3. Các khái niệm cơ bả n:
2.3.1 Cấu tạo chung của máy biến áp cấp điện cơng trình:
MBA cơng trình
MBA truyền tải 220kV
Lõi thép Cuộn dây hạ áp
Cuộn dây cao áp
~
Cuộn dây hạ áp
Cuộn dây cao áp Lõi thép
1) Lõi thép:
- Nhiệm vụ: dẫn từ trường (gọi là mạch từ). Ở hình trên ta thấy dây điện phía sơ cấp khơng liên hệ gì với thứ cấp, tại sao điện năng lại truyền được từ sơ cấp sang thứ cấp ? ðĩ là nhờ lõi thép truyền năng lượng dưới dạng từ trường.
- Vật liệu: thép lá kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau
- Lõi thép đứng (nơi quấn dây) gọi là trụ, phần nằm ngang gọi là gơng.
2) Cuộn dây:
- Nhiệm vụ : dẫn điện
- Vật liệu: đồng trịn, cĩ bọc cách điện
- Nếu quấn 2 cuộn dây cao áp và hạ áp trên cùng 1 trụ thì cuộn hạ đặt bên trong, cuộn cao áp đặt bên ngồi để tiết kiệm dây đồng.
- Giữa cuộn dây cao áp và hạ áp cách ly nhau vềđiện. Năng lượng điện truyền từ sơ cấp sang thứ cấp khơng phải bằng điện mà bằng từ trường của lõi thép.
3) Cách điện:
- Loại cách điện bằng dầu chuyên dụng (dầu biến áp), vừa làm nhiệm vụ cách điện vừa làm mát.
ðặc điểm là rẻ tiền nhưng dễ cháy nổ nên khơng lắp đặt ở các tầng cao, tầng hầm, khu vực dễ cháy nổ,….
Loại máy này cĩ thể lắp ngồi trời hoặc trong nhà độc lập, treo trên trụđiện hoặc đặt trên bệ. Theo quy định nếu đặt trong nhà hoặc đặt trên bệ thì xung quanh nĩ phải cĩ hố gom dầu cĩ rải đá dăm để tránh cháy lan rộng khi sự cố.
Việc bảo dưỡng máy biến áp thực chất là bảo dưỡng để dầu tái sinh vì nĩ hay bị xuống cấp trong quá trình vận hành.
- Loại cách điện khơ (bằng nhựa epoxy): Loại này khá đắt tiền nên chỉ dùng cho các tầng cao, tầng hầm, nơi dễ cháy nổ,….. Ưu điểm của nĩ là khơng phải bảo dưỡng, dùng được trên
vỏ bọc cách điện của cuộn dây Sứ 22 kV
Vỏ
máy
Máy biến áp dầu D H K T D N
tầng cao của tồ nhà nhưng nhựa epoxy hay bị nứt khi nhiệt độ cao. ðể tránh hiện tượng này, tất cả các máy biến áp khơ đều trang bị ít nhất 3 quạt giĩ khởi động tựđộng khi nhiệt độ vượt quá giá trịđặt trước.
- Loại cách điện bằng dầu silion: loại này rất đắt nhưng chống được cháy nổ, chuyên dùng cho nhà cao tầng, tầng hầm,… tuy nhiên chưa phổ biên trên thị trường.
