Sách tham khảo kỹ thuật điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ SÁCH THAM KHẢO KỸ THUẬT ĐIỆN Phân loại: Mã số: Chủ biên: ThS Phạm Hồng Thanh Bình Dương, 5/2015 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu Năng lượng điện ngày trở nên cần thiết đóng vai trị vơ quan trọng đời sống sản xuất người Ngày điện sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống sản xuất ưu điểm sau đây:     Điện sản xuất tập trung với nguồn công suất lớn Điện truyền tải xa với hiệu suất cao Điện dễ dàng chuyển đổi thành dạng lượng khác Sử dụng điện giúp tự động hóa nâng cao suất lao động trình sản xuất Sách tham khảo Kỹ thuật điện biên soạn dành cho sinh viên ngành kỹ thuật cơng nghiệp khơng chun Điện theo chương trình đào tạo trường Đại học Thủ Dầu Một tất bạn đọc quan tâm Tài liệu biên soạn sở người học học Vật lý phổ thông, phần điện học phần Vật lý đại cương nên không sâu vào phương diện lý luận mà chủ yếu đề cập phương pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật tượng điện từ Nội dung tài liệu gồm ba phần chính: PHẦN I: MẠCH ĐIỆN Gồm chương cung cấp kiến thức mạch điện (thông số, mơ hình, định luật bản), phương pháp tính tốn mạch điện pha ba pha chế độ xác lập PHẦN II: MÁY ĐIỆN Gồm chương trình bày ngun lý, cấu tạo, tính kỹ thuật ứng dụng loại máy điện thường gặp PHẦN III: THIẾT BỊ VÀ MẠNG ĐIỆN Gồm chương cung cấp kiến thức số thiết bị đóng – cắt bảo vệ mạng hạ áp, tính tốn mạng điện hạ áp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Thủ Dầu Một quan tâm tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành tài liệu ThS Phạm Hồng Thanh MỤC LỤC PHẦN I MẠCH ĐIỆN CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN, KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Mạch điện .1 1.1.2 Kết cấu hình học mạch điện 1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Dòng điện .2 1.2.2 Điện áp 1.2.3 Chiều dương dòng điện điện áp 1.2.4 Công suất 1.3 MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN, CÁC THƠNG SỐ 1.3.1 Nguồn điện áp nguồn dòng điện .4 1.3.2 Điện trở R .5 1.3.3 Điện cảm L .5 1.3.4 Hỗ cảm M .6 1.3.5 Điện dung C 1.3.6 Mơ hình mạch điện 1.4 PHÂN LOẠI VÀ CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN 1.4.1 Phân loại theo loại dòng điện 1.4.2 Phân loại theo tính chất thơng số R, L, C mạch điện 1.4.3 Phụ thuộc vào trình lượng mạch, người ta phân chế độ xác lập chế độ độ 1.4.4 Phân loại theo toán mạch điện 1.5 HAI ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1.5.1 Định luật Kirchhoff .9 1.5.2 Định luật Kirchhoff .9 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 11 BÀI TẬP CHƯƠNG 11 CHƯƠNG DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN .14 i 2.1 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN 14 2.2 TRỊ SỐ HIỆU DỤNG CỦA DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN 15 2.3 BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG VECTOR 15 2.4 DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN TRỞ .16 2.5 DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN ĐIỆN CẢM 17 2.6 DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN ĐIỆN DUNG 17 2.7 DÒNG ĐIỆN SIN TRONG NHÁNH R-L-C NỐI TIẾP .18 2.8 CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN SIN 19 2.8.1 Công suất tác dụng P 19 2.8.2 Công suất phản kháng Q 20 2.8.3 Công suất biểu kiến S 20 2.8.4 Hệ số công suất nâng cao hệ số công suất 21 2.9 BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC 22 2.9.1 Định nghĩa biểu diễn hình học 23 2.9.2 Các phép tính số phức 23 2.9.3 Biểu diễn số phức dạng lượng giác, dạng mũ, dạng cực .23 2.9.4 Biểu diễn hàm sin số phức 24 2.9.5 Biểu diễn điện áp dòng điện sin số phức 24 2.9.6 Biểu diễn tổng trở số phức 24 2.9.7 Biểu diễn định luật Kirchhoff dạng phức 25 2.9.8 Biểu diễn tính tốn cơng suất dạng phức .25 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 26 BÀI TẬP CHƯƠNG 26 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN 32 3.1 ỨNG DỤNG BIỂU DIỄN VECTOR GIẢI MẠCH ĐIỆN 32 3.1.1 Cộng, trừ hai hàm sin đồ thị vector .32 3.2 ỨNG DỤNG SỐ PHỨC GIẢI MẠCH ĐIỆN 35 3.3 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG 36 3.3.1 Mắc nối tiếp 36 3.3.2 Mắc song song .36 3.3.3 Biến đổi sao- tam giác 37 3.3.4 Phương pháp dòng điện nhánh .39 ii 3.3.5 Phương pháp dòng điện vòng 41 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 42 BÀI TẬP CHƯƠNG 43 CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN BA PHA 50 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 50 4.2 CÁCH NỐI HÌNH SAO (Y) 51 4.2.1 Cách nối .51 4.2.2 Các quan hệ đại lượng dây pha cách nối hình đối xứng 51 4.3 CÁCH NỐI HÌNH TAM GIÁC 52 4.3.1 Cách nối .52 4.3.2 Các quan hệ đại lượng dây đại lượng pha .52 4.4 CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA 53 4.4.1 Công suất tác dụng .53 4.4.2 Công suất phản kháng 54 4.4.3 Công suất biểu kiến 54 4.5 GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG 54 4.5.1 Nguồn nối đối xứng .54 4.5.2 Nguồn nối tam giác đối xứng .55 4.5.3 Giải mạch điện ba pha tải hình đối xứng .55 4.5.4 Giải mạch ba pha tải hình tam giác đối xứng 56 4.6 CÁCH NỐI NGUỒN VÀ TẢI TRONG MẠCH ĐIỆN BA PHA .58 4.6.1 Cách nối nguồn điện 58 4.6.2 Cách nối động điện 58 4.6.3 Cách nối tải pha 59 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 60 BÀI TẬP CHƯƠNG 60 iii PHẦN II MÁY ĐIỆN CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN .69 5.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 69 5.1.1 Định nghĩa 69 5.1.2 Phân loại .69 5.2 CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN TRONG MÁY ĐIỆN 70 5.2.1 Định luật cảm ứng điện từ 70 5.2.2 Định luật điện từ 72 5.3 NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN .72 5.3.1 Chế độ máy phát điện 72 5.3.2 Chế độ động điện 73 5.4 ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ TÍNH TỐN MẠCH TỪ 73 5.4.1 Định luật mạch từ 73 5.4.2 Tính tốn mạch từ 75 5.5 CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN 76 5.5.1 Vật liệu dẫn điện 76 5.5.2 Vật liệu dẫn từ 77 5.5.3 Vật liệu cách điện 77 5.6 PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN 78 5.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN 78 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 79 BÀI TẬP CHƯƠNG 79 CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP .84 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 84 6.1.1 Định nghĩa 84 6.1.2 Các đại lượng định mức .84 6.1.3 Công dụng máy biến áp 85 6.2 CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 85 6.2.1 Lõi thép máy biến áp 86 6.2.2 Dây quấn máy biến áp 86 6.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP .87 iv 6.4 MƠ HÌNH TỐN CỦA MÁY BIẾN ÁP 89 6.4.1 Quá trình điện từ máy biến áp 89 6.4.2 Phương trình điện áp sơ cấp 90 6.4.3 Phương trình điện áp thứ cấp .90 6.4.4 Phương trình sức từ động .91 6.5 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 91 6.5.1 Quy đổi đại lượng thứ cấp sơ cấp .92 6.5.2 Thiết lập mạch điện thay máy biến áp .92 6.6 CHẾ ĐỘ KHÔNG TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 94 6.6.1 Phương trình mạch điện thay máy biến áp không tải 94 6.6.2 Các đặc điểm chế độ không tải 94 6.6.3 Thí nghiệm khơng tải máy biến áp .95 6.7 CHẾ ĐỘ NGẮN MẠCH CỦA MÁY BIẾN ÁP 96 6.7.1 Phương trình mạch điện thay máy biến áp ngắn mạch .96 6.7.2 Các đặc điểm chế độ ngắn mạch .97 6.7.3 Thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp 97 6.8 CHẾ ĐỘ CÓ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP .99 6.8.1 Độ biến thiên điện áp thứ cấp theo tải Đường đặc tính ngồi 99 6.8.2 Tổn hao hiệu suất máy biến áp 102 6.9 MÁY BIẾN ÁP BA PHA 103 6.10 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 106 6.10.1 Điện áp định mức sơ cấp thứ cấp máy biến áp phải tương ứng 106 6.10.2 Các máy phải có tổ nối dây 106 6.10.3 Điện áp ngắn mạch máy phải 107 6.11 CÁC MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT 107 6.11.1 Máy tự biến áp 107 6.11.2 Máy biến áp đo lường 108 6.11.3 Máy biến áp hàn hồ quang 109 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG .111 BÀI TẬP CHƯƠNG 111 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 116 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 116 v 7.2 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 116 7.2.1 Stator 117 7.2.2 Rotor 118 7.3 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 119 7.3.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha 119 7.3.2 Từ trường quay dây quấn ba pha 120 7.3.3 Từ trường quay dây quấn hai pha 124 7.3.4 Từ thông tản 124 7.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 125 7.4.1 Nguyên lý làm việc động điện không đồng 125 7.4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 126 7.5 MƠ HÌNH TỐN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 126 7.5.1 Phương trình điện áp dây quấn stator 126 7.5.2 Phương trình dây quấn rotor 127 7.5.3 Phương trình sức từ động động không đồng 128 7.6 SƠ ĐỒ THAY THẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 129 7.7 BIỂU ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 131 7.8 MOMENT QUAY CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 132 7.9 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 135 7.9.1 Mở máy động rotor dây quấn 135 7.9.2 Mở máy động rotor lồng sóc 136 7.9.3 Động điện lồng sóc có đặc tính mở máy tốt 139 7.10 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 141 7.10.1 Điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số 141 7.10.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực 142 7.10.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp cung cấp cho stator 142 7.10.4 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch rotor động rotor dây quấn 142 7.11 CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ 143 7.11.1 Tốc độ quay n = f(P2) 143 7.11.2 Hiệu suất η = f(P2) 144 vi 7.11.3 Hệ số công suất cosφ = f (P2) 144 7.12 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA 144 7.12.1 Động không đồng pha dùng dây quấn phụ 146 7.12.2 Động dùng tụ điện 147 7.12.3 Động dùng vòng ngắn mạch 147 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG .150 BÀI TẬP CHƯƠNG 150 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 158 8.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG 158 8.1.1 Định nghĩa 158 8.1.2 Công dụng 158 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 158 8.2.1 Stator 159 8.2.2 Rotor 159 8.2.3 Dây quấn kích từ 159 8.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 160 8.4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 161 8.5 MƠ HÌNH TỐN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 163 8.5.1 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi 163 8.5.2 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực ẩn 164 8.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ CỰC LỒI 164 8.6.1 Công suất tác dụng 164 8.6.2 Công suất phản kháng 165 8.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng 166 8.7 ĐẶC TÍNH NGỒI VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH 166 8.7.1 Đặc tính ngồi máy phát điện đồng 166 8.7.2 Đặc tuyến điều chỉnh 167 8.8 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 167 8.9 ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ 168 8.9.1 Khái niệm chung 168 8.9.2 Cấu tạo 168 8.9.3 Nguyên lý làm việc 168 vii 8.9.4 Mở máy động điện đồng 169 8.10 CÁC MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CÓ CẤU TẠO ĐẶC BIỆT 170 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG .171 BÀI TẬP CHƯƠNG 171 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 175 9.1 CẤU TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 175 9.1.1 Stator 175 9.1.2 Rotor 175 9.1.3 Dây quấn 176 9.1.4 Cổ góp chổi điện 177 9.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 177 9.2.1 Nguyên lý làm việc phương trình điện áp máy phát điện chiều 177 9.2.2 Nguyên lý làm việc phương trình điện áp động điện chiều179 9.3 TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 179 9.3.1 Từ trường sức điện động máy điện chiều 179 9.3.2 Sức điện động phần ứng 181 9.4 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ, MOMENT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 182 9.5 TIA LỬA ĐIỆN TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 182 9.5.1 Nguyên nhân khí 182 9.5.2 Nguyên nhân điện từ 182 9.6 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 184 9.6.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập 184 9.6.2 Máy phát điện kích từ song song 185 9.6.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp 187 9.6.4 Máy phát điện kích từ hỗn hợp 187 9.7 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 188 9.7.1 Mở máy động điện chiều 188 9.7.2 Điều chỉnh tốc độ 189 9.7.3 Động điện kích từ song song 190 9.7.4 Động kích từ nối tiếp 192 9.7.5 Động kích từ hỗn hợp 193 viii Hệ số đồng thời theo chức mạch (TCVN 9206-2012): Chức mạch Hệ số Kđt Chiếu sáng Lò sưởi máy lạnh Ổ cắm 0,5 đến 0,8 Thang máy cẩu(1) - Cho động có cơng suất lớn - Cho động có cơng suất lớn thứ 0,75 - Cho động khác 0,6 CHÚ THÍCH: (1) Dịng điện lưu ý dòng định mức động tăng thêm trị số 1/3 dịng khởi động 11.2.3.4 Phương pháp cơng suất tính tốn theo hệ số sử dụng hệ số đồng thời Theo phương pháp này, hệ số công suất phụ tải khác cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau: Ptt = K đt ∑ k sdi Pđmi (KW) Q tt = K đt ∑ k sdi Q đmi (KVAR) Trong đó: Stt = Ptt2 + Q2tt (KVA) (11.15) (11.16) (11.17) ksdi hệ số sử dụng thiết bị thứ i; Pđmi công suất định mức thiết bị thứ i; n số thiết bị nhóm Hệ số sử dụng thiết bị khác tra sổ tay thiết kế Trường hợp coi hệ số công suất thiết bị không khác nhiều thì cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau: Stt = K đt ∑ k sdi 𝑆đmi (11.18) Phương pháp tính tốn đơn giản, thuận tiện cho kết xác 221 11.2.3.5 Xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Cơng thức tính: Ptt = p0 F Trong (11.19) p0 - suất phụ tải m2 diện tích sản xuất, kW/m2; F - diện tích sản xuất, m2 Đối với loại nhà máy sản xuất giá trị p0 khác Phương pháp cho kết gần đúng, dùng giai đoạn thiết kế sơ dùng để tính phụ tải tính tốn phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối Chỉ tiêu cấp điện cơng trình cơng cộng, dịch vụ (TCVN 9206-2012): STT Chỉ tiêu cấp điện Tên phụ tải Văn phịng: - Khơng có điều hịa nhiệt độ 45 W/m2 sàn - Có điều hịa nhiệt độ 85 W/m2 sàn Trường học - nhà trẻ, mẫu giáo - Nhà trẻ, mẫu giáo + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn - Trường phổ thơng + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn - Trường đại học + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn Cửa hàng, siêu thị, chợ, trung tâm thương mại, dịch vụ 35 W/m2 sàn + Khơng có điều hịa nhiệt độ 90 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ Khối khám chữa bệnh (cơng trình y tế) 222 STT Chỉ tiêu cấp điện Tên phụ tải - Bệnh viện cấp quốc gia 2,5 kW/ giường bệnh - Bệnh viện cấp tỉnh, thành phố kW/ giường bệnh - Bệnh viện cấp quận, huyện 1,5 kW/ giường bệnh Rạp hát, rạp chiếu phim, rạp xiếc - Có điều hịa nhiệt độ 125 W/m2 sàn Trụ sở quan hành chính: - Khơng có điều hịa nhiệt độ 45 W/m2 sàn - Có điều hịa nhiệt độ 85 W/m2 sàn 11.3 TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY Bản thân dây dẫn tồn điện trở r điện kháng x (hay tổng trở z = r + jx) Khi có dịng điện I chạy qua đường dây gây sụt áp tổng trở có trị số: ΔU = I.(r + jx) (11.20) Trong dịng điện I biết tính tốn từ cơng suất chạy đường dây Đối với mạng điện pha: I= Đối với mạng điện ba pha: I= S P = Uđm Uđm cosφ S √3Uđm = P √3Uđm cosφ (11.21) (11.22) Đối với thiết bị sử dụng điện, điện áp thấp mức quy định khơng thể khởi động làm việc bình thường Nên thiết kế, tính toán ta phải quan tâm đến vấn đề tổn thất điện áp dây dẫn Thông thường tổn thất điện áp cho phép: + Đối với mạng động lực: [U%] =  % Uđm + Đối với mạng chiếu sáng: [U%] =  2, % Uđm Trường hợp khởi động động mạng điện tình trạng cố độ lệch điện áp cho phép tới (-10  +20 %)Uđm 11.3.1 Trường hợp đường dây hình tia có phụ tải tập trung Xét đường dây hình tia có điện áp định mức Uđm (KV), chiều dài l (km), điện trở r0 (Ω/km), cảm kháng x0 (Ω/km) đơn vị chiều dài, công suất tác dụng P (KW), 223 công suất phản kháng Q(KVAR) tổn thất điện áp ΔU (V) xác định theo biểu thức sau: Hình 11.4 Sơ đồ phụ tải a Đối với đường dây ba pha: ∆U = P.R+Q.X Uđm (11.23) Với R = r0.l (Ω), X = x0.l (Ω); P (KW), Q (KVAR); Uđm (KV), ΔU (V) b Đối với đường dây pha dây: ∆U = P.R+Q.X Uđm (11.24) Với R = 2.r0l (Ω); X = 2.x0.l (Ω) - điện trở cảm kháng đường dây pha dây trung tính 11.3.2 Trường hợp đường dây liên thông phụ tải tập trung Xét đường dây cung cấp cho phụ tải Hình 11.5 S2 = p2 + jq2 S1 = p1 + jq1 S3 = p3 + jq3 Hình 11.5 Sơ đồ thay có dạng S01 S12 S1 S2 Hình 11.6 Cơng suất đoạn: S 01  S  S  S  (p1  p  p )  j(q1  q  q ) S 12  S  S  (p  p )  j(q  q ) S 23  S  p  jq 224 S23 S3 Tính U theo công suất chạy đoạn: r01 + jx01 P01 + jQ01 r12 + jx12 r23 + jx23 P12 + jQ12 P23 + jQ23 Hình 11.7 ΔU  ΔU 01  ΔU12  ΔU 23  P01r01  Q 01x 01 P12 r12  Q12 x 12 P23 r23  Q 23 x 23   U dm U dm U dm Tổng quát cho mạng có n phụ tải: ΔU  P r  Q x ΔU%  ij ij ij ij (11.25) U dm 100 ΔU 100   (Pij rij  Q ij x ij ) U dm 1000.U dm (11.26) Trong đó: U - (V) Pij ; Qij - (KW) ; (KVAr) Udm - (KV) rij ; xij - () 11.3.3 Trường hợp đường dây có phụ tải phân bố x l01 lx l02 Hình 11.8 Bỏ qua điện kháng đường dây trường hợp sau: đường dây cung cấp cho phụ tải có cos = 1; mạng hạ áp r0 >>> x0 … Gọi p0 công suất phân bố đơn vị chiều dài dl Tại điểm x cách nguồn khoảng lx Trên vi phân chiều dài dl (xét điểm x) có lượng cơng suất dp=p0.dl Công suất gây đoạn lx tổn thất điện áp dU = r0.lx.dp/Udm d∆U = Tổn thất toàn đoạn dây: r0 po lx dl Uđm 225 (11.27) l 02 l 02 l 01 l 01 ΔU12   dU   = 2 r0 p 0l x r0 p l02  l01 dl  U dm U dm r0 p l 02  l 01 (l 02  l 01 ) U dm (11.28) Ta có: p0(l02 – l01) = l12.p0 = P l 01  l 02  l '2 2’ điểm đoạn 1-2 ΔU12 r0 P.l '2 P.R '2   U đm U đm Sơ đồ thay tương đương 2’ l2’ Hình 11.9 l12’ = l12 /2 Từ sơ đồ thay tương đương ta suy ra: với đường dây có phụ tải phân bố ta tính sụt áp phụ tải tập trung có P = pi, đặt cách xa nguồn khoảng l’2=l01 + 0,5.l12 11.4 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 11.4.1 Lựa chọn kiểm tra dây dẫn Đối với lưới điện hạ áp dân dụng người ta thường chọn dây dẫn theo điều kiện sau:  Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp, nghĩa tiết diện dây phải đủ lớn để tổn thất điện áp từ đầu đường dây đến cuối đường dây nhỏ tổn thất điện áp cho phép ΔUcp, để tải cuối đường dây làm việc bình thường  Chọn tiết diện dây dẫn theo dịng điện phát nóng cho phép Icp, nghĩa tiết diện dây phải đủ lớn để dịng điện làm việc lâu dài qua khơng làm cho dây dẫn phát nóng nhiệt độ cho phép Vì với loại dây người ta quy định dịng điện cho phép Ví dụ: Dịng điện định mức cáp đồng hạ áp cách điện PVC, vỏ PVC Cadivi chế tạo lắp đặt không: 226 Tiết diện ruột dẫn Dòng điện định mức Cáp điện lõi, cáp đặt cách khoảng Cáp điện lõi mm2 A A 1,5 24 22 2,5 31 29 4,0 45 38 6,0 58 45  Đảm bảo điều kiện sức bên học cho phép, nghĩa tiết diện dây dẫn phải đủ lớn để không bị đứt trọng lượng thân dây lực học bên ngồi (gió, bão,…) Ngồi ta chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế dòng điện jkt 11.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp Đối với phương pháp tồn đường dây chọn theo tiết diện Cơng thức để tính tổn thất điện áp: ΔU  n n i 1 i 1 r0  Pi l i  x  Q i l i U đm  ΔU '  ΔU" (11.29) Trong đó: U ' - thành phần tổn thất điện áp công suất tác dụng gây ra; U " - thành phần tổn thất điện áp công suất phản kháng gây ra; r0 - điện trở dây dẫn đơn vị chiều dài, Ω/km; x0 - điện kháng dây dẫn đơn vị chiều dài, Ω/km: + Đối với đường dây không: x0 = 0,35 - 0,4 (Ω/km.); + Đối với đường dây cáp: x0 = 0,07 (Ω/km.) Thành phần ΔU’ tính nhờ biểu thức: x n ΔU"   Q l U đm i1 i i (11.30) Từ xác định trị số cho phép thành phần ΔU’: ΔU 'cp  ΔU cp  ΔU" Mà 227 (11.31) ΔU '  n r0 n ρ  Pi l i   Pi l i U đm F i1 U đm i1 (11.32) Vậy, tiết diện dây dẫn cần tìm là: F n ρ  Pi l i ΔU 'cp U đm i 1 (11.33) Căn vào trị số tính tốn tiết diện dây dẫn F, ta chọn tiết diện dây tiêu chuẩn gần với tiết diện tính tốn Với tiết diện này, tra bảng tìm x0 r0 tính toán kiểm tra tổn thất đường dây Nếu tổn thất khơng thoả ta tăng tiết diện dây sau tiếp tục kiểm tra lại tổn thất 11.4.3 Chọn tiết diện dây dẫn theo dịng điện phát nóng cho phép Icp Dòng cho phép Icp dây dẫn thiết lập điều kiện chuẩn Việc đặt nhiều dây kề gây bất lợi cho việc tản nhiệt vào môi trường xung quanh ảnh hưởng nhiệt lẫn Khi dòng cho phép cho điều kiện chuẩn bị giảm xuống Tương tự cho trường hợp nhiệt độ môi trường điều kiện lắp đặt khác với điều kiện chuẩn Như vậy, dòng cho phép thực tế xác định theo dòng cho phép theo điều kiện chuẩn hệ số hiệu chỉnh I tt  I cp k1.k (11.34) Như tiết diện dây dẫn chọn theo điều kiện: k 1.k I cp  I tt (11.35) Trong đó: k1 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ứng với môi trường đặt dây, cáp; k2 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng dây cáp chung rãnh; Icp - dòng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện dây cáp định lựa chọn Thử lại cáp vừa chọn theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ: a Nếu bảo vệ cầu chì: Điều kiện kiểm tra: k k I cp  I dc  (11.36) Trong đó: Idc - dịng điện định mức dây chảy cầu chì, A; Hệ số α, với mạch động lực α = 3; với ánh sáng sinh hoạt α = 0,3 b Nếu bảo vệ CB: 228 Điều kiện kiểm tra: k1 k Icp ≥ Trong đó: k1 k Icp ≥ IkđđtCB 4,5 IkđnhCB 1,25 IđmCB ≥ 1,5 1,5 (11.37) (11.38) IkđđtCB - dòng điện khởi động điện từ CB (chính dịng chỉnh định để CB cắt ngắn mạch); IkđnhCB - dòng điện khởi động nhiệt CB (chính dịng điện tác động relay nhiệt để cắt tải) Kiểm tra cáp dây vừa chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Điều kiện kiểm tra: ΔU max  ΔUcp Nếu đường dây ngắn khơng cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp 11.5 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 11.5.1 Chọn cầu dao Chọn cầu dao phải đảm bảo điều kiện: Uđmcd ≥ Uđm Iđmcd ≥ Itt Trong đó: Uđmcd: điện áp định mức cầu dao; Uđm: điện áp định mức mạng điện; Iđmcd: dòng điện điện mức cầu dao; Itt : dịng điện tính tốn (dịng điện làm việc lâu dài qua cầu dao) 11.5.2 Chọn cầu chì 11.5.2.1 Chọn cầu chì cho mạng điện chiếu sáng, mạng sinh hoạt Idc ≥ Itt Trong đó: Idc: dịng điện định mức dây chảy cầu chì (dịng điện lớn mà dây chảy cầu chì chịu lâu dài mà khơng bị đứt) 229 11.5.2.2 Chọn cầu chì nhánh cấp điện cho động phải thỏa mãn điều kiện Idc ≥ IđmĐC Trong đó: Idc ≥ ImmĐC 2,5 ImmĐC: dòng điện định mức động cơ; ImmĐC: dòng điện mở máy động cơ; với động khơng đồng rotor lồng sóc Imm = (5 ÷ 7) Iđm Ta chọn dây chảy cầu chì theo trị số lớn hai trị số Chọn cầu chì đường dây cung cấp điện cho nhóm động theo điều kiện sau: Idc ≥ Ittnhóm Trong đó: Idc ≥ Immd 2,5 Ittnhóm: dịng điện tính tốn đường dây xét đến hệ số đồng thời, hệ số sử dụng; Immd: dòng điện mở máy chạy đường dây động thứ k mở máy (các động tải khác làm việc bình thường) Động thứ k động có hiệu (Immk - Ilvk) lớn tất động Immd = Immk + (Ittnhóm - Ilvk) Trong đó: Immk: dịng điện mở máy động thứ k; Ilvk: dịng điện làm việc động thứ k Ngồi hai điều kiện trên, dây chảy phải thỏa mãn điều kiện chọn lọc: Idc cầu chì phải lớn cấp so với Idc cầu chì nhánh lớn Dưới dây đưa dịng điện định mức dây chảy cầu chì Idc (A): 6; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100; 125; 150; 200; 225; 250; 300; 350; 450; 500; 600; 7000; 850; 1000 11.5.3 Chọn CB Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài IđmCB ≥ Itt UđmCB ≥ Uđm Trong đó: 230 Itt: dịng điện tính tốn (làm việc lâu dài); IđmCB: dòng điện định mức CB; UđmCB: điện áp định mức CB; Uđm: điện áp định mức mạng điện CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 11 Liệt kê số ký hiệu vẽ điện Nêu đặc điểm loại vẽ cung cấp điện Phương pháp xác định phụ tải điện Vì phải xác định phụ tải tính tốn? Xác định tổn thất điện áp đường dây có phụ tải tập trung Xác định tổn thất điện áp đường dây có nhiều phụ tải tập trung liên thông Xác định tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện dịng điện phát nóng cho phép BÀI TẬP CHƯƠNG 11 Bài tập 11.1: Tính cơng suất tính tốn Ptt, Qtt, Stt cho phân xưởng có số liệu sau: tổng cơng suất định mức thiết bị 950KW; diện tích phân xưởng S = 2500m2 hệ số nhu cầu knc = 0,75; hệ số công suất cosφ = 0,85; công suất chiếu sáng p0 = 15W/m2 Giải Cơng suất tính tốn động lực Pđl = knc.Pđm = 0,75.950 = 712,5 KW Công suất chiếu sáng phân xưởng Pcs = p0.S = 15 2500 = 37,5 KW Cơng suất tính tốn phân xưởng Ptt = Pđl + Pcs = 712,5 + 37,5 = 750 KW cosφ = 0,85 suy tgφ = 0,62 Qtt = Ptt.tgφ = 750 0,62 = 465 KVAR Stt = P2tt + Q2tt = 7502 + 4652 = 882,5 KVA Bài tập 11.2: Tính cơng suất tính tốn cho hộ có số liệu sau: Thiết bị dùng điện dùng hộ sau: 231 Số lượng Công suất điện (W) Công suất