bài giảng môn cung cấp điện

- Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát triển của phụ tải, thời gian xây dựng… Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện: - X

3

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như: cơ, hóa, nhiệt năng…; được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền tải đến

hộ tiêu thụ với hiệu suất cao

Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có một số đặc tính:

- Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu có sự cố xảy ra, vì vậy thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao

Hình 1.1 Hệ thống điện

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

Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủ điện năng với chất lượng trong phạm vi cho phép và một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thỏa mãn các nhu cầu sau:

- Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm ngoại tệ và vật tư hiếm

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ

- Chi phí vận hành hàng năm thấp

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa…

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát triển của phụ tải, thời gian xây dựng…

Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện:

- Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện

- Xác định phương án về nguồn điện

- Xác định cấu trúc mạng

- Chọn thiết bị

- Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người và thiết bị

- Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

- Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công như các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết… Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao

4

1.1 Lưới điện và lưới cung cấp điện:

1.1.1 Khái niệm:

Hệ thống điện gồm 3 khâu: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện

Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) và các trạm phát điện (diesel, mặt trời, gió…)

Tiêu thụ điện gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện trong công, nông nghiệp và đời sống…

Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền tải và các trạm biến áp

Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và 500kV Tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV

1.1.2 Phân loại:

Có nhiều cách phân loại lưới điện:

-Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10,

6kV) và hạ áp (1,2kV; 0,69kV; 0,4kV)

-Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6

và 0,4kV)

Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp…

1.2 Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện:

1.2.1 Độ tin cậy cung cấp điện:

Tùy theo tính chất của hộ dùng điện có thể chia thành 3 loại:

- Hộ loại 1: là những hộ rất quan trọng, không được để mất điện như sân bay, hải

cảng, khu quân sự, ngoại giao, các khu công nghiệp, bệnh viện…

- Hộ loại 2: là các khu vực sản xuất, nếu mất điện có thể ảnh hưởng nhiều đến kinh

tế…

- Hộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời

Cách chia hộ như vậy chỉ là tạm thời trong giai đoạn nền kinh tế còn thấp kém,

đang hướng đến mục tiêu các hộ phải đều là hộ loại 1 và được cấp điện liên tục

Hình 1.2 Độ lệch và tổn thất điện áp

- Phí tổn vận hành bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành công trình điện: lương cho cán bộ quản lý, kỹ thuật, vận hành, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa, chi phí cho thí nghiệm thử nghiệm, do tổn thất điện năng trên công trình điện

Thông thường hai loại chi phí này mâu thuẫn nhau Phương án cấp điện tối ưu là phương án dung hòa hai chi phí trên, đó là phương án có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất

 , với lưới cung cấp điện T tc 5năm K: vốn đầu tư

Người thiết kế và vận hành công trình điện phải tuyệt đối tuân thủ các quy định an toàn điện

Bảng 1.1 Một số ký hiệu thường dùng:

Máy phát điện hoặc nhà

Máy biến áp 3 cuộn dây Máy biến áp điều chỉnh dưới tải

6

Tủ chiếu sáng cục bộ Tủ chiếu sáng làm việc

Thanh dẫn (thanh cái) Dây dẫn tần số ≠

50Hz Dây dẫn mạng hai dây Dây dẫn mạng 4 dây

Đường dây điện áp

U ≤36V

Đường dây mạng động lực 1 chiều

Câu hỏi ôn tập chương 1

Câu 1 Trình bày đặc điểm và quá trình biến đổi năng lượng của các nhà máy điện? Câu 2 Nêu và phân tích đặc điểm năng lượng điện và đặc điểm công nghệ của hệ thống điện?

Câu 3 Để phân loại các hộ tiêu thụ điện xí nghiệp người ta căn cứ vào những chỉ tiêu nào? Nêu và phân tích đặc điểm và phương án cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện

Câu 4 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

7

Chương 2

CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN

Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới điện gồm đường dây

truyền tải và các trạm biến áp Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4kV;

0,69kV; 1,2kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV; 110kV; 220kV và 500kV Tương lai sẽ chỉ còn

các cấp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV và 500kV

Có nhiều cách phân loại lưới điện, sau đây đề cập đến cách phân loại theo đối tượng

cấp điện:

2.1.Lưới điện đô thị

Thường sử dụng cấp điện áp trung áp là 35kV; 22kV; 10kV; 6kV

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúc mạch

vòng kín vận hành hở

Để đảm bảo an toàn và mỹ quan đô thị, thường sử dụng cáp ngầm cho mạng trung và

hạ áp Thường dùng trạm biến áp kiểu xây Tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành sẽ cao

hơn nhiều

Để thuận lợi cho phân phối và ít ảnh hưởng đến giao thông các trạm biến áp thường

chỉ cung cấp điện cho một bên đường và được đặt ở góc hay giữa đoạn đường

Hình 0.1 Trạm biến áp đặt ở góc phố

2.2 Lưới điện nông thôn:

Ở nông thôn, mỗi huyện thường được cấp điện từ 1 hay 2 trạm biến áp trung gian,

hiện nay thường sử dụng cấp 10kV; 22kV và 35kV có cấu trúc dạng cây

Tất cả các tuyến dây đều là đường dây trên không Các trạm biến áp thường dùng

kiểu trạm cột Để dễ quản lý và vận hành trạm biến áp phân phối thường được đặt ở giữa

thôn

2.3 Lưới điện xí nghiệp:

Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn, điện

năng cung cấp cho các xí nghiệp được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường

dây trung áp

Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp có thể phân thành 2 phần: bên trong và bên ngoài

- Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài: là phần cung cấp điện từ hệ thống đến trạm biến áp

chính hay trạm phân phối trung tâm của xí nghiệp

Lưới trung áp điện xí nghiệp có cấu trúc khác nhau tùy vào quy mô xí nghiệp Đối

với những xí nghiệp có tải vài trăm kVA, chỉ cần đặt 1 trạm biến áp Đối với những xí

nghiệp lớn cần đặt nhiều trạm biến áp, mỗi trạm cung cấp cho một hoặc vài phân xưởng

8

Hình 0.2: Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài xí nghiệp

a) khi cấp điện áp sử dụng của nhà máy trùng với điện áp cung cấp từ hệ thống; b) các trạm biến áp phân xưởng nhận điện trực tiếp từ hệ thống và hạ xuống 0,4kV để sử dụng; c) có trạm biến áp trung tâm trước khi phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng;

d) khi xí nghiệp có máy phát điện dự phòng

- Sơ đồ cung cấp điện bên trong: từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp

phân xưởng Có 3 kiểu sơ đồ thường dùng: sơ đồ hình tia, liên thông và sơ đồ hỗn hợp

SĐ Hỗn hợp

Hình 0.3 Sơ đồ cấp điện bên trong

Lưới hạ áp xí nghiệp chính là lưới điện bên trong mỗi phân xưởng Để cấp điện cho phân xưởng người ta đặt các tủ phân phối nhân điện hạ áp từ các máy biến áp về cấp cho các tủ động lực, từ tủ này cung cấp điện cho các thiết bị

2.4 Các loại dây và cáp điện:

Để tải điện người ta dùng dây dẫn và cáp So với dây dẫn tải điện bằng cáp đắt tiền hơn nhưng mỹ quan hơn, vì thế cáp trung và hạ áp thích hợp cho lưới điện đô thị và

xí nghiệp Tải điện bằng dây dẫn rẻ tiền, dễ sửa chữa và thay thế thường được dùng trên lưới trung áp và khu vực nông thôn

9

Hình 0.4: Cáp và dây trần

2.4.1 Các loại dây dẫn:

Dây dẫn gồm hai loại: dây bọc cách điện và dây trần

- Dây bọc cách điện: thường dùng trên lưới hạ áp Dây bọc có nhiều loại: một sợi,

nhiều sợi, dây cứng, mềm, đơn, đôi… Vật liệu thông dụng là đồng và nhôm

Ký hiệu: M(n, F), trong đó: M là dây đồng; n là số dây; F là tiết diện dây

- Dây trần: dùng cho mọi cấp điện áp Có các loại như: nhôm, thép, đồng và nhôm lõi

thép Trong đó dây nhôm và nhôm lõi thép được dùng phổ biến cho đường dây trên không, trong đó phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện và phần thép tăng độ bền cơ học

Ký hiệu: Loại dây (A, AC) - F, trong đó: A là dây nhôm; AC dây nhôm lõi thép; F là tiết diện

Ký hiệu cho mạng điện: loại dây (n.F +1.Fo) với n là số dây pha và Fo tiết điện dây trung tính

2.4.2 Các loại cáp:

2.4.2.1 Cấu tạo cáp: Cáp lực gồm các phần tử chính sau: lõi, cách điện và lớp vỏ bảo vệ

- Lõi (ruột dẫn điện): Vật liệu cơ bản dùng làm ruột dẫn điện của cáp là đồng hay nhôm kỹ thuật điện Ruột cáp có các hình dạng tròn, quạt, hình mảnh Ruột có thể gồm

một hay nhiều sợi

- Lớp cách điện: Lớp vật liệu cách điện cách ly các ruột dẫn điện với nhau và cách ly với lớp bảo vệ

Hiện nay cách điện của cáp thường dùng là nhựa tổng hợp, các loại cao su, giấy cách điện, các loại dầu và khí cách điện

- Lớp vỏ bảo vệ: Lớp vỏ bảo vệ để bảo vệ cách điện của cáp tránh ẩm ướt, tránh tác

động của hóa chất do dầu tẩm thoát ra do hư hỏng cơ học cũng như tránh ăn mòn, han gỉ khi đặt trong đất Lớp vỏ bảo vệ dây dẫn là đai hay lưới bằng thép, nhôm hay chì, ngoài cùng là lớp vỏ cao su hoặc nhựa tổng hợp

2.4.2.2 Phân loại cáp: Cáp có thể phân loại theo nhiều cách:

- Theo số lõi: một, hai, ba hay bốn lõi, thông thường cáp cao áp chỉ có một lõi

- Theo vật liệu cách điện: giấy cách điện (có tẩm hay không tẩm), cách điện cao su hay nhựa tổng hợp và cách điện tổ hợp

- Theo mục đích sử dụng: hạ, trung và cao áp, ngoài ra còn có cáp rado và cáp thông tin

- Theo lĩnh vực sử dụng: cáp dùng cho hàng hải, hàng không, dầu mỏ, hầm mỏ, trong nước hay cho các thiết bị di chuyển (cần cẩu, cần trục…)

10

2.5 Cấu trúc đường dây tải điện:

Đường dây tải điện trên không ký hiệu là ĐDK Đường dây tải điện trên không bao gồm các phần tử: dây dẫn, sứ, xà, cột, móng, còn có thể có dây chống sét, dây néo và bộ chống rung

Hình 0.5: Đường dây tải điện trên không

- Đường dây truyền tải điện trên không: công trình xây dựng mang tính chất kỹ thuật dùng để truyền tải điện năng theo dây dẫn, được lắp đặt ngoài trời Dây dẫn được kẹp chặt nhờ sứ, xà cột và các chi tiết kết cấu xây dựng Đường dây hạ áp cần có thêm một dây trung tính để lấy cả điện áp pha và điện áp dây Nếu phụ tải 3 pha đối xứng thì lấy dây trung tính bằng ½ dây pha còn khi phụ tải pha không cân bằng thì tiết diện dây trung tính lấy bằng tiết diện dây pha

- Khoảng cách tiêu chuẩn: gồm các khoảng cách ngắn nhất giữa dây dẫn được căng

và đất, giữa dây dẫn được căng và công trình xây dựng, giữa dây dẫn và cột, giữa các dây dẫn với nhau

- Độ võng trên dây: là khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ đường thẳng nối 2 điểm treo dây trên cột tới điểm thấp nhất của dây dẫn do tác dụng của khối lượng dây

- Lực căng dây: là lực căng kéo dây và kẹp chặt cố định dây dẫn trên cột

- Chế độ làm việc bình thường: là chế độ làm việc mà dây dẫn không bị đứt

- Chế độ sự cố: là chế độ mà dây dẫn bị đứt dù chỉ một dây

- Khoảng vượt trung gian của đường dây: khoảng cách mặt phẳng ngang giữa 2 cột

- Khoảng néo chặt: là khoảng cách mặt phẳng nằm ngang giữa 2 cột chịu lực gần nhau Các cột chịu lực bao gồm các cột đầu tuyến, các cột cuối tuyến và các cột góc dây dẫn chuyển hướng đi

2.5.1 Cấu trúc đường dây trên không

- Cột: lưới cung cấp điện trung áp dùng 2 loại cột: cột vuông và cột ly tâm, ký hiệu

H và LT

+ Cột vuông (cột chữ H): thường chế tạo cỡ 7,5 và 8,5m Cột H7,5 dùng cho lưới hạ

áp và H8,5 dùng cho lưới hạ áp và lưới 10kV

+ Cột ly tâm (cột tròn): các cột được đúc dài 10 và 12m, các đế cột dài 6, 8 và 10m

Cột và đế được nối với nhau nhờ các măng xông hay mặt bích, từ đó có thể có các cột

10, 12, 16, 20, 22m Các cột còn được phân loại thành A, B, C, D theo khả năng chịu lực (được tra ở các bảng)

- Xà: dùng để đỡ dây dẫn và cố định khoảng cách giữa các dây, được làm bằng sắt

hoặc bê tông kích thước tùy vào cấp điện áp Trên xà có khoan sẵn các lỗ để bắt sứ,

11

khoảng cách giữa hai lỗ khoan (cũng là khoảng cách giữa hai dây) từ 0,3÷0,4m đối với

đường dây hạ áp, từ 0,8÷1,2m với đường dây 10kV, từ 1,5÷2m với đường dây 35kV

- Sứ: sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ cho các bộ phận mang điện vừa làm vật cách

điện giữa các bộ phận đó với đất Vì vậy sứ phải đủ độ bền, chịu được dòng ngắn mạch đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá điện áp

Sứ cách điện thường được thiết kế và sản xuất cho cấp điện áp nhất định và được chia

thành hai dạng chính: sứ đỡ hay sứ treo dùng để đỡ hay treo thanh cái, dây dẫn và các bộ phận mang điện; sứ xuyên dùng để dẫn nhánh hay dẫn xuyên qua tường hoặc nhà

+ Sứ đỡ: thường dùng cho đường dây có điện áp từ 35kV trở xuống, khi đường dây

vượt sông hay đường giao thông thì có thể dùng sứ treo

+ Sứ treo: có thể phân thành sứ thanh và sứ đĩa Sứ thanh được chế tạo có chiều dài

và chịu được một điện áp xác định trước Chuỗi sứ được kết lại từ các đĩa và số lượng được ghép với nhau tùy thuộc điện áp đường dây Ưu điểm của việc dùng chuỗi sứ cho đường dây cao thế là điện áp làm việc có thể tăng bằng cách thêm các đĩa sứ với chi phí nhỏ

Hình 0.6 Một số dạng sứ

Khi cần tăng cường về lực người ta dùng các chuỗi sứ ghép song song, khi tăng cường cách điện người ta tăng thêm số đĩa Việc kẹp dây dẫn vào sứ đứng được thực hiện bằng cách quấn dây hoặc bằng ghíp kẹp dây chuyên dụng Việc kẹp dây vào sứ treo được thực hiện bằng khóa kẹp dây chuyên dụng

Đường dây có điện áp 110kV trở lên dùng sứ treo Chuỗi sứ treo gồm các đĩa sứ tuỳ theo cấp điện áp mà chuỗi sứ có số đĩa khác nhau

Bảng 2.1 Các đĩa sứ theo cấp điện áp

- Móng cột: có nhiệm vụ chống lật cột Trong vận hành cột điện chịu lực kéo của dây

và lực của gió bão

12

- Dây néo: tại các cột néo (cột đầu, cuối và góc đường dây), để tăng cường chịu lực kéo cho các cột này các dây néo được đặt ngược hướng lực kéo dây

- Bộ chống rung: chống rung cho dây dẫn do tác dụng của gió

Bộ chống rung gồm 2 quả tạ bằng gang nối với nhau bằng cáp thép, đoạn cáp được kết vào đường dây nhờ kẹp

Hình 0.7: Bộ chống rung và móng cột

Ngoài ra, trên cột và các xà đỡ còn được lắp đặt các tiết bị điện để phục vụ cho việc vận hành và bảo vệ hoạt động của lưới điện như: các cầu chì tự rơi, máy cắt phụ tải, dao cách ly, thiết bị tự đóng lại…

2.5.2 Cấu trúc mạng cáp:

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 Nhược điểm chính của cáp là giá thành cao, thường gấp 2,5 lần so với đường dây trên không cùng tiết diện, do đó cáp được dùng ở những nơi quan trọng Thực hiện việc rẽ nhánh cáp cũng rất khó khăn và chính tại chỗ đó thường xảy ra sự cố, vì vậy chỉ những cáp có điện áp Uđm < 10kV và thật cần thiết thì mới thực hiện rẽ nhánh Hiện

có rất nhiều các loại cáp khác nhau do nhiều hãng chế tạo: cáp cách điện bằng cao su; cách điện bằng dầu; PVC; PE; XLPE hay cáp cách điện bằng khí

Câu hỏi ôn tập chương 2

Câu 1 Cách phân loại lưới điện và các yêu cầu chung về lưới cung cấp điện ?

Câu 2 Nêu và phân tích kết cấu đường dây trên không? So với kết cấu mạng cáp thì kết cấu đường dây trên không có những ưu, nhược điểm gì ?

Câu 3 Các dạng sơ đồ cung cấp điện? So sánh ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các sơ đồ cung cấp điện Vì sao trong thực tế ngày nay người ta ưu tiên sử dụng sơ đồ dẫn sâu ?

13

Chương 3 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

Nhiệm vụ đầu tiên khi tính toán thiết kế cung cấp điện là xác định nhu cầu điện (gọi

là phụ tải tính toán) Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ

thiết bị đôi khi có thể gây cháy nổ do quá tải thiết bị, ngược lại thì thiết bị được chọn sẽ

quá lớn gây lãng phí vốn đầu tư

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

Có hai loại phụ tải tính toán:

- Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép: Là phụ tải lâu dài không thay đổi tương

đương với phụ tải thực tế về hiệu quả nhiệt

- Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng: Còn gọi là phụ tải đỉnh nhọn, nó gây ra

tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện và các điều kiện làm việc nặng nề nhất cho

mạng điện

3.1 Các khái niệm chung

3.1.1 Phụ tải điện:

Thông thường công suất vận hành khác với công suất thực tế do nhiều yếu tố khác

nhau và là một hàm theo thời gian Nhưng cần phải xác định phụ tải điện cho việc tính

toán cung cấp điện Công suất tính toán được gọi là công suất tính toán (Ptt)

- Nếu Ptt < Pthực tế: thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ

- Nếu Ptt > Pthực tế: lãng phí vốn đầu tư

Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện, càng có nhiều thông tin càng lựa chọn

được phương pháp chính xác Thông thường có hai nhóm phương pháp là phương pháp

kinh nghiệm và phương pháp dựa trên xác xuất thống kê

3.1.2 Các đặc tính chung của phụ tải điện

Mỗi một phụ tải có những đặc trưng riêng của nó, và có 3 đặc trưng mà các

phương án cung cấp phải xét đến:

- Công suất định mức: thường được ghi trên nhãn của thiết bị Đối với động cơ,

công suất định mức là công suất trên trục của động cơ, công suất điện Pđ =Pđm/ηđm

Thường ηđm =0,8 ÷ 0,85; trường hợp động cơ nhỏ có thể xem Pđ =Pđm

- Điện áp định mức: điện áp làm việc của thiết bị phải phù hợp với lưới điện nơi

đặt thiết bị

- Tần số: tần số làm việc của thiết bị khác nhau nhiều từ 0Hz (điện DC) đến hàng

triệu Hz ở thiết bị cao tần

3.1.3 Đồ thị phụ tải

3.1.3.1 Khái niệm

Đồ thị phụ tải điện đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị riêng

lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp Nó cho biết quan hệ

theo thời gian của công suất tác dụng P, phản kháng Q, biểu kiến S, hay dòng điện I của

phụ tải

3.1.3.2 Phân loại: có nhiều cách phân loại

- Theo đại lượng đo: đồ thị phụ tải tác dụng P(t), phản kháng Q(t) và điện năng A(t)

14

- Theo thời gian khảo sát: đồ thị phụ tải hàng ngày, hàng tháng và hàng năm

3.1.3.3 Các loại đồ thị phụ tải thường dùng:

- Đồ thị phụ tải ngày: như hình a) được ghi bằng máy; b) được ghi và vẽ lại bởi các

vận hành viên và c) thể hiện dạng bậc thang thông số trung bình trong một khoảng thời gian

+ Đồ thị phụ tải ngày có 5 thông số đặc trưng: phụ tải cực đại, hệ số công suất cực đại, điện năng tác dụng và phản kháng ngày đêm, hệ số công suất tương ứng và hệ số điền kín của đồ thị phụ tải

- Đồ thị phụ tải hàng tháng: được xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng

của xí nghiệp trong một năm làm việc

Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất của xí nghiệp Từ đó có thể đề

ra lịch vận hành sửa chữa các thiết bị điện một cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản xuất

Hình 0.1: Đồ thị phụ tải tháng

15

- Đồ thị phụ tải năm: thường được xây dựng dạng bậc thang, xây dựng trên cơ sở

của đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thường chọn 1 ngày điển hình vào mùa đông và vào mùa hạ)

Hình 0.2: Đồ thị phụ tải năm

Đồ thị phụ tải năm có các thông số đặc trưng như: điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong năm, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax, hệ số công suất trung bình

và hê số điền kín phụ tải

3.1.4 Các đại lượng và hệ số thường gặp

3.1.4.1 Các đại lượng cơ bản:

- Công suất định mức P đm : Công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ điện thường

được các nhà chế tạo ghi sẵn trên nhãn hiệu máy hoặc trong các lý lịch máy Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục động

cơ Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ, vậy công suất đặt trên trục động cơ được tính như sau:

Pđ : Công suất đặt của động cơ (kW)

Pđm : Công suất định mức của động cơ (kW)

ndc : Hiệu suất định mức của động cơ

Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao (ndc= 0,85 ÷ 0,95) nên ta có thể xem Pđ  Pđm

+ Đối với các thiết bị chiếu sáng: Công suất đặt là công suất được ghi trên đèn Công suất này bằng công suất tiêu thụ của đèn khi điện áp trên mạng điện là định mức

+ Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v ) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn

Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện % = 100% Công thức quy đổi như sau:

+ Đối với động cơ: P'đm = Pđm ε% (3.2)

+ Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cos ε% (3.3)

trong đó:

P'đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn

- Phụ tải trung bình P tb : Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong

một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để

 ; q

tb = tQ

 (3.4) trong đó:

P, Q: Điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr

t: thời gian khảo sát, h

+ Phụ tải trung bình cho cả nhóm thiết bị:

Ptb = 



n

1 i tbi

p ; Qtb = 



n 1 i tbi

Biết được phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, xác định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng

- Phụ tải cực đại P max : Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong

khoảng thời gian tương đối ngắn (từ 5-30 phút) Thông thường lấy thời gian là 30 phút ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, các dây dẫn và dây cáp theo mật độ kinh tế

- Phụ tải đỉnh nhọn: Phụ tải đỉnh nhọn (Pđnh) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn (1 2s) Thường xảy ra khi mở máy động cơ Phụ tải này được dùng để kiểm tra độ dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy cầu chì, tính dòng khởi động của rơle bảo vệ

Phụ tải đỉnh nhọn còn làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác trong cùng một mạng điện

- Phụ tải tính toán P tt : Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép,

là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nhất Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra

Do vậy để đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành, trong thực tế thiết kế ta chỉ sử dụng phụ tải tính toán theo công suất tác dụng

3.1.4.2 Các hệ số thường gặp:

- Hệ số sử dụng k sd : Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công

suất định mức của thiết bị

+ Đối với một thiết bị: ksd =

n

1 i tbi

p

p (3.8)

Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau:

ksd =

)t

t(tP

tP

tPtP

n 2

1 dm

n n 2

2 1 1

17

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc và là số liệu để tính phụ tải tính toán

- Hệ số phụ tải k Pt : Hệ số phụ tải (còn gọi là hệ số mang tải) là tỉ số giữa công suất

thực tế với công suất định mức Thường ta phải xét đến hệ số phụ tải trong khoảng thời gian nào đó

n 1 i tbi

p

p (3.10)

Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức sau:

kpt =

)t

t(tP

tP

tPtP

n 2

1 dm

n n 2

2 1 1

- Hệ số cực đại k max : Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình

trong khoảng thời gian đang xét:

Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là số thiết bị hiệu quả nhq và hệ số

sử dụng ksd và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm làm rất phức tạp nên khi tính toán thường tra theo đường cong: kmax = f(nhq, ksd)

- Hệ số nhu cầu k nc :Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định

- Hệ số thiết bị hiệu quả n hq : Hệ số thiết bị hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng

công suất và chế độ làm việc Chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc khác nhau):

nhq =

2

n

1 i

2 dm

n

1 i dmi

)(P

n: Số thiết bị trong nhóm

n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm

18

P, P1 là tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

Sau khi tính được n*

và P* tra bảng hoặc đường cong tìm được n*hq, từ đó tính nhq theo công thức sau:

nhq = n.n*hq (3.15)

Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính

toán

3.1.5 Các phương pháp tính phụ tải tính toán

Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thường kết quả không chính xác Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp, sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất

3.1.5.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

Ptt = knc 



n

1 i dmi

p (3.19) trong đó:

Pđi, Pđmi : Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Ptt, Qtt, Stt : Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm có n thiết bị, (kW, kVAr, kVA)

n : Số thiết bị trong nhóm

knc: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật

tg: ứng với cos đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật

Nếu hệ số công suất cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính

hệ số công suất trung bình theo công thức sau:

n 2

1

n n 2

2 1 1 tb

P

P P

cos P

cos P cos P cos

Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là độ chính xác không cao Bởi vì hệ số nhu cầu knc

tra trong các sổ tay là cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết

bị trong nhóm Trong lúc đó, theo công thức trên ta có knc = kmax.ksd, có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc nhiều yếu tố kể trên

3.1.5.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích

Công thức tính:

Ptt = p0.F (3.21)

trong đó:

3.1.5.3 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm:

M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng)

w0 : Suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)

Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi hay không thay đổi như: quạt gió, máy nén khí khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác

3.1.5.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình.(phương pháp số thiết bị hiệu quả):

Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản

đã nêu ở trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng phương pháp này

Công thức tính:

Ptt = kmax.ksd.Pđm (3.23)

trong đó:

Pđm: Công suất định mức (kW)

ksd : Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật

kmax: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:

kmax = f(nhq, ksd)

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị hiệu quả

nhq, chúng ta đã xét tới hàng loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết

bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng

3.1.5.5 Hướng dẫn cách chọn các phương pháp xác định phụ tải tính toán:

Tuỳ theo số liệu và đầu bài mà ta chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán cho hợp lý

Khi xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở điện áp thấp (U < 1000 V) nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại kmax (tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu quả) bởi vì phương pháp này có kết quả tương đối chính xác

Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất hoặc có số liệu chính xác suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể dùng phương pháp suất tiêu

20

hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm để tính phụ tải tính toán Các phương pháp trên cũng thường được áp dụng cho giai đoạn tính toán sơ bộ để ước lượng phụ tải cho hộ tiêu thụ

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ thường cần phải đánh giá phụ tải chung của các hộ tiêu thụ (phân xưởng, xí nghiệp, khu vực, thành phố ) trong trường hợp này nên dùng phương pháp hệ số nhu cầu knc

3.2 Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn:

Đối tượng sử sụng điện phổ biến ở nông thôn là: trạm bơm, trường học và sinh hoạt

3.2.1 Phụ tải điện trạm bơm:

Các máy bơm nông nghiệp thường có các thang công suất: 14, 20, 33, 45, 55, 100, 200kW Với máy bơm công suất nhỏ (< 100kW) sử dụng điện hạ áp, máy bơm công suất lớn trở lên thường sử dụng điện 6 hay 10kV

Trạm bơm thường chia thành hai loại: trạm bơm tưới và trạm bơm tiêu

Phụ tải trạm bơm tính theo công thức sau:

3.2.3 Phụ tải chiếu sáng sinh hoạt

- Phụ tải tính toán cho một thôn, xóm hoặc làng được xác định:

0* và 0*

P P H Q Q H (3.28)

trong đó H: số hộ dân trong làng, thôn

P0: suất phụ tải tính toán cho một hộ

- Phụ tải tính toán cho xã bao gồm các thôn xóm được xác định

3.3.1 Trong giai đoạn dự án khả thi:

21

Thông tin thu nhận trong giai đoạn này thường không chính xác Để xác định phụ tải điện cho việc thiết kế, xây dựng đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian người ta dựa vào diện tích hoặc sản lượng

- Xác định phụ tải điện cho khu CN, chế xuất căn cứ vào diện tích:

D: diện tích khu CN, chế xuất (ha)

- Đối với xí nghiệp, nếu biết sản lượng sẽ sản xuất, công thức xác định phụ tải điện như sau:

Tmax: thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax và a thường được tra bảng

3.3.2 Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng:

Thông tin nhận được trong giai đoạn này là công suất đặt của từng phân xưởng, diện tích của từng xưởng

- Phụ tải điện động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:

P và n: công suất định mức của động cơ và số động cơ

- Phụ tải điện chiếu sáng trong phân xưởng được xác định theo diện tích:

3.3.3 Trong giai đoạn thiết kế chi tiết:

Đây là công đoạn cuối cùng trong quá trình thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Ở giai đoạn này đã biết hầu hết các thông tin về đối tượng sử dụng điện

- Phụ tải tính toán xác định cho một nhóm máy, được xác định theo công thức sau:

22

3.4.1 Phụ tải điện các hộ gia đình:

Các hộ gia đình là đối tượng sử dụng điện lớn nhất ở đô thị

- Trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng: thông tin nhận được là mặt bằng quy hoạch đường phố, công thức xác định phụ tải như sau:

P: công suất phụ tải trên một mét chiều dài

- Trong giai đoạn thiết kế chi tiết, thông tin nhận được tương đối chính xác, để xác định phụ tải điện có hai phương pháp tính toán:

- Phương pháp 1: Tính phụ tải từ căn hộ rồi đến khu vực

- Phương pháp 2: Tính ngược lại từ khu vực rồi đến căn hộ

3.4.2 Phụ tải điện các trường đại học, trung học chuyên nghiệp:

Đối với khu vực giảng đường, hành chính văn phòng, phòng thí nghiệm phụ tải được xác định theo công thức: P p P0*S với P0= 20÷40 W/m2 Sau đó được cộng với phụ tải

của xưởng điện, cơ khí, ký túc xá…ta được phụ tải cho trường học

3.4.3 Các loại phụ tải khác:

Các phụ tải điện khác như: khu văn phòng, khách sạn siêu thị, nhà hàng công viên được tính toán tương tự bằng cách chọn công suất phụ tải đơn vị (P0) phù hợp

Câu hỏi ôn tập chương 3

Câu 1 Phụ tải tính toán là gì, mối quan hệ giữa phụ tải tính toán với các đại lượng khác ? Câu 2 Trình bày các phương pháp tính toán xác định phụ tải điện so sánh chỉ ra ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng phương pháp ?

Câu 3 Thế nào là đồ thị phụ tải điện ngày, tháng, năm ? Mục đích nghiên cứu và phương pháp xây dựng các đồ thị phụ tải ?

Câu 4 Bài tập tính toán phụ tải điện ?

23

Chương 4

TRẠM BIẾN ÁP 4.1 Khái quát và phân loại trạm điện

4.1.1 Khái quát

Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, nó có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân phối cho các mạng điện tương ứng Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng Các thiết bị phía cao

áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái vv.) và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptomat, cầu dao, cầu chảy )

Trạm tăng áp thường đặt tại các nhà máy điện để tăng điện áp từ 0,4kV – 6,3kV lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng đi xa; Trạm biến áp trung gian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng từ lưới 35kV-220kV để cung cấp cho các lưới phân phối 6kV-22kV; Trạm biến áp tiêu thụ, hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận điện năng từ mạng phân phối 6kV -22kV và cung cấp cho lưới điện hạ áp

4.1.2 Phân loại

- Theo nhiệm vụ, có thể phân trạm thành hai loại:

+ Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: trạm này nhận điện 35÷220kV từ hệ thống biến đổi thành cấp điện áp 10, 6 hay 0,4kV

+ Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng Phía sơ cấp thường là 35, 22, 15,

10, 6kV; còn phía hạ áp có thể là 660, 380/220 hay 220/127V

- Theo cấu trúc, cũng có thể chia thành hai loại:

+ Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này, các thiết bị cao áp đều được đặt ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp được đặt trong nhà hoặc trong các tủ chuyên dùng chế tạo sẵn

+ Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà Chi phí xây dựng trạm trong nhà thường cao hơn trạm ngoài trời nhiều

4.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp

Sơ đồ nối dây của trạm phải thỏa mãn các điều kiện sau:

 Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải

 Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và lúc xử lý sự cố

 An toàn lúc vận hành và sửa chữa

 Cân bằng giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật

4.2.1 Trạm hạ áp trung gian:

Sơ đồ nối dây phía sơ cấp của trạm loại này phụ thuộc các thông số: điện áp cung cấp, số lượng và công suất máy biến áp, chế độ làm việc, độ tin cậy yêu cầu, sự phát triển trong tương lai… Do vậy có rất nhiều phương án để giải quyết vấn đề, tuy nhiên rất ít hoặc không có phương án nào thỏa hết các yêu cầu

Sau đây là một số sơ đồ nối dây trạm biến áp thông dụng Các trạm này thường được thực hiện theo dạng sau:

+ Nối đến hệ thống bằng một hoặc hai lộ Hai lộ đến thường không có thanh cái

4.2.2 Trạm phân phối chính:

- Trạm phân phối trung gian:

Đối với các xí nghiệp có nhiều phân xưởng nằm rải rác và phân tán, thì cần có các trạm biến áp trung gian để phân phối điện năng từ các trạm chính đến các phân xưởng Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các lộ chính

Hình 0.1: Sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính

4.2.3 Trạm hạ áp phân xưởng:

Trạm hạ áp phân xưởng thường có một hay hai máy biến áp, khi trạm có nhiều (> 3) máy biến áp thì có thể có thanh cái phân đoạn

4.2.3.1 Trạm hạ áp với một máy biến áp: trạm này thường phục vụ cho hộ loại 2, loại 3,

trừ trường hợp làm nguồn dự phòng cho hộ loại 1 có công suất nhỏ nhờ sử dụng tự động đóng

Đặc điểm của sơ đồ trạm hạ áp – một máy biến áp phân xưởng là cách nối của máy biến áp đến đường dây cao áp, thông thường có 3 cách nối sau:

+ Thông qua dao cách ly và máy cắt điện: cách này ít sử dụng do máy cắt đắt tiền, phải tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch

+ Nối qua dao cách ly và cầu chì: thường sử dụng, dao cách ly có nhiệm vụ cắt dòng không tải Nhược điểm là do bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhờ cầu chì nên có độ nhạy thấp

+ Nối qua dao cách ly và cầu chì và máy cắt phụ tải: sơ đồ này có dùng máy cắt phụ tải

do chỉ thiết kế để cắt dòng phụ tải nên bộ phận dập tắt hồ quang có cấu tạo đơn giản, chi phí không cao

25

4.2.3.2 Trạm hạ áp với nhiều máy biến áp: phục vụ cho tất cả các loại hộ dùng điện

Tùy theo số máy biến áp, số lộ cung cấp, loại hộ được cung cấp mà có một số dạng sơ đồ phổ biến như hình 4.2

4.2.3.3 Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn: Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo

thành nhiều ngăn Mỗi ngăn bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thiết bị đo lường và bảo vệ Tùy theo dòng phụ tải mà máy cắt có thể là máy cắt dầu, không khí và đôi khi là máy cắt chân không như hình 4.3

Hình 0.2: Trạm có một và trạm nhiều máy biến áp

Hình 0.3: Trạm với tủ chế tạo sẵn

4.3 Cấu trúc trạm:

Khi thiết kế xây dựng trạm phải tiết kiệm chi phí tuy nhiên một số chỉ tiêu sau phải được đảm bảo:

- Chọn đúng trang thiết bị điện, lắp rắp đúng quy phạm và thỏa các điều kiện vận hành

- Tôn trọng khoảng cách giữa các phần dẫn điện với nhau và với xung quanh

- Khả năng loại nhanh hỏa hoạn và các sự cố khác

- Thuận tiện trong thao tác và các hành lang thi công, sửa chữa

- Phải thực hiện nối đất bảo vệ

26

- Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết

4.3.1 Trạm hạ áp phân xưởng ngoài trời:

Thường áp dụng cho xí nghiệp bé, lưới điện cung cấp từ đường dây trên không Có hai dạng phổ biến là máy biến áp được treo trên cột và đặt ngay dưới chân cột

- Dạng treo cột: khi các máy biến áp ba pha hay một pha (từ 25÷240kVA) và các

trang bị cùng khí cụ điện có tổng trọng lượng nhỏ (khoảng 300÷1800kg) Toàn bộ trang

bị của trạm được treo trên các giá đỡ mắc vào một, hai hay bốn cột bằng gỗ hay xi măng cốt thép

- Dạng đặt dưới chân cột; đối với các máy biến áp quá lớn hay không đảm bảo được

cân bằng trọng lượng khi treo trên cột thì máy biến áp được đặt trên một nền gỗ hay xi măng ngay dưới chân cột, xung quanh có rào lưới cao 2,5m để ngăn người hay vật đến gần trạm

Hình 0.4: Trạm biến áp treo và Tủ chế tạo sẵn

4.3.2 Trạm hạ áp phân xưởng trong nhà:

Đối với trạm công suất lớn (hơn 320MVA), khi có các yêu cầu trong vận hành, hoặc trong điều kiện đặc biệt như không khí độc hại trong quá trình sản xuất, không gian bố trí trạm quá ít… thì trạm trong nhà được chọn để xây dựng; ở trạm dạng này tất cả các thiết

bị được đặt trong nhà

Trạm này thường có sơ đồ nối dây đơn giản, chỉ sử dụng thanh cái khi có phụ tải điện

áp cao Các khí cụ ở phần cao áp là cầu chì ống, máy cắt phụ tải với cầu chì, máy cắt dầu hay khí nén

Trạm có thể có một hay nhiều buồng tùy theo số lượng máy biến áp Các buồng phải

có hệ thống thông gió với chiều cao phù hợp

Đối với các thiết bị có chứa dầu như máy biến áp, mát cắt có chứa dầu phải có hệ thống góp dầu và bể chứa dầu phòng khi có sự cố hay hỏa hoạn

Việc nối dây giữa các máy biến áp và buồng phân phối điện áp cao (nếu có), cũng như việc nối dây đến bảng điện áp thấp có thể thực hiện bằng các thanh dẫn hay cáp

4.3.3 Trạm hạ áp phân xưởng chế tạo sẵn thành tủ:

Loại này gồm có: một hay hai máy biến áp hạ áp được đặt trong buồng con bằng kim loại hoặc để hở nếu máy biến áp có dầu Hệ thống phân phối điện áp cao (6 – 10kV) gồm một hay nhiều tủ con được gia công và lắp đặt sẵn theo một sơ đồ nối nào đó Hệ thống phân phối điện áp thấp cũng gồm các tủ cấu kiện gia công sẵn Đường dây nối giữa các máy biến áp và trang bị điện là các thanh trần đặt bên trong các khung bằng kim loại của

tủ này

27

4.4 Lựa chọn máy biến áp cho trạm:

Lựa chọn máy biến áp bao gồm chọn số lượng và công suất của máy biến áp Việc lựa chọn phù hợp với loại hộ tiêu thụ, phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế (phí đầu tư

và vận hành)

4.5 Nối đất trạm và đường dây tải điện:

Trong lưới cung cấp người ta thực hiện nối đất với nhiều mục đích khác nhau: nối đất làm việc, an toàn và chống sét

Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất Các điện cực nối đất bao gồm: điện cực thẳng được đóng sâu vào trong đất và điện cực ngang được chôn ngầm ở một độ sâu nhất định Các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực

4.5.1 Nối đất trạm biến áp:

Hệ thống nối đất trong trạm biến áp thực hiện cả ba chức năng: làm việc, an toàn và chống sét Theo quy phạm điện trở nối đất (Rđ) của hệ thống nối đất phải đạt như sau:

 Với trạm biến áp phân phối: Rđ ≤ 4Ω

 Với trạm biến áp trung gian có Uđm ≤ 35kV: Rđ ≤ 1Ω

 Với trạm biến áp trung gian có Uđm ≥ 110kV: Rđ ≤ 0,5Ω

Kết cấu hệ thống nối đất của trạm thường ở dạng mạch vòng gồm các cọc dài 2,5m đóng ngập sâu 0,7m, các cọc cách nhau ≥ 2,5m và được hàn nối với nhau bằng các thanh thép tạo thành mạch vòng

Đối với các trạm đặt ở hè phố thì phương án nối đất hình tia được thực hiện

4.5.2 Nối đất đường dây tải điện:

- Nối đất chống sét và an toàn: các ĐDK trung áp trở lên tất cả các cột đều phải nối

đất, với ĐDK 0,4 kV phải nối đất các cột đi qua khu vực đông dân

Quy phạm quy định Rđ của một cột như sau: Vùng đồng bằng: Rđ ≤ 10Ω; Vùng trung du: Rđ ≤ 15Ω; Vùng núi: Rđ ≤ 20Ω Với vùng đồng bằng, điện trở suất của đất nhỏ, mỗi cột chỉ cần nối đất 1 cọc là đạt trị cố cho phép, vùng trung du và vùng núi phải tăng số cọc theo hình tia đến khi đạt trị số cho phép

- Nối đất trung tính lặp lại: là hình thức nối đất riêng cho ĐDK 0,4kV đề phòng mất

trung tính tại trạm biến áp làm cháy các thiết bị dùng điện Theo quy phạm, cứ khoảng 4 hay 5 cột phải thực hiện nối đất trung tính lặp lại

Lưu ý: cần phân biệt nối đất trung tính là nối từ đường dây trung tính xuống cọc nối đất; nối đất chống sét và an toàn là nối từ xà đỡ dây xuống cọc nối đất

Câu hỏi ôn tập chương 4

Câu 1 Trình bày cách phân loại trạm biến áp ? Khi xác định lựa chọn vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp phải thoả mãn những yêu cầu gì ?

Câu 2 Nêu đặc điểm của các sơ đồ nối dây cơ bản ?

Câu 3 Nêu và phân tích cấu trúc trạm: Trạm treo, trạm bệt, trạm với tủ chế tạo sẵn ?

28

Chương 5 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN

Tính toán về điện là xác định thông số chế độ của lưới điện Tính toán về điện bao gồm tính các loại tổn thất trong hệ thống như tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng cũng như các tính toán về phân bố công suất, lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp, các chế độ vận hành

Tính toán điện phục vụ cho công tác đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng điện, xác định phương

án bù công suất phản kháng

Tùy mục đích sử dụng mà độ chính xác của các tính toán đòi hỏi khác nhau Để khối lượng tính toán giảm bớt có thể sử dụng các biểu đồ, bảng tính có sẵn trong các sách tra cứu

Các bước thực hiện lần lượt: xử lý các dữ kiện ban đầu (cấp điện áp, loại dây dẫn,

sơ đồ mạng…), xây dựng sơ đồ thay thế, thực hiện tính toán và xử lý kết quả

5.1 Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện:

5.1.1 Khái niệm:

Thành lập sơ đồ thay thế cho một lưới điện bất kỳ gồm có: lựa chọn sơ đồ tính toán cho mỗi phần tử của lưới và tính toán các thông số của chúng, sau đó lắp các sơ đồ thay thế theo đúng trình tự trong lưới, cuối cùng là quy đổi các thông số trên sơ đồ về cùng cấp điện áp

Sơ đồ thay thế của đường dây và máy biến áp sẽ được lần lượt trình bày, đây là hai thành phần chính của lưới truyền tải và phân phối

5.1.2 Sơ đồ thay thế đường dây:

5.1.2.1 Các thông số của đường dây:

- Điện dẫn G: là thông số phản ánh hiện tượng tổn thất công suất tác dụng trong

sứ và điện môi Phần công suất tổn hao trong sứ của đường dây trên không ở mọi cấp điện áp rất bé và có thể bỏ qua Một phần tổn thất công suất nữa là tổn thất do vầng quang, thường chỉ xảy ra ở cấp điện áp ≥ 110kV trong một số điều kiện nhất định Đối với dây cáp có thể bỏ qua điện dẫn

- Dung dẫn B: dung dẫn đường dây thể hiện điện dung giữa các dây dẫn Dung

dẫn này tỷ lệ với dòng điện chuyển dịch (hay là dòng điện nạp của đường dây), sinh ra công suất phản kháng trên đường dây Dòng điện điện dung của cáp thường lớn hơn đường dây trên không, do vậy đối với cáp từ 20kV trở lên phải xét đến dung dẫn khi lập

sơ đồ thay thế

- Điện trở R: điện trở đường dây, phụ thuộc chiều dài và thường được cho bởi nhà

chế tạo

- Điện kháng X: thể hiện hiện tượng tản từ Khi tải dòng điện xoay chiều ba pha sẽ

xuất hiện xung quanh các dây dân một từ trường, tạo ra lực điện động trong mỗi dây dẫn

và phụ thuộc khoảng cách tương hỗ giữa các dây dẫn Đối với các đường dây từ 330kV trở lên, để giảm điện kháng người ta thường áp dụng kỹ thuật phân pha

5.1.2.2 Sơ đồ thay thế:

Các thông số của đường dây: điện trở, điện kháng, điện dẫn và dung dẫn hầu như phân bố dọc theo đường dây Để dễ dàng trong tính toán, tùy theo loại đường dây một số

Y  G j B g  b l ; go và bo điện dẫn và dung dẫn trên đơn vị chiều dài (km)

+ Điện dẫn G: được xác định theo tổn thất công suất tác dụng 2

U

vq P

 (5.1) Trong đó P vq là tổn thất vầng quang xác định theo công thức kinh nghiệm

Bảng 5.1 Các sơ đồ thay thế đường dây

U1

U2R+jX

Sơ đồ đường dây

U2 Sơ đồ thay thế hình π áp dụng cho

đường dây trên không ≤300km hay cáp

Sơ đồ hình π bỏ qua điện dẫn, do:

 Điện dẫn gây bởi tổn thất trong sứ và điện môi rất bé

 Tổn thất vầng quang thường chỉ xảy

ra ở đường dây trên không > 200kV

o

tb

b

km D

Trong đó: R đt: bán kính đẳng trị của các dây dẫn trong một pha

n: số dây dẫn trong một pha

a tb: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn trong một pha

R: bán kính thực của mỗi dây phân nhỏ

Trong đó: r t : điện trở ở nhiệt độ t

r20: điện trở ở nhiệt độ 20oC, được tra ở các bảng cho sẵn

α: hệ số nhiệt điện trở, được tra ở các bảng cho sẵn, đối với đồng, nhôm, nhôm lõi thép α= 0,004

- Điện kháng x o: 0,1445.log 10 tb 0, 0157,

o

D x

km R

5.1.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp:

5.1.3.1 Các thông số của máy biến áp:

- Tổng trở của máy biến áp: là Z T R T  j X T phản ánh hiện tượng tổn thất công

suất tác dụng do hiệu ứng Joule và hiện tượng tổn thất công suất phản kháng do tản từ

trong các cuộn dây Trong đó: R Tlà điện trở, X T là điện cảm kháng

- Tổng dẫn của máy biến áp: Y T G T  j B T phản ánh hiện tượng tổn thất công suất

trong lõi thép máy biến áp: tổn hao do dòng Foucault và tổn hao từ Tổn thất trong lõi

thép hầu như không phụ thuộc vào tải của máy biến áp và bằng lúc không tải Với: G T là điện dẫn, B T là cảm dẫn

Các thông số của máy biến áp có thể tính theo các số liệu của máy biến áp như: tổn

thất ngắn mạch P k, tổn thất không tảiP o, điện áp ngắn mạch U k%, dòng điện không tảiI o% Các số liệu là kết quả của thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải

5.1.3.2 Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp hai cuộn dây:

Máy biến áp ba pha hai cuộn dây là loại được dùng phổ biến trong hệ thống cung cấp điện Khi tính toán dùng sơ đồ hình Γ như hình vẽ

Hình 5.1 Sơ đồ thay thế máy biến áp 2 cuộn dây

2 2

S



 (5.5) Tính với đơn vị thường dùng:   2 2  

P G U

Q B

dm

 

5.1.3.4 Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu:

Đối với máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu, nhà chế tạo cho những số liệu sau:

Hình 5.2 Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu

a) Máy biến áp ba cuộn dây; b) MBA tự ngẫu;

c) Sơ đồ thay thế hình sao

Sơ đồ thay thế hình sao có đặt lượng tổn hao trong thép:

Sau đây lần lượt giới thiệu sơ lược phương pháp tính toán tổn thất điện áp, công suất

và điện năng trên mạng phân phối điện

5.2.1 Tổn thất điện áp trên đường dây ba pha có phụ tải tập trung:

Tổn thất điện áp là đại lượng phức:



   

Giả thiết mạng làm việc ở chế độ đối

xứng, do đó chỉ cần nghiên cứu một pha

33

 Vectơ Oa: điện áp U p2 ở cuối đường dây

+ Vectơ Oc: điện áp U p1 ở đầu đường dây

+ Tổn thất điện áp được xác định bằng tam giác tổn thất abc, trong đó:

 Vectơ ab: là tổn thất điện áp trên điện trở, trùng pha với vectơ dòng điện I, độ lớn = I.R

 Vectơ bc: là tổn thất điện áp trên điện kháng, vuông góc với vectơ ab, có độ lớn = I.X

 Vectơ ac: tổn thất điện áp tổng U p U p1  j U. p2 có thể phân tích thành hai thành

phần:

Tổn thất điện áp dọc: đoạn ad, là hình chiếu của U lên trục

Tổn thất điện áp ngang U p : đoạn cd

Lúc này để tính toán tổn thất điện áp có thể phân thành hai trường hợp:

 Trường hợp 1: đối với lưới có điện áp ≤ 35kV, thường θ rất bé do đó có thể bỏ qua

tổn thất điện áp ngang

Tổn thất điện áp pha: U p ad af  fd (xem  1 2 )I R .cosI X .sin

Tổn thất điện áp dây:  U 3U p  3I R .cosI X .sin

Tổn thất điện áp ngang: U p cd cgdgcg bf IX cosIRsin

Tổn thất điện áp ngang đối với điện áp dây: U p  3U p  3IXcosIRsin

5.2.2 Tổn thất điện áp trên đường dây ba pha có nhiều phụ tải tập trung:

Hình 5.4 Đường dây có hai phụ tải tập trung

Trường hợp đường dây có nhiều phụ tải tập trung, giá trị tổn thất điện áp là tổng tổn thất điện áp ở các đoạn dây, ta có các công thức sau: