Khái quát và phân loại trạm điện

Khái quát

  • Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, nó có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân phối cho các mạng điện tương ứng. Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng. Các thiết bị phía cao áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái vv.) và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptomat, cầu dao, cầu chảy…).
  • Trạm tăng áp thường đặt tại các nhà máy điện để tăng điện áp từ 0,4kV – 6,3kV lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng đi xa; Trạm biến áp trung gian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng từ lưới 35kV-220kV để cung cấp cho các lưới phân phối 6kV-22kV; Trạm biến áp tiêu thụ, hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ mạng phân phối 6kV -22kV và cung cấp cho lưới điện hạ áp.

Phân loại

  • Theo nhiệm vụ, có thể phân trạm thành hai loại:
    • Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: trạm này nhận điện 35÷220kV từ hệ thống biến đổi thành cấp điện áp 10, 6 hay 0,4kV.
    • Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng. Phía sơ cấp thường là 35, 22, 15, 10, 6kV; còn phía hạ áp có thể là 660, 380/220 hay 220/127V.
  • Theo cấu trúc, cũng có thể chia thành hai loại:
    • Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này, các thiết bị cao áp đều được đặt ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp được đặt trong nhà hoặc trong các tủ chuyên dùng chế tạo sẵn.
    • Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà. Chi phí xây dựng trạm trong nhà thường cao hơn trạm ngoài trời nhiều.

Sơ đồ nối dây trạm biến áp

Sơ đồ nối dây của trạm phải thỏa mãn các điều kiện sau:

  • Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải.
  • Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và lúc xử lý sự cố.
  • An toàn lúc vận hành và sửa chữa.
  • Cân bằng giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật.

Trạm hạ áp trung gian

  • Sơ đồ nối dây phía sơ cấp của trạm loại này phụ thuộc các thông số: điện áp cung cấp, số lượng và công suất máy biến áp, chế độ làm việc, độ tin cậy yêu cầu, sự phát triển trong tương lai… Do vậy có rất nhiều phương án để giải quyết vấn đề, tuy nhiên rất ít hoặc không có phương án nào thỏa hết các yêu cầu.
  • Sau đây là một số sơ đồ nối dây trạm biến áp thông dụng. Các trạm này thường được thực hiện theo dạng sau:
    • Nối đến hệ thống bằng một hoặc hai lộ. Hai lộ đến thường không có thanh cái.
    • Phía điện áp thứ cấp (điện áp phân phối) người ta dùng sơ đồ với thanh cái đơn hay thanh cái kép.
    • Trạm nằm trong phạm vi xí nghiệp, thanh cái cao áp ngoài nối với hệ thống còn nối với nhà máy điện địa phương hay tổ máy phát điện riêng. Thanh cái có thể là đơn hay kép với máy cắt phân đoạn. Do được nối vào nguồn lớn nên các phụ tải có thể lắp các cuộn kháng để giảm dòng ngắn mạch nếu có.

Trạm phân phối chính

  • Trạm phân phối trung gian: Đối với các xí nghiệp có nhiều phân xưởng nằm rải rác và phân tán, thì cần có các trạm biến áp trung gian để phân phối điện năng từ các trạm chính đến các phân xưởng. Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các lộ chính.
Sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính

Sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính

Trạm hạ áp phân xưởng

  • Trạm hạ áp phân xưởng thường có một hay hai máy biến áp, khi trạm có nhiều (> 3) máy biến áp thì có thể có thanh cái phân đoạn.

Trạm hạ áp với một máy biến áp

  • Trạm này thường phục vụ cho hộ loại 2, loại 3, trừ trường hợp làm nguồn dự phòng cho hộ loại 1 có công suất nhỏ nhờ sử dụng tự động đóng.
  • Đặc điểm của sơ đồ trạm hạ áp – một máy biến áp phân xưởng là cách nối của máy biến áp đến đường dây cao áp, thông thường có 3 cách nối sau:
    • Thông qua dao cách ly và máy cắt điện: cách này ít sử dụng do máy cắt đắt tiền, phải tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch.
    • Nối qua dao cách ly và cầu chì: thường sử dụng, dao cách ly có nhiệm vụ cắt dòng không tải. Nhược điểm là do bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhờ cầu chì nên có độ nhạy thấp.
    • Nối qua dao cách ly và cầu chì và máy cắt phụ tải: sơ đồ này có dùng máy cắt phụ tải do chỉ thiết kế để cắt dòng phụ tải nên bộ phận dập tắt hồ quang có cấu tạo đơn giản, chi phí không cao.

Trạm hạ áp với nhiều máy biến áp: phục vụ cho tất cả các loại hộ dùng điện.

  • Tùy theo số máy biến áp, số lộ cung cấp, loại hộ được cung cấp mà có một số dạng sơ đồ phổ biến.
Trạm có một và trạm có nhiều máy biến áp

Trạm có một và trạm có nhiều máy biến áp

Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn

  • Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo thành nhiều ngăn. Mỗi ngăn bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thiết bị đo lường và bảo vệ.
  • Tùy theo dòng phụ tải mà máy cắt có thể là máy cắt dầu, không khí và đôi khi là máy cắt chân không.
Trạm với tủ chế tạo sẵn

Trạm với tủ chế tạo sẵn

Cấu trúc trạm

Khi thiết kế xây dựng trạm phải tiết kiệm chi phí tuy nhiên một số chỉ tiêu sau phải
được đảm bảo:

  • Chọn đúng trang thiết bị điện, lắp rắp đúng quy phạm và thỏa các điều kiện vận hành.
  • Tôn trọng khoảng cách giữa các phần dẫn điện với nhau và với xung quanh.
  • Khả năng loại nhanh hỏa hoạn và các sự cố khác.
  • Thuận tiện trong thao tác và các hành lang thi công, sửa chữa.
  • Phải thực hiện nối đất bảo vệ.
  • Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết.

Trạm hạ áp phân xưởng ngoài trời

Thường áp dụng cho xí nghiệp bé, lưới điện cung cấp từ đường dây trên không. Có hai dạng phổ biến là máy biến áp được treo trên cột và đặt ngay dưới chân cột. 

  • Dạng treo cột: khi các máy biến áp ba pha hay một pha (từ 25÷240kVA) và các trang bị cùng khí cụ điện có tổng trọng lượng nhỏ (khoảng 300÷1800kg). Toàn bộ trang bị của trạm được treo trên các giá đỡ mắc vào một, hai hay bốn cột bằng gỗ hay xi măng cốt thép.
  • Dạng đặt dưới chân cột; đối với các máy biến áp quá lớn hay không đảm bảo được cân bằng trọng lượng khi treo trên cột thì máy biến áp được đặt trên một nền gỗ hay xi măng ngay dưới chân cột, xung quanh có rào lưới cao 2,5m để ngăn người hay vật đến gần trạm.
Trạm biến áp treo và tủ chế tạo sẵn

Trạm biến áp treo và tủ chế tạo sẵn

Trạm hạ áp phân xưởng trong nhà

  • Đối với trạm công suất lớn (hơn 320MVA), khi có các yêu cầu trong vận hành, hoặc trong điều kiện đặc biệt như không khí độc hại trong quá trình sản xuất, không gian bố trí trạm quá ít… thì trạm trong nhà được chọn để xây dựng; ở trạm dạng này tất cả các thiết bị được đặt trong nhà.
  • Trạm này thường có sơ đồ nối dây đơn giản, chỉ sử dụng thanh cái khi có phụ tải điện áp cao. Các khí cụ ở phần cao áp là cầu chì ống, máy cắt phụ tải với cầu chì, máy cắt dầu hay khí nén.
  • Trạm có thể có một hay nhiều buồng tùy theo số lượng máy biến áp. Các buồng phải có hệ thống thông gió với chiều cao phù hợp.
  • Đối với các thiết bị có chứa dầu như máy biến áp, mát cắt có chứa dầu phải có hệ thống góp dầu và bể chứa dầu phòng khi có sự cố hay hỏa hoạn.
  • Việc nối dây giữa các máy biến áp và buồng phân phối điện áp cao (nếu có), cũng như việc nối dây đến bảng điện áp thấp có thể thực hiện bằng các thanh dẫn hay cáp.

Trạm hạ áp phân xưởng chế tạo sẵn thành tủ

  • Loại này gồm có: một hay hai máy biến áp hạ áp được đặt trong buồng con bằng kim loại hoặc để hở nếu máy biến áp có dầu. Hệ thống phân phối điện áp cao (6 – 10kV) gồm một hay nhiều tủ con được gia công và lắp đặt sẵn theo một sơ đồ nối nào đó. Hệ thống phân phối điện áp thấp cũng gồm các tủ cấu kiện gia công sẵn. Đường dây nối giữa các máy biến áp và trang bị điện là các thanh trần đặt bên trong các khung bằng kim loại của tủ này.

Lựa chọn máy biến áp cho trạm

  • Lựa chọn máy biến áp bao gồm chọn số lượng và công suất của máy biến áp. Việc lựa chọn phù hợp với loại hộ tiêu thụ, phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế (phí đầu tư và vận hành).

Nối đất trạm và đường dây tải điện

  • Trong lưới cung cấp người ta thực hiện nối đất với nhiều mục đích khác nhau: nối đất làm việc, an toàn và chống sét.
  • Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất. Các điện cực nối đất bao gồm: điện cực thẳng được đóng sâu vào trong đất và điện cực ngang được chôn ngầm ở một độ sâu nhất định. Các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực.

Nối đất trạm biến áp

  • Hệ thống nối đất trong trạm biến áp thực hiện cả ba chức năng: làm việc, an toàn và chống sét. Theo quy phạm điện trở nối đất (Rđ) của hệ thống nối đất phải đạt như sau:
    • Với trạm biến áp phân phối: Rđ ≤ 4Ω.
    • Với trạm biến áp trung gian có Uđm ≤ 35kV: Rđ ≤ 1Ω.
    • Với trạm biến áp trung gian có Uđm ≥ 110kV: Rđ ≤ 0,5Ω.
  • Kết cấu hệ thống nối đất của trạm thường ở dạng mạch vòng gồm các cọc dài 2,5m đóng ngập sâu 0,7m, các cọc cách nhau ≥ 2,5m và được hàn nối với nhau bằng các thanh thép tạo thành mạch vòng. Đối với các trạm đặt ở hè phố thì phương án nối đất hình tia được thực hiện.

Nối đất đường dây tải điện

  • Nối đất chống sét và an toàn: các ĐDK trung áp trở lên tất cả các cột đều phải nối đất, với ĐDK 0,4 kV phải nối đất các cột đi qua khu vực đông dân.
  • Quy phạm quy định Rđ của một cột như sau: Vùng đồng bằng: Rđ ≤ 10Ω; Vùng trung du: Rđ ≤ 15Ω; Vùng núi: Rđ ≤ 20Ω. Với vùng đồng bằng, điện trở suất của đất nhỏ, mỗi cột chỉ cần nối đất 1 cọc là đạt trị cố cho phép, vùng trung du và vùng núi phải tăng số cọc theo hình tia đến khi đạt trị số cho phép.
  • Nối đất trung tính lặp lại: là hình thức nối đất riêng cho ĐDK 0,4kV đề phòng mất trung tính tại trạm biến áp làm cháy các thiết bị dùng điện. Theo quy phạm, cứ khoảng 4 hay 5 cột phải thực hiện nối đất trung tính lặp lại.
  • Lưu ý: cần phân biệt nối đất trung tính là nối từ đường dây trung tính xuống cọc nối đất; nối đất chống sét và an toàn là nối từ xà đỡ dây xuống cọc nối đất.
Bạn muốn nâng cao kiến thức cơ điện? => Tham khảo ngay tại đây
Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !