Vị trí của trạm truyền tải, trạm nhận và trạm phân phối được quyết dịnh bởi công suất được phân phối trên từng đoạn cho trước, điện áp hệ thống, điện áp rơi và độ sụt áp. Công suất máy biến áp được quyết định bở công suất của mỗi mạch.

Chọn máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng. Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện.

Vì vậy, vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số lượng công suất định mức và hệ số máy biến áp.

Vị trí các trạm phụ

Các điểm sau cần phải được xem xét khi chọn vị trí trạm:

• Càng gần trung tâm tải càng tốt
• Đặt ở vị trí sao cho các tải tiềm năng trong tương lai được đưa đến thuận lợi, không phụ thuộc và độ sụt áp
• Tiếp cận dễ dàng với đường dây truyền đến và đường dây phân phối đi ra
• Cho phép mở rộng
• Giá đất xây dựng
• Tải của trạm phải trong một giới hạn sao cho có một khu vực lớn hay một số các hộ tiêu thụ không bị ảnh hưởng trong trường hợp trạm bị cắt.

Vị trí các trạm có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc ngâm dưới đất. Các trạm ngầm dành cho các trạm thành phố lớn, đông đúc và không gian có giới hạn. Các trạm trong nhà cần xây dựng nhà để chứ thiết bị

Các trạm ngoài trời thì phổ biến, các thiết bị sắp xếp bên ngoài và có thể chịu được thời tiết xấu nhất. Ưu điểm của chúng chi phí các thiết bị máy cắt và máy biến áp rẻ hơn các trạm trong nhà. Ngoài ra, các điều kiện kiểm tra và bảo trì của trạm ngoài trời phải tốt hơn trạm trong nhà.

Các thiết bị chính ở các trạm

Đường dây đến: cung cấp điện năng cho các trạm lấy từ nguồn máy phát hay các đường dây cao áp.

Thiết bị đóng cát cách ly: cách ly các đường dây, cho phép sửa chữa, bảo trì hay kiểm tra thiết bị khi cần thiết. Dao cách li được khóa liên động với máy cắt để ngăn hoạt động có tải, dao cách li vận hành bằng tay từ mặt đất.

Thanh cái ngoài trời: làm bằng các ống nhôm hay đồng rỗng ruột. Đôi khi các đoạn dây dẫn mềm được sử dụng làm thanh cái.

Máy cắt: có thể là máy cắt nén khí hay máy cắt dầu, các máy cắt có thể là máy cắt một pha được kết nối về cơ khí và hoạt động đồng thời bởi một cuộn dây từ tính mạch điều khiển điện áp DC 115V hay 230V. Trong một số trường hợp, máy cắt 3 pha được sử dụng cho các cấp điện áp thấp hợn.

Máy biến áp: Là 3 máy biến áp 1 pha hay chỉ một máy biến áp 3 pha phụ thuộc vào công suất và yêu cầu của trạm. Có thể sử dụng máy biến áp làm mát bằng dầu hoặc bằng không khí. Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây hay 3 cuộn dây tùy thuộc vào yêu cầu.

Máy biến áp nối đất và tự dùng: máy biến áp có cuộn nối sao nối và các pha và có cuộn thứ ba dành cho các thiết bị tự dùng trong trạm. Trung tính cao áp hay hạ áp được nối đất. Máy biến áp được nối như vậy để tạo ra điểm nối đất hệ thống.

Các máy BU và BI: dùng để sử dụng đo lường và bảo vệ rowle.

Đường dây ra: sau khi hạ áp xuống cấp điện áp yêu cầu, các đường dây sẽ đi ra khỏi trạm. Với các trạm trong nhà, việc đóng cắt sẽ qua các thiết bị đóng cắt cao áp và hạ áp, các đường vào và ra phải là đường dây cáp

Phòng điều khiển: có các hàng thiết bị, điều khiển các mạch hoạt động khác nhau

Bộ chống sét: bảo vệ các thiết bị điện chính khỏi các ảnh hưởng nguy hiểm từ các xung bất thường trong hệ thống và các dòng sét.

