Giáo trình Cung cấp điện (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI ĐẶNG ĐÌNH NHIÊN (Chủ biên) NGUYỄN VĂN SÁU – TRẦN QUANG ĐẠT GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN Nghề: Điện cơng nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “CUNG CẤP ĐIỆN” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Điện Công Nghiệp Đây môn học kỹ thuật chuyên ngành chương trình đào tạo nghề Điện Cơng Nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện – tập 1,2 Nxb KHKT 2006, Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện Nxb KHKT 2006, Nguyễn Công Hiền, Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp thị nhà cao tầng Nxb KHKT 2005 nhiều tài liệu khác Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Chủ biên: Đặng Đình Nhiên MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Chương Những vấn đề chung hệ thống cung cấp điện 1.1 Khái quát chung hệ thống cung cấp điện 1.2 Những tiêu để đánh giá phương án cung cấp điện tối ưu 13 1.3 Lưới điện 15 1.4 Các loại dây dẫn cáp 18 1.5 Cấu trúc đường dây tải điện không 21 1.6 Trạm điện 26 Chương Tính tốn phụ tải điện 47 2.1 Đồ thị phụ tải điện 47 2.2 Các đại lượng hệ số tính tốn 50 2.3 Các phương pháp xác định phụ tải điện 60 2.4 Xác định dòng điện đỉnh nhọn 66 2.5 Xác định trung tâm phụ tải điện 70 Chương Tính tốn tổn thất lưới điện 73 3.1 Thông số phần tử mạng điện 73 3.2 Tổn thất điện áp đường dây 87 3.3 Tổn thất công suất đường dây 89 3.4 Tổn thất điện áp tổn thất công suất máy biến áp 90 3.5 Tổn thất điện mạng điện 92 3.6 Tiết kiệm điện 105 Chương Chống sét nối đất 106 4.1 Chống sét 106 4.2 Nối đất 119 4.3 Giới thiệu số nét kỹ thuật chống sét xuất gần giới 133 Chương Chọn kiểm tra thiết bị điện 149 5.1 Các điều kiện chung để chọn kiểm tra thiết bị điện 149 5.2 Lựa chọn máy biến áp 150 5.3 Chọn kiểm tra cầu dao 153 5.4 Chọn kiểm tra cầu chì 154 5.5 Chọn kiểm tra áp tô mát 166 5.6 Chọn dây dẫn, cáp góp 167 5.7 Chọn kiểm tra máy biến áp đo lường 187 5.8 Nâng cao hệ số công suất cosφ 187 5.9 Lựa chọn góp 205 TÀI LIỆU THAM KHẢO 208 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Cung cấp điện Mã số mô đun: MĐ 19 Thời gian thực mô đun: 90 (Lý thuyết:69 giờ; Bài tập: 15 giờ; Kiểm tra: giờ) I Ví trí, tính chất mơ đun - Vị trí: Mơn học phải học sau hồn thành mơn học An tồn lao động, Mạch điện, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện, Thiết bị điện gia dụng Là môn học chuyên môn chuyên ngành điện công nghiệp dân dụng Môn học gồm kiến thức cần thiết dùng để tính tốn phụ tải điện, mạng điện, tính tốn số liệu cần thiết cho việc chọn kiểm tra thiết bị điện, cho hệ thống bảo vệ sở để tiếp tục nghiên cứu, phối hợp với mơn chun mơn khác phục vụ cho việc tính tốn cung cấp điện cho sở sản suất sinh hoạt có quy mơ vừa nhỏ thực tế - Tính chất: Là mơn học chun mơn nghề, thuộc mơn học đào tạo nghề bắt buộc Có tính chất lí thuyết, kết hợp với nhiều khái niệm, tập tính tốn gần theo kinh nghiệm trường hợp thực tế cụ thể II Mục tiêu mô đun - Về kiến thức: Chọn phương án, lắp đặt 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, phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật Tính chọn nối đất chống sét cho đường dây tải điện cơng trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, xác, tác phong cơng nghiệp lao động sản xuất + Có tác phong cơng nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả làm việc độc lập phối hợp làm việc nhóm q trình sản xuất III Nội dung mô đun ST T Thời gian (giờ) Thực hành/ thực Tổng Lý tập/thí Kiểm số thuyết nghiệm/ tra tập/thảo luận Tên chương mục Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái quát chung hệ thống cung cấp điện 1.2 Những tiêu để đánh giá phương án cung cấp điện tối ưu 1.3 Lưới điện 1.4 Các loại dây dẫn cáp 1.5 Cấu trúc đường dây tải điện khơng 1.6 Trạm điện Kiểm tra Chương 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI 22 ĐIỆN 2.1 Đồ thị phụ tải điện 2.2 Các đại lượng hệ số tính tốn Kiểm tra 2.3 Các phương pháp xác định phụ tải điện 2.4 Xác định dòng điện đỉnh nhọn 2.5 Xác định trung tâm phụ tải điện Bài tập Kiểm tra Chương 3: TÍNH TỐN TỔN 22 THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN 3.1 Thông số phần tử 1 1 1 16 4 4 17 4 mạng điện 3.2 Tổn thất điện áp đường dây 3.3 Tổn thất công suất đường dây 3.4 Tổn thất điện áp tổn thất công suất máy biến áp 3.5 Tổn thất điện mạng điện 3.6 Tiết kiệm điện Bài tập Kiểm tra Chương 4: CHỐNG SÉT VÀ NỐI 19 ĐẤT 4.1 Chống sét 4.2 Nối đất 4.3 Giới thiệu số nét kỹ thuật chống sét Bài tập Kiểm tra Chương 5: CHỌN VÀ KIỂM TRA 20 THIẾT BỊ ĐIỆN 5.1 Các điều kiện chung để chọn kiểm tra thiết bị điện 5.2 Lựa chọn máy biến áp 5.3 Chọn kiểm tra cầu dao 5.4 Chọn kiểm tra cầu chì 5.5 Chọn kiểm tra áp tơ mát 5.6 Chọn dây dẫn, cáp góp 5.7 Chọn kiểm tra máy biến áp đo lường 5.8 Nâng cao hệ số công suất cosφ 5.9 Quá điện áp Bài tập Kiểm tra Cộng: 90 3 4 14 1 4 16 1 1 3 3 69 15 Chương Những vấn đề chung hệ thống cung cấp 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 - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập 1.1 Khái quát chung hệ thống cung cấp điện 1.1.1 Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Ngày giới tạo ngày nhiều cải vật chất, số lượng dạng cải vật chất quan trọng Năng lượng ngày cần nhiều theo nhu cầu ngày tăng đời sống sản xuất thiên nhiên xung quanh ta giàu nguồn lượng, than đá, dầu khí, nguồn nước nguồn nhiệt lượng lànhững nguồn lượng vơ q báu với người Năng lượng điện hay gọi điện năng, đã dạng lượng phổ biến, sản lượng điện giới ngày tăng, chiếm hàng nghìn tỷ KWh Sở dĩ điện thơng dụng có nhiều ưu điểm dễ dàng chuyển hóa thành dạng lượng khác (cơ, hóa, nhiệt vv ) dễ truyền tải xa, hiệu suất lại cao Trong trình sản xuất phân phối, điện có số đặc điểm sau: - Điện sản xuất nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ pin, ắc quy) Tại thời điểm phải bảo đảm cân lượng điện sản xuất với lượng điện tiêu thụ kể tổn thất truyền tải - Các trình điện xảy nhanh (chẳng hạn sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), sóng sét lan truyền đường dây, thời gian đóng cắt mạch điện, thời gian tác động bảo vệ thường xẩy khoảng < 0,1s Đặc điểm đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi thiết bị tự động công tác vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện trạng thái làm việc bình thường lúc cố, nhằm đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện làm việc an toàn, tin cậy kinh tế - Ngành điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, khí, cơng nghiệp nhẹ dân dụng Nó động lực tăng xuất lao động, tạo nên phát triển nhịp nhàng cấu kinh tế Ngoài đặc điểm chủ yếu nêu cần ý việc sản xuất, truyền tải cung cấp điện thực theo kế hoạch chung toàn hệ thống điện Hệ thống điện bao gồm khâu: Phát điện, truyền tải, phân phối, cung cấp điện tới hộ tiêu thụ sử dụng điện, thực nhà máy điện, trạm phát điện, mạng lưới điện thiết bị dùng điện khác 1.1.2 Nhà máy điện Điện sản phẩm sản xuất sản xuất từ nhà máy điện Hiện nhà máy điện lớn phát lượng dòng điện xoay chiều ba pha, nhà máy phát lượng dịng điện chiều Trong cơng nghiệp muốn dùng lượng dịng điện chiều người ta dùng chỉnh lưu để biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Nguyên lý chung để sản xuất điện nhà máy điện từ dạng lượng sơ cấp muốn chuyển thành điện phải biến đổi qua cấp trung gian làm quay máy phát điện để phát điện Nguồn lượng thường dùng đa số nhà máy điện lượng chất đốt lượng nước.Từ năm 1954, số nước tiên tiến bắt đầu xây dựng số nhà máy điện dùng lượng nguyên tử a Nhà máy nhiệt điện Hình 1.1: Nhà máy nhiệt điện Đây dạng nguồn điện kinh điển đến sử dụng phổ biến Quá trình biến đổi lượng nhà máy nhiệt điện mô tả sau: Hơi nước Tha nước làm lạnh Xi nước Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý trình sản xuất điện nhà máy điện *Ưu điểm nhà máy nhiệt điện: - Có thể xây dựng nhiều nơi lãnh thổ đất nước - Phát điện không phụ thuộc vào thời tiết, cần đủ nhiên liệu - Thời gian xây dựng ngắn - Diện tích cho xây dựng nhà máy không lớn *Nhược điểm nhà máy nhiệt điện: - Phải phải khai thác vận chuyển nhiên liệu - Hiệu suất thấp (0,3÷0,6) - Thời gian khởi động nhà máy lâu (4÷5) h thời gian dừng máy kéo dài (6÷12)h - Thiết bị phức tạp nên khó tự động hố, an tồn, số nhân cơng lao động quản lý vận hành nhiều (cao thuỷ điện gấp khoảng 13 lần) - Công suất tự dùng nhà máy cao (chiếm (8-13)%) - Giá thành điện cao (cao thuỷ điện (5÷10) lần) b Nhà máy thuỷ điện Hình 1.3: Nhà máy thủy điện cos  đm = (0,8÷0,82) tăng lên (0,85÷0,87) Tổn thất công suất tác dụng thép giảm 19%, dòng stator tăng 10%, dòng tác dụng Stator tăng, dòng phản kháng stator giảm 25% Nhưng mật độ dòng cuộn dây stator tăng 10% Tổn thất công suất tác dụng cuộn dây: P  VJ Trong - V thể tích đồng - J mật độ dòng điện Như tổn thất công suất tác dụng cuộn dây tăng lên 21% Hiệu suất động giảm gần 1% động làm việc định mức, kpt =(0,5÷0,7) hiệu suất lại tăng lên Khi tiết diện dây không đổi, số vịng dây pha tăng 10% m giảm 10%, Q0 vμ I0 giảm 25% tổn thất công suất thép PFe giảm 19% cos  tăng lên, dịng cuộn dây Rơtor tăng 10% cịn Stator không đổi, (IStator= const) Tổn thất công suất tác dụng dây quấn Rôto tăng 21%, Stator tăng 10% Hiệu suất động lớn hiệu suất định mức (  đm ) - Nếu khe hở khơng khí khơng đều, dẫn đến đối xứng từ trường, làm cho lõi thép có chỗ bị bão hồ, chỗ khơng bị bão hồ Vì khơng sử dụng hết khả cho lõi thép làm cho Cos  hiệu suất động giảm * Vận hành hợp lí máy biến áp Trong xí nghiệp, máy biến áp vận hành liên tục suốt ngày đêm Vì vậy, cơng suất phản kháng máy biến áp tiêu thụ để từ hoá lõi thép nhỏ nhiều cơng suất phản kháng xí nghiệp tiêu thụ, phải quan tâm đến + Thay máy biến áp vận hành non tải Máy biến áp vận hành không tải tiêu thụ công suất phản kháng 60% công suất phản kháng tiêu thụ phụ tải định mức Từ ta thấy máy biến áp vận hành non tải cos  giảm Ví dụ: Khi máy biến áp ln ln vận hành non tải phải thay máy biến áp có cơng suất nhỏ (thường kpt< 0,3) Việc thực thiết kế + Vận hành kinh tế trạm biến áp 194 Khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên tuỳ theo thay đổi phụ tải mà ta có phương thức vận hành cho kinh tế Ví dụ phụ tải nhỏ (ca chẳng hạn) cắt bớt máy biến áp để máy lại đủ tải * Dùng động đồng thay động không đồng Ở máy sản xuất có cơng suất tương đối lớn không điều chỉnh tốc độ máy bơm, máy quạt, máy nén khí ta nên dùng động đồng bộ, có ưu điểm sau, so với động không đồng Hệ số cơng suất cos  cao, cần cho làm việc chế độ kích thích để trở thành máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng Mômen quay tỷ lệ bậc với điện áp, phụ thuộc vào thay đổi điện áp Khi tần số nguồn không thay đổi, tốc độ quay động không phụ thuộc vào phụ tải suất làm việc máy cao Song có số khuyết điểm: Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, mở máy phức tạp Chính động đồng chiếm khoảng 70% tổng số động dùng công nghiệp Ngày nhờ chế tạo động tự kích từ giá thành hạ có giải cơng suất tương đối rộng nên người ta sử dụng ngày nhiều động đồng * Thay đổi cải tiến qui trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lí Căn vào điều kiện cụ thể, cần xếp qui trình cơng nghệ cách hợp lí Việc giảm bớt động tác nguyên công thừa, áp dụng phương pháp gia công tiên tiến đưa tới hiệu tiêt kiệm điện, giảm bớt điện tiêu thụ cho đơn vị sản phẩm Ví dụ: Phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư phơi giảm bớt ngun cơng cắt gọt, phương pháp gia công tốc độ cao phương pháp gia cơng nhiều dao rút ngắn thời gian gia công giảm lượng điện tiêu hao Tất thiết bị tiêu thụ áp suất lớn cần định rõ phương thức vận hành cho hợp lí, ví dụ vận hành với Kpt gần 1, phân bố ca làm việc, cần cắt bớt máy làm việc song song Cải tiến thao tác cho hợp lí, giảm thời gian chạy khơng tải non tải Thay động có tốc độ thấp động có tốc độ cao Vì động có tốc độ thấp tiêu thụ nhiều cơng suất phản kháng động có tốc độ cao chúng có cơng suất Việc nâng cao hệ số cơng suất cos  có nhiều cách Tuỳ tình hình cụ thể mà áp dụng cho thích hợp đạt hiệu kinh tế cao 195 5.8.4 Các thiết bị bù cos  a Máy bù đồng Máy bù đồng loại động đồng làm việc chế độ không tải kích thích Do khơng có phụ tải trục, máy đồng chế tạo gọn nhẹ so với động đồng Vì máy đồng rẻ động đồng công suất Máy bù đồng có đặc điểm sau đây: - Máy bù đồng phát tiêu thụ công suất phản kháng, mức độ kích thích máy bù sản xuất cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng, chế độ thiếu kích thích máy bù lại tiêu thụ cơng suất phản kháng mạng - Công suất phản kháng phát không phụ thuộc điện áp đặt vào mà phụ thuộc vào dòng điện Ikt - Lắp ráp, vận hành phức tạp, dễ gây cố phần động - Bản thân máy bù tiêu thụ lượng sông suất tác dụng lớn, khoảng (0,015 ÷ 0,032) kW/kVAr - Giá tiền đơn vị công suất phát phụ thuộc vào công suất máy bù Công suất máy bù bé giá tiền kVAr phát đắt Vì máy bù chế tạo với công suất lớn thường kVAr trở lên - Có thể điều chỉnh cơng suất phản kháng phát cách thay đổi kích từ cách liên tục Máy bù đồng thường đặt nơi cần bù tập trung, dung lượng bù lớn b Tụ điện tĩnh Tụ điện tĩnh loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp Do sinh cơng suất phản kháng Q cung cấp cho mạng Ưu điểm: - Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003 ÷ 0,005) kW/kVAr - Khơng có phần động nên lắp ráp, bảo quản dễ dàng - Tụ điện tĩnh chế tạo thành đơn vị nhỏ, tuỳ theo phát triển phụ tải trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp Nhược điểm: - Công suất phản kháng phát phụ thuộc vào điện áp Q = I2XC = U2 U   CU  U 2  f C XC C 196 Trong đó: +) U có đơn vị V +) C có đơn vị F +) Q có đơn vị VAr - Tụ điện có cấu tạo bền dễ bị phá hỏng xảy ngắn mạch Khi điện áp tăng đến 1,1Uđm cách điện tụ điện dễ bị chọc thủng - Khi đóng tụ điện vào mạng có dịng điện xung, cịn cắt tụ khỏi mạng, khơng có thiết bị phóng điện có điện áp dư tụ - Khó tự động điều chỉnh dung lượng bù cách liên tục - Tụ điện tĩnh chế tạo dễ dàng cấp điện áp (0,4÷10)kV Thơng thường dung lượng bù nhỏ MVAr người ta dùng tụ điện, lớn phải so sánh với máy bù đồng c Động không đồng Rôto dây quấn đồng hố Khi cho dịng điện chiều vào dây quấn Rôto động không đồng động làm việc nhưđộng đồng bộ, điều chỉnh dịng kích từ để phát cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng Nhược điểm loại suất tổn thất cơng suất tác dụng lớn, khoảng (0,02÷0,08)kW/kVAr, khả q tải Vì phép làm việc với 75% cơng suất định mức Vì nhược điểm trên, dùng khơng có sẵn loại thiết bị bù khác Ngồi thiết bị bù kể trên, cịn dùng động đồng làm việc chế độ kích từ, dùng máy phát điện làm việc chế độ bù để làm máy bù Ở xí nghiệp có nhiều tổ máy điezen - máy phát, dùng làm nguồn dự phịng, chưa dùng đến làm máy bù đồng Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển máy phát thành máy bù đơn giản Vì biện pháp nhiều xí nghiệp áp dụng 5.8.5 Phân phối tối ưu công suất bù lưới điện xí nghiệp a Vị trí đặt thiết bị bù Sau tính dung lượng bù chọn loại thiết bị bù vấn đề quan trọng bố trí thiết bị bù vào mạng cho đạt hiệu kinh tế Thiết bị bù đặt phía điện áp cao phía điện áp thấp, nguyên tắc bố trí thiết bị bù đạt chi phí tính tốn nhỏ Máy bù đồng bộ, 197 có cơng suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, có máy bù thường đặt phía điện áp cao trạm biến áp trung gian phân phối Tụ điện đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp * Tụ điện điện áp cao (6-10) kV Được đặt tập trung trạm biến áp trung gian phân phối Nhờ đặt tập trung, nên việc theo dõi vận hành tụ điện dễ dàng có khả thực việc tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù Bù tập trung mạng điện áp cao cịn có ưu điểm tận dụng hết khả tụ điện, nói chung tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát công suất bù tối đa Nhược điểm phương án không bù công suất phản kháng mạng điện áp thấp, khơng có tác dụng giảm tổn thất điện áp, công suất mạng điện áp thấp * Tụ điện điện áp thấp (0,4) kV Thường đặt tập trung điện áp thấp trạm biến áp phân xưởng xí nghiệp Nó hay đặt thành nhóm tủ phân phối động lực đặt phân tán thiết bị dùng điện Đứng mặt giảm tổn thất điện mà xét việc đặt phân tán tụ điện bù thiết bị có lợi Nhưng với cách lắp đặt thiết bị nghỉ tụ điện nghỉ theo Do hiệu suất sử dụng khơng cao Phương pháp dùng để bù cho động không đồng công suất lớn Đặt tụ thành nhóm tủ phân phối đường dây phân xưởng sử dụng nhiều hiệu suất sử dụng cao, giảm tổn thất mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp Vì chúng đặt thành nhóm nhỏ (30 ÷ 100)kVAr nên chúng khơng chiếm diện tích lớn Tụ điện đặt tủ riêng xà nhà xưởng Tuy cách đặt thành nhóm khiến cho việc theo dõi vận hành khơng thuận tiện khó thực tự động điều chỉnh dung lượng bù Đặt tụ điện áp thấp trạm biến áp sử dụng trường hợp dung lượng bù lớn cần tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp mạng Nhược điểm cách đặt giảm tổn thất mạng kể từ hạ áp trở nguồn Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà ta sử dụng phương án phối hợp phương án b Phân phối dung lượng bù mạng hình tia Giả sử có mạng hình tia gồm tia ( hình 5.11) Sau xác định tổng dung lượng cần bù Q bù cần phân phối dung lượng bù nhánh cho đạt hiệu kinh tế cao nhất, thể chie tiêu tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây nhỏ 198 Gọi dung lượng bù phân phối nhánh Qbù1, Qbù2,Qbù3 Còn phụ tải phản kháng nhánh Q1, Q2,Q3 Điện trở nhánh r1, r2, r3 Hình 5.11: Bù cơng suất phản kháng Sau bù, tổn thất công suất tác dụng mạng hình tia cơng suất phản kháng gây là: P  Q1  Qbu1 2 U đm r1  Q2  Qbu 2 U đm r2  Q3  Qbu3 2 U đm r3  Qbu1  Qbu  Qbu3  Qbu  m(*) Điều kiện tối ưu P  2Q1  Qbu1 r1  2Q3  Qbu   Q1  Q2 r3  Qbu1 P  2Q2  Qbu r1  2Q3  Qbu   Q1  Q2 r3  Qbu (Q1 - Qbù1).r1 = (Q2 – Qbu2).r2 đó: Qbù2 = Q2 –(r1/r2)(Q1 - Qbù1)  Q2 – (r1/r2)Q1 + (r1/r2)Qbù1 Qbù3 = Q3 –(r1/r3)(Q1 - Qbù1)  Q3 – (r1/r3)Q1 + (r1/r3)Qbù1 vào phương trình (*) ta có Qbu1  Q2  r r1 r r Q1  Qbu1  Q3  Q1  Qbu1  Qbu  r2 r3 r3 r2 thay vào ta đựoc: Qbu1  Q1  rtđ  Q  Qbu  rtt r1 r1 r2 r3 r1 r2  r2 r3  r3 r1 tương tự ta có: 199 Qbu  Q2  Q  Qbu  rtđ r2 Qbu  Q  Q  Qbu  rtđ r21 Qbun  Qn  Q  Qbu  rtđ rn rtđ là: rtđ  1 1    r1 r2 rn n - Q   Qi tổng công suất phản kháng mạng trước bù i 1 - Qbu  tổng công suất phản kháng mạng trước bù Nếu công suất bù tối ưu nút âm, cần tính lại điện trở tương đương Rtd sau bỏ nhánh i (cả tổng trở cơng suất) tính lại cơng suất bù Ví dụ: Cho mạng điện hình tia với số liệu hình (hình 5.12) Hãy xác định dung lượng bù cho nhánh Hình 5.12: Mạng điện hình tia 200 Giải: - Tổng phụ tải phản kháng mạng: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700 kVAr - Điện trở tương đương nhánh: 1 1 1 rtđ        r1 r2 r3 r4  1 1         0,1 0,05 0,06 0,02  1  0,0194 - Dung lượng bù nhánh : Qbù1  400  Qbù = 600  1700  1200 0,0194  303kVA r 0,1 1700  1200 0,0194  406kVAr 0,05 Qbù = 500  1700  1200 0,0194  338kVAr Qbù = 200  1700  1200 0,0194  153kVAr 0,06 0,02 c Phân phối lượng bù mạng phân nhánh Xét mạng phân nhánh (hình 5.13), coi nhiều mạng hình tia ghép lại Hình 5.13: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo kiểu phân nhánh Ví dụ: Tại điểm 3, coi có nhánh hình tia r r4 ghép lại Tại điểm ta coi có nhánh hình tia Một nhánh r2 nhánh điện trở tương đương phần phía sau, tức r3, r4 r23 Ký hiệu r5 r5  r23  201 r3 r4 r3  r4 Tại điểm ta coi có nhánh r r6 với: r6  r12  r2 r5 r2  r5 Với quan niệm áp dụng cơng thức mạng hình tia cho mạng phân nhánh Dung lượng bù nhánh thứ n tính sau: Qbun  Qn  Q ( n1)  Qbu  ( n 1) rn rtdn Trong đó: - Qn cơng suất phản kháng nhánh n - Q n 1 Là tồng công suất phản kháng cung cấp cho điểm (n-1) - Qbu n 1 Là tổng dung lượng bù cho điểm (n-1) - rtđn Là điện trở tương đương mạch kể từ điểm (n-1) trở sau Chú ý: Điện trở tương đương rtđ tính từ cuối lên, cịn tính dung lượng bù từ đầu đến cuối d Phân phối lượng bù mạng phân nhánh có đường dây rẽ nhánh Sơ đồ hình 5.14 Hình 5.14: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mang phân nhánh Được phân bố theo nguyên tắc từ cuối đường dây trở nguồn phân tối đa công suất phụ tải cuối đường dây Nếu Q3 > Qbu3 ta có Qbù3 = Q3 lại Qbù – Qbù3 phân vào nút tiếp tục Qbù < Qi dừng e Phân phối dung lượng bù mạng điện hỗn hợp Ta có sơ đồ mạng điện hỗn hợp hình 5.15 Tính điện trở tương đương nhánh, coi mạng điện hình tia phân phối cơng suất theo mạng hình tia Trong : - Điện trở tương đương nhánh rtđ1 tính mạng phân nhánh có đường dây rẽ nhánh - Điện trở tương đương rtđ2 mạng phân nhánh khơng có đường dây rẽ nhánh, để điện trở tương đương nhánh xác định theo biể thức sau: 202 rtđ  Q32 r23  (Q2  Q3 ) r12  (Q1  Q2  Q3 ) rN (Q1  Q2  Q3 ) n tổng quát là: rtđ  Q i 1 n i i r ( Q j ) j 1 Trong đó: + Qi ri công suất phản kháng vμ điện trở đường dây i + Qj công suất phản kháng phụ tải j - Điện trở tương đương nhánh rtd3 mạng có phụ tải Xác định QbuDi với mạng điện hình tia, có QbuDi ta phân phối công suất bù nhánh sau: - Nhánh đường dây phân nhánh có đường dây rẽ nhánh - Nhánh đường dây phân nhánh khơng có nhánh rẽ - Nhánh đường dây có phụ tải Hình 5.15: Sơ đồ hỗn hợp f Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng Vấn đề đặt tính dung lượng bù nhánh đó, cần phải xác định xem nên phân phối lượng bù phía sơ cấp hay thứ cấp máy biến áp để đạt hiệu kinh tế Ta biết giá thành kVAr tụ điện điện áp cao (6÷10) kV, rẻ giá thành kVAr tụ điện điện áp thấp (0,4) kV Song việc đặt tụ điện phía điện áp thấp lại giảm tổn thất công suất so với việc đặt tụ điện phía điện áp cao Vì cần tính tốn so sánh để tìm dung lượng bù phía điện áp thấp hợp lí 203 Gọi Qbù thấp dung lượng bù phía điện áp thấp Vốn đầu tư để đặt dung lượng bù Qbù thấp phía điện áp thấp lớn vốn đầu tư để đặt dung lượng bù tương tự phía điện áp cao là: V  (athâp  acao )Qbu.thâp đó: - acao giá thμnh kVAr tụ điện điện áp cao, đ/kVAr - athấp giá thμnh kVAr tụ điện điện áp thấp, đ/kVAr Số tiền tiết kiệm năm đặt thiết bị bù phía điện áp thấp là: Q  (Q  Qbu.thâp ) ( RB  Rtđ ) Kt U 10 Trong đó: - Q phụ tải phản kháng máy biến áp (kể tổn thất máy biến áp) chưa bù, kVAr - Qbù thấp dung lượng bù đặt phía điện áp thấp máy biến áp, kVAr - RB điện trở máy biến áp quy đổi phía điện áp thấp,  - K hệ số kể đến số ca làm việc ngày ca: K = 0,30 ca: K = 0,55 ca: K = 0,75 -  giá tiền kWh, VND/kWh - t số làm việc năm, t = 8760 - U điện áp định mức phía điện áp thấp máy biến áp, kV Gọi T thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch tính năm Sau thời gian số tiền tiết kiệm T.V, số tiền nμy bù đắp chênh lệch vốn đầu tư mà lớn  V lương F, F hiệu việc phân phối dung lượng bù (Qbù thấp) phía điện áp thấp F =T.V -  V Thay V  V: ta có Q F T  (Q  Qbu.thâp ) U 103  R B  Rtđ Kt  athâp  acao Qbu.thâp  f (Qbu.thâp Bằng cách lấy đạo hàm, rễ dàng tìm Qbù thấp tối ưu để hàm F đạt cực trị 204 Giá trị Qbù thấp tối ưu xác định theo biểu thức: Qbu.th h.tôi.wu  Q  (athâp  acao ).U 10 (kVAr) 2TKt.( RB  Rtđ ) Thông thường chưa biết tụ điện đặt mạng điện áp thấp nào, nên người ta thiết kế khơng có số liệu xác để tính Rtđ Một cách gần tính Rtđ qua điện trở máy biến áp biểu thức; Rtđ  .RB Trong  lấy sau: - Đối với tram kề phân xưởng: Mạng dây dẫn dây cáp:   0,4 Mạng   0,6 - Đối với trạm phân xưởng   0,8 Đặt M  (athâp  a cao ).U 10 2TKt Qbu.th h.tôi.wu  Q  M R B  R B M R B  R B Hay Qbu.th h.tôi.wu  Q  Do Q bù cao tối ưu = Qbù - Qbù thấp tối ưu kVAr Bảng 5.26: Điện áp máy biến áp quy đổi điện áp thấp SB kVA 100 180 320 560 750 1000 1800 RB  0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106 0,034 5.9 Lựa chọn góp Thanh góp cịn gọi thanh dẫn Thanh góp dùng tủ động lực, tủ phân phối hạ áp, tủ máy cắt, trạm phân phối nhà, trời Với tủ điện cao, hạ áp trạm phân phối nhà dùng góp cứng, với trạm phân phối ngồi trời thường dùng góp mềm Người ta chế tạo góp nhiều kiểu dáng, chủng loại Có góp đồng nhơm Thanh góp nhơm thường dùng với dịng điện nhỏ, góp đồng dùng cho trị số dịng điện 205 Về hình dáng, góp phổ biến có hình chữ nhật, dịng điện lớn ghép 2, cho pha, dùng góp trịn, hình máng, hình vành khun Trong lưới cung cấp điện, phía trung áp thường dùng tủ hợp bộ, đặt sẵn góp mà nhà chế tạo cho khả chịu dòng ổn định động, ổn định nhiệt Các tủ phân phối, tủ động lực càn phải tính tốn, thiết kế, lắp đặt cho phù hợp với đối tượng sử dụng Thanh góp đặt tủ trạm biến áp phân phối, tủ phân phối khu chung cư, phân xưởng tủ động lực phân xưởng, tủ tầng nhà cao tầng thường có dịng khơng lớn lắm, cần dùng góp hình chữ nhật Thanh góp lưới cung cấp điện chọn theo dịng phát nóng kiểm tra theo điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt dòng ngắn mạch Bảng 5.27: Các điều kiện chọn kiểm tra góp Các đại lượng chọn kiểm tra Điều kiện Dịng điện phát nóng lâu dài cho phép (A) K1K2I cp ≥ Icb Khả ổn định động (kg/m2) σcp ≥ σtt Khả ổn định nhiệt (mm2) F ≥ αI∞ t qd Trong đó: K1 = với góp đặt đứng K1 = 0.95 với góp đặt ngang K2 - hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra sổ tay) σcp - ứng suất cho phép vật liệu làm góp với góp nhơm σcp = 700 kg /cm2 với góp đồng σcp = 1400 kg /cm2 σtt - ứng suất tính tốn xuất góp tác động lực điện động dòng ngắn mạch  tt  M (kg / cm ) W (3-25) M - mơ men uốn tính tốn M Ftt * l (kgm ) 10 Ftt  1.76 *10  (3-26) l i xk (kg) a 206 (3-27) Ftt - lực tính tốn tác động dịng ngắn mạch l - khoảng cách sứ pha (cm) a - khoảng cách pha (cm) W - mô men chống uốn góp, tính theo cơng thức tương ứng với kiểu dáng cho (bảng 3-7) Bảng 5.28: Mô men chống uốn loại góp Thanh chữ nhật Đặt đứng W  Đặt ngang bh W  bh Thanh chữ nhật rỗng W h  h1 Thanh tròn W d 32 Thanh tròn rỗng W  (D  d ) 32 CÂU HỎI ÔN TẬP Phân tích cơng dụng, vai trị thiết bị đóng cắt, bảo vệ lưới điện? 2.Trình bầy phương pháp lựa chon thiết bị lưới cung cấp điện ? 207 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện – tập 1,2 Nxb KHKT 2006 [2]- Nguyễn Công Hiền, Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp thị nhà cao tầng Nxb KHKT 2005 [3]- Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện Nxb KHKT 2006 [4]- Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, NXB Đại học Quốc gia TPHCM 2005 [5] Basic Electronic Practices (2001, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [6] Basic Electronic Practices (2009, Human Resources Development Service of Korea, Bak Jonggap) [7] Electrical Basic Practice(2012, Human Resources Development Service of Korea, Gwon Hyeokdae) 208 ... cung cấp điện Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện bao gồm: + Độ tin cậy cung cấp điện: 13 Đó mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện ta nêu Độ liên tục cung. .. tục cung cấp điện cao Hình 1.9: Mạng điện kín + Căn theo cơng dụng mạng điện chia làm hai loại - Mạng điện cung cấp: Là mạng điện truyền tải điện đến trạm phân phối trung gian khu vực từ cấp điện. .. truyền tải cung cấp điện thực theo kế hoạch chung toàn hệ thống điện Hệ thống điện bao gồm khâu: Phát điện, truyền tải, phân phối, cung cấp điện tới hộ tiêu thụ sử dụng điện, thực nhà máy điện, trạm