PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH LỰA

CHỌN MÁY BIẾN ÁP

-Để phân tích lựa chọn được máy biến áp đầu tiên chúng ta cần phải biết máy biến áp là gì , vậy máy biến áp là gì ?

Máy biến áp là một thiết bị được sử dụng khá rộng rãi trong các hệ thống mạng lưới điện lớn .Như các khu công nghệ cao ,khu công nghiệp ,trung tâm thương mại ,khu chế tác ,...vậy máy biến áp là gì?Tầm quan trọng của máy biến áp trong việc cung cấp điện như thế nào ?cách lựa chọn máy biến áp phù hợp nhất ?...

1.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP:

khái niệm máy biến áp :

Máy biến áp định nghĩa đầy đủ thực chất là một thiết bị từ loại tĩnh .làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ .Biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác .Nhưng tần số không thay đổi .

Cấu tạo chung của máy biến áp :

Đối với ngành điện công nghiệp và một số lĩnh vực khác thì máy biến áp là một thiết bị không thể thiếu. Máy biến áp được ứng dụng một cách rộng rãi trong các bài toán điện năng.

Nhắc đến máy biến áp ta sẽ nghĩ ngay đến một loại máy có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, nó có thể tăng hoặc giảm mức điện áp ban đầu tùy theo cấu tạo của nó. Máy biến áp ngày nay thường được gọi với tên ngắn gọn là biến áp. Hiểu một cách chính xác, máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi. Hay ta có thể hiểu một cách đơn giản hơn, máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định. Đôi khi hay có sự nhầm lẫn về chức năng của máy biến áp, trên thực tế máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không làm biến đổi năng lượng.

Hiện nay người sử dụng có nhu cầu sử dụng các máy móc, thiết bị hiện đại từ nước ngoài về. Với nhiều máy móc được sản xuất ở nước ngoài thường có những mức điện áp định mức khác nhau không giống với mức điện áp phổ biến ở Việt Nam. Như vậy muốn sử dụng những chiếc máy móc nhập ngoại này cần phải sử dụng đến những chiếc máy biến áp. Qua đó ta thấy được vai trò không thể thiếu của những chiếc máy biến áp trong các hệ thống sử dụng nhiều máy móc.

Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có cấu tạo chung gồm 3 bộ phận chính ta có thể dễ dàng nhận thấy đó chính là lõi thép, dây quấn và vỏ máy.

Lõi thép: Lõi thép gồm có trụ và gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành một mạch từ kín. Lõi thép của máy biến áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau và thường được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt. Lõi thép có chức năng dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Đối với các loại biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin, tần số cao thường được cấu tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại.
Dây quấn hay cuộn dây: thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài bọc cách điện để nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Với biến áp quấn bằng dây đồng thì sẽ dẫn điện tốt hơn, tránh được ôxi hoá, tăng tuổi thọ của biến áp. Phần có nhiệm vụ nhận năng lượng vào nối với mạch điện xoay chiều được gọi là cuộn dây sơ cấp, còn phần có nhiệm vụ truyền năng lượng ra nối với tải tiêu thụ được gọi là cuộn dây thứ cấp. Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại.
Vỏ máy: Tùy theo từng loại máy biến áp mà chúng được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp thùng và thùng. Nắp thùng để đậy trên thùng.

Phân loại máy biến áp

Cũng giống như nhiều các thiết bị điện khác, ta cũng có nhiều cách để phân loại máy biến áp.

Theo cấu tạo ta sẽ phân chia thành máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha
Theo chức năng có máy biến áp hạ thế và máy biến áp tăng thế
Theo cách thức cách điện: máy biến áp lõi dầu, máy biến áp lõi không khí,…
Theo mối quan hệ cuộn dây ta chia thành biến áp tự ngẫu và biến áp cảm ứng
Theo nhiệm vụ: máy biến áp điện lực, máy biến áp cho dân dụng, máy biến áp hàn, máy biến áp xung,…

Ngoài ra cũng có thể phân loại dựa vào công suất hay hiệu điện thế.

Máy biến thế hoạt động tuân theo

Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)
Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện)

Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.

Hình ảnh cấu tạo máy biến áp.

Chúng ta có thể hiểu ngắn gọn là máy biến áp là một thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định .

