Giáo trình cung cấp điện (nghề điện công nghiệp trung cấp)

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI NAM ĐỊNH TRƯỜNG TRUNG CẤP GIAO THƠNG VẬN TẢI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Lưu hành nội bộ) Ban hành kèm theo Quyết định số:136 /QĐ-TTCGTVT ngày 07 tháng 05 năm 2021 Hiệu trưởng trường Trung cấp GTVT Nam Định Nam định, Năm 2021 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 kết tập thể giáo viên trường Trung cấp GTVT Nam Định đóng góp ý kiến xậy dựng Trên sở chương trình khung đào tạo Tổng cục Dạy nghề, tài liệu tham khảo trường Cao đẳng nghề điện xây dựng Việt Xô ý kiến đóng góp doanh nghiệp, Nhà trường chỉnh sửa, biên soạn Giáo trình Cung cấp điện phục vụ cho dạy nghề Điện công nghiệp hệ Trung cấp nghề lưu hành nội Giáo trình thiết kế theo mơn học thuộc hệ thống mơ đun/ mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cấp trình độ Trung cấp nghề dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mơn học này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun khác nghề Môn học thiết kế gồm 4chương : Bài mở đầu: Khái quát hệ thống cung cấp điện Chương 1.Tính tốn phụ tải Chương 2.Tính tốn mạng tổn thất Chương 3.Lựa chọn thiết bị cung cấp điện Chương 4.Chiếu sáng cơng nghiệp Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong góp ý bạn đọc để giáo trình hồn thiện Nam Định, ngày 28 tháng 03 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên soạn: Nguyễn Thị Hạnh Thành viên tham gia: Đặng Hồng Dương MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Giới thiệu mô đun Bài mở đầu: Khái quát hệ thống cung cấp điện 1.Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện 6 2.Nhà máy điện 7 3.Mạng lưới điện 11 4.Hộ tiêu thụ 12 5.Hệ thống bảo vệ 13 10 6.Trung tâm điều độ hệ thống điện 14 11 7.Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện 12 8.Hệ thống điện Việt Nam 15 13 Chương 1.Tính tốn phụ tải 19 14 Xác định nhu cầu điện 19 15 2.Chọn phương án cung cấp điện 40 16 Chương 2.Tính tốn mạng tổn thất 49 17 1.Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện 49 18 2.Trạm biến áp 71 19 Chương 3.Lựa chọn thiết bị cung cấp điện 86 20 1.Lựa chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ 86 21 2.Chống sét 123 22 Chương 4.Chiếu sáng công nghiệp 17 167 23 Tính tốn chiếu sáng 167 24 2.Nâng cao hệ số công suất 182 25 Tài liệu tham khảo 192 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cung cấp điện Mã môn học: MH 18 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học cung cấp điện phải học sau hồn thành mơn học, mơ đun: An toàn 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 trị 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, 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 dây tải điện cơng trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam - Năng lực tự chủ chịu trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an tồn, tiết kiệm vệ sinh cơng nghiệp Nội dung môn học: BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Mã bài: MH18 - 00 Giới thiệu: Trong năm trở lại đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng 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 xã hội, mơi trường, đối tượng cấp điện để tham gia tốt vận hành, thiết kế, lắp đặt cơng trình 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 đúng yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện - Rèn luyện tính cẩn thận, xác nghiêm túc học tập thực công việc 1.Nguồn lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện Mục tiêu - Trình bày đặc điểm nguồn lượng tự nhiên, đặc điểm lượng điện Ngày nay, người ta tạo ngày nhiều cải vật chất cho xã hội Trong số cải vật chất có nhiều dạng lượng tạo Năng lượng bắp người vật nguồn nặng lượng có từ xa xưa xã 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 xung 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 lịng đất, luồng khí chuyển động, gió v.v nguồn lượng tốt quí giá người Năng lượng điện (điện năng) 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 xa, hiệu suất lại cao Trong trình sản xuất phân phối, điện có số đặc điểm sau: a 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 thể giá trị điện áp tần số b 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/sec, 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, điều độ hệ thống cung cấp điện Bao gồm khâu 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 dân (khai thác mỏ, khí, 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 2.Nhà máy điện Mục tiêu - Trình bày nguyên tắc làm việc đặc điểm nhà máy điện a.Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Hình Nhà máy nhiệt điện 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 xuất điện nhiệt điện Về nguyên lý hoạt động giống nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, song 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 xây 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 đây, trình biến đổi lượng là: Thủy → Cơ → Điện Hình 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 xác 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: - Xây dựng gần nguồn nước nên thường xa phụ tải - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc cơng trình đập chắn, hồ chứa - Thời gian xây dựng kéo dài - Chi phí sản xuất điện thấp - Thời gian khởi động máy ngắn - 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 phân hủy hạt nhân biến thành từ biến thành điện Hình Nhà máy điện nguyên tử Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiệt thu cách đốt cháy nhiên liệu hữu mà thu trình phá vỡ liên kết hạt nhân 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 xạ đáp ứng yêu cầu nhà máy + Một nhà máy có cơng suất 100MW, ngày thường tiêu thụ khơng nhiều 1kg chất phóng xạ + 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 xây dựng trung tâm phụ t - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn thời gian xây dựng kéo dài - Chi phí sản xuất 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 10 Xác định khoảng cách hai đèn 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 dây dây nhà xưởng bố trí dây Loại đèn nơi sử dụng Max Max Tốt Tốt cho cho nhất phép phép Chiếu sáng nhà xưởng 3,2 1,9 2,5 1,3H dùng chao mờ sắt 2,3 tráng men Chiếu sáng nhà xưởng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H dùng chao vạn Chiếu sáng quan, văn 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H phòng Căn vào bố trí đèn mặt bằng, mặt cắt, xác định hệ số phản xạ tường, trần tường, trần, (%) Xác định số phịng (có kích thước a x b) = axb H(a + b) (4-3) Từ tường, trần,  tra bảng tìm hệ số sử dụng ksd Xác định quang thông đèn F= kESZ (lumen) n.k sd (4-4) Trong đó: k: hệ số dự trữ, tra bảng 4.2 E: độ rọi (lx) theo yêu cầu nhà xưởng S: diện tích nhà xưởng (m2) Z: hệ số tính tốn Z = 0,8  1,4 n: số bóng đèn xác định xác sau bố trí đèn mặt 178 Bảng 4-2 Hệ số dự trữ Số lần lau bóng tháng Tính chất mơi trường Nhiều bụi khói, tro, mồ hóng Mức bụi khói, tro, mồ hóng trung bình Ít bụi khói, tro, mồ hóng Hệ số dự trữ (k) Đèn Đèn sợi tuýp đốt 1,7 1,8 1,5 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 phân xưởng khí có diện tích S = 20 x 50 = 1000m2 GIẢI: Xác định số lượng, công suất đèn: Nội dung phần biến áp gồm hạng mục từ đến trình tự tính tốn nêu Vì xưởng sản xuất, dự định dùng đèn sợi đốt, cos = Chọn độ rọi cho chiếu sáng chung E = 30 lx Căn vào trần nhà cao 4,5m, mặt công tác h2 = 0,8m, độ cao treo đèn cách trần h1 = 0,7m Vậy: H = h - h1 – h2 = 4,5 – 0,7 – 0,8 = m Tra bảng đèn sợi đốt, bóng vạn có L/H = 1,8 xác định khoảng cách đèn L = 1,8 x H = 1,8 x = 5.4 m Căn vào bề rộng phòng (20m) chọn L = m Đèn bố trí làm dãy cách 5m, cách tường 2,4m, tổng cộng 36 bóng, dãy bóng Xác định số phòng: = a.b 20 50 = 5 H(a + b) 3.