Giáo trình Cung cấp điện (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH Mơn học: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP - CAO ĐẲNG Bình Định UBND TỈNH BÌNH ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ QUY NHƠN GIÁO TRÌNH Mơn học: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP - CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 99 /QĐ-KTCNQN ngày 14 tháng năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn Bình Định TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng 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 Giáo trình Cung cấp điện biên soạn dựa sở chương trình đào xây dựng theo Thơng tư số 03/2017/TT-BLĐTBXH ngày 01/03/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động - Thương binh Xã hội Môn học Cung cấp điện trang bị cho người học kiến thức tính tốn thiết kế cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện (HTT) Học tốt mơn học người học tự giải vấn đề thực tiễn gắn với công nhân cán kỹ thuật ngành điện, tính tốn lựa chọn thiết bị, phần tử điện hợp lý để lắp đặt, thay cho mạng điện Với mục tiêu cung cấp đầy đủ kiến thức cần thiết cho người học học tập, giáo trình biên soạn có đầy đủ nội dung theo chương trình ban hành Giáo trình trình bày nội dung cách cô đọng, dễ hiểu, trắc lọc kiến thức thật cần thiết theo logic thiết kế cung cấp điện để người học thuận tiện học tập, thừa kế phần kiến thức trước để bổ xung tiếp thu kiến thức sau Với mong muốn người học phải cố gắng, tự giác học tập, chịu khó tư duy, nội dung cụ thể có ví dụ minh họa yêu cầu nâng cao để người học vận dụng kiến thức lý thuyết giải vấn đề Hết phần kiến thức đơn lẻ, giáo trình có phần tổng hợp kiến thức nêu tóm tắc bước thiết kế cung cấp điện cho HTT nêu yêu cầu để người học áp dụng thực thiết kế Học xong mơn học người học tự thiết kế cung cấp điện cho HTT điện cụ thể Cuốn sách biên soạn nghiêm túc, nhiên khơng thể tránh thiếu sót, mong độc giả vui lịng góp ý để sách hồn thiện Mọi góp ý, xin vui lịng gởi ban biên tập giáo trình tác giả Trần Ngọc Thạnh (TrThanhqn@gmail.com) – giảng viên khoa Điện – Bộ môn Thiết bị điện Sự phản hồi quý độc giả nguồn khích lệ lớn cho chúng tơi Tác giả: Trần Ngọc Thạnh MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái quát nguồn lượng tự nhiên lượng điện 1.2 Mạng lưới điện .3 1.3 Hộ tiêu thụ 15 1.4 Một số ký hiệu sơ đồ cung cấp điện 16 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN 17 2.1 Đặt vấn đề 17 2.2 Đồ thị phụ tải 18 2.3 Các đại lượng 21 2.4 Các hệ số tính tốn .23 2.5 Xác định công suất tính tốn phụ tải điện .24 CHƯƠNG 3: TRẠM BIẾN ÁP .34 3.1 Khái quát trạm biến áp .34 3.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp 40 3.3 Xác định vị trí đặt trạm biến áp cho hộ tiêu thụ .45 3.4 Xác định số lượng, công suất máy biến áp đặt cho hộ tiêu thụ .46 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 49 4.1 Sơ đồ thay lưới điện 49 4.2 Tính tổn thất điện áp mạng điện phân phối mạch hở 52 4.3 Tính tổn công suất mạng điện phân phối mạch hở 55 4.4 Tính tổn thất điện mạng điện phân phối mạch hở .57 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 62 5.1 Ngắn mạch hệ thống điện 62 5.2 Tính toán ngắn mạch trung áp 68 5.3 Tính tốn ngắn mạch hạ áp 69 CHƯƠNG 6: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN.71 6.1 Điều kiện chung để chọn, kiểm tra thiết bị điện 71 6.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ 72 6.3 Lựa chọn dây dẫn cáp điện 77 CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG 92 7.1 Các yêu cầu thiết kế chiếu sáng công nghiệp 92 7.2 Đặc điểm số loại đèn chiếu sáng 92 7.3 Các hình thức chiếu sáng 94 7.4 Các đại lượng đơn vị đo ánh sáng 95 7.5 Thiết kế chiếu sáng dân dụng .96 7.6 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp 97 CHƯƠNG 8: NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT .100 8.1 Hệ số công suất (cos) ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất 100 8.2 Các giải pháp bù cos tự nhiên 101 8.3 Thiết bị bù cos 102 8.4 Nguyên lý mắc thiết bị bù 103 8.5 Bù 103 8.6 Bù ứng động .104 CHƯƠNG 9: CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT 108 9.1 Sự hình thành sét tác hại sét 108 9.2 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 109 9.3 Bảo vệ chống sét đường dây tải điện 114 9.4 Nối đất 117 Phụ lục 127 PL1: Các dạng dây không chôn đất: tiết diện nhỏ theo mã chữ cái, vật liệu dây, dạng cách điện dòng điện I/z: .127 PL2: Dây chôn ngầm tiết diện nhỏ theo dạng dây, cách điện I/z: 128 PL3: Thông số kỹ thuật điện dây đồng trần xoắn Cty CADIVI .129 PL4: Thông số kỹ thuật điện dây đồng trần xoắn Cty CADIVI .130 PL5: Dây điện hạ áp lõi đồng nhôm cách điện PVC Cty CADIVI (dây cứng sợi) 130 PL6: Thông số kỹ thuật điện dây nhôm trần xoắn cty CADIVI .131 PL7: Dây điện hạ áp lõi đồng nhiều sợi cty CADIVI 132 PL8: Cáp hạ áp ba lõi loại dẹt cách điện PVC: 133 PL9: Cáp hạ áp lõi đồng cách điện PVC loại nửa mềm đặt cố định cty CADIVI, kí hiệu CVV .134 PL10: Cáp hạ áp lõi nhôm cách điện PVC, loại nửa mềm đặt cố định cty CADIVI, kí hiệu AVV .135 PL11: Cáp hạ áp hai lõi nhôm cách điện PVC, loại nửa mềm đặt cố định CADIVI chế tạo, ký hiệu AVV 136 PL12: Cáp hạ áp lõi nhôm, cách điện PVC, loại nửa mềm, đặt cố định cty CADIVI, ký hiệu AVV 137 PL13: Cáp hạ áp lõi nhôm, cách điện PVC, loại nửa mềm, đặt cố định cty CADIVI chế tạo, ký hiệu AVV 138 PL14: Cáp hạ áp lõi đồng, cách điện PVC, loại mềm cty CADIVI 139 PL15: Giải tập thiết kế chiếu sáng dân dụng 139 PL16: Giải tập thiết kế chiếu sáng công nghiệp 141 PL17: Giải tập xác định chiều cao cột thu lôi 143 PL18: Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 144 PL19: Giải tập thiết kế nối đất cho trạm biến áp hạ áp 1000 - 22/0,4kV .145 TÀI LIỆU THAM KHẢO .147 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: CUNG CẤP ĐIỆN Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học phải học sau hồn thành mơn học: An tồn lao động, Mạch điện, Vẽ kỹ thuật điện, Đo lường điện - Tính chất: Là mơn học chun ngành điện giúp cho người học nhận biết kiến thức hệ thống cung cấp điện - Ý nghĩa vai trò mơn học: Mơn học Cung cấp điện có ý nghĩa vai trị quan trọng cơng nhân hay cán kỹ thuật ngành điện Môn học trang bị kiến thức tính tốn thiết kế cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện Học tốt mơn học người học tự giải vấn đề thực tiễn gắn với công nhân cán kỹ thuật ngành điện, tính tốn lựa chọn, kiểm tra thiết bị đảm bảo hợp lý để lắp đặt, thay cho mạng điện Nếu nắm bắt tốt nội dung kiến thức môn học người học hoàn toàn tự tin tiếp cận với thực tiễn Mục tiêu môn học: - Kiến thức: + Hiểu kiến thức hệ thống cung cấp điện; + Tính tốn cơng suất phụ tải điện, thành phần tổn thất mạng điện lựa chọn dây dẫn, thiết bị điện phù hợp với điều kiện làm việc, đảm bảo qui định kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc gia; - Kỹ năng: + Chọn phương án cung cấp điện phù hợp cho hộ tiêu thụ theo Tiêu chuẩn Việt Nam; + Tính tốn phụ tải điện, tổn thất mạng điện lựa chọn dây dẫn, thiết bị lưới điện cung cấp - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Vận dụng linh hoạt, phù hợp kiến thức, phương pháp, cơng thức để tính toán, chọn lựa, kiểm tra phần tử hệ thống cung cấp điện thực tế; + Rèn luyện tính cẩn thận, tự học tự nghiên cứu có tư sáng tạo Nội dung môn học: Nội dung tổng quát phân bố thời gian chương trình Số TT Tên chương, mục Chương 1: Khái quát hệ thống cung cấp điện Chương 2: Tính tốn phụ tải điện Chương 3: Trạm biến áp Chương 4: Tính tốn tổn thất mạng điện Chương 5: Tính tốn ngắn mạch hệ thống điện Chương 6: Lựa chọn thiết bị cung cấp điện Chương 7: Tính tốn chiếu sáng Chương 8: Nâng cao hệ số công suất Chương 9: Chống sét nối đất Cộng TS 06 13 08 13 08 13 13 08 08 90 Thời gian (giờ) LT TH KT 06 03 10 03 05 03 09 01 03 08 03 10 03 09 01 03 05 03 05 30 58 02 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Mã chương: MH12-01 Thời gian: 06 (LT: 02; TH: 0; Tự học: 04) Giới thiệu: Nội dung chương cung cấp cho người học kiến thức hệ thống điện như: đặc điểm lượng điện; phân loại mạng lưới điện; loại nhà máy điện phân loại hộ tiêu thụ Mục tiêu: - Biết loại nguồn lượng tự nhiên, nguồn lượng điện; - Phân tích đặc điểm loại mạng lưới điện, hộ tiêu thụ điện; - Xác định loại mạng lưới điện, hộ tiêu thụ điện đọc ký hiệu vẽ cung cấp điện; - Rèn luyện ý thức học tập nghiêm túc, ý thức tự học, tự nghiên cứu Nội dung: 1.1 Khái quát nguồn lượng tự nhiên lượng điện 1.1.1 Năng lượng tự nhiên Các nguồn lượng thiên nhiên như: than đá, dầu khí, nguồn nước dịng sơng biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô phong phú mặt trời lịng đất, luồng khí chuyển động, gió v.v nguồn lượng tốt quí giá người Tuy nguồn lượng tự nhiên dồi nguồn lượng không khống chế 1.1.2 Năng lượng điện Năng lượng điện (điện năng) dạng lượng phổ biến, sản lượng năm giới ngày tăng chiếm hàng 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 xa, hiệu suất lại cao là nguồn lượng khống chế Trong trình sản xuất phân phối, điện có số đặc điểm sau: Khác với hầu hết loại sản phẩm, điện sản xuất nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ người ta dùng pin ắc quy làm phận tích trữ) Tại thời điểm, ta phải đảm bảo cân điện sản xuất 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 năng, thể giá trị điện áp tần số Các trình điện xảy nhanh, ví dụ sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn, xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km/s, q trình sóng sét lan truyền, q trình q độ, ngắn mạch xảy nhanh (trong vòng nhỏ 1/10 giây) Đặc điểm đòi hỏi phải sử dụng thiết bị tự động vận hành Bao gồm khâu bảo vệ, điều chỉnh điều khiển, tác động trạng thái bình thường cố, nhằm đảm bảo hệ thống điện làm việc tin cậy kinh tế Cơng nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, dân 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 xây dựng định hợp lý mức độ điện khí hóa ngành kinh tế vùng lãnh thổ khác nhau; mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải phân phối, nhằm đáp ứng phát triển cân đối, tránh thiệt hại kinh tế quốc dân phải hạn chế nhu cầu hộ dùng điện Điện sản xuất chủ yếu dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ Canada) hay 50Hz (tại Việt Nam nước khác) 1.2 Mạng lưới điện 1.2.1 Khái quát hệ thống điện Hệ thống điện gồm có: nguồn điện, truyền tải điện tiêu thụ điện - Nguồn điện nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử v.v…) trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.v…) - Tiêu thụ điện bao gồm tất đối tượng sử dụng điện lĩnh vực kinh tế đời sống: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt Để truyền tải điện từ nguồn phát đến hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện - Lưới điện bao gồm đường dây tải điện trạm biến áp Lưới điện Việt Nam có cấp điện áp: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV; 110kV; 220kV 500kV Tuy nhiên số chuyên gia cho rằng, tương lai lưới điện Việt Nam nên tồn năm cấp điện áp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV 500kV Hệ thống điện ngày mạng lưới liên kết phức tạp (hình 1.1) chia làm phần: Nhà máy điện Mạng truyền tải – truyền tải phụ Mạng phân phối Phụ tải điện Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện