Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường CĐ Cơ điện-Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VÀ NÔNG LÂM TRUNG BỘ GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ : ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng Nông lâm Trung Năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc sách giáo trình nên nguồn thơng tin đuợc phép dùng nguyên 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 MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Giới thiệu mô đun Bài mở đầu: Khái quát hệ thống cung cấp điện Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Nhà máy điện Mạng lưới điện 13 Hộ tiêu thụ 13 Hệ thống bảo vệ 15 10 Trung tâm điều độ hệ thống điện 15 11 16 12 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 8.Hệ thống điện Việt Nam 13 Chương 1.Tính toán phụ tải 20 14 Xác định nhu cầu điện 18 20 15 2.Chọn phương án cung cấp điện 40 16 Chương Tính tốn mạng tổn thất 50 17 1.Tính tổn thất điện áp, tổn thất cơng suất, tổn thất điện 50 18 2.Trạm biến áp 72 19 Chương Lựa chọn thiết bị cung cấp điện 86 20.1 Lựa chọn d y d n, thiết bị đóng c t bảo vệ 86 21.2 Chống sét nối đất 123 MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học cung cấp điện phải học sau đ 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 mơn học chun mơn 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 r i ngành kinh tế quốc d n Khi y dựng nhà máy, khu công nghiệp, khu d n cư, thành phố trước tiên người ta phải y 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: - Chọn phương án l p đặt đường d y cung cấp điện cho ph n ưởng phù hợp yêu cầu cung cấp điện theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Tính chọn d y d n, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật - Tính chọn nối đất chống sét cho đường d y tải điện cơng trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm vệ sinh công nghiệp BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: Trong năm trở lại đ y, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nh n d n n ng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt phát triển không ngừng Đối với người công tác ngành điện cần phải có hiểu biết định hội, môi trường, đối tượng cấp điện để tham gia tốt vận hành, thiết kế, l p đặt cơng trình điện Mục tiêu: - Ph n tích đặc điểm, yêu cầu nguồn lượng, nhà máy điện, mạng lưới điện, hộ tiêu thụ, hệ thống bảo vệ trung t m điều độ - Vận dụng yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện - R n luyện tính cẩn thận, ác nghiêm túc học tập thực công việc Nguồn lƣợng tự nhiên đặc điểm lƣợng điện M c ti u - Trình bày đặc điểm nguồn lượng tự nhiên, đặc điểm lượng điện Ngày nay, người ta đ tạo ngày nhiều cải vật chất cho hội Trong số cải vật chất có nhiều dạng lượng tạo Năng lượng b p người vật nguồn nặng lượng đ có từ a ưa hội loài người Sự phát triển mạnh mẽ liên tục hoạt động người đất đòi hỏi ngày nhiều lượng lấy từ nguồn thiên nhiên Thiên nhiên ung quanh ta giàu, nguồn lượng điện dồi Than đá, dầu khí, nguồn nước dịng sơng biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô phong phú mặt trời lòng đất, luồng khí chuyển động, gió v.v đ nguồn lượng tốt quí giá người Năng lượng điện (điện năng) đ dạng lượng phổ biến, sản lượng năm giới ngày tăng chiếm nghìn tỷ kWh Sở dĩ điện thơng dụng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v ), dễ chuyển tải a, hiệu suất lại cao Trong trình sản uất ph n phối, điện có số đặc điểm sau: a Khác với hầu hết loại sản phẩm, điện sản uất nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ người ta dùng pin c quy làm phận tích trữ) Tại thời điểm, ta phải đảm bảo c n điện sản uất với điện tiêu thụ kể tổn thất truyền tải Đặc điểm cần quán triệt nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện, nhằm giữ vững chất lượng điện thể giá trị điện áp tần số b Các trình điện ảy nhanh, ví dụ sóng điện từ lan truyền d y d n với tốc độ lớn ấp ỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km/sec, q trình sóng sét lan truyền, q trình q độ, ng n mạch ảy nhanh (trong vòng nhỏ 1/10 gi y) Đặc điểm đòi hỏi phải sử dụng thiết bị tự động vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện Bao gồm kh u bảo vệ, điều chỉnh điều khiển, tác động trạng thái bình thường cố, nhằm đảm bảo hệ thống cung cấp điện làm việc tin cậy kinh tế c Đặc điểm thứ ba là: cơng nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết ngành kinh tế quốc d n (khai thác mỏ, khí, d n dụng, cơng nghiệp nhẹ ) Đó động lực tăng suất lao động, tạo nên phát triển nhịp nhàng cấu trúc kinh tế Quán triệt đặc điểm y dựng định hợp lý mức độ điện khí hóa ngành kinh tế vùng l nh thổ khác nhau; mức độ y dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải ph n phối, nhằm đáp ứng phát triển c n đối, tránh thiệt hại kinh tế quốc d n phải hạn chế nhu cầu hộ dùng điện Nhà máy điện M c ti u - Trình bày nguyên t c làm việc đặc điểm nhà máy điện a.Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Bao gồm: - Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi: Là nhà máy nhiệt điện mà việc thải nhiệt môi chất làm việc (hơi nước) thực qua bình ngưng - Nhà máy nhiệt điện rút hơi: đồng thời sản uất điện nhiệt điện Về nguyên lý hoạt động giống nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, song đ y lượng rút đáng kể từ số tầng tuốc bin để cấp cho phụ tải nhiệt công nghiệp sinh hoạt Do hiệu suất chung nhà máy tăng lên Ở nhà máy nhiệt điện biến đổi lượng thực theo nguyên lý: Nhiệt  Cơ  Điện Nhà máy nhiệt điện có đặc điểm sau: - Thường y dựng gần nguồn nhiên liệu nguồn nước - Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động tăng phụ tải chậm - Hiệu suất thấp ( = 30  40%) - Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải ô nhiễm môi trường b.Nhà máy thủy điện (NMTĐ): Nguyên lý nhà máy thủy điện sử dụng lượng dòng nước để làm quay trục tuốc bin thủy lực để chạy máy phát điện Ở đ y, trình biến đổi lượng là: Thủy  Cơ  Điện ình Nhà máy thủy điện Công suất nhà máy thủy điện phụ thuộc vào hai yếu tố lưu lượng dịng nước Q qua tuốc bin chiều cao cột nước H, là: P = 9,81QH MW hay ác hơn: P = 9,81 QH Trong đó: Q: lưu lượng nước (m3/sec) H: chiều cao cột nước (m) : hiệu suất tuốc bin Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau: - X y dựng gần nguồn nước nên thường a phụ tải - Vốn đầu tư y l p ban đầu lớn, chủ yếu thuộc công trình đập ch n, hồ chứa - Thời gian y dựng kéo dài - Chi phí sản uất điện thấp - Thời gian khởi động máy ng n - Hiệu suất cao ( = 80  90%) - Tuổi thọ cao c.Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) Nhà máy điện nguyên tử tương tự nhà máy nhiệt điện phương diện biến đổi lượng: Tức nhiệt ph n hủy hạt nh n biến thành từ biến thành điện Hình Nhà máy điện nguyên t Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiệt thu cách đốt cháy nhiên liệu hữu mà thu trình phá vỡ liên kết hạt nh n nguyên tử chất Urani-235 hay Plutoni-239 lị phản ứng Do NMNĐ dùng lị NMĐNT dùng lị phản ứng máy sinh đặc biệt Ưu điểm NMĐNT: + Chỉ cần lượng bé vật chất phóng đ đáp ứng yêu cầu nhà máy + Một nhà máy có cơng suất 100MW, ngày thường tiêu thụ khơng nhiều 1kg chất phóng + Công suất tổ máy phát điện - tuốc bin nhà máy điện nguyên tử đạt đến 500, 800, 1200 chí đến 1500MW Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm sau - Có thể y dựng trung t m phụ t - Vốn đầu tư y l p ban đầu lớn thời gian y dựng kéo dài - Chi phí sản uất điện thấp nên thường làm việc đáy đồ thị phụ tải - Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao a Các loại nhà máy điện khác + Nhà máy điện dùng sức gió (động gió phát điện) Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió Hệ thống cánh quạt truyền qua biến đổi tốc độ để làm quay máy phát điện, sản uất điện Điện sản uất tích trữ nhờ bình c quy Động gió phát điện có khó khăn điều chỉnh tần số vận tốc gió ln ln thay đổi Động gió phát điện thường có hiệu suất thấp, cơng suất đạt nhỏ dùng vùng hải đảo, nơi a ôi lưới điện đưa đến nơi thật cần thiết đ n hải đăng + Nhà máy điện dùng lượng mặt trời Thường có dạng nhà máy nhiệt điện, đ y lò thay hệ thống kính hội tụ để thu nhận nhiệt lượng mặt trời để tạo nước quay tuốc bin Nhà máy điện dùng lượng mặt trời có đặc điểm sau: - Sử dụng nguồn lượng khơng cạn kiệt - Chi phí phát điện thấp đặc biệt hiệu vùng mà việc kéo lưới điện quốc gia đ t - Độ tin cậy vận hành cao - Chi phí bảo trì - Không g y ô nhiễm môi trường + Nhà máy lượng địa nhiệt: Nhà máy lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng lịng đất để gia nhiệt làm nước bốc Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin nước Tuốc bin kéo máy phát điện, từ lượng địa nhiệt biến thành lượng điện Có hai loại nhà máy lượng địa nhiệt: loại chu kỳ kép (hình1.4) loại phun (hình1.5) Nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ vào khoảng 350 0F áp suất khoảng 16.000psi Mạng lƣới điện M c ti u - Ph n loại mạng lưới điện a Mạng truyền tải Mục đích mạng truyền tải khơng truyền tải lượng từ nhà máy phát nơi khác đến mạng ph n phối Mạng ph n phối nơi cuối cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Các đường d y truyền tải nối kết hệ thống điện l n cận Điều cho phép điều phối kinh tế lượng vùng trình vận hành bình thường mà cịn cho phép chuyển tải lượng vùng điều kiện cố Mạng truyền tải có điện áp d y 60kV tiêu chuẩn hóa 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV, 500kV 765kV (tiêu chuẩn ASNI) Điện áp truyền tải 230 kV thường coi siêu cao áp b Mạng ph n phối 10 Mạng ph n phối phần kết nối trạm ph n phối với hộ tiêu thụ Các đường d y ph n phối sơ cấp thường cấp điện áp từ (4  34,5)kV cung cấp điện cho vùng địa lý ác định trước Một vài phụ tải công nghiệp nhỏ cung cấp trực tiếp đường d y cáp sơ cấp Mạng ph n phối thứ cấp giảm điện áp để sử dụng cho hộ phụ tải d n dụng kinh doanh D y cáp điện không vượt vài trăm mét chiều dài, sau cung cấp lượng cho hộ tiêu thụ riêng biệt Mạng ph n phối thứ cấp cung cấp cho hầu hết hộ tiêu thụ mức 240/120V ba pha d y, 400/240V ba pha d y, hay 480/277V ba pha d y Ngày nay, lượng cung cấp cho hộ tiêu thụ điển hình cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp uống 400/240V sử dụng ba pha dây Hộ tiêu thụ M c ti u - Ph n loại loại hộ dùng điện theo khía cạnh khác Hộ tiêu thụ điện hay gọi hộ dùng điện, phụ tải điện Trong hệ thống lượng phụ tải điện đa dạng ph n thành nhiều loại khía cạnh xem xét khác a.Theo ngành nghề: Phụ tải ph n làm loại: + Phụ tải công nghiệp + Phụ tải kinh doanh d n dụng b.Theo chế độ làm việc: Phụ tải ph n làm loại: + Phụ tải làm việc dài hạn + Phụ tải làm việc ng n hạn + Phụ tải làm việc ng n hạn lặp lại c.Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện: Phụ tải ph n làm loại: + Phụ tải loại (hộ loại 1): - Là hộ quan trọng không để điện, ảy điện g y hậu nghiêm trọng, cụ thể: - Làm ảnh hưởng trực tiếp đến trị, an ninh quốc phịng, trật tự hội: s n bay, hải cảng, khu qu n sự, khu ngoại giao, đại sứ quán, nhà ga, bến e, trục giao thơng thành phố v.v - Làm thiệt hại lớn kinh tế: khu cơng nghiệp, khu chế uất, dầu khí, luyện kim, nhà máy khí lớn, trạm bơm nơng nghiệp lớn v.v Những hộ đóng 171 Lựa chọn áptơmát tổng CBT: IdmAT  Itt  3000  17,045 (A) 220.0,8 Chọn áptômát 30A LG chế tạo Lựa chọn áptômát nhánh: Có áptơmát nhánh, dịng tính tốn nhánh dòng 15 đ n IdmAi  Itt  15 x 40  3,409 (A) 220.0,8 Chọn dùng áptômát 5A LG chế tạo Thông số kỹ thuật áptômát cho bảng sau: Tên Uđm Iđm Loại Kiểu áptômát (V) (A) CBT 600 CB1, CB2, CB3, CB4, 600 CB5 Số cực Icđm (kA) Số lượng 30 50AF ABE 53a 2,5 50AF ABE 53a 2,5 Vì a nguồn nên khơng cần kiểm tra điều kiện c t ng n mạch Lựa chọn d y d n cho d y đ n k1k2Icp Itt = 3,409 (A) Dự định dùng d y đồng bọc nhựa hạ áp, lõi mềm nhiều sợi CADIVI chế tạo, riêng lẻ: k1 = k2 = Chọn dùng d y đơi mềm trịn loại VCm (2 1) có Icp = 10 (A) Kiểm tra điều kiện kết hợp áptômát bảo vệ I cp  10A  1,25I dmCB 1,25 x  1,5 1,5 Vậy chọn d y VCm (2 1) cho d y đ n thỏa m n Vì đường d y ng n nên không cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp Vì a nguồn nên khơng cần kiểm tra ổn định nhiệt dòng ng n mạch 1.4 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp a Khái niệm Với nhà ưởng sản uất công nghiệp thường chiếu sáng chung cần tăng cường ánh sáng điểm làm việc đ có chiếu sáng cục 172 Vì ph n ưởng sản uất, yêu cầu ác độ rọi mặt bàn công tác, nên để thiết kế chiếu sáng cho khu vực thường dùng phương pháp hệ số sử dụng b Trình tự thiết kế Xác định độ cao treo đ n: H = h - h1 – h2 (4-2) Trong đó: h: độ cao nhà ưởng h1: khoảng cách từ trần đến bóng đ n h2: độ cao mặt bàn làm việc h1 L L L L L L h H L h2 Hình 4-4 Bố trí đ n mặt mặt đứng Xác định khoảng cách hai đ n kề (L) theo tỷ số hợp lý L/H, tra theo (bảng 4-1) Bảng 4-1.Tỷ số L/H hợp lý cho đối tượng chiếu sáng Chiều rộng giới L/H bố trí L/H bố trí hạn nhiều d y dây nhà ưởng bố trí d y Loại đ n nơi sử dụng Max Max Tốt Tốt cho cho nhất phép phép Chiếu sáng nhà ưởng dùng chao mờ s t 2,3 3,2 1,9 2,5 1,3H tráng men Chiếu sáng nhà ưởng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H dùng chao vạn 173 Chiếu sáng quan, văn phòng 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H Căn vào bố trí đ n mặt bằng, mặt c t, ác định hệ số phản tường, trần tường, trần, (%) Xác định số phòng (có kích thước a b)  axb H(a  b) (4-3) Từ tường, trần,  tra bảng tìm hệ số sử dụng ksd Xác định quang thông đ n F kESZ (lumen) n.k sd (4-4) Trong đó: k: hệ số dự trữ, tra bảng 4.2 E: độ rọi (l ) theo yêu cầu nhà ưởng S: diện tích nhà ưởng (m2) Z: hệ số tính tốn Z = 0,8  1,4 n: số bóng đ n ác định ác sau bố trí đ n mặt Bảng 4-2 Hệ số dự trữ Số lần lau bóng Hệ số dự trữ (k) tháng Tính chất môi trường Đ n Đ n sợi đốt tuýp Nhiều bụi khói, tro, mồ hóng 1,7 Mức bụi khói, tro, mồ hóng 1,8 1,5 trung bình Ít bụi khói, tro, mồ hóng 1,5 1,3 Tra sổ tay tìm cơng suất bóng có F  F tính tốn theo (4.4) Vẽ sơ đồ cấp điện chiếu sáng mặt Vẽ sơ đồ nguyên lý cấp điện chiếu sáng 10 Lựa chọn phần tử sơ đồ nguyên lý c Ví dụ Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho ph n ưởng khí có diện tích S = 20 1000m2 GIẢI: 50 = 174 Xác định số lượng, công suất đ n: Nội dung phần biến áp gồm hạng mục từ đến trình tự tính tốn nêu Vì ưởng sản uất, dự định dùng đ n sợi đốt, cos = Chọn độ rọi cho chiếu sáng chung E = 30 l Căn vào trần nhà cao 4,5m, mặt công tác h2 = 0,8m, độ cao treo đ n cách trần h1 = 0,7m Vậy: H = h - h1 – h2 = 4,5 – 0,7 – 0,8 = m Tra bảng đ n sợi đốt, bóng vạn có L/H = 1,8 ác định khoảng cách đ n L = 1,8 x H = 1,8 x = 5.4 m Căn vào bề rộng phòng (20m) chọn L = m Đ n bố trí làm d y cách 5m, cách tường 2,4m, tổng cộng 36 bóng, d y bóng Xác định số phịng: a.b 20.50  5 H(a  b) 3.(20  50)  Lấy hệ số phản tường 50%, trần 30%, tra sổ tay tìm hệ số sử dụng ksd = 0,48 Lấy hệ số dự trữ k = 1,3 hệ số tính tốn Z = 1,1 Xác định quang thơng đ n là: F kESZ 1,3.30.1000.1,1   2483 (lumen) n.k sd 36.0,48 Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528 lumen Ngồi chiếu sáng nhà ưởng, cịn đặt thêm bóng 100W cho phịng thay quần áo phịng WC Tổng cơng suất chiếu sáng toàn ưởng là: P = 36 x 200 + x 100 = 7600 (W) = 7,6 (kW) Thiết bị lưới điện chiếu sáng: Đặt riêng tủ chiếu sáng cạnh cửa vào lấy điện từ tủ ph n phối ph n ưởng Tủ gồm áptômát ba pha 10 áptômát nhánh pha, áptơmát cấp điện cho bóng đ n Sơ đồ cấp điện mặt sơ đồ nguyên lý hình 4.4 4.5 - Chọn áptơmát đặt tủ ph n phối áptômát đặt tủ chiếu sáng I tt  Ptt 3.U dm cos  7,6 3.0,38.1  11,56(A) - Chọn dùng áptômát pha 50A Clipsal chế tạo có thơng số ghi bảng: 175 Uđm (V) M số Tên áptômát Áptômát tổng Áptômát nhánh G4CB3050C 400 đặt tủ ph n phối Số cực Iđm (A) 50 Icđm (kA) - Chọn cáp từ tủ ph n phối đến tủ chiếu sáng: Chọn cáp đồng lõi vỏ PVC Clipsal chế tạo, tiết diện 6mm2 có Icp = 45 (A)  PVC(3 x + 1,4) k1k2Icp = 45  Itt = 11,56 (A) - Chọn áptômát nhánh: Uđm (V) M số Tên áptômát Áptômát nhánh I tt  G4CB2010C 400 Iđm (A) 10 x 20  3,64(A) 220 x1 Icđm (kA) Số cực Số lượng 10 - Chọn d y d n từ áptômát nhánh đến cụm đ n: Với Itt = 3,64A chọn d y đồng bọc nhựa, tiết diện 2,5mm2 có Icp = 27A  M (2 x 2.5) Kiểm tra d y d n kết hợp áptômát bảo vệ: + Với d y PVC(3 + 1,4): 45(A)  1,25.50  41,6(A) 1,5 27(A)  1,25.10  8,33(A) 1,5 + Với d y M (2 2.5): Tủ PP 50A ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 PVC (3X6+1.4) Tủ CS TO-50EC-50A 10xQCE-10A 176 Nâng cao hệ số công suất M c ti u: - Chọn giải pháp n ng cao hệ số cơng suất phù hợp tình hình thực tế, theo tiêu chuẩn Việt Nam - Tính chọn tụ bù thích hợp để n ng cao hệ số công suất 2.1 Hệ số công suất (cos) ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất a Hệ số công suất Các đại lượng biểu diễn cơng suất có liên quan mật thiết với qua tam giác công suất S  Q P Hình 4-7 Tam giác cơng suất S: Cơng suất tồn phần P: Công suất tác dụng Q: Công suất phản kháng : Góc S P Trị số góc  có ý nghĩa quan trọng: - Nếu   P, Q;  = P  S, Q = - Nếu   P, Q;  = 90o Q  S, P = Trong nghiên cứu tính tốn thực tế người ta thường dùng khái niệm hệ số cơng suất (cos) thay cho góc S P () Khi cos nhỏ (tức  lớn) lượng công suất phản kháng tiêu thụ (hoặc truyền tải) lớn công suất tác dụng nhỏ, ngược lại cos lớn (tức  nhỏ) lượng Q tiêu thụ (hoặc truyền tải) nhỏ Lượng Q truyền tải lưới điện cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ lớn g y tổn thất lớn lưới điện b ngh a việc nâng cao hệ số cơng suất Các í nghiệp công nghiệp sử dụng nhiều động không đồng ba pha, thường uyên non tải không tải, tiêu thụ lượng Q lớn, cos thấp Ví dụ í nghiệp khí thường có cos = 0,5  0,6 Lượng Q mà í nghiệp cơng nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%  70% tổng công suất Q phát từ nhà máy điện 177 Nếu í nghiệp cơng nghiệp, giải pháp kỹ thuật n ng cao cos, nghĩa làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải lưới điện từ nhà máy điện đến í nghiệp, d n tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện Cụ thể là: + Làm giảm tổn thất điện áp lưới điện: Giả thiết công suất tác dụng khơng đổi, cos í nghiệp tăng từ cos1 lên cos2, nghĩa lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 uống Q2 Khi đó, Q1 Q2 U  PR  Q1 X PR  Q2 X   U U U + Làm giảm tổn thất công suất lưới điện: S1  P  Q12 P  Q22  Z Z  S U2 U2 + Làm giảm tổn thất điện lưới điện: A1  P  Q22 P  Q12  R  R.  A2 R U2 U2 Ta thấy S A giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q + Làm tăng khả tải đường d y máy biến áp: Q1 (Q1 - Q2) = QB S1 S2 Q2 Q2 1 2 P1 P2 Hình 4-8 Trị số Q tƣơng ứng với trị số góc  Từ hình MĐ 19-05-08 nhận thấy S2  S1, nghĩa đường d y máy biến áp cần tải công suất S2 sau giảm lượng Q truyền tải Nếu đường d y máy biến áp đ chọn để tải S1 với Q2 tải lượng P lớn ( em hình 4.8) Điều cho thấy, làm giảm Q làm tăng khả tải công suất P từ P1 lên P2 đường d y máy biến áp 178 2.2 Các giải pháp bù cos tự nhiên Bù cos tự nhiên thuật ngữ giải pháp không cần đặt thiết bị bù mà đ làm tăng trị số cos Đó giải pháp đơn giản, rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q í nghiệp Các giải pháp bù cos tự nhiên thường dùng là: a Thay động thường uyên non tải động có cơng suất bé Trị số cos động tỉ lệ với hệ số tải động cơ, động non tải cos thấp Mỗi í nghiệp cơng nghiệp lớn có ngàn động loại, động thường uyên non tải thay động có công suất nhỏ (làm cho hệ số tải tăng lên) làm cho cos động tăng lên dần đến cos tồn í nghiệp tăng lên đáng kể Ví dụ, động máy tiện 10kW, q trình gia cơng cần sử dụng cơng suất 5,5kW, hệ số tải: kt  5,5  0,55 10 Nếu thay động máy tiện 10kW động 7kW có hệ số tải là: kt  5,5  0,8 Kinh nghiệm rằng: + Với động có kt  0,45 nên thay + Với động có kt  0,75 khơng nên thay + Với động có kt = 0,45  0,75 cần phải so sánh kinh tế phương án: thay không thay, em phương án có lợi hơn, sau định có thay động non tải động có cơng suất nhỏ khơng b Tăng cường chất lượng sửa chữa động Động sau sửa chữa thường có cos thấp so với trước sửa chữa, mức độ giảm thấp cos tùy thuộc vào chất lượng sửa chữa động Mỗi í nghiệp lớn thường uyên có trăm động thay sửa chữa, í nghiệp phải y dựng ph n ưởng sửa chữa khí, chủ yếu làm nhiệm vụ sửa chữa động Nếu chất lượng sửa chữa đảm bảo góp phần không nhỏ vào việc giảm mức tiêu thụ Q động sau sửa chữa góp phần làm tăng cos í nghiệp Vì thế, tăng cường chất lượng sửa chữa động cần í nghiệp cơng nghiệp lưu ý mức 179 Tóm lại, giải pháp tổng hợp đồng kể trên, ch c ch n giúp cho cos í nghiệp n ng cao trước sử dụng thiết bị bù, điều đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho í nghiệp Ví dụ: í nghiệp khí cỡ trung bình, qui mơ có tổng cơng suất tính tốn P = 10.000 kW, cos = 0,5 lượng Q tiêu thụ là: Q = P.tg = 10.000 x 1,732 = 17,320 (kVAr) Giả sử sử dụng giải pháp bù nh n tạo nêu n ng cos lên 0,6, lượng Q tiêu thụ cịn: Q = 10.000 x 1,33 = 13,300 (kVAr) Nghĩa giảm lượng tiêu thụ Q là: 17,320 - 13,300 = 4,020 (kVAr) Như í nghiệp bớt khoản tiền mua, l p đặt, quản lý, bảo dưỡng 4,020 (kVAr) tự bù 2.3 Các thiết bị bù cos Bù cos í nghiệp thuật ngữ ngành điện, thực chất í nghiệp tự đặt thiết bị phát Q để tự túc phần toàn nhu cầu tiêu thụ Q í nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải lưới điện cung cấp cho í nghiệp Thiết bị để phát Q thường dùng lưới điện máy bù tụ bù Máy bù, hay gọi máy bù đồng bộ, động đồng chạy kích thích phát Q Ưu khuyết điểm hai loại thiết bị bù giới thiệu (bảng 4-3) Bảng 4-3 So sánh đặc tính kinh tế kỹ thuật máý bù tụ bù Máy bù Tụ bù Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản Đ t Rẻ Tiêu thụ nhiều điện Tiêu thụ điện P = 5%Qb P = (2 5)%Qb Tiếng ồn lớn Yên tĩnh Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm máy bù, nhược điểm tụ công suất Qb phát không trơn mà thay đổi thay cấp (bậc thang) tăng, giảm số tụ bù Tuy nhiên, điều khơng quan trọng bù cos mục đích cho cos í nghiệp lớn cos quy định 0,85 không cần có trị số thật ác Thường bù cos lên trị số từ 0,9 đến 0,95 180 Tóm lại, lưới điện í nghiệp cơng nghiệp, dịch vụ d n dụng nên bù tụ điện 2.4 Phân phối tối ưu công suất bù lưới điện xí nghiệp a Xác định tổng cơng suất phản kháng cần phải bù Từ Hình MĐ 19-05-02, cơng suất tác dụng khơng thay đổi thì: - Ứng với cos1 có: Q1 = P.tg1 - Ứng với cos2 có : Q2 = P.tg2 Cơng suất cần bù í nghiệp để n ng hệ số cơng suất í nghiệp từ cos1 lên cos2 là: Qb = Q1 - Q2 = P.tg1 - P.tg2 Qb = P(tg1 - tg2) (4-5) Trong đó: P cơng suất tác dụng tính tốn í nghiệp (kW) b Ph n phối tối ưu cơng suất bù (Hình 4-9) giới thiệu vị trí đặt tụ bù cos lưới điện í nghiệp TPP TĐL TĐL Đ TĐL 3 Đ Đ Đ Đ Hình 4-9 vị trí đặt tụ bù lƣới điện xí nghiệp Đ 181 Đặt tụ bù phía cao áp í nghiệp: đặt vị trí có lợi giá thành tụ cao áp thường rẻ tụ hạ áp, nhiên làm giảm tổn thất điện từ trở lên lưới điện, không giảm tổn thất điện trạm biến áp lưới hạ áp í nghiệp Đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp í nghiệp Tụ điện đặt vị trí này, so với vị trí 1, làm giảm thêm tổn thất điện trạm biến áp không giảm tổn thất điện lưới hạ áp í nghiệp Đặt tụ bù tủ động lực Đặt tụ bù vị trí làm giảm tổn thất điện đường d y từ tủ ph n phối tới tủ động lực trạm biến áp í nghiệp Đặt tụ bù cực tất động Đặt tụ bù cực động có lợi giảm tổn thất điện năng, nhiên vốn đầu tư cao tăng chi phí quản lý, vận hành, bảo dưỡng tụ Đặt tụ bù vị trí với cơng suất lời giải toán “Ph n phối tối ưu thiết bị bù lưới điện í nghiệp” Giải xác tốn khó khăn phức tạp Trong thực tế, để bù cos cho í nghiệp, người ta tiến hành bù sau: Với ưởng sản uất í nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù hạ áp trạm biến áp í nghiệp Với í nghiệp loại vừa có trạm biến áp số ph n ưởng với công suất lớn a trạm biến áp, để giảm tổn thất điện đường d y từ trạm biến áp đến ph n ưởng đặt ph n tán tụ bù tủ ph n phối ph n ưởng cực động có cơng suất lớn (năm bảy chục kW) Với í nghiệp qui mô lớn bao gồm hàng chục ph n ưởng, thường lưới điện phức tạp bao gồm trạm ph n phối trung t m nhiều trạm biến áp ph n ưởng, để ác định vị trí cơng suất bù thường tính theo hai bước: • Bước 1: ác định công suất bù đặt hạ áp tất trạm biến áp ph n ưởng • Bước 2: ph n phối cơng suất bù trạm (đ ác định từ bước 1) cho ph n ưởng mà trạm biến áp cấp điện Cũng ét đặt tụ bù tồn phía cao áp phần bù bên cao áp phần bù bên hạ áp tùy thuộc vào độ chênh lệch giá tụ cao hạ áp Trong trường hợp bù tụ nhiều điểm (trường hợp 3), công suất bù tối ưu điểm thứ i ác định theo biểu thức: Q bi  Q i - (Q   Q b  ) Trong đó: Rtd Ri (4-6) 182 Qi Q công suất phản kháng yêu cầu nút i tổng công suất phản kháng yêu cầu n Q b Q   Qi tổng công suất bù, ác định theo (4.5) theo bước trường hợp Ri R td điện trở nhánh đến vị trí nút i điện trở tương đương lưới điện Rtd  1 1    R1 R2 Rn Chú ý: biểu thức (4.6) giải lấy giá trị dương ( 0), giải uất giá trị m có nghĩa khơng nên đặt tụ bù, Q b = 0, ta bỏ ẩn giải lại tốn (n – 1) ẩn, tập nghiệm dương + Ví dụ Xí nghiệp khí gồm biến áp ph n ưởng có mặt số liệu phụ tải cho hình MĐ 19-05-10 Yêu cầu đặt tụ bù bên cạnh tủ ph n phối biến áp ph n ưởng để n ng cos lên 0,95 Px3 S3 = 50 + j 70 (kVA) PVC (3x16+1.10).100m Px2 S2 = 50 + j 50 (kVA) PVC (3x25+1.16).70m PVC (3x50+1.35).50m Px1 S1 = 80 + j 120 (kVA) TBIế N áP Hình 4-10 Mặt cấp điện cho xí nghiệp 183 Giải: Tổng cơng suất tính tốn í nghiệp là: S = S1 + S2 + S3 = 180 +J240 tg1  Q 240   1,33 P 180 cos2 = 0,95  tg2 = 0,33 Tổng công suất phản kháng cần bù ph n ưởng để n ng cos í nghiệp lên 0,95 là: Qb = P(tg1 - tg2) = 180(1,33 – 0,33) = 180 (kVAr) Các đường cáp từ TBA ph n ưởng dùng cáp CADIVI chế tạo có số liệu cho bảng sau: r0 Đường d y Loại cáp l (m) R () (/km) TBA-PX1 PVC(3x50+1,35) 50 0,387 0,0194 TBA-PX2 PVC(3x25+1,16) 70 0,727 0,0509 TBA-PX3 PVC(3x16+1,10) 100 1,15 0,115 TBA R1 Q1 - Qb1 R2 Q2 - Qb2 TBA Rtđ R3 Q3 - Qb3 Q - Qb Hình 4-11 Sơ đồ thay sơ đồ tƣơng đƣơng lƣới điện hạ áp dùng xác định Qbi 184 Điện điện trở tương đương lưới điện hạ áp í nghiệp: Rtd  1   0,0126() 1 1 1     R1 R2 R3 0,0194 0,0509 0,115 Công suất tủ tụ bù đặt biến áp ph n ưởng là: Áp dụng công thức: Q bi  Q i - (Q   Q b  ) Rtd Ri Ta có: Q b1  120 - (240  180) 0,0126  81(kVAr) 0,0194 Q b2  50 - (240  180) 0,0126  35(kVAr) 0,0509 Q b3  70 - (240  180) 0,0126  64(kVAr) 0,0115 Vậy chọn dùng tụ bù Dac Yeong chế tạo có thơng số kỹ thuật cho bảng sau: Qb Nơi đặt Loại tụ SL Uđm (V) Iđm (A) Số pha (kVAr) PX1 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX2 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX3 DLE- 4D75 K5S 75 440 98,4 CÂU HỎI ÔN TẬP Ph n tích yêu cầu chiếu sáng nh n tạo? Trình bầy nội dung tính chọn cơng suất chiếu sáng, d y d n, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc? Trình bầy giải pháp n ng cao hệ số cơng suất phù hợp tình hình thực tế, theo tiêu chuẩn Việt Nam? Trình bầy phương pháp tính chọn tụ bù thích hợp để n ng cao hệ số công suất? 185 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