đặt (W) Đèn sợi đốt 40 80 Đèn ống huỳnh quang + chấn lưu 45 360 Quạt trần 80 160 Quạt bàn 65 195 Tủ lạnh 120 120 Ti vi 100 100 Bàn 1000 1000 Nồi cơm điện 630 630 Bơm nước 250 250 Tên thiết bị Giải Pđ = 80 + 360 + 160 +195 + 120 +100 + 1000 + 630 + 250 = 2985 W Lấy hệ số đồng thời kđt = 0,8 Cơng suất tính tốn cho hộ tính theo công suất đặt Pttch = kđt Pđ = 0,8 2985 = 2316 W = 2,316 KW Bài tập 11.3: Một nhà tập thể gồm 56 hộ, trung bình hộ tiêu thụ điện tập 11.2 Tính cơng suất tính tốn nhà tập thể Giải Cơng suất tính tốn nhà tập thể tính theo cơng suất tính tốn hộ Ptt = kđt Pttch = 0,4 2,316 56 = 51,878 KW tra kđt từ bảng Hệ số đồng thời nhà tập thể, chung cư (TCVN 9206-2012) Bài tập 11.4: Xác định dịng điện tính tốn chạy đường dây pha cung cấp điện cho hộ tập 11.2 Biết hộ lấy điện mạng 380/220V; hệ số công suất trung bình hộ cosφ = 0,9 Giải Nguồn điện cấp vào hộ lấy từ dây pha dây trung tính, có Upđm = 220V Dịng điện tính tốn chạy đường dây pha vào hộ Itt = 2316 Ptt = = 11,7 A 220 0,9 Upđm cosφ 232 Bài tập 11.5: Tính dịng điện tính tốn chạy đường dây từ máy biến áp đến nhà tập thể tập 11.3 Cho biết người ta đưa điện ba pha đến nhà tập thể, sau phân pha cho tầng Giải Dịng điện tính tốn chạy đường dây Itt = Ptt √3Upđm cosφ = 51,578.103 √3.380 0,9 = 87,072 A Việc tính tốn dịng điện quan trọng, từ trị số ta chọn tiết diện dây dẫn, chọn cầu chì, CB, tính tổn thất điện áp đường dây,… Bài tập 11.6: Chọn cầu chì đường dây nhánh cung cấp điện cho động không đồng có Iđm = 11,5A, dịng điện mở máy Imm = 5,5.Iđm Giải Hai điều kiện chọn cầu chì Idc ≥ Idc ≥ Iđm = 11,5 A Imm 5,5 11,5 = = 25,3 A 2,5 2,5 Ta chọn dây chảy cầu chì có Idc = 30A Bài tập 11.7: Chọn cầu chì đường dây cung cấp điện cho động cơ, cho biết Ittnhóm = 51,75A, động thứ có Iđm = 11,5A, Imm = 5,5 Iđm hệ số tải kt = 0,3 động có hiệu (Imm - Ilv) lớn Dây chảy cầu chì nhánh lớn 30A Giải Ittnhóm = 51,75A Động cớ thứ 5: Imm5 = 5,5.Iđm5 = 5,5 11,5 = 63,25A Ilv5 = kt.Iđm5 = 0,3 11,5 = 3,45A Điều kiện chọn Idc cầu chì nhánh chính: Idc ≥ Idc ≥ Ittnhóm = 51,75 A Imm5 + (Ittnhóm - Ilv5 ) 63,25+(51,75-3,45) Immd = ≥ = 44,62 A 2,5 2,5 2,5 Chọn dây chảy có Idc = 60A thỏa mãn điều kiện nêu 233 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, “Kỹ thuật điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2012 [2] Vũ Gia Hanh, “Máy điện 1”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [3] Vũ Gia Hanh, “Máy điện 2”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [4] Hướng dẫn lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC, NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 [5] Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình an toàn điện, NXB Giáo Dục, 2008 [6] TCVN 9206-2012: Đặt thiết bị điện nhà công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, “Kỹ thuật điện , 2012 V ia anh, “ i n , hoa h c h V ia anh, “ i n , hoa h c h ng d n i n heo iê ch n p ặ , hoa h c h hoa h c h 2001 [5] g n Đ nh h ng, i [6] TCVN 9206Tiê ch n hiế kế t nh n t n điện, i o D c, : Đặ hiế bị i n rong nhà công r nh công cộng - ... dụng điện giúp tự động hóa nâng cao suất lao động trình sản xuất Sách tham khảo Kỹ thuật điện biên soạn dành cho sinh viên ngành kỹ thuật cơng nghiệp khơng chun Điện theo chương trình đào tạo trường...LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu... đại cương nên không sâu vào phương diện lý luận mà chủ yếu đề cập phương pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật tượng điện từ Nội dung tài liệu gồm ba phần chính: PHẦN I: MẠCH ĐIỆN Gồm chương cung cấp