CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN I.1. Mục tiêu, nhiệm vụ - Mục tiêu: giúp sinh viên nắm được: Những đặc điểm chủ yếu của quá trình sản xuất và phân phối điện năng; Các dạng nhà máy điện thường dùng hiện nay; Khái niệm về hệ thống điện, mạng lưới điện, mạng điện xí nghiệp; Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng điện năng. - Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp học lý thuyết đầy đủ.Tham gia thảo luận và làm bài tập. Học lý thuyết và làm đầy đủ các bài tập ở nhà. - Đánh giá: I.2. Quy định hình thức học cho mỗi nội dung nhỏ Nội dung Hình thức học 1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHỦ YẾU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Giảng 1.2 Khái niệm và phân loại mạng điện Giảng 1.3 Phân loại và đặc điểm của các thiết bị dùng điện SV tự nghiên cứu 1.4 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng điện năng Giảng I.3. Các nội dung cụ thể § 1.1. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHỦ YẾU CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Từ khi phát minh ra điện năng đến nay, điện năng đã chiếm vị trí hàng đầu trong các nguồn năng lượng. Vì nó có nhiều ưu điểm tuyệt đối mà các nguồn năng lượng khác không có như: dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng ), dễ chuyển tải, hiệu suất cao. Điện năng trong quá trình sản xuất và phân phối có một số đặc điểm chủ yếu sau đây: * Đặc điểm thứ nhất: Điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ như pin, acquy). Tại mọi thời điểm luôn luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện sản xuất ra với lượng điện tiêu thụ kể cả tổn thất do truyền tải. * Đặc điểm thứ hai: Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh * Đặc điểm thứ ba: Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân như: luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, nông nghiệp nhẹ, dân dụng v.v Nó là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong các thành phần cơ cấu kinh tế xã hội. § 1.2. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN. Điện năng sau khi được sản xuất ra từ các nguồn phát, được truyền tải, phân phối, cung cấp tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện. 1.2.1. HỆ THỐNG ĐIỆN. Hệ thống điện gồm có các khâu: phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng. Ở hệ thống cung cấp còn có đường dây liên hệ qua lại dùng làm đường dây dự trữ cho nhau ở tất cả các cấp điện áp nhằm tạo cho hệ thống được linh hoạt và đảm bảo được sự liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đề phòng được các sự cố có thể xảy ra trên lưới điện và trong các trạm điện có thể làm ảnh hưởng đến tính liên tục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ; hoặc đảm bảo được việc cung cấp điện khi một số trạm và lưới điện được tách ra khỏi hệ thống để thực hiện công tác duy tu, bảo dưỡng và sửa chữa. 1.2.2. KHÁI NIỆM VỀ MẠNG ĐIỆN. Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các trạm biến áp. Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, nó chỉ bao gồm các thiết bị dùng để truyền tải và phân phối điện năng trên các thiết bị dùng điện trong phạm vi xí nghiệp. Mạng điện có các cấp điện áp định mức như sau: 220 V; 380 V; 600 V; 3 kV; 6 kV; 10 kV; 20 kV; 35 kV; 110 kV; 150 kV; 220 kV; 330 kV; 500 kV; 750 kV. Ngoài ra còn một số cấp điện áp được sử dụng từ chế độ cũ và hiện nay vẫn còn tồn tại nhưng không phổ biến 1.2.3. PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN Mạng điện được phân loại theo nhiều cách khác nhau: dựa theo loại dòng điện, điện áp định mức, nhiệm vụ của mạng, đặc điểm hộ tiêu thụ, hình dáng sơ đồ mạng v.v - Theo tiêu chuẩn loại dòng điện ta có: mạng điện dòng xoay chiều và mạng điện dòng một chiều. - Theo tiểu chuẩn điện áp ta có: mạng siêu cao áp với điện áp định mức U dm ≥ 330 kV, mạng cao áp với U dm = 3 ÷ 220 kV và mạng hạ áp với U dm < 1 kV. - Theo hình dáng sơ đồ mạng điện ta có: mạng điện hở và mạng điện kín. + Mạng điện hở: là mạng điện trong đó các hộ tiêu thụ được cung cấp điện chỉ từ một phía (hình 1-7a). Mạng điện này vận hành đơn giản, dễ tính toán nhưng mức bảo đảm cung cấp điện thấp. + Mạng điện kín: là mạng điện trong đó các hộ tiêu thụ có thể nhận điện năng ít nhất từ hai phía (hình 1-7b). Mạng điện này tính toán khó khăn, vận hành phức tạp, nhưng mức bảo đảm cung cấp điện cao. - Theo nhiệm vụ chức năng của mạng ta có: mạng chuyển tải hệ thống, mạng cung cấp điện và mạng phân phối điện: + Mạng chuyển tải hệ thống: Có cấp điện áp từ 330 ÷ 1150 kV, có nhiệm vụ tạo thành hệ thống hợp nhất giữa các nhà máy điện có công suất lớn, đảm bảo chúng vận hành như một hệ thống nhất và đồng thời bảo đảm chuyển tải hết công suất phát ra từ các nhà máy điện đó. Mạng chuyển tải hệ thống thực hiện việc nối kết hệ thống, nghĩa là nối kết trên một khoảng cách rất lớn giữa các hệ thống điện, và được điều khiển vận hành từ một trung tâm điều độ hợp nhất quốc gia. + Mạng cung cấp: còn gọi là mạng điện khu vực, có nhiệm vụ truyền tải điện năng từ các trạm biến áp của mạng chuyển tải hệ thống và đôi khi nhận điện từ thanh cái 110 – 220 kV của trạm tăng áp của các nhà máy điện để cung cấp cho các trạm nguồn của mạng phân phối, nghĩa là đưa điện đến các trạm biến áp khu vực. Mạng cung cấp thường là mạng kín, cung cấp cho một khu vực rộng lớn với bán kính hoạt động từ 30 km lên tới hai ba trăm km, điện áp của mạng trước kia thường là 35 Hình 1-7. a) Mạng điện kín. b) Mạng điện hở. ~ XN 1 XN 2 XN n F ~ ~ l 1 l 3 l 2 l 4 F 1 F 2 B 1 B 3 B 4 B 2 a) b) kV trở lên (35 kV; 110 kV; 220 kV). Vì mật độ phụ tải tăng, công suất của các nhà máy điện cũng tăng và chiều dài của mạng điện cũng tăng, nên cấp điện áp của mạng phân phối cũng phải tăng lên. Ngày nay cấp điện áp của mạng cung cấp đôi khi lên đến 330 – 500 kV. Trạm biến áp khu vực thường có điện áp bên cao là 110 – 220 kV và điện áp bên hạ là 6 – 35 kV. Trong trạm này người ta dùng các máy biến áp có thể điều áp dưới tải và cấp điện cho mạng phân phối. + Mạng phân phối: còn gọi là mạng điện địa phương, có nhiệm vụ truyền tải điện năng với khoảng cách không lớn (bán kính không quá 15÷30 km) từ thanh cái thứ cấp của trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ công nghiệp, nông nghiệp, thành phố v.v Mạng phân phối thường là mạng kín, làm việc theo chế độ mạng hở. Người ta chia ra mạng phân phối điện áp cao (U dm > 1 kV) và mạng phân phối điện áp thấp (U dm < 1 kV). Tuỳ theo đặc điểm của hộ tiêu thụ nhận điện từ mạng phân phối, người ta gọi mạng điện phân phối công nghiệp, mạng điện phân phối nông thôn, mạng điện phân phối thành phố. §1.3. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC THIẾT BỊ DÙNG ĐIỆN (Giới thiệu) §1.4. CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG. Để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ, thường người ta dựa vào ba chỉ tiêu cơ bản sau đây: Điện áp, tần số và tính liên tục cung cấp điện. 1.4.1. TIÊU CHUẨN ĐIỆN ÁP. Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị dùng điện so với điện áp định mức của thiết bị không được vượt quá giới hạn cho phép. Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức được quy định như sau: - Đối với mạng động lực : [∆U%] = ± 5. - Đối với mạng chiếu sáng: [∆U%] = (±2, 5 ÷ 5). Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (- 10 ± - 20%) U dm . Điện áp là một chỉ tiêu rất quan trọng, nếu điện áp tăng lên 5% thì tuổi thọ của bóng đèn sẽ bị giảm đi một nửa; nếu điện áp giảm đi 5% thì quang thông của bóng đèn giảm tới 18%, đèn sẽ tối đi ảnh hưởng tới năng suất lao động và an toàn lao động không bảo đảm; điện áp giảm thấp làm động cơ quay chậm lại và nếu hạ thấp nữa thì có thể ngừng quay và cháy máy. 1.4.2. TIÊU CHUẨN TẤN SỐ. Độ lệch tần số cho phép được quy định bằng 0,5 Hz. Để bảo đảm cho tần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải luôn luôn cân bằng với công suất của nguồn. P t.thụ = P ng Ở các xí nghiệp lớn, để ổn định tần số, khi phụ tải tăng lên thường đặt thiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của xí nghiệp hoặc đặt thiết bị bảo vệ cắt bớt phụ tải theo tần số. 1.4.3. TÍNH LIÊN TỤC CUNG CẤP ĐIỆN. Tính liên tục cung cấp điện là một chỉ tiêu quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Mức độ liên tục cung cấp điện được bảo đảm tuỳ theo tầm quan trọng và yêu cầu của hộ phụ tải. Các hộ tiêu thụ điện được chia ra làm 3 loại như sau: Hộ loại I: Không cho phép mất điện, nếu mất điện sẽ gây tác hại lớn về chính trị, gây nguy hại đến tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế như làm rối loạn quá trình sản xuất, làm hư hỏng nhiều thiết bị, gây ra phế phẩm hàng loạt dẫn đến thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân. Với hộ phụ tải loại I, yêu cầu phải bảo đảm liên tục cung cấp điện rất cao ngay cả khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố cho nên không cho phép ngừng cung cấp điện. Hộ loại I: thường phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập hoặc có nguồn dự phòng, nhằm giảm thời gian mất điện xuống rất nhỏ. Thời gian mất điện đối với hộ loại I thường cho bằng thời gian tự động đóng nguồn dự phòng. Hộ loại II: Nếu ngừng cung cấp điện cũng gây tác hại về kinh tế ảnh hưởng lớn đến sản lượng hoặc gây ra nhiều phế phẩm, ngừng trệ sự vận chuyển trong xí nghiệp, có thể có hư hỏng thiết bị nhưng ở mức độ nhẹ hơn trường hợp trên, lãng phí lao động, ảnh hưởng đến hoàn thành kế hoạch sản xuất. Ví dụ như các nhà máy sợi, nhà máy dệt v.v Như vậy đối với hộ loại II nếu ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế. Có thể cho phép mất điện trong một thời gian ngắn để thay thế các thiết bị hư hỏng. Với hộ phụ tải loại II, việc quyết định dùng một hoặc hai nguồn cung cấp, đường dây đơn hoặc đường dây kép, có nguồn dự phòng hoặc không có nguồn dự phòng. Phải dựa trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư thêm khi có đặt thiết bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại khi sản xuất bị ngừng trệ do mất điện vì không có thiết bị dự phòng. Hộ loại III: Hộ loại III gồm các thiết bị còn lại không nằm trong hai loại trên. Ví dụ như chiếu sáng dân dụng, kho tàng hoặc những phân xưởng phụ. Với hộ phụ tải loại III, ta chỉ cần một nguồn cung cấp điện là đủ. Cho phép mất điện trong một thời gian để sửa chữa, thay thế các thiết bị khi cần thiết. Điều này không có nghĩa là mất điện triền miên. Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, người thiết kế cũng như người quản lý vận hành lưới điện phải có tính toán, dự kiến mọi khả năng để cho xác suất sự cố mất điện là thấp nhất, và thời gian mất điện là ngắn nhất. Cần chú ý rằng việc phân chia các thiết bị dùng điện thuộc hộ loại này hay loại kia chỉ là tương đối mà thôi. Phải kết hợp với tình hình cụ thể của xí nghiệp để phân chia cho hợp lý. Cùng một loại thiết bị, ở xí nghiệp này do có vai trò rất quan trọng nên được xếp vào hộ loại I, nhưng ở xí nghiệp khác thì lại không quan trọng bằng nên có thể xếp nó vào hộ loại II. Chú ý: Chỉ có những phương án sơ đồ nối dây của mạng điện nào bảo đảm được hai tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng nhất là liên tục cung cấp điện và bảo đảm chất lượng điện trong mọi tình trạng vận hành khác nhau (bình thường cũng như lúc sự cố) thì mới được giữ lại để so sánh kinh tế, quyết định lựa chọn phương án cuối cùng. Ngoài những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng điện năng (tính liên tục cung cấp điện, chất lượng điện năng là điện áp và tần số) khi thiết kế và vận hành mạng điện, cần phải đảm bảo yêu cầu: chỉ tiêu kinh tế và an toàn đối với con người. . CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN I.1. Mục tiêu, nhiệm vụ - Mục tiêu: giúp sinh viên nắm được: Những đặc điểm chủ yếu của quá trình sản xuất và phân phối điện năng; Các dạng nhà máy điện. mạng điện kín. + Mạng điện hở: là mạng điện trong đó các hộ tiêu thụ được cung cấp điện chỉ từ một phía (hình 1-7a). Mạng điện này vận hành đơn giản, dễ tính toán nhưng mức bảo đảm cung cấp điện. phân phối, cung cấp tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện. 1.2.1. HỆ THỐNG ĐIỆN. Hệ thống điện gồm có các khâu: phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng. Ở hệ thống cung cấp còn có đường