giáo trình cung cấp điện nghề điện dân dụng cao đẳng

+ Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về kỹ thuật Cung cấp điện Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Chọn được phương án, lắp đặt được đườn

Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện

Nguồn năng lượng tự nhiên

Năng lượng chúng ta đang tiêu dùng xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau Từ thiên nhiên, cần phải kể đến than đá, than bùn, dầu hỏa, và khí thiên nhiên Do nhân tạo, có nguồn năng lượng điện từ thủy điện còn được gọi là than trắng, nguồn nguyên tử năng, và năng lượng từ gió và từ ánh sáng mặt trời

Từ thời cổ đại người ta đã biết đến và nghiên cứu các hiện tượng điện, mặc dù lý thuyết về điện mới thực sự phát triển từ thế kỷ 17 và 18 Tuy thế, những ứng dụng của điện trong giai đoạn này vẫn còn ít cho đến cuối thế kỷ 19 với sự bùng nổ của ngành kỹ thuật điện đưa nó vào ứng dụng trong công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ điện đã làm thay đổi nền công nghiệp chạy bằng hơi nước trước đó cũng như thay đổi xã hội loài người Tính linh hoạt của điện cho phép con người có thể ứng dụng nó vào vô số lĩnh vực như giao thông, ứng dụng nhiệt, chiếu sáng, viễn thông, và máy tính điện tử Năng lượng điện ngày nay trở thành xương sống trong mọi công nghệ hiện đại Năng lượng điện từ các nguồn năng lượng tự nhiên như gió, nước, năng lượng mặt trời, than đá, dầu mỏ, nhiên liệu sinh khối, năng lượng đại dương, năng lượng hạt nhân… ngày một được sử dụng rộng rãi hơn để tiết kiệm chi phí cho các biến đổi cơ năng thành điện Chúng ta đều biết điện năng được sinh ra từ các máy cơ

– phát điện quay bởi các tuabin được đun nóng từ việc đốt nhiên liệu Chính vì quá trình này tiêu tốn khá nhiều nhiên liệu nên con người đã nghiên cứu và phát minh những thiết bị có thể biến đổi những nguồn năng lượng khác thành điện năng

Năng lượng điện có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v ), dễ truyền tải đi xa, hiệu suất lại cao.

Đặc điểm của năng lượng điện

Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có một số đặc điểm chính như sau:

- Điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ người ta dùng pin và ăcquy làm bộ phận tích trữ) Tại mọi lúc, ta phải đảm bảo cân bằng giữa điện năng được sản xuất ra với điện năng tiêu thụ kể cả những tổn thất do truyền tải điện

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh Ví dụ sóng điện từ lan truyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300000 km/giây, quá trình sóng sét lan truyền, quá trình quá độ, ngắn mạch xảy ra rất nhanh (trong thời gian nhỏ hơn 1/10 giây)

- Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, cơ khí, dân dụng, công nghiệp nhẹ ) Đó là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong cấu trúc kinh tế

- Điện năng được sản xuất chủ yếu dưới dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ và Canada) hay 50Hz (tại Việt Nam và các nước khác)

- Hệ thống điện bao gồm ba khâu: sản xuất, truyền tải và phân phối, tiêu thụ điện năng a Sản xuất điện năng: Các nhà máy điện b Truyền tải, phân phối: Mạng lưới điện c Tiêu thụ: Biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác.

Nhà máy điện

Nhà máy nhiệt điện

Hình 2: Nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, cơ năng được tạo ra bởi động cơ nhiệt Động cơ nhiệt tạo ra cơ năng bằng nhiệt được lấy bằng cách đốt nhiên liệu Cơ năng ở đây được lưu trữ dưới dạng động năng quay của tuốc bin Khoảng 80% các nhà máy điện dùng tuốc bin hơi nước, tức là dùng sử dụng hơi nước đã được làm bốc hơi bởi nhiệt để quay tuốc bin Theo định luật hai nhiệt động lực học, nhiệt năng không thể chuyển hết thành cơ năng Do đó luôn có mất mát nhiệt ra môi trường Lượng nhiệt mất mát này có thể được sử dụng vào các mục đích khác như sưởi ấm, khử muối của nước

10 Ở nhà máy nhiệt điện sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý: Nhiệt năng  Cơ năng  Điện năng

NMNĐ được phân thành hai loại: Nhiệt điện ngưng hơi và nhiệt điện rút hơi

Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có những đặc điểm sau:

- Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nước

- Tính linh hoạt trong vận hành kém Việc khởi động và tăng phụ tải chậm

- Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, việc vận chuyển nhiên liệu khá tốn kém, khói thải và ô nhiễm môi trường

Nhà máy nhiệt điện rút hơi:

Nhà máy nhiệt điện rút hơi đồng thời sản xuất điện năng và nhiệt năng Về nguyên lý hoạt động giống như nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, song ở đây lượng hơi rút ra đáng kể từ một số tầng của tuốc bin để cấp cho các phụ tải nhiệt công nghiệp và sinh hoạt Do đó hiệu suất chung của nhà máy tăng lên

Do yêu cầu rút nhiệt phục vụ cho công nghiệp nên nhà máy này có hai đặc điểm chính sau:

- Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt

- Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

Nhà máy thủy điện

Hình 3: Nhà máy thủy điện Hòa Bình

Nguyên lý của nhà máy thủy điện là sử dụng năng lượng dòng nước để làm quay trục tuốc bin thủy lực để chạy máy phát điện Quá trình biến đổi năng lượng là: Thủy năng  Cơ năng  Điện năng

Hình 4: Nguyên lý của nhà máy thủy điện

So với nhà máy nhiệt điện cùng công suất thì nhà máy thủy điện đòi hỏi vốn đầu tư nhiều hơn và chủ yếu là đầu tư vào các công trình đập chắn, hồ chứa Thời gian xây dựng lâu hơn Nhưng, nhà máy thủy điện lại có những ưu điểm chính sau:

- Giá thành điện năng rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện

- Mức độ tự động hóa ở thủy điện dễ thực hiện hơn

- Mở máy nhanh, vận hành máy đơn giản so với nhiệt điện, nên đáp ứng kịp thời yêu cầu của hệ thống

- Ít xảy ra sự cố như ở nhà máy nhiệt điện

- Thoáng mát, sạch sẽ kết hợp với phục vụ thủy lợi, cải thiện môi trường và tiện lợi cho giao thông đường thủy

- Hiệu suất của nhà máy thủy điện cao có thể đạt đến 80%.

Nhà máy điện nguyên tử

Hình 5: Nhà máy điện nguyên tử

Nhiệt năng do phân hủy hạt nhân sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng sẽ biến thành điện năng Nhiệt năng thu được trong quá trình phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử của các chất Urani 235 hay Plutoni 239 trong lò phản ứng Do đó nếu như NMNĐ dùng lò hơi thì NMĐNT dùng lò phản ứng và những máy sinh hơi đặc biệt Ưu điểm của NMĐNT:

- Chỉ cần một lượng khá bé vật chất phóng xạ đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhà máy

- Một nhà máy có công suất 100MW, một ngày thường tiêu thụ không nhiều hơn 1kg chất phóng xạ

- Công suất một tổ máy phát điện, tuốc bin của nhà máy điện nguyên tử sẽ đạt đến

500, 800, 1200 và thậm chí đến 1500MW

Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau:

- Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài

- Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm.

Nhà máy điện dùng sức gió (động cơ gió phát điện)

Sử dụng hiệu quả sức gió, người ta đã tạo ra những cánh đồng quạt gió khổng lồ như tại Bạc Liêu Các hệ thống cánh quạt này được đặt đối diện với chiều gió để tối đa hóa sức mạnh quay Từ đó, chuyển động quay của cánh quạt được truyền qua bộ biến đổi tốc độ, làm quay máy phát, sản xuất ra lượng điện năng dồi dào.

13 điện, sản xuất ra điện năng Điện năng sản xuất ra được tích trữ nhờ các bình ắc qui Động cơ gió phát điện có khó khăn trong điều chỉnh tần số do vận tốc gió luôn luôn thay đổi Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đạt nhỏ do đó chỉ dung ở những vùng hải đảo, những nơi xa xôi không có lưới điện đưa đến hoặc ở những nơi thật cần thiết như ở các đèn hải đăng.

Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời

Hình 7: Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời

Thường có dạng như nhà máy nhiệt điện, ở đây lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt lượng bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuốc bin Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời có những đặc điểm sau:

- Chi phí phát điện thấp

- Không gây ô nhiễm môi trường.

Nhà máy năng lượng địa nhiệt

Nhà máy năng lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng của lòng đất để gia nhiệt làm nước bốc hơi Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin Tuốc bin này kéo một máy phát điện, từ đó năng lượng địa nhiệt biến thành năng lượng điện Có hai loại nhà máy năng lượng địa nhiệt: loại chu kỳ kép và loại phun hơi

Hình 8: Nhà máy năng lượng địa nhiệt

Mạng lưới điện

Mạng truyền tải

Các đường dây truyền tải trên không đóng vai trò truyền tải năng lượng từ các nhà máy phát điện đến các mạng lưới phân phối, đồng thời liên kết các hệ thống điện lân cận với nhau.

Mạng truyền tải có điện áp dây trên 60kV.

Mạng phân phối

Mạng phân phối chính là cầu nối giữa các trạm phân phối và người tiêu dùng Đây là nơi trực tiếp cung cấp điện năng đến từng hộ gia đình, doanh nghiệp và các đối tượng tiêu thụ khác, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện và đảm bảo nguồn điện ổn định đến tận tay khách hàng.

Hộ tiêu thụ

Theo ngành nghề

Phụ tải được phân làm 2 loại:

- Phụ tải kinh doanh và dân dụng.

Theo chế độ làm việc

- Phụ tải được phân làm 3 loại:

- Phụ tải làm việc dài hạn

- Phụ tải làm việc ngắn hạn

- Phụ tải làm việc ngắn hạn lặp lại.

Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện

Phụ tải được phân làm 3 loại:

- Phụ tải loại 1 (hộ loại 1): Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố gắng ngừng cung cấp điện có thể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chính trị

Trong hộ loại 1 cũng cần phân biệt và tách ra nhóm hộ tiêu thụ đặc biệt mà việc ngừng cung cấp điện đột ngột có thể đe dọa đến tính mạng con người, gây nổ và phá hoại các thiết bị sản xuất chính, tức là các thiết bị có yêu cầu thật đặc biệt phải nâng cao tính liên tục cung cấp điện đến tối đa Đối với hộ loại 1 phải được cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dung hai nguồn đi đến, đường dây hai lộ đến, có nguồn dự phòng, tức là hộ loại 1 phải được cấp điện ít nhất từ hai nguồn độc lập, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất việc mất điện Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại 2 (hộ loại 2): Là những hộ tương tự như hộ loại 1, nhưng hậu quả do mất điện gây ra không nghiêm trọng bằng như hộ loại 1, những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện chỉ liên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất được, tức là dẫn đến thiệt hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động

Hộ loại 2 bao gồm: các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa, đồ chơi trẻ em v.v…) và thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn v.v….)

Phương án cung cấp điện cho hộ loại 2 có thể có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây một lộ hay đường dây kép Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêm và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay

- Phụ tải loại 3 (hộ loại 3): Là tất cả những hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và loại 2, tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố Những hộ này thường là các khu nhà ở, các nhà kho, các trường học, hoặc mạng lưới cung cấp điện nông nghiệp

Phương án cung cấp điện cho hộ loại 3 có thể dùng một nguồn điện, hoặc đường dây một lộ

Phân loại một cách đúng đắn hộ tiêu thụ điện năng theo yêu cấu đảm bảo cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn hợp lý sơ đồ cung cấp điện

Ngoài ra, các hộ tiêu thụ điện xí nghiệp cũng được phân loại theo chế độ làm việc như sau: a, Loại hộ tiêu thụ có chế độ làm việc dài hạn, khi đó phụ tải không thay đổi hay thay đổi rất ít Các thiết bị có thể làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép b, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ của thiết bị đạt đến giá trị quy định cho phép c, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn - lập lại, thiết bị làm việc ngắn hạn xen kẽ với thời kỳ nghỉ ngắn hạn.

Hệ thống bảo vệ

- Cầu dao - Áp tô mát

Trung tâm điều độ hệ thống điện

Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia là doanh nghiệp Nhà nước, thành viên của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, hoạt động chuyên ngành điều độ vận hành hệ thống điện trên phạm vi cả nước, bao gồm:

Tổng Công ty Điện lực Việt Nam chịu trách nhiệm thiết lập phương thức và chỉ huy vận hành hệ thống điện Quốc gia Các khâu từ sản xuất, truyền tải đến phân phối điện năng đều được điều tiết theo quy trình, nhiệm vụ và phân cấp của Hệ thống Điện lực Quốc gia.

- Chỉ huy vận hành thị trường điện công bằng với tất cả các bên tham gia thị trường, tuân thủ các quy định về thị trường điện, tối thiểu về chi phí vận hành trên toàn hệ thống trên cơ sở đảm bảo các dàng buộc về vận hành hệ thống điện

- Quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống SCADA/EMS/MS của hệ thống điện Việt Nam (SCADA: hệ thống giám sát điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu; EMS: hệ thống quản lý năng lượng; MS: hệ thống thông tin quản lý thị trường)

- Hoạt động tư vấn trong lĩnh vực lập dự án đầu tư công trình và khảo sát thiết kế lắp đặt hệ thống rơ le bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thông máy tính chuyên dụng, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành, các dịch vụ liên quan đến số liệu và tính toán hệ thống điện, thiết bị điện lực, ứng dụng tin học điều khiển vào sản xuất, truyền tài và phân phối năng lượng điện

Hoạt động thi công xây dựng công trình tập trung lắp đặt các hệ thống kỹ thuật hiện đại, bao gồm hệ thống rơ le bảo vệ đảm bảo an toàn cho lưới điện, hệ thống đo lường theo dõi và hiển thị thông số vận hành của hệ thống điện, hệ thống tự động hóa giúp điều khiển và giám sát từ xa Ngoài ra, còn lắp đặt hệ thống SCADA/EMS/MS thu thập dữ liệu vận hành từ xa, hệ thống máy tính chuyên dụng phục vụ mục đích cụ thể, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành đáp ứng các yêu cầu truyền tải dữ liệu và điều khiển.

- Hoạt động đào tạo, tính toán, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống rơ le bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thống máy tính chuyên dụng, hệ thống tin học viễn thông chuyên ngành

- Hoạt động xuất nhập khẩu vật tư thiết bị chuyên dụng và công cụ phục vụ tính toán, điều khiển, vận hành hệ thống điện và vận hành thị trường điện

- Thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào sản xuất

- Tham gia quản lý các dự án chuyên ngành vận hành hệ thống cung cấp điện và vận hành thị trường điện theo phân cấp và nhiệm vụ được giao

- Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực

- Điều độ các công ty điện lực.

Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện:…

Một phương án cung cấp điện xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa mãn những yêu cầu sau

- Độ tin cậy cung cấp điện: Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện

- Chất lượng điện năng: Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu là đảm bảo độ lệch và độ dao động của tần số f và điện áp U

Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số theo tiêu chuẩn Việt Nam:

+ Độ lệch tần số cho phép fcp =  0,5Hz

+ Độ lệch điện áp cho phép:  5%Uđm

- Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm được ngoại tệ quý và vật tư hiếm, chi phí vận hành hàng năm thấp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện cho vận hành, sửa chữa và bảo trì, đơn giản trong lắp đặt.

Nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

Trong thiết kế hệ thống cung cấp điện, các phương án khả thi thường được so sánh về mặt kinh tế - kỹ thuật Người thiết kế tổng hợp các phương án khả thi, sau đó tiến hành đối chiếu về phương tiện kỹ thuật để loại bỏ các phương án không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật.

Sau đây là một số bước chính để thực hiện bản thiết kế kỹ thuật đối với phương án cung cấp điện xí nghiệp: a Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng và của toàn xí nghiệp hoặc khu chung cư để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện

Xác định nguồn điện và cấu trúc mạng là tiền đề quan trọng Sau đó là lựa chọn thiết bị phù hợp Cần tính toán các biện pháp chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người vận hành và thiết bị Cuối cùng, tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cụ thể của mạng lưới điện như tổn thất, hệ số cosφ và dung lượng bù.

Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thủ công gồm các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết, … và sơ đồ tổ chức thực hiện công việc lắp đặt các thiết bị điện Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành thử và bàn giao nhà máy.

Hệ thống điện Việt Nam

Hình 10: Tổng quan ngành điện Việt nam Giai đoạn 1954 – 1975: Từ chiến tranh đến thống nhất Đất nước

Ngay khi miền Bắc vừa được giải phóng, cán bộ công nhân viên ngành Điện cùng nhau vượt qua khó khăn, khẩn trương xây dựng các công trình nguồn và lưới điện mới, phục vụ tái thiết đất nước Tuy nhiên, đây là thời kỳ đế quốc Mỹ đánh phá miền Bắc, các cơ sở điện lực là những mục tiêu trọng điểm và đã đương đầu với 1.634 trận đánh phá và chịu nhiều tổn thất Trong giai đoạn này, Cơ quan quản lý nhà nước đầu tiên chuyên trách lĩnh vực điện là Cục Điện lực trực thuộc Bộ

Công Thương đã được thành lập, 2 nhà máy nhiệt điện và thủy điện lớn nhất được xây dựng trong giai đoạn này là Uông Bí và Thác Bà góp phần quan trọng nâng

19 tổng công suất nguồn điện toàn quốc đạt 1.326,3MW, tăng đến 42 lần so với vẻn vẹn 31,5MW vào tháng 10/1954

Giai đoạn 1976 – 1994: Khôi phục và xây dựng nền tảng

Ngành Điện đã tập trung phát huy nội lực phát triển nguồn, lưới điện theo quy hoạch, từng bước đáp ứng đủ nhu cầu điện cho sự nghiệp đổi mới, phát triển đất nước Để thực hiện các tổng sơ đồ phát triển điện lực Chính phủ đã phê duyệt, ngành Điện khẩn trương xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (440 MW), Nhà máy Thủy điện Hòa Bình (1.920 MW), tăng nguồn điện ở miền Bắc lên gần 5 lần, là bước ngoặt lớn về lượng và chất trong cung cấp điện ở miền Bắc Ở phía Nam, Nhà máy Thủy điện Trị An (400 MW) đã nâng tổng công suất ở miền Nam lên 1.071,8 MW, đảm bảo nguồn điện cung cấp cho khu vực có mức tăng trưởng cao nhất trong cả nước Về lưới điện, hàng loạt các đường dây và trạm biến áp 220 kV như đường dây 220kV Thanh Hóa – Vinh, Vinh – Đồng Hới, đường dây 110kV Đồng Hới – Huế - Đà Nẵng… cũng được khẩn trương xây dựng và vận hành Đặc biệt, trong giai đoạn này, việc hoàn thành đường dây 500 kV Bắc – Nam với tổng chiều dài 1.487 km và 4 trạm biến áp 500 kV đã mở ra một thời kỳ mới cho hệ thống điện thống nhất trên toàn quốc Đây là giai đoạn vô cùng quan trọng khi mà hiệu quả khai thác nguồn điện được nâng cao, nhờ đó lực lượng cơ khí điện, lực lượng xây lắp điện, lực lượng tư vấn thiết kế,… cũng trưởng thành nhanh chóng

Giai đoạn 1995 – 2002: Hoàn thiện và phát triển

Thời điểm điện năng được xác định là một ngành kinh tế mũi nhọn, có vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Lịch sử ngành điện ghi nhận dấu ấn ngày 27/01/1995, Chính phủ ban hành Nghị định số 14/NĐ-

CP thành lập Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) là đơn vị điều hành toàn bộ công việc của ngành Điện Ngành điện chính thức có bước ngoặt trong đổi mới, chuyển sang cơ chế thị trường có sự quản lý của Nhà nước Trong giai đoạn này, nhiều biện pháp huy động vốn trong và ngoài nước được đưa ra nhằm tăng cường xây dựng và đưa vào vận hành nhiều công trình trọng điểm như Nhà máy thủy điện Ialy (720 MW), Nhà máy thủy điện Hàm Thuận – Đa mi (475 MW), nâng cấp công suất Nhà máy nhiệt điện Phả Lại lên 1.000 MW,… Đặc biệt, việc hoàn thành xây dựng Trung tâm Điện lực Phú Mỹ đã đưa trên 2.000 MW vào vận hành và phát điện, nâng tổng công suất lắp đặt toàn hệ thống điện lên 9.868 MW, giảm áp lực cung ứng điện cho sự phát triển nhanh chóng của khu vực miền Nam Mạng lưới truyền tải điện cũng được nâng cấp với hàng ngàn km đường dây và trạm biến áp 220 kV, 110 kV cùng đường dây 500 kV Bắc – Nam mạch 2

Giai đoạn 2003 – 2005: Tái cơ cấu

Kể từ năm 2003, ngành điện Việt Nam đã trải qua nhiều đợt tái cơ cấu để đảm bảo vận hành tập trung, ổn định hệ thống điện quốc gia Trong quá trình này, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã chuyển đổi mô hình hoạt động, trở thành doanh nghiệp chủ lực, đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế.

20 nắm vai trò chủ đạo trong đầu tư, phát triển cơ sở hạ tầng điện lực Khối lượng đầu tư xây dựng trong giai đoạn này lên đến 505.010 tỷ đồng, chiếm khoảng 7,14% tổng đầu tư cả nước Đến cuối năm 2014, cả nước có 100% số huyện có điện lưới và điện tại chỗ; 99,59% số xã với 98,22% số hộ dân có điện lưới Tại các vùng đồng bào dân tộc, vùng sâu vùng xa, hầu hết nhân dân các khu vực này đã được sử dụng điện: Khu vực các tỉnh miền núi Tây Bắc đạt 97,55% về số xã và 85,09% số hộ dân có điện; khu vực các tỉnh Tây Nguyên là 100% và 95,17%; khu vực Tây Nam Bộ là 100% và 97,71% Nhờ đó, góp phần thay đổi cơ bản diện mạo nông nghiệp, nông thôn Việt Nam

Ngày 10/4/2005, Trung tâm Điện lực Phú Mỹ khánh thành, đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của ngành Điện lực Việt Nam Công trình gồm 6 nhà máy điện với tổng công suất 3.859 MW, gấp đôi Thủy điện Hòa Bình EVN đầu tư xây dựng 4 nhà máy (Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng, Phú Mỹ 4), trong khi Phú Mỹ 3 và Phú Mỹ 2.2 được xây dựng theo hình thức BOT bởi các nhà đầu tư nước ngoài Đây là cột mốc quan trọng giúp lực lượng tư vấn xây dựng điện của ngành tiếp cận công nghệ hiện đại, chủ động trong tư vấn thiết kế nhà máy điện chạy khí.

Ngày 2/12/2005, Thủy điện Sơn La – công trình thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á được khởi công xây dựng, với tổng công suất thiết kế 2.400 MW, sản điện lượng trung bình hàng năm 10,2 tỷ kWh Tổng mức đầu tư là 36.933 tỷ đồng, đập chính của Thủy điện Sơn La cao 138,1m, chiều dài đập 961m Ngày 17/12/2010, tổ máy số 1 Nhà máy Thủy điện Sơn La đã hòa thành công vào điện lưới quốc gia

Tháng 4/2010, 5 Tổng công ty Điện lực đã ra mắt và chính thức đi vào hoạt động Đó là: Tổng công ty Điện lực miền Bắc (EVN NPC); Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC); Tổng công ty Điện lực miền Trung (EVN CPC); Tổng công ty Điện lực thành phố Hà Nội (EVN HANOI); Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh (EVN HCMC) Đây là bước ngoặt mới, giúp hoàn thiện cơ cấu tổ chức, mô hình quản lý, nâng cao quản trị doanh nghiệp, tạo đà cho sự phát triển trong sản xuất, kinh doanh của các đơn vị ngành Điện

Ngày 23/12/2012, EVN tổ chức Lễ khánh thành công trình Nhà máy Thủy điện Sơn La, về đích sớm 3 năm so với Nghị Quyết của Quốc hội, làm lợi cho đất nước hàng chục nghìn tỷ đồng Đây là công trình đa mục tiêu, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Ngành sản xuất điện ở Việt Nam có tổng công suất lắp đặt khoảng 38.676 MW tính tới tháng 10/2016 Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tổng sản lượng

21 điện thương phẩm ở Việt Nam có tốc độ tăng trưởng hàng năm là 10,84% trong giai đoạn từ 2011 – 2015 Trong năm 2015, tổng sản lượng điện thương phẩm của ngành đạt 143,7 tỷ kWh Trong 10 tháng đầu năm 2016, tổng sản lượng điện thương phẩm của ngành đạt 132,6 tỷ kWh, tăng 11,34% so với cùng kỳ 2015 EVN đặt kế hoạch sản lượng điện thương phẩm của ngành trong năm 2016 là 159,1 tỷ kWh, cao hơn 10,72% so với sản lượng điện thương phẩm trong năm

Câu hỏi và bài tập

1 Kể tên và nêu tóm tắt các ưu, nhược điểm của các nhà máy điện

2 Phân loại hộ tiêu thụ điện

3 Nêu nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Xác định nhu cầu điện

Khi thiết kế cung cấp điện cho một hộ phụ tải, nhiệm vụ đầu tiên là xác định nhu cầu điện của hộ phụ tải đó Tùy theo qui mô của phụ tải mà nhu cầu điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải dự kiến đến khả năng phát triển phụ tải trong tương lai từ 5 năm đến 10 năm hoặc lâu hơn nữa Như vậy, xác định nhu cầu điện chính là giải bài toán về dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn

Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đi vào vận hành, còn gọi là phụ tải tính toán Dữ liệu này có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế hệ thống cung cấp điện, dùng để lựa chọn các thiết bị điện như máy biến áp, dây dẫn, đóng cắt, bảo vệ, tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, lựa chọn các thiết bị bù Có 2 nhóm phương pháp xác định phụ tải tính toán: phương pháp sử dụng hệ số tính toán dựa trên kinh nghiệm, thuận tiện nhưng chỉ ước lượng được kết quả.

Các phương pháp chính của nhóm này là:

- Phương pháp hệ số nhu cầu

- Phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm

- Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất b Nhóm thứ hai Đây là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất và thống kê Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố, do đó cho kết quả chính xác hơn nhưng tính toán phức tạp hơn

Các phương pháp chính của nhóm này là:

- Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

- Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải

- Phương pháp số thiết bị hiệu quả

1.2 Đồ thị phụ tải điện: a Định nghĩa Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng cho nhu cầu điện của từng thiết bị b Phân loại

- Theo loại công suất, đồ thị phụ tải gồm có:

+ Đồ thị phụ tải công suất tác dụng: P = f(t)

+ Đồ thị phụ tải công suất phản kháng: Q = g(t)

+ Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến: S = h(t)

- Theo dạng đồ thị, đồ thị phụ tải gồm có:

+ Đồ thị phụ tải thực tế: đây là dạng đồ thị phản ánh qui luật thay đổi thực tế của công suất theo thời gian (Hình 1.1)

+ Đồ thị phụ tải nấc thang: đây là dạng đồ thị qui đổi từ đồ thị thực tế về dạng nấc thang (Hình 1.2)

- Theo thời gian khảo sát, đồ thị phụ tải gồm có:

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng với thời gian khảo sát là 24 giờ

+ Đồ thị phụ tải hàng tháng: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng (Hình 1.3)

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải hàng ngày dạng nấc thang

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải thực tế

Hình 1-3: Đồ thị phụ tải hàng năm a Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông b Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè c Đồ thị phụ tải hàng năm

+ Đồ thị phụ tải hàng năm: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông và một ngày mùa hè (Hình 1.3) Giả sử mùa hè gồm n1 ngày và mùa đông gồm n2 ngày ở đồ thị hình 1.4a, mức

P2 tồn tại trong khoảng thời gian t2 + t / 2; còn ở đồ thị hình 1.3b, mức P2 tồn tại trong khoảng thời gian t // 2

Vậy trong một năm, mức phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian là:

Tương tự, trong một năm, mức phụ tải P1 tồn tại trong khoảng thời gian là:

Đồ thị phụ tải hàng năm thể hiện số ngày mùa hè và mùa đông (n1 và n2) trong năm Từ đó, đồ thị giúp dự báo nhu cầu điện năng hàng năm và hiệu quả kinh tế trong việc cung cấp điện.

Các đặc trưng của đồ thị phụ tải

- Công suất cực đại Pmax: là giá trị công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

- Công suất trung bình Ptb: là đặc trưng tĩnh cơ bản của phụ tải trong khoảng thời gian khảo sát

PTB = AT : T (1.1) Trong đó: AT là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát T

- Công suất cực tiểu Pmin: là giá trị công suất cực tiểu trong khoảng thời gian khảo sát

- Điện năng tiêu thụ AT: thể hiện qua phần diện tích giới hạn bởi đường cong đồ thị phụ tải và các hệ trục tọa độ

Trong đó: Pi: là công suất trong khoảng thời gian khảo sát thứ i ti: là giá trị thời gian của đoạn khảo sát thứ i

T: là thời gian khảo sát

Pmax: là công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

Thời gian sử dụng công suất cực đại là khoảng thời gian lý tưởng cho phép sử dụng công suất ổn định Pmax liên tục, trong khoảng thời gian này, lượng điện năng lý thuyết (A) được tạo ra bằng đúng lượng điện năng thực tế tiêu thụ.

Nếu thời gian t1 càng kéo dài hơn thời gian t2 thì Tmax càng lớn

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải haicấp

Tmax phụ thuộc vào tính chất của phụ tảI, qui trình của các xí nghiệp công nghiệp và có thể tham khảo từ các sổ tay thiết kế cung cấp điện max max max 1

 (1.3) c Các đại lượng cơ bản:

- Thiết bị dùng điện: hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ, là những thiết bị tiêu thụ điện năng như động cơ điện, lò điện, đèn điện

- Hộ tiêu thụ: là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay của xí nghiệp hoặc của khu vực

- Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng

+ Công suất định mức (Pđm): Công suất định mức là công suất của các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch máy hoặc trên nhãn hiệu máy, được biểu diễn bằng công suất tác dụng P (đối với động cơ, lò điện trở, bóng đèn…) hoặc biểu diễn bằng công suất biểu kiến S (đối với máy biến áp hàn, lò điện cảm ứng…) Công suất định mức được tính với thời gian làm việc lâu dài Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động cơ Đối với động cơ một pha: Pđm = Uđm.Iđm.cos đm  (1.4) Đối với động cơ ba pha: Pđm = 3Uđm.Iđm.cos đm  (1.5)

+ Công suất đặt (Pđ): Là công suất đầu vào của động cơ

Lưu ý: Đứng về mặt cung cấp điện, ta quan tâm đến loại công suất này

 Trong đó: Pđ: Công suất đặt của động cơ, kW

Pđm: Công suất định mức của động cơ, kW

 đc : Hiệu suất định mức của động cơ

Vì hiệu suất định mức của động cơ tương đối cao (đối với động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc,  đc = 0,8  0,95) nên để cho tính toán được đơn giản, người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất, lúc này lấy Pđ Pđm

+ Phụ tải trung bình (Ptb): Là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian khảo sát, được xác định bằng biểu thức:

Trong đó: - Ap; Aq: Là điện năng tác dụng và phản kháng trong khoảng thời gian khảo sát (kWh; kVArh)

- t: Là thời gian khảo sát (h)

(Thời gian khảo sát là 1 ca làm việc, một tháng hay một năm )

Phụ tải đỉnh dài hạn (Pmax) là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong một khoảng thời gian tương đối ngắn Trong quá trình tính toán lưới điện và máy biến áp theo phát nhiệt, Pmax thường được lấy bằng phụ tải trung bình lớn nhất trong thời gian này Pmax có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động và độ bền của lưới điện và máy biến áp.

5, 10 phút, 30 phút hay 60 phút (thông thường nhất lấy trong thời gian 30 phút, lúc đó ký hiệu P30, Q30, S30) đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại xác định như trên để làm phụ tải tính toán

Người ta sử dụng phụ tải cực đại để tính toán tổn thất công suất ở mức cao nhất, đồng thời dùng để lựa chọn thiết bị điện, dây dẫn và dây cáp phù hợp với mật độ dòng điện kinh tế.

+ Phụ tải cực đại ngắn hạn hay còn gọi là phụ tải đỉnh nhọn (Pđn): Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1  2 giây

Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, kiểm tra điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy cầu chì và tính dòng khởi động của rơ le bảo vệ v.v

Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi động cơ khởi động

Tính toán phụ tải điện

Phụ tải tính toán của một nhóm thiết bị điện, của một phân xưởng là phụ tải sử dụng để thiết kế cung cấp điện cho nhóm thiết bị điện đó, phụ tải tính toán còn dùng để lựa chọn máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt điều đó có nghĩa là hệ thống cung cấp điện được xác định theo công suất tính toán này

Các phương pháp tính phụ tải điện: a Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Một cách gần đúng có thể lấy: P đ  P đm do đó:

Với: knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay

P đi : công suất đặt của thiết bị thứ i (kW)

P đmi : công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Ptt: công suất tác dụng tính toán của nhóm thiết bị (kW)

Q tt : công suất phản kháng tính toán của nhóm thiết bị (kVAr)

Stt: công suất biểu kiến (toàn phần) tính toán của nhóm thiết bị (kVA) n: số thiết bị trong nhóm

Nếu hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì ta phải tính hệ số công suất trung bình (cos tb ) theo công thức sau: cos tb = P1cosφ1 + P2cosφ2 + … + Pncosφn

Phương pháp này tính toán đơn giản, thuận tiện nhưng cho kết quả kém chính xác do hệ số nhu cầu là số liệu cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm

Một xưởng sửa chữa ô tô có công suất đặt 200kW, diện tích xưởng 20x40 800m 2 Yêu cầu xác định phụ tải điện

Giải Xưởng sản xuất ô tô thực chất là xưởng sản xuất cơ khí có Knc = 0,2 đến 0,3 Lấy Knc = 0,3, phụ tải tính toán động lực:

Ptt = Knc Pđ = 0,3 x 200 = 60 (kW) Phụ tải chiếu sáng với P0 = 12 (W/m 2 )

Pcs = P0 D = 12 x 800 = 9600 (W) Phụ tải toàn xưởng: Px = Ptt + Pcs = 60 + 9,6 = 69,6 (kW)

Vì dùng đèn sợi đốt nên Qcs = 0 vậy Qx = Qtt = Ptt tgφ

Tra sổ tay với phân xưởng sửa chữa có cosφ = 0,5 đến 0,6 lấy cosφ = 0,5 Xác định được phụ tải điện chiếu sáng:

Qx = Qtt = Ptt tgφ = 60 x 1,73 = 103,8 (kVAr) Phụ tải điện toàn phần: S = 69,6 + j103,8 (kVA)

S (kVA); cosφ = Px /Sx = 69,6/125 = 0,56 b Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Công thức tính: Ptt = p0.F (kW)

Trong đó: p0: là suất phụ tải trên 1m 2 diện tích sản xuất kW/m 2

F: là diện tích sản xuất

Giá trị p0 có thể tham khảo từ các tài liệu, tuy nhiên phương pháp này chỉ cung cấp giá trị gần đúng, do đó phù hợp để sử dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Nó được áp dụng trong tính toán phụ tải điện cho các phân xưởng có mật độ phân bố đều, bao gồm các ngành như gia công cơ khí, dệt may, sản xuất ô tô và vòng bi.

- Với các phân xưởng cơ khí, luyện kim… p0 = 12 đến 15 (W/m 2 )

- Với các phân xưởng dệt may, hóa chất… p0 = 15 đến 20 (W/m 2 )

- Với xưởng thiết kế p0 = 25 đến 30 (W/m 2 )

- Với nhà hành chính p0 = 20 đến 25 (W/m 2 )

- Với các trường học trị số p0 lấy như sau:

+ Với khu hành chính văn phòng p0 = 20 đến 25 (W/m 2 )

Ví dụ 1.2 xác định công suất tiêu thụ của một trường THCS bao gồm nhà học 2 tầng, mỗi tầng có 6 phòng học với diện tích mỗi phòng là 80m2 Các khu vực còn lại như phòng trực, phòng hiệu trưởng, phòng học có tổng diện tích 100m2.

Giải Phụ tải một phòng học với p0 (W/m 2 )

P1p = p0 S = 15 x 80 = 1200 (kW) Phụ tải 1 tầng gồm có 6 phòng giống nhau

PT = 6 P1p = 6 x 1,2 = 7,2 (kW) Phụ tải cả nhà học 2 tầng: PN = 2 x 7,2 = 14,4 (kW)

Phụ tải các khu còn lại như: thường trực, hiệu trưởng, phòng học

PH = 20 x 100 = 2000 (W) = 2 (kW) Tổng phụ tải toàn trường: P∑ = PN + PH = 14,4 + 2 = 16,4 (kW)

Giả thiết dùng đèn tuýp có cosφ = 0,8 xác định được phụ tải toàn phần:

�㕆 = = , , = 20,5 kVA c Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm

M: số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm (sản lượng) a: suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)

Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải (giờ/năm)

Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong việc đo mức tiêu thụ điện của các thiết bị điện có đồ thị phụ tải thay đổi theo thời gian, điển hình như quạt gió, bơm nước, máy nén khí và thiết bị điện phân.

Ví dụ 1.3: Xác định phụ tải tính toán của một nhóm máy nén khí, biết rằng:

- Nhóm máy đó trong một năm sản xuất được 312.10 6 m 3 khí nén

- Điện năng tiêu thụ cho 10 3 m 3 khí nén là a = 1000 kWh/10 3 m 3

- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 7000h/năm

Giải Áp dụng công thức ta được:

Tmax 10 3 7.10 3 d Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và phụ tải trung bình

Khi không có số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp đơn giản gần đúng như (1.29) trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì chúng ta nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại

Công thức tính: Ptt= k max 

Trong đó: P đm : công suất định mức của phụ tải k max : hệ số cực đại; ksd: hệ số sử dụng

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định thiết bị hiệu quả nhq chúng ta đã xét tới một loạt các yếu tố quan trọng như: ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất, sự khác nhau về chế độ làm việc

Khi xác định phụ tải theo phương pháp này trong một số trường hợp cụ thể dùng công thức sau:

Trường hợp n  3 và nhq 4, phụ tải tính toán được tính theo:

1 (1.32) Còn đối với thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì:

 (1.33) Trường hợp n  3 và nhq 4, phụ tải tính toán được tính theo:

1 (1.34) Trong đó: kpti: hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác có thể lấy: kpt= 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn kpt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Pdmi: là công suất định mức của thiết bị thứ i

Trường hợp nhq  300, ksd  0,5 thì:

Hệ số cực đại kmax sẽ lấy ứng với nhq = 300

Trường hợp nhq 300, ksd 0,5 thì:

,1 (1.35) Đối với nhóm thiết bị có đồ thị bằng phẳng như: máy bơm, quạt, máy nén khí thì hệ số cực đại có thể lấy bằng 1, và lúc đó: Ptt = Ptb ; Qtt = Qtb

Ví dụ 1.4: Hãy xác định phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí có các máy sau:

Tên máy Số lượng Pđm(kW) cos

Hệ số sử dụng chung cho các máy trong phân xưởng ksd = 0,1

Giải Bước 1: Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq

Theo số liệu đã cho tính được: n = 38; n1 = 9; 0 , 23

Tra bảng được: nhq* = 0,56 Như vậy nhq = nhq*.n = 0,56.38 = 21,2

Bước 2: Xác định phụ tải tính toán Áp dụng công thức: 

Thay nhq = 21,2 và k sd = 0,1, sau đó tra bảng tìm được: kmax = 1,82

Hệ số công suất trung bình:

Công suất phản kháng và công suất biểu kiến:

Qtt = Ptt.tg tb = 23,1.1,2 = 27,72 kVAr

Stt = Ptt / cos tb = 23,1/0,63 = 36,6 kVA e Phương pháp tính một số phụ tải đặc biệt:

1 Phương pháp tính phụ tải tính toán cho thiết bị điện một pha

Phụ tải một pha có thể có điện áp dây (nối vào hai dây pha) hoặc có thể là điện áp pha (nối vào một dây pha và một dây trung tính) Để thiết kế được mạng điện cung cấp ba pha ta coi như có một phụ tải ba pha tương đương mà dòng điện của nó bằng dòng điện ở pha mang tải lớn nhất khi có một pha nối vào

- Khi nối các phụ tải một pha vào điện áp pha thì công suất định mức phụ tải ba pha tương đương sẽ là:

Pđmtđ = 3Pđmphmax (1.36) Trong đó: Pđmphmax là phụ tải định mức của pha mạng tải lớn nhất

- Khi nối các phụ tải một pha vào điện áp dây nếu có một phụ tải thì:

Pđmtđ = 3Pđm (1.37) Với Pđm là công suất định mức của phụ tải một pha

- Khi vừa có thiết bị một pha nối vào điện áp pha lại có thiết bị một pha nối vào điện áp dây thì ta phải qui đổi các thiết bị một pha nối vào điện áp dây trở thành thiết bị một pha tương đương nối vào điện áp pha Các hệ số qui đổi cho trong bảng 1.6

Công suất định mức qui đổi về pha A:

Ppha(a) = P ab p(ab)a + P ac p(ac)a + P ao

Qpha(a) = Q ab q(ab)a + Q ac q(ac)a + Q ao Công suất định mức qui đổi về pha B:

Ppha(b = P ba p(ba)b + P bc p(bc)b + P bo

Qpha(b) = Q ba q(ba)b + Q bc q(bc)b + Q bo Công suất định mức qui đổi về pha c:

Ppha(c) = P ca p(ca)c + P cb p(cb)c + P co

Qpha(c) = Q ba q(ba)c + Q cb q(cb)c + Q co Công suất định mức của pha mang tải cực đại:

Ppha(max) = maxPpha(a), Ppha(b), Ppha(c)

Qpha(max) = maxQpha(a), Qpha(b), Qpha(c) Công suất định mức ba pha:

P3pha = 3Ppha(max) + Ptb3pha

Q3pha = 3Qpha(max) + Qtb3pha

P3pha , Q3pha lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị một pha qui đổi về pha A

P ab , Q ab lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị một pha sử dụng điện áp dây ab

P ac , Q ac lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị một pha sử dụng điện áp dây ac

Ppha(max), Qpha(max) lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của pha mang tảI cực đại

P3pha , Q3pha lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị qui đổi về ba pha

Bảng 1.6: Hệ số qui đổi phụ tải một pha nối vào điện áp dây thành phụ tải một pha nối vào điện áp pha của mạng điện

Hệ số qui đổi Hệ số công suất của phụ tải

0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.8 0.9 1.0 p(ab)a, p(bc)b, p(ac)c 1.4 1.17 1 0.89 0.84 0.80 0.72 0.64 0.5 p(ab)b, p(bc)c, p(ac)a - 0.4 - 0.17 0 0.11 0.16 0.20 0.28 0.36 0.5 q(ab)a, q(bc)b, q(ac)c 1.26 0.86 0.58 0.38 0.30 0.22 0.09 - 0.05 - 0.29 q(ab)b, q(bc)c, q(ac)a 2.45 1014 1.16 0.96 0.88 0.80 0.67 0.53 0.29

Ví dụ 1.5: Một mạng điện có thiết bị một pha nối vào điện áp dây Uab, Uac và điện áp pha Uao Hãy qui đổi về phụ tải pha A

Phụ tải tác dụng pha A:

Ppha(a) = P ab p(ab)a + P ac p(ac)a + P ao Phụ tải phản kháng pha A:

Công suất phản kháng của tải ba pha không cân bằng Qpha(a) được tính bằng tổng công suất phản kháng Qab, Qac nhân với hệ số công suất q(ab)a, q(ac)a của từng pha và công suất phản kháng Qao Trong đó: P ab , P ac , Q ab , Q ac lần lượt là tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị một pha nối vào điện áp dây U ab , U ac

P ao , Q ao : tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị một pha nối vào điện áp pha Uao p(ab)a, p(ac)a, q(ab), q(ac)a: Các hệ số qui đổi cho ở bảng 1.6

2 Tính phụ tải đỉnh nhọn:

Phụ tải đỉnh nhọn (Pđn): Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian từ

Tính tổn thất trong mạng điện

a Sơ đồ thay thế lưới điện:

Mạng điện gổm 2 phần tử cơ bản tạo thành (đường dây và máy biến áp)  chúng ta cần thiết lập các mô hình tính toán  đó chính là sơ đồ thay thế:

+ Sơ đồ thay thế đường dây trên không và cáp Đặc điểm: Mạng xí nghiệp được cung cấp điện bằng đường dây điện áp trung bình và thấp, chiều dài không lớn lắm  trong tính toán có thể đơn giản coi hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng ở gần là không đáng kể  Điện trở của dây dẫn lấy bằng điện trở 1 chiều Để mô tả các quá trình năng lượng xẩy ra lúc truyền tải  người ta thường hay sử dụng sơ đồ thay thế

- Thường dùng 2 loại sơ đồ

+ Sơ đồ nguyên lý: là sơ đồ ghép nối các phần tử của lưới cung cấp điện (máy biến áp, đường dây, máy cắt, áptômat, cầu dao, cầu chì

+ Sơ đồ thay thế: là sơ đồ dùng trong quá trình tính toán lưới cung cấp điện trên đó người ta thay thế các phần tử lưới điện bằng các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện

- Sơ đồ thay thế đường dây tải điện

Z - là tổng trở của của đoạn đường dây là một đại lượng phức

Trong đó:  là điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn, dây cáp

Ví dụ: Điện trở suất của nhôm  A = 31,5 mm 2 /km Điện trở suất của đồng  M = 18,8 mm 2 /km

R là đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng

X là đặc trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hóa dây dẫn

Z = r0.l + jx0.l Trong đó: + l : là chiều dài dây dẫn (km)

+ r0, x0: tra bảng với từng loại dây (/km)

Chọn x0 = 0,4(/km) để tính toán sơ bộ, với cáp ta có thể lấy giá trị gần đúng x0

G là điện dẫn, là đại lượng đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng do rò điện qua sứ, cột và do các vầng quang điện

B là dung dẫn của đoạn đường dây được hình thành khi xuất hiện hai bản cực giữa hai đường dây gần nhau hoặc đường dây với đất, tạo ra công suất phản kháng QC.

Cả 2 đại lượng G và B nhỏ nên trong tinh toán có thể bỏ qua

Sơ đồ thay thế đường dây đơn giản

Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh dùng để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác với tần số không đổi Máy biến áp dùng để truyền tải công suất

Hình a: Sơ đồ thay thế chính xác máy biến áp hình T

Z1, Z2 là tổng trở 2 cuộn dây, Z0 là tổng trở lõi thép

Hình b: Sơ đồ thay thế đơn giản máy biến áp hình 

Zb : Tổng trở 2 cuộn dây máy biến áp

S0 : Tổn thất trong lõi thép biến áp

Máy biến áp có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: Lõi thép và cuộn dây (cuộn sơ cấp (1) và cuộn thứ cấp (2)), ngoài ra còn có bộ phận vỏ máy và bulông bắt gông từ Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Để đặc trưng cho tổn thất năng lượng trên 2 phần tử đó ta dùng sơ đồ thay thế hình T với 3 đại lượng

Sơ đồ này tính toán khó nên người ta sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng hình , sai số cho phép

Trong đó Rb : là điện trở 2 cuộn dây tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng

Xb : là điện kháng 2 cuộn dây tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hóa 2 cuộn dây

Với máy biến áp nhà chế tạo cho 4 thông số:

P0 (W, kW) là tổn hao không tải

PN (W, kW) là tổn hao ngắn mạch đó chính là tổn hao định mức trong 2 cuộn dây Người ta làm thí nghiệm để đo được trị số này khi nối ngắn mạch phía thứ cấp với bơm dòng định mức vào máy biến áp

I0%: Dòng điện không tải phần trăm a Hình T b Hình  Hình 1.9 Máy biến áp 2 cuộn dây

UN%: Điện áp ngắn mạch phần trăm

Từ 4 thông số này ta có thể xác định được các đại lượng trên sơ đồ thay thế máy biến áp

PN (kW): Do nhà chế tạo cho

U đmBA (kV) : Điện áp định mức của máy biến áp, nếu tính ZB về phía cao áp thì lấy U đmBA ở phía cao áp còn nếu tính ZB về phía hạ áp thì lấy U đmBA ở phía hạ áp

S đmBA (kVA): Là công suất định mức của máy biến áp

UN%: Điện áp ngắn mạch phần trăm do nhà chế tạo cho

S 0 : Tổn thất công suất trong lõi thép còn gọi là tổn thất không tải

P0: Nhà chế tạo cho, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng lõi thép

Q0: Tổn thất công suất phản kháng trong lõi thép và được xác định theo công thức:

Nếu 2 máy biến áp làm việc song song

 0  2 0 100 b Tính toán mạng hở cấp phân phối:

3.1 Tính toán tổn thất điện áp a Đường dây có 1 phụ tải

Trong đó: ZA1 = RA1+ jXA1 = r0.lA1 + jx0.lA1 cos sin

SA    Biểu thức tính tổn hao điện áp với đường dây 1 phụ tải:

U 0     U j U; �㗥�㕈 = đm+ đm Nếu P(kW); Q(kVAr); R và X (); Udm (kV) thì ΔU đơn vị là (V)

Ví dụ 1.12: ĐDK - U= 10 (kV), dây AC- 50 (r0 = 0,64 /Km, x0 = 0,4 /Km) Xác định tổn thất điện áp trên đường dây

Vẽ sơ đồ thay thế đường dây:

SA  S j  j kVA Xác định tổn thất điện áp trên đường dây:

10 = 376 (�㕉) b Đường dây có nhiều phụ tải

Trong đó: ZA1 = RA1+ jXA1 = r0.lA1+ jx0.lA1

Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổng tổn thất điện áp trên 3 đoạn đường dây

Biểu thức tính tổn hao điện áp với đường dây 3 phụ tải: max A A

      123   1   12   23 Với lưới điện trung và hạ áp, để tính toán tổn thất điện áp cho phép coi điện áp tại mọi điểm trên đường dây bằng Uđm và cho phép coi dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây bằng công suất phụ tải, nghĩa là cho phép bỏ qua tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên các đoạn đường sau khi tính tổn thất trên đoạn đường dây trước

Ví dụ 1.13: Khi tính toán đoạn 12, lẽ ra công suất chạy trên đoạn 12 bao gồm phụ tải S2, S3 và tổn thất công suất trên đoạn 23, nhưng cho phép bỏ qua lượng tổn hao công suất này

S 12   S S 2 3 Căn cứ vào công thức trên và các đại lượng công suất chạy trên các đoạn xác đinh được tổn thất điện áp trên các đoạn sau: dm dm

Từ đây xác định được tổn thất trên toàn bộ tuyến dây

Biểu thức tính tổn hao điện áp với đường dây n phụ tải: n n ij ij ij ij dm

P ij , Q ij : Công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn đường dây ij

Công suất chạy trên đoạn A1: PA1 = (P1 + P2 + P3), QA1 = (Q1 + Q2 + Q3)

Công suất chạy trên đoạn 12: P12 = (P2 + P3), QA1 = (Q2 + Q3)

Công suất chạy trên đoạn 23: P23 = P3, Q23 = Q3

Ví dụ 1.14: ĐDK – U = 10 (kV), dây AC – 50 (r0 = 0,64 /Km, x0 = 0,4 /Km) Yêu cầu: a Kiểm tra tổn thất điện áp b Biết U1 = 10,25kV, xác định U2 , UA

S2 = 500.0,7 +j500.0,7 = 350 + j 350 (kVA) a Kiểm tra tổn thất điện áp ΔU = ( 800  350 ) ,1 6 10  ( 600  350 ) 1  350 ,1 28 10  350 0 , 8 = 279 + 72,8 = 351,8 (V)

Khi sự cố 1 đường dây trên đoạn A1, đường dây lộ kép chỉ còn lộ đơn, tổng trở đường dây tăng gấp đôi

Vậy đường dây đảm bảo an toàn b Xác định điện áp tại các điểm khi biết U1 = 10,25kV

3.2 Tính toán tổn thất công suất a Tính toán tổn thất công suất trên đường dây

Biểu thức tính tổn hao công suất:

Nếu S ( kVA), P ( kW), Q ( kVAr), Z, X, Y (Ω) và Uđm ( kV) thì ∆S (VA) Còn muốn đơn vị công suất là ( kVA) thì phải nhân với 10 -3 a Đường dây có 1 phụ tải

Trong đó: ZA1 = RA1+ jXA1= r0.lA1+ jx0.lA1 cos  sin 

Biểu thức tính tổn hao công suất trên đường dây 1 phụ tải:

Ví dụ 1.15: ĐDK - U= 10 (kV) cấp điện cho phụ tải cơ khí 2000 kVA, cos = 0,6 Dây dẫn dùng AC- 70 (r0 = 0,46 /Km, x0 = 0,4 /Km)

Xác định tổn thất công suất trên đường dây

Vẽ sơ đồ thay thế đường dây:

Z A1 = 0,46.5 + j 0,4.5 = 2,3 + j2 () Tổn thất công suất: SA1 = 2000 (2,3 2) 2 2

10  j = 92000+ j80000 (VA) = 92 + j 80 (kVA) b Đường dây có nhiều phụ tải

Trong đó: ZA1 = RA1+ jXA1= r0.lA1+ jx0.lA1

Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất công suất bằng tổng tổn thất công suất trên 3 đoạn đường dây

Căn cứ vào công thức trên và các đại lượng công suất chạy trên các đoạn xác đinh được tổn thất điện áp trên các đoạn sau: dm dm

Từ đây xác định được tổn thất trên toàn bộ tuyến dây

Tổng quát: n 2 n 2 2 ij ij ij ij ij ij d m d m

Trong đó: n: số đoạn đường dây và số phụ tải

Pij, Qij: Công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn đường dây ij b Tính tổn thất công suất trong trạm biến áp

S trong trạm biến áp chỉ là tổn thất trong các máy biến áp còn các thiết bị khác (máy cắt, dao cách ly, ) có tổng trở nhỏ thì tổn thất công suất trên chúng là không đáng kể

S bao gồm: Máy biến áp tổn thất công suất trong lõi thép, trên 2 cuộn dây:

S cu là tổn thất trên 2 cuộn dây có thể xác định theo 2 cách: 100

+ Theo tổng trở biến áp: Scu 2 pt

U (Thay Z B = R B + jX B ) + Theo PN và UN

Thay: B N dm B 3 N dm B dm B dm B

Trong đó, ΔPN và UN là các thông số do nhà sản xuất cung cấp khi tải ở định mức Để quy đổi giá trị đo khi tải ở giá trị S bất kỳ, cần nhân giá trị đo được với bình phương hệ số tải Như vậy, nếu tính tổn thất công suất trên hai cuộn dây theo tổng trở máy biến áp, giá trị đo được cần phải quy đổi về tải bất kỳ.

S B = o pt B 0 dmB pt B dmB dmB

  2 2   2 2 + Nếu tính Scu theo PN và UN thì:

S B = N pt 0 dmB N dmB pt dmB dmB

3.3 Tính toán tổn thất điện năng:

Chọn thời gian trong 1 năm là 8760h

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax (h) cũng là khi công suất truyền tải điện năng trong 1 năm: Pmax Tmax = A

+ Với xí nghiệp, công nghiệp thì tra sổ tay

+ Phụ tải sinh hoạt của đô thị: Tmax = ( 4000  5000)h

+ Phụ tải sinh hoạt của nông thôn: Tmax = ( 2500  3000)h

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất là  (h)

Vậy tổn thất điện năng được xác định như sau: Pmax  = A

+ Với  được xác định băng biểu thức:  = ( 0,124 + 10 -4 Tmax) 2 8760 (h) a Xác định tổn thất điện năng trên đường dây

- Đường dây có 1 phụ tải

Bước 1: Tính tổn thất công suất toàn phần lớn nhất trên đường dây A1

Bước 2: Tính tổn thất điện năng trên đường dây A1, AA1 = PA1 

Bước 3: Số tiền tổn thất điện năng trên đường dây A1 trong 1 năm:

YA = AA1 C Trong đó: C - là giá tiền 1kWh tổn thất điện năng (đ/1kWh, USD/1kWh)

- Đường dây có nhiều phụ tải

Tính tổn thất điện năng trên đường dây có n phụ tải:

A = P  tb Trong đó: tb = ( 0,124 + 10 -4 Tmaxtb) 2 8760 (h);

Ví dụ 1.16: ĐDK - U= 10 (kV) cấp điện cho xí nghiệp dài 5km, dây AC- 50 (r0 = 0,64 /Km, x0 = 0,4 /Km), Tmax = 5000h Yêu cầu xác định số tiền tổn thất điện năng 1 năm trên đường dây, cho biết C = 1000 (đ/kWh).

Vẽ sơ đồ thay thế đường dây:

Tổn thất điện năng 1 năm trên đường dây

Số tiền tổn thất điện năng 1 năm trên đường dây

Y  A =AA1 C = 109152 10 3 = 109152000 (đ) b Xác định tổn thất điện năng trong trạm biến áp

Trạm đặt 1 máy biến áp

   0 S 2 = const có ΔP0 không phụ thuộc vào phụ tải pt

 S 2 phụ thuộc vào phụ tải

- Khi không biết đồ thị phụ tải:

- Khi biết đồ thị phụ tải thì

TBA xí nghiệp đặt 1 máy 500kVA – 10/0,4kV của công ty thiết bị điện Đông Anh Đồ thị phụ tải cho như hình vẽ Yêu cầu xác định số tiền tổn thất điện năng

Giải Với máy 500kVA – 10/0,4kV của công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo có: P0

= 0,94kW, PN = 5,21kW Áp dụng công thức:

Chọn phương án cung cấp điện

Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm những vấn đề sau:

- Chọn sơ đồ nối dây

Một phương án cung cấp được coi là hợp lý nếu thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, tính liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải

- Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp, sửa chữa

- Có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý

4.2 Chọn điện áp định mức của mạng điện:

Việc chọn mức điện áp cho lưới điện là một trong những vấn đề cơ bản khi thiết kế cung cấp điện, có ảnh hưởng trực tiếp đến sơ đồ cung cấp điện, việc lựa chọn các thiết bị điện, tổn thất công suất, tổn thất điện năng cũng như chi phí vận hành Bảng 1.9 đưa ra giá trị gần đúng về công suất truyền tải và khoảng cách truyền tải của các mạng có cấp điện áp khác nhau.

Cấp điện áp của mạng (kV) Loại đường dây Công suất truyền tải

4.3 Sơ đồ cung cấp điện

4.3.1 Mạng điện áp cao: a Sơ đồ hình tia (Hình nhài quạt): nguồn

Hình 1-10 Sơ đồ hình tia

+ Có sơ đồ nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây riêng biệt nên chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành bảo quản + Vốn đầu tư lớn, vì vậy sơ đồ này thường dùng cho hộ loại 1 và 2 b Sơ đồ phân nhánh: Ở sơ đồ này có một trục đường dây chính, các phụ tải đều được lấy ra từ trục này, nó có ưu khuyết điểm ngược lại với sơ đồ hình tia Do đó sơ đồ phân nhánh thường dùng cho phụ tải loại II và III

Trong thực tế, các sơ đồ mạng điện thông thường kết hợp hai sơ đồ cơ bản (trên trục và ngược trục) để tạo thành sơ đồ hỗn hợp Để tăng độ tin cậy, các mạch dự phòng riêng hoặc chung cũng được bố trí thêm vào sơ đồ Cùng với đó, sơ đồ dẫn sâu cũng được áp dụng, nhằm đảm bảo cấp điện liên tục và ổn định cho các phụ tải quan trọng.

Trong những năm gần đây nhờ chế tạo được những thiết bị có chất lượng tốt, người ta đưa điện áp cao (35kV trở lên) vào sâu trong xí nghiệp đến tận các trạm biến áp phân xưởng Sơ đồ cung cấp điện như vậy gọi là sơ đồ dẫn sâu

Do trực tiếp đưa điện áp cao vào trạm biến áp phân xưởng nên giảm được số lượng trạm phân phối, do đó giảm được số lượng các thiết bị và sơ đồ sẽ đơn giản hơn Đưa điện áp cao vào gần phụ tải nên giảm được tổn thất điện áp, điện năng, nâng cao năng lực truyền tải của mạng điện

Vì một đường dây rẽ vào nhiều trạm nên độ tin cậy cung cấp điện không cao 4.3.2 Sơ đồ mạng điện áp thấp:

Sơ đồ nối dây mạng điện áp thấp thường được sử dụng trong mạng điện phân xưởng, bao gồm mạng động lực và mạng chiếu sáng, với cấp điện áp phổ biến là 380V/220V hoặc 220V/127V Sơ đồ này được thiết kế theo kiểu hình tia để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán và tập trung trong nhà xưởng.

- Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh

+ Sơ đồ mạng hình tia nguồn

Hình 1-11 Sơ đồ phân nhánh

(Hình 1-9b) là sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải tập trung có công suất tương đối lớn như các trạm bơm, lò nung, trạm khí nén trong sơ đồ này thanh cái của trạm biến áp có các đường dây cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải

+ Sơ đồ mạng phân nhánh

(Hình 1-13a) là sơ đồ phân nhánh thường dùng trong các phân xưởng không quan trọng

Hình 1- 12 Sơ đồ hình tia a Cung cấp điện cho phụ tải phân tán b Cung cấp điện cho phụ tải tập trung

1 Thanh cái trạm biến áp phân xưởng

2 Thanh cái tủ phân phối động lực ĐC ĐC ĐC ĐC a) b) a) b)

Hình 1- 13 Sơ đồ phân nhánh

(Hình 1-13b) là sơ đồ máy biến áp - thanh cái Máy biến áp cung cấp điện cho các thanh cái đặt dọc theo phân xưởng, từ các thanh cái đó có các đường dẫn đến các tủ phân phối động lực hoặc đến các phụ tải tập trung khác Sơ đồ này thường dùng trong các phân xưởng có phụ tải phân bố đều và phân bố trên diện tích rộng b Sơ đồ mạng chiếu sáng

Mạng chiếu sáng làm việc: Là mạng cung cấp ánh sáng làm việc bình thường, bao gồm chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ

Mạng chiếu sáng chung là mạng chiếu sáng đảm bảo cho toàn phân xưởng có độ rọi như nhau Điện áp của mạng chiếu sáng chung thường là 220V

- Mạng chiếu sáng cục bộ cung cấp ánh sáng cho các khu vực yêu cầu cường độ chiếu sáng cao, như máy công cụ, lắp ráp và kiểm tra sản phẩm, thường sử dụng điện áp 12V hoặc 36V.- Mạng chiếu sáng sự cố cung cấp nguồn sáng dự phòng khi hệ thống chiếu sáng chính bị mất điện, lấy điện từ nguồn dự phòng như trạm biến áp khác hoặc bình ắc quy.

Theo cấp điện áp định mức và phạm vi sử dụng, người ta phân đường dây ra làm ba cấp như sau:

Cấp I: đường dây có Uđm = 35  220kV

Cấp II: đường dây có Uđm = 1  20kV

Cấp III: đường dây có Uđm 1kV

Hình 1-14 Đường dây dẫn điện trên không

Những bộ phận cơ bản của đường dây trên không là: dây dẫn, cột, xà, sứ cách điện, tạ chống rung

Có hai yêu cầu cơ bản sau:

- Dẫn điện tốt: Để đáp ứng yêu cầu này dây dẫn thường làm bằng đồng, nhôm, nhôm lõi thép và thép

Dây đồng là loại dây dẫn rất tốt, song là kim loại quý hiếm nên chỉ được dùng ở những nơi quan trọng, những nơi môi trường có chất ăn mòn kim loại

Hiện nay phổ biến nhất vẫn là dây nhôm tuy độ dẫn điện chỉ bằng 70% của đồng nhưng nhẹ và rẻ hơn đồng nhiều Dây nhôm không bền lắm về cơ học nên ở những nơi có khoảng vượt và sức căng lớn người ta dùng dây nhôm lõi thép để tăng độ bền cơ cho dây dẫn

Dây thép bền nhưng dẫn điện kém nên thường dùng ở mạng điện nông thôn hoặc những nơi không quan trọng Ở mạng điện ngoài trời thường dùng dây trần, còn ở trong nhà để tăng tính an toàn người ta dùng dây dẫn có bọc cách điện

Có một số loại dây dẫn phổ biến sau:

AC10; AC16; AC25; AC35; AC50; AC70; AC95; AC120; AC150; AC185 ACO240; ACO300; ACY120; M35

Chữ cái đầu chỉ loại dây dẫn:

AC: dây nhôm lõi thép

ACO: dây nhôm lõi thép tăng cường phần nhôm

ACY: dây nhôm lõi thép tăng cường phần thép

Chữ số chỉ tiết diện dây dẫn (mm 2 )

Một số loại dây dẫn chỉ có chữ số (Pháp) hoặc tên một số loại động vật quý hiếm (Mỹ)

Dây dẫn mắc trên cao phải vượt khoảng cách lớn từ cột này sang cột khác, do đó phải có độ bền cần thiết Để tăng cường độ bền người ta chế tạo dây dẫn có nhiều sợi bện lại với nhau, hoặc vỏ nhôm lõi thép

Người ta chia cột điện ra làm ba loại chính:

Cột bê tông cốt thép

Khoảng cách giữa các dây dẫn bố trí trên cột được quy định như sau:

Loại điện áp Khoảng cách dây dẫn

Xà ngang dùng để đỡ sứ cách điện và tạo khoảng cách giữa các dây dẫn Vật liệu làm xà thường giống như vật liệu làm cột

Sứ cách điện là bộ phận quan trọng để cách điện giữa đường dây và bộ phận không dẫn điện Sứ phải có tính năng cách điện cao, chịu được điện áp của đường dây lúc làm việc bình thường cũng như lúc quá điện áp, ngoài ra phải đủ bền, chịu được lực kéo Sứ phải chịu được sự biến đổi của khí hậu, không bị nứt nẻ khi nhiệt độ thay đổi

Cáp được chế tạo chắc chắn, cách điện tốt, lại được đặt dưới đất hoặc trong hầm cáp nên tránh được các va đập cơ khí và ảnh hưởng của khí hậu Điện kháng của cáp nhỏ hơn so với đường dây trên không cùng tiết diện, nên giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện áp

LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN

Lựa chọn máy biến áp

1.1 Chọn vị trí trạm biến áp

Khi chọn vị trí MBA phải thỏa mãn các yêu cầu chính sau đây:

- Gần trung tâm phụ tải

- Thuận tiện cho các đường dây vào/ra

- Thuận lợi trong quá trình lắp đặt và thi công xây dựng

- Thao tác, vận hành, sửa chữa và quản lý dễ dàng

- Phòng cháy, nổ, ẩm ướt, bụi bặm và khí ăn mòn

- An toàn cho người và thiết bị

1.2 Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp

Với hộ phụ tải loại 1: Phụ tải quan trọng không được phép mất điện, thường phải đặt 2 MBA trở lên

Với hộ phụ tải loại 2: Các xí nghiệp hàng tiêu dùng, khách sạn, siêu thị, thường đặt một MBA và máy phát dự phòng

Với hộ phụ tải loại 3: Các hộ ánh sáng sinh hoạt, thường chỉ đặt trạm 1 MBA 1.3 Xác định công suất trạm biến áp

Công suất MBA được chọn theo các công thức sau:

Với trạm 1 máy: SđmB  Stt (2.1)

Trong đó: SđmB: công suất định mức của MBA do nhà chế tạo quy định được ghi trong lý lịch máy và trên nhãn máy

Stt: công suất tính toán, nghĩa là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải kqt: hệ số quá tải kqt = 1,4

Hệ số quá tải phụ thuộc vào thời gian quá tải Lấy kqt = 1,4 là ứng với điều kiện thời gian là: quá tải không quá 5 ngày đêm, mỗi ngày quá tải không quá 6 giờ Nếu không thỏa mãn điều kiện thời gian trên phải tra đồ thị tìm kqt trong sổ tay cung cấp điện hoặc không cho quá tải

Hai công thức trên chỉ dùng để chọn MBA chế tạo trong nước hoặc với MBA ngoại nhập đã nhiệt đới hóa

* Khi sử dụng MBA ngoại nhập chưa nhiệt đới hóa cần tính theo công thức sau: Với trạm 1 máy:

Trong đó: khc: Là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ

Với: 1 là nhiệt độ môi trường sử dụng ( 0 C)

 2 là nhiệt độ môi trường chế tạo ( 2 ghi trên lý lịch máy)

Ví dụ 2.1: Dùng MBA Nga ở Việt Nam thì : khc = 1 - 24 – 5 = 0,81 100 Trong đó: 24 là nhiệt độ trung bình ở Hà Nội

5 là nhiệt độ trung bình ở Matcơva

Công thức chọn công suất cho trạm 2 máy sẽ là:

1,4 0,81 Trong đó: S1 là công suất của phụ tải loại một

Chọn máy biến áp cho khu chung cư có phụ tải điện Stt = 300 kVA, điện áp trung áp 22kV

Vì cấp điện cho khu chung cư, trạm đặt một máy: SđmB  300kVA

Chọn máy biến áp 315kVA do ABB chế tạo: 315 - 22/0,4

Trường hợp này nếu dùng máy Nga:

Chọn máy biến áp do Nga chế tạo: TM- 400 - 22/0,4

Chọn máy biến áp cho trạm biến áp nhà mày luyện kim có phụ tải điện Stt = 1200 kVA, trong hai trường hợp:

1 Không biết số % phụ tải loại 3

2 Biết số % phụ tảI loại 3 là 20%

Trạm cấp điện cho nhà máy luyện kim phải đặt 2 máy biến áp

Khi không biết số phụ tải loại 3 của nhà máy, khi sự cố một máy biến áp, máy còn lại phải cấp đủ công suất 1200kVA Áp dụng công thức (6.4), ta có:

Chọn dùng 2 máy biến áp do công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo, công suất 1000kVA: 2 x 1000 - 22/0,4

Trường hợp khảo sát thống kê được trong nhà máy có 20% phụ tải loại 3 áp dụng công thức (3.6), ta có:

Chọn dùng 2 máy biến áp do công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo, công suất 750kVA: 2 x 750 - 11/0,4

So sánh hai phương án chọn máy:

- Phương án chọn 2 máy 1000kVA có lợi là khi một máy sự cố không phải cắt điện phụ tải loại 3 nhưng có hại là vốn đầu tư lớn, hệ số tải nhỏ

- Phương án chọn 2 máy 750kVA có lợi là vốn đầu tư nhỏ, hệ số tải cao

Kt = Stt /2SđmB = 1200/1500 = 0,8 Tuy nhiên, khi sự cố một máy, máy còn lại cho phép tải 1,4 sẽ phải cắt một lượng tải loại 3 là: 1200 - 1,4 750 = 150 (kVA)

Nghĩa là không cần cắt hết 20% phụ tải loại 3.

Lựa chọn thiết bị phân phối hạ áp

2.1 Lựa chọn cầu chì và áp tô mát

Cầu chì: Cầu chì có chức năng chủ yếu là bảo vệ ngắn mạch Cầu chì được chế tạo với mọi cấp điện áp

Cầu chì hạ áp cũng được chế tạo gồm 3 loại:

- Cầu chì thông thường (không làm nhiệm vụ cách ly, cắt tải)

- Cầu chì cách ly có một đầu cố định, một đầu mở ra được như dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly như cầu dao

- Cầu chì cắt tải là cầu chì cách ly có thể đóng cắt dòng phụ tải như cầu dao phụ tải

Cầu chì hạ áp được đặc trưng bởi 2 đại lượng:

Idc – dòng định mức của dây chảy cầu chì, tính bằng A;

Ivỏ – dòng định mức của vỏ cầu chì (bao gồm đế và nắp)

Khi lựa chọn cầu chì hạ áp phải lựa chọn cả Idc và Ivỏ Thường chọn Ivỏ lớn hơn Idc vài cấp để khi dây chảy đứt vì quá tải, ngắn mạch hoặc khi cần tăng tải ta chỉ cần thay dây chảy chứ không cần thay vỏ

Hình 2.1 Ký hiệu đầy đủ cầu chì hạ áp

Ký hiệu đầy đủ Các ví dụ

Kí hiệu đầy đủ cầu chì hạ áp cho trên hình 2.1

- Khi nói cầu chì 100A, phải hiểu là: cầu chì có Ivỏ = 100A

- Khi nói bộ cầu dao - cầu chì 100A, phải hiểu là: ICD = IvỏCC = 100A

Bảng 2.2 Ký hiệu, sơ đồ và chức năng của từng loại cầu chì hạ áp

Loại Ký hiệu Chức năng

Cầu chì Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Cầu chì cách ly Bảo vệ quá tải và ngắn mạch, cách ly

Cầu chì cắt tải Bảo vệ quá tải và ngắn mạch Đóng cắt dòng điện phụ tải

Bộ cầu dao - cầu chì Bảo vệ quá tải và ngắn mạch, cách ly

Bộ cầu dao phụ tải - cầu chì

Bảo vệ quá tải và ngắn mạch Đóng cắt dòng điện phụ tải

Trong lưới hạ áp cầu chì thường được đặt khá xa nguồn (TBAPP) vì thế dòng ngắn mạch nhỏ, nên không cần kiểm tra các đại lượng liên quan đến dòng ngắn mạch

Lựa chọn cầu chì hạ áp: Trong lưới điện thắp sáng, sinh hoạt, cầu chì được chọn theo hai điều kiện:

UđmCC: là điện áp định mức của cầu chì, thường chế tạo các cỡ điện áp như cầu dao

Idc: là dòng điện định mức của dây chảy, nhà chế tạo đã cho tính bằng A

Itt: là dòng điện tính toán, đây là dòng điện lâu dài lớn nhất chạy qua dây chảy cầu chì, tính bằng A

Với phụ tải một pha (ví dụ các thiết bị điện gia dụng):

Uđm: là điện áp pha định mức bằng 220V cos: là hệ số công suất

- Với đèn sợi đốt, bếp điện, bình nóng lạnh: cos = 1

- Với quạt, tủ lạnh, điều hòa, đèn tuýp: cos = 0,8

- Với lớp học dùng quạt + đèn sợi đốt: cos = 0,9

- Với lớp học dùng quạt + đèn tuýp: cos = 0,8

Với phụ tải ba pha:

Trong đó: Uđm: là điện áp dây định mức, bằng 380V cos: là hệ số công suất, lấy theo phụ tải

Trong lưới điện công nghiệp:

Phụ tải chủ yếu của lưới điện công nghiệp là các máy móc công cụ, các động cơ Khởi động từ (KĐT) làm nhiệm vụ đóng mở và bảo vệ quá tải cho động cơ và dây dẫn

Cầu chì bảo vệ 1 động cơ:

Cầu chì bảo vệ 1 động cơ chọn theo 2 điều kiện:

Trong đó: kt : hệ số tải của động cơ, nếu không biết lấy kt = 1;

IđmĐ : dòng định mức của động cơ, tính theo công thức:

Trong đó: Uđm = 380 (V) là điện áp định mức của lưới 3 pha hạ áp cosđm là hệ số công suất định mức của động cơ, do nhà chế tạo cung cấp Thường thì cosđm có giá trị bằng 0,8.

: hiệu suất của động cơ, nếu không biết lấy bằng 1; kmm : hệ số mở máy của động cơ, nhà chế tạo đã cho

: hệ số, lấy như sau:

Hình 2.3 Cầu chì bảo vệ 1 động cơ (CC2, CC3);

Bảo vệ 2 động cơ (CC1) và bảo vệ cả nhóm động cơ (CCT)

+  = 2,5: đối với động cơ mở máy nhẹ (hoặc không tải) như máy bơm, máy cắt gọt kim loại

+  = 1,6: đối với động cơ mở máy nặng (có tải) như cần cẩu, cầu trục, máy nâng Cầu chì bảo vệ 2, 3 hoặc cả nhóm động cơ:

Trường hợp này cầu chì được chọn theo 2 điều kiện sau: dmi n k I

Trong đó:  lấy theo tính chất của động cơ mở máy

Yêu cầu lựa chọn CC bảo vệ cho bóng đèn sợi đốt 100 (W)

Giải Bóng đèn sợi đốt dùng điện áp 220 (V) và cos = 1, cầu chì chọn theo:

 Vậy chọn cầu chì hạ áp có Idc = 2(A), Ivỏ = 5(A)

2.1.2 Lựa chọn Áptômát: Áptômát: Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tảI và ngắn mạch

Áptômát ngày càng phổ biến trong lưới điện vì có khả năng làm việc đáng tin cậy, an toàn và đóng cắt đồng thời 3 pha, đáp ứng tốt hơn cầu chì Ngoài ra, áptômát còn có khả năng tự động hóa cao, giúp nâng cao hiệu quả vận hành Mặc dù có giá thành cao hơn, áptômát vẫn được ưa chuộng bởi những ưu điểm vượt trội Các loại áptômát được sản xuất với điện áp khác nhau: 400V, 440V, 500V, 600V và 690V để phù hợp với từng hệ thống điện.

Người ta cũng chế tạo các loại áptômát 1 pha, 2 pha, 3 pha với số cực khác nhau:

Ký hiệu của áptômát cho ở bảng dưới đây: hiệu Ký

TT 2 cực 3cực 3 cực + TT 4 cực

Ngoài áptômát thông thường, người ta còn chế tạo loại áptômát chống rò điện áptômát chống rò tự động cắt mạch điện nếu dòng rò có trị số 30 mA, 100 mA hoặc 300 mA tùy loại

Lựa chọn Áp tô mát: Áptômát được chọn theo 3 điều kiện:

Yêu cầu chọn áptômát tổng cho căn hộ gia đình có công suất đặt là 6 (kW)

Giải Phụ tải tính toán căn hộ

Căn hộ dùng điện áp 220 (V), cos = 0,85

Có thể chọn áptômát 32(A), ở đây dự phòng phát triển phụ tải, chọn dòng áptômát

1 pha G4CB 1040C do Clipsal chế tạo có Iđm = 40 (A), Icđm = 6 (kA)

Không cần kiểm ta điều kiện cắt ngắn mạch vì xa nguồn

2.2 Lựa chọn dao cách ly và máy cắt điện

2.2.1 Lựa chọn dao cách ly:

Dao cách ly (còn gọi là cầu dao) có nhiệm vụ chủ yếu là cách ly phần có điện và phần không có điện tạo khoảng cách an toàn trông thấy được để phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng Dao cách ly được chế tạo với mọi cấp điện áp Ở lưới hạ áp thường gọi dao cách ly là cầu dao Người ta chế tạo cầu dao 1 pha,

2 pha, 3 pha với số cực khác nhau: 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực

Về khả năng đóng cắt, cầu dao được chế tạo gồm hai loại:

- Cầu dao (thường, không tải) chỉ làm nhiệm vụ cách ly, đóng cắt không tải hoặc tải nhỏ

- Cầu dao phụ tải làm nhiệm vụ cách ly và đóng cắt dòng phụ tải

Người ta cũng chế tạo bộ cầu dao – cầu chì theo 2 loại:

- Bộ cầu dao - cầu chì thông thường

- Bộ cầu dao phụ tải - cầu chì

Trong lưới hạ áp, cầu dao thường được đặt ở vị trí cách xa nguồn (TBAPP) Do đó, dòng ngắn mạch sẽ có giá trị nhỏ Vì vậy, không cần thiết phải kiểm tra các đại lượng liên quan đến dòng ngắn mạch trong lưới hạ áp.

Lựa chọn cầu dao hạ áp:

Cầu dao hạ áp được chọn theo 2 điều kiện:

UđmCD: là điện áp định mức của cầu dao, thường chế tạo 220V, 230V, 250V, 380V, 400V, 440V, 500V, 690V

UđmLĐ: là điện áp định mức của lưới điện, có trị số điện áp pha là 220V hoặc trị số điện áp dây là 380V

IđmCD: là dòng điện định mức của cầu dao, tính bằng A

Itt: là dòng điện tính toán của tải tính bằng A

Ngoài ra, còn phải chú ý đến số pha, số cực, khả năng cắt tải, trong nhà, ngoài trời v.v

Bảng 2.4 Ký hiệu, sơ đồ và chức năng của từng loại cầu dao hạ áp

Loại Ký hiệu Chức năng

Cầu dao (dao cách ly) Cách ly, đóng cắt dòng nhỏ

(dao phụ tải ) Cách ly, đóng cắt dòng phụ tải

Bộ cầu dao - cầu chì Bảo vệ quá tải và ngắn mạch, cách ly

Bộ cầu dao phụ tải - cầu chì

Bảo vệ quá tải và ngắn mạch Đóng cắt dòng điện phụ tải

Yêu cầu chọn bộ cầu dao - cầu chì tổng cho 1 căn hộ gia đình có công suất đặt 4 kW Giải

Phụ tải tính toán căn hộ gia đình khi biết Pđ: Ptt = Kđt.Pđ = 0,8.4 = 3,2 (kW) Dòng điện tính toán căn hộ:

Hình 2.5 Tủ điện nhà giảng đường Các bộ CD-CC đã chọn

 Chọn dùng bộ CD - CC 30 (A), có: IđmCD = IvỏCC = 30 (A), Idc = 20 (A)

Yêu cầu chọn các bộ CD- CC cho tủ điện của nhà giảng đường 2 tầng, mỗi tầng

Phụ tải tính toán 1 tầng nhà 6 lớp và cả nhà 2 tầng là:

PttN = 14,4 (kW) Dòng tính toán tầng (mỗi tầng được cấp điện cả 3 pha) và cả nhà:

IttN = 2 x 13,69 = 27,38 (A) Vậy chọn bộ CD - CC tầng 50 (A), có

IđmCD = IvỏCC = 50 (A); Idc = 20 (A) Chọn bộ CD - CC nhà 100 (A), có

IđmCD = IvỏCC = 100 (A); Idc = 50 (A) Kết quả lựa chọn các bộ CD-CC cho nhà giảng đường ghi trên Hình 2.5

Yêu cầu lựa chọn 3 cầu chì nhánh và bộ CD-CC tổng cho tủ điện cấp điện cho 4 động cơ có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau: Động cơ Pđm(kW) cos Kmm Kt  Iđm α

2,5 = 42,2 (A) Chọn cầu chì hạ áp có Idc = 50 (A), Ivỏ = 100 (A)

1,6 = 73,9 (A) Chọn cầu chì hạ áp có Idc = 80 (A), Ivỏ = 100 (A)

Cầu chì bảo vệ 2 động cơ

Chọn cầu chì hạ áp có Idc = 50 (A), Ivỏ = 100 (A)

Theo kết quả tính toán trên, lẽ ra có thể chọn Idc = 100 (A)

Nhưng theo điều kiện chọn lọc, chọn bộ CD - CC có Idc = 150 (A) ICD = ICCT = 200 (A) Kết quả lựa chọn cầu chì ghi trên hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ tủ địên và kết quả lựa chọn cầu chì

Lựa chọn máy cắt điện:

Máy cắt điện: Máy cắt điện kí hiệu MC, là thiết bị đóng cắt mạch điện cao áp (trên 1000 V) Ngoài nhiệm vụ đóng, cắt điện phụ tải phục vụ cho công tác vận hành, máy cắt còn có chức năng cắt dòng điện ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống cung cấp điện

Máy cắt cũng được chế tạo nhiều chủng loại, nhiều kiểu cách, mẫu mã Có máy cắt ít dầu, máy cắt nhiều dầu, máy cắt không khí, máy cắt chân không, máy cắt khí SF6

Máy cắt hợp bộ (MCHB) được chế tạo thành dạng tủ, bao gồm máy cắt và hai dao cách ly, mang lại sự tiện lợi cho các trạm biến áp và trạm phân phối kiểu trong nhà.

Máy cắt phụ tải (MCPT) bao gồm dao cắt phụ tải dùng kết hợp với cầu chì, trong đó dao cắt phụ tải dùng để đóng cắt dòng phụ tải còn cầu chì (DCPT - CC) để cắt dòng ngắn mạch Máy cắt phụ tải rẻ tiền hơn nhưng làm việc không chắc chắn, tin cậy bằng máy cắt

Máy cắt điện được chọn và kiểm tra theo các điều kiện ghi trong (bảng 2.7 và 2.8)

Bảng 2.7 Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức ( KV ) Uđm MC ≥ Uđm LĐ

Dòng điện định mức ( A ) Iđm MC ≥ Icb

Dòng cắt định mức ( KA ) ICđm ≥ I"N

Công suất cắt định mức ( MVA ) SCđm ≥ S"N

Dòng điện ổn định động ( KA ) Iôđđ ≥ ixk

Dòng điện ổn định nhiệt ( KA ) nhđh qđ ôđđn t

Bảng 2.8 Điều kiện chon và kiểm tra máy cắt phụ tải

Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức ( KV ) Uđm MC ≥ Uđm LĐ

Dòng điện định mức ( A ) Iđm MC ≥ Icb

Dòng điện ổn định động ( KA ) Iôđđ ≥ ixk

Dòng điện ổn định nhiệt ( KA ) nhđh qđ ôđđn t

Dòng điện định mức của cầu chì ( A ) Iđm CC ≥ Icb

Dòng cắt định mức của cầu chì ( KA ) ICđm ≥ I"

Công suất cắt định mức của cầu chì ( MVA ) SCđm ≥ S"

Uđm LĐ - điện áp định mức của lưới điện ( KV )

Icb - dòng điện cưỡng bức, nghĩa là dòng điện làm việc lớn nhất đi qua máy cắt, xác định theo sơ đồ cụ thể

I∞, I" - dòng ngắn mạch vô cùng và siêu quá độ, trong tính toán ngắn mạch lưới cung cấp điện, coi ngắn mạch là xa nguồn các trị số này bằng nhau và bằng dòng ngắn mạch chu kì ixk - dòng điện ngắn mạch xung kích, là trị số tức thời lớn nhất của dòng ngắn mạch

Thanh góp còn gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn Thanh góp được dùng trong các tủ động lực, tủ phân phối hạ áp, trong các tủ MC, các trạm phân phối trong nhà, ngoài trời

Người ta chế tạo thanh góp nhiều kiểu dáng, chủng loại Có thanh góp bằng đồng hoặc bằng nhôm Thanh góp nhôm thường chỉ dùng với dòng điện nhỏ

Lựa chọn dây dẫn và cáp điện

a Giới thiệu chung về các phương pháp và phạm vi áp dụng

Các phương pháp chọn dây/cáp trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế bao gồm:

- Phương pháp chọn dây/cáp theo mật độ dòng điện kinh tế

- Phương pháp chọn dây/cáp theo khối lượng kim loại màu cực tiểu

Các phương pháp chọn dây/cáp trên cơ sở chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm:

- Phương pháp chọn dây/cáp theo dòng điện phát nóng

- Phương pháp chọn dây/cáp theo điều kiện tổn thất điện áp

Phương pháp chọn dây/cáp trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật: là phương pháp mật độ dòng điện J không đổi

Có 3 phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp hay sử dụng a Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) jkt ( A/mm 2 ) là số ampe lớn nhất trên 1 mm 2 tiết diện kinh tế Tiết diện chọn theo phương pháp này sẽ có lợi về kinh tế

Chọn theo jkt áp dụng với lưới điện có điện áp U ≥ 110kV Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp do khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn cũng được áp dụng phương pháp này b Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Phương pháp lựa chọn này lấy chỉ tiêu chất lượng điện làm chuẩn Vì thế nó được áp dụng để lựa chọn tiết diện dây cho lưới điện nông thôn, do đường dây tải điện dài chỉ tiêu điện áp thường không đảm bảo

81 c Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng phát nóng lâu dài cho phép

Phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp, áp dụng cho lưới hạ áp đô thị, công nghiệp và sinh hoạt

Bảng 2.10: Phạm vi áp dụng của các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp

Lưới điện jkt Ucp jcp

Cao áp Mọi đối tượng

Trung áp Đô thị, công nghiệp Nông thôn

Hạ áp Nông thôn Đô thị, công nghiệp

Tiết diện dù chọn theo phương pháp nào cũng phải thoả mãn các điều kiện kỹ thuật sau :

Với U ≥ 110kV: Ucpbt = 10% Uđm ; Ucpsc = 20% Uđm

Với U ≤ 35kV: Ucpbt = 5% Uđm ; Ucpsc = 10% Uđm

Ngoài ra, tiết diện dây dẫn của đường dây trên không phải thoả mãn các điều kiện về độ bền cơ học và tổn thất vầng quang

Riêng với cáp ở mọi cấp điện áp phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch:

Trong đó:  : hệ số, với nhôm  = 11; với đồng  = 6 tqđ : thời gian qui đổi, với ngắn mạch trung, hạ áp cho phép lấy tqđ = tc (thời gian ngắn mạch), thường tc = 0,5 đến 1 giây b Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt)

Trình tự lựa chọn tiết diện theo phương pháp này như sau:

1 Căn cứ vào loại dây định dùng (dây dẫn hoặc cáp) và vật liệu làm dây, trị số

Tmax tra bảng chọn trị số Jkt

Nếu đường dây cấp điện cho nhiều phụ tải có Tmax khác nhau thì xác định trị số trung bình của Tmax theo biểu thức:

Tmax tb = Si Tmax i / Si Pi Tmax i / Pi

Trong đó Si , Pi là phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ

Mật độ dòng điện kinh tế Jkt phụ thuộc vào vật liệu loại dây cáp và thời gian sử dụng công suất cực đại Có thể tham khảo Jkt cho ở bảng 2.10

Bảng 2.11: Tra mật độ Jkt (A/mm 2 ) theo Tmax và loại dây

Loại dây dẫn T max (giờ/năm)

2 Xác định trị số dòng điện lớn nhất chạy trên các đoạn dây:

3 3 cos ij ij ij n U S dm n U P dm

I    n là số lộ đường dây (lộ đơn n = 1, lộ kép n = 2)

3 Xác định tiết diện kinh tế từng đoạn: ktij ij kt

Căn cứ vào trị số Fktij tính được, tra sổ tay tìm tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn

4 Kiểm tra tiết diện đã chọn theo các điều kiện kỹ thuật Nếu có 1 điều kiện không thoả mãn, phải nâng tiết diện lên 1 cấp và thử lại

Ví dụ 2.9: Yêu cầu lựa chọn dây dẫn cho đường dây từ 10kV cấp điện cho 2 xí nghiệp như hình vẽ Các số liệu phụ tải cho trong bảng

Phụ tải S (kVA) cos Tmax (h) P (kW) Q (kVA)

Vì đường dây cấp điện cho xí nghiệp (có chiều dài ngắn, Tmax lớn) chọn tiết diện theo Jkt, dây AC max 2000.5200 1000.4000 4800 ( )

Từ Tmax = 4800h và dây AC tra bảng có J kt = 1,1 (A/mm 2 )

Trị số dòng điện trên các đoạn:

Hình 2.12 Sơ đồ cung cấp điện 83

P1+jQ1 pb+jqb pa+jqa

Tiết diện kinh tế mỗi đoạn:

Tra bảng tiết diện tiêu chuẩn chọn dây gần nhất bé hơn Đoạn 12 chọn AC - 50 có r0 = 0,64 (/km); x0 = 0,36 (/km) Đoạn A1 chọn 2AC - 70 có r0 = 0,46 (/km); x0 = 0,36 (/km)

- Kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường (không dây nào bị đứt)

Umax = 561,8 (V) > Ubtcp = 5%Uđm = 500 (V) Cần nâng tiết diện đoạn A1 lên 95mm 2 có: r0 = 0,33(/km); x0 = 0,34 (/km)

- Khi sự cố đứt 1 dây trên lộ kép A1, tổn thất điện áp trên đoạn A1 tăng gấp đôi: Usc = 2UA1 +U12 = 2.281,8 + 212,7 = 776,5 (V)

- Khi sự cố đứt 1 dây trên lộ kép A1, dòng điện trên đường còn lại tăng gấp đôi:

Vậy chọn dây dẫn cho toàn bộ đường dây như sau: Đoạn A1: 2AC - 95 Đoạn 12: AC - 50 c Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Xuất phát từ nhận xét: Khi tiết diện dây dẫn thay đổi thì điện trở thay đổi theo còn điện kháng ít thay đổi, tra sổ tay lấy: Đối với đường dây trên không cao/trung áp: x0 = (0,35  0,42)/km Đối với đường dây cáp: x0 (0,08  0,1)/km

Vì thế lấy xo ban đầu nằm trong khoảng giá trị trên thì sai số phạm phải là không lớn

Xét mạng cung cấp điện đơn giản (Hình 2.12)

Tổng tổn thất điện áp:

Nếu toàn bộ đường dây cùng chủng loại và cùng tiết diện: dm n i i i dm n i i i

U’: là thành phần tổn thất điện áp do công suất tác dụng và điện trở đường dây gây nên

U”: là thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng và điện kháng đường dây gây nên x0, r0: lần lượt là điện trở và điện kháng trên một đơn vị chiều dài đường dây (/km)

Công suất tác dụng trên đoạn lưới thứ i là Pi, công suất phản kháng là Qi Chiều dài đoạn lưới thứ i là li Tại nút thứ i, công suất tác dụng là pi còn công suất phản kháng là qi.

Li,: là khoảng cách từ nút thứ i đến nút nguồn

Vì giá trị điện kháng x0 ít thay đổi theo tiết diện dây cho nên có thể lấy giá trị trung bình x0 để tính U”:

Từ giá trị tổn thất điện áp cho phép Ucp tính từ nguồn đến phụ tải xa nhất, tính được U’ từ: Ucp = U’ + U” suy ra U’ = Ucp - U”

Do: , 0 1 n i i i i i i i dm dm dm r Pl PR P F l

Nên tiết diện dây dẫn F xác định như sau: 1 / n i i i dm

: đơn vị là mm 2 /km;

Pi,: đơn vị là kW

Uđm: đơn vị là kV; li: đơn vị là km;

Căn cứ vào giá trị tiết diện F tính toán, tra bảng chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất lớn hơn Tra giá trị r0 và x0 ứng với tiết diện dây dẫn đã chọn, tính

85 lại tổn thất điện áp U và so sánh với Ucp Nếu điều kiện tổn thất điện áp chưa thỏa mãn thì phải tăng tiết diện dây dẫn lên một cấp và kiểm tra lại lần nữa

Ví dụ 2.10: ĐDK – U = 10 (kV) cấp điện cho 2 phụ tải nông thôn từ điểm A trên đường trục 10 kV của huyện Cho phép tổn thất điện áp cho phép từ điểm rẽ A về đến phụ tải 2 là 3%Uđm Yêu cầu xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây A12

Giải Dây được chọn theo Ucp, loại dây AC

Chọn tiết diện tiêu chuẩn 50mm 2 loại dây AC – 50

Tra sổ tay với dây AC – 50, treo trên 3 đỉnh tam giác đều cách 2 m có r0 = 0,64(/km), x0 = 0,4 (/km)

UA12 = 270,7 V < Ucp = 300 V Vậy chọn dây AC – 50 cho toàn tuyến là hợp lý d Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng (I cp )

Công thức xác định tiết diện theo Icp rất đơn giản

K1 : hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và môi trường đặt dây, tra sổ tay;

K2 : hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số lượng cáp đặt chung 1 rãnh, tra sổ tay

Icp : dòng điện phát nóng cho phép, nhà chế tạo cho ứng với từng loại dây, từng tiết diện dây, tra sổ tay

Itt: dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn) đi trong dây dẫn và cáp

Tiết diện dây sau khi được chọn phải thử lại mọi điều kiện kỹ thuật, ngoài ra còn phải kiểm tra điều kiện kết hợp với các thiết bị bảo vệ

Nếu bảo vệ bằng cầu chì:

 ;  = 3 với mạch động lực;  = 0,8 với mạch sinh hoạt

Nếu bảo vệ bằng áp tô mát:

Với 1,25IđmA là dòng khởi động nhiệt (Ikđ.nh ) của áp tô mát, trong đó 1,25 là hệ số cắt quá tải của áp tô mát

Hệ số hiệu chỉnh k cho ở bảng sau:

Bảng 2.13: Bảng tra hệ số hiệu chỉnh K 1

tc của trường môi xung quanh

Hệ số k khi nhiệt độ của môi trường xung quanh là 0 C

Bảng 2.14 cung cấp thông tin về hệ số hiệu chỉnh K2 dùng để tính khả năng chịu tải của hệ thống cáp điện Hệ số này phụ thuộc vào số lượng dây cáp cùng lắp đặt trong một hầm cáp hoặc một rãnh dưới đất Bảng liệt kê mối quan hệ giữa khoảng cách giữa các sợi cáp và số sợi cáp tương ứng.

Để lựa chọn tiết diện dây dẫn cấp điện phù hợp cho động cơ máy mài, cần lưu ý các yếu tố sau: - Số dây dẫn chung rãnh: 5 dây - Khoảng cách giữa các sợi cáp: 100mm - Nhiệt độ thực của môi trường: +30 độ C - Nhiệt độ môi trường xung quanh: 25 độ C - Nhiệt độ chịu đựng của dây: 70 độ C - Dòng điện định mức của cầu chì: 50A

Giải Dòng điện lâu dài lớn nhất qua máy mài là dòng định mức:

Tra bảng chọn cáp đồng 4 lõi PVC (3.3,5 +1.2,5) có Icp = 34A

Từ nhiệt độ môi trường tra sổ tay có K1 = 0,94, với 6 cáp đi chung 1 rãnh tra sổ tay có K2 = 0,75

K1 K2 Icp = 0,94.0,75.34 = 24 A ≥ Itt = 21,1 A Thử lại điều kiện kết hợp cầu chì bảo vệ

3 = 16,67 A Không cần kiểm tra U vì đường dây ngắn

Không cần kiểm tra ổn định nhiệt dòng ngắn mạch vì xa nguồn

Chống sét và nối đất

4.1 Chống sét: a Sự hình thành sét và tác hại của sét:

Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia và tích luỹ rất mạnh điện tích trong các đám mây dông do tác dụng của các luồng không khí nóng bốc lên và hơi nước ngưng tụ trong các đám mây Các đám mây mang điện tích là do kết quả của việc phân tích các điện tích trái dấu và tập trung chúng lại trong các phần khác nhau của đám mây

Phần dưới của các đám mây dông thường tích điện tích âm Các đám mây cùng với đất Hình thành các tụ điện mây đất ở phía trên của các đám mây thường tích điện tích dương

Cường độ điện trường của tụ điện mây đất tăng dần lên và nếu tại chỗ đó cường độ đạt tới trị số tới hạn 25-30 kV/cm thì không khí bị ion hóa và bắt đầu trở nên dẫn điện

Sự phóng điện chia thành ba giai đoạn Phóng điện giữa các đám mây và đất được bất đầu bằng sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống đất, chuyển động từng đợt với tốc độ 100 -1000 km/s Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo nên ở đầu cực của nó một điện thế rất cao hàng triệu vôn Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng tia tiên đạo từng bậc Khi dòng tiên đạo vừa phát triển đến đất và các vật dẫn điện với đất thì giai đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ yếu của sét Trong giai đoạn này, các điện tích dương của đất di chuyển có hướng từ đất theo dòng tiên đạo với tốc độ lớn (6.10 4 -10 5 km/s) chạy lên và trung hoà với điện tích âm của dòng tiên đạo

Sự phóng điện được đặc trưng bởi dòng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện sét và sự lóe mãnh liệt của dòng phóng điện Không khí trong dòng phóng điện được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10000 0 C và giãn nở rất nhanh tạo thành sóng âm thanh Ở giai đoạn phóng điện thứ ba của sét sẽ kết thúc sự di chuyển các điện tích của mây mà từ đó bắt đầu phóng điện, sự loé sáng bắt đầu biến mất

Thường phóng điện sét gồm một loạt phóng điện kế tiếp nhau do sự dịch chuyển điện tích từ các phần khác nhau của đám mây Tiên đạo của những phần phóng điện sau đi theo dòng đã bị ion hoá ban đầu, vì vậy chúng phát triển liên tục và được gọi là tiên đạo dạng mũi tên

Tác hại của sét đối với con người và gia súc chủ yếu nằm ở việc sét là nguồn điện áp cao với dòng điện lớn Chỉ cần dòng điện nhỏ khoảng vài chục mA cũng đủ gây tử vong, do đó khi bị sét đánh trực tiếp, nạn nhân thường tử vong ngay lập tức.

Nếu người hoặc gia súc đứng trú mưa dưới các cây cao ngoài đồng khi có dông, nếu cây bị sét đánh, có thể điện áp bước sẽ gây nguy hiểm

Dòng sét gây nhiệt độ rất lớn, khi phóng vào các vật dễ cháy như mái nhà tranh, gỗ khô, nó có thể gây ra những đám cháy lớn, điểm này cần đặc biệt chú ý đối với việc bảo vệ các kho nhiên liệu và các đồ vật dễ cháy nổ

Sét còn phá hủy về mặt cơ học Đã có nhiều trường hợp các tháp cao, cây cối bị nổ tung vì khi dòng sét đi qua nung nóng phần lõi, hơi nước bốc ra quá nhanh và phá vỡ thân cây

Điện áp có thể cảm ứng các vật dẫn hoặc dây dài tạo thành mạch hở khi có phóng điện sét ở gần, với cường độ lên tới hàng chục kV, tiềm ẩn nguy cơ cực lớn.

Tóm lại, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp, cần phải có biện pháp bảo vệ thích hợp Một trong những biện pháp quan trọng là bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.

Những nguyên tắc bảo vệ thiết bị điện nhờ cột thu lôi đã hầu như không thay đổi từ những năm 1750 khi Franklin kiến nghị thực hiện bằng một cột cao có đỉnh nhọn bằng kim loại được nối đến hệ thống nối đất Trong quá trình thực hiện, người ta đã nghiên cứu và đưa đến những kiến thức khá chính xác về hướng đánh trực tiếp của sét, vùng bảo vệ của cột thu sét và thực hiện hệ thống nối đất Khi có một đám mây tích điện tích âm đi qua đỉnh của một cột thu lôi, nhờ cảm ứng tĩnh điện thì đỉnh của cột thu lôi sẽ nạp điện tích dương Vì đỉnh của thu lôi nhọn nên cường độ điện trường trong đám mây khá lớn Điều này sẽ tạo nên dễ dàng một kênh phóng điện từ đầu cột thu lôi đến đám mây tích điện tích âm, do vậy sẽ có dòng điện phóng từ đám mây xuống đất

Sét đánh theo qui luật xác suất, và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Do vậy, việc xác định chính xác khu vực hướng đánh của sét là rất khó và không thể đảm bảo xác suất 100% hướng của sét đến thu lôi chống sét

Trong các nghiên cứu chuyên sâu về chống sét, người ta thấy rằng chiều cao của cột thu lôi và hệ thống nối đất đảm bảo là vô cùng quan trọng Chiều cao cột thu lôi đủ lớn sẽ giúp mở rộng vùng bảo vệ, thu hút sét từ trên cao xuống và dẫn sét xuống đất một cách an toàn thông qua hệ thống nối đất hiệu quả Hệ thống nối đất có điện trở suất thấp sẽ tạo đường dẫn điện trở lực nhỏ, giúp dẫn dòng điện sét xuống đất mà không gây nguy hiểm cho con người và công trình.

* Các qui định chung về thiết bị chống sét

CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP

Khái quát

1.1 Khái niệm chung về chiếu sáng a Đặc điểm:

Hiện nay người ta thường dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo bởi vì chúng có nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng gần đúng ánh sáng tự nhiên Đèn bao gồm bóng đèn (nguồn phát sáng) và các loại (chụp, chao, hộp, máng…)

Tính kinh tế và chất lượng chiếu sáng phần lớn phụ thuộc vào sự phân bố quang thông của đèn

* Căn cứ vào cách gia công chế tạo, đèn được chia thành các loại như sau: Đèn kiểu hở; Đèn kiểu kín; Đèn chống ẩm; Đèn chống bụi; Đèn chống n

* Căn cứ vào sự phân bố quang thông qua bán cầu trên và bán cầu dưới, đèn được chia thành các loại như sau:

Hình 3.1 Phân loại đèn theo kỹ thuật chiếu sáng

Các dạng phân bố ánh sáng của đèn

Các mẫu đường cong cường độ sáng Bố trí đèn

Lượng quang thông phát ra ở bán cầu trên (%)

Phân loại đèn Ánh sáng trực tiếp 0  10 Phụ thuộc vào đặc tính đường cong cường độ sáng, đèn được xếp thành các loại: ánh sáng phân bố trung bình và phân bố rộng

10  45 Ánh sáng trực tiếp Ánh sáng tán xạ 45  55 Ánh sáng tán xạ đồng đều

Tùy thuộc vào đặc tính đường cong cường độ sáng, đèn được chia thành các loại: ánh sáng phân bố tập trung, ánh sáng phân bố trung bình và ánh sáng phân bố rộng.

Trong cuộc sống hằng ngày ngoài chiếu sáng tự nhiên còn phải dùng chiếu sáng nhân tạo, phổ biến nhất là dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo

Hình 3.2 Một số hình thức chiếu sáng thông dụng

Khi thiết kế chiếu sáng phải đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác Ngoài ra, chúng ta còn phải quan tâm đến màu sắc ánh sáng, lựa chọn các chao chụp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật và còn phải đảm bảo mỹ quan Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Không lóa do phản xạ

- Độ rọi yêu cầu phải đồng đều c Các hình thức chiếu sáng

Là hình thức chiếu sáng tạo nên độ rọi đồng đều trên toàn diện tích Trong hình thức chiếu sáng này, các bóng đèn được treo cao trên trần theo một quy luật nào đó tạo nên độ rọi đồng đều

Chiếu sáng chung được dùng nhiều trong các các phân xưởng có diện tích làm việc rộng, có yêu cầu độ rọi đồng đều tại mọi điểm trên bề mặt đó, chiếu sáng chung còn được sử dụng ở cả xưởng rèn, hành lang, đường đi

Chiếu sáng cục bộ: ở những nơi cần quan sát tỷ mỉ, chính xác, phân biệt rõ các chi tiết thì cần phải có độ rọi cao để làm việc Muốn vậy phải dùng phương pháp chiếu sáng cục bộ, nghĩa là đặt đèn vào nơi cần quan sát Chiếu sáng cục bộ thường dùng để chiếu sáng các chi tiết gia công trên máy công cụ, chiếu sáng ở các bộ phận kiểm tra, lắp máy Tại các nơi đó chiếu sáng chung thường không đủ độ rọi cần thiết nên phải dùng thêm các đèn chiếu sáng cục bộ Các loại đèn chiếu sáng cục bộ trên máy công cụ hoặc các đèn cầm tay di động thường dùng với điện áp 12V hoặc 36V

Là hình thức chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung và chiếu sáng cục bộ Chiếu sáng hỗn hợp được dùng ở những phân xưởng có những công việc thuộc cấp I, II, III ghi trong bảng phân phối công việc Nó cũng được dùng khi phân biệt màu sắc, độ lồi lõm, hướng sắp xếp các chi tiết chiếu sáng hỗn hợp thường dùng ở các phân xưởng gia công nguội, phân xưởng khuôn mẫu, đúc ở các nhà máy cơ khí

Chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố:

Ngoài hệ thống chiếu sáng làm việc cần phải đặt thêm hệ thống chiếu sáng sự cố Độ rọi của hệ thống chiếu sáng sự cố phải lớn hơn 10% độ rọi của hệ thống chiếu sáng làm việc

Hệ thống chiếu sáng sự cố phải làm việc đồng thời với hệ thống chiếu sáng làm việc hoặc phải có thiết bị đóng tự động khi hệ thống chiếu sáng làm việc bị mất điện

Chiếu sáng trong nhà, ngoài trời và đặc điểm của phụ tải chiếu sáng:

Chiếu sáng trong nhà đã trình bày ở trên, còn chiếu sáng ngoài trời là chiếu sáng các khu vực làm việc ngoài trời như: sân bãi, đường đi, nơi bốc dỡ hàng hóa Khi thiết kế cần chú ý đến các yếu tố khí hậu: mưa, bụi, sương mù Đặc điểm của phụ tải chiếu sáng là bằng phẳng với hệ số nhu cầu (knc = 0,9  1) Phụ tải chiếu sáng phụ thuộc vào mùa và vĩ độ địa lý

1.2 Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng a Quang thông

Mắt người có cảm giác rất khác nhau với ánh sáng có cùng công suất nhưng có bước sóng khác nhau Mắt trung bình nhạy cảm nhất với ánh sáng màu xanh lá cây có bước sóng 555.10 -6 m Đối với các bước sóng lệch khỏi 555.10 -6 m về hai phía, độ cảm quang của mắt giảm đi và ra ngoài khoảng bước sóng 760.10 -6 m và 380.10 -6 m thì mắt không cảm nhận thấy nữa Nếu coi độ nhạy cảm của mắt với các bước sóng 555.10 -6 m là 1, rồi tính độ nhạy cảm của mắt với bước sóng còn lại theo bước sóng này ta sẽ được độ nhạy tương đối K  Đối với mắt người quan trọng không phải là công suất của các tia sáng mà chính là cảm giác về ánh sáng mà các tia sáng gây ra trong mắt Để phản ánh điều này, ta quy chuyển ánh sáng có bước sóng  bất kỳ về ánh sáng xanh lá cây bằng công thức:

F  : là công suất của ánh sáng có bước sóng 

K  : là độ nhạy của mắt đối với bước sóng 

Fx: là công suất của ánh sáng có bước sóng  đã quy đổi về bước sóng 555.10 -6 m Đại lượng Fx viết gọn là F và được gọi là quang thông

Nếu ánh sáng bao gồm bước sóng từ 1 - 2 thì quang thông được tính như sau:

Như vậy quang thông chính là công suất của ánh sáng (công suất phát sáng), được đánh giá bằng cảm giác với mắt thường của người có thể hấp thụ được lượng bức xạ Đơn vị quang thông: lumen (lm), là quang thông do một nguồn sáng điểm có cường độ 1 can đê la phát đều trong góc khối 1 Stê ra đi an (sr)

1lm = 1cd X 1góc khối Cũng có khi dùng đơn vị là W, với:

1lm = 1/683 (W) b Cường độ ánh sáng (I) Đơn vị đo cường độ ánh sáng là can đê la (cd), là đơn vị cơ bản dùng để chỉ cường độ ánh sáng trên mặt phẳng vuông góc với nguồn sáng có diện tích 1/600.000 m2 và bức xạ toàn phần ở nhiệt độ đông đặc của platin dưới áp suất 101.325 N/m 2 (theo định nghĩa năm 1921 tức là 1cd = 0,995 nến quốc tế) c Độ chói B

Tính toán chiếu sáng

2.1 Nội dung thiết kế chiếu sáng

Trình tự một bản thiết kế chiếu sáng bao gồm:

1 Lựa chọn loại đèn, công suất, số lượng bóng đèn

2 Bố trí đèn trong không gian cần chiếu sáng

3 Thiết kế lưới điện cần chiếu sáng:

- Sơ đồ nguyên lý lưới chiếu sáng

- Lựa chọn các thiết bị bảo vệ: áp tô mát, cầu chì

* Lựa chọn các thiết bị bảo vệ: áp tô mát, cầu chì Áp tô mát (CB) được chọn theo điều kiện:

UđmCB UđmLĐ ; IđmCB  Itt ; IcđmCB IN

Cầu chì được chọn theo các điều kiện:

Cầu chì hạ áp thường dùng ở xa nguồn nên dòng ngắn mạch nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện cắt dòng ngắn mạch Với cầu chì cấp trên vẫn phải đảm bảo điều kiện chọn lọc Áp tô mát có cấu tạo phức tạp và đắt, tuy nhiên do làm việc tin cậy và thao tác đóng lại nhanh làm cho thời gian mất điện ngắn nên ngày càng được dùng nhiều trong lưới điện chiếu sáng dân dụng và công nghiệp

Dây dẫn trong lưới điện chiếu sáng hạ áp chọn theo dòng phát nóng cho phép: k1k2Icp  Itt

Trong đó: k1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến sự chênh lệch giữa nhiệt độ môi trường chế tạo và nhiệt độ môi trường sử dụng, tra sổ tay k2: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng dây hoặc cáp đi chung một ống (hoặc một rãnh)

Icp: Dòng điện cho phép của dây dẫn ứng với tiết diện cần chọn, nhà chế tạo cho, tra sổ tay

Phải kiểm tra dây dẫn chọn theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ:

+ Nếu bảo vệ bằng áp tô mát:

+ Nếu bảo vệ bằng cầu chì:

Ngoài ra khi cần thiết, còn phải kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp (nếu đường dây dài) và điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch (nếu gần nguồn)

2.2 Thiết kế chiếu sáng dân dụng

Ánh sáng dân dụng được sử dụng chiếu sáng cho các không gian sinh hoạt như nhà ở, hội trường, trường học, công sở, cửa hàng, siêu thị, bệnh viện Các khu vực này thường yêu cầu mức độ chiếu sáng chung, không quá khắt khe về độ rọi hay các thông số kỹ thuật khác.

Trong chiếu sáng dân dụng tùy theo khả năng kinh phí, tùy theo mức độ yêu cầu mỹ quan có thể sử dụng mọi loại đèn: đèn sợi đốt, đèn tuýp, đèn halôgen, đèn natri cao áp và thấp áp

Trình tự thiết kế chiếu sáng dân dụng như sau: a Tính tổng công suất chiếu sáng cho khu vực có diện tích S (m 2 )

Pcs = Po.S Trong đó: Po: Suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, tra bảng chọn (W/m 2 )

S: diện tích (m 2 ) b Tính tổng số bóng đèn cần lắp trong khu vực: n = Pcs

Trong đó: Pđ: công suất đèn (W) n: tổng số bóng đèn (bóng) c Căn cứ vào diện tích cần chiếu sáng, vào số lượng bóng đèn, vào tính chất yêu cầu sử dụng ánh sáng mà chọn cách bố trí đèn thích hợp (bố trí rải đều hay thành rãnh, thành cụm, số lượng bóng trong mỗi cụm v.v…) d Vẽ sơ đồ đấu dây từ bảng điện đến từng bóng đèn Đó là bản vẽ mặt bằng cấp điện chiếu sáng e Vẽ sơ đồ nguyên lý lưới điện chiếu sáng f Lựa chọn và kiểm tra các phần tử trên sơ đồ (áp tô mát, cầu chì, thanh cái, dây dẫn)

Trong tính toán chiếu sáng dân dụng đô thị bao gồm cả tính toán thiết kế cho quạt Trong trường hợp này có hai cách làm:

- Lấy suất phụ tải chung cho cả chiếu sáng và quạt, sau đó trừ công suất quạt (lấy theo thực tế) tìm được công suất chiếu sáng

Đối với thiết kế chiếu sáng, cần tính riêng công suất phụ tải cho đèn chiếu sáng, còn đối với quạt thì tính toán theo thực tế và riêng biệt Mức công suất chiếu sáng tiêu chuẩn P0 (W/m 2 ) được xác định theo đối tượng chiếu sáng cụ thể.

Khu giảng đường 20 Các phân xưởng cơ khí luyện kim 12 đến 15 Khu hành chính văn phòng 20 đến 25 Các phân xưởng dệt, may, hóa chất 15 đến 20

Phòng thí nghiệm 30 đến 40 Kho, bãi 5 đến 10

Nhà thể thao 20 đến 30 Xưởng thiết kế 25 đến 30

Hình 3.2 Mặt bằng cấp điện chiếu sáng cho siêu thị

6 Các áp tô mát nhánh

Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho một siêu thị nhỏ, diện tích 10x10 = 100m 2

Siêu thị yêu cầu mức độ chiếu sáng cao vì vậy chọn suất chiếu sáng là:

Po = 30 W/m 2 Tổng công suất cần cấp cho chiếu sáng siêu thị là:

Pcs = Po.S = 30 x (10x10) = 3000W Chọn dùng loại đèn nê-on, dài 1,2m, công suất 40W Vậy số lượng bóng đèn cần dùng là: n = 3000 : 40 = 75 bóng

Số lượng này được bố trí thành 5 dãy, mỗi dãy 15 bóng chia làm 5 cụm, mỗi

3 bóng Mặt bằng bố trí đèn và đi dây như hình 3.2 cụm

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý cấp điện chiếu sáng cho siêu thị

Sơ đồ nguyên lý lưới điện chiếu sáng cho siêu thị như sau:

Lựa chọn áp tô mát tổng CBT: 17 (A)

Chọn áp tô mát tổng 30A

Lựa chọn áp tô mát nhánh: Có 5 áp tô mát nhánh, dòng tính toán mỗi nhánh là dòng của 15 đèn 3,4 (A)

Chọn dùng 5 áp tô mát nhánh 5A

Thông số kỹ thuật của các áp tô mát cho trong bảng sau: Áp tô mát Tên Uđm (V) Iđm (A) Loại Kiểu Số cực Icđm(kA) Số lượng

Vì xa nguồn nên không cần kiểm tra điều kiện cắt ngắn mạch

131 Hình 3.7 Bố trí đèn trên mặt bằng và mặt đứng

Lựa chọn dây dẫn cho 5 dãy đèn k1k2Icp  Itt = 3,4 (A)

Dự định dùng dây đồng bọc nhựa hạ áp, lõi mềm nhiều sợi, đi riêng lẽ: k1 = k2 = 1 Chọn dùng dây đôi mềm tròn M(2 x 1) có Icp = 10 (A)

Kiểm tra điều kiện kết hợp áp tô mát bảo vệ

Vậy chọn dây M(2 x 1) cho các dãy đèn là thỏa mãn

Vì đường dây ngắn nên không cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp

Vì xa nguồn nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt dòng ngắn mạch

2.3 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp

Với các nhà xưởng sản xuất công nghiệp thường là chiếu sáng chung khi cần tăng cường ánh sáng tại điểm làm việc đã có chiếu sáng cục bộ

Do đặc thù là phân xưởng sản xuất, có yêu cầu độ rọi tại mặt bàn công tác cao nên khi thiết kế hệ thống chiếu sáng cho không gian này thường áp dụng theo phương pháp hệ số sử dụng.

Trình tự tính toán như sau:

1 Xác định độ cao treo đèn: H = h - h1 – h2

Trong đó: h: là độ cao của nhà xưởng h1: là khoảng cách từ trần đến bóng đèn h2: là độ cao mặt bàn làm việc

2 Xác định khoảng cách giữa hai đèn kề nhau (L) theo tỷ số hợp lý L/H, tra theo bảng sau cp 1,25I dmCB 1,25 x 5

Loại đèn và nơi sử dụng L/H bố trí nhiều dây L/H bố trí

Chiều rộng giới hạn của nhà xưởng khi bố trí 1 dây nhất Tốt Max cho phép Tốt nhất Max cho phép Chiếu sáng nhà xưởng dùng chao mờ hoặc sắt tráng men 2,3 3,2 1,9 2,5 1,3H

Chiếu sáng nhà xưởng dùng chao vạn năng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H

Chiếu sáng cơ quan, văn phòng 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H

Bảng 3.8: Tỷ số L/H hợp lý cho các đối tượng chiếu sáng

3 Căn cứ vào sự bố trí đèn trên mặt bằng, mặt cắt, xác định hệ số phản xạ của tường, trần  tường ,  trần , (%)

4 Xác định chỉ số của phòng (có kích thước a x b)

5 Từ  tường ,  trần ,  tra bảng tìm hệ số sử dụng ksd

6 Xác định quang thông của đèn

Trong đó: k: là hệ số dự trữ, tra bảng 8.4

E: là độ rọi (lx) theo yêu cầu của nhà xưởng

S: là diện tích nhà xưởng (m 2 )

Z: là hệ số tính toán Z = 0,8  1,4 n: là số bóng đèn được xác định chính xác sau khi bố trí đèn trên mặt bằng

Tính chất môi trường Số lần lau bóng ít nhất

Hệ số dự trữ (k) Đèn tuýp Đèn sợi đốt

Nhiều bụi khói, tro, mồ hóng 4 2 1,7

Mức bụi khói, tro, mồ hóng trung bình 3 1,8 1,5 ít bụi khói, tro, mồ hóng 2 1,5 1,3

Bảng 3.9: Hệ số dự trữ

7 Tra sổ tay tìm công suất bóng có F  F tính toán

8 Vẽ sơ đồ cấp điện chiếu sáng trên mặt bằng

9 Vẽ sơ đồ nguyên lý cấp điện chiếu sáng

10 Lựa chọn các phần tử trên sơ đồ nguyên lý

Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí có diện tích S = 20 x 50 1000m 2

1 Xác định số lượng, công suất đèn:

Nội dung phần này bao gồm các hạng mục từ 1 đến 7 trong trình tự tính toán nêu trên

Vì là xưởng sản xuất, dự định dùng đèn sợi đốt, cos = 1

Chọn độ rọi cho chiếu sáng chung là E = 30 lx

Căn cứ vào trần nhà cao 4,5m, mặt công tác h2 = 0,8m, độ cao treo đèn cách trần h1 = 0,7m

Tra bảng đèn sợi đốt, bóng vạn năng có L/H = 1,8 xác định được khoảng cách giữa các đèn

Căn cứ vào bề rộng phòng (20m) chọn L = 5 m Đèn sẽ được bố trí làm 9 dãy cách nhau 5m, cách tường 2,5m, tổng cộng 36 bóng, mỗi dãy 4 bóng

Xác định chỉ số phòng:

Lấy hệ số phản xạ trần 50%, trường 30%, tra sổ tay tìm được hệ số sử dụng: ksd = 0,48

Lấy hệ số dự trữ k = 1,3 và hệ số tính toán Z = 1,1 Xác định được quang thông mỗi đèn là:

Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528 lumen

Ngoài chiếu sáng trong nhà xưởng, còn đặt thêm 4 bóng 100W cho 2 phòng thay quần áo và 2 phòng WC Tổng công suất chiếu sáng toàn xưởng là:

2 Thiết bị lưới điện chiếu sáng: Đặt riêng 1 tủ chiếu sáng cạnh cửa ra vào lấy điện từ tủ phân phối phân xưởng

Tủ gồm 1 áp tô mát ba pha và 10 áp tô mát nhánh một pha, mỗi áp tô mát cấp điện

134 cho 4 bóng đèn Sơ đồ cấp điện trên mặt bằng và sơ đồ nguyên lý như Hình 3.5 và 3.6

Chọn áp tô mát đặt tại tủ phân phối và áp tô mát đặt tại tủ chiếu sáng

Chọn dùng áp tô mát 3 pha 50A do Clipsal chế tạo có thông số ghi trong bảng:

Tên áp tô mát Mã số Uđm (V) Iđm (A) Số cực Icđm(kA) Áp tô mát tổng và áp tô mát nhánh đặt tại tủ phân phối G4CB3050C 400 50 3 6

Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng:

Chọn cáp đồng 4 lõi PVC (3 x 6 + 1 x 4) tiết diện 6mm 2 có Icp = 48 (A) k1k2Icp = 1 1 48 ≥ Itt = 11,56 (A) Chọn áp tô mát nhánh:

Tên áp tô mát Mã số U đm (V) I đm (A) Số cực I cđm (kA) Số lượng Áp tô mát nhánh G4CB2010C 400 10 2 6 10

Chọn dây dẫn từ áp tô mát nhánh đến cụm 4 đèn:

Với Itt = 3,64A chọn dây đồng PVC (2 x 2,5) có Icp = 25A

Kiểm tra dây dẫn kết hợp áp tô mát bảo vệ:

135 Hình 3.10 Một số hình thức chiếu sáng thông dụng

Công suất (W) Quang thông (lm) Thời gian sử dụng

Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật của bóng đèn sợi đốt

Công suất (W) Điện áp (V) Ánh sáng trắng Ánh sáng ban ngày

Hiệu suất phát quang (lm/W)

Hiệu suất phát quang (lm/W)

Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật của bóng đèn huỳnh quang

Nâng cao hệ số công suất cos

3.1 Hệ số công suất (cos) và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất a Hệ số công suất cos

Các đại lượng biểu diễn công suất có liên quan mật thiết với nhau qua tam giác công suất

Trị số của góc  có ý nghĩa rất quan trọng:

Trong nghiên cứu và tính toán thực tế người ta thường dùng khái niệm hệ số công suất (cos) thay cho góc giữa S và P ()

Lượng Q truyền tải trên lưới điện các cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ càng lớn càng gây tổn thất lớn trên lưới điện b Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos

Các xí nghiệp công nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ ba pha, thường xuyên non tải hoặc không tải, tiêu thụ lượng Q rất lớn, cos thấp Ví dụ các xí nghiệp cơ khí thường có cos = 0,5  0,6 Lượng Q mà các xí nghiệp công nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%  70% tổng công suất Q phát ra từ các nhà máy điện Nếu các xí nghiệp công nghiệp, bằng các giải pháp kỹ thuật nâng cao cos, nghĩa là làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện từ các nhà máy điện đến xí nghiệp, thì sẽ dẫn tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện Cụ thể là:

Làm giảm tổn thất điện áp trên lưới điện:

Giả thiết công suất tác dụng không đổi, cos của xí nghiệp tăng từ cos 1 lên cos 2 , nghĩa là lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 xuống Q2 Khi đó, do Q1 Q2

Hình 3.13 Tam giác công suất S: Công suất toàn phần P: Công suất tác dụng Q: Công suất phản kháng : giữa S P

Làm giảm tổn thất công suất trên lưới điện:

Làm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện:

Ta thấy S và A giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q

Làm tăng khả năng tải của đường dây và máy biến áp:

Từ hình 3.14 nhận thấy S2  S1, nghĩa là đường dây và máy biến áp chỉ cần tải công suất S2 sau khi giảm lượng Q truyền tải Nếu đường dây và máy biến áp đã chọn để tải S1 thì với Q2 có thể tải lượng P lớn hơn (xem hình 3.7) Điều này cho thấy, khi làm giảm Q có thể làm tăng khả năng tải công suất P từ P1 lên P2 của đường dây và máy biến áp

3.2 Các giải pháp bù cos tự nhiên

Các biện pháp làm tăng cos của xí nghiệp công nghiệp được gọi bằng một thuật ngữ là bù cos

Bù cos tự nhiên cũng là một thuật ngữ chỉ những giải pháp không cần đặt thiết bị bù mà đã làm tăng được trị số cos Đó chính là những giải pháp đơn giản, rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q của xí nghiệp Các giải pháp bù cos tự nhiên thường dùng là: a Thay động cơ thường xuyên non tải bằng động cơ có công suất bé hơn Trị số cos của động cơ tỉ lệ với hệ số tải của động cơ, động cơ càng non tải thì cos càng thấp

Ví dụ 3.3: Động cơ máy tiện 10kW, nhưng do quá trình gia công chỉ cần sử dụng công suất 5,5kW, khi đó hệ số tải:

5  t  k Hình 3.14 Trị số Q tương ứng với trị số góc 

Nếu thay động cơ máy tiện 10kW bằng động cơ 7kW sẽ có hệ số tải là:

Kinh nghiệm chỉ ra rằng:

+ Với những động cơ có kt 0,45 thì nên thay

+ Với những động cơ có kt 0,75 thì không nên thay

Với động cơ có công suất từ 0,45kW đến 0,75kW, cần tính toán hiệu quả kinh tế giữa hai phương án: thay mới động cơ hoặc chỉ sửa chữa Trường hợp sửa chữa động cơ, cần chú trọng đến chất lượng sửa chữa để duy trì hệ số công suất cos ở mức cao, vì sau khi sửa chữa, cos thường giảm so với giá trị trước đó.

Một xí nghiệp cơ khí trung, qui mô có tổng công suất tính toán là

P = 10000 kW, cos = 0,5 thì lượng Q tiêu thụ sẽ là:

Q = P.tg = 10000 x 1,732 = 17320 (kVAr) Giả sử sử dụng các giải pháp bù nhân tạo nêu trên nâng được cos lên 0,6, khi đó lượng Q tiêu thụ chỉ còn:

Q = 10000 x 1,33 = 13300 (kVAr) Nghĩa là giảm được một lượng tiêu thụ Q là: �㕄 17320 - 13300 = 4020 (kVAr) Như vậy xí nghiệp bớt được khoản tiền mua, lắp đặt, quản lý, bảo dưỡng 4020 (kVAr) tự bù c Giảm điện áp đặt vào cực động cơ thường xuyên non tải Đây là phương pháp làm tăng hệ số tải của động cơ làm cho cos động cơ tăng lên Khi động cơ thường xuyên non tải ta chuyển đổi đấu động cơ từ hình sao sang hình tam giác

Công suất động cơ đấu tam giác:

Công suất động cơ sau khi đấu hình sao:

Với công suất làm việc thực tế Plv không đổi thì hệ số tải đã được nâng cao:

3.3 Các thiết bị bù cos

Bù cos tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải trên lưới điện cung cấp cho xí nghiệp Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù Máy bù, hay còn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị bù này giới thiệu trong bảng 3.15

Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản Đắt Rẻ

Tiêu thụ nhiều điện năng

Tiêu thụ ít điện năng

Tiếng ồn lớn Yên tĩnh Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp

Bảng 3.15: So sánh đặc tính kinh tế, kỹ thuật của máy bù và tụ bù Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, nhược điểm duy nhất của tụ là công suất Qb phát ra không trơn mà thay đổi thay cấp (bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù

Tuy nhiên, điều này không quan trọng vì bù cos mục đích là làm sao cho cos của xí nghiệp lớn hơn cos quy định là 0,85 chứ không cần có trị số thật chính xác Thường bù cos lên trị số từ 0,9 đến 0,95

Tóm lại, trên lưới điện xí nghiệp công nghiệp, dịch vụ và dân dụng chỉ nên bù bằng tụ điện

3.4 Phân phối tối ưu công suất bù trên lưới điện xí nghiệp

Xác định tổng công suất phản kháng cần bù

Từ hình 3.14, nếu công suất tác dụng không thay đổi thì:

Q2 = P.tg 2 Công suất cần bù tại xí nghiệp để nâng hệ số công suất của xí nghiệp từ cos 1 lên cos 2 là:

Qb = P(tg 1 - tg 2 ) Trong đó:

P là công suất tác dụng tính toán của xí nghiệp (kW)

Phân phối tối ưu công suất cần bù

Hình 3.16 giới thiệu các vị trí có thể đặt tụ bù cos trên lưới điện xí nghiệp

1 Đặt tụ bù phía cao áp của xí nghiệp: đặt tại vị trí này chỉ làm giảm tổn thất điện năng từ 1 trở lên lưới điện, không giảm được tổn thất điện năng trong trạm biến áp và lưới hạ áp xí nghiệp

2 Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp Tụ điện đặt tại vị trí này, so với vị trí 1, làm giảm thêm tổn thất điện năng trong trạm biến áp và cũng không giảm được tổn thất điện năng trên lưới hạ áp xí nghiệp

3 Đặt tụ bù tại tủ động lực Đặt tụ bù tại các vị trí này làm giảm được tổn thất điện năng trên các đường dây từ tủ phân phối tới các tủ động lực và trong trạm biến áp xí nghiệp

4 Đặt tụ bù tại cực của tất cả động cơ Đặt tụ bù tại cực của động cơ có lợi nhất về giảm tổn thất điện năng, tuy nhiên vốn đầu tư sẽ cao và tăng chi phí quản lý, vận hành, bảo dưỡng tụ

Trong thực tế, để bù cos cho xí nghiệp, người ta tiến hành bù như sau:

1 Với một xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù tại thanh cái hạ áp trạm biến áp xí nghiệp

2 Với xí nghiệp loại vừa có một trạm biến áp và một số phân xưởng với công suất khá lớn và khá xa trạm biến áp, để giảm tổn thất điện năng trên đường dây từ trạm biến áp đến các phân xưởng có thể đặt phân tán tụ bù tại các tủ phân phối phân xưởng và tại cực động cơ có công suất lớn (năm bảy chục kW)