Mô hình máy biến áp

IV. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp

3.Mô hình máy biến áp

Máy biến áp phân phối phải có trong quá trình mô hình hóa mạng điện phân phối vì chúng có số lượng rất lớn và gây ra tổn thất đáng kể cho hệ thống. Các máy biến áp một pha được mô hình hóa bởi tổng trở rò nối tiếp với mạch tổn thất lõi ở phần thứ cấp.

Có thể mô phỏng máy biến áp theo các mô hình sau:

 Mô hình A:

Điện trở nối tiếp với điện cảm tản.

R L

Hình 2.7. Mô hình A máy biến áp

 Mô hình B:

R

L

Hình 2.8: Mô hình B máy biến áp.

Điện cảm rò song song với điện trở, điện trở trong trường hợp này = 80 lần điện cảm của máy biến áp. R = 80L

 Mô hình C:

RP

L RS

Điện trở Rs nối tiếp với cặp điện cảm song song với điện trở RP. Điện trở Rs và RP là hằng số bất chấp họa tần. Trong đó: 110 R . S V 90 s 2   và 30 V R . S 13 2P  . 4. Mô hình các phần tử phản kháng:

Các tụ điện, máy phát đồng bộ thường được dùng trong mạng phân phối để hiệu chỉnh hệ số công suất và hỗ trợ điện áp

 Máy phát đồng bộ:

Khi dòng, áp phi tuyến xuất hiện trong stator của máy đồng bộ, thành phần cơ bản thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng và tạo sức từ động quay phản ứng với sức từ động rotor để tạo ra sức từ động cơ bản. Ngược lại, thành phần hài cũng tạo ra sức từ động quay ở các tần số khác, nhưng không có phản ứng phần ứng. Do đó, phản ứng tại tần số hài không liên quan tới các thông số đồng bộ mà liên quan tới tổng trở tương đương có thể gây nên bởi nhánh rò (leakage path). Có thể giả sử rằng máy đồng bộ không sinh ra điện áp hài và có thể được mô phỏng bởi tổng trở shunt tương đương tại tần số hài.

(a) (b)

R

L

R L

Hình 2.10. Sơ đồ thay thế máy phát đồng bộ (a) Thay thế nối tiếp.

(b) Thay thế song song. X = 1/2(Xd"+Xq") =X2

Khi sử dụng các giá trị đặc trưng của điện kháng máy đồng bộ để tính toán điện kháng tương đương X, có thể sử dụng điện kháng thoáng, có thể hợp nhất với điện trở hạn dòng. Trên là sơ đồ mô hình máy đồng bộ. Người ta đưa ra hai loại: Nối tiếp và song song, ở đây, mô hình nối tiếp thích hợp hơn, bởi vì máy phát đồng bộ có thể coi là động cơ cảm ứng đối với tần số hài. Tuy nhiên, trên thực tế, mô hình hiệu ứng bề mặt và kiểu kết hợp trở kháng sẽ không gây nên bất kỳ một sai khác nào đối với trở kháng tương đương. Như vậy trong chương trình mô phỏng, có thể sử dụng mô hình nối tiếp, song song, mô hình thêm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu chỉnh cảm kháng cũng như điện kháng damping dựa trên mất mát trong động cơ cho cả hai loại mô hình (nối tiếp và song song).

 Động cơ điện cảm ứng:

Mô hình như sau:

R1 L1 L2

Lm R2/5(h)

(a)

R1 L1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

(b)

L là điện cảm khóa rô to

Hình 2.17. Mô hình động cơ cảm ứng (a) Mô hình hoàn chỉnh

(b) Mô hình tương đương đối với họa tần . Độ trượt s(h) ở họa tần:             h 1 s 1 h h s , trong đó: s(1)  0,02.

Trong đó Xm bỏ qua. L là điện cảm khóa rotor (locked – rotor), R là điện trở của động cơ.

Chương 3

Vấn đề giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện

I. Giới thiệu:

Chất lượng điện năng được xác định bởi hai thông số: điện áp và tần số, tăng chất lượng điện áp là đồng nghĩa với giảm tổn thất điện năng trên hệ thống. Điều chỉnh điện áp nằm trong giới hạn cho phép cũng đồng thời liên quan đến nhiều vấn đề khác cũng cần phải thay đổi. Có nhiều phương pháp để điều chỉnh điện áp, tuy nhiên có hai phương pháp thông dụng mà ngày nay thường hay áp dụng dó là dùng tụ bù và máy điều áp.

