Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp: Chapter 4 - TS. Nguyễn Nhật Nam, TS. Huỳnh Quốc Việt

Chapter 4
MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

Tổng quan
Tính toán phát nóng máy biến áp
Quá tải của máy biến áp
Các loại máy biến áp
Tính toán và chọn công suất máy biến áp

CuuDuongThanCong.com

/>

4.1 Tổng quan

1 MBA 3 pha

CuuDuongThanCong.com

2

3 MBA 1 pha

/>

4.1 Tổng quan

MBA là thiết bị
truyền tải điện năng
từ điện áp này đến
điện áp khác.

CuuDuongThanCong.com

3

Trong hệ thống lớn
thường phải qua nhiều
lần tăng, giảm mới đưa
điện năng từ các máy
phát điện đến hộ tiêu thụ.
Cho nên tổng công suất
MBA trong hệ thống
điện có thể bằng 4 đến 5
lần tổng công suất của
các máy phát điện

Cho nên dù
MBA có hiệu
suất rất cao
nhưng tổn thất
hàng năm vẫn
cao.

/>

4.1 Tổng quan

4

4.1.1 Sử dụng MBA cần chú ý
MBA là thiết bị truyền tải điện năng P+jQ. Không phát ra
điện năng.
MBA được chế tạo thành một khối, rất nặng. Vd MBA
115/38,5 kV - 80 MVA nặng 105 tấn. Vì vậy cần chú ý
phương tiện và khả năng vận chuyển.
Khi lựa chọn MBA tránh việc MBA vận hành non tải,
kéo dài tuổi thọ ko cần thiết do tổn thất không tải cao và
sự tiến bộ trong công nghệ chế tạo MBA.
CS định mức MBA được chế tạo theo thang tiêu chuẩn
của mỗi nước thường các nhau lớn đặc biệt khi CS càng
lớn. Vd MBA 3 pha 2 cuộn dây 110 kV: 40 60 63 70 75 80
125 180 200 250 400.

CuuDuongThanCong.com

/>

4.1 Tổng quan

5

4.1.2 Thông số MBA
1. Sđm: CS định mức. CS liên tục truyền qua MBA trong
thời hạn phục vụ ứng với các đk định mức.

1. Uđm: điện áp định mức của các cấp
2. UN%:điện áp ngắn mạch
U dm
3. I0%: dòng điện không tải
4. ΔPN: tổn hao ngắn mạch
k
5. ΔP0: tổn hao không tải
S dm
6. k: tỷ số MBA

UN %
• Điện trở ?
• Điện kháng ?
CuuDuongThanCong.com

I0 %
/>
P0
PN


4.1 Tổng quan

6

Sơ đồ thay thế MBA
I1

x1

r1

r2

x2

I2

Im (dòng điện từ hóa)
U1

I1

rm

rB

xm

xB

U2

I2
S1

U1 r
m

xm

Tổn thất CS nhánh
từ hóa gần như ko
phụ thuộc vào phụ
tải.

U2

rB

S2
U2

U1
∆PFe + j ∆QFe

CuuDuongThanCong.com

xB

/>

4.1 Tổng quan

7

Thí nghiệm không tải
• Cuộn dây thứ cấp để hở mạch
• Đặt điện áp định mức vào cuộn sơ cấp
• Đo dòng điện, điện áp, công suất

A

I0

W

U1đm

V

CuuDuongThanCong.com

V U20

rm
U1đm

/>
r1

xm

x1

U20


4.1 Tổng quan

8

Thí nghiệm không tải

2
U dm
rm 
P0

• Cuộn dây thứ cấp để hở mạch
• Đặt điện áp định mức vào cuộn sơ cấp

U1đm

A

2
100U dm
xm 
I 0 % S dm

rB

I0

W
V

CuuDuongThanCong.com

V U20

rm

U1đm

xm

/>
xB

U20


4.1 Tổng quan

9

Thí nghiệm ngắn mạch

2
PNU dm
rB 
Sd2m

• Cuộn dây thứ cấp được nối tắt
• Đặt điện áp UN vào cuộn sơ cấp sao
cho dòng điện trên 2 cuộn dây đạt giá
trị định mức.
A

UN

Sdm rB
U N %  2 100
U dm

W
V
rB

UN

rm

U N % 
xB

U N %  U N %

2
U N % U dm
xB 
100 Sdm

xm

CuuDuongThanCong.com

/>
2

2


4.1 Tổng quan

10

Bài tập 4.1: Cho 1 MBA có các thông số sau:
Uđm(C) = 115 kV, Uđm(H) =11 kV
Sđm = 10 MVA, ∆PN = 60 kW, ∆PFe = 14 kW
UN% = 10,5%, I0% = 0,7%
Xác định các tham số của sơ đồ thay thế MBA quy về phía cao áp

ĐS:

rB = 7,94 Ω
xB = 138,63 Ω
= 139 Ω (xem xB >> rB)
rm = 0,94 x 106 Ω
xm = 0,19 x 106 Ω

CuuDuongThanCong.com

/>

4.1 Tổng quan

11

4.1.3 Hệ thống làm lạnh MBA

CuuDuongThanCong.com

/>

4.1 Tổng quan

12

4.1.3 Hệ thống làm lạnh MBA

CuuDuongThanCong.com

/>

4.1 Tổng quan

13

Làm mát
MBA bằng
dầu theo quy
luật tự nhiên

Làm mát kiểu
khô (không
khí và tăng
cường quạt)

Làm mát dầu
trong MBA
bằng nước
CuuDuongThanCong.com

Phương
pháp làm
mát MBA

Làm mát
MBA bằng
dầu có thêm
quạt

Làm mát MBA
bằng tuần hoàn
cưỡng bức dầu
và có thêm
quạt
/>

4.1 Tổng quan

14

CHẤT LÀM MÁT

Ký hiệu

Chất làm mát dầu hay chất lỏng

tổng hợp có điểm cháy ≤ 3000C

O

Các chất lỏng tổng hợp khác

L

Khí có điểm cháy > 3000C

G

Không khí (khô)

A

Nước

W

Ví dụ:
AN
ONAN
ONAF

Tuần hoàn chất làm mát

Tuần hoàn tự nhiên
Tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp
Tuần hoàn cưỡng bức trực tiếp

CuuDuongThanCong.com

N
F
D
/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

15

Khi vận hành
MBA có tổn thất
và chuyển thành
nhiệt năng:
Tổn thất đồng: tỷ lệ
thuận với dòng điện hay
công suât: (Khi S = Sđm
thì tổn thất đồng bằng
tồn thất NM)

Tổn thất sắt từ: tỷ lệ
thuận với khối lượng sắt
từ và là đại lượng ko
đổi. (bằng tổn thất
không tải)

2

 S 

2
2
PCu  I rB  
 rB  f  S 
 3U dm 
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA


• Nhiệt độ trên đoạn 2-3 và 6-7
chiếm khoảng 80-90%
• Giảm đoạn 2-3: nhà chế tạo
• Giảm đoạn 6-7: làm mát

Cuộn dây




Dầu

16


Vỏ 



Không khí


Sự phân bố nhiệt độ tương đối trong MBA theo phương ngang
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

17

Quan hệ giữa nhiệt độ theo chiều cao
Độ cao

Vỏ thùng
Dầu

Cuộn dây

Cuộn dây

Mạch từ
Vỏ thùng

CuuDuongThanCong.com

Nhiệt độ
/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

Ta nhận
thấy vùng
nóng nhất
chính là độ
cao 2/3
chiều cao
MBA.

Điểm nóng
nhất là lớp
dây trên
cùng của
MBA

CuuDuongThanCong.com

Nửa trên
MBA nhiệt
độ cuộn
dây cao
hơn nhiệt
độ mạch từ

18

Nửa dưới
MBA nhiệt

độ mạch từ
cao hơn
nhiệt độ
cuộn dây

/>
Vì vậy ta
nên đặt thiết
bị quạt làm
mát tại độ
cao 2/3
MBA là tốt
nhất.


4.2 Tính toán phát nóng MBA

19

4.2.1 Tính toán độ tăng nhiệt độ của dây dẫn và dầu

Vận hành định mức

PB  PFe  PCu  P0  PN

Vận hành khác định mức

 S 
2
PB  P0  PN 

  P0  PN K
 S MBA 

2

 P

 P0 1  N K 2   P0 1  bK 2 
 P0


• b = ∆PN/∆P0 thường chế tạo từ 2- 6
• S công suất vận hành
• K hệ số tải MBA K = S/Sđm
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

20

Độ tăng nhiệt độ (so với môi trường) của
dầu có công thức:

 1  bK 
 d   ddm 

 1 b 
2

m

m là chỉ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát (thực nghiệm)
• m = 0.8 khi làm mát bằng dầu tự nhiên
• m=0.9 khi làm mát bằng dầu có thêm quạt
• m=1 khi làm mát cưỡng bức có thêm quạt
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

21

Độ tăng nhiệt độ (so với dầu) của cuộn dây
có công thức:

cd  cd .dm K 2 n

n: hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh MBA, khi tính
gần đùng có thể lấy bằng m
m

 1  bK 
2n
cd   ddm 


K


cd .dm
 1 b 
2

CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

22

4.2.2 Phát nóng MBA trong chế độ quá độ
* Khi phụ tải thay đổi, nhiệt độ trong MBA ko thể thay đổi tức
thời mà phải qua quá trình quá độ.

Pdt  GCd  qF dt
Nhiệt lượng
phát ra

* Khi ổn định d = 0.

ondinh
CuuDuongThanCong.com

Nhiệt lượng
đốt nóng vật

Nhiệt lượng

tỏa ra môi
trường

Pdt  qF dt
P

F

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA
Giải pt vi phân

23

t

  
  0  ondinh   0  1  e    







ondinh
0,99.ondinh

: hằng số

thời gian phát
nóng hay tản
nhiệt

CuuDuongThanCong.com

0

0



4  5

t
/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

24

Công suất MBA
(MVA)
SMBA < 1
1< SMBA < 6.3
6.3< SMBA < 32

Làm mát
Tự nhiên
Tự nhiên

Có thêm quạt

τ
(giờ)
2.5
3.5
2.5

32< SMBA < 63
63< SMBA < 125
SMBA > 125

Có thêm quạt
Tuần hoàn cưỡng bức
Tuần hoàn cưỡng bức có quạt

3.5
2.5
2.5

Để đạt nhiệt độ ổn định MBA phải làm việc
khoảng thời gian T = (4-5)τ ≥ 10 giờ.
CuuDuongThanCong.com

/>

4.2 Tính toán phát nóng MBA

25

Phụ tải bậc thang:

ondinh2

S

2
S2

ondinh1

1
S1

S3

0

t1
CuuDuongThanCong.com

t2

t
/>