Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN 1. Tổng quan MBA là thiết bị điện không thể thiếu trong hệ thống truyền tải, phân phối điện năng, 1kW công suất đặt của máy phát điện thường cần từ 7đến 8kW công suất MBA trong hệ thống điện, sử dụng MBA có hiệu suất thấp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ thống điện. Điện năng được cung cấp từ các máy phát điện đều có phát thải khí CO2 do năng lượng đầu vào các động cơ sơ cấp có được do đốt các chất hữu cơ. Để đạt được mục tiêu đặt ra cho việc giảm lượng khí thải CO2 từ nhiều khâu.
Đầu tiên phải kể đến các máy phát sử dụng năng lượng đầu vào các động cơ sơ cấp do đốt các chất hữu cơ. Tiếp theo là giảm thiểu tổn hao của các hệ thống truyền tải và phân phối điện năng đồng thời nâng cao hiệu suất của một loạt lớn các thiết bị tiêu thụ điện. MBA phân phối truyền thống ngoài việc đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu, được thiết kế dựa trên các chỉ tiêu kinh tế thuần túy, các yêu cầu đó đôi khi mâu thuẫn lẫn nhau: Một mặt yêu cầu giá thành MBA thấp nhất, mặt khác yêu cầu các chi phí phát sinh do tổn thất khi vận hành máy MBA là thấp. Chất lượng MBA có ảnh hưởng đáng kể đến việc giảm phát thải khí CO2.
Nâng cao chất lượng thiết bị đồng nghĩa với việc tăng đầu tư, nâng cao giá thành sản phẩm, vì vậy không thể đặt yêu cầu các thiết bị phải ở mức độ giảm được phát thải CO2 cao nhất. Bài toán đặt ra như vậy trong thực tế không dễ để thực hiện. Để đưa ra yêu cầu đối với các các thiết bị nhằm đảm bảo giảm phát thải CO2 đáng kể cần có nhiều bước, trước khi kết quả có thể được áp dụng trên quy mô lớn rất cần nghiên cứu và thử nghiệm chắc chắn nhất là phải đạt các sản phẩm về phương diện tiết kiệm năng lượng có thể đạt được với công nghệ hiện có. Đối với các MBA phân phối, một số quốc gia đã đưa ra tiêu chuẩn giới hạn cho phép tối đa của tổn hao hoặc giới hạn cho phép tối thiểu của hiệu suất, trong khi một số nước còn quy định giới hạn và cho phép áp dụng trên cơ sở tự nguyện.
Luan van 17 Tiêu chuẩn ở một số quốc gia về giới hạn cho phép tối đa tổn hao hoặc giới hạn cho phép tối thiểu của hiệu suất MBA cung cấp cho một cái nhìn tổng quan về tổn hao hoặc hiệu suất theo yêu cầu hiện hành của quốc gia đó. Các xu hướng rõ ràng đang đi theo là yêu cầu các tổn hao thấp hơn so với trong quá khứ. MBA với tổn thất thấp hơn hàm ý kích thước biến áp chắc chắn lớn hơn, trọng lượng cao hơn và chi phí sản xuất tăng. Giá thành MBA có tổn hao thấp sẽ đắt hơn so với các MBA có tổn thất cao hơn, nhưng tổng chi phí, trong đó bao gồm cả các chi phí mua và chi phí năng lượng tổn hao của các MBA trong hoạt động sẽ thấp hơn.1 mô tả so sánh chi phí tổng (gồm vốn đầu tư và chi phí vận hành) của hai loại MBA có tổn hao thấp và tổn hao cao hơn.
Sử dụng MBA có tổn hao thấp tuy có vốn đầu tư ban đầu cao nhưng do chi phí vận hành thấp, sau thời gian dần dần có mức chi phí tổng sẽ cân bằng và tiến tới giảm nhỏ hơn việc mua, sử dụng MBA có tổn hao cao hơn.1 So sánh tổng chi phí MBA có tổn hao cao và tổn hao thấp Trong việc mua sắm MBA với tổn thất thấp hơn quy định được xác định bởi sự lựa chọn tự nguyện của người đầu tư theo quy định của pháp luật. Bên cạnh đó, để khuyến khích sử dụng thiết bị giảm phát thải CO2, trong đấu thầu có ưu tiên MBA có tổn thất thấp hơn hoặc hiệu suất cao hơn. Một phương pháp xác định giá trị giảm chi phí tổng được mô tả trong các sổ tay MBA. Phương pháp này được dựa trên các giả định liên quan đến sự phát triển tương lai của giá năng lượng và thời gian thu hồi vốn trong so sánh kinh tế các loại MBA.
Tiêu chuẩn quốc tế, IEC 60.076, ban đầu chưa Luan van 18 quan tâm nhiều đến thời gian thu hồi vốn trong so sánh kinh tế các loại MBA. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đã được đề xuất với phạm vi phát hành một phần bổ sung mới của IEC 60. Tiêu chuẩn này được thiết kế để hướng dẫn sử dụng MBA trong việc lựa chọn các mức độ thích hợp nhất hiệu suất và các phương pháp thích hợp nhất trong việc chỉ định hiệu suất đó. Nó cũng sẽ cung cấp bảng tổn hao tiêu chuẩn cho một số loại MBA.
Thực chất việc sử dụng các tiêu chuẩn IEC là do thỏa thuận giữa người mua và nhà cung cấp. Tiêu chuẩn quốc tế là EN 50.464-1 châu Âu [27] đặt ra yêu cầu về hiệu suất cũng như tổn hao trong MBA, thay váo đó có bảng liệt kê một số giá trị tiêu chuẩn tổn hao sắt từ (không tải) và tổn hao đồng (có tải) đối với MBA phân phối với công suất từ 50 kVA đến 2500 kVA. Những giá trị tổn thất là không bắt buộc. Đến nay Ủy ban châu Âu đã bắt đầu đặt ra yêu cầu cho người sử dụng trong các nước thành viên của Liên minh châu Âu về các giá trị tối thiểu của hiệu suất hoặc giá trị tối đa tổn thất của MBA.
Một số tiêu chuẩn quốc gia như Trung Quốc và Ấn Độ chỉ định giới hạn bắt buộc tối đa tổn hao, trong khi các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ, New Zealand và Úc quy định rõ giá trị tối thiểu hiệu suất MBA. Tiêu chuẩn về MBA tiết kiệm năng lượng tại Hoa kỳ Năm 2002 Hiệp hội sản xuất điện quốc gia (NEMA) công bố các tiêu chuẩn TP1- 2002 với tiêu đề “Hướng dẫn xác định hiệu năng tối thiếu MBA phân phối. Tiêu chuẩn này cung cấp các phương pháp đơn giản hóa để xác định giá trị chi phí các tổn thất không tải và có tải tính tại thời điểm mua MBA. Những giá trị này cung cấp cho các nhà sản xuất có cơ hội để điều chỉnh các thiết kế MBAđể đạt được khả năng tổng chi phí thấp nhất (TOC) của máy biến áp.
TOC là tổng của giá mua và các chi phí tính đến tổn hao khi vận hành máy. TP 1-2002 xác định hiệu suất tối thiểu đối với MBA phân phối đến 2500 kVA. Các yêu cầu của TP1 là không bắt buộc nhưng đã được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và cũng đã được sử dụng như một phương châm trong nước khác như Canada, Australia, New Zealand và Mexico. MBA đạt các yêu cầu hiệu suấttheo tiêu chuẩn này được dán nhãn “hiệu suấtNEMA cấp 1”.
Sau khi TP 1-2002 đã được ban hành, Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) đã chuẩn bị các yêu cầu hiệu suất mới và cao hơn, được công bố trong Liên Luan van 19 bang [2]. Những yêu cầu này đã trở thành bắt buộc từ ngày 01 tháng 1 năm 2010 và được tính với tải 50% định mức. Các yêu cầu về hiệu suất của NEMA TP1-2002 và của DOE được cho trong bảng 1. Các tiêu chuẩn Mỹ IEEE Std C57.00-2006 xác định theo hiệu suất của MBA.
Hiệu suất được xác định theo biểu thức: Pt η= (1.1) Pt +ΔP Trong đó: η - là hiệu suất tính theo phần trăm tại tải Pt ∆P là tổng tổn hao của MBA tại tải P t, gồm tổn hao không tải P0 và tổn hao có tải Pđ: Pd = Pnβ 2 (1.2) Trong đó: P n – là công suất ngắn mạch (tổn hao đồng định mức). β – là hệ số mang tải của MBA. Khi đã biết hiệu suất, tổng tổn hao trong MBA được trính bằng công thức: 100 ΔP = Pt -1 (1.1 liệt kê các yêu cầu hiệu suất theo NEMA TP 1-2002 và DOE 2010 tải 50% định mức cho các MBA lám mát bằng dầu. Cột bên phải của hiệu suất cho tổng số tổn hao tương ứng, đã được tính toán theo phương trình 1.
Tổng tổn hao theo tiêu chuẩn DOE là ở mức trung bình thấp hơn so với tổng số tổn hao theo tiêu chuẩn NEMA 16%.2 liệt kê các yêu cầu hiệu suất theo NEMA TP 1-2002 tại 50% tải định mức cho các MBA khô.3 liệt kê các yêu cầu hiệu suất bắt buộc theo DOE tại 50% tải định mức cho các MBA khô. Theo DOE các MBA được nhóm lại trong các cấp điện áp khác nhau. Ngoài ra đối với MBA điện áp thấp, các giá trị hiệu suất được tính tại 35% tải định mức, trong khi tất cả các loại khác được tính tại 50% tải định mức. Các quy định theo DOE có hiệu lực từ 01 tháng 1 năm 2010 cho MBA khô có yêu cầu về hiệu suất cao hơn so với đề xuất trước đây của NEMA.
Luan van 20 Theo [38] DEO đã bị chỉ trích vì đưa ra tiêu chuẩn hiệu suất MBA có hiệu suất chưa cao. DEO và NEMA bày quan điểm của họ đến Tòa án và thực tế là hiệu suất biến áp cao hơn chắc chắn sẽ liên quan đến việc sử dụng vật liệu vô định hình trong chế tạo lõi thép MBA.1: MBA dầu tiết kiệm năng lượng theo NEMA và DOE [38] Luan van 21 Bảng 1.2: MBA khô tiết kiệm năng lượng theo NEMA TP1-2002 [38] Luan van 22 Bảng 1.3: MBA khô tiết kiệm năng lượng theo DOE 2010-01-01 [38] 1. Tiêu chuẩn MBA tiết kiệm năng lượng tại Úc và New Zealand New Zealand sử dụng tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu (MEPS) của Úc. Tiêu chuẩn được sử dụng cho một số loại sản phẩm tiêu thụ điện được thực hiện bắt buộc của pháp luật tại Úc.
Kém theo đó là Quy định sử phạt MEPPS đối với các sản phẩm tiêu thụ điện không thực hiện theo yêu cầu theo tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu. Kể từ ngày 1 tháng 10/2004, MBA phân phối được sản xuất trong nước hoặc nhập khẩu vào nước Úc đã phải tuân thủ các tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng tối thiểu (MEPS) yêu cầu được đặt ra trong AS 2374. Phạm vi hiện tại của MEPS bao gồm MBA dầu và MBA khô công suất từ 10 kVA đến 2500 kVA sử dụng trên mạng lưới 11 kV và 22 kV. Luan van 23 Mục đích là để tăng hiệu quả năng lượng bằng cách loại bỏ MBA hiệu suất thấp và khuyến khích việc sử dụng các MBA hiệu quả cao.
Chỉ những sản phẩm đáp ứng được mức độ hiệu quả quy định mới được phép quảng cáo.