4) Các bộ phận khác
- Thùng chứa ruột máy (dây đồng+lõi thép), trong chứa dầu biến thế. - Sứ cách điện: dẫn đầu dây máy ra ngồi đểđấu nối với lưới điện
- Cánh tản nhiệt: Máy biến áp lớn thì bộ phận này chế tạo riêng biệt, MBA cấp điện cơng trình thì bộ phận này là 1 phần của thùng chứa ruột máy biến áp
- Các thiết bị bảo vệ: bình dầu phụđể cho dầu giãn nở, rơle hơi, rơle áp lực để khơng cho áp lực trong thùng chứa quá cao, cĩ thể làm vỡ máy
- Các thiết bị phụ khác : bánh xe, quạt giĩ, hạt hút ẩm,…
2.3.2. Một số khái niệm và ký hiệu của MBA :
- Phía sơ cấp: Phía nối với nguồn điện
- Phía thứ cấp: Phía nối với phụ tải
- Phía cao áp: Phía nối với điện áp cao
- Phía hạ áp: phía nối với điện áp thấp Với máy biến áp cấp điện cơng trình thì: phía cao áp = phía sơ cấp
Phía hạ áp = phía thứ cấp - W1, W2 : số vịng dây của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp - U1, U2 : ðiện áp sơ cấp và thứ cấp - Tỉ số biến áp K ≈ U1/U2 ≈ W1/W2 = const Lõi thép Máy biến áp khơ vỏ bọc cách điện
của cuộn dây
+ Nếu K > 1: máy giảm áp; K < 1: máy tăng áp + Với cơng trình xâ dựng luơn cĩ K>1.
- I1, I2 : Dịng điện sơ cấp và thứ cấp - Tỉ số biến dịng điện: I1/I2 ≈ 1/K
- Số cuộn dây: Một số máy biến áp trong hệ thống điện (từ 110kV trở lên) cĩ thể cĩ 3 cuộn dây: cao áp (W1), trung áp (W2), hạ áp (W3). Với cơng trình xây dựng thường dùng loại 2 cuộn dây.
- A, B, C, N là ký hiệu pha A, B, C và cực trung tính của phía cao áp - a, b, c, n là ký hiệu pha A, B, C và cực trung tính của phía hạ áp
Là ký hiệu máy biến áp trên sơ đồđiện
Là ký hiệu máy biến áp trên mặt bằng
2.3.3. Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Cuộn sơ cấp W1 được nối với nguồn điện cĩ điện áp U1. Cuộn dây W1 tạo thành mạch vịng kín nên sẽ cĩ dịng điện I1 chạy qua. Ngồi ra do W1 quấn thành hình lị xo nên dịng
điện I1 sinh ra từ trường trong lịng các vịng dây này. Lõi thép đặt trong lịng các cuộn dây nên nĩ bị nhiễm từ do cuộn dây W1 sinh ra. ðộ lớn từ trường mà lõi thép bị nhiễm gọi là từ
thơng Φ.
Lõi thép cũng xuyên qua vịng dây W2 nên từ thơng Φ cũng xuyên qua nĩ. Theo định luật cảm ứng điện từ, từ thơng Φ sẽ cảm ứng một điện áp e2 trong cuộn dây W2. ðiện áp e2
được coi là nguồn điện do máy biến áp cung cấp đến phụ tải nhưng cĩ điện áp đã biến đổi e2≠U1.
Nếu cuộn W2 hở mạch (trường hợp khơng cĩ phụ tải) thì khơng cĩ dịng điện chạy qua (nhưng điện áp e2 vẫn tồn tại). Nếu cuộn W2 nối kín mạch (cĩ phụ tải) thì e2 coi như nguồn
điện cấp cho phụ tải với dịng điện I2. N g u ồ n đ i ệ n l ư ớ i P h ụ t ả i đ i ệ n N g u ị n đ i ệ n th ứ c ấ p D H K T D N
2.3.4 Máy biến áp một pha:
- Loại máy này dùng để cung cấp điện cho phụ tải 1 pha. Ví dụ cấp điện từng pha AN hoặc BN hoặc CN.
- Máy cĩ thể cĩ 1 sứ cao áp hoặc 2 sứ cao áp
- Cĩ thể lắp 3 MBA 1 pha vào 3 pha để tạo thành tổ máy biến áp 3 pha.
- Loại máy này chủ yếu dùng ở vùng nơng thơn để cung cấp cho các cụm dân cư thư
thớt, cơng suất bé <75kVA.
- Các cơng trĩnhây dựng lớn khơng dùng loại này
2.3.5. Máy biến áp ba pha:
- ðể cung cấp điện cho phụ tải 3 pha khi cơng suất >75kVA
- Cấu tạo cũng gồm lõi thép, dây quấn, vỏ máy,… nhưng tất cả 3 pha đều đặt trong cùng một vỏ thùng.
- Lõi thép chỉ khác là cĩ 3 trụ hoặc 5 trụđể quấn 3 pha.
a) Dây quấn và tổđấu dây:
* Phía sơ cấp cĩ 3 cuộn dây W1 riêng được ký hiệu bằng các chữ hoa: AN, BN, CN
* Phía thứ cấp cũng cĩ 3 cuộn dây W2 riêng ký hiệu bằng các chữ thường: an, bn, cn
Do cĩ mỗi phía cĩ 3 cuộn dây nên cĩ thể tạo ra 2 kiểu đấu dây hình sao hay hình tam giác ở mỗi phía như hình vẽ dưới đây:
Các kiểu đấu dây 3 pha sơ cấp A N B N C N A N B N C N A N B N C N Kiểu sao (Y) Kiểu tam giác (∆) Máy biến áp 1 pha
Trạm biến áp 1 pha treo trên cột
Một tổ hợp cụ thể cách nối dây giữa sơ cấp và thứ cấp gọi là tổ đấy dây, trong đĩ cuộn dây nối tam giác được ký hiệu là ∆ hoặc chữ cái D (theo tiếng Hy Lạp là Delta), cuộn dây nốihình sao ký hiệu là Y. Lưu ý chữ hoa D, Y dùng cho phía sơ cấp, chữ thường d, y dùng cho phía thứ cấp.
Cĩ tất cả 4 loại tổđấu dây là Dy, Dd, Yd, Yy.
Ví dụ: ∆y (hoặc Dy): là ký hiệu phía sơ cấp nối tam giác, phía thứ cấp nối hình sao.
b) Gĩc lệch pha:
Người ta nhận thấy với mỗi tổđấu dây, điện áp thứ cấp bị lệch pha so với sơ cấp một gĩc bằng bội số của 300, tức là n×300, trong đĩ n =1÷12.
ðể biểu thị gĩc lệch đơn giản, người ta dùng kim đồng hồ chỉ gĩc lệch này, ví dụ: n = 1 300 ứng với 1 giờđồng hồ
n = 2 600 ứng với 2 giờđồng hồ
n = 11 3300 ứng với 11 giờđồng hồ
Như vậy để biểu thị đầy đủ tổ đấu dây và gĩc lệch pha giữa sơ cấp với thứ cấp người ta ghi thêm vào tổđấu dây gĩc lệch pha này.
Ví dụ: Dy-11 cĩ nghĩa cuộn sơ cấp nối tam giác, thứ cấp nối sao, lệch pha giữa sơ cấp và thứ cấp là 11x300=3300.
ðặc điểm tổđấu dây: Kiểu Dd và Yy chỉ cĩ lệch pha chẵn (12, 2, 4,…); kiểu Dy, Yd chỉ
cĩ lệch pha lẻ (1, 3, 5,…).
Các trạm biến áp cấp điện cho cơng trình xây dựng chủ yếu dùng Dy-11.
2.3.6. Lựa chọn máy biến áp cấp điện cho cơng trình:
Việc lựa chọn máy biến áp phải căn cứ trên các thơng số sau: - ðiện áp định mức U1đm phù hợp với lưới điện
- ðiện áp U2đm phù hợp với phụ tải
- Dung lượng định mức: Sđm (kVA) > cơng suất phụ tải tiêu thụ.
Trong thực tế nên chọn cơng suất máy biến áp theo thang cơng suất cĩ sẵn của nhà chế
tạo gồm: 50,75, 100, 150, 180, 250, 320, 400,560,630,750,1000, 1250,… kVA. ðây là dải cơng suất đã được chuẩn hố nên các nhà sản xuất chế tạo hàng loạt, đặt hàng rất dễ và giá
a n b n c n a n b n c n
Các kiểu đấu dây 3 pha thứ cấp
Kiểu sao (y) Kiểu tam giác (∆) a n b n c n D H K T D N
Một số máy phát điện trong cơng nghiệp và dân dụng
Máy phát điện 3 pha cơng suất lớn chạy dầu Máy phát điện 1 pha chạy xăng thành rẻ. Tuy nhiên nếu cĩ yêu cầu đặt hàng cơng suất khác vvới dải trên, nhà sản xuất vẫn chế tạo được nhưng mất thời gian, giá thành đắt hơn nhiều.
- ðộđầy tải phải đạt 80% để hệ số cơng suất cosϕ cao.
- Chọn tổđấu dây phù hợp. Với hệ thống cấp điện cơng trình xây dựng thường chọn tổ đấu dây Dy-11, trong đĩ phía thứ cấp (0,4kV) nối sao kèm theo dây trung tính để cĩ thể sử
dụng được điện áp pha.
- Nếu chọn 2 máy biến áp vận hành song song nên chọn 02 máy cĩ các thơng số giống nhau hồn tồn. Trường hợp muốn vận hành song song 2 máy cĩ Sđm khác nhau thì tham khảo thêm tài liệu.
2.4. Máy phát điện diezen
Máy phát điện điezen là thiết bị dùng biến đổi nhiệt năng thành điện năng nhờ quá trình
đốt cháy nhiên liệu điezen.
Trong hệ thống điện quốc gia, chủng loại máy phát điện rất đa dạng, phong phú (thuỷ điện, nhiệt điện than, khí, điện giĩ, điện mặt trời,…) với dải cơng suất rất rộng (từ vài W đến hàng trăm nghìn kW). Thị trường cĩ các loại máy phát điện 3 pha (cơng suất lớn), máy phát
điện 1 pha (cơng suất bé hơn, dùng cho gia đình).
Hệ thống cấp điện cơng trình thường sử dụng máy phát điện xoay chiều dùng nhiên liệu diezen hoặc xăng với cơng suất < 1000kVA
Máy phát diezen dùng làm nguồn dự phịng để cấp điện cơng trình do những lý do sau: + Dầu diezen rẻ hơn so với xăng, vốn đầu tư ban đầu thấp hơn UPS, pin mặt trời,… + Kết cấu nhỏ gọn, cơng suất lớn.
+ Cĩ kết cấu chống rung, cơ cấu giảm thanh hồn chỉnh
+ Cĩ thiết bị tựđộng điều chỉnh điện áp, tần số (tức là chất lượng điện năng đảm bảo). Khơng cần người trực thường xuyên.
+ Khởi động nhanh. Nếu kết hợp bộ ATS (tự động đĩng nguồn dự phịng) thì việc khởi
động máy phát hồn tồn tựđộng khi điện lưới mất điện.
2.4.1. Cấu tạo máy phát điện diezen:
Tên gọi máy phát điện điezen thực ra khơng đầy đủ mà phải gọi chính xác là hệđộng cơ điezen-máy phát điện, trong đĩ động cơ điezen hoạt động nhờ nhiên liệu chạy dầu, trục của nĩ kéo roto của máy phát điện quay, từđĩ sinh ra điện. Tuy nhiên trong thực tế người ta chỉ
gọi tắt là máy phát điện điezen. Như vậy cấu tạo của máy phát diezen gồm 2 bộ phận chính: + ðộng cơ diezen: động cơ 4 thì, 6 xilanh, tốc độ 1500vịng/phút. Khởi động động cơ
bằng bằng động cơ lai một chiều với nguồn cấp khởi động là acquy 24V.
+ Phần máy phát: loại máy phát đồng bộ ba pha khơng chổi than. Máy phát gồm 2 phần: * Roto (phần quay): nối trục quay với động cơ diezen. Roto là nam châm điện 1 chiều
được kích từ bằng Thyristor.
* Stato là nơi quấn dây, cảm ứng điện từ roto để cấp điện cho phụ tải bên ngồi
Stato động cơđiện
Roto động cơđiện Mặt cắt động cơđiện
Cấu tạo cơ bản của bộ phận phát điện trong hệđộng cơđiezen - máy phát điện Máy phát điện ðộng cơ diezen Tủ điều khiển Làm mát động cơ ðế máy Hộp đấu dây cấp điện cho phụ tải ðộng cơ khởi động (đ/cơ lai) Các bộ phận chính của máy phát điện điezen Phần động cơ điezen Phần phát điện D H K T D N
Giữa động cơ điezen và máy phát được nối cứng với nhau bằng trục cơ khí, khi động cơ điezen quay thì trục cơ của máy phát cũng bị quay theo.
2.4.2. Nguyên lý làm việc của máy phát diezen
- Nhấn nút khởi động, động cơ diezen nổ, trục quay của nĩ kéo trục roto quay thay. - Roto được kích từ thơng qua acquy hoặc kích từ tự động bằng Thyristor roto biến thành một nam châm quay.
- Từ trường roto quay cắt qua dây quấn các pha đặt trong stato (AN, BN, CN) tạo sức
điện động cảm ứng là nguồn điện áp để cung cấp cho phụ tải. Nếu các cuộn dây này nối với phụ tải thì cĩ dịng điện cung cấp đến phụ tải và năng lượng điện sinh ra cơng.
- Với máy phát điện xoay chiều 3 pha thì AN, BN, CN đặt lệch nhau 1200 trong khơng gian nên các sức điện động trong 3 cuộn dây này cũng cĩ lệch nhau 1/3 chu kỳ.
2.4.3. Ký hiệu máy phát điện diezen trên sơ đồđiện
2.4.4. Lựa chọn máy phát điện:
Trong giai đoạn thiết kế, việc quyết định cĩ đầu tư máy phát điện hay khơng phải căn cứ
vào tính chất của hộ tiêu thụ. Trong thực tế chỉ những phụ tải quan trọng mới trang bị máy phát điện làm nguồn điện dự phịng. Ngồi ra ở những vùng xa xơi hẻo lánh cách xa nguồn
điện, các hải đảo khơng thể kéo điện lưới thì bắt buộc phải sử dụng máy phát điện điezen để
cung cấp điện. Ví dụ đảo Cù Lao Chàm (tỉnh Quảng Nam), đảo Phú Quý (tỉnh Kiên Giang)
đều được cấp điện từ máy phát điezen. Cũng cĩ một số trường hợp việc đầu tư máy phát điện thực hiện theo yêu cầu riêng của chủđầu tư và do chủđầu tư cấp kinh phí.
Việc chọn máy phát điện cho cơng trình cần căn cứ vào các yếu tố sau: MFð-300kW-380/220V
Phía dưới máy phát điện phải ghi 2 thơng số quan trọng nhhất là cơng suất và điện áp
Máy phát xoay chiều 1 pha Máy phát xoay chiều 3 pha
- ðiện áp định mức của máy phát Uđm phải phù hợp với phụ tải. Thơng thường giá trị này là 380/220V (điện áp dây/điện áp pha).
- Cơng suất định mức Sđm (kVA) > phụ tải ưu tiên. Thơng thường phụ tải cơng trình rất lớn, được tính tốn để sử dụng điện lưới. Máy phát điện dự phịng thường được tính tốn sao cho đáp ứng một phần nhỏ tổng phụ tải của cơng trình để đảm bảo vốn đầu tư hợp lý. Phần phụ tải này là phụ tải chọn lọc.
- Tần sốđịnh mức: 50Hz.
- Nếu hộ tiêu thụ cĩ phụ tải quan trọng, chỉ cho mất điện < 15s thì phải trang bị bộ khởi