Giáo trình: Cung cấp điện

Giáo trình: Cung cấp điện

http://www.ebook.edu.vnTập bài giảng môn học cung cấp điện dùng chung cho ngành HTĐ và các ngành điện khác hoặc các ngành khác có liện quan. Đây chỉ là tài liệu tóm tắt dùng làm bài giảng của tác giả Trân Tấn Lợi. Khi sử dụng cho các đối tợng khác nhau tác giả sẽ có những thêm bớt cho phù hợp hơn. Chơng I Bài mở đầu: Các tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp công nghiệp Bộ môn phát dẫn điện xuất bản 1978 (bản in roneo). 2. Giáo trình CCĐ (tập 1 và 2) Nguyễn Công Hiền và nhiều tác giả xuất bản 1974,1984. 3. Thiết kế CCĐ XNCN. Bộ môn phát dẫn điện (bản in roneo khoa TC tái bản). 4. Một số vấn đề về thiết kế và qui hoach mạng điện địa phơng Đặng Ngọc Dinh và nhiều tác giả. 5. Giáo trình mạng điện Bộ môn phát dẫn điện. Một số tài liệu nớc ngoài hoặc dịch: 1. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lợng 1972 2. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Tg: Epmulov NXB-Năng lợng 1976 3. Sách tra cứu về cung cấp điện (tập I & II sách dịch). Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lợng 1980. Giới thiệu các chơng của giáo trình: Chơng I: Những vấn đề chung về TH-CCĐ. Chơng II: Phụ tải điện. Chơng III: Cơ sở so sánh-kinh tế kỹ thuật trong CCĐ. Chơng IV: Sơ đồ CCĐ và trạm biến áp. Chơng V: Tính toán mạng điện trong xí nghiệp. Chơng VI: Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện. Chơng VII: Tính toán dòng ngắn mạch. Chơng VIII: Lựa chọn thiết bị điện. Chơng IX: Bù công suất phản kháng trong mạng xí nghiệp. Chơng X: Bảo vệ rơ-le trong mạng điện xí nghiệp. Chơng XI: Nối đất và chiếu sáng. Chơng XII: Chiếu sáng công nghiệp. Chơng I Những vấn đề chung về HT-CCĐ 1.1 Khái niệm về hệ thống điện: Ngày nay khi nói đến hệ thông năng lợng, thông thờng ngời ta thờng hình dung nó là hệ thông điện, tơng tự nh vậy đôi lúc ngờng ta gọi Khoa điện là Khoa năng lợng, đó không phải là hiện tợng ngẫu nhiên mà nó chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lợng điện đã có u thế trong sản xuất,khai thác và truyền tải, cho nên hầu nh toán bộ năng lợng đang khai thác đợc trong tự nhiên ngời ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trớc khi sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối và CCĐ điện năng đến từng hộ sử dụng điện. Một số u điểm của điện năng: + Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lợng khác (Quang, nhiệt, hoá cơ năng). + Dễ chuyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao. + Không có sắn trong tự nhiên, đều đợc khai thác rồi chuyển hoá thành điện năng. ở nơi sử dụng điện năng lại dẽ dàng chuyển thành các dạng năng lợng khác Ngày nay phần lớn năng lợng tự nhiên khác đợc khai thác ngay tại chỗ rồi đợc đổi thành điện năng (VD NM nhiệt điện thờng đợc xây dựng tại nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn nớc). Đó cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống tryền tải, phân phối và cung cấp điện năng mà chung ta thờng giọ là hệ thông điện. Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu tryền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem HV.) NL sơ cấp~ ~NMĐ1 NMĐ210 kV 10 kV110 kV220 kV35 kV6; 10 kV0,4 kV phân phối & cung cấp điện năng (CCĐ) sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) HV. 01 http://www.ebook.edu.vnTừ đó cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có một ý nghĩa hẹp hơn Định nghĩa: Hệ thông cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vài nét đặc trng của năng lợng điện: 1- Khác với hầu hết các sản phẩm, điện năng đợc sản xuất ra, nói chung không tích trữ đợc (trừ vài trờng hợp đặc biệt với công suất nhỏ nh pin, acqui ) Tại mỗi thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cần bằng giữa lợng điện năng sản xuất ra và tiêu thụ có kể đến tổn thất trong khâu truyền tải. Điều này când phải đợc quán triệt trong khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành và điều độ hệ thống điện, nhăm giữ vững chất lợng điện (u & f). 