Giáo trình cung cấp điện Chương 5 Sơ đồ kết cấu mạng điện

Khái niệm chung Mạng điện là một phần của hệ thống điện bao gồm đường dây và các thiết bị gắn liền với đường dây như máy biến áp, tụ bù, các thiết bị đóng cắt, …; trong đó bộ phận chủ yế

CHƯƠNG V

SƠ ĐỒ VÀ KẾT CẤU MẠNG ĐIỆN

5.1 Khái niệm chung

Mạng điện là một phần của hệ thống điện bao gồm đường dây và các thiết bị gắn

liền với đường dây như máy biến áp, tụ bù, các thiết bị đóng cắt, …; trong đó bộ phận

chủ yếu là đường dây và máy biến áp Mạng điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối

điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ Căn cứ vào nhiệm vụ, cấp điện áp, dòng điện ta

phân mạng điện thành các loại sau:

- Theo kết cấu: đường dây trên không và đường dây cáp

- Theo loại dòng điện: mạng điện một chiều và mạng điện xoay chiều

- Theo cấp điện áp: mạng điện siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ áp

- Theo điện áp sử dụng: mạng cao áp (U > 1kV), mạng hạ áp (U ≤ 1kV)

- Theo hình dáng và cấu trúc: có mạng điện hở và mạng điện kín

- Theo vị trí: mạng điện trong nhà và mạng điện ngoài trời

- Theo nhiệm vụ người ta phân làm 2 loại: Mạng truyền tải và mạng phân phối

5.2 Sơ đồ nối dây mạng phân phối

1.Sơ đồ hình tia: ( hình 5.1 )

Sơ đồ hình tia là sơ đồ đơn giản, chi phí lắp đặt rẻ Đây là sơ đồ được sử dụng phổ

biến nhất Nhược điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cung cấp điện thấp, khi có sự cố bất

kỳ vị trí nào trên đường dây sẽ dẫn đến gián đoạn cung cấp điện Vùng sự cố được cách

ly khỏi nguồn nhờ các thiết bị như máy cắt, dao cách ly, cầu chì

2 Sơ đồ mạch vòng:

Hình 5.2 giới thiệu sơ đồ mạng sơ cấp mạch vòng Dao cách ly liên kết có thể

được thay bằng Recloser, LBS Trong trường hợp bình thường dao cách ly ở trạng thái

thường mở ( vận hành hở mạng vòng ) Mạch vòng có độ tin cậy cao, dùng để cung cấp

điện cho các hộ quan trọng

DCL liên kết

Nhánh

DCL phân đoạn

Vị trí TBA phân phối

Hình 5.1 Sơ đồ hình tia Hình 5.2 Sơ đồ mạch vòng

3 Sơ đồ mạng phân phối sơ cấp dạng lưới: ( hình 5.3 )

Hình 5.3 Sơ đồ mạch lưới Hình 5.4 Sơ đồ cấp điện đơn

Hình 5.3 giới thiệu sơ đồ mạng phân phối sơ cấp dạng lưới Các hộ tiêu thụ nhận

điện theo nhiều hướng, các tuyến dây được kết nối và được cấp điện bởi trạm, các trạm

khác nhau Độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với mạch hình tia và mạch vòng nhưng

khó thiết kế và vận hành hơn

4 Sơ đồ lưới phân phối di trong xí nghiệp lớn:

a) Sơ đồ cấp điện đơn: ( hình 5.4 )

Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản, chi phí thấp Nhược điểm là khi sự cố sẽ mất điện

toàn bộ tuyến dây

b) Sơ đồ cấp điện đôi: ( hình 5.5 )

Trung/hạ

Hình 5.5 Sơ đồ cấp điện đôi Hình 5.6 Sơ đồ mạng chọn lọc sơ cấp

Dạng sơ đồ này có độ tin cậy cung cấp điện cao, khi có sự cố mất điện một nguồn,

phụ tải sẽ được chuyển sang nhận điện từ nguồn còn lại bằng cách thao tác các dao cắt

thường hở Nếu trang bị tự động thời gian mất điện khoảng vài giây, nếu không thời gian

mất điện phụ thuộc vào thời gian thao tác bằng tay Dạng sơ đồ này thích hợp cho lưới

rộng và có khả năng mở rộng trong tương lai

c) Sơ đồ mạng chọn lọc sơ cấp: ( hình 5.6 )

Dạng sơ đồ này còn được gọi là mạng cấp điện đôi hình tia Sơ đồ này dùng cho

lưới trải rộng với khả năng mở rộng trong tương lai bị hạn chế Độ tin cậy cung cấp điện

cao

5.3 Sơ đồ nối dây mạng hạ áp

5.3.1 Các mạch phân phối hạ thế chính

Trong hệ thống điện hạ thế tiêu biểu, các mạch phân phối bắt nguồn từ một tủ

phân phối chính (MDB) Từ đó dây cáp được đặt trong các đường, máng cáp để cấp điện

cho các tủ khu vực hay tủ phụ

Sự xắp xếp các nhóm dây dẫn có bọc cách điện, cố định và bảo vệ dây dẫn tránh

các nguy cơ hư hỏng cơ học, đảm bảo an toàn và thẩm mỹ là yêu cầu của việc lắp đặt hệ

thống điện

Sắp xếp các mạch:

Việc tách các mạch điện có chức năng khác nhau tương ứng với các mạch độc lập

trong hệ thống điện Điều này cho phép:

- Hạn chế tối thiểu hậu quả khi có sự cố trên mạch điện

- Dễ dàng dò tìm mạch điện hỏng hóc

- Thuận lợi trong công tác bảo trì cũng như mở rộng mạch điện mà không ảnh

hưởng đến phần còn lại của hệ thống điện

Mạng phân phối hạ thế có các dạng nối dây chính như sau:

1 Mạng phân phối dạng phân nhánh hình tia:

Mạch phân phối hình tia được sử dụng phổ biến, tiết diện dây dẫn giảm dần ở mỗi

điểm phân nhánh

Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, chỉ một mạch nhánh bị cô lập

khi có sự cố ( bằng cầu chì hay MCCB ) Đơn giản trong việc xác định sự cố Khi bảo trì

hay mở rộng hệ thống điện không ảnh hưởng đến hoạt động của phần còn lại Tiết diện

dây dẫn được chọn phù hợp với mức dòng giảm dần về cuối mạch

Khuyết điểm: Khi có sự cố ở một trong các đường cáp từ tủ điện chính sẽ mất điện

tất cả các mạch và tủ điện phía sau

Hình 5.7 Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở 3 mức

Mạng phân nhánh hình tia có ba sơ đồ chính như sau:

- Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở ba mức ( hình 5.7 ):

Được sử dụng trong các khu nhà ở, khách sạn, trường học, …

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng các bộ dẫn điện kiểu lắp ghép ở mức phân

phối thứ hai ( hình 5.8 ): Dùng trong hệ thống điện công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng ray dẫn lắp ghép và mạch đi dây sẵn ở mức

cuối lưới ( hình 5.9 ): Dùng trong văn phòng, phòng thí nghiệm

Hình 5.8 Mạng phân nhánh hình tia dùng

máng dẫn lắp ghép ở mức phân phối thứ

nhì

Hình 5.9 Mạng phân nhánh hình tia dùng ray dẫn lắp ghép và mạch đi dây ở cuối

lưới

2 Mạng phân phối hình tia không phân nhánh: ( hình 5.10 )

Mạch này được dùng để điều khiển tập trung lưới hay cho một quy trình đặc biệt,

điều khiển, bảo trì hoặc giám sát hệ thống

Ưu điểm: khi có sự cố trên mạch nào thì chỉ mạch đó bị cô lập

Khuyết điểm: Khi số lượng mạch lớn sẽ tốn nhiều dây dẫn, đặc tuyến bảo vệ của

thiết bị phải ở mức cao để bảo đảm tính chọn lọc ( gần với của nguồn )

5.3.2 Tủ phân phối hạ thế chính: ( hình 5.11 )

Điểm khởi đầu trong công tác thiết kế một hệ thống điện, xắp đặt của các tủ phân

phối chính và phân phối phụ là việc phân tải theo vị trí được xác định trên bản vẽ mặt

bằng

Trạm điện, trạm máy phát và tủ phân phối chính cần được bố trí càng gần tâm phụ

tải càng tốt

Hình 5.10 mạch phân phối hình tia

không phân nhánh

Hình 5.11 Tủ phân phối hạ thế chính

5.4 Kết cấu mạng phân phối:

5.4.1 Đường dây trên không và các phụ kiện:

1 Trụ điện:

a) Trụ ( cột ) điện của đường dây trên không được phân loại như sau:

* Theo chức năng chịu lực:

- Trụ trung gian ( trụ đỡ ): Dùng để đỡ và giữ các dây dẫn trên đoạn thẳng của

đường dây Lực căng dây được phân bố đều hai bên làm trụ chịu lực nén là chủ yếu

- Trụ néo: Trong các đoạn đường dây đi thẳng cần thiết phải xen kẽ các trụ néo để

chịu lực đường dây Hai trụ néo ở hai đầu đoạn đường dây sẽ chịu lực căng dây ở hai

đầu, khi có sự cố đứt dây, trụ néo giúp cho các trụ trung gian ở giữa không bị nghiêng đổ

Trụ néo có dây chằng chịu lực ở hai bên

- Trụ dừng: chịu lực căng ở hai đầu mút của đường dây Kết cấu trụ phải chắc

chắn hoặc dùng dây chằng ở phía đối lực với dây dẫn

- Trụ góc: tại các vị trí bẻ góc ( đổi hướng ), trụ chịu lực căng dây không đều nên

phải dùng trụ tháp hoặc dùng dây chằng để cân bằng lực tác dụng lên đầu trụ

- Trụ vượt: trụ đặt tại vị trí có khoảng vượt lớn ( sông, suối, các vị trí giao lộ, )

Trụ vượt có cao độ lớn để bảo đảm độ võng của dây, kết cấu trụ đủ sức chịu đựng lực

căng của dây và lực lắc rung dây của gió

* Theo vật liệu:

- Trụ gỗ: thường sử dụng gỗ thông nguyên thân cây đã qua xử lý chống mối, mục

Trụ gỗ có độ cách điện cao Hiện nay trụ gỗ đang được thay thế dần bằng trụ bê tông

- Trụ bê tông cốt thép: có tiết diện vuông hoặc tròn, chiều cao trụ trung thế hiện tại

là 10m5, 12m, 14m, 20m Do công nghệ chế tạo đơn giản nên trụ bê tông ly tâm được

dùng phổ biến trên lưới trung thế hiện nay

- Trụ tháp sắt: loại trụ này chỉ dùng làm cột néo, cột dừng hoặc cột vượt vì có độ

chịu lực cao

b) Khoảng vượt trung thế:

- Đối với đường dây trung thế khoảng vượt thường nằm trong khoảng từ 50-80m;

đường dây hạ thế từ 25-40m

- Độ võng dây phụ thuộc vào trọng lượng dây và khoảng vượt Ví dụ đối với dây

nhôm 95mm2 và có khoảng trụ 30m, khối lượng 230kg/km thì độ võng tối đa cho phép là

25cm

c) Độ chôn sâu của trụ :

bảng 5.1 giới thiệu độ sâu khi chôn cột bê tông ly tâm ứng với các chiều dài khác

nhau của trụ

Độ chôn sâu (m) Chiều dài trụ (m)

Bảng 5.1 Độ sâu lỗ chôn trụ bê tông ly tâm ( Nguồn: tiêu chuẩn lưới điện - Cty Điện lực TP.HCM )

Ở các vị trí trụ góc, néo, vượt độ chôn sâu trụ phải thêm ít nhất 0.15m Đối với các

trường hợp đặc biệt phải tính độ sâu chôn trụ theo loại đất

2 Dây dẫn và dây chống sét:

Hiện nay dây nhôm (A), dây nhôm lõi thép (AC) và dây hợp kim nhôm, được sử

dụng phổ biến ở các đường dây phân phối trên không Để tăng cường cách điện và giảm

thiểu hành lang an toàn thường sử dụng cáp trung thế bọc ( AXV - A/XLPE/PVC/24kV, ACXV - AC/XLPE/PVC/24kV, CXV - Cu/XLPE/PVC/24kV, … ) Nhằm tăng cường độ

bền cơ học thường sử dụng loại cáp vặn xoắn lõi thép, phần lõi thép chịu lực căng của

dây và phần nhôm bọc bên ngoài để dẫn điện Đối với dây dẫn điện tỷ số tiết diện nhôm

và thép thường là 6:1 hoặc 8:1, dây chống sét sử dụng dây nhôm lõi thép tăng cường có

tỷ số tiết diện nhôm và thép thường là 1:1 hoặc 1:1,5 Số lượng sợi nhôm và thép tăng lên

khi tăng tiết diện dây dẫn ( Cáp AC-70mm2 do Cadivi sản suất có 6 sợi nhôm, 1 sợi thép;

AC-150mm2 có 26 sợi nhôm, 7 sợi thép, … )

a b c d

Hình 5.12 Cáp bọc trung thế 24kV-ruột đồng (nhôm), cách điện XLPE loại không giáp

1 Ruột cáp ( đồng hoặc nhôm - xoắn đồng tâm ) 2 Màng chắn ruột: XLPE bán dẫn

3 Lớp cách điện bằng XLPE 4 Màng chắn cách điện bằng XLPE bán dẫn 5 Vỏ cáp bằng

PVC

3 Cách điện và phụ kiện đường dây:

a Sứ đứng b Sứ treo thủy tinh c Sứ treo polymer

Hình 5.12 Các dạng sứ cách điện

Sứ được dùng để kẹp giữ dây dẫn và cách điện với xà và cột Trong điều kiện bình

thường sứ mang tải trọng cơ học và đồng thời mang điện áp của đường dây Vật liệu chế

tạo sứ thường từ cao lanh, cát, thủy tinh Để nâng cao đặc tính vận hành của sứ , mặt

ngoài sứ được phủ một lớp men

Cách điện đứng chủ yếu dùng cho lưới phân phối Đối với đường dây có điện áp

cao từ 35kV trở lên thường sử dụng cách điện treo kiểu bát ( chuỗi cách điện được ghép

từ nhiều bát sứ, số lượng bát sứ tăng tương ứng với cấp điện áp của lưới )

5.4 Kết cấu mạng hạ áp:

1 Tủ phân phối

Tủ phân phối là thành phần quan trọng nhất của hệ thống điện Kiểu thiết kế và

cấu trúc phải phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành

Đối với tủ phân phối chính nguồn cấp điện đầu vào được phân chia thành nhiều

mạch riêng biệt ( các mạch riêng biệt thường được phân nhóm theo các chức năng thắp

sáng, động lực, đun nóng, …), mỗi mạch được điều khiển và bảo vệ bằng cầu chì hoặc

thiết bị đóng cắt của tủ

Trong thực tế thường sử dụng tủ phân phối có vỏ bọc kim loại với mục đích:

+ Bảo vệ máy cắt, đồng hồ chỉ thị, cầu chì, rơle, chống va đập cơ học, rung và các

tác động của môi trường

+ Bảo vệ người khỏi bị điện giật

Các loại tủ phân phối:

- Tủ phân phối tổng chính ( hình 5.15 )

- Tủ phân phối tổng tại chỗ ( hình 5.14 )

- Tủ phân phối phụ ( hình 5.13 )

- Tủ phân phối điều khiển quy trình

Hình 5.13 Tủ phân phối phụ tiêu biểu Hình 5.14 Tủ phân phối tổng tại chỗ

Hình 5.15 Tủ phân phối tổng chính, lớn sử dụng trong công nghiệp

2 Hệ thống dây dẫn và cáp

Hiện có nhiều phương pháp lựa chọn hệ thống dây dẫn và cách lắp đặt dây dẫn

Bảng 5.2 và 5.3 trình bày hệ thống dây dẫn và cách lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52

(1993)

Ví dụ: Số 4 trong bảng 5.3 tương ứng với phương pháp đi dây trong máng cáp,

được gắn trên bề mặt Xem tiếp bảng 5.4 với số quy chuẩn là 4 cho biết dây dẫn cách

điện trong ống cáp mắc trên tường

Bảng 5.2 Lựa chọn hệ thống dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52

Cách lắp đặt Tình trạng

Gắn không

cố định

Gắn cố định trực tiếp

Đường ống

Đường dẫn (treo trên mép nhà)

Máng cáp

Thang cáp, khay cáp, congxon cáp

Trên

sứ Dây đỡ

Dây bọc cách điện - - + + + - + - Dây bọc (vỏ sắt và cách

điện khoáng chất)

- Cáp đa lõi

- Cáp 1 lõi

+

0

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

0

0

+ +

Những phương pháp lắp đặt thông dụng được liệt kê trong bảng dưới đây:

Bảng 5.3 Cách đi dây theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52

Cách lắp đặt Tình trạng

Gắn không

cố định

Gắn cố định trực tiếp

Đường ống

Đường dẫn (treo trên mép nhà)

Máng cáp

Thang cáp, khay cáp, congxon cáp

Trên

sứ Dây đỡ

Trong các khoảng trống

của tòa nhà

21, 25,

73, 74

0 22, 73,

74

- 23 12, 13, 14,

15, 16

- -

Kênh cáp 43 43 41,

42

31, 32 4,

23

12, 13

14, 15, 16

- -

Chôn dưới đất 62, 63 0 61 - 61 0 - -

Được gắn vào giá đỡ 52, 53 51 1, 2, 5 33 24 0 - -

Được gắn trên bề mặt - 11 3 31, 32

71, 72

4 12, 13, 14

15, 16

18 -

Trên không - - 0 34 - 12, 13, 14

15, 16

18 17

Nằm trong nước 81 81 0 - 0 0 - -

Ghi chú: +: Được phép -: Không được phép 0: Không áp dụng hoặc không thông dụng trong thực tế

Số trong mỗi ô là số tham khảo trong bảng 7.52 của tiêu chuẩn IEC 364-5-52 (1993) Bảng này dài tổng

cộng 7 trang, hai trang trong số đó được ghi lại để làm ví dụ minh họa

Bảng 5.4 Các ví dụ về phương pháp lắp đặt

chuẩn

Cáp nhiều lõi đi trong ống được âm vào tường cách nhiệt 2

Dây dẫn cách điện trong ống cáp mắc trên tường Cáp một hay nhiều lõi trong ống cáp mắc trên tường

4 4A

Cáp 1 hoặc nhiều lõi trong ống dẫn được âm vào bê tông 5A

Cáp có vỏ bọc hoặc cáp có vỏ chì loại 1 hoặc nhiều lõi

• Trên thanh nẹp, cách tường hoặc trần nhà 15

• Dây dẫn trần hoặc dây bọc đặt trên sứ cách điện 18

3 Hệ thống thanh dẫn điện

Trong hệ thống điện công nghiệp hiện đại sử dụng nhiều phương pháp truyền tải

điện từ nguồn đến vị trí tủ phân phối và đến thiết bị Việc sử dụng phương pháp nào còn

tùy thuộc vào mặt bằng, quy trình công nghệ Có các phương pháp phổ biến sau:

* Thanh dẫn điện được cố định vào tường nhờ giá đỡ

* Thanh dẫn điện được cố định bằng phương pháp treo ( hình 5.16 ) Trong

phương pháp này thanh dẫn được giữ nhờ các giá treo cáp phía trên

Hình 5.16 Phương pháp đỡ các hộp thanh dẫn

4 Hệ thống đường dây dẫn điện ngoài trời

Đường dây dẫn điện ngoài trời dùng trong lưới hạ thế công cộng, để an toàn

thường sử dụng loại dây nhôm/đồng bọc cách điện 600V ( AV-600V, CV-600V ) Các

dây dẫn được định vị trên các sứ cách điện Khoảng cách song song giữa các dây dẫn với

nhau và khoảng cách giữa dây dẫn với công trình phải bảo đảm theo quy trình quy phạm

Hiện nay đang có khuynh hướng sử dụng cáp vặn xoắn ABC ( Aerial Bundled

Cable ) gồm có 4 sợi cáp ( ba pha và trung tính, thường ruột bằng nhôm, dây trung hòa có

thể bằng nhôm hoặc thép chịu lực căng ) xoắn lại với nhau tạo thành một bó dây Do cách

điện hoàn toàn nên chỉ cần dùng móc treo để treo trên trụ do vậy đường dây gọn nhẹ và

bảo đảm mỹ quan Tại các trụ điện có đặt các hộp phân phối loại 6-9 đầu ra để mắc vào

nhà dân

Trụ điện để đỡ dây dẫn thường sử dụng loại trụ bê tông ly tâm loại 6m5, 7m5,

8m4, chôn sâu 1m2 - 1m4

Hình 5.12 Dây dẫn

được treo trên giá đỡ

Hình 5.12 Dây dẫn được đặt trên sứ

Hình 5.14 Hộp phân phối loại 9 CB