(20 + 50) 179 Lấy hệ số phản xạ 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 thông đèn là: F= kESZ 1,3.30.100 0.1,1 = = 2483 (lumen) n.k sd 36.0,48 Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528 lumen Ngoài chiếu sáng nhà xưởng, cịn đặt thêm bóng 100W cho phịng thay quần áo phịng WC Tổng cơng suất chiếu sáng toàn xưởng 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 phân phối phân xưởng Tủ gồm áptômát ba pha 10 áptômát nhánh pha, áptômát cấp điện cho bóng đèn Sơ đồ cấp điện mặt sơ đồ nguyên lý hình 4.4 4.5 - Chọn áptômát đặt tủ phân phối áptômát đặt tủ chiếu sáng I tt = Ptt 3.U dm cos = 7,6 3.0,38 = 11,56 (A) - Chọn dùng áptômát pha 50A Clipsal chế tạo có thơng số ghi bảng: Uđm Iđm Số Icđm Tên áptômát Mã số (V) (A) cực (kA) Áptômát tổng Áptômát nhánh G4CB3050C 400 50 đặt tủ phân phối - Chọn cáp từ tủ phân 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: Tên áptômát Áptômát nhánh Mã số I tt = Uđm (V) G4CB2010C 400 Iđm (A) 10 x20 = 3,64(A) 220 x1 Icđm (kA) Số cực Số lượng 10 - Chọn dây dẫn từ áptômát nhánh đến cụm đèn: Với Itt = 3,64A chọn dây đồng bọc nhựa, tiết diện 2,5mm2 có Icp = 27A → M (2 x 2.5) 180 Kiểm tra dây dẫn kết hợp áptômát bảo vệ: + Với dây PVC(3 x + 1,4): 45(A)  1,25 50 = 41,6(A) 1,5 27 (A)  1,25 10 = 8,33(A) 1,5 + Với dây M (2 x 2.5): Tủ PP 50A ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 PVC (3X6+1.4) Tủ CS TO-50EC-50A 10xQCE-10A Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý mạng chiếu sáng xưởng khí 181 Nâng cao hệ số công suất Mục tiêu: - Chọn giải pháp nâng cao hệ số cơng suất phù hợp tình hình thực tế, theo tiêu chuẩn Việt Nam - Tính chọn tụ bù thích hợp để nâng 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 cơng 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 công 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 gây tổn thất lớn lưới điện b Ý nghĩa việc nâng cao hệ số cơng suất Các xí nghiệp cơng nghiệp sử dụng nhiều động không đồng ba pha, thường xuyên non tải không tải, tiêu thụ lượng Q lớn, cos thấp Ví dụ xí nghiệp khí thường có cos = 0,5  0,6 Lượng Q mà xí nghiệp cơng nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%  70% tổng công suất Q phát từ nhà máy điện 182 Nếu xí nghiệp công nghiệp, giải pháp kỹ thuật nâng cao cos, nghĩa làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải lưới điện từ nhà máy điện đến xí nghiệp, dẫn tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện Cụ thể là: + Làm giảm tổn thất điện áp lưới điện: Giả thiết cơng suất tác dụng khơng đổi, cos xí nghiệp tăng từ cos1 lên cos2, nghĩa lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q xuống 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: P + Q22 P + Q12 R. = A2 R A1 = R.  U2 U2 Ta thấy S A giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q + Làm tăng khả tải đường dây máy biến áp: Q1 (Q1 - Q2) = QB S1 S2 Q2 Q2 1 2 P1 P2 Hình 4-8 Trị số Q tương ứng với trị số góc  Từ hình MĐ 19-05-08 nhận thấy S2  S1, nghĩa đường dây máy biến áp cần tải công suất S2 sau giảm lượng Q truyền tải Nếu đường dây máy biến áp chọn để tải S1 với Q2 tải lượng P lớn (xem hình 4.8) Điều 183 cho thấy, làm giảm Q làm tăng khả tải công suất P từ P lên P2 đường dây máy biến áp 2.2 Các giải pháp bù cos tự nhiên Bù cos tự nhiên thuật ngữ giải pháp không cần đặt thiết bị bù mà làm tăng trị số cos Đó giải pháp đơn giản, rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q xí nghiệp Các giải pháp bù cos tự nhiên thường dùng là: a Thay động thường xuyên 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 xí nghiệp cơng nghiệp lớn có ngàn động loại, động thường xun non tải thay động có cơng suất nhỏ (làm cho hệ số tải tăng lên) làm cho cos động tăng lên dần đến cos tồn xí 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, xem 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 xí nghiệp lớn thường xuyên có trăm động thay sửa chữa, xí nghiệp phải xây dựng phân xưởng sửa chữa khí, chủ yếu làm nhiệm vụ sửa chữa động Nếu chất lượng sửa chữa đảm bảo góp phần khơng nhỏ vào việc giảm mức tiêu thụ Q động sau sửa chữa góp phần làm tăng cos xí nghiệp Vì 184 thế, tăng cường chất lượng sửa chữa động cần xí nghiệp cơng nghiệp lưu ý đúng mức Tóm lại, giải pháp tổng hợp đồng kể trên, chắc chắn giúp cho cos xí nghiệp nâng cao trước sử dụng thiết bị bù, điều đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho xí nghiệp Ví dụ: xí 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 nhân tạo nêu nâng 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 xí nghiệp bớt khoản tiền mua, lắp đặt, quản lý, bảo dưỡng 4,020 (kVAr) tự bù 2.3 Các thiết bị bù cos Bù cos xí nghiệp thuật ngữ ngành điện, thực chất xí nghiệp tự đặt thiết bị phát Q để tự túc phần toàn nhu cầu tiêu thụ Q xí nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải lưới điện cung cấp cho xí 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 Đắt 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 Q b 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 xí nghiệp lớn cos quy định 0,85 khơng cần có trị số thật xác Thường bù cos lên trị số từ 0,9 đến 0,95 185 Tóm lại, lưới điện xí nghiệp cơng nghiệp, dịch vụ dân 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 xí nghiệp để nâng hệ số cơng suất xí 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 xí nghiệp (kW) b Phân phối tối ưu cơng suất bù (Hình 4-9) giới thiệu vị trí đặt tụ bù cos lưới điện xí nghiệp TPP TĐL TĐL Đ TĐL Đ Đ Đ Đ Hình 4-9 vị trí đặt tụ bù lưới điện xí nghiệp 186 Đ Đặt tụ bù phía cao áp xí 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 xí nghiệp Đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp xí 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 xí nghiệp Đặt tụ bù tủ động lực Đặt tụ bù vị trí làm giảm tổn thất điện đường dây từ tủ phân phối tới tủ động lực trạm biến áp xí 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 “Phân phối tối ưu thiết bị bù lưới điện xí nghiệp” Giải xác tốn khó khăn phức tạp Trong thực tế, để bù cos cho xí nghiệp, người ta tiến hành bù sau: Với xưởng sản xuất xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù hạ áp trạm biến áp xí nghiệp Với xí nghiệp loại vừa có trạm biến áp số phân xưởng với công suất lớn xa trạm biến áp, để giảm tổn thất điện đường dây từ trạm biến áp đến phân xưởng đặt phân tán tụ bù tủ phân phối phân xưởng cực động có cơng suất lớn (năm bảy chục kW) Với xí nghiệp qui mơ lớn bao gồm hàng chục phân xưởng, thường lưới điện phức tạp bao gồm trạm phân phối trung tâm nhiều trạm biến áp phân xưởng, để xác định vị trí cơng suất bù thường tính theo hai bước: • Bước 1: xác định cơng suất bù đặt hạ áp tất trạm biến áp phân xưởng • Bước 2: phân phối cơng suất bù trạm (đã xác định từ bước 1) cho phân xưởng mà trạm biến áp cấp điện Cũng xét 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 xác định theo biểu thức: 187 Q bi = Q i - (Q  − Q b  ) Trong đó: Qi Q Rtd Ri (4-6) công suất phản kháng yêu cầu nút i tổng công suất phản kháng yêu cầu n Q b trường hợp Ri R td Q =  Qi tổng công suất bù, xác định theo (4.5) theo bước 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 xuất giá trị âm có nghĩa khơng nên đặt tụ bù, Qb = 0, ta bỏ ẩn giải lại tốn (n – 1) ẩn, tập nghiệm dương + Ví dụ Xí nghiệp khí gồm biến áp phân xưởng có mặt số liệu phụ tải cho hình MĐ 19-05-10 Yêu cầu đặt tụ bù bên cạnh tủ phân phối biến áp phân xưởng để nâng 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) BIế Hình 4-10 Mặt cấp điện cho xí nghiệp 188 Giải: Tổng cơng suất tính tốn xí 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 phân xưởng để nâng cos xí nghiệp lên 0,95 là: Qb = P(tg1 - tg2) = 180(1,33 – 0,33) = 180 (kVAr) Các đường cáp từ TBA phân xưởng dùng cáp CADIVI chế tạo có số liệu cho bảng sau: r0 Đường dây 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 R3 Rtđ Q3 - Qb3 Q - Qb Hình 4-11 Sơ đồ thay sơ đồ tương đương lưới điện hạ áp dùng xác định Qbi 189 Điện điện trở tương đương lưới điện hạ áp xí 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 phân xưởng 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 Iđm Nơi đặt Loại tụ SL Uđm (V) Số pha (kVAr) (A) PX1 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX2 DLE- 4D40 K5S 40 440 52,4 PX3 DLE- 4D75 K5S 75 440 98,4 190 CÂU HỎI ÔN TẬP Phân tích yêu cầu chiếu sáng nhân tạo? Trình bầy nội dung tính chọn cơng suất chiếu sáng, dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc? Trình bầy giải pháp nâng 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 nâng cao hệ số công suất? 191 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 đô 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 192