Đề tài nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp

Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ TRẠM BIẾN ÁP
I. Vai trò và công dụng máy biến áp
Một hệ thống cung cấp điện thông thường bao gồm các khâu cơ bản sau:
phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện. Để dẫn điện từ nhà máy phát điện
đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Thông thường khoảng cách từ nơi
sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi
xa làm sao phải đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất ít và kinh tế nhất.
Sơ đồ cung cấp điện đơn giản
Giả sử hộ tiêu thụ có công suất P, hệ số công suất cosφ, điện áp của đường dây
truyền tải là U, thì dòng điện truyền tải trên đường dây là:
ϕ
cosU
P
I
=
Và tổn hao công suất trên đường dây:
1
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
ϕ
22
2
.
2
.
cosU
P
RIRP
đđ
==∆

Trong đó: R
đ
là điện trở đường dây tải điện và cos là hệ số công suất của lưới
điện, còn là góc lệch pha giữa dòng điện I và điện áp U.
Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên đường
dây, nếu điện áp truyền tải càng cao thì dòng điện chạy trên đưởng dây sẽ càng bé,
do đó trọng lượng và chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm được kim loại màu,
đồng thời tổn hao năng lượng trên đường dây giảm xuống. Mặt khác để đảm bảo
chất lượng điện năng trong hệ thống điện, với đường dây dài không thể truyền dẫn
ở điện áp thấp. Vì thế, muốn truyền tải công suất lớn đi xa người ta phải dùng điện
áp cao, thường là 35, 110, 500 kV…trên thực tế các máy phát điện chỉ phát ra điện
áp từ 3 21 kV, do đó phải có thiết bị nâng điện áp ở đầu đường dây. Trong khi đó
các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 6 kV, vì vậy cuối đường dây
phải có thiết bị giảm điện áp xuống. Thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu đường dây
và giảm áp ở cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA).
Máy biến áp là một phần quan trọng của hệ thống điện. Nó chuyển năng
lượng với hiệu quả rất cao từ mức điện áp này sang mức điện áp khác. Nếu như bỏ
qua phần tổn hao trong máy biến áp thì năng lượng phía thứ cấp gần như bằng
năng lượng phía sơ cấp.
Từ đó ta có định nghĩa máy biến áp như sau: Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh,
làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện
xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng xoay chiều ở cấp điện áp khác,
với tần số không thay đổi.
2
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Các loại máy biến áp chính:
 MBA lực dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.
 MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu…
 MBA tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không
đồng bộ công sất lớn.

 MBA đo lường dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ
đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển.
 MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.
Trong một hệ thống cung cấp điện, máy biến áp cần đảm bảo đúng các yêu cầu kỹ
thuật để vận hành hiệu quả, bên cạnh đó máy biến áp còn phải thỏa mãn các chỉ
tiêu về kinh tế.
Tổng chi phí của một phương án cung cấp điện bất kỳ nào cũng gồm hai
phần: tổng vốn đầu tư ban đầu V và chi phí vận hành hằng năm C. Trong hai thành
phần này, vốn đầu tư ban đầu được bỏ ra trong thời gian ngắn trong khi đó chi phí
vận hành hằng năm thì kéo dài trong nhiều năm.
Tổng vốn đầu tư ban đầu V hầu như dựa hoàn toàn vào các ước lượng. Các dữ liệu
trong quá khứ cũng như trong hiện tại chỉ giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độ
chính xác đến mức có thể vì luôn có sự thay đổi của giá cả và sự tiến bộ của công
nghệ.
Tổng vốn đầu tư ban đầu:
V = V
1
+ V
2
+ V
3
V
1
: chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp.
V
2
: chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới.
V
3
: chi phí xây dựng gián tiếp

3
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chi phí vận hành hàng năm C
C = C
1
+ C
2
+ C
3
+ C
4
+ C
5
C
1
: chi phí vận hành về công bảo quản.
C
2
: chi phí vật tư dự trữ bảo quản.
C
3
: chi phí khấu hao.
C
4
: tổn thất điện năng.
C
5
: chi phí mất điện
Trong tổng vốn đầu tư ban đầu thì chi phí cho việc mua mới các thiết bị và
đặc biệt là máy biến áp chiếm phần lớn. Đối với các dự án nhỏ, phụ tải ít, dung

lượng máy biến áp không nhiều thì không đòi hỏi tính toán phụ tải thật sự chính
xác. Sự chênh lệch giữa các cấp máy biến áp nhỏ dẫn đến số vốn đầu tư ban đầu
không bị ảnh hưởng nhiều. Do đó nếu ta chọn dung lương máy biến áp lớn hơn
một ít thì chi phí đầu tư có nhích lên nhưng bù lại thì máy biến áp đảm bảo cung
cấp điện đầy đủ cho phụ tải, có thể mở rộng phụ tải sau này đồng thời tuổi thọ máy
biến áp cũng dài hơn. Đối với các dự án lớn thì chi phí bỏ ra cho trạm biến áp là vô
cùng lớn, đòi hỏi phải tính thật chính xác phụ tải điện sao cho chi phí thấp nhất mà
vẫn đảm bảo cấp điện cho phụ tải.
II. Khái niệm và phân loại trạm biến áp
1. Khái niệm
Trạm biến áp là nơi biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khác, là điểm trung chuyển điện năng giữa hệ thống truyền tải và hệ thống phân
phối. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.
4
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
2. Phân loại
a. Phân loại theo cấp điện áp:
 Trạm tăng áp: thường đặt ở các nhà máy điện có nhiệm vụ tăng điện áp từ
điện áp máy phát đến điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa.
 Trạm hạ áp: đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ đại lượng cao hơn
đến đại lượng thấp hơn thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện.
b. Phân loại theo nhiệm vụ:
 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: Trạm này nhận
điện từ hệ thống điện có điện áp 35 → 220KV biến đổi thành các cấp điện
áp 10KV hay 6KV. Cá biệt có khi xuống 0.4KV.
 Trạm biến áp phân xưởng: Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian
biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng.
Phía sơ cấp thường là 10KV, 6KV hoặc 15KV hoặc 35KV, còn phía thứ cấp
có các điện áp 220/127V, 380/220V hoặc 660V.
c. Phân loại về phương diện cấu trúc:

5
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
 Trạm biến áp ngoài trời: Ở trạm này các thiết bị ở phía cao áp đều đặt ngoài
trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt
chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần phần hạ thế. Xây dựng trạm
ngoài trời sẽ giúp tiết kiệm được kinh phí xây dựng hơn so với xây dựng
trạm trong nhà.
 Trạm biến áp trong nhà: Ở trạm này, tất cả các thiết bị điện đều đặt trong
nhà, ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, người ta còn xây dựng những trạm
biến ngầm. Loại này chi phí xây dựng khá tốn kém.
6
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Ngoài ra trong hệ thống điện còn có các trạm khác: trạm đóng cắt, trạm nối, trạm
chỉnh lưu, trạm nghịch lưu
3. Cấu trúc cơ bản trạm biến áp
Về mặt cơ bản một trạm biến áp bao gồm những thiết bị được nối với nhau một
cách hợp lý và chính xác.
 Máy biến áp
 Các khí cụ và thiết bị phân phối điện áp cao và hạ áp các thiết bị này có
nhiệm vụ nhận nguồn điện từ một số nơi cung cấp, và phân phối cho các phụ
tải, qua các đường dây tải điện bao gồm các thiết bị sau:
 Thiết bị đóng cắt
o Máy cắt điện
o Dao cách ly 3 pha có tiếp đất ở 2 phía
 Khí cụ đo lường
o Máy biến điện áp
o Máy biến dòng
 Khí cụ bảo vệ mạch điện
o Role bảo vệ các loại
o Aptomat

o Cầu chì tự rơi
 Các khí cụ điều khiển
o Tần số
o Bù công suất
o Điều chỉnh điện áp
o Điều chỉnh dòng
 Các thanh góp bên cao áp, hạ áp, sứ, trụ.
 Hệ thống tiếp địa.
 Hệ thống chống sét.
 Hệ thống làm mát.
III. Quy trình tính toán và thiết kế trạm biến áp (TBA)
7
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong thiết kế cung cấp điện, chi phí đầu tư cho máy biến áp chiếm một
phần không nhỏ trong tổng chi phí. Do đó việc lựa chọn vị trí, số lượng, dung
lựợng máy biến áp là nhiệm vụ rất quan trọng. Việc tính toán chính xác đảm bảo
tính liên tục cung cấp điện cho phụ tải trong điều kiện bình thường và trong điều
kiện sự cố với các tải quan trọng, đồng thời giảm chi phí lắp đặt, vận hành cũng
như vốn đầu tư ban đầu của mạng điện.
Những yêu cầu và nội dung trong thiết kế:
 Khi thiết kế trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải phải đảm bảo cho phụ tải
luôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép.
 Một phương án hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
o Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm được ngoại tệ quý và đầu tư hiếm.
o Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ.
o Chi phí vận hành hàng năm thấp.
o Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
o Thuận lợi cho vận hành và sửa chữa.
Trên thực tế những yêu cầu trên thường mâu thuẩn nhau nên người thiết kế
phải biết cân nhắc và kết hợp hài hòa các yếu tố tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể.

Người thiết kế đưa ra nhiều phương án khả thi, sau đó dùng phương pháp so sánh
kinh tế kĩ thuật giữa các phương án, từ đó rút ra phương án tối ưu để thi công.
1. Thu thập dữ liệu ban đầu
 Xác định nhu cầu điện của các hộ tiêu thụ hay phụ tải ở thời điểm hiện tại và
dự đoán trong tương lai.
 Xác định vị trí, mặt bằng để đặt trạm biến áp.
 Tìm hiểu môi trường xung quanh để xây dựng trạm biến áp trong nhà hay
ngoài trời.
 Chọn nguồn cung cấp cho trạm.
8
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
2. Tính toán chọn thiết bị
Dựa vào đồ thị phụ tải hay các phương pháp tính toán công suất đặt để chọn
số lượng và dung lượng máy biến áp.
 Đưa ra nhiếu phương án, sơ đồ khác nhau có tính khả thi.
 Tính toán kinh tế kĩ thuật để chọn ra phương án tối ưu.
 Tính toán triệt để tiết kiệm dây dẫn và khí cụ điện.
 Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ .
 Tính toán chống sét bảo vệ trạm.
 Tính toán hệ thống tiếp địa.
3. Chọn vị trí, số lượng và công suất của máy biến áp.
a. Xác định vị trí máy biến áp
Vị trí đặt của trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
 Gần tâm phụ tải.
o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất điện năng.
o Giảm chi phí giải tỏa đền bù.
o Đảm bảo tính khả thi.
 Thuận tiện cho việc vận hành và thi công trạm biến áp.
o Đường bộ và đường thủy.
o Xây dựng đường công vụ.

 Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào ra.
o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố
o Sơ đồ nối dây đơn giản, dễ dàng
 An toàn vận hành.
 Có khả năng mở rộng.
o Phải tính toán trong thiết kế.
o Chuyển từ trạm AIS  trạm GIS .
 Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu.
o Phòng cháy chữa cháy.
o Nhiễm từ.
9
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong thực tế việc lắp đặt thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên là rất khó khăn.
Do đó tùy vào điều kiện cụ thể mà ta chọn vị trí đặt. Vị trí của trạm biến áp có thể
ở độc lập bên ngoài, liền kề với phân xưởng, hoặc đặt bên trong phân xưởng.
b. Xác định số lượng máy biến áp:
Số lượng máy biến áp trong trạm biến áp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố
như: yêu cầu về tính liên tục cấp điện của hộ tiêu thụ, yêu cầu về lựa chọn dung
lượng máy biến áp hợp lý, yêu cầu về vận hành kinh tế trạm biến áp
Khi xác định số lượng trạm của xí nghiệp, số lượng và công suất máy biến
áp trong một trạm chúng ta cần lưu ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ
tải trong xí nghiệp và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấp
điện. Chúng ta phải tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật ngay khi xác định các
phương án cung cấp điện.
• Muốn vậy chúng ta cần nghiên cứu:
 Đồ thị phụ tải hằng ngày, xác định cho một ngày làm việc bình thường và
xác định cho một ngày nghỉ, ở mùa nắng và mùa mưa, hoặc mùa hè và mùa
động
 Đồ thị phụ tải hằng năm của một xí nghiệp tính theo tổng số lượng giờ trong

một năm.
• Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh
tế kĩ thuật sau đây:
 An toàn, liên tục cung cấp điện.
 Vốn đầu tư bé nhất.
 Chi phí vận hành hằng năm bé nhất.
• Ngoài ra cần lưu ý đến việc:
 Tiêu tốn kim loại màu bé nhất
 Các thiết bị và khí cụ điện phải nhập được để dàng v.v…
 Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại để
giảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng.
10
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
 Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau
này.
c. Dung lượng máy biến áp
Chọn công suất máy biến áp phải thỏa mãn những điều kiện sau:
 Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện.
 Độ dự trữ khi phụ tải phát triển.
 Đảm bảo tuổi thọ của máy biến áp (hao mòn cách điện do nhiệt).
 Đảm bảo chỉ tiêu về kinh tế.
 Khả năng quá tải cho phép.
IV. Các phương pháp lựa chọn máy biến áp
Máy biến áp được chọn sau khi đã xác định nhu cầu điện tiêu thụ. Có nhiều
phương pháp lựa chọn máy biến áp nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chế
của nó: những phương pháp tính toán nhanh, đơn giản thì cho kết quả kém chính
xác, sai số nhiều còn những phương pháp cho kết quả gần đúng thì phép tính phức
tạp, tốn nhiều thời gian xem xét, đánh giá.
Sau đây là một vài phương pháp lựa chọn máy biến áp:
 Phương pháp dựa vào công suất tính toán

 Phương pháp dựa vào đồ thị phụ tải
 Phương pháp dựa vào chế độ nhiệt
11
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chương 2:
CHỌN MÁY BIẾN ÁP THEO PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phụ tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải
thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách nhiệt. Nói cách khác
phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ mà phụ tải thực tế gây ra.
Vì vậy việc lựa chọn thiết bị theo phụ tải tinh toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị
về mặt phát nóng.
Khi thiết kế cung cấp điện hay lắp đặt trạm biến áp cho một công trình thì
nhiệm vụ đầu tiên là phải xác định được nhu cầu điện của công trình đó. Tùy
theo quy mô của công trình mà nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế hoặc tính
đến sự phát triển về sau này. Do đó xác định nhu cầu điện là giải quyết bài toán
tính toán phụ tải điện và dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn
Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi
là phụ tải tính toán. Cần lưu ý phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế khi các nhà
máy đã đi vào hoạt động. Phụ tải tính toán là phụ tải gần đúng chỉ để tính toán thiết kế
hệ thống cung cấp điện còn phụ tải thực tế là phụ tải chính xác có thể xác định được
bằng các đồng hồ đo điện trong quá trình vận hành.
Phụ tải tính toán phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, bên cạnh đó công trình điện
thường phải được thiết kế, lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện. Do vậy xác
12
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
định chính xác phụ tải tính toán là một việc rất khó khăn Do tính chất quan trọng
nên nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện.
Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố và biến động theo thời gian nên vẫn
chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi. Trong thực tế thiết kế,

khi đơn giản công thức để xác định phụ tải điện thì cho phép sai số ±10%.
II. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ
thống cung cấp điện như: máy biến áp, các thiết bị đóng cắt bảo vệ, dây dẫn tính toán
tổn thất công suất, tổn thất điện năng, điện áp, lựa chọn dung lượng tụ bù công suất
phản kháng. Sử dụng phụ tải tính toán để chọn lựa thiết bị sẽ đảm bảo các thiết bị làm
việc theo đúng chế độ đã định mà không gây ra các tổn hại về điện, nhiệt và cơ. Phụ
tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc của
các thiết bị điện. Do đó việc xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn
nhưng không kém phần quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính toán xác định được nhỏ hơn
phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, nguy hiểm hơn là có thể gây ra
cháy nổ. Ngược lại nếu phụ tải tính toán lớn hơn thực tế sẽ gây ra lãng phí, thiệt hại về
kinh tế do các thiết bị điện được chọn vượt quá yêu cầu.
Để xác định phụ tải tính toán người ta đưa ra các phương pháp tính dựa trên
những yếu tố như điều kiện làm việc, chu trình hoạt động nhưng chủ yếu là dựa
trên kinh nghiệm lắp đặt và số liệu thống kê. Chính vì vậy phương pháp này
thường chỉ áp dụng đối với những công trình nhỏ hoặc vừa vì kết quả cho ra tương
đối chính xác, đơn giản trong tính toán.
Đối với những công trình lớn, có tầm quan trọng cần phải tính chính xác
công suất của phụ tải để lựa chọn biến áp vì chi phí đầu tư cho máy biến áp là rất
13
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
lớn, máy biến áp có công suất càng lớn thì giá thành càng cao. Trong những trường
hợp đó ta cần phương pháp tính chính xác hơn.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN.
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán được chia thành 2 nhóm sau:
Nhóm 1: Đây là nhóm phương pháp sử dụng các hệ số tính toán dựa trên
kinh nghiệm thiết kế và vận hành. Đặc điểm của phương pháp này là tính toán
thuận tiện nhưng cho kết quả gần đúng bao gồm:
 Phương pháp hệ số nhu cầu.

 Phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm.
 Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất.
Nhóm 2: Đây là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất
thống kê. Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng cuả nhiều yếu tố,
do đó kết quả chính xác hơn bao gồm:
 Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải.
 Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải.
 Phương pháp số thiết bị hiệu quả.
1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu
Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
n
P
tt
= ∑ k
nci
.P
đmi
i =1
Q
tt
= P
tt
.tgφ
tb
22
tttttt
QPS
+=
Trong đó:
14

Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
tt
tt
S
P
=
ϕ
cos
K
nci
: Là hệ số nhu cầu của thiết bị thứ i
P
đmi
: Là công suất đặt của thiết bị thứ i
ϕ
cos
: là hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị
n : số thiết bị trong nhóm
Hệ số nhu cầu của các nhóm thiết bị khác nhau được xác định theo kinh nghiệm
vận hành và thiết kế.
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh, có xem xét
đến công suất của từng thiết bị.
Nhược điểm: kết quả không thật chính xác do hệ số nhu cầu là số liệu cho
trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm.
Theo sổ tay tra cứu, K
nc
là hằng số, điều này chỉ đúng khi số thiết bị trong nhóm
lớn và hệ số sử dụng lớn. Trong trường hợp tổng quát, nếu lấy K
nc

là hằng số thì
tính toán sẽ gặp sai số lớn.
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán nhỏ,
không cần sự chính xác cao, hệ số K
nc
được chọn dựa trên kinh nghiệm hoặc xác
định được qua những công trình tương tự.
2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản
xuất (Phụ tải điện trường học, hoặc phân xưởng sản xuất)
Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản xuất như
phân xưởng may, phân xưởng dệt, thì công suất tính toán được xác định theo biểu
thức:
P
tt
= P
o
.F
15
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong đó:
F – diện tích sản xuất, phòng học (m
2
).
P
o
– suất phụ tải trên đơn vị diện tích P = (15 - 20) (W/m
2
)
Giá trị P
o

được đưa ra dựa vào kinh nghiệm vận hành và thống kê. Tùy theo từng
loại công trình, thiết bị, tiêu chuẩn nhất định ta có thể chọn giá trị P
o
thích hợp.
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh.
Nhược điểm: công suất được phân bố đều, chế độ làm việc của từng thiết bị
không được tính đến nên kết quả có sự sai biệt.
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không
lớn, không cần sự chính xác cao, hệ số P
o
được chọn dựa trên kinh nghiệm, nó
thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, khi phụ tải các phân xưởng có
mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều.
3. Theo KVA/ hộ (phụ tải ánh sáng sinh hoạt)
Đây là phụ tải điện của các hộ gia đình, phòng học, nông thôn các gia đình
dùng điện không có sự chênh lệch nhiều.
Phụ tải tính toán được xác định như sau:
Ptt = P
o
.H
Q
tt
= P
tt
.tgφ
Trong đó:
H – số hộ sử dụng.
P
o

– suất phụ tải tính toán cho 1 hộ, thường lấy P
o
= (0,5 – 0,8) (KW/hộ)
Với: 0,5: dành cho khu vực thuần nông.
0,6 – 0,8: dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường.
16
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Để phục vụ sinh hoạt các hộ thường dùng nhiều loại thiết bị điện gia dụng khác
nhau như: đèn, quạt, tivi, radio, bàn là, tủ lạnh.v.v…Trong tính toán cung cấp điện
thường lấy hệ số công suất chung là cosφ = 0,85.
Phụ tải tính toán tổng bao gồm các thôn xóm, trường học, trạm bơm v.v
n
P
t
= K
dt
∑ P
tti
i =1
n
Q
t
= K
dt
∑ Q
tti
i =1
S
t
= √P

2
t
+Q
2
t
K
đt
– hệ số đồng thời
Với
n = 1, 2 → K
dt
= 1
n = 3, 4 → K
dt
= 0.85 → 0.9
n = 5, 6, 7 → K
dt
= 0.8 → 0.85
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán nhanh.
Nhược điểm: tính toán theo sự phỏng đoán bình quân mức tiêu thụ điện dẫn
đến kết quả chỉ dừng lại ở mức tương đối.
Phạm vi ứng dụng: Áp dụng cho những phụ tải có cùng tính chất, phụ tải không
đổi, mức tiêu thụ điện năng không cao, tính toán trên bình diện rộng như khu vực
nông thôn, phòng học, hộ gia đình
4. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản
phẩm.
17
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Đối với xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi và cho kết quả tương đối chính

xác (xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp điện phân,xí nghiệp gia công,…) thì công suất
tính toán được xác định theo công thức :
max
0
.
T
wM
P
tt
=
Trong đó:
M: Là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm.
w
o
: Là suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản
phẩm).
T
max
: Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h).
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán dựa trên số liệu
có sẵn
Nhược điểm: tính toán trên số liệu không dựa vào điều kiện cụ thể, chế độ
hoạt động, làm việc, từng giai đoạn kết quả kém chính xác
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không
lớn, không cần sự chính xác cao, xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi, chế độ hoạt
đông giống nhau, sản phẩm tạo ra liện tục và đồng đều trong năm.
5. Phương pháp xác định phụ tải tính theo hệ số cực đại và công suất trung
bình (phương pháp số thiết bị hiệu quả)
Trong phương pháp này ta đã biết hết thông tin về đối tượng sử dụng điện:

công suất, chủng loại động cơ, vị trí đặt trong phân xưởng và đặc tính kĩ thuật,
công nghệ của chúng. Nhiệm vụ của người thiết kế là là phải đưa ra phương án
18
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
cung cấp điện hợp lý cho các phân xưởng và thiết kế mạng hạ áp phân xưởng đưa
điện đến từng động cơ.
Để xác định phụ tải điện phân xưởng, ta chia thành các nhóm máy cho các
động cơ đặt gần nhau, mỗi nhóm khoảng 8 → 12 máy, sau đó xác định phụ tải điện
cho từng nhóm máy và cuối cùng cho cả phân xưởng.
Phụ tải tính toán cho một nhóm n máy xác định theo công thức căn cứ vào
công suất trung bình P
tb
và hệ số cực đại K
max
n
P
tt
= K
max
.P
tb
= K
max
.K
sd
.P
t
= ∑ P
đmi
i =1

Q
tt
= P
tt
.tgφ
Trong đó:
P
tt
– công suất trung bình của nhóm máy trong thời gian khảo sát, thường lấy
là 1 ca hoặc 1 ngày đêm.
P
đm
– công suất định mức của máy
K
sd
– hệ số sử dụng
Cosφ – hệ số công suất của máy công cụ, tra PL1 với nhóm máy công cụ
Cosφ = 0.5÷0.6
K
max
– hệ số cực đại,tra PL5 (theo k
sd
, n
hq
)
Số thiết bị dùng điện hiệu quả n
hq
là số thiết bị giả tưởng có công suất bằng
nhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải
tính toán do nhóm thiết bị thực tế gây ra. Ý nghĩa của n

hq
là ở chổ một nhóm máy
bất kì bao gồm nhiều máy có công suất khác nhau, đặt tính kĩ thuật khác nhau, chế
độ làm việc, quá trình công nghệ khác nhau để tính chính xác phụ tải điện người ta
19
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
dựa vào đại lượng trung gian n
hq
nhằm giúp cho việc xác định phụ tải điện của
nhóm máy dễ dàng tiện lợi và sai số trong giới hạn cho phép.
Các bước tính toán và xác định n
hq
:
 Bước 1: Xác định số thiết bị n trong nhóm
 Bước 2: Xác định công suất thiết bị lớn nhất trong nhóm (P
max
)
 Bước 3: Xác định n
1
thiết bị thỏa điều kiện P
đmi
≥
2
max
P
 Bước 4: Xác định tổn thất công suất của n
1
thiết bị
P
1

=
∑
=
n
i
đmi
P
1
1
 Bước 5 : Xác định n* =
n
n
1
và P* =
p
p
1

 Bước 6: Tra bảng 3.3 trang 31 sách “Giáo trình cung cấp điện” của thầy
Quyền Huy Ánh tìm n
hq*
 Bước 7: Tìm n
hq
= n
hq*
×
n
 Bước 8 : Tra bảng 3.2 trang 29 sách “Giáo trình cung cấp điện ”của thầy
Quyền Huy Ánh tìm K
max

 Bước 9: P
tt
= K
max

×
∑
=
n
i
đmi
P
1
K
sdi
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: cho kết quả tương đối chính xác vì đã xét đến các yếu tố quan
trọng như: số lượng của các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất
và chế độ làm việc của chúng.
Nhược điểm: tính toán phức tạp.
Phạm vi áp dụng: Thường được áp dụng tính toán cho các phân xưởng, xí nghiệp
có số lượng máy móc nhiều, công suất lớn, đã có được nhiều thông tin về phụ tải,
có các bảng tra cứu các thông số.
20
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
21
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chương 3:
CHỌN MÁY BIẾN ÁP THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI
I.ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong hệ thống điện, máy biến áp là một mắt xích quan trọng không chỉ vì
vai trò của nó trong hệ thống mà còn vì máy biến áp chiếm một phần đáng kể trong
tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện. Vì vậy việc chọn lựa vị trí, số lượng và công
suất định mức của máy biến áp phải được tính toán phù hợp sao cho chi phí đầu tư
bé nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật. Công suất máy biến áp cần đảm
bảo cung cấp điện năng cho tất cả các hộ tiêu thụ trong điều kiện vận hành bình
thường và có xét đến trường hợp quá tải sự cố. Một trong những cách xác định
công suất của máy biến áp đó là dựa vào đồ thị phụ tải.
II. MỤC ĐÍCH
Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng
cho nhu cầu điện của từng thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp. Qua
đồ thị phụ tải ta biết được công suất thực sự của thiết bị trong từng điều kiện vận
hành, chế độ làm việc cụ thể. Khi đó việc chọn lựa máy biến áp theo đồ thị phụ tải
sẽ cho ra kết quả gần chính xác nhất so với các phương pháp khác.
Theo đồ thị phụ tải ta chọn máy biến áp theo 2 điều kiện sau:
22
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
 Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến quá tải cho phép (quá
tải bình thường).
 Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố (hư hỏng một trong những máy biến áp
làm việc song song) với một thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp
điện.
III. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP
Dung lượng của MBA được chọn sao cho ứng với một môi trường làm việc
cụ thể và hệ thống làm mát nhất định, MBA có thể làm việc với công suất định
mức S
đm
trong suốt thời gian phục vụ của nó T
đm
. Song trong điều kiện thực tế vận

hành, phụ tải của MBA luôn thay đổi và phần lớn thời gian làm việc với phụ tải bé
hơn định mức. Khi đó sự hao mòn về cách điện của MBA sẽ nhỏ hơn định mức do
nhiệt độ của MBA nhỏ hơn nhiệt độ cho phép dẫn đến tuổi thọ MBA tăng lên. Và
ngược lại những lúc phụ tải lớn hơn công suất định mức trong giới hạn cho phép
vẫn có thể cho MBA làm việc nhưng với hao mòn cách điện vượt qua định mức
làm giảm tuổi thọ của MBA. Từ đó ta thấy rằng MBA có thể được chọn theo khả
năng quá tải để giảm dung lượng, tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu trong khi vẫn đảm
bảo các yếu tố an toàn, kỹ thuật và tuổi thọ chung của MBA.
1. Quá tải bình thường của MBA (Trường hợp trạm chỉ đặt một MBA).
Quá tải bình thường là quá tải thường xuyên của MBA, có tính chất chu kỳ
(một ngày đêm, một tháng, một mùa ). Trong mỗi chu kỳ có một phần thời gian
MBA làm việc quá tải (S > S
đm
), phần lớn thời gian còn lại của chu kỳ MBA làm
việc non tải (S < S
đm
). Hệ số quá tải thường xuyên có thể xác định từ đồ thị khả
năng quá tải của MBA. Đó là quan hệ giữa hệ số quá tải cho phép K
2cp
, hệ số phụ
tải bậc 1 (K
1
) và thời gian quá tải t.
23
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Công suất định mức của MBA chọn theo khả năng quá tải của MBA. Để sử dụng
phương pháp này cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA thành hai bậc
đẳng trị.
Công suất đẳng trị của MBA trong khoảng thời gian xem xét được xác định theo
biểu thức:

S
đti
=
n
nn
ttt
tStStS
+++
+++


21
2
2
2
21
2
1
=
∑
∑
=
=
n
i
i
n
i
ii
t

tS
1
1
2
Trong đó S
i
là phụ tải của MBA ở thời gian t
i
.
Đồ thị phụ tải của MBA có rất nhiều dạng, dưới đây ta sẽ xem xét một số dạng
thường gặp của đồ thị phụ tải MBA:
Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi chiều. Theo biểu
thức trên S
đt2
được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t
2
và S
đt1
được tính với
thời gian t
1
trước lúc quá tải 10h. (hình a).
Đồ thị phụ tải nhiều bặc của MBA có một cực đại vào buổi sáng. Tương tự
S
đt2
được tính trong khoảng thời gian lúc quá tải là t
2
và S
đt1
được tính với thời gian

t
1
sau khi kết thúc quá tải 10h. (hình b).
Đồ thị phụ tải có hai cực đại trong một ngày thì phụ tải đẳng trị bậc hai được
tính đối với cực đại nào có tổng

∑
ii
tS
đạt trị số lớn nhất. Khi đó sẽ chọn được
S
đt2
, và S
đt1
được tính như trường hợp trên. (hình c, d).
24
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Hình a. Hình b.
Hình c. Hình d.
Nếu S
đt2
< 0.9 S
max
thì ta chọn S
đt2
= 0.9 S
max
và thời gian quá tải t
2
’ được tính theo

công thức quy đổi:
2
max
2
2
2
'
2
)9.0( S
tS
t
đt
=
25