Giáo trình: Hệ thống cung cấp điện, Trương Minh Tấn

TRƯỜNG ðẠI HỌC QUI NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ -o0o - TRƯƠNG MINH TẤN GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG CUNG CẤP ðIỆN Qui Nhơn, 2009 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MỤC LỤC LỜI NÓI ðẦU Chương 1: NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ðIỆN 1.1 Khái niệm hệ thống ñiện 4 1.2 Những yêu cầu ñối với phương án cung cấp ñiện 1.3 Một số ký hiệu thường dùng Chương 2: PHỤ TẢI ðIỆN 2.1 Phụ tải ñiện 9 2.2 ðồ thị phụ tải 2.3 Các ñại lượng vật lý phụ tải điện 2.4 Các phương pháp tính phụ tải tính tốn 2.5 Phụ tải tính tốn tồn xí nghiệp 13 16 20 2.6 Biểu ñồ phụ tải Chương 3: TÍNH TỐN KINH TẾ - KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ CUNG CẤP ðIỆN 3.1 Mục đích, u cầu 3.2 Phương pháp tính tốn so sánh kinh tế - kỹ thuật 21 23 23 23 3.3 Tính tốn kinh tế - kỹ thuật cải tạo Chương 4: SƠ ðỒ CUNG CẤP ðIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 25 27 4.1 Cấp ñiện áp 4.2 Nguồn ñiện 4.3 Sơ ñồ nối dây mạng ñiện cao áp 4.4 Sơ ñồ nối dây mạng ñiện hạ áp, mạng phân xưởng 27 29 29 31 4.5 Trạm biến áp Chương 5: TÍNH TỐN ðIỆN TRONG MẠNG ðIỆN ðỊA PHƯƠNG 5.1 Tổn thất cơng suất điện đường dây mạng điện 33 47 47 5.1.1 ðường dây có phụ tải 5.1.2 ðường dây cung cấp cho nhiều phụ tải 5.1.3 Tổn thất cơng suất đường dây có phụ tải phân bố 5.1.4 Tổn thất điện ñường dây 47 47 49 49 5.1.5 Tổn thất điện cơng suất máy biến áp 5.2 Tổn thất ñiện áp mạng ñiện ñịa phương 5.2.1 Xác ñịnh tổn thất ñiện áp ñường dây mạng ñiện ñịa phương 50 52 53 5.2.2 Xác ñịnh tổn thất ñiện áp ñường dây có phụ tải phân bố ñều 5.2.3 Tổn thất ñiện áp đường dây có dây trung tính 5.2.4 Xác định tổn thất điện áp mạng điện địa phương kín 5.2.5 ðiều chỉnh ñiện áp lưới phân phối 55 57 59 64 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 6: LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ðIỆN ðỊA PHƯƠNG 6.1 Khái niệm chung 6.2 Lựa chọn tiết diện dây không cáp theo điều kiện phát nóng 6.3 Lựa chọn tiết diện dây cáp theo ñiều kiện tổn thất ñiện áp cho phép 6.4 Lựa chọn tiết diện dây theo điều kiện phí tổn kim loại màu 6.5 Lựa chọn tiết diện dây theo mật độ dịng ñiện kinh tế 6.6 Lựa chọn tiết diện dây mạng kín Chương 7: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ðIỆN 7.1 Khái niệm chung 72 72 72 74 76 81 84 89 89 7.2.Tính tốn ngắn mạch hệ thống cung cấp ñiện 7.3 Lựa chọn thiết bị tham số theo ñiều kiện làm việc lâu dài 7.4 Kiểm tra thiết bị ñiện 89 93 94 7.5 Lựa chọn máy cắt ñiện 7.6 Chọn kiểm tra máy cắt phụ tải 7.7 Chọn kiểm tra dao cách ly 7.8 Chọn kiểm tra cầu chì 96 97 97 97 7.9 Lựa chọn kiểm tra sứ cách ñiện 7.10 Chọn kiểm tra máy biến dòng BI 7.11 Chọn kiểm tra máy biến ñiện áp BU 7.12 Lựa chọn dẫn ñiện 99 100 101 102 7.12 Lựa chọn kiểm tra thiết bị có điện áp ñến 1000V Chương 8: TIẾT KIỆM ðIỆN NĂNG 8.1 Những vấn ñề chung 103 103 106 8.2 Một số biện pháp bù Chương 9: NỐI ðẤT VÀ CHỐNG SÉT 9.1 Khái niệm nối ñất 9.2 Cách thực tính tốn trang bị nối đất 122 122 116 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI NÓI ðẦU Tài liệu giảng tác giả mơn học “Hệ thống cung cấp điện” cho sinh viên ngành ðiện kỹ thuật Tài liệu gồm chương: Chương 1: Những vấn ñề chung hệ thống cung cấp điện Chương 2: Phụ tải điện Chương 3: Tính toán kinh tế kỹ thuật thiết kế cung cấp ñiện Chương 4: Sơ ñồ cung cấp ñiện trạm biến áp Chương 5: Tính tốn điện mạng điện ñịa phương Chương 6: Lựa chọn tiết diện dây dẫn mạng ñiện ñịa phương Chương 7: Lựa chọn thiết bị ñiện Chương 8: Tiết kiệm ñiện Chương 9: Nối đất chống sét Mục đích tác giả viết tài liệu ñơn giản mong muốn cung cấp cho bạn sinh viên ñang theo học ngành ðiện kỹ thuật, thêm tài liệu bổ trợ cho việc học kỹ, hiểu giảng hỗ trợ việc tự học sinh viên cho bạn ñọc quan tâm ñến vấn ñề Do hạn chế thời lượng dành cho môn học này, nội dung chưa thõa mãn yêu cầu độc giả Tài liệu hồn thành nhờ cổ vũ, khuyến khích tạo điều kiện thuận lợi đồng nghiệp Bộ mơn Kỹ thuật ñiện, khoa Kỹ thuật & Công nghệ, Trường ðại học Qui Nhơn, nơi tác giả cơng tác Tác giả xin ñược gửi lời cảm ơn chân thành Mặc dù nổ lực, song khơng thể khơng có thiếu sót Do tác giả hoan nghênh ý kiến góp ý sửa đổi, bổ sung thêm bạn đọc để hồn thiện tài liệu Thư góp ý xin gửi về: Trường ðại học Qui Nhơn Khoa Kỹ thuật & Cơng nghệ, Bộ mơn Kỹ thuật điện tantmqn@gmail.com CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ðIỆN 1.1 Khái niệm hệ thống ñiện - Hệ thống ñiện bao gồm nhà máy ñiện, trạm biến áp, ñường dây tải ñiện thiết bị khác (như thiết bị ñiều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) ñược nối liền với thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối cung cấp ñiện ñến tận hộ dùng điện, hình 1.1 Hình 1.1 - Hệ thống cung cấp ñiện bao gồm khâu phân phối; truyền tải cung cấp ñiện ñến hộ tiêu thụ điện - ðặc điểm q trình sản xuất phân phối ñiện năng: + Khác với hầu hết sản phẩm, ñiện ñược sản xuất ra, nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp ñặc biệt với công suất nhỏ pin, ac qui ).Tại thời điểm ln ln phải đảm bảo cân lượng ñiện sản xuất tiêu thụ có kể đến tổn thất khâu truyền tải ðiều cần phải ñược quán triệt khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành ñiều ñộ hệ thống ñiện, nhằm giữ vững chất lượng ñiện (u f) + Các q trình điện xảy nhanh.Chẳng hạn sóng điện từ lan tuyền dây dẫn với tốc ñộ lớn xấp sỉ tốc ñộ ánh sáng 30.000.000 km/s (q trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan truyền) ðóng cắt thiết bị bảo vệ vv…đều phải xảy vịng nhỏ 1/10 giây → cần thiết ñể thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ + Cơng nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ ñến nhiều ngành kinh tế quốc dân (luyện kim, hố chất, khai thác mỏ, khí, cơng nghiệp dệt…) → ñộng lực tăng suất lao ñộng tạo nên phát triển nhịp nhàng cấu trúc kinh tế Quán triệt ñặc ñiểm xây dựng ñịnh hợp lý mức độ điện khí hố ngành kinh tế; vùng lãnh thổ khác nhau; mức ñộ xây dựng nguồn ñiện, mạng lưới truyền tải, phân phối → nhằm ñáp ứng phát triển cân ñối, tránh ñược thiệt hại kinh tế quốc dân phải hạn chế nhu cầu hộ dùng ñiện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - ðể nghiên cứu, qui hoạch phát triển hệ thống ñiện ñể quản lý, vận hành, hệ thống ñiện ñược phân chia thành hệ thống tương ñối ñộc lập với nhau: + Về mặt quản lý: • Các nhà máy ñiện nhà máy ñiện tự quản lý • Lưới điện hệ thống cao áp siêu cao áp (≥ 220kV) trạm khu vực cơng ty truyền tải quản lý • Lưới truyền tải phân phối công ty lưới ñiện quản lý, sở ñiện + Về mặt qui hoạch: • Nguồn điện, lưới hệ thống, trạm khu vực ñược qui hoạch tổng sơ ñồ • Lưới truyền tải phân phối ñược qui hoạch riêng + Về mặt điều độ: • ðiều độ trung ương: Gồm phận → Bộ phận huy vận hành làm nhiệm vụ theo dõi ñiều khiển trực tiếp hoạt ñộng hệ thống ñiện, huy điều độ cấp thực chương trình hoạt động định trước Khi xảy tình bất thường thực biện pháp khắc phục nhằm giữ vững chế ñộ → Bộ phận phương thức làm nhiệm vụ chuẩn bị trước chế ñộ vận hành thỏa mãn yêu cầu an toàn, chất lượng phục vụ hiệu kinh tế • ðiều độ ñịa phương ðiều ñộ nhà máy ñiện, ñiều ñộ trạm khu vực, điều độ cơng ty điện • ðiều ñộ sở ñiện: ðiều khiển việc phân phối ñiện nhận từ trạm biến áp cấp quản lý, tải qua lưới cao thế, trạm biến áp trung gian, lưới ñiện phân phối trung, hạ áp ñến hộ dùng ñiện + Về mặt nghiên cứu, tính tốn: • Lưới hệ thống: bao gồm ñường dây tải ñiện trạm biến áp khu vực • Lưới truyền tải (35, 110, 220 kV) • Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV) • Lưới phân phối hạ áp (0,4/0,22 kV) Nội dung mơn học: Nghiên cứu thiết kế, tính tốn, vận hành lưới ñiện trung hạ áp 1.2 Những yêu cầu ñối với phương án cung cấp ñiện - ðộ tin cậy cung cấp ñiện: ñảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng ñiện + Hộ loại 1: hộ quan trọng khơng để điện Nếu điện dẫn đến an ninh trị, trật tự xã hội (sân bay, khu quân sự, ñại sứ quán ); làm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt thiệt hại lớn ñến kinh tế quốc dân (khu công nghiệp, khu chế xuất…); làm nguy hại đến tính mạng người ðối với hộ loại 1, phải cung cấp từ nguồn điện độc lập phải có nguồn dự phịng nóng + Hộ loại 2: bao gồm xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng thương mại dịch vụ Nếu điện gây hư hỏng máy móc, phế phẩm, ngừng trệ sản xuất Cung cấp ñiện loại thường có thêm nguồn dự phịng Nhưng cần phải so sánh vốn đầu tư cho nguồn dự phịng hiệu kinh tế đưa lại khơng bị ngừng cung cấp ñiện + Hộ loại 3: hộ khơng quan trọng cho phép điện tạm thời cần thiết (ánh sáng sinh hoạt thị, nơng thơn) Nhưng điện khơng q ngày đêm Thơng thường, hộ loại ñược cung cấp ñiện từ nguồn - Chất lượng điện năng: gồm có chất lượng điện áp chất lượng tần số + Chất lượng tần số: đánh giá • ðộ lệch tần số so với tần số ñịnh mức: ∆f = f − f đm 100 % f đm (1.1) • ðộ dao ñộng tần số: ðặc trưng ñộ lệch giá trị lớn nhỏ tần số tần số biến thiên nhanh với tốc ñộ lớn 1%/s Theo GOCT 13109-87 Nga độ lệch tần số cho phép ±0,2 Hz với xác xuất 95% (22,8h/ngày), ñộ lệch tối ña cho phép ±0,4 Hz thời gian chế ñộ cố cho phép ñộ lệch ñến ±0,5 Hz ðộ dao ñộng tần số không vượt 0,2 Hz Theo tiêu chuẩn Singapor: ñộ lệch tần số cho phép 1%, tức ±0,5 Hz + Chất lượng điện áp • ðộ lệch ñiện áp so với ñiện áp ñịnh mức δU = U − U ñm 100 % (1.2) U ñm U ñiện áp thực tế cực thiết bị dùng ñiện ðiều kiện: δU- ≤ δU ≤ δU+ δU- , δU+ giới hạn ñộ lệch ñiện áp ðộ lệch ñiện áp cho phép ñược qui định (ở chế độ làm việc bình thường) Mạng ñộng lực: ± 5% Mạng chiếu sáng: ± 2,5% Trường hợp khởi ñộng ñộng mạng ñiện ñang tình trạng cố độ lệch điện áp cho phộp cú th ti -10% ữ 20% ã dao ñộng ñiện áp: biến thiên nhanh ñiện áp ∆U = U max − U 100 % U ñm (1.3) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tốc ñộ biến thiên từ Umax đến Umin khơng nhỏ 1%/s • ðộ khơng ñối xứng: Phụ tải pha không ñối xứng dẫn ñến ñiện áp pha không ñối xứng, không ñối xứng ñược ñặc trưng thành phần thứ tự nghịch điện áp ðiện áp khơng đối xứng làm giảm hiệu công tác tuổi thọ thiết bị dùng ñiện, giảm khả tải lưới điện tăng tổn thất điện • ðộ khơng sin: Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến máy biến áp không tải, chỉnh lưu, tiristor…làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến khơng cịn hình sin Xuất sóng hài bậc cao, góp phần làm giảm điện áp, làm tăng tổn thất sắt từ ñộng cơ, tổn thất ñiện môi cách ñiện, tăng tổn thất lưới ñiện thiết bị dùng ñiện … Chất lượng ñiện áp ñược ñảm bảo nhờ biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp lưới ñiện truyền tải phân phối Các biện pháp chọn lựa qui hoạch thiết kế lưới điện hồn thiện thường xun vận hành - An toàn Hệ thống cung cấp ñiện phải ñược vận hành an toàn ñối với người thiết bị Muốn vậy, người thiết kế phải chọn sơ ñồ cung cấp ñiện hợp lý, thiết bị ñiện phải ñược chọn ñúng chủng loại, ñúng công suất Cơng tác xây dựng, lắp đặt phải qui phạm Cơng tác vận hành quản lý có vai trị đặc biệt quan trọng Người sử dụng phải tuyệt ñối chấp hành qui định an tồn sử dụng điện - Kinh tế Khi ñánh giá so sánh phương án cung cấp ñiện, tiêu kinh tế ñược xét ñến tiêu kỹ thuật nêu ñã ñược ñảm bảo Chỉ tiêu kinh tế ñược ñánh giá qua: tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành thời gian thu hồi vốn ñầu tư Việc đánh giá tiêu kinh tế phải thơng qua tính tốn so sánh phương án để đưa ñược phương án tối ưu 1.3 Một số ký hiệu thường dùng Máy phát ñiện nhà máy ñiện Tủ ñộng lực ðộng ñiện Khởi ñộng từ Máy biến áp cuộn dây ðèn sợi ñốt Máy biến áp cuộn dây ðèn huỳnh quang CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Máy biến áp điều chỉnh tải 10 Cơng tắc điện 11 Kháng điện 12 Ổ cắm điện 13 Máy biến dịng ñiện 14 Dây dẫn ñiện 15 Máy cắt ñiện 16 Dây cáp điện 17 Cầu chì 18 Thanh dẫn (thanh cái) 19 Aptomat 20 Dây dẫn mạng dây 21 Cầu dao cách ly 22 Dây dẫn mạng ñộng lực chiều 23 Máy cắt phụ tải 24 Chống sét ống 25 Tụ ñiện bù 26 Chống sét van 27 Tủ chiếu sáng 28 Cầu chì tự rơi 29 Tủ phân phối CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương PHỤ TẢI ðIỆN 2.1 Phụ tải ñiện Bao gồm tất thiết bị ñiện thu nhận lượng từ lưới ñể chuyển hóa thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang năng… 2.2 ðồ thị phụ tải - Q trình sản xuất tiêu thụ điện xảy đồng thời, phụ tải ln biến động theo thời gian ðường biểu diễn qui luật biến ñổi phụ tải theo thời gian gọi ñồ thị phụ tải - Phân loại: có nhiều cách phân loại + Theo công suất: ðồ thị phụ tải công suất tác dụng P = f(t) ðồ thị phụ tải công suất phản kháng Q = f(t) ðồ thị phụ tải công suất toàn phần S = f(t) + Theo thời gian: ðồ thị phụ tải hàng ngày ðồ thị phụ tải hàng tháng ðồ thị phụ tải năm - Các loại ñồ thị phụ tải thường dùng + ðồ thị phụ tải hàng ngày: thường ñược xét với chu kỳ thời gian ngày đêm (24giờ) xác định theo cách: Bằng dụng cụ ño tự ñộng ghi lại, hình 2.1a Do nhân viên trực ghi lại sau định, hình 2.1b Biểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá tri trung bình khoảng định, hình 2.1c Hình 2.1a Hình 2.1b Hình 2.1c ðồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc thiết bị để từ xếp lại qui trình vận hành hợp lý nhất, cịn làm để tính chọn thiết bị, tính ñiện tiêu thụ Các thông số ñặc trưng ñồ thi phụ tải Phụ tải cực ñại Pmax; Qmax Hệ sơ cơng suất cực đại cosϕmax, tương ứng với tgϕmax = Qmax/Pmax CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt V = ( athấp – acao ) Qbù thấp (8.41) athấp; acao giá thành kVAr tụ ñiện áp thấp cao, ñồng/kVAr Số tiền tiết kiệm ñược năm ñặt tụ ñiện phía điện áp thấp là: [Q V= ] − (Q − Qbù thap ) (RB + Rtñ ).K C.t U 103 (ñồng/năm) (8.42) Q- phụ tải phản kháng máy biến áp phân xưởng, kVAr RB - ñiện trở máy biến áp ñược qui ñổi phía điện áp thấp: Ω ∆PN U đmBA RB = 10 (Ω) S ñmBA (8.43) PN tổn thất ngắn mạch máy biến áp, kW Uñm (kV); SñmBA (kVA) Rtñ ñiện trở tương ñương lưới ñiện hạ áp Thường chưa biết rõ ñiểm ñặt tụ bù ñiểm lưới hạ áp Sử dụng cơng thức gần : Rtđ = λ RB (8.44) λ - hệ số, sau: Với trạm phân xưởng: λ = 0,8 Với trạm kề phân xưởng: - mạng dây dẫn cáp : λ = 0,4 - mạng cái: λ = 0,6 K hệ số xét ñến số ca làm việc ngày: ca: K = 0,3 ; ca: K = 0,55; ca: K = 0,75 C- giá tiền tổn thất điện năng, đồng/kWh t- thời gian đóng tụ bù vào lưới, h + Nếu đóng năm : t = 8760h + Chỉ đóng phụ tải cực ñại: t = Tmax (h) U - ñiện áp ñịnh mức mạng ñiện áp thấp, kV Gọi n thời gian thu hồi vốn ñầu tư (năm) Sau thời gian số tiền tiết kiệm là: nV Hiệu kinh tế việc phân phối dung lượng bù thấp ( Qbù thấp ) F = nV - = [Q V ] − (Q − Qbù thap ) (RB + Rtñ ).K C.t.n U 103 − (athâp − acao )Qbùthâp = f (Qbù thấp ) → max ∂F =0 ∂Qbùthap 117 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (8.45) Qbù thấp tối ưu = Q − ðặt M = (athâp − acao ).U 10 (kVAr) 2.n.K C.t ( RB + Rtñ ) (8.46) (athâp − acao ).U 103 (8.47) 2.n.K C.t ⇒ Qbù thấp tối ưu = Q − M RB + Rtđ (8.48) Cơng suất bù tối ưu phía cao áp trạm Qbù cao = Qbù - Qbù thấp tối ưu (8.49) Ví dụ: Một nhà máy khí đặt trạm biến áp máy 500 kVA – 10/0,4 kV ABB, cơng suất tính tốn nhà máy: Stt = 300 + j400 kVA Yêu cầu xác ñịnh dung lượng bù tối ưu ñặt cao hạ áp trạm ñể nâng cos ϕ lên 0,95 cho biết nhà máy làm việc ca, Tmax = 4000h, C = 500ñ/kWh, acao = 50.000ñ/kVAr, athấp = 100.000ñ/kVAr Trị số tgϕ1 phụ tải nhà máy trước bù: tgϕ1 = Q 400 = = 1,33 P 300 sin ϕ − 0,952 tgϕ2 = = = 0,33 cos ϕ2 0,95 Tổng công suất cần bù trạm ñể nâng cosϕ lên 0,95 Qb = P(tgϕ1 − tgϕ ) = 300(1,33 − 0,33) = 300 kVAr Máy biến áp 500 kVA – 10/0,4 kV ABB chế tạo có PN = kW ðiện trở MBA qui ñổi hạ áp: ∆PN U ñm 7.0,4 RB = 10 = 0,00448 Ω 10 = 2 S đm 500 Vì ñặt bù tập trung phía hạ áp hạ áp trạm biến áp nên ñiện trở Rtñ = Công suất bù tối ưu hạ áp: Qbù thấp = Q − M= M RB (athâp − acao ).U 103 2.n.K C.t (100000 − 50000).0,42.103 = = 1,2 2.3.0,55.500.4000 Trong đó: n = năm; K = 0,55 với xí nghiệp làm ca Qbù thấp = 400 − 1,2 = 400 − 268 = 132 kVAr 0,00448 Cơng suất bù tối ưu phía cao áp trạm: Qbù cao = Qbù - Qbù thấp tối ưu = 300 – 132 = 168 kVAr 118 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chọn dùng tụ 10 kV; 200KVAr Cooper chế tạo Chọn dùng tụ 0,4 kV; 150KVAr DAEYEONG chế tạo Trong ví dụ này, thực phương án ñặt tụ bù hạ áp xưởng, lúc phải kể ñến Rtñ = 0,8; RB = 0,00358 Qbù thấp tối ưu = Q − M = 251,2 kVAr RB + Rtñ Qbù cao = 300 – 251,2 = 48,8 kVAr Với lượng bù phân phối cho phía cao; hạ áp → tốt đặt bù cho tồn hạ áp: 300 kVAr Cơng suất 300 kVAr phân phối cho phân xưởng theo công thức phần phân phối dung lượng bù mạng hình tia * ðiều chỉnh dung lượng bù : - ðiều chỉnh lượng bù tụ ñiện theo ñiện áp Căn vào ñiện áp trạm biến áp ñể tiến hành ñiều chỉnh tự ñộng dung lượng bù + Nếu U < m - mạng thiếu cơng suất phản kháng → ñóng thêm tụ vào làm việc + Nếu U > m - mạng thừa cơng suất phản kháng → cắt bớt tụ ñiện Lợi: giải ñược yêu cầu bù cơng suất phản kháng; nâng cao cosϕ; ổn định điện áp → thường dùng - ðiều chỉnh tự ñộng dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian Căn vào biến ñổi phụ tải phản kháng ngày đêm mà người ta đóng cắt tụ điện phương pháp thường dùng ñồ thị phụ tải phản kháng hàng ngày biến ñổi theo qui luật tương ñối ổn ñịnh Người vận hành nắm vững ñồ thị - ðiều chỉnh tự động dung lượng bù theo dịng điện phụ tải dùng trường hợp phụ tải thường biến đổi đột ngột Khi dịng điện tăng → đóng thêm tụ điện ngược lại - ðiều chỉnh dung lượng bù theo hướng cơng suất phản kháng thường ñược dùng trạm biến áp cuối đường dây xa nguồn Nếu cơng suất phản kháng chạy từ nguồn → phụ tải, chứng tỏ phụ tải cần cơng suất phản kháng nguồn, đóng thêm tụ điện vào làm việc, ngược lại cắt bớt tụ điện Người ta thường dùng bóng đèn dây tóc cơng suất 15 ÷ 40 W để làm điện trở phóng điện cho tụ điện Ưu điểm bóng ñèn: ñiện áp dư tụ ñiện phóng hết đèn tắt, dễ theo dõi ý đèn hỏng khơng thị ðiện trở phóng điện: R pñ = 15.10 U pha Q , Ω Q: dung lượng tụ ñiện, kVAr 119 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài tập Một mạch ñiện 35kV cung cấp điện cho hai phụ tải, hình vẽ, điện trở đoạn đường dây Ω, cơng suất phụ tải MVA cho hình vẽ, thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải 4500h/năm Xác ñịnh công suất tối ưu tụ ñiện ñặt phụ tải ñể giảm tổn thất ñiện mạng ñiện A 8Ω 6Ω 4Ω 6+j4 10+j8 Một ñường dây tải ñiện 110kV cung cấp ñiện cho trạm biến áp hạ áp, hình vẽ Cơng suất cực ñại phụ tải MVA, chiều dài ñường dây km tiết diện dây dẫn cho hình vẽ, thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải 4500h/năm Hãy xác định cơng suất bù kinh tế tụ điện đặt phía góp hạ áp trạm 38km 2xAC-70 32km 2xAC-70 S2 = 10+j15 2x10MVA 2x20MVA S1 = 16 +j12 Một mạng ñiện 110kV cung cấp cho trạm biến áp 1, 2, hình vẽ Cơng suất phụ tải (MVA), chiều dài tiết diện dây dẫn cho hình vẽ Cơng suất MBA 15, 10, 10 MVA Thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải 5500h/năm Hãy xác ñịnh cơng suất tối ưu thiết bị bù đặt trạm, biết giá 1kWh tổn thất ñiện 0,1đ; giá 1kVAR cơng suất đặt thiết bị bù (bù tĩnh) 70đ Tổn thất cơng suất tác dụng tụ ñiện ∆Pk = 0,005; τ = 3800h 120 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt S1 =15+j15,3 2x15MVA 90,8km 2AC-70 2AC-120 44km 2AC-70 S3 =10+j7,5 2x10MVA 45,4km 2x10MVA S2 =12+j7,4 121 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương NỐI ðẤT VÀ CHỐNG SÉT 9.1 Khái niệm nối đất Dịng ñiện ñi qua thể người gây nên tác hại nguy hiểm: gây bỏng; giật; trường hợp nặng gây chết người Về trị số, dịng điện từ 10 mA trở lên nguy hiểm từ 50 mA trở lên thường dẫn ñến tai nạn chết người ðiện trở thể người thay ñổi giới hạn rộng, phụ thuộc vào tình trạng da, diện tích tiếp xúc với điện cực, vị trí ñiện cực ñặt vào người, thời gian dòng ñiện chạy qua, ñiện áp ñiện cực nhiều yếu tố khác Khi ñiện trở người nhỏ (khoảng 800 ÷ 1000 Ω) cần ñiện áp 40 ÷ 50 V đủ gây nguy hiểm cho tính mạng người Người bị tai nạn ñiện trước hết chạm phải phần tử mang điện, bình thường có điện áp ðể ngăn ngừa tượng này, cần ñặt rào ñặc biệt ngăn cách người với phận mang điện Xong người bị tai nạn điện chạm phải phận thiết bị điện bình thường khơng mang điện lại có điện áp cách ñiện bị hỏng (như sứ cách ñiện, vỏ ñộng ñiện, giá thép ñặt thiết bị ñiện …) Trong trường hợp này, để đảm bảo an tồn, thực cách nối ñất tất phận bình thường khơng mang điện, cách điện hỏng có điện áp Khi có nối đất, qua chỗ cách ñiện chọc thủng thiết bị nối đất có dịng điện ngắn mạch pha với ñất ñiện áp ñối với ñất vỏ thiết bị bằng: Ud = Id.Rd (9.1) Trong đó: Id - dịng điện pha chạm đất Rd - điện trở nối ñất trang thiết bị nối ñất Trường hợp người chạm phải thiết bị có điện áp, dịng điện qua người xác ñịnh theo biểu thức: I ng Iñ = Rd Rng (9.2) Bởi Rd 1000 V) thì: Rd = 250 Id (9.9) Trong 125 250 ñiện áp cho phép lớn trang bị nối đất Id - dịng chạm đất pha lớn + Trong hai trương hợp, ñiện trở nối đất khơng vượt q 10 Ω Rd ≤ 10 Ω (9.10) Lưới Udm < 1000 V: ñiện trở nối đất thời điểm năm khơng vượt Ω (riêng thiết bị nhỏ tổng công suất máy phát TBA không vượt 100 kVA, cho phép Rd ñến 10 Ω) + Nối ñất lặp lại dây trung tính mạng 380/220 V phải có Rd< 10 Ω + Nếu điểm có nhiều thiết bị phân phối với điện áp khác ñặt khu ñất, thực nối đất chung Thì điện trở nối đất phải thoả mãn yêu cầu trang bị nối ñất ñồi hỏi có Rd nhỏ ðối với ñường dây khơng: Udm ≥ 35 kV - cần nối đất tất cột bê tông, cột thép Udm = ÷ 20 kV - cần nối đất cột gần nơi dân cư Cần phải nối ñất cho tất cột bê tông, cột thép, cột gỗ tất loại ñường dây cấp điện áp cột có đặt bảo vệ chống sét hay dây chống sét ðiện trở nối ñất cho phép cột phụ thuộc vào ñiện trở suất đất lấy 10÷30 Ω + Trên đường dây pha dây, điện áp 380/220 V có ñiểm trung tính trực tiếp nối ñất cột sắt xà cột bê tơng cần phải nối với dây trung tính + Mạng Udm < 1000 V có dây trung tính cách đất, cột sắt, bê tơng cốt thép cần có điện trở nối đất khơng q 50 Ω 9.2.2 Tính tốn hệ thống nối đất * ðiện trở nối ñất cọc nối: Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước độ chơn sâu ñất ñiện trở xuất ñất nơi thực nối đất Các cơng thức tính tốn cách lắp đặt cho bảng * Tính tốn hệ thống nối đất: Hệ thống nối đất thường bao gồm số ñiện cực nối song song với khoảng tương đối nhỏ (vì lý khơng gian kinh tế) Vì có dịng ngắn mạch 126 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt chạm đất, thể tích đất tản dịng từ cực giảm đi, làm tăng ñiện trở nối ñất cọc Như vậy, nối đất gồm n điện cực (cọc) điện trở nối đất tồn hệ thống (khơng kể đến nối ngang) Rcọc/n mà là: Rd = Rcoc n.η (9.11) Trong đó: η - hệ số sử dụng ñiện cực nối ñất Hệ số giảm số cọc khơng gian tăng lên (tức khoảng cách cọc giảm), ngồi cịn phụ thuộc hình dạng loại nối ñất (kiểu nối mạch vòng, kiểu nối thẳng) Trị số η thường ñược cho trước, tra theo ñường cong theo số cọc, khoảng cách cọc, loại mạch nối ñất v.v… * ðiện trở suất ñất: phụ thuộc vào thành phần, mật ñộ, ñộ ẩm nhiệt độ đất Và xác định xác ño lường Các trị số gần ñúng ñiện trở suất ñất (khi ñộ ẩm 10 – 20 % khối lượng) tính Ωcm Ví dụ: Cát 7.104 Ωcm Cát lẫn ñất 3.104 Ωcm ðất sét 0,6.104 Ωcm ðất vườn 0,4.104 Ωcm ðất ñen 2.104 Ωcm ðiện trở suất đất khơng phải cố định năm mà thay ñổi ảnh hưởng thay ñổi ñộ ẩm nhiệt ñộ ñất, điện trở trang bị nối đất thay đổi Vì tính tốn nối đất phải dùng điện trở suất tính tốn trị số lớn năm ρtt = Kmax ρ (9.12) Trong đó: Kmax - hệ số tăng cao, phụ thuộc ñiều kiện khí hậu nơi xây dựng trang bị nối đất ðối với ống thép góc dài ÷ m chơn sâu mà đầu cách mặt đất 0,5 ÷ 0,8 m hệ số Kmax = 1,2 ÷ Cịn đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8 m hệ số Kmax = 1,5 ÷7 Trình tự tính tốn nối đất sau: Bước 1: Xác ñịnh ñiện trở cần thiết trang bị nối ñất (của hệ thống nối ñất) theo tiêu chuẩn (cách thông thường theo INmax Rd) Bước 2: Xác ñịnh ñiện trở nối ñất hệ thống nối ñất tự nhiên có sẵn Rtn Bước 3: Nếu Rtn < Rd nói phần trên, với lưới trung áp có dịng chạm đất nhỏ lưới hạ áp → khơng cần phải đặt nối đất nhân tạo Cịn lưới điện áp cao U ≥ 110 kV có dịng chạm đất lớn (hoặc lưới trung áp có dịng chạm đất lớn, 127 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt tức lưới dài) → lúc thiết phải ñặt nối ñất nhân tạo với ñiện trở khơng lớn Ω Nếu Rtn > Rd phải xác đình điện trở nối đất nhân tạo theo cơng thức sau: Từ hình vẽ ta có: 1 R R = + → Rd = nt tn Rd Rnt Rtn Rnt + Rtn Rd.Rnt +Rd.Rtn = Rnt.Rtn → Rnt (Rd - Rtn) = Rd.Rnt Rnt = Rd Rtn Rtn − Rd (9.13) Bước 4: Từ trị số Rnt ta tính số điện cực cần thiết, cần bố trí điện cực để cho giảm Utx Ub ðể tính số điện cực cần thiết trước tiên ta chọn loại ñiện cực thường dùng (thép góc thép trịn) Tra bảng tính Rcọc theo cơng thức cho bảng Trong khâu cần có ρtt; kích thước bố trí, ñộ sâu chôn cọc …Những ñiều phụ thuộc vảo khơng gian phép sử dụng, cho phép thi cơng dẽ dàng Bước 5: Sơ xác ñịnh số ñiện cực cần thiết hệ thống Rcoc Rnt k sdc n= (9.14) Chú ý: số cọc hệ thống nối đất khơng phép nhỏ (ñể giảm ñiện áp bước) ksdc - hệ số sử dụng cọc, tham số phụ thuộc vào số lượng cọc, khoảng cách cọc, loại hệ thống (mạch vịng hay tia) → sơ tra bảng theo kích thước dự kiến, ksdc = f ( n, khoảng cách, loại hệ thống) → tạm xác ñịnh Bước 6: Khi cần xét ñến ñiện trở nối ñất nối nằm ngang Sơ ước lượng chiều dài (chu vi mạh vịng cho phép lắp đặt hệ thống nối đất) Việc tính Rt (điện trở nối) theo cơng thức (tra bảng); Sau điện trở tồn nối tính theo cơng thức sau: Rt ' = Rt (9.15) ηt Trong đó: Rt - tính theo cơng thức tra bảng ηt - hệ số sử dụng nối ngang Bước 7: Tính xác điện trở cần thiết cọc (điện cực) thẳng đứng có xét tới ñiện trở nối nằm ngang Rnt = R coc ∑ + R R' → R coc = nt t ∑ Rt ' Rt '− Rnt (9.16) 128 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bước 8: Tính xác số cọc thẳng đứng có xét tới ảnh hưởng nằm ngang hệ số sử dụng cọc n= Rcoc k sdc R ∑ (9.17) Ví dụ: Tính tốn trang bị nối đất trạm phân phối 10 kV Dịng điện điện dung chạm ñất pha mạng 10 kV 25 A Bảo vệ chống chạm ñất pha mạng 10 kV tác động phát tín hiệu Trong trạm có đặt máy biến áp giảm áp 10/0,38; 0,22 kV phía hạ áp có trung tính trực tiếp nối đất - ðất thuộc loại đất sét, có ρ = 0,6.104 Ωcm - Giả thiết xây dựng nối đất hình mạch vịng thép góc, chu vi mạch vịng 80 m Khơng có nối đất tự nhiên Giải: ðiện trở trang bị nối đất xác định theo cơng thức: Rd = 125 = 5Ω 25 ðể nối ñất ñiểm trung tính máy biến áp phía 380/220 V phải có trang bị nối đất với điện trở R = Ω Như ñiện trở nối ñất chung trạm khơng lớn Ω Nối đất ñược làm thép góc L50x50x5 dài 2,5 m với độ chơn sâu 0,7 m Các thép góc ñược nối với thép dẹt 20x4 mm, Khơng tính đến điện trở nối đất nối Giả thiết hệ số tăng ñiện trở suất ñất thực nối ñất thép góc lấy Kmax = + Tính điện trở suất tính tốn đất: ρtt = Kmax ρ = 2.0,6.104 = 1,2.104 Ωcm + ðiện trở thép góc theo cơng thức Rcọc = 0,00318 ρtt = 38,16 Ω + Số cọc (thép góc) cần thiết cho nối ñất n= 38,16 Rcoc = ≈ 15 Rd η 4.0,65 Hệ số sử dụng η = 0,65 tìm theo ñường cong cho sẵn (lấy với tỷ số a/l = Tỷ số khoảng cách cọc chiều dài cọc) Tức ta giả thiết khoảng cách cọc a = m Khoảng cách cọc a = 80/15 = 5,3 m → gần ñúng với ñiều ñã giả thiết 129 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảng cơng thức xác định điện trở tản dịng điện cực khác Kiểu nối đất Cách đặt điện cực Cơng thức Chơn thẳng đứng, làm thép trịn, đầu tiếp xúc với mặt đất Chơn thẳng đứng, làm thép trịn, đầu nằm sâu Chú thích l>d l>d cách mặt đất khoảng Chôn nằm ngang, làm thép dẹt, dài, nằm sâu cách mặt ñất khoảng b -chiều rộng dẹt, l/2t ≥ 0,5 điện cực trịn có đường kính d b = 2d Tấm thẳng đứng, sâu cách mặt đất khoảng a, b kích thước t < D/2 điện cực trịn có đường Vành xuyến, làm từ thép dẹt, ñặt nằm ngang, sâu cách mặt ñất khoảng b - chiều rộng cực kính d b=2d 130 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO ðặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Trần Bách; Hệ thống ñiện; Nxb ðại học trung học chuyên nghiệp, 1981 Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch; Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp ñô thị nhà cao tầng, Nxb KH&KT, 2001 Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê; Cung cấp ñiện, Nxb KH&KT, 1998 Trần Bách; Lưới ñiện hệ thống ñiện, tập 1và 2, Nxb KH&KT, 2000 Ngô Hồng Quang; Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị ñiện từ 0,4 ñến 500kV, Nxb KH&KT, 2002 Nguyễn Xn Phú; Kỹ thuật an tồn điện; Nxb KH&KT, 2001 X.Wang, J.R.McDonald; Modern power system planin, London, 1994 John J.Graigner, William D.Stevenson; Power system Analysis, Newyork, 1994 131 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Hình 4-1 6, 1- máy biến áp; 2- cầu chì tự rơi; 3-sứ cách điện; 4-chống sét van; 5-tủ ñiện hạ áp; 6-hộp chụp máy biến áp; 7-? ??ng luồn cáp vào tủ hạ áp; 8-thanh dẫn ñồng; 9dây tiếp địa Hình 4-1 6 +... Hình 4.17, 1- bệ máy biến áp; 2- tủ phân phối hạ áp; 3- ghế cách ñiện; 4- chống sét van; 5- cầu chì tự rơi; 6- sứ đỡ; 7- đồng cứng; 8- tường rào trạm; 9- cửa thơng gió có lưới chắn; 1 0- hệ thống... đặt lưới mắt cáo Hình 4.18, 1- máy biến áp; 2- tủ cao áp; 3- tủ hạ áp; 4- ñầu cao áp; 5- cao áp; 6- cáp từ máy biến áp đến tủ 0,4kV; 7- rãnh cáp; 8- thơng gió; 9- hố dầu Hình 4.17 Hình 4.18 44