Slide bài giảng hệ thống Điện Đại cương

Bài giảng hệ thống Điện Đại Cương ( Kiều Thị Thanh Hoa ) , bài giảng Đại Học ĐIện Lực , bao gồm 5 chương

Trang 1

Hệ thống điện đại cương

Kiều Thị Thanh Hoa Khoa Kỹ thuật điện

Trang 2

NỘI DUNG

2

➢ Tổng quan về hệ thống điện

➢ Chế độ xác lập

➢ Chất lượng điện năng và độ tin cậy

➢ Chọn tiết diện dây dẫn

Trang 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN

3

1.1 Khái niệm về hệ thống điện

Hệ thống điện là tập hợp các phần tử như máy phát điện, máy

biến áp, đường dây …nối liền với nhau trong một thể thống nhất,được điều khiển chung, làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phânphối và sử dụng điện năng

Các cấp điện áp đang vận hành trên hệ thống điện Việt Nam: 500kV; 220 kV; 110 kV; 35 kV; 22 kV; 10 kV; 6 kV; 0,4 kV Tần sốvận hành lưới điện: 50 Hz; Kết cấu pha, dây: 3 pha, 2 pha và 1 pha

Trang 4

4

1.1 Khái niệm về hệ thống điện

~ nguồn điện-nhà máy

điện

lưới hệ thống:220-500 kV

lưới truyền tải:110-220 kV

-lưới phân phối trung áp:6-35 kV

-lưới phân phối hạ áp:380/220V

hộ tiêu thụ điện lớn: xí nghiệp,doanh nghiệp,siêu thị hộ tiêu thụ điện nhỏ:

nhà ở, cửa hiệu, trường học

trạm biến áp trung gian khu vực:giảm áp

trạm biến áp trung gian địa phương: giảm áp giảm áp

trạm biến áp nhà máy điện:

lưới phân phối:

Trang 5

5

1.2 Nguồn điện – Nhà máy điện

• Nhà máy nhiệt điện dùng turbin hơi nước: nhiên liệu sơ cấp làthan đá, dầu hỏa, khí ga, nguyên tử…

• Nhà máy nhiệt điện dùng turbin khí - nhiên liệu sơ cấp là khí ga

• Nhà máy thủy điện: dùng turbin nước - các loại: thủy điện có

hồ chứa, thủy điện dòng chảy, thủy điện tích năng

• Nhà máy điện dùng nhiên liệu tái sinh: gió, mặt trời, khí sinhhọc(bioga), thủy triều…

• Nguồn điện phân tán: Các loại nhà máy điện : thủy điện côngsuất nhỏ(<30MW), phong điện, mặt trời…được gọi chung lànguồn điện phân tán (distributed generation-DG) chúngthường được đấu vào lưới điện trung áp hay 110 kV

Trang 6

6

Trang 7

7

Trang 8

8

Trang 9

9

Trang 10

10

Trang 11

11

Trang 12

12

Trang 13

13

Trang 14

14

Trang 15

15

1.3 Lưới điện

Lưới điện là hệ thống đường dây tải điện, máy biến áp và

trang thiết bị phụ trợ để truyền dẫn điện Lưới điện, theo mụcđích sử dụng và quản lý vận hành, được phân biệt thành lưới điệntruyền tải và lưới điện phân phối

Các loại trạm biến áp:

1-Tăng áp ở nhà máy điện

2-Trạm trung gian khu vực, hạ áp 220-500kV/220-110-TA;

3-Trạm trung gian địa phương :hạ áp 110-220kV/TA ;

4-Trạm phân phối hạ áp TA/0,4 kV.

Trang 16

16

1 - Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây

và trạm điện có cấp điện áp đến 110 kV

2 - Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây

và trạm điện có cấp điện áp trên 110 kV

Trang 17

17

Phân loại lưới điện Việt Nam theo cấp điện áp:

- Lưới siêu cao áp: U > 220 kV

- Lưới cao áp: 35kV < U ≤ 220 kV

- Lưới trung áp: 1 kV < U ≤ 35 kV

- Lưới hạ áp: U ≤ 1 kV

Trang 18

- Loại II là những hộ tiêu thụ điện mà khi cung cấp điện bị giánđoạn sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế, rối loạn các quá trình côngnghệ phức tạp, rối loạn hoạt động bình thường của thành phố

- Loại III là những hộ tiêu thụ điện không thuộc hai loại trên

Trang 19

Thank you for your attention!

19

Trang 20

Hệ thống điện đại cương

Trang 22

1 Khái niệm chung

Chế độ xác lập: Chế độ xác lập là quá trình, trong đó dưới tác độngcủa các nguồn, dòng điện và điện áp trên các nhánh đạt trạng thái ổnđịnh

Các thông số quan tâm:

- Điện áp tại các nút

- Dòng công suất nút, công suất nhánh

- Tổn thất điện áp trên đường dây, trong máy biến áp

- Tổn thất công suất trên đường dây, trong máy biến áp

Trang 23

2 Sơ đồ thay thế2.1 Đường dây tải điện

2.2 Máy biến áp hai cuộn dây

2.3 Máy biến áp ba cuộn dây

2.4 Máy biến áp tự ngẫu

Trang 24

2.1 Đường dây tải điện – Các loại thông số

• Thông số của dây dẫn đặc trưng cho quá trình vật lý xảy ra trong dây dẫn khi có điện áp xoay chiều đặt trên dây hoặc khi có dòng điện xoay chiều đi qua

• Bốn quá trình vật lý:

1 Dây dẫn bị phát nóng do hiệu ứng Joule Một phần công suất tải

qua lưới bị mất để làm nóng dây dẫn và một phần điện áp cũng bị tổn hao do hiện tượng này – Điện trở: Ro (Ω/km)

2 Dòng điện xoay chiều gây ra từ trường tự cảm của từng dây dẫn

và hỗ cảm giữa các dây với nhau Từ trường gây ra tổn thất công suất phản kháng và tổn thất điện áp – Điện kháng: Xo (Ω/km)

3 Điện áp xoay chiều gây ra điện trường giữa các dây dẫn và giữa

các dây dẫn với đất (các bản của tụ điện) Điện trường này gây ra dòng điện dung có tác dụng làm triệt tiêu một phần dòng điện

cảm của phụ tải chạy trong dây dẫn – Dung dẫn: Bo (1/Ωkm)

Trang 25

2.1 Đường dây tải điện – Các loại thông số

• Thông số của dây dẫn đặc trưng cho quá trình vật lý xảy ra trong dây dẫn khi có điện áp xoay chiều đặt trên dây hoặc khi có dòng điện xoay chiều đi qua

• Bốn quá trình vật lý:

4 Điện áp cao tạo trên bề mặt dây dẫn cường độ điện trường, nếu cường độ này lớn hơn một mức nào đó sẽ gây ion hóa không khí quanh dây dẫn, gọi là hiện tượng “vầng quang”  tổn thất một

phần điện năng  tổn thất vầng quang

Điện áp cao cũng gây nên dòng điện rò trong cách điện của cáp và trên bề mặt cách điện khác làm tổn thất một phần điện năng

Thông số đặc trưng: điện dẫn Go (1/Ωkm)

Điện dẫn G chỉ được tính đến khi đường dây điện có Uđm ≥ 330kV

vì ở điện áp U< 330kV tổn thất vầng quang và rò điện rất nhỏ

Trang 26

2.1 Đường dây tải điện – Tính toán các thông số

a Điện trở

-Khi dòng 1 chiều đi qua dây dẫn, dòng điện được phân bố đều trên toàn tiết diện dây Điện trở tác dụng của 1km dây dẫn ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20oC:

ρ : điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn [Ω/mm2km]

F: tiết diện dây dẫn [mm2]

Trang 27

+ Độ tự cảm phụ thuộc độ dài và bán kính dây dẫn

+ Hộ cảm giữa các dây dẫn phụ thuộc độ dài, bán kính và khoảng cách giữa các dây dẫn  hỗ cảm giữa các dây dẫn khác nhau không băng nhau  gây ra không đối xứng dòng và áp trong lưới

Giải pháp: hoán vị dây dẫn sao cho mỗi pha của 1 đường dây lần lượt ở 3 vị trí khác nhau

Trang 28

c Dung dẫn

- Điện dẫn phản kháng B0 được tính theo điện dung của dây dẫn C0

C0 : điện dung của dây dẫn [F/km]

d Điện dẫn tác dụng G

ΔPk : tổn thất công suất tác dụng do vầng quang và do dò điện qua điện môi [MW/km]

Trang 29

2.1 Đường dây tải điện – Sơ đồ thay thế

- Các thông số của dây dẫn rải đều trên toàn chiều dài đường dây

 khó khăn trong tính toán

 Dùng sơ đồ thông số tập trung

- Sơ đồ của lưới trung áp: R, X

- Sơ đồ của lưới cáp trung áp, lưới cao thế, lưới siêu cao thế có độ

dài ngắn: R, X, B

- Sơ đồ của đường dây siêu cao áp có độ dài lớn: chia đường dây

thành nhiều đoạn, mỗi đoạn được thay thế bằng sơ đồ thông số tập trung: R, X, B, G

- Tổng trở : Z = (R0 + jX0).L = R + jX (Ω)

- Tổng dẫn: Y = (G0 + jB0).L= G + jB (1/Ω)

L: chiều dài đường dây

- Tổng dẫn được chia đôi đặt hai bên tổng trở

Trang 30

B122

1 Z12 = R12 + jX12 2

Y122

Trang 31

Y22

1 Z1 = R1 + jX1 2

Y12

Tính Z12 và

Y12 tương đương?

1 Z12 = R12 + jX12 2

Y122

Trang 32

B22

1 Z1 = R1 + jX1 2

B12

1 Z12 = R12 + jX12 2

B122

Tính Z12 và

Y12 tương đương?

Trang 33

2.1 Đường dây tải điện – Sơ đồ thay thếTính tổng trở và tổng dẫn ngang tương đương của đường dây

Tổng trở: Z = R + jX = 1/n (ro + jxo) L

Tổng dẫn Y = G + jB = n (go + jbo) L

n : số lộ đường dây song song

Trang 34

= go.L + jbo.L

= 0.30 + j2,5.10-6.30 = 0 + j75.10-6 S

Trang 35

- Ví dụ 2:

Đường dây trên không dài 30 km, lộ kép có giá trị : ro = 0,2 Ω/km; xo

= 0,4 Ω/km; bo= 2,5.10-4 S/km Tính tổng trở và tổng dẫn của đường dây?

Tổng trở: Z = R + jX = 1/n(ro + jxo).L

= ½ (0,2 + j0,4).30 = 3 + j6 ΩTổng dẫn Y = G + jB

= n (go + jbo) L

= 2 (0 + j2,5.10-4).30 = 0 + j0,015 S

Trang 36

2.2 Máy biến áp hai cuộn dây – Các thông số

 Các thông số nhà chế tạo cho biết:

- Công suất định mức Sđm [MVA]

- Điện áp định mức hai cuộn dây: Ucđm và Uhđm [kV]

- Tổn thất công suất tác dụng khi không tải ΔP0 [MW]

- Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch ΔPN [MW]

- Dòng điện không tải phần trăm so với dòng điện định mức Io [%]

- Điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức UN [%]

Trang 37

Trang 38

- Gây nên tổn thất công suất tác dụng khi không tải

- Công thức tính

- Vì Gb rất nhỏ so với Bb nên có thể cho rằng dòng không tải I0 chỉ

chạy qua điện dẫn phản kháng Bb. Khi đó công suất từ hóa máy biến áp (công suất phản kháng của cuộn dây sơ cấp khi cuộn dây thứ cấp hở mạch) là:

Trang 39

2.2 Máy biến áp hai cuộn dây – Sơ đồ thay thế

Trang 40

Trang 42

2.3 Máy biến áp ba cuộn dây – Các thông số

- Công suất định mức Sđm [MVA]

- Điện áp định mức các cuộn dây: UCđm UTđm và UHđm [kV]

- Dòng điện không tải phần trăm so với dòng điện định mức Io [%]

- Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch hai cuộn dây làm việc

ΔPN [MW]

- Điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức UNCT UNTH

UNCH [%]

Trang 43

- Xét trường hợp công suất định mức các cuộn dây bằng nhau

 Công suất ngắn mạch trên các cuộn dây bằng nhau

- Công thức tính điện trở

Trang 44

- Điện áp ngắn mạch phần trăm trên từng cuộn dây

- Công thức tính điện kháng:

Trang 45

Trang 46

2.3 Máy biến áp ba cuộn dây – Sơ đồ thay thế

Trang 47

2.4 Máy biến áp tự ngẫu – Các thông số

 Đặc điêm

- Được dùng rộng rãi trong lưới điện U ≥ 110kV

- Scuộn cao = Scuộn trung = Sđm

- Scuộn hạ < Scuộn cao

- Có 2 đại lượng công suất:

+ Sđm : công suất lớn nhất cho phép đi qua cuộn cao áp

+ Sm : công suất dùng để thiết kế cả 3 cuộn dây

Trang 48

- Công suất định mức Sđm [MW]

- Điện áp định mức các cuộn dây: UCđm UTđm và UHđm [kV]

- Dòng điện không tải phần trăm so với dòng điện định mức Io

[%]

- Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch giữa cuộn cao và

cuộn trung ΔPCT [MW], tính theo dung lượng định mức

- Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch giữa cuộn cao - cuộn

hạ ΔP’CH và cuộn trung – cuộn hạ ΔP’TH [MW], tính theo công suất mẫu

- Điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức UNCT

UNTH UNCH [%]

Trang 49

Trang 50

- Điện áp ngắn mạch phần trăm trên từng cuộn dây

- Công thức tính điện kháng:

Trang 51

Trang 52

2.4 Máy biến áp tự ngẫu – Sơ đồ thay thế

Trang 53

3 Tính lưới điện đơn giản

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây

- Các thông số cho biết: điện áp cuối đường dây, công suất phụ tải

tại các nút, thông số dây dẫn

- Các thông số cần tính: điện áp nút, dòng công suất trên đường

dây, tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây

- Các thông số cho biết: điện áp đầu đường dây, công suất phụ tải

tại các nút, thông số dây dẫn

- Các thông số cần tính: điện áp nút, dòng công suất trên đường

dây, tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng

Trang 54

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – 1dd 1 ptCho lưới điện như hình vẽ: Biết U2 và S2

Trang 55

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – 1dd 1pt

Trang 56

3 Tính lưới điện đơn giản 3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – 1dd 1pt

Trang 57

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – nhiều tảiCho lưới điện như hình vẽ, biết U3, S3, S2

Sơ đồ thay thế

1 2

Trang 58

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – nhiều tải

Trang 59

3 Tính lưới điện đơn giản3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – nhiều tải

Trang 60

3.1 Tính toán lưới điện khi biết điện áp cuối đường dây – nhiều tải

Trang 61

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây – 1dd 1 ptCho lưới điện như hình vẽ: Biết U1 và S2

Trang 62

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây – 1dd 1pt

Trang 63

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây – 1dd 1pt

Trang 64

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây – nhiều tảiCho lưới điện như hình vẽ, biết U1, S3, S2

Sơ đồ thay thế

1 2

Trang 65

3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dâyGiả sử U2 = U3 = Udm

Trang 66

3 Tính lưới điện đơn giản3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây

Trang 67

3 Tính lưới điện đơn giản3.2 Tính toán lưới điện khi biết điện áp đầu đường dây

11 Tính ΔU12 =

12 Tính U2 = U1 - ΔU12

13 Tính ΔU23=

14 Tính U3 = U2 - ΔU23

Trang 68

Trang 70

4 Tính lưới điện 2 cấp điện ápCác bước tính toán sẽ giống như đối với lưới điện đơn giản.

Chỉ lưu ý phần tính toán đối với máy biến áp: có tỉ số k = Ucdm/Uhdm

Tỉ số biến áp k chỉ biến đổi điện áp, không biến đổi công suất

CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN

1 Vẽ sơ đồ thay thế, quy đổi phụ tải về dạng S = P + jQ MVA

2 Tính các thông số trên sơ đồ thay thế

3 Tính dòng công suất trên nhánh và điện áp nút

Trang 71

4 Tính lưới điện 2 cấp điện áp

- Ví dụ 4.1: Biết điện áp cuối

Cho lưới điện như hình vẽ

Đường dây 1-2 dài 40 km có: ro = 0,22 Ω/km; xo = 0,37 Ω/km; bo= 2,6.10-6 S/km

Máy biến áp: 53000kVA, 115/23 kV

P0 = 49 kW, I0 = 0,65%, PN = 260 kW, UN = 10,5% Phụ tải: S3 = 45 + j20 MVA Biết U3 = 21,5 kV Tính U2, U1, S1

Trang 72

4 Tính lưới điện 2 cấp điện áp

- Ví dụ 4.2 : Biết điện áp đầu

Cho lưới điện như hình vẽ

Đường dây 1-2 dài 40 km có: ro = 0,22 Ω/km; xo = 0,37 Ω/km; bo= 2,6.10-6 S/km

Máy biến áp: 53000kVA, 115/23 kV

P0 = 49 kW, I0 = 0,65%, PN = 260 kW, UN = 10,5% Phụ tải: S3 = 45 + j20 MVA Biết U1 = 115 kV Tính U2, U3, S1

Tiêu đề	Tổng quan về hệ thống điện; Chế độ xác lập; Chất lượng điện năng và độ tin cậy; Chọn tiết diện dây dẫn
Tác giả	Kiều Thị Thanh Hoa
Trường học	Khoa Kỹ thuật điện
Chuyên ngành	Hệ thống điện
Thể loại	Slide bài giảng

Định dạng
Số trang	196
Dung lượng	7,18 MB