Tổng quan

  • Trạm điện với phần đo lường phía hạ thế được nối với hệ thống cung cấp điện công cộng ở điện áp 12V-35kV và bao gồm một biến thế trung hạ thường có công suất không quá 1250kVA.

Các chức năng

Trạm điện

  • Các thành phần của trạm nằm gọn trong một phòng, có thể là phòng trong tòa nhà hiện hữu hay dưới dạng một phòng lắp ghép ngoài tòa nhà.

Kết nối với mạng trung thế

  • Kết nối trung thế có thể:
    • Hoặc bằng một dây trên không hoặc cáp
    • Hoặc thông qua hai dao cắt tải có liên động cơ với hai dây cáp từ đường dây đôi nối đến
    • Hoặc thông qua hai dao cắt tải của mạch vòng trung thế

Máy biến thế

  • Kể từ khi việc sử dụng biến thế dầu PCB (polyclorua biphenyl) bị cấm ở hầu hết các nước, các công nghệ sau có thể được dùng:
    • Các biến thế dầu cho trạm nằm ngoài trời
    • Biến thế khô cách điện chân không và nhựa đúc cho trạm nằm trong nhà, ví dụ nhà cao tầng, tòa nhà công cộng,…

Đo lường

Đo lường hạ thế cho phép sử dụng các biến thế đo lường nhỏ, giá phải chăng. Phần lớn các biểu giá điện đều có tính cả tổn thất trong biến thế.

Mạch hạ thế

  • Máy cắt hạ thế thích hợp cho nhiệm vụ cách ly và làm phương tiện đóng mở thiết bị, nhằm:
    • Cấp điện cho tủ phân phối
    • Bảo vệ chống quá tải cho biến thế và bảo vệ mạch nằm phía sau nó khi có sự cố ngắn mạch.

Sơ đồ nguyên lý một sợi

  • Sơ đồ một sợi (xem hình dưới) cho thấy các phương pháp khác nhau để kết nối trung thế, có thể là 1 trong 4 kiểu sau:
    • Mạch 1 nguồn đơn tuyến
    • Mạch 1 nguồn đơn tuyến với khả năng mở rộng sang thành kết nối mạch vòng
    • Mạch đường dây đội (với khóa cơ liên động)
    • Mạch Vòng

1

Chọn tủ, bảng điện trung thế

Các tiêu chuẩn và đặc tính

  • Máy cắt và các thiết bị mô tả dưới đây có điện áp định mức 1kV-24kV và tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế như sau: IEC 62271-1, 62271-200, 60265-1, 62271-102, 62271-100, 62271-105.
  • Do có một số điều chỉnh tùy theo địa phương, cũng cần đưa ra tiêu chuẩn quốc gia tương ứng như sau:
    • Pháp: UTE
    • Anh: BS
    • Đức: VDE
    • Mỹ: ANSI

Loại thiết bị

  • Bổ sung cho phần mạch vòng trình bày ở bài trước, có thể dùng tất cả các kiểu bố trí thiết bị đóng cắt khi sử dụng chúng với dạng mô đun và có dự phòng cho việc mở rộng dễ dàng trong tương lai.

Vận hành an toàn thiết bị đóng cắt có vỏ bọc kim loại

Mô tả

  • Các ghi chú dưới đây mô tả một tủ điện hiện đại với kiểu “trình bày nghệ thuật” có dao cắt tải dao cách ly (xem hình dưới) nhằm đảm bảo:
    • An toàn trong thao tác
    • Thỏa mãn các yêu cầu về không gian bé nhất
    • Có khả năng mở rộng và tinh hoạt
    • Các yêu cầu bảo trì tối thiểu
  • Mỗi panel gồm 3 ngăn
    • Thiết bị đóng cắt: dao cắt tài nằm trong vỏ nhựa đúc Epoxy chứa đầy khí SF6 được niềm kín
    • Đấu nối: bằng cáp tại các đầu nối nằm trên khối dao cắt dạng đúc
    • Thanh cái: dạng mô đun, sao cho các panel bất kỳ có thể được lắp nối nhau tạo thành dây từ phân phối liên tục có một ngăn điều khiển và chỉ thị chứa thiết bị điều khiển tự động và rơle. Một ngăn bổ sung có thể gắn thêm lên trên nếu còn không gian
  • Các đầu nối cáp được đặt bên trong ngăn đấu nối, ở mặt trước của tủ, có thể tiếp cận được khi tháo mặt trước của ngắn.
  • Các khối được kết nối điện bằng việc lắp ghép các thanh cái đúc sẵn. Việc lắp đặt phải tuân theo các hướng dẫn lắp đặt.
  • Thao tác trên thiết bị đóng cắt khá đơn giản, nhờ vào nhóm thiết bị điều khiển và chỉ thị của bảng điều khiển, chúng được đặt ở mặt trước mỗi bảng.
  • Nguyên tắc công nghệ của các khối thiết bị đóng cắt này hoàn toàn dựa trên việc đảm bảo an toàn thao tác, dễ lắp đặt và yêu cầu bảo trì thấp.

Các biện pháp an toàn bên trong thiết bị đóng cắt

  • Dao cắt tải /dao cách ly hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu là “thiết bị tin cậy để chỉ thị vị trí” theo quy định trong tiêu chuẩn IEC 62271-102 (dao cách ly và dao nối đất)
  • Các bộ phận chức năng được kết hợp chặt chẽ với nhau nhờ có các khoá liên động theo tiêu chuẩn IEC 62271-200 (tủ điều khiển và đóng cắt bằng kim loại đúc sẵn):
    • Không thể đóng dao cắt trừ khi dao nối đất đang mở.
    • Chỉ có thể đóng dao nối đất nếu dao cắt tải/dao cách ly đang mở
  • Chỉ có thể tiếp cận phần nối cáp (nơi này là ngăn duy nhất mà người sử dụng có thể tiếp cận trong suốt quá trình vận hành) khi thoả các điều kiện liên động sau:
    • Tiếp cận mở panel ở ngăn đấu nối cáp chỉ thực hiện được khi dao tiếp đất đang đóng
    • Dao cắt tải/dao cách ly bị khóa ở trạng thái mở nếu panel tiếp cận nêu trên đang mở. 
  • Lúc đó mới có thể mở dao tiếp đất, ví dụ cho phép thử nghiệm điện môi trên cáp.
  • Với các chức năng như thế, tủ điện có thể được vận hành với các thanh cái và cáp đang mang điện, ngoại trừ các tủ đặc biệt cho phép tiếp cận trực tiếp đến cáp. Các tủ này phải đi kèm với các chỉ dẫn “mất tính liên tục phục vụ” cấp LSB2A được định. nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 62271-200.
  • Ngoài các liên động như mô tả ở trên, mỗi panel đóng cắt còn có:
    • Thiết bị khóa có sẵn nằm trên các cần thao tác
    • 5 bộ móc có sẵn cho các khóa liên động trong tương lai

Thao tác

  • Thao tác tay vặn, cần gạt … cần cho thao tác đóng cắt được nhóm lại trên một panel Có minh họa rõ ràng
  • Tất cả cần gạt để thao tác động đều giống nhau ở mọi khối (ngoại trừ khối chữa máy cắt)
  • Thao tác lên cần gạt động chỉ cần dùng lực nhỏ (cho dao tự động) 
  • Mở hay đóng dao cắt tải/cách ly được thực hiện bằng cần gạt hay bằng nút nhấn Các trạng thái của dao (mở, đóng, đang nạp lò xo) phải được chỉ thị rõ ràng.

Chọn lựa panel đóng cắt trung thế cho mạch máy biến thế

  • Ba loại panel đóng cắt trung thế thông dụng là:
    • Dao cắt tải và cầu chì trung thế riêng trong panel
    • Dao cắt tải phối hợp cầu chì trung thế
    • Máy cắt
  • Bảy thông số ảnh hưởng đến sự chọn lựa tối ưu:
    • Dòng sơ cấp của biến thế
    • Cách điện của biến thế
    • Vị trí trạm so với tâm phụ tải
    • Định mức kVA của biến thế
    • Khoảng cách từ thiết bị đóng cắt đến máy biến thế trực tiếp)
    •  Việc sử dụng các rờ le bảo vệ tách riêng (ngược lại với cuộn ngắt hoạt động
    • Chú ý: Cầu chì dùng trong bộ kết hợp dao cắt tải – cầu chì cần có phần truyền động đảm bảo ngắt cùng lúc ba cực dao cắt khi thao tác một (hoặc nhiều) cầu chì.

Lựa chọn biến thế trung/hạ

Các thông số đặc trưng của một biến thế Một máy biến thế được đặc trưng bởi các thông số điện, công nghệ chế tạo và các điều kiện sử dụng.

Đặc tính điện

  • Công suất định mức (Pn): là công suất biểu kiến thường tính bằng kVA, dựa trên đó các giá trị thông số thiết kế khác và cấu trúc của biến thế được tính toán. Các thí nghiệm sản xuất và bảo hành thường quy về định mức này
  • Tần số: cho các hệ thống phân phối nói đến trong cuốn sách này là 50 hoặc 60Hz 
  • Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp: với cuộn sơ cấp hoạt động được ở nhiều mức điện áp thì các mức kVA tương ứng từng mức điện áp phải được cho trước. Điện áp định mức thứ cấp là giá trị khi biến thế không có tải
  • Mức cách điện định mức: được cho bằng các giá trị thử nghiệm cho việc chịu đựng quá áp ở tần số công nghiệp, và bằng giá trị thử nghiệm với xung áp cao mô phỏng lại trạng thái sét đánh. Với các mức điện áp trong quyển sách này, quá áp gây ra do thao tác đóng cắt trung thế thường ít nghiêm trọng hơn do sét đánh, do đó không cần thí nghiệm khả năng chịu quá áp do đóng cắt.
  • Bộ điều áp không tải: thường cho phép chọn + 2.5% và +5% so với điện áp định mức của cuộn có áp lớn nhất. Biến thế phải được cắt điện trước khi chuyển đầu phân áp.
  • Cách đấu dây: được cho biết dưới dạng sơ đồ, bằng các ký hiệu tiêu chuẩn cho cuộn nối hình sao, tam giác và hình sao liên kết; (hay các tổ hợp của chúng trong trường hợp đặc biệt, ví dụ biến thế chỉnh lưu 6 hoặc 12 pha..) và theo ký hiệu chữ, số quy định bởi tiêu chuẩn IEC. Ký hiệu này đọc từ trái sang phải, chữ cái đầu chỉ cuộn có điện 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 (delta)
      • Y= sao (star)
      • Z= sao liên kết hay zigzag (interconnected-star or zigzag)
      • N = nối trung tính có đầu nối trung tính đưa ra ngoài)
    • Các chữ cái thường được dùng cho các cuộn thứ cấp và tam cấp
      • d = tam giác (delta)
      • y = sao (star)
      • z = sao liên kết hay zigzag (interconnected-star or zigzag)
      • n = nổi trung tính – có đầu nối trung tính đưa ra ngoài
    • Dãy số từ 0 đến 11, tương ứng với các số chỉ của đồng hồ (số 0 được dùng thay cho 12) và theo sau bất kỳ cặp chữ cái nào, nhằm chỉ ra sự thay đổi pha khi biến đổi điện áp.
  • Một tổ đấu dây rất thông dụng trong biến thế phân phối là máy biến thế Dyn 11, có cuộn trung thế (phía sơ cấp) đấu tam giác, cuộn thứ cấp đấu hình sao với đầu nối trung tính nối ra ngoài. Sự thay đổi pha khi qua máy biến thế là 30 độ, nghĩa là áp thứ cấp của pha 1 ở vị trí “số11” trên mặt đồng hồ, trong khi áp sơ cấp của pha 1 ở vị trí “ số 12” (11giờ = kim ngắn chỉ số 11, kim dài chỉ số 12 ).
  • Các tổ đấu dây hỗn hợp tam giác, sao và zigzag tạo ra sự thay đổi pha bằng 30 độ hay bội số của 30 độ. IEC 60076-4 sẽ mô tả ký hiệu “mã đồng hồ” một cách chi tiết.

Các đặc tính có liên quan đến công nghệ và việc sử dụng của biến thế

Danh sách này không phải là toàn bộ mọi khía cạnh liên quan:

  • Chọn lựa công nghệ:
    • Môi trường cách điện là:
      • Chất lỏng (dầu) hoặc
      • D Chất rắn (nhựa tổng hợp Epoxy và không khí)
  • Dùng lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời
    • Độ cao (tiêu chuẩn là <= 1,000 m)
    • Nhiệt độ môi trường (IEC 60076-2):
      • Nhiệt độ môi trường tối đa: 40 °C
      • Nhiệt độ môi trường tối đa trung bình theo ngày: 30 °C
      • Nhiệt độ môi trường tối đa trung bình theo năm: 20 °C

Nếu các điều kiện vận hành không đúng chuẩn, xem mục “ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và độ cao lên dòng định mức”.

Mô tả về các kỹ thuật cách điện

  • Hiện nay, có hai loại biến thế phân phối cơ bản:
    • Loại khô (nhựa đúc)
    • Loại đổ đầy chất lỏng (nhúng ngập trong dầu)

Biến thể loại khô

  • Các cuộn dây của biến thế loại này được cách điện giữa các vòng dây bằng nhựa, còn cách điện giữa các cuộn dây và cách điện với vỏ thì bằng nhựa và không khí. Nhựa thường được đúc trong chân không (các nhà sản xuất lớn mới được cấp giấy cho phép sản xuất).
  • Yêu cầu máy biến thể phải được chọn theo tiêu chuẩn IEC 60076-11, như sau:
    • Môi trường cấp E2 (đọng giọt thường xuyên và /hoặc mức ô nhiễm cao)
    • Điều kiện khí hậu cấp C2 (sử dụng, chuyên chở và lưu trữ ở nhiệt độ thấp đạt tới -25 °C)
    • Khả năng chống cháy (biến thể thường khó bị cháy do tính chất khó bắt lửa và khả năng tự dập tắt lửa trong thời gian cho trước).
  • Dưới đây mô tả qui trình sản xuất của một công ty hàng đầu Châu Âu trong lĩnh vực này. Lớp bọc các dây quấn sử dụng ba thành phần:
    • Nhựa Epoxy, tạo từ Biphenol A với độ dẻo đảm bảo sự thẩm thấu hoàn toàn của các cuộn dây
    • Chất làm rắn Anhydrit để nâng mức đàn hồi khi đúc, để cơ bản tránh phát sinh các vết nứt trong những chu trình nhiệt độ xảy ra trong điều kiện vận hành bình thường.
    • Các chất phụ gia có chứa AI(OH)3 và silic để tăng cường đặc tính cơ nhiệt cũng như mang lại chất lượng cách điện ngoại hạng khi bị đốt nóng. Hệ thống Vỏ bọc ba thành phần này cho phép đạt mức cách điện cấp F (ΘA = 100 K).  với tính chất chịu lửa tốt và tự dập tắt lửa tức thời. Do đó các chủng loại máy biến thế này được coi như thiết bị không bắt lửa.
  • Việc đúc các cuộn dây không chứa hợp chất halogen (Clo, Brom …) hoặc không 1 thán có tính năng ăn mòn hay độc hại sẽ đảm bảo mức độ an toàn cao cho người vận hành trong điều kiện sự cô, ngay cả khi cháy. Nó cũng làm cho thiết bị hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp nhiều bụi, độ ẩm cao,…

2

Máy biến thế đổ đầy chất lỏng (biến thế dầu)

  • Chất lỏng cách điện làm mát thông dụng nhất dùng trong máy biến thế là dầu khoáng chất. Các dầu khoáng chất được quy định trong IEC 60296. Vốn dễ cháy, nên ở nhiều nước việc áp dụng các biện pháp an toàn là bắt buộc, đặc biệt cho trạm trong nhà.
  • Một bộ DGPT (Bộ thăm dò khí, áp suất và nhiệt độ – Detection of Gas, Pressure and Temperature) sẽ đảm bảo cho việc bảo vệ máy biến thế đổ đầy dầu. Trong trường hợp có sự cố bất thường, thiết bị DGPT này nhanh chóng tác động cắt nguồn trung thế cung cấp cho máy biến áp, trước khi tình hình trở nên nguy hiểm.
  • Dầu khoáng chất có thể phân hóa sinh học và không được chứa PCB (polychlorinated biphenyl), chất này có thể là nguyên nhân gây phân hủy as-ka-ren, nghĩa là thành các chất Pyralène, Pyrolio, Pyroline… Nếu được yêu cầu, dầu khoáng có thể được thay thế bằng một chất lỏng cách điện khác, tạo thành máy biến thế tương ứng, và cần áp dụng thêm những biện pháp bảo vệ dự phòng, nếu cần thiết.
  • Chất lỏng cách điện cũng được xem như chất làm mát khá tốt: nó nở ra khi tải và/hay nhiệt độ môi trường tăng. Do đó tất cả biến thế ngập chất lỏng (liquid-filled transformers) phải được thiết kế để chứa hết khối lượng chất lỏng nở thêm mà không hề làm tăng áp suất bên trong thùng.
  • Có hai cách có thể giới hạn áp suất này:
    • Thùng chứa đầy dầu và hàn kín (hiện tại công suất máy biến thể loại này lên được đến 10MVA):
      • Được triển khai do một công ty hàng đầu của Pháp năm 1963, phương pháp này được điện lực quốc gia Pháp chấp nhận năm 1972 và hiện nay được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
      • Việc giãn nở của chất lỏng được bù đắp nhờ có biến dạng đàn hồi của các cánh làm mát bên hông thùng dầu.
      • Kỹ thuật “chứa đầy” (total-fill) có nhiều ưu điểm quan trọng hơn các phương pháp khác
        • Quá trình oxy hóa của điện môi lỏng (với oxy khí quyển) hoàn toàn bị loại trừ
        • Không cần thêm thiết bị làm khô không khí và do đó không cần bảo trì thường xuyên kiểm tra và thay đổi chất hút ẩm bão hòa)
        • Không cần kiểm tra độ bền điện môi của chất lỏng ít nhất trong 10 năm
        • Bảo vệ chống sự cố bên trong đơn giản nhờ thiết bị DGPT.
        • Đơn giản khi lắp đặt: nhẹ hơn và thấp hơn so với loại có thùng dầu phụ và thao tác trên các đầu nối trung và hạ thế không hề bị cản trở.
    • Phát hiện tức thì sự rỉ dầu (cho dù nhỏ); nước không thể vào trong thùng 
      • Thùng dầu phụ kết hợp đối lưu không khí ở áp suất khí quyển: Việc giãn nở của chất lỏng cách điện có thể thực hiện nhờ thay đổi mức chất lỏng trong thùng chứa phụ đặt trên thùng chính của biến thế như hình dưới. Trong thùng phụ, không gian bên trên chất lỏng có thể được lấp đầy bằng không khí. Lượng không khí này có thể được hút vào thêm khi mức chất lỏng giảm và đẩy bớt ra một phần khi mức chất lỏng tăng. Khi không khí được lấy vào từ môi trường ngoài, nó đi qua một 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 của các biến thế lớn, không gian bên trên dầu bị chiếm bởi một túi không khí không thấm nước, sao cho chất lỏng cách điện không bao giờ tiếp xúc với khí quyển. Không khí đi vào và đi ra túi khí biến dạng được qua một bộ lọc và hút ẩm như trên. Kiểu có thùng dầu phụ là kiểu bắt buộc cho các máy biến thế lớn hơn 10 MVA (10MVA hiện là giới hạn trên của máy biến thể chứa đầy dầu)…

3

4

Lựa chọn công nghệ

  • Như nói ở trên, cần chọn lựa giữa việc dùng loại biến thể loại dầu hay loại khô. Đối với định mức nhỏ hơn hay bằng 10MVA, máy biến thế kín đổ đầy dầu ưu thế hơn máy biến thế có thùng dầu phụ
  • Việc chọn lựa tùy thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
    • Yếu tố an toàn cho người khi ở gần biến thế, cũng như phải tuân theo quy định và luật lệ của cơ quan quản lý địa phương
    • Yếu tố kinh tế, có tính đến ưu điểm của mỗi loại.
  • Các quy định ảnh hưởng đến sự chọn lựa:
    • Biến thế khô:
      • Ở một số nước, việc dùng máy biến thế khô là bắt buộc trong nhà cao tầng
      • Trong các trường hợp khác thì không có điều kiện ràng buộc nào cho máy biến thế khô.
    • Biến thế với chất cách điện lỏng:
      • Loại biến thế này thường bị cấm dùng trong nhà cao tầng
      • Đối với từng loại chất lỏng cách điện, việc hạn chế lắp đặt hay có biện pháp bảo vệ tối thiểu nhằm chống hỏa hoạn sẽ thay đổi tùy theo loại cách điện được dùng.
      • Một số nước đã phát triển khá xa trong việc dùng điện môi lỏng, họ phân loại chất lỏng tùy theo tính năng chống cháy. Gần đây nhất việc phân loại chất lỏng được dựa theo hai tiêu chuẩn : nhiệt độ bốc cháy và mức tỏa nhiệt tối thiểu. Phân loại cơ bản được mô tả trong hình dưới trong đó có các mã phân loại được dùng cho các loại chất lỏng tương ứng.

5

  • Đơn cử là, tiêu chuẩn Pháp Có định nghĩa các điều kiện lắp đặt cho các máy biến thế dầu. Nhưng không có tiêu chuẩn IEC nào qui định về vấn đề này. Tiêu chuẩn của Pháp nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho con người và tài sản và đáng kể là các biện pháp tối thiểu nhằm chống lại khả năng rủi ro có cháy
  • Các biện pháp ngăn ngừa chính được chỉ ra trong hình dưới,
    • Đối với điện môi mỏng loại L3 không cần các biện pháp đặc biệt
    • Đối với điện môi loại O1, K1 chỉ dùng các biện pháp đã nên nếu có hơn 25 lít chất lỏng điện môi trong biến thế.
    • Đối với điện môi loại K2, K3 chỉ dùng các biện pháp này nếu có hơn 50 lít chất lỏng điện môi trong biến thế.

6

  • Biện pháp 1: Bố trí sao cho nếu chất điện môi tràn khỏi biến thế, nó sẽ được chứa hết vào nơi an toàn (trong một hố, bằng đường mương xung quanh biến thế, bằng hệ thống mương cáp, ống dẫn… trong suốt quá trình xây dựng). Biện pháp 1A: Bổ sung cho biện pháp 1, được bố trí sao cho ngay cả trường hợp cháy dầu, ngọn lửa không thể lan tràn (các chất dễ cháy phải nằm cách xa ít nhất 4m từ biến thế hay được đặt xen kẽ với ít nhất cách 2m từ vật chắn chịu lửa (trong vòng 1 giờ).
  • Biện pháp 2: Bố trí sao cho chất lỏng cháy sẽ tắt nhanh chóng và tự nhiên (bằng cách tạo một lớp sỏi trong bể chứa dầu).
  • Biện pháp 3: Một thiết bị tự động (gas, rơle áp suất và nhiệt độ, hay Buchholz) để cắt nguồn phía sơ cấp, và sẽ báo động nếu xuất hiện chất khí trong thùng biến thế
  • Biện pháp 4: Thiết bị tự động phát hiện cháy phải đặt đủ gần máy biến thế để cắt nguồn sơ cấp và đưa ra tín hiệu báo động. Biện pháp 5: Tự động đóng tất cả các lỗ hở trong tường và trên trần của buồng trạm bằng panel chịu lửa (ít nhất 1 giờ).
  • Ghi chú
    • (1) Những cánh của chịu lửa (mức 2 giờ) được xem như không phải là lỗ thông gió.
    • (2) Buồng biến thế cạnh nhà xưởng và được phân cách bằng tường, tường chịu lửa có đặc tính chịu lửa không phải là hai giờ. Với các khu vực nằm ở giữa nhà xưởng, các vật liệu được đặt (hoặc không đặt) trong thùng bảo vệ..
    • (3) Nhất thiết phải đặt thiết bị trong một buồng riêng có tường dày và chỉ có các lỗ duy nhất là lỗ thông gió.

Xác định công suất tối ưu

Định cỡ quá lớn cho máy biến thế

  • Kết quả là:
    • Đầu tư quá thừa và có những tổn hao không tải không cần thiết, nhưng
    • Tổn hao có tải thấp

Định có quá nhỏ cho máy biến thế

  • Gây hậu quả là:
    • Làm giảm hiệu suất khi quả đầy tải (hiệu suất cao nhất nằm trong vùng công suất từ 50-70% so với đầy tải) do đó không đạt được điều kiện tải tối ưu.
    • Quá tải lâu dài sẽ gây các hậu quả nghiêm trọng cho
      • Máy biến thế: do lão hóa cách điện cuộn dây và trong trường hợp xấu nhất có thể gây hư cách điện và bỏng máy biến thế
      • Mạng điện của khách hàng: nếu quá nhiệt máy biến thế, rơle bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt gây mất điện.

Định nghĩa công suất tối ưu

  • Để chọn công suất định mức tối ưu (kVA) cho biến thế, các yếu tố sau phải được tính đên:
    • Danh sách liệt kê công suất các thiết bị được lắp đặt
    • Chọn hệ số sử dụng (hay hệ số nhu cầu) cho mỗi hạng mục tải
    • Xác định chu kỳ tải có chú ý đến thời gian mang tải và quá tải
    • Đặt bộ điều chỉnh hệ số công suất để:
      • Giảm tiền phạt dựa trên số kVA lớn nhất
      • Giảm giá trị tải đăng ký (P(kVA)=P(kW)/cos φ)
    • Chọn dung lượng biến thế trong số các gam công suất chuẩn sẵn có của máy biến thế, có tính đến tất cả các khả năng mở rộng trong tương lai. Điều quan trọng là phải đảm bảo bố trí làm mát đầy đủ cho biến thế.

Hướng dẫn sử dụng các thiết bị trung thế

  • Mục tiêu của phần này nhằm cung cấp các hướng dẫn tổng quát về việc làm thế nào để tránh hay làm giảm đáng kể quá trình lão hoá của thiết bị trung thế khi phơi mình dưới ẩm thấp và ô nhiễm.

Điều kiện hoạt động bình thường cho các thiết bị trung thế trong nhà

  • Tất cả các thiết bị trung thế đều phải thoả mãn tiêu chuẩn IEC 62271-1 về “ các tiêu chuẩn kỹ thuật thông thường của thiết bị đóng cắt và điều khiển có điện áp cao”. Tiêu chuẩn này sẽ định nghĩa các điều kiện hoạt động bình thường cho việc lắp đặt và sử dụng các thiết bị. Chẳng hạn như, các điều kiện về độ ẩm và ô nhiễm được cho như sau:
    • Giá trị trung bình của độ ẩm tương đối, đo theo chu kỳ 24h/lần, không được Vượt quá 90%
    • Giá trị trung bình của áp suất hơi nước, đo theo chu kỳ 24h/lần, không được vượt quá 2,2 kPa
    • Giá trị trung bình của độ ẩm tương đối, đo theo chu kỳ 1 tháng/lần, không được vượt quả 90%;
    • Giá trị trung bình của áp suất hơi nước, đo theo chu kỳ 1 tháng/lần, không được vượt quá 1.8 kPa;

Dưới những điều kiện này, rất thường xảy ra đọng sương

  • Lưu ý 1: Đọng sương có thể xảy ra khi bất ngờ có sự thay đổi về nhiệt độ, xuất hiện trong giai đoạn có ẩm độ cao.
  • Lưu ý 2: Để có thể chịu đựng được các tác động của ẩm độ cao và đọng sương, như việc bị đánh thủng chất cách điện hay bị ăn mòn các phần kim loại, thiết bị đóng cắt phải được thiết kế và thử nghiệm với những điều kiện như thế
  • Lưu ý 3: Việc đọng sương có thể tránh được bằng các thiết kế đặc biệt của toà nhà hay buồng thiết bị, nhờ vào các bộ phận thông gió và sưởi của trạm biến thế, hay nhờ vào việc dùng thiết bị khử ẩm
  • Như được cảnh báo trong tiêu chuẩn này, hiện tượng đọng sương thường có thể xuất hiện ngay cả dưới các điều kiện bình thường. Tiêu chuẩn sẽ chỉ dẫn các phương pháp đặc biệt dành cho các buồng trạm biến thế được thực hiện để tránh các sự đọng sương.

Sử dụng với các điều kiện nằm ngoài giới hạn cho phép

  • Dưới những điều kiện phục vụ nhất định liên quan đến ẩm độ và ô nhiễm, nằm ngoài các điều kiện vận hành bình thường đã được mô tả ở trên, những thiết bị điện được thiết kế đúng có thể chịu đựng được các hư hỏng do các phần kim loại nhanh chóng bị ăn mòn và các phân cách điện bị phá huỷ bề mặt.

Các biện pháp phòng tránh cho vấn đề đọng sương

  • Cần thiết kế cẩn thận hay phải có thông gió thích hợp cho trạm
  • Tránh các sự thay đổi của nhiệt độ
  • Khử bỏ các nguồn gây ra ẩm trong môi trường trạm biến thế
  • Lắp đặt hệ thống điều hòa thông gió
  • Đảm bảo kết nối cáp phù hợp với nguyên tắc sử dụng cáp.

Các biện pháp phòng tránh cho vấn đề ô nhiễm

  • Trang bị hệ thống thông gió mở với các vách ngăn chữ V để giảm bụi và ô nhiễm xâm nhập vào.
  • Giữ cho thông gió trạm là tối thiểu, nhằm giải nhiệt cho máy biến thế, để giảm được sự xâm nhập của ô nhiễm và bụi
  • Dùng ngăn vận hành trung thế với chỉ số độ kín thích hợp (IP)
  • Dùng hệ thống điều hoà không khí với các bộ lọc nhằm ngăn ngừa bụi và ô nhiễm xâm nhập.
  • Thường xuyên lau chùi các vết bị ô nhiễm trong phần kim loại và các phần cách điện.

Thông gió

  • Thông gió trạm biến thế thường rất cần thiết để tản nhiệt sinh ra do máy biến thế và dùng để làm khô sau những chu kỳ đặc biệt ướt hay ẩm.
  • Tuy thế, rất nhiều nghiên cứu cho thấy rằng thông gió quá mức sẽ gây ra việc đọng sương trầm trọng.
  • Do vậy, thông gió nên giữ ở mức độ yêu cầu tối thiểu. Hơn nữa, thông gió phải không được gây ra sự biến đổi đột ngột về nhiệt độ – nguyên nhân thường gây ra việc đạt tới điểm ngưng tụ.
  • Vì lý do này mà:
    • Thông gió tự nhiên thường được dùng bất cứ nơi nào có thể dùng được. Nếu thông gió cưỡng bức là cần thiết, các quạt cần được vận hành liên tục để tránh dao động về nhiệt độ
    • Hướng dẫn về việc định kích thước cho các lỗ thông thoát khí của trạm biến thế sẽ được đề cập ở các phần sau.

Các phương pháp tính toán

  • Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán để ước đoán kích thước cần thiết của các lỗ thông gió cho trạm biến thể cũng như thiết kế trạm mới hay điêu chính cho các trạm hiện hữu nếu trong các trạm này xuất hiện vấn đề về đọng sương.
  • Phương pháp cơ bản dựa trên công suất tiêu tán của máy biến thế. Diện tích bề mặt lỗ thông gió cần thiết S và S’ có thể ước tính bằng cách dùng công thức sau đây: S = (1,8 x 10-4p)/√H và S = 1,10.S. Với:
    • S = Diện tích lỗ thông gió mức thấp – không khí vào [m3 (trừ đi diện tích lưới)
    • S’= Diện tích lỗ thông gió mức cao – không khí ra [m3 (trừ đi diện tích lưới)
    • P = Tổng Công suất tiêu tán [W].
    • P là tổng công suất tiêu tán bởi
      • Máy biến thế ( tiêu tán khi không tải và có tải).
      • Các thiết bị đóng cắt hạ thế
      • Các thiết bị đóng cắt trung thế
      • H = độ cao giữa hai tâm của lỗ thông gió [m]

9

  • Ghi chú:
    • Công thức này đúng cho nhiệt độ môi trường 20 độC và cao độ dưới 1000 mét .
    • Cần chú ý rằng công thức này chỉ có thể dùng để xác định độ lớn của S và S’, được xem như một phần tử tản nhiệt, nghĩa là nó mở hoàn toàn và chỉ dùng để giải tỏa năng lượng nhiệt phát sinh trong trạm trung/hạ thế. Các phần tản nhiệt trong thực tế thì hiển nhiên là rộng hơn, do làm theo các giải pháp kỹ thuật.
  • Thực vậy, dòng không khí thực thì phụ thuộc rất lớn vào:
    • Hình dạng của các lỗ thông hơi và các giải pháp nhằm đảm bảo chỉ số bảo vệ (IP): lưới kim loại, lỗ được dán kín (stamped holes), cửa chớp hình V…
    • Kích cỡ của các thiết bị bên trong và vị trí của chúng so với các lỗ thông hơi, máy biến thế và/hay vị trí và kích thước của hộp lưu dâu, luông không khí giữa các thiết bị …
    • Một số hiện tượng vật lý và các thông số môi trường: nhiệt độ môi trường xung quanh, độ cao, độ tăng nhiệt.
  • Muốn thấu hiểu và tối ưu hoá các hiện tượng vật lý đi kèm cần phải nghiên cứu chính xác được dòng không khí đối lưu, dựa trên cơ sở các định luật về cơ lưu chất, điều này thường được thực hiện bằng các chương trình phân tích kỹ thuật (nhờ máy tính).
  • Ví dụ: Tổn hao máy biến thế = 7,970 W Tổn hao trên thiết bị đóng cắt hạ thế = 750 W Tổn hao trên thiết bị đóng cắt trung thế = 300 W Độ cao giữa hai tâm của lỗ thông gió là 1.5 m.
  • Tính toán:
    • Tổng công suất tổn hao P = 7,970 + 750 + 300 = 9,020 W
    • S = 1.32 m2 và S’= 1.1 x 1.32 = 1.46 m2

Vị trí của các lỗ thông gió

  • Nhằm giúp cho việc tản nhiệt máy biến thế thông qua phương pháp đối lưu tự nhiên, các lỗ thông gió có thể đặt trên đỉnh hay đáy của tường gần máy biến thế. Nhiệt lượng tiêu tán bởi các tủ trung thế thì không đáng và kể có thể bỏ qua. Nhằm tránh vấn đề đọng sương, các lỗ thông gió của trạm phải được đặt xa các tủ càng xa càng tốt.

10

 

Các kiểu lỗ thông gió

  • Nhằm giảm việc xâm nhập của bụi, ô nhiễm, sương mù…, các lỗ thông gió phải được làm bằng các lá chắn gió hình chữ V. Cần luôn luôn đảm bảo rằng các tấm chắn gió phải được hướng đúng hướng.

Sự thay đổi nhiệt độ bên trong các ngăn tủ

  • Nếu độ ẩm trung bình tương đối duy trì ở mức cao trong một thời gian dài, cần phải lắp đặt thêm các bộ sưởi chống đọng sương bên trong các khối trung thế để làm giảm sự thay đổi nhiệt độ. Các bộ sưởi phải vận hành liên tục, 24h trong 1 ngày và trong suốt cả năm. Đừng bao giờ nối chúng với các bộ điều khiển hay hệ thống điều chỉnh nhiệt độ vì điều này có thể gây ra sự thay đổi nhiệt độ và động sương, cũng như sẽ làm ngắn tuổi thọ làm việc của các bộ sưởi. Cần đảm bảo rằng các bộ sưởi có một tuổi thọ làm việc thích hợp (các kiểu bộ sưởi chuẩn thường khá hữu hiệu).

Sự thay đổi nhiệt bên trong trạm

  • Các phương pháp sau có thể dùng để giảm sự thay đổi về nhiệt độ bên trong trạm:
    • Nâng cấp điều kiện cách nhiệt của trạm nhằm giảm các tác động thay đổi nhiệt do bên ngoài lên nhiệt độ bên trong của trạm.
    • Tránh việc sưởi trong trạm nếu có thể. Nếu cần phải có sưởi, cần đảm bảo rằng hệ thống điều chỉnh và/hay bộ điều nhiệt là hữu hiệu – chính xác và được thiết kế nhằm tránh việc dao động nhiệt quá lớn (ví dụ như không dao động quá 1 độ C). Nếu không thể có 1 hệ thống điều chỉnh nhiệt độ chính xác hữu hiệu , cần phải để hệ thống sưởi hoạt động liên tục, 24h trong 1 ngày liên tục trong suốt 1 năm
    • Loại bỏ việc hút không khí lạnh từ các hầm cáp nằm dưới khối trạm hay từ các lỗ thông gió bên trong của trạm (dưới các cánh cửa, các đường nội mái,…)

Môi trường và độ ẩm trong trạm

  • Nhiều yếu tố bên ngoài trạm có thể tác động đến độ ẩm bên trong.
    • Cây cối: Tránh trồng quá nhiều cây xung quanh trạm. 
    • Chống thấm của trạm: Mái của trạm không được có lỗ rò. Tránh làm mái bằng vì khó thực hiện chống thấm và khó bảo trì.
    • Độ ẩm từ các hầm cáp 
  • Cần đảm bảo rằng các hầm cáp luôn khô ráo dưới mọi điều kiện về thời tiết. Một giải pháp riêng là có thể thêm cát vào dưới đáy hầm cáp.

Bảo vệ tránh ô nhiễm và làm vệ sinh

  • Điều kiện quá ô nhiễm dễ gây ra các dòng rò, gây ra vết xước và phóng hồ quang trên các phần cách điện, Nhằm tránh việc biến chất các thiết bị trung thế do ô nhiễm, có thể bảo vệ thiết bị bằng cách lau chùi thường xuyên nhằm tránh nhiễm bẩn.

Bảo vệ

  • Các thiết bị đóng cắt trung thế có thể được bảo vệ bằng cách để trong hộp kín với chỉ số bảo vệ (IP) thích hợp.

Làm vệ sinh

  • Nếu không được bảo vệ hoàn toàn, các thiết bị trung thế phải được lau chùi thường xuyên nhằm tránh biến chất do nhiễm bẩn từ ô nhiễm. Lau chùi là một qui trình quan trọng. Việc sử dụng các thiết bị và chất làm vệ sinh không phù hợp có thể làm hư hỏng thiết bị mà không thể sửa lại được, Để biết thêm về các qui trình làm vệ sinh, xin hãy liên lạc với các công ty Schneider gần nhất.

Trích: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Bản chính sửa 2019

 

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !