Trong một trạm biến áp tăng hoặc giảm áp thường đặt 2, 3 hay nhiều máy biến áp làm việc song song tuỳ thuộc vào công suất của trạm.
Việc nối các máy biến áp làm việc song song nhằm đảm bảo:
- Cung cấp điện liên tục cho các phụ tải.
- Vận hành các máy biến áp một cách kinh tế nhất.
- Thuận tiện cho việc chế tạo và vận chuyển các máy biến áp có công suất quá lớn.
Các máy biến áp làm việc song song có dây quấn sơ cấp của các máy nối chung vào một lưới điện và dây quấn thứ cấp cùng cung cấp điện cho một phụ tải.
Điều kiện ghép các MBA làm việc song song là điện áp thứ cấp của các máy bằng nhau về trị số và trùng pha nhau về góc pha:
u2(I) =u2(II) = ... =u2(n)
Muốn đảm bảo điều kiện trên các máy làm việc song song cần có các yêu cầu là:
+ Cùng tỷ số biến đổi k.
+ Cùng tổ nối dây.
+ Cùng điện áp ngắn mạch.
Trong thực tế chỉ có điều kiện cùng tổ nối dây phải tuân thủ một cách tuyệt đối, các điều kiện còn lại được thực hiện với một mức độ sai khác nhất định trong giới hạn cho phép.
4.3.1. Điều kiện cùng tổ nối dây
Giả sử hai MBA làm việc song song với tổ nối dây Y/ - 11 và Y/Y - 12 có điện áp định mức sơ và thứ cấp giống nhau. Khi S.đ.đ thứ cấp E2 của các pha tương ứng của các máy biến áp này bằng nhau về trị số chúng sẽ lệch pha nhau 300.Trong mạch nối liền các dây quấn thứ của hai máy biến áp sẽ xuất hiện sức điện động E = 2E2sin150 = 0,518E2.
Kết quả là ngay khi không tải trong cuộn dây sơ và thứ cấp của các máy biến áp có dòng điện cân bằng:
119
2 n 1 n
cb Z Z
I E
Ví dụ nếu ZnI* = ZnII* = 0,05 thì:
18 , 05 5 , 0 05 , 0
518 ,
Icb 0
Trị số dòng điện gấp hơn năm lần dòng điện định mức này sẽ làm hỏng máy biến áp.
Hình 4.17 Đồ thị véctơ 2 MBA có tổ nối dây khác nhau làm việc song song
Chú ý rằng nếu hai MBA không cùng tổ nối dây ta có thể đưa chúng về cùng tổ nối dây bằng cách quy ước lại thứ tự các pha hoặc đấu lại các đầu dây của các MBA.
4.3.2. Điều kiện cùng tỷ số biến đổi điện áp
Nếu tỷ số biến đổi điện áp của hai máy bằng nhau kI = kII thì lúc không tải sự chênh lệch điện áp ở các dây quấn thứ cấp của hai máy bằng không và trong mạch vòng nối các dây thứ cấp của các máy biến áp sẽ không có dòng điện cân bằng.
Nếu tỷ số biến đổi điện áp của hai máy khác nhau kI ≠ kII thì sức điện động thứ cấp của hai máy khác nhau E2 E1 nên có sự chênh lệch điện áp ở các dây quấn thứ cấp, tức là E ≠ 0. Nên ngay khi không tải ở dây quấn thứ cấp của hai máy đã có dòng điện cân bằng chạy quẩn. Trị số dòng điện cân bằng đó được tính là:
nII nI
cb Z Z
I E
Thực tế cho phép k =
2 / ) k k (
k k
II I
II I
.100 ≤ 0,5%.
4.3.3. Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch
Xét n MBA làm việc song song, nếu bỏ qua nhánh từ hoá thì mạch điện thay thế như hình 4.18.
