Giáo trình cung cấp điện - Chương 1 docx

http://www.ebook.edu.vn Tập bài giảng môn học cung cấp điện dùng chung cho ngành HTĐ và các ngành điện khác hoặc các ngành khác có liện quan. Đây chỉ là tài liệu tóm tắt dùng làm bài giảng của tác giả Trân Tấn Lợi. Khi sử dụng cho các đối tợng khác nhau tác giả sẽ có những thêm bớt cho phù hợp hơn. Chơng I Bài mở đầu: Các tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp công nghiệp Bộ môn phát dẫn điện xuất bản 1978 (bản in roneo). 2. Giáo trình CCĐ (tập 1 và 2) Nguyễn Công Hiền và nhiều tác giả xuất bản 1974,1984. 3. Thiết kế CCĐ XNCN. Bộ môn phát dẫn điện (bản in roneo khoa TC tái bản). 4. Một số vấn đề về thiết kế và qui hoach mạng điện địa phơng Đặng Ngọc Dinh và nhiều tác giả. 5. Giáo trình mạng điện Bộ môn phát dẫn điện. Một số tài liệu nớc ngoài hoặc dịch: 1. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lợng 1972 2. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Tg: Epmulov NXB-Năng lợng 1976 3. Sách tra cứu về cung cấp điện (tập I & II sách dịch). Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lợng 1980. Giới thiệu các chơng của giáo trình: Chơng I: Những vấn đề chung về TH-CCĐ. Chơng II: Phụ tải điện. Chơng III: Cơ sở so sánh-kinh tế kỹ thuật trong CCĐ. Chơng IV: Sơ đồ CCĐ và trạm biến áp. Chơng V: Tính toán mạng điện trong xí nghiệp. Chơng VI: Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện. Chơng VII: Tính toán dòng ngắn mạch. Chơng VIII: Lựa chọn thiết bị điện. Chơng IX: Bù công suất phản kháng trong mạng xí nghiệp. Chơng X: Bảo vệ rơ-le trong mạng điện xí nghiệp. Chơng XI: Nối đất và chiếu sáng. Chơng XII: Chiếu sáng công nghiệp. Chơng I Những vấn đề chung về HT-CCĐ 1.1 Khái niệm về hệ thống điện: Ngày nay khi nói đến hệ thông năng lợng, thông thờng ngời ta thờng hình dung nó là hệ thông điện, tơng tự nh vậy đôi lúc ngờng ta gọi Khoa điện là Khoa năng lợng, đó không phải là hiện tợng ngẫu nhiên mà nó chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lợng điện đã có u thế trong sản xuất,khai thác và truyền tải, cho nên hầu nh toán bộ năng lợng đang khai thác đợc trong tự nhiên ngời ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trớc khi sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối và CCĐ điện năng đến từng hộ sử dụng điện. Một số u điểm của điện năng: + Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lợng khác (Quang, nhiệt, hoá cơ năng). + Dễ chuyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao. + Không có sắn trong tự nhiên, đều đợc khai thác rồi chuyển hoá thành điện năng. ở nơi sử dụng điện năng lại dẽ dàng chuyển thành các dạng năng lợng khác Ngày nay phần lớn năng lợng tự nhiên khác đợc khai thác ngay tại chỗ rồi đợc đổi thành điện năng (VD NM nhiệt điện thờng đợc xây dựng tại nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn nớc). Đó cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống tryền tải, phân phối và cung cấp điện năng mà chung ta thờng giọ là hệ thông điện. Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu tryền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem HV.) NL sơ cấp ~ ~ NMĐ1 NMĐ2 10 kV 10 kV 110 kV 220 kV 35 kV 6; 10 kV 0,4 kV phân phối & cung cấp điện năng (CCĐ) sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) HV. 01 http://www.ebook.edu.vn Từ đó cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có một ý nghĩa hẹp hơn Định nghĩa: Hệ thông cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vài nét đặc trng của năng lợng điện: 1- Khác với hầu hết các sản phẩm, điện năng đợc sản xuất ra, nói chung không tích trữ đợc (trừ vài trờng hợp đặc biệt với công suất nhỏ nh pin, acqui ) Tại mỗi thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cần bằng giữa lợng điện năng sản xuất ra và tiêu thụ có kể đến tổn thất trong khâu truyền tải. Điều này când phải đợc quán triệt trong khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành và điều độ hệ thống điện, nhăm giữ vững chất lợng điện (u & f). 2- Các quá trình về điện xẩy ra rất nhanh. Chẳng hạn sóng điện từ lan tuyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 30 000 000 km/s (quá trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền) Đóng cắt của các thiết bị bảo v.v đều phải xẩy ra trong vòng nhỏ hơn 1/10 giây cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ. 3- Công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế qquốc dân (luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp dệt). là một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển nhịp nhành trong cấu trúc kinh tế. Quán triệt đặc điểm này sẽ xây dựng những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với cacs ngành kinh tế Các vùng lãnh thổ khác nhau Mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lới truyền tải, phân phối nhằm đáp ứng sự phát triển cân đối, tránh đợc những thiệt hại kinh tế quốc dân do phải hạn chế nhu cầu của các hộ dùng điện. Nội dung môn học: Nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế hệ thống CCĐ- XN nói chung và HTĐ nói riêng. Một phơng án CCĐ đợc gọi là hợp lý phải kết hợp hài hoà một loạt các yêu cầu nh: Tính kinh tế (vốn đầu t nhỏ). Độ tin cây (xác suất mất điện nhỏ). An toàn và tiện lợi cho việc vận hành thiết bị. Phải đam bào đợc chất lợng điện năng trong phạm vi cho phép (kỹ thuật). Nh vậy lời giải tối u khi thiết kế HTĐ phải nhận đợc từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển năng lợng của vùng; Phải đợc phối hợp ngay trong những vấn đề cụ thể nh Chọn sơ đồ nối dây của lới điện, mức tổn thất điện áp . Việc lựa chọn PA CCĐ phải kết hợp với vviệc lựa chọn vị trí, công suất của nhà máy điện hoặc trạm biến áp khu vực. Phải quan tâm đến đạc điểm công nghệ của xí nghiệp, xem xét sự phát triển của xí nghiệp trong kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc ). Vì vậy các dự án về thiết kế CCĐ-XN, thờng đợc đa ra đồng thời với các dự án về xây dựng, kiến trúc, cấp thoát nớc v.v và đợc duyệt bởi một cơ quan trung tâm. ở đây có sự phối các mặt trên quan điểm hệ thống và tối u tổng thể. 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác nhau (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu của từng loại hộ phụ tải). a) Theo điện áp và tần số: căn cứ vào U dm và f * Hộ dùng điện 3 pha U dm < 1000 V ; f dm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 3 pha U dm > 1000 V ; f dm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 1 pha U dm < 1000 V ; f dm = 50 Hz. * Hộ dùng điện làm việc với tần số 50 Hz. * Hộ dùng dòng điện một chiều. b) Theo chế độ làm việc: (của các hộ dùng điện). Dài hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vợt quá giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén). Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại, động cơ dóng mở van của TB thuỷ lực). Ngắn hạn lập lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của TB xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn đợc đặc trng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện và thời gian toàn chu trình sản suất (VD máy nâng; TB hàn). c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội, các hộ tiêu thụ điện đợc CCĐ với mức độ tin cậy khác nhau và phân thành 3 loại. Hộ loại I: Là hộ mà khi sự cố ngứng CCĐ sẽ gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con ngời, hoặc ảnh hởng có hại lớn về chính trị gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải đợc CCĐ từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng CCĐ rất nhỏ, thời gian ngừng CCĐ thờng chỉ đợc phép bằng thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD xí nghiệp luyện kim, hoá chất lớn). Hộ loại II: Là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhng khi ngừng CCĐ chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do h hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v Hộ loại II đợc CCĐ từ 1 hoặc 2 nguồn thời gian ngừng CCĐ cho phép bằng thời gian để đóng TB dự trữ bằng tay (XN cơ khí, dệt, công nghiệp nhẹ, công nghiệp địa phơng). Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1 và 2. Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nhng không quá một ngày đêm. Hộ loại III thờng đợc CCĐ băng một nguồn. 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực công nghiệp. 2) Các thiết bị chiếu sáng. (thờng 1 pha, ĐTPT bằng phẳng, cos = 1-0,6). 3) Các TB biến đổi. 4) Các động cơ truyền động máy gia công. http://www.ebook.edu.vn 5) Lò và các thiết bị gia nhiệt. 6) Thiết bị hàn. (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải U dm ; f dm ; cos ; đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 2 hoặc 3). 1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thông CCĐ đợc đánh giá băng chất lợng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục CCĐ. *Tính liên tucj CCĐ: hệ thống CCĐ phải đảm bảo đợc việc CCĐ liên tục theo yêu cầu của phụ tải (yêu cầu của hộ loại I; II & III). Chỉ tiêu này thờng đợc cụ thể hoá bằng xác suất làm việc tin cậy của trên cơ sở này ngời ta phân các hộ tiêu thụ thành 3 loại hộ mà trong thiết kế cần phải quán triẹet để có đợc PA CCĐ hợp lý. * Tần số: độ lệch tần số cho phép đợc qui định là 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thông điện đợc ổn định công suất tiêu thụ phải < công suất của HT. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thờng phải đặt thêm TB tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của XN hoặc TB bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số. *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức đợc qui định nh sau: (ở chế độ làm việc bình thờng). + Mạng động lực: [ U%] = 5 % U dm + Mạng chiếu sáng: [ U%] = 2, 5 % U dm Trờng hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10 ữ 20 %)U dm . Tuy nhiên vì phụ tải điện luôn thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nhau ở các nút của phụ tải điều chỉnh rất phức tạp. Để có những biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả sự diễn biến của điện áp không những theo độ lệch so với giá trị định mức, mà còn phải thể hiện đợc mức độ kéo dài. Khi đó chỉ tiêu đánh giá mức độ chất lợng điện áp là giá trị tích phân. dt U U)t(U T 0 dm dm Trong đó: U(t) - giá trị điện áp tại nút khảo sát ở thời điểm t. T - khoảng thời gian khảo sát. U dm - giá trị định mức của mạng. Khi đó độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) đợc mô tả nh một đại lợng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, và một trong những mục tiêu quan trọng của điều chỉnh điện áp là: sao cho giá trị xác suất để trong suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp năm trong phamj vi cho phép, đạt cực đại. Ngaòi ra khi nghiên cứu chất lợng điện năng cần xét đến hành vi kinh tế, nghĩa là phải xét đến thiệt hại kinh tế do mất điện, chất lợng điện năng xấu. Chẳng hạn khi điện áp thấp hơn định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động cơ thấp hơn định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động cơ giảm v.v Từ đấy xác định đợc giá trị điện áp tối u. Mặt khác khi nghiên cu chất lợng điện năng trên quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa là điều chỉnh điện áp và đồ thị phụ tải sao cho tổng số điện năng sử dụng với điện áp cho phép là cực đại. Những vấn đè nêu trên cần có những nghiên cu tỉ mỉ dựa trên những thông kê có hệ thông về phân phối điện áp tại các nút, suất thiệt hại kinh tế do chất lợng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu thờng dùng: 1 Máy phát điện hoặc nhà máy điện 2 - Động cơ điện 3 Máy biến áp 2 cuộn dây. 4 Máy biến áp 3 cuộn dây. 5 Máy biến áp điều chỉnh dới tải. 6 - Kháng điện. 7 Máy biến dòng điện. 8 Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 Cầu dao cách ly. 12 Máy cắt phụ tải. 13 Tụ điện bù. ~ Đ http://www.ebook.edu.vn 14 Tủ điều khiển 15 Tủ phân phối. 16 Tủ phân phối động lực. 17 Tủ chiếu sáng làm việc. 18 Tủ chiếu sáng cục bộ. 19 Khởi động từ. 20 - Đèn sợi đốt. 21 - Đèn huỳnh quang. 22 Công tắc điện. 23 ổ cắm điện. 24 Dây dẫn điện. 25 Dây cáp điện 26 Thanh dẫn (thanh cái). 27 Dây dẫn tần số 50 Hz 28 Dây dẫn mạng hai dây. 29 Dây dẫn mạng 4 dây. 30 - Đờng dây điện áp U 36 V. 31 Đờng dây mạng động lực 1 chiều. 32 Chống sét ống. 33 Chông sét van. 34 Cầu chì tự rơi. . dịch: 1. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lợng 19 72 2. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Tg: Epmulov NXB-Năng lợng 19 76 3. Sách tra cứu về cung cấp điện. dới tải. 6 - Kháng điện. 7 Máy biến dòng điện. 8 Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 Cầu dao cách ly. 12 Máy cắt phụ tải. 13 Tụ điện bù. . sơ cấp ~ ~ NM 1 NMĐ2 10 kV 10 kV 11 0 kV 220 kV 35 kV 6; 10 kV 0,4 kV phân phối & cung cấp điện năng (CCĐ) sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) HV. 01 http://www.ebook.edu.vn Từ