2- Các quá trình về điện xẩy ra rất nhanh. Chẳng hạn sóng điện từ lan tuyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 30 000 000 km/s (quá trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền) Đóng cắt của các thiết bị bảo v.v đều phải xẩy ra trong vòng nhỏ hơn 1/10 giây cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ. 3- Công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế qquốc dân (luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp dệt). là một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển nhịp nhành trong cấu trúc kinh tế. Quán triệt đặc điểm này sẽ xây dựng những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với cacs ngành kinh tế Các vùng lãnh thổ khác nhau Mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lới truyền tải, phân phối nhằm đáp ứng sự phát triển cân đối, tránh đợc những thiệt hại kinh tế quốc dân do phải hạn chế nhu cầu của các hộ dùng điện. Nội dung môn học: Nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế hệ thống CCĐ-XN nói chung và HTĐ nói riêng. Một phơng án CCĐ đợc gọi là hợp lý phải kết hợp hài hoà một loạt các yêu cầu nh: Tính kinh tế (vốn đầu t nhỏ). Độ tin cây (xác suất mất điện nhỏ). An toàn và tiện lợi cho việc vận hành thiết bị. Phải đam bào đợc chất lợng điện năng trong phạm vi cho phép (kỹ thuật). Nh vậy lời giải tối u khi thiết kế HTĐ phải nhận đợc từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển năng lợng của vùng; Phải đợc phối hợp ngay trong những vấn đề cụ thể nh Chọn sơ đồ nối dây của lới điện, mức tổn thất điện áp . Việc lựa chọn PA CCĐ phải kết hợp với vviệc lựa chọn vị trí, công suất của nhà máy điện hoặc trạm biến áp khu vực. Phải quan tâm đến đạc điểm công nghệ của xí nghiệp, xem xét sự phát triển của xí nghiệp trong kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc ). Vì vậy các dự án về thiết kế CCĐ-XN, thờng đợc đa ra đồng thời với các dự án về xây dựng, kiến trúc, cấp thoát nớc v.v và đợc duyệt bởi một cơ quan trung tâm. ở đây có sự phối các mặt trên quan điểm hệ thống và tối u tổng thể. 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác nhau (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu của từng loại hộ phụ tải). a) Theo điện áp và tần số: căn cứ vào Udm và f * Hộ dùng điện 3 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 3 pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 1 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện làm việc với tần số 50 Hz. * Hộ dùng dòng điện một chiều. 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 mà nhiệt độ không vợt quá giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén). Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại, động cơ dóng mở van của TB thuỷ lực). Ngắn hạn lập lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của TB xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn đợc đặc trng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện và thời gian toàn chu trình sản suất (VD máy nâng; TB 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 đợc CCĐ với mức độ tin cậy khác nhau và phân thành 3 loại. Hộ loại I: Là hộ mà khi sự cố ngứng CCĐ sẽ gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con ngời, hoặc ảnh hởng có hại lớn về chính trị gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải đợc CCĐ từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng CCĐ rất nhỏ, thời gian ngừng CCĐ thờng chỉ đợc phép bằng thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD xí nghiệp luyện kim, hoá chất lớn). Hộ loại II: Là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhng khi ngừng CCĐ chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do h hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v Hộ loại II đợc CCĐ từ 1 hoặc 2 nguồn thời gian ngừng CCĐ cho phép bằng thời gian để đóng TB dự trữ bằng tay (XN cơ khí, dệt, công nghiệp nhẹ, công nghiệp địa phơng). 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 nhng không quá một ngày đêm. Hộ loại III thờng đợc CCĐ băng một nguồn. 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực công nghiệp. 2) Các thiết bị chiếu sáng. (thờng 1 pha, ĐTPT bằng phẳng, cos = 1-0,6). 3) Các TB biến đổi. 4) Các động cơ truyền động máy gia công. http://www.ebook.edu.vn5) Lò và các thiết bị gia nhiệt. 6) Thiết bị hàn. (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải Udm ; fdm ; cos ; đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 2 hoặc 3). 1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thông CCĐ đợc đánh giá băng chất lợng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục CCĐ. *Tính liên tucj CCĐ: hệ thống CCĐ phải đảm bảo đợc việc CCĐ liên tục theo yêu cầu của phụ tải (yêu cầu của hộ loại I; II & III). Chỉ tiêu này thờng đợc cụ thể hoá bằng xác suất làm việc tin cậy của trên cơ sở này ngời ta phân các hộ tiêu thụ thành 3 loại hộ mà trong thiết kế cần phải quán triẹet để có đợc PA CCĐ hợp lý. * Tần số: độ lệch tần số cho phép đợc qui định là 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thông điện đợc ổn định công suất tiêu thụ phải < công suất của HT. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thờng phải đặt thêm TB tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của XN hoặc TB bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số. *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức đợc qui định nh sau: (ở chế độ làm việc bình thờng). + Mạng động lực: [U%] = 5 % Udm + Mạng chiếu sáng: [U%] = 2, 5 % Udm Trờng 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 ữ 20 %)Udm . Tuy nhiên vì phụ tải điện luôn thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nhau ở các nút của phụ tải điều chỉnh rất phức tạp. Để có những biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả sự diễn biến của điện áp không những theo độ lệch so với giá trị định mức, mà còn phải thể hiện đợc mức độ kéo dài. Khi đó chỉ tiêu đánh giá mức độ chất lợng điện áp là giá trị tích phân. dtUU)t(UT0dmdm Trong đó: U(t) - giá trị điện áp tại nút khảo sát ở thời điểm t. T - khoảng thời gian khảo sát. Udm - giá trị định mức của mạng. Khi đó độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) đợc mô tả nh một đại lợng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, và một trong những mục tiêu quan trọng của điều chỉnh điện áp là: sao cho giá trị xác suất để trong suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp năm trong phamj vi cho phép, đạt cực đại. Ngaòi ra khi nghiên cứu chất lợng điện năng cần xét đến hành vi kinh tế, nghĩa là phải xét đến thiệt hại kinh tế do mất điện, chất lợng điện năng xấu. Chẳng hạn khi điện áp thấp hơn định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động cơ thấp hơn định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động cơ giảm v.v Từ đấy xác định đợc giá trị điện áp tối u. Mặt khác khi nghiên cu chất lợng điện năng trên quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa là điều chỉnh điện áp và đồ thị phụ tải sao cho tổng số điện năng sử dụng với điện áp cho phép là cực đại. Những vấn đè nêu trên cần có những nghiên cu tỉ mỉ dựa trên những thông kê có hệ thông về phân phối điện áp tại các nút, suất thiệt hại kinh tế do chất lợng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu thờng 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 dới tải. 6 - Kháng điện. 7 Máy biến dòng điện. 8 Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 Cầu dao cách ly. 12 Máy cắt phụ tải. 13 Tụ điện bù. ~Đ http://www.ebook.edu.vn14 Tủ điều khiển 15 Tủ phân phối. 16 Tủ phân phối động lực. 17 Tủ chiếu sáng làm việc. 18 Tủ chiếu sáng cục bộ. 19 Khởi động từ. 20 - Đèn sợi đốt. 21 - Đèn huỳnh quang. 22 Công tắc điện. 23 ổ cắm điện. 24 Dây dẫn điện. 25 Dây cáp điện 26 Thanh dẫn (thanh cái). 27 Dây dẫn tần số 50 Hz 28 Dây dẫn mạng hai dây. 29 Dây dẫn mạng 4 dây. 30 - Đờng dây điện áp U 36 V. 31 Đờng dây mạng động lực 1 chiều. 32 Chống sét ống. 33 Chông sét van. 34 Cầu chì tự rơi. http://www.ebook.edu.vn http://www.ebook.edu.vnChơng II Phụ tải điện Vai trò của phụ tải điện: trong XN có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ bằng công suất định mức của chúng. Nhng mặt khác chúng ta lại cần xác định phụ tải điện. Phụ tải điện là một hàm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), và vì vậy chung không tuân thủ một qui luật nhất định cho nên việc xác định đợc chúng là rất khó khăn. Nhng phụ tải điện lại là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của HTĐ. Công suất mà ta xác định đợc bằng cách tính toán gọi là phụ tải tính toán Ptt. Nếu Ptt < Pthuc tê Thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ. Nếu Ptt > Pthuc tê Lãng phí. Do đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định Ptt sát nhất với P_thực tế. Chủ yếu tồn tại 2 nhóm phơng pháp. + Nhóm phơng pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và đợc tổng kết lại bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phơng pháp này là: Thuận lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhng thờng cho kết quả kém chính xác). + Nhóm thứ 2 là nhóm phơng pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có u điểm ngợc lại với nhóm trên là: Cho kết quả khá chính xác, xong cách tính lại khá phức tạp ). 2.1 Đặc tính chung của phụ tải điện: 1) Các đặc trng chung của phụ tải điện: Mỗi phụ tải có các đặc trng riêng và các chỉ tiêu xác định điều kiện làm việc của mình mà khi CCĐ cần phải đợc thoả mãn hoặc chú ý tới. (có 3 đặc trng chung). a) Công suất định mức: Là thông số đặc trng chính của phụ tải điện, thờng đợc ghi trên nhãn của máy hoặc cho trong lý lịch máy. Đơn vị đo của công suất định mức thờng là kW hoặc kVA. Với một động cơ điện Pđm chính là công suất cơ trên trục cơ của nó. dmdmdPP= dm là hiệu suất định mức của động cơ thờng lấy là 0,8 ữ 0,85 (với động cơ không đồng bộ không tải). Tuy vậy với các động cơ công suất nhỏ và nếu không cần chính xác lắm thì có thê lấy Pd Pdm. Chú ý: + Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hàn thì công suất định mức chính là công suất định mức của máy BA. và thờng cho là [kVA]. + Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập lại, khi tính phụ tải tính toán phải qui đổi về chế độ làm việc dài hạn (tức phải qui về chế độ làm việc có hệ số tiết điện tơng đối). Động cơ dmdm'dm.PP= Biến áp dmdm'dm.cos.SP= Trong đó: Pdm Công suất định mức đã qui đổi về dm %. Sdm; Pdm; cos ; dm % - Các tham số định mức ở lý lịch máy của TB. b) Điện áp định mức: Udm của phụ tải phải phù hợp với điện áp của mạng điện. Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định mức của lới điện. + Điện áp một pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ hoặc các nơi nguy hiểm. + Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn các thiết bị của xí nghiệp (cấp 220/380 V là cấp đợc dùng rộng rãi nhất). + Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho các lò nung chẩy; các động cơ công suất lớn. Ngoài ra còn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải hoặc CCĐ cho các thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn). Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ hơn nên để thích ứng với việc sử dụng ở các vị trí khacs nhau trong lới. TB chiếu sáng thờng đợc thiết kế nhiều loại khác nhau trong cùng một cấp điện áp định mức. Ví dụ ở mạng 110 V có các loại bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V. Tần số: do qui trình công nghệ và sự đa dạng của thiết bị trong xí nghiệp chúng sử dụng dòng điện với tần số rất khác nhau từ f = o Hz (TB. một chiều) đến các thiết bị có tần số hàng triệu Hz (TB. cao tần). Tuy nhiên chúng vẫn chỉ đợc CCĐ từ lới điện có tần số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần. Chú ý: Các động cơ thiết kế ở tần số định mức 60 Hz vẫn có thể sử dụng đợc ở lới có tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động cơ phải giảm đi theo tỷ lệ của tần số (VD. động cơ ở lới 60 Hz muốn làm việc ở lới có tần số 50 Hz thì điện áp trớc đó của nó phải là 450ữ460 V). 2) Đồ thị phụ tải: Đặc trng cho sự tiêu dùng năng lợng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp. Nó là tài liệu quan trọng trong thiết và vận hành. a) Phân loại: có nhiều cách phân loại + Đồ thị phụ tải tác dụng P(t). * Theo đại lợng đo + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t). + Đồ thị phụ tải điện năng A(t). Đ PđmPđ http://www.ebook.edu.vn + Đồ thị phụ tải hàng ngày. * Theo thời gian khảo sát + Đồ thị phụ tải háng thág. + Đồ thị phụ tải hàng năm. Đồ thị phụ tải của thiết bị riêng lẻ ký hiệu là p(t); q(t); i(t) Của nhóm thiết bị P(t); Q(t); I(t). b) Các loại đồ thị phụ tải thờng dùng: c Đồ thị phụ tải hàng ngày: (của nhóm, phân xởng hoặc của XN). thờng đợc xét với chu kỳ thời gian là một ngày đêm (24 giờ) và có thể xác định theo 3 cách. + Bằng dụng cụ đo tự động ghi lại (VH- 2a) + Do nhân viên trực ghi lại sau những giờ nhất định (HV-2b). + BBiểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình trong những khoảng nhất định (HV-2c). + 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 cong làm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện năng tiêu thụ + Các thông số đặc trng của đồ thị phụ tải hàng ngày: 1- Phụ tải cực đại Pmax ; Qmax 2- Hệ số công suất cực đại cosmax tơng ứng với tgmax = Qmax /Pmax 3 - Điện năng tác dụng & phản kháng ngày đêm A [kWh]; Ar[kVArh]. 4 Hệ số Costb tơng ứng với tgtb = Ar/A 5 Hệ số điền kín của ĐTPT. maxdkP.24AK = ; maxdkrQ.24ArK = d Đồ thị phụ tải hàng năm: Gồm hai loại + ĐTPT hàng tháng + ĐTPT theo bậc thang Đồ thị phụ tải hàng tháng: đợc xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của xí nghiệp trong một năm làm việc. Đồ thị phụ tải theo bậc thang: xây dựng trên cơ sở của đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thờng chọn 1 ngày điển hình vào mua đông và vào mua hạ). Gọi: n1 số ngày mùa đông trong năm n2 số ngày mùa hè trong năm Ti = (t1 + t1).n1 + t2.n2 Các thông số đặc trng của đồ thị phụ tải năm: 1 - Điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong một năm làm việc: A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm] Chúng đợc xác địng bằng diện tích bao bởi đờng ĐTPT và trực thời gian. 2- Thời gian sử dụng công suất cực đại: maxmaxPAT = ; maxrrmaxQAT = 24 P 0 t (giờ) Pmax 24 P 0 t (giờ) 24P0t (giờ)HV-2a HV-2b HV-2c0 2 4 6 8 10 12 tháng P 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 TB. 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. 024 t [giờ] P 024 t [giờ] Pt1 t1 mùa đôngt2 mùa hè0Pi Pmax Ti A8760 [giờ] http://www.ebook.edu.vn3 Hệ số công suất trung bình: Costb tơng ứng với tgtb AAtgrtb= 4 Hệ số điền kín đồ thị phụ tải: 8760TxP8760AKmaxmaxdk== 8760TxQ8760AKrmaxmaxrdkr== Khái niêm về Tmax & : Định nghĩa Tmax: Nếu giả thiết rằng ta luôn luôn sử dụng công suất cực đại thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ tải đó tiêu thụ đợc lợng điện năng do phụ tải thực tế (biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc Tmax gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Định nghĩa Giả thiết ta luôn luôn vận hành với tổn thất công suất lớn nhất thì thời gian cần thiết để gây ra đợc lợng điện năng tổn thất bằng lợng điện năng tổn thất do phụ tải thực tế gây ra trong một năm làm việc, gọi là thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất 3) Chế độ làm việc của phụ tải và qui đổi phụ tải: a) Chế độ làm việc của phụ tải: 3 chế độ Chê độ dài han: Chế độ trong đó nhiệt độ của TB. tăng đến giá trị xác lập và là hằng số không phụthuộc vào sự biến đổi của công suất trong khoảng thời gian bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của cuộn dây. Phụ tải có thể làm việc với đồ thị bằng phẳng với công suất không đổi trong thời gian làm việc (quạt gió, các lò điện trở) hoặc đồ thị phụtải không thay đổi trong thời gian làm việc. Chế độ làm việc ngắn hạn: Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên đến giá trị nào đó trong thời gian làm việc, rồi lại giảm xuống bằng nhiệt độ môi trờng xung quanh trong thời gian nghỉ. Chế độ ngắn hạn lập lại: Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên trong thời gian làm việc nhng cha đạt giá trị cho phép và lại giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhng cha giảm xuống nhiệt độ của môi trờng xung quanh. Đặc trng bằng hệ số đóng điện % 100.Tt100.ttt%cdd0d=+= td thời gian đóng điện cuat TB. t0 thời gian nghỉ. Tc là một chu kỳ công tác và phải nhỏ hơn 10 phút. b) Qui đổi phụ tải 1 pha về 3 pha: Vì tất cả các TB. CCĐ từ nguồn đến các đờng dây tuyền tải đều là TB. 3 pha, các thiết bị dùng điện lại có cả thiết bị 1 pha (thờng công suất nhỏ). Các thiết bị này có thể đấu vào điện áp pha hoặc điện áp dây Khi tính phụ tải cần phải đợc qui đổi về 3 pha. + Khi có 1 TB đấu vào điện áp pha thì công suất tơng đơng sang 3 pha: Pdm td = 3.Pdm fa Pdm td - Công suất định mức tơng đơng (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. dmfadmtdP.3P = + Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vào nhiều điện áp dây và pha khác nhau: maxdmfadmtdP.3P = Để tính toán cho trờng hợp này, trớc tiên phải qui đổi các TB. 1 pha đấu vào điện áp dây về TB. đấu vào điện áp pha. Sau đó sẽ xác định đợc công suất cực đại của 1 pha nào đó (Pdmfamax). 2.1 Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán: 1) Khái niệm về phụ tải tính toán: Tmax ứng với mỗi XN khác nhau sẽ có giá trị khac nhau. + Trị số này có thể tra ở sổ tay và thờng đợc định nghĩa theo P & Q hai thông số này thờng không trùng nhau. + Qua thông kê có thể đa ra Tmaxđiển hình của một số XN. + Tmax lớn đồ thị phụ tải càng bằng phẳng. + Tmax nhỏ đồ thị phụ tải ít bằng phẳng hơn. P Pmax Tmax 0 8760 t 0 8760 Tmax 1 0,8 0,6 và Tmax thờng không bao giờ bằng nhau, tuy nhiên chúng lại có quan hệ rất gắn bó, nhng lại không tỷ lệ tuyến tính vì P không chỉ xuất hiện lúc có tải, mà ngay cả lúc không tải cũng vẫn có tổn thất ngời ta xây dựng quan hệ theo Tmax và cos http://www.ebook.edu.vn Là phụ tải không có thực mà chúng ta cần phải tính ra để từ đó làm cơ sở cho việc tính toán thiêts kế, lựa chọn TB. CCĐ. có 2 loại + Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép. + Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất. Phụ tải tính toán theo phat nóng: Định nghĩa: là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tơng đơng với phụ tải thực tế (biến thiên) về hiệu quả nhiệt lớn nhất. + Trong thực tế thờng dùng phụ tải tính toán tác dụng Ptt vì nó đặc trng cho quá trình sinh công, thuận tiện cho việc đo đạc vận hành. ttttdmttcosIU.3P= Trong tính toán có thể cho phép lấy gần đúng costt = costb . Quan hệ giữa phụ tải tính toán với các phụ tải khác nh sau: Pma x Ptt Pqp Ptb Trong đó: Tdt).t(PPT0tb= T thời gian khảo sát. P(t) - đồ thị phụtải thực tế. =T02qpdt).t(PT1P + Sự phát nóng của dây dẫn là kết quả của sự tác dụng của phụ tải trong thời gian T. Ngời at nhận thấy rằng giá trị trung bình của phụ tải trong thời gian nay PT đặc trng cho sự phát nóng của dây dẫn chính xác hơn so với công suất cực đại tức thời Pmax trong khoảng thời gian đó. T0 hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn vì sau khoảng thời gian này trị số phát nóng đạt tới 95% trị số xác lập. + Trong thực tế T thờng đợc lấy là 30 phút, gần bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của các loại dây dẫn có tiết diện trung bình và nhỏ Nếu hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn lớn hơn so với 10 phút thì công suất cực đại 30 phút phải qui đổi ra công suất cực đại với khoảng thời gian dài hơn. Bên cạnh Ptt còn có Qtt ;Stt và Itt . Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất cho phép: còn gọi là phụtải đỉnh nhọn Pdn ;Qdn ;Sdn ;Idn - là phụ tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn (1ữ2 giây). Nó gây ra tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện và các điều kiện làm việc nặng nề nhất cho mạng. Mà chính lúc đó lại cần phải đảm bảo các yêu cầu của sản xuất. VD moment khởi động của động cơ, chất lợng các mối hàn, độ ổn định của ánh sáng điện. + Đối với phụ tải đang vận hành có thể có đợc bằng cách đo đạc, còn trong thiết kế có thể xác định gần đúng căn cứ vào các giá trị đặc trng của các phụ tải đã có và đã đợc đo đạc thống kê trong quá trình lâu dài. 2) Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán: (theo ĐK phát nóng) Tuy thuộc vào vị trí của phụ tải, vào gai đoạn thiết kế mà ngời ta dùng phong pháp chính xác hoặc đơn giản. Khi xác định Ptt cần lu ý một ssố vấn đề: + Đồ thị phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên và bằng phẳng hơn 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 làm tăng lợng điện năng của xí nghiệp. khi thiết kế CCĐ. phải tính đến sự phát triển tơng lai của xí nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 năm sau. Các phơng 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 phơng pháp biểu đồ hay phơng pháp số thiết bị điện hiệu quả - thờng đợc dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V 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 phơng pháp thống kê - dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V 3- Theo công suất trung bình và hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải: dùng cho mạng điện từ trạm biến áp phân xởng 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 phơng 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 phuoeng pháp trên đều dùng để tính toán sơ bộ 1) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại: Theo phơng pháp này phụ tải tính toán của nhóm thiết bị: dmsdMtbMttP.K.KP.KP == 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 ). Ptb2 P T T Pmax1 Pmax2 Ptb1 t Chính vì thế phụ tải tính toán Pttđợc xác định bằng giá trị cực đại trong các giá trị trung bình trong khoảng thời gian T. Khi đó khoảng thời gian này xê dịch trên toàn bộ đồ thị phụ tải đã cho. + Tồn tại một khoảng thời gian tối u mà phụ tải trung bình lấy trong thời gian đó đặc trng chính xác nhất cho sự thay đổi phát nóng của dây dẫn trong khoảng đó. + Ngời ta thờng lấy: Ttb = 3T0 http://www.ebook.edu.vnKsd hệ số sử dụng công suât tác dụng (của nhóm TB.) KM Hệ số cực đại công suât tác dụng với khoảng thời gian trung bình T=30 phút (với Ptt và KM khi không có ký hiệu đặc biệt đợc hiểu là tính với T=30 phút). a) Hệ số sử dụng công suât:: Ksd là tỉ số giữa công suất trung bình và công suất định mức hệ số sử dụng đợc định nghĩa cho cả Q; I. Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu bằng chữ nhỏ còn với nhóm TB. đợc kí hiệu bằng chữ in hoa. dmtbsdppk = ; ====n1idmjn1isdidmidmtbsdpk.pPPK Có thể xác định theo điện năng: rsdAAK = A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải. Ar - điện năng tiêu thụ định mức. Tơng tự ta có: dmtbsdqqqk = ; ====n1idmjn1isdqidmidmtbsdqqk.qQQK dmtbsdIiik = ; ====n1idmjn1isdidmidmtbsdIik.iIIK + hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ và các nhóm thiết bị đặc trng đợc xây dựng theo các số lieẹu thống kê lâu dài và đợc 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 độ làm 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: ()===n1i2dmi2n1idmihqppn pdmi công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm. n - tổng số thiết bị trong nhóm. + Nếu công suất định mức của tất cả các thiết bị dùng điện đều bằng nhau n=nhq. + Với số thiết bị lớn sử dụng công thức trên không thuận lợi có thể sử dụng công thức gần đúng với sai số 20 %. Các trờng hợp riêng để tính nhanh nhq : + Khi 3PPmmindmmaxdm= và Ksd 0,4 Thì số thiết bị hiệu quả sẽ lấy bằng số thiết bị thực tế của nhóm nnhq= + Khi trong nhóm có n1 thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc bằng 5 % tổng công suất định mức của toàn nhóm ndmindmip%5p1 1hqnnn = Ví dụ: Xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm có chế độ làm việc dài hạn có số lợng và công suất nh sau: Hệ số sử dụng của toàn nhóm Ksd = 0,5 + Tính bằng công thức đầy đủ: ( )2014.210.57.65,4.56,0,1014.210.57.65,4.56,0.10222222=++++++++ + Tính gần đúng: vì nhóm có 10 thiết bị rất nhỏ (0,6 kW) 10x0,6= 6 kW < pdmx 5% = 148,5x5%= 7,4 nhq = n n1 = 28 10 = 18 kết quả này sai số 10%. + Khi m > 3 và Ksd 0,2 thì maxdmn1idmihqpp.2n== Chú ý: nếu tính ra nhq > n nnhq= Số TB Công suât 10 -- 0,6 kW 5 -- 4,5 kW 6 -- 7 kW 5 -- 10 kW 2 -- 14 kW [...]... http://www.ebook.edu.vn 5.4 Tính toán mạng điện kín: 1) Khái niệm chung: Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngời ta thờng sử dụng mạng điện kín. Là mạng điện mà mỗi hộ dùng điện đợc cung cấp ít nhất từ 2 phía. Mạng điện kín đơn giản nhất là đờng dây kép CCĐ cho 1 phụ tải. Ngoài ra mạng điện kín có thể là mạng vòng do một nguồn cung cấp hoặc mạch đờng dây chính có 2 nguån cung cÊp. ... dòng điện tại điểm đó là I m (Xét tam giác vuông đồng dạng sẽ tính ®−ỵc I m ) l 12 1 2 l 12’ = 1/3 l 12 1 2’ ∑ == 120td l.iiI http://www.ebook.edu.vn Tõ ®ã cho thÊy lÜnh vùc cung cÊp ®iƯn cã một ý nghĩa hẹp hơn Định nghĩa: Hệ thông cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vài nét đặc trng của năng lợng điện: ... http://www.ebook.edu.vn 4.5 Lựa chọn cấp điện áp cho HT-CCĐ-XN: 1) Các cấp điện áp dùng trong hệ thống CCĐ-XN: ã Theo chức năng chia 2 loại: + Điện áp CC trực tiếp cho thiết bị. + Điện áp chuyền tải điện năng đến xí nghiệp và các PX. ã Điện áp cấp đến thiết bị: + Thiết bị động lực: 127/220; 220/380; 380/660 V. - Các động cơ công suất lớn 6 ữ 10 kV. + Thiết bị công nghệ khác: lò điện trở 10 MVA CC... cấp điện áp định mức của lới điện. + Điện ¸p mét pha: 12; 36 V sư dơng cho m¹ng chiếu sáng cục bộ hoặc các nơi nguy hiểm. + Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn các thiết bị của xí nghiệp (cấp 220/380 V là cấp đợc dùng rộng rÃi nhất). + CÊp 3; 6; 10 kV: dïng cung cÊp cho các lò nung chẩy; các động cơ công suất lớn. Ngoài ra còn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền... HV-b2.3 TPP TĐL SĐ. hình tia cung cấp cho phụ tải phân tán. SĐ. hình tia cung cấp cho phụ tải tập trung. ĐĐĐĐ SĐ. cung cấp điện bằng thanh cái đặt dọc nhà xởng hoặc nơi có mật độ cao. ĐĐ Đ SĐ. liên thông mạng cáp. SĐ. cung cấp điện bằng đờng dây trục chính. SĐ. cung cấp điện bằng cáp nổi đặt trên sứ pu-ly dọc nhà x−ëng. http://www.ebook.edu.vn Ví dụ: Nhóm có các thiết bị làm việc dài hạn.... Ưu điểm: - Tăng cờng tính liên tục cung cấp điện (vì mỗi hộ đợc 2 nguồn cung cấp) , thờng dùng cho các hộ phụ tải loại 1. - Trong vận hành bình thờng tổn thất điện áp và công suất nhỏ hơn trong mạng hở. Nhợc điểm: - Khi sự cố, chẳng hạn đứt một nhánh ở đầu nguồn mạng trở thành hở, tổn thất công suất và điện áp đều lớn, có thể vợt quá giá trị cho phép. - Thực... thể đợc cung cấp từ máy biến áp chuyên dụng chiếu sáng riêng Chiếu sáng sự cố: Đảm bảo đủ độ sáng tối thiểu, khi nguồn chính bị mất, hỏng nó phải đảm bảo đợc cho nhân viên vận hành an toàn, thao tác khi sự cố và rút khỏi nơi nguy hiểm khi nguồn chính bị mất điện. Nguồn của mạng chiếu sáng sự cố HV-a2.3 HV-b2.3 TPP TĐL SĐ. hình tia cung cấp cho phụ tải phân tán. SĐ. hình tia cung cấp cho... P max .T max = (2000+1000)x2700 = 8 100 000 kWh + Tổn thất điện năng tính theo %: ∆ A% = 02,1100x 8100000 82500 100x A A == ∆ % 5.3 TÝnh tæn thÊt điện áp trong mạng điện: 1) Tổn thất điện áp trên đờng dây cung cấp: có thể dùng phơng pháp đồ thị hoặc phơng pháp giải tích để tính. Xét đờng dây 110; hoặc 220 kV bỏ qua điện dẫn tác dụng thì sơ đồ thay thế cã d¹ng. ... số tiết điện tơng đối). Động cơ dmdm ' dm .PP = Biến áp dmdm ' dm .cos.SP = Trong đó: P dm Công suất định mức đà qui đổi về dm %. S dm ; P dm ; cos ; dm % - Các tham số định mức ở lý lịch máy của TB. b) Điện áp định mức: U dm của phụ tải phải phù hợp với điện áp của mạng điện. Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định... kVA 3 km 4 km 4 km 1000+j1000 500 kW kVA 2 0 1 3 Z 13 Z 01 Z 12 S 1 S 2 S 3 http://www.ebook.edu.vn thờng đợc cung cấp độc lập. trờng hợp thất đặc biƯt (khi mÊt ¸nh s¸ng cã thĨ nguy hiĨm do cháy, nổ.) phải đợc cung cấp từ các nguồn độc lËp: + Bé ¸c qui + M¸y biÕn ¸p cung cấp từ hệ thống độc lập. + Các máy phát riêng. + Phân xởng không đợc phép ngừng chiếu sáng thì có thể sử dụng sơ đồ . thông cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vài nét đặc trng của năng lợng điện: . và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem HV.) NL sơ cấp~ ~NMĐ1 NMĐ210 kV 10 kV110 kV220 kV35 kV6; 10 kV0,4 kV phân phối & cung cấp