BÀI GIẢNG MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN MỎ

Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêmthiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của xí nghiệp hoặc thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số *Tính liên tục

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG

Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

1.1 Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện 4

1.1.2 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 61.1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp 6

Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN

2.3 Các phương pháp cơ bản tính phụ tải điện 15

Chương 3: TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP

CHƯƠNG 6: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN – BẢO VỆ RƠLE

6.1.2 Các điều kiện kiểm tra thiết bị khi xảy ra ngắn mạch: 83

7.2 Thiết bị chiếu sáng và phụ kiện 106

CHƯƠNG 8: CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỀU

CHƯƠNG 9: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT

CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng được biên soạn theo đề cương môn học Cung cấp điện mỏ cungcấp những kiến thức cơ bản về như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp,chọn thiết bị, cũng như các biện pháp bảo vệ cho lưới… cho sinh viên ngành cơđiện mỏ

Bài giảng gồm chín chương lần lượt trình bày các vấn đề:

 Khái quát về hệ thống cung cấp điện được trình bày ở Chương 1

 Chương 2 trình bày về phụ tải điện

 Trạm điện được đề cập ở chương 3

 Chương 4 trình bày về khái niệm và cách tính toán ngắn mạch

 Tính toán về lưới điện và lựa chọn thiết bị điện lần lượt trình bày ở chương 5,6

 Thiết kế chiếu sáng được trình bày ở chương 7

 Chương 8 trình bày về phương pháp cung cấp điện một chiều

 Chương 9 đề cập các vấn đề bảo vệ hệ thống điện và việc nâng cao hệ sốcông suất

Để dễ dàng tiếp cận các vấn đề trong bài giảng: các chương cần được đọc tuần tự

từ 1 đến 9

Bài giảng được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên cao đẳng đồng thờicòn phục vụ cho những người quan tâm đến kiến thức cơ bản trong cung cấpđiện

Do thời gian và trình độ người biên soạn có hạn nên không tránh khỏi nhữngthiếu sót Tác giả rất mong những nhận xét, đánh giá và góp ý của bạn đọc vàđồng nghiệp

Mọi ý kiến xin gửi về: xuanhuong@yahoo.com

Quảng Ninh, tháng4 năm 2011

Tác giả

PHẦN I: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện

Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượngkhác như: cơ, hóa, nhiệt năng… ; được sản xuất tại các trung tâm điện và đượctruyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao Trong quá trình sản xuất và tiêu thụđiện năng có một số đặc tính:

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

 Các quy trình điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu cố sự cố xảy ra, vì vậythiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao

Định nghĩa: hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu truyền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem hình vẽ.)

Hình1.1 Sơ đồ hệ thống điện Định nghĩa: hệ thống cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; truyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện.

Lưới điện việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và500kV tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV

Có nhiều cách phân loại lưới điện:

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

(phát dẫn điện)

1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ:

Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khaithác mỏ có những đặc điểm riêng (điều kiện môi trường, quá trình công nghệ…)

Những đặc điểm đó bao gồm:

- Đa số các máy móc trong quá trình làm việc phải di chuyển thườngxuyên hoặc định kỳ theo tiến độ của gương khai thác Đặc điểm nàyđòi hỏi các thiết bị điện phải có khả năng nối vào mạng điện hoặc cắt

ra khỏi mạng điện một cách nhanh chóng và dễ dàng Việc cung cấpđiện nhờ hệ thống cáp mềm và các ổ cắm điện

- Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn, nhất là trong các mỏ hầm

lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu khôngkhí mỏ khi có sự cố, khí hậu thời tiết khắc nghiệt đặc điểm này đòi hỏicác thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao, cách điện của thiết bị

và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân gây

ra cháy nổ môi trường mỏ

- Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hầm lò

Vì vậy, các thiết bị điện cần được chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp,lắp đặt

- Áp lực cao ở nóc và hông lò dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ, đó lànguy cơ phá hoại thiết bị điện Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điệnphải được chế tạo có độ bền cơ học cao

- Các đường lò ẩm ướt, có hoạt tính hóa học cao, kết hợp với bụi mỏ dẫnđiện gây nguy hiểm về an toàn điện giật và hỏa hoạn Đặc điểm nàyđòi hỏi các thiết bị điện trong mỏ phải có tính chịu ẩm, chống được sự

ăn mòn

- Phạm vi hoạt động của các công trường lộ thiên rất rộng Các máy móc

di động có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, trên các tầng công tácvừa sử dụng điện cao áp vừa sử dụng điện hạ áp Vì vậy hệ thống dâydẫn và phân phối điện rất phức tạp

Chính vì những đặc điểm trên, việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cầnđảm bảo những yêu cầu sau:

- An toàn: dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũngnhư lúc có sự cố không bị nung nóng quá mức để tránh gây hỏa hoạn,

nổ bầu không khí mỏ hay làm già hóa nhanh chóng cách điện của cápđiện

- Hợp lý về kỹ thuật: dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mứcđiện áp cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như

Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủđiện năng với chất lượng trong phạm vi cho phép.

Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) được xem là hợp lý khi thỏamãn 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 pháttriển 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 cungcấp 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 thiếtbị

 Tính toán 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 vàthử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao

1.2.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp

Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện được đánh giá bằng chấtlượng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục cungcấp điện

*Điện áp: độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là

độ chênh lệch giữa điện áp thực tế so với điện áp định mức với điều kiện là độbiến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm/giây

% , 100

Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự

cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10  20 %)Udm

Ngoài ra, chất lượng điện áp còn được đánh giá theo các đại lượng sau:

- Dao động điện áp (khi độ biến thiên của điện áp không nhỏ hơn 1%Uđm/giây)

% , 100

% max min

đm

U

U U



- Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp.

- Độ không đối xứng của điện áp

- Độ lệch trung tính

* Tần số: Độ lệch tần số cho phép được qui định là  0,5 Hz Để đảm bảotần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn côngsuất của hệ thống Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêmthiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của xí nghiệp hoặc thiết bị bảo

vệ sa thải phụ tải theo tần số

*Tính liên tục cung cấp điện: là một trong những chỉ tiêu quan trọng đểđánh giá chất lượng điện năng Rõ ràng, nếu các chỉ tiêu về điện áp, tần số, được đảm bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì một hệ thốngđiện như vậy không những không đưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hạilớn cho nền kinh tế quốc dân Chính vì vậy, vấn đề độ tin cậy cung cấp điện phảiđược xét tới trong giai đoạn thiết kế cũng như vận hành

Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng của hệ thống cung cấp điện đảm bảoliên tục cung cấp điện với chất lượng điện định trước trong khoảng thời gianđịnh trước

Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện là tổn thất kinh tế

do ngừng cung cấp điện, cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi

Một số ký hiệu thường dùng:

1 – Máy phát điện hoặc nhà máy điện

2 - Động cơ điện

3 – Máy biến áp 2 cuộn dây.

4 – Máy biến áp 3 cuộn dây.

5 – Máy biến áp điều chỉnh dưới tải.

30 - Đường dây điện áp U  36 V.

31 – Đường dây mạng động lực 1 chiều.

32 – Chống sét ống.

33 – Chống sét van.

34 – Cầu chì tự rơi.

1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp:

Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chiakhác nhau  (nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện theo nhu cầu của từng loại

b) Theo chế độ làm việc: (của các hộ dùng điện)

 Dài hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, làm việc dài hạn mànhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép (VD: bơm; quạt gió, trạm khí nén…)

 Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ trung bình đạt giátrị qui định (VD: các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại,động cơ đóng mở van của thiết bị thuỷ lực)

 Ngắn hạn lặp lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của trung bình xen lẫn vớithời kỳ nghỉ ngắn hạn  được đặc trưng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện vàthời gian toàn chu trình sản suất (VD: máy nâng; thiết bị hàn)

c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh

tế và xã hội, các hộ tiêu thụ điện được cung cấp điện với mức độ tin cậy khácnhau và phân thành 3 loại

* Hộ loại I: là hộ mà khi sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra những thiệt hại

lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con người, hoặc ảnh hưởng, có hại lớn vềchính trị – gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ Hộ loại I phảiđược cung cấp điện từ 2 nguồn độc lập trở lên Xác suất ngừng cung cấp điện rấtnhỏ, thời gian ngừng cung cấp điện thường chỉ được phép bằng thời gian tựđộng đóng thiết bị dự trữ

Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy hóa chất, văn phòng chính phủ, phòng

mổ bệnh viện…

Xí nghiệp mỏ:

+ Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó

+ Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ, quạt thông gió cục bộ cho cácgương lò cụt trong các mỏ có khí bụi nổ loại 3 và siêu hạng

+ Trạm thoát nước chính và cục bộ

+ Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộđược truyền động bằng khí ép

+ Bơm cứu hỏa và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than

+ Trục tải trở người và các thiết bị phục vụ cho nó

* Hộ loại II: là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhưng khi ngừng cung cấp điện

chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất v.v…

hộ loại II được cung cấp điện từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng cung cấp điệncho phép bằng thời gian để đóng thiết bị dự trữ bằng tay.

Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các kháchsạn lớn, trạm bơm tưới tiêu…

Xí nghiệp mỏ:

+ Các thiết bị trên mặt mỏ: trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vậnchuyển, các thiết bị ở xưởng tuyển khoáng…

+ Trong hầm lò: tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất

* Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1

và 2 Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nhưngkhông quá một ngày đêm Hộ loại III thường được cung cấp điện bằng mộtnguồn

Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN

Vai trò của phụ tải điện: trong xí nghiệp có rất nhiều loại máy khác nhau,với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng vớinhiều yếu tố khác dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờbằng công suất định mức của chúng Nhưng mặt khác chúng ta lại cần xác địnhphụ tải điện, phụ tải điện là một hàm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), và vìvậy chúng không tuân thủ một qui luật nhất định  cho nên việc xác định đượcchúng là rất khó khăn Nhưng phụ tải điện lại là một thông số quan trọng để lựachọn các thiết bị của hệ thống điện Công suất mà ta xác định được bằng cáchtính toán gọi là phụ tải tính toán Ptt

Nếu Ptt < pthực tê  thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ

+ Nhóm thứ 2 là nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất vàthống kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm trên là: cho kết quả khá chính xác,xong cách tính lại khá phức tạp )

xí nghiệp) theo thời gian”

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 năngA(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 trongmột khoảng thời gian

Hình 2-1: Đồ thị phụ tải ngày

Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đósắp 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 côngsuất cực đại, điện năng tác dụng và phản kháng ngày đêm, hệ số công suất tươngứng 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 (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)

Hình2-2: 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 vàomùa đông và vào mùa hạ)

Hình 2-3: Đồ thị phụ tải năm

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

2.2 Các tham số đặc trưng của phụ tải điện:

a) Công suất định mức:

“ Là thông số đặc trưng chính của phụ tải điện, thường được ghi trên nhãncủa máy hoặc cho trong lý lịch máy”.

Đơn vị đo của công suất định mức thường là kW hoặc kVA Với mộtđộng cơ điện Pđm chính là công suất cơ trên trục cơ của nó

dm

dm d

P P





dm – là hiệu suất định mức của động cơ thường lấy là 0,8  0,85 (vớiđộng cơ không đồng bộ không tải) Tuy vậy với các động cơ công suất nhỏ vànếu không cần chính xác lắm thì có thể lấy Pd Pdm

Chú ý:

+ Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hàn thì công suất địnhmức chính là công suất định mức của máy biến áp và thường cho là [kVA].+ Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tính phụ tải tính toán phải qui đổi vềchế độ làm việc dài hạn (tức phải qui về chế độ làm việc có hệ số tiết điện tươngđối)

P’dm– công suất định mức đã qui đổi về dm %

Sdm; Pdm; cos ; dm % - các tham số định mức ở lý lịch máy của thiết bị.+ Vì tất cả các thiết bị cung cấp điện từ nguồn đến các đường dây tuyền tải đều

là thiết bị 3 pha, các thiết bị dùng điện lại có cả thiết bị 1 pha (thường công suấtnhỏ) Các thiết bị này có thể đấu vào điện áp pha hoặc điện áp dây  khi tínhphụ tải cần phải được qui đổi về 3 pha

* Khi thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng thì công suất tương đươngsang 3 pha:

Pdm td = 3.Pdm fa

Pdm td - Công suất định mức tương đương (sang 3 pha)

Pdm fa- Công suất định mức của phụ tải một pha

* Khi có 1 phụ tải 1 pha đấu vào điện áp dây

dmfa dmtd 3 P

* Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vào nhiều điện áp dây và pha khác nhau:

max dmfa dmtd 3 P

để tính toán cho trường hợp này, trước tiên phải qui đổi các thiết bị 1 pha đấuvào điện áp dây về thiết bị đấu vào điện áp pha Sau đó sẽ xác định được tổngcông suất của 1 pha có phụ tải lớn nhất (Pdmfamax)

b, Phụ tải trung bình:

đ

p đm m

p đ

- Phụ tải trung bình trong thời gian quan sát t là một đặc trưng tĩnh củabiểu đồ Phụ tải trung bình của 1 nhóm là giá trị phụ tải yêu cầu thấp nhất củanhóm phụ tải đó:

T

W T

dt

Q

T t

tb    0

e, Các hệ số đặc trưng của biểu đồ phụ tải:

* Hệ số điền kín: là tỷ số giữa công suất tác dụng (công suất phản kháng) trungbình với công suất tác dụng cực đại(công suất phản kháng cực đại)

P

tb

b tb hdQ Q

tb T

t p P

tb T

t q Q

P

dm

tb sdQ Q

* Hệ số số thiết bị hiệu quả: là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làviệc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế.

2 dmi

2 n

1 i dmi hq

p

p n

2.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:

Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán:

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện

- Chọn số lượng và công suất máy biến áp

- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối

- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

Tuỳ thuộc vào vị trí của phụ tải, vào giai đoạn thiết kế mà người ta dùngphưong pháp chính xác hoặc đơn giản Khi xác định Ptt cần lưu ý một số vấn đề:

+ Đồ thị phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên và bằng phẳnghơn theo mức hoàn thiện kỹ thuật sản xuất (hệ số điền kín phụ tải tăng lên dần)

+ Việc hoàn thiện quá trình sản xuất (tự động hoá và cơ giới hoá) sẽ làmtăng lượng điện năng của xí nghiệp  khi thiết kế cung cấp điện phải tính đến

sự phát triển tương lai của xí nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 nămsau

Các phương pháp xác định phụ tải tính toán và phạm vi sử dụng:

1- Theo công suât trung bình và hệ số cực đại: còn gọi là phương pháp biểu đồhay phương pháp số thiết bị điện hiệu quả - thường được dùng cho mạng điệnphân xưởng điện áp đến 1000V và mạng cao hơn, mạng toàn xí nghiệp

2- Theo công suất trung bình và độ lệch của phụ tải khỏi giá trị trung bình: đây

là phương pháp thống kê - dùng cho mạng điện phân xưởng điện áp đến 1000V.3- Theo công suất trung bình và hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải: dùng chomạng điện từ trạm biến áp phân xưởng cho đến mạng toàn xí nghiệp

4- Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu (cần dùng): dùng để tính toán sơ bộ,ngoài ra còn 2 phương pháp khác

5- Theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm:

6- Theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất:

cả hai phương pháp trên đều dùng để tính toán sơ bộ

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

+ Để xác định Ptt của phụ tải đấu vào 1 máy biến áp hoặc của cả xí nghiệp mỏnói chung, các phụ tải cần được phân thành nhóm:

- Nhóm các phụ tải cùng loại

- Nhóm các phụ tải cùng tham gia vào một khâu công nghệ

- Nhóm các phụ tải cùng hoạt động trong một khu vực của xí nghiệp.+ Tổng công suất tác dụng định mức của các phụ tải trong một nhóm:

Ptt.nh = knc pđi

Qtt.nh = ptt.nh tgtb

tb

nh tt nh tt nh tt tt

P Q

P S



cos.

2

2



knc– hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị (tra bảng)

costb - hệ số công suất của nhóm tb (vì giả thiết là toàn bộ nhóm là cóchế độ làm việc như nhau và cùng chung một hệ số cos)

- Nếu nhóm tbị có nhiều thiết bị với cos khá khác nhau thì costb của nhóm:





1 dmi

n 1 dmi tb

p

cos p cos

+ Khi tính cho toàn xí nghiệp:

2 xn tt xn tt

Nhận xét: phương pháp này có ưu điểm đơn giản, thuận tiện, nhược điểm

là kém chính xác do knc tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy.

2) Xác định phụ tải tính toán theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất:

Theo phương pháp này:

Ptt = p0.F

p0 - xuất phụ tải tính toán trên 1 m2 diện tích sản suất [kw/m2] (tra sổ)

F - diện tích sản xuất đặt thiết bị [m2]

Nhận xét : Phương pháp này chỉ dùng để tính toán sơ bộ.

3) Xác định phụ tải tính toán theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng:

max 0

.

T

W M

P TB 

Trong đó: W0- Suất tiêu hao điện năng cho đơn vị sản phẩm [kwh/1đv].

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

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

Nhận xét: thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải

ít biến đổi: quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân

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

Theo phương pháp này phụ tải tính toán của nhóm thiết bị:

dm sd M tb M

tt K P K K P

Ptb– công suất trung bình của phu tải trong ca mang tải lớn nhất

Pdm– công suất định mức của phụ tải (tổng pdm của tb trong nhóm )

ksd– hệ số sử dụng công suât tác dụng (của nhóm tb.)

KM – hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trung bìnht=30 phút (với Ptt và KM khi không có ký hiệu đặc biệt được hiểu là tính với t=30phút)

a) Hệ số sử dụng công suât:: ksd “là tỉ số giữa công suất trung bình và công suấtđịnh mức” hệ số sử dụng được định nghĩa cho cả Q; I Với thiết bị đơn lẻ kí hiệubằng chữ nhỏ còn với nhóm thiết bị được kí hiệu bằng chữ in hoa

n 1 i

sdi dmi dm

tb sd

p

k p P

P K

có thể xác định theo điện năng:

r sd

A

A

A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải

Ar- điện năng tiêu thụ định mức

Tương tự ta có:

dm

tb sdq

n 1 i

sdqi dmi dm

tb sdq

q

k q Q

Q K

dm

tb sdI

n 1 i

sdi dmi dm

tb sdI

i

k i I

I K

+ Hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ và các nhóm thiết bị đặc trưng được xâydựng theo các số liệu thống kê lâu dài và được cho trong các cẩm nang kỹ thuật.b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: nhq

Định nghĩa: “là số thiết bị điện giả thiết có cùng công suât, cùng chế độlàm việc mà chúng gây ra một phụ tải tính toán, bằng phụ tải tính toán của nhóm

tb có đồ thị phụ tải không giống nhau về công suât và chế độ làm việc”

công thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm có n thiết bị:

2 dmi

2 n

1 i dmi hq

p

p n

Pdmi– công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm

min dm

Ví dụ: xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm có chế độ làm việc dài hạn có số

lượng và công suất như sau: hệ số sử dụng của toàn nhóm ksd = 0,5

* Tính bằng công thức đầy đủ:

20 14 2 10 5 7 6 5 , 4 5 6 , 0 , 10

14 2 10 5 7 6 5 , 4 5 6 , 0 10

2 2

2 2 2

 nhq = n – n1 = 28 – 10 = 18kết quả này sai số 10%

+ khi m > 3 và ksd 0,2 thì:

max dm

n 1 i dmi

hq p

p 2

 29 , 7 30

20

297 P

p 2 n

max dm

n 1 i dmi

hq     



+ Khi không có khả năng sử dụng các phương pháp đơn giản: thì phải sử dụngcác đường cong hoặc bảng tra Bảng và đường cong được xây dựng quan hệ sốthiết bị hiệu quả tương đối theo n* và p* (Bảng 2 -Phụ lục).:

) p

; n ( f

n 1 dmi hq

P 3

p 2

Pdm1 - Tổng công suất của n1 thiết bị

Pdm - Tổng công suất định mức của tất cả thiết bị

p - Tổng công suất của thiết bị một pha tại nút tính toán

Pdmmax - Công suất định mức của thiết bị 1 pha lớn nhất

Km và Km với từng thiết bị và với nhóm thiết bị.

Công suất trung bình có thể tính theo công thức sau:

T

A T

dt ) t ( P P

T 0

tb   

T – Thời gian khảo sát lấy bằng độ dài của ca mang tải lớn nhất

Tương tự ta có hệ số cực đại với dòng điện:

+ Hệ số cực đại liên quan đến 2 đại lượng quan trọng của đồ thị phụ tải là Ptt và

Ptb Trị số của nó phụ thuộc vào số thiết bị dùng điện hiệu quả nhq và nhiều hệ

số khác đặc trưng cho chế độ tiêu thụ của nhóm thiết bị  có nhiều phươngpháp xác định kM của nhiều tác giả khác nhau

+ Trong thực tế thường km được xây dựng theo quan hệ của nhq và ksd dướidạng đường cong hoặc dạng bảng tra  km = f(nhq ; ksd)

+ Cần nhớ rằng kM tra được trong các bảng tra thường chỉ tương ứng với thờigian tính toán là 30 phút Trường hợp khi tính Ptt với t>30 phút (với thiết bị lớn)thì kM sẽ phải tính qui đổi lại theo công thức:

T 2

K 1

MT  

KM - tra được trong bảng (t=30 phút)

t > 30 phút

d) Phụ tải tính toán phản kháng của nhóm thiết bị: Qtt

thường chỉ được tính gần đúng như sau:

n 1

i dmi i tb

p

cos p cos





e) Những trường hợp riêng dùng phương pháp đơn giản để tính Ptt:

+ Khi nhq < 4  trường hợp này không tra được kM theo đường cong

ti dmi

tqi dmi

tt q k Q

Kti và Ktqi - là hệ số tải tác dụng và hệ số tải phản kháng

+ Khi không có số liệu cụ thể lấy gần đúng với thiết bị có chế độ làm việc dàihạn Kt = 0,9; cosdm = 0,8 , còn đối với thiết bị ngắn hạn lặp lại Kt = 0,7 ;cosdm = 0,7.

+ Với nhóm thiết bị làm việc dài hạn, có đồ thị phụ tải bằng phẳng, ít thay đổi(VD: lò điện trở, quạt gió, trạm khí nén, trạm bơm…) ksd  0,6 ; kdk  0,9 (hệ

số điền kín đồ thị phụ tải)  có thể lấy kM = 1

 Ptt = Ptb ; Qtt = Qtb

f) Phụ tải tính toán của các thiết bị một pha:

+ Nếu nhóm thiết bị một pha phân bố đều trên các pha thì phụ tải tính toán củachúng có thể tính toán như đối với thiết bị 3 pha có công suất tương đương Chú

ý trong đó nhq của nhóm thiết bị

+ Nhóm thiết bị một pha có n > 3 có đồ thị phụ tải thay đổi có chế độ làm việcgiống nhau (cùng ksd và cos) đấu vào điện áp dây và pha, phân bố không đềutrên các pha thì phụ tải tính toán tương đương xác định theo công thức:

Ptt tđ = 3.Ptb pha kM = 3 ksd kM Pdm pha

khi nhq 10  Qtt tđ = 3.Qtb pha 1,1 = 3,3.ksdq Qdm pha

= 3,3 ksdp Pdm pha tg (*)khi nhq > 10  Qtt tđ = 3Qtb pha = 3 ksdq.Qdm pha = 3.ksdp.Pdm pha tg (**)

Tính cho pha A:

Ptb (a) = ksd Pdmab p(ab)a + ksd Pdm ac p(ac)a + ksd Pdmao

Qtb (a) = ksdq Qdmab q(ab)a + ksdq Qdmac q(ac)a + ksdq Qdm ao

Ptb tđ = 3 Ptb pha (pha có tải lớn nhất)

tbpha sd

P 2

P P

P K







Pdm0 - tổng công suất định mức của phụ tải 1 pha đấu vào điện áp pha (của phamang tải lớn nhất).

Pdm1 ; Pdm2 - tổng công suất định mức của các thiết bị 1 pha đấu giữa pha mangtải lớn nhất và 2 pha cộng lại

+ Nếu nhóm thiết bị một pha có đồ thị phụ tải bằng phẳng (VD – chiếu sáng, các

lò điện trở 1 pha …) có thể xem kM =1

Ptttđ = Ptb td ; Qtt tđ = Qtbtđ

g) Phụ tải tính toán của nút hệ thống cung cấp điện: (tủ phân phối, đường dâychính, tram biến áp, trạm phân phối điện áp < 1000 V) Nút phụ tải này cung cấpcho n nhóm phụ tải

Ptt = kM n P tbi

khi nhq  10  Qtt = 1,1n Q tbi

nhq > 10  Qtt = n Q tbi

2 tt

2 tt

Qtbi = K

1 dmi sdi

k q

k – số thiết bị trong nhóm thứ i

n – số nhóm thiết bị đấu vào nút

nhq – số thiết bị hiệu quả của toàn bộ thiết bị đấu vào nút

kM– hệ số cực đại của nút Để tra được kM cần biết hệ số sử dụng của nút

P

P K

+ Nếu trong nút phụ tải có n nhóm thiết bị có đồ thị phụ tải thay đổi và m nhóm

công suất của chúng vào phụ tải trung bình của cả nhóm, nhưng các tủ động lực,đường dây cung cấp điện cho chúng vẫn cần có dự trữ thích hợp.

+Trong các nhóm thiết bị trên có xét đến các các phụ tải chiếu sáng và công suấtcủa các thiết bị bù (thiết bị bù có dấu “-“ trong các nhóm)

5) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dạng:

Theo phương pháp này:

Ptt = khdp Ptb

Qtt = khdq Qtb

2 tt

2 tt

p

tb

qp hdp P

P

tb

qp hdq q

q

tb

qp hdq Q

2 pi

A

m





Ap - điện năng tác dụng tiêu thụ 1 ngày đêm

Api- điện năng tác dụng tiêu thụ trong khoảng t=t/m

t - thời gian khảo sát, thường lấy là 1 ngày đêm

m – khoảng chia của đồ thị phụ tải thường lấy là 24 giờ (tức t = 1 giờ) Hệ sốhình dạng có giá trị nằm trong khoảng 1,1  1,2

Idn = Ikd (max) + (Ittnhom– ksd Idm (max)

Ikd (max) - dòng khởi động của động cơ có dòng khởi động lớn nhất trongnhóm máy

Ikd = Kmm Idm

Kmm– hệ số mở máy của thiết bị

= (5 – 7) - động cơ không đồng bộ

= 2,5 động cơ dây quấn

 lò điện, máy biến áp

Idm (max)- đòng định mức của động cơ khi khởi động

Itt - dòng tính toán của toàn nhóm tb

+ Với một thiết bị:

2.4 Phụ tải tính toán của toàn xí nghiệp:

dd 2

3

.

S S

Điểm 4: Điểm tổng hạ áp của các tram biến áp phân xưởng Tại đây phụ tải tínhtoán có thể tính bằng phương pháp hệ số nhu cầu hoặc tổng hợp các phụ tải tạicác điểm 4

) Q j P ( K

8

AB1

6  20 kV 7

1 1 1

1 1 1

2 2

2 4

+ Phụ tải tính toán xí nghiệp cần phải kể đến

dự kiến phát triển của xn trong 5  10 nămtới

Điểm 1: điểm trực tiếp cấp điện đến cácthiết bị dùng điện Tại đây cần xác định chế

độ làm việc của từng thiết bị (xác định kt;

2 P jQ

Điểm 3: Bằng phụ tải điểm 2 cộng thêmphần tổn thất đường dây hạ áp

Bài tập:

1 Xác định phụ tải tính toán của nhóm máy công cụ có số liệu cho ở bảng sau:

STT Tên máy Số lượng U đm (V) p đm (kW) cosφ Đặc điểm

Chương 3: TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP 3.1 Các loại trạm điện:

Các trạm điện của xí nghiệp là nguồn cung cấp điện cho các phụ tảitrong nội bộ xí nghiệp

Tuỳ theo nguồn cung cấp điện năng mà trạm điện của xí nghiệp có thể phânthành:

a, Trạm phát điện cục bộ: trạm gồm các máy phát điện để cung cấp

đủ điện năng cho các phụ tải dùng điện trong xí nghiệp Trạm phát điện cục

bộ chủ yếu chỉ có ở trong các xí nghiệp không thể cung cấp điện từ hệthống điện quốc gia do lý do kinh tế quá lớn hoặc do kỹ thuật không thểkhắc phục được (các giàn khoan ngoài biển khơi )

b, Trạm biến áp chính: trạm nhận điện từ hệ thống điện có điện áp35-220kV biến đổi thành cấp điện áp 10kV, 6kV cá biệt có khi xuống đến0,4kV

c, Trạm hỗn hợp: trạm gồm các máy biến áp nhận điện từ hệ thốngđiện, đồng thời được bố trí một số máy phát cục bộ Loại trạm này thườngđược sử dụng trong trường hợp xí nghiệp có nhiều phụ tải loại 1 nhưng vì

lý do kinh tế mà không đảm bảo dự phòng chắc chắn nguồn cung cấp là hệthống điện

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 cấpthường là 35, 22, 15, 10, 6kV; còn phía hạ áp có thể là 660, 380/220 hay220/127V

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

a, Trạm ngoài trời: loại trạm này chủ yếu áp dụng đối với trạm biến

áp chính của xí nghiệp Ở trạm này các thiết bị điện phía điện áp cao vàmáy biến áp đặt ở ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp đặt ở trongnhà Việc xây dựng trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm được kinh phí xây dựnghơn so với trạm trong nhà

b, Trạm trong nhà: ở trạm này, tất cả các thiết bị đều được đặt trongnhà

3.2 Tính toán chọn máy biến áp:

Lựa chọn máy biến áp bao gồm chọn vị trí, số lượng và công suất củamáy biến áp Việc lựa chọn phù hợp với loại hộ tiêu thụ, phù hợp với chỉ tiêu kỹthuật và kinh tế (phí đầu tư và vận hành)

3.2.1 Vị trí:

Vị trí của trạm biến áp trong xí nghiệp phải thoả mãn các yêu cầu chínhsau:

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến

- An toàn, liên tục cung cấp điện

- Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm bé nhất.

- Ngoài ra, cần lưu ý đến những yêu cầu đặc biệt như: khí ăn mòn, bụi bặmnhiều, môi trường dễ cháy nổ

Vị trí trạm biến áp phân xưởng có thể ở độc lập bên ngoài, liền kề vớiphân xưởng hoặc đặt bên trong phân xưởng

3.2.2 Số lượng và công suất máy biến áp:

Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩnkinh tế, kỹ thuật:

- An toàn, liên tục cung cấp điện: để thực hiện yêu cầu này ta có thể dự kiếnthêm một đường dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của một trạm điện kháccủa xí nghiệp nếu xí nghiệp có từ hai trạm trở lên hoặc bố trí thêm một máy dựtrữ (trong trường hợp sự cố, máy này sẽ vận hành)

- Vốn đầu tư bé nhất: để thực hiện yêu cầu này thì số lượng máy biến áp trongtrạm phải ít nhất, từ đó dẫn đến đơn giản hoá sơ đồ điện, tiết kiệm được thiết bịđóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ role, đồng thời nâng cao được độtin cậy cung cấp điện

- Chi phí vận hành hàng năm bé nhất

Ngoài ra, cần lưu ý đến việc:

+ Tiêu tốn kim loại mầu ít nhất

+ Các thiết bị và khí cụ điện phải được nhập dễ dàng

+ Dung lượng của máy biến áp trong xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại đểgiảm số lượng và dung lượng máy biến áp dự phòng

+ Sơ đồ nối dây của trạm đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải

a) Số lượng máy biến áp: kinh nghiệm thiết kế vận hành cho thấy mỗitrạm chỉ nên đặt 1 máy BA là tốt nhất Khi cần thiết có thể đặt 2 máy, không nênđặt nhiều hơn 2 máy

+ Trạm 1 máy: Tiết kiêm đất, vận hành đơn giản, Ctt nhỏ nhất Nhưngkhông đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện như trạm 2 máy

+ Trạm 2 máy: Thường có lợi về kinh tế hơn trạm 3 máy

+ Trạm 3 máy: chỉ được dùng vào trường hợp đặc biệt

Việc quyết định chọn số lượng máy BA, thường được dựa vào yêu cầucủa phụ tải:

Hộ Loại I: được cấp từ 2 nguồn độc lập (có thể lấy nguồn từ 2 trạm gầnnhất mỗi trạm đó chỉ cần 1 máy) Nếu hộ loại 1 nhận điện từ 1 trạm BA, thì trạm

đó cần phải có 2 máy và mỗi máy đấu vào 1 phân đoạn riêng, giữa các phânđoạn phải có TB đóng tự động

Hộ loai II: cũng cần có nguồn dự phòng có thể đóng tự động hoặc bằngtay Hộ loại II nhận điện từ 1 trạm thì trạm đó cũng cần phải có 2 máy BA hoặctrạm đó chỉ có một máy đamg vận hành và một máy khác để dự phong nguội

Hộ loại III: trạm chỉ cần 1 máy BA

Tuy nhiên cũng có thể đặt 2 máy BA với các lý do khác nhau như: Côngsuất máy bị hạn chế, điều kiện vận chuyển và lắp đặt khó (không đủ không gian

để đặt máy lớn) Hoặc đồ thị phụ tải quá chênh lệch (Kđk 0,45 lý do vận hành),hoặc để hạn chế dòng ngắn mạch Trạm 3 máy chỉ được dùng vào những trường

a Chọn dung lượng máy BA:

Về lý thuyết nên chọn theo chi phí vận hành nhỏ nhất là hợp lý nhất tuynhiên còn khá nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến chọn dung lượng máy BA như:trị số phụ tải, cos; mức bằng phẳng của đồ thị phụ tải Một số điểm cần lưu ýkhi chọn dung lượng máy BA

+ Dẫy công suất BA

Chú ý: Trong cùng một xí nghiệp nên chọn cùng một cỡ công suất vì Ptt

khác nhau (cố gắng không nên vượt quá 2-3 chủng loại) điều này thuận tiện chothay thế, sửa chữa, dự trữ trong kho

Máy BA phân xưởng nên chọn có công suất từ 1000 kVA đổ lại  (làmchiều dài mạng hạ áp ngắn lại  giảm tổn thất…)

* Hiệu chỉnh nhiệt độ: Sdm của BA là công suất mà nó có thể tải liên tụctrong suốt thời gian phục vụ (khoảng 20 năm) với điều kiện nhiệt độ môi trường

là định mức Các máy BA nước ngoài (Châu Âu) được chế tạo với t0 khác môitrường ở ta Ví dụ máy BA Liên Xô cũ qui định:

Nhiệt độ trung bình hàng năm làtb = + 50C Nhiệt độ cực đại trong năm là cd = +350C

 dung lượng máy biến áp cần được hiệu chỉnh theo môi trường lắp đặtthực tế:

) 100

5 1

( S

dm

' dm





tb– nhiệt độ trung bình nơi lắp đặt

Sdm - Dung lượng định mức BA theo thiết kế

S'

dm - Dung lượng định mức đã hiệu chỉnh

Ngoài ra còn phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ cực đại của môi trường xungquanh Khi cd > 350C  công suất của BA phải giảm đi cứ mỗi độ tăng thêm,dung lượng phải giảm đi 1% cho đến khi cd = 450C Nếu cd > 450C phải đượclàm mát nhât tạo

* Quá tải máy BA: trong vận hành thực tế vì phụ tải luôn thay đổi nênphụ tải của BA thường không bằng phụ tải định mức của nó, mà mức độ già hoácách điện được bù trừ nhau ở máy BA theo phụ tải Vì vậy trong vận hành có thểxét tới khả năng cho phép máy BA làm việc lớn hơn phụ tải định mức của nó(một lượng nào đó) Nghĩa là cho phép nó làm việc quá tải nhưng sao cho thời

hạn phục vụ của nó không nhỏ hơn 20  25 năm  xây dựng qui tắc tính quátải:

+ Quá tải bình thường của BA (dài hạn)

+ Quá tải sự cố của BA (ngắn hạn)

Khả năng quá tải BA lúc bình thường:

Qui tắc đường cong:

“ Mức độ quá tải bình thường cho phép tuỳ thuộc vào hệ số điền kín củaphụ tải hàng ngày” Kqt = f(kdk , t)

cd

tb cd

tb

I S

S

K  Đường cong quá tải BA theo phương pháp này được xây dựng theo quan

hệ giữa hệ số quá tải Kqt và thời gian quá tải hàng ngày (xem hình 3-1)

Hình 3-1

Qui tắc 1 %: “ Nếu so sánh phụ tải bình thường một ngày đêm của máy

BA với dung lượng định mức của nó Thì ứng với mỗi phần trăm non tải trongnhững tháng mùa hạ, thì máy BA được phép quá tải 1% trong những tháng mùađông, nhưng tổng cộng không được quá 15 %”

Qui tắc 3 %: “Trong điều kiện nhiệt độ không khí xung quanh khôngvượt quá +350C Cứ hệ số phụ tải của máy BA giảm đi 10 % so với 100% thìmáy BA được phép quá tải 3 %”

Có thể áp dụng đồng thời cả 2 qui tắc để tính quá tải nhưng cần phải đảmbảo giới hạn sau:

+ Với may BA ngoài trời không vượt quá 30 %

+ Với máy BA đặt trong nhà không vượt quá 20 %

Khả năng quá tải sự cố:

Quá tải sự cố máy biến áp không phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ xungquanh và trị số phụ tải trước khi quá tải Thông số này được nhà máy chế tạo quiđịnh, có thể tra trong các bảng

Khi không có số liệu tra, có thể áp dụng nguyên tắc sau để tính quá tải sự

cố cho bất kỳ máy BA nào

“ Trong trường hợp trước lúc sự cố máy BA tải không quá 93 % công suấtđịnh mức của nó, thì có thể cho phép quá tải 40 % trong vòng 5 ngày đêm vớiđiều kiện thời gian quá tải trong mỗi ngày không quá 6 giờ”

* Chọn dung lượng máy BA theo phụ tải tính toán:

Vì phụ tải tính toán là phụ tải lớn nhất mà thực tế không phải lúc nào cũngnhư vậy  Cho nên dung lượng chọn theo Stt không nên chọn quá dư Ngoài racòn phải chú ý đến công suất dự trữ khi xẩy ra sự cố 1 máy (dành cho trạm có 2máy) Những máy còn lại phải đảm bảo cung cấp được một lượng công suất cầnthiết theo yêu cầu của phụ tải

+ Trong điều kiện bình thường:

- Trạm 1 máy Sdm Stt

- Trạm n máy n.Sdm Stt

Sdm– dung lượng định mức đã hiệu chỉnh nhiệt độ của BA

Stt - Công suất tính toán của trạm

Trường hợp cần thiết có thể xét thêm quá tải lúc bình thường, như vậy cóthể cho phép chọn được máy BA có dung lượng giảm đi  tiết kiêm vốn đầu tư

+ Trường hợp sự cố 1 máy BA: (xét cho trạm từ 2 máy trở lên) hoặc đứtmột đường dây:

- Với trạm 2 máy kqt.Sdm  Ssc

- Tram n máy (n-1).kqt.Sdm Ssc

Sdm– dung lượng định mức của máy BA đã hiệu chỉnh nhiệt độ

Ssc - Phụ tải mà trạm vẫn cần phải được cung cấp khi có sự cố

kqt - hệ số quá tải sự cố của máy BA Khi không có số liệu tra có thể lấy

kqt = 1,4 với điều kiện hệ số taie trước lúc sự cố không quá 93 % và không tảiquá 3 ngày, mỗi ngày không quá 6 giờ

3.3 Sơ đồ nối dây của trạm

3.3.1 Yêu cầu:

Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp là sơ đồ đấu dây (1 dây hay 3 dây) giữa cácthiết bị cao áp, hạ áp trong trạm biến áp như máy biến áp, các thiết bị thao tác(máy cắt, cầu dao cách ly ) và hệ thống góp điện (thanh cái, dây góp…)…Vìvậy, sơ đồ nguyên lý phải thoả mãn các yêu cầu chặt chẽ của các phụ tải đượctrạm biến áp cung cấp điện trong vận hành bình thường, sửa chữa và khi sự cố

Sơ đồ nguyên lý cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện: tuỳ theo tính chất của phụ tải lấy

điện từ trạm biến áp, sơ đồ nguyên lý phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện vớichất lượng điện năng cao trong suốt quá trình sử dụng

- Đảm bảo tính linh hoạt: sơ đồ cho phép vận hành linh hoạt trong mọi

trường hợp khi xảy ra sự cố hay sửa chữa từng phần, cho phép điều độ dễ dàngtrong những trường hợp khó khăn, phức tạp

- Đảm bảo an toàn: sơ đồ cho phép vận hành an toàn khi bình thường

cũng như khi sửa chữa và xảy ra sự cố Đảm bảo an toàn cho người vận hành vàthiết bị không bị hỏng hóc nặng khi sự cố hay vận hành nhầm lẫn

- Đảm bảo kinh tế nhất: sơ đồ nguyên lý thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật

nhưng lại tiết kiệm nhất, sử dụng ít thiết bị nhất và có biện pháp bảo vệ tốt cácthiết bị nói trên

3.3.2 Các dạng sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp

Sơ đồ nguyên lý chỉ được xây dựng sau khi đã biết được tính chất của cácphụ tải cần cung cấp điện và xác định được số lượng máy biến áp Việc xâydựng sơ đồ nguyên lý là sự lựa chọn sơ đồ đấu dây của hệ thống góp điện (dâygóp, thanh góp ) và bố trí các thiết bị thao tác, điện lực, đo lường và bảo vệ thoảmãn các yêu cầu đã nêu ở trên Trên hình 3-2 giới thiệu một số hệ thống thanhgóp cơ bản thường sử dụng trong trạm biến áp mỏ

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý thanh cái trạm biến áp

a, đơn, không phân đoạn

b, đơn, phân đoạn bằng cầu dao cách

ly

c, đơn, phân đoạn bằng máy cắt

d, kép, phân đoạn bằng máy cắt

Hệ thống thanh góp đơn, phân đoạn bằng cầu dao cách ly (b) là loại tươngđối đơn giản, dùng nhiều trong các trạm biến áp có 2 máy biến áp Sơ đồ nàythoả mãn cả 4 yêu cầu đối với sơ đồ nguyên lý trạm biến áp, song đối với yêucầu 1 độ đảm bảo thấp vì thời gian mất điện khi sự cố tương đối lâu Vì sử dụngphân đoạn bằng dao cách ly nên sơ đồ không được sử dụng ở các trạm có phụ tảiloại I

Nhược điểm trên có thể khắc phục bằng cách sử dụng sơ đồ thanh cái đơn,phân đoạn bằng máy cắt (c) Nhờ máy cắt phân đoạn nên bảo vệ chắc chắn khi

có sự cố, đồng thời cho phép sử dụng hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng(tdd) và do đó rất thích hợp cho trạm biến áp có phụ tải điện loại I

Trong các trạm biến áp công suất lớn, nhiều phụ tải quan trọng để đảm bảo cungcấp điện tin cậy thường sử dụng hệ thống thanh cái kép phân đoạn bằng máy cắt (d).Đối với công nghiệp mỏ ít sử dụng sơ đồ loại này vì cồng kềnh, sử dụng nhiều máy cắt

thường xuyên và định kỳ hệ thống thanh cái đơn, phân đoạn bằng máy cắt thích hợp chocông việc cung cấp điện tin cậy cho phụ tải loại I.

Ngày nay các thiết bị cao áp (6-10kV) được bố trí trọn bộ trong các tủđiện cao áp và do yêu cầu lựa chọn đồng bộ thiết bị nên việc chọn giữa máy cắt

và cầu dao cách ly không có ý nghĩa lớn về kinh tế Ý nghĩa đó chỉ thể hiện khichọn thiết bị phía cao áp (35-110kV) Do đó ở phía đầu vào của máy biến áp, kếthợp với yêu cầu của bảo vệ rơle, việc bố trí máy cắt ở từng vị trí sơ đồ cần phảiđược cân nhắc kỹ càng

Hình 3-3: sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính

a Sơ đồ nối dây trạm hạ áp trung gian:

Sơ đồ nối dây phía sơ cấp của trạm loại này phụ thuộc các thông số: điện ápcung cấp, số lượng và công suất máy biến áp, chế độ làm việc, độ tin cậy yêucầu, sự phát triển trong tương lai… do vậy có rất nhiều phương án để giải quyếtvấn đề, tuy nhiên rất ít hoặc không có phương án nào thỏa mãn hết các yêu cầu.Sau đây là một số sơ đồ nối dây trạm biến áp thông dụng Các trạm nàythường được thực hiện theo dạng sau:

 Nối đến hệ thống bằng một hoặc hai lộ, hai lộ đến thường không có thanhcái

 Phía điện áp thứ cấp (điện áp phân phối) người ta dùng sơ đồ với thanh cáiđơn hay thanh cái kép

b Trạm phân phối chính:

Trạm nằm trong phạm vi xí nghiệp, thanh cái cao áp ngoài nối với hệ thốngcòn nối với nhà máy điện địa phương hay tổ máy phát điện riêng Thanh cái cóthể là đơn hay kép với máy cắt phân đoạn do được nối vào nguồn lớn nên cácphụ tải có thể lắp các cuộn kháng để giảm dòng ngắn mạch nếu có

c 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 cácphân xưởng Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các

lộ chính

d Trạm hạ áp phân xưởng:

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

*) 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

Hình 3-4: Trạm có một MBA và Trạm nhiều MBA

*) 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 3-4 d

*) Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn:

Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo thành nhiều ngăn (Hình 3-5) Mỗingăn bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thiết bị đo lường và bảo vệ Tùy theo dòngphụ tải mà máy cắt có thể là máy cắt dầu, không khí và đôi khi là máy cắt chânkhông

 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

 Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết

*) 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 bàng 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 3-6: Trạm hạ áp ngoài trời

*) Trạm hạ áp phân xưởng trong nhà:

Đối với trạm công suất lớn (hơn 320MVA), khi có các yêu cầu trong vậnhành, hoặc trong điều kiện đặc biệt như không khí độc hại trong quá trình sảnxuất, 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 phụtải điện áp cao các khi cụ ở phần cao áp là cầu chì ống, máy cắt phụ tải với cầuchì, máy cắt dầu

Trạm có thể có một hay nhiều buồng tùy theo số lượng máy biến áp cácbuồng 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 phũng 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

*) 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

Hình 3-7: Tủ chế tạo sẵn

Chương 4: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

4.1 Khái niệm chung:

4.1.1 Khái niệm về ngắn mạch:

Ngắn mạch là hiện tượng mạch

điện bị chập lại ở một điểm nào đó

làm cho tổng trở mạch nhỏ đi, dòng

điện trong mạch sẽ tăng cao đột

ngột và điện áp giảm xuống Việc

dòng điện tăng cao quá mức sẽ gây

các hậu quả nghiêm trọng:

 Xuất hiện lực điện động lớn có

khả năng phá hủy kết cấu của các

thiết bị điện, tiếp tục gây chạm

x: điện kháng tổng hợp trong đơn vị tương đối

Ickm: biên độ của thành phần chu kỳ, I ckm  2.i"

rcủamạch, vị trí ngắn mạch và các đặc trưng của mạch điện

Trung bình có thể lấy giá trị như sau:

 Ngắn mạch tại thanh góp điện áp máy phát hoặc đầu cao áp của máy biến áptăng: kxk = 1,9

 Ngắn mạch ở các thiết bị cao áp xa máy phát: kxk = 1,8

 Ngắn mạch phía thứ cấp của các trạm hạ áp (S<1000kVA): kxk = 1,3

Đối với động cơ không đồng bộ, độ suy giảm của các thành phần dòng chu

kỳ và tự do do nó cung cấp cho điểm ngắn mạch là gần như nhau, có thể lấy:

 Động cơ cỡ lớn : kxkđ = 1,8

Hình 4-4 Đồ thị biến thiên dòng điện trong quá trình quá độ.

Bảng 4-1 Tóm tắt các loại ngắn mạch

Thông thường các dạng ngắn mạch phải được cô lập khỏi hệ thống Đối vớimạng điện trong mỏ hầm lò, do sử dụng mạng trung tính cách ly nên dòng ngánmạch một pha tương đối nhỏ, sự cố này được phát hiện nhờ máy biến áp ba phatam giác hở (role rò)

4.1.3 Mục đích và yêu cầu của tính toán ngắn mạch:

Khi thiết kế và vận hành các hệ thống điện, nhằm giải quyết nhiều vấn đề kỹthuật yêu cầu tiến hành hàng loạt các tính toán sơ bộ, trong đó có tính toán ngắnmạch

Tính toán ngắn mạch thường là những tính toán dòng, áp lúc xảy ra ngắnmạch tại một số điểm hay một số nhánh của sơ đồ đang xét Tùy thuộc mục đíchtính toán mà các đại lượng trên có thể được tính ở một thời điểm nào đó haydiễn biến của chúng trong suốt cả quá trình quá độ Những tính toán như vậy cầnthiết để giải quyết các vấn đề sau:

 So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện

 Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện

 Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ

 Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng

Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch một cách chính xácrất khó khăn Do vậy tùy thuộc yêu cầu tính toán mà trong thực tế thường dùngcác phương pháp thực nghiệm, gần đúng với các điều kiện đầu khác nhau để tínhtoán ngắn mạch

Chẳng hạn để tính chọn máy cắt điện, theo điều kiện làm việc của nó khingắn mạch cần phải xác định dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có Muốn vậy,người ta giả thiết rằng ngắn mạch xảy ra lúc hệ thống điện có số lượng máy phátlàm việc nhiều nhất, dạng ngắn mạch gây nên dòng lớn nhất, ngắn mạch là trực

quan đến việc chọn lựa và chỉnh định thiết bị bảo vệ rơle thường phải tìm dòngngắn mạch nhỏ nhất, lúc ấy tất nhiên cần phải sử dụng những điều kiện tính toánhoàn toàn khác với những điều kiện nêu trên.

4.2 Tính toán ngắn mạch mạng cao áp

Trong tính toán ngắn mạch, kết quả thu được là gần đúng, mức độ chính xácphụ thuộc vào cách thức thiết lập sơ đồ thay thế (để tính toán) và độ chính xáccủa phương tiện tính toán ví dụ:

 Nếu không kể đến phụ tải và các phần tử khác thì giá trị dòng ngắn mạch tínhtoán sẽ lớn hơn 2-7% so với giá trị chính xác

 Nếu không kể đến điện trở và phụ tải (khi tính toán chính xác sức điện động),thì dòng ngắn mạch ba pha sẽ lớn hơn giá trị thực khoảng 20%

 Nếu chỉ không lưu ý đến sự khác nhau về module và argument của sức điệnđộng (xem các máy phát điện là như nhau và có sức điện động bằng 1,05e) thìgiá trị tính toán dòng điện ngắn mạch ba pha sẽ nhỏ hơn khoảng 10% so với giátrị chính xác

 Nếu không kể đến sự khác nhau về module và argument của sức điện động(sức điện động bằng 1,05e), đồng thời không kể đến sự khác nhau của phụ tải,thì dẫn đến kết quả dòng điện ngắn mạch ba pha nhỏ hơn so với giá trị chính xáckhoảng 5-8%

 Nếu dùng định lý máy phát điện tương đương (thevenin) để tính toán thìdòng ngắn mạch sẽ là: k

nm

k sun

U I

 zk: tổng trở tương đương của sơ đồ thứ tự thuận được nhận từ chỗ sự cố

 zsun: tổng trở mạch sun tương đương của chỗ sự cố

Sự sai lệch của dòng điện ngắn mạch tính toán so với giá trị thực tế nằmtrong phạm vi trên có thể chấp nhận được khi nghiên cứu một số phạm trù tínhtoán như việc xác định công suất dòng điện ngắn mạch của máy cắt điện

Tuy nhiên trong việc tính toán, lựa chọn đặc tính cho các bảo vệ khoảngcách, so lệch…cần phải tính toán dòng ngắn mạch một cách chính xác

4.2.1 Các phương pháp tính toán

Để tính toán dòng ngắn mạch có thể áp dụng các phương pháp thực dụng gầnđúng như phương giải tích và phương pháp đường cong tính toán, khi cần độchính xác cao phương pháp dùng ma trận và máy tính được dùng

 Phương pháp giải tích

 Phương pháp đường cong tính toán

 Phương pháp dùng ma trận và máy tính để tính toán

4.2.2 Các phương pháp tính toán gần đúng dòng điện ngắn mạch:

Các phương pháp tính thông thường đều phải tuần tự thực hiện các bước sau:

a) Xây dựng các giả thiết, các giả thiết phù hợp với phương pháp tính, mục đíchtính ngắn mạch, phù hợp với từng trường hợp cụ thể…

b) Chọn hệ đơn vị tương đối

c) Thành lập sơ đồ thay thế và thực hiện các phép biến đổi để có thể tính đượcđiện kháng từ nguồn đến điểm ngắn mạch

d) Tính các thành phần của dòng ngắn mạch cần thiết

Sau đây sẽ giới thiệu khái quát hai phương pháp tính gần đúng dòng ngắnmạch là phương pháp giải tích và phương pháp đường cong tính toán

1 Phương pháp giải tích:

a) Bước 1 - xây dựng các giả thiết: khi xảy ra ngắn mạch sự cân bằng công

suất từ điện, cơ điện bị phá hoại, trong hệ thống điện đồng thời xảy ra nhiều yếu

tố làm các thông số biến thiên mạnh và ảnh hưởng tương hổ nhau Nếu kể đếntất cả những yếu tố ảnh hưởng, thì việc tính toán ngắn mạch sẽ rất khó khăn Do

đó, trong thực tế người ta đưa ra những giả thiết nhằm đơn giản hóa vấn đề để cóthể tính toán Mỗi phương pháp tính toán ngắn mạch đều có những giả thiếtriêng của nó Ở đây ta chỉ nêu ra các giả thiết cơ bản chung cho việc tính toánngắn mạch

1 Mạch từ không bão hòa: giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích

và tính toán ngắn mạch đơn giản rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và

có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình

2 Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp.

3 Hệ thống điện 3 pha là đối xứng.

4 Bỏ qua dung dẫn của đường dây: giả thiết này không gây sai số lớn,

ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thỡ mới xộtđến dung dẫn của đường dây

5 Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần

kháng Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao,ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắnmạch hoặc khi tính toán ngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trênkhông tiết diện bé Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điệnkhông chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng

6 Xét đến phụ tải một cách gần đúng: tùy thuộc giai đoạn cần xét trong

quá trình quá độ có thể xem gần đúng tất cả phụ tải như là một tổng trở khôngđổi tập trung tại một nút chung

7 Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góc

lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trongquá trình ngắn mạch Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phátđiện tăng lên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽlàm cho việc tính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là lớnnhất Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầucủa quá trình quá độ (0,1 ÷ 0,2 sec)

b) Bước 2 - Chọn đơn vị tương đối:

Bất kỳ một đại lượng vật lý nào cũng có thể biểu diễn trong hệ đơn vị có tênhoặc trong hệ đơn vị tương đối