4.1 KHÁI NIỆM CHUNG
- Máy biến áp là thiết bị truyền tải điện năng từ điện áp này đến điện áp khác. Điện năng sản xuất từ nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa phải qua đường dây cao thế 110, 220, 500 kV,… thường qua máy biến áp tăng áp lên điện áp tương ứng.
- Ở cuối đường dây cao áp lại cần máy biến áp giảm về điện áp thích hợp với mạng phân phối, ví dụ 22, 15, 0,4 kV, …
- Trong hệ thống lớn thường phải qua nhiều lần tăng, giảm mới đưa điện năng từ các máy phát điện đến hộ tiêu thụ. Vì vậy tổng công suất máy biến áp trong hệ thống điện có thể bằng 4 đến 5 lần tổng công suất của các máy phát điện.
- Mặc dù hiệu suất của các máy biến áp tương đối cao nhưng tổn thất qua máy biến áp hằng năm vẫn rất lớn.
4.1.1 Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý các đặc điểm sau đây:
- Máy biến áp là thiết bị không phát ra điện năng mà chỉ truyền tải điện năng.
Trong hệ thống điện chỉ có máy phát điện mới phát ra công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q.
- Máy biến áp thường chế tạo thành một khối tại nhà máy, phần có thể tháo rời ra trong khi chuyên chở chiếm tỉ lệ rất nhỏ (khoảng 10%), cho nên trọng lượng, kích thước chuyên chở rất lớn. Vì vậy khi thiết kế cần chú ý đến phương tiện và khả năng chuyên chở khi xây lắp.
- Tiến bộ khoa học về chế tạo (chủ yếu về vật liệu cách điện, thép từ) tiến bộ rất nhanh, cho nên các máy biến áp chế tạo càng về sau kích thước, trọng lượng, tổn hao và cả giá thành đều bé hơn. Do đó, khi chọn công suất máy biến áp cần tính đến khả năng tận dụng tối đa (xét khả năng quá tải cho phép) tránh sự vận hành non tải máy biến áp đưa đến tổn hao không tải lớn, kéo dài thời gian sử dụng khoâng caàn thieát.
- Tuổi thọ và khả năng tải của máy biến áp chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ khi vận hành. Nhiệt độ các phần của máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào công suất qua máy biến áp mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và phương pháp làm mát.
- Công suất định mức của máy biến áp được chế tạo theo thang tiêu chuẩn của mỗi nước, thường cách nhau lớn, nhất là khi công suất càng lớn. Điều này đưa đến nếu tính toán không chính xác có thể phải chọn máy biến áp lớn không cần thiết.
- Khi chọn công suất của máy biến áp phải chú ý đến khả năng phát triển phụ tải, tránh trường hợp vừa xây dựng xong trạm biến áp lại phải thay đổi hay đặt thêm máy biến áp vì phụ tải tăng. Điều này cần cân nhắc rất khoa học và thực tế mới có thể chọn công suất tối ưu thỏa mãn tất cả các điều kiện đã nêu trên.
- Máy biến áp hiện nay có nhiều loại:
o Máy biến áp một pha, ba pha.
o Máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây.
o Máy biến áp có cuộn dây phân chia.
o Máy biến áp tự ngẫu một pha, ba pha.
o Máy biến áp tăng áp, hạ áp.
o Máy biến áp có và không có điều áp dưới tải.
- Máy biến áp lại do nhiều nước chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, điều kiện làm việc cũng có thể khác nhau khi thiết kế cũng cần chú ý khía cạnh này.
4.1.2 Hệ thống làm mát máy biến áp:
- Có nhiều phương pháp, mỗi phương pháp làm mát yêu cầu điều kiện vận hành nhất định, khi không thực hiện đúng quy định có thể làm tăng nhiệt độ máy biến áp đưa đến giảm tuổi thọ, thậm chí đưa đến cháy máy biến áp. Làm mát máy biến áp có các phương pháp sau:
o Làm mát máy biến áp theo quy luật tự nhiên.
o Làm mát máy biến áp bằng dầu có thêm quạt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt và tản nhiệt.
o Làm mát bằng phương pháp tuần hoàn cưỡng bức dầu và có tăng thêm quạt.
o Làm mát dầu bằng nước.
o Làm mát kiểu khô.
4.2 TÍNH TOÁN CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP
- Để đảm bảo cung cấp điện 100% cho phụ tải, ta chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố vì các trạm theo phương án đã chọn đều có hai máy biến áp mắc song song nên khi một máy gặp sự cố thì máy còn lại có thể làm việc quá tải thêm 40% trong 5 ngày đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ. Khi phụ tải của máy biến áp trước khi quá tải không vượt quá 0.93 so với công suất danh định, ta chọn theo điều kieọn:
Theo đồ thị phụ tải đẳng trị về hai bậc, trong đó K 1 < 0,93; K 2 < 1,4 đối với máy biến áp đặt ngoài trời và K 2 < 1,3 nếu máy biến áp đặt trong nhà, T 2 < 6 giờ, chú ý theo dõi nhiệt độ cuộn dây không được vượt quá 140 0 C và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện pháp làm mát máy biến áp.
- Chế độ quá tải sự cố là chế độ cho phép làm việc của máy biến áp trong điều kiện sự cố nên ta chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố:
K qtsc .S ủm > S max ⇒ S ủm >
K qtsc
S max , với:
o K qtsc = 1,4 (máy biến áp đặt ngoài trời) o K qtsc = 1.3 (máy biến áp đặt trong nhà) o S đm – là công suất định mức máy biến áp.
o S max – là công suất cực đại của tải qua máy biến áp.
- Căn cứ vào S đmB đã chọn tính hệ số tải K i của các bậc đồ thị phụ tải:
K i =
ủmB
S i
S K i >1: Quá tải
K i <1: Non tải.
- Xác định K 2 , T 2 bằng cách đẳng trị vùng có K i >1 theo công thức:
K 2ủt =
i 2 i i
T ) T
* K (
∑
∑
Nếu K 2đt > 0.9*K max thì K 2 = K đt và T 2 = ∑ T i . Neỏu K 2ủt < 0.9*K max thỡ K 2 = 0.9*K max
và T 2 được xác định theo công thức:
T 2 = 2
max 2 i i
) K
* 9 . 0 (
) T
* K (
∑
Trường hớp nếu có nhiều vùng không liên tục có K i >1 thì lấy vùng nào có tổng ∑ K 2 i * T i lớn nhất để tính K 2 như trên, các vùng còn lại để xem xét khi xác ủũnh K 1 .
- Xác định K 1 chỉ cần đẳng trị đồ thị phụ tải trong khoảng thời gian 10 giờ trước vùng đã tính K 2 (kể cả phần có K 1 >1 không xét trong trường hớp trên trong khoảng 10 giờ) theo công thức:
K 1ủt =
10 ) T
* K ( 2 i i
∑
Nếu chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố, thì K 1 < 0.93; K 2 < 1.4;
T 2 < 6 giờ. Chú ý theo dõi nhiệt độ của cuộn dây không vượt quá 140 o C và tốt nhất là tăng cường tối đa các biện pháp làm lạnh máy biến áp để máy biến áp vận hành đạt hiệu quả cao nhất.
Chọn số lượng máy biến áp:
Số lượng và công suất của máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:
- An toàn, liên tục cung cấp điện.
- Vốn đầu tư bé nhất.
- Chi phí vận hành hàng năm thấp nhất.
- Ngoài ra còn chú ý đến việc tiêu tốn kim loại màu ít nhất, các khí cụ và thiết bị điện phải có thể thay thế một cách dễ dàng, dung lượng máy biến áp trong một trạm nên đồng nhất …
Tính toán chọn cơng suất máy biến áp máy biến áp:
Chọn 2 máy biến áp từ ngẫu:
Đồ thị phụ tải của toàn trạm:
Từ đồ thị phụ tải, ta có:
S min ≤ S ủmMBA ≤ S max 48.5 (MVA) ≤ S ủmB ≤ 80.5 (MVA) và S đmB ≥
qtsc max
K S =
4 . 1
5 .
80 = 57.5 (MVA)