CHƯƠNG 1

TỔNG QUÁT

1 .ĐẶT VẤN ĐỀ

Trạm biến áp là môt trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện.Trạm biến áp dùng để biến đổi địên năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác.Các trạm biến áp,trạm phân phối,đường dây tải điện cùng với các nhà máy phát điện làm thành một hệ thống phát và truyền tải điện năng thống nhất.

Dung lượng của các máy biến áp,vị trí,số lượng và phương thức vân hành của các trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện.Vì vậy việc lựa chọn các trạm biến áp bao giờ cũng phải gắn liền với việc lựa chọn phương án cung cấp điện.

Dung lượng và các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó,vào cấp điện áp của mạng,vào phương thức vận hành của máy biến áp.v…v…Vì thế,để lựa chọn được một trạm biến áp tốt nhất,cần phải xét tới nhiều mặt và phải tiến hành tính toán so sánh kinh tế-kỹ thuật giữa các phương án được đề ra.

Thông số quan trọng nhất của máy biến áp là điện áp định mức và tỷ số biến áp

Hiện nay nước ta đang sử dụng các cấp điện áp sau đây:

a. Cấp cao áp:

            - 500kV-dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba vùng bắc ,trung,nam.

            - 220kV-dùng cho mạng điện khu vực.

            - 110kV-dùng cho mạng phân phối,cung cấp cho các phụ tải lớn.

b. Cấp trung áp:

            - 22kV-trung tính nối đất trực tiếp-dùng cho mạng điện địa phương,cung cấp cho các nhà máy vừa và nhỏ,cung cấp cho các khu dân cư

c. Cấp hạ áp:

            - 380/220kV-dùng trong mạng hạ áp,trung tính nối đất trực tiếp

Do lịch sử để lại hiện nay nước ta cấp trung áp còn dùng 66,35,15,10 và6kV.Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo  để thống nhất cấp điện áp 22kV.

Tuy có nhiều cấp điện áp khác nhau nhưng khi thiết kế,chế tạo và vận hành thiết bị điện được chia làm hai loại cơ bản:

            -Thiết bị điện hạ áp có U 1000 V

            -Thiết bị điện cao áp có U  >1000 V

Từ sự phân chia trên sẽ dẫn đến sự khác nhau về cấu trúc ,chủng loại của các khí cụ điện ,của các công trình xây dựng và cả chế độ quản lý vận hành…

2. CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

a-Công suất định mức

Công suất định mức của MBA là công suất liên tục đi qua MBA trong suốt thời hạn phục vụ của nó ứng với các điều kiện tiêu chuẩn :điện áp định mức ,tần số định mức và nhiệt độ môi trường làm

mát định mức.Công suất MBA và MBA tự ngẫu một pha bằng 1/3 công suất MBA và MBA tự ngẫu ba pha tương ứng.

b. Điện áp định mức

Điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp MBA là điện áp giữa các pha của nó khi cuộn dây thứ cấp hở mạch và có điện áp bằng điện áp định mức thứ cấp.Điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp MBA là điện áp giữa các pha của nó khi không tải mà điện áp trên cực cuộn dây sơ cấp bằng điện áp định mức sơ cấp.

c. Hệ số biến áp

Hệ số biến áp k được xác định bằng tỷ số giữa điện áp định mức của cuộn dây cao áp với điện áp định  mức của cuộn dây hạ áp:

Hệ số biến áp của MBA ba cuộn dây được xác định theo từng cặp cuộn dây tương ứng:

d. Dòng điện định mức                                                                                                           

Dòng định mức của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp MBA được xác định theo công suất và điện áp định mức phù hợp với các cuộn dây của nó.

e. Điện áp ngắn mạch

Điện áp ngắn mạch.. đặc trưng cho tổng trở toàn phần Z của MBA và thường được biểu diễn bằng phần trăm của điện áp định mức

..  

Trị số điện áp ngắn mạch.. phụ thuộc vào công suất và điện áp định mức của MBA và thay đổi theo phạm vi rộng:từ (4,5..)% đối với MBA công suất nhỏ, điện áp.. kV,đến..   đối với MBA công suất lớn, điện áp ..

f. Dòng không tải

Dòng không tải..là đại lượng được làm cơ sở để tính công suất phản kháng tiêu thụ trên mạch từ hóa.. .Thường trị số của dòng không tải cho bằng phần trăm dòng định mức của MBA.

Trị số tương đối của nó giảm đi khi công suất và điện áp định mức của MBA tăng:đối với MBA ..;đối với MBA..Quan hệ giữa dòng điện không tải và tổn hao không tải như sau:

                      ..................

g. Mức cách điện định mức

Mức cách điện định mức được cho bằng các giá trị chịu qúa áp ở tần số thường khi thí nghiệm và bởi các thí nghiệm xung áp cao mô phỏng xét đánh.Ở các mức điện áp nói ở đây,qúa áp do thao tác đóng cắt thường ít nghiêm trọng hơn do sét đánh ,do đó không cần thí nghiệm khả năng chịu qúa áp do đóng cắt.

h. Tổ nối dây

Tổ nối dây của MBA được hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp.Nó biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của MBA.Góc lệch pha phụ thuộc chiều quấn dây,cách ký hiệu các đầu dây,kiểu nối dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Do cách nối dây hình sao Y hay tam giácvới những thứ tự khác nhau mà góc lệch pha giữa các sức điện động của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có thể là 30^o,60^o,…,360^o.Để thuận tiện người ta dùng kim đồng hồ biểu thị và gọi tên tổ nối dây của MBA:Kim dài của đồng hồ biểu thị véctơ sức điện động sơ cấp đặt cố định ở con số 12,kim ngắn biểu thị véctơ sức điện động thứ cấp đặt tương ứng ở các con số 1,2,…,12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 30^o,60^o,…,360^o

Trong MBA ba pha cũng như nhóm baMBA một pha thường cuộn dây điện áp thấp nối tam giác để bù sóng điều hòa bậc ba của dòng từ hóa.Cuộn dây cao áp và trung áp nối hình sao.do cuộn hạ áp nối tam giác nên tiết diện dây dẫn nhỏ đi rất nhiều,vì khi đó dòng trong các pha giảm đi  lần,so với dòng dây.Cuộn dây cao và trung nối hình sao nên số vòng dây giảm  lần,do đó không những giảm được khối lượng đồng mà còn tiết kiệm được cả cách điện .

Ngoài ra sơ đồ đấu dây được cho dưới dạng sơ đồ bằng ký hiệu tiêu chuẩn cho cuộn nối hình sao,tam giác và hình sao liên kết,theo ký hiệu chữ ,số quy định bởi IEC.

Ký hiệu này đọc từ trái sang phải,chữ cái đầu chỉ cuộn áp lớn nhất,chữ cái thứ hai chỉ mức kế tiếp…

Các chữ cái viết hoa chỉ cuộn có áp lớn nhất:

                        D = Tam giác

                        Y = Sao

                        Z = Zigzag (sao liên kết)

                        N = Nối trung tính(có đầu nối trung tính đưa ra ngoài)

Các chữ cái thường được dùng cho cuộn thứ cấp và tam cấp:

                        d = Tam giác

                        y = sao

                        z = Zigzag

                        n = nối trung tính(có đầu nối đưa ra ngoài)

Một tổ đấu dây rất phổ biến được dùng trong biến áp phân phối là  Dyn 11 có cuộn sơ cấp đấu tam giác,cuộn thứ cấp đấu hình sao với đầu nối trung tính.Thay đổi pha qua biến áp là 30 độ,nghĩa là áp thứ cấp của pha 1 ở vị trí 11 giờ trên mặt đồng hồ,trong khi của pha một phía sơ cấp ở vị trí 12 giờ.Các tổ đấu dây tam giác ,sao và Zigzag tạo ra sự thay đổi pha bằng 30^o hay bội số của 30

Việc giãn nở của chất lỏng được bù nhờ biến dạng đàn hồi của các cánh làm mát bên hông thùng dầu,tránh được sự oxy hóacủa chất lỏng điện môi do đó không cần bảo trì thường xuyên ,không cần kiểm tra độ bền điện môi ít nhất trong mười năm,đơn giản trong lắp đặt,nhẹ hơn và thấp hơn so với loại có thùng dầu phụ,phát hiện tức thì sự rỉ dầu,nước không thể vào được trong thùng.

