Thiết bị đo lƣờng phía trung thế

CHƢƠNG 5 : TÌM HIỂU CHỌN TRẠM BIẾN ÁP VÀ CÁC THIẾT BỊ

5.4 Thiết bị đo lƣờng phía trung thế

5.4.1 Lựa chọn máy biến áp đo lƣờng BU:

+ Máy biến áp đo lƣờng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấpthƣờng là 100V, để cung cấp cho thiết bị đo lƣờng, bảo vệ rơle và tự động hố.

+ Nguyên lý làm việc của BU cũng tƣơng tự nhƣ máy biến áp điện lực thơng thƣờng nhƣng cĩ đặc điểm là tổng trở mạch ngồi của thứ cấp BU rất lớn, vì vậy cĩ thể xem nhƣ BU thƣờng xuyên làm việc khơng tải. Máy biến điện áp cĩ loại một pha, ba pha hoặc ba pha năm trụ, cĩ loại lắp đặt trong nhà và ngồi trời.

Chọn lựa máy biến áp đo lƣờng theo các điều kiện sau: UđmBUUđmlƣới

S2đmphaS2pha

Với: S2pha :Phụ tải thứ cấp từng pha của BU phụ thuộc vào cơng suất và sơ đồ đấu dây của các dụng cụ đo phía thứ cấp.

Vậy tra bảng trang 272 sách “thiết kế cấp điện “của Ngơ Hồng Quang ta chọn đƣợc máy biến áp BU do hãng Siemen chế tạo với các thơng số sau:

Kiểu Thơng số kỹ thuật Loại: 4MR24

Hình hộp

Uđm , KV 24

U chịu đựng tần số cơng nghiệp, KV 50 U chịu đựng xung 1,2/50s, KV 175 U1đm , KV 22 U2đm , KV 100 Tải định mức, VA 400 Trọng lƣợng, KG 30 Máy Máy T T Trạ Trạ Sơ đồ đặt Máy Phát: Sơ đồ đặt Máy Phát:

Bảng 5.1 Thơng số kỹ thuật của BU Bảng 5.1 Thơng số kỹ thuật của BU Bảng 5.1 Thơng số kỹ thuật của BU

85

5.4.2 Lựa chọn máy biến dịng điện BI:

+ Máy biến dịng điện cĩ nhiệm vụ biến đổi dịng điện lớn (sơ cấp) thành dịng điện 5A (thứ cấp) để cung cấp cho các dụng cụ đo lƣờng, bảo vệ rơle và tự động hố. Máy biến dịng điện lựa chọn theo điều kiện điện áp, dịng điện, phụ tải phía thứ cấp, cấp chính xác và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.

Ngồi ra cịn phải chọn loại BI phù hợp với nơi lắp đặt nhƣ: trong nhà, ngồi trời, lắp trên thanh cái, lắp xuyên tƣờng.

Chọn máy biến dịng đo lƣờng BI theo các điều kiện sau:

UđmBI Uđmlƣới = 380V

IđmBI  Imax/2 S2đmBIStt

Vậy tra bảng trang 271 sách “thiết kế cấp điện” của Ngơ Hồng Quang ta chọn đƣợc máy biến dịng BI do hãng Siemen chế tạo với các thơng số sau:

Kiểu Thơng số kỹ thuật Loại: 4MA74

Hình hộp

Uđm , KV 24

U chịu đựng tần số cơng nghiệp, KV 50 U chịu đựng xung 1,2/50s, KV 125 I1đm , A 20 – 2500 I2đm , A 1 hoặc 5 Iơđ nhiệt , KA 80 Iơđ động , KA 120 Trọng lƣợng, Kg 25 5.4.3 Lựa chọn thanh dẫn:

Ngƣời ta thƣờng dùng thanh dẫn đồng, nhơm để làm các thanh gĩp trong các trạm phân phối và trạm biến áp. Thanh dẫn thƣờng cĩ tiết diện hình chữ nhật đƣợc lắp đặt trên sứ cách điện. Khi phải tải dịng điện lớn, để tránh hiện tƣợng hiệu ứng mặt ngồi, ngƣời ta lắp đặt nhiều thanh dẫn cho một pha. Trong trƣờng hợp này, ngƣời ta đặt các miếng đệm giữa các thanh dẫn để tăng độ cứng của thanh dẫn. Thanh dẫn đƣợc

Bảng 5.2 Thơng số kỹ thuật của BI Bảng 5.2 Thơng số kỹ thuật của BI Bảng 5.2 Thơng số kỹ thuật của BI

86

chọn theo điều kiện dịng điện và kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. Ta cĩ: A K K U S k k I I đm MBA lv cp 2613.9 93 . 0 1 38 . 0 3 1600 2 1 3 2 1 max           

với: k1 = 1 :ứng với trƣờng hợp thanh dẫn đặt đứng k2 = 0,93 :hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ mơi trƣờng.

Vậy tra bảng trang 209 sách giáo trình cung cấp điện ta chọn đƣợc thanh dẫn hạ áp với các thơng số sau: thanh dẫn bằng đồng, mỗi pha hai thanh, dịng điện cho phép Icp = 2610A, kích thƣớc 60 x 8mm2, tiết diện 480mm2.

Kích thƣớc (mm2) Trở kháng RTD (m) Cảm kháng XTD (m) Khoảng cách trung bình (mm) Dịng điện cho phép (A) 60 x 8 0.042 0,145 150 2610 5.5 Bù cơng suất phản kháng

5.5.1 Cải thiện hệ số cơng suất

5.5.1.1. Hệ số cơng suất và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cơng suất:

Các đại lƣợng biểu diễn cơng suất cĩ liên quan mật thiết với nhau qua tam giác cơng suất

Với:

S :cơng suất biểu kiến P:cơng suất tác dụng Q:cơng suất phản kháng : gĩc giữa S và P

Trị số của cĩ ý nghĩa rất quan trọng

S Nếu giảm thì P tăng,Q giảm Q Khi =0 thì P trùng với S, Q=0  Nếu  tăng thì Pgiảm, Q tăng P

Bảng 5.3 Thơng số kỹ thuật của thanh dẫn đƣợc

chọn

Bảng 5.3 Thơng số kỹ thuật của thanh dẫn đƣợc

87

Khi = 900 thì Q trùng S ,P=0 H1.1.Tam giác cơng suất

+ Trong nghiên cứu và tính tốn thực tế ngƣời ta thƣờng dùng khái niệm hệ số cơng suất

cos thay cho gĩc giữa S và P ().

+ Khi cos càng nhỏ thì lƣợng cơng suất phản kháng tiêu thụ hoặc truyền tải càng lớn và cơng suất tác dụng càng nhỏ, ngƣợc lại cos càng lớn thì lƣợng Q tiêu thụ hoặc truyền tải càng nhỏ.

+ Lƣợng Q truyền tải trên lƣới điện các cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ càng lớn thì càng gây tổn thất lớn trên lƣới điện.

+ Các xí nghiệp cơng nghiệp sử dụng nhiều động cơ khơng đồng bộ ba pha ,thƣờng xuyên non tải hoặc khơng tải tiêu thụ lƣợng Q rất lớn

+ Do đĩ các xí nghiệp nâng cao hệ số cơng suất là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ cơng suất tác dụng P và cơng suất phản kháng Q. Để tránh truyền tải một lƣợng Q khá lớn trên đƣờng dây, ngƣời ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm nhƣ vậy đƣợc gọi là bù cơng suất phản kháng. Khi cĩ bù cơng suất phản kháng thì gĩc lệch pha giữa dịng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đĩ hệ số cơng suất của mạch đƣợc nâng cao, giữa P, Q và gĩc cĩ quan hệ nhƣ sau:

Tất cả máy điện cảm ứng và thiết bị điện vận hành trong hệ thống điện xoay chiều đều thực hiện chuyển đổi năng lƣợng điện từ các nguồn phát điện xoay chiều sang dạng cơ năng và nhiệt năng. Năng lƣợng này đƣợc đo bằng điện kế (kWh) và gọi là năng lƣợng hữu cơng. Để thực hiện đƣợc quá trình biến đổi năng lƣợng này, từ trƣờng trong máy điện đƣợc thiết lập. Từ trƣờng nĩi trên liên quan với một dạng

năng lƣợng khác do nguồn điện cung cấp. Dạng năng lƣợng này gọi là năng lƣợng vơ cơng hoặc năng lƣợng phản kháng.

Thành phần vơ cơng của dịng điện mặc dù khơng tiêu thụ cơng suất của nguồn phát nhƣng trong quá trình truyền tải và phân phối điện, nĩ tạo nên tổn hao nhiệt trên dây dẫn.  cos  cos  P Q arctg  

88

Trong các hệ thống nguồn thực tế, thành phần vơ cơng của dịng điện luơn luơn cĩ tính cảm, trong khi đĩ tổng trở của hệ thống truyền tải và phân phối chủ yếu mang tính cảm. Kết quả của việc dịng điện cĩ tính cảm đi qua cảm kháng sẽ tạo điều kiện gây ra sụt áp bất lợi nhất (do ngƣợc pha với điện áp nguồn).

Dịng điện vơ cơng (tính dung) cĩ hiệu ứng ngƣợc lại lên các mức điện áp và gây ra việc tăng áp trong hệ thống điện.

Mạng điện xí nghiệp thƣờng dùng điện áp tƣơng đối thấp, đƣờng dây lại dài phân phối đến từng phụ tải nên gây ra tổn thất điện năng lớn. Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong xí nghiệp cơng nghiệp cĩ ý nghĩa rất quan trọng, khơng những cĩ lợi cho bản thân mà cịn cĩ lợi chung cho nền kinh tế quốc dân.

Việc cải thiện hệ số cơng suất mang lại những ƣu điểm sau:

Giảm giá thành điện:

Việc lắp đặt các tụ điện để điều chỉnh hệ số cơng suất trong các mạng điện cho phép các hộ tiêu thụ giảm tiền điện nhờ giữ mức tiêu thụ cơng suất phản kháng dƣới giá trị thoả thuận với cơng ty cung cấp điện. Năng lƣợng phản kháng đƣợc tính theo hệ số tg:

tg = Q(kVArh)/P(kWh)

+ Do đĩ, tổng năng lƣợng phản kháng đƣợc tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là:

KVArh (phải trả tiền) = kWh (tg - 0,4) Tối ƣu hố kinh tế – kỹ thuật:

Cải thiện hệ số cơng suất cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đĩng cắt và cáp nhỏ hơn … đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện:

+ Giảm tổn thất trong mạng điện, tổn thất cơng suất trên đƣờng dây đƣợc tính nhƣ sau:

+ Giảm đƣợc tổn thất điện áp trong mạng điện, tổn thất điện áp đƣợc tính:

+ Tăng khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải của đƣờng dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nĩng, tức phụ thuộc vào

R U Q p P 2 2 2    U QX PR U   

89

dịng điện cho phép của chúng. Dịng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp đƣợc tính nhƣ sau:

Biểu thức này chứng tỏ rằng với cùng một tình trạng phát nĩng nhất định của đƣờng dây và máy biến áp (tức I=const) chúng ta cĩ thể truyền tải cơng suất tác dụng P của chúng bằng cách giảm cơng suất phản kháng Q mà chúng phải tải đi, vì thế, vẫn giữ nguyên đƣờng dây và máy biến áp. Nếu Cos của mạng đƣợc nâng cao (tức giảm lƣợng Q phải truyền tải) thì khả năng truyền tải của chúng sẽ đƣợc tăng lên.

Ngồi ra, việc nâng cao hệ số Cos cịn đƣa đến hiệu quả là giảm đƣợc chi phí kim loại màu, gĩp phần ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện … Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số cơng suất Cos, bù cơng suất phản kháng đã trở thành vấn đề quan trọng, cần phải đƣợc quan tâm đúng mức trong khi thiết kế cũng nhƣ vận hành hệ thống cung cấp điện.

5.5.1.2. Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất tự nhiên:

Là thuật ngữ chỉ những giải pháp khơng cần đặt thiết bị bù mà làm tăng đƣợc trị số cos

Đĩ là những giải pháp đơn giản, rẻ tiền mà làm giảm đƣợc lƣợng Q tiêu thụ của xí nghiệp.

Các giải pháp đĩ là:

- Thay đổi và cải tiến quy trình cơng nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.

- Thay thế động cơ khơng đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ cĩ cơng suất nhỏ hơn.

- Hạn chế động cơ chạy khơng tải

- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ khơng đồng bộ - Nâng cao chất lƣợng sửa chữa động cơ.

5.1.3. Các thiết bị bù cos:

+ Bù cos tại xí nghiệplà một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc tồn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí nghiệp,làm giảm lƣợng Q truyền tải cho lƣới điện cung cấp cho xí nghiệp.

+ Thiết bị để phát ra Q thƣờng dùng trên lƣới điện là máy bù và tụ bù. Máy bù, hay cịn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q. Ƣu khuyết điểm của hai loại thiết bị bù này gới thiệu trong bảng 3.1

U Q P I 3 2 2  

90

Bảng 5.4.so sánh đặc tính kinh tế - kỹ thuật của máy bù và tụ bù

Máy bù Tụ bù

Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản

Đắt Rẻ

Tiêu thụ nhiều điện năng

b Q P 5(%) 

Tiêu thụ ít điện năng

b Q P (25)(%) 

Tiếng ồn lớn Yên tĩnh

Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp

Qua bảng so sánh trên nhận thấy tụ bù cĩ nhiều ƣu điểm hơn máy bù, nhƣợc điểm duy nhất là cơng suất Qb phát ra khơng trơn mà thay đổi theo cấp (bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù, tuy nhiên, điều này khơng quan trọng, vì bù cos mục đích là làm sao cho cos của xí nghiệp lớn hơn cos quy định là 0.85 chứ khơng cần cĩ trị số thật chính xác. Thƣờng bù cos lên trị số từ 0.9 – 0.95.

Tĩm lại, trên lƣới điện xí nghiệp cơng nghiệp, dịch vụ và dân dụng chỉ nên bù bằng tụ điện

Hình thức đặt thiết bù gồm cĩ : Bù riêng, bù nhĩm, bù tập trung.

- Bù riêng: Bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện cĩ tính cảm. Bù riêng nên đƣợc xét đến khi cơng suất của động cơ là đáng kể so với cơng suất mạng điện.

- Bù nhĩm (từng phân đoạn): Bù nhĩm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau. Bộ tụ đƣợc đấu vào tủ phân phối khu vực.

- Bù tập trung: Bù tập trung áp dụng khi tải ổn định và liên tục. Bộ tụ đấu vào thanh gĩp hạ áp của tủ phân phối chính và đƣợc đĩng trong thời gian tải hoạt động.

5.1.4. Điều chỉnh dung lƣợng bù:

Để đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao nhất, ta cần phải điều chỉnh dung lƣợng bù của tụ điện cho phù hợp với phụ tải phản kháng. Song vì phụ tải luơn luơn biến đổi và các tụ điện đƣợc chế tạo sẵn thành các phần tử cĩ dung lƣợng nhất định nên việc điều chỉnh liên tục dung lƣợng bù là điều khĩ thực hiện đƣợc. Trong thực tế, ngƣời ta chia tụ điện thành nhiều nhĩm nhỏ và tuỳ theo sự biến đổi của phụ tải mà cho nhiều hay ít nhĩm làm việc.

Cĩ bốn cách điều chỉnh dung lƣợng bù :

+ Điều chỉnh dung lƣợng tụ bù của tụ điện theo điện áp : Căn cứ vào điện áp của thanh cái của trạm biến áp để tiến hành điều chỉnh tự động dung lƣợng bù.

91

+ Điều chỉnh dung lƣợng bù theo nguyên tắc thời gian : Căn cứ vào sự biến đổi của phụ tải phản kháng trong một ngày đêm để đĩng hoặc cắt bớt tụ điện.

+ Điều chỉnh dung lƣợng tụ bù theo dịng điện phụ tải : Đƣợc dùng trong trƣờng hợp phụ tải thƣờng biến đổi đột ngột.

+ Điều chỉnh dung lƣợng bù theo hƣớng đi của cơng suất phản kháng : Thƣờng đƣợc dùng khi trạm biến áp ở cuối đƣờng dây và xa nguồn.

5.5.1.5. Vận hành tụ điện:

Tụ điện hạ áp đƣợc đặt tập trung trong tủ gần với tủ phân phối trung tâm. Vì khả năng gây nổ thấp nên khơng cần đặt chúng vào trong phịng riêng mà cĩ thể đặt ngay trong nhà xƣởng, nhƣng nơi đặt cũng cần khơ ráo, ít bụi bặm và thống mát.

Vận hành tụ điện phải đảm bảo hai điều kiện:

+ Điều kiện nhiệt đơ: phải giữ cho nhiệt độ khơng khí xung quanh tụ điện khơng đƣợc vƣợt quá +350C

+ Điều kiện điện áp: phải giữ cho điện áp trên cực của tụ điện khơng vƣợt quá 110% điện áp định mức. Khi điện áp của mạng vƣợt quá giới hạn cho phép thì phải cắt tụ điện ra khỏi mạng.

5.5.2 Bù cơng suất phản kháng cho Cơng ty Bút bi Bến Nghé 5.5.2.1. Chọn thiết bị bù và vị trí bù: 5.5.2.1. Chọn thiết bị bù và vị trí bù:

Dung lƣợng bù đƣợc xác định theo cơng thức sau:

)

(tg1 tg2

P

Qbù  NM  (trang 146 thiết kế cấp điện)

Trong đĩ:

P : Phụ tải tính tốn của nhà máy.

- ứng với hệ số cơng suất ( ) trung bình trƣớc khi bù. - ứng với hệ số cơng suất ( ) trung bình sau khi bù.

Sau khi tính tốn dung lƣợng bù và chọn loại thiết bị bù vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Nguyên tắc bố trí thiết bị bù sao đạt chi phí nhỏ nhất.

+ Đối với cơng ty bút bi bến nghé thì diện tích tƣơng đối nhỏ và do vấn đề tài chính nên cơng ty sử dụng tụ bù để nâng cao hệ số cơng suất và các tụ bù đƣợc đặt tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp.