1. Khái quát chung:
Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện. Máy biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp cao sang điện áp thấp để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ (nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư) hay phục vụ cho nhu cầu đo điện. Hoặc ngược lại, biến điện áp: từ cấp điện áp thấp sang cấp điện áp cao để truyền tải điện năng tới nơi tiêu thụ.
Máy biến áp có ảnh hưởng trực tiếp đến họat động của xí nghiệp, vì khi máy biến áp bị sự cố thì các thiết bị sử dụng điện trong xí nghiệp sẽ bị ngưng họat động dẫn đến các dây chuyền sản xuất bị dừng lại. Vì vậy việc chọn dung lượng máy biến áp rất quan trọng, nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất (ít chủng lọai) để giảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng.
- Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, đồng nhất và có chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau này.
- Trạm biến áp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại 1 nên dùng 2 máy. Khi phụ tải lọai 1 nhỏ hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất mỗi máy phải có dung lượng bằng 50% cơng suất của phân xưởng đó. Khi phụ tải lọai 1 > cơng suất phân xưởng thì mỗi máy biến áp phải có dung lượng bằng 100% cơng suất của phân xưởng đó.
- Đối với trạm phục vụ cho hộ tiêu thụ lọai 2 có nên dùng 2 máy biến áp hay khơng cần phải tiến hành so sánh kinh tế, kỹ thuật. Đối với trạm phục vụ cho các hộ tiêu thu lọai 3 có thể chỉ cần dùng 1 máy.
2. Các kiểu trạm: 2.1. Trạm treo: 2.1. Trạm treo:
Trạm treo là kiểu trạm tòan bộ các thiết bị cao, hạ áp và máy biến áp được đặt trên cột. Riêng từ hạ áp có thể đặt trên cột, cạnh máy biến áp, cũng có thể đặt trong buồng phân phối xây dưới đất, tùy theo điều kiện bảo vệ an tòan, điều kiện đất đai và yêu cầu của khách hàng. Trạm biến áp treo có ưu điểm là tiết kiệm đất nên thường dùng cho các trạm công cộng đô thị, trạm biến áp cơ quan. Hiện nay, để đảm bảo an tòan chỉ cho phép dùng trạm treo cỡ máy biến áp 250-30/0,4KV và 400- 10(6)/0,4KV trở xuống.
2.2. Trạm bệt:
Trạm biến áp kiểu bệt thường được dùng phổ biến ở nông thôn hoặc cơ quan, những nơi có điều kiện đất đai cho phép. Với trạm này các thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp đặt trên bệ xi măng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà xây mái bằng. Xung quanh trạm xây tường cao 2m có cửa sắt có khóa chắc chắn. Nhà phân phối phải có mái dốc 3% để thóat nước, cử ra vào có khóa, phải làm cửa thơng gió phía trong và có đặt lưới mắt cáo phịng chim, chuột, rắn.
2.3. Trạm kín:
Trạm biến áp kiểu kín được dùng ở những nơi an tịan, những nơi nhiều khói bụi, nơi hóa chất ăn mịn, …trạm thường được bố trí thành 3 phịng: phịng cao áp đặt các thiết bị cao áp, phòng máy biến áp và phòng hạ áp đặt các thiết bị phân phối hạ áp. Cũng có thể chỉ gồm 2 phịng, trong đó máy biến áp và thiết bị cao áp đặt chung 1 phịng có lưới ngăn. Với trạm 2 máy biến áp có thể bố trí 3,4 phịng. Nếu đặt chung 2 máy biến áp thì tiết kiệm được tường xây nhưng sẽ nguy hiểm nếu xảy ra cháy nổ. Đặt mỗi máy 1 phòng sẽ tốn kém hơn nhưng mức độ an tòan cao hơn. Cũng cần tùy theo tuyến vào làù cáp hay đường dây trên khơng để bố trí cho thích hợp. Với trạm này cần phải xây hố dầu sự cố dưới bệ máy biến áp, cần đặt cửa thơng gió cho phịng máy và phịng cao, hạ áp ( có che lưới mắt cáo), cửa ra vào phải có khóa chắc chắn đề phòng chim, chuột, rắn.
3. Chọn vị trí lắp đặt:
Việc xác định vị trí đặt máy biến áp cũng quan trọng không kém, nên phải thỏa mãn các yêu cầu:
̇ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến.
̇ An toàn liên tục cung cấp điện.
̇ Thao tác vận hành và sửa chữa dễ dàng.
̇ Phịng việc cháy nổ, bụi bặm, khí ăn mịn.
̇ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm thấp.
4. Chọn máy biến áp:
4.1. Chọn máy biến áp theo quá tải thường xuyên:
- Quá tải thường xuyên là chế độ làm việc xét trong một khoảng thời gian nào đó. Trong đó có một khoảng thời gian làm việc quá tải và khoảng thời gian còn lại máy biến áp mang tải nhỏ hơn định mức. Mức độ quá tải được tính tốn sao cho hao mịn cách điện trong khoảng thời gian quá tải không vượt quá định mức tương ứng với nhiệt độ cuộn dây.
- Khả năng quá tải thường xuyên được xác định theo:
̇ Xác định đồ thị phụ tải.
̇ Xác định các hệ số K1 K2 theo các công suất đẳng trị.
̇ Xác định nhiệt độ đẳng trị môi trường.
4.2. Chọn máy biến áp theo quá tải sự cố.
Công suất máy biến áp phải thỏa điều kiện:
̇ Trường hợp 1 máy biến áp SđmBA ≥ Spt
̇ Trường hợp 2 máy biến áp
pt pt
dm K
S
S ≥
Với : Kpt – Hệ số quá tải sự cố.
Kpt = 1,4 nếu MBA đặt ngoài trời. Kpt = 1,3 nếu MBA đặt trong nhà.
4.3. Chọn dung lượng máy biến áp:
Từ cơng suất biểu kiến tính tốn của xí nghiệp SttXN = 347,8 [KVA], để nhằm đáp ứng việc xí nghiệp phát triển phụ tải trong tương lai ta phải chọn công suất MBA lớn hơn cơng suất tồn xí nghiệp . căn cứ theo catalogue máy biến áp của công ty thiết bị điện THIBIDI ta chọn được máy biến áp cho xí nghiệp ( Tra phụ lục – Bảng 8.20 sách “Hướng dẫn đồ án môn học thiết kế điện” – Phan Thi Thanh Bình – Dương Lan Hương – Phan Thi Thu Vân)
Phương án 1:
Chọn 1 máy biến áp với công suất S = 400KVA với các thông số :
o Điện áp: Cao áp: 15KV± ×2 2, 5%
Hạ áp: 0,4KV
o Công suất định mức: 400KVA
o Tổn hao không tải: Δ =P0 1050W
o Dịng điện khơng tải: I0=1, 5%
o Tổn thất ngắn mạch:ΔPN =6000W
o Điện áp ngắn mạch: UN =5%
o Kích thước: Rộng: 1100 mm Dài: 1840 mm Cao: 1700mm
o Trọng lượng: 1932 Kg
¬ Tổn thất cơng suất phản kháng không tải:
[ ] 0 0 % 1, 5 400 6 100 dm 100 I Q S KVAR = ì = ì = ơ Tn thất công suất phản kháng ngắn mạch: [ ] % 5 400 20 100 100 N N dm U Q S KVAR = ì = ì =
ơ Lượng điện năng tổn thất:
Ta có: ( ) '0 ' 1 pt dm N P S S n n P Δ = × × + × Δ
Chọn đương lượng kinh tế KKT= 0,05
[ ] ' 0 0 KT 0 1, 05 0, 05 6 1, 35 P P K Q KW Δ = Δ + × Δ = + × = [ ] ' 6 0, 05 20 7 N N KT N P P K Q KW Δ = Δ + × Δ = + × = 1, 35 [ ] 400 2 248, 4 7 pt S KVA ⇒ = ì ì
ơ Tn tht in nng trong máy biến áp được tính theo cơng thức: 2 1 0 1 pt N dm S A n P t P n ⎛S ⎞ τ Δ = × Δ × + × Δ ×⎜ ⎟ × ⎝ ⎠ Trong đó:
n: số máy biến áp làm việc song song.
T: thời gian vận hành máy biến áp trong 1 năm (t=8760h)
τ : thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất ứng với cosϕ=0,82 và Tmax=6500 (tra bảng 4.1/49 sách “Hệ thống cung cấp điện” của tác giả Nguyễn Công Hiền ta được τ =5300)
Phương án 2:
Chọn 2 máy biến áp với công suất S = 180KVA với các thông số :
o Điện áp: Cao áp: 15KV± ×2 2, 5%
Hạ áp: 0,4KV
o Công suất định mức: 180KVA
o Tổn hao không tải: Δ =P0 580W
o Dịng điện khơng tải: I0=1, 5%
o Tổn thất ngắn mạch:ΔPN =3300W o Điện áp ngắn mạch: UN =5% o Kích thước: Rộng: 870 mm Dài: 1320 mm Cao: 1510 mm o Trọng lượng: 1197 Kg
¬ Tổn thất cơng suất phản kháng khơng tải:
[ ] 0 0 % 1, 5 180 2, 7 100 dm 100 I Q S KVAR = ì = ì = ơ Tn tht cụng suất phản kháng ngắn mạch: [ ] % 5 180 9 100 100 N N dm U Q S KVAR = ì = ì =
ơ Lng in năng tổn thất:
Ta có: ( ) '0 ' 1 pt dm N P S S n n P Δ = × × + × Δ
Chọn đương lượng kinh tế KKT= 0,05
[ ] ' 0 0 KT 0 0, 58 0, 05 2, 7 0, 715 P P K Q KW Δ = Δ + × Δ = + × = [ ] ' 3,3 0, 05 9 3, 75 N N KT N P P K Q KW Δ = Δ + × Δ = + × =
0, 715 [ ] 180 2 3 192,5 3, 75 pt S KVA = ì ì ì
ơ Tổn thất điện năng trong máy biến áp được tính theo cơng thức: 2 2 0 1 pt N dm S A n P t P n ⎛S ⎞ τ Δ = × Δ × + × Δ ×⎜ ⎟ × ⎝ ⎠ Trong đó:
n: số máy biến áp làm việc song song.
T: thời gian vận hành máy biến áp trong 1 năm (t=8760h)
τ : thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất ứng với cosϕ=0,82 và Tmax=6500 (tra bảng 4.1/49 sách “Hệ thống cung cấp điện” của tác giả Nguyễn Công Hiền ta được τ =5300)
[ ] 2 ' 2 1 192, 5 2 0, 58 8760 3,3 5300 13192, 4 2 180 A ⎛ ⎞ KWh ⇒ Δ = × × + × ×⎜ ⎟ × ≈ ⎝ ⎠
Khi 2 máy cùng họat động:
[ ]
'
2 2 2 2 13192, 4 26384,8
A A KWh
Δ = × Δ = × =
⇒Ta thấy tổn thất điện năng của phương án 2> phương án 1
[ ]
2 1 26384,8 21461, 4 4923, 4
A A A KWh
Δ = Δ − Δ = − =
Với giá tiền 1KWh = 1500 VNĐ, phương án 1 ta sẽ tiết kiệm được 1 số tiền so với phương án 2 là:
Ttiền = 4923,4G 1500 = 7385100VNĐ
So sánh về vốn đầu tư:
o Phương án 1: mua 1 máy biến áp với Sđm =400KVA T1 = 46075000VNĐ
o Phương án 2: mua 2 máy biến áp với Sđm=180KVA T2=2G27550=55100000VNĐ
o Số tiền tiết kiệm được khi chọn phương án1:
T = T2 – T1 = 55100000 – 46075000 = 9025000VNĐ
Vậy ta chonï phương án 1 với 1 máy biến áp có cơng suất định mức Sđm=400KVA.
5. Chọn máy phát dự phịng:
• Ch n máy phát d phịng.
Nh đã ta đã đ c p trên, khi s c trên l i đi n trung áp 22 (kv) thì tính cung c p đi n s b m t. Trong khi đĩ dây chuy n s n xu t c a cơng ty là khép kín n u m t đi n đ t xu t thì s gây t n th t v kinh t v m t kinh t là r t l n vì v y vi c l p
đ t máy phát d phịng là r t quan tr ng và c n thi t, nĩ đ m b o cung c p đi n đ c tính cung c p đi n liên t c trong s n xu t c a cơng ty.
D a trên cơng su t bi u ki n c a nhà máy ta ch n máy phát đi n MITSUBISHI v i thơng s : Model Cơng su t (KVA) i n áp (V) T n s (HZ) Kích th c (mm) Kh i l ng (Kg)
6. Chọn hệ thống ATS (Automatic Transfer Switch):
• Ch n h th ng ATS.
Vi c m t đi n lâu dài s d n đ n s n xu t trì tr gây thi t h i và t n th t v kinh t cho cơng ty, do đĩ khi thi t k m ng đi n h áp b t bu c ta ph i ch n ph ng án k t h p ngu n đi n chính c a cơng ty đi n l c v i ngu n đi n d phịng đ khi x y ra s c m t đi n t l i qu c gia s cĩ h th ng t đ ng đi u khi n cho máy phát ho t đ ng ngay l p t c. H th ng ATS khơng ch đ m b o cung c p đi n cho n i tiêu th m t cách liên t c mà dùng đ v n hành các thi t b quan tr ng trong vi c c i thi n m c đ làm vi c tin c y c a m ng đi n cung c p.
Trình t ho t đ ng:
• Khi ngu n phía MBA m t hay ch p ch n thì ATS s c t MBA và đ a tín hi u kh i đ ng máy phát sau đĩ đĩng máy phát vào làm vi c khi đi n áp máy phát đ t đnh m c.
• Khi ngu n phía MBA bình th ng tr l i thì ATS s đ a tín hi u ng ng máy phát v i th i gian tr 5÷10 phút nh m tránh tình tr ng ngu n phía MBA ch p ch n s ra tình tr ng kh i máy phát liên t c trong nhi u l n trong th i gian ng n gây hao mịn và chĩng h ng máy phát. Vi c b trí máy phát s đ t g n tr m bi n áp đ d v n hành, ki m tra và đ ng th i tránh gây ti ng n khi v n hành
• Ch n ch ng sét van cho tr m bi n áp.
i v i tr m bi n áp phân x ng ng i ta th ng đ t van ch ng sét phía cao áp đ b o v cho tr m. Ch ng sét van (CSV) g m cĩ 2 ph n t chính là :
• Khe h phĩng đi n và đi n tr làm vi c, khe h phĩng đi n c a ch ng sét van là m t chu i các khe h cĩ nhi m v truy n sĩng xu ng đ t.
• i n tr làm vi c là đi n tr phi tuy n cĩ tác d ng h n ch tr s dịng
đi n k t c ( dịng ng n m ch ch m đ t) qua ch ng sét van khi song quá
đi n áp ch c th ng các khe h phĩng đi n. i u ki n ch n ch ng sét van:
Uđm CSV ≥ Uđm m ngđi n
Udây = 22 (KV) Upha = = = 12,7 (KV)
V y ta ch n ch ng sét van ( m i pha l p 1 ch ng sét van) cĩ thơng s sau:
Tra b ng 8.1 trang 380 sách “ s tay l a ch n và tra c u thi t b đi n ” – Ngơ H ng Quang
• hãng s n xu t: Cooper
Chương 4:
THIẾT KẾ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
I. Đặt vấn đề:
Điện năng là năng lượng chủ yếu trong các xí nghiệp. Các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 70% tổng số điện năng được sản xuất ra, vì thế vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện trong các xí nghiệp cơng nghiệp có ý nghĩa rất lớn. Vềø mặt sản xuất điện năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của nhà máy phát điện để sản xuất ra nhiều điện nhất, đồng thời về mặt sử dụng điện phải hết sức tiết kiệm điện để giảm tổn thất điện năng đến mức nhỏ nhất.
Tính chung trong tồn hệ thống điện thường có 10 đến 15% năng lượng được phát ra bị mất mát trong quá trình truyền tải và phân phối. Ta thấy tổn thất điện trong mạng hạ áp chiếm tới 64% tổng số điện năng bị tổn thất. Sở dĩ như vậy vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp thấp, đường dây lại dài phân tán đến từng phụ tải nên gây ra tổn thất điện năng lớn. Vì vậy việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong xí nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, khơng những có lợi cho bản thân xí nghiệp, mà cịn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân.
II. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất:
Nâng cao hệ số công suất cosϕ là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Khi có bù cơng suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dịng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số cơng suất cosϕ của mạng điện được nâng cao giữa công suất tác dụng P, và công suất phản kháng Q và:
Q P arctg
= ϕ
Truyền tải một lượng công suất phản kháng qua dây dẫn và MBA khơng có lợi vì những nguyên nhân chủ yếu sau:
Làm tổn thất thêm công suất tác dụng và điện năng trên tất cả các phần tử của hệ thống cung cấp điện cho tải công suất phản kháng. Như vậy, khi truyền tải công suất tác dụng và phản kháng qua phần tử có điện trở R, tổn thất cơng suất tác dụng: Q P P P R U Q R U P R U Q P P= + = + =Δ +Δ Δ 2 2 2 22 22
Phần lớn tổn thất ΔPQ gây ra do tải cơng suất phản kháng Q tỷ lệ với bình phương trị số của nó.
Làm tổn thất thêm điện áp, đặc biệt trong các mạng điện cung cấp cho các xí nghiệp.
Q P U U U QX U PR U QX PR U = + = + =Δ +Δ Δ Trong đó :
Phần tổn thất thêm ΔUQ làm tăng độ lệch điện áp trên thiết bị điện so với trị