Giáo trình cung cấp điện

l u - V /\U o _ Khoa Điện_ Điện Tử LỜI NÓI ĐÀU Bài giảng biên soạn theo đề cương môn học cung cấp điện trang bị kiến thức cung cấp điện như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp, chọn thiết bị, biện pháp bảo vệ cho lưới cho học sinh, sinh viên ngc.iih điện Bài giảng gồm mười chương trình bày vấn đề: + Khái quát cung cấp điện trình bày Chương + Chương trình bày lưới điện tính tốn phụ tải điện + Trạm điện đề cập chương + Tính toán lưới điện lựa chọn thiết bị điện trình bày chương 5, 6, + Chương đề cập vấn đề bào vệ hệ thống điện việc nâng cao hệ sổ công suất trình bày chương + Chương 10 trình bày kỹ thuật chiếu sáng Đe dễ dàng tiếp cận vấn đề giảng: chương cần đọc từ đến 10 Bài giảng biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên cao đẳng trung học chuyên nghiệp đồng thời phục vụ cho người quan tâm đến kiến thức bàn cung cấp điện Do thời gian trình độ người biên soạn có hạn nên khơng tránh khịi thiếu sót Tác giả rât mong nhận xét, đánh giả góp ý bạn đọc đồng nghiệp TP Hồ Chí Minh, thảng 11 năm 2011 Tác giả —j Biên soạn: Lương Chấn Nguyên Vũ $ k o Khoa Điện_ Điện Tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CÁP ĐIỆN 1.1 Nhừng đặc điểm điện 1.2 Khải quát hệ thống điện 1.3 Những yêu cầu lắp đặt hệ thống cung cấp điện 12 Chương 14 CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN 2.1 Lưới điện đô thị 14 2.2 Lưới điện nơng thơn 14 2.3 Lưới điện xí nghiệp 14 2.4 Các loại dây cáp điện 15 2.5 Cấu trúc đường dây tải điện 17 Chương TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN 20 3.1 Các khái niệm chung 20 3.2 Xác định phụ tài điện khu vực nông thôn 22 3.3 Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp 23 3.4 Xác định phụ tải điện khu vực đô thị 25 Chương TRẠM ĐIỆN 34 4.1 Khái quát phân loại trạm điện 34 4.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp 34 4.3 Cấu trúc trạm 37 4.4 Lựa chọn máy biến áp cho trạm 38 4.5 Nối đất trạm đường dây tải điện 39 Chương TÍNH TỐN TỎN THẤT TRẠM 40 5.1 Sơ đồ thay lưới cung cấp điện 40 5.2 Tính tốn tổn thất điện áp 45 5.3 Tính tốn tổn thất cơng suất 47 5.4 Tính tốn tổn thất điện 49 Chương TÍNH TỐN NGẤN MẠCH TRONG HỆ THÔNG ĐIỆN 55 Biên soạn: Lương Chân Nguyên Vù Khoa Điện_ Điện Tử 6.1 Khái niệm chung 55 6.2 Các phương pháp tính tốn gần dịng điệnngan mạch 59 6.3 Khái quát sử dụng máy tính tính tốn ngắn mạch 64 6.4 Phương pháp tính tốn ngắn mạch mạng điệnáp thấp đến 1000 V 65 Chương LựA CHỌN THIÉT BỊ ĐIỆN TRONG LƯỚI CUNG CÁP ĐIỆN 7.1 Khái quát 67 7.2 Lựa chọn máy cắt điện 68 7.3 Lựa chọn cầu c h ì, dao cách ly 69 7.4 Lựa chọn kiểm tra sứ cách điện 70 7.5 Lựa chọn dẫn 70 7.6 Lựa chọn dây dẫn cáp 71 7.7 Lựa chọn thiết bị khác 71 Chương BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN 75 8.1 Khái quát 75 8.2 Bào vệ relay 75 8.3 Chổng sét nối đất 77 Chương NÂNG CAO HỆ SĨ CƠNG ST 80 9.1 Hệ số công suất ý nghĩa việc nâng hệ số công suất 80 9.2 Các giải pháp bù C0S(P 81 9.3 Bù công suất cho lưới điện công nghiệp 82 Chương 10 TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG 83 10.1 Khái niệm chung 83 10.2 Nội dung thiết kế chiếu sáng 84 10.3 Thiết kế chiếu sáng dân dụng 85 10.4 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp 85 Biên soạn: Lương Chấn Nguyên Vũ Khoa Điện_ Điện Từ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VẺ CUNG CÁP ĐIỆN 1.1 Những đặc điểm điện Điện nâng dạng lượng có ưu điểm dễ sản xuất từ dạng lượng khác nhiệt, hóa, dễ chuyển thành dạng lượng khác nhiệt, hóa, dễ dàng truyền tải xa với công suât cao hiệu suất lớn Trong q trình sản xuất phân phối có đặc điểm sau: Điện sản xuất khơng tích lũy ngoại trừ trường hợp đặc biệt pin Các trình điện xảy nhanh Do phải sử dụng rộng rải thiết bị bảo vệ tự động công tác vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện nhằm đảm bảo hệ thống điện làm việc tin cậy hiệu Cơng nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân, động lực tăng suất lao động tạo nên phát triển kinh tế 1.2 Khái quát hệ thống điện Hệ thống điện bao gồm khâu phát điện, truyền tải, phân phối, cung cấp tới hộ tiêu thụ sử dụng điện r c y j rrr\ \S U fin VÌƯ Trạm tăng áp Nguôn điện Đường dây Hệ thống truyền tải Trạm hạ áp Phụ tải(hộ tiêu thụ) H 1.1: Hệ thống cung cấp điện 1.2.1 Các dạng nguồn điện Hiện có nhiều phương pháp biến đổi dạng nămg lượng khác nhiệt năng, thủy nãng , lượng hạt nhân , thành điện Vì có nhiều kiểu nguồn phát điện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, trạm điện gió, điện mặt trời, điện điêzel nước ta nguôn điện sản Biên soạn Lương Chấn Nguyên Vũ Khoa Điện_ Điện Tử xuất chù yếu từ nhà máy nhiệt điện nhà máy thuỷ điện Sau trình bày vài nét nguyên lý làm việc số dạng nguồn điện Nhà máy nhiệt điện (NĐ) Trong nhà máy nhiệt điện, động sơ cấp máy phát tuốc-bin hơi, máy nước động diezen Trong nhà máy lớn thường dùng tuốc-bin H 1.2: Sơ' (lồ nguyên lý nhà máy nhiệt diện Nhiên liệu dùng cho lò thường than đá xấu, than bùn, dầu mazút khí đốt tự nhiên Các lị dùng nhiên liệu than đá lị ghi-xích lị than phun Đẩu tiên, than đưa vào hệ thong ghi xích qua phễu, lò cỏ dàn ống chứa đầy nước lọc xừ lý hóa học để ống khơng bị ăn mịn Nhờ nhiệt độ cao lị, nước giàn bốc bay lên bình chứa (balon ) Hơi băo hòa balon qua dàn ống nhiệt sấy khô thành nhiệt theo đường ông dẫn vào tuốc-bin Hơi nhiệt đập vào cánh tuốc-bin kéo rôto máy phát điện quay Máy phát biến thành điện Sau qua tuốc-bin, nhiệt xuống bình ngưng dược làm lạnh ngưng tụ lại Sau đó, nhờ bơm đưa qua bể lẳng lọc xử lý lại Qua bơm 2, nước đưa qua dàn ống sấy đê gia hiệt thành nước nóng đưa vào lị, hình thành chu trình khép kín Tóm lại: nhà máy nhiệt điện có gian chính: • Gian lị: biến đổi lượng chất đốt thành lượng nhiệt • Gian máy: biến đổi lượng nhiệt vào tuổc-bin thành truyên qua máy phát đê biên thành điện Vì đưa vào tuốc-bin ngưng tụ bình ngưng nên gọi nhà máy điện kiểu ngưng Hiệu suất khoảng từ 30% đến 40% Nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn hiệu suất cao Hiện có tổ tuôc-bin máy phát công suất đến 600 000KW Biên soạn: Lương Chắn Nguyên Vũ Khoa Điện_ Điện Tử Ngoài cịn có nhà máy nhiệt điện, động sơ cấp máy nước,gọi nhà máy điện locô gồm lò máy nước Nhiên liệu dùng than đá xấu, củi hiệu suất khoảng 11% 22%,phạm vi truyền tải điện bán kính vài sổ Điện áp thường 220V/ 380V Nhà mảy điện diezen có động sơ cấp động diezen Hiệu suất khoảng 38% thời gian khởi động nhanh Công suất từ vài trăm đến 1000KW Dùng chất đốt quý dầu hỏa, mazút nên không sử dụng rộng rãi, chủ yếu dùng làm nguồn dự phịng Nhà máy nhiệt điện có đặc điểm sau: - Thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu - Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động tăng phụ tải chậm - Thường xãy cố - Điều chinh tự động hố khó thực - Hiệu suất khoảng từ 30% đến 40% - Khối lượng nhiên liệu tiêu thụ lớn, khói thải làm ô nhiễm môi trường Hiện nước ta có nhà máy nhiệt điện sau Nhà máy nhiệt điện Thủ Đức có cơng suất 200Mw Nhà máy nhiệt điện Bà Rịa có cơng suất 200Mw Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ có cơng suất 2000Mw Nhà Máy Thủy Điện (TĐ) Đây loại cơng trình thuỷ lợi nhằm sừ dụng lượng nguồn nước làm quay trục tuốc bin để phát điện, nhà máy thuỷ điện trình biến đổi lượng là: Thuỳ —» Cơ năng-» Điện Biên soạn: Lương Chân Nguyên Vũ Công suất nhà máy thuỷ điện xác định công thức : p = 9,81.r|.Q.H (Mw) Trong Q : lưu lượng nước(m3/ s ) , H : độ cao cột nước (m) r| : hiệu suất tuốc bin Động sơ cấp tuốc-bin nước, nối dọc trục với máy phát Tuốc-bin nước loại động biến động Nhà máy thủy điện có hai loại lọai có đập ngăn nước loại dùng máng dẫn nước: Loại đập ngăn: thường xây dựng nhừng sơng có lưu lượng nước lớn độ dốc Đập xây chắn ngang sông để tạo độ chênh lệch mực nước hai bên đập Gian máy trạm phân phối xây bên cạnh, đập Để bảo đảm nước dùng cho năm, be chứa xây dựng lớn Ví dụ như: nhà máy thủy điện Sơng Dà, Trị An Loại có máng dẫn: thường xây dựng nhừng sơng có lưu lượng nước độ dôc lớn Nước từ mựcnước cao, qua máng dẫn làm quay tuốc-bin máy phát Người ta ngăn đập để dự trữ nước cho năm So với nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện rẻ từ (3 -ỉ- )lần Thời gian khởi động rât nhanh ( -7- 15 ) phút, việc điều chỉnh phụ tải điện nhanh chóng rộng Tuy nhiên vơn đâu tư lớn, thời gian xây dựng lâu Vì song song với việc xây dựng nhà máy thủy điện, ta phải xây dựng nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn nhằm thúc đẩy tốc độ điện khí hóa nước Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau: - Phải có địa hình phù hợp lượng mưa dồi giàu - Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài - Vận hành linh hoạt: thời gian khởi động mang tải chi từ đến phút Trong nhiệt điện, để khởi động tổ mảy phải -ỉ- xãy cố - Tự động hố dễ thực - Khơng cần tác nhân bảo quản nhiên liệu - Hiệu suất cao 85 -ỉ- 90% - Giá thành điện thấp - Thống mát, kết hợp với hệ thống thuỷ lợi giao thông đường thuý nuôi trồng thuỷ hải sản Biên soạn: Lương Chấn Nguyên Vũ Khoa Điện_ Điện Tử Hiện nước ta có nhà máy Thuỷ điện sau Nhà máy Thưý điện Đa Nhim có 4t X 40Mw Nhà máy Thuỷ điện Trị An 2t X 100Mw Nhà máy Thuý điện Thác Mơ 2t X 60Mw Nhà máy Thuỷ điện Yaly 4t X 180Mw Nhà máy Thuỷ điện Hồ Bình 8t X 240Mw Nhà máy điện nguyên tử (ĐNT) H 1.4: S d sả n x u ấ t đ iệ n n ă n g c ủ a n h m y d iệ n n g u y ê n tử Năng lượng nguyên tử sử dụng qua nhiệt ta thu phá vờ liên kết hạt nhân nguyên tử số chất lò phản ứng hạt nhân Nhà máy điện nguyên tử biến nhiệt lò phản ứng hạt nhân thành điện Thực chất nhà máy điện nguyên tử nhà máy nhiệt điện, lò thay lò thay lò phàn ứng hạt nhân Đẻ tránh tác hại tia phóng xạ đến cơng nhân làm việc gian máy, nhà máy điện ngun từ có hai đường vịng khép kín: Đường vịng 1: gồm lị phản ứng hạt nhân ống dẫn đặt ộ trao nhiệt Nhờ bơm nên có áp suất 100 at tuần hoàn chạy qua ống lị phản ứng đốt nóng đến 270° c Bộ lọc dùng để lọc hạt rắn có nước trước vào lò Đường vòng 2: gồm trao nhiệt 4, tuốc-bin 8, bình ngưng Nước lạnh qua trao đổi nhiệt hắp thụ nhiệt biến thành có áp suất 12,5at, nhiệt độ 260° c Hơi nước làm quay tuốc-bin máy phát 14, sau ngưng đọng lại thành nước bình ngưng 9, bơm 11 đưa trở trao đoi nhiệt Hiệu suất nhà máy điện nguyên tử khoảng (20-4-30 )% , công suất đạt đến 600 000KW Biên soạn: Lương Chân Nguyên Vũ Khoa Điện_ Điện Từ Nhà máy điện ngun tị có đặc điểm: - Khả làm việc độc lập - Khối lượng nhiên liệu nhò - Vận hành linh hoạt, sừ dụng đồ thị phụ tải tự - Khơng thải khói ngồi khí - Vốn xây dựng lớn, hiệu suất cao nhà máy nhiệt điện Ngày cịn có trạm phát điện dùng lượng gió, lương mặt trời sử dụng nơi khơng có mạng điện quốc gia truyền tải tới 1.2.2 Hệ thống truyền tải * Trạm biến áp Trạm biên áp nơi tiếp nhận điện áp đen từ nguồn điện để thay đổi điện áp phù hợp với nhu cầu sử dụng đóng giai trò quan trọng việc truyền tải điện Phân loại nhiệm vụ Trạm biến áp có hai loại: Trạm tăng áp: dùng để tăng điện áp lên trước truyền tải xa để giảm dạng tôn thât đien kim loại màu Trạm hạ áp: dùng để hạ điện áp xuống cho phù hợp với tài sừ dụng Phân loại cẩu trúc Trạm biến áp có hai loại: Trạm biến áp phân xưởng: Có cơng suất nhỏ Cấp điện cho thiết bị dùng điện Có cấp điện áp (15 -ỉ- 24)kv —» 0,4kv Trạm biến áp trung gian: Phân phổi điện đán phụ tài Có cấp điện áp (35 4- 220)kv —> (15 4- 110)kv Trạm biến áp phân phổi: Có cơng suất vừa lớn Phân phối điện đến phụ tải Có cấp điện áp (110 4- 500)kv —> (35 4- 220)kv Hiện nước ta có nhiều trạm biến áp phân phối tất trạm biến áp liên kêt với thành mạng lưới điện quốc gia Biên soạn: Lương Chắn Nguyên Vũ "Ệ " !♦ Điện Tử I " L _ T ĩ ’ 1 * ^ “ HỈ.5: Sơ đồ liên kết tram biến áo Khi liên kết ’ĩ’-—? Giảm chi phí xây dựng nguồn dự phịng Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Sang phụ tải điện Khi vận hành vận hành chung cho tồn mạng lưới điện quốc gia Tổn chi phí đầu tư ban đầu * Đường dây Dáy dẫn: Yêu cầu dây dần phải có khả dẫn điện tốt Người ta thường sử dụng loại dây dẫn đồng, nhôm, dây nhôm lõi thép Trong loại dây dây đồng lọai dẫn điện tốt thường sử dụng nơi quan trọng nơi cỏ chất ăn mòn kim loại nhà máy hóa chất vùng ven biển Trong loại dây dẫn khả dẫn điện dây đồng so với dày nhơm cao khoảng 30% Thơng thường đổi với mạng điện ngồi trời cao, công suất truyền tài lớn, đoạn đường truyền tải xa người ta thường sử dụng dây nhôm lõi thép Dây dẫn điện phài có độ bền Do thường chế tạo có loại dây cỏ nhiều sợi bện với hay phần ngồi dây nhôm, phần bên dây thép.là phận truyền tải điện Cột điện: Người ta thường dùng ba loại cột Cột gỗ, tre Cột bê tơng cốt sắt Cột sắt, thép Cột điện loại vật liệu phải có khả chịu lực tốt dùng để tham gia vào q trình truyền tải điện thơng qua dây dẫn Tùy theo kết cấu loại cột trụ tương ứng với cấp điện áp có kích thước khác Cột điện lọai vật liệu phải chịu đựng Biên soạn: Lương Chán Nguyên Vũ 10 Khoa Điện_ Điện Tử - Tra bảng chọn tỷ số L/H = 1,8 Khoảng cách đèn: L = 1,8 X H = 1,8 X = 5,4 m Chọn k/cách L = 5m Đèn bố trí theo diện tích phân xương sau: bố trí dãy, dãy 10 bóng cách 5m , cách tường 2,5m Tổng số bóng n = 4x 10 = 40 bóng Chỉ sổ phịng aJb cp = — —— =5 H{a +b) - - Với ỗ lr = 0,5 , Ô tg =0,3 , cp = -Tra bảng tìm K s d = 0,6 Quang thơng mồi bóng đèn: „ _ KESZ _ 1,3.30.1000.1,1 _ F = — —— = — -— = 1787,5 Lumen nKsd 40.0,6 Tra bàng đèn sợi đốt chọn đèn có F = 1722 Lumen, cơng suất p = 150 w, điện áp 220v b Chọn áptomát tổng đóng cắt cho hệ thống chiếu sáng trên( sừ dụng áptomát cùa LG) (lđ) Ị 40.150 _ ỉđm - I« 220 27,3 A Tra bảng chọn Aptomat LG có thơng số Idm= 40 A, Udm= 600V, Cực, loại 50AF Biên soạn: ỉ.ưcmg Chấn Nguyên Vũ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngơ Hơng Quang (2007) Giáo trình cung cấp điện Nhà xuất giảo dục Nguyên Xuân Phú (2006) Cung cấp điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật Patrick Vandeplanque (2000) Kỹ thuật chiếu sáng Nhà xuất khoa học kỹ thuật Dương Vũ Văn - Trần Hoàng Lĩnh — Lê Thanh Hoa (2006) Hướng dẫn thiết kế chong sét thiết kế phần điện cho Nhà máy điện Nhà xuất bàn Đại học Quốc gia Lê Kim Hùng - Đoàn Ngọc Minh Tú (2007) Ngắn mạch hệ thống điện ĐH Bách Khoa Đà Nang Lê Kim Hùng (2007) Bảo vệ phần tử hệ thống diện ĐH Bách Khoa Đà Năng Biên soạn: ỉ.ương Chấn Nguyên Vũ 89 Loại đcn p trần % Ptườne % 0,5 0,6 0,7 ọp 0,8 'O jG 0,9 Cl 1,0 C3 "¿ã o 1,1 ' Liên tục cung cấp điện > Đảm bào chất lượng điện (độ dao động điện áp, dòng điện tần số Phải nằm...Khoa Điện_ Điện Tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CÁP ĐIỆN 1.1 Nhừng đặc điểm điện 1.2 Khải quát hệ thống điện 1.3 Những yêu cầu lắp đặt hệ thống cung cấp điện 12