Hình ảnh máy biến áp

2. QUY TRÌNH PHÂN TÍCH LỰA CHỌN:

Trên hệ thống điện quốc gia cũng có nhiều cấp điện áp ,vì vậy máy biến áp cũng phân ra nhiều loại :Máy biến áp phân phối biến đổi điện áp từ trung xuống hạ áp nhằm cung cấp trực tiếp cho các hộ tiêu dùng .Máy biến áp trung gian đặt ở các trạm trung gian có nhiệm vụ truyền tải công suất giữa các hệ thống điện cao áp .Máy biến áp truyền tải truyền công suất điện từ nhà máy điện lên hệ thống cao áp ...Vì vậy để lựa chọn máy biến áp bao gồm lựa chọn số lượng ,công suất , chủng loại ,kiểu cách và các tính năng khác của máy biến áp

Với phụ tải loại 1:là phụ tải quan trọng không được phép mất điện thì phải có hai máy biến áp .
Với phụ tải loại 2 :Như xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng ,khách sạn ,siêu thị ,...thì phải tiến hành so sánh giữa phương án cấp điện vào một đường dây -một máy biến áp với phương án cấp điện bằng đường dây lộ kép và trạm hai máy .Trong thực tế ,có những hộ tiêu dùng loại này thường dùng phương án lộ đơn -một máy biến áp cộng với một máy phát dự phòng .
Với phụ tải loại 3 :Như phụ tải ánh sáng sinh hoạt ,thôn xóm ,khu chung cư ,trường học ,thường đặt một biến áp . Sau khi đã xác định được số lượng máy biến áp đặt trong trạm ,công suất một máy được xác định theo công thức sau

Với một trạm máy:




Với hai trạm máy :




-Trong đó :

  SđmB là công suất định mức của máy biến áp ,nhà chế tạo cho 
 Stt là công suất tính toán ,là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải mà người thiết kế 
cần tính toán ,xác định nhằm lựa chọn máy biến áp và các thiết bị khác .
1,4 là hệ số quá tải 
- Cần lưu ý hệ số quá tải có trị số phụ thuộc thời gian quá tải .Lấy chỉ số hệ số quá tải bằng 
1,4 chỉ đúng trong trường hợp trạm đặt hai máy bị sự cố 1 ,máy còn lại cho phép quá tải 1,4 trong vòng
5 ngày  5 đêm ,mỗi ngày quá tải không quá 6 giờ và hệ số tải trước khi tải không quá 0,75.Nếu không thỏa
mãn các điều kiện trên thì phải tra đồ thị để xác minh hệ số quá tải cho phép hoặc không cho máy biến áp 
quá tải .
   Các công thức trên chỉ đúng với sản xuất nội địa hoặc biến áp đã được nhiệt đới hóa .nếu dùng máy 
nhập phải đưa vào công thức hiệu chỉnh hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi 
trường chế tạo và môi trường sử dụng máy :

                                                        Khc =1- (T1- T0)/100

    trong đó :

T0 là nhiệt độ môi trường chế tạo      
T1 nhiệt độ môi trường sử dụng.


Với phụ tải có đồ thị phụ tải:
♦ Phương pháp công suất đẳng trị:
   Hệ số quá tải thường xuyên có thể được xác định từ đồ thị khả năng quá tải của MBA. Đó là quan hệ giữa hệ số quá tải cho phép K2cp, hệ số phụ tải bậc một K1 và thời gian quá tải t2. Để sử dụng phương pháp này cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc của fMBA thành đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị
Công suất đẳng trị của MBA trong khoảng thời gian xem xét được xác định theo biểu thức :






Trong đó: Si là phụ tải của MBA ở thời khoảng ti.
 Khi biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc thành đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị có thể có các trường hợp sau:
-   Đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA có một cực đại vào buổi chiều: Theo biểu thức  S’đt2 với thời gian lúc quá tải là t2 và tính S’đt1 với thời gian trước lúc quá tải 10h 
-   Đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA có một cực đại vào buổi sáng: Theo biểu thức S’đt2 với thời gian lúc quá tải là t2 và tính S’đt1 với thời gian ngay sau kết thúc quá tải 10h 
-   Nếu đồ thị phụ tải của MBA có 2 cực đại trong một ngày  thì phụ tải đẳng trị bậc hai được tính đối với cực đại nào có tổng  đạt trị số lớn nhất. Khi đó chọn được S’đt2 , còn S’đt1 sẽ tính như một trong hai trường hợp trên.

Nếu S’đt2 < 0,9.Smax thì chọn S’đt2 = 0,9.Smax. Thời gian cấp thứ hai được tính như sau:
t’2 = (S’đt2)2.t2/(0,9.Smax)2                                             









   Nếu MBA làm việc ở những nơi có nhiệt độ trung bình hằng năm  lớn hơn nhiệt độ trung bình hằng năm định mức  thì côn suất đẳng trị phải điều chỉnh theo biểu thức sau:






   Sau khi đã biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc của MBA về đồ thị phụ tải hai bậc thì trình tự xác định quá tải cho phép của MBA theo đường cong khả năng tải được tiến hành như sau:
Tính K1 = Sđt1/Sđm, K2 = Sđt2/Sđm.
   Từ K1 và t2, tra các đường cong quá tải cho phép của MBA để tìm K2cp và so sánh với K2 ở trên. Nếu K2  K2cp thì MBA đã chọn là chấp nhận được, ngược lại cần thay đổi công suất máy.





