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

SỞ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐỒNG THÁP TRƯỜNG TRUNG CẤP THÁP MƯỜI  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 Bài giảng biên soạn theo đề cương môn học Vật liệu điện cung cấp kiến thức cung cấp điện như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp, chọn thiết bị, biện pháp bảo vệ cho lưới… cho sinh viên ngành điện Bài giảng Bài mở đầu bốn chương trình bày vấn đề:  Khái quát hệ thống cung cấp điện trình bày Bài mở đầu  Chương trình bày phương pháp tính tốn phụ tải điện tổn thất mạng điện  Tính tốn lựa chọn thiết bị điện, chống sét trình bày chương  Chương đề cập vấn đề hệ thống chiếu sáng công nghiệp việc nâng cao hệ số công suất Để dễ dàng tiếp cận vấn đề giảng: chương cần đọc từ đến 10 Bài giảng biên soạn nhằm phục vụ cho học sinh hệ trung cấp, sơ cấp đồng thời phục vụ cho người quan tâm đến kiến thức cung cấp điện MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC Bài mở đầu KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 0.1 Năng lượng tự nhiên đặc điểm lượng điện: 0.2 Nhà máy điện: 0.3 Mạng lưới điện: 0.4 Hộ tiêu thụ: .13 0.5 Hệ thống bảo vệ: .14 0.6 Trung tâm điều độ hệ thống điện: 14 0.7 Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống điện: .15 0.8 Hệ thống điện Việt Nam: 16 Chương TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN 19 1.1 Khái niệm chung: .19 1.2 Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn: .21 1.3 Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp: 22 1.4 Xác định phụ tải điện khu vực đô thị: 24 Chương TÍNH TỐN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN 27 2.1 Tính tốn tổn thất điện áp, cơng suất, điện năng: .27 2.2 Trạm biến áp: 37 Chương LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN 43 3.1 Khái quát: 43 3.2 Lựa chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ: 44 3.3 Chống sét: 47 3.4 Nối đất: .48 Chương CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP 57 4.1 Tính tốn chiếu sáng: 57 4.2 Nâng cao hệ số công suất: .60 MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN Mã mơn học: MH 12 Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí giảng dạy sau người học học xong môđun Vẽ điện, Ứng dụng Autocad vẽ kỹ thuật, môn học Mạch điện mô đun thực tập Nguội, thực tập Hàn - Tính chất: Là mơn học sở làm tảng kiến thức cho học sinh học môn chuyên ngành lắp đặt hệ thống cung cấp điện Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày phương án cung cấp điện phù hợp cho đường dây, để cung cấp điện cho phân xưởng phù hợp yêu cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam + Phân tích loại phụ tải điện để lựa chọn phương án cung cấp điện hợp lý + Trình bày loại tổn thất điện áp, công suất, điện biện pháp khắc phục + Nhận dạng loại trạm biến áp + Trình bày ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất lựa chọn phương án bù nâng cao hệ số công suất phù hợp - Về kỹ năng: + Tính tốn, lựa chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo yêu cầu kỹ thuật + Lựa chọn phương án 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: + Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, xác, tư khoa học sáng tạo + Chủ động tích cực thực nhiệm vụ trình học Nội dung môn học: Số TT Tên chương, mục Bài mở đầu: Khái quát hệ thống cung cấp điện Chương 1: Tính tốn phụ tải Chương 2: Tính toán tổn thất Thời gian (giờ) Tổng Lý Bài Kiểm số thuyết tập tra 4 12 13 4 8 mạng điện Chương 3: Lựa chọn thiết bị cung cấp điện Chương 4: Chiếu sáng cơng nghiệp Ơn tập 15 15 1 Cộng: 60 30 27 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Bài mở đầu: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP 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 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 0.1 NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG ĐIỆN Điện sản xuất từ nhiên liệu sơ cấp than đá, dầu khí, thủy năng, lượng mặt trời, địa nhiệt,… Điện dễ chuyển thành dạng lượng khác nhiệt, hóa, năng, dễ dàng truyền tải xa với công suất cao hiệu suất lớn Trong q trình sản xuất tiêu thụ điện có số đặc tính:  Điện sản xuất thường khơng tích trữ được, phải có cân sản xuất tiêu thụ điện  Các trình điện xảy nhanh nguy hiểm có cố xảy ra, thiết bị điện có tính tự động địi hỏi độ an tồn tin cậy cao Hình 0.1 Hệ thống điện Những yêu cầu nội dung chủ yếu thiết kế hệ thống cung cấp điện: Muc tiêu thiết kế cung cấp điện đảm bảo cho hộ tiêu thụ đủ điện với chất lượng phạm vi cho phép Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) xem hợp lý thỏa mãn nhu cầu sau:  Vốn đầu tư nhỏ, ý tiết kiệm ngoại tệ vật tư  Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ  Chi phí vận hành hàng năm thấp  Đảm bảo an toàn cho người thiết bị  Thuận tiện cho vận hành sửa chữa…  Đảm bảo chất lượng điện  Ngồi ra, cịn phải ý đến điều kiện khác như: môi trường, phát triển phụ tải, thời gian xây dựng… Một số bước để thực phương án thiết kế cung cấp điện:  Xác định phụ tải tính tốn để đánh giá nhu cầu chọn phương thức cung cấp điện  Xác định phương án nguồn điện  Xác định cấu trúc mạng  Chọn thiết bị  Tính tốn chống sét, nối đất chống sét nối đất an toàn cho người thiệt bị  Tính tốn chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật  Tiếp theo thiết kế kỹ thuật bước thiết kế thi công vẽ lắp đặt, nguyên vật liệu cần thiết… Cuối công tác kiểm tra điều chỉnh thử nghiệm trang thiết bị, đưa vào vận hành bàn giao 0.2 NHÀ MÁY ĐIỆN Là nhà máy sản xuất điện quy mơ cơng nghiệp Bộ phận yếu hầu hết nhà máy điện máy phát điện Đó thiết bị biến đổi thành điện thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ Tuy nhiên nguồn lượng để chạy máy phát điện lại khơng giống Nó phụ thuộc phần lớn vào loại chất đốt công nghệ mà nhà máy tiếp cận Nhà máy nhiệt điện phân loại dựa hai tiêu chí: loại nhiên liệu sử dụng phương pháp tạo động quay Dựa vào loại nhiên liệu phương pháp tạo động quay mà người ta chế tạo loại nhà máy điện khác + Nhà máy nhiệt điện sử dụng lượng hóa thạch (khí đồng hành, dầu diesel ) dùng tuabin khí (khi dùng khí đồng hành) (khi dùng dầu) + Nhà máy thủy điện sử dụng lượng nguồn nước làm quay trục turbin để phát điện Nhà máy thủy điện có đặc điểm sau:  Phải có địa hình phù hợp lượng mưa dồi  Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dựng kéo dài  Vận hành linh hoạt: thời gian khởi động mang tải chỉ từ đến phút Trong nhiệt điện, để khởi động tổ máy phải từ -  Ít xảy cố  Tự động hố dễ thực  Khơng cần tác nhân bảo quản nhiên liệu  Hiệu suất cao 85 - 90%  Giá thành điện thấp  Thống mát, kết hợp với hệ thống thuỷ lợi giao thông đường thuỷ nuôi trồng thuỷ hải sản + Nhà máy điện nguyên tử: Năng lượng nguyên tử sử dụng qua nhiệt phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử chất phóng xạ Hình 0.2 Nhà máy điện hạt nhân + Nhà máy lượng tái tạo lấy nhiệt cách đốt bã mía, rác thải, khí biogas + Nhà máy điện lấy nhiệt dư thừa từ khu công nghiệp (nhà máy thép), sức nóng người động vật, lị sưởi Tuy nhiên nhà máy có cơng suất thấp Ngồi cịn có nguồn lượng tự nhiên khác Điện mặt trời, điện gió Hình 0.3 Năng lượng điện mặt trời điện gió 0.3 MẠNG LƯỚI ĐIỆN 0.3.1 Khái niệm: Hệ thống điện gồm khâu: sản xuất, truyền tải tiêu thụ điện Nguồn điện nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) trạm phát điện (diesel, mặt trời, gió…) Tiêu thụ điện gồm tất đối tượng sử dụng điện công, nông nghiệp đời sống… Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền tải trạm biến áp Lưới điện Việt nam có cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 500kV Tương lai chỉ cấp: 0,4; 22; 110; 220 500kV 0.3.2 Phân loại: Có nhiều cách phân loại lưới điện:  Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) hạ áp (0,4kV)  Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) lưới phân phối (35, 22, 10, 0,4kV)  Ngồi ra, chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp… 0.3.3 Các loại lưới cung cấp điện: a) Lưới điện đô thị: Thường sử dụng cấp điện áp trung áp 22 10kV Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúc mạch vịng kín vận hành hở Để đảm bảo an toàn mỹ quan đô thị, thường sử dụng cáp ngầm cho mạng trung hạ áp Thường dùng trạm biến áp kiểu xây Tuy nhiên chi phí đầu tư vận hành cao nhiều Để thuận lợi cho phân phối ảnh hưởng đến giao thông trạm biến áp thường chỉ cung cấp điện cho bên đường đặt góc hay đoạn đường Hình 0.4 Trạm biến áp đặt góc phố b) Lưới điện nông thôn: Ở nông thôn, huyện thường cấp điện từ hay trạm biến áp trung gian, thường sử dụng cấp 10 35kV Lưới phân phối có cấu trúc dạng Tất tuyến dây đường dây không Các trạm biến áp thường dùng kiểu cột Để dễ quản lý vận hành trạm biến áp phân phối thường đặt thơn (làng) c) Lưới điện xí nghiệp: Các xí nghiệp cơng nghiệp hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn, điện cung cấp cho xí nghiệp lấy từ trạm biến áp trung gian đường dây trung áp Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp phân thành phần: bên bên  Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài: phần cung cấp điện từ hệ thống đến trạm biến áp hay trạm phân phối trung tâm xí nghiệp Bên số dạng sơ đồ Trong : Uđ điện áp đo vỏ thiết bị Iđ dòng chạm vỏ vào đất Điện trở suất đất (ρ) đơn vị Ωm Điện trở suất đất phụ thuộc vào yếu tố sau : - Thành phần đất : Thành phần khác nên điện trở suất khác nhau, trị số gần điện trở suất sau : Cát 7.104 Đất 3.104 Đất sét, sét lẫn sỏi 1.104 Đất đen, đất vườn 0,5.104 Đất bùn 0,2.104 - Độ ẩm : Ở trạng thái hồn tồn khơ xem điện trở suất vô Khi tỷ lệ độ ẩm từ 15% trở lên ảnh hưởng đến điện trở suất không đáng kể Tuy nhiên lúc độ ẩm lớn 70-80% điện trở suất đất tăng lên Độ ẩm tăng ρ giảm - Nhiệt độ : Khi nhiệt độ hạ xuống thấp làm cho đất đơng kết lại ρ tăng lên nhanh + Nhiệt độ < 100oC ρ giảm + Nhiệt độ > 100oC ρ giảm - Độ nén đất : Đất nén chặt ρ giảm Điện trở suất đất khơng phải trị số định mà thay đổi theo mùa ảnh hưởng độ ẩm nhiệt độ đất Vì tính tốn nối đất người ta dùng điện trở suất tính tốn đất ρtt = Km ρ Trong : ρ trị số điện trở suất đo trực tiếp Km hệ số mùa HÌNH THỨC NỐI ĐẤT K1 K2 K3 Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,5m 6,5 4,5 Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,8m 1,6 Cọc thép, ống thép, thép góc đóng sâu cách mặt đất 0,5-0,8m 1,5 1,4 b) Tính toán hệ thống nối đất : Tác dụng nối đất để tản dòng điện cố vào đất để giữ mức điện thấp phần tử thiết bị điện nối đất Các loại cố thường xảy như: rò điện cách điện, xảy loại ngắn mạch, chạm đất pha, dòng điện sét Cách thực nối đất: Trước hết phải phân biệt nối đất tự nhiên, nối đất nhân tạo - Nối đất tự nhiên sử dụng ống dẫn nước, cọc sắt, sàn sắt có sẵn đất Hay sử dụng kết cấu nhà cửa, cơng trình có nối đất, vỏ cáp đất…làm điện cực nối đất Điện trở nối đất vật nối đất tự nhiên xác định cách đo chổ hay lấy theo sách tham khảo 49 - Nối đất nhân tạo thường sử dụng cọc thép tròn, thép góc, thép ống, thép dẹt… dài từ 2-5m chơn sâu xuống đất cho đầu chúng cách mặt đất từ 0,5-0,8m Khi thực nối đất mà có sử dụng nối đất tự nhiên trị số nối đất tự nhiên R tn lớn trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn Rđ trị số điện trở nối đất nhân tạo là: Mặt khác điện trở nối đất nhân tạo gồm hệ thống điện cực (cọc) chơn thẳng đứng có điện trở Rc nối ngang nối cọc có điện trở Rn Trong thực tế sử dụng nhiều loại vật nối đất có hình dáng cách lắp đặt khác Sau ta xét số trường hợp thường dùng + Vật nối đất thép tròn, thép ống chơn sát mặt đất điện trở nối đất cọc là: Hình 3.2 Trong đó: ρtt = ρ điện trở suất tính tốn đất d đường kính ngồi cọc nối đất, dùng thép góc d=0,95b (b chiều rộng thép góc) + Vật nối đất thép tròn, thép ống đống sâu xuống cho đầu cách mặt đất khoảng l Hình 3.3 Trong đó: t khoảng cách từ mặt đất đến điểm cọc + Vật nối đất thép dẹt, thép trịn chơn nằm ngang đất 50 Hình 3.4 Trong đó: b chiều rộng thép, dùng thép trịn b=2d d đường kính Một cần lưu ý xá định điện trở nối đất cần phải xét đến ảnh hưởng điện cực tản dịng điện vào đất Q trình tản dòng điện đất điện cực bị hạn chế q trình tản dịng điện cực từ điện cực lân cận, làm tăng chỉ số điện trở nối đất ảnh hưởng tính việc đưa vào cơng thức xác định điện trở nối đất hệ số gọi hệ số sử dụng Vì điện trở nối đất n cọc đóng thẳng đứng có xét đến hệ số sử dụng: Trong đó: R1c : trị số điện trở nối đất cọc µc : hệ số sử dụng cọc Hệ số phụ thuộc vào số cọc n tỷ số a/l Trong đó: a: khoảng cách cọc l: chiều dài cọc Tương tự điện trở nối đất ngang có tính đến hệ số sử dụng: Trong đó: Rn’: điện trở nối đất ngang chưa tính đến hệ số sử dụng µn : hệ số sử dụng ngang Hệ số phụ thuộc vào số cọc n tỷ số a/l Hai hệ số sử dụng µc µn thường cho sổ tay ln ln nhỏ * Các bước tính tốn nối đất: Trong điều kiện cho phép cần thực nối đất theo nối đất mạch vòng Tuy mạng có dịng chạm đất bé điều kiện lắp đặt mặt bị hạn chế cho phép nối đất tập trung Với mạng có dịng chạm đất lớn bắt buộc phải thực nối đất mạch vịng Ngồi phải thực cân để giảm điện áp tiếp xúc điện áp bước, mạng điện có dịng chạm đất lớn người ta thường đặt thêm nối ngang phía thiết bị có độ chơn sau từ 0,5-0,7m dạng mặt lưới (hình 3.5) 51 Hình 3.5 Sau số liệu cần thiết ban đầu mặt bằng, hình dạng, kích thước vật nối đất, điện trở nối đất tự nhiên, điện trở suất đất… Ta có bước tính tốn sau: Bước 1: Xác định điện trở nối đất yêu cầu Rđ Bước 2: Xác định điện trở nối đất nhân tạo Nếu có sử dụng điện trở nối đất tự nhiên với trị số Rtn điện trở nối đất nhân tạo cần thiết là: Bước 3: Xác định điện trở suất tính tốn đất: Ở cần ý cọc chơn thẳng đứng nối ngang có độ chơn sâu khác nên chúng có điện trở suất khác Cụ thể: + Với cọc: ρtt=Kmc.ρ + Với nối ngang: ρttn=Kmn.ρ Trong đó: Kmc: hệ số mùa cọc Kmn: hệ số mùa ngang Bước 4: Theo địa hình thực tế mà bố trí hệ thống nối đất mà từ xác định gần số lượng cọc ban đầu chiều dài tổng nối ngang (n bđ ln) Ở cần lưu ý khoảng cách cọc không bé chiều dài cọc (a/l≥1) Cũng theo điều kiện yêu cầu thực tế mà chọn cách lắp đặt, kích thước, hình dạng vật nối đất…Rồi từ xác định điện trở nối đất cọc (R 1c) theo công thức biết Bước 5: Xác định số lượng cọc cần dùng: Trong đó: µc : hệ số sử dụng cọc phụ thuộc vào số lượng cọc ban đầu (nbđ) tỷ số (a/l) Rnt: điện trở suất nhân tạo yêu cầu tính đến điện trở nối đất tự nhiên (nếu có) 52 Nếu khơng sử dụng nối đất tự nhiên Rnt trị số nối đất tiêu chuẩn yêu cầu: Rnt = Rđ Bước 6: Xác định điện trở nối đất ngang nối đất cọc theo cơng thức biết có tính đến hệ số sử dụng ngang: Trong đó: µn : hệ số sử dụng ngang phụ thuộc vào nbđ a/l ln: Tổng chiều dài ngang nối cọc ta coi ngang Bước 7: Xác định trị số điện trở nối đất yêu cầu cọc có xét đến điện trở nối đất ngang Bước 8: Xác định xác số cọc cần dùng: Trong đó: µc : hệ số sử dụng cọc biết số cọc sơ nsb Lưu ý: số cọc dùng nối đất khơng nhỏ Phương pháp tính tốn hệ thống nối đất phương pháp tính tốn dựa theo điện trở nối đất tiêu chuẩn Rđ với giả thiết đất có điện trở suất ρ khơng đổi nên có sai số định Ví dụ: Tính tốn hệ thống nối đất trạm biến áp 35/6 KV Lưới 35KV 6KV có trung tính cách điện với đất Phía 35 KV có dịng chạm đất pha I đ=8A, phía KV Iđ=25A tự dùng trạm cung cấp máy biến áp 6/0,4 KV có trung tính nối đất trực tiếp hạ áp Điện trở suất đất đo 86 Ωm Thiết bị trạm chiếm diện tích (18x8)m2 Biết không sử dụng điện trở nối đất tự nhiên, hệ số mùa cọc Kmc=2, ngang Kmn=3 Giải: Xác định điện trở nối đất tiêu chuẩn theo yêu cầu hệ thống nối đất: Giả sử dùng hệ thống nối đất chung cho thiết bị cao áp hạ áp - Điện trở nối đất cần thiết thiết bị cao áp 35 KV: Rd1 ≤ 250/Id = 250/8 = 31,4 Ω - Điện trở nối đất cần thiết thiết bị hạ áp KV: Rd2 ≤ 250/Id = 250/25 = 10 Ω - Điện trở nối đất dùng cho cao áp hạ áp: Rd3 ≤ 250/Id = 125/25 = Ω 53 Điện trở nối đất trung tính máy biến áp tự dùng 6/0,4 KV qui định 4Ω Như điện trở nối đất chung cho toàn trạm lấy theo trị số bé 4Ω Rđiện = 4Ω Xác định điện trở nối đất nhân tạo: Vì khơng sử dụng nối đất tự nhiên nên ta có điện trở nối đất nhân tạo trị số điện trở nối đất tiêu chuẩn: Rnt = Rđ = 4Ω Xác định điện trở suất tính tốn đất: Với cọc: ρttc = Kmc ρ = 86 = 172 Ωm Với ngang: ρttn = Kmn ρ =3 86 = 258 Ωm Dự định: Hình 3.6 Mặt hệ thống nối đất Diện tích đặt thiết bị (18x8)m2 Mạch vòng nối đất Hàng rào Hệ thống nối đất, trạm dùng cho cọc thép trịn đường kính 12 mm, dài 5m đóng cách 5m nối ngang nối cọc đặt độ sâu 0,7 m Dự kiến mạch vòng nối đất là: (20 + 10) = 60 m Như chiều dài nối ngang là: ln = 60m, tỉ số a/l = số lượng cọc ban đầu nbđ = 60/5 = 12 cọc Điện trở nối đất cọc nối thẳng đứng theo cách lắp đặt là: Xác định số lương cọc: 54 Xác định điện trở nối đất ngang: Xác định điện trở nối đất yêu cầu cọc sau xét tới điện trở nối đất ngang: Xác định số lượng cọc cần thiết µc = 0,52 tra bảng lấy theo n = 17 a/l = Kết ta lấy n = 16 cọc Như so với dự kiến ban đầu ta phải đóng thêm cọc 55 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Yêu cầu lựa chọn CD,CCT cầu chì nhánh đặt tủ động lực cấp điện cho nhóm máy cơng cụ có số liệu bảng sau: Động Pđm (kW) Cosφ Kmm Kt η Máy mài 12 0,8 0,8 0,9 Máy khoan 7,5 0,8 0,8 0,9 Máy tiện 0,8 0,8 0,9 Máy tiện 0,8 0,8 0,9 Quạt gió 1,7 0,8 0,8 0,9 Câu 2: Yêu cầu lựa chọn CD,CCT cầu chì nhánh hộp điện cấp điện cho máy bơm phụ tải chiếu sáng Pcs = 20 (kW), cosφ = 0,8 C1 PB = 14 kW, cosφ = 0,7 B Kmm = C2 Câu 3: Yêu cầu lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ Jkt cho đường dây cáp điện tới phụ tải số liệu cho hình A km 800 0,6(kVA) km 2 km 500 0,8 (kVA) Tmax1 = 5000h 200 Tmax2 = 4000h 0,8 (kVA) Tmax3 = 3000h 56 Chương CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP Mục tiêu: - Trình bày loại chiếu sáng - Trình bày yêu cầu chiếu sáng nhân tạo - Tính chọn cơng suất chiếu sáng, dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng yêu cầu kỹ thuật - Chọn giải pháp nâng cao hệ số công 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 - Rèn luyện tính cẩn thận, xác nghiêm túc học tập thực cơng việc 4.1 TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG: 4.1.1 Khái niệm: Chiếu sáng đóng vai trị quan trọng đời sống Có nhiều cách phân loại hình thức chiếu sáng:  Căn vào đối tượng cần chiếu sáng: chiếu sáng dân dụng chiếu sáng công nghiệp  Căn vào mục đích chiếu sáng: chiếu sáng chung, chiếu sáng cục chiếu sáng cố  Ngồi cịn phân thành chiếu sáng nhà, chiếu sáng ngồi trời, chiếu sáng trang trí, chiếu sáng bảo vệ… Mỗi hình thức chiếu sáng có u cầu riêng, đặc điểm riêng dẫn đến phương pháp tính tốn cách sử dụng loại đèn bố trí khác 4.1.2 Một số đại lượng dùng tính tốn: a) Quang thông: lượng ngồn sáng phát qua đơn vị diện tích đơn vị thời gian Đơn vị quang thông Lumen (lm) Trong đó: : bước sóng : độ rõ bước sóng : hàm phân bố lượng b) Cường độ ánh sáng: có nguồn sáng S xạ theo phương, góc dω (steradian) truyền lượng quang thơng dF cường độ ánh sáng nguồn sáng , (cd) Sau chường độ sáng số nguồn sáng thông dụng: Nguồn sáng Cường độ sáng Ghi 57 (cd) Ngọn nến 0,8 Theo hướng Đèn sợi đốt 40W/220V 35 Theo hướng Đèn sợi đốt 300W/220V 400 Theo hướng có phản xạ 1500 Ở chùm tia Đèn iot kim loại 2kW 14800 Theo hướng có phản xạ 250000 Ở chùm tia c) Độ rọi: người ta định nghĩa mật độ quang thông rơi bề mặt độ rọi, có đơn vị lux: (1 lux=1 lm/m2) Quy định độ rọi cho số khu vực (t/c Pháp): Đối tượng chiếu sáng Độ rọi (lx) Đối tượng chiếu sáng Độ rọi Phòng làm việc 400 ÷ 600 Phịng học, thí nghiệm 300 ÷ 500 Nhà 150 ÷ 300 Phịng vẽ, siêu thị 750 20 ÷ 50 Cơng nghiệp màu 1000 Cơng việc với chi tiết nhỏ >1000 Đường phố Cửa hàng, kho tàng Phịng ăn 100 200 ÷ 300 4.1.3 Nội dung thiết kế chiếu sáng; a) Các loại đèn: Đèn sợi đốt: cịn gọi đèn dây tóc dùng rộng rải cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt  Ưu điểm: nối trực tiếp vào lưới, kích thước nhỏ, rẽ tiền, cosφ cao, sáng nhanh…  Khuyết điểm: tốn điện, phát nóng, tuổi thọ phụ thuộc điện áp Đèn huỳnh quang:  Ưu điểm: hiệu suất quang học lớn, diện tíach phát quang, tuổi thọ cao, quang thơng bị ảnh hưởng điện áp dao động phạm vi cho phép  Khuyết điểm: chế tạo phức tạp, giá thành cao, cosφ thấp, đóng điện đèn khơng sáng Ngồi cịn có loại đèn khác đèn khí Natri áp suất cao, áp suất thấp, đèn halogen kim loại… Các loại chao đèn: Chao đèn bao bọc ngồi bóng đèn, dùng để phân phối lại quang thơng của bóng đèn cách hợp lý theo nhu cầu định Có thể phân thành: chao đèn trực tiếp, phản xạ khuếch tán b) Nội dung thiết kế chiếu sáng: Nội dung thiết kế chiếu sáng bao gồm ba bước sau: Lựa chọn loại đèn, cơng suất, số lượng bóng đèn Bố trí đèn khơng gian cần chiếu sáng 58 Thiết kế lưới điện chiếu sáng (sơ đồ nguyên lý lưới chiếu sáng, chọn dây dẫn, CB, cầu chì…) Việc chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép dây dẫn, K 1.K2.Icp ≥ Itt Trong đó: K1: hệ số điều chỉnh nhiệt độ (so với môi trường chế tạo sử dụng) K2: hệ số điều chỉnh kể đến số dây ống Icp: dòng cho phép dây dẫn chọn CB cầu chì lực chọn theo điều kiện: điện áp, dòng định mức làm việc định mức cắt (chương 7) 4.1.4 Thiết kế chiếu sáng dân dụng: Chiếu sáng dân dụng chiếu sáng cho khu vực như: nhà ở, hội trường, trường học, quan, văn phòng, siêu thị, bệnh viện… Các khu vực khơng u cầu thật xác độ rọi thông số kỹ thuật khác Tùy theo kinh phí mà thiết kế đạt yêu cầu mỹ quan đa dạng loại đèn sử dụng Trình tự thiết kế chiếu sáng sau: Chọn suất phụ tải chiếu sáng Po (W/m2) phù hợp đối tượng cần chiếu sáng, tính tổng công suất chiếu sáng cho khu vực thiết kế: Pcs= Po.S Chọn loại đèn, công suất đèn Pđ, xác định lượng đèn cần: Bố trí vị trí đèn theo mặt cần chiếu sáng Vẽ sơ đấu dây sơ dồ nguyên lý cho thiết kế Lựa chọn kiểm tra phần tử sơ đồ (CB, cầu chì, cái, dây dẫn) 4.1.5 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp: Đối với nhà xưởng thường thiết kế chung kèm với chiếu sáng tăng cường điểm cần chiếu sáng cục Thiết kế có u cầu xác độ rọi mặt công tác Phương pháp hệ số sử dụng thường dùng, trình tự tính tốn sau: Xác định độ treo cao đèn: H= h – h1 – h2 Trong đó: h độ cao nhà xưởng h1: khoảng cách từ trần đến bóng đèn h2: độ cao mặt làm việc Xác định khoảng cách L hai đèn kề theo tỷ số L/H (cho bảng): Loại đèn nơi sử dụng Nhà xường dùng chao mờ sắt tráng men L/H bố trí nhiều dãy Max Tốt cho phép 2,3 3,2 L/H bố trí dãy Max Tốt cho phép 1,9 2,5 Chiều rộng giới hạn nhà xưởng bố trí dãy 1,3H 59 Nhà xưởng dùng chao vạn Chiếu sáng quan văn phòng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H Căn vào bố trí đèn, xác định hệ số phản xạ trần tường ρtr, ρtư (%) Xác định chỉ số phịng (có kích thước a.b): Từ ρtr, ρtư tra bảng tìm hệ số sử dụng Ksd Xác định quanh thơng đèn, Trong đó: K: hệ số dự trữ, tra bảng E: độ rọi theo yêu cầu nhà xưởng (lx) S: diện tích nhà xưởng (m2) Z: hệ số tính tốn (chọn 0,8 – 1,4) n: số bóng đèn Tra sổ tay tìm cơng suất bóng có F Vẽ sơ đồ cấp điện chiếu sáng mặt Vẽ sơ đồ nguyên lý chiếu sáng 10.Lựa chọn phần tử sơ đồ nguyên lý Tính chất mơi trường Nhiều khói, bụi, tro, bồ hóng Mức khói bụi trung bình Ít khói, tro, bồ hóng Số lần vệ sinh đèn định kỳ/tháng Hệ số dự trữ Đèn sợi Đèn tuýp đốt 1,7 1,8 1,5 1,5 1,3 4.2 NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT: Hiện chất lượng điện ngày quan tâm Chất lượng điện đánh giá hai chỉ tiêu chất lượng điện áp chất lượng tần số  Chất lượng điện áp: đánh giá chất lương điện áp thông qua đại lượng: độ lệch điện áp, độ dao động điện áp, độ khơng hình sin sóng điện áp, dộ khơng đối xứng điện áp độ lệch trung tính  Chất lượng tần số: đánh giá qua hai đại lượng độ lệch tần số độ dao động tần số 4.2.1 Hệ số công suất ý nghĩa việc nâng 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 Trong đó: S cơng suất tồn phần Q φ P: công suất tác dụng Q: công suất phản kháng P 60 φ: góc S P Trong thực tế tính tốn khái niệm hệ số cơng suất cosφ dùng Khi cosφ nhỏ lượng cơng suất phản kháng tiêu thụ truyền tải lớn công suất tác dụng nhỏ ngược lại b) Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất: Nâng cao hệ số công suất mốt biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện Do động không đồng bộ, máy biến áp với đường dây không thiết bị chủ yếu tiêu thụ công suất phản kháng Q hệ thống điện Để tránh truyền tải lượng Q lớn đường dây, thiết bị bù đặt gần phụ tải để cung cấp Q trực tiếp cho phụ tải gọi bù công suất phản kháng, làm nâng cao hệ số công suất cosφ Việc nâng cao hệ số công suất đưa đến hiệu quả:  Giảm tổn thất công suất mạng điện,  Giảm tổn thất điện áp mạng điện,  Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp, khả truyền tải phụ thuộc vào tình trạng phát nóng tỷ lệ với bình phương dịng điện,  Ngồi ra, cịn dẫn đến giảm chi phí kim loại màu, góp phần ổn định điện áp, tăng khả phát điện máy phát… 4.2.2 Các giải pháp bù cosφ: Có hai giải pháp bù cosφ tự nhiên dùng thiết bị bù a) Các giải pháp bù cosφ tự nhiên: - Thay động thường xun non tải động có cơng suất bé - Giảm điện áp cho động làm việc non tải - Hạn chế động chạy không tải - Dùng dộng đồng thay động không đồng - Nâng cao chất lượng sửa chữa động - Thay máy biến áp làm việc non tải máy biến áp dung lượng nhỏ b) Các thiết bị bù: Thiết bị để phát Q thường dùng lưới điện máy bù tụ bù Máy bù hay gọi máy bù đồng tụ bù Máy bù thường chỉ dùng trung tâm điện để trì ổn định cho hệ thống điện Tụ bù dùng cho lưới điện xí nghiệp, dịch vụ dân dụng Mục đích bù cosφ cho xí nghiệp cho cosφ lớn 0,85 Tụ nối tiếp hay song song vào mạng điện  Bù dọc: mắc nối tiếp tụ vào đường dây, biện pháp nhằm cải thiện thông số đường dây, giảm tổn hao điện áp Lúc thông số đường dây:  Bù ngang: mắc song song tụ vào đường dây, có nhiệm vụ cung cấp Q vào hệ thống, làm nâng cao điện áp cosφ 61 Dễ thấy lúc tổn thất điện áp giảm xuống:  ày lớp ẩm, độ ẩm môi trường xung quanh, bề mặt vật liệu chất vật liệu 4.2.3 Bù công suất cho lưới điện xí nghiệp: Cơng suất cần bù cho xí nghiệp để nâng hệ số công suất từ cosφ1 lên hệ số cơng suất cosφ2: Các vị trí đặt tụ bù mạng điện xí nghiệp: Đặt tụ bù phía cao áp xí nghiệp: giá tụ cao áp rẽ chỉ giảm tổn thất điện từ phía cao áp lưới Đặt tụ bù hạ áp trạm biến áp xí nghiệp giúp giảm điện trạm biến áp Đặt tụ bù tủ động lực: làm giảm tổn thất điện áp đường dây từ tủ đến trạm phân phối trạm Đặt tụ bù cho tất cà động cơ: phương pháp có lợi giảm tổn thất điện tăng chi phí đầu tư, vận hành bảo dưỡng tụ Trong thực tế việc tính tốn phân bố bù tối ưu cho xí nghiệp phức tạp tùy theo quy mơ kết cấu lưới điện xí nghiệp thực theo kinh nghiệm sau: Với xưởng sản xuất xí nghiệp nhỏ nên tập trung tụ bù hạ áp trạm biến áp xí nghiệp Với xí nghiệp loại vừa có trạm biến áp số phân xưởng công suất lớn cách xa trạm nên đặt tụ bù tủ phân phối phân xưởng cực động có cơng suất lớn (vài chục kW) Đối với xí nghiệp có quy mơ lớn gồm nhiều phân xưởng lớn, có trạm phân phối trạm phân xưởng Việc bù thường thực tất hạ áp trạm phân xưởng Đơi thực bù cho cao hạ áp tùy vào giá thành tụ CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Một trạm bơm cao áp 10 (kW) đặt máy bơm 200 (kW) cosφ = 0,7 Yêu cầu chọn tụ bù 10 (kV) cho trạm bơm để nâng hệ số công suất lên 0,9 Câu 2: Một siêu thị lớn có phụ tải tính tốn P = 600 (kW), cosφ = 0,7 Yêu cầu chọn tụ bù đặt hạ áp trạm biến áp siêu thị để nâng hệ số công suất lên 0,9 Câu 3: Thiết kế chiếu sáng cho: - Một lớp học có kích thước (8x10)m2 - Một văn phịng đại diện kích thước (4x6)m2 - Một hội trường có diện tích (12x20)m2 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Hồng Quang (2007) Giáo trình cung cấp điện Nhà xuất giáo dục Nguyễn Xuân Phú (2006) Cung cấp điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật Patrick Vandeplanque (2000) Kỹ thuật chiếu sáng Nhà xuất khoa học kỹ thuật Dương Vũ Văn - Trần Hoàng Lĩnh – Lê Thanh Hoa (2006) Hướng dẫn thiết kế chống sét thiết kế phần điện cho Nhà máy điện Nhà xuất Đại học Quốc gia Lê Kim Hùng - Đoàn Ngọc Minh Tú (2007) Ngắn mạch hệ thống điện ĐH Bách Khoa Đà Nẵng Lê Kim Hùng (2007) Bảo vệ phần tử hệ thống điện ĐH Bách Khoa Đà Nẵng 63