Máy điện - Chương1: Máy biến áp

1/50 ( ) ( )50 50Fe T T G G f fp p B G B G⎡ ⎤= +⎢ ⎥⎣ ⎦ !  Tổn trên lõi thép do từ trễ và dòng xoáy gọi là pFe - p1/50 SuÊt tæn hao s¾t tõ ë tÇn sè 50Hz vµ tõ c¶m B = 1Tesla " - BT, BG, GT, GG – MËt ®é tõ c¶m vµ khèi l­îng trô vµ g«ng " a. Tổn hao bao gồm ∑ ++= Fe2cu1cu pppp !  Tổn hao trên dây quấn sơ cấp gọi là pcu1 !  Tổn hao trên dây quấn thứ cấp gọi là pcu2 - Gọi là tổng tổn hao IV. Các chế độ làm việc của MBA (5/7) 67 b. Hiệu suất của MBA 12 1 1 % *100 *100 P pP P P η − = = ∑ 0Fep P≈ 1 2Cu Cu np p P+ = 2 2 2 2 2 Cu n n dm Ip r I p I β β= = = - Gọi là tổn hao không tải - Gọi là tổn hao ngắn mạch - Hệ số tải của MBA M¸y biÕn ¸p ®¹t hiÖu suÊt cao nhÊt ứng với hệ số tải: " IV. Các chế độ làm việc của MBA (6/7) = r P0 Pn 68 IV. Các chế độ làm việc của MBA (7/7) 4.2. Chế độ làm việc với tải đối xứng !  Nguyên tắc: Dùng phương pháp phân lượng đối xứng để xét, cụ thể: !  Thành phần thứ tự thuận !  Thành phần thứ tự nghịch !  Thành phần thứ tự không !  Xét từng trường hợp và xếp chồng nghiệm Lưu ý: Phần này sẽ được trình bày kỹ trong môn học “Máy điện nâng cao” 69 I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện Nội dung II. Khái niệm chung về Máy biến áp III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp V. Máy biến áp ba pha Chương 1. Máy biến áp 70 V. Máy biến áp ba pha (1/16) 5.1. Khái niệm !  Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba MBA một pha (hình a) hoặc dùng một MBA ba pha ba trụ (hình c). Hình 5.1: a) Ba MBA một pha; b) Ghép ba MBA một pha; c) MBA ba pha ba trụ !  Hình 5.1b mô tả có thể biến đổi ba MBA một pha thành MBA ba pha ba trụ: khi ghép ba MBA một pha thành một MBA ba pha bốn trụ, từ thông chạy qua trụ chung (MN) Φ = ΦA + ΦB + ΦC, khi máy đối xứng Φ = 0, có thể bỏ trụ chung (MN). Ba trụ còn lại thường được bố trí cùng trên mặt phẳng như hình 5.1c. 71 5.1. Khái niệm (tiếp) !  Hình 5.2 là hình ảnh thực tế một lõi thép và một MBA khô 150kVA – 6/0,4kV – Δ/Y0 dùng trong lưới điện phân phối Hình 5.2: a) Lõi máy biến áp ba pha: b) Máy biến áp khô ba pha V. Máy biến áp ba pha (2/16) 72 5.2. Tổ nối dây của MBA §Çu ®Çu §Çu cuèi Trung tÝnh" Cuén cao ¸p : A B C X Y Z N O Cuén trung ¸p: Am Bm Cm Xm Ym Zm Nm Om Cuén h¹ ¸p : a b c x y z n o a. Ký hiệu đâu dây b. Các kiểu đấu dây !  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA ba pha có thể nối sao (Y) hoặc tam giác (Δ hoặc D), người ta dùng chữ in hoa hoặc chữ thường để phân biệt sơ và thứ cấp. Có 4 trường hợp: "  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối sao, ký hiệu Y/Y, Yy "  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối tam giác, ký hiệu Δ/Δ, Dd "  Dâyquấn sơ cấp nối sao và thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/Δ, Yd "  Dây quấn sơ cấp nối tam giác và thứ cấp nối sao, ký hiệu Δ/Y, Dy V. Máy biến áp ba pha (3/16) 73 Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ tương ứng để xác định góc lệch pha giữa điện áp dây thứ cấp và điện áp dây sơ cấp của bốn tổ nối dây: b. Các kiểu đấu dây V. Máy biến áp ba pha (4/16) 74 c. Tổ nối dây Φ A X a x SC TC MBA 1 pha A a 3600 Sđđ dq SC Sđđ dq TC kim phút (12) kim giờ (1...12) I/I - 12 X x V. Máy biến áp ba pha (5/16) Φ A X a x Φ A X x a A 1800 I/I - 6 x a X c. Tổ nối dây (tiếp) V. Máy biến áp ba pha (6/16) d. Cách xác đinh tổ nối dây A B C a b c n X Y Z A C B X Y Z E A B a x x b y c z E a b E A B E a b y z A B C X Y Z A C B X Y Z E A B a b c x y z a y b x z c E A B E a b 360 O 330 O Y 12 y O Y 11 Δ V. Máy biến áp ba pha (7/16) 77 5.3. MBA làm việc song song !  §Ó ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt, ng­êi ta th­êng cho 2 hoÆc nhiÒu MBA vËn hµnh song song 1 2 3 1 2 3 1 1 1 1: : : ... : : : ...n n n n nnu u u u β β β β = !  §iÒu kiÖn ®Ó c¸c MBA lµm viÖc song song: + Cïng tæ nèi d©y + Cïng cÊp ®iÖn ¸p vµ hÖ sè biÕn ®æi + Cïng ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch !  HÖ sè t¶i cña c¸c MBA lµm viÖc song song tû lÖ nghÞch víi ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch cña chóng V. Máy biến áp ba pha (8/16) 78 1 1 2 3 1 1 2 3% % % dmi dmi dmidm n n n ni ni ni S S S S S S SS u u u u u u β β β= = = = ∑ ∑ ∑ !  Cã thÓ tÝnh hÖ sè t¶i β theo c«ng thøc sau: S - Tæng c«ng suÊt cña t¶i; S®mi - Dung l­îng m¸y biÕn ¸p thø i uni% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch % cña m¸y thø i 5.3. MBA làm việc song song V. Máy biến áp ba pha (9/16) 79 5.4. Mét sè vÊn ®Ò cÇn l­u ý khi sö dông vËn hµnh MBA " !  Kh«ng ®Ó MBA lµm viÖc kh«ng t¶i hoÆc qu¸ non t¶i !  MBA nªn ®Æt gÇn hoÆc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt ®­êng d©y. !  CÇn theo dâi hiÖu suÊt cña MBA ®Ó cã biÖn ph¸p kÞp thêi vÒ b¶o d­ìng, vËn hµnh n©ng cao hiÖu suÊt sö dông m¸y. !  §Þnh kú kiÓm tra møc dÇu trong m¸y, tr¸nh hiÖn t­îng dÇu c¹n g©y nãng m¸y t¨ng tæn hao vµ ch¸y næ !  Khi chän c¸c MBA lµm viÖc song song ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn ®· nªu. Un gi÷a c¸c m¸y kh«ng nªn chªnh lÖch qu¸ 10% V. Máy biến áp ba pha (10/16) 80 Bài toán 1: Một nhà máy chế biến thực phẩm lắp đặt 1 trạm biến áp có các thông số như sau: S = 1250kVA, U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1720W, Pn = 12910W, Io% = 1,2% , Un% =5,5% Khi máy vận hành thường xuyên đo được dòng điện tải từ 700A – 800A. Một số ý kiến cho rằng máy đang vận hành non tải và để tiết kiệm năng lượng cần thay thế bằng một máy khác có công suất thấp hơn như sau S = 630kVA , U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11 Po = 1150W, Pn = 6040W, io% = 1,4 , Un = 5% Trên quan điểm là sinh viên, anh chị hãy cho biết việc thay thế như trên có tiết kiệm được năng lượng không? Hãy tính dòng điện tải để MBA đạt hiệu suất cao nhất. V. Máy biến áp ba pha (11/16) 81 Lời giải: 2 2 1250000 1804 3. 3.400dm SI A U = = = 2 2 700 800 0,388 0,443 1804dm I I β ÷= = = ÷ 2 2 20,388 .12910 0,443 .12910 1943,5 2533,5Cu np pβ= = ÷ = ÷ 0 1720 (1943,5 2533,5)Fe Cu Cup p p P pΣ = + = + = + ÷ 3663,5 4253,5pΣ = ÷$ + Dòng điện thứ cấp định mức + Hệ số tải của MBA + Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế + Tổng tổn hao của máy 1250kVA ở tải thực tế Với máy 1250kVA, ta có: V. Máy biến áp ba pha (12/16) 82 2 2 630000 909 3. 3.400dm SI A U = = = 2 2 700 800 0,77 0,88 909dm I I β ÷= = = ÷ 2 2 20,77 .6040 0,88 .6040 3581 4677Cu np pβ= = ÷ = ÷ 0 1150 (3581 4677)Fe Cu Cup p p P pΣ = + = + = + ÷ 4731 5827pΣ = ÷ Với máy 630kVA, ta có: + Dòng điện thứ cấp định mức + Hệ số tải của MBA + Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế + Tổng tổn hao của máy 630kVA ở tải thực tế $ V. Máy biến áp ba pha (13/16) 83 Kết luận: ! Với kết quả tính toán ở trên, nếu thay máy 1250kVA hiện tại bằng máy 630kVA sẽ không kinh tế về mặt tiết kiệm điện năng ! Máy biến áp 1250kVA sẽ đạt hiệu suất cao nhất khi tổn hao sắt bằng tổn hao đồng, nghĩa là: P0 = 2Pn ) = r P0 Pn = r 1150 6040 = 0, 436 ! Suy ra dòng điện tải là: I2 = I2dm = 0, 436 · 1804 = 786, 5A V. Máy biến áp ba pha (14/16) 84 Bài toán 2: Cho 3 MBA có các thông số trong bảng sau Thông số S  (kVA)   U1/ U2(kV)   f  (Hz)   Tổ  nối   dây   Un   Máy  1   400   22/0,4   50   Y/Y-­‐6   5%   Máy  2   630   22/0,4   50   Y/Y-­‐6   5.5%   Máy  3   1000   22/0,4   50   Y/Y-­‐6   6%   Cho 3 MBA trên làm việc song song cung cấp cho tải có công suất 1900kVA. Tính dung lượng và dòng điện của mỗi máy cung cấp cho tải Lời giải: 400 630 1000 316,2 % 5 5,5 6 dmi ni S u = + + =∑+ ta có 1 1 1 1 1 1900 1,05 420 5.361,2%. dm dmi n ni S S S kVASu u β β= = = ⇒ = = ∑ V. Máy biến áp ba pha (15/16) 85 3 2 2 2 1900 0,876 876 6.361,2 dm S S kVAβ β= = ⇒ = = 3 1 1 1 1 1 1 400.10 577,3 1,05.577,3 606 3 3400 dm dm dm dm SI A I I A U β= = = ⇒ = = = 3 2 2 2 2 1 1 630.10 909,3 0,956.909,3 869,3 3 3400 dm dm dm dm SI A I I A U β= = = ⇒ = = = 3 3 3 3 3 3 1 1000.10 1443 0,876.1443 1264 3 3400 dm dm dm dm SI A I I A U β= = = ⇒ = = = !  Dòng điện mỗi máy: 2 2 2 2 1900 0,956 602,2 5,5.361,2 dm S S kVAβ β= = ⇒ = = Lời giải (tiếp): V. Máy biến áp ba pha (16/16) 86 Bài toán 3 (về nhà nghiên cứu): Thông số S  (kVA)   U1/U2(kV)   P0(W)   Pn(W)   Un   Máy  1   500   22/0,4   950   7000   5%   Máy  2   800   22/0,4   1300   10500   5.5%   Một xí nghiệp dùng 1 trạm 2 MBA có cùng tổ nối dây, cùng tần số 50Hz và có các thông số khác nhau như sau: Hai MBA đặt cùng vị trí và cung cấp điện cho 2 phân xưởng chế biến độc lập với nhau. Khi kiểm toán năng lượng đo được dòng điện tải máy 1 là 420A và máy 2 là 600A, điện áp 400V. Có 3 ý kiến như sau: + Bỏ máy 1, dồn tải sang máy 2 + Cho hai máy 1 và 2 vận hành song song + Cứ để nguyên hiện trạng Theo quan điểm của anh chị, phương án nào là tối ưu về mặt năng lượng. Và hãy tính xem hay máy đạt hiệu suất cao nhất ở dòng tải là bao nhiêu V. Máy biến áp ba pha (16/16)