♦ Qui tắc quá tải 3%:
   Với phương pháp công suất đẳng trị ở trên nếu không có đường cong quá tải cho phép của MBA, có thể xác định hệ số quá tải bình thường theo qui tắc 3%:
   Khi trạm có 2 máy, cần lưu ý tới khả năng quá tải sự cố của máy. Khả năng quá tải này được xác định theo hang chế tạo. Nếu không có thong tin cụ thể có thể chấp nhận 140% cho các máy Liên Xô với điều kiện hệ số tải trước đó không vượt quá 0,93 và 130% cho các máy của các hang khác theo IEC 354. Khi đó, dung lượng MBA có thể chọn theo biểu thức sau:
Sđm = Smax/(n – 1).Kqtsc                                                        
Trong đó:
Smax là phụ tải cực đại.
Kqtsc là hệ số quá tải sự cố cho phép của MBA.
n là số lượng MBA trong trạm.
Ngoài số lượng và công suất ,khi chọn dùng máy biến áp cần quan tâm đến  các thông số kĩ thuật khác 

như biến áp dầu ,biến áp khô ,làm mát tự nhiên hay nhân tạo ,một pha hay ba pha ,ba cuộn dây hay tự 
ngẫu ,điều chỉnh điện áp thường hay điều chỉnh dưới tải ...

   Trong việc lựa chọn máy biến áp thì việc xác định đúng công suất của phụ tải là quan trọng nhất và cũng 

là khó khăn nhất .Khó khăn nhất là ở chỗ điện bao giờ cũng phải có trước ,trạm biến áp bao giờ cũng phải 

xây dựng  trong thời gian xây dựng cơ sở hạ tầng( điện ,nước ,đường xá ),khi mà chưa xây dựng hoặc đang

xây dựng các hộ tiêu thụ điện (đường phố ,nhà máy ,..),chưa thể biết được chính xác hệ số tiêu thụ điện của

các phụ tải.Cần căn cứ vào thông tin thu nhận được của thời điểm thiết kế để xác định được phụ tải tính toán 

nhằm chọn được công suất máy biến áp phù hợp.

3.VÍ DỤ MINH HỌA VỀ LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP CÓ CÔNG SUẤT GIẢ ĐỊNH：

 ví dụ: Nhà máy luyện kim có công suất lắp đặt 2000kw ,yêu cầu chọn máy biến áp cho trạm

biến áp 35/0,4kv của nhà máy .

    GIẢI:

      Nhà máy có lò luyện kim vì thế thuộc hộ loại 1,vì vậy trạm phải đặt hai máy biến áp .Công

suất của nhà máy tính theo công thức (*) với knc=0,7

                                    Ptt= knc. Pđ  =  0.7.2000 = 1400kw
 Tra cẩm nang có cos = 0,8 vì vậy công thức tính toán toàn phần :
                              Stt= 2000/0,8  = 1750 KVA
  Công thức máy biến áp được chọn theo công thức :
                              SđmB>= Stt/1,4 = 1750/1,4 = 1250 KVA
vậy chọn hai máy biến áp 1250 KVA do ABB hoặc công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo,
điện áp 35/0,4 KV ,không phải hiệu chỉnh nhiệt độ .
chú ý :Trong các xí nghiệp loại 1 thường có một số phụ tải loại 3 ,có thể cho phép cắt điện 
một máy biến áp khi xảy ra sự cố một máy biến áp .khi đó máy biến áp còn lại không cần thiết 
phải cấp điện cho toàn bộ nhà máy mà chỉ cần cấp điện cho phụ tải loại 1.trong trường hợp
này có thể chọn cỡ máy nhỏ hơn theo biểu thức .
      S1 = 70% Stt  = 0,7 .1750  = 1225 KVA
  công suất máy biến áp cần chọn :
      SđmB>= 1225/0,4 = 875 KVA
vậy chỉ cần chọn hai máy 1000KVA  ,điện áp chia 35/0,4 KV nghĩa là giảm được một cỡ 
công suất máy .

4.KẾT LUẬN:

   Để có thể lựa chọn chính xác máy biến áp phù hợp .Trước hết ,chúng ta cần đưa vào những tính toán đã được đưa ra trong bản thiết kế để xác định rõ công suất định

mức .Hệ số biến áp ,thời gian làm việc thực tế cũng như khả năng chịu đựng quá tải thường xuyên hoặc quá tải sự cố .và sau cùng mới là việc lựa chọn số lượng cũng như loại biến áp cần sử dụng .

Không những thế ,việc lựa chọn máy biến áp cũng không hề đơn giản bởi nó còn có rất nhiều loại :máy biến áp 1 pha ,máy biến áp 3 pha ,máy biến áp khô ,máy biến áp dầu ,..Và đa dạng các thương hiệu như Đông Anh ,ABB,HEM,HAVEC,...


Chính vì thế ,việc lựa chọn máy biến áp nên được phân tích kĩ càng .Và có những phương án cụ thể để lựa chọn loại máy cần sử dụng một cách chính xác nhất và hiệu quả nhất .

Tìm kiếm Blog này

PHAN QUỐC TOẢN