Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp - Chương 4: Máy biến áp điện lực - Nguyễn Nhật Nam

i 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 10
6 Ω
xm = 0,19 x 10
6 Ω
114.1 Tổng quan
4.1.3 Hệ thống làm lạnh MBA
124.1 Tổng quan
4.1.3 Hệ thống làm lạnh MBA
134.1 Tổng quan
Phương 
pháp làm 
mát MBA
Làm mát 
MBA bằng 
dầu theo quy 
luật tự nhiên
Làm mát 
MBA bằng 
dầu có thêm 
quạt
Làm mát MBA 
bằng tuần hoàn 
cưỡng bức dầu 
và có thêm 
quạt 
Làm mát dầu 
trong MBA 
bằng nước
Làm mát kiểu 
khô (không 
khí và tăng 
cường quạt)
144.1 Tổng quan
Ví dụ: 
AN 
ONAN 
ONAF
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
Tuần hoàn chất làm mát
Tuần hoàn tự nhiên N
Tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp F
Tuần hoàn cưỡng bức trực tiếp D
154.2 Tính toán phát nóng MBA
2
2 2
3
Cu B B
dm
S
P I r r f S
U
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)
Khi vận hành
MBA có tổn thất
và chuyển thành
nhiệt năng:
164.2 Tính toán phát nóng MBA
Cuộn dây
Dầu
Vỏ
Không khí
 




Sự phânbố nhiệt độ tương đối trong MBAtheo phương ngang
• 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
174.2 Tính toán phát nóng MBA
Quan hệ giữa nhiệt độ theo chiều cao
Cuộn dây
Vỏ thùng
Dầu
Vỏ thùng
Cuộn dây
Mạch từ
Nhiệt độ
Độ cao
184.2 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
Nửa trên
MBA nhiệt
độ cuộn
dây cao
hơn nhiệt
độ mạch từ
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.
19
0B Fe Cu NP P P P P 
2
2
0 0
2 2
0 0
0
 1 1
B N N
MBA
N
S
P P P P P K
S
P
P K P bK
P
4.2 Tính toán phát nóng MBA
4.2.1 Tính toán độ tăng nhiệt độ của dây dẫn và dầu
Vận hành định mức
Vận hành khác định mức
• b = ∆PN/∆P0 thường chế tạo từ 2- 6
• S công suất vận hành
• K hệ số tải MBA K = S/Sđm
20
21
1
d ddm
m
bK
b
 
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
Độ tăng nhiệt độ (so với môi trường) của
dầu có công thức:
4.2 Tính toán phát nóng MBA
214.2 Tính toán phát nóng MBA
.
2
cd cd dm
nK  
n: hệ số phụ thuộc vào hệ thống làm lạnh MBA, khi tính
gần đùng có thể lấy bằng m
Độ tăng nhiệt độ (so với dầu) của cuộn dây
có công thức:
2
2
.
1
1
m
cd ddm c d
n
d m
bK
K
b
  
224.2 Tính toán phát nóng MBA
Pdt GCd qF dt  
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.
Nhiệt lượng
phát ra
Nhiệt lượng
đốt nóng vật
Nhiệt lượng
tỏa ra môi
trường
* Khi ổn định d = 0. Pdt qF dt 
ondinh
P
F


234.2 Tính toán phát nóng MBA
 0 0 1
t
ondinh e
   
0 
4  5

t
0
ondinh
0,99.ondinh
: hằng số
thời gian phát
nóng hay tản
nhiệt
Giải pt vi phân
244.2 Tính toán phát nóng MBA
Công suất MBA 
(MVA)
Làm mát τ
(giờ)
SMBA < 1 Tự nhiên 2.5
1< SMBA < 6.3 Tự nhiên 3.5
6.3< SMBA < 32 Có thêm quạt 2.5
32< SMBA < 63 Có thêm quạt 3.5
63< SMBA < 125 Tuần hoàn cưỡng bức 2.5
SMBA > 125 Tuần hoàn cưỡng bức có quạt 2.5
Để đạt nhiệt độ ổn định MBA phải làm việc
khoảng thời gian T = (4-5)τ ≥ 10 giờ.
254.2 Tính toán phát nóng MBA
Phụ tải bậc thang:
t
S
0
1
S2
2
t2t1
S1
S3
ondinh1
ondinh2
264.3 Quá tải của MBA
• MBA có những lúc vận hành non tải thì có thể vận hành quá tải
trong khoảng thời gian cho phép mà ko làm hỏng ngay MBA.
• Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo, MBA luôn cải tiến về
kích thước, trọng lượng, tổn hao và cả giá thành. Để tận dụng
khả năng tải của MBA, cho phép MBA vận hành quá tải.
Kqt =
Svận hành
Sđịnh mức
274.3 Quá tải của MBA
• Quá tải bình thường: quá tải trong chế độ hoạt động bình
thường hàng ngày (có những lúc MBA nón tải và những lúc
vận hành quá tải).
• Quá tải sự cố: khi nhiều hơn một MBA vận hành song song mà
có một máy bị sự cố phải nghỉ, những máy còn lại có thể vận
hành với phụ tải lớn hơn định mức.
• Quá tải ngắn hạn: trong trường hợp đặc biệt, để hạn chế cắt
phụ tải, có MBA có thể vận hành theo khả năng quá tải ngắn
hạn.
284.4 Các loại MBA
MBA 2 
cuộn dây
MBA 3 
cuộn dây
MBA có 
cuộn 
phân chia
MBA tự 
ngẫu
29
UC UH UC UH
SC SH
S
C
 S
H
Sđm của MBA là công suất của cuộn cao, công suất 
cuộn hạ và cũng là công suất của mạch từ. 
Cấu tạo Ký hiệu Chiều truyền công suất
4.4 Các loại MBA
4.4.1 MBA 2 cuộn dây
304.4 Các loại MBA
Sô ñoà noái caùc cuoän daây Cuoän
cao
Cuoän
haï
Ñoà thò
vectô
Kyù hieäu
toå noái daây
Cuoän cao Cuoän haï
Y/Y
0
- 0
Y/ -11
Y
0
/ -11
A B C
A B C
A B C
a b c
a b c
a b cO
o
B
A C
b
a c
B
A C
B
A C
b
a
c
b
a
c
B
A
b
a
B
A
b
a
B
A
b
a
314.4 Các loại MBA
UC
UT
UH
UC
UT UH
SC
ST SH
S
C
 S
H 
+ S
T
S
T
 S
H 
+ S
C
S
H
 S
C 
+ S
T
Cấu tạo Ký hiệu Chiều truyền công suất
4.4.2 MBA 3 cuộn dây
324.4 Các loại MBA
100/100/100
100/100/66.7
100/66.7/66.7
Sđm của MBA là
công suất của cuộn
có công suất lớn
nhất (và cũng là
công suất mạch từ),
các cuộn còn lại có
thể bằng Sđm hoặc
bằng 2/3 Sđm
334.4 Các loại MBA
4.4.3 MBA có cuộn phân chia
Phía sơ cấp
Cuộn dây sơ
cấp với điện áp
U1 , công suất
bằng công suất
định mức
(S1 = Sđm)
Phía thứ cấp có
công suất định
mức ( S21 = S22
= Sđm/2 ).
MBA có cuộn phân chia giống MBA 3 cuộn dây
Phía thứ cấp
344.4 Các loại MBA
o Trong thực tế có thể
chế tạo kết hợp vừa tự
ngẫu vừa ba cuộn dây
hoặc vừa ba cuộn dây
vừa có cuộn phân chia
.
o MBA có cuộn phân chia
dùng để hạn chế dòng ngắn
mạch có trị số theo yêu cầu.
Nên đôi khi không cần
dùng cuộn kháng điện hạn
chế dòng ngắn mạch.
MBA 
coù cuoän phaân chia 
MBA
töï ngaãu vaø coù cuoän phaân chia 
MBA
3 cuoän daây vaø coù cuoän phaân chia 
354.4 Các loại MBA
4.4.4 MBA tự ngẫu
UC UT
MBA thông thường
+
UT
UC
Z1
Z2
Cầu phân áp MBA tự ngẫu
UC UT
SB = Stừ SB = Stừ + SđiệnS = Sđiện
364.4 Các loại MBA
MBA tự ngẫu 1 pha
Cuộn dây nối tiếp (n) 
Cuộn chung (ch)
4.4.4 MBA tự ngẫu
374.4 Các loại MBA
MBA tự ngẫu 3 pha
Cuộn hạ
4.4.4 MBA tự ngẫu
UBC
384.4.4 MBA tự ngẫu
a. Phân tích
1U
2U
W1
W2
Wn
1I
2I
chI
2
1
2 1
ch
ch n
ch
U U
U U U
I I I
• CS máy biến áp
(Bỏ qua tổn hao)
1 2
1 2
2 1
B
U I
S S S
U I
1 1 1
2 2 2
S U I
S U I
39
( )
B T T T ch
T ch C
C
T
S U I U I I
U I U I
4.4.4 MBA tự ngẫu
a. Phân tích
• Thông thường MBA tự ngẫu ba pha đều chế tạo có cả cuộn điện
áp thấp. Điện áp cao (UC) và trung (UT) liên hệ với nhau theo
nguyên tắc tự ngẫu và nối sao, cuộn hạ (UH) liện hệ với phía
cao và trung theo nguyên tắc từ giống MBA thông thường và
nối tam giác (để giảm sóng hài bậc 3 hoặc cung cấp cho tải UH).
UC
UT
UH
CS điện truyền
trực tiếp
CS từ truyền
qua mạch từ
404.4.4 MBA tự ngẫu
a. Phân tích
• Hệ số tính toán
(Độ lợi MBA tự ngẫu) 
 1 Cch ch T T C T T B
T
ch
I
U I U I I U
I
S I S 
 1 Tn n C T C
C
n C C B
U
U I U U I U I
U
S S 
1 1T C
C T
U I
U I
o Công suất cuộn nối tiếp
o Công suất cuộn chung (mạch từ)
414.4.4 MBA tự ngẫu
a. Phân tích
3 ATU
ATU.3 
UAC
UBC
UCC UCT
UAT
UBT
MBA tự ngẫu chỉ sử dụng khi điện áp Cao và Trung có trung tính
nối đất trực tiếp, nếu ko khi có một pha phía Cao chạm đất, điện áp
Trung các pha rất lớn.
(MBA thông
thường)
(MBA tự
ngẫu)
Trungtính cách ly
424.4.4 MBA tự ngẫu
a. Phân tích
Chống sét van được đặt ở đầu cuộn cao và trung để tránh quá
điện áp do xung sét lan truyền vào MBA.
Chống sét van
Chống sét van
434.4.4 MBA tự ngẫu
b. Các chế độ vận hành
Chế độ 1
Chế độ 3 Chế độ 2
SC  SH + ST
ST  SH + SCSH  SC + ST
444.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 1
( ) ( )n n a n bI I I 
 ( )
1
 n a T T
C
I P jQ
U
 
 ( )
1
 n b H H
C
I P jQ
U
 
2 2( )C T
n n n T H T H
C
U U
S U I P P Q Q
U
o Dòng điện chạy trong cuộn nối tiếp
CS Trung
CS Hạ
o CS chạy trong cuộn nối tiếp
SC = SH + ST
454.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 1
( ) ( )ch ch a ch bI I I 
( ) 
T C
ch a T C C
C
C T T T
T C
I I
I I I I
I
U U P jQ
U U

 ( )
1
 ch b H H
C
I P jQ
U
 
2 2
C T C TT T
ch ch ch T H T H
C C C C
U U U UU U
S U I P P Q Q
U U U U
o Dòng điện chạy trong cuộn chung
o CS chạy trong cuộn chung
SC = SH + ST
n chS S 
464.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 2 ST = SH + SC
22
CC
C
TC
n QP
U
UU
S 
 ( )
1
Cn Ca Cn
C
I P jQ
U
I I 
o Dòng điện chạy trong cuộn nối tiếp
(chỉ có truyền từ cao sang trung và ngược
lại theo chế độ tự ngẫu)
o CS trong cuộn nối tiếp
474.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 2 ST = SH + SC o Dòng điện chạy trong cuộn chung
o CS trong cuộn chung
( ) ( )ch ch a ch bI I I 
( ) 
T C
ch a T C C
C
C T C C
T C
I I
I I I I
I
U U P jQ
U U

 ( )
1
 ch b H H
T
I P jQ
U
 
2 2
C T C T
ch ch ch C H T H
C C
U U U U
S U I P P Q Q
U U
ch nS S 
484.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 3 SH = SC + ST
HS
S
 ñmB
* Trong chế độ này, CS truyền từ Cao Trung
sang Hạ (và ngược lại) đều ở chế độ MBA 
thông thường. Cho nên điều kiện do cuộn hạ
quyết định
22
CC
C
TC
n QP
U
UU
S 
 ( )
1
Cn Ca Cn
C
I P jQ
U
I I 
o Dòng điện chạy trong cuộn nối tiếp
o CS trong cuộn nối tiếp
494.4.4 MBA tự ngẫu
Chế độ 3 SH = SC + ST o Dòng điện chạy trong cuộn chung
o CS trong cuộn chung
( ) ( )ch ch a ch bI I I 
 ( ) ( )
1
 ch a n a C C
C
I I P jQ
U
 
 ( )
1
 ch b T T
T
I P jQ
U
 
2 2
T T
ch ch ch C T C T
C C
U U
S U I P P Q Q
U U
504.4.4 MBA tự ngẫu
Chú ý
o Cuộn dây nối tiếp cùng tiết diện với cuộn cao
nhưng có số vòng dây bằng α lần.
o Cuộn dây chung có cùng số vòng dây với cuộn
trung nhưng tiết diện bằng α lần. (Ich = IT)
o Cuộn hạ MBA TN có công suất định mức là α lần
MBA 3cd, nên tiết diện dây cũng bằng α lần.
514.4.4 MBA tự ngẫu
c. So sánh với MBA 3 cuộn dây
Khối
lượng
đồng
Khối
lượn
sắt
Tổn
hao
đồng
Tổn
hao
sắt
Chi phí chế tạo Tổn hao
Cùng công suất
CuP FeP Cu
G FeG
524.4.4 MBA tự ngẫu
Chí phí chế tạo
3( ) ( )Fe TN Fe CDG G 
CuG F IU 
 ( ) 1 Tn n n C C T C C C C B
C
U
G I U I U U I U I U S
U
 

Cu
 ( ) 1 Cch ch ch T C T T T T T B
T
I
G I U I I U I U I U S
I
 

Cu
3( ) ( ) ( ) ( ) ( )Cu TN Cu n Cu ch Cu H Cu CDG G G G G 
o Tiết diện F tỷ lệ với dòng điện I
o Chiều dài l tỷ lệ với số vòng dây, 
số vòng dây tỷ lệ với điện áp U
(CS mạch từ MBA tự ngẫu chỉ
bằng SB)
 ( )H H H BG I U S   Cu
534.4.4 MBA tự ngẫu
Tổn hao
2 2 2 2 ( ) (1 )
n C ch C ch
n n n C C C C
n n n C
l l l l l
P I R I I I P
F F F l
 
Cu
2 2 2 ( ) ( ) ( )
ch ch
ch ch ch T C T T
ch ch
l l
P I R I I I P
F F
 
Cu
3( ) ( )Fe TN Fe CDP P 
3( ) ( ) ( ) ( ) ( )Cu TN Cu n Cu ch Cu H Cu CDP P P P P 
(Tổn hao sắt từ tỷ lệ thuận với
khối lượng sắt từ).
2 2
1
 ( )
H
H H H H H
H
l
P I R I P
F
 
Cu
(Nếu ∆PH nhỏ hơn nhiều so với ∆PC và ∆PT )
544.5 Chọn công suất MBA
a. Quá tải bình thường
Nếu không có đtpt
Nếu có đtpt: tận
dụng khả năng
quá tải của MBA
maxB ptS S 
min maxpt B ptS S S 
554.5.1 Quá tải bình thường
Trình tự tính toán
B1: Chọn sơ bộ CS MBA
B2: Lần lượt xét MBA với CS tăng dần hoặc giảm dần. Với mỗi
MBA, tiến hành đẳng trị đtpt để xác định 2 vùng non tải và
quá tải.
• Non tải: T1 = 10 giờ, hệ số non tải K1 = ?
• Quá tải: T2 = ? giờ, và hệ số quá tải K2 = ?
B3: Với K1 và T2 tìm được, xác định khả năng quá tải cho phép
K2cp từ đường cong khả năng quá tải của MBA
B4: So sánh K2 và K2cp
• K2 ≤ K2cp: CS đã chọn có thể vận hành với đtpt đã cho
• K2 > K2cp: chọn MBA có CS lớn hơn
min maxpt B ptS S S 
56
Đường cong quá tải của MBA
1,9 
1,8
1,7
1,6 
1,5 
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,2 0,4 0,6 1
12 h
8 h
4 h
2 h
1 h
T2=0,5 h
K1
K2cp
K2cp
K1
4.5.1 Quá tải bình thường
57
Cách xác định K2, T2
Vẽ CS MBA lên đtpt và tính Ki = Si/SB, xác định vùng quá tải để
tính K2đt
MBAS
S
t1
S
2S
3S
4S
5S
2
2
i i
dt
i
K T
K
T


4.5.1 Quá tải bình thường
58
So sánh K2đt và 0.9Kmax để
tìm K2 và T2
2 2
2
dt
i
K K
T T
 
Nếu K2đt < 0.9Kmax
2 ax
2
2 2
max
0,9
0.9
m
i i
K K
K T
T
K

Nếu K2đt ≥ 0.9Kmax
4.5.1 Quá tải bình thường
59
* Khi vẽ ra ta có nhiều vùng quá tải không liên tục thì ta chỉ chọn
vùng nào có lớn nhất để tính K2 và T2. Các vùng còn lại
được tính vào vùng non tải.
 2i iS T
MBAS
S
t1
S
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
Vùng quá tải
4.5.1 Quá tải bình thường
60
Cách xác định K1
Dựa vào hình vẽ chọn 10 giờ trước vùng quá tải để tính K1
 2
1
10
i iK T
K 

• Nếu trước vùng quá tải ko đủ 10 giờ, thì lấy vùng 10 giờ sau
vùng quá tải.
• Nếu cả trước và sau vùng quá tải đều bé hơn 10 giờ, thì gộp
phần phía sau ra phía trước cho đủ 10 giờ.
• Nếu gộp lại vẫn bé hơn 10 giờ (vùng quá tải lơn hơn 14 giờ),
ko tính toán tiếp và phải nâng CS MBA lên và tính toán lại từ
đầu.
4.5.1 Quá tải bình thường
61
o Điều kiện chọn MBA
Stải
SB SB
o Chú ý:
max
2
1
 6 h
 0,93
pt
B
qtsc
S
S
K
T
K



• Vận hành sự cố ko quá 5 ngày đêm
1,4
1,3
qtscK
MBA đặt ngoài trời
MBA đặt trong nhà
− Cách xác định T2 và K1 tương tự như trường
hợp quá tải bình thường
4.5.2 Quá tải sự cố
62
Ví dụ 4.1
BS
S
30
0 3 6 8 10 18 24
t
50
80
70
30
40
Chọn công suất MBA theo khả năng quá tải bình
thường cho đồ thị phụ tải bên dưới với thang CS
MBA như sau: 40, 60, 75 MVA
ĐS: SB = 60 MVA
4.5 Chọn công suất MBA
63
Ví dụ 4.2
0 6 8 10 12 14 17 21 24
10 10
25
46
35
15
50
15
S (MVA)
t (h)
Cho các MBA sau: 25 , 40, 63 MVA
a) Hãy chọn MBA khi sử dụng 1 MBA?
b) Hãy chọn MBA khi sử
dụng 2 MBA vận hành song
song?
4.5 Chọn công suất MBA
644.5 Chọn công suất MBA
Smax
SB
Smax
SB SB
Smax
SB SB SB
SB Sptmax
SB Sptmax / Kqtsc
T2 ≤ 6h
K1 ≤ 0,93
SB Sptmax / 2Kqtsc
T2 ≤ 6h
K1 ≤ 0,93
Sptmin < SB < Sptmax
K2cp K2
o Chọn MBA cho trạm biến áp có 2 cấp điện áp
(Vận hành sự cố ko quá 5 ngày đêm)
654.5 Chọn công suất MBA
o Chọn MBA cho trạm biến áp có 3 cấp điện áp
SB SmaxT + SmaxH
SB (SmaxT + SmaxH) / kqtsc
T2 ≤ 6h
K1 ≤ 0.93
K2 ≤ 1.4
SmaxH SmaxT
SB
SmaxH SmaxT
SB SB
Tổng hợp đtpt
K2cp K2
664.5 Chọn công suất MBA
o Chọn MBA cho trạm biến áp có 3 cấp điện áp
S
B
 S
maxT
+ S
maxH
αS
B
 S
maxH
SmaxH SmaxT
SB
SmaxH SmaxT
SB SB
S
B
 (S
maxT
+ S
maxH
) / K
qtsc
αS
B
 S
maxH
/ K
qtsc
T
2
≤ 6h
K
1
≤ 0,93
K2cp K2