- Tự dùng: Để chọn khí cụ điện và dây dẫn phía mạch tự dùng chọn điểm ngắn mạch N4 nguồn cung cấp là hệ thống và tất cả các máy phát.
LÝ THUYẾT VỀ CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA MBA
Khi làm việc tổn thất trong máy biến áp sẽ biến thành nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của nó và toả ra môi trường xung quanh. Nguồn nhiệt chủ yếu toả ra từ các cuộn dây là do tổn hao đồng trong cuộn dây ( chiếm khoảng 80% tổng tổn hao ). Mặc dù hiệu suất của máy biến áp công suất lớn đạt đến khoảng 99,5% nhưng tổn hao trong chúng cũng tới vài trăm kW.
Theo tiêu chuẩn của Nga, độ tăng nhiệt độ cho phép của MBA được cách điện loại A được trình bày ở bảng dưới đây:
Các phần của MBA Độ tăng nhiệt độ (0C) -Cuộn dây
-Bề mặt mạch từ và các phần tử của MBA -Lớp dầu trên:
+đối với MBA có hệ thống làm mát M và Д +đối với MBA có hệ thống làm mát Ц và ДЦ
-Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây có thể đo theo sự thay đổi của điện trở, các phần còn lại đo bằng nhiệt kế. -Nhiệt độ môi trường xung quanh:
+đối với nước vào làm mát ≤ 250C
+nhiệt độ trung bình ngày của không khí ≤ 300C +nhiệt độ trung bình năm ≤ 200C
65 75 55 40
Thực nghiệm cho thấy nếu nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây máy biến áp khi vận hành luôn bằng 98oC thì thời gian phục vụ của cách điện bằng khoảng 20 đến 25 năm. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật hiện nay thì chế tạo máy biến áp có tuổi thọ cao hơn được coi là không hợp lý. Nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây cho phép cao hơn nhiệt độ trung bình của nó 13oC, như vậy nhiệt độ trung bình của cuộn dây trong điều kiện vận hành định mức bằng 85oC.
1.1.Chế độ nhiệt của MBA.
Sự truyền nhiệt trong máy biến áp được thực hiện bằng dẫn nhiệt, bức xạ và đối lưu. Sự phân bố độ tăng nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh đến nhiệt độ cuộn dây của máy biến áp dầu được biểu diễn như hình sau :
Đoạn 1-2 biểu diễn sự giảm nhiệt độ trong cuộn dây, nó không vượt quá vài độ. Đoạn 2-3 biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ từ bề mặt cuộn dây đến lớp dầu tiếp giáp, chủ yếu là bằng đối lưu. Sự giảm nhiệt độ ở đây bằng 20-30% tổng độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với không khí.
Đoạn 3-4 biểu diễn sự giảm nhiệt độ trong dầu.
Đoạn 4-5 biểu diễn sự giảm nhiệt độ từ dầu đến thành thùng, quá trình truyền nhiệt này cũng được thực hiện bằng đối lưu.
Đoạn 5-6 đặc trưng cho sự giảm nhiệt độ trong thành thùng máy biến áp, nó không lớn.
Đoạn 1-2 biểu thị sự giảm nhiệt độ từ thành thùng máy biến áp đến môi trường xung quanh, quá trình này được thực hiện bằng bức xạ và đối lưu. Nhiệt giáng đoạn này chiếm khoảng 60-70% nhiệt giáng tổng.
Nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp cũng tăng theo chiều cao máy biến áp, khi tính toán gần đúng có thể coi sự phụ thuộc này là tuyến tính.
Đối với máy biến áp có hệ thống làm mát M, Д khi vận hành định mức, độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của dầu ( lớp trên cùng ) bằng khoảng 55oC. Độ tăng nhiệt độ trung bình của dầu khoảng 44oC, của cuộn dây khoảng 65oC. Độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây so với dầu khoảng 23oC và so với không khí xung quanh khoảng 78oC.
Đối với máy biến áp có hệ thống làm mát Ц , ДЦ độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của dầu ( lớp trên cùng ) bằng khoảng 40oC. Độ tăng nhiệt độ trung bình của dầu khoảng 36oC, của cuộn dây khoảng 65oC. Độ tăng nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây so với dầu khoảng 38oC và so với không khí xung quanh khoảng 78oC.
Vậy khi vận hành định mức, nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây máy biến áp dầu bằng khoảng 98oC.
1.2.Độ tăng nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp trong trạng thái xác lập khi phụ tải khác định mức
Sự truyền nhiệt của cuộn dây vào môi trường xung quanh bao gồm hai quá trình : từ cuộn dây đến dầu và từ dầu đến không khí.
Độ tăng nhiệt độ của dầu ( lớp trên cùng ) so với nhiệt độ môi trường làm mát lại gồm ba giai đoạn truyền nhiệt :
- Giữa dầu và thành thùng bên trong.
- Trong thành thùng.
- Giữa thành thùng ngoài và môi trường.
Độ tăng nhiệt độ của dầu so với môi trường làm mát tỷ lệ bậc m với tổn hao công suất trong máy biến áp. Giá trị của m phụ thuộc vào hệ thông làm mát.
Tổn hao công suất khi phụ tải định mức là :
trong đó : Cu Fe P b P =
tỷ số tổn hao công suất trong cuộn dây và lõi thép khi phụ tải định mức ( b = 2 - 6 ).
Khi phụ tải khác định mức tổn hao công suất thay đổi theo biểu thức : P = PFe.( 1+b.k2 )
trong đó : dm
S k
S
=
- phụ tải tương đối của máy biến áp.
Độ tăng nhiệt độ của lớp dầu trên cùng so với nhiệt độ môi trường làm mát với phụ tải tương đối k có thể xác định theo biểu thức :
trong đó : θd(đm) - độ tăng nhiệt độ của dầu khi phụ tải định mức.
Độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu với phụ tải tương đối k tính theo công thức :
∆θcd = ∆θcd(đm).k2n
trong đó : ∆θcd(đm) - độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với nhiệt độ của dầu lớp trên cùng khi phụ tải định mức. Trong tính toán gần đúng coi n = m.
Vậy độ tăng nhiệt độ của cuộn dây tại điểm nóng nhất so với nhiệt độ môi trường làm mát khi phụ tải tương đối k bằng :
θcd = θd + ∆θcd
1.3.Độ tăng nhiệt độ của dầu và cuộn dây máy biến áp trong quá trình quá độ.
Ở chế độ xác lập, nhiệt độ của máy biến áp không đổi. Giữa hai chế độ xác lập bất kỳ là chế độ nhiệt quá độ của máy biến áp. Trong giai đoạn quá độ, nhiệt độ của máy biến áp không ngừng thay đổi. Để xác định nhiệt độ của máy biến áp khi quá tải ta cần nghiên cứu quá trình quá độ nhiệt của nó.
Coi máy biến áp là một vật thể đồng nhất, có thể viết được phương trình cân bằng năng lượng trong quá trình quá độ :
P.dt = C.G.dθ + β.F.θ.dt
trong đó : P - lượng nhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian. C - tỷ nhiệt của vật.
G - trọng lượng của vật
θ - độ tăng nhiệt độ của vật so với môi trường xung quanh.
β - hệ số truyền nhiệt, tức là nhiệt lượng toả ra trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt khi độ tăng nhiệt độ bằng 1oC.
F - diện tích bề mặt làm mát của vật. t - thời gian.
P.dt : là nhiệt lượng sinh ra trong thời gian dt.
C.G.dθ : là nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của vật lên dθ.
β.F.θ.dt : là nhiệt lượng toả vào môi trường xung quanh trên bề mặt vật thể trong thời gian dt.
Ở chế độ xác lập dθ = 0 và P = β.F.θxl , do đó : . xl P F θ β = Không tính sự tản nhiệt ta có : P.dt = C.G.dθ
tích phân hai vế : P.t = C.G.θ , coi P không đổi và C không phụ thuộc vào nhiệt độ ta có thời gian cần thiết để đạt đến nhiệt độ xác lập khi không có sự tản nhiệt ( hằng số thời gian của quá trình nhiệt ) là :
kết hợp với phương trình cân bằng năng lượng ta có :
θxl.dt = τ.dθ + θ.dt ( θxl - θ ).dt = τ.dθ
Giải phương trình này ta được : θ - θxl = A.e-t/τ
tại thời điểm ban đầu t = 0, độ tăng nhiệt độ ban đầu có giá trị θo . Do đó : A = θo - θxl
Vậy : θ = θxl + ( θo - θxl ).e-t/τ
Biểu thức này giúp ta tính được độ tăng nhiệt độ của vật thể tại bất kỳ thời điểm nào của quá trình quá độ khi đốt nóng cũng như khi để nguội vật thể đồng nhất. Về lý thuyết thì θ = θxl khi t = nhưng thực tế độ tăng nhiệt độ sẽ đạt đến trị số xác lập khi t = 4,6.τ .
Máy biến áp không phải là vật thể hoàn toàn đồng nhất nhưng trong tính toán gần đúng cũng có thể sử dụng biểu thức này. Hằng số τ phụ thuộc vào công suất và hệ thống làm mát của máy biến áp.
1.4.Chế độ nhiệt của máy biến áp khi đồ thị phụ tải hai bậc.
Tính toán chế độ nhiệt của máy biến áp nghĩa là xác định sự thay đổi nhiệt độ lớp dầu bề mặt θd = f(t) và nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây θcd =f(t) trong khoảng thời gian khảo sát.
Giả sử máy biến áp làm việc với đồ thị phụ tải hai bậc như hình sau :
Giả thiết thời gian t1 đủ lớn để độ tăng nhiệt độ của cuộn dây máy biến áp đạt đến trị số xác lập θ1xl . Như vậy bắt đầu thời gian t2 ứng với phụ tải k2 độ tăng nhiệt độ của dầu có xu hướng tăng đến trị số xác lập θ2xl. Tuy nhiên thời gian t2 không đủ lớn và quá trình tăng nhiệt độ bị đứt đoạn ở θ’2 .
Độ tăng nhiệt độ θ’2 có thể tính theo biểu thức :
nếu biết độ tăng nhiệt độ ban đầu. Sau đó do phụ tải giảm, quá trình nguội lạnh bắt đầu và cuối cùng đạt đến nhiệt độ θ1xl.
Quan hệ θcd = f(t) biểu thị độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với môi trường làm mát theo thời gian. Hiệu tung độ hai đường cong θcd và θ xác định độ tăng nhiệt độ của cuộn dây so với dầu, nó cũng được tính theo biểu thức :
∆θcd = ∆θcd(đm).k2n
Chương 2 :