Tổng trở tương đương của mạch điện:
n
I
i ni
nn nII
nI td
Z 1 1 Z
.... 1 Z
1 Z
1 Z 1
Dòng điện tổng của các máy biến áp:
I1 = I2’ = I = Ztd
U
Trong đó: U = U1 – U2’
Hình 4.18 Mạch điện thay thế các MBA làm việc song song Dòng điện tải qua mỗi máy:
120
ni nI nI
td nI I 2
Z Z 1
I Z
I Z Z ' U I
ni nII nI
td nII II 2
Z Z 1
I Z
I Z Z
' U I
ni nn nn
td nn n 2
Z Z 1
I Z
I Z Z ' U I
Giả thiết CosnI = CosnII = .... = Cosnn khi đó coi các dòng tải trùng pha nhau.
Mặt khác:
dm dm nI
nI I
U
Z u và
ni dmi
ni U
I Z
1 nên
ni dmi dmI
dm 1 nI II 2
u I I
U u ' I I
Nhân cả 2 vế biểu thức trên với
dmI dm 1
dm 1 dmI
dm 1
I U
U S
U ta có:
ni dmi dmI
dm 1 dmI
dm 1 nI
dm 1 dmI
dm 1
dm 1 I 2
u . I I U I .
U u
IU I
U U ' I
hay
ni dmi nI
ni dmi dm 1 nI
Idm I
u . S u
S u
I . U
u
S S
S
Vậy hệ số tải của máy biến áp I là:
ni dmi nI
I
u . S u
S
Tương tự tính được hệ số tải của máy thứ n là:
ni dmi nn
n
u . S u
S
Từ đó có thể kết luận là hệ số tải của các máy biến áp làm việc song song tỷ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch của chúng:
nn nII
nI n II
I u
: 1 ...
u : : 1 u : 1 ...
:
:
(4.56)
Tức là nếu un của các máy bằng nhau thì bằng nhau và tải của các máy sẽ phân phối theo tỷ lệ công suất. Ngược lại nếu un của các máy khác nhau thì máy biến áp có un nhỏ sẽ có lớn (nặng tải) còn máy biến áp có un lớn sẽ có nhỏ (nhẹ tải hơn).
121 Khi máy biến áp có un nhỏ làm việc ở tải định mức ( = 1) thì máy có un lớn hơn vẫn làm việc non tải (<1). Kết quả là không lợi dụng hết công suất thiết kế của các máy biến áp.
Thông thường máy biến áp có công suất nhỏ thì un nhỏ, công suất lớn thì un lớn.
Như vậy công suất các máy biến áp càng khác nhau quá nhiều thì khi làm việc song song càng không lợi. Cho nên theo quy định un của các máy biến áp làm việc song song không được khác nhau quá 10% và tỉ lệ công suất các máy vào khoảng 3:1.
Ví dụ 4.7.
Cho ba máy biến áp 3 pha có cùng tổ nối dây và cùng tỷ số biến đổi với các số liệu: Sđm1= 180 kVA; SđmII= 240 kVA; SđmIII= 320 kVA; u
nI% = 5,4; u
nII% =6; u
nIII% = 6,6. Hãy:
a. Xác định tải của mỗi máy biến áp khi tải chung của các MBA bằng tổng công suất định mức của chúng S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA.
b. Tính tải chung tối đa để không MBA nào bị quá tải.
Bài giải
a. Ta có: 121,8
6 , 6 320 6
240 4
, 5 180 u
S
ni
dmi
KVA 202,5
1,125.180 .S
S 1,125 5,4.121,8
740 u
u S S
dmI I I
ni dmi n1
I
β
KVA 243
240 . 05 , 1 S
. S
01 , 8 1 , 121 . 6
740 u
u S S
dmII II II
ni dmi nII
II
KVA 5
, 294 320 . 92 , 0 S
. S
92 , 8 0 , 121 . 6 , 6
740 u
u S S
dmIII III III
ni dmi nIII
III
b. Ta thấy MBA I có un nhỏ nhất bị quá tải nhiều trong khi đó MBA III có unlớn bị non tải. Tải chung tối đa để không máy biến áp nào bị quá tải ứng với khi
I =1. Khi đó ta có:
KVA 658
8 , 121 . 4 , 5 S
; 1 u u S
S
ni dmi 1
n
I
Như vậy phần công suất thiết kế của các MBA không được lợi dụng sẽ bằng:
740 - 658 =82 kVA