộn hạ tính tốn theo cơng suất mẫu SH =

.SđmB cuộn chung dịng điện có lớn vượt .SđmB

nên gây tải cuộn đựơc Đây chế độ làm việc máy biến áp từ ngẫu khơng có lợi dụng ưu

Cơng suất máy biến áp từ ngẫu phải chọn theo điều kiện SđmB=SH

α

5-4-4 Máy biến áp có cuộn phân chia.

Về cấu tạo MBA có cuộn phân chia giống MBA ba cuộn dây nghĩa có mạch từ , cuộn dây sơ cấp với điện áp U1 , số vịng dây w1, cơng suất công suất định mức ( S1=Sđm ) , cịn hai cuộn giống có điện áp U2 , số vịng dây w2 có cơng suất S2 công suất định mức MBA ( S21 = S22 = Sđm /2 ) Khi cuộn nghỉ máy biến áp làm việc với Sđm /2

Trong thực tế chế tạo kết hợp vừa từ ngẫu vừa ba cuộn dây vừa ba cuộn dây vừa có cuộn phân chia …

Cần phân biệt MBA có ký hiệu hình vẽ khác cho hình 3-22

a) b) c) đ) e) f) Hình 5-22.Ký hiệu hình vẽ loại MBA

a)MBA cuộn dây ; b)3 cuộn dây ; c) từ ngẫu ; đ)có cuộn phân chia e) từ ngẫu có cuộn phân chia ; f)3 cuộn dây có cuộn phân chia 5-5 Tính tốn chọn cơng suất máy biến áp

Trước tiến hành chọn cơng suất máy biến áp cần có thông số: - Điện áp cấp UC, UT, UH

- Phụ tải đtpt công suất qua cuộn dây máy biến áp, (Đối với máy biến áp cuộn dây cần đồ thị phụ tải chung qua máy biến áp)

-Khả ứng dụng loại máy biến áp (1 pha, pha, pha, từ ngẫu, cuộn dây, tăng, hạ )

- Thông số giới hạn loại máy biến áp hãng sản xuất (tài liệu tham khảo phần phụ lục tài liệu khác có)

Khi khơng có máy biến áp có cơng suất thích hợp dùng máy biến áp song song thành xem máy biến áp , không giả thiết vận hành máy máy nghỉ, cần sửa chữa nghỉ máy

5-5-1 Chọn máy biến áp ghép với máy phát điện (Hình 5-23a, b, c, d)

Hình 5-23

- Đối với sơ đồ hình 5-23d cơng suất máy biến áp tương ứng với máy phát điện, điện áp UB=UđmF Ví dụ :

SđmF (MVA) PđmF (MW) SñmB (MVA)

31 25 32

78 60 80

125 100 125

240 240

Chú ý:

- Ở không xét đến công suất tự dùng lấy rẽ nhánh từ đầu máy phát điện (hình 5-24) Trường hợp phụ tải khơng lớn (<15% Sđm) UđmF thường rẽ nhánh từ đầu máy phát qua kháng điện chọn công suất máy biến áp tương ứng với công suất máy phát nghĩa máy biến áp có khả tải hết công suất máy phát điện phụ tải nghỉ

- Khi sử dụng máy biến áp tự ngẫu (hình 5-23b), SđmB tương ứng với SđmF

α Ở  hệ số có lợi máy biến áp

5-5-2.Chọn cơng suất máy biến áp nhà máy điện có góp điện áp máy phát điện (hình 5-25 a, b)

Hai máy biến áp ghép song song để tải công suất máy phát nối vào góp sau trừ phần cung cấp cho phụ tải góp

Giả sử phụ tải cực đại cực tiểu tổng góp kể tự dùng lấy góp Smax/Smin Cơng suất dự phòng hệ thống Sdự phòng = Sht

Trong đó:  : hệ số dự phòng hệ thống

Sht : Tổng công suất hệ thống không kể đến công suất nhà máy m : Số máy phát ghép vào góp điện áp máy phát (đối với sơ đồ hình 5-25a , hình 5-25b 3)

HT HT

a) Hình 5-25 b)

- Theo điều kiện bình thường hai máy biến áp có khả tải tồn cơng suất thừa, nghĩa là:

SñmB  1/2(m.SñmF – Smin(UF))

- Kiểm tra theo điều kiện máy biến áp nghỉ:

Với máy biến áp cịn lại với khả tải cố (Kqtsc.SđmB) tải toàn cơng suất thừa máy phát điện tốt, điều kiện bắt buộc

Kqtsc.SñmB  m.SñmF - Smin(UF)

Nếu máy biến áp sau tải cố không thỏa mãn điều kiện giảm bớt cơng suất máy phát điện máy biến áp tải theo khả tải, phần công suất giảm hệ thống sử dụng cơng suất dự phịng hệ thống để bù vào Do cần phần cơng suất giảm khơng vượt q cơng suất dự phịng hệ thống, nghĩa

(m.SđmF – Smin(Uf)) – Kqtsc.SđmB  Sdự phịng hệ thống

5-5-3 Chọn công suất máy biến áp trạm biến áp.

a) b) c) hình 5-26

- Với trường hợp có máy biến áp: (hình 5-26a) kqtbt.SđmB Smax

Trong đó: kqtbt khả tải thường xuyên (bình thường) Trị số Kqtbt phụ thuộc vào đồ thị phụ tải SđmB

Thường thiết kế ban đầu không xét khả lấy Kqtbt =1, nghĩa công suất máy biến áp chọn theo điều kiện:

SñmB  Smax

Trường hợp theo điều kiện đưa đến công suất MBA lớn, thang chế tạo MBA nhảy vọt xét đến khả q tải bình Ví dụ: Sma= 65 MVA công suất MBA có loại 63 MVA lớn 125 MVA, trường hợp nên chọn loại 63 MVA, mà không chọn loại 125 MVA

Công suất MBA chọn theo điều kiện máy nghỉ máy lại với khả tải cố cho phép phải tải lớn công suất cực đại phụ tải

Tức là: Kqt.sc SđmB  Smax => SđmB  Smax/Kqt.sc

Theo điều kiện khơng cần xét điều kiện bình thường Kqt.sc lớn 1,4 (MBA đặt trời) theo điều kiện bình thường cần:

SñmB  0.5 Smax

Khi chọn theo điều kiện đưa đến công suất máy biến áp lớn chế tạo máy biến áp nhảy vọt (tương tự xét), khơng cần chọn cơng suất q lớn mà xét cố máy cắt phần phụ tải loại 3, cho phép hợp lý

- Trường hợp có máy biến áp ghép song song (hình 5-26c) Cơng suất máy biến áp chọn theo biểu thức:

SñmB  Smax/3

Và kiểm tra máy nghỉ hai máy lại với khả tải cố tải cơng suất cực đại, nghĩa

2.kqtsc SñmB  Smax => SñmB  Smax/2.Kqt.sc

Ghi chú: Khả tải cố máy biến áp tính sau: - Máy biến áp đặt ngồi trời: kqtsc = 1,4

- Máy biến áp đặt nhà: kqtsc = 1,3

Thời gian tải ngày đêm, K1 < 0.93 kéo dài không ngày đêm

Ví dụ 5-4 : Chọn cơng suất máy biến áp trạm biến áp 110/22 KV có đồ thị phụ tải hình 5-16

- Cơng suất MBA chọn theo điều kiện MBA nghỉ, MBA lại với khả tải cố có khả cung cấp đủ Smax = 34 MVA

K qtscSñm > 34 MVA

Giả sử MBA đặt trời K qtsc =1.4 Sđm > 34/1.4= 24,28 MVA

Từ số liệu chọn máy biến áp có Sdm = 25MVA Kiểm tra điều kiện tải

Từ đồ thị phụ tải với Sđm = 25 MVA thời gian tải từ 15 đến 23 lớn MBA 25MVA không cho phép Nâng công suất MBA lên 30 MVA thời gian tải từ 15 đến 23 <

Hình 5-16. Sơ đồ nối dây đồ thị phụ tải TBA ví dụ 5-4

S1ñt =

√

282x3+242x7

10 = 25,26

S1 dt

SdmB =

25,26

30 = 0,842 < 0,93

Vậy MBA có SBđm = 30 MVA thỏa mãn điều kiện tải cố

S(MV A)

2 43 02 52 41

0

5 18 24

t (giờ)