Phần 2 của giáo trình Cung cấp điện tiếp tục giới thiệu những kiến thức cơ bản về mạng điện, nguyên tắc lựa chọn thiết bị và kỹ thuật bảo vệ rơ le trong hệ thống cung cấp điện, kỹ thuật chiếu sáng trong mỏ, phương pháp và đặc điểm cung cấp điện cho tàu điện cần vẹt và ắc quy, cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo!
PHẦN II MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương V MẠNG ĐIỆN V.1 Phân loại mạng điện - yêu cầu kinh tế kỹ thuật mạng điện V.1.1 Phân loại mạng điện: Có cách phân loại sau: - Theo cấp quản lý người ta chia mạng sau: + Mạng điện khu vực + Mạng điện dịa phương + Mạng điện đô thị + Mạng điện nông thôn xí nghiệp - Theo hình dạng kêt cấu: Ta có mạng hở, mạng kín, mạng hình tia mạng rẽ nhánh v.v … - Theo cấp điện áp chia thành: Mạng hạ thế, mạng trung thế, mạng cao thế, mạng siêu cao mạng cực cao Ngoài phân thành mạng đường dây không, mạng cáp, mạng chiều, mạng xoay chiều v.v… V.1.2 Những yêu cầu kinh tế kỹ thuật mạng điện - Điện áp phải phù hợp - Cung cấp điện liên tục đầy đủ cho loại hộ dùng điện - Đảm bảo chất lượng điện - Kinh tế phải hợp lý V.2 Các loại sơ đồ cung cấp điện thông dụng V.2.1 Mạng cao áp Để cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải thường sử dụng số loại sơ đồ sau đây: - Cung cấp điện theo sơ đồ hình tia (hình V.1) 72 CDCL CDCL 35110k v MCPĐ MC MC MC MCLL MC 6-10kv MC MC MC MC MC MC Hình V-1: Sơ đồ cung cấp điện hình tia Sơ đồ hình tia sơ đồ mà điện từ nguồn cung cấp truyền thẳng đến trạm biến áp phân xưởng Nguồn cung cấp trạm biến áp chính, trạm phân phối hay nhà máy điện tự dùng Sơ đồ hình tia có ưu điểm nối dây rõ ràng, hộ dùng điện cung cấp từ đường dây chúng ảnh hưởng lẫn Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ vận hành bảo quản Nhược điểm vốn đầu tư lớn Do dùng để cung cấp điện cho hộ dùng điện loại I, II - Cung cấp điện theo sơ đồ mạch vịng kín (hình V-2) 6/0,4kv 35/6kv 6/0,4kv 73 Hình V-2: Sơ đồ cung cấp điện mạch vịng kín Trong chế độ vận hành bình thường vịng hở trạm phía cao áp Mỗi phụ tải lấy phân đoạn kV khác Khi cố nhánh phụ tải cần thiết chuyển sang lấy điện phân đoạn kv lại Sơ đồ thường dùng cung cấp điện cho hộ dùng điện loại II,III mỏ lộ thiên - Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép (hình V-3) A A A Hình V-3: Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép Ở sơ đồ trạm trang bị tối thiểu máy biến áp, phân đoạn cấp điện áp điện áp thấp, đồng thời cung cấp từ hai đường dây V.2.2 Mạng điện áp thấp Thường sử dụng sơ đồ nối dây sau: - Sơ đồ hình tia:(hình V- 4.a,b) a- Cung cấp điện cho phụ tải tập trung b- Cung cấp điện cho phụ tải phân tán Hình V- 4: Sơ đồ hình tia 74 - Sơ đồ dạng phân nhánh (sơ đồ dạng trục chính) (Hình V-5 a, b) 6/0,4kv Hình V-5: a- Sơ đồ phân nhánh có 6/0,4kv Hình V-5: b- Sơ đồ phân nhánh máy biến áp - trục Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, có nhiều điểm tiêu thụ hay nhiều điểm phân phối cung cấp từ vị trí khác trục V Tổn thất cơng suất tổn thất điện mạng điện Khi truyền tải điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ phần tử mạng điện có tổng trở gây nên tổn thất công suất tổn thất điện áp Tổn thất cơng suất gây tình trạng thiếu hụt điện nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện đưa đến hiệu kinh tế Tổn thất điện áp tạo nên điện áp hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng đến chất lượng điện V3.1 Tổn thất công suất đường dây a Tổn thất công suất đường dây có phụ tải tập trung A B Hình V-6 75 P,Q,cos Giả sử có đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho phụ tải tập trung có cơng suất (P,Q) hệ số công suất cos Như ta biết: Khi có dịng điện pha chạy qua dây dẫn có tổng trở Z = R+j X tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng là: P = 3.I R = S2 R P2 Q2 (V-1) R U2 P2 Q2 Q = 3.I X = X X U U2 đó: U2 S2 (V-2) P- Tổn thất công suất tác dụng, [MW]; Q- Tổn thất công suất phản kháng, [MVAR]; S - Công suất biểu kiến truyền tải đường dây, [MVA]; U- Điện áp định mức lưới điện,[KV]; R, X- Tương ứng điện trở tác dụng điện kháng đường dây,[]; b Tổn thất cơng suất đường dây có phụ tải phân bố I dl l I0 L Hình V- Nếu đường phân phối có phụ tải phân bố đường dây chiếu sáng đường chẳng hạn để tính tổn thất, ta xét vi phân phân tố chiều dài dây dẫn dl (như hình vẽ ) cách điểm cuối đường dây l tổn hao cơng suất dP xác định theo công thức: dP = 3.(I0l)2dr = (I0l)2 r0dl; (V-3) với: I0 = I/L L P = I l 2 r0 dl = I 02 r0 L3; (V-4) hay P =(I0 L )2 r0 L = I2.R (V-5) Rõ ràng tổn thất đường dây có phụ tải phân bố đều, bé lần tổn thất đường dây có phụ tải tập trung đặt cuối đường dây 76 V.3.2 Tổn thất công suất máy biến áp (chủ yếu khảo sát máy biến áp hai cuộn dây) Tổn thất công suất máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất lõi thép hay tổn thất sắt từ) tổn thất có tải (tổn thất dây quấn hay tổn hao đồng) * Thành phần tổn thất lõi thép không thay đổi phụ tải thay đổi tổn thất không tải S0 = P0+j Q0; (V-6) với : đó: I %.Sdm ; 100 I %.S S0 = P0+j dm ; 100 Q0= (V-7) (V-8) P0 = PFe- Tổn thất công suất tác dụng không tải tổn thất cơng suất tác dụng lõi thép *Tổn thất công suất máy biến áp mang tải định mức: - Tổn thất công suất tác dụng cuộn dây tải định mức: Pcd đm= Pk; - Tổn thất công suất phản kháng cuộn dây tải định mức: Qcd đm= Qk= U pk %.S dm 100 ; (V-9) đó: Upk%- Thành phần điện áp phản kháng điện áp ngắn mạch, % - Đối với máy biến áp có cơng suất Sđm 1000 KVA xba rba tổn thất cơng suất phản kháng định mức dây quấn máy biến áp xác định: Qcd đm= U N %.Sdm ; 100 (V-10) Vì máy biến áp làm việc phụ tải máy biến áp (S pt) thường khác với dung lượng định mức máy biến áp, nên xác định tổn thất máy biến áp cần chu ý đến hệ số mang tải: kmt= Spt/ Sđm = Ipt/ Iđm; (V-11) Khi tổn thất cuộn dây là: Scuộndây = k mt2 Pk+j k mt2 U pk %.S dm 100 ; (V-12) - Do vậy, tổn thất công suất máy biến áp phụ tải xác định theo công thức: ST = ( P0 + k mt2 Pk)+j ( Vậy: với : U pk %.S dm I %.Sdm + k mt2 ); 100 100 ST = PT+j QT; PT = P0 + k mt2 Pk; QT = Q0 + k mt2 Qk; 77 (V-13) (V-14) (V-15) (V-16) V.3.3 Tổn thất điện đường dây máy biến áp a Xác định thời gian sử dụng công suất lớn Tmax thời gian chịu tổn thất công suất lớn Điện tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải thời gian vận hành Song trình vận hành, phụ tải ln biến đổi, để thuận tiện q trình tính tốn người ta giả thiết phụ tải không thay đổi phụ tải lớn Do thời gian dùng điện lúc thời gian tuơng đương phưong diện tiêu thụ điện Với giả thiết thời gian dùng điện phụ tải lớn (thường lấy phụ tải tính tốn ) đựơc gọi thời gian sử dụng công suất lớn nhất, ký hiệu Tmax Từ đồ thị vẽ đường cong phụ tải hình V-7, ta định nghĩa: I I2(t) I(t) I tbbp I max Imax t Tmax t Hình V-7 t 8760 h Imax.Tmax= t 8760 h It .dt Tmax= It .dt I max ; (V-17) Vậy: Nếu ta giả thiết ta sử dụng phụ tải lớn khơng đổi thời gian cần thiết Tmax phụ tải tiêu thụ lượng điện lượng điện phụ tải thực tế ( biến thiên) tiêu thụ năm làm việc gọi thời gian sử dụng cơng suất lớn Đối với xí nghiệp làm việc ca: Tmax= 1500 2000 h Đối với xí nghiệp làm việc hai ca: Tmax= 3000 4500 h Đối với xí nghiệp làm việc ba ca: Tmax= 5000 7000 h + Thời gian chịu tổn thất công suất lớn thời gian mạng điện 78 mang tải lớn gây tổn thất điện tổn thất điện thực tế mạng điện năm Cũng từ đồ thị ta định nghĩa: t 8760 h = I t .dt I max ; (V-18) từ ta xác định dịng điện trung bình phương I tbbp Dịng điện trung bình bình phương xác định sau: t 8760 h 2 I tbbp t t 8760h I t .dt , : I tbbp I t .dt t 8760h ; (V-19) từ ta có: 2 I max I tbbp t ; vậy: ; I max t 8760 I tbbp I max (V-20) (V-21) trị số xác định theo đồ thị quan hệ: từ = f(Tmax,cos ) hình vẽ: cos = 0,7 cos = 0,8 cos =1 Tmax Hình V- Và xác định theo cơng thức kinh nghiệm Kezevit sau: = (0,124+ Tmax.10-4)2.8760 (V-22) b Tổn thất điện đường dây máy biến áp * Tổn thất điện đường dây: Tổn thất điện đường dây đựơc xác định sau: Add= Pdd , [kW.h]; (V-23) đó: Pdd- Là tổn thất cơng suất lớn đường dây với phụ tải tính tốn - Thời gian chịu tổn thất công suất lớn 79 * Tổn thất điện máy biến áp: - Đối với trạm biến áp có máy biến áp tổn thất điện xác định theo công thức: S pt max AT = P0.t + Pk( S dm )2 , [kw.h]; (V-24) máy biến áp làm việc liên tục năm t =8760h; - Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống làm việc song song tổn thất điện áp đựợc tính theo cơng thức: AT = n.P0.t + S pt max Pk( ) , [kW.h]; n S dm (V-25) với t- Thời gian vận hành thực tế máy biến áp, h; bình thường máy biến áp ln đóng vào mạng t = 8760 h - Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện người ta thường thay đổi số lượng máy biến áp tuỳ theo mức phụ tải (như hình vẽ) lúc tổn thất diện trạm năm xác định: m m i 1 i 1 S ( i )2.ti , [kW.h]; ni S dm AT = P0 ni t i + Pk (V-26) đây: Số máy biến áp làm việc thời gian ti S1 S(kvA) t1 t S2 S3 t 8760 t(h) Hình V- V.4 Tính tốn tổn thất điện áp mạng điện V.4.1 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải tập trung Giả thiết mạng điện làm việc chế độ đối xứng, ta tách pha để nghiên cứu Trên hình vẽ biểu diễn đường dây có tổng trở Z = R+j X[] phụ tải tập trung đặt cuối đường dây S = P+j Q[KVA], đồ thị véc tơ điện áp đường dây nêu Z=R+jX U2 U1 i , cos S = P+j Q 80 Hình V-10 Đồ thị véc tơ điện áp: U1 1 c Iz I 2 f Ix d b 2 a U2 Ir U U Tổn thất điện áp Hình V-11 Véc tơ oa biểu diễn điện áp U2 cuối đường dây Góc 2 tương ứng với cos2 phụ tải hộ tiêu thụ Tổn thất điện áp đường dây xác định tam giác tổn thất điện áp abc, véc tơ ab trùng pha với véc tơ dòng điện i tổn thất điện áp điện trở đường dây, véc tơ bc tổn thất điện áp điện kháng đường dây, véc tơ ac biểu diễn tổn thất điện áp tổng đường dây Đó hiệu hai véc tơ đầu cuối đường dây, tức là: (V-27) U p U p1 U P ; đoạn ad hình chiếu véc tơ tổn thất điện áp tổng trục U 2được gọi thành phần tổn thất điện áp dọc trục Đối với lưới điện công nghiệp điện áp đến 35 kV góc U1và U2 bé Do tổn thất điện áp tổng lấy gần thành phần tổn thất điện áp dọc trục để tính tốn chọn tiết diện dây dẫn Như vậy, cách gần giá trị ta có: đây: U= ad = af+fd 1 2= (vì bé ) af = I.R.cos ; fd = I.X.sin Vậy tổn thất điện áp dây là: U = U= ( I.R.cos + I.X.sin ),V hay U = P.R Q.X ,V U dm để dễ so sánh ta thường tính theo trị số phần trăm so với định mức: 81 (V-28) C1 C2 C3 C1 C2 C3 HìnhVIII.5 Sơ đồ nguyên lý tàu điện cao tần 1-Cáp kéo, 2- Cần vẹt Để bù thành phần điện cảm mạng kéo, thường khoảng 0,5-0,6km đấu tụ điện đặt trạm bù Để giảm sức điện động cảm ứng cơng trình kim loại đất đá, cần đặt cáp cách tường lò 0,6m Ngồi cách 65-70m cần hốn vị cáp lần Mặc dù chi phí đầu tư lớn, hiệu suất lượng thấp, có chi phí vận hành thấp nên tàu điện cao tần có ưu điểm so với tàu điện ắc quy Thiết bị điện tàu điện cao tần dễ dàng chế tạo theo hình thức phịng nổ, mạng kéo dùng cáp nên đảm bảo hình thức an tồn cao VIII-5 Cung cấp điện cho tàu dùng điện xoay chiều Sơ đồ cung cấp điện cho tàu dòng điện xoay chiều pha trình bày hình VIII.6 Ở trạm kéo máy biến áp có sơ đồ đấu dây Y/Ä Một pha máy biến áp dấu vào mạch ray(tiếp đất), pha khác nối vào dây tiếp xúc theo hai phía so với trạm Hai nhánh mạng cách ly với bắng cách điện để loại trừ ngắn mạch Dòng điện pha từ cần vẹt đưa vào chỉnh lưu đặt tàu để cung cấp cho động kéo 144 A B 2 C A B C HìnhVIII.6 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho tàu điện xoay chiều Tàu điện xoay chiều dùng phổ biến mỏ lộ thiên Các phần tử lại mạng kéo giống mạng cung cấp cho tàu điện chiều Câu hỏi tập 1- Đặc điểm cung cấp điện chiều cho tàu điện gì? 2- Việc cung cấp điện cho động tàu điện thực nào? Trạm kéo mạng kéo dùng để làm gì? 3- Tải trạm kéo có đặc điểm nào? Việc bảo vệ trạm kéo khỏi ngắn mạch tải thực theo nguyên tắc nào? 4- Hãy trình bày cách xác định công suất trạm kéo việc xác định tổn hao điện áp trạm kéo nào? 5- Việc đảm bảo cung cấp điện cho tàu điện ắc quy thực nào? Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho tàu điện ắc quy? Phạm vi sử dụng tàu điện ắc quy? 6- Các tiêu chủ yếu ắc quy gì? 7- Hãy xác định công suất MBA, để cung cấp điện cho thiết bị nạp? 8- Phương pháp cung cấp điện cho tàu điện cao tần tàu điện dùng điện xoay chiều? 145 Chương IX CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA HỆ THÔNG ĐIỆN MỎ Việc tăng số lượng mỏ đại tăng sản lượng mỏ dẫn đến việc tăng công suất lắp đặt lượng điện tiêu thụ Vì việc sử dụng hợp lý thiết bị điện tiết kiệm tối đa điện mang lại hiệu kinh tế lớn Lượng điện tiêu thụ lớn ảnh hưởng khơng đến giá thành khống sản khai thác Trong hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ, tiêu mang ý nghĩa kinh tế - kỹ thuật là: Hệ số công suất cos, suất tiêu thụ điện IX.1 Hệ số công suất cos IX.1.1 Nguyên nhânvà hậu hệ số công suất thấp a Nguyên nhân - Do động máy biến áp cần lượng phản kháng để làm việc, lượng phản kháng không trực tiếp sinh cơng hữu ích - Do sử dụng động có hệ số cos sử dụng động có tốc độ thấp(vì động có tốc độ thấp thường có hệ số cos thấp) - Do động máy biến áp thường xuyên chạy không tải non tải - Do chất lượng sửa chữa động máy biến áp khơng tốt (vì động máy biến áp sau sửa chữa thường có hệ số cos thấp ) - Do trình độ vận hành cơng nhân cung qui trình tổ chức cơng nghệ xí nghiệp chưa cao v.v … Tất lý nguyên nhân làm cho hệ số cơng suất cos xí nghiệp thấp b Hậu hệ số công suất cos thấp Hệ số công suất cos thấp dẫn tới hậu sau đây: - Tăng công suất máy phát, máy biến áp phần tử khác hệ thống cung cấp điện Ví dụ xí nghiệp mỏ để sản xuất lượng sản phẩm A cần tiêu thụ lượng tác dụng Wa tương ứng công suất tác dụng Pa Như cần phải phát truyền tải đến cho xí nghiệp cơng suất biểu kiến: S = P a/ cos Nếu động mang tải thấp, hệ số công suất giảm, để đảm bảo sản xuất lượng sản phẩm A, cần phải phát truyền tải công suất biểu kiến (S) lớn - Tăng tổn hao công suất tăng tiết diện dây dẫn Trong hệ thống điện pha tổn hao công suất xác định: P = 3.I2.r 146 thay vào biểu thức giá trị I = Ia/ cos ta được: P = 3.I a2 r cos 10 3 , kW đó: Ia - Là thành phần tác dụng dòng điện Như dịng điện tác dụng cần tiêu thụ khơng đổi, hệ số cos giảm tổn hao cơng suất tăng bình phương lần L S 3.I a L Thay vào biểu thức giá trị: r = , có: P = .S cos 10 3 , kW Từ tiết diện dây dẫn: S= 3.I a2 r P. cos 10 3 , mm2 nghĩa giá trị tổn hao công suất cho phép tiết diện dây dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương hệ số cơng suất - Tăng tổn hao điện áp mạng Khi truyền tải công suất tác dụng P công suất phản kháng Q qua mạng có điện trở tác dụng R điện kháng X, tổn hao điện áp xác định theo biểu thức: U = P.R Q.X U a U p , U U đó: Ua - Tổn hao điện áp công suất tác dụng gây ra; Up - Tổn hao điện áp công suất phản kháng gây ra; Từ biểu thức ta thấy hệ số cos thấp cơng suất phản kháng tăng thành phần tổn thất điện áp Up tăng làm tổn thất điện áp tổng U tăng, đồng thời thành phần tổn thất điện áp Up tăng làm tăng độ lệch điện áp cực phụ tải, địi hỏi phải tăng chi phí để điều chỉnh điện áp IX.1.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất Việc cải thiện hệ số cơng suất có ý nghĩa kinh tế lớn mang lại hiệu tiết kiệm điện Hiện biện pháp nâng cao hệ số cơng suất chia thành hai nhóm: 1- Những biện pháp nhằm sử dụng thiết bị điện có hiệu (biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên) 2- Những biện pháp tăng hệ số công suất cách bù công suất phản kháng(biện pháp nhân tạo) Dưới số biện pháp tự nhiên để nâng cao thường áp dụng để cải thiện hệ số công suất cos 147 a Tăng tải cho động non tải Trong phạm vi định giá trị dịng phản kháng I p khơng đổi, tăng dịng tải (dòng tác dụng) từ Ia1 đến Ia2 làm thay đổi góc lệch pha từ 1đến 2, hệ số công suất tăng từ cos1đến cos2(như đồ thị) Việc tăng tải cho động thực nhiều biện pháp tuỳ theo tính chất máy móc dùng điện Ví dụ tời trục tăng sốlượng dung tích gng, với máy combai tăng tốc độ di chuyển v.v… Ia2 Ia1 I1 I1 2 1 Ip Hình IV.1: Đồ thị véc tơ minh hoạ việc tăng hệ số công suất tăng tải (Ia)cho động b Thay động non tải động có cơng suất nhỏ Hệ số cơng suất tải xác định theo công thức: cos = P S 1 Q kt k 2mt Q d Q kt Pd k mt ; đó: Qd = Pd tg d - Công suất phản kháng động tiêu thụ từ mạng tải định Qkt = 3.U d I kt - công suất phản kháng động tiêu thụ từ mạng khơng mức tải Ikt - Dịng khơng tải động 148 Kmt = P/ Pd - Hệ số mang tải động Rõ ràng việc thay động non tải động có cơng suất nhỏ hơn, cho khả nâng cao hệ số cơng suất Bằng tính tốn cho thấy hệ số mang tải : kmt< 0,45 việc thay động ln ln hợp lý Khi: kmt> 0,75 việc thay nói chung khơng có lợi, cịn khi: 0,45 < kmt < 0,75, việc thay cần phải tính tốn so sánh hiệu kinh tế Tính hợp lý kinh tế trường hợp thay động chi phí thay đủ hồn lại thời gian qui định(do tiết kiệm điện năng) c Giảm điện áp động mang tải nhỏ Khi khơng có khả thay động mang tải nhỏ cần xem xét giảm điện áp cực Việc giảm điện áp đặt vào cực động không đồng đến giá trị tối thiểu cho phép (Umin) dẫn đến giảm công suất phản kháng tiêu thụ, mà hệ số cơng suất tăng, tổn hao công suất tác dụng động giảm hiệu suất tăng Trong thực tế, việc giảm điện áp động mang tải nhỏ thực cách chuyển cách đấu động từ tam giác sang hình phân đoạn cuộn dây stator Việc chuyển cách đấu nên áp dụng với động hạ áp mang tải thường xuyên 35 - 40% định mức Khi chuyển cách đấu từ tam giác sang sao, mô men cực đại động giảm lần, cần kiểm tra hệ số mang tải động theo điều kiện làm việc ổn định Việc phân đoạn cuộn dây stator động không đồng nên áp dụng trường hợp đổi cách đấu d Hạn chế động máy biến áp làm việc không tải Nếu khoảng thời gian làm việc không tải động máy biến áp kéo dài tốt tạm thời cắt chúng khỏi mạng, giảm đáng kể lượng công suất phản kháng tiêu thụ vơ ích Trong dây truyền cơng nghệ, máy móc làm việc có quan hệ phụ thuộc, việc bố trí dây truyền cách chặt chẽ hạn chế làm việc không tải động e Tăng cường chất lượng sửa chữa động Sau sửa chữa động cơ, cần đảm bảo thơng số định mức Chất lượng sửa chữa không đảm bảo làm tăng lượng công suất phản kháng tiêu thụ f Ưu tiên sử dụng động khơng đồng rotor lồng sóc So với động rotor dây quấn, động rotor lồng sóc có hệ số cơng suất hiệu suất cao g Sử dụng động đồng Trong trường hợp nên sử dụng động đồng thay cho động khơng đồng bộ, động khơng đồng làm việc chế độ q kích thích phát cơng suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất IX.1.3.Nâng cao hệ số công suất cos cách bù công suất phản kháng 149 Trong trường sau áp dụng tất biện pháp kể mà hệ số công suất chung xí nghiệp cịn thấp giá trị qui định, cần phải áp dụng biện pháp bù công suất phản kháng Thực chất việc bù phát chỗ cơng suất phản kháng với mục đích giảm công suất phản kháng truyền tải từ nguồn tới xí nghiệp Để phát cơng suất phản kháng dùng máy bù đồng bộ, động đồng tụ điện tĩnh a Máy bù đồng Máy bù đồng thực chất động đồng có cấu tạo đặc biệt để việc khơng tải phát lượng phản kháng Trong công nghiệp mỏ, Máy bù đồng có nhược điểm như: Tiêu hao công suất tác dụng cao(0,32- 0,15 kW/kVAr); chi phí vận hành bảo quản cao, không sử dụng Tuy nhiên Máy bù đồng có ưu điểm quan trọng dễ dàng điều chỉnh cơng suất phản kháng phát ra, ln ln trì hệ số cơng suất tối ưu Máy bù đồng sử dụng chủ yếu hệ thống điện cần bù điều chỉnh công suất phản kháng với giá trị lớn b Động đồng Trong xí nghiệp mỏ, máy cơng suất lớn không cần điều chỉnh tốc độ (bơm nước chính, quạt gió, máy ép khí, động sơ cấp hệ thống máy phát - động cơ) nên sử dụng động đồng Vì động đồngbộ có ưu điểm là: Có hệ số cơng suất cao làm việc chế độ kích thích phát cơng suất phản kháng, cải thiện hệ số cơng suất chung xí nghiệp Nhưng nhược điểm động đồng là: cấu tạo phức tạp, giá thành đắt, nên sử dụng c Bù công suất phản kháng tụ bù Phương pháp bù dựa tính chất điện dung đấu mạch điện để tạo dòng điện trượt pha so với điện áp Lúc điện dung đủ lớn, tụ điện không làm góc trượt pha dương khu vực đó, mà cịn chuyển dịng phản kháng đến khu vực lân cận khác (từ đường dây tải điện đến điểm đấu tụ) So với máy bù đồng tụ điện có ưu điểm: - Tiêu thụ công suất tác dụng không đáng kể (0,3- 1%) so với công suất tổng - Là việc chắn khơng phải chăm sóc đặc biệt - Trọng lượng nhỏ khơng cần tới móng kiên cố để lắp đặt - Làm việc không ồn Khi sử dụng tụ điện để nâng cao hệ số công suất cos , trước hết cần xác định công suất phản kháng cần thiết thiết bị bù: Qb = Ptb(tg1- tg2) , KVAr đó: 150 Ptb = Wa/ Tp - Cơng suất tác dụng trung bình năm xí nghiệp, kW (Wa- lượng tác dụng tiêu thụ xí nghiệp, kWh; Tp- số làm việc năm xí nghiệp, h); tg1- Tương ứng với hệ số công suất trung bình năm(cos1) xí nghiệp (có kể đến khả bù động đồng bộ); tg2- Tương ứng với hệ số công suất qui định cos2 Việc tăng hệ số cos2 giá trị qui định, cần quan quản lý hệ thống điện thoả thuận, tuỳ theo mức độ thiếu hụt lượng phản kháng hệ thống Công suất phản kháng tụ đấu tam giác: Q = .C.U d2 10 3 , kVAr đó: 2.f- Tần số góc dịng điện; C- Điện dung tụ, F; Ud- Điện áp dây định mức, kV Từ biểu thức cho thấy dung lượng tụ, công suất phản kháng tỉ lệ với bình phương điện áp Vì với dung lượng tụ đặt phía cao áp cho cơng suất phản kháng lớn nhiều Nhưng đặt tụ phía cao áp phần công suất phản kháng tiêu thụ mạng hạ áp khơng bù Vì có khả nên đấu tụ gần phụ tải phía hạ áp Việc bố trí thiết bị bù tập trung, thành nhóm cá thể Khi bù tập trung, tụ thường đấu vào hạ áp (6- 10kV) trạm biến áp chính, lúc giảm cơng suất phản kháng phải phát truyền tải đến cho xí nghiệp Khi bù theo nhóm, tụ đấu vào cuối cá khởi hành, nhằm giảm truyền tải công suất phản kháng đường dây Khi bù cá thể, tụ đấu trực tiếp cạnh động cơ, giảm cơng suất phản kháng tồn mạng Vị trí đấu tối ưu thiết bị bù cần chọn sở so sánh kinh tế- kỹ thuật phương án IX.2 Tổn thất điện Tổn thất điện hệ thống cung cấp điện xí nghiệp mỏ chủ yếu tổn thất máy biến áp, mạng điện cao hạ áp IX.2.1 Tổn thất điện máy biến áp Việc xác định tổn thất điện máy biến áp tiến hành xuất phát từ thông số kỹ thuật, mức độ mang tải số sử dụng Tổn thất lượng tác dụng tính: Wa.ba= Pkt.T0 + 2.Pn.Tp , kWh; đó: Pkt- Tổn thất cơng suất không tải máy biến áp, kW; 151 Pn - Tổn thất công suất ngắn mạch, kW; T0 - Tổng số đấu máy biến áp vào mạng thời gian tính tốn, h; Tp - Số máy biến áp làm việc với tải trung bình thời gian tính tốn, h; - Hệ số mang tải máy biến áp, tính theo cơng thức: Wa2 Wp2 = S d Tp (Wa, Wp- Năng lượng tác dụng phản kháng tiêu thụ từ máy biến áp, xác định tính tốn, theo số đồng hồ vận hành; S d- Công suất định mức máy biến áp, kVA) Tổn thất lượng phản kháng tính theo cơng thức: Wp.ba= Sd I kt U T0 Sd n Tp 100 100 đó: Ikt- Dịng khơng tải máy biến áp, %; Un- Điện áp ngắn mạch tương đối, % IX.2.2 Tổn thất điện trong mạng (trừ máy biến áp) Tổn thất điện mạng xác định theo công thức: Wa = 3.I R.Tp.10 = tb -3 S 2tb R.Tp 10 3 U d2 Ptb R.Tp 10 3 U d2 Q 2tb R.Tp 10 3 U d2 , đó: Itb- Dịng tải trung bình mạng, xác định theo công thức: Itb = Wa2 Wp2 3.U d Tp , với: Wa vàWp- Năng lượng tác phản kháng phụ tải đấu vào mạng tiêu thụ thời gian Tp; Ud- điện áp định mức mạng, V; Stb- Cơng suất trung bình truyền tải mạng, kVA; Ptb, Qtb- Công suất tác dụng công suất phản kháng trung bình truyền tải mạng IX.3 Định giá điện Tiền điện xí nghiệp (hộ tiêu thụ) phải trả tính theo giá biểu đơn giá biểu kép 152 Theo giá biểu đơn, tiền điện phải trả sau khoảng thời gian định (1 tháng hoặc, năm) tính số lượng điện (kW.h) tiêu thụ khoảng thời gian (theo số đồng hồ đo điện tác dụng) nhân với đơn giá điện (đ/ kW.h) Cách tính nên áp dụng với hộ tiêu thụ với hộ tiêu thụ khơng phải xí nghiệp cơng nghiệp xí nghiệp cơng nghiệp có cơng suất nối mạng nhỏ Với xí nghiệp cơng nghiệp lớn, tiền điện thường tính theo biểu giá kép áp dụng hai phương thức sau: 1- Tính theo cơng suất tiêu thụ cực đại xí nghiệp (phần chính) số lượng điện tiêu thụ thực tế, xác định theo công thức: C = (a.Pmax + b.Wa).(1 K), đ/ năm, đó: Pmax- Cơng suất tiêu thụ cực đại xác định theo số đồng hồ đo, kW; a- Đơn giá kW công suất cực đại năm, đ/ kW.năm; b- Đơn giá điện năng, đ/ kW.h; Wa- Lượng điện xí nghiệp tiêu thụ năm, kW.h; k- Hệ số [ thưởng (-) (+)] tuỳ theo hệ số cơng suất cos thực tế xí nghiệp 2- Trả theo công suất nối mạng lượng điện tiêu thụ, xác định theo công thức: C = [a.(Sđ.ba + Sđ.đc) + b.Wa].(1k), đ/ năm đó: Sđ.ba- Tổng công suất định mức máy biến áp đấu vào mạng, kVA; Sđ.đc- Tổng công suất định mức động cao áp ( trừ động phép dự phịng theo luật an tồn, động đấu vào mạng với mục đích bù công suất phản kháng); a- Đơn giá công suất nối mạng năm, đ/ kVA.năm IX.4 Suất tiêu thụ điện Lượng điện tiêu thụ để xí nghiệp sản xuất đơn vị sản phẩm tiêu quan trọng để đánh giá việc sử dụng hợp lý điện Suất tiêu thụ điện đặc trưng choviệc sử dụng phương tiện giới tự động hố xí nghiệp, việc tăng cường trang bị cho q trình cơng nghệ Việc tổ chức khơng hồn hảo q trình sản xuất sử dụng không hết khả phương tiện giới hoá, dẫn đến hậu suất giảm suất tiêu thụ điện tăng Suất tiêu thụ điện xác định tỉ số: 153 a= Wa , kwh/đ.vị sản phẩm, z đó: Wa- Lượng điện tiêu thụ thời gian tính tốn, kwh; z- Sản lượng xí nghiệp thời gian tính tốn; nhiên sở suất tiêu thụ điện để đáng trình độ sử dụng điện xí nghiệp khơng hồn tồn xác, cơng nghiệp mỏ, suất tiêu thụ điện phụ thuộc vào điều kiện địa chất mỏ, độ chứa khí chiều sâu vỉa, độ xâm nhập nước ngầm v.v… Việc tiêu thụ điệnnăng cho thiết bị không tham gia vào sản xuất (bơm, quạt v.v…) xí nghiệp khác nhâu đáng kể, thiết bị có tham gia vào sản xuất có khác tiêu thụ điện Bởi lập kế hoạch cung cấp cho công nghiệp mỏ xây dựng định mức tiêu thụ điện năng, cần phải tính đến đặc điểm vùng nhóm mỏ loại Qua việc phân tích ta thấy Suất tiêu thụ điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nên việc tính suất tiêu thụ điện cách xác tương đối phức tạp thực tế để tính suất tiêu thụ điện người ta thường sử dụng phương pháp sau: Phương pháp tính tốn, phương pháp thực nghiệm - tính tốn phương pháp thơng kê Câu hỏi tập 1- Hệ số công suất cos gì? Nguyên nhân hậu hệ số cos thấp? ý nghĩa việc nâng cao hệ số cos? 2- Các biện pháp dùng để nâng cao hệ số cos? 3- Phương pháp xác định giá trị điện cho xí nghiệp? 4- Suất tiêu thụ điện gì? Nó đặc trưng cho gì? Suất tiêu thụ điện có ý nghĩa xí nghiệp? Bài tập 1: Yêu cầu thiết kế lắp đặt tụ bù cho trạm bơm nước xí nghiệp mỏ đặt máy bơm 75 kW Khi làm việc hệ số cơng suất trạm bơm có trị số cos = 0,7; Yêu cầu đặt tụ điện để nâng hệ số công suất lên 0,95 Bài tập 2: Yêu cầu lựa chọn tụ bù để nâng cao cos phân xưởng điện lên 0,95; Cơng suất tính toán phân xưởng (80 + j105) kVA Xét khả giảm cỡ công suất máy biến áp đặt tụ bù? Bài tập 3: Một xí nghiệp có mặt cấp điện hình vẽ, u cầu thiết kế tính tốn tụ cho cos xớ nghip l 0,95 154 Cáp đồng (3.26+1.16) 15 m ) +1.6 3.10 ( g đồn m Cáp 40 Cá pđ ồn g( 50 3.16+ m 1.1 0) Máy khuấy 30+j30 kva 24+J32KVA 42+J56KVA 155 Tài liệu tham khảo Bảo vệ rơ le hệ thống điện - GS.TS Trần Đình Long – NXB GD – Hà nội 1996 Cung cấp điện – Nguyễn Xuân Phú- NXB KHKT – Hà nội 1998 Điện khí hố mỏ – PGS.PTS Nguyễn Anh Nghĩa – NXB GD – Hà nội 1997 Thiết bị điện – Lê Thành Bắc – NXB KHKT – Hà nội 2001 156 Mục lục Mục Lời mở đầu Phần I Trạm điện xí nghiệp mỏ Chương I Hệ thống cung cấp điện I.1 Khái niệm chung hệ thống cung cấp điện I.2 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp I Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp I.4 Sơ đồ cung cấp điện I.5 Các yêu cầu việc lựa chọn phương án cung cấp điện Chương II Phụ tải điện xí nghiệp II.1 Đặt vấn đề II.2 Đồ thị phụ tải điện II.3 Các tham số đặc trưng phụ tải điện II.4 Các phương pháp xác định phụ tải điện Chương III Trạm biến áp xí nghiệp III.1 Khái quát phân loại III.2 Chọn vị trí trạm III.3 Sơ đồ nối dây trạm III.4 Tính tốn chọn dung lượng trạm III.5 Vận hành trạm biến áp Chương IV Ngắn mạch hệ thống điện IV.1 Khái niệm chung hệ thống điện IV.2 Tính tốn ngắn mạch mạng cao áp IV.3 Tính tốn ngắn mạch mạng hạ áp IV.4 Nguyên nhân, tác hại, biện pháp ngăn ngừa ngắn mạch Phần II Mạng điên xí nghiệp Chương V Mạng điện V.1 Phân loại mạng điện V.2 Sơ đồ mạng điện cao áp hạ áp V.3 Tổn thất công suất tổn thất điện mạng điện V.4 Tính tốn tổn thất điện áp mạng điện V.5 Các phương pháp lựa chọn dây dẫn cáp mạng điện V.6 Tính tốn mạng cáp hạ áp khu vực Chương VI Lựa chọn thiết bị bảo vệ rơ le VI.1 Đặt vấn đề VI.2 Nguyên tắc chung để lựa chọn thiết bị điện phận có dịng điện chạy qua VI.3 Lựa chọn thiết bị điện cao áp VI.4 Lựa chọn thiết bị điện hạ áp VI.5 Bảo vệ rơ le hệ thống điện 157 Trang 2 11 11 11 13 17 22 22 22 23 28 31 39 39 42 55 58 70 70 70 70 73 78 85 90 101 101 101 104 108 109 Chương VII Kỹ thuật chiếu sáng mỏ VII.1 Ý nghĩa việc chiếu sáng mỏ VII.2 Các đại lượng kỹ thuật chiếu sáng VIII.3 Thiết bị chiếu sáng VII.4 Tính tốn chiếu sáng Chương VIII Cung cấp điện cho tàu điện VIII.1 Đặc điểm cung cấp điện cho tàu điện VIII.2 Cung cấp điện cho tàu điện cần vẹt VIII.3 Cung cấp điện cho tàu điện ắc quy VIII.4 Cung cấp điện cho tàu điện cao VIII.5 Cung cấp điện cho tàu dùng điện xoay chiều Chương IX Các tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống điện xí nghiệp IX.1 Hệ số công suất cosử IX.2 Tổn thất điện hệ thống cung cấp điện xí nghiệp IX.3 Định giá điện IX.4 Suất tiêu thụ điện Tài liệu tham khảo Mục lục 158 119 119 119 121 125 130 130 130 134 136 138 140 140 145 147 147 150 151 ... P2+j Q2 r1, x1 I1 r2, x2 I2 i1, cos1 i2, cos? ?2 Hình V- 12 Trên hình vẽ trình bày đồ thị véc tơ điện áp đường dâycó hai phụ tải tập trung i1và i2 Điện áp cuối đường dây phần tử thứ ký hiệu U? ?2, ... = 3.I X = X X U U2 đó: U2 S2 (V -2 ) P- Tổn thất công suất tác dụng, [MW]; Q- Tổn thất công suất phản kháng, [MVAR]; S - Công suất biểu kiến truyền tải đường dây, [MVA]; U- Điện áp định mức... 103(đ/kWh) a 2ac-50, 3km 1500 50,6 2ac-50, 4km kVA 1 02 800 40,96 kVA Bài tập 4: Yêu cầu xác định giá tiền tổn thất điện năm ĐDK- 22 kV cấp điện cho xí nghiệp hình vẽ sau Biết c = 800đ/kWh a 2a c- 50,