Tiểu luận cuối kì hệ thống Điện Đề tài tính toán phụ tải và phân bố công suất

Hệ thống điện là một cấu trúc phức tạp gồm nhiều thành phần liên kết với nhau để truyền tải và phân phối điện năng từ các nguồn sản xuất đến người tiêu dùng.. Hệ thống truyền tải: Gồm cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kỳ phát triển và hội nhập mạnh mẽ với thế giới Các tòa nhà cao tầng mọc lên phục vụ các nhu cầu của con người nhất là nhà ở, vì vậy các công trình này được thiết kế và thi công theo công nghệ và tiêu chuẩn tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của người sử dụng tận dụng các tầng dưới làm văn phòng

và khu dịch vụ rất phổ biến các tầng trên là căn hộ Đi cùng với sự hiện đại và đa năng đó

là một hệ thống cung cấp điện rất phức tạp yêu cầu tính hiệu quả cũng như độ tin cậy và

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1.Hệ thống điện là gì?

Hệ thống điện là một cấu trúc phức tạp gồm nhiều thành phần liên kết với nhau để truyền tải và phân phối điện năng từ các nguồn sản xuất đến người tiêu dùng Hệ thống điện bao gồm các bộ phận chính sau:

1 Nguồn sản xuất điện: Các nhà máy điện (như nhà máy nhiệt điện, thủy điện,

điện gió, điện mặt trời, v.v.) chuyển đổi năng lượng từ các nguồn khác (như nhiên liệu hóa thạch, năng lượng mặt trời, gió, nước) thành điện năng

2 Hệ thống truyền tải: Gồm các đường dây điện cao áp và các trạm biến áp,

chịu trách nhiệm vận chuyển điện năng từ các nguồn sản xuất đến các khu vực tiêu dùng Đường dây cao áp giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng do trở kháng dây dẫn

3 Hệ thống phân phối: Bao gồm các đường dây điện áp trung và hạ áp, cũng

như các trạm biến áp cấp phát, để phân phối điện năng đến từng hộ gia đình, cơ

sở sản xuất và dịch vụ trong khu vực tiêu dùng

4 Hệ thống điều khiển và giám sát: Các trung tâm điều khiển, giám sát và hệ

thống thông tin liên lạc đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống điện, đồng thời giúp phát hiện và xử lý các sự cố

5 Người tiêu dùng: Gồm các hộ gia đình, doanh nghiệp, cơ quan chính phủ và

các tổ chức khác sử dụng điện năng để phục vụ cho hoạt động sản xuất, dịch vụ

và sinh hoạt

Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống và phát triển kinh tế xã hội, đồng thời đòi hỏi sự quản lý, vận hành và bảo trì chặt chẽ để đảm bảo cung cấp điện năng an toàn, ổn định và hiệu quả

1.2.Các chế độ của hệ thống điện

Các chế độ của hệ thống điện liên quan đến cách thức vận hành, quản lý và điều khiển hệ thống để đảm bảo cung cấp điện năng an toàn, ổn định và hiệu quả Dưới đây là một số chế độ phổ biến trong hệ thống điện:

1 Chế độ cân bằng công suất: Trong hệ thống điện, việc cân bằng công suất sản

xuất và tiêu thụ là rất quan trọng để đảm bảo ổn định của hệ thống Trung tâm điều khiển sẽ theo dõi và điều chỉnh công suất sản xuất của các nhà máy điện sao cho phù hợp với nhu cầu tiêu thụ

2 Chế độ điều khiển tần số: Tần số hệ thống điện (thường là 50 Hz hoặc 60 Hz)

cần được giữ ổn định để đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị điện Khi có sự thay đổi về tải hoặc công suất sản xuất, tần số có thể bị ảnh hưởng

Hệ thống điều khiển tần số sẽ tự động thay đổi công suất của các nguồn điện đểduy trì tần số ổn định

3 Chế độ điều khiển điện áp: Điện áp trong hệ thống điện cần được kiểm soát

và giữ ổn định để đảm bảo an toàn và hiệu quả của việc truyền tải và sử dụng điện năng Các thiết bị như biến áp tự động, máy biến áp, các thiết bị điện tự động điều khiển điện áp giúp điều chỉnh và duy trì điện áp trong phạm vi cho phép

4 Chế độ phối hợp giữa các nguồn điện: Trong hệ thống điện, có nhiều nguồn

điện khác nhau với tính chất và công suất sản xuất khác nhau Việc phối hợp giữa các nguồn điện giúp tận dụng hiệu quả các nguồn năng lượng, giảm thiểu chi phí và đảm bảo ổn định hệ thống

5 Chế độ khẩn cấp và phục hồi hệ thống: Khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện,

chế độ khẩn cấp và phục hồi hệ thống sẽ được kích hoạt Các biện pháp như cắttải, dự phòng

1.3.Phân loại hệ thống điện

Hệ thống điện có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm cấp điện áp, phạm vi phục vụ và cấu trúc kết nối Dưới đây là một số phân loại phổ biến của hệ thống điện:

Dựa trên cấp điện áp

 Hệ thống điện cao áp (HV – High Voltage): Thường có điện áp từ 110 kV trở lên, dùng cho việc truyền tải điện năng từ các nhà máy điện đến các trạm biến

áp cấp phát

 Hệ thống điện trung áp (MV – Medium Voltage): Điện áp thường nằm trong khoảng từ 1 kV đến 35 kV, dùng cho việc phân phối điện năng đến các khu vựctiêu dùng lớn và trạm biến áp cấp hạ áp

 Hệ thống điện hạ áp (LV – Low Voltage): Điện áp thấp hơn 1 kV, dùng cho việc phân phối điện năng đến các hộ gia đình, doanh nghiệp nhỏ và các thiết bị điện tiêu dùng

Dựa trên phạm vi phục vụ

 Hệ thống điện quốc gia: Hệ thống điện có phạm vi phục vụ trên toàn quốc, bao gồm cả hệ thống truyền tải và phân phối điện năng từ các nguồn sản xuất đến người tiêu dùng

 Hệ thống điện địa phương: Hệ thống điện phục vụ cho một khu vực địa phươngnhất định, thường bao gồm hệ thống phân phối điện năng và có thể bao gồm cả các nguồn điện địa phương

 Hệ thống điện cục bộ: Hệ thống điện nhỏ phục vụ cho một cơ sở, khu công nghiệp hoặc khu dân cư cụ thể Thường bao gồm các nguồn điện cục bộ và hệ thống phân phối điện áp hạ

Dựa trên cấu trúc kết nối

 Hệ thống điện mạng lưới (Grid-connected): Hệ thống điện được kết nối với mạng lưới điện quốc gia hoặc địa phương, cho phép trao đổi điện năng giữa cácnguồn điện và người tiêu dùng một cách linh hoạt

 Hệ thống điện độc lập (Off-grid): Hệ thống điện hoạt động độc lập khỏi mạng lưới điện quốc gia hoặc địa phương Nó không kết nối với mạng điện chính, màthay vào đó tự cung cấp và phân phối điện năng cho một khu vực hoặc cộng đồng nhỏ, như một ngôi nhà, một khu dân cư, một trạm thông tin hoặc một cơ

sở sản xuất nhỏ Hệ thống off-grid thường được sử dụng ở các vùng sâu, vùng

xa, nơi mà việc kết nối với mạng lưới điện không khả thi hoặc không kinh tế

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN

Cấp điên áp được chọn cho hệ thống trên là 220 Kv

Câu 1: Xác định dung lượng tụ bù cho các phụ tải để hệ số công suất các phụ tải đạt 0,95.

Tanφ = cos φ sin φ

Ta có bảng kết quả như sau:

Kết quả ban đầu

Để chọn tụ bù cho một tải thì ta cần phải có:

 Công suất (P) của tải

 Hệ số công suất (Cosφ) của tải

Giả sử ở đây ta có công suất của tải là P thì:

Hệ số công suất của tải sẽ là cosφ (ban đầu) → tanφ (ban đầu)(trước khi bù thì

cosφ(ban đầu) , tanφ (ban đầu) )

Hệ số công suất sau khi bù sẽ là cosφ (lúc sau)→ tanφ (lúc sau) (sau khi bù thì Cosφsau,tanφ (lúc sau))

Công suất phản kháng cần bù của tải sẽ là :

Q bù  = P Phụ Tải  ( tanφ trước  - tanφ sau  )

Q B 1= P(tan φ1−tan φ2) = 21*(0.57 −¿ 0.33) = 5.00 (Mvar)

Q B 2= P(tan φ1−tan φ2) = 33*(0.88 – 0.33) = 18.26 (Mvar)

Q B 3= P(tan φ1−tan φ2) = 20*(0.99 – 0.33) = 13.26 (Mvar)

Q B 4= P(tan φ1−tan φ2) = 26*(0.67 – 0.33) = 8.93 (Mvar)

Q B 5= P(tan φ1−tan φ2) = 31*(0.67 – 0.33) = 10.64 (Mvar)

Q B 6= P(tan φ1−tan φ2) = 35*(0.86 – 0.33) = 18.43 (Mvar)

Q B 7= P(tan φ1−tan φ2) = 47*(0.54 – 0.33) = 9.92 (Mvar)

Q B 8= P(tan φ1−tan φ2) = 45*(0.54 – 0.33) = 9.50 (Mvar)

Câu 2: Lựa chọn dây dẫn cho các đường dây với yêu cầu điện áp của các phụ tải phải lớn 95% điện áp định mức đường dây.

Ta có chiều dài các đường dây như sau:

Công thức tổng quát S n = P n + jQ n

Nút Công suất tại các nút

+ P: công suất, đơn vị W

+ Q: công suất phản kháng, đơn vị Var

+ R: điện trở của đường dây, đơn vị Ω

+ X: điện kháng của đường dây, đơn vị Ω

+ Udm: điện áp định mức, đơn vị V

2.2Tính toán công suất của mặt bằng:

a)Mạch vòng 0-8-1-3-2-0

Bước 1: Ngắt đường dây 0-1 ra khỏi lưới điện Đường dây mới sẽ có cấu trúc như sau:

Bước 2: Tính toán phân bố công suất (PBCS) trên các nhánh với điều kiện bỏ qua tổn

thất đường dây Hoặc có thể tính toán phân bố công suất cho lưới điện hình tia một nguồnnhư thông thường

S18 = S8 = 45+24.29i (Mvar)

S31 = S18+S1 = 66+36.19i (Mvar)

S23 = S31+S3 = 86+56.03i (Mvar)

S02 = S23+S2 = 119+85.13i (Mvar)

Bước 3: Tính toán PBCS trên nhánh 0-8

Chọn dây có tiết diện như hình dưới:

Bước 4: Gắn lại đường dây 0-1và thực hiện chọn chiều quy ước cho công suất truyền trên

các đường dây Việc chọn chiều là tự do, không có quy định Chiều công suất thực tế

chạy trên các đường dây có thể ngược chiều với chiều quy ước đã được chọn này Kết

quả chọn chiều cho đường dây trong ví dụ được thể hiện như các mũi tên màu đỏ như

trong hình

Bước 5: PBCS trên các đường dây theo định lý K1 tính từ đầu thanh cái số 1: Kết quả

phân bố công suất được thể hiện như trong hình bên dưới Trong ví dụ này, công suất

chạy trên các đường dây lần lượt được xác định như sau:

-Tính toán công suất chạy trên nhánh 8-1:

S08 – S81 – S8 = 0

S81 = S08 – S8 = (70.42 + 46.13i) – (45+24.29i)

S81 = 25.42 + 21.84i (MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 1-3:

S81 – S13 – S1 = 0

S13 = S81 – S1 = (25.42 + 21.84i) – (21+11.9i)

S13 =4.42 + 9.94i (MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 2-3:

S13 + S23 – S3 = 0

S23 = – S13 + S3= – (4.42 + 9.94i) + (20+19.84i)

S23 = 15.58+9.9i (MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 0-2:

Dùng các bước tương tự, ta toán cho các mạch vòng còn lại.

b) Mạch vòng 0-4-5-6-7-0

Bước 1: Ngắt đường dây 0-1 ra khỏi lưới điện Đường dây mới sẽ có cấu trúc như sau:

Bước 2: Tính toán phân bố công suất (PBCS) trên các nhánh với điều kiện bỏ qua tổn

thất đường dây Hoặc có thể tính toán phân bố công suất cho lưới điện hình tia một nguồnnhư thông thường

S54 = S4 = 26+17.47i (Mvar)

S65 = S54+S5 = (26+17.47i)+ (31+20.83i )=57+38.3i (Mvar)

S76 = S65+S6 =(57+38.3i) + (35+29.93i)= 92+68.23i (Mvar)

S07 = S76+S7 =(92+68.23i)+ (47+25.37i)=139+93.6 (Mvar)

Bước 3: Tính toán PBCS trên nhánh 0-4

Chọn dây có tiết diện nhỏ nhất như hình dưới:

Bước 4: Gắn lại đường dây 0-1và thực hiện chọn chiều quy ước cho công suất

truyền trên các đường dây Việc chọn chiều là tự do, không có quy định Chiều

công suất thực tế chạy trên các đường dây có thể ngược chiều với chiều quy ước đã

được chọn này Kết quả chọn chiều cho đường dây trong ví dụ được thể hiện như

các mũi tên màu đỏ như trong hình

Bước 5: PBCS trên các đường dây theo định lý K1 tính từ đầu thanh cái số 1: Kết

quả phân bố công suất được thể hiện như trong hình Trong ví dụ này, công suất

chạy trên các đường dây lần lượt được xác định như sau:

-Tính toán công suất chạy trên nhánh 4-5:

S04 – S45 – S4 = 0

S45 = S04 – S4 = (52.02+35.61i) – (26+17.47i)

S45 =26.02+18.14i (MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 6-5:

S45 + S65 – S5 = 0

S65 = - S45 + S5 = -(26.02+18.14i) + (31+20.83i)

S65 = 4.98+2.69i (MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 7-6:

S76 – S65 – S6 = 0

S76 = S65 + S6= (4.98+2.69i) + (35+29.93i)

S76 = 39.98+32.62i(MVar)-Tính toán công suất chạy trên nhánh 0-7:

4.1 Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 1 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm81=Inm08 = Uđm

Z 08 +Z 18 =

220(0.0489∗30)+(0.0489∗14.14 ) = 101.92 (kA)

Inm31= Inm23= Inm02= Uđm

Z 31 +Z 23+Z 02

=

220(0.0489∗40)+(0.0489∗14.14)+(0.0489∗50) = 43.2 (kA)

4.2 Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 2 chạm đất trực tiếp (kA)

45.77(kA)

Inm02 = Uđm

Z 02 =

2200.0489∗5 0 = 89.9 (kA)

4.3Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 3 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm13= Inm08= Inm81= Uđm

Z 13 +Z 08+Z 81

=

220(0.0489∗14.14)+(0.0489∗30)+(0.0489∗40) = 53.47kA)

Inm23= Inm02= Uđm

Z 23 +Z 02

=

220(0.0489∗14.14)+(0.0489∗50) = 70.1 (kA)

4.4Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 4 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm04 =

Uđm

Z 04 =

2200.0489∗50 = 89.97 (kA)

Inm45= Inm56= Inm67= Inm07= Uđm

Z 45 +Z 56+Z 67+Z 07

=

220(0.0489∗22.36)+(0.0489∗31.62)+(0.0489∗14.14)+(0.0489∗28.28) =

Inm56= Inm67= Inm07= Uđm

Z 56 +Z 67+Z 07

=

220(0.0489∗31.62)+(0.0489∗14.14)+(0.0489∗28.28) = 60.76kA)

4.6Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 6 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm04= Inm45= Inm56= Uđm

Z 04 +Z 45+Z 56

=

220(0.0489∗50)+(0.0489∗22.36)+(0.0489∗31.62) = 43.26kA)

Inm67= Inm07= Uđm

Z 67 +Z 07

=

220(0.0489∗14.14)+(0.0489∗28.28) = 106 (kA)

4.7Dòng điện chạy trên đường dây khi thanh cái 7 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm04= Inm45= Inm56= Inm67= Uđm

Z 01 +Z 45+Z 56+Z 67

=

220(0.0489∗50)+(0.0489∗22.36)+(0.0489∗31.62)+(0.0489∗14.14) = 38(kA)

Inm07 = Uđm

Z 07 =

2200.0489∗28.28 = 159 (kA)

4.8 Dòng điện chạy trên đường dâykhi thanh cái 8 chạm đất trực tiếp (kA)

Inm08 = Uđm

Z 08 =

2200.0489∗30 = 149.9 (kA)

Inm81= Inm31= Inm23= Inm02= Uđm

Z 81 +Z 31+Z 23+Z 02

=

220(0.0489∗14.14)+(0.0489∗40)+(0.0489∗14.14)+(0.0489∗50) = 38.03 (kA)

Dòng điện chạy trên đường dây lớn nhất trong 8 trường hợp ngắn mạch trên (kA)