Vị trí của trạm truyền tải, trạm nhận và trạm phân phối được quyết dịnh bởi công suất được phân phối trên từng đoạn cho trước, điện áp hệ thống, điện áp rơi và độ sụt áp. Công suất máy biến áp được quyết định bở công suất của mỗi mạch.

Chọn máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng. Trong hệ thống điện, tổng công suất các máy biến áp rất lớn và bằng khoảng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện.

Vì vậy, vốn đầu tư cho máy biến áp cũng rất nhiều. Người ta mong muốn chọn số lượng máy biến áp ít và công suất nhỏ mà vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

Chọn máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại, số lượng công suất định mức và hệ số máy biến áp.

Vị trí các trạm phụ

Các điểm sau cần phải được xem xét khi chọn vị trí trạm:

• Càng gần trung tâm tải càng tốt
• Đặt ở vị trí sao cho các tải tiềm năng trong tương lai được đưa đến thuận lợi, không phụ thuộc và độ sụt áp
• Tiếp cận dễ dàng với đường dây truyền đến và đường dây phân phối đi ra
• Cho phép mở rộng
• Giá đất xây dựng
• Tải của trạm phải trong một giới hạn sao cho có một khu vực lớn hay một số các hộ tiêu thụ không bị ảnh hưởng trong trường hợp trạm bị cắt.

Vị trí các trạm có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc ngâm dưới đất. Các trạm ngầm dành cho các trạm thành phố lớn, đông đúc và không gian có giới hạn. Các trạm trong nhà cần xây dựng nhà để chứ thiết bị

Các trạm ngoài trời thì phổ biến, các thiết bị sắp xếp bên ngoài và có thể chịu được thời tiết xấu nhất. Ưu điểm của chúng chi phí các thiết bị máy cắt và máy biến áp rẻ hơn các trạm trong nhà. Ngoài ra, các điều kiện kiểm tra và bảo trì của trạm ngoài trời phải tốt hơn trạm trong nhà.

Các thiết bị chính ở các trạm

Đường dây đến: cung cấp điện năng cho các trạm lấy từ nguồn máy phát hay các đường dây cao áp.

Thiết bị đóng cát cách ly: cách ly các đường dây, cho phép sửa chữa, bảo trì hay kiểm tra thiết bị khi cần thiết. Dao cách li được khóa liên động với máy cắt để ngăn hoạt động có tải, dao cách li vận hành bằng tay từ mặt đất.

Thanh cái ngoài trời: làm bằng các ống nhôm hay đồng rỗng ruột. Đôi khi các đoạn dây dẫn mềm được sử dụng làm thanh cái.

Máy cắt: có thể là máy cắt nén khí hay máy cắt dầu, các máy cắt có thể là máy cắt một pha được kết nối về cơ khí và hoạt động đồng thời bởi một cuộn dây từ tính mạch điều khiển điện áp DC 115V hay 230V. Trong một số trường hợp, máy cắt 3 pha được sử dụng cho các cấp điện áp thấp hợn.

Máy biến áp: Là 3 máy biến áp 1 pha hay chỉ một máy biến áp 3 pha phụ thuộc vào công suất và yêu cầu của trạm. Có thể sử dụng máy biến áp làm mát bằng dầu hoặc bằng không khí. Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây hay 3 cuộn dây tùy thuộc vào yêu cầu.

Máy biến áp nối đất và tự dùng: máy biến áp có cuộn nối sao nối và các pha và có cuộn thứ ba dành cho các thiết bị tự dùng trong trạm. Trung tính cao áp hay hạ áp được nối đất. Máy biến áp được nối như vậy để tạo ra điểm nối đất hệ thống.

Các máy BU và BI: dùng để sử dụng đo lường và bảo vệ rowle.

Đường dây ra: sau khi hạ áp xuống cấp điện áp yêu cầu, các đường dây sẽ đi ra khỏi trạm. Với các trạm trong nhà, việc đóng cắt sẽ qua các thiết bị đóng cắt cao áp và hạ áp, các đường vào và ra phải là đường dây cáp

Phòng điều khiển: có các hàng thiết bị, điều khiển các mạch hoạt động khác nhau

Bộ chống sét: bảo vệ các thiết bị điện chính khỏi các ảnh hưởng nguy hiểm từ các xung bất thường trong hệ thống và các dòng sét.

Các máy biến áp được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục nào đó gọi là chế độ định mức, đây là chế độ làm việc của máy biến áp ứng với các thông số và điều kiện định mức: điện áp U = Uđm , tần số f = fđm , công suất S = Sđm và điều kiện môi trường như khi tính toán thế kế ( tmt = ttk )Các máy biến áp được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục nào đó gọi là chế độ định mức, đây là chế độ làm việc của máy biến áp ứng với các thông số và điều kiện định mức: điện áp U = Uđm , tần số f = fđm , công suất S = Sđm và điều kiện môi trường như khi tính toán thế kế ( tmt = ttk )

Công suất định mức máy biến áp

Công suất định mức là công suất toàn phần (biểu kiến) được nhà máy chế tạo quy định trong lý lịch máy biến áp. Máy biến áp có thể tải được liên tục công suất này (S = Sđm ) khi điện áp là Uđm , tần số là fđm và điều kiện làm mát là định mức và khi đó tuổi thọ của máy biến áp sẽ bằng định mức.

• Đối với máy biến áp hai cuộn dây công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
• Đối với máy biến áp ba cuộn dây người ta có thể chế tạo các loại sau:
  • 100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định mức.
  • 100/100/66,7 là loại có công suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và công suất của cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định mức.
• Đối với máy biến áp tự ngẫu thì công suất định mức là công suất của một trong hai đầu sơ hoặc thứ cấp mà hai đầu này có liên hệ tự ngẫu với nhau, công suất này còn gọi là công suất xuyên.

Điện áp định mức

Điện áp định mức của máy biến áp là điện áp của các cuộn dây khi không tải được qui định trong lý lịch máy biến áp

Tỉ số biến đổi điện áp:

K = USđm / UTđm

Gọi là tỉ số biến áp

Điện áp ngắn mạch Un %

Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.

Ý nghĩa:

Điện áp ngắn mạch đặc trung cho điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây máy biến áp khi dòng chạy trong cuộn dây bằng dòng định mức và dùng để xác định tổng trở cuộn dây máy biến áp. Khi Uđm , Sđm tăng thì Un cũng tăng.

Ví dụ:
Với Uc = 35 KV; Sđm = 630 KVA thì Un = 6,5%
Uc = 35 KV; Sđm = 80.000 KVA thì Un = 9%

Khi Un tăng thì giảm được dòng ngắn mạch nhưng sẽ tăng tổn thất công suất, tổn thất điện áp trong máy biến áp và giá thành máy biến áp cũng tăng.

UN% là tỉ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức

UN% = ( UN / Uđm ) . 100 [%]

UN được xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch: (sơ đồ như hình sau)

Nối tắt cuộn dây thứ cấp, tăng điện áp nguồn đưa vào cuộn dây sơ cấp cho đến khi chỉ số trên Ampe kế bằng dòng định mức thì giá trị UN chính là chỉ số trên voltmet.

Khi ngắn mạch UN rất nhỏ nên từ thông trong máy biến áp cũng rất nhỏ nghĩa là ta xem như dòng không tải I0 = 0, trong sơ đồ thay thế ta có thể bỏ nhánh Xm – rm

Ta có: UN% = ( UN / Uđm ) . 100 [%] = [(Iđm . Z)/Uđm ] . 100 [%]

=> Z = [ ( UN% . Uđm ) . Iđm ] . 100

Chú ý: Khi thí nghiệm ngắn mạch điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp nhớ nên dòng điện bằng dòng định mức nhưng khi ngắn mạch sự cố điện áp hệ thống có giá trị lớn nên dòng ngắn mạch rất lớn

Dòng điện không tải I0%

Dòng điện không tải là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của máy biến áp, phụ thuộc tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép. Ngày nay người ta sử dụng thép tốt để chế tạo máy biến áp nên dòng I0 giảm

I0 % biểu thị bằng phần trăm so với dòng điện định mức Iđm

Quan hệ giữa dòng không tải và tổn hao không tải:

Trị số của dòng không tải được xác định nhờ thí nghiệm không tải: Ta cho hở mạch cuộn thứ cấp và đưa vào cuộn sơ cấp điện áp bằng điện áp định mức thì giá trị dòng điện đo được ở mạch sơ cấp chính là giá trị dòng không tải

Công suất định mức máy biến áp

Công suất định mức là công suất toàn phần (biểu kiến) được nhà máy chế tạo quy định trong lý lịch máy biến áp. Máy biến áp có thể tải được liên tục công suất này (S = Sđm ) khi điện áp là Uđm , tần số là fđm và điều kiện làm mát là định mức và khi đó tuổi thọ của máy biến áp sẽ bằng định mức.

• Đối với máy biến áp hai cuộn dây công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
• Đối với máy biến áp ba cuộn dây người ta có thể chế tạo các loại sau:
  • 100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định mức.
  • 100/100/66,7 là loại có công suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và công suất của cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định mức.
• Đối với máy biến áp tự ngẫu thì công suất định mức là công suất của một trong hai đầu sơ hoặc thứ cấp mà hai đầu này có liên hệ tự ngẫu với nhau, công suất này còn gọi là công suất xuyên.

Điện áp định mức

Điện áp định mức của máy biến áp là điện áp của các cuộn dây khi không tải được qui định trong lý lịch máy biến áp

Tỉ số biến đổi điện áp:

K = USđm / UTđm

Gọi là tỉ số biến áp

Điện áp ngắn mạch Un %

Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.

Ý nghĩa:

Điện áp ngắn mạch đặc trung cho điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây máy biến áp khi dòng chạy trong cuộn dây bằng dòng định mức và dùng để xác định tổng trở cuộn dây máy biến áp. Khi Uđm , Sđm tăng thì Un cũng tăng.

Ví dụ:
Với Uc = 35 KV; Sđm = 630 KVA thì Un = 6,5%
Uc = 35 KV; Sđm = 80.000 KVA thì Un = 9%

Khi Un tăng thì giảm được dòng ngắn mạch nhưng sẽ tăng tổn thất công suất, tổn thất điện áp trong máy biến áp và giá thành máy biến áp cũng tăng.

UN% là tỉ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức

UN% = ( UN / Uđm ) . 100 [%]

UN được xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch: (sơ đồ như hình sau)

Nối tắt cuộn dây thứ cấp, tăng điện áp nguồn đưa vào cuộn dây sơ cấp cho đến khi chỉ số trên Ampe kế bằng dòng định mức thì giá trị UN chính là chỉ số trên voltmet.

Khi ngắn mạch UN rất nhỏ nên từ thông trong máy biến áp cũng rất nhỏ nghĩa là ta xem như dòng không tải I0 = 0, trong sơ đồ thay thế ta có thể bỏ nhánh Xm – rm

Ta có: UN% = ( UN / Uđm ) . 100 [%] = [(Iđm . Z)/Uđm ] . 100 [%]

=> Z = [ ( UN% . Uđm ) . Iđm ] . 100

Chú ý: Khi thí nghiệm ngắn mạch điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp nhớ nên dòng điện bằng dòng định mức nhưng khi ngắn mạch sự cố điện áp hệ thống có giá trị lớn nên dòng ngắn mạch rất lớn

Dòng điện không tải I0%

Dòng điện không tải là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của máy biến áp, phụ thuộc tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép. Ngày nay người ta sử dụng thép tốt để chế tạo máy biến áp nên dòng I0 giảm

I0 % biểu thị bằng phần trăm so với dòng điện định mức Iđm

Quan hệ giữa dòng không tải và tổn hao không tải:

Trị số của dòng không tải được xác định nhờ thí nghiệm không tải: Ta cho hở mạch cuộn thứ cấp và đưa vào cuộn sơ cấp điện áp bằng điện áp định mức thì giá trị dòng điện đo được ở mạch sơ cấp chính là giá trị dòng không tải

Quá tải bình thườngQuá tải bình thường

Quy tắc 3%:

Cho phép máy biến áp quá tải 3% về dòng điện so với định mức cho mỗi 10% giảm hệ số điều kiến phụ tải hằng ngày so với 100%

Quy tắc 1%:

Nếu như về mùa hè máy biến áp làm việc non tải thì về mùa đông cho phép làm việc quá tải. Trên cở sở tính toán về độ già cỗi cách điện, cho phép máy biến áp được quá tải theo quy tắc 1%:

• Trong 4 tháng mùa hè máy biến áp làm việc non tải bao nhiêu phần trăm so với định mức thì mùa đông nó có thể quá tải bấy nhiêu phần trăm.
• Có thể tính kết hợp cả hai qui tắc này, nhưng trị số quá tải tổng cộng về mùa đông không được quá 30% và riêng theo qui tắc 1% không được quá tải quá 15%

Quá tải sự cố

Quá tải sự cố máy biến áp không phụ thuộc đồ thị phụ tải trước khi sự cố, cũng không phụ thuộc và nhiệt độ môi trường xung quanh, vị trí lắp đặt máy biến áp. Đối với máy biến áp dầu làm mát bằng không khí và nếu trong hệ thống có máy biến áp lưu động dự trữ thì cho phép quá tải sự cố 40% trong những giờ phụ tải cực đại, quá tải này cho phép trong 5 ngày đêm liền và mỗi ngày đêm không quá 6 giờ, nếu hệ số điên kín đồ thị phụ tải của máy biến áp trong điền kiện quá tải không vượt quá 0,75:

Kđk = Itb / 1,4 Iđm ≤ 0,75

Theo qui trình ΓOCT của Liên xô, các máy biến áp có công suất S≤250MVA cho phép được quá tải sự cố như sau: 

Quy tắc 3%:

Cho phép máy biến áp quá tải 3% về dòng điện so với định mức cho mỗi 10% giảm hệ số điều kiến phụ tải hằng ngày so với 100%

Quy tắc 1%:

Nếu như về mùa hè máy biến áp làm việc non tải thì về mùa đông cho phép làm việc quá tải. Trên cở sở tính toán về độ già cỗi cách điện, cho phép máy biến áp được quá tải theo quy tắc 1%:

• Trong 4 tháng mùa hè máy biến áp làm việc non tải bao nhiêu phần trăm so với định mức thì mùa đông nó có thể quá tải bấy nhiêu phần trăm.
• Có thể tính kết hợp cả hai qui tắc này, nhưng trị số quá tải tổng cộng về mùa đông không được quá 30% và riêng theo qui tắc 1% không được quá tải quá 15%

Quá tải sự cố

Quá tải sự cố máy biến áp không phụ thuộc đồ thị phụ tải trước khi sự cố, cũng không phụ thuộc và nhiệt độ môi trường xung quanh, vị trí lắp đặt máy biến áp. Đối với máy biến áp dầu làm mát bằng không khí và nếu trong hệ thống có máy biến áp lưu động dự trữ thì cho phép quá tải sự cố 40% trong những giờ phụ tải cực đại, quá tải này cho phép trong 5 ngày đêm liền và mỗi ngày đêm không quá 6 giờ, nếu hệ số điên kín đồ thị phụ tải của máy biến áp trong điền kiện quá tải không vượt quá 0,75:

Kđk = Itb / 1,4 Iđm ≤ 0,75

Theo qui trình ΓOCT của Liên xô, các máy biến áp có công suất S≤250MVA cho phép được quá tải sự cố như sau: