Bài giảng cung cấp điện nghề điện công nghiệp

1. Khái quát về hệ thống cung cấp điện2. Các loại lưới điện Chọn Phương án cung cấp điện3. Tính toán phụ tải điện (Xác định nhu cầu điện)4. Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng5. Trạm biến áp6. Lựa chọn các thiết bị trong lưới cung cấp điện7. Nâng cao hệ số công suất8. Tính toán chiếu sáng9. Chống sét và nối đất

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ QUỐC TẾ VABIS HỒNG LAM

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH

Phó Khoa Giáo viên soạn

Nguyễn Văn Vụ Võ Ngọc Toàn

(Tài liệu sử dụng nội bộ)

2

-CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO: CUNG CẤP ĐIỆN

II MỤC TIÊU MÔ ĐUN:

Sau khi hoàn tất mô đun này, học viên có năng lực:

- Chọn phương án, lắp đặt được đường dây cung cấp điện cho một phân xưởng phùhợp yêu cầu cung cấp điện

- Tính chọn được dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc,mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật

- Tính chọn được nối đất và chống sét cho đường dây tải điện và các công trình phùhợp điều kiện làm việc

III NỘI DUNG MÔ ĐUN:

1.Nội dung tổng quát và phân bố thời gian :

Số

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra*

1 Khái quát về hệ thống cung cấp điện 1.5 1.5 0

2 Các loại lưới điện - Chọn Phương án

cung cấp điện

3 Tính toán phụ tải điện (Xác định

Bài 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Mục tiêu của bài:

- Nhận thức chính xác về sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng từ đó phục vụ choviệc tiếp thu tốt những bài học tiếp theo

Nội dung của bài: Thời gian: 1.5h (LT: 1.5h; TH: 0h)

1 Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng Thời gian: 0 5h

2. Lưới điện và lưới cung cấp điện Thời gian: 0.5h

3. Một số ký hiệu thường dùng Thời gian: 0.5h

1.1: Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng

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

1.2 Lưới điện và lưới cung cấp điện:

1.2.1 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

4

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

1.2.2 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 (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…

1.3 Một số ký hiệu thường dùng:

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng ?

Câu 2 : Khái niệm và phân loại lưới điện ?

Câu 3: Một số ký hiệu thông dụng ?

6

Bài 2: CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN -

CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Mục tiêu của bài:

- Phân biệt được các loại lưới điện và sơ đồ phân phối, các loại dây và cáp điện dùng để truyền tải.

- Nhận biết được các bộ phận trong cấu trúc đường dây tải điện.

- Chọn được phương án cung cấp điện phù hợp

2.1 Các loại lưới điện:

2.1.1 Lưới điện đô thị:

Thường sử dụng cấp điện áp trung áp là 22 và 10kV

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúc mạch vòng kín vận hành hở

Hình 2.1 Trạm biến áp đặt ở góc phố

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

2.1.2 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 10 và 35kV Lưới phân phối có cấu trúc dạng cây

Tất cả các tuyến dây đều là đường dây trên không Các trạm biến áp thường dùng kiểu cột Để dễ quản lý và vận hành trạm biến áp phân phối thường được đặt ở giữa thôn (làng)

2.1.3 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 Bên dưới là một số dạng sơ đồ phổ biến:

- Sơ đồ a): khi cấp điện áp sử dụng của nhà máy trùng với điện áp cung cấp từ hệ thống;

- Sơ đồ b): các trạm biến áp phân xưởng nhận điện trực tiếp từ hệ thống và hạ xuống 0,4kV để sử dụng;

- Sơ đồ c): có trạm biến áp trung tâm trước khi phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng;

- Sơ đồ d): khi xí nghiệp có máy phát điện dự phòng

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.

Hình 2.2: Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài xí nghiệp

+ 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

Hình 2.3 Sơ đồ cấp điện bên trong

8

Lưới hạ áp xí nghiệp chính là lưới điện bên trong mỗi phân xưởng Để cấp điện chophân 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

2.2 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 tiềnhơn 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 rẽ tiền, dễ sửa chữa và thay thế thường được dùng trên lưới trung áp và khu vực nông thôn

2.2.1 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 Hình 2.4: Dây trần

2.2.2 Các loại cáp:

a) 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 Một số loại cáp điện 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

b) 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 tổng hợp

+ Theo mục đích sử dụng: hạ, trung và cao áp, ngoài ra còn có cáp radio 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…)

2.3 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

2.3.1 Một số định nghĩa liên quan:

a) 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

b) 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

c) 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

d) Lực căng dây: là lực căng kéo dây và kẹp chặt cố

g) Khoảng vượt trung gian của đường dây: khoảng

cách theo mặt phẳng ngang giữa 2 cột

h) Khoảng néo chặt: là khoảng cách theo 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

2.3.2 Cấu trúc đường dây trên không

a) 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,

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)

Bảng thông số kỹ thuật các loại cột li tâm:

b) 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 lổ để bắt sứ, khoảng cách giữa hai lỗ khoan (cũng là khoảngcách 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

c) 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

Hình 2.5 Một số dạng sứ

Sứ cách điện thường được thiết kế và sản xuất cho cấp điện áp nhất định và được chiathành 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 vàchịu 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 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 hiệnbằng cách quấn dây hoặc bằng ghíp kẹp dây chuyên dụng Việc kẹp dây vào sứ treo đượcthực hiện bằng khóa kẹp dây chuyên dụng

Sứ đứng Hoàng liên sơn có ký hiệu VHD-35 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

Ti sứ là chi tiết được gắn vào sứ đứng bằng cách vặn ren và chèn ximăng, cát được dùng làm trụ để kẹp chặt sứ với xà trên cột điện Ti sứ được làm bằng thép, được sơn phủhay mạ để chống gỉ

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

dây và lực của gió bão

e) 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

f) 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 2.6: Bộ chống rung và móng cột

12

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…

2.4 Chọn phương án cung cấp điện:

2.4.1 Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện:

Bất kỳ một phương án (hoặc dự án) cung cấp điện nào cũng phải thoả mãn

4 yêu cầu cơ bản sau:

a) 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, nếu xảy ra mất điện sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng, như sân bay, hải cảng, khu quân sự, ngoại giao, các khu công nghiệp, bệnh viện… Hoặc làm thiệt hại lớn đối với nền kinh tế quốc dân

Đó là khu công nghiệp, khu chế xuất, dầu khí, luyện kim, nhà máy cơ khí lớn, trạm bơm nông nghiệp lớn…

+ Hộ loại 2: là các khu vực sản xuất, nếu mất điện có thể ảnh hưởng nhiều đến kinhtế… bao gồm các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa …) và thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn…).+ Hộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời khi cần thiết Đó là hộ ánh sáng sinh hoạt đô thị và nông thôn

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

b) Chất lượng điện:

Chất lượng điện được thể hiện qua hai thông số:

tần số (f) và điện áp (U) Các trị số này phải nằm trong phạm vi cho phép

Trung tâm điều độ quốc gia và các trạm điện có nhiệm vụ giữ ổn định các thông

số này

+ Tần số f được giữ 50 ± 0,5Hz + Điện áp yêu cầu độ lệch |δU|= U – Uđm ≤5%Uđm

Lưu ý độ lệch điện áp khác với tổn thất điện áp (hiệu số điện áp giữa đầu và cuối nguồn của cùng cấp điện áp)

+ Vốn đầu tư một công trình điện bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận chuyển, thí nghiệm, thử nghiệm, mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế, lắp đặt và nghiệm thu.

+ 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

d) Tính an toàn:

An toàn thường được đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp đặt và vận hành công trình điện An toàn cho cán bộ vận hành, cho thiết bị, công trình, cho người dân và các công trình xung quanh

Người thiết kế và vận hành công trình điện phải tuyệt đối tuân thủ các quy định an toàn điện Như khoảng cách an toàn giữa công trình điện và công trình dân dụng, khoảng cách an toàn từ dây dẫn tới mặt đất…

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

Muc 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

Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) 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 phụtải, thời gian xây dựng…

2.4.3 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 thiệt 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

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Hãy nêu sự giống nhau và khác nhau giữa các loại lưới điện ?

Câu 2 : Tại sao phải có các loại dây dẫn và cáp điện khác nhau ?

Câu 3 : Hãy nêu cấu trúc của một đường dây tải điện ?

Câu 4 : Những yêu cầu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện ?

14

-Bài 3: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

Mục tiêu của bài:

- Phân tích các thông số kỹ thuật cần thiết trong một hệ thống điện

- Vận dụng phù hợp các phương pháp tính toán phụ tải,

- Chọn phương án cung cấp điện hợp lý đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật

Nội dung của bài: Thời gian: 9h (LT: 5h; TH: 3h; KT: 1h)

2. Phụ tải điện Các đại lượng cơ bản - Các hệ số tính toán Thời gian: 0.75h

3 Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn Thời gian: 1h

4. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp Thời gian: 1,5h

5 Xác định phụ tải điện khu vực đô thị Thời gian: 1.5h

3.1 Các khái niệm chung:

Nhiệm vụ đầu tiên khi thiết kế cung cấp điện là xác định nhu cầu điện của công trình(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

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 phụ tải có đặc trưng riêng, có 3 đặc trưng mà các phương án cung cấp phải xét đến:

a) 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

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

thiết bị

c) 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:

Đồ thị phụ tải: “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”

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

b) 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

Hình 3.1: Đồ thị phụ tải ngày

Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp lại qui trình vận hành hợp lý nhất, nó cũng làm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện năng tiêu thụ…

Đồ thị phụ tải ngày có 5 thông số đặc trưng sau: 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 kin 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

(VD: vào tháng 3,4 → sửa chữa vừa và lớn, còn ở những

tháng cuối năm chỉ sửa chữa nhỏ và thay các thiết bị)

Hình 3.2: Đồ thị phụ tải tháng

+ 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 3.3: Đồ thị phụ tải năm

16

Đồ thị phụ tải năm có các thông số đặc trưng như: điện năng tác dụng và phản khángtiêu 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

3.2 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, 75, 100,200kW Với máy bơm công suất nhỏ (< 100kW) sử dung điện hạ áp, máy bơm công suấtlớn 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:

(3-1)

Trong đó: Ptt, Qtt : công suất tác dụng và phản kháng tính toán của trạm bơm

Kđt: hệ số đồng thời, lấy theo thực tế Kđt = nlv/n = số máy làm việc/tổng số máy Với trạm bơm tưới đặt nhiều máy bơm người ta thường cho một máy bơm thay phiên nhau nghỉ để bảo dưỡng

Với trạm bơm tiêu, do tính cấp bách của việc chống lũ lụt bảo vệ hoa màu, cần cho 100% máy bơm làm việc

Kt: hệ số tải của máy bơm,với trạm bơm tưới lấy theo thực tế Riêng đối với trạm bơm tiêu lấy bằng 1(cho máy tải 100% công suất), nghĩa là: Kt = Kđt = 1

Khi đó phụ tải điện của trạm bơm tiêu sẽ là:

Trị số cosφ của trạm bơm lấy như sau:

- với trạm bơm tiêu cosφ = cosφ đm ≈ 0,8 (Kt = 1)

- với trạm bơm tưới cosφ = 0,6 ÷ 0,7 tuỳ theo Kt

3.2.3 Phụ tải chiếu sáng sinh hoạt:

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

Ptt = Po H và Qtt = Q0 H (3-5)

Trong đó H: số hộ dân trong làng, thôn

P0: suất phụ tải tính toán cho một hộ thường lấy P0 = (0,5 ÷0,8)

(kW/hộ).với 0,5 dành cho khu vực thuần nông, 0,6 ÷ 0,8 dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường.trong tính toán cung vấp điện thường lấy hệ số công suất chung là cos φ = 0,85

b) Phụ tải tính toán cho xã bao gồm các thôn xóm được xác định.

Kđt - hệ số đồng thời, với n = 1, 2 → Kđt =1

n = 3, 4 → Kđt =0,9 ÷ 0,95

n = 5, 6, 7 → Kđt =0,8 ÷ 0,85

3.3 Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp:

3.3.1 Trong giai đoạn dự án khả thi:

Thông tin thu nhận trong giai đoạn này thường không chính xác

Để xác định phụ tải điện cho việc thiêt kế, xây dựng đường dây cao áp và trạm biến

áp trung gian người ta dựa vào diện tích hoặc sản lượng

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

D: diện tích khu CN, khu chế xuất (ha)

b) Đối với xí nghiệp, nếu biết sản lượng sẽ sản xuất, công thức xác định phụ tải điện

như sau:

(3-8)

Trong đó: a: suất điện năng chi phí để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm (kWH/sp) M: sản lượng

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

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

Ptt = Knc.Pđ và Qtt = Ptt.tgφ (3-9)

Trong đó:

Knc: hệ số nhu cầu (tra bảng)

Pđ: công suất đặt của phân xưởng Với Pđ = Pđm.n

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

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

PCS = P0.D và QCS = PCS tgφ (3-10)

18

- Nếu dùng đèn sợi đốt cosφ = 1 → tgφ = 0 → Qcs = 0

- Nếu dùng đèn tuýp cosφ = 0,8 → tgφ = 0,75

Trong đó: D: diện tích xưởng

P0: suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2) Tùy theo vị trí, mục đich sử dụng, chọn P0 = 5÷30 W/m2

- với các phân xưởng cơ khí, luyện kim… P0 = 12 ÷ 15(W/m2)

- với các phân xưởng dệt, may, hoá chất… P0 = 15 ÷ 20(W/ m2)

- với kho bãi… P0 = 5 ÷ 15 (W/ m2)

- với xưởng thiết kế… P0 = 25 ÷ 30 (W/ m2)

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

Để xác định phụ tải điện phân xưởng, ta chia ra thành các nhóm máy cho các động cơđặt gần nhau, mỗi nhóm khoảng 8 ÷ 12 máy, sau đó xác định phụ tải điện cho từng nhóm máy và cuối cùng cho cả phân xưởng

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

(3-13)

Trong đó:

Ptb : công suất trung bình (của nhóm máy) trong thời gian khảo sát, thường lấy là 1

ca hoặc 1 ngày đêm

Ksd - hệ số sử dụng Kmax - hệ số cực đại (theo ksd và nhq),nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả

Kđ% - hệ số đóng điện phần trăm, lấy theo thực tế

kđ% = Thời gian làm việc (đóng máy)/Thời gian khảo sát

Các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại là cần cầu, máy nâng, cầu trục, biến

áp hàn Riêng biến áp hàn thường chế tạo một pha đấu vào điện áp dây, khi xác định phụ tải điện phải quy đổi

Ví dụ: tính toán phụ tải một xí nghiệp có sơ đồ như hình vẽ

Nguyên tắc tính toán:

+ PttXN: phải được tính từ các TB điện ngược trở về phía

nguồn

+ Phải kể đến tổn thất trên đường dây và trong MBA

+ Phụ tải tính toán XN cần phải kể đến dự kiến phát

triển của XN trong 5 - 10 năm tới

Các bước tính toán được thực hiện như sau:

ƒ Điểm 1: điểm trực tiếp cấp điện đến các thiết bị

dùng điện, tại đây cần xác định chế độ làm việc của từng

thiết bị (xác định Kt; Ksd; cosφ…)

ƒ Điếm 2: Với nhóm thiết bị làm việc ở chế độ khác

nhau → Xác định Ptt bằng phương pháp số thiết bị hiệu

quả Ptt = KM.Ptb và S2 =P2 + j.Q2

ƒ Điểm 3: sẽ bằng phụ tải điểm 2 công thêm phần tổn

thất đường dây hạ áp:

S3 =S2 + ΔSdd

ƒ Điểm 4: điểm tổng hạ áp của các trạm biến áp phân

xưởng Tai đây phụ tải tính toán có thể tính bằng phương

pháp hệ số nhu cầu hoặc tổng hợp các phụ tải tại các điểm

4

ƒ Điểm 5: S5 = S4 + ∆SB2

20

ƒ Điểm 6: S6 = S5 + ∆Sdd

ƒ Điểm 7:

ƒ Điểm 8: S8 = S7 + ∆SB1

Chú ý: S8 chưa phải là phụ tải của xí nghiệp Vì khi tính phụ tải xí nghiệp còn phải kể đến

sự phát triển của xí nghiệp (5 - 10 năm) sau SXN = S8 + ∆SXN Để xác định được ∆SXNphải dự báo tăng trưởng phụ tải

3.4 Xác định phụ tải điện khu vực đô thị:

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

a) 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: Ptt=P0 L và Qtt=Ptt.tg φ (3-14)

Trong đó: L: chiều dài đoạn phố

P0 : công suất phụ tải trên một mét chiều dài (W/m)

Với mức sống trung bình P0 = 200 ÷ 400 (W/m)

Với mức sống cao ( như phố thương mại ) P0 = 500 ÷ 700 (W/m)

Phụ tải phản kháng đoạn phố: Qtt = Ptt tgφ

Trong đó, cosφ = 0,85

b) 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 này dùng khi biết chính xác thiết bị điện gia dụng đặt trong căn hộ Phụ tải một căn hộ xác định theo công thức:

Phụ tải điện 1 tầng gồm n căn hộ:

Cuối cùng xác định được phụ tải toàn phần của tòa nhà: SN = PN / cosφ

Trong các công thức trên, với phụ tải ánh sang sinh hoạt gia đình thường lấy trị số Kđtnhư sau:

Khi số hộ n = 1 ÷ 2 → Kđt = 1

n = 3 ÷ 4 → Kđt = 0,9 ÷ 0,95

n = 5 ÷ 7 → Kđt = 0,8 ÷ 0,85

n = 8 ÷ 12 → Kđt = 0,7 ÷ 0,75

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

Khi không biết chính xác thiết bị điện đặt trong căn hộ, thường tính dãy phố, xóm chung cư, nhà cao tầng chung cư vào căn hộ

Phụ tải điện của cả khu vực ( dãy phố, xóm chung cư, nhà chung cư cao tầng ) xác định theo công thức: PK =P0 H

Trong đó : H – số hộ dân của dãy phố, xóm chung cư, nhà chung cư

P0 – phụ tải tính toán cho 1 căn hộ

Với mức sống trung bình P0 = 2 – 3 (kW/hộ)

Với mức sống khá giả P0 = 4 – 5 (kW/hộ)

Khá giả là khái niệm chỉ các hộ đã đặt thiết bị nóng lạnh, máy giặt, máy điều hòa

Để xác định phụ tải toàn phần vẫn lấy cosφ = 0,85

Nếu là dãy phố xóm chung cư, xác định phụ tải theo công thức:

PH = PK/KđtH với Kđt = 0,5 ÷ 0,6

Nếu là nhà chung cư cao tầng, từ phụ tải điện toàn nhà xác định phụ tải điện 1 tầng và

1 căn hộ theo công thức sau:

PT = PK / KđtH

PH = PT / n.Kđt

Hệ số Kđt tùy theo số tầng và số căn hộ trong một tầng mà lấy cho hợp lý

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:

Ptt = P0 * S với P0 = 20÷40 W/m2

Trong đó: S(m2) – diện tích

Trị số P0 lấy như sau:

- Với khu giảng đường P0= 20 (W/m2)

- Với khu hành chánh văn phòng P0= 20 ÷ 25 (W/ m2)

- Phòng thí nghiệm P0= 30 ÷ 40 (W/ m2)

- Nhà thể thao P0= 20 ÷ 30 (W/ m2)

22

Sau đó được cộng với phụ tải của xưởng điện, cơ khí, ký túc xá…ta được phụ tải cho trường học.

Phụ tải điện xưởng cơ khí được xác định theo công thức:

Ptt = Knc.Pđ

n

Trong đó : Pđ = ∑ Pđmi

1

và Knc tra theo sổ tay

Phụ tải điện kí túc xá sinh viên xác định theo diện tích hoặc theo đầu người

a) Phụ tải điện khu văn phòng đại diện:

Với khu văn phòng đại diện phải đặt máy điều hòa:

Ngoài ra còn cần đặt cả quạt, số lượng tính theo thực tế

Vậy phụ tải điện 1 văn phòng làm việc của khu văn phòng đại diện là:

Ptt = PĐH + PĐ + PVP + PQ

Trong đó : PĐH – công suất điều hòa = n.P1ĐH

PĐ – công suất đèn, PĐ = P0.S

PVP – công suất các máy văn phòng

PQ – công suất quạt = n.P1Q

Khu văn phòng dùng đèn tuýp, cosφ = 0,8

c) Phụ tải điện siêu thị, chợ, nhà hàng, công viên, cung văn hóa,…:

Cũng cần sử dụng các công thức của đối tượng trên và căn cứ vào tính chất sử dụng điện để lựa chọn các trị số P0 thích hợp

BÀI TẬP

Bài 1: Yêu cầu xác định phụ tải tính toán của một trường phổ thông cơ sở của xã bao

gồm nhà học 2 tầng, mỗi tầng 6 phòng học, mỗi phòng có diện tích 80m2 và khu nhà thường trực, hiệu trưởng, phòng họp, giáo viên có tổng diện tích 100m2

Bài 2: Yêu cầu xác định phụ tải điện một trạm bơm cấp huyện đặt 4 máy bơm 55 (kW)

trong hai trường hợp bơm tưới và bơm tiêu

Bài 3: Yêu cầu xác định phụ tải điện cho 1 xã nông nghiệp bao gồm:

- Thôn 1: 300 hộ dân, thuần nông

- Thôn 2: 200 hộ dân, thuần nông

- Thôn 3: 120 hộ dân, bám mặt đường liên xã

- Trường PTCS: 12 lớp học + 100m2 khu hành chính

- Trạm bơm: 1x33 (kW)

Bài 4: Yêu cầu xác định phụ tải điện cho một khu chế xuất trong giai đoạn dự án khả thi,

dự định sẽ xây dựng sau 5 năm, biết rằng khu chế xuất được xây dựng trên diện tích 80 (ha) và là khu công nghiệp nặng

Bài 5: Yêu cầu xác định phụ tải điện cho xí nghiệp sản xuất xe đạp, sản lưọng một vạn

chiếc/năm, dự định xây dựng sau 3 năm

Bài 6: Một xưởng sửa chữa ôtô có công suất đặt 200kW, diện tích xưởng 20×40 = 800m2.Yêu cầu xác định phụ tải điện

Bài 7: Yêu cầu xác định phụ tải điện của nhóm máy công cụ có các số liệu cho theo

bảng:

Bài 8: Yêu cầu xác định phụ tải điện để chọn máy biến áp phân phối cấp cho hai mặt phố

phía đường, biết rằng mặt phố AB là mặt phố thương mại

24

-Bài 9 : Yêu cầu xác định phụ tải điện nhà chung cư 4 tầng, mỗi tầng 10 cân hộ, biết rằng

người sống ở đây có mức sống trung bình thấp ( chưa có thiết bị nóng lạnh, máy giặt, điều hòa )

Bài 4: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN

Mục tiêu của bài:

− Phân tích được tầm quan trọng của các loại tổn thất trong phân phối điện năng

− Tính toán được tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạngphân phối

Nội dung của bài: Thời gian: 9h (LT: 5h; TH: 3h; KT: 1)

1 Sơ đồ thay thế lưới điện Thời gian: 1.5h

− Đường dây

− Máy biến áp

2. Tính toán tổn thất điện áp Thời gian: 1h

3. Tính toán tổn thất công suất Thời gian:1h

4 Tính toán tổn thất điện năng Thời gian: 1h

5 Các giải pháp giảm tổn thất điện năng Thời gian: 0.5h

* Khái niệm:

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 sáchtra 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

4.1 Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện:

4.1.1 Khái niệm:

Thường dùng 2 loại sơ đồ: sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế

Sơ đồ nguyên lý là sơ đồ chắp nối các phần tử của lưới cung cấp điện (MBA, đường dây, máy cắt, aptomat, cầu dao, cầu chì…) nhằm mô tả cách thức cấp điện từ nguồn đến các phụ tải

Sơ đồ thay thế là sơ đồ dùng trong quá trình tính toán lưới cung cấp điện, trên đó người ta đã thay thế các phần tử của lưới bằng các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện

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

4.1.2 Sơ đồ thay thế đường dây:

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đoạn đường dây tải điện dài l (km) tiết diện F (mm2)

Trong đó: Z - tổng trở của đoạn dây, là đại lượng phức: Z = R + jX

a) 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 Vầng quang điện là hiện tượng khi cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn đủ lớn làm ion hoá lớp không khí xung quanh tạo nên một vầng sáng xung quanh dây dẫn, làm tổn hao công suất 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 dâytrên không, do vậy đối với cáp từ 20kV trở lên phải xét đến dung dẫn khi lập sơ đồ thay thế

B = bo.l

với: bo là dung dẫn trên 1km đường dây; l là chiều dài đường dây

Lượng Qc do đường dây sinh ra tỉ lệ với bình phương điện áp tải điện,với điện áp đường dây U ≤ 35 (kV) lượng Qc này nhỏ, có thể bỏ qua

Cũng vì điện áp trung và hạ áp tổn thất vầng quang và rò điện rất nhỏ, người ta cho phép bỏ qua đại lượng G trên sơ đồ thay thế

Tổng dẫn đường dây:

R tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng dây dẫn

+ Điện kháng X: thể hiện hiện tượng tản từ X tượng trưng cho tổn thất công suất + Điện trở R: điện trở đường dây, phụ thuộc chiều dài và thường được cho bởi nhà chế tạo

26

ρ - điện trở suất của vật liệu làm dây

Có 3 loại vật liệu làm dây: nhôm (A), đồng (M) và thép (C), trong đó A, M dẫn điện, C làm tăng độ bền cơ

ρ(A) = 31,5 (Ωmm2/km), ρ(M) = 18,8 (Ωmm2/km)

phản kháng do từ hoá dây dẫn Khi tải dòng điện xoay chiều ba pha sẽ xuất hiện xung quanh các dây dẫn 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

Trong tính toán thực tế, người ta lập sẵn các bảng tra ro (Ω/km) và xo(Ω/km) trong Phụ lục, khi đó tổng trở đoạn đường dây (km) là: Z = rol + j xol

Trong tính toán sơ bộ, có thể cho phép lấy xo = 0,4 (Ω/km)

Với cáp, nếu không có bảng tra, lấy gần đúng xo = 0,08 ÷ 0,1 (Ω/km)

b) 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 thông số có thể xem là tập trung hay bỏ qua

Tóm lại, với lưới cung cấp điện cho phép sử dụng sơ đồ thay thế đơn giản chỉ bao gồm tổng trở các đoạn đường dây

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây trung áp hạ áp

c) Tính thông số đường dây:

Z = R+jX = (ro+ xo).l ; ro và xo là điện trở và điện cảm kháng trên đơn vị chiều dài (km)

Y = G+jB = (go+bo) l ; go và bo là điện dẫn và dung dẫn trên đơn vị chiều dài (km)

4.1.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp:

Máy biến áp là thiết bị điện làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất

Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây

a) Sơ đồ thay thế chính xác b) Sơ đồ thay thế gần đúng

Máy biến áp làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, gồm 3 bộ phận chính là cuộn dây 1, cuộn dây 2 và lõi thép non có độ dẫn từ cao Để đặc trưng cho các đại lượng tổn thất trên 3 phần tử đó trong quá trình tải điện người ta dùng sơ đồ thay thế hình T với

3 phần đại lượng Z1, Z2, Zo Sơ đồ này tính toán khó Người ta thường sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng hình Γ

Với máy biến áp nhà chế tạo cho 4 thông số sau:

∆Po (W, kW) - tổn hao không tải

∆PN (W, kW) - tổn hao ngắn mạch, đó chính là tổn hao định mức trong 2 cuộn dây

Io(%) – dòng điện không tải(%)

UN(%) - điện áp ngắn mạch (%)

Từ 4 thông số này ta có thể xác định được các đại lượng trên sơ đồ thay thế máybiến áp

Trong công thức này:

UdmB(kV) - điệnáp định mức của biến áp Nếu tính ZB về phía cao áp thì lấy UdmB

ở phía cao, nếu tính ZB về phía hạ thì lấy UdmB ở phía hạ

SdmB – công suất định mức của MBA

UN(%) – nhà chế tạo

∆So - tổn thất công suất trong lõi thép còn gọi là tổn thất không tải và không phụ thuộc vào trị số của công suất tải qua biến áp Trị số ∆So không đổi trong suốt thời gian đóng máy vào lưới điện

Tổn thất điện áp là đại lượng phức (véc tơ phức)ΔU = ΔU + j δU Trong lưới cung cấp điện người ta chỉ quan tâm đến trị số của tổn thất điện áp, trị số này có độ lớn xấp xỉ

độ lớn của thành phần thực ΔU

Véc tơ tổn thất ΔU và thành phần thực ΔU

Tổn thất điện áp (thành phần thực) là do công suất tác dụng gây nên điện trở R và công suất phản kháng gây trên X

Nếu P(kW), Q(kVAr), R, X(Ω), Udm(kV) thì ∆U(V)

4.2.1 Đường dây một phụ tải:

Trên sơ đồ thay thế, để tính tổn thất điện áp theo công thức:

Cần biến đổi công suất dạng

về dạng P + jQ

Tổn thất điện áp trên đường dây A1 là:

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường

dây 1phụtải

và SA1 =S1 = S1cosφ + j S1 sinφ

4.2.2 Đường dây n phụ tải:

Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổng tổn thất điện áp trên 3 đoạn đường dây:

∆UΣ = ∆Umax = ∆UA123 = ∆UA1 + ∆U12 + ∆U23

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây

liên thông cấp điện cho 3 phụ tải

Với lưới điện trung và hạ áp, để tính toán tổn thất điện áp cho phép coi điện áp tại mọi điểm trên đường dây bằng Uđm và cho phép coi dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây bằng công suất phụ tải, nghĩa là cho phép bỏ qua tổn thất điện áp và tổn thất công duất trên các đoạn đường sau khi tính tổn thất trên đoạn đường dây trước Ví dụ khi tính toán đoạn 12, lẽ ra công suất chạy trên đoạn 12 bao gồm phụ tải 2,3 ( S2, S3 ) và tổn thất công suất trên đoạn 23, nhưng cho phép bỏ qua lượng tổn thất này.

S12 = S2 + S3 Điện áp tổn thất trên các đoạn như sau:

Trong đó : n - số đoạn dây

Pij Qij - công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây ij

4.2.3 Đường dây phân nhánh:

Trên lưới cung cấp điện nhiều khi gặp đường dây phân nhánh, nghĩa là đến 1 nút nào đó thì đường dây rẽ ra thành 2,

3 tuyến theo hướng khác nhau Để

kiểm tra tổn thất điện áp trên đường

dây phân nhánh cần lưu ý rằng:

tổn thất điện áp là tổn thất trên từng

tuyến dây để từ nguồn đến điêể nút

xa nhất của tuyến Ví dụ với đường

dây phân nhánh trên hình 2.10 cần

30

-kiểm tra ∆U theo 2 tuyến dây: tuyến A12 và tuyến A13, tuyến có trị số ∆U lớn phải nhỏ hơn ∆Ucp Đường dây phân nhánh

4.3 Tính toán tổn thất công suất:

4.3.1 Tổn thất công suất trên đường dây:

Tổn thất công suất trên đường dây là một đại lượng phức

ΔS = ΔP + j ΔQ

Trong đó : ΔP – tổn thất công suất tác dụng do phát nóng trên điện trở đường dây;

ΔQ – tổn thất công suất phản kháng do từ hóa đường dây Tổn thất công suất trên đường dây xác định theo biểu thức:

Nếu S (kVA), P (kW), Q (kVAr), Z, X, R (Ω) và Uđm (kV) thì ΔS (VA) Đơn vị công suất và tổn thất công suất thường dùng ở lưới cung cấp điện là (kVA)

Vì vậy muốn có kết quả là (kVA) cần phải nhân với 10-3

a) Đường dây 1 phụ tải:

Đường dây 1 phụ tải và sơ đồ thay thế

Với đường dây 1 phụ tải, công suất chạy qua tổng trở ZA1 chính là phụ tải S1 Vậy:

b) Đường dây n phụ tải:

Đường dây n phụ tải và sơ đồ thay thế

Cũng tương tự như khi tính toán ΔU, khi tính ΔS coi điện áp các điểm bằng Uđm và coi công suất gây ΔS trên các đoạn chỉ là công suất tải (bỏ qua ΔS của đoạn sau)

ΔS∑ = ΔSA12 = ΔSA1 + ΔS12

Tổng quát với đường dây n phụ tải:

Trong đó : n – số đoạn đường dây hoặc phụ tải

Sij , Pij , Qij – công suất S, P, Q chạy trên đường dây ij

Zij – tổng trở của đoạn đường dây ij

Uđm – điện áp định mức của đường dây

4.3.2 Tổn thất công suất trong trạm biến áp:

a) Trạm 1 máy biến áp:

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế trạm biến áp 1 máy

Tổn thất công suất trong trạm biến áp chỉ là tổn thất trong các máy biến áp đặt trong trạm, các thiết bị điện khác như máy cắt, dao cách ly có tổng trở nhỏ gần như bằng 0, tổn thất công suất trên chúng là không đáng kể

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất trong lõi thép và tổn thất trên

2 cuộn dây Tổn thất công suất trong máy biến áp là một đại lượng phức:

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế trạm biến áp đặt 2 máy

Với trạm biến áp đặt 2 máy, so với trạm 1 máy, tổng trở giảm đi một nửa, còn ΔS0tăng gấp đôi

4.4 Tính toán tổn thất điện năng:

4.4.1 Điện năng A và tổn thất điện năng ΔA:

Điện năng là lượng công suất tác dụng sản xuất, truyền tải hay tiêu thụ trong một khoảng thời gian Trong tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện thường lấy thời gian là một năm (8760 h)

Nếu công suất P không đổi trong thời gian khảo sát T thì điện năng:

- Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất, là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớn nhất Pmax, thì sẽ truyền tải được lượng điện năng đúng bằng lượng điện năng truyền tải trong thực tế 1 năm

Ta có: Pmax.Tmax = A hay Tmax = A/ Pmax

Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế do chưa biết A, nên giá trị Tmax thường được chọn: + Tra sổ tay đối với phụ tải công nghiệp

+ Chọn Tmax = 4000 – 4500h đối với hộ tiêu thụ đô thị

+ Chọn Tmax = 2500 – 3000h đối với hộ tiêu thụ nông thôn

- τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất, là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớn nhất thì sẽ gây ra lượng tổn thất điện năng đúng bằng lượng tổn thất điện năng gây ra trong thực tế một năm

Ta có: ΔPmax.τ = ΔA

τ được xác định gần đúng theo Tmax: τ = (0,124+10−4Tmax)2.8760[h] ( *)

4.4.2 Xác định tổn thất điện năng trên đường dây: RA1

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính toán tổn thất điện năng

đường dây 1 phụ tải

Để tính ΔPmax , lưu ý phụ tải xác định theo phương pháp ở bài trước chính là phụ tải cực đại, có nghĩa là phụ tải tính toán chính là phụ tải cực đại, tổn thất công suất tính theo phụ tải tính toán là tổn thất công suất cực đại Vì thế trên sơ đồ và quá trình tính toán không phải ghi chỉ số max vào các đại lượng S, P, Q và ΔP

Với mục đích xác định tổn thất điện năng, đường dây chỉ cần thay thế bằng điện trở

R

Từ trị số Tmax1 của phụ tải S1 tính được trị số τ theo biểu thức ( * )

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây A1:

Tổn thất điện năng trên đường dây A1: ΔAA1 = ΔPA1 τ

Giá tiền tổn thát điện năng 1 năm trên đường dây A1:

YΔA = ΔAA1 c

Trong đó : c – giá tiền 1kWh tổn thất điện năng ( đ / 1kWh; USD / 1kWh )

4.4.3 Xác định tổn thất điện năng trong trạm biến áp:

Khi trạm có 1 máy biến áp tổn thất điện năng trong máy biến áp là:

Nếu máy biến áp làm việc suốt năm t= 8760h

Khi trạm có n máy biến áp làm việc song song, tổn thất điện năng trong máy biến áplà:

4.5 Các giải pháp giảm tổn thất điện năng:

Muốn giảm tổn thất điện năng cần phải giảm tổn thất công suất tác dụng:

34

Các giải pháp thực hiện đều nhằm vào mục đích tác động vào các đại lượng P, Q, R

và U dẫn tới làm giảm ΔP

4.5.1 Tăng điện áp truyền tải:

Có thể sử dụng đầu phân áp của máy biến áp nhằm nâng cao điện áp cung cấp khôngcao quá 5%Udm) Nếu có thể cải tạo nâng cấp điện áp cho đường dây truyền tải ΔP tỉ lệ nghịch với U2

4.5.2 Cắt giảm đỉnh ( P ):

Để cắt giảm P có thể dùng các giải pháp như: thay đổi dây chuyền công nghệ hiện đại tiêu tốn điện năng ít hơn để sản xuất 1 đơn vị sản phẩm, sử dụng các thiết bị điện công nghệ mới hiệu suất cao, tiêu tốn P ít hơn

4.5.3 Bù công suất phản kháng:

Giải pháp này nhằm giảm lượng Q truyền tải trên lưới điện dẫn tới làm giảm ΔA Cụthể là: dùng biện pháp hành chính phạt cosφ đối với các xí nghiệp có cosφ < 0,85 và khuyến khích các xí nghiệp đặt tụ bù để giảm Q và tiến hành bù kinh tế trên lưới cung cấp điện

4.5.4 Giảm trị số R:

Để giảm R có thể dùng các giải pháp:

+ Dùng cáp đồng thay cho cáp nhôm

+ Tăng tiết diện dây dẫn, hoặc sử dụng đường dây lộ kép v.v…

+ Chọn tiết diện dây theo Jkt (dây sẽ lớn hơn và R nhỏ hơn khi chọn theo các phương pháp khác)

Ngoài ra, có thể dùng các biện pháp như: đặt trạm đúng trọng tâm phụ tải, lựa chọn đúng dung lượng máy biến áp (khi thiết kế); vận hành kinh tế trạm biến áp…