Giáo trình Cung cấp điện (Nghề Điện công nghiệp)

UBND HUYỆN CỦ CHI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CỦ CHI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… , năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng 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 Hiện điện nguồn động lực chủ yếu sản xuất đời sống lí sau: Điện dể dàng biến đổi sang dạng lượng khác như: năng, nhiệt năng, quang Điện sản xuất tập trung nhà máy điện truyền tải xa với hiệu suất cao Quá trình sàn xuất truyền tải, phân phối sử dụng điện dể dàng tự động hóa điều khiển từ xa Có nhiều loại nguồn điện khác ưu điểm kinh tế kỹ thuật, điện sản xuất nhà máy phát điện Trong máy phát điện có q trình đổi từ thành điện Nếu nguồn lượng làm quay máy phát điện tua bin nước nhà máy thủy điện, cịn dùng than, dầu, khí đốt tạo nên nước làm quay máy phát điện có nhà máy nhiệt điện, ngồi cịn có nhà máy điện ngun tử, điện sử dụng sức gió,…Điện từ máy phát điện qua hệ thống truyền tải phân phối điện truyền đến hộ tiêu thụ Giáo trình Cung cấp điện trang bị cho người học cách nhìn tổng quát hệ thống điện Việt Nam Nếu vận dụng đầy đủ kiến thức tài liệu này, người học trở thành người cơng nhân chun ngành điện cơng nghiệp có tay nghề đáp ứng nhu cầu công nghiệp hóa đại hóa nước nhà Củ Chi, ngày 10 tháng 10 năm 2018 Biên soạn Lê Thành Trí MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Nhà máy điện 2.1 Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) 2.2 Nhà máy thủy điện (NMTĐ): 2.3.Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) 10 2.4 Nhà máy điện dùng sức gió (động gió phát điện) 11 2.5 Nhà máy điện dùng lượng xạ mặt trời 12 2.6 Nhà máy lượng địa nhiệt: 13 Mạng lưới điện 13 3.1 Mạng truyền tải 13 3.2 Mạng phân phối 14 Hộ tiêu thụ điện (Hộ dùng điện) 14 4.1 Theo ngành nghề: 14 4.2 Theo chế độ làm việc: 14 4.3 Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện: 14 Hệ thống bảo vệ 15 Trung tâm điều độ hệ thống điện 15 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 15 Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện: 15 Các tiêu kinh tế phương án cung cấp điện: 16 BÀI 1: TÍNH TỐN PHỤ TẢI 18 1.1 Xác định nhu cầu điện 18 1.1.1 Đặt vấn đề 18 1.1.2 Đồ thị phụ tải 19 1.1.3 Các đại lượng 20 1.1.4 Các hệ số tính tốn 21 1.1.5 Các phương pháp xác định cơng suất tính tốn: 21 1.1.6 Phương pháp tính số phụ tải đặc biệt 22 1.1.7 Xác định cơng suất tính tốn cấp mạng điện 23 1.1.8 Xác định tâm phụ tải 25 1.2 Chọn phương án cung cấp điện 26 1.2.1 Khái quát 26 1.2.2 Chọn cấp điện áp định mức mạng điện 26 1.2.3 Sơ đồ nối dây mạng điện áp cao 26 1.2.4 Sơ đồ nối dây mạng điện áp thấp 28 1.2.5 Đường dây cáp 29 BÀI 2: TÍNH TỐN MẠNG VÀ TỔN THẤT 31 2.1.1 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện 31 Sơ đồ thay lưới điện 31 2.1.2 Tính tổn thất mạng hở cấp phân phối 32 2.1.3 Tính tốn mạng điện kín đơn giản 32 2.2Trạm biến áp 32 2.2.1 Khái quát phân loại 32 2.2.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp 33 2.2.3 Đo lường kiểm tra trạm biến áp 34 2.2.4 Nối đất trạm biến áp đường dây tải điện 34 2.2.5 Cấu trúc trạm 34 2.2.6.Vận hành trạm biến áp 35 BÀI 3: LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN 36 3.1.1 Lựa chọn máy biến áp 36 1.1.1 Chọn vị trí trạm biến áp 36 1.1.2 Chọn số lượng chủng loại máy biến áp 36 1.1.3 Xác định công suất trạm biến áp: 37 3.1.2 Lựa chọn máy cắt điện 37 3.1.3 Lựa chọn cầu chì, dao cách ly 37 1.3.1 Lựa chọn dao cách ly, cầu chì cao áp: 37 1.3.2 Lựa chọn dao cách ly, cầu chì hạ áp: 38 3.1.4 Lựa chọn áptômát 40 3.1.5 Lựa chọn góp 40 3.1.6 Lựa chọn dây dẫn cáp 40 1.6.1 Chọn dây dẫn/cáp mạng phân phối cao áp 40 1.6.2 Chủng loại cáp dây dẫn 44 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: Cung cấp điện Mã mơn học/mơ đun: Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơ đun phải học sau hồn thành mơn học An tồn điện, Mạch điện, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện - Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Mục tiêu môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Chọn phương án phù hợp cho đường dây cung cấp điện cho phân xưởng phù hợp yêu cầu cung cấp điện theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Về kỹ năng: + Tính chọn dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật +Lựa chọn thiết bị phù hợp cung cấp điện - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, xác, tư khoa học sáng tạo Nội dung môn học/mô đun: BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: Hệ thống cung cấp điện tập hợp nhà máy điện, lưới điện nối với nhau, có liên hệ mật thiết, liên tục trình sản xuất, biến đổi phân phối 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, xá nghiêm túc học tập thực cơng việc Nội dung chính: Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Ngày nay, nhân dân giới 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 người phong phú, nguồn lượng điện dồi Than đá, dầu khí, nguồn nước dịng sơng biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô phong phú mặt trời lịng đất, luồng khí chuyển động, gió v.v nguồn lượng tốt quí giá người Năng lượng điện hay gọi điện dạng lượng phổ biến, sản lượng hàng năm giới ngày tăng chiếm hàng nghìn tỷ kWh Sở dĩ điện thơng dụng 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 sau: Khác với hầu hết loại sản phẩm, điện sản xuất nói chung khơng 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, 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 Các q 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/giây, q trình sóng sét lan truyền, q 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 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, cơng 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 Điện sản xuất chủ yếu dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ Canada) hay 50Hz (tại Châu âu nước khác) Hệ thống điện bao gồm ba khâu: nguồn điện, tuyền tải điện tiêu thụ điện Nguồn điện nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử v.v…) trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.v…) Tiêu thụ điện bao gồm tất đối tượng sử dụng điện lĩnh vực kinh tế đời sống: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt Để truyền tải điện từ nguồn phát đến hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện Lưới điện bao gồm đường dây tải điện trạm biến áp Lưới điện nước ta có nhiều cấp điện áp: 0,4kV; 6kV; 10kV; 15kV; 22kV; 35kV; 110kV; 220kV 500kV Một số chuyên gia cho rằng, tương lại lưới điện Việt nam chỉ nên tồn năm cấp điện áp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV 500kV Có nhiều cách phân loại lưới điện: • Căn vào trị số điện áp, chia ra: - Lưới siêu cao áp: 500kV - Lưới cao áp: 220kV; 110kV Lưới trung áp: 35kV; 22kV; 10kV; 6kV - Lưới hạ áp: 0,4kV • Căn vào nhiệm vụ, chia ra: - Lưới cung cấp: 110kV; 220kV; 500kV - Lưới phân phối: 0,4kV; 6kV; 10kV; 15kV; 22kV; 35kv Căn vào phạm vi cấp điện, chia ra: Lưới khu vực, Lưới địa phương Căn vào số pha, chia ra: Lưới pha, Lưới hai pha, Lưới ba pha Căn vào đối tượng cấp điện, chia ra: Lưới công nghiệp, Lưới nông nghiệp, Lưới đô thị * Hệ thống điện đại: Hệ thống điện ngày mạng lưới liên kết phức tạp (hình 1.1) chia làm phần: Nhà máy điện Mạng truyền tải – truyền tải phụ Mạng phân phối Phụ tải điện Nhà máy điện Có nhiều phương pháp biến đổi điện từ dạng lượng khác nhiệt năng, thuỷ năng, lượng hạt nhân có nhiều kiểu nguồn phát điện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử, trạm điện gió, điện Diezen Hiện nay, nhà máy nhiệt điện thuỷ điện nguồn điện sản xuất điện giới phát triển nhà máy điện nguyên tử ngày tăng 2.1 Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) 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 cơng nghiệp sinh hoạt Do hiệu suất chung nhà máy tăng lên Nhà máy nhiệt điện biến đổi lượng thực theo nguyên lý: Nhiệt → Cơ → Điện 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 nhiễm mơi trường Hình 1: Hệ thống nhà máy nhiệt điện 2.2 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 đây, trình biến đổi lượng là: Thủy → Cơ → Điện Công suất nhà máy thủy điện phụ thuộc vào hai yếu tố lưu lượng dịng nước Q qua tuốc bin chiều cao cột nước H, là: P = 9,81QH MW Chính xác hơn: P = 9,81 QH MW Trong đó: Q: lưu lượng nước (m3/sec) H:chiều cao cột nước (m) : hiệu suất tuốc bin Hình 2: Hệ thống nhà máy thủy điện 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 (h = 80 ¸ 90%) - Tuổi thọ cao 2.3.Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) 10 Sơ đồ thay máy BA ba cuộn dây: 2.1.2 Tính tổn thất mạng hở cấp phân phối Tổn thất cơng suất đường dây Trong tính tốn đường dây tải điện, người ta sử dụng sơ đồ thay hình  (đối với mạng 110 kV, đơi với mạng 220 kV người ta thường bỏ qua phần điện dẫn tác dụng đường dây Tức sơ đồ chỉ lại thành phần điện dẫn phản kháng Y = jB dung dẫn đường dây thường thay phụ tải phản kháng –jQc Đối với đường dây mạng phân phối ( 6; 10 kV) bỏ qua Y sơ đồ Hơn tính tốn tổn thất cơng suất lại bỏ qua chênh lệch điện áp điểm đầu cuối đường dây, nghĩa coi U2 = U = U dm Đồng thời bỏ qua chênh lệch dịng cơng suất điểm đầu điểm cuối đường dây Tổn thất công suất máy biến áp: Khác với đường dây, máy biến áp làm việc, ngồi tổn thất cơng suất cuộn dây sơ thứ cấp, lượng tổn thất lõi thép máy biến áp 2.1.3 Tính tốn mạng điện kín đơn giản Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta thường sử dụng mạng điện kín Là mạng điện mà hộ dùng điện cung cấp từ phía Mạng điện kín đơn giản đường dây kép CCĐ cho phụ tải Ngoài mạng điện kín mạng vịng nguồn cung cấp mạch đường dây có nguồn cung cấp Tính tốn mạng điện kín phúc tạp mạng hở 2.2Trạm biến áp 2.2.1 Khái quát phân loại Máy biến áp (MBA) phần tử quan trọng hệ thống cung cấp điện Máy biến áp máy điện tĩnh làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi điện áp từ cấp sang cấp khác Có nhiều cách phân loại trạm biến áp: Phân theo nhiệm vụ (chức năng): có loại Trạm biến áp trung gian: Trạm nhận điện từ hệ thống điện có điện áp 220kV 35kV biến đổi thành cấp điện áp  15kV, cá biệt có xuống 0,4kV 32 Trạm biến áp phân phối: Còn gọi trạm biến áp khách hàng Có nhiệm vụ biến đổi điện áp trung áp (tức nhận điện từ trạm biến áp trung gian) xuống 0,4kV để cấp điện cho hộ tiêu thụ khách hàng ngành điện *Phân theo kết cấu (cấu trúc) Trạm biến áp treo (Trạm treo): Trạm biến áp treo kiểu trạm mà tất thiết bị điện cao hạ áp máy biến áp đặt cột MBA thường loại pha tổ ba máy biến áp pha Tủ hạ áp đặt cột Trạm thường tiết kiệm đất nên thường dùng làm trạm công cộng đô thị cung cấp cho vùng dân cư Máy biến áp trạm treo thường có cơng suất nhỏ ( 3x75 kVA), cấp điện áp (15  22)/0.4kV, phần đo đếm trang bị phía hạ áp Trạm biến áp giàn (Trạm giàn): Trạm giàn loại trạm mà toàn trang thiết bị máy biến áp đặt giá đỡ bắt hai cột Trạm trang bị ba máy biến áp pha ( 3x75 kVA) hay máy biến áp ba pha ( 400 kVA), cấp điện áp (15  22)/0.4kV, phần đo đếm thực phía trung áp hay phía hạ áp Tủ phân phối hạ áp đặt giàn hai cột đường dây đến đường dây khơng hay đường cáp ngầm Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay phân xưởng Trạm (Trạm nền): Với kiểu trạm này, thiết bị cao áp đặt cột, Máy biến áp thường tổ ba máy biến áp pha hay máy biến áp ba pha đặt bệ xi măng đất tủ phân phối hạ áp đặt nhà xây mái bằng, xung quanh trạm có tường xây, trạm có cổng sắt bảo vệ Đường dây đến cáp ngầm hay đường dây khơng, phần đo đếm thực phía trung áp hay phía hạ áp Kiểu trạm tiện lợi cho điều kiện nông thôn, quỹ đất đai không hạn hẹp lắm, lại an tồn cho người gia súc, trạm BAPP nơng thơn hầu hết dùng kiểu tram Trạm xây (hoặc trạm kín): Trạm xây kiểu trạm mà toàn thiết bị điện cao, hạ áp MBA đặt nhà mái Trạm kín thường phân làm trạm công cộng trạm khách hàng 2.2.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp Sơ đồ nối dây trạm phải thỏa mãn điều kiện sau: - Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải - Sơ đồ nối dây đơn giản, rõ ràng, thuận tiện vận hành xử lý cố - An toàn lúc vận hành lúc sửa chữa - Hợp lý kinh tế sở đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Trong thực tế khó mà đảm bảo tồn u cầu trên, gặp mâu thuẫn ta cần so sánh tồn diện quan điểm lợi ích lâu dài lợi ích chung kinh tế 33 Hình 2.1: Sơ đồ nối dây trạm biến áp 2.2.3 Đo lường kiểm tra trạm biến áp Phải thường xuyên kiểm tra theo định kỳ Đo lường để kiểm tra hoạt động bình thường trạm biến áp để có cố ta kịp thời sữa chữa bảo trì 2.2.4 Nối đất trạm biến áp đường dây tải điện Ta phải nối đất trạm biến áp đường dây tải điện để tang cường độ an toàn cho người vận hành cho lưới điện 2.2.5 Cấu trúc trạm Đối với trạm biến áp phân phối: Gồm có ba kiểu, kiểu có ưu nhược điểm riêng Người thiết kế cần vào đặc điểm, điều kiện khách hàng mà lựa chọn cho họ kiểu xây dựng thích hợp Trạm treo: Là kiểu trạm mà tất thiết bị điện cao áp, hạ áp máy biến áp đầu đặt cột Kiểu trạm sử dụng nơi quỹ đất hạn hẹp điều kiện mỹ quan cho phép thành phố, thị trấn, kiểu trạm dùng phổ biến Tuy nhiên đường dây không trung áp hạ áp với hàng trăm ngàn trạm biến áp phân phối kiểu treo làm mỹ quan đô thị cần phải thay đường cáp trạm xây Trạm bệt: Với kiểu trạm này, thiết bị cao áp đặt cột, máy biến áp đặt đất tủ phân phối hạ áp đặt nhà xây máI bằng, xung quanh trạm có tường xây, trạm có cổng sắt bảo vệ.Kiểu trạm tiện lợi cho điều kiện nông thôn, quỹ đất đai khơng hạn hẹp lắm, lại an tồn cho người gia súc, trạm biến áp phân phối nông thôn hầu hết dùng kiểu trạm Trạm xây (hoặc trạm kín): Trạm xây kiểu trạm mà toàn thiết bị điện cao áp, hạ áp máy biến áp đặt nhà mái Nhà xây phân thành nhiều ngăn 34 để tiện thao tác, vận hành tránh cố lan tràn từ phần sang phần khác Các ngăn trạm phảI thông hơi, thống khí nhương phải đặt lưới mắt cáo, cửa sắt phảI kín đề phịng chim, chuột, rắn chui qua lỗ thông hơi, khe cửa gây điện Mái phải đổ dốc để thóat nước Dưới gầm bệ máy biến áp phải xây hố dầu cố để chứa dầu máy biến áp cố, tránh cháy nổ lan tràn Đối với trạm biến áp trung gian: Với trạm biến áp trung gian 110/35, 22, 10 (kV) thường phía cao áp biến áp đặt hở ngồi trời, cịn phần trung áp đặt nhà phân phối giống kết cấu xây dựng trạm phân phối 2.2.6.Vận hành trạm biến áp Thiết kế vận hành có quan hệ mật thiết với Người vận hành cần hiểu ý đồ thiết kế cần chấp hành đầy đủ quy trình dự định thiết kế để phát huy hết ưu điểm phương án thiết kế tận dụng hết khả thiết bị Trình tự thao tác: Trình tự thao tác thiết bị điện trạm chia làm loại khác để dễ dàng vận hành Khi bắt đầu cung cấp điện: Đóng cầu dao cách ly đường dây trạm (phía cao áp) Dóng dao cách ly thiết bị chống sét dóng dao cách ly phân đoạn cao áp hạ áp Đóng máy cắt cao áp đường dây vào trạm Đóng cầu dao sau đóng máy cắt cao áp MBA Đóng máy cắt hạ áp MBA (nếu có) Tùy theo yêu cầu phụ tải mà đóng máy cắt đường dây phân xưởng Khi ngừng cung cấp điện: Cắt máy cắt đường dây phân xưởng Cắt máy cắt phía hạ áp MBA (nếu có) Cắt máy cắt sau cắt cầu dao cách ly phía cao áp MBA Cắt máy cắt sau cắt cầu dao cách ly đường dây vào Đóng MBA đưa vào vận hành: Đóng máy cắt sau đóng cầu cách ly phía cao áp MBA đưa vào vận hành Đóng máy cắt phía hạ áp MBA Khi cắt MBA: Cắt máy cắt phía hạ áp Cắt máy cắt sau cắt cầu dao cách ly phía cao áp máy biến áp Câu hỏi ơn tập Câu 1: Hãy vẽ sơ đồ thay MBA? Câu 2: Hãy nêu loại MBA? 35 BÀI LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: Trong thiết kế hệ thống cung cấp điện, thiết bị đóng vai trị lớn việc vận hành theo yêu cầu thiết kế, vấn đề an toàn, khả phát cố ngắn mạch… Vì vậy, việc lựa chon thiết bị cung cấp điện cần thiết Mục tiêu: Phân tích cơng dụng, vai trị thiết bị đóng cắt, bảo vệ lưới điện Lựa chọn thiết bị lưới cung cấp điện đảm bảo thiết bị làm việc lâu dài theo yêu cầu kỹ thuật điện Phân tích tác hại sét biện pháp đề phịng Tính tốn nối đất thiết bị chống sét cho trạm biến áp, cho công trình, nhà cho đường dây tải điện, phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo tiêu chuẩn điện Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học Nội dung chính: 3.1.1 Lựa chọn máy biến áp Vốn đầu tư trạm biến áp chiếm phần quan trọng tổng số vốn đầu tư hệ thống điện Vì vậy, việc chọn vị trí, số lượng, cơng suất định mức máy biến áp việc làm quan trọng Để chọn trạm biến áp cần đưa số phương án có xét đến ràng buộc cụ thể tiến hành tính tốn so sánh kinh tế – kỹ thuật để chọn phương án tối ưu 1.1.1 Chọn vị trí trạm biến áp Gần trung tâm phụ tải Thuận tiện cho đường dây vào/ra Thuận lợi q trình lắp đặt thi cơng xây dựng Thao tác, vận hành, sửa chữa quản lý dễ dàng Phòng cháy, nổ, ẩm ướt, bụi bặm khí ăn mịn tốt An tồn cho người thiết bị Trong thực tế, việc đạt tất yêu cầu khó khăn Do đó, cần xem xét cân nhắc điều kện thực tế để chọn phương án hợp lý Vị trí TBA phân xưởng độc lập bên ngoài, liền kề với phân xưởng đặt bên phân xưởng 1.1.2 Chọn số lượng chủng loại máy biến áp Có nhiều phương pháp để xác định số lượng chủng loại máy biến áp, phải dựa vào nguyên tắc sau đây: Chủng loại máy biến áp trạm biến áp: nên đồng (hay chủng loại) để giảm số lượng máy biến áp dự phòng kho thuận tiện lắp đặt, vận hành Số lượng máy biến áp trạm biến áp: Số lượng MBA đặt trạm phụ thuộc vào độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải trạm 36 Với hộ phụ tải loại 1: phụ tải quan trọng không phép điện, thường phải đặt MBA trở lên Với hộ phụ tải loại 2: xí nghiệp hàng tiêu dùng, khách sạn, siêu thị, thường đặt MBA máy phát dự phòng Với hộ phụ tải loại 3: hộ ánh sáng sinh hoạt, thường chỉ đặt trạm MBA Tuy nhiên, để đơn giản vận hành, số lượng máy biến áp trạm biến áp không nên ba máy máy biến áp nên có chủng loại cơng suất 1.1.3 Xác định công suất trạm biến áp: Công suất MBA chọn tho công thức sau: SđmB ≥ Stt Trong đó: SđmB: Là cơng suất định mức MBA, nhà chế tạo quy định, ghi lý lịch máy nhãn máy Stt: Là công suất tính tốn, nghĩa cơng suất u cầu lớn phụ tải 3.1.2 Lựa chọn máy cắt điện Máy cắt điện có chức chủ yếu cắt dịng tải lớn khả bảo vệ mạch có cố điện Nhưng vấn đề quan trọng có khả dập hồ quang điện cách nhanh chóng 3.1.3 Lựa chọn cầu chì, dao cách ly Cầu chì có chức chủ yếu bảo vệ ngắn mạch Dao cách ly (cịn gọi cầu dao) có nhiệm vụ chủ yếu cách ly phần có điện phần khơng có điện tạo khoảng cách an tồn trông thấy để phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng Sở dĩ không cho phép dao cách ly đóng cắt mạch mang tảI khơng có phận dập hồ quang Tuy nhiên, cho phép dao cách ly đóng cắt khơng tảI biến áp công suất máy không lớn (thường nhỏ 1000kVA) Cầu chì dao cách ly chế tạo với cấp điện áp Trong lưới cung cấp điện, cầu chì dùng riêng rẽ, thường dùng kết hợp với dao cách ly dao cắt phụ tải Dao cách ly dùng riêng rẽ, thường dùng kết hợp với máy cắt cầu chì 1.3.1 Lựa chọn dao cách ly, cầu chì cao áp: Trong lưới điện cao áp, cầu chì thường dùng vị trí sau: Bảo vệ máy biến điện áp Kết hợp với dao cắt phụ tải thành máy cắt phụ tải trung áp để bảo vệ đường dây Đặt phía cao áp (6, 10, 22, 35kV) trạm biến áp phân phối để bảo vệ ngắn mạch cho biến điện áp Cầu chì chế tạo nhiều loại, nhiều kiểu, điện áp trung áp phổ biến cầu chì ống điện áp trung áp người ta cịn dùng cầu chì tự rơI (CCTR) thay cho cầu dao - cầu chì (CD-CC) Trong lưới điện trung áp cao áp, dao cách ly dùng riêng rẽ, thường dùng kết hợp Kết hợp với máy cắt tủ máy cắt MC-DCL Kết hợp với cầu chì trung áp đặt trạm BAPP 37 Cầu chì cầu dao cách ly trung áp, cao áp chọn kiểm tra theo điều kiện bảng 2: Bảng 1: Bảng 2: Trong hai bảng trên: UđmLĐ: điện áp định mức lưới điện (kV); Icb: dòng điện cưỡng bức, nghĩa dòng điện làm việc lớn đI qua máy cắt, xác định theo sơ đồ cụ thể; I , I”:là dòng ngắn mạch vơ cơng siêu q độ, tíng ngắn mạch lưới cung cấp điện, coi ngắn mạch xa nguồn, trị số dòng ngắn mạch chu kỳ ixk: dòng điện ngắn mạch xung kích, trị số tức thời lớn dịng ngắn mạch: tnh.đm :là thời gian ổn định nhiệt định mức tqđ: thời gian quy đổi, xác định cách tính tốn tra đồ thị Trong tính tốn thực tế lưới trung áp, nhười ta cho phép lấy tqđ thời gian tồn ngắn mạch, nghĩa thời gian cắt ngắn mạch Các thiết bị điện có Iđm > 1000 (A) khơng cần kiểm tra ổn định nhiệt 1.3.2 Lựa chọn dao cách ly, cầu chì hạ áp: Ở lưới hạ áp thường gọi dao cách ly cầu dao Người ta chế tạo cầu dao pha, pha, pha với số cực khác nhau: cực, cực, cực, cực Về khả đóng cắt, cầu dao chế tạo gồm hai loại: Cầu dao (thường, không tải) chỉ làm nhiệm vụ cách ly, đóng cắt khơng tải tải nhỏ Cầu dao phụ tải làm nhiệm vụ cách ly đóng cắt dịng phụ tải 38 Cầu chì hạ áp chế tạo gồm loại: Cầu chì thơng thường (không làm nhiệm vụ cách ly, cắt tải) Cầu chì cách ly có đầu cố định, đầu mở dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly cầu dao Cầu chì cắt tải cầu chì cách ly đóng cắt dịng phụ tải cầu dao phụ tải Người ta chế tạo cầu dao – cầu chì theo loại: Bộ cầu dao - cầu chì thơng thường Bộ cầu dao phụ tải - cầu chì Lưu ý: Khi nói cầu chì 100A, phải hiểu là: cầu chì có Ivỏ = 100A Khi nói cầu dao - cầu chì 100A, phải hiểu là: ICD = IvỏCC = 100A Trong lưới hạ áp cầu chì cầu dao thường đặt khs xa nguồn (TBAPP) dịng ngắn mạch qua chủng đủ nhỏ, nên không cần kiểm tra đại lượng liên quan đến dòng ngắn mạch Cầu dao hạ áp chọn theo điều kiện: Trong đó: IđmCD: điện áp định mức cầu dao, thường chế tạo 220V, 230V, 250V, 380V, 400V, 440V, 500V, 690V UđmLĐ: điện áp định mức lưới điện, có trị số điện áp pha 220V trị số điện áp dây 380V IđmCD: dòng điện định mức cầu dao, tính A Itt: dịng điện tính tốn tải tính A Ngồi ra, phải ý đến số pha, số cực, khả cắt tải, nhà, trời v.v… Lựa chọn cầu chì hạ áp: Trong lưới điện thắp sáng, sinh hoạt: Trong đó: UđmCc: điện áp định mức cầu chì, thường chế tạo cỡ điện áp cầu dao Idc: dòng điện định mức dây chảy, nhà chế tạo cho; tính A Itt: dịng điện tính tốn, dịng điện lâu dàI lớn chạy qua dây chảy cầu chì, tính A Trong lưới điện công nghiệp: Phụ tải chủ yếu lưới điện cơng nghiệp máy móc cơng cụ, động Sơ đồ cấp điện cho động Khởi địng từ (KĐT) làm nhiệm vụ đóng mở bảo vệ tải cho động dây dẫn Cầu chì bảo vệ động cơ: Cầu chì bảo vệ động chọn theo điều kiện: 39 Trong đó: kt – hệ số tải động cơ, lấy kt = 1; IđmĐ - dịng định mức động cơ, tính theo cơng thức: 3.1.4 Lựa chọn áptơmát Áptơmát thiết bị đóng cắt hạ áp có chức bảo vệ tải ngắn mạch Do có ưu điểm hẳn cầu chì khả làm việc chắn, tin cậy, an tồn, đóng cắt đồng thời pha có khả tự động hóa cao nên áptơmát có giá đắt ngày dùng rộng rãI lưới điện hạ áp công nghiệp, dịch vụ lưới điện sinh hoạt áptômát chế tạo với điện áp khác nhau: 400 (V), 440 (V), 500 (V), 600 (V), 690 (V) Người ta chế tạo loại áptômát pha, pha, pha với số cực khác nhau: cực, cực, cực, cực Ngồi áptơmát thơng thường, người ta cịn chế tạo loại áptơmát chống rị điện.áptơmát chống rị tự động cắt mạch điện dịng rị có trị số 30 mA, 100 mA 300 mA tùy loại Áptômát chọn theo điều kiện: 3.1.5 Lựa chọn góp Lựa chọn góp địi hỏi phải đáp ứng yêu cầu liên quan đến công suất tải phụ tải, khả chịu dòng điện tải khả chịu kết cấu hạ tầng hệ thống 3.1.6 Lựa chọn dây dẫn cáp Dây dẫn cáp thành phần mạng cung cấp điện Vì vậy, việc lựa chọn dây dẫn cáp tiêu chuẩn kỹ thuật thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an toàn liên tục, đồng thời góp phần khơng nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tảI phân phối điện năng, mang lại lợi ích lớn khơng chỉ cho ngành điện mà cho ngành kinh tế quốc dân Tùy theo loại mạng điện cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trị định điều kiện kỹ thuật đóng vai trị quan trọng hay ngược lại Do đó, cần phảI nắm vững chất phương pháp lựa chọn dây dẫn cáp để sử dụng chỗ có hiệu 1.6.1 Chọn dây dẫn/cáp mạng phân phối cao áp Nguyên tắc chọn dây dẫn/cáp phảI đảm bảo yêu cầu chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Tuy nhiên, thường hai chỉ tiêu mang tính đối lập vào đặc điểm phân 40 phối, truyền tảI điện xem xét yếu tố ảnh hưởng khác mà việc chọn dây/cáp tiến hành sở kinh tế hay kỹ thuật Tuy nhiên, dù chọn dựa sở phải kiểm tra sở lại Các phương pháp chọn dây/cáp sở chỉ tiêu kinh tế bao gồm: Phương pháp chọn dây/cáp theo mật độ dòng điện kinh tế Phương pháp chọn dây/cáp theo khối lượng kim loại màu cực tiểu Các phương pháp chọn dây/cáp sở chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm: Phương pháp chọn dây/cáp theo dịng điện phát nóng Phương pháp chọn dây/cáp theo điều kiện tổn thất điện áp Phương pháp chọn dây/cáp sở chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: phương pháp mật độ dòng điện J không đổi Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) Đối với đường dây truyền tải phân phối điện áp cao, truyền tải công suất lớn cự ly truyền tải tương đối xa nên vốn đầu tư, chi phí vận hành tổn thất cơng suất có ý nghĩa định Ngoài ra, việc đảm bảo tổn thất điện áp phạm vi cho phép đạt nhờ biện pháp điều chỉnh điện áp dây dẫn/cáp mạng truyền tảI phân phối thường chọn dựa sở đảm bảo chi phí tính tốn hàng năm thấp Để đơn giản tính tốn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế, thường vào mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) Mật độ dòng điện kinh tế xác định sau: Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào vật liệu loại dây cáp thời gian sử dụng cơng suất cực đại Có thể tham khảo Jkt Liên Xô (cũ) cho bảng Bảng Tra mật độ Jkt Sau tra bảng tìm Jkt, tiết diện kinh tế xác định theo biểu thức: 41 Chọn tiết diện tiêu chuẩn Ftc gần Fkt Sau đó, cần kiểm tra điều kiện kỹ thuật: - Độ tổn thất điện áp cho phép: Umax  Ucp - Dịng phát nóng cho phép: Ilvmax  kIcp Nếu điều kiện kỹ thuật bị vi phạm phải tăng tiết diện dây Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Chỉ tiêu chất lượng điện áp quan tâm đánh giá chất lượng cung cấp điện Chọn dây/cáp sở đảm bảo điện áp nút phụ tải cuối đường dây không thấp giá trị điện áp cho phép mục đích phương pháp chọn dây/ cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Phương pháp thường áp dụng cho đường dây tải công suất nhỏ hạn chế biện pháp điều chỉnh điện áp mạng phân phối thị ví dụ Tổng tổn thất điện áp: Nếu toàn đường dây chủng loại tiết diện: 42 U’: thành phần tổn thất điện áp công suất tác dụng điện trở đường dây gây nên U”: thành phần tổn thất điện áp công suất phản kháng điện kháng đường dây gây nên x0, r0: điện trở điện kháng đơn vị chiều dài đường dây (/km) Pi, Qi: công suất tác dụng phản kháng đoạn lưới thứ i li: chiều dài đoạn lưới thứ i pi, qi: công suất tác dụng phản kháng nút thứ i Li,: khoảng cách từ nút thứ I đến nút nguồn Vì giá trị điện kháng x0 thay đổi theo tiết diện dây lấy giá trị trung bình x0 để tính U”: Đối với đường dây khơng cao/trung áp: x0 = (0,35  0,42)/km Đối với đường dây cáp: x0 = 0,08 /km Từ giá trị tổn thất điện áp cho phép Ucp tính từ nguồn đến phụ tải xa nhất, tính U” U’ = Ucp - U Nên tiết diện dây dẫn F xác định sau: Căn vào giá trị tiết diện F tính tốn, tra bảng chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần Tra giá trị r0 x0 ứng với tiết diện dây dẫn chọn, tính lại tổn thất điện áp U so sánh với Ucp Nếu điều kiện tổn thất điện áp chưa thỏa mãn phảI tăng tiết diện dây dẫn lên cấp kiểm tra lại lần Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng Chọn dây/cáp theo điều kiện phát nóng cho phép đảm bảo độ bền, độ an tồn q trình vận hành tuổi thọ dây/cáp Do thực tế, dây/cáp chọn lựa lắp đặt khác với điều kiện định mức nhà chế tạo dây/cáp qui định nên dịng phát nóng cho phép định mức cần phảI qui đổi dịng phát nóng cho phép thực tế cách nhân với hệ số hiệu chỉnh k Hệ số k xác định sở loại dây/cáp, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường thực tế nơi lắp đặt Điều kiện lựa chọn: định Trong đó: k: hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện lắp đặt vận hành thực tế Icp đm : dòng điện cho phép làm việc lâu dài dây dẫn, nhà sản xuất qui Ilv max: dòng làm việc lớn dây/cáp Chọn dây dẫn/cáp mạng hạ áp: Cáp mạng hạ áp thường gặp cáp đồng nhôm bọc cách điện giấy tẩm dầu cao su Để tải điện xoay chiều pha, điện chiều thường sử dụng cáp 1, lõi, thường dùng cáp lõi Cáp lõi dùng để tải điện xoay chiều pha, cấp cho động phụ tải ba pha đối xứng Cáp lõi cáp thường dùng nhiều để tảI điện 43 xoay chiều ba pha đến 1kV, cấp cho phụ tải ba pha không đối xứng tảI động cần dây trung tính Lõi thứ tư cáp dùng làm dây trung tính có tiết diện nhỏ Dây dẫn hạ áp thường dùng dây dùng nhà, bọc cao su cách điện nhựa cách điện PVC Một số trường hợp dùng nhà dây trần dẫn phải đặt sứ cách điện 1.6.2 Chủng loại cáp dây dẫn *Phương pháp chọn lựa: Do mạng phân phối hạ áp tải công suất nhỏ cự ly truyền tải ngắn nên chỉ tiêu kinh tế chỉ đóng vai trị quan trọng mà khơng đóng vai trị định chỉ tiêu kỹ thuật Chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm chọn dây/cáp bao gồm: Nhiệt độ dây/cáp không vượt nhiệt độ cho phép qui định nhà chế tạo chế độ vận hành bình thường chế độ vận hành cố xuất ngắn mạch Độ sụt áp không vượt độ sụt áp cho phép Lựa chọn tiết diện theo điều kiện phát nóng: Dây dẫn chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép đảm bảo cho cách điện dây dẫn không bị phá hỏng nhiệt độ dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện dây Điều thực dịng điện phát nóng cho phép dây/cáp phải lớn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy dây dẫn Kích cỡ dây pha có liên hệ trực tiếp tới mã chữ (thể cách lắp đặt) hệ số k Xác định mã chữ cái: Các chữ (B tới F) phụ thuộc vào dạng dây cách lắp đặt Có nhiều cách lắp đặt, song cách giống gom nhóm lại chia làm loại theo điều kiện môi trường xung quanh Xác định tiết diện dây/cáp không chôn đất: Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dịng phát nóng cho phép dây/cáp không chôn ngầm đất phải hiệu chỉnh theo hệ số k bao gồm hệ số thành phần: Hệ số k1 xét đến ảnh hưởng cách lắp đặt Hệ số k2 xét đến số mạch dây/cáp hàng đơn Hệ số k3 xét đến nhiệt độ môI trường khác 300C k= k1.k2.k3 Khi số hàng cáp nhiều một, k2 cần nhân với hệ số sau: Nếu cáp đặt theo hàng: k2 nhân với 0.8 Nếu cáp đặt theo hàng: k2 nhân với 0.73 Nếu cáp đặt theo hàng hàng: k2 nhân với 0.7 Xác định tiết diện dây/cáp chôn ngầm đất: Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dòng phát nóng cho phép dây/cáp chơn ngầm đất phải hiệu chỉnh theo hệ số k bao gồm hệ số thành phần: Hệ số k4 xét đến ảnh hưởng cách lắp đặt Hệ số k5 xét đến số mạch dây/cáp hàng đơn Hệ số k6 xét đến tính chất đất Hệ số k7 xét đến nhiệt độ đất khác 200C k= k4.k5.k6.k7 Khi số hàng cáp nhiều một, k5 cần nhân với hệ số sau: Nếu cáp đặt theo hàng: k5 nhân với 0.8 Nếu cáp đặt theo hàng: k5 nhân với 0.73 Nếu cáp đặt theo hàng: k5 nhân với 0.7 44 Bảng : Hệ số k6 theo ảnh hưởng đất Tính chất đất Rất ướt (bão hịa) Ướt ẩm Khô Rất khô Hệ số k6 1.21 1.13 1.05 0.86 Chọn dây trung tính: Dịng chạy dây trung tính coi Tuy nhiên lưới pha ni hộ ln có dịng chạy dây trung tính Sự phát triển thiết bị biến đổi công suất mạng lưới điện cơng nghiệp tạo sóng hài Các hài bội ba chạy dây trung tính khuếch đại lên ba lần vượt giá trị cho phép Do cần đặt biệt lưu ý vấn đề Tiết diện dây trung tính nhỏ dây pha Khi cần lưu ý khả đặt thiết bị bảo vệ dây trung tính khơng đảm nhận chức dây bảo vệ Tiêu chuẩn IEC 346-5.5.2 qui định cách chọn dây trung tính: Dây đồng: Fpha  16mm2: FN = Fpha Fpha > 16mm2: FN  Fpha Dây nhôm: Fpha  25mm2: FN = Fpha Fpha > 25mm2: FN  Fpha Trong trường hợp Fpha >16mm2 (đối với dây đồng) Fpha > 25mm2 (đối với dây nhơm) chọn FN = 0,5Spha, lưu ý dây trung tính phải có bảo vệ thích hợp Câu hỏi ơn tập Câu 1: Hãy nêu điều kiện chọn máy biến áp pha ? Câu 2: Hảy nêu điều kiện chọn dao cách ly? Câu 3: Hãy nêu điều kiện chọn dây/cáp hạ áp ? 45 Các tài liệu tham khảo Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp công nghiệp, Bộ môn phát dẫn điện xuất 1978 Nguyễn Cơng Hiền, Giáo trình CCĐ (tập 2), 1984 Đặng Ngọc Dinh, Một số vấn đề thiết kế qui hoach mạng điện địa phương 46 ... án cung cấp điện: Các chỉ 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 vào tính chất hộ dùng điện nêu Độ liên tục cung. .. 1.2.2 Chọn cấp điện áp định mức mạng điện Chọn cấp điện áp cho mạng điện vấn đề thiết kế cung cấp điện, ảnh hưởng trực tiếp đến sơ đồ cung cấp điện, việc lựa chọn thiết bị điện, tổn thất công suất,... thác hiệu hệ 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