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

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG 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: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ… ngày… tháng….năm 20… của……… Ninh Bình, năm 2019 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 công nghiệp điện lực giữ vai trị quan trọng cơng đại hoá 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 Giáo trình 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 thất lưới điện Chương 4: Tính tốn ngắn mạch Chương 5: Chọn kiểm tra thiết bị điện 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 08 năm 2019 Tham gia biên soạn Nguyễn Thị Dịu: Chủ biên Đặng Thị Thu Thủy LỜI GIỚI THIỆU - Ýnghĩa vai trị mơn học: Mục tiêu môn học: Nội dung môn học: Tên chƣơng mục Cộng: 11 CHƢƠNG 12 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN 12 Khái quát chung hệ thống cung cấp điện 12 1.1 Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện 12 1.2 Sơ đồ sản xuất, truyền tải phân phối điện 12 1.2.1 Khái niệm: 13 1.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện sau: 13 1.3 Sơ đồ nguyên lý số loại nhà máy điện 14 1.3.1 Nhà máy nhiệt điện 14 1.3.2 Nhà máy thuỷ điện 15 1.3.3 Nhà máy điện nguyên tử 15 1.4 Các ký hiệu quy ƣớc sơ đồ cung cấp điện 16 Những tiêu để đánh giá phƣơng án CCĐ tối ƣu 20 2.1 Độ tin cậy cung cấp điện 20 2.1.1 Hộ tiêu thụ điện loại 1: 20 2.1.2 Hộ tiêu thụ điện loại 2: 21 2.1.3 Hộ tiêu thụ điện loại 3: 21 2.2 Chất lƣợng điện 21 2.2.1 Điện áp 21 2.2.2 Tần số 22 2.3 Tính kinh tế 22 2.3.1 Vốn đầu tư: 22 2.3.2 Chi phí vận hành: 22 2.4 Tính an tồn 22 Lƣới điện 23 3.1 Khái niệm chung 23 3.1.1 Sơ lược phát triển mạng lưới điện 23 3.1 Vai trò yêu cầu mạng điện 23 3.2 Phân loại lƣới điện 24 3.2.1 Phân loại 24 3.2.2 Các cấp điện áp mạng điện 25 3.3 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 26 3.4 Đặc điểm số lƣới điện 28 3.4.1 Lưới điện đô thị: 28 3.4.2 Lưới điện nông thôn 30 3.4.3 Lưới điện xí nghiệp cơng nghiệp 31 Các loại dây dẫn cáp điện 34 4.1 Các loại dây dẫn: 34 4.1.1 Dây bọc: 34 4.1.2 Dây trần: 34 4.2 Dây cáp 35 4.2.1 Định nghĩa 35 4.2.2 Ký hiệu cáp sơ đồ vẽ cung cấp điện 36 Cấu trúc đƣờng dây tải điện không 37 5.1 Khái niệm chung 37 5.1.2 Phân loại: Theo điện áp định mức phạm vi sử dụng, người ta phân đường dây không làm cấp: 37 5.2 Cột điện 37 5.2.1 Công dụng: 37 5.2.2 Phân loại: 37 5.3 Xà đƣờng dây không (xà ngang) 38 5.4 Sứ cách điện 38 5.5 Móng cột 39 5.6 Dây néo 39 Trạm điện 39 6.1 Phân loại 39 6.2 Kết cấu trạm điện 39 6.2.1 Trạm biến áp phân phối (TBAPP) 39 6.3 Vận hành trạm biến áp 43 CHƢƠNG 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI 44 Đồ thị phụ tải điện 44 1.1 Khái niệm phân loại: 44 1.1.1 Khái niệm: 44 1.1.2 Phân loại: 44 1.2 Một số dạng đồ thị phụ tải: 45 1.2.1 Đồ thị phụ tải ngày 45 1.2.2 Đồ thị phụ tải hàng tháng 46 1.2.3 Đồ thị phụ tải hàng năm 46 Các đại lƣợng hệ số tính tốn 49 2.1 Công suất định mức (Pđm ) 49 2.2 Phụ tải trung bình (Ptb) 50 2.3 Phụ tải cực đại 51 2.4 Phụ tải tính tốn (Ptt) 52 2.5 Hệ số sử dụng (ksd) 52 2.6 Hệ số phụ tải (kpt) 54 2.7 Hệ số cực đại (kmax) 55 2.8 Hệ số nhu cầu (knc) 56 2.9 Hệ số đóng điện (kđ) 57 2.10 Hệ số đóng điện đồng thời (kđt) 58 2.11 Số thiết bị điện hiệu (nhq) 59 Các phƣơng pháp xác định phụ tải điện (Phụ tải tính tốn) 65 3.1 Mục đích 65 3.2 Các phƣơng pháp xác định phụ tải tính tốn 66 3.2.1 Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu 66 3.2.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải đơn vị diện tích 67 3.2.3 Xác định phụ tải tính tốn theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm 68 3.2.4 Xác định phụ tải tính tốn theo hệ số cực đại (kmax) cơng suất trung bình (Ptb) 70 3.2.5 Xác định phụ tải tính tốn mạng có thiết bị pha pha 73 4.1 Mục đích việc xác định dịng đỉnh nhọn: 78 4.1.1 Khái niệm: 78 4.1.2 Mục đích tính dịng điện đỉnh nhọn: 78 4.2 Cách xác định dòng đỉnh nhọn: 78 4.2.1 Đối với đường dây có động điện 78 Xác định trung tâm phụ tải điện 82 5.1 Mục đích việc xác định tâm phụ tải: 82 5.2 Cách xác định tâm phụ tải điện: 82 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN TỔN HAO TRONG MẠNG ĐIỆN 84 Thông số phần tử mạch điện 84 1.1 Điện trở điện kháng đường dây 84 1.1.1 Điện trở dây dẫn 84 1.1.2 Điện kháng dây dẫn 85 1.2 Điện trở điện kháng MBA 86 1.2.1 Điện trở MBA 86 1.2.2 Điện kháng MBA 86 1.2.3 Thông số phần tử khác 86 Tổn thất điện áp đƣờng dây 87 2.1 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải 87 2.2 Tổn thất điện áp đường dây pha có n phụ tải đường thẳng 89 2.3 Tổn thất điện áp đường dây pha có n phụ tải phân nhánh 95 3.1 Trường hợp đường dây cung cấp điện cho phụ tải 97 3.2 Trường hợp đường dây cung cấp điện cho nhiều phụ tải 98 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 5.1.1 Điện năng: 104 5.1.2 Tổn thất điện năng: 104 5.2 Tính tổn thất điện đường dây 104 5.2.1 Đường dây có phụ tải 104 5.2.2 Đường dây có nhiều phụ tải 105 5.3 Tổn thất điện trạm biến áp 106 5.3.1 Trạm biến áp đặt MBA 106 5.3.2 Trạm có n MBA vận hành song song: 107 Tiết kiệm điện 110 6.1 Tăng điện áp truyền tải đường dây 110 6.2 Cắt giảm đỉnh 110 6.3 Bù công suất phản kháng 110 6.4 Giảm trị số điện trở 111 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 112 Khái niệm chung tƣợng ngắn mạch 112 1.1 Khái niệm: 112 1.3 Phân loại ngắn mạch 113 1.4 Nguyên nhân gây ngắn mạch 114 1.5 Hậu ngắn mạch 114 1.6 Mục đích việc tính tốn ngắn mạch 115 1.7 Các giả thiết chung tính ngắn mạch 115 Biểu thức tính dịng ngắn mạch 115 2.1 Xác định công thức tính dịng điện ngắn mạch 115 2.2 Đồ thị hình sin dịng ngắn mạch 117 Tính tốn dịng điện ngắn mạch pha mạng hạ áp 118 3.1 Các giả thiết 118 3.1.1 Khái niệm 118 3.1.2 Mục đích tính ngắn mạch pha hạ áp 118 3.1.3 Các giả thiết dùng để tính ngắn mạch pha hạ áp 118 3.2 Tổng trở thành phần mạng điện 119 3.2.1 Tổng trở hệ thống: 119 3.2.2 Tổng trở MBA 119 3.2.3 Tổng trở đường dây không, cáp 120 3.2.4 Tổng trở phần tử khác 120 3.3 Tính thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ 121 3.4 Dịng điện xung kích 122 Tính tốn dòng ngắn mạch pha 128 4.1 Mục đích việc tính dịng điện ngắn mạch 128 4.2 Một số ý tính ngắn mạch pha 128 4.2.1 Một số ý 128 4.2.2 Biểu thức tính dịng ngắn mạch pha hạ áp 129 CHƢƠNG 5: TÍNH CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN 132 Điều kiện chung để chọn kiểm tra thiết bị điện 132 1.1 Các điều kiện chọn 132 1.1 1.Khái niệm 132 1.1.2 Các điều kiện chọn 132 1.2 Các điều kiện để kiểm tra thiết bị điện 134 1.2.1 Khái niệm 134 Lựa chọn máy biến áp 134 2.1 Nguyên tắc chọn MBA 134 2.1.1 Khái niệm 134 2.1.2 Nguyên tắc chọn: 135 2.1.3 Hiệu chỉnh công suất MBA 137 2.2 Vị trí đặt trạm biến áp 139 Chọn kiểm tra cầu dao (dao cách ly) 139 3.1 Chọn kiểm tra cầu dao (dao cách ly) phía cao áp 139 3.1.1 Khái quát 139 3.1.2 Chọn kiểm tra DCL 140 3.2 Chọn kiểm tra cầu dao phía hạ áp 140 Chọn kiểm tra cầu chì 141 4.1 Công dụng 141 4.2 Các diều kiện chọn kiểm tra cầu chì 141 4.2.1 Chọn kiểm tra cầu chì cao áp 141 4.2.2 Cầu chì hạ áp 144 Chọn kiểm tra aptomat 152 5.1 Công dụng 152 5.2 Các điều kiện chọn áp tô mát 152 Chọn dây dẫn, cáp góp 155 6.1 Nhiệm vụ: 155 6.2 Các điều kiện chọn 155 6.2.1 Chọn kiểm tra góp 155 6.2.2 Chọn kiểm tra dây dẫn cáp 158 6.3 Kiểm tra tiết diện dây dẫn theo độ sụt áp khởi động động điện167 Chọn kiểm tra máy biến áp đo lƣờng 170 7.1 Máy biến dòng điện 170 7.1.1 Khái niệm 170 7.1.2 Chọn kiểm tra MBD 171 7.2 Máy biến điện áp (máy biến áp đo lường, BU) 173 7.2.1 Khái niệm 173 7.2.2 Chọn kiểm tra MBA đo lường 173 Nâng cao hệ số công suất cos 173 8.1 Khái niệm 174 8.2.1 Hệ số công suất tức thời: 174 8.2.2 Hệ số công suất trung bình: 175 8.2.3 Hệ số cơng suất cos trung bình tổng hợp (cos tự nhiên): 175 8.3 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 175 8.3.1 Làm tăng tổn thất công suất tổn thất điện lưới điện176 8.3.2 Làm tăng tổn thất điện áp mạng điện 176 8.3.3 Làm giảm khả truyền tải đường dây MBA 176 8.3.4 Khi công suất phản kháng Q truyền tải đường dây tăng lên dẫn 176 8.4 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất 176 8.4.1 Nâng cao cos phương pháp tự nhiên 176 8.4.2 Nâng cao cos phương pháp nhân tạo 180 Quá điện áp 189 9.1 Khái quát chung 189 9.2 Phân loại điện áp 189 c Hậu điện áp 190 9.3 Bảo vệ điện áp thiên nhiên 190 TÀI LIỆU THAM KHẢO 198 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN Mã mơn học: MH22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học cung cấp điện phải học sau hoàn thành mơn học, mơ đun: An tồn lao động, Mạch điện, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện, Thiết bị điện gia dụng - Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề - Ýnghĩa vai trị mơn học: Trong nghiệp cơng nghiệp hóa- đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp điện giữ vai trò quan trọng, điện nguồn lượng sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Khi xây dựng nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện cho máy móc phục vụ nhu cầu sinh hoạt người Nội dung môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức, kỹ kỹ thuật Cung cấp điện Mục tiêu môn học: 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 Về lực tự chủ trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm vệ sinh công nghiệp Nội dung môn học: S Tên chương mục Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực hành, số thuyết thí nghiệm, thảo luận, tập TT Chƣơng 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Khái quát chung hệ thống 1 Kiểm tra Tên chương mục S Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực hành, số thuyết thí nghiệm, thảo luận, tập TT cung cấp điện Những tiêu để đánh giá phương án cung cấp điện tối ưu 1 Lưới điện 1 Các loại dây dẫn cáp 1 Cấu trúc đường dây tải điện không 1 Trạm điện 1 Kiểm tra Chƣơng 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN 22 16 Đồ thị phụ tải điện 3 Các đại lượng hệ số tính tốn 4 Các phương pháp xác định phụ tải điện 4 Kiểm tra Xác định dòng điện đỉnh nhọn 3 Xác định trung tâm phụ tải điện 1 Bài tập Kiểm tra Chƣơng 3: TÍNH TỐN TỔN THẤT TRÊN LƢỚI ĐIỆN 22 17 Thông số phần tử mạng điện 2 Tổn thất điện áp đường dây 4 Tổn thất công suất đường dây 3 Tổn thất điện áp tổn thất công suất máy biến áp 3 Tổn thất điện mạng 4 10 Kiểm tra 4 Với: =0,91 - hệ số xét tới khả nâng cao cos phương pháp khơng địi hỏi đặt thiết bị bù Hệ số công suất cos2 thường lấy hệ số công suất quan quản lý hệ thống điện quy định cho hộ tiêu thụ phải đạt Thường cos2=0,80,95 - Trường hợp bù nhiều điểm, công suất bù tối ưu điểm i là: Q bi  Qi  (Q   Q b  ) R td Ri Trong đó: Qi (kVAr) - công suất phản kháng yêu cầu điểm thứ i n Q (kVAr) - tổng công suất phản kháng yêu cầu Q    Qi i 1 Qb (kVAr) - tổng công suất bù Ri () - điện trở nhánh đến vị trí thứ i Rtd () - điện trở tương đương mạng điện Ví dụ 1: Một xưởng khí có cơng suất 100 kW, cos = 0,6 Xác định công suất bù hộ tiêu thụ để nâng cos lên 0,9 Giải Với cos = 0,6  tg = 1,33; cos = 0,9  tg = 0,48 Tổng công suất cần bù là: Qb = P(tg1-tg2) = 100(1,33-0,48) = 85 (kVAr) Chọn tụ điện bù công suất 30 kVAr, điện áp 400 V Ví dụ 2: Một xí nghiệp khí có phân xưởng có sơ đồ số liệu phụ tải hình vẽ TT Đƣờng dây Phụ tải (kVA) Loại cáp l(m) r0 (/km) R () TBA-PX1 50+j120 PVC(3 x 50 +1 x 35) 50 0,387 0,0194 TBA-PX2 50+j50 PVC(3 x 25 +1 x 16) 70 0,727 0,0509 TBA-PX3 80+j70 PVC(3 x 16 +1 x 10) 100 1,15 0,115 184 Xác định dung lượng bù phân xưởng để hệ số cơng suất xí nghiệp đạt 0,95 TBA TBA R1 PX1 R2 PX2 Rtđ R3 PX3 Giải Tổng cơng suất tính tốn xí nghiệp:    (P  jQ ) = (50+50+80) + j(70+50+120) = 180 + j240 (kVAr) S i i Vậy tổng công suất phản kháng yêu cầu xí nghiệp Q= 240 kVAr tg1 = Q 240  =1,33 P 180 cos2 = 0,95  tg2 = 0,33 Tổng công suất phản kháng cần bù phân xưởng để nâng cos xí nghiệp lên 0,95 là: Qb = P(tg1-tg2) = 180(1,33-0,33) = 180 (kVAr) Điện trở tương đương lưới điện xí nghiệp: R td  1   0,0125 () 1 1 1     R1 R R 0,0194 0,0509 0,115 Từ cơng thức tính dung lượng bù điểm Qbi=Qi-(Q-Qb) R td ta có công suất tủ tụ điện bù đặt phân xưởng: 185 Ri Qbpx1 = 120 - (240-180) 0,0125 = 84,34 (kVAr) 0.0194 Qbpx2 = 50 - (240-180) 0,0125 = 35,27 (kVAr) 0.0509 Qbpx3 = 70 - (240-180) 0,0125 = 63,48 (kVAr) 0.115 Chọn tụ bù Dac Yeong chế tạo có thơng số kỹ thuật bảng 5.18 sau Bảng 5.18 Nơi đặt Loại tụ Số Qb(kVAr) lƣơng Uđm(V) Iđm(A) Số pha PX1 DLE-4D40K5S 40 440 52,4 PX2 DLE-4D40K5S 40 440 52,4 PX3 DLE-4D75K5S 75 440 52,4 d Các phương án đấu dây tụ điện bù * Nối tụ điện theo hình tam giác Lúc ta có điện áp pha điện áp dây: Uf = Ud dung lượng thiết bị bù là: Qbù = 3.Uf.If (kVAr) Dòng điện pha xác định theo biểu thức: I f  Thay vào biểu thức trên, ta có: Uf  U f C.  2f C.U f X Q bu  3.U f 2f C.U f  6.U f2 f C  6.U d2 f C (kVAr) Dung lượng tụ điện bù: C  Q bu 6.U d2 f (F) * Nối tụ điện theo hình Lúc ta có: U f  Ud Thay vào biểu thức tính Qbù, ta có: Q buY  U Ud 2.f C d  2.U d2 f C (kVAr) 3 186 Dung lượng tụ điện bù: C  Q buY 2.U d2 f (F) * Nhận xét: Từ công thức ta thấy: - Điện dung C tỷ lệ với U d2 nên có dung lượng bù đặt tụ điện bên cao áp có điện dung nhỏ - Nếu thiết bị bù có điện dung, điện áp đấu tụ điện theo hình tam giác phát dung lượng bù lớn đấu hình lần Vì vậy, thực tế, người ta thường đấu tụ điện bù theo hình tam giác e Vị trí đặt tụ điện bù Khái niệm: Sau tính dung lượng bù chọn thiết bị bù việc quan trọng bố trí thiết bị bù vào mạng điện cho đạt hiệu kinh tế cao Thiết bị bù đặt phía điện áp cao (U>1000 V) phía điện áp thấp (U