Giáo trình cung cấp điện_Chương 4_Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi docx

Ch.4. CCĐ NT 97 Chương 4 Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi 4.1. Phụ tải của hệ thống cung cấp điện nông thôn 4.1.1.Đặc điểm của phụ tải điện nông thôn, miền núi Hệ thống cung cấp điện cho khu vực nông thôn, miền núi có đặc điểm khác biệt, mà có thể liệt kê một số nét cơ bản sau: - Mật độ phụ tải thấp và phân bố không đều trên phạm vi lãnh thổ rộng lớn. Điều đó gây khó khăn cho việc đầu tư có hiệu quả hệ thống cung cấp điện; - Phụ tải rất đa dạng, bao gồm các hộ dùng điện trong trong sinh hoạt, trong sản xuất như: trồng trọt, thủy lợi, chăn nuôi, công nghiệp nhỏ, lò gạch, chế biến thực phẩm v.v. - Sự làm việc của rất nhiều thiết bị được thực hiện ở chế độ ngắn hạn với khoảng thời gian nghỉ khá dài, do đó thời gian sử dụng trong ngày rất thấp, ví dụ như quá trình chế biến thức ăn gia súc, quá trình vắt sữa v.v. - Phần lớn phụ tải điện nông nghiệp tác động theo mùa vụ, ví dụ các trạm bơm, các trạm xử lý hạt giống, các máy thu hoạch (tuốt lúa, làm sạch sản phẩm v.v.). - Sự chênh lệch giữa giá trị phụ tải cực đại và cực tiểu trong ngày rất lớn. Điều đó dẫn đến những khó khăn lớn cho việc ổn định điện áp. Ngoài những đặc điểm cơ bản của phụ tải, bản thân mạng điện nông thôn cũng có những nét khác biệt như: - Do chiều dài đường dây lớn nên giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ, đôi khi không chênh lệch nhiều so với dòng điện làm việc, điều đó gây khó khăn cho việc lựa chọn ngưỡng bảo vệ để đảm bảo tính chọn lọc và độ nhạy cần thiêt của bảo vệ rơle. Ch.4. CCĐ NT 98 - Điều kiện làm việc của các thiết bị điện không thuận lợi (nhiệt độ và độ ẩm cao, môi trường khí độc hại v.v.). Điều đó gây trở ngại cho việc bảo quản và vận hành thiết bị điện và đảm bảo điều kiện an toàn lao động. - Sự phát triển liên tục của các phụ tải, sự phát triển và mở rộng các công nghệ hiện đại, sự phát triển cơ giới hóa và tự động hóa các quá trình sản xuất đòi hỏi phải không ngừng cải tạo và phát triển mạng điện theo những yêu cầu mới v.v. 4.1.2. Phụ tải sinh hoạt và dịch vụ công cộng Phụ tải sinh hoạt của các hộ gia đình nông dân bao gồm các thành phần: thắp sáng chiếm trung bình khoảng 5070% tổng lượng điện năng tiêu thụ, quạt mát (2030)%, đun nấu (1020)%, bơm nước (510)% và các thành phần khác. Các thiết bị tiêu thụ điện chủ yếu trong các gia đình nông dân được thể hiện trong bảng 4.1: Cùng với sự phát triển kinh tế, cơ cấu các thành phần phụ tải điện trong các hộ gia đình nông dân cũng thay đổi. Các thiết bị điện sử dụng cho mục đích giải trí ngày càng tăng, trong khi đó phụ tải chiếu sáng có xu hướng giảm dần. Khi số liệu điều tra không đầy đủ có thể tham khảo áp dụng một số định mức sử dụng điện dưới đây để lập qui hoạch, thiết kế các dự án lưới điện cho khu vực nông thôn. Dự báo nhu cầu điện sinh hoạt gia dụng các vùng nông thôn Việt Nam cho trong bảng 7.pl (phụ lục). Thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải sinh hoạt nằm trong khoảng T M =16002000h/năm. Bảng 4.1 Phụ tải sinh hoạt STT Tên thiết bị P đ (W) Tỷ lệ hộ sử dụng, (%) T sd , (h) k sd 1 Đèn sợi đốt 75 100 5 0,21 40 85 4,5 0,19 25 37 3,5 0,13 2 Đèn huỳnh quang 40 55 4,5 0,19 20 32 4,5 0,19 Ch.4. CCĐ NT 99 3 Tivi màu 80 82 7,5 0,31 4 Đầu video 60 13 2,5 0,10 5 Radio- Casset 20 45 5 0,21 6 Quạt bàn 60 86 7,5 0,31 40 64 7,5 0,31 7 Quạt trần 100 12 6 0,25 80 28 6 0,25 8 Bàn là 1000 11 0,2 0,01 9 Tủ lạnh 135 8 14 0,58 10 Bếp điện 1000 5 2 0,08 11 Máy bơm nước 750 26 1 0,04 12 370 67 1 0,04 13 Nồi cơm điện 600 73 2 0,08 14 Ấm điện 1000 4 1 0,04 15 Sourvolter 15 25 12 0,50 16 Các thiết bị khác 20 13 1 0,42 Tổng nhu cầu phụ tải sinh hoạt được xác định theo biểu thức: P sh = k đt .n sh .p 0sh (4.1) Trong đó: p 0sh – suất tiêu thụ trung bình của hộ gia đình nông thôn, kW/hộ; n sh – số hộ gia đình; k đt – hệ số đồng thời, có thể xác định theo biểu thức (2.26), nếu không có số liệu cụ thể thì hệ số đồng thời có thể lấy theo bảng 1.pl (phụ lục). Phụ tải dịch vụ công cộng bao gồm các thành phần sử dụng cho các nhu cầu hoạt động của cộng đồng như: ủy ban, trường học, nhà văn Ch.4. CCĐ NT 100 hóa, trạm y tế, nhà văn hóa, cửa hàng bách hóa v.v. Định mức tiêu thụ cho dịch vụ công cộng nông thôn và hệ số đồng thời được cho trong bảng 8.a.pl. 4.1.3. Phụ tải sản xuất Phụ tải sản xuất bao gồm các thành phần phụ tải sản xuất nông nghiệp, sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp. a) Phụ tải công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Nhu cầu phụ tải điện công nghiệp địa phương, tiểu thủ công và lâm nghiệp được xác định trên cơ sở nhu cầu hiện tại và định hướng phát triển các ngành kinh tế này trên địa bàn. Tham số về phụ tải của một số thiết bị dùng trong công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông thôn được thể hiện trong bảng 4.2: Bảng 4.2. Phụ tải sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông thôn STT Tên thiết bị P n (kW) T sd (h/ngày) k sd cos 1 Máy hàn 2,8 9 0,38 0,65 2 Máy gia công sắt 1,5  15 615 0,4 0,6 0,80 3 Máy xat xát 4,5 11 6 8 0,3 0,6 0,80 4 Máy nghiền thức ăn gia súc 2,8  11 3  6 0,350,6 0,80 5 Máy sẻ gỗ 2,8  11 7  9 0,40,65 0,82 6 Máy kem đá 2,8 14 0,60 0,80 7 Máy bơm 1020 8 0,550,65 0,83 Phụ tải động lực được xác định theo biểu thức:    dl n i nincđl PkP 1 (4.2) Trong đó: Ch.4. CCĐ NT 101 P ni – công suất của thiết bị động lực, kW; k nc – hệ số nhu cầu, xác định theo biểu thức: hd sd sdnc n k kk     1 k sd - hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm tải, xác định theo biểu thức (2.31). b) Phụ tải thủy lợi Phụ tải điện thủy lợi chủ yếu là các trạm bơm tưới và tiêu úng. Các loại động cơ dùng ở các trạm bơm thường là loại không đồng bộ công suất đặt từ 10  75 kW. Phụ tải thủy lợi được xác định theo nhu cầu tưới và tiêu. P tuoi = p 0tuoi .F tuoi ; (4.3) P tieu = p 0tieu .F tieu . (4.4) Trong đó: F tuoi và F tieu – diện tivchs tưới và tiêu úng, ha; p 0tuoi và p 0tieu – suất tiêu thụ công suất cho tưới và tiêu úng, kW/ha, cho trong bảng 8.b.pl. Công suất tính toán của nhóm phụ tải thủy lợi bằng giá trị cực đại của phụ tải tưới hoặc tiêu:     tieu tuoi tl P P P max (4.5) Thời gian sử dụng công suất cực đại tưới phụ thuộc vào loại cây hoa màu, có thể lấy gần đúng theo bảng 4.3. Bảng 4.3. Thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải điện thủy lợi, T M , h/năm Loại cây trồng Tưới Tiêu Cây lúa 12001800 Cây ăn quả 1000  1500 Cây công nghiệp 1500  2000 700  920 Ch.4. CCĐ NT 102 4.1.4. Tổng hợp phụ tải 4.1.4.1. Xác định phụ tải tính toán của mạng điện a) Phương pháp số gia Phụ tải của mạng điện được tổng hợp trên cơ sở các số liệu điều tra và đo đếm. Phương pháp thông dụng nhất để tổng hợp phụ tải của mạng điện được thực hiện theo trình tự đã được trình bày ở mục 2.3. Phụ tải tổng hợp của nhóm sản xuất được xác định theo phương pháp số gia (xem mục 2.3 chương 2). b) Phương pháp 2 Phương pháp 2 cho phép xác định một cách gần đúng phụ tải tính toán có xét đến các hệ số đồng thời của các nhóm tải khác nhau: P M = k kV ( k sh .P sh + k đl .P đl ) (4.6) Trong đó : P  - tổng công suất tính toán hay công suất cực đại của khu vực; P sh - tổng nhu cầu công suất sinh hoạt gia đình và dịch vụ công cộng; P đl - tổng nhu cầu công suất phụ tải động lực; k kV : hệ số đồng thời cho các loại phụ tải trong khu vực thiết kế; k sh : hệ số đồng thời của các hộ gia đình khu vực thiết kế; k dl : hệ số đồng thời của phụ tải động lực. Phụ tải tính toán cũng có thể được xác định theo biểu thức gần đúng sau : P M = k đt .P i , (4.7) Trong đó: P i - công suất của điểm tải thứ i. k đt - hệ số đồng thời của các phụ tải khu vực, có thể lựa chọn như sau : + k đt = 0,6 khi P sh  0,5 P i + k đt = 0,7 khi P sh = 0,7 P i + k đt = 0,9 khi P sh = P i Ch.4. CCĐ NT 103 a) I đ Đường dây trung áp R đ b) I đ Đường dây trung áp Các trường hợp khác k đt có thể nội suy. 4.2. Lựa chọn nguồn điện 4.2.1. Các nguồn điện cơ bản Tùy theo đặc điểm địa lý của các vùng nông thôn, việc cung cấp điện được thực hiện với nhiều phương án khác nhau như: các trạm phát Điesel, trạm thủy điện nhỏ, trạm phong điện v.v. Phụ thuộc vào tiềm năng khai thác nguồn năng lượng tái tạo người ta xây dựng các phương án kết hợp các nguồn phát điện hỗn hợp: thuỷ điện nhỏ – pin mặt trời; phong điện – pin mặt trời; thuỷ điện nhỏ – Điesel; phong điện – Điesel; pin mặt trời – Điesel với quy mô công suất hợp lý, đảm bảo cung cấp đủ điện cho nhu cầu phụ tải. Dưới đây sẽ giới thiệu một số phương án sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ. 4.2.1.1. Phương án cung cấp điện từ lưới quốc gia bằng mạng điện đơn giản Đối với các vùng xa trung tâm có thể áp dụng phương pháp truyền tải điện năng bằng mạng điện đơn giản, tức là mạng điện ít dây dẫn, có thể là hai (2D) hoặc một pha (1D). Ở các loại mạng điện này người ta sử dụng đất làm một dây dẫn. Để có thể truyền dẫn điện trong đất cần phải xây dựng ở trạm phát và trạm thu các hệ thống tiếp địa (HTTĐ). Dòng điện được truyền từ trạm phát đến trạm thu bằng dây dẫn và trở về qua các HTTĐ và vùng đất giữa hai trạm trong mạng điện 1D, dòng điện 2 pha đi theo đường dây trên không, còn pha còn lại dòng điện đi trong đất (mạng 2D), (hình 4.1). Ch.4. CCĐ NT 104 Do sự tác động điện từ, đường đi qua của dòng điện trong đất lặp lại hoàn toàn hành vi của tuyến đường dây trên không. Độ sâu thâm nhập của dòng điện trong đất phụ thuộc vào điện trở suất, tần số dòng điện, có thể xác định theo biểu thức: m f h đ ,10.08,5 2   ; (4.8) Trong đó :  đ - điện trở suất của đất ,.m; f - tần số dòng điện, Hz. Đối với dòng điện tần số công nghiệp thì: mh đ ,842,71   ; (4.9) Mật độ dòng điện đi vào lòng đất giảm dần theo độ sâu và chiều rộng, tức là mật độ dòng điện ngay tại nơi tiếp xúc với HTTĐ sẽ lớn nhất và giảm dần theo độ sâu và xa. Mật độ dòng điện tại một điểm bất kỳ cách vị trí tiếp địa một khoảng r được xác định: , .2 2 x đ r r I j   A/m 2 ; (4.10) Trong đó: j r - mật độ dòng điện tại điểm cách vị trí tiếp địa 1 khoảng r, A/m 2 ; I đ - dòng điện đi xuống đất, A; r x - bán kính hay khoảng cách từ điểm tính đến vị trí tiếp địa, m. Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạng dùng đất làm một dây dẫn: a) sơ đồ mạng điện 2D và b) Sơ đồ mạng điện 1D Dây đ ất  Dòng điện sơ và th ứ cấp Dòng điện chạy trong đ ất H ệ thống nối đất H ệ thống nối đất Dây trung tính Dây đ ất Dây trung tính Điểm phân phối trung tâm Dây pha Hình 4.2 . Sơ đ ồ c ung c ấp điện nông thôn bằng mạng điện đ ơn gi ản Ch.4. CCĐ NT 105 Điện trở của 1km đường đi của dòng điện trong đất (ứng với chiều dài đường dây trên không), phụ thuộc vào tần số, điện trở suất của đất, chiều cao treo dây trên không và độ sâu thâm nhập của dòng điện, có thể xác định theo biểu thức Parson Bell: km f Hfr đ oe /,10. 5 .15,13.85,9 4             ; (4.11) kmf H h fx oe /,10) 7,15lg 29( 4   ; (4.12) Trong đó: h- chiều sâu thâm nhập vào lòng đất của dòng điện, m; H- chiều cao treo dây dẫn trên không, m; f - tần số dòng điện, Hz. Đối với dòng điện tần số công nghiệp:   kmHr đoe /,10 832,05,492 4    ; (4.13) km H h x oe /,10).785lg.1450( 4   ; (4.14) Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho khu vực nông thôn bằng mạng điện đơn giản được thể hiện trên hình 4.2. Việc lợi dụng đất làm một trong các dây dẫn cho phép tiết kiệm được đáng kể kim loại màu, tuy nhiên ở đây người ta phải xây dựng các hệ thống tiếp địa làm việc, vì vậy Ch.4. CCĐ NT 106 khi lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu, cần xem xét so sánh lượng tiết kiệm kim loại màu so với tượng chi phí cho hệ thống tiếp địa. 4.2.1.2. Trạm phát Điesel Trạm phát Điesel được sử dụng rộng rãi không chỉ ở các vùng sâu vùng xa, hải đảo mà còn là nguồn dự phòng đáng tin cậy đối với mọi phương án cung cấp điện. Trên thực tế hiện tại có rất nhiều loại trạm phát Điesel do các hãng khác nhau sản xuất như máy phát tự kích thích kiểu Fimag DCBS 63-4 của Đức, máy phát kiểu SSED (Đức), máy MST (Tiệp Khắc), máy GTE (Rumanie), v.v. Trên hình 4.3 biểu thị hình ảnh bao quát của một số cụm Điesel thông dụng. Giá thành của các cụm Điesel phụ thuộc vào công suất, mức độ trang bị tự động hóa, loại động cơ vv…Nhìn chung hiện tại suất vốn đầu tư của tổ phát Điesel nằm trong khoảng 350  650 $/kW (máy phát nhỏ có đơn giá lớn). 4.2.1.3. Năng lượng Mặt Trời Hình 4.3. Hình dạng bao quát của trạm phát điện điesel [...]... phương án cấp điện cho khu vực thưa dân cư bằng mạng điện đơn pha Đối với các vùng nông thôn miền núi không quá xa hệ thống điện quốc gia, thì có thể thực hiện phương án cung cấp điện bằng mạng đơn giản Chúng ta so sánh 2 phương án: Mạng điện ba pha thông thường và mạng điện đơn pha một dây + đất (1D) a) Chi phí quy dẫn của mạng điện ba pha thông thường Để so sánh các phương án cung cấp điện bằng lưới... chọn sơ đồ cung cấp điện cho các khu vực nông thôn dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật như độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện và sự hiện diện của các nguồn năng lượng tái sinh Bài toán này được bắt đầu từ kết quả tính toán phụ tải ở các điểm nút, sau đó giải bài toán chọn cấp điện tối ưu, chọn vị trí, công suất và số lượng máy biến áp Đối với các điểm tải mới, việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện được... gió và module quang điện cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng của các nguồn năng lượng này (hình 4.6) Công suất của các trạm phong điện cần phải thỏa mãn nhu cầu phụ tải và nạp cho accquy với dung lượng đủ để cung cấp vào những lúc lặng gió Vào thời gian lặng gió các accquy được nạp bởi cơ cấu điện Mặt Trời Chi phí cho các việc xây dựng các thiết bị gió được đánh giá theo các thành phần, %: TT Chi phí cho. .. thuật các phương án khả thi Trong sơ đồ mạng điện phát triển cần phải giải bài toán tổng hợp cung cấp điện cho các hộ hiện tại và các hộ dùng điện mới theo các phương án phát triển mạng điện có xét đến quy hoạch phát triển điện lực nói chung của vùng và quốc gia Việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện phải đáp ứng Ch.4 CCĐ NT 121 các yêu cầu cơ bản của sơ đồ quy hoạch phát triển kinh tế tổng thể của cả vùng và. .. thức (3.1), (xem chương 3) Đối với các vùng ở độ xa trung bình so với lưới điện quốc gia, thì có thể so sánh các phương án cung cấp điện bằng lưới ba pha thông thường với phương án cung cấp điện bằng lưới đơn pha, còn đối với các vùng nông thôn xa trung tâm, nơi không thể đưa điện đến từ lưới quốc gia, thì việc cung cấp điện chỉ có thể thực hiện trên cơ sở khai thác các nguồn năng lượng tại chỗ Tuy nhiên,... rơi ngoài trời) cho các lộ Công tơ, cầu chảy hoặc áptômát được đặt trong tủ phân phối hạ áp treo trên cột trạm 4.3.2 Mạng điện phân phối Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm biến áp khu vực, hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải Lưới phân phối trung áp có điện áp 10; 15; 22 và 35 kV cung cấp điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung... cáp điện (cáp muyle hoặc cáp vặn xoắn) luồn trong ống bảo vệ cho đoạn từ đầu hồi nhà đến công tơ điện - Dây dẫn vào công tơ và sau công tơ phải dùng dây dẫn nhiều sợi bọc cách điện hoặc cáp điện Tiết diện dây bọc cách điện hoặc cáp điện phải phù hợp với công suất sử dụng của các hộ sử dụng điện nhưng tối thiểu không nhỏ hơn 2,5mm2 - Để đảm bảo các điều kiện kinh tế, kỹ thuật trong phạm vi cung cấp điện. .. (4.13) 4.2.2.3 So phương án cấp điện cho khu vực thưa dân cư bằng nguồn điện tại chỗ Đối với các khu vực nông thôn xa trung tâm, phương án kinh tế nhất là sử dụng các nguồn điện tại chỗ Cho đến nay nguồn phát điện tại chỗ chủ yếu là các trạm điesel Chi phí cho trạm điesel được xác định theo biểu thức: Zdie=pdieVdie+Cnl +Cvh; (4.36) Trong đó: pdie – hệ số sử dụng hiệu quả và khấu hao vốn đầu tư của trạm... diện (mm2) Loại dây Vượt đường g thông và thông tin cấp I Dây nhôm 35 Dây AC, nhôm hợp 16 kim Dây đồng 16 Các vị trí còn lại 16 10 10 * Đối với nhánh rẽ: Dây dẫn các nhánh rẽ cho phép sử dụng lõi một sợi Tiết diện dây phải lựa chọn phù hợp với công suất tiêu thụ của các hộ sử dụng điện và tối thiểu không nhỏ hơn 2,5mm2 - Đối với các nhánh rẽ và dây dẫn cấp điện cho các phụ tải một pha tiết diện dây... phối điện năng có thể nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp Mạng điện phân phối cần phải đảm bảo yêu cầu vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp Độ lệch điện áp cho phép là  5% giá trị định mức Un Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất Do phụ tải ở các vùng nông thôn . Ch .4. CCĐ NT 97 Chương 4 Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn và miền núi 4. 1. Phụ tải của hệ thống cung cấp điện nông thôn 4. 1.1.Đặc điểm của phụ tải điện nông thôn, miền núi Hệ. dòng điện tần số công nghiệp:   kmHr đoe /,10 832,05 ,49 2 4    ; (4. 13) km H h x oe /,10).785lg. 145 0( 4   ; (4. 14) Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho khu vực nông thôn bằng mạng điện. khoảng 8001200 $/kW. Sơ đồ cung cấp điện bằng khí biogas được thể hiện trên hình 4. 8. 4. 2.2. So sánh các phương án cung cấp điện Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện trong điều kiện kinh tế