Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ TRẠM BIẾN ÁP
I. Vai trò và công dụng máy biến áp
Một hệ thống cung cấp điện thông thường bao gồm các khâu cơ bản sau:
phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện. Để dẫn điện từ nhà máy phát điện
đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện. Thông thường khoảng cách từ nơi
sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, một vấn đề đặt ra là việc truyền tải điện năng đi
xa làm sao phải đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất ít và kinh tế nhất.
Sơ đồ cung cấp điện đơn giản
Giả sử hộ tiêu thụ có công suất P, hệ số công suất cosφ, điện áp của đường dây
truyền tải là U, thì dòng điện truyền tải trên đường dây là:
ϕ
cosU
P
I
=
Và tổn hao công suất trên đường dây:
1
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
ϕ
22
2
.
2
.
cosU
P
RIRP
đđ
==∆

 MBA đo lường dùng để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ
đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển.
 MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.
Trong một hệ thống cung cấp điện, máy biến áp cần đảm bảo đúng các yêu cầu kỹ
thuật để vận hành hiệu quả, bên cạnh đó máy biến áp còn phải thỏa mãn các chỉ
tiêu về kinh tế.
Tổng chi phí của một phương án cung cấp điện bất kỳ nào cũng gồm hai
phần: tổng vốn đầu tư ban đầu V và chi phí vận hành hằng năm C. Trong hai thành
phần này, vốn đầu tư ban đầu được bỏ ra trong thời gian ngắn trong khi đó chi phí
vận hành hằng năm thì kéo dài trong nhiều năm.
Tổng vốn đầu tư ban đầu V hầu như dựa hoàn toàn vào các ước lượng. Các dữ liệu
trong quá khứ cũng như trong hiện tại chỉ giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độ
chính xác đến mức có thể vì luôn có sự thay đổi của giá cả và sự tiến bộ của công
nghệ.
Tổng vốn đầu tư ban đầu:
V = V
1
+ V
2
+ V
3
V
1
: chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp.
V
2
: chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới.
V
3
: chi phí xây dựng gián tiếp

lượng máy biến áp không nhiều thì không đòi hỏi tính toán phụ tải thật sự chính
xác. Sự chênh lệch giữa các cấp máy biến áp nhỏ dẫn đến số vốn đầu tư ban đầu
không bị ảnh hưởng nhiều. Do đó nếu ta chọn dung lương máy biến áp lớn hơn
một ít thì chi phí đầu tư có nhích lên nhưng bù lại thì máy biến áp đảm bảo cung
cấp điện đầy đủ cho phụ tải, có thể mở rộng phụ tải sau này đồng thời tuổi thọ máy
biến áp cũng dài hơn. Đối với các dự án lớn thì chi phí bỏ ra cho trạm biến áp là vô
cùng lớn, đòi hỏi phải tính thật chính xác phụ tải điện sao cho chi phí thấp nhất mà
vẫn đảm bảo cấp điện cho phụ tải.
II. Khái niệm và phân loại trạm biến áp
1. Khái niệm
Trạm biến áp là nơi biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khác, là điểm trung chuyển điện năng giữa hệ thống truyền tải và hệ thống phân
phối. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.
4
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
2. Phân loại
a. Phân loại theo cấp điện áp:
 Trạm tăng áp: thường đặt ở các nhà máy điện có nhiệm vụ tăng điện áp từ
điện áp máy phát đến điện áp cao hơn để truyền tải đến các hộ tiêu thụ ở xa.
 Trạm hạ áp: đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp từ đại lượng cao hơn
đến đại lượng thấp hơn thích hợp cho các hộ tiêu thụ điện.
b. Phân loại theo nhiệm vụ:
 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: Trạm này nhận
điện từ hệ thống điện có điện áp 35 → 220KV biến đổi thành các cấp điện
áp 10KV hay 6KV. Cá biệt có khi xuống 0.4KV.
 Trạm biến áp phân xưởng: Trạm này 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 10KV, 6KV hoặc 15KV hoặc 35KV, còn phía thứ cấp
có các điện áp 220/127V, 380/220V hoặc 660V.
c. Phân loại về phương diện cấu trúc:

o Cầu chì tự rơi
 Các khí cụ điều khiển
o Tần số
o Bù công suất
o Điều chỉnh điện áp
o Điều chỉnh dòng
 Các thanh góp bên cao áp, hạ áp, sứ, trụ.
 Hệ thống tiếp địa.
 Hệ thống chống sét.
 Hệ thống làm mát.
III. Quy trình tính toán và thiết kế trạm biến áp (TBA)
7
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong thiết kế cung cấp điện, chi phí đầu tư cho máy biến áp chiếm một
phần không nhỏ trong tổng chi phí. Do đó việc lựa chọn vị trí, số lượng, dung
lựợng máy biến áp là nhiệm vụ rất quan trọng. Việc tính toán chính xác đảm bảo
tính liên tục cung cấp điện cho phụ tải trong điều kiện bình thường và trong điều
kiện sự cố với các tải quan trọng, đồng thời giảm chi phí lắp đặt, vận hành cũng
như vốn đầu tư ban đầu của mạng điện.
Những yêu cầu và nội dung trong thiết kế:
 Khi thiết kế trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải phải đảm bảo cho phụ tải
luôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép.
 Một phương án hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
o Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm được ngoại tệ quý và đầu tư hiếm.
o Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ.
o Chi phí vận hành hàng năm thấp.
o Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
o Thuận lợi cho vận hành và sửa chữa.
Trên thực tế những yêu cầu trên thường mâu thuẩn nhau nên người thiết kế
phải biết cân nhắc và kết hợp hài hòa các yếu tố tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể.

 Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào ra.
o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố
o Sơ đồ nối dây đơn giản, dễ dàng
 An toàn vận hành.
 Có khả năng mở rộng.
o Phải tính toán trong thiết kế.
o Chuyển từ trạm AIS  trạm GIS .
 Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu.
o Phòng cháy chữa cháy.
o Nhiễm từ.
9
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong thực tế việc lắp đặt thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên là rất khó khăn.
Do đó tùy vào điều kiện cụ thể mà ta chọn vị trí đặt. Vị trí của trạm biến áp có thể
ở độc lập bên ngoài, liền kề với phân xưởng, hoặc đặt bên trong phân xưởng.
b. Xác định số lượng máy biến áp:
Số lượng máy biến áp trong trạm biến áp phụ thuộc nhiều vào các yếu tố
như: yêu cầu về tính liên tục cấp điện của hộ tiêu thụ, yêu cầu về lựa chọn dung
lượng máy biến áp hợp lý, yêu cầu về vận hành kinh tế trạm biến áp
Khi xác định số lượng trạm của xí nghiệp, số lượng và công suất máy biến
áp trong một trạm chúng ta cần lưu ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ
tải trong xí nghiệp và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấp
điện. Chúng ta phải tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật ngay khi xác định các
phương án cung cấp điện.
• Muốn vậy chúng ta cần nghiên cứu:
 Đồ thị phụ tải hằng ngày, xác định cho một ngày làm việc bình thường và
xác định cho một ngày nghỉ, ở mùa nắng và mùa mưa, hoặc mùa hè và mùa
động
 Đồ thị phụ tải hằng năm của một xí nghiệp tính theo tổng số lượng giờ trong

