Giáo trình cung cấp Điện

Ngaønh ñieän löïc laø ngaønh coâng nghieäp kyõ thuaät cao, qui moâ heä thoáng cung caáp ñieän ngaøy caøng lôùn vaø phöùc taïp, vaán ñeà phaùt trieån vaø vaän haønh toái öu nguoàn ñieän,[r]

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1Đặc điểm trình sản xuất phân phối điện

Năng lượng điện dạng lượng phổ biến truyền tải với hiệu suất cao chi phí hợp lý Ngồi ra, dễ dàng chuyển hóa thành dạng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa) nên điện sử dụng khắp nơi từ sản xuất đến tiêu dùng

Điện trình sản xuất phân phối có số đặc điểm chủ yếu sau :

 Điện sản xuất ra, nói chung, khơng tích trữ (trừ số trường hợp cá biệt với công suất nhỏ pin , accu ) Do thời điểm phải đảm bảo cân lượng điện sản xuất tiêu thụ, có kể đến tổn thất truyền tải

 Các trình điện hệ thống điện xảy nhanh, đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi thiết bị tự động công tác vận hành, điều độ hệ thống điện nhằm đảm bảo hệ thống làm việc tin cậy kinh tế

 Công nghiệp điện lực động lực nhiều ngành kinh tế quốc dân Sản lượng điện hàng năm thể mức độ phát triển kinh tế đất nước  Việc sản xuất, truyền tải cung cấp điện luôn thực theo

kế hoạch chung khuôn khổ hệ thống điện

Điện sản xuất chủ yếu dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ Canada) hay 50Hz (tại Châu Aâu nước khác)

Nhìn chung, hệ thống cung cấp điện bao gồm khâu : phát điện, truyền tải, phân phối cung cấp để đưa điện từ nơi sản xuất đến hộ tiêu thụ sử dụng điện (hình 1.1)

Để truyền tải điện xa với tổn thấp điện áp điện thấp thường sử dụng điện cao áp xoay chiều (đến 230kV) siêu cao (trên 230kV)

Để truyền tải điện với khoảng cách lớn ( 500km), nhằm đạt hiệu kinh tế, điện áp chiều siêu cao sử dụng Trường hợp phải sử dụng biến đổi

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện 1 Nhà máy phát điện 2 Đường dây truyền tải 3 Trạm biến áp tăng áp

4 Xí nghiệp công nghiệp

5 Trạm biến áp giảm áp 6 Đường dây phân phối 7 Cáp ngầm

8 Hộ tiêu thuï

AC/DC đầu cuối đường dây Truyền tải điện chiều có ưu điểm đường dây chiều khơng có điện kháng có khả truyền tải mơt lượng cơng suất lớn sử dụng dây có tiết diện so với truyền tải điện xoay chiều Truyền tải điện DC đặc biệt hiệu cần kết nối hệ thống điện lớn cách xa Nhược điểm truyền tải điện chiều gây hài bậc cao cần phải lọc bù công suất phản kháng với số lượng lớn hai đầu đường dây

Mạng liên kết làm cho việc sản xuất truyền tải điện trở nên kinh tế tin cậy lượng điện truyền tải nhanh chóng từ vùng sang vùng khác

1.2 Hệ thống điện đại

Hệ thống điện ngày mạng lưới liên kết phức tạp (hình 1.2) chia làm phần:

 Nhà máy điện

 Mạng truyền tải - truyền tải phụ  Mạng phân phối

 Phụ tải điện

Nhà máy nhiệt điện

Nhà máy thủy điện Nhà máy điện

ngun tử

Tải công suất lớn Trạm

đóng ngắt

Trạm cao áp Trạm cao áp

Tải công suất lớn Trạm cao

Nhà máy phát Tuốc bin khí Năng lượng gió Năng lượng thủy triều

Năng lượng địa nhiệt

Tải trung bình

Mạng truyền tải 115kV – 765kV

Mạng truyền tải phụ 69kV – 138kV

Mạng phân phối 4kV – 34.5kV

Trạm phân phối

Trạm

phân phối phân phốiTrạm

1.2.1Nhà máy điện

1.2.1.1Máy phát nhà máy điện

Máy phát thành phần chủ yếu hệ thống điện thường máy phát điện đồng xoay chiều pha Các hệ thống ngày sử dụng máy phát điện xoay chiều với kích từ quay ( kích từ khơng có chổi góp) Hệ thống kích từ máy phát giúp cho điện áp máy phát không đổi điều khiển công suất phản kháng Các máy phát điện xoay chiều phát cơng suất lớn điện áp cao (đến 30kV) cơng suất đơn vị máy phát thay đổi từ 50MW đến 1500MW

Tùy theo dạng nguồn lượng sơ cấp mà có loại nhà máy điện khác nhau: a Nhà máy nhiệt điện

Đây dạng nguồn điện kinh điển, đến chiếm tỉ lệ quan trọng tổng cơng suất nguồn nói chung

Ngun lý q trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện trình bày hình 1.3 Nhiên liệu (than đá, dầu) đốt cháy buồng khí đốt nhằm đun sôi nước nồi Hơi nước từ nồi với nhiệt độ áp suất cao (khoảng 500 C 40 ata) dẫn đến làm quay cánh tuốc bin với tốc độ tương đối cao (từ 1800v/p đến 3600v/p) Trục tuốc bin gắn với trục máy phát điện, rôto máy phát loại thường loại cực ẩn hai cực cho loại 3600v/p cực cho loại 1800v/p Khi máy phát điện quay cảm ứng sinh điện Nước qua tuốc bin ngưng tụ bình ngưng với nước bổ sung bơm nước đưa trở nồi

Nhà máy nhiệt điện có đặc điểm sau :

 Thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu nguồn nước

 Tính linh hoạt vận hành kém, khởi động tăng phụ tải chậm  Hiệu suất thấp ( = 30-40 %)

 Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải nhiễm môi trường b Nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện dùng lượng dòng chảy nước làm quay tuốc bin nước để chạy máy phát điện (hình 1.4) Tuốc bin nước vận hành áp suất thấp tốc độ thấp Máy phát chúng thường loại cực lồi có nhiều cực Cơng suất P (MW) nhà máy thủy điện phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố: lưu lượng nước Q (m3 / s) chiều cao hiệu dụng cột nước H (m)

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện

1 Kho 13 Bộ phận hâm nóng nước Hệ thống nghiền nát 14 Bơm nước

P  9,81 Q H {MW} Nhà máy thủy điện có đặc ñieåm sau:

 Xây dựng gần nguồn nước nên thường xa phụ tải

 Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc công trình đập chắn , hồ chứa …

 Thời gian xây dựng kéo dài  Chi phí sản xuất điện thấp  Thời gian khởi động máy ngắn  Hiệu suất cao ( = 80-90 %)  Tuổi thọ cao

Vào mùa nước lũ, có khả không khai thác hết nguồn thủy phải xả qua đập tràn lượng nước lớn dư thừa điện sản xuất theo yêu cầu phụ tải Để tận dụng nguồn lượng cần xây dựng loại nhà máy thủy điện tích (hình 1.5) Vào mùa nước lũ khả phát điện hệ thống điện dư thừa, máy phát điện nhà máy thủy điện tích đóng vai trị máy bơm, bơm nước lên hồ chứa nước vào mùa nước kiệt nước lại xả nước từ hồ chứa nước qua hệ thống đường ống làm quay máy phát điện, phát điện hoà vào hệ thống

Hình1.5 Nhà máy thủy điện tích năng

1 Hồ xả Buồng máy phát Ống dẫn nước Ống bơm nước Máy bơm Cửa xả nước Máy biến áp Hồ chứa nước Máy cắt 10 Nhà điều hành Cầu trục Máy phát Đập nước Thiết bị

3 Tấm chắn Hộp kín dạng trịn Ống dẫn ng tháo nước Tuốc bin nước

c Nhaø máy tuốc bin khí

Nhà máy tuốc bin khí sử dụng lượng sơ cấp khí đốt thiên nhiên Khí dẫn trực tiếp đến nhà máy thông qua hệ thống đường ống khoảng cách truyền tải lớn, khí đốt thiên nhiên hố lỏng nhiệt độ –197oF Ngày nay, nhà máy tuốc bin khí thường sử dụng sơ đồ chu kỳ kết hợp với hiệu suất lên đến 60% Chu kỳ kết hợp bao gồm chu kỳ tuốc bin – gas ( chu kỳ Brayton) chu kỳ tuốc bin ( chu kỳ Rankine) Đầu tiên khí đốt cháy làm quay tuốc bin – gas, sau khí đốt nóng thu hồi vào lò hơi, gia nhiệt nước nhằm cung cấp áp suất cao để làm quay tuốc bin (hình 1.6)

Nhà máy tuốc bin khí có đặc điểm sau:

 Thời gian xây dựng ngắn ( khoảng năm)  Chi phí sản xuất điện thấp

 Thời gian khởi động máy ngắn  Hiệu suất cao ( = 80-90 %)  Ít gây nhiễm mơi trường

d Nhà máy điện diesel

Nhà máy điện diesel sử dụng lượng sơ cấp động diesel Các tổ máy phát diesel có cơng suất đơn vị khơng lớn ( từ hàng trăm KVA đến vài MVA) thường dùng làm nguồn dự phịng cho tải bình thường sử dụng điện từ mạng địa phương hay cung cấp điện cho phụ tải công suất nhỏ nơi chưa có mạng lưới địa phương Nhà máy điện diesel có đặc điểm sau:

 Gọn nhỏ, linh hoạt, tính động cao  Thời gian khởi động ngắn

 Giá thành điện cao  Công suất phát vừa nhỏ e Các nhà máy điện lượng

Ngày nay, vấn đề bảo vệ môi trường nhấn mạnh, nguồn lượng khác xem xét đưa vào sử dụng nguồn lượng sạch: lượng mặt trời, lượng điạ nhiệt, lượng gió, lượng thủy triều lượng sinh học Năng lượng sử dụng phát triển mạnh tương lai gần lượng nguyên tử

 Nhà máy điện nguyên tử

Nhà máy điện nguyên tử sản xuất điện từ nhiệt phản ứng hạt nhân sinh Nhiên liệu hạt nhân có khả tạo nhiệt cao, thường sử dụng nơi khan nhiên liệu hay khó vận chuyển nhiên liệu tới

Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiệt thu trình phân hủy hạt nhân chất Uranium, Plutonium,Thorium… lị phản ứng, dùng để đun nóng nước Nước bốc lên tiếp tục làm quay tuốc bin trường hợp nhà máy nhiệt điện Lò phản ứng sử dụng rộng rãi nhà máy điện nguyên tử lò phản ứng nước nhẹ (lị phản ứng nước áp lực hố, lị phản ứng nước sôi) dễ điều khiển số trường hợp sử dụng uranium thiên nhiên

Hình 1.7 trình bày sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước áp lực hoá Nguyên liệu sử dụng trường hợp oxyt uranium (U02) dạng quặng, tuơng thích với thiết bị làm lạnh nước Quặng nhiên liệu chứa nhiên liệu mạ zircaloy Nhiều nhiên liệu phân bố lưới hình vng tạo thành tổ hợp nhiên liệu Hàng trăm tổ hợp tạo thành lõi phản ứng Lõi phản ứng chứa bình phản ứng chịu áp lực cao thép, có bề dầy từ đến 10 inch

Hình 1.8 trình bày sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử loại lò phản ứng nước sơi Vịng kín thứ gồm phận phóng xạ Nhiệt lượng sinh phản ứng hạt nhân truyền cho nước Nước bốc lên tiếp tục làm quay tuabin nhà máy nhiệt điện

Công suất tổ máy phát nhà máy điện nguyên tử đạt đến 500, 800 1200MW

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử loại lị phản ứng nước sơi

1 Buồng phản ứng Ống dẫn Vỏ bảo vệ Bơm cấp nước Lõi phản ứng Tuốc bin máy phát Thanh điều khiển Bình ngưng Đế 11 Đến trạm điện Cấu trúc bảo vệ Ống Bình phản ứng Tuốc bin Lị phản ứng Bơm cấp Thanh điều khiển 10 Nước ngưng Máy bơm 11 Máy phát điện Nồi 12 Tháp ngưng

Nhà máy điện nguyên tử có đặc điểm sau:  Có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải

 Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn thời gian xây dựng kéo dài

 Chi phí sản xuất điện thấp nên thường làm việc đáy đồ thị phụ tải  Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao  Nhà máy lượng mặt trời

Nhà máy lượng mặt trời thường có hai loại sau:

 Nhà máy pin quang điện: nhà máy loại sử dụng pin quang điện, hai dạng tinh thể silicon hay phim mỏng để biến đổi lượng ánh sáng mặt trời điện năng, với hiệu suất khoảng 30% tương lai đạt đến 40% Các pin quang điện chế tạo để sản xuất lượng điện DC từ vài watt đến 100 watt Để có cơng suất lớn cần tổ hợp pin quang điện Các thành phần nhà máy lượng mặt trời bao gồm: pin quang điện, điều khiển nạp ắc qui, ắc qui, nghịch lưu hay thiết bị điều khiển cơng suất (đối với tải xoay chiều), thiết bị đóng cắt, bảo vệ, mạch tiếp đất dây nối Chi phí sản suất điện vào khoảng 0.2 đến 0.4 UDS/kWh, tùy thuộc vào chi phí lắp đặt, mật độ thời gian có ánh sáng mặt trời khu vực Nguồn điện loại khoảng hàng trăm kW thường cung cấp cho phụ tải như: máy bơm, thiết bị chiếu sáng, thiết bị viễn thông, thiết bị điện gia dụng,…

 Nhà máy nhiệt mặt trời: nhà máy loại vận hành theo kiểu chu kỳ lượng nhiệt, thông qua việc sử dụng hệ thống gương hội tụ parabol (với nhiệt độ đạt đến mức từ 150oC đến 800oC) hay dãy gương hội tụ ( hellostats, với nhiệt độ đạt đến mức từ 250oC đến 1500oC) nhằm tập trung ánh sáng mặt trời Hệ thống gương phần đắt chi phí xây dựng thường chiếm khoảng 4050% chi phí tổng Nhà máy sử dụng gương parabol thường có cơng suất từ 5kW đến 25kW nhà máy sử dụng gương hellostats thường có cơng suất từ 100kW đến 100MW

Nhà máy lượng mặt trời có đặc điểm sau:  Sử dụng nguồn lượng không cạn kiệt

1 Hạt photon Mặt sau Nguyên tử Dòng electron Electron Biến đổi lượng Mặt trước Trạm điện

 Chi phí phát điện thấp đặc biệt hiệu vùng mà việc kéo lưới điện quốc gia đắt

 Độ tin cậy vận hành cao  Chi phí bảo trì

 Khơng gây ô nhiễm môi trường  Nhà máy lượng gió

Sử dụng lượng gió thường ý nơi có mật độ lượng gió cao (khoảng 320 – 400W/m2 trở lên) vận tốc gió trung bình ( khoảng 5.8m/s) Thành phần nhà máy phát điện sử dụng lượng gió bao gồm: chong chóng quay, hộp biến tốc,máy phát điện, hệ thống ắc qui tháp Ngày nay, trạm phát điện sử dụng lượng gió có cơng suất từ 5MW đến 50MW (làng máy phát) với giá thành sản xuất điện vào khoảng 0.05USD/kWh có khả giảm xuống mức 0.04USD/kWh năm 2000 Hiệu suất tuốc bin gió đại đạt đến 40% Khuynh hướng phát triển lượng gió tương lai tập trung vào hướng nghiên cứu sau:

 Hiểu biết tốt nguồn lượng gió, khí động học  Tối ưu hố cấu trúc tuốc bin nhằm đạt hiệu suất cao  Nâng cao chất lượng điều khiển

 Triển khai mơ hình lý thuyết mơ hình máy tính phục vụ tính tốn thiết kế Năng lượng gió ý sử dụng vùng ven biển, vùng đồi núi Hiện có 16.000 tuốc bin gió lắp đặt bang California – USA với tổng công suất đặt khoảng 1700MW Hệ thống phát lượng điện hàng năm đạt mức tỷ kWh theo dự báo đến năm 2010, Mỹ, khoảng 2% lượng điện cung cấp từ gió

 Nhà máy lượng thủy triều

Nhà máy lượng thủy triều xây dựng nơi có chênh lệch lớn độ cao thủy triều lên xuống Bằng cách xây đập ngăn cách ngõ vào thủy triều lợi dụng lên xuống cũa thủy triều để làm quay tuốc bin thủy lực đến năm 1997 xuất loại tuốc bin thủy lực hoạt động theo hai chiều Tuốc bin kéo máy phát điện, từ lượng thủy triều biến thành lượng điện Nhà máy lượng thủy triều La Rance xây dựng Pháp vào năm 1966 Cho đến theo đánh giá chun gia có khoảng 2% lượng thủy triều ( khoảng 60GW) giới dùng để phát điện

Nhà máy lượng thủy triều có đặc điểm sau:  Tuổi thọ cao

 Chi phí phát điện thấp

 Chi phí đầu tư, vận hành bảo trì thấp  Khơng gây ô nhiễm môi trường

 Nhà máy lượng địa nhiệt

Nhà máy lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng lịng đất để gia nhiệt làm nước bốc Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin nước Tuốc bin kéo máy phát điện, từ lượng địa nhiệt biến thành lượng điện Có hai loại nhà máy lượng địa nhiệt: loại chu kỳ kép (hình 1.12) loại phun (hình 1.13) Nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ vào khoảng 350oF áp suất khoảng 16.000psi

f Tỷ lệ thành phần nhà máy cấu phát điện

Việc sử dụng dạng lượng khác cấu sản xuất điện tùy thuộc vào tình hình tài nguyên đường lối phát triển lượng nước

Theo số liệu năm 1998, Mỹ, tổng cơng suất đặt vào khoảng 760.000MW, nhiệt điện chiếm 63%, điện nguyên tử chiếm 14%, thủy điện chiếm 12%, tuốc bin khí chiếm 8%