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

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT-XÔ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỰ ĐỘNG HĨA GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ… Ngày… tháng….năm 20… của……… Ninh Bình, tháng 01 năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc sách giáo trình nên nguồn thơng tin đuợc phép dùng ngun trích cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Ngành cơng nghiệp điện lực giữ vai trị quan trọng cơng đại hố đất nước Khi xây dựng đô thị, nhà máy hay sở sản xuất nào, trước tiên ta cần phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho sản xuất sinh hoạt Mặt khác, nhu cầu sử dụng điện thiết bị điện ngày tăng việc trang bị kiến thức hệ thống điện mạng điện cần thiết Hệ thống cung cấp điện theo nghĩa rộng hệ thống bao gồm khâu sản xuất, truyền tải phân phối điện Trong khuôn khổ tài liệu, chúng tơi trình bày theo nghĩa hẹp hơn, hệ thống truyền tải phân phối điện phạm vi định Tài liệu gồm gồm chương: Chương 1: Những vấn đề chung hệ thống cung cấp điện Chương 2: Tính tốn phụ tải điện Chương 3: Tính tốn tổn thấp mạng điện Chương 4: Ngắn mạch hệ thống cung cấp điện Chương 5: Chọn thiết bị điện nâng cao hệ số công Tài liệu biên soạn theo chương trình khung Bộ Giáo dục Đào tạo Tổng cục dạy nghề để giảng dạy tra cưú thông qua số liệu tham khảo nhiều tài liệu Chúng tơi đưa vào nhiều ví dụ tính tốn kinh điển, giúp cho học sinh có sở tập tính tốn phụ tải mạng điện điều kiện cụ thể để tiếp xúc với toán thực tế sau Mặc dù cố gắng, nhiên sai sót khó tránh.Rất cần tham gia góp ý bạn đọc đồng nghiệp để tài liệu có chất lượng tốt lần chỉnh lý sau Ninh Bình, ngày… tháng 01 năm 2021 Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Dịu: Chủ biên Đặng Thị Thu Thủy MỤC LỤC CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN Khái quát hệ thống cung cấp điện 1.1 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện 1.2 Các nguồn điện 1.3 Sơ đồ sản xuất truyền tải điện 10 1.4 Các ký hiệu quy ước sơ đồ cung cấp điện 11 Những 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 Lưới điện 14 3.1 Sơ lược phát triển mạng lưới điện 14 3.2 Vai trò yêu cầu mạng điện 15 Các loại dây dẫn cáp điện 25 4.1 Các loại dây dẫn: 25 4.2 Kết cấu đường dây cáp 26 4.3 Kết cấu mạng điện nhà 28 Cấu trúc đường dây 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 Trạm điện 34 6.1 Trạm biến áp (TBA) 34 6.2 Trạm biến áp phân phối (TBAPP) 38 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN 45 Đồ thị phụ tải điện 45 1.1 Khái niệm chung: 45 1.2 Một số dạng đồ thị phụ tải 46 Các đại lượng hệ số tính tốn 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 tốn (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 (nhq) 58 Các phương pháp xác định phụ tải điện (Phụ tải tính tốn) 63 3.1 Xác định phụ tải tính tốn theo công suất đặt hệ số nhu cầu 63 3.2 Xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích 64 3.3 Xác định phụ tải tính tốn theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm 65 3.4 Xác định phụ tải tính tốn theo hệ số cực đại (k max) công suất trung bình (Ptb) 66 3.5 Xác định phụ tải tính tốn mạng có thiết bị pha pha 69 Xác định dòng điện đỉnh nhọn 73 4.1 Khái niệm: 73 4.2 Mục đích tính dịng điện đỉnh nhọn: 73 4.3 Cách tính: 73 Xác định trung tâm phụ tải điện 76 5.1 Mục đích 76 5.2 Cách xác định 76 CHƯƠNG 78 TÍNH TỐN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 78 Thông số phần tử mạch điện 78 1.1 Điện trở điện kháng dây dẫn 78 1.2 Điện trở điện kháng MBA 79 1.3 Thông số phần tử khác 80 Tổn thất điện áp đường dây 80 2.1 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải tập trung cuối đường dây 80 2.2 Tổn thất điện áp đường dây pha có nhiều phụ tải tập trung 82 2.3 Tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố 87 2.4 Tổn thất điện áp đường dây có dây trung tính 91 Tổn thất công suất đường dây 98 3.1 Tổn thất cơng suất đường dây có phụ tải 98 3.2 Tổn thất công suất đường dây có nhiều phụ tải 99 Tổn thất điện áp tổn thất công suất bên máy biến áp 100 4.1 Tổn thất điện áp MBA 100 4.2 Tổn thất công suất MBA 102 Tổn thất điện mạch điện 104 5.1 Tính tổn thất điện đường dây 104 5.2 Tổn thất điện trạm biến áp 105 Tiết kiệm điện 109 6.1 Tăng điện áp truyền tải 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 111 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 111 Khái niệm chung tượng ngắn mạch 111 1.1 Đặc điểm cố ngắn mạch 111 1.2 Phân loại ngắn mạch 111 1.3 Nguyên nhân gây ngắn mạch 112 1.4 Hậu cố ngắn mạch 112 1.5 Mục đích tính ngắn mạch 113 1.6 Các giả thiết chung tính ngắn mạch 113 Biểu thức tính dòng ngắn mạch 114 Tính tốn dịng ngắn mạch pha 116 3.1 Khái niệm 116 3.2 Mục đích tính ngắn mạch pha hạ áp 116 3.3 Các giả thiết dùng để tính ngắn mạch pha hạ áp 116 3.4 Tổng trở thành phần hệ thống điện 117 3.5 Tính tốn dịng ngắn mạch pha (thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch) 118 3.6 Dịng điện xung kích 119 Tính tốn dịng ngắn mạch pha 124 4.1 Mục đích tính ngắn mạch pha hạ áp 124 4.2 Những ý tính ngắn mạch pha hạ áp 124 4.3 Biểu thức tính dịng ngắn mạch pha hạ áp 125 CHƯƠNG 5: CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN 127 Các điều kiện chung để chọn kiểm tra thiết bị điện 127 1.1 Khái niệm 128 1.2 Các điều kiện chọn 128 1.3 Các điều kiện kiểm tra 129 Lựa chọn máy biến áp 129 2.1 Nguyên tắc lựa chọn MBA 129 2.2 Hiệu chỉnh công suất MBA 131 Chọn kiểm tra cầu dao (dao cách ly) 133 3.1 Khái quát 133 3.2 Chọn kiểm tra DCL 134 Chọn kiểm tra cầu chì 134 4.1 Cầu chì cao áp 134 4.2 Cầu dao hạ áp 137 Chọn kiểm tra aptomat 145 5.1 Khái quát 145 5.2 Phương pháp chọn 145 Chọn kiểm tra dây dẫn cáp góp 147 6.1 Chọn kiểm tra góp 147 6.2 Chọn kiểm tra dây dẫn cáp 149 Chọn 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 Nâng cao hệ số công suất cos𝝋 163 8.1 Khái niệm chung 163 8.2 Ảnh hưởng công suất phản kháng đến việc tiết kiệm điện 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 Bảo vệ điện áp 176 9.1 Khái niệm bảo vệ điện áp 176 9.2 Phân loại điện áp 177 9.3 Các biện pháp hạn chế điện áp nội 180 9.4 Bảo vệ điện áp thiên nhiên 181 9.5 Các thiết bị bảo vệ điện áp thiên nhiên 183 9.6 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 192 9.7 Tính tốn điện trở nối đất 195 TÀI LIỆU THAM KHẢO 197 CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: Trong năm trở lại đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt phát triển không ngừng Đối với người công tác ngành điện cần phải có hiểu biết định xã hội, môi trường, đối tượng cấp điện để tham gia tốt vận hành, thiết kế, lắp đặt cơng trình điện Mục tiêu: - Phân tích đặc điểm, yêu cầu nguồn lượng, nhà máy điện, mạng lưới điện, hộ tiêu thụ, hệ thống bảo vệ trung tâm điều độ - Vận dụng yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện - Rèn luyện tính cẩn thận, xác nghiêm túc học tập thực công việc Nội dung: Khái quát hệ thống cung cấp điện 1.1 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện Điện dạng lượng có nhiều ưu điểm dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác nhiệt năng, năng, quang v.v , dễ truyền tải, hiệu suất cao + Điện khác với hầu hết sản phẩm khác khơng tích trữ được, trừ vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ pin, ác quy, thời điểm cần phải đảm bảo cân lượng điện sản xuất tiêu thụ, có kể đến tổn thất truyền tải Đặc điểm cần quán triệt nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống, vận hành điều độ hệ thống cung cấp điện (CCĐ) + Các trình điện xảy nhanh, chẳng hạn sóng điện từ lan truyền vật dẫn với tốc độ ánh sáng: 300.000km/s; Sóng sét, q trình ngắn mạch, đóng cắt thiết bị điện, tác động thiết bị bảo vệ v.v xảy khoảng phần mười giây Vì địi hỏi phải sử dụng rộng rãi thiết bị tự động vận hành, điều chỉnh bảo vệ, nhằm làm cho hệ thống CCĐ làm việc tin cậy kinh tế + Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân luyện kim, hố chất, khí, khai thác mỏ, công nghiệp nhẹ, dân dụng v.v , động lực tăng suất lao động, tạo nên phát triển mạnh mẽ cấu trúc kinh tế Từ đặc điểm đưa định hợp lý mức độ điện khí hố ngành kinh tế, đáp ứng phát triển cân đối ngành kinh tế 1.2 Các nguồn điện Có nhiều phương pháp biến đổi dạng lượng nhiệt năng, thuỷ năng, năng, lượng hạt nhân v.v thành điện năng, có nhiều kiểu nguồn điện tương ứng Một số nét nguyên lý làm việc ưu, nhược điểm loại nguồn điện chủ yếu Đây kiểu nguồn điện kinh điển chiếm tỷ lệ quan trọng tổng công suất chung Ở nhà máy nhiệt điện, than đá đốt cháy buồng đốt để đun sôi nước bao Hơi nước từ bao có nhiệt độ áp suất cao (t 05000C, 40at) dẫn đến làm quay cánh tuốc bin với tốc độ lớn (n3000 vòng/phút) Trục tuốc bin nối với trục máy phát điện phát điện để đưa sử dụng Như nhà máy nhiệt điện, lượng biến đổi theo nguyên lý: Nhiệt (của than)  Cơ  Điện Các nhà máy nhiệt điện lớn thường xây dựng gần khu mỏ có trữ lượng lớn than truyền tải điện tới trung tâm phụ tải qua lưới cao áp Chi phí đầu tư xây dựng nhà máy mức trung bình Nhược điểm: Tiêu thụ khối lượng nhiên liệu lớn, hiệu suất thấp, tính linh hoạt vận hành khói thải làm nhiễm mơi trường, cần thi hành biện pháp lọc khói, bụi giảm thiểu mức độ nhiễm 1.2.1 Nhà máy thuỷ điện Đây loại nhà máy sử dụng lượng dòng nước làm quay trục tuốc bin thuỷ lực, quay máy phát điện Quá trình biến đổi lượng là: Thuỷ  Cơ  Điện Công suất nhà máy thuỷ điện: P = k.H.Q. Trong đó: k - Hệ số H (m) - Chiều cao hiệu dụng cột nước, tức mức nước chênh lệch thượng lưu hạ lưu Q (m /s) - Lưu lượng nước  - Hiệu suất Từ biểu thức ta thấy xây dựng đập chắn đoạn tương đối phẳng dịng sơng để tạo lưu lượng Q lớn xây dựng đoạn có độ chênh lớn hai mức nước để có H lớn Nhà máy thuỷ điện đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng ban đầu lớn lớn so với nhà máy nhiệt điện Tuy nhiên giá thành điện rẻ hơn, dễ thực tự động hoá, hiệu suất cao 1.2.2 Nhà máy điện nguyên tử Sự biến đổi lượng nhà máy điện nguyên tử tương tự nhà máy nhiệt điện Nhiệt (Phân huỷ hạt nhân)  Cơ  Điện Năng lượng thu trình phân huỷ hạt nhân nguyên tử chất Urani, Plutoni, Thory v.v lò phản ứng dùng để đun nóng nước, nước bốc dẫn vào làm quay tuốc bin, quay máy phát điện Nhiên liệu hạt nhân có khả tạo nhiệt cao nên nhà máy điện nguyên tử có ý nghĩa lớn vùng khan nhiên liệu than Nhà máy điện nguyên tử cần vốn đầu tư xây dựng lớn xây dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy CCĐ cao 1.3 Sơ đồ sản xuất truyền tải điện 1.3.1 Khái niệm: - Hệ thống CCĐ điện tập hợp nhà máy điện, mạng điện phụ tải Hệ thống điện phận hệ thống lượng cấu thành từ nhiều phần tử - Mạng điện tập hợp đường dây không, đường cáp điện, TBA trạm phân phối để truyền tải, phân phối điện sản xuất từ nguồn phát đến hộ tiêu thụ điện Thông số phần tử gọi thông số hệ thống, như: tổng trở, tổng dẫn, hệ số biến áp v.v Tập hợp trình tồn hệ thống xác định chế độ làm việc hệ thống đặc trưng thông số dịng điện, điện áp, cơng suất, hệ số cos 1.3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sau: 10kV 220kV V 10kV 110kV NMĐ2 NMĐ1 110kV 10kV 10kV 0,4kV Hình 1.1 Hệ thống điện 10 Dịng điện sét có trị số lớn thời gian tồn lại ngắn nên người ta quan tâm đến tác hại nhiệt c Hiệu ứng điện từ Hiệu ứng điện từ cụ thể hoá xuất sóng điện áp truyền đường dây tải điện - Nếu sét đánh gần đường dây tải điện tất dây dẫn nằm điện từ trường dòng điện sét, nên dây dẫn cảm ứng SĐĐ sinh điện áp iS - Nếu sét đánh vào cột điện, Ucột dịng điện sét theo cột xuống đất Lúc có điện áp giáng tổng trở cột xuất SĐĐ cảm ứng điện cảm riêng cột di Hình 6.32 U cot  i S R Z  L cot S dt Với: RZ - điện trở nối đất cột Lcột - điện cảm riêng cột Vì RZ Lcột lớn nên Ucộtcó giá trị lớn điện áp gây tượng phóng điện ngược từ cột vào dây dẫn - Nếu sét đánh trực tiếp vào đường dây, có sóng q điện áp q dịng điện lan truyền theo hai phía gây nguy hiểm cho thiết bị TBA nhà máy điện - Nếu sét đánh vào dây chống sét, dịng điện sét theo dây dẫn sét xuống đất, dây dẫn xuất SĐĐ cảm ứng gây điện áp 9.5 Các thiết bị bảo vệ điện áp thiên nhiên 9.5.1 Kim thu lôi a Khái niệm Kim thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào cơng trình điện cơng trình kiến trúc Tác dụng chống sét kim chỗ, tập trung điện tích đầu nhọn kim, tạo nên điện trường lớn với tia tiên đạo sét, “thu hút” sét vào đó, hình thành khu vực an tồn bên xung quanh hệ thống thu sét Kim thu lơi làm việc với xác suất an tồn cao từ (9999,9)% Độ cao so với mặt đất mà từ có phóng điện tiên đạo phát triển hệ thống thu sét gọi độ cao định hướng H 183 h sét H Độ cao phụ thuộc vào độ cao phận thu sét h Thông thường H=(1020)h Độ cao kim thu lôi lớn tốt, khơng thể cao q lý kinh tế mỹ quan b Các phận kim thu lơi Các phận kim thu lôi gồm: - Bộ phận thu nhận: ống sắt tròn sắt tròn, đầu mài nhọn, mạ kẽm chống gỉ - Bộ phận dẫn (dây xuống): dây sắt 6 8 nối từ kim xuống trang bị nối đất - Trang bị nối đất (tiếp địa): Trang bị nối đất dùng để tháo sét xuống đất Do yêu cầu an toàn cho người thiết bị mà đòi hỏi điện trở nối đất trang bị nối đất không vượt trị số quy định sau: + Tiếp địa chống sét: RZ ≤ 10  + Tiếp địa chống sét tiếp địa làm việc nối chung: RZ ≤  + Tiếp địa cho cột điện vùng dân cư: RZ ≤ 40  Nhìn chung điện trở nối đất bé, tốt, khơng thể bé q lý kinh tế Các cọc nối đất thường ống thép dài (23) m, đường kính ngồi (3540) mm, độ dày thành ống không bé mm Ngồi dùng thép góc L 50 x 50 x dài 2,5 m làm cọc nối đất Độ chôn sâu cọc (0,50,7) m để tránh ảnh hưởng thay đổi khí hậu bên ngồi (vì lớp đất mặt có điện trở suất không ổn định) Các cọc chôn sâu đất nối với thép dày (45) mm, rộng (2050) mm để tạo thành mạng lưới c Phạm vi bảo vệ kim thu lôi Phạm vi bảo vệ kim thu lơi có dạng hình nón mà chiều cao chiều cao kim, bán kính đáy 1,6 lần chiều cao (hình 6.34) hA h hX 184 rX Ta có hA = h - hX Với hA - độ cao hiệu dụng kim thu lơi; hX - độ cao cơng trình cần bảo vệ; h - độ cao kim tính từ mặt đất Bán kính vùng bảo vệ độ cao hX rX  1,6h A 1 hX h Trong thực tế, để đơn giản, người ta thường vẽ gần phạm vi bảo vệ kim thu lơi hình 6.35 Lúc bán kính vùng bảo vệ độ cao hX tính sau: h  h    - Nếu h X  h , ta có rX  1,5h1  X   1,5 h  X  0,8   0,8.h   - Nếu h X  h , ta có rX  0,75h1  h X   0,75(h  h X ) h   0,2h (2/3)h 0,75h 1,5h Hình 6.35 185 Trường hợp có kim thu lơi phạm vi bảo vệ xây dựng gần sau (hình 6.36)Một cơng trình có độ cao h0X hai kin thu lôi phải thoả mãn điều kiện: a/7 0,2h h h0 rX 0,75h a 1,5h rX r0X r0X 0,2h0 Hình 6.36 h0 0,75h 1,5h0 Một cơng trình có độ cao h0X hai kin thu lôi phải thoả mãn điều kiện: a h 0X  h  9.5.2 Dây thu lôi a Khái niệm Trên đường dây tải điện, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, người ta dùng hai dây trời nối đất gọi dây thu lơi Các dây đặt phía dây dẫn điện chạy dọc theo chiều dài đường dây b Phạm vi bảo vệ dây thu lôi - Trường hợp có dây thu lơi (hình 6.37) 186  hA hX rX Hình 6.37 Chiều rộng phạm vi bảo vệ 2rX chạy suốt dọc chiều dài đường dây, với: rX  0,8h A h 1 X h Ta thấy, chiều rộng phạm vi bảo vệ dây thu lôi nửa chiều rộng phạm vi bảo vệ kin thu lôi Phạm vi bảo vệ dây thu lơi cịn xác định góc  qua biểu thức: tg   rX  hA 0,8 h 1 X h Thông thường hX 0,8h nên  = 20250 - Trường hợp có dây thu lôi: Lúc này, độ võng vùng bảo vệ phải nhỏ =15200 (hình 6.38) a , góc a/4 187 9.5.3 Chống sét khe hở a Các loại chống sét khe hở Đây loại chống sét đơn giản thường có kiểu hình 6.39 b a a b c d Hình 6.39 a Kiểu sừng b Kiểu đai c Kiểu cầu d Kiểu ốc-tuyn b Chống sét sừng - Cấu tạo Cấu tạo chống sét sừng hình 6.39.a Nó dùng bảo vệ chống sét đánh từ đường dây lan vào TBA, TPP cỡ nhỏ Loại làm sắt tròn (hoặc sắt dẹt), mạ kẽm, uốn xoè hai sừng thú Hai sừng đặt sứ cách điện cao áp, có điện áp định mức tuỳ thuộc cấp điện áp lưới điện Một bên sừng tiếp đất, bên đấu vào dây cao áp Chống sét sừng đặc trưng khoảng cách a b, a khoảng cách phóng điện b khoảng cách dập hồ quang hai đầu mút sừng Trong thực tế, khoảng cách a chi thành a a’ (hình 6.40), người ta sợ nhiều có vật lạ rơi vào mắc hai sừng làm tác dụng phóng điện chống sét b a a’ 188 Hình 6.40 Để chống sét sừng làm việc tốt, cần đảm bảo khoảng cách bảng sau: Bảng 6.1 Khoảng cách (mm) Cấp điện áp (kV) a a’ b 40 10 600 10 60 15 600 20 120 20 760 35 250 30 1300 - Nguyên lý làm việc Khi có sóng sét truyền tới có phóng điện qua a a’ xuống đất Hồ quang cháy a kéo dài vuốt mỏng dập tắt b - Ưu nhược điểm Ưu điểm chống sét sừng cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo, dễ thi công, lắp đặt Nhược điểm chống sét sừng chống sét khe hở nói chung khơng có phận dập hồ quang nên hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất chống sét làm việc gây ngắn mạch tạm thời, làm máy cắt tác động nhầm Do vậy, hiệu làm việc chống sét khe hở không cao, khơng đảm bảo tính liên tục cung cấp điện 9.5.4 Chống sét ống (CSO) a Cấu tạo Ký hiệu CSO sơ đồ điện hình 6.41 Cấu tạo chống sét ống hình 6.42 b Nguyên lý hoạt động CSO không lắp trực tiếp vào đường dây mà lắp qua khe hở S2 Hai khe hở S1 S2 có ảnh hưởng lớn đến đặc tính von-giây CSO Muốn điều chỉnh đặc tính von-giây CSO, người ta điều chỉnh khe hở S1 S2 Dây cao áp S2 S1 Hình 6.42 189 Vỏ cách điện Ống xenlulo Điện cực Buồng hỗn xung Vít gá lắp Lưỡi gà Khi có sóng sét chạy tới CSO, phóng qua khe hở S S2 xuống đất Lúc hồ quang cháy S1 đốt cháy ống xenlulo sinh chất khí có khả khử ion Khi dịng điện qua trị số hội dập hồ quang tốt nhất, lúc áp suất ống lại giảm thấp nên việc dập hồ quang tiến hành khơng thuận lợi Buồng hỗn xung khắc phục nhược điểm Khi hồ quang cháy S phần lớn chất khí sinh bị dồn vào buồng hoãn xung Khi hồ quang tạm thời dập tắt, áp suất buồng hỗn xung giảm nhanh, áp suất buồng hỗn xung cịn lớn luồng khí từ buồng hoãn xung thổi mạnh làm cho hồ quang khơng có hội tái phát Do tác dụng luồng khí mà đầu tự lưỡi gà bật khỏi thân ống, báo hiệu CSO tác động c Phạm vi sử dụng CSO CSO dùng để bảo vệ đường dây tải điện không d Sử dụng lắp đặt CSO Khi chọn sử dụng CSO phải đảm bảo yêu câu: - Điện áp định mức CSO khống nhỏ điện áp lưới - Đặc tính von-giây CSO phải thấp đặc tính von-giây thiết bị bảo vệ - Phải tuân thủ số lần tác động CSO Lắp đặt CSO phải ý: - Khơng có chướng ngại vật đường khí CSO tác động - CSO lắp nghiêng 450 Những nơi mưa gió nhiều phải lắp CSO nghiêng 600 so với phương nằm ngang 9.5.5 Chống sét van (CSV) a Cấu tạo Sơ đồ cấu tạo CSV hình 6.43 Dây cao áp 190 Vỏ sứ cách điện Các đồng Điện trở vilít Các đồng mỏng tạo thành khe hở phóng điện; điện trở vilít mắc nối tiếp với khe hở Sơ đồ đẳng trị CSV hình 6.44 Các điện trở mắc song song với khe hở để phân bố điện áp khe hở, có tác dụng chia nhỏ dập hồ quang Các điện trở vilít có đặc tính phi tuyến Biểu thức tốn học biểu diễn đặc tính von-amper vilít là: u  C.I  Trong đó: C = 650200 - số vật liệu; điện trở vilít kji dịng điện qua có trị số A  = 0,160,23 - hệ số phi tuyến Đặc tính có dạng hình 6.45a Quan hệ điện trở vilít điện áp đặt hình 6.45b Hình 6.44 u r 191 b) a) Hình 6.45 b Nguyên lý làm việc Khi có sóng sét truyền tới xuất phóng điện qua khe hở Dịng điện xung tháo nhanh xuống đất qua điện trở nhỏ lúc điện áp sét lớn nên điện trở vilít giảm xuống giá trị nhỏ hạn chế điện áp cho thiết bị Sau đó, CSV cịn làm nhiệm vụ dập hồ quang Khi sét đánh xong, điện áp đặt lên CSV điện áp pha điện áp giảm xuống điện trở vilít lại tăng lên, đưa CSV trạng thái ban đầu, tức hạn chế dịng kế tục (dóng ngắn mạch chạm đất) CSV Để hồ quang dập tắt dễ dàng, người ta ghép nhiều khe hở để chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn Mạch điện trở nên dòng điện điện áp trùng pha nhau, U = I =0, hồ quang dập tắt lúc dòng điện qua trị số lúc điện áp qua trị số 0; điện trở vilít đạt trị số lớn, làm cho hồ quang có khả tái phát Tuỳ trường hợp cụ thể mà người ta ghép thêm điện trở, điện dung song song với khe hở để có đặc tính von-giây theo yêu cầu Lưu ý: điện trở vilít dễ bị hỏng ẩm ướt nên phải bảo quản, chăm sóc cẩn thận c Phạm vi sử dụng CSV CSV dùng để bảo vệ trạm biến áp, trạm phân phối máy phát điện 9.6 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 9.6.1 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho TBA, người ta dùng kim thu lơi mà khơng dùng dây thu lơi sợ dây bị đứt gây ngắn mạch trạm, nguy hiểm Kim thu lơi đặt độc lập hay đặt giá sắt bê tông thiết bị trạm Trang bị nối đất kim thu lôi thường độc lập với trang bị nối đất làm việc yêu cầu có điện trở nối đất RZ ≤ 10  192 Đối với TBA có điện áp 35 kV trở xuống, phép đặt kim thu lôi giá với thiết bị điện điện trở nối đất R Z ≤  để tránh điện áp tàn dư cột đủ lớn để gây tượng phóng điện ngược Ngồi để tránh tượng kim thiết bị cần bảo vệ phải có khoảng cách thích đáng 9.6.2 Bảo vệ chống sét đánh từ đường dây truyền vào trạm Hiện tượng sóng điện áp truyền từ đường dây vào trạm xảy phổ biến thực tế sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây có liên quan đến trạm Để bảo vệ TBA, người ta dùng CSV phối hợp với CSO a Dùng CSV để bảo vệ trạm - Trường hợp đặt CSV gần MBA (hình 6.46) MBA CSV Hình 6.46 Trường hợp coi điện áp đặt lên CSV điện áp MBA, RZ đủ nhỏ điện áp đặt vào MBA khống đáng kể - Trường hợp CSV đặt xa MBA (hình 6.47) MBA CSV l Hình 6.47 193 Lúc này, có tượng phản xạ khúc xạ nhiều lần sóng điện áp CSV MBA, làm cho điện áp đặt lên MBA lớn điện áp đặt lên CSV l Độ lớn điện áp là: U  2a v Trong đó: a - biên độ sóng điện áp v - vận tốc truyền sóng l - khoảng cách từ CSV đến MBA Ta thấy: l lớn, nguy hiểm nên cần ý điều b Bảo vệ TBA 310 kV Sơ đồ bảo vệ trạm hình 6.48 DCS K MC 100200 m CSO1 MBA CSO2 CSV Trên sát MBA người ta đặt CSV Cách trạm khoảng 200 m, đặt tổ CSO1 sát MC đặt tổ CSO2 Khi có sét đánh K tổ CSO1 tác động Vì điện áp giáng điện trở nối Hình 6.48 đất RZ1 CSO1 lớn nên điện áp đặt lên CSV có khả lớn, dẫn đến dịng điện qua CSV lớn kA quy định cho CSV Sơ đồ đẳng trị hình 6.49a L L M a) IS R RCSV IS R RCSV b) Hình 6.49 194 Để khắc phục nhược điểm này, người ta mắc thêm dây trời nối đất (DCS) Sơ đồ đẳng trị hình 6.49b Lúc dịng điện qua CSV giảm có hỗ cảm dây dẫn dây trời nối đất Trên sơ đồ 6.48, tổ CSO dùng để bảo vệ lúc máy cắt ngắt (hở mạch) có sóng q điện áp chạy tới, gặp máy cắt hở mạch có sóng phản xạ làm điện áp tăng lên lớn, làm xun kích máy cắt 9.7 Tính tốn điện trở nối đất Điện trở nối đất cọc phụ thuộc vào điện trở suất đất tính cụ thể sau: 9.7.1 Trường hợp 1: Cọc nối đất chơn sát mặt đất (hình 6.50) Điện trở nối đất cọc điện áp xoay chiều tần số 50 Hz xác định sau: 0,366. tt 4l R 0~  lg () l d d Tropng đó: l l (cm) - chiều dài ống trịn đất d (cm) - đường kính ngồi ống tt (cm) - điện trở suất tính tốn đất tt = k.đo với k hệ số tăng cao; đo Hình 6.50 điện trở suất đo nơi chôn cọc 9.7.2 Trường hợp 2: cọc chôn sâu xuống đất khoảng h (hình 6.51) h Điện trở nối đất cọc lúc giảm 15%, điện trở suất đất phụ thuộc điều kiện thổ nhưỡng nên dùng công d thức mà khơng cần phải hiệu đính thêm l 9.7.3 Trường hợp 3: nối đất theo kiểu tia nằm ngang (hình 6.52) Điện trở nối đất xác định theo công thức: R 0~  tt 2l ()  lg 2l b.h Trong đó: h (cm) - độ chơn sâu b (cm) - bề rộng sắt l (cm) chiều dài sắt Hình 6.51 h l b 195 9.7.4 Điện trở khuếch tán nối Các cọc nối đất hàn nối với sắt dẹt có điện trở khuếch tán R tn  Hình 6.52 0,366. tt 2l () lg l b.h Trong đó: h = 0,8 (cm) - độ chôn sâu b (cm) - bề rộng nối l (cm) chiều dài nối Trường hợp nối thép tròn: R tn 0,366. tt l2 lg  d.h l () (Thay b = 2d với d (cm) đường kính thép trịn) Điện trở nối đất tất cọc: R R Z  ~ () n Với n số cọc Kết cọc đóng cách 40m, để điện trường chúng khơng ảnh hưởng lẫn coi phân bố điện thể Thực tế, cọc chôn gần (khoảng cách cọc liên tiếp lớn hay chiều dài cọc), điện trường chúng ảnh hưởng đến nhau, gây trở ngại cho phân bố dòng điện, làm điện trở nối đất tăng lên Đây tượng "bao che lẫn nhau" Để kể đến ảnh hưởng này, người ta đưa vào hệ số bao che  (hệ số sử dụng cọc nối), tra sổ tay kỹ thuật Ta có: R () R Z  0~ n  9.7.5 Điện trở nối đất toàn hệ thống nối đất: R nd  R Z R tn () R Z  R tn 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tập Cung cấp điện, Trần Quang Khánh, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2008 Các thiết bị điện dùng nông nghiệp, Lê Văn Nghĩa, NXB Nông nghiệp, 1976 Cung cấp điện, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Giáo trình Cung cấp điện, Nguyễn Cơng Hiền, Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khải, Phan Đăng Khải, Nguyễn Thành, NXB Đại học THCN, 1984 Giáo trình Cung cấp điện, Ngơ Hồng Quang, - Vụ THCN-DN, NXB Giáo dục, 2002 Giáo trình Mạng điện, Bùi Ngọc Thư, Khoa Tại chức, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1970 Một số vấn đề quy hoạch thiết kế mạng điện địa phương, Đặng Ngọc Dinh, Ngô Hồng Quang, Bùi Ngọc Thư, Nguyễn Hiền, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1970 Tính tốn cung cấp, lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, NXB Giáo dục, 2000 197 ... cơng nghiệp Khái niệm: Các xí nghiệp cơng nghiệp hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn Điện cung cấp cho xí nghiệp lấy từ TBA trung gian qua đường dây trung áp Tuỳ khoảng cách từ xí nghiệp. .. Hình 2.9 Lưới trung áp xí nghiệp quy mơ lớn - Đường dây trung áp (lộ kép) từ TBA trung gian cấp cho TPPTT - Lưới cáp ngầm trung áp xí nghiệp - Cáp ngầm hạ áp Các TBA phân xưởng có cấp điện áp (10... thiết kế hệ thống cung cấp điện - Rèn luyện tính cẩn thận, xác nghiêm túc học tập thực công việc Nội dung: Khái quát hệ thống cung cấp điện 1.1 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện Điện dạng lượng