Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Cung cấp điện với mục tiêu giúp các bạn có thể tính chọn được dây dẫn, phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật; tính chọn được nối đất và chống sét cho đường dây tải điện và các công trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.

Chương Chống sét nối đất Mục tiêu - Phân tích tác hại sét biện pháp đề phịng - Tính tốn nối đất thiết bị chống sét cho trạm biến áp, cho cơng trình, nhà cho đường dây tải điện, phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng, theo tiêu chuẩn điện (TCVN) - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập 4.1 Chống sét 4.1.1 Sự hình thành sét tác hại sét + Sự hình thành sét Sét phóng điện khí đám mây đất, hay đám mây mang điện tích trái dấu Trước có phóng điện sét có phân chia tích lũy mạnh điện tích đám mây giơng tác dụng luồng khơng khí nóng bốc lên nước ngưng tụ đám mây Các đám mây mang điện tích kết việc phân tích điện tích trái dấu tập trung chúng lại phần khác đám mây Phần đám mây giông thường tích điện tích âm Các đám mây với đất hình thành tụ điện mây đất Ở phía đám mây thường tích điện tích dương Cường độ điện trường tụ điện mây đất tăng dần lên chỗ cường độ đạt tới trị số tới hạn 25-30 kV/cm khơng khí bị ion hóa bắt đầu trở nên dẫn điện Sự phóng điện chia thành ba giai đoạn Phóng điện đám mây đất bất đầu xuất dòng sáng phát triển xuống đất, chuyển động đợt với tốc độ 100 -1000 km/s Dịng mang phần lớn điện tích đám mây, tạo nên đầu cực điện cao hàng triện vôn Giai đoạn gọi giai đoạn phóng tia tiên đạo bậc Khi dịng tiên đạo vừa phát triển đến đất vật dẫn điện với đất giai đoạn thứ hai bắt đầu, giai đoạn phóng điện chủ yếu sét Trong giai đoạn này, điện tích dương đất di chuyển có hướng từ đất theo dịng tiên đạo với tốc độ lớn (6.104105km/s) chạy lên trung hồ với điện tích âm dịng tiên đạo Sự phóng điện đặc trưng dịng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi dòng điện sét lóe mãnh liệt dịng phóng điện Khơng khí dịng phóng điện nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10.0000C giãn nở nhanh tạo thành sóng âm 106 Ở giai đoạn phóng điện thứ bacủa sét kết thúc di chuyển điện tích mây mà từ bắt đầu phóng điện, lóe sáng bắt đầu biến Thường phóng điện sét gồm loạt phóng điện dịch chuyển điện tích từ phần khác đám mây Tiên đạo phần phóng điện sau theo dịng bị ion hố ban đầu, chúng phát triển liên tục gọi tiên đạo dạng mũi tên + Tác hại sét Đối với người súc vật, sét nguy hiểm trước hết nguồn điện áp cao có dịng lớn Như biết, cần dòng nhỏ khoảng vài chục milli ampere làm chết người Vì thế, dễ hiểu bị sét đánh trực tiếp người thường bị chết Nhiều sét khơng phóng điện trực tiếp gây nguy hiểm Lý dòng điện sét qua vật nối đất, gây nên chênh lệch lớn vùng gần nhau, hay nói cách khác có gradient Nếu người gia súc đứng trú mưa cao ngồi đồng có dơng, bị sét đánh, điện áp bước gây nguy hiểm Dòng sét gây nhiệt độ lớn, phóng vào vật dễ cháy mái nhà tranh, gỗ khơ, gây đám cháy lớn, điểm cần đặc biệt ý việc bảo vệ kho nhiên liệu đồ vật dễ cháy nổ Sét phá hủy mặt học Đã có nhiều trường hợp tháp cao, cối bị nổ tung dịng sét qua nung nóng phần lõi, nước bốc nhanh phá vỡ thân Rất đáng ý tới điện áp cảm ứng vật dẫn dây dài tạo thành mạch vịng hở cảm ứng điện từ có phóng điện sét gần Điện áp cảm ứng lên tới chục KV nguy hiểm Tóm lại, sét gây nguy hiểm trực tiếp gián tiếp, cần phải có biện pháp bảo vệ thích hợp 4.1.2 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp + Khái quát bảo vệ chống sét Những nguyên tắc bảo vệ thiết bị điện nhờ cột thu lôi không thay đổi từ năm 1750 Franklin kiến nghị thực cột cao có đỉnh nhọn kim loại nối đến hệ thống nối đất Trong trình thực hiện, người ta nghiên cứu đưa đến kiến thức xác hướng đánh trực tiếp sét, vùng bảo vệ cột thu sét thực hệ thống nối đất 107 Khi có đám mây tích điện tích âm qua đỉnh cột thu lơi, nhờ cảm ứng tĩnh điện đỉnh cột thu lơi nạp điện tích dương Vì đỉnh thu lôi nhọn nên cường độ điện trường đám mây lớn Điều tạo nên dễ dàng kênh phóng điện từ đầu cột thu lơi đến đám mây tích điện tích âm, có dịng điện phóng từ đám mây xuống đất Sét đánh theo qui luật xác suất, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố Do vậy, việc xác định xác khu vực hướng đánh sét khó khơng thể đảm bảo xác suất 100% hướng sét đến thu lôi chống sét Những nghiên cứu tỉ mỉ chống sét cho thấy điều quan trọng chiều cao cột thu lôi chống sét hệ thống nối đất đảm bảo + Những quy định chung bảo vệ chống sét Phương thức chống sét: Các cơng trình xây dựng cần phải sử dụng phương thức chống sét sau: + Đối với cơng trình cấp I II thiết phải sử dụng phương thức bảo vệ toàn + Đối với cơng trình cấp III, cơng trình có vài phịng có nguy nổ cháy, cơng trình thường xun tập trung đơng người cần phải sử dụng phương thức bảo vệ toàn Nếu cơng trình khơng có phịng có nguy cháy nổ, tập trung đơng người sử dụng phương thức bảo vệ trọng điểm Bộ phận thu sét: Bộ phận thu sét sử dụng hình thức kim, dây, đai lưới thu sét Phải vào đặc điểm cụ thể mổi cơng trình để thiết kế cho phù hợp với yêu cầu mặt bảo vệ, yêu cấu kinh tế, kĩ thuật: + Chống sét đánh thẳng cho cơng trình Cấp I thiết phải bố trí kim, dây thu sét đặt độc lập phận thu sét khác đặt trực tiếp phải cách li với công trình qua loại vật liêu khơng dẫn điện.Các phận thu sét nói phải đảm bảo phạm vi cần bảo vệ + Đối với cơng trình Cấp II, bố trí chống sét độc lập, cách ly đặt trực tiếp lên cơng trình Cần phải tính tốn so sánh kinh tế kỉ thuật để chọn phương án hợp lí nhất: - Nếu bố trí thiết bị chống sét độc lập cách li với cơng trình qua vật liêu khơng dẫn điện, cần phải thực theo qui định cho Cấp I trình bày 108 - Nếu bố trí thiết bị chống sét trực tiếp cơng trình cần phải thoả mãn u cầu sau: • Đối với kim hay dây thu sét từ kim dây thu sét phải có hai dây xuống • Đối với lưới thu sét làm thép trịn, kích thước lưới khơng lớn 5*5m Các mắt lưới hàn dính với + Đối với cơng trình Cấp III cần phải đặt thiết bị chống sét cơng trình, phép đặt thiết bị chống sét độc lập với cơng trình trường hợp đặt biệt thuận lợi kĩ thuật kinh tế Bộ phận thu sét sử dụng hình thức kim, dây, đai lưới thu sét tùy trường hợp cụ thể Điện trở nối đất: Theo tiêu chuẩn Úc mức điện trở tối đa cho phép 10Ω hệ thống nối đất chống sét Có nhiều phương pháp khác để thực điên trở hệ thống nối đất đạt yêu cầu thấp Hệ thống nối đất tạo thành mạng lưới thông thường bao gồm điện cực đất, dãy băng chi tiết ghép nối với số xử lý nhân tạo Bảo vệ chống sét đường dây tải điện Trong vận hành, cố cắt điện sét đánh vào đường dây tải điện khơng chiếm tỉ lệ lớn tồn cố hệ thống điện Do đó, bảo vệ chống sét cho đường dây có tầm quan trọng việc đảm bảo vận hành an toàn liên tục cung cấp điện Để bảo vệ chống sét cho đường dây, ta treo dây chống sét toàn tuyến đường dây, biện pháp tốt nhất, song tốn Do vậy, dùng cho đường dây điện áp 110  220kV cột sắt cột bê tông cốt thép Đối với đường dây điện áp đến 35kV cột sắt cột bê tông cốt thép bảo vệ tồn tuyến Tuy nhiên, cột đường dây cột đường dây 110  220kV phải nối đất Để tăng cường khả chống sét cho đường dây, đặt chống sét ống tăng thêm bát sứ nơi cách điện yếu, cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác hay đoạn tới trạm Dây chống sét, tùy theo cách bố trí dây dẫn cột treo hay hai dây chống sét Các dây chống sét treo bên đường dây tải điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây chống sét 109 0,2h Phạm vi bảo vệ hai dây chống sét (hình 3-10) h 2bx hx 1,2h 0,6h 2bx b) R 0,2h ho = h - a/4 0,6h a 1,2h c) Hình 4.1: Góc bảo vệ phạm vi bảo vệ dây chống sét Dải bảo vệ bx cột treo dây chống sét tính theo công thức (360) (3-61) Với h  30m:   - Ở độ cao h x  h  b x  0,6h1  - Ở độ cao h x  h  b x  1,2h1  hx   h  (3-60) hx   0,8h  (3-61) Phía hai dây, phạm vi bảo vệ giới hạn cung tròn a qua dây chống sét điểm có độ cao h  Theo tài liệu Nga dây chống sét đặt độ cao h  30m, dải bảo vệ tính theo cơng thức (3-62): bx = 0,8h a  hx  1   h   (3-62) 110 Đối với cột điện thông thường, dây dẫn bảo vệ chắn góc bảo vệ  khơng q 250 Giảm góc bảo vệ làm giảm xác suất sét đánh vào dây dẫn phải tăng giá thành phải tăng cường chiều cao cột Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm Các đường dây khơng dù có bảo vệ chống sét hay khơng thiết bị điện có nối với chúng phải chịu tác dụng sóng sét truyền từ đường dây đến Biên độ điện áp khí lớn điện áp cách điện thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị, mạch điện bị cắt Do vậy, để bảo vệ thiết bị trạm biến áp tránh sóng điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng thiết bị chống sét Các thiết bị chống sét hạ thấp biên độ sóng q điện áp đến trị số an tồn cho cách điện cần bảo vệ Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp chống sét van (CSV) kết hợp chống sét ống (CSO) khe hở phóng điện Khe hở phóng điện thiết bị chống sét đơn giản nhất, gồm có hai điện cực, điện cực nối với mạch điện, cịn điện cự nối với đất (hình 3-11) Khi làm việc bình thường, khe hở cách ly phần tử mang điện (dây dẫn) với đất Khi có sóng điện áp chạy đường dây, khe hở phóng điện phóng điện truyền xuống đất Ưu điểm loại thiết bị đơn giản, rẻ tiền Nhưng khơng có phận dập hồ quang nên làm việc bảo vệ rơle cắt mạch điện Do nên khe hở phóng điện thường dùng làm bảo vệ phụ làm phận loại chống sét khác • Chống sét ống (CSO): Chống sét ống có sơ đồ nguyên lý cấu tạo (hình 3-12) Hình 4.2: Chống sét ống Vỏ; Điện cực; Nắp 111 Chống sét ống gồm có hai khe hở phóng điện l1 l2 Khe hở l1 đặt ống làm vật liệu sinh khí fibrơ bakêlít hay phi-nipơlát Khi sóng điện áp q cao l1 l2 phóng điện Dưới tác dụng hồ quang, chất sinh khí phát nóng sản sinh nhiều khí làm cho áp suất ống tăng tới hàng chục at thổi tắt hồ quang Khả dập tắt hồ quang chống sét ống hạn chế Nếu dịng điện q lớn, hồ quang khơng bị dập tắt gây ngắn mạch tạm thời làm cho bảo vệ rơle cắt mạch điện Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây khơng có dây chống sét, làm phần tử phụ sơ đồ bảo vệ trạm biến áp • Chống sét van (CSV): gồm có hai phần tử khe hở phóng điện điện trở làm việc Khe hở phóng điện chống sét van chuỗi khe hở nhỏ có nhiệm vụ xét Điện trở làm việc điện trở phi truyến có tác dụng hạn chế trị số dịng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van sóng điện áp chọc thủng khe hở phóng điện Dòng điện cần phải hạn chế để việc dập tắt hồ quang khe hở phóng điện dễ dàng sau chống sét van làm việc Chất vi lít thỏa mãn hai yêu cấu trái ngược nhau: cần có điện trở lớn để hạn chế dịng ngắn mạch lại cần có điện trở nhỏ để hạn chế điện áp dư, điện áp lớn khó bảo vệ cách điện.(Hình3-13) giới thiệu loại chống sét van Hình 4.3: Chống sét van (CSV) 112 DCS MC dây dẫn CSÔ BA CSÔ CSV Hỡnh 4.4: S bảo vệ trạm 35 ÷ 110kV Bảo vệ chống sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp thực cách đặt chống sét van biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm Đoạn gần trạm từ  km bảo vệ dây chống sét để ngăn ngừa sét đánh trực tiếp vào đường dây Chống sét ống CS01 đặt đầu đoạn đường dây gần trạm nhằm hạn chế biên độ sóng sét Nếu đường dây bảo vệ dây chống sét DCS tồn tuyến khơng cần đặt CS01 CS02 dùng để bảo vệ máy cắt vị trí cắt Đối với trạm  10kV bảo vệ theo sơ đồ đơn giản hơn, không cần đặt DCS đoạn gần trạm mà cần đặt CSO cách trạm khoảng 200m; trạm hay sát máy biến áp ta đặt CSV Ngoài ra, để bảo vệ chống điện áp cho trạm, ta cần phối hợp cách điện trạm biến áp Nối đất chống sét cho trạm cần phải đảm bảo qui định sau: Đối với trạm có trung tính trực tiếp nối đất, điện áp từ 110kV trở lên điện trở nối đất cho phép 0,5  Đối với trạm có trung tính cách điện, điện áp 110kV điện trở nối đất cho phép 0,4  Đối với trạm có cơng suất bé (dưới 100kVA) điện trở nối đất cho phép 10  * Một số ví dụ bảo vệ chống sét cho cơng trình 113 Hình 4.5: Cơ cấu gắn cột tu lôi loại CM lên tường tịa nhà hay cơng trình Hình 4.6: Bảo vệ chông sét cho trạm điện phân thu lôi ăngten Hình 4.7: Giới hạn bảo vệ chống sét cho ống khói 114 (Hình 4.5) Giới thiệu cấu gắn cột thu lơi lên tường tịa nhà hay cơng trình (Hình 4.6) Giới thiệu bảo vệ chống sét cho trạm điện phân dây chống sét (còn gọi thu lôi ăng ten) Khoảng cách Sđ = 0,3SB cần thiết để tránh di chuyển điện cao sét đến liên hệ ngầm đất Khoảng cách SB xác định phần dây chống sét Ở đây, dây chống sét để bảo vệ sét đánh thẳng, cịn để bảo vệ chống cảm ứng tĩnh điện ta đặt thêm lưới sắt mái nhà (Hình 4.7) Giới thiệu bảo vệ chống sét cho ống khói Bảng 4.1: Giới thiệu sơ đồ chống sét TT Sơ đồ chống sét PTB PTB PBC (PBII) PT (PTB) PT (PTB) PBC (PBR) Đối tượng bảo vệ Điện áp - 20 kV Trạm biến áp phân xưởng trạm phân phối cung cấp đường dây không Trạm biến áp phân xưởng trạm phân phối cung cấp đường dây khơng qua cáp nối 115 Đặc tính chống sét Đặt PTB đầu vào đường dây khơng Trong trường hợp dịng ngắn mạch lớn dòng điện giới hạn mở chống sét ống, góp trạm bố trí PBC PB Bố trí CSOF (chống sét ống phibrơ) hay PTB cáp nối PBC CSVT góp trạm cos  đm = (0,8÷0,82) tăng lên (0,85÷0,87) Tổn thất cơng suất tác dụng thép giảm 19%, dòng stator tăng 10%, dòng tác dụng Stator tăng, dòng phản kháng stator giảm 25% Nhưng mật độ dòng cuộn dây stator tăng 10% Tổn thất công suất tác dụng cuộn dây: P  VJ Trong - V thể tích đồng - J mật độ dịng điện Như tổn thất công suất tác dụng cuộn dây tăng lên 21% Hiệu suất động giảm gần 1% động làm việc định mức, kpt =(0,5÷0,7) hiệu suất lại tăng lên Khi tiết diện dây khơng đổi, số vịng dây pha tăng 10% m giảm 10%, Q0 vμ I0 giảm 25% tổn thất công suất thép PFe giảm 19% cos  tăng lên, dịng cuộn dây Rơtor tăng 10% cịn Stator khơng đổi, (IStator= const) Tổn thất công suất tác dụng dây quấn Rôto tăng 21%, Stator tăng 10% Hiệu suất động lớn hiệu suất định mức (  đm ) - Nếu khe hở khơng khí khơng đều, dẫn đến đối xứng từ trường, làm cho lõi thép có chỗ bị bão hồ, chỗ khơng bị bão hồ Vì khơng sử dụng hết khả cho lõi thép làm cho Cos  hiệu suất động giảm * Vận hành hợp lí máy biến áp Trong xí nghiệp, máy biến áp vận hành liên tục suốt ngày đêm Vì vậy, cơng suất phản kháng máy biến áp tiêu thụ để từ hoá lõi thép nhỏ nhiều công suất phản kháng xí nghiệp tiêu thụ, phải quan tâm đến + Thay máy biến áp vận hành non tải Máy biến áp vận hành không tải tiêu thụ công suất phản kháng 60% công suất phản kháng tiêu thụ phụ tải định mức Từ ta thấy máy biến áp vận hành non tải cos  giảm Ví dụ: Khi máy biến áp ln ln vận hành non tải phải thay máy biến áp có cơng suất nhỏ (thường kpt< 0,3) Việc thực thiết kế + Vận hành kinh tế trạm biến áp 194 Khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên tuỳ theo thay đổi phụ tải mà ta có phương thức vận hành cho kinh tế Ví dụ phụ tải nhỏ (ca chẳng hạn) cắt bớt máy biến áp để máy lại đủ tải * Dùng động đồng thay động không đồng Ở máy sản xuất có cơng suất tương đối lớn khơng điều chỉnh tốc độ máy bơm, máy quạt, máy nén khí ta nên dùng động đồng bộ, có ưu điểm sau, so với động khơng đồng Hệ số công suất cos  cao, cần cho làm việc chế độ kích thích để trở thành máy bù cung cấp cơng suất phản kháng cho mạng Mômen quay tỷ lệ bậc với điện áp, phụ thuộc vào thay đổi điện áp Khi tần số nguồn không thay đổi, tốc độ quay động khơng phụ thuộc vào phụ tải suất làm việc máy cao Song có số khuyết điểm: Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, mở máy phức tạp Chính động đồng chiếm khoảng 70% tổng số động dùng công nghiệp Ngày nhờ chế tạo động tự kích từ giá thành hạ có giải công suất tương đối rộng nên người ta sử dụng ngày nhiều động đồng * Thay đổi cải tiến qui trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lí Căn vào điều kiện cụ thể, cần xếp qui trình cơng nghệ cách hợp lí Việc giảm bớt động tác nguyên công thừa, áp dụng phương pháp gia công tiên tiến đưa tới hiệu tiêt kiệm điện, giảm bớt điện tiêu thụ cho đơn vị sản phẩm Ví dụ: Phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư phơi giảm bớt ngun công cắt gọt, phương pháp gia công tốc độ cao phương pháp gia cơng nhiều dao rút ngắn thời gian gia công giảm lượng điện tiêu hao Tất thiết bị tiêu thụ áp suất lớn cần định rõ phương thức vận hành cho hợp lí, ví dụ vận hành với Kpt gần 1, phân bố ca làm việc, cần cắt bớt máy làm việc song song Cải tiến thao tác cho hợp lí, giảm thời gian chạy khơng tải non tải Thay động có tốc độ thấp động có tốc độ cao Vì động có tốc độ thấp tiêu thụ nhiều cơng suất phản kháng động có tốc độ cao chúng có cơng suất Việc nâng cao hệ số cơng suất cos  có nhiều cách Tuỳ tình hình cụ thể mà áp dụng cho thích hợp đạt hiệu kinh tế cao 195 5.8.4 Các thiết bị bù cos  a Máy bù đồng Máy bù đồng loại động đồng làm việc chế độ không tải q kích thích Do khơng có phụ tải trục, máy đồng chế tạo gọn nhẹ so với động đồng Vì máy đồng rẻ động đồng cơng suất Máy bù đồng có đặc điểm sau đây: - Máy bù đồng phát tiêu thụ công suất phản kháng, mức độ kích thích máy bù sản xuất cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng, cịn chế độ thiếu kích thích máy bù lại tiêu thụ công suất phản kháng mạng - Công suất phản kháng phát không phụ thuộc điện áp đặt vào mà phụ thuộc vào dòng điện Ikt - Lắp ráp, vận hành phức tạp, dễ gây cố phần động - Bản thân máy bù tiêu thụ lượng sông suất tác dụng lớn, khoảng (0,015 ÷ 0,032) kW/kVAr - Giá tiền đơn vị công suất phát phụ thuộc vào công suất máy bù Cơng suất máy bù bé giá tiền kVAr phát đắt Vì máy bù chế tạo với công suất lớn thường kVAr trở lên - Có thể điều chỉnh công suất phản kháng phát cách thay đổi kích từ cách liên tục Máy bù đồng thường đặt nơi cần bù tập trung, dung lượng bù lớn b Tụ điện tĩnh Tụ điện tĩnh loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dịng điện vượt trước điện áp Do sinh công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng Ưu điểm: - Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003 ÷ 0,005) kW/kVAr - Khơng có phần động nên lắp ráp, bảo quản dễ dàng - Tụ điện tĩnh chế tạo thành đơn vị nhỏ, tuỳ theo phát triển phụ tải trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp Nhược điểm: - Công suất phản kháng phát phụ thuộc vào điện áp Q = I2XC = U2 U   CU  U 2  f C XC C 196 Trong đó: +) U có đơn vị V +) C có đơn vị F +) Q có đơn vị VAr - Tụ điện có cấu tạo bền dễ bị phá hỏng xảy ngắn mạch Khi điện áp tăng đến 1,1Uđm cách điện tụ điện dễ bị chọc thủng - Khi đóng tụ điện vào mạng có dịng điện xung, cịn cắt tụ khỏi mạng, khơng có thiết bị phóng điện có điện áp dư tụ - Khó tự động điều chỉnh dung lượng bù cách liên tục - Tụ điện tĩnh chế tạo dễ dàng cấp điện áp (0,4÷10)kV Thơng thường dung lượng bù nhỏ MVAr người ta dùng tụ điện, lớn phải so sánh với máy bù đồng c Động không đồng Rơto dây quấn đồng hố Khi cho dịng điện chiều vào dây quấn Rơto động khơng đồng động làm việc nhưđộng đồng bộ, điều chỉnh dịng kích từ để phát cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng Nhược điểm loại suất tổn thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02÷0,08)kW/kVAr, khả q tải Vì phép làm việc với 75% công suất định mức Vì nhược điểm trên, dùng khơng có sẵn loại thiết bị bù khác Ngồi thiết bị bù kể trên, cịn dùng động đồng làm việc chế độ kích từ, dùng máy phát điện làm việc chế độ bù để làm máy bù Ở xí nghiệp có nhiều tổ máy điezen - máy phát, dùng làm nguồn dự phòng, chưa dùng đến làm máy bù đồng Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển máy phát thành máy bù đơn giản Vì biện pháp nhiều xí nghiệp áp dụng 5.8.5 Phân phối tối ưu công suất bù lưới điện xí nghiệp a Vị trí đặt thiết bị bù Sau tính dung lượng bù chọn loại thiết bị bù vấn đề quan trọng bố trí thiết bị bù vào mạng cho đạt hiệu kinh tế Thiết bị bù đặt phía điện áp cao phía điện áp thấp, nguyên tắc bố trí thiết bị bù đạt chi phí tính tốn nhỏ Máy bù đồng bộ, 197 có cơng suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, có máy bù thường đặt phía điện áp cao trạm biến áp trung gian phân phối Tụ điện đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp * Tụ điện điện áp cao (6-10) kV Được đặt tập trung trạm biến áp trung gian phân phối Nhờ đặt tập trung, nên việc theo dõi vận hành tụ điện dễ dàng có khả thực việc tự động hố điều chỉnh dung lượng bù Bù tập trung mạng điện áp cao cịn có ưu điểm tận dụng hết khả tụ điện, nói chung tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát công suất bù tối đa Nhược điểm phương án không bù công suất phản kháng mạng điện áp thấp, khơng có tác dụng giảm tổn thất điện áp, công suất mạng điện áp thấp * Tụ điện điện áp thấp (0,4) kV Thường đặt tập trung điện áp thấp trạm biến áp phân xưởng xí nghiệp Nó hay đặt thành nhóm tủ phân phối động lực đặt phân tán thiết bị dùng điện Đứng mặt giảm tổn thất điện mà xét việc đặt phân tán tụ điện bù thiết bị có lợi Nhưng với cách lắp đặt thiết bị nghỉ tụ điện nghỉ theo Do hiệu suất sử dụng không cao Phương pháp dùng để bù cho động không đồng công suất lớn Đặt tụ thành nhóm tủ phân phối đường dây phân xưởng sử dụng nhiều hiệu suất sử dụng cao, giảm tổn thất mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp Vì chúng đặt thành nhóm nhỏ (30 ÷ 100)kVAr nên chúng khơng chiếm diện tích lớn Tụ điện đặt tủ riêng xà nhà xưởng Tuy cách đặt thành nhóm khiến cho việc theo dõi vận hành không thuận tiện khó thực tự động điều chỉnh dung lượng bù Đặt tụ điện áp thấp trạm biến áp sử dụng trường hợp dung lượng bù lớn cần tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp mạng Nhược điểm cách đặt giảm tổn thất mạng kể từ hạ áp trở nguồn Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà ta sử dụng phương án phối hợp phương án b Phân phối dung lượng bù mạng hình tia Giả sử có mạng hình tia gồm tia ( hình 5.11) Sau xác định tổng dung lượng cần bù Q bù cần phân phối dung lượng bù nhánh cho đạt hiệu kinh tế cao nhất, thể chie tiêu tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây nhỏ 198 Gọi dung lượng bù phân phối nhánh Qbù1, Qbù2,Qbù3 Còn phụ tải phản kháng nhánh Q1, Q2,Q3 Điện trở nhánh r1, r2, r3 Hình 5.11: Bù cơng suất phản kháng Sau bù, tổn thất công suất tác dụng mạng hình tia cơng suất phản kháng gây là: P  Q1  Qbu1 2 U đm r1  Q2  Qbu 2 U đm r2  Q3  Qbu3 2 U đm r3  Qbu1  Qbu  Qbu3  Qbu  m(*) Điều kiện tối ưu P  2Q1  Qbu1 r1  2Q3  Qbu   Q1  Q2 r3  Qbu1 P  2Q2  Qbu r1  2Q3  Qbu   Q1  Q2 r3  Qbu (Q1 - Qbù1).r1 = (Q2 – Qbu2).r2 đó: Qbù2 = Q2 –(r1/r2)(Q1 - Qbù1)  Q2 – (r1/r2)Q1 + (r1/r2)Qbù1 Qbù3 = Q3 –(r1/r3)(Q1 - Qbù1)  Q3 – (r1/r3)Q1 + (r1/r3)Qbù1 vào phương trình (*) ta có Qbu1  Q2  r1 r r r Q1  Qbu1  Q3  Q1  Qbu1  Qbu  r2 r2 r3 r3 thay vào ta đựoc: Qbu1  Q1  rtđ  Q  Qbu  rtt r1 r1 r2 r3 r1 r2  r2 r3  r3 r1 tương tự ta có: 199 Qbu  Q2  Q  Qbu  rtđ r2 Qbu  Q  Q  Qbu  rtđ r21 Qbun  Qn  Q  Qbu  rtđ rn rtđ là: rtđ  1 1    r1 r2 rn n - Q   Qi tổng công suất phản kháng mạng trước bù i 1 - Qbu  tổng công suất phản kháng mạng trước bù Nếu công suất bù tối ưu nút âm, cần tính lại điện trở tương đương Rtd sau bỏ nhánh i (cả tổng trở công suất) tính lại cơng suất bù Ví dụ: Cho mạng điện hình tia với số liệu hình (hình 5.12) Hãy xác định dung lượng bù cho nhánh Hình 5.12: Mạng điện hình tia 200 Giải: - Tổng phụ tải phản kháng mạng: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700 kVAr - Điện trở tương đương nhánh: 1 1 1 rtđ        r1 r2 r3 r4  1 1         0,1 0,05 0,06 0,02  1  0,0194 - Dung lượng bù nhánh : Qbù1  400  Qbù = 600  1700  1200 0,0194  303kVA r 0,1 1700  1200 0,0194  406kVAr 0,05 Qbù = 500  1700  1200 0,0194  338kVAr Qbù = 200  1700  1200 0,0194  153kVAr 0,06 0,02 c Phân phối lượng bù mạng phân nhánh Xét mạng phân nhánh (hình 5.13), coi nhiều mạng hình tia ghép lại Hình 5.13: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo kiểu phân nhánh Ví dụ: Tại điểm 3, coi có nhánh hình tia r r4 ghép lại Tại điểm ta coi có nhánh hình tia Một nhánh r2 nhánh điện trở tương đương phần phía sau, tức r3, r4 r23 Ký hiệu r5 r5  r23  201 r3 r4 r3  r4 Tại điểm ta coi có nhánh r r6 với: r6  r12  r2 r5 r2  r5 Với quan niệm áp dụng cơng thức mạng hình tia cho mạng phân nhánh Dung lượng bù nhánh thứ n tính sau: Qbun  Qn  Q ( n1)  Qbu  ( n 1) rn rtdn Trong đó: - Qn công suất phản kháng nhánh n - Q n 1 Là tồng công suất phản kháng cung cấp cho điểm (n-1) - Qbu n 1 Là tổng dung lượng bù cho điểm (n-1) - rtđn Là điện trở tương đương mạch kể từ điểm (n-1) trở sau Chú ý: Điện trở tương đương rtđ tính từ cuối lên, cịn tính dung lượng bù từ đầu đến cuối d Phân phối lượng bù mạng phân nhánh có đường dây rẽ nhánh Sơ đồ hình 5.14 Hình 5.14: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mang phân nhánh Được phân bố theo nguyên tắc từ cuối đường dây trở nguồn phân tối đa công suất phụ tải cuối đường dây Nếu Q3 > Qbu3 ta có Qbù3 = Q3 lại Qbù – Qbù3 phân vào nút tiếp tục Qbù < Qi dừng e Phân phối dung lượng bù mạng điện hỗn hợp Ta có sơ đồ mạng điện hỗn hợp hình 5.15 Tính điện trở tương đương nhánh, coi mạng điện hình tia phân phối cơng suất theo mạng hình tia Trong : - Điện trở tương đương nhánh rtđ1 tính mạng phân nhánh có đường dây rẽ nhánh - Điện trở tương đương rtđ2 mạng phân nhánh khơng có đường dây rẽ nhánh, để điện trở tương đương nhánh xác định theo biể thức sau: 202 rtđ  Q32 r23  (Q2  Q3 ) r12  (Q1  Q2  Q3 ) rN (Q1  Q2  Q3 ) n tổng quát là: rtđ  Q i 1 n i i r ( Q j ) j 1 Trong đó: + Qi ri công suất phản kháng vμ điện trở đường dây i + Qj công suất phản kháng phụ tải j - Điện trở tương đương nhánh rtd3 mạng có phụ tải Xác định QbuDi với mạng điện hình tia, có QbuDi ta phân phối cơng suất bù nhánh sau: - Nhánh đường dây phân nhánh có đường dây rẽ nhánh - Nhánh đường dây phân nhánh khơng có nhánh rẽ - Nhánh đường dây có phụ tải Hình 5.15: Sơ đồ hỗn hợp f Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng Vấn đề đặt tính dung lượng bù nhánh đó, cần phải xác định xem nên phân phối lượng bù phía sơ cấp hay thứ cấp máy biến áp để đạt hiệu kinh tế Ta biết giá thành kVAr tụ điện điện áp cao (6÷10) kV, rẻ giá thành kVAr tụ điện điện áp thấp (0,4) kV Song việc đặt tụ điện phía điện áp thấp lại giảm tổn thất cơng suất so với việc đặt tụ điện phía điện áp cao Vì cần tính tốn so sánh để tìm dung lượng bù phía điện áp thấp hợp lí 203 Gọi Qbù thấp dung lượng bù phía điện áp thấp Vốn đầu tư để đặt dung lượng bù Qbù thấp phía điện áp thấp lớn vốn đầu tư để đặt dung lượng bù tương tự phía điện áp cao là: V  (athâp  acao )Qbu.thâp đó: - acao giá thμnh kVAr tụ điện điện áp cao, đ/kVAr - athấp giá thμnh kVAr tụ điện điện áp thấp, đ/kVAr Số tiền tiết kiệm năm đặt thiết bị bù phía điện áp thấp là: Q  (Q  Qbu.thâp ) ( RB  Rtđ ) Kt U 10 Trong đó: - Q phụ tải phản kháng máy biến áp (kể tổn thất máy biến áp) chưa bù, kVAr - Qbù thấp dung lượng bù đặt phía điện áp thấp máy biến áp, kVAr - RB điện trở máy biến áp quy đổi phía điện áp thấp,  - K hệ số kể đến số ca làm việc ngày ca: K = 0,30 ca: K = 0,55 ca: K = 0,75 -  giá tiền kWh, VND/kWh - t số làm việc năm, t = 8760 - U điện áp định mức phía điện áp thấp máy biến áp, kV Gọi T thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch tính năm Sau thời gian số tiền tiết kiệm T.V, số tiền nμy bù đắp chênh lệch vốn đầu tư mà lớn  V lương F, F hiệu việc phân phối dung lượng bù (Qbù thấp) phía điện áp thấp F =T.V -  V Thay V  V: ta có Q F T  (Q  Qbu.thâp ) U 103  R B  Rtđ Kt  athâp  acao Qbu.thâp  f (Qbu.thâp Bằng cách lấy đạo hàm, rễ dàng tìm Qbù thấp tối ưu để hàm F đạt cực trị 204 Giá trị Qbù thấp tối ưu xác định theo biểu thức: Qbu.th h.tôi.wu  Q  (athâp  acao ).U 10 (kVAr) 2TKt.( RB  Rtđ ) Thông thường chưa biết tụ điện đặt mạng điện áp thấp nào, nên người ta thiết kế khơng có số liệu xác để tính Rtđ Một cách gần tính Rtđ qua điện trở máy biến áp biểu thức; Rtđ  .RB Trong  lấy sau: - Đối với tram kề phân xưởng: Mạng dây dẫn dây cáp:   0,4 Mạng   0,6 - Đối với trạm phân xưởng   0,8 Đặt M  (athâp  a cao ).U 10 2TKt Qbu.th h.tôi.wu  Q  M R B  R B M R B  R B Hay Qbu.th h.tôi.wu  Q  kVAr Do Qbù cao tối ưu = Qbù - Qbù thấp tối ưu Bảng 5.26: Điện áp máy biến áp quy đổi điện áp thấp SB kVA 100 180 320 560 750 1000 1800 RB  0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106 0,034 5.9 Lựa chọn góp Thanh góp cịn gọi thanh dẫn Thanh góp dùng tủ động lực, tủ phân phối hạ áp, tủ máy cắt, trạm phân phối nhà, trời Với tủ điện cao, hạ áp trạm phân phối nhà dùng góp cứng, với trạm phân phối ngồi trời thường dùng góp mềm Người ta chế tạo góp nhiều kiểu dáng, chủng loại Có góp đồng nhơm Thanh góp nhơm thường dùng với dịng điện nhỏ, góp đồng dùng cho trị số dịng điện 205 Về hình dáng, góp phổ biến có hình chữ nhật, dịng điện lớn ghép 2, cho pha, dùng góp trịn, hình máng, hình vành khuyên Trong lưới cung cấp điện, phía trung áp thường dùng tủ hợp bộ, đặt sẵn góp mà nhà chế tạo cho khả chịu dòng ổn định động, ổn định nhiệt Các tủ phân phối, tủ động lực càn phải tính tốn, thiết kế, lắp đặt cho phù hợp với đối tượng sử dụng Thanh góp đặt tủ trạm biến áp phân phối, tủ phân phối khu chung cư, phân xưởng tủ động lực phân xưởng, tủ tầng nhà cao tầng thường có dịng khơng lớn lắm, cần dùng góp hình chữ nhật Thanh góp lưới cung cấp điện chọn theo dịng phát nóng kiểm tra theo điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt dòng ngắn mạch Bảng 5.27: Các điều kiện chọn kiểm tra góp Các đại lượng chọn kiểm tra Điều kiện Dịng điện phát nóng lâu dài cho phép (A) K1K2I cp ≥ Icb Khả ổn định động (kg/m2) σcp ≥ σtt Khả ổn định nhiệt (mm2) F ≥ αI∞ t qd Trong đó: K1 = với góp đặt đứng K1 = 0.95 với góp đặt ngang K2 - hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra sổ tay) σcp - ứng suất cho phép vật liệu làm góp với góp nhơm σcp = 700 kg /cm2 với góp đồng σcp = 1400 kg /cm2 σtt - ứng suất tính tốn xuất góp tác động lực điện động dòng ngắn mạch  tt  M (kg / cm ) W (3-25) M - mơ men uốn tính tốn M Ftt * l (kgm ) 10 Ftt  1.76 *10  (3-26) l i xk (kg) a 206 (3-27) Ftt - lực tính tốn tác động dịng ngắn mạch l - khoảng cách sứ pha (cm) a - khoảng cách pha (cm) W - mơ men chống uốn góp, tính theo công thức tương ứng với kiểu dáng cho (bảng 3-7) Bảng 5.28: Mô men chống uốn loại góp Thanh chữ nhật Đặt đứng Thanh chữ nhật rỗng Đặt ngang Thanh tròn Thanh tròn rỗng b h h b h D h d D W  bh W  bh W h  h1 W d 32 W  (D  d ) 32 CÂU HỎI ƠN TẬP Phân tích cơng dụng, vai trị thiết bị đóng cắt, bảo vệ lưới điện? 2.Trình bầy phương pháp lựa chon thiết bị lưới cung cấp điện ? 207 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện – tập 1,2 Nxb KHKT 2006 [2]- Nguyễn Công Hiền, Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp đô thị nhà cao tầng Nxb KHKT 2005 [3]- Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện Nxb KHKT 2006 [4]- Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, NXB Đại học Quốc gia TPHCM 2005 [5] Basic Electronic Practices (2001, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [6] Basic Electronic Practices (2009, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [7] Electrical Basic Practice(2012, Human Resources Development Service of Korea, Gwon Hyeokdae) 208 ... 0,76 0,56 20 0,47 0 ,27 0,64 0, 32 0,71 0,47 30 0,43 0 ,24 0,60 0,30 0,68 0,41 50 0,4 0 ,21 0,56 0 ,28 0,66 0,37 70 0,38 0 ,20 0,54 0 ,26 0,64 0,35 100 0,35 0,19 0, 52 0 ,24 0, 62 0,33 Khi cọc đặt thành dãy... đặc biệt lưới điện Phương án lưa chọn cần thoả mãn tiêu chuẩn sau: - Chống điện giật - Chống hoả hoạn điện - Cung cấp điện liên tục - Bảo vệ chống áp - Bảo vệ chống nhiễu điện từ + Trình tự tính... ngồi - Dễ đặt cơng trình 135 - Dễ dàng cơng tác trì bảo quản - Hiệu tin tưởng vận hành - Thành tựu đạt thể rõ 136ang - Rẻ tiền thơng thường cần có đầu thu thỏa mãn ● Điểm 2: Truyền dẫn dòng điện