Tính tổn công suất và tổn điện năng trong máy biến áp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh
CHƯƠNG
TÍNH TỔN CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG MÁY BIẾN ÁP
5.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp
Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải(tổn thất sắt) và
tổn thất có tải(tổn thất đồng).
Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo các công
thức sau:
)
S
S
(PΔPΔPΔ
đm
pt
NOB
+=
2 (5-1)

)
đm
pt
NOB
S
S
(QΔQΔQΔ +=
2 (5-2)
Ở đây:
NO
PΔ,PΔ
là tổn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy

biến áp, cho trong lý lòch của máy, kW;
NO
QΔ,QΔ
là tổn thất công suất phản kháng
không tải và ngắn mạch của máy biến áp, kVAr; đmpt
S,S
là phụ tải toàn phần(thường lấy
bằng phụ tải tính toán Spt) và dung lượng đònh mức của máy biến áp, kVA.
Các tổn thất
0
QΔ
và
N
QΔ
ø được tính theo công thức sau:

;kVAr,
100
i%.S
QΔ
dm
0
=
(5-3)

kVAr;,
100
%.SU
QΔ
dmN

N
=
(5-4)
Ở đây: i% là giá trò tương đối của dòng điện không tải,cho trong lý lòch máy;
%U
N
làgiá trò
tương đối của điện áp ngắn mạch cho trong lý lòch máy.
Trong trường hợp tính toán sơ bộ ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây:
dmB
0,025).S(0,02PΔ ÷=
(5-5)
dmB
0,125).S(0,105QΔ ÷=
(5-6)

Các công thức trên được dùng cho máy biến áp có
5,5%U7,5i%1000kVA,S
Ndm
=÷=≤
5.2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp:
Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác đònh theo công thức sau:
τ
.
2









+=
dm
pt
N0B
S
S
PΔtPΔAΔ
(5-7)
Trạm Biến p
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh
Ở đây:
N0
PΔ,PΔ
là tồn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến
áp,cho trong lý lòch máy,kW;
dmpt
S,S
là phụ tải toàn phần(thường lấy bằng phụ tải tính toán(
tt
S
)
và dung lượng đònh mức của máy biến áp.kVA,
- t là thời gian vận hành thực tế của máy biến áp,h.Bình thường máy biến áp được đóng
điện suốt một năm nên lấy t=8760h;
-
τ
là thời gian tổn thất công suất lớn nhất,h: được cho bởi bảng 5-8

Trong trường hợp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song trong một trạm thì tổn
thất điện năng của máy biến áp trong trạm đó là:
τ
.
2
dm
pt
N0B
S
S
PΔ
n
1
tnΔΔAΔ








+=
(5-9)
Bảng 5 - 8 Thời gian tổn thất công suất lớn nhất,
τ
T
max
,h
τ

, h
Cos
ϕ
tb
1 0,8 0,6
2000 800 - -
2500 1000 - -
3000 1300 2000 2700
3500 1600 2150 3000
4000 2000 2750 3400
4500 2500 3300 3750
5000 2900 3650 4150
5500 3500 4150 4600
6000 4200 4600 5000
6500 5000 5300 5500
7000 5700 5900 6100
7500 6600 6050 6700
8000 7900 7400 7400
8760 8760 8760 8760
5.3.Điện năng tiêu thụ trong một năm
Điện năng tiêu thụ trong một năm của máy biến áp được tính theo công thức sau:
kWh.TPA
max,tt
=
(5-10)
Ở đây:
-
tt
P
là phụ tải tính toán,kW;

- T
max
là thời gian sử dụng công suất lớn nhất,h.
Thời gian T
max
phụ thuộc vào số ca làm việc trong một ngày đêm và đặc trưng của qúa trình sản
xuất.Giá trò T
max
của một số xí nghiệp điển hình được cho bởi bảng 5-11
Trạm Biến p
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh
Bảng 5-11.Thời gian T
max
của một số xí nghiệp
Xí nghiệp
Hệ số
T
max
,h
Nhu cầu
nc
K
tb
cos
ϕ
Xí nghiệp hóa chất 0,35 0,7 6200
Xí nghiêp lọc dầu 0,35 0,8 7100
Chế tạo máy cỡ nặng 0,22 0,62 3770
Chế tạo máy công cụ 0,23 0,65 4345
Cơ khí sửa chữa 0,22 0,63 4140

Sữa chữa ôtô 0,20 0,76 4370
Chế tạo đồ điện 0,31 0,64 4280
Trong trường hợp không có liệu chính xác ta có thể lấy gần đúng như sau:
Làm việc 1 ca
3000h2500T
max
÷=
Làm việc 2 ca
5000h4500T
max
÷=
Làm việc 3 ca
7000h6500T
max
÷=
5.4. Vận hành trạm biến áp
Khi thiết kế trạm biến áp và các thiết bò phân phối trong trạm,ngoài việc thõa mãn các yêu
cầu về kinh tế kỹ thuật,còn cần chú ý đến vấn đề thuận tiện ,an toàn trong vận hành và liên tục
cung cấp điện..Để đảm bảo trạm vận hành an toàn và tin cậy cần phải tuân thủû một số nguyên tắc
chung sau :
1.Tuân thủ chặt chẽ trình tự thao tác:
Đối với trạm biến áp cần tuân thủ các thao tác:
a. Khi bắt đầu cung cấp điện
- Đóng các dao cách ly của đường dây vào trạm (phía cao áp).Đóng thiết bò chống sét.Đóng dao
cách ly phân đoạn thanh cái cao áp và hạ áp.
- Đóng máy cắt cao áp của đường dây vào trạm.
- Đóng máy cắt cao áp của máy biến áp
- Đóng máy cắt phía hạ áp
- Tùy theo yêu cầu của phụ tải đóng các máy cắt cung cấp cho từng tải
b. Khi ngừng cung cấp điện.

- Cắt các máy cắt của các đường dây phụ tải
- Cắt các máy cắt phía hạ áp của máy biến áp
Nói chung trình tự thao tác ngược lại từ dưới lên.
Để đảm bảo an toàn,tránh nhầm lẫn gây sự cố nguy hiểm,mỗi lần đóng cắt phải có phiếu thao tác
ghi rõ trình tự đóng cắt từng phần tử thiết bò điện.
2.Kiễm tra
Phải có chế độ kiễm tra thường xuyên và kiểm tra đònh kỳ.
Thường xuyên kiểm tra phụ tải của máy biến áp; đối với máy biến áp va øcác máy cắt dầu
phải có chế độ kiểm nghiệm đònh kỳ chất cách điện.
Thực hiện đầy đủ chế độ kiểm tra sẽ sớm phát hiện những chổ hư hỏng và kòp thời sữa
chữa,ngăn chặn sự cố có thể xảy ra(đặc biệt là các thiết bò đóng cắt vàbảo vệ)ä.
Trạm Biến p
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh
3.Vận hành kinh tế máp biến áp
Vận hành kinh tế máy biến áp là phương thức vận hành thế nào để đạt được tổn
thất công suất trong máy biến áp là ít nhất.Do đó chi phí vận hành và tổn thất điện năng
là ít nhất.Vấn đề đặt ra chỉ có ý nghóa khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên.
Trạm có hai máy biến áp .Cần xét nên cho hai máy vận hành theo quy luật thế nào để đạt
hiệu qủa kinh tế nhất. Biết rằng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp(kể cả thành phần
do công suất phản kháng gây ra) được tính như sau:
2








+=

dm
N
'
0
'
B
'
S
S
PΔPΔPΔ
;
Ở đây:
0
QΔkPΔPΔ
kt0
0
'
+=
NktN
N
'
QΔkPΔPΔ +=
-
kt
k
là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng.
Từ biểu thức (5-1) ta thấy rằng tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai thành phần:
- Thành phần không có quan hệ với phụ tải
0
'

PΔa =
- Thành phần tỷ lệ với phụ tải
2
dm
2
N
'
S
S
PΔ
b =
Vậy:
2
B
'
bSaPΔ +=
Đưởng cong biểu diễn quan hệ
( )
SfPΔ
B
'
= là một đường parabol (hình 5-12)
Từ hình 5-12,Đường nét đứt là đường vận hành với tổn thất công suất ít nhất.
Như vậy:
- Khi
1
SS ≤
nên cho một mình máy biến áp 1 làm việc
- Khi S
1

< S < S
2
nên cho một mình máy biến áp 2 làm việc
- Khi
2
SS ≥
nên cho hai máy vận hành song song
Hình 5-12 .Đường cong
( )
SfPΔ
B
'
= của máy biến áp 1 và 2:
1.đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1;2. đường cong tổn thất công suất của máy biến
áp 2; 3 đường cong tổn thất công suất của máy biến áp 1 và2 vận hành song song.
Trạm Biến p
S
1
S
2
S
k v a
1
2
3
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Quyền Huy Ánh
Nếu trạm có n máy biến áp có tham số giống nhau thì biểu thức sau cho phép tính trò số
phụ tải bắt đầu từ đó nên chuyển từ việc vận hành một máy sang vận hành n máy để có lợi về mặt
kinh tế.
( )

N
'
0
'
dm
PΔ
PΔ
1nnSS
−=

Cần chú ý là trong thực tế phụ tải có thể luôn luôn biến đổi (hình5-13).
Hình 5-13.Đồ thò phụ tải hằng ngày:
1.trước khi điều chỉnh phụ tải.2.sau khi điều chỉnh phụ tải.
Nếu muốn vận hành máy biến áp kinh tế theo những trình bày ở trên thì trong thời gian:
• Từ 0 đến t
1
: Cho máy biến áp 1 vận hành;
• Từ t
1
đến t
2
: Cho máy biến áp 2 vận hành;
• Từ t
2
đến t
3
:Cho hai máy biến áp vận hành song song
.Trong thực tế để vận hành kinh tế trạm biến áp người ta sắp xếp lòch làm việc của các
máy,điều chỉnh lại để có đồ thò phụ tải tương đối bằng phẳng.Sau khi điều chỉnh đồ thò phụ tải như
vậy chúng ta mới căn cứ vào trò số phụ tải để cho các máy biến áp vận hành phù hợp với điều kiện

kinh tế(Tránh việc đóng cắt thường xuyên máy biến áp vì điều này ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết
bò)
Ví dụ ở hình 5-13 sau khi điều chỉnh phụ tải phương thức vận hành có thể như sau:
• Từ t
5
đến t
1
: Cho máy biến áp 1 vận hành;
• Từ t
1
đến t
3
vàt
4
đến t
5
: Cho hai máy biến áp vận hành;
• Từ t
3
đến t
4
: Cho hai máy vận hành song song;
Trạm Biến p