·  Máy biến áp có thùng chứa phụ ở áp suất khí quyển

Việc giãn nở của chất lỏng cách điện được thực hiện nhờ sự thay đổi mức chất lỏng trong thùng phụ đặt trên thùng chính của máy biến áp (hình 1.3)không gian bên trên chất lỏng trong thùng phụ chứa đầy không khí có thể tăng lên khi mức chất lỏng giảm và thoát ra ngoài một phần khi mức này tăng.

Không khí được lấy vào từ môi trường bên ngoài sẽ đi qua bộ lọc,qua một thiết bị hút ẩm(thường chứa các hạt chống ẩm silicagien)trước khi vào thùng phụ.Trong một số thiết kế máy biến áp lớn có  một một túi không khí không thấm để cách ly chất lỏng cách điện với khí quyển không khí chỉ vào ra qua bộ lọc và thiết bị hút ẩm.

......................

CHƯƠNG 4

SƠ ĐỒ BẢO VỆ TRẠM

3.1 YÊU CẦU CHUNG

Mục tiêu bảo vệ trong ngành năng lượng điện là đảm bảo an toàn cho người, bảo vệ chống những mối nguy hiểm hoặc hư hại tài sản, nhà máy và các thiết bị.

Có thể sắp xếp các mục tiêu này như sau:

            ·Bảo vệ ngưới và vật chống nguy hiểm do qúa điện áp và điên giật cháy nổ và hơi độc v.v…

            ·Bảo vệ nhà máy thiết bị và các thành phần kháctrong hệ thống điện chống nguy hiểm do ngắn mạch, sét đánh trực tiếp và sự không ổn định hệ thống ( mất đồng bộ)v.v…

·Bảo vệ người và nhà máy không bị nguy hiểm do vận hành sai hệ thống điện bằng cách sử dụng các khoá liên động cơ hay điện. Tất cả các thiết bị đóng cắt(gồm cả bộ chỉnh đầu phân áp máy biền áp)phải có các giới hạn vận hành rõ ràng, có nghĩa là thứ tự thao tác của các thiết bị đóng tắt khác nhau để đảm bảo an toàn khi đóng hay mơ phải được tuân thủn ghiêm ngặt. Các khoá liên động và các mạch điện điều khiển tương tự thường dùng để đảm bảo các thao tác vận hành theo thứ tự chính xác.

3.2 Bảo vệ chống điện giật và quá điện áp

3.2.1 Bảo vệ chống điện giật

Biện pháp bảo vệ chống điện giật nhằm loại trừ các  mối nguy hiểm dẫn đến do :

+ Chạm trực tiếp vào dây mang điện

+ Chạm gián tiếp(chạmvào vỏ thiết bị bị hư cách điện)

+ Đi vào vùng có dòng chạy vào đất.

+ Tiếp xúc vào vỏ thiết bị đặt trong vùng có đường phân bố thế..

1-Bảo vệ chống điện giật do chạm trực tiếp

Biện pháp chủ yếu chống chạm điện trực tiếp là đặt tất cả phần dẫn điện trong vỏ bọc cách điện hoặc ngoài tầm với tới(đặt sau rào chắn cách điện hoặc trên cao) hoặc dùng vật chắn.

Khi các thiết bị như máy biến áp,động cơ,các thiết bị điện dân dụng khác có phần vỏ bằng kim loại,vỏ kim loại này sẽ được nối vào dây nối đất bảo vệ của mạng điện.Đối với thiết bị gia dụng hạ áp,điều này được thực hiện bằng ổ cắm ba chấu

2. Bảo vệ chống điện giật do chạm gián tiếp

Người chạm vào vỏ thiết bị bị chạm(hỏng cách điện) là chạm điện gián tiếp. Lúc này sẽ xuất hiện dòng đi qua người, song song với dòng rò đi trong dây nối đất vỏ các thiết bị.

Trong mạng hạ áp, các thiết bị cho thấy rằng nếu điện áp so với đất<=50V ở nơi khô ráo, hoặc 25V nơi ẩm ướt như phòng tắm sẽ không gây nguy hiểm.

Trong mạng cao và trung áp không thể giảm điện áp so với đất của các vỏ thiết bị khi có hiện tượng chạm vỏ xuống thấp hơn 50V bằng cách thực hiện các điện cực nối đất,mà phải thực hiện lưới đẳng thế.

3.2.2-Bảo vệ chống qúa điện áp

Qúa điện áp có thể xảy ra do hư hỏng cách điện phía trung thế làm xuất hiện điện áp thứ cấp.

Ngoài ra còn có thề kể một số tình trạng sau:

-Sóng qúa điện áp khí quyển

-Chạm đất một pha trong mạng trung tính không nối đất hoặc nối đất qua điện trở lớn.

-Cộng hưởng sắt từ.

-Đóng bộ tụ bù.

-Cắt ngắn mạch bằng máy cắt hay đứt cầu chì.

Qúa điện áp được phâm loại theo tính chất sau:

-Theo thời gian tồn tại: lâu dài, qúa độ, nhất thời(thoáng qua)

-Theo tần số: tần số hệ thống, tần số sóng hài, tần số cao, sóng một hướng(unidirectional).

1.Qúa điện áp khí quyển:

Bảo vệ chống dạng qúa điện áp này phải được thực hiện khi trạm được cấp nguồn trực tiếp bằng đường dây trên không. Biện pháp thường sử dụng nhất là thiết bị chống sét (Lightning Arrestor-LA) ,thực chất là các điện trở phi tuyến. Các LA được nối song song từ các dây pha xuống đất(hệ thống nối đất của trạm) và đặt càng gần điểm vào trạm càng tốt.

Đối với các trạm biến áp khách hàng, bảo vệ này được thực hiện nhờ:

+ LA (đặt trên từng pha) và đôi khi các LA này được mắc nối tiếp với  một thiết bị để tác động tự động cắt máy cắt

+ Giảm điện trở nối đất của trạm xuống mức thấp nhất có thể để tránh hiện tượng chọc thủng cách điện phía hạ do việc tăng điện thế của hệ thống nối đất khi có dòng điện xung sét đi vào đất.

Để tránh sét đánh trực tiếp, nên sử dụng điện cực phóng điện (loại Franklin) hoặc dây  chống sét nối vào hệ thống nối đất của trạm.

Chú ý rằng đối với cấp điện áp U<=35kv, sóng điện áp xuất hiện do sự đóng cắt các máy cắt ít nguy hiểm hơn xung xét vì vậy các thiết bị bảo vệ sét cảm ứng có thể đảm bảo chống xung qúa điện áp do đóng cắt.

2. Sự cố chạm đất trong mạng trung tính không nối đất hay nối đất qua điện trở lớn (mạng IT)

Trong tình trạng làm việc bình thường, các pha đều có cùng điện thế so với đất và bằng điện áp pha. Giá trị này phụ thuộc vào điện dung và điện trở cách điện của các dây pha so với đất. Khi hệ thống không có sự cố, các thông số này là bằng nhau cho cả 3 pha và điểm trung tính của thứ cấp máy biến áp sẽ có thể xấp xỉ bằng không so với đất.

            Khi một pha bị chạm đất, điện áp giữa các pha không đổi, điện áp các pha so với đất sẽ thay đổi. Sự bảo toàn vectơ điện áp dây và dòng chạm đất có trị số nhỏ làm cho mạng IT được áp dụng ở những nơi cần đảm bảo liên tục cung cấp điện ngay cả khi có chạm đất một điểm.

Chú ý: Khi có chạm đất một điểm trong mạng IT và điểm trung tính của máy biến áp cách ly:

-Thế của trung tính sẽ tăng lên bằng điện áp pha so với đất.

-Điện áp pha bị sự cố sẽ bằng không so với đất;

-Điện áp pha không bị sự cố tăng lên    lần so với điện áp pha so với đất.

Do các thiết bị như máy biến áp, cáp và các thiết bị khác phải có mức cách điện bằng    Upha so với đất khi được sử dụng ở mạng IT.