Giáo trình Cung cấp điện (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT - ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mơ đun/Mơn học: Cung Cấp Điện Nghề: Điện Cơng Nghiệp Trình độ: Trung cấp Tài liệu lưu hành nội Năm 2017 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH MỤC LỤC BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Nhà máy điện Mạng lưới điện a Mạng truyền tải b Mạng phân phối Hộ tiêu thụ Hệ thống bảo vệ 11 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 11 Hệ thống điện Việt Nam 13 CÂU HỎI ÔN TẬP 13 BÀI 2: XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN 14 Đặt vấn đề 14 Đồ thị phụ tải điện 14 a Định nghĩa: 14 Các đại lượng 16 Các hệ số tính toán 18 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 23 Phương pháp tính sô phụ tải đặc biệt 27 Xác định cơng suất tính tốn cấp mạng điện 31 Xác định tâm phụ tải 33 BÀI 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 35 Khái quát 35 Chọn điện áp định mức mạng điện 35 Sơ đồ mạng điện áp cao 36 Sơ đồ mạng điện áp thấp 37 Đường dây không 39 Đường dây cáp 41 BÀI 4: TÍNH TỐN TỞN THẤT ĐỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 43 Tính toán mạng điện 43 1.1 Sơ đồ thay lưới điện 43 a Sơ đồ thay đường dây 43 b Sơ đồ thay trạm biến áp 45 1.2 Tính toán mạng hở cấp phân phối 47 1.2.1 Tính tổn thất điện áp mạng điện 47 1.2.2.Tính tổn thất công suất mạng điện 50 1.2.3.Tính tổn thất điện mạng điện 54 BÀI 5: TRẠM BIẾN ÁP 59 Khái quát phân loại 59 a Khái quát 59 b Sơ đồ nối dây trạm biến áp 62 Đo lường kiểm tra trạm biến áp 67 Nối đất trạm biến áp đường dây tải điện 67 Cấu trúc trạm 69 5.Vận hành trạm biến áp 70 BÀI 6: LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN 72 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Lựa chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ 72 1.1 Lựa chọn máy biến áp 72 1.2 Lựa chọn máy cắt điện 74 1.3 Lựa chọn cầu chì, dao cách ly 76 1.4 Lựa chọn áptômát 87 1.5 Lựa chọn góp 89 1.6 Lựa chọn dây dẫn cáp 90 BÀI 7: CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT 108 Chống sét 108 a Sự hình thành sét tác hại sét 108 b Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 109 Tính toán trang bị nối đất 112 BÀI 8: CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP 125 Khái niệm chung chiếu sáng 125 a Đặc điểm 125 b Các yêu cầu 125 c Các hình thức chiếu sáng 126 Một số đại lượng dùng tính toán chiếu sáng 127 a Quang thông 127 b Cường độ ánh sáng 128 Nội dung thiết kế chiếu sáng 129 Thiết kế chiếu sáng dân dụng 130 a Khái niệm 130 b Trình tự thiết kế 131 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp 134 a Khái niệm 134 b Trình tự thiết kế 134 BÀI 9: NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 139 Hệ số công suất 139 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất 139 Các giải pháp bù cos tự nhiên 141 3.Tăng cường chất lượng sửa chữa động 141 Các thiết bị bù cos 142 Phân phối tối ưu công suất bù lưới điện xí nghiệp 143 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Ngày nay, người ta tạo ngày nhiều cải vật chất cho xã hội Trong số cải vật chất có nhiều dạng lượng tạo Năng lượng bắp người vật nguồn nặng lượng có từ xa xưa xã hội loài người Sự phát triển mạnh mẽ liên tục hoạt động người đất đòi hỏi ngày nhiều lượng lấy từ nguồn thiên nhiên Thiên nhiên xung quanh ta giàu, nguồn lượng điện dồi Than đá, dầu khí, nguồn nước dòng sông biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô phong phú mặt trời lòng đất, luồng khí chuyển động, gió v.v nguồn lượng tốt quí giá người Năng lượng điện (điện năng) dạng lượng phổ biến, sản lượng năm giới ngày tăng chiếm nghìn tỷ kWh Sở dĩ điện thơng dụng nó có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v ), dễ chuyển tải xa, hiệu suất lại cao Trong trình sản xuất phân phối, điện có số đặc điểm chính sau: a Khác với hầu hết loại sản phẩm, điện sản xuất nói chung không tích trữ (trừ vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ người ta dùng pin ắc quy làm phận tích trữ) Tại thời điểm, ta phải đảm bảo cân điện sản xuất với điện tiêu thụ kể tổn thất truyền tải Đặc điểm cần quán triệt nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện, nhằm giữ vững chất lượng điện thể giá trị điện áp tần số b Các trình điện xảy nhanh, ví dụ sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km/sec, trình sóng sét lan truyền, trình độ, ngắn mạch xảy nhanh (trong vòng nhỏ 1/10 giây) Đặc điểm đòi hỏi phải sử dụng thiết bị tự động vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện Bao gồm khâu bảo vệ, điều chỉnh điều khiển, tác động trạng thái bình thường cố, nhằm đảm bảo hệ thống cung cấp điện làm việc tin cậy kinh tế GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH c Đặc điểm thứ ba là: công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, khí, dân dụng, công nghiệp nhẹ ) Đó động lực tăng suất lao động, tạo nên phát triển nhịp nhàng cấu trúc kinh tế Quán triệt đặc điểm xây dựng định hợp lý mức độ điện khí hóa ngành kinh tế vùng lãnh thổ khác nhau; mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải phân phối, nhằm đáp ứng phát triển cân đối, tránh thiệt hại kinh tế quốc dân phải hạn chế nhu cầu hộ dùng điện Nhà máy điện a Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Hình Nhà máy nhiệt điện Bao gồm: - Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: Là nhà máy nhiệt điện mà việc thải nhiệt môi chất làm việc (hơi nước) thực qua bình ngưng - Nhà máy nhiệt điện rút hơi: đồng thời sản xuất điện nhiệt điện Về nguyên lý hoạt động giống nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, song lượng rút đáng kể từ số tầng tuốc bin để cấp cho phụ tải nhiệt công nghiệp sinh hoạt Do đó hiệu suất chung nhà máy tăng lên Ở nhà máy nhiệt điện biến đổi lượng thực theo nguyên lý: Nhiệt → Cơ → Điện GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Nhà máy nhiệt điện có đặc điểm sau: - Thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu nguồn nước - Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động tăng phụ tải chậm - Hiệu suất thấp ( = 30  40%) - Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải ô nhiễm môi trường b Nhà máy thủy điện (NMTĐ): Nguyên lý nhà máy thủy điện sử dụng lượng dòng nước để làm quay trục tuốc bin thủy lực để chạy máy phát điện Ở đây, trình biến đổi lượng là: Thủy → Cơ → Điện Hình Nhà máy thủy điện Cơng suất nhà máy thủy điện phụ thuộc vào hai yếu tố chính lưu lượng dòng nước Q qua tuốc bin chiều cao cột nước H, đó là: P = 9,81QH MW hay xác hơn: P = 9,81 QH Trong đó: Q: lưu lượng nước (m3/sec) H: chiều cao cột nước (m) : hiệu suất tuốc bin GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau: - Xây dựng gần nguồn nước nên thường xa phụ tải - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc cơng trình đập chắn, hồ chứa - Thời gian xây dựng kéo dài - Chi phí sản xuất điện thấp - Thời gian khởi động máy ngắn - Hiệu suất cao ( = 80  90%) - Tuổi thọ cao c.Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) Nhà máy điện nguyên tử tương tự nhà máy nhiệt điện phương diện biến đổi lượng: Tức nhiệt phân hủy hạt nhân biến thành từ biến thành điện Hình Nhà máy điện nguyên tử Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiệt thu cách đốt cháy nhiên liệu hữu mà thu trình phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử chất Urani-235 hay Plutoni-239 lò phản ứng Do đó NMNĐ dùng lị NMĐNT dùng lị phản ứng máy sinh đặc biệt Ưu điểm NMĐNT: GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH + Chỉ cần lượng bé vật chất phóng xạ có thể đáp ứng yêu cầu nhà máy + Một nhà máy có công suất 100MW, ngày thường tiêu thụ không nhiều 1kg chất phóng xạ + Công suất tổ máy phát điện - tuốc bin nhà máy điện nguyên tử đạt đến 500, 800, 1200 chí đến 1500MW Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm sau - Có thể xây dựng trung tâm phụ t - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn thời gian xây dựng kéo dài - Chi phí sản xuất điện thấp nên thường làm việc đáy đồ thị phụ tải - Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao a.Các loại nhà máy điện khác + Nhà máy điện dùng sức gió (động gió phát điện) Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió Hệ thống cánh quạt truyền qua biến đổi tốc độ để làm quay máy phát điện, sản xuất điện Điện sản xuất tích trữ nhờ bình ắc quy Động gió phát điện có khó khăn điều chỉnh tần số vận tốc gió luôn thay đổi Động gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đạt nhỏ đó dùng vùng hải đảo, nơi xa xôi không có lưới điện đưa đến nơi thật cần thiết đèn hải đăng + Nhà máy điện dùng lượng xạ mặt trời Thường có dạng nhà máy nhiệt điện, lò thay hệ thống kính hội tụ để thu nhận nhiệt lượng xạ mặt trời để tạo nước quay tuốc bin Nhà máy điện dùng lượng xạ mặt trời có đặc điểm sau: - Sử dụng nguồn lượng không cạn kiệt - Chi phí phát điện thấp đặc biệt hiệu vùng mà việc kéo lưới điện quốc gia đắt - Độ tin cậy vận hành cao - Chi phí bảo trì ít - Không gây ô nhiễm môi trường + Nhà máy lượng địa nhiệt: Nhà máy lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng lòng đất để gia nhiệt làm nước bốc Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin nước Tuốc bin kéo máy phát điện, từ đó lượng địa nhiệt biến thành lượng điện Có GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH hai loại nhà máy lượng địa nhiệt: loại chu kỳ kép (hình1.4) loại phun (hình1.5) Nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ vào khoảng 350 0F áp suất khoảng 16.000psi Mạng lưới điện a Mạng truyền tải Mục đích mạng truyền tải không truyền tải lượng từ nhà máy phát nơi khác đến mạng phân phối Mạng phân phối nơi cuối cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Các đường dây truyền tải nối kết hệ thống điện lân cận Điều cho phép điều phối kinh tế lượng vùng trình vận hành bình thường mà cho phép chuyển tải lượng vùng điều kiện cố Mạng truyền tải có điện áp dây 60kV tiêu chuẩn hóa 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV, 500kV 765kV (tiêu chuẩn ASNI) Điện áp truyền tải 230 kV thường coi siêu cao áp b Mạng phân phối Mạng phân phối phần kết nối trạm phân phối với hộ tiêu thụ Các đường dây phân phối sơ cấp thường cấp điện áp từ (4  34,5)kV cung cấp điện cho vùng địa lý xác định trước Một vài phụ tải công nghiệp nhỏ cung cấp trực tiếp đường dây cáp sơ cấp Mạng phân phối thứ cấp giảm điện áp để sử dụng cho hộ phụ tải dân dụng kinh doanh Dây cáp điện không vượt vài trăm mét chiều dài, sau đó cung cấp lượng cho hộ tiêu thụ riêng biệt Mạng phân phối thứ cấp cung cấp cho hầu hết hộ tiêu thụ mức 240/120V ba pha dây, 400/240V ba pha dây, hay 480/277V ba pha dây Ngày nay, lượng cung cấp cho hộ tiêu thụ điển hình cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp xuống 400/240V sử dụng ba pha dây Hộ tiêu thụ Hộ tiêu thụ điện hay gọi hộ dùng điện, phụ tải điện Trong hệ thống lượng phụ tải điện đa dạng phân thành nhiều loại khía cạnh xem xét khác a.Theo ngành nghề: Phụ tải phân làm loại: + Phụ tải công nghiệp + Phụ tải kinh doanh dân dụng GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH b Theo chế độ làm việc: Phụ tải phân làm loại: + Phụ tải làm việc dài hạn + Phụ tải làm việc ngắn hạn + Phụ tải làm việc ngắn hạn lặp lại c Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện: Phụ tải phân làm loại: + Phụ tải loại (hộ loại 1): - Là hộ quan trọng không để điện, xảy điện gây hậu nghiêm trọng, cụ thể: - Làm ảnh hưởng trực tiếp đến chính trị, an ninh quốc phòng, trật tự xã hội: đó sân bay, hải cảng, khu quân sự, khu ngoại giao, đại sứ quán, nhà ga, bến xe, trục giao thông chính thành phố v.v… - Làm thiệt hại lớn kinh tế: đó khu công nghiệp, khu chế xuất, dầu khí, luyện kim, nhà máy khí lớn, trạm bơm nông nghiệp lớn v.v…Những hộ đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân có giá trị xuất cao đem lại nhiều ngoại tệ cho đất nước - Gây hậu nghiêm trọng tính mạng người - Hộ loại phải cung cấp điện với độ tin cậy cao, yêu cầu có nguồn dự phòng Tức hộ loại phải cấp điện ít từ hai nguồn độc lập - Thời gian điện cho phép hộ loại với thời gian đóng nguồn dự phòng với thiết bị tự động + Phụ tải loại (hộ loại 2): - Là hộ tương tự hộ loại 1, hậu điện gây không nghiêm trọng hộ loại - Hộ loại bao gồm: xí nghiệp chế tạo tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa, đồ chơi trẻ em v.v…) thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn v.v….) - Hộ loại ngừng cung cấp điện dẫn đến thiệt hại kinh tế ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí sức lao động Phương án cung cấp điện cho hộ lọai có thể có khơng có nguồn dự phịng Nguồn dự phịng có hay khơng kết tốn so sánh vốn đầu tư phải tăng thêm giá trị thiệt hại kinh tế ngừng cung cấp điện + Phụ tải loại (hộ loại 3): - Là hộ không quan trọng, đó hộ ánh sáng sinh hoạt thị nơng thơn GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 10 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Thiết kế chiếu sáng công nghiệp a Khái niệm Với nhà xưởng sản xuất công nghiệp thường chiếu sáng chung cần tăng cường ánh sáng điểm làm việc có chiếu sáng cục bộ.Vì phân xưởng sản xuất, yêu cầu chính xác độ rọi mặt bàn công tác, nên để thiết kế chiếu sáng cho khu vực thường dùng phương pháp hệ số sử dụng b Trình tự thiết kế Xác định độ cao treo đèn: H = h - h1 – h2 Trong đó: h: độ cao nhà xưởng h1: khoảng cách từ trần đến bóng đèn h2: độ cao mặt bàn làm việc (4-2) h1 L L L L L L h H L h2 Hình 4-4 Bố trí đèn mặt bằng mặt đứng Xác định khoảng cách hai đèn kề (L) theo tỷ số hợp lý L/H, tra theo (bảng 4-1) Bảng 4-1.Tỷ số L/H hợp lý cho đối tượng chiếu sáng Chiều rộng giới hạn L/H bố trí L/H bố trí nhà xưởng nhiều dây dây bố trí dây Loại đèn nơi sử dụng Max Max Tốt Tốt cho cho nhất phép phép Chiếu sáng nhà xưởng 2,3 3,2 1,9 2,5 1,3H dùng chao mờ sắt GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 134 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH tráng men Chiếu sáng nhà xưởng dùng chao vạn Chiếu sáng quan, văn phòng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H Căn vào bố trí đèn mặt bằng, mặt cắt, xác định hệ số phản xạ tường, trần tường, trần, (%) Xác định số phòng (có kích thước a x b) = axb H(a + b) (4-3) Từ tường, trần,  tra bảng tìm hệ số sử dụng ksd Xác định quang thông đèn F= kESZ (lumen) n.k sd (4-4) Trong đó: k: hệ số dự trữ, tra bảng 4.2 E: độ rọi (lx) theo yêu cầu nhà xưởng S: diện tích nhà xưởng (m2) Z: hệ số tính toán Z = 0,8  1,4 n: số bóng đèn xác định chính xác sau bố trí đèn mặt Bảng 4-2 Hệ số dự trữ Số lần lau bóng Hệ số dự trữ (k) ít tháng Tính chất môi trường Đèn Đèn sợi tuýp đốt Nhiều bụi khói, tro, mồ hóng 1,7 Mức bụi khói, tro, mồ hóng 1,8 1,5 trung bình Ít bụi khói, tro, mồ hóng 1,5 1,3 Tra sở tay tìm cơng suất bóng có F  F tính tốn theo (4.4) Vẽ sơ đồ cấp điện chiếu sáng mặt Vẽ sơ đồ nguyên lý cấp điện chiếu sáng 10 Lựa chọn phần tử sơ đồ nguyên lý GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 135 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH c Ví dụ Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng khí có diện tích S = 20 x 50 = 1000m2 GIẢI: Xác định số lượng, công suất đèn: Nội dung phần biến áp gồm hạng mục từ đến trình tự tính tốn nêu Vì xưởng sản xuất, dự định dùng đèn sợi đốt, cos = Chọn độ rọi cho chiếu sáng chung E = 30 lx Căn vào trần nhà cao 4,5m, mặt công tác h2 = 0,8m, độ cao treo đèn cách trần h1 = 0,7m Vậy: H = h - h1 – h2 = 4,5 – 0,7 – 0,8 = m Tra bảng đèn sợi đốt, bóng vạn có L/H = 1,8 xác định khoảng cách đèn L = 1,8 x H = 1,8 x = 5.4 m Căn vào bề rộng phòng (20m) chọn L = m Đèn bố trí làm dãy cách 5m, cách tường 2,4m, tổng cộng 36 bóng, dãy bóng Xác định số phòng: = a.b 20.50 = 5 H(a + b) 3.(20 + 50) Lấy hệ số phản xạ tường 50%, trần 30%, tra sở tay tìm hệ số sử dụng ksd = 0,48 Lấy hệ số dự trữ k = 1,3 hệ số tính tốn Z = 1,1 Xác định quang thơng đèn là: F= kESZ 1,3.30.1000.1,1 = = 2483 (lumen) 36.0,48 n.k sd Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528 lumen Ngoài chiếu sáng nhà xưởng, đặt thêm bóng 100W cho phòng thay quần áo phịng WC Tởng cơng suất chiếu sáng toàn xưởng là: P = 36 x 200 + x 100 = 7600 (W) = 7,6 (kW) Thiết bị lưới điện chiếu sáng: Đặt riêng tủ chiếu sáng cạnh cửa vào lấy điện từ tủ phân phối phân xưởng Tủ gồm áptômát ba pha 10 áptômát nhánh pha, áptômát cấp điện cho bóng đèn Sơ đồ cấp điện mặt sơ đồ nguyên lý hình 4.4 4.5 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 136 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH - Chọn áptômát đặt tủ phân phối áptômát đặt tủ chiếu sáng I tt = Ptt 7,6 = = 11,56(A) 3.U dm cos 3.0,38.1 - Chọn dùng áptômát pha 50A Clipsal chế tạo có thông số ghi bảng: Uđm Iđm Số Icđm Tên áptômát Mã số (V) (A) cực (kA) Áptômát tổng Áptômát nhánh G4CB3050C 400 50 đặt tủ phân phối - Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng: Chọn cáp đồng lõi vỏ PVC Clipsal chế tạo, tiết diện 6mm có Icp = 45 (A) → PVC(3 x + 1,4) k1k2Icp = 45  Itt = 11,56 (A) - Chọn áptômát nhánh: Mã số Tên áptômát Áptômát nhánh I tt = Uđm (V) G4CB2010C 400 Iđm (A) 10 4x20 = 3,64(A) 220x1 Icđm (kA) Số cực Số lượng 10 - Chọn dây dẫn từ áptômát nhánh đến cụm đèn: Với Itt = 3,64A chọn dây đồng bọc nhựa, tiết diện 2,5mm2 có Icp = 27A → M (2 x 2.5) Kiểm tra dây dẫn kết hợp áptômát bảo vệ: + Với dây PVC(3 x + 1,4): 45(A)  1,25.50 = 41,6(A) 1,5 27(A)  1,25.10 = 8,33(A) 1,5 + Với dây M (2 x 2.5): GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 137 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Tủ PP 50A ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 PVC (3X6+1.4) Tủ CS TO-50EC-50A 10xQCE-10A Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý mạng chiếu sáng xưởng khí GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 138 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 9: NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT Hệ số công suất Các đại lượng biểu diễn công suất có liên quan mật thiết với qua tam giác cơng suất S  Q P Hình 4-7 Tam giác cơng suất S: Cơng suất tồn phần P: Cơng suất tác dụng Q: Cơng suất phản kháng : Góc S P Trị số góc  có ý nghĩa quan trọng: - Nếu   P, Q;  = P  S, Q = - Nếu   P, Q;  = 90o Q  S, P = Trong nghiên cứu tính toán thực tế người ta thường dùng khái niệm hệ số công suất (cos) thay cho góc S P () Khi cos nhỏ (tức  lớn) lượng cơng suất phản kháng tiêu thụ (hoặc truyền tải) lớn công suất tác dụng nhỏ, ngược lại cos lớn (tức  nhỏ) lượng Q tiêu thụ (hoặc truyền tải) nhỏ Lượng Q truyền tải lưới điện cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ lớn gây tổn thất lớn lưới điện Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất Các xí nghiệp công nghiệp sử dụng nhiều động không đồng ba pha, thường xuyên non tải không tải, tiêu thụ lượng Q lớn, cos thấp Ví dụ xí nghiệp khí thường có cos = 0,5  0,6 Lượng Q mà xí nghiệp công nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%  70% tổng công suất Q phát từ nhà máy điện GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 139 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Nếu xí nghiệp công nghiệp, giải pháp kỹ thuật nâng cao cos, nghĩa làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải lưới điện từ nhà máy điện đến xí nghiệp, dẫn tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện Cụ thể là: + Làm giảm tổn thất điện áp lưới điện: Giả thiết công suất tác dụng không đổi, cos xí nghiệp tăng từ cos1 lên cos2, nghĩa lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 xuống Q2 Khi đó, Q1 Q2 U1 = PR + Q2 X PR + Q1 X  = U U U + Làm giảm tổn thất công suất lưới điện: P + Q22 P + Q12 S1 = Z  Z = S U2 U2 + Làm giảm tổn thất điện lưới điện: A1 = P + Q12 P + Q22 R. = A2 R R   U2 U2 Ta thấy S A giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q + Làm tăng khả tải đường dây máy biến áp: Q1 (Q1 - Q2) = QB S1 S2 Q2 Q2 1 2 P1 P2 Hình 4-8 Trị số Q tương ứng với trị số góc  Từ hình MĐ 19-05-08 nhận thấy S2  S1, nghĩa đường dây máy biến áp cần tải công suất S2 sau giảm lượng Q truyền tải Nếu đường dây máy biến áp chọn để tải S1 với Q2 có thể tải lượng P lớn (xem hình 4.8) Điều GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 140 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH cho thấy, làm giảm Q có thể làm tăng khả tải công suất P từ P lên P2 đường dây máy biến áp Các giải pháp bù cos tự nhiên Bù cos tự nhiên thuật ngữ giải pháp không cần đặt thiết bị bù mà làm tăng trị số cos Đó chính giải pháp đơn giản, rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q xí nghiệp Các giải pháp bù cos tự nhiên thường dùng là: a Thay động thường xuyên non tải động có công suất bé Trị số cos động tỉ lệ với hệ số tải động cơ, động non tải cos thấp Mỗi xí nghiệp cơng nghiệp lớn có ngàn động loại, động thường xuyên non tải thay động có công suất nhỏ (làm cho hệ số tải tăng lên) làm cho cos động tăng lên dần đến cos toàn xí nghiệp tăng lên đáng kể Ví dụ, động máy tiện 10kW, q trình gia cơng cần sử dụng công suất 5,5kW, đó hệ số tải: kt = 5,5 = 0,55 10 Nếu thay động máy tiện 10kW động 7kW có hệ số tải là: kt = 5,5  0,8 Kinh nghiệm rằng: + Với động có kt  0,45 nên thay + Với động có kt  0,75 khơng nên thay + Với động có kt = 0,45  0,75 cần phải so sánh kinh tế phương án: thay không thay, xem phương án có lợi hơn, sau đó định có thay động non tải đó động có công suất nhỏ không 3.Tăng cường chất lượng sửa chữa động Động sau sửa chữa thường có cos thấp so với trước sửa chữa, mức độ giảm thấp cos tùy thuộc vào chất lượng sửa chữa động Mỗi xí nghiệp lớn thường xuyên có trăm động thay sửa chữa, chính xí nghiệp phải xây dựng phân xưởng sửa chữa khí, chủ yếu làm nhiệm vụ sửa chữa động GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 141 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Nếu chất lượng sửa chữa đảm bảo góp phần không nhỏ vào việc giảm mức tiêu thụ Q động sau sửa chữa góp phần làm tăng cos xí nghiệp Vì thế, tăng cường chất lượng sửa chữa động cần xí nghiệp công nghiệp lưu ý mức Tóm lại, giải pháp tổng hợp đồng kể trên, chắc chắn giúp cho cos xí nghiệp nâng cao trước sử dụng thiết bị bù, điều đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho xí nghiệp Ví dụ: xí nghiệp khí cỡ trung bình, qui mơ có tởng cơng suất tính tốn P = 10.000 kW, cos = 0,5 lượng Q tiêu thụ là: Q = P.tg = 10.000 x 1,732 = 17,320 (kVAr) Giả sử sử dụng giải pháp bù nhân tạo nêu nâng cos lên 0,6, đó lượng Q tiêu thụ còn: Q = 10.000 x 1,33 = 13,300 (kVAr) Nghĩa giảm lượng tiêu thụ Q là: 17,320 - 13,300 = 4,020 (kVAr) Như xí nghiệp bớt khoản tiền mua, lắp đặt, quản lý, bảo dưỡng 4,020 (kVAr) tự bù Các thiết bị bù cos Bù cos xí nghiệp thuật ngữ ngành điện, thực chất xí nghiệp tự đặt thiết bị phát Q để tự túc phần toàn nhu cầu tiêu thụ Q xí nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải lưới điện cung cấp cho xí nghiệp Thiết bị để phát Q thường dùng lưới điện máy bù tụ bù Máy bù, hay gọi máy bù đồng bộ, động đồng chạy kích thích phát Q Ưu khuyết điểm hai loại thiết bị bù giới thiệu (bảng 4-3) Bảng 4-3 So sánh đặc tính kinh tế kỹ thuật máý bù tụ bù Máy bù Tụ bù Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản Đắt Rẻ Tiêu thụ nhiều điện Tiêu thụ ít điện P = 5%Qb P = (2 5)%Qb Tiếng ồn lớn Yên tĩnh Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 142 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm máy bù, nhược điểm tụ công suất Q b phát không trơn mà thay đổi thay cấp (bậc thang) tăng, giảm số tụ bù Tuy nhiên, điều khơng quan trọng bù cos mục đích cho cos xí nghiệp lớn cos quy định 0,85 không cần có trị số thật chính xác Thường bù cos lên trị số từ 0,9 đến 0,95 Tóm lại, lưới điện xí nghiệp công nghiệp, dịch vụ dân dụng nên bù tụ điện Phân phối tối ưu công suất bù lưới điện xí nghiệp a Xác định tổng công suất phản kháng cần phải bù Từ Hình MĐ 19-05-02, cơng suất tác dụng khơng thay đởi thì: - Ứng với cos1 có: Q1 = P.tg1 - Ứng với cos2 có : Q2 = P.tg2 Công suất cần bù xí nghiệp để nâng hệ số công suất xí nghiệp từ cos1 lên cos2 là: Qb = Q1 - Q2 = P.tg1 - P.tg2 Qb = P(tg1 - tg2) (4-5) Trong đó: P cơng suất tác dụng tính tốn xí nghiệp (kW) b Phân phối tối ưu công suất bù (Hình 4-9) giới thiệu vị trí có thể đặt tụ bù cos lưới điện xí nghiệp TPP TĐL TĐL GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN TĐL 3 143 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Đặt tụ bù phía cao áp xí nghiệp: đặt vị trí có lợi giá thành tụ cao áp thường rẻ tụ hạ áp, nhiên làm giảm tổn thất điện từ trở lên lưới điện, không giảm tổn thất điện trạm biến áp lưới hạ áp xí nghiệp Đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp xí nghiệp Tụ điện đặt vị trí này, so với vị trí 1, làm giảm thêm tổn thất điện trạm biến áp không giảm tổn thất điện lưới hạ áp xí nghiệp Đặt tụ bù tủ động lực Đặt tụ bù vị trí làm giảm tổn thất điện đường dây từ tủ phân phối tới tủ động lực trạm biến áp xí nghiệp Đặt tụ bù cực tất động Đặt tụ bù cực động có lợi giảm tổn thất điện năng, nhiên vốn đầu tư cao tăng chi phí quản lý, vận hành, bảo dưỡng tụ Đặt tụ bù vị trí với công suất lời giải toán “Phân phối tối ưu thiết bị bù lưới điện xí nghiệp” Giải xác tốn khó khăn phức tạp Trong thực tế, để bù cos cho xí nghiệp, người ta tiến hành bù sau: Với xưởng sản xuất xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù hạ áp trạm biến áp xí nghiệp Với xí nghiệp loại vừa có trạm biến áp số phân xưởng với công suất lớn xa trạm biến áp, để giảm tổn thất điện đường dây từ trạm biến áp đến phân xưởng có thể đặt phân tán tụ bù tủ phân phối phân xưởng cực động có công suất lớn (năm bảy chục kW) Với xí nghiệp qui mô lớn bao gồm hàng chục phân xưởng, thường lưới điện phức tạp bao gồm trạm phân phối trung tâm nhiều trạm biến áp phân xưởng, đó để xác định vị trí công suất bù thường tính theo hai bước: GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 144 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH • Bước 1: xác định cơng suất bù đặt hạ áp tất trạm biến áp phân xưởng • Bước 2: phân phối công suất bù trạm (đã xác định từ bước 1) cho phân xưởng mà trạm biến áp đó cấp điện Cũng có thể xét đặt tụ bù toàn phía cao áp phần bù bên cao áp phần bù bên hạ áp tùy thuộc vào độ chênh lệch giá tụ cao hạ áp Trong trường hợp bù tụ nhiều điểm (trường hợp 3), công suất bù tối ưu điểm thứ i đó xác định theo biểu thức: Q bi = Q i - (Q  − Q b  ) Trong đó: Qi Q Rtd Ri (4-6) công suất phản kháng yêu cầu nút i tổng công suất phản kháng yêu cầu n Q b trường hợp Ri R td Q  =  Qi tổng công suất bù, xác định theo (4.5) theo bước điện trở nhánh đến vị trí nút i điện trở tương đương lưới điện Rtd = 1 1 + + + R1 R2 Rn Chú ý: biểu thức (4.6) giải lấy giá trị dương ( 0), giải xuất giá trị âm có nghĩa đó khơng nên đặt tụ bù, đó Q b = 0, ta bỏ ẩn đó giải lại toán (n – 1) ẩn, tập nghiệm dương + Ví dụ Xí nghiệp khí gồm biến áp phân xưởng có mặt số liệu phụ tải cho hình MĐ 19-05-10 Yêu cầu đặt tụ bù bên cạnh tủ phân phối biến áp phân xưởng để nâng cos lên 0,95 Px3 S3 = 50 + j 70 (kVA) PVC (3x16+1.10).100m GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN Px2 PVC (3x25+1.16).70m PVC (3x50+1.35).50m S2 = 50 + j 50 (kVA) 145 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Giải: Tổng công suất tính toán xí nghiệp là: S = S1 + S2 + S3 = 180 +J240 tg1 = Q 240 = = 1,33 P 180 cos2 = 0,95 → tg2 = 0,33 Tổng công suất phản kháng cần bù phân xưởng để nâng cos xí nghiệp lên 0,95 là: Qb = P(tg1 - tg2) = 180(1,33 – 0,33) = 180 (kVAr) Các đường cáp từ TBA phân xưởng dùng cáp CADIVI chế tạo có số liệu cho bảng sau: r0 Đường dây Loại cáp l (m) R () (/km) TBA-PX1 PVC(3x50+1,35) 50 0,387 0,0194 TBA-PX2 PVC(3x25+1,16) 70 0,727 0,0509 TBA-PX3 PVC(3x16+1,10) 100 1,15 0,115 TBA R1 R2 TBA R3 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN Rtđ 146 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Điện điện trở tương đương lưới điện hạ áp xí nghiệp: Rtd = 1 = = 0,0126() 1 1 1 + + + + R1 R2 R3 0,0194 0,0509 0,115 Công suất tủ tụ bù đặt biến áp phân xưởng là: Áp dụng công thức: Q bi = Q i - (Q  − Q b  ) Rtd Ri Ta có: Q b1 = 120 - (240 − 180) 0,0126 = 81(kVAr) 0,0194 Q b2 = 50 - (240 − 180) 0,0126 = 35(kVAr) 0,0509 Q b3 = 70 - (240 − 180) 0,0126 = 64(kVAr) 0,0115 Vậy chọn dùng tụ bù Dac Yeong chế tạo có thông số kỹ thuật cho bảng sau: Qb Iđm Nơi đặt Loại tụ SL Uđm (V) Số pha (kVAr) (A) PX1 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX2 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX3 DLE- 4D75 K5S 75 440 98,4 CÂU HỎI ÔN TẬP Phân tích yêu cầu chiếu sáng nhân tạo? GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 147 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT ĐỨC HÀ TĨNH Trình bầy nội dung tính chọn cơng suất chiếu sáng, dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc? Trình bầy giải pháp nâng cao hệ số cơng suất phù hợp tình hình thực tế, theo tiêu chuẩn Việt Nam? Trình bầy phương pháp tính chọn tụ bù thích hợp để nâng cao hệ số công suất? 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 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 GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN 148 ... kế hệ thống cung cấp điện a Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện bao gồm: + Độ tin cậy cung cấp điện: Đó mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc... thống cung cấp điện Một phương án cung cấp coi hợp lý thỏa mãn yêu cầu sau: - Đảm bảo chất lượng điện - Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, tính liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải - Thuận... TĨNH BÀI 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Khái quát Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm vấn đề sau: - Chọn cấp điện áp - Chọn nguồn điện - Chọn sơ đồ nối dây - Chọn phương thức vận hành