- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô
Xem mẫu
- BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT-XÔ
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ…. Ngày… tháng….năm
20…..của……….
Ninh Bình, tháng 01 năm 2021
1
- TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đuợc phép
dùng nguyên bản hoặc trích đúng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong công cuộc hiện
đại hoá đất nước hiện nay. Khi xây dựng bất kỳ một đô thị, một nhà máy hay cơ
sở sản xuất nào, trước tiên ta cần phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để phục
vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Mặt khác, nhu cầu về sử dụng điện và thiết bị điện
ngày càng tăng cho nên việc trang bị những kiến thức về hệ thống điện và mạng
điện là rất cần thiết.
Hệ thống cung cấp điện theo nghĩa rộng là một hệ thống bao gồm các khâu
sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Trong khuôn khổ của tài liệu, chúng
tôi chỉ trình bày theo nghĩa hẹp hơn, đó là hệ thống truyền tải và phân phối điện
năng ở một phạm vi nhất định.
Tài liệu gồm gồm 5 chương:
Chương 1: Những vấn đề chung về hệ thống cung cấp điện
Chương 2: Tính toán phụ tải điện
Chương 3: Tính toán tổn thấp trong mạng điện
Chương 4: Ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện
Chương 5: Chọn thiết bị điện và nâng cao hệ số công
Tài liệu được biên soạn theo chương trình khung của Bộ Giáo dục và Đào
tạo và Tổng cục dạy nghề để giảng dạy và tra cưú thông qua các số liệu tham
khảo ở nhiều tài liệu. Chúng tôi đã đưa vào nhiều ví dụ tính toán kinh điển, giúp
cho học sinh có cơ sở tập tính toán phụ tải và mạng điện trong những điều kiện
cụ thể để có thể tiếp xúc với các bài toán thực tế sau này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, tuy nhiên sai sót là khó tránh.Rất cần sự tham
gia góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp để tài liệu có chất lượng tốt hơn trong
những lần chỉnh lý sau.
Ninh Bình, ngày….. tháng 01 năm 2021
Tham gia biên soạn
1. Nguyễn Thị Dịu: Chủ biên
2. Đặng Thị Thu Thủy
2
- MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................ 8
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN ....................... 8
1. Khái quát về hệ thống cung cấp điện .............................................................. 8
1.1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng ........................... 8
1.2. Các nguồn điện ........................................................................................ 9
1.3. Sơ đồ sản xuất và truyền tải điện năng .................................................. 10
1.4. Các ký hiệu quy ước trên sơ đồ cung cấp điện ...................................... 11
2. Những chỉ tiêu để đánh giá phương án CCĐ tối ưu ..................................... 12
2.1. Điện áp ................................................................................................... 13
2.2. Tần số ..................................................................................................... 13
2.3. Tính liên tục cung cấp điện .................................................................... 13
2.4. Kinh tế .................................................................................................... 14
2.5. An toàn ................................................................................................... 14
3. Lưới điện ....................................................................................................... 14
3.1. Sơ lược về sự phát triển của mạng lưới điện ............................................. 14
3.2. Vai trò và yêu cầu đối với mạng điện .................................................... 15
4. Các loại dây dẫn và cáp điện ........................................................................ 25
4.1. Các loại dây dẫn:........................................................................................ 25
4.2. Kết cấu của đường dây cáp .................................................................... 26
4.3. Kết cấu mạng điện trong nhà ................................................................. 28
5. Cấu trúc của đường dây trên không .............................................................. 30
5.1. Khái niệm ............................................................................................... 30
5.2. Phân loại................................................................................................. 31
5.3. Cột điện .................................................................................................. 31
5.4. Xà ngang ................................................................................................ 33
5.5. Sứ cách điện ........................................................................................... 34
5.6. Móng cột ................................................................................................ 34
5.7. Dây néo .................................................................................................. 34
6. Trạm điện ...................................................................................................... 34
6.1. Trạm biến áp (TBA) .............................................................................. 34
6.2. Trạm biến áp phân phối (TBAPP) ......................................................... 38
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN ....................................................... 45
1. Đồ thị phụ tải điện ........................................................................................ 45
3
- 1.1. Khái niệm chung: ................................................................................... 45
1.2. Một số dạng đồ thị phụ tải ..................................................................... 46
2. Các đại lượng và hệ số tính toán ................................................................... 50
2.1. Công suất định mức Pđm......................................................................... 50
2.2. Phụ tải trung bình (Ptb) ........................................................................... 51
2.3. Phụ tải cực đại ........................................................................................ 52
2.4. Phụ tải tính toán (Ptt) .............................................................................. 52
2.5. Hệ số sử dụng (ksd)................................................................................. 53
2.6. Hệ số phụ tải (kpt)................................................................................... 55
2.7. Hệ số đóng điện (kđ) .............................................................................. 55
2.8. Hệ số cực đại (kmax)................................................................................ 56
2.9. Hệ số nhu cầu (knc)................................................................................. 57
2.10. Hệ số đồng thời (kđt) ............................................................................ 58
2.11. Số thiết bị điện hiệu quả (nhq) .............................................................. 58
3. Các phương pháp xác định phụ tải điện (Phụ tải tính toán) ......................... 63
3.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ............ 63
3.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích . 64
3.3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị
sản phẩm ....................................................................................................... 65
3.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại (kmax) và công suất trung
bình (Ptb)........................................................................................................ 66
3.5. Xác định phụ tải tính toán khi trong mạng có cả thiết bị 3 pha và 1 pha
....................................................................................................................... 69
4. Xác định dòng điện đỉnh nhọn ...................................................................... 73
4.1. Khái niệm: .............................................................................................. 73
4.2. Mục đích tính dòng điện đỉnh nhọn: ...................................................... 73
4.3. Cách tính: ............................................................................................... 73
5. Xác định trung tâm phụ tải điện ................................................................... 76
5.1. Mục đích ................................................................................................ 76
5.2. Cách xác định......................................................................................... 76
CHƯƠNG 3 .......................................................................................................... 78
TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN ............................................. 78
1. Thông số cơ bản của các phần tử trong mạch điện....................................... 78
1.1. Điện trở và điện kháng của dây dẫn ...................................................... 78
1.2. Điện trở và điện kháng của MBA .......................................................... 79
4
- 1.3. Thông số của các phần tử khác .............................................................. 80
2. Tổn thất điện áp trên đường dây ................................................................... 80
2.1. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải tập trung ở cuối đường
dây ................................................................................................................. 80
2.2. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có nhiều phụ tải tập trung ........ 82
2.3. Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều ...................... 87
2.4. Tổn thất điện áp trên đường dây có dây trung tính................................ 91
3. Tổn thất công suất trên đường dây ............................................................... 98
3.1. Tổn thất công suất trên đường dây có 1 phụ tải .................................... 98
3.2. Tổn thất công suất trên đường dây có nhiều phụ tải.............................. 99
4. Tổn thất điện áp và tổn thất công suất bên trong máy biến áp ................... 100
4.1. Tổn thất điện áp trong MBA ................................................................ 100
4.2. Tổn thất công suất trong MBA ............................................................ 102
5. Tổn thất điện năng trong mạch điện ........................................................... 104
5.1. Tính tổn thất điện năng trên đường dây ............................................... 104
5.2. Tổn thất điện năng trong trạm biến áp ................................................. 105
6. Tiết kiệm điện năng .................................................................................... 109
6.1. Tăng điện áp truyền tải trên đường dây ............................................... 109
6.2. Cắt giảm đỉnh ....................................................................................... 109
6.3. Bù công suất phản kháng. .................................................................... 110
6.4. Giảm trị số điện trở. ............................................................................. 110
CHƯƠNG 4 ....................................................................................................... 111
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ............................................................................. 111
1. Khái niệm chung về hiện tượng ngắn mạch ............................................... 111
1.1. Đặc điểm của sự cố ngắn mạch ........................................................... 111
1.2. Phân loại ngắn mạch ............................................................................ 111
1.3. Nguyên nhân gây ra ngắn mạch........................................................... 112
1.4. Hậu quả của sự cố ngắn mạch ............................................................. 112
1.5. Mục đích tính ngắn mạch .................................................................... 113
1.6. Các giả thiết chung khi tính ngắn mạch............................................... 113
2. Biểu thức tính dòng ngắn mạch .................................................................. 114
3. Tính toán dòng ngắn mạch 3 pha ................................................................ 116
3.1. Khái niệm ............................................................................................. 116
3.2. Mục đích tính ngắn mạch 3 pha hạ áp ................................................. 116
5
- 3.3. Các giả thiết dùng để tính ngắn mạch 3 pha hạ áp .............................. 116
3.4. Tổng trở của các thành phần trong hệ thống điện ............................... 117
3.5. Tính toán dòng ngắn mạch 3 pha (thành phần chu kỳ của dòng ngắn
mạch)........................................................................................................... 118
3.6. Dòng điện xung kích ............................................................................ 119
4. Tính toán dòng ngắn mạch 1 pha ................................................................ 124
4.1. Mục đích tính ngắn mạch 1 pha hạ áp ................................................. 124
4.2. Những chú ý khi tính ngắn mạch 1 pha hạ áp ..................................... 124
4.3. Biểu thức tính dòng ngắn mạch 1 pha hạ áp ........................................ 125
CHƯƠNG 5: CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN ................................... 127
1. Các điều kiện chung để chọn và kiểm tra các thiết bị điện ........................ 127
1.1. Khái niệm ............................................................................................. 128
1.2. Các điều kiện chọn ............................................................................... 128
1.3. Các điều kiện kiểm tra ......................................................................... 129
2. Lựa chọn máy biến áp ................................................................................. 129
2.1. Nguyên tắc lựa chọn MBA .................................................................. 129
2.2. Hiệu chỉnh công suất MBA ................................................................. 131
3. Chọn và kiểm tra cầu dao (dao cách ly) ..................................................... 133
3.1. Khái quát .............................................................................................. 133
3.2. Chọn và kiểm tra DCL ......................................................................... 134
4. Chọn và kiểm tra cầu chì ............................................................................ 134
4.1. Cầu chì cao áp ...................................................................................... 134
4.2. Cầu dao hạ áp ....................................................................................... 137
5. Chọn và kiểm tra aptomat ........................................................................... 145
5.1. Khái quát .............................................................................................. 145
5.2. Phương pháp chọn ............................................................................... 145
6. Chọn và kiểm tra dây dẫn cáp và thanh góp ............................................... 147
6.1. Chọn và kiểm tra thanh góp ................................................................. 147
6.2. Chọn và kiểm tra dây dẫn và cáp ......................................................... 149
7. Chọn và kiểm tra máy biến áp đo lường ..................................................... 160
7.1. Máy biến dòng điện ............................................................................. 160
7.2. Máy biến điện áp (máy biến áp đo lường, BU) ................................... 162
8. Nâng cao hệ số công suất cos𝝋 .................................................................. 163
8.1. Khái niệm chung .................................................................................. 163
6
- 8.2. Ảnh hưởng của công suất phản kháng đến việc tiết kiệm điện năng .. 163
8.3. Các phương pháp nâng cao hệ số công suất ........................................ 165
8.4. Phân phối dung lượng bù ..................................................................... 171
8.5. Bố trí vận hành tụ điện bù .................................................................... 173
9. Bảo vệ quá điện áp ...................................................................................... 176
9.1. Khái niệm về bảo vệ quá điện áp ......................................................... 176
9.2. Phân loại quá điện áp ........................................................................... 177
9.3. Các biện pháp hạn chế quá điện áp nội bộ .......................................... 180
9.4. Bảo vệ quá điện áp thiên nhiên ............................................................ 181
9.5. Các thiết bị bảo vệ quá điện áp thiên nhiên ......................................... 183
9.6. Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp ...................................................... 192
9.7. Tính toán điện trở nối đất .................................................................... 195
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 197
7
- CHƯƠNG 1
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN
Giới thiệu:
Trong những năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh
mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng
trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt ... phát triển
không ngừng. Đối với những người công tác trong ngành điện cần phải có sự
hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, các đối tượng cấp điện để có thể tham
gia tốt vận hành, thiết kế, lắp đặt các công trình điện.
Mục tiêu:
- Phân tích được đặc điểm, các yêu cầu đối với nguồn năng lượng, nhà máy
điện, mạng lưới điện, hộ tiêu thụ, hệ thống bảo vệ và trung tâm điều độ.
- Vận dụng đúng các yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung
cấp điện.
- Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực
hiện công việc.
Nội dung:
1. Khái quát về hệ thống cung cấp điện
1.1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng
Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển
thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng, quang năng v.v..., dễ
truyền tải, hiệu suất cao.
+ Điện năng khác với hầu hết các sản phẩm khác là không tích trữ được, trừ
một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ như pin, ác quy, vì vậy tại mọi
thời điểm cần phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện sản xuất và tiêu thụ, có kể
đến tổn thất do truyền tải. Đặc điểm này cần được quán triệt trong nhiệm vụ quy
hoạch, thiết kế hệ thống, trong vận hành và điều độ hệ thống cung cấp điện
(CCĐ).
+ Các quá trình điện xảy ra rất nhanh, chẳng hạn sóng điện từ lan truyền
trong vật dẫn với tốc độ ánh sáng: 300.000km/s; Sóng sét, quá trình ngắn mạch,
đóng cắt thiết bị điện, tác động của thiết bị bảo vệ v.v... đều xảy ra trong khoảng
phần mười giây. Vì vậy đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi các thiết bị tự động trong
vận hành, điều chỉnh và bảo vệ, nhằm làm cho hệ thống CCĐ làm việc tin cậy và
kinh tế.
+ Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc
dân như luyện kim, hoá chất, cơ khí, khai thác mỏ, công nghiệp nhẹ, dân dụng
v.v..., là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển
mạnh mẽ trong cấu trúc nền kinh tế. Từ đặc điểm này sẽ đưa ra được những
quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với các ngành kinh tế, đáp ứng
sự phát triển cân đối giữa các ngành kinh tế.
8
- 1.2. Các nguồn điện
Có nhiều phương pháp biến đổi các dạng năng lượng như nhiệt năng, thuỷ
năng, cơ năng, năng lượng hạt nhân v.v... thành điện năng, do đó có nhiều kiểu
nguồn điện tương ứng. Một số nét về nguyên lý làm việc và những ưu, nhược
điểm của các loại nguồn điện chủ yếu.
Đây là một kiểu nguồn điện kinh điển nhưng hiện nay vẫn đang chiếm một
tỷ lệ quan trọng trong tổng công suất chung.
Ở nhà máy nhiệt điện, than đá được đốt cháy trong buồng đốt để đun sôi
nước trong bao hơi. Hơi nước từ bao hơi có nhiệt độ và áp suất cao (t 05000C,
40at) được dẫn đến làm quay các cánh tuốc bin với tốc độ rất lớn (n3000
vòng/phút). Trục của tuốc bin nối với trục của máy phát điện phát ra điện để đưa
đi sử dụng.
Như vậy ở nhà máy nhiệt điện, năng lượng được biến đổi theo nguyên lý:
Nhiệt năng (của than) Cơ năng Điện năng
Các nhà máy nhiệt điện lớn thường được xây dựng gần các khu mỏ có trữ
lượng lớn về than và truyền tải điện năng tới các trung tâm phụ tải qua lưới cao
áp. Chi phí đầu tư xây dựng nhà máy ở mức trung bình.
Nhược điểm: Tiêu thụ khối lượng nhiên liệu lớn, hiệu suất thấp, tính linh
hoạt trong vận hành kém và khói thải làm ô nhiễm môi trường, vì vậy cần thi
hành các biện pháp lọc khói, bụi giảm thiểu mức độ ô nhiễm.
1.2.1. Nhà máy thuỷ điện
Đây là loại nhà máy sử dụng năng lượng dòng nước làm quay trục tuốc bin
thuỷ lực, quay máy phát điện.
Quá trình biến đổi năng lượng là:
Thuỷ năng Cơ năng Điện năng
Công suất của nhà máy thuỷ điện:
P = k.H.Q.
Trong đó:
k - Hệ số
H (m) - Chiều cao hiệu dụng của cột nước, tức là mức nước chênh lệch
giữa thượng lưu và hạ lưu.
Q (m /s) - Lưu lượng nước.
3
- Hiệu suất.
Từ biểu thức ta thấy có thể xây dựng đập chắn ở những đoạn tương đối bằng
phẳng của dòng sông để tạo lưu lượng Q lớn hoặc xây dựng ở những đoạn có độ
chênh lớn giữa hai mức nước để có H lớn.
Nhà máy thuỷ điện đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng ban đầu lớn hơn lớn hơn so
với nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên giá thành điện năng rẻ hơn, dễ thực hiện tự
động hoá, hiệu suất cao.
1.2.2. Nhà máy điện nguyên tử
Sự biến đổi năng lượng ở nhà máy điện nguyên tử cũng tương tự ở nhà máy
nhiệt điện
Nhiệt năng (Phân huỷ hạt nhân) Cơ năng Điện năng
9
- Năng lượng thu được trong quá trình phân huỷ hạt nhân nguyên tử các chất
Urani, Plutoni, Thory v.v... trong lò phản ứng dùng để đun nóng nước, nước bốc
hơi và dẫn vào làm quay tuốc bin, quay máy phát điện.
Nhiên liệu hạt nhân có khả năng tạo ra nhiệt năng rất cao nên nhà máy điện
nguyên tử có ý nghĩa rất lớn đối với những vùng khan hiếm nhiên liệu than.
Nhà máy điện nguyên tử cần vốn đầu tư xây dựng lớn nhưng có thể xây
dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy CCĐ cao.
1.3. Sơ đồ sản xuất và truyền tải điện năng
1.3.1. Khái niệm:
- Hệ thống CCĐ điện là tập hợp các nhà máy điện, mạng điện và các phụ tải.
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng được cấu thành từ nhiều
phần tử.
- Mạng điện là tập hợp các đường dây trên không, đường cáp điện, các TBA
và các trạm phân phối để truyền tải, phân phối điện năng sản xuất từ các nguồn
phát đến các hộ tiêu thụ điện.
Thông số của các phần tử gọi là các thông số của hệ thống, như: tổng trở,
tổng dẫn, hệ số biến áp v.v... Tập hợp các quá trình tồn tại trong hệ thống xác
định chế độ làm việc của hệ thống và được đặc trưng bởi các thông số như dòng
điện, điện áp, công suất, hệ số cos.
1.3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện như sau:
10kV
10kV 220kV 110kV
V
NMĐ2
NMĐ1
110kV
10kV
10kV
0,4kV
Hình 1.1. Hệ thống điện.
10
- Điện năng từ nhà máy điện 1 (NMĐ1) được tăng điện áp lên 110500kV để
truyền tải đi xa nhờ trạm biến áp (TBA) tăng áp 10/110500kV đồng thời hoà
với nhà máy điện 2 (NMĐ2). Ngoài ra còn có đường dây 110kV CCĐ cho các xí
nghiệp, các khu vực và qua các TBA hạ áp 110/10kV, đường dây trên không
hoặc đường cáp dẫn đến các TBA hạ áp 10/0,4kV cung cấp cho các phân xưởng,
các hộ dùng điện và các phụ tải điện.
1.4. Các ký hiệu quy ước trên sơ đồ cung cấp điện
11
- 2. Những chỉ tiêu để đánh giá phương án CCĐ tối ưu
Để đánh giá chất lượng điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ, người ta căn cứ
vào 3 chỉ tiêu cơ bản là điện áp, tần số và tính liên tục CCĐ.
12
- 2.1. Điện áp
Chỉ tiêu này được đánh giá bằng độ lệch điện áp đlU. Đó là giá trị điện áp
thực tế đo được tại hộ tiêu thụ so với điện áp định mức của mạng điện:
đlU=Uth.tế-Uđm
Độ lệch điện áp cho phép quy định như sau:
- Đối với mạng động lực: [đlU%] = 5%Uđm
- Đối với mạng chiếu sáng: [đlU%] = 2,5%Uđm
Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì
có thể cho phép [đlU%] = (-10 -20)%Uđm.
Ví dụ: Uđm=380 V; Uth.tế=361V;
19
Ta có đlU=361-380 = -19 (V); dlU%= .100 = -5%
380
2.2. Tần số
Độ lệch tần số cho phép được quy định là 0,5Hz. Muốn tần số của hệ thống
ổn định thì công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của nguồn điện. Để ổn định
tần số thì ở các xí nghiệp lớn, người ta đặt thiết bị tự động đóng thêm máy phát
dự phòng khi phụ tải tăng lên hoặc tự động cắt bớt phụ tải theo tần số.
2.3. Tính liên tục cung cấp điện
Chỉ tiêu này thể hiện bằng cách chia các hộ tiêu thụ ra làm 3 loại:
a. Hộ loại 1:
Gồm các thiết bị mà nếu ngừng CCĐ sẽ nguy hiểm đến tính mạng con
người, làm hư hỏng năng thiết bị, gây rối loạn quá trình sản xuất, thiệt hại
nghiêm trọng cho nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng lớn đến an ninh, chính trị.
Chẳng hạn: phòng mổ ở bệnh viện, lò cao, sân bay, bến cảng, nhà Quốc hội v.v...
Hộ loại 1 yêu cầu tính liên tục CCĐ cao, không được phép ngừng CCĐ.
Vì vậy yêu cầu đối với hộ loại 1 là phải có nguồn dự phòng từ nhiều nguồn điện
khác (Thường được cung cấp từ ít nhất là 2 nguồn điện độc lập). Đồng thời khi
thực hiện đóng nguồn dự phòng phải được thực hiện bằng tự động hóa. Ngoài ra
còn có các tổ máy phát dự phòng nóng.
b. Hộ loại 2:
Gồm các thiết bị mà nếu ngừng CCĐ cũng gây thiệt hại về kinh tế, ảnh
hưởng đến quá trình sản suất như hỏng hàng loạt sản phẩm, ngừng trệ sản xuất,
hư hỏng thiết bị v.v... nhưng nói chung chưa nghiêm trọng bằng hộ loại 1. Với
các hộ này có thể cho phép ngừng CCĐ trong thời gian ngắn để thay thế, sửa
chữa thiết bị. Hộ loại này cũng thường được đặt các nguồn dự phòng.
c. Hộ loại 3:
Gồm các thiết bị còn lại, không thuộc 2 loại trên. Yêu cầu liên tục CCĐ của
hộ loại 3 thấp hơn cả, chúng thường được cung cấp bằng 1 nguồn điện vì việc
mất điện không ảnh hưởng lắm đến tính mạng của con người, không gây ra các
hậu quả nặng nề về kinh tế và chính trị.
Lưu ý: Việc phân chia ra các loại hộ tiêu thụ chỉ có tính chất tương đối vì
cùng một thiết bị điện nhưng ở xí nghiệp này nó có vai trò rất quan trọng, được
13
- xếp vào hộ loại 1; nhưng ở xí nghiệp khác, vai trò của nó ít quan trọng hơn, nó
xếp vào hộ loại 2.
2.4. Kinh tế
Tính kinh tế của một phương án cung cấp điện thể hiện qua hai chỉ tiêu:
- Vốn đầu tư: bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận chuyển, tiền thí
nghiệm thử nghiệm, tiền mua đất đai, tiền đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế,
tiền lắp đặt, nghiệm thu…
- Chi phí vận hành: bao gồm tiền trả lương cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật,
công nhân vận hành, tiền bảo dưỡng định kỳ, tiền sửa chữa, trung đại tu, tiền thử
nghiệm, tiền tổn thất điện năng
Thường hai chỉ tiêu này luôn mâu thuẫn nhau. Phương án cấp điện tối ưu là
phương án tổng hoà hai đại lượng trên, đó là phương án có chi phí tính toán hàng
năm là nhỏ nhất:
Z = (avh + atc).K + c.A min
Trong đó:
avh - Hệ số vận hành. Với đường dây trên không (ĐDK) lấy a vh = 0,04; với
đường cáp và trạm biến áp (TBA) lấy avh = 0,1.
atc - Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn
atc = 1 , với lưới cung cấp điện (CCĐ) Ttc = 5 năm nên atc = 0,2
Ttc
K - Vốn đầu tư.
A (kWh) - Tổn thất điện năng 1 năm.
c (đ/kWh) - Giá tiền điện năng.
2.5. An toàn
An toàn cho người vận hành, cho thiết bị, cho người dân và các công trình
dân dụng là vấn đề quan trọng khi thiết kế, lắp đặt, vận hành công trình điện.
Người thiết kế và vận hành công trình điện phải nghiêm chỉnh, tôn trọng và
tuân thủ triệt để các quy định an toàn.
3. Lưới điện
3.1. Sơ lược về sự phát triển của mạng lưới điện
Đầu thế kỷ XX, nước ta đã có một số nhà máy điện như Yên Phụ (Hà Nội),
Thượng Lý (Hải Phòng), Thủ Đức (Sài Gòn cũ) với cấp điện áp truyền tải lớn
nhất là 35kV. Từ năm 1965, miền Bắc nước ta đã xây dựng đường dây 110kV và
sau năm 1975, ta đã mở rộng hàng loạt các nhà máy điện như Thác Bà, Uông Bí,
Phả Lại, Ninh Bình, Phú Mỹ, Hoà Bình, Trị An v.v... Từ năm 1978, nước ta xây
dựng đường dây tải điện 220kV từ Uông Bí về Hà Nội và các tỉnh miền Trung.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, năm 1992-1993, ta đã xây dựng
đường dây siêu cao áp 500 kV dài 1487 km và đã đưa vào vận hành năm 1994.
Cùng với việc tăng công suất, chiều dài đường dây cao áp thì mạng điện hạ
áp cũng phát triển rộng khắp. Hiện này hầu như 100% các địa phương đã có điện
lưới quốc gia với trên 70% số xã có điện (trừ một số nơi như hải đảo, vùng sâu).
14
- Chúng ta đang phân đấu để đạt sản lượng điện bình quân đầu người trên 400
kWh (hiện nay điện năng tiêu thụ tính theo đầu người đạt trên 300 kWh).
3.2. Vai trò và yêu cầu đối với mạng điện
3.2.1. Nhiệm vụ và vai trò của mạng điện
Nhiệm vụ: Mạng điện cú nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến tận
các hộ tiêu thụ điện và các thiết bị sử dụng điện.
Điện năng sau khi được sản xuất tại các nhà máy điện sẽ được truyền tải,
phân phối đến các hộ tiêu thụ nhờ mạng lưới điện. Mạng điện bao gồm các trạm
biến áp, trạm phân phối và đường dây truyền tải điện.
Năng lượng điện được nhà máy điện phát ra thường ở điện áp 6 hay 10,5 kV
được nõng cao nhờ các TBA tăng áp. Các máy tăng áp cú thể cú 2 hoặc 3 cuộn
dây để tăng điện áp lờn 35, 66, 110, 220 kV hoặc cao hơn nữa. Đường dây cao áp
sẽ truyền tải điện năng đi xa, đến các TBA trung gian điện áp cao được hạ xưống
15, 10 hay 6 kV và được đưa đến các trạm phân phối trung tõm, cung cấp cho
các TBA hạ áp nơi tiêu thụ. Điện áp hạ áp ở nơi tiêu thụ thường là 0,4/0,23 kV.
Vai trò: Tình trạng hoạt động của mạng điện sẽ quyết định đến hiệu quả sử
dụng điện năng.
3.2.2. Những yêu cầu chung của mạng điện
Để đảm bảo chất lượng điện năng thỡ yêu cầu đặt ra đối với một mạng điện
là:
a, Các chỉ tiêu về kỹ thuật:
- Đảm bảo độ bền cơ học của đường dây để mạng điện làm việc an toàn và
vững chắc.
- CCĐ thường xuyên và liờn tục, nhất là các hộ loại 1 và 2.
- Dễ phát hiện, cụ lập nhanh chúng và xử lý sự cố nhờ các thiết bị bảo vệ cú
tớnh chọn lọc cao.
- Đảm bảo chất lượng điện năng, độ lệch điện áp tại hộ tiêu thụ luụn nằm
trong giới hạn cho phép.
- Đảm bảo được điều kiện phát triển và mở rộng phụ tải trong tương lai.
b, Các chỉ tiêu về kinh tế:
- Vốn đầu tư ban đầu phải hợp lý: Vốn này bao gồm tiền xây dựng và tiền
mua sắm thiết bị.
- Tiết kiệm được kim loại màu.
- Chi phí vận hành hàng năm hợp lý. Chi phí này bao gồm: tiền khấu hao
thiết bị, tiền sửa chữa nhỏ và tiền chi cho tổn thất điện năng trờn các phần tử của
mạng điện.
Để thoả món các yêu cầu trờn, khi tính toán, thiết kế và thi cụng mạng điện
cần lưu ý tính toán mạng điện theo các chỉ tiêu kinh tế, chọn vật liệu, dây dẫn
phự hợp, sơ đồ đi dây hợp lý, tính toán tổn thất trong giới hạn cho phép và đảm
bảo độ bền cho phần cơ khớ đường dây.
3.3.3. Phân loại mạng điện
a,Căn cứ vào cấp điện áp, dòng điện, người ta phân mạng điện thành các
loại như sau:
15
- - Theo loại dòng điện của mạng điện 1 chiều và mạng xoay chiều 1 và 3
pha.
- Theo điện áp của mạng cao áp (U>1kV) và mạng hạ áp (U
- Mạng này hiện nay chỉ cũn được sử dụng trong một số nhà máy, xí nghiệp
có các thiết bị 3 pha sử dụng điện áp 220/127V hoặc ở trong các phòng thí
nghiệm, phòng thực tập của học sinh để đảm bảo an toàn.
3.3.5. Sơ đồ nối dây của mạng điện
Sơ đồ nguyên lý của mạng CCĐ được thể hiện bằng sơ đồ 1 sợi (do 3 pha
giống hệt nhau). Để vẽ sơ đồ nối dây của mạng điện ta có các ký hiệu quy ước cơ
bản như sau:
a. Sơ đồ nối dây của mạng điện áp cao
Nguyên tắc chọn sơ đồ nối dây cho một mạng điện: ta phải căn cứ vào các
yêu cầu cơ bản của mạng điện, tính chất của hộ tiêu thụ, trình độ vận hành của
công nhân và vốn đầu tư.
Các loại sơ đồ nối dây: có 2 dạng cơ bản là sơ đồ hình tia và sơ đồ phân
nhánh
~ 1 4
1 ~
3
2
3 b)
2
Hình 2.1. Sơ đồ CCĐ cao áp.
a) Sơ đồ hình tia. b) Sơ đồ phân nhánh
3 1. Thanh cái trạm phân phối.
2. Đường dây cao áp.
3. TBA.
a) 4. Đường dây trục chính
Sơ đồ hình tia:
- ưu điểm là việc nối dây đơn giản, rõ ràng, độ tin cậy cao, dễ thực hiện các
biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành và bảo quản.
-Nhược điểm của nó là vốn đầu tư lớn. Do vậy sơ đồ loại này thường dùng
CCĐ cho các hộ loại 1 và 2.
Sơ đồ phân nhánh: có ưu điểm và nhược điểm ngược lại so với sơ đồ hình
tia. Nó thường được dùng khi CCĐ cho các hộ loại 2 và 3.
Trong thực tế người ta thường kết hợp hai loại sơ đồ này để có sơ đồ hỗn
hợp. Để nâng cao độ tin cậy CCĐ và tính linh hoạt của sơ đồ, người ta thường đặt
các mạch dự phòng chung hoặc riêng hay đặt những mạch làm việc song song.
b. Sơ đồ nối dây của mạng điện áp thấp
17
- Mạng điện áp thấp ở đây được hiểu là mạng động lực và mạng chiếu sáng
với cấp điện áp thường là 380/220V.
+ Sơ đồ mạng động lực:
Mạng động lực cũng có hai dạng là mạng hình tia và mạng phân nhánh với
các ưu điểm và nhược điểm đã nêu trên.
1
1
2
3 Đ Đ Đ Đ Đ
3
3 b)
a)
1
d)
c)
Hình 2.2. Sơ đồ mạng điện áp thấp
Hình 2.2a là sơ đồ hình tia dùng để cung cấp cho các phụ tải phân tán. Ta
thấy, từ thanh cái của TBA (1) có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động
lực (2) và từ tủ phân phối động lực lại có các đường dây dẫn đến phụ tải. Sơ đồ
này có độ tin cậy tương đối cao, thích hợp với các phụ tải phân tán. Nó thường
được dùng trong các xưởng có các thiết bị điện phân bố đều trên diện tích sản
xuất nhưng mật độ công suất không lớn lắm như xưởng cơ khí, lắp ráp, dệt v.v...
Hình 2.2b là sơ đồ hình tia để CCĐ cho các phụ tải tập trung, công suất
tương đối lớn như các trạm bơm, lò nung, xưởng khí nén v.v... Ta thấy các đường
dây đi ra từ thanh cái của TBA cung cấp thẳng cho các phụ tải.
18
- Hình 2.2c là sơ đồ phân nhánh thường dùng để CCĐ cho các phụ tải không
quan trọng.
Hình 2.2d là sơ đồ "MBA - Đường dây phân nhánh" dùng để CCĐ cho các
phụ tải phân bố rải rác theo chiều dài. Nó thích hợp với mạng điện ở nông thôn.
+ Sơ đồ mạng chiếu sáng:
Mạng chiếu sáng trong các cơ sở sản xuất có thể chia làm 2 loại:
- Mạng chiếu sáng làm việc: là mạng cung cấp ánh sáng để có thể làm việc
bình thường. Nó bao gồm chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ và mạng này
thường dùng chung với mạng động lực.
Hệ thống chiếu sáng làm việc được chia thành:
+ Hệ thống chiếu sáng chung: là hệ thống chiếu sáng đảm bảo cho toàn bộ
phân xưởng sản xuất có độ rọi như nhau ở mọi điểm. Ánh sáng chung được dùng
để phục vụ việc đi lại, vận chuyển. Hệ thống này thường dùng cho các phân
xưởng có các máy công tác được phân bố đều. Điện áp cung cấp cho mạng chiếu
sáng chung thường là 220V nên mạng này được dùng chung với mạng động lực
có điện áp 380/220V mà không cần dùng MBA riêng.
+ Hệ thống chiếu sáng cục bộ: là hệ thống chiếu sáng riêng cho những nơi
cần độ rọi cao như chiếu sáng chi tiết gia công, chiếu sáng nơi lắp ráp, nơi kiểm
tra chất lượng sản phẩm.
- Mạng chiếu sáng sự cố: là mạng phục vụ ánh sáng khi xảy ra sự cố, lúc
mạng chiếu sáng làm việc không hoạt động. Hệ thống này phải đảm bảo đủ ánh
sáng để công nhân thoát khỏi nơi nguy hiểm hoặc tiến hành xử lý sự cố. Nguồn
cung cấp cho chiếu sáng sự cố phải lấy từ nguồn dự phòng do một TBA khác
cung cấp. Trường hợp cần thiết phải đặt các tổ ác quy dự phòng hay các MFĐ dự
phòng.
3.3.6. Các loại mạng lưới điện hiện nay
a. Lưới điện đô thị:
Khái niệm: Đó là lưới điện ở các thành phố, thị trấn. Điện áp sử dụng trong
lưới này thường là 22 kV và 10 kV, được cung cấp từ các TBA trung gian.
Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu
trúc mạch vòng kín, vận hành hở. Để đảm bảo an toàn và mỹ quan, lưới đô thị
nên dùng cáp ngầm và TBA nên dùng kiểu trạm xây (trạm kín).
Cấu trúc: Hình 2.3 giới thiệu một phương án CCĐ cho một thành phố nhỏ
từ 2 TBA trung gian T1 và T2 (110/22 kV), mỗi trạm có nhiệm vụ CCĐ cho một
nửa thành phố bằng 4 mạch vòng cáp ngầm trung áp 22 kV.
T1 T2
Hình 2.3. Một phương án cấp điện cho đô thị
19
- Sơ đồ nguyên lý mạch vòng trung áp như trên hình 2.4. Mạch này lấy điện
từ hai phân đoạn thanh góp 22 kV của TBA trung gian và cấp điện cho các TBA
phân phối đấu vào mạch vòng. Bình thường, điểm giữa của mạch vòng (điểm K)
hở, mỗi nửa mạch vòng làm việc độc lập cấp điện cho các TBA phân phối. Giả
sử có sự cố ở đoạn cáp giữa 2 TBA B3 và B4, thiết bị đóng cắt hai đầu đoạn cáp
mở ra loại phần cáp bị sự cố ra khỏi lưới điện để sửa chữa, thiết bị đóng cắt tại K
đóng lại chuyển nhiệm vụ cấp điện từ nửa mạch vòng I sang nửa mạch vòng II,
đảm bảo các TBA phân phối không bị mất điện.
22 kV
110 kV
I
K
II
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý mạch vòng trung áp
Lưới cung cấp điện cho thị trấn do yêu cầu không cao lắm về độ tin cậy và
mỹ quan nên chỉ cần dùng đường dây trung áp cấp điện cho các TBA phân phối
và đường dây hạ áp đều dùng đường dây trên không.
Đối với lưới điện đô thị, cần hạn chế cáp ngầm và đường dây trên không
vượt qua đường giao thông, vì vậy mỗi TBA phân phối chỉ nên cấp điện cho các
hộ tiêu thụ nằm ở cùng một phía của đường. Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể đặt
trạm ở góc phố hay ở giữa dãy phố.
2 2 1 2
1
3 3 3
3 2
Hình 2.5. Phương án cấp điện cho đô thị
a. TBA đặt ở góc phố b. TBA đặt ở giữa phố
1. Trạm biến áp 2. Đường trục hạ áp 3. Hộ dùng điện
20
nguon tai.lieu . vn