Các hộ tiêu thụ điện trong quá trình dùng điện tiêu thụ cả công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Tuy nhiên việc truyền tải công suất phản kháng Q trên đường dây là không có lợi, và gây ra tổn thất điện áp cũng như tổn thất điện năng.

 Tăng tổn thất công suất tác dụng:

R P QQ U Q R U P R U Q P          2 2 2 22 22

Như vậy công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền qua những phần tử tiêu thụ điện có điện trở R thì tổn thất công suất tác dụng sẽ tỉ lệ với bình phương trị số công suất phản kháng.

 Làm tăng tổn thất điện áp:

Đặc biệt với các lưới phân phối. Khi truyền dẫn công suất qua các phần tử có điện trở R và điện kháng X thì tổn thất điện áp được xác định theo biểu thức:

UP UQ U QX PR U     

Trong đó UP: tổn thất điện áp do công suất tác dụng gây nên. UQ: tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây nên.

Phần tổn thất thêm UQ làm tăng độ lệch điện áp trên cực các thiết bị điện so với điệân áp định mức của thiết bị khi phụ tải thay đổi do đó đảm bảo chất lượng điện cũng như về mặt kinh tế mà trong lưới điện cần phải đưa công suất phản kháng vào gần nơi tiêu thụ, như vậy làm giảm công suất truyền từ đầu đường dây, có nghĩa là giảm tải cho đường dây và MBA, do đó có khả năng tăng truyền tải cho đường dây cũng như MBA

Độ lệch điện áp sinh ra ở nơi tiêu thụ điện là do bởi hai nguyên nhân sau:

 Nguyên nhân phát sinh ở bản thân các hộ tiêu thụ điện: do các hộ tiêu thụ điện với tải thay đổi liên tục nên gây nên độ lệch điện áp.

 Nguyên nhân do sự biến đổi về tình trạng vận hành của hệ thống điện: phương thức vận hành của các nhà máy điện trong hệ thống hoặc một sự thay đổi nào đó trong đường dây của hệ thống cũng làm cho sự thay đổi công suất trong toàn hệ thống. Dẫn đến sự thay đổi mức tổn thất điện áp và làm biến đổi độ lệch điện áp ở nơi dùng điện.

Độ lệch điện áp xảy ra cao nhất khi xảy ra sự cố: đứt dây, ngắn mạch …Trong

thực tế không thể nào giữ điện áp ở nơi tiêu thụ điện luôn đúng bằng diện áp định mức, trong hệ thống cũng như thiết bị đều cho phép một độ lệch điện áp tương đối nhỏ nào đó mà vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật

2. Vấn đề thay đổi điện áp trên lưới điện:

Trong cung cấp điện trên lưới phân phối luôn có sự khác biệt giữa điện áp nguồn (các trạm biếp áp trung gian hoặc phân phối) và điện áp tải tại các vị trí khác nhau, do dòng tải qua tổng trở của MBA cũng như tổng trở trong các MBA, và tổng trở đường dây gây ra các độ sụt áp.

Hinh 3. 1

Hình 3. 1 cho ta thấy rằng điện áp phân phối không thể giữ không đổi trong suốt chiều dài đường dây.

Khi phụ tải tăng hoặc do nhu cầu phát triển mà đường dây phân phối phải kéo dài thêm, mức thay đổi điện áp khi đó có thể vượt quá giới hạn cho phép. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

LTC: bộ điều chỉnh điện áp dưới tải đi kèm với biến áp nguồn.

S

RN, XN RD, XD

load

Mức giới hạn điện áp trên Mức giới hạn điện áp dưới

Độ sụt áp cho phép

T1 T2 T3 LTC

Điện áp giới hạn trên

Điện áp giới hạn dưới Uđm

U

Hình 3. 2 điện áp tại các tải T1, T2, T3, phân bố dọc phát tuyến nằm trong khoảng quy định.

l

T1 T2 T3

LTC

Điện áp giới hạn trên

Điện áp giới hạn dưới Uđm

U

Hình 3.3 điện áp tại các tải T3, T3, phân bố dọc phát tuyến nằm ngoài khoảng quy định

3. Các giải pháp giảm tổn thất công suất:

Có rất nhiều phương pháp để khắc phục tình trạng sụt áp trên lưới phân phối, hoặc giữ điện áp phân phối trong khoảng thay đổi cho phép. Nghĩa là nâng điện áp lên khi điện áp ở trạm giảm vượt ra ngoài định mức và ngược lại giảm điện áp xuống khi điện áp ở trạm tăng vượt định mức. Muốn giữ cho điện áp nằm trong phạm vi cho phép tốt nhất là kết hợp nhiều biện pháp điều chỉnh khác nhau:

 Điều áp ngay tại máy phát.

 Sử dụng thiết bị điều chỉnh điện áp dưới tải tại các trạm phân phối.

 Đặt tụ bù tại các trạm phân phối.

 Phân phối đều hơn các phụ tải trên các phát tuyến

 Tăng tiết diện đường dây phân phối.

 Chuyển một số các phụ tải qua các phát tuyến mới.

 Xây dựng các trạm mới và các phát tuyến mới.

 Nâng cao cấp điện áp phân phối.

 Sử dụng máy điều áp dọc đường dây phân phối.

 Đặc tụ bù song song trên các phát tuyến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

 Đặt tụ bù nối tiếp trên các phát tuyến.

 Tăng cấp điện áp.

Sự chọn lựa một hay kết hợp nhiều giải pháp với nhau tùy thuộc vào yêu cầu của từng phát tuyến. Tuy vậy trong thực tế giải pháp sử dụng máy điều áp tại các vị trí thích hợp tỏ ra là hữu hiệu và tiết kiệm.

a. Điều áp ở nhà máy điện:

Ơû các mạng điện nhỏ, chỉ có một nhà máy điện, ta có thể hoàn toàn dựa vào việc thay đổi điện áp ở các nhà máy điện đặt trong nhà máy đó để đạt tới mức điều chỉnh điện áp cần thiết phù hợp với yêu cầu của các hộ dùng điện, khi phụ tải lớn ta nâng điện áp của nhà máy phát điện lên, và ngược lại khi phụ tải nhỏ ta hạ điện áp ở nhà máy phát điện xuống. Nghĩa là luôn giữ điện áp ở phía phụ tải gần với điện áp định mức. Hoặc với một độ lệch điện áp tương đối nhỏ nào đó không vượt quá phạm vi cho phép.

Kinh nghiệm cho ta thấy ở mạng điện nhỏ, phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi điện áp của máy phát ở nhà máy điện là thích đáng và thông thường giúp ta giữ được độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ không vượt quá phạm vi cho phép.

điện áp khác nhau hoặc hệ thống điện gồm nhiều nhà máy điện kết nối lại với nhau.

b. Thiết bị điều chỉnh điện áp dưới tải:

Do tính chất kinh tế - kỹ thuật của các thiết bị tiêu thụ điện mà điện áp làm việc cho phép dao động trong một phạm vi hẹp, điện áp thấp nhất xảy ra trên các thiết bị điện khi phụ tải lớn nhất và điện áp cao nhất khi phụ tải bé nhất.

Một trong những biện pháp cơ bản để đảm bảo điện áp cần thiết trên thiết bị điện là chọn đúng đầu phân áp của máy biến áp, hay nói cách khác là ta thay đổi tỉ số k của máy biến áp để đạt được trị số yêu cầu của phụ tải.

Ví dụ: Cho sơ đồ hệ thống điện:

Trường hợp a:

Nếu hai biến áp có cùng tỉ số biến áp, do tổn thất điện áp trên đường truyền nên điện áp đặt lên cuộn sơ cấp hai máy là khác nhau, dẫn đến điện áp thứ cấp UB1, UB2 của máy TB cũng như UC1, UC2. của máy TC sẽ khác nhau và nhiều khi vượt quá giới hạn cho phép.

Trường hợp b:

Nếu tỉ số biến áp K của hai máy là khác nhau và được điều chỉnh một cách thích hợp thì điện áp ở phía thứ cấp của các máy biến áp sẽ có giá trị nằm trong giới hạn cho phép khi tải biến đổi max hay min.

Theo quy chuẩn thì tất cả các máy biến áp có công suất từ 5600KVA trở lên và có điện áp bên cao từ 35KV trở lên đều có 4 đầu phân áp phụ ở phía cuộn cao

T B C TB TC UB UC s Uc2 Ub1 Ub2 Uđm Uc1 Uđm A Ub1 Ub2 Uđm Uc1 Uđm B

Khi chuyển đầu phân áp này sang đầu phân áp bên cạnh, tỉ số biến đổi thay đổi được 2, 5%, nghĩa là điện áp cũng thay đổi được 2, 5% như vậy với máy biến áp có 4 đầu phân áp phụ thì có thể cho ta thay đổi điện áp trong phạm vi ±5% tức là với phạm vi biến thiên chung của độ lệch điện áp 10%.

Đối với máy biến áp có công suất bé hơn 5600KVA và điện áp bên cao áp bé hơn 35KV thì ngoài đầu chính còn có hai đầu phân áp phụ. Và khi chuyển từ đầu phân áp này sang đầu phân áp bên cạnh thì điện áp thay đổi được 5%.

Muốn thay đổi được đầu phân áp của các máy biến áp yêu cầu phải cắt MBA ra khỏi mạng để thao tác. Như vậy việc thao tác phải có thời gian và số lượng MBA trong hệ thống rất lớn. Vì những lý do trên mà ta không thể thay đổi thường xuyên đầu phân áp MBA được, mà cần tính toán sao cho để có thể chọn được một đầu phân áp thỏa mãn được yêu cầu về điện áp tại các hộ tiêu thụ trong các tình trạng làm việc khác nhau. -5% -2. 5% 0 +2. 5% +5% H C C H -5% 0 +5% a, b,

Hình 3.5: sơ đồ nguyên lý của MBA có đầu phân áp phụ

100V 90V 900vòn 100vòng Tă ng Ho

Theo sơ đồ hình 3.7 ta có: Vout=Vin(Tout/Tin) Tin=900+100=1000 vòng Vout=1000(900/1000) =900v Ta có Vout= Vin(Tuot/Tin) Tin=47+900=947 vòng Vout=1000(900/947)=950V. c. Giải pháp sử dụng tụ bù:  Tổng quát:

Tụ bù là các phần tử thụ động với dòng qua nó sớm pha hơn điện áp một góc 900. Nhờ vậy tụ trung thế thường được dùng để bù công suất phản kháng, trong các mạch lọc các sóng bậc cao và cải thiện phần nào tình trạng sụt áp trên các đường dây phân phối.

Khi truyền công suất trên đường dây đến một phụ tải có yêu cầu công suất là: Spt=Ppt+jQpt. Dòng điện chạy trên đường dây khi đó là

U . 3 S

I pt , độ sụt áp và tổn thất công suất trên đường dây:

S3I2(RjX) 3.I(R jX). I . 3 S U    

Ta thấy rằng S,U đều tỉ lệ thuận với dòng điện tải trên đường dây, và I tỉ lệ thuận với Spt, như vậy S,U nhỏ khi I giảm hay Spt giảm

Do yêu cầu công suất của phụ tải ở một thời điểm nào đó là không đổi, vậy để (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

950V 100V Tăng Hoặc giảm 900 vòng 47 vòng

Do tụ bù trung thế có thể cung cấp công suất phản kháng Q tại chỗ nên ta có thể thay vì truyền một lượng công suất Q đi trên đường dây người ta chỉ việc đặt tụ bù tại nơi cần bù một lượng Q. Với giải pháp sử dụng tụ bù mức độ cải thiện điện áp khoảng 3-4%Uđm

Các lợi điểm của việc dùng tụ bù:

 Bù công suất phản kháng cần thiết

 Cải thiện điện áp ở cuối đường dây.

 Giảm bớt dòng tải trên đường dây, do đó giảm bớt dòng quá tải trên các thiết bị lắp đặt, giảm bớt độ sụt áp, giảm tồn thất.

 Nâng cao hệ số công suất của hệ thống.

 Nâng cao công suất cung cấp nhờ giảm bớt thành phần phản kháng trên đường dây, nâng cao hiệu quả kinh tế của lưới.

Ưu, khuyết điểm khi sử dụng tụ bù để bù công suất phản kháng và cải thiện điện áp so với các thiết bị bù khác như sau:

Ưu điểm:

 Tổn thất công suất tác dụng trên bản thân tụ điện rất bé (0. 0025÷0. 005 Kw/Kvar)

 Tụ điện được chế tạo thành đơn vị nhỏ nên rất linh động trong việc lắp ráp và mở rộng công suất

 Sử dụng trực tiếp ở nhiều cấp điện áp khác nhau Nhược điểm:

 Tụ điện nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ điện theo một quan hệ như sau: Q=U2. 2. f. C

 Khi điện áp tăng 110% Uđm tụ điện dễ bị chọc thủng.

 Khi đóng tụ vào hệ thống, trong hệ thống sẽ xuất hiện dòng điện