Lựa chọn máy biến áp

Máy biến áp ( viết tắt MBA) là thiết bị quan trọng trong lưới điện, nó làm nhiệm vụ chính là biến đổi điện áp và truyền tải công suất. Trên hệ thống lưới điện quốc gia cũng có nhiều cấp điện áp, vì vậy MBA 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 MBA bao gồm lựa chọn số lượng, công suất, chủng loại, kiểu cách và các tính năng khác của MBA

  • Với phụ tải loại 1 là phụ tải quan trọng, không được phép mất điện thì phải đặt hai máy biến áp.
  • Với phụ tải loại 2 như xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, khách sạn, siêu thị v.v… thì phải tiến hành so sánh giữa phương án cấp điện bằng một đường dây – một máy biến áp với phương án cấp điện bằng đường dày lộ kép và trạm hai máy. Trong thực tế, với những hộ tiêu thụ loại này thường dùng phương án lộ đơn – một biến áp cộng với 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 trạm một máy :
    SđmB ≥Stt                                     (a)
  • Với trạm hai máy :
    SđmB ≥ Stt/1,4

Trong đó :

  • SđmB – công suất định mức của máy biến áp, nhà chế tạo cho
  • Stt  – 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 điện khác.
  • 1 4 – hệ số quá tải.

Cần lưu ý rằng hệ số quá tải có trị số phụ thuộc thời gian  quá tải. Lấy hệ số quá tải 1,4 chỉ đúng trong trường hợp trạm đặt hai máy bị sự cố một, máy còn lại cho phép quá tải 1,4 trong thời gian 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày quá tải không quá  6 giờ và hệ số tải trước khi quá tải không quá 0,75. Nếu không thỏa mãn các điều kiện trên thì phải tra đồ thị để xác định hệ số quá tải cho phép hoặc không cho máy biến áp quá tải.

Các công thức trên chỉ đúng với máy biến áp sản xuất nội địa hoặc biến áp đã được nhiệt đới hóa. Nếu dùng máy ngoại nhập phải đưa vào công thức 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 – to)/100

trong đó :

  • t0 – nhiệt độ môi trường chế tạo, oC
  • t1 – nhiệt độ môi trường sử dụng, oC

Ví dụ, nếu dùng máy biến áp Liên Xô (cũ) chế tạo đặt tại Việt Nam thì hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ sẽ là:

Khc = 1 – (24 – 5)/100 = 0,81

  • Với 5 – nhiệt độ trung bình hàng năm của Maxcơva, oC
  • 24 – nhiệt độ trung bình hàng năm của Hà Nội, oC

Ngoài số lượng và công suất, khi chọn dùng máy biến áp cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật khác như: biến áp dầu hay 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 áp dưới tải v.v…

Trong lựa chọn máy biến áp thì việc xác định đúng công suất tính toán của phụ tải là quan trọng nhất và cũng là khó khăn nhất. Khó khăn chính 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 còn chưa xây dựng hoặc đang xây dựng các hộ tiêu thụ điện (đường phố, nhà tập thể, nhà máy v.v…), chưa thể biết thật chính xác mức tiêu thụ điện của các phụ tải. Cần căn cứ vào thông tin thu nhận được của thời điểm thiết kế để xác định phụ tải tính toán nhằm chọn được công suất máy biến áp phù hợp.

Các ví dụ sau đây sẽ hướng dẫn cách xác định công suất tính toán và cách chọn số lượng, công suất máy biến áp cho các đối tượng cấp điện điển hình trong từng giai đoạn thiết kế.

Ví dụ 1

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cấp điện cho một thôn nông nghiệp thuần nông gồm 250 hộ dân, điện áp 35 kV.

Giải

Điện sinh hoạt nông thôn thuộc hộ loại 3, trạm chỉ cần đặt một máy biến áp.

Công suất tính toán của một thôn xác định theo công thức :

Ptt = P0.H

trong đó :

  • H – số hộ dân trong thôn ;
  • P0 – công suất tính toán cho một  hộ (kW/hộ).

Với H = 250 hộ và công suất tính  toán cho một hộ thuần nông lấy bằng 0,5 kW, xác định được công suất tính toán toàn thôn:

Ptt = 0,5 x 250 = 125 kW

Với phụ tải ánh sáng sinh hoạt lấy cosφ = 0,85, xác định được công suất tính toán toàn phần:

Stt = Ptt/cosφ = 125/0,85 = 147 kVa

Trong điều kiện kinh phí nông  thôn, tốt nhất nên chọn dùng máy biến áp nội địa do Công ty Thiết bị Điện Đông Anh hoặc ABB chế tạo, công suất 160 kVA, điện áp 35/0,4 kV.

Ví dụ 2

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cấp điện cho trạm bơm tiêu nước của huyện, đặt 5 máy bơm 45 kW.

Giải

Trạm bơm tiêu dùng để chống úng, chống lụt nên quan trọng hơn trạm bơm  tưới, nếu huyện có kinh phí nên đặt hai máy biến áp. Nếu kinh phí hạn hẹp thì cũng có thể đặt một máy biến áp nhưng phải thường xuyên chăm sóc, bảo quản đường dây và trạm biến áp để khi xảy ra ngập úng có thể làm việc tốt.

Công suất tính toán một trạm bơm đặt n máy xác định theo công thức :

Ptt = Kđt n∑n1 KtiPđmi

Trong đó

  • Pđmi – công suất định mức của máy bơm (kW).
  • Kti – hệ số tải, lấy theo thực tế.
  • Kđt – hệ số đồng thời, lấy theo thực tế :
    Kđt =Số máy thường xuyên làm việc/ Tổng số máy bơm trong trạm

Với trạm bơm tiêu, khi xảy ra ngập lụt cán cho 100% máy bơm làm việc và tải hết công suất, nghĩa là Kđt = Kt = 1.

Vậy công suất tính toán của trạm bơm tiêu là :

Ptt = n x Pđm = 5 x 45 = 225 kW

Lấy cosφ = 0,8, ta có công   suất tính toán toàn phần:

Stt = 225/0,8 = 281,25 kVa

  • Phương án chọn   2 máy : 2 X  160 kVA
  • Phương án chọn   1 máy : 1 X  315 kVA

Ví dụ 3

Yêu cầu lựa chọn máy  biến áp cho trạm biến áp phân phối cấp điện cho khu tập thể gồm hai nhà 4 tầng, mỗi tầng 10 căn hộ. Biết rằng mức sống của cư dân thuộc mức trung bình.

Giải

Vì là khu chung cư nên thuộc thể loại chọn máy biến áp cho tòa nhà cao tầng, chung cư, mức cấp điện thuộc loại 3, chỉ cần đặt một máy biến áp.

Công suất tính toán cho một nhà tập thể cũng xác định theo công thức (a), ở đây vì là hộ có mức sống trung bình nên lấy Po = 2 kW/hộ.

Công suất tính toán cho một nhà cao tầng:

Ptt = 2 x 4 x 10 = 80 kW

Công suất tính toán cho khu tập thể hai nhà tầng, lấy hệ số đồng thời Kđt = 1. Ptt = 2 Pttl = 2 x 80 = 160 kW

Lấy cosφ = 0,85, xác định được công suất tính toán toàn phần:

Stt = 160/0,85 = 188 kVA

Ví dụ 4

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cấp điện cho 1 siêu thị lớn gồm 3 tầng, mỗi tầng 60 m2.

Giải

Siêu thị thuộc phụ tải loại 2, thường dùng trạm biến áp và máy phát điện dự phòng.

Công suất tính toán của siêu thị được xác định theo công thức:

Ptt = Po x S

Trong đó:

  • S – diện tích m2.
  • Po – phụ tải tính toán trên một đơn vị diện tích (W/m2).

Với siêu thị lấy Po = 100W/m2, xác định được:

Ptt = 100 x 3 x 600 = 18000 W  = 180 KW

Trong siêu thị dùng đèn tuýp, điều hòa, hầm lạnh có cosφ = 0,8, từ đó xác định được công suất tính toán toàn phần:

Stt = 180/0,8 = 225 KVA

Chọn dùng một biến áp 250 kVA nội địa không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, đồng thời đặt trong siêu thị máy phát dự phòng công suất 250 kVA.

Ví dụ 5

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cho một xí nghiệp cơ khí nhỏ yêu cầu công suất đặt 300 kVA.

Giải

Xí nghiệp cơ khí nhỏ thuộc loại 2 dùng một máy biến áp và máy phát điện dự phòng.

Công suất tính toán của xí nghiệp khi biết công suất đặt được xác định theo công thức:

Ptt = Knc x Pđ    (*)

Trong đó

  • Pđ – công suất đặt kW.
  • Knc – hệ số nhu cầu, tra cẩm nang.

Với xí nghiệp cơ khí, tra bảng có Knc = 0,4

Công suất tính toán của xí nghiệp :

Ptt = 0,4 x 300 = 120 kW

Xí nghiệp cơ khí có cosφ = 0,5 -> 0,6. lấy cosφ = 0,6 xác định được công suất tính toán toàn phần :

Stt = 120/0,6 = 200 kW

Chọn dùng máy biến áp 200 kVA do ABB hoặc thiết bị điện Đông Anh chế tạo, không cần hiệu chỉnh nhiệt độ.

Chú ý: Vì cosφ của xí nghiệp thấp, về sau thế nào cũng phải dùng tụ bù để nâng cosφ lên 0,9 thì sẽ chọn được máy biến áp cỡ nhỏ hơn:

Stt = 120/0,9 = 133 kW

Chọn dùng máy biến áp công suất 160 kVA.

Ví dụ 6

Nhà máy luyện kim có công suất lắp đặt 2000 kW, yêu cầu chọn máy biến áp cho trạm biến áp 35/0,4 kV của nhà máy.

Giải

Nhà máy có lò luyện kim vì thế thuộc hộ loại 1, vì vậy trạm phải đặt 2 máy biến áp.

Công suất tính toán của nhà máy tính theo công thức (*) với Knc = 0,7.

Ptt = Knc x Pđ = 0,7 x 2000 = 1400 kW

Tra cẩm nang có cosφ = 0,8, vì vậy công suất tính toán toàn phần:

Stt = 2000/0,8 = 1750 kVA

Công suất máy biến áp được chọn theo công thức:

SđmB ≥ Stt/1,4 = 1750/1,4 = 1250 kVA

Vậy chọn 2 máy biến áp công suất 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 1 số phụ tải thuộc loại 3, có thể cho phép cắt điện một máy biến áp khi xảy ra sự cố một máy biến áp. Khi đó máy còn lại không cần 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.

 SđmB ≥ Stt/1,4

Trong ví dụ trên, giả thiết theo thống kê của nhà máy có 30% phụ tải thuộc loại 3. Khi đó công suất tính toán cấp điện khi có sự cố là:

S1 = 70%Stt = 0,7 x 1750 = 1225 kVA

Công suất máy biến áp cần chọn:

SđmB ≥ 1225/0,4 = 875 kVA

Vậy chỉ cần chọn 2 máy 1000 kVA, điện áp 35/0,4 kV nghĩa là giảm được một cỡ công suất máy.

Ví dụ 7

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cấp điện cho một khu phố trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng, chưa có nhà ở. Biết rằng trạm biến áp đặt ở góc phố. Để tránh đào đường đặt cáp, trạm biến áp chỉ cấp điện cho 2 mặt phố, cùng một phía hè đường. Mặt phố dọc có chiều dài 300m là các nhà dân có mức sống trung bình, mặt phố ngang dài 200m là khu phố thương mại, có mức sử dụng điện cao hơn.

Giải.

Trạm biến áp cấp điện cho khu vực dân cư thuộc loại 3, chỉ cần đặt một máy

Công suất tính toán cho trạm biến áp chính là công suất tính toán cho 2 mặt phố. Lúc này đang trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng, chưa biết có bao nhiêu hộ dân nên không thể xác định công suất tính toán theo suất phụ tải và theo số hộ dân. Công suất tính toán trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng của khu vực đô thị được xác định theo công thức. 

   Ptt = Po x L

Trong đó

  • Po – công suất tính toán trên đơn vị chiều dài (W/m hoặc W/km).
  • L – chiều dài dãy phố m.

Với mức sống trung bình từ Po = 200 -> 400 W/m.

Với mức sống cao, khu phố thương mại từ Po = 500 -> 700 W/m.

Áp dụng công thức trên để tính toán cho các dãy phố.

Với dãy phố dọc lấy Po = 0,3 kW/m, với dãy phố ngang lấy Po = 0,5 kW/m

Công suất tính toán dãy phố dọc:

Ptt1 = 0,3 x 300 = 90 kW

Công suất tính toán dãy phố ngang:

Ptt2 = 0,5 x 100 = 100 kW

Công suất tính toán toàn trạm:

Ptt = Ptt1 +Ptt2 = 190 kW

Công suất tính toán toàn phần:

Stt = 190/0,85 = 223,5 kVA

Chọn máy biến áp nội địa 250 kVA, không cần hiệu chỉnh nhiệt độ.

Ví dụ 8

Yêu cầu lựa chọn máy biến áp cho trạm biến áp trung gian 110/22 kV cấp điện cho khu chế xuất. Biết rằng khu chế xuất gồm 10 nhà máy công nghiệp nặng ( luyện kim, dầu khí, cơ khí chế tạo trung quy mô, hóa chất,v v…) nằm trong diện tích rộng 80 ha.

Giải

Do đang trong giai đoạn thiết kế khả thi, đang chờ vốn đầu tư để xây dựng, thông tin cho biết được chỉ là diện tích khu chế xuất và tính chất nhà máy sẽ được xây dựng. Trong giai đoạn này công suất tính toán được tính theo công thức:

Stt = So x D 

Trong đó

  • D – diện tích, ha.
  • So – công suất tính toán trên một đơn vị diện tích (kVA/ha).

Với khu chế xuất bao gồm nhà máy công nghiệp nhẹ:

So = 100 – 200 kVA/ha

Với khu chế xuất bao gồm nhà máy công nghiệp nặng:

So = 300 – 400 kVA/ha

Lấy So = 400 kVA/ha thì công suất tính toán khu chế xuất là:

Stt = 400 x 80 = 32000 kVA

– Phương án dùng máy nội địa ( do ABB hoặc công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo):

SđmB ≥ 32000/0,4 = 22875 kVA

Theo phương án này dùng 2 biến áp 2 x 25000 kVA – 110/22 kV

– Phương án dùng máy ngoại nhập (do Liên Xô sản xuất trước đây chẳng hạn) :

SđmB ≥ Stt/0,4Khc = 32000/( 0,4 x 0,81) = 28218 kVA

Theo phương án này dùng 2 biến áp: 2 x 31500 kVA – 110/22kV

Trên đây là những ví dụ phổ biến khi lựa chọn máy biến áp 3 pha cho các phụ tải. Thực tế lúc triển khai thi công xây dựng, sẽ có những phát sinh. Vì vậy chúng ta có thể thay đổi theo thực tế từng công trình.

Trong lựa chọn máy biến áp thì việc xác định đúng công suất tính toán của phụ tải là quan trọng nhất và cũng là khó khăn nhất. Khó khăn chính 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 các hộ tiêu thụ còn chưa xây dựng hoặc đang xây dựng (đường phố, nhà tập thể, nhà máy v.v…), chưa thể biết thật chính xác mức tiêu thụ điện của các phụ tải. 

Cảm ơn độc giả đã dành thời gian đọc bài viết. Nếu độc giả còn điều gì thắc mắc cần trao đổi quý vị có thể gửi câu hỏi qua email: [email protected] hoặc liên hệ số điện thoại: 0975613163  để được giải đáp. 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

%d bloggers like this: