Giáo trình Phần điện trong nhà máy thủy điện - Ngành/nghề: Vận hành thủy điện
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC/ MÔ ĐUN. PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: vẬN HANH THỦY ĐIỆN
( Áp dụng cho Trình độ. Trung cấp)
LƯU HÀNH NỘI BỘ
LỜI GIỚI THIỆU
Phần điện trong nhà máy thủy điện ở nước ta ngày càng và nhà máy thủy điện
Việc giẳ quyết đúng dắn về vấn đề vận hành các nhà máy thủy điện và trạm biến áp
chúng sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc dân nói chung và hệ
thống điện nói riêng. Muốn giải quyết được vấn đề nêu trên cần có những hiểu biết toàn
diện, sâu sắc không những về nhà máy điện và trạm biến áp mà cả về hệ thống năng
lượng phần nào đáp ứng nhu cầu của bạn đọc, các cán bộ giảng dạy thuộc khoa điện –
điện tử trường Cao đẳng Lao Cai biên soạn cuốn sách này dựa trên kết quả nghiên cứu,
giảng dạy nhiều năm và các tài lệu mới xuất bản.
Cấu trúc của giáo trình bao gồm 5 bài:
Bài 1: Tính chọn các phần tử chính trong sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện.
Bài 2: Vẽ sơ đồ nối điện chính và tự dùng của các nhà máy điện .
Bài 3: Mạch thứ cấp trong nhà máy thủy điện
Bài 4: Nguồn thao tác trong nhà máy thủy điện .
Bài 5: Thiết bị phân phối điện.
Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình
khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê.
Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết;
rất mong các thầy cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các
cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng
được mục tiêu đào tạo của môn học nói riêng và ngành vận hành thủy điện cũng như các
chuyên ngành kỹ thuật nói chung.
Lao Cai, tháng
năm 2020
Nhóm biên soạn
1. Lại Văn Dũng
2. Chủ biên: Bùi Trung Kiên
MỤC LỤC
BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................6
1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ...............................................................................6
1.1. Chức năng và phân loại..................................................................................6
1.2. Chọn thanh dẫn cứng .....................................................................................6
1.3. Chọn dây dẫn mềm.........................................................................................9
1.4. Chọn cáp điện lực ........................................................................................ 10
1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên................................................................................11
2. Máy biến điện áp ................................................................................................ 11
2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp......................................................... 11
2.2. Các tham số của máy biến điện áp................................................................ 15
2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp............................................................ 15
3. Máy biến dòng điện............................................................................................ 16
3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dòng điện.......................................................16
3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện............................. 17
3.3. Cách tính chọn máy biến dòng......................................................................18
BÀI 2: VẼ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH VÀ TỰ DÙNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN
VÀ TRẠM BIẾN ÁP.................................................................................................25
1. Các sơ đồ thanh góp cơ bản ................................................................................25
1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt............................................25
1.2. Sơ đồ nối mỗi mạch với hai thanh góp.......................................................... 31
1.3.Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt...................................36
1.4. Sơ đồ cầu......................................................................................................36
2. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi .....................................39
3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện rút hơi...........................................40
4. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy thủy điện.......................................................41
5. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp..........................................................................42
6. Chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng. .......................................................... 43
6.1. Chọn máy biến áp......................................................................................... 43
BÀI 3: LẮP ĐẶT MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN.................49
VÀ TRẠM BIẾN ÁP.................................................................................................49
1. Khái niệm chung, các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng...............49
1.1. Khái niện chung ........................................................................................... 49
1.2. Các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng....................................49
1.3. Khóa điều khiển............................................................................................ 51
2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển..................................................................52
1.1. Sơ đồ phải có tín hiệu vị trí...........................................................................52
2.2. Sơ đồ ngoài việc đóng cắt bằng tay còn phải đóng cắt tự động....................54
2.3. Sơ đồ có khả năng kiểm tra thường xuyên mạch điều khiển .......................... 54
2.4. Các cuộn dây đóng cắt chỉ chịu được dòng với thời gian ngắn (một vài phần
giây)....................................................................................................................55
2.5.Trong mạch điều khiển phải có khóa để tránh hiện tượng đóng cắt nhiều lần
MC......................................................................................................................55
2.6. Trong sơ đồ ngoài tín hiệu ánh sáng còn phải có tín hiệu âm thanh báo sự
cố........................................................................................................................ 57
2.7. Mạch điều khiển phải có khí cụ điện bảo vệ riêng như cầu chì hoặc áp tô
mát......................................................................................................................58
3. Tín hiệu ..............................................................................................................58
3.1. Tín hiệu chỉ vị trí.......................................................................................... 58
3.2 Tín hiệu sự cố................................................................................................ 59
3.3. Tín hiệu báo trước........................................................................................ 63
3.4. Tín hiệu chỉ huy............................................................................................ 63
4. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt ............................................................ 64
4.1. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng
ánh sáng (hình 3.4.1) .......................................................................................... 64
4.2. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng
âm thanh (hình 3.4.2).......................................................................................... 65
5. Kiểm tra cách điện.............................................................................................. 68
5.1. Kiểm tra cách điện mạng điện một chiều......................................................69
5.2. Kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều.....................................................70
BÀI 4: PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP........73
1. Khái niệm chung ................................................................................................ 73
2. Nguồn thao tác một chiều ...................................................................................73
2.1. Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của ắc quy......................................................73
2.2. Các sơ đồ làm việc của ắc quy......................................................................75
3. Lựa chọn ắc quy.................................................................................................77
3.1. Phụ tải điện một chiều và dung lượng tính toán............................................77
3.2. Chọn số lượng bình ắc quy...........................................................................78
3.3. Kiểm tra dòng điện phóng tính toán ngắn mạch ...........................................79
3.4. Chọn máy nạp .............................................................................................. 79
3.5. Phân phối dòng thao tác một chiều............................................................... 80
4. Nguồn thao tác xoay chiều..................................................................................80
BÀI 5: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN.......................................................................81
1. Khái niệm...........................................................................................................81
2. Thiết bị phân phối trong nhà...............................................................................82
2.1. Thiết bị phân phối lắp ghép..........................................................................82
2.2. Thiết bị phân phối kiểu trọn bộ.....................................................................84
3. Thiết bị phân phối điện ngoài trời.......................................................................85
3.1. Thiết bị phân phối lắp ghép..........................................................................85
3.2. Thiết bị phân phối ngoài trời kiểu trọn bộ ....................................................86
4. Một số cấu trúc của thiết bị phân phối điện trong nhà.........................................86
BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
CHÍNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ
1.1. Chức năng và phân loại
Những thiết bị chính trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp (máy phát, máy
biến áp…) cùng với các khí cụ điện (máy cát điện, dao cách ly, kháng điện …) được nối
với nhau bằng thanh dẫn, thánh góp, cáp điện lực. Thanh dẫn, thanh góp có hai loại
chính: thanh dẫn cứng và thanh dẫn mềm.
Thanh dẫn cứng thường làm bằng đồng nhôm, còn thép chỉ dùng khi có dòng
điện dưới 200 -:- 300A. Thanh dẫn cứng thường được dùng để nối từ đầu cực máy phát
đến gian máy, dùng làm thanh góp điện áp máy phát, thanh góp 6 -:- 10KV ở các trạm
biến áp doạn từ TBPP cấp điện áp máy phát đến máy biến áp tự dùng v.v.. Tùy theo
dòng phải tải mà thanh dẫn cứng có cấu tạo khác nhau. Khi dòng nhỏ thì thường dùng
thanh dẫn cứng hình chữ nhật. Khi dòng lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ hai đến ba thanh
dẫn hình chữ nhật đơn trên mỗi pha. Còn đối với dòng điện lớn hơn 3000A thì dùng
thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời làm tăng
khả năng làm mát cho chúng. Khi dòng điện lớn hơn nữa thì thì dùng thanh dẫn hình
ống.
Thanh dẫn mềm thì dùng để làm thanh góp, thanh dẫn cho thiết bị ngoài trời điện
áp 35 KV trở lên. Nó là dây vặn xoắn bằng đồng hay nhôm lõi thép. Khi dùng một sợi
dây không đủ tải và dòng cần thiết phải dùng chum các dây dẫn mềm. Chùm dây bao
gồm nhiều dây phân bố đều và kẹp chặt trên òng kim loại thường có dạng vòng tròn.
Thanh dẫn và thanh góp của ba pha được bố trí nằm ngang, hoặc thẳng đứng hay
ba pha trên các đỉnh tam giác.
1.2. Chọn thanh dẫn cứng
Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp
Đại lượng chọn và kiểm tra
Điều kiện
ꢀꢁ. ꢀꢂ. ꢃꢄꢅ ≥ ꢃꢄꢆ
ꢇꢄꢅ ≥ ꢇꢈꢈ
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép
(A)
Khả năng ổn định động (kg/cm2)
Khả năng ổn định nhiệt (mm2)
ꢉ ≥ ꢊ. ꢋ
ꢎ
ꢌ ꢍ
ꢏđ
Trong đó:
K1 = 1 đối với thanh góp đặt đứng
K1 = 0.95 đối với thanh góp đặt ngang
K2 là hệ số điều chỉnh nhiệt độ theo môi trường
ꢇꢄꢅ : Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp
Với thanh góp nhôm: ꢇꢄꢅ = 700 ꢐꢑ/ꢒꢓꢔ
Với thanh góp đồng: ꢇꢄꢅ = 1400 ꢐꢑ/ꢒꢓꢔ
ꢇꢈꢈ : Ứng suất tính toán, xuất hiện trong thanh góp do tác động của
lực điện động ngắn mạch
ꢕ
ꢂ
(
)
ꢇꢈꢈ =
ꢐꢗ/ꢒꢓ
(1 – 1)
ꢖ
M: Mô men uốn tính toán
ꢙ .ꢛ
ꢚꢚ
(
)
ꢘ =
ꢐꢗꢓ
(1 - 2)
ꢁꢜ
Ftt: Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch
ꢉ = 1,76. 10ꢝꢂ. ꢞꢛ ꢟꢠꢡ (ꢐꢗ)
(1 – 3)
ꢈꢈ
l: Khoảng cách giữa các sứ của một pha (cm)
a: khoảng cách giữa các pha (cm)
W: mô men chống uốn của các loại thanh dẫn (kG.m), công thức
tính toán ở bảng sau:
Ví dụ: Yêu cầu lựa chọn thanh góp đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp
315KVA – 10/0,4KV.
Dòng điện lớn nhất qua thanh góp chính là dòng điện định mức của MBA
ꢥđꢢꢣꢤ
315
ꢃđꢢꢣꢤ
=
=
= 455.2 ꢧ
3 ꢦ
3. 0,4
√
√
đꢢꢣꢤ
Chọn thanh góp đồng tiết diện hình chữ nhật M40 x 4 có Icp = 625 A
Cần tính dòng ngắn mạch để kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt
Hình 1.1.1. Sỏ đồ nguyên lý TBA và sơ đồ thay thế tín hiệu ngắn mạch hạ áp
Tổng trở biến áp quy về hạ áp
∆ꢩꢪꢦđꢂꢢꢣꢤ
ꢥđꢂꢢꢣꢤ
ꢦꢪ %. ꢦđꢂꢢꢣꢤ
ꢨꢣꢤ
=
. 10ꢫ + ꢬ.
. 10ꢭ
ꢥđꢢꢣꢤ
4,85 0,4ꢂ
4,5. 0,4ꢂ
315
=
. 10ꢫ + ꢮ
. 10ꢭ = 7 + ꢬ20 ꢓΩ
315ꢂ
ꢨꢪ = ꢨꢣꢤ + ꢨꢯ + ꢨꢤꢰ
Tuy nhiên trị số của Zc và ZAT là quá nhỏ so với tổng trở biến áp nên có thể bỏ
qua:
ꢨꢪ ≈ ꢨꢣꢤ = 7 + ꢬ20 ꢓΩ
Dòng điện ngắn mạch
400
ꢃꢪ =
= 10,9 ꢐꢧ
3 7ꢂ + 20ꢂ
√
√
Trị số dòng ngắn mạch xung kích
ꢟꢠꢡ = 1,8 √2ꢃꢪ = 27 ꢐꢧ
Dự định đặt ba thanh góp ba pha cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt trên hai sứ
khung tủ cách nhau 70 cm
ꢉ = 1,76. 10ꢝꢂ.
70
15
.27 = 2,22(ꢐꢗ)
ꢈꢈ
2,22.70
10
( )
= 15,54 ꢐꢗꢒꢓ
ꢘ =
Mô men chống uốn của thanh 40 x 4 đặt đứng
40. 4ꢂ
ꢱ =
= 0,106 ꢒꢓꢔ
6
15,54
ꢂ
( )
= 146,6 ꢐꢗ/ꢒꢓ
ꢇꢈꢈ =
0,106
Với α = 6 và tqđ = tc = 0,5s, kết quả kiểm tra thanh góp ở bảng sau:
Đại lượng chọn và kiểm tra
Điều kiện
Dòng điện phát nóng lâu dài cho
phép (A)
ꢀꢁ. ꢀꢂ. ꢃꢄꢅ = 1.1.625 > 455,2
ꢇꢄꢅ = 1400 > ꢇꢈꢈ = 146,6
Khả năng ổn định động (kg/cm2)
Khả năng ổn định nhiệt (mm2)
ꢍ
ꢎ = 6.109. 0,5 = 46
ꢏđ
ꢉ = 40ꢲ4 = 160 ≥ ꢊ. ꢋ
ꢌ ꢍ
Vậy chọn thanh cái đồng M40x4 là hoàn toàn thỏa mãn.
1.3. Chọn dây dẫn mềm
Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp
Đại lượng chọn và kiểm tra
Điều kiện
ꢃꢆꢈ
ꢮꢡꢈ
Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ
dòng điện kinh tế
ꢥꢡꢈ =
ꢃꢄꢅꢆꢈ ≥ ꢃꢄꢆ
ꢳꢂ ≤ ꢳꢄꢅꢴꢢ
ꢦꢵꢏ ≥ ꢦđꢢꢶꢰ
Điều kiện phát nóng lâu dài
Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Điều kiện vầng quang
Trong đó:
Jkt - Mật độ dòng kinh tế
Mật độ dòng kinh tế A/mm2 với thời gian sử dụng công
suất cực đại, giờ
Tên
1.000 -:- 3.000
3.000 -:- 5.000
5.000 -:- 8.760
Thanh dẫn góp:
Đồng
2,5
1,3
2,1
1,1
1,8
1,0
Nhôm
Cáp điện lực cách
điện bằng giấy tẩm
dầu lõi:
3,0
1,6
2,5
1,4
2,0
1,2
Nhôm
Đồng
Icpbt - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế
tạo cho trước).
Icb – dòng điện phát nóng cưỡng bức
ϴ2 – nhiệt độ cuối cùng khi ngắn mạch
ϴcpnm - nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch
Uvq – điện áp tới hạn có thể phát sinh hồ quang
ꢸ
(
)
ꢦꢵꢏ = 84. ꢓ. ꢷ. ln ꢀꢹ
ꢷ
r – bán kính ngoài dây dẫn (cm)
a – Khoảng cách giữa các trục dây dẫn (cm)
m – hệ số xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn. Đố với một sợi hoặc thanh
dẫn để lâu trong không khí m = 0,93 -:- 0,98 và đối với dây nhiều sợi xoắn m = 0,83 -:- 0,87
1.4. Chọn cáp điện lực
1.4.1. Các phương pháp lựa chọn tiết diện cáp điện lực
* Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế: Phương pháp này dùng cho
lưới điện có điện áp U ≥ 110KV, bởi vì trên lưới này không có thiết bị sử dụng điện trực
tiếp đấu vào vấn đề điện áp không cấp bách, nếu chọn dây theo Jkt sẽ có lợi về kinh tế
nghĩa là chi phí tính toán hằng năm sẽ thấp nhất.
Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian
sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo phương pháp này.
* Chọn tiết diện theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp: Lưới trung áp nông thôn,
hạ áp nông thôn, đường dây tải điện đến các trạm bơm nông nghiệp, do khoảng cách tải
điện xa, tổn thất điện áp lớn, chỉ tiêu chất lượng điện năng dễ bị vi phạm nên tiết diện
dây dẫn thường được chọn theo phương pháp này.
* Lựa chọn tiết diện theo phương pháp phát nóng cho phép Icp: Phương pháp này
dùng cho tiết diện dây dẫn và cáp cho lưới hạ áp đô thị, hạ áp công nghiệp và chiếu sáng
sinh hoạt.
Lưới điện
Jkt
ΔUcp
Icp
Cao áp
Mọi đối tượng
Đô thị, công
nghiệp
Trung áp
Nông thôn
Nông thôn
Đô thị, công
nghiệp
Hạ áp
Tiết diện dù được chọ theo phương pháp nào cũng phải kiểm tra lại theo các tiêu
chuẩn sau đây:
∆ꢦꢆꢈ ≤ ∆ꢦꢆꢈꢄꢅ
∆ꢦꢺꢄ ≤ ∆ꢦꢺꢄꢄꢅ
ꢃꢺꢄ ≤ ꢃꢄꢅ
Trong đó:
ΔUbt: - tổn thất điện áp của đường dây trong trường hợp làm việc bình
thường
nhất.
ΔUbtcp: - tổn thất điện áp cho phép khi đường dây làm việc bình thường.
ΔUsc: - tổn thất điện áp của tuyến đường dây khi xảy ra sự cố nguy hiểm
ΔUsccp: - tổn thất điện áp cho pháp khi xảy ra sự cố.
Isc: - dòng điện lớn nhất chạy qua đường dây khi có sự cố.
Icp: - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế tạo
cho trước).
Với lưới U ≤ 110 KV:
ΔUbtcp = 10% Uđm
ΔUsccp = 20% Uđm
ΔUbtcp = 5% Uđm
ΔUsccp = 10% Uđm
Với lưới U ≤ 35 KV:
Ngoài ra tiết diện dây dẫn còn được thỏa mãn về các điều kiện về độ bền cơ học
và chống tổn thất vầng quang.
1.4.2. Các điều kiện lựa chọn cáp điện lực
Đại lượng chọn và kiểm tra
Điện áp định mức
Điều kiện
ꢦđꢢꢯ ≥ ꢦđꢢꢶꢰ
ꢃꢆꢈ
ꢥꢡꢈ =
ꢮꢡꢈ
Tiết diện cáp chọn theo mật độ dòng kinh tế
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng bình
thường
ꢀꢁ. ꢀꢂ. ꢃꢄꢅꢆꢈ ≥ ꢃꢄꢆ
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng cưỡng
bức
1,3. ꢀꢁ. ꢀꢂ. ꢃꢄꢅꢆꢈ ≥ ꢃꢄꢆ
ꢳꢂ ≤ ꢳꢄꢅꢴꢢ
Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch
1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên
- Loại sứ: Chọ theo vị trí đặt
- Điện áp:
ꢦđꢢꢻ ≥ ꢦđꢢꢶꢰ
- Kểm tra điều kiện ổn định động:
ꢉꢼ ≤ 0,6. ꢉꢅꢽ
ꢈꢈ
Fph – lực phá hoại cho phép của sứ (tra trong sổ tay tra cứu)
ꢉꢼ - lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch bap ha:
ꢈꢈ
ꢾꢼ
ꢉꢼ = ꢉ .
ꢈꢈ
ꢈꢈ
ꢾ
ꢉ – lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch bap ha.
ꢈꢈ
ꢾ – chiều cao của sứ
ꢾꢼ- chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thết diện thanh dẫn.
2. Máy biến điện áp
2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp
2.1.1. Khái niệm
Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều
khó khăn.Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất
tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng .Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng
các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết
bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện
áp
Máy biến áp đo lường còn được gọi là máy biến điện áp được ký hiệu là BU hoặc
BU, có chức năng biến đổi điện áp sơ cấp bất kỳ xuống 100V hoặc 100 3 V, cấp nguồn
√
cho các mạch đo lường, điều khiển, tín hiệu, bảo vệ.
2.1.2. Phân loại: Máy biến điện áp được phân thành các loại sau :
- Theo số pha: máy biến điện áp một pha và máy biến điện áp ba pha .
- Theo số dây quấn: loại 2 dây quấn và loại 3 dây quấn.
- Theo cấp chính xác : Được phân theo theo giá trị sai số cho phép
- Theo phương thức làm mát : máybiến điện áp dầu, máybiến điện áp khô (không khí).
- Loại thiết bị có : máy biến điện áp trong nhà, máy biến điện áp ngoài trời và
máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ .
2.1.3. Các kiểu máy biến điện áp
- Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức ≤ 24KV, vật liệu các
điện là epoxy
- Máy biến điện áp dầu: Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên. Sở dĩ
đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dầu vừa
cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố về chạm chập dây
.Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có
bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhưng loại này phù
hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt
cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện
áp kiểu ngâm dầu .
- Máy biến điện áp nối tầng:Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách
điện,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định.
2.1.4. Cấu tạo
a) Biến điện áp khô
Biến điện áp khô chỉ dùng cho TBPP trong nhà. Biến điện áp khô 1 pha dùng ở
điện áp 6kV trở xuống, còn biến điện áp 3 pha dùng cho điện áp đến 500kV.
b) Biến điện áp dầu
Hình 1.2.1. Biến điện áp dầu một pha
a) Điện áp dưới 35kV: 1 – thùng dầu kép; 2 – nắp; 3 –đầu sứ xuyên phía cao áp;
4 – mạch từ; 5 – cuộn dây sơ cấp; 6 – đầu ra thứ cấp; 7 – chốt để tháo nắp; 8 – dầu
máy biến điện áp. b) Điện áp 35kV
Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên, dùng cho cả TBPP trong
nhà và ngoài trời (Hình 1.2.1)
Biến điện áp dầu 3 pha 5 trụ được chế tạo với điện áp 3 -:- 20kV. Gồm mạch từ
5 trụ (trong đó 3 trụ có dây quấn, còn hai trụ bên không có dây quấn để cho từ thông thứ
tự không chạy qua), còn hai cuộn dây thứ cấp nối hình sao và hình tam giác hở. Cuộn
dây nối hình sao abc cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơ le và kiểm tra cách điện,
cuộn dây a1-x1 nối rơ le điện áp để cho tín hiệu khi một điểm chạm đất trong lưới cao
áp. Bình thường Ua1-x1 = Ua + Ub + Uc = 0 khi một điểm trong lưới cao áp chạm đất điện
áp
Ua1-x1 = 3U0, (U0 điện áp thứ tự không) do đó rơ le tác động báo tín hiệu chạm đất.
Hình 1.2.2. Biến điện áp ba pha năm trụ
a) Bề ngoài; b) Sơ đồ nối dây
c) Biến điện áp kiểu phân cấp
Được dùng đối với điện áp 110kV trở lên để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách
điện của biến điện áp.
Biến điện áp kiểu phân cấp bao gồm nhiều tầng lõi từ xếp chồng lên nhau, mà
cuộn dây sơ cấp phân bố đều trên các lõi, còn cuộn dây thứ cấp chỉ ở trên lõi từ cuối
cùng. Số tầng lõi từ phụ thuộc vào điện áp định mức 110kV có hai tầng, còn 220kV có
số tầng nhiều hơn.
Đối với điện áp 500kV trở lên người dùng bộ phận phân áp bằng tụ để lấy một
phần điện áp cao rồi mới đưa vào biến điện áp (hình 1.2.3). Điện áp lấy trên C2 bằng
khoảng 10 -:- 15kV, sau đó nhờ biến điện một pha hạ xuống thích hợp cho đo lường, rơ
le và tự động hóa. Để điện áp thứ cấp U2 không thay đổi theo phụ tải cần đặt thêm điện
kháng P và bộ chống nhiễu N.
Hình 1.2.3. Bộ phận chia điện áp bằng tụ
2.1.5. Sơ đồ nối dây của biến điện áp
a) Hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V
Hình 1.2.4. Sơ đồ hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V
Sơ đồ V/V chỉ cho phép đo điện áp dây (UAB, UBC) mà không đo được điện áp
pha. Sơ đồ này được dùng cho lưới có dòng chạm đất nhỏ và khi phụ tải là oát kế và
công tơ.
b) Biến điện áp ba pha năm trụ
(như đã trình bày ở trên)
c) Biến điện áp ba pha, ba trụ nối Y/Y: dùng cho lưới có dòng chạm đất bé để
cung cấp cho các dụng cụ đo lường điện áp dây không đòi hỏi độ chính xác cao.
2.2. Các tham số của máy biến điện áp
ꢿꢁ
ꢿꢂ
đꣀ
- Tỷ số biến đổi định mức:
U1đm – điện áp định mức sơ cấp
U2đm – điện áp định mức thứ cấp
ꢀđꢢ =
đꣀ
ꣁ
.ꢿꢂꢝꢿꢁ
đꣀ
- Sai số điện áp:
∆ꢦ =
.100
ꢿꢁ
- Cấp chính xác: là sai số lớn nhất về trị số điện áp khi nó làm việc trong điều
kiện: f = 50 HZ, U1 = 0,9 -:- 1,1Uđm, phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0,25 đến định mức,
cosφ =0,8.
Cấp chính xác được chế tạo theo một trong các mức sau: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 và 6
BU với cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu, cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng, cấp 1
dùng cho đồng hồ bảng,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ.
- Phụ tải của biến điện áp và cách làm việc: Là công suất biểu kiến ở mạch thứ
cấp với giả thiết điện áp ở thứ cấp là định mức.
ꢦ2ꢂđꢢ
ꢥ =
ꢨ
Với ꢨ = ꢷꢂ + ꢲꢂ
là tổng trở ngoài của biến điện áp.
√
2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp
2.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp
Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó. Để cấp
cho công tơ chỉ cần hai biến điện áp nối V/V. Nếu đồng thời dùng biến điện áp để kiểm
tra cách điện của mạng ba pha trung tính cách điện 3 -:- 20kV dùng biến điện áp ba pha
5 trụ
(Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở), mạng 35 kV trở lên người ta dùng
ba máy biến điện áp một pha nối Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở.
2.3.2. Điều kiện về điện áp: Điện áp định mức của biến điện áp phải phù hợp với
điện áp của mạng.
2.3.3.Cấp chính xác: Cấp chính xác chọn phải phù hợp với nhiệm vụ nhiệm vụ
của biến điện áp
2.3.4. Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S2 phải bé hơn hay
bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn.
ꢥꢂ ≤ ꢥđꢢꢣꢿ
Khi tính S2 chỉ có thể tính phụ tải các dụng cụ đo lường, không cần tính tổng trở
dây dẫn vì ảnh hưởng của nó không đáng kể.
2.3.5. Chọn dây dẫn nối biến điện áp với dụng cụ đo lường
Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho điện áp trên nó không vượt quá 0,5% điện
áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 3% khi không có công tơ. Theo điều kiện sức
bền cơ, thiết diện dây đồng tối thiểu là 1,5m2, đối với dây nhôm là 2,5mm2.
3. Máy biến dòng điện
3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dòng điện
Biến dòng có hai loại chính: Biến dòng kiểu xuyên và biến dòng kiểu đế.
3.1.1. Biến dòng kiểu xuyên
Gồm có cuộn dây sơ cấp là một thanh dẫn xuyên qua lõi từ, còn cuộn dây thứ cấp
quấn trên lõi từ (hình 1.3.1.a). Tùy theo dòng định mức sơ cấp mà thanh dẫn xuyên có
hình dạng khác nhau, trên hình 1.3.1.b nó có dạng thẳng, tiết diện to dùng cho dòng
600A trở lên, còn hình 1.3.1.c thì nó cong tiết diện nhỏ hơn nó dùng cho dòng điện nhỏ
hơn 600A. Khi dòng định mức sơ cấp lớn (600 -:- 1800A) điện áp 20kV, cuộn dây sơ
cấp là hình máng (hình 1.3.1.d). Số lượng lõi từ và cuộn dây thứ cấp phụ thuộc vào công
dụng từng loại. Trong biến dòng kiểu xuyên các lõi và cuộn dây thứ cấp được bọc trong
nhựa cách điện epoxy
Hình 1.3.1. Máy biến dòng kiểu xuyên
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Biến dòng điện dòng sơ cấp từ 600A trở lên; c) Biến dòng điện
dòng sơ cấp dưới 600A; d) Biến dòng điện dòng sơ cấp rất lớn:
1- lõi thép, 2 – cuộn dây thứ cấp, 3 – cuộn dây sơ cấp (thanh dẫn xuyên), 4 – đầu nối
của cuộn sơ cấp, 5 – vỏ cách điện.
3.1.2. Biến dòng điện kiểu đế: Dùng cho TBPP ngoài trời
Hình 1.3.2. Biến dòng điện kiểu đế
a) Một cấp; b) Phân cấp
Vỏ máy biến dòng bằng sứ, cách điện bên trong bằng giấy dầu (hình 1.3.2.a).
Trong thùng sứ chứa đầy dầu, phía dưới thùng có các hộp đầu ra của cuộn dây thứ cấp
(thường có một cuộn dây thứ cấp).
Khi điện áp cao, thực hiện cách điện giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp gặp khó
khăn. Vì vật với điện áp cao 220kV và cao hơn người ta dùng biến dòng kiểu phân cấp
(hình 1.3.2.b) mỗi cấp có lõi thép riêng.
3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện
3.2.1. Nguyên lý làm việc
Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng tương tự như máy
biến áp( máy biến dòng là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi trị số dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số).
Với máy biến dòng cao thế khi ta cho dòng điện I1 đi qua cuộn dây sơ cấp thì
phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Với máy biến dòng hạ thế khi ta cho dòng điện I1 xuyên qua lõi thép có quấn
cuộn dây thứ cấp thì phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn
giữ nguyên tần số.
3.2.2. Các chế độ làm việc của máy biến dòng:
- Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa
dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng:
ꢃ1
ꣂ =
ꢃ1đꢢ
Khi n lớn, sai số máy biến dòng tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ
cấp I2 hoặc tải Z2. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của máy biến dòng phải
đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.
-Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng: Khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp
sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho người và các thiết bị thứ
cấp(lõi thép bị bão hòa). Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế
tạo máy biến dòng có khe hở không khí, còn gọi là biến dòng tuyến tính.
Máy biến dòng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây cuốn. Do đó, có
thể thay đổi tỷ số biến bằng cách thay đổi số vòng dây cuốn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.
3.2.3. Các tham số của máy biến dòng điện
Điện áp định mức: là trị số điện áp dây của lưới điện mà máy biến dòng làm việc.
Điện áp này quyết định cách điện giữa phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng.
Dòng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là dòng điện làm việc dài hạn theo
phát nóng, có dự trữ.
Hệ số biến đổi là tỷ số giữa sơ cấp và thứ cấp định mức:
ꢃꢁđꢢ
ꢀđꢢ
=
ꢃꢂđꢢ
- Hệ số biến đổi thường được chế tạo như sau: 10/5A; 15/5; 20/5; 25/5; 50/5A;
75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5;
850/5; 900/5; 950/5 ; 1.000/1; 1.500/1,..
Phụ thuộc vào sai số, máy biến dòng điện có những cấp chính xác sau:
- Cuộn đo lường: 0,2; 0,5; 1.
- Cuộn bảo vệ: 5P10, 5P20, 10P10,… (5P20: nếu dòng điện qua máy biến dòng
tăng lên gấp 20 lần dòng điện định mức của nó thì sai số chỉ là 5%).
-Tải định mức của biến dòng tổng trở tính bằng W, với cosj=0,8 mà biến dòng
làm việc với cấp chính xác tương ứng.
Công suất định mức của máy biến dòng: ꢩ2đꢢ = ꢃ2ꢂđꢢ. ꢨ2đꢢ
Bội số dòng định mức giới hạn là tỷ số giữa dòng sơ cấp và dòng sơ cấp định mức mà
sai số dòng điện đến 10%.
3.3. Cách tính chọn máy biến dòng
3.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu máy: Sơ đồ nối dây có thể là đủ cả ba pha, hai pha
hay một pha, tùy thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng. Kiểu biến dòng phụ thuộc vào vị
trí đặt của chúng.
3.3.2. Điện áp định mức: ꢦđꢢꢣꣃ ≥ ꢦđꢢꢶꢰ
3.3.3. Dòng điện định mức sơ cấp:
ꢃđꢢꢣꣃ ≥ ꢃꢄꢆ
3.3.4. Cấp chính xác: Cấp chính xác của biến dòng điện chọn phải phù hợp với
yêu cầu của các dụng cụ nối vào phía thứ cấp.
3.3.5. Phụ tải thứ cấp:
Tương ứng với mỗi cấp chính xác, biến dòng có một phụ tải định mức ZđmBI. Để
đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải phía thứ cấp Z2 của nó (kể cả dây dẫn) không
được vượt quá phụ tải định mức:
ꢨđꢢꢣꣃ ≥ ꢨꢂ = ꢨ꣄ꢄ + ꢨ꣄꣄
Zdc – tổng trở phụ tải của các dụng cụ đo
Zdd – tổng trở của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo
Trường hợp giới hạn:
. ꢋꢈꢈ
ꢨđꢢꢣꣃ − ꢨ꣄ꢄ = ꢨ꣄꣄ ≈ ꣅ꣄꣄
Từ đây suy ra tiết diện dây dẫn:
ꢉ꣄꣄
=
ꢉ꣄꣄
. ꢋꢈꢈ
≥
ꢨđꢢꢣꣃ − ꢨ꣄ꢄ
ρ – điện trở suốt của vật liệu làm dây dẫn;
ltt – chiều dài tính toán của dây dẫn, phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của máy
biến dòng và chiều dài thực từ BI đến thiết bị đo l:
Sơ đồ dùng ba BI trên 3 pha nối hình sao ltt = 1
Hình 1.3.3. Sơ đồ dùng ba BI trên 3 pha nối hình sao
(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường ba pha hay các thiết bị bảo vệ
rơ le một pha chống ngắn mạch nhiều pha)
Sơ đồ dùng hai BI trên 2 pha nối hình sao l = 3.l
√
tt
Hình 1.3.4. Sơ đồ dùng 2 BI trên 3 pha nối hình sao
(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường ba pha hay các thiết bị bảo vệ
rơ le một pha chống ngắn mạch nhiều pha)
Sơ đồ dùng một BI trên 1 pha nối hình sao ltt = 2l
Hình 1.3.5. Sơ đồ dùng 1 BI trên 3 pha nối hình sao
(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường một pha hay các thiết bị bảo
vệ rơ le một pha)
Để đảm bảo độ bền cơ và chính xác, tiết diện dây dẫn không nhỏ hơn 1,5mm2 đối
với dây đồng và 2,5mm2 đối với dây nhôm.
3.3.6. Kiểm tra ổn định động
√2ꢀđ. ꢃđꢢꢁ ≥ ꢟꢠꢡ
Kđ – bội số ổn định động của BI;
Iđm1 – dòng định mức sơ cấp của BI
ꢟꢠꢡ – dòng xung kích
Riêng đối với biến dòng kiểu sứ đỡ, điều kiện ổn định động là:
ꢉ
ꢄꢅ
≥ ꢉ
ꢈꢈ
ꢉ – Lực tác động cho phép lên đầu sứ
ꢄꢅ
ꢉ – lực tính toán đặt lên đầu sứ của biến dòng
ꢈꢈ
3.3.7. Kiểm tra ổn định nhiệt
đꢢꢁ. ꢀꢴꢽ.đꢢ ꢂ. ꢎꢴꢽ.đꢢ ≥ ꢪ
(
ꢃ
)
ꢀꢴꢽ.đꢢ– bội số ổn định nhiệt định mức của BI
ꢎꢴꢽ.đꢢ – thời gian ổn định nhiệt định mức
BN – xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch
Cần lưu ý rằng, trong khi chọn máy biến dòng cho một số sơ đồ điện cụ thể, tùy
theo đặc điểm của nó, có thể không cần thiết phải kiểm tra tất cả các điều kiện trên. Ví
dụ:
- Các máy biến dòng đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp phân phối có
phụ tải rất nhỏ (vài VA) và dây dẫn từ BI đến đồng hồ rất ngắn nếu tính tiết diện thì rất
nhỏ, để đảm bảo tính chính xác cho đồng hồ đo đếm cần chọ dây đồng không được nhỏ
hơn 1,5mm2. Cũng không nhất thiết phải kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt của BI.
Tải về để xem bản đầy đủ
87 trang
15121
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Phần điện trong nhà máy thủy điện - Ngành/nghề: Vận hành thủy điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_phan_dien_trong_nha_may_thuy_dien_nganhnghe_van_h.pdf