 Phương pháp dựa vào đồ thị phụ tải
 Phương pháp dựa vào chế độ nhiệt
11
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Chương 2:
CHỌN MÁY BIẾN ÁP THEO PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phụ tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải
thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách nhiệt. Nói cách khác
phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ mà phụ tải thực tế gây ra.
Vì vậy việc lựa chọn thiết bị theo phụ tải tinh toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị
về mặt phát nóng.
Khi thiết kế cung cấp điện hay lắp đặt trạm biến áp cho một công trình thì
nhiệm vụ đầu tiên là phải xác định được nhu cầu điện của công trình đó. Tùy
theo quy mô của công trình mà nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế hoặc tính
đến sự phát triển về sau này. Do đó xác định nhu cầu điện là giải quyết bài toán
tính toán phụ tải điện và dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn
Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi
là phụ tải tính toán. Cần lưu ý phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế khi các nhà
máy đã đi vào hoạt động. Phụ tải tính toán là phụ tải gần đúng chỉ để tính toán thiết kế
hệ thống cung cấp điện còn phụ tải thực tế là phụ tải chính xác có thể xác định được
bằng các đồng hồ đo điện trong quá trình vận hành.
Phụ tải tính toán phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, bên cạnh đó công trình điện
thường phải được thiết kế, lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện. Do vậy xác
12
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
định chính xác phụ tải tính toán là một việc rất khó khăn Do tính chất quan trọng
nên nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện.
Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố và biến động theo thời gian nên vẫn
chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi. Trong thực tế thiết kế,

 Phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm.
 Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất.
Nhóm 2: Đây là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất
thống kê. Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng cuả nhiều yếu tố,
do đó kết quả chính xác hơn bao gồm:
 Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải.
 Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải.
 Phương pháp số thiết bị hiệu quả.
1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu
Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
n
P
tt
= ∑ k
nci
.P
đmi
i =1
Q
tt
= P
tt
.tgφ
tb
22
tttttt
QPS
+=
Trong đó:
14

là hằng số thì
tính toán sẽ gặp sai số lớn.
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán nhỏ,
không cần sự chính xác cao, hệ số K
nc
được chọn dựa trên kinh nghiệm hoặc xác
định được qua những công trình tương tự.
2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản
xuất (Phụ tải điện trường học, hoặc phân xưởng sản xuất)
Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản xuất như
phân xưởng may, phân xưởng dệt, thì công suất tính toán được xác định theo biểu
thức:
P
tt
= P
o
.F
15
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Trong đó:
F – diện tích sản xuất, phòng học (m
2
).
P
o
– suất phụ tải trên đơn vị diện tích P = (15 - 20) (W/m
2
)
Giá trị P
o

– suất phụ tải tính toán cho 1 hộ, thường lấy P
o
= (0,5 – 0,8) (KW/hộ)
Với: 0,5: dành cho khu vực thuần nông.
0,6 – 0,8: dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường.
16
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Để phục vụ sinh hoạt các hộ thường dùng nhiều loại thiết bị điện gia dụng khác
nhau như: đèn, quạt, tivi, radio, bàn là, tủ lạnh.v.v…Trong tính toán cung cấp điện
thường lấy hệ số công suất chung là cosφ = 0,85.
Phụ tải tính toán tổng bao gồm các thôn xóm, trường học, trạm bơm v.v
n
P
t
= K
dt
∑ P
tti
i =1
n
Q
t
= K
dt
∑ Q
tti
i =1
S
t
= √P

xác (xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp điện phân,xí nghiệp gia công,…) thì công suất
tính toán được xác định theo công thức :
max
0
.
T
wM
P
tt
=
Trong đó:
M: Là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm.
w
o
: Là suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản
phẩm).
T
max
: Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h).
Ở phương pháp này có những ưu_ nhược điểm sau:
Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, thuận tiện, tính toán dựa trên số liệu
có sẵn
Nhược điểm: tính toán trên số liệu không dựa vào điều kiện cụ thể, chế độ
hoạt động, làm việc, từng giai đoạn kết quả kém chính xác
Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng ở những công trình nhỏ công suất tính toán không
lớn, không cần sự chính xác cao, xí nghiệp có đồ thị phụ tải ít thay đổi, chế độ hoạt
đông giống nhau, sản phẩm tạo ra liện tục và đồng đều trong năm.
5. Phương pháp xác định phụ tải tính theo hệ số cực đại và công suất trung
bình (phương pháp số thiết bị hiệu quả)
Trong phương pháp này ta đã biết hết thông tin về đối tượng sử dụng điện:

Q
tt
= P
tt
.tgφ
Trong đó:
P
tt
– công suất trung bình của nhóm máy trong thời gian khảo sát, thường lấy
là 1 ca hoặc 1 ngày đêm.
P
đm
– công suất định mức của máy
K
sd
– hệ số sử dụng
Cosφ – hệ số công suất của máy công cụ, tra PL1 với nhóm máy công cụ
Cosφ = 0.5÷0.6
K
max
– hệ số cực đại,tra PL5 (theo k
sd
, n
hq
)
Số thiết bị dùng điện hiệu quả n
hq
là số thiết bị giả tưởng có công suất bằng
nhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải
tính toán do nhóm thiết bị thực tế gây ra. Ý nghĩa của n

=
∑
=
n
i
đmi
P
1
1
 Bước 5 : Xác định n* =
n
n
1
và P* =
p
p
1

 Bước 6: Tra bảng 3.3 trang 31 sách “Giáo trình cung cấp điện” của thầy
Quyền Huy Ánh tìm n
hq*
 Bước 7: Tìm n
hq
= n
hq*
×
n
 Bước 8 : Tra bảng 3.2 trang 29 sách “Giáo trình cung cấp điện ”của thầy
Quyền Huy Ánh tìm K
max

Trong hệ thống điện, máy biến áp là một mắt xích quan trọng không chỉ vì
vai trò của nó trong hệ thống mà còn vì máy biến áp chiếm một phần đáng kể trong
tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện. Vì vậy việc chọn lựa vị trí, số lượng và công
suất định mức của máy biến áp phải được tính toán phù hợp sao cho chi phí đầu tư
bé nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật. Công suất máy biến áp cần đảm
bảo cung cấp điện năng cho tất cả các hộ tiêu thụ trong điều kiện vận hành bình
thường và có xét đến trường hợp quá tải sự cố. Một trong những cách xác định
công suất của máy biến áp đó là dựa vào đồ thị phụ tải.
II. MỤC ĐÍCH
Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng
cho nhu cầu điện của từng thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp. Qua
đồ thị phụ tải ta biết được công suất thực sự của thiết bị trong từng điều kiện vận
hành, chế độ làm việc cụ thể. Khi đó việc chọn lựa máy biến áp theo đồ thị phụ tải
sẽ cho ra kết quả gần chính xác nhất so với các phương pháp khác.
Theo đồ thị phụ tải ta chọn máy biến áp theo 2 điều kiện sau:
22
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
 Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến quá tải cho phép (quá
tải bình thường).
 Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố (hư hỏng một trong những máy biến áp
làm việc song song) với một thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp
điện.
III. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP
Dung lượng của MBA được chọn sao cho ứng với một môi trường làm việc
cụ thể và hệ thống làm mát nhất định, MBA có thể làm việc với công suất định
mức S
đm
trong suốt thời gian phục vụ của nó T
đm
. Song trong điều kiện thực tế vận

S
đti
=
n
nn
ttt
tStStS
+++
+++21
2
2
2
21
2
1
=
∑
∑
=
=
n
i
i
n
i
ii
t

t
1
sau khi kết thúc quá tải 10h. (hình b).
Đồ thị phụ tải có hai cực đại trong một ngày thì phụ tải đẳng trị bậc hai được
tính đối với cực đại nào có tổng

∑
ii
tS
đạt trị số lớn nhất. Khi đó sẽ chọn được
S
đt2
, và S
đt1
được tính như trường hợp trên. (hình c, d).
24
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống trạm biến áp
Hình a. Hình b.
Hình c. Hình d.
Nếu S
đt2
< 0.9 S
max
thì ta chọn S
đt2
= 0.9 S
max
và thời gian quá tải t
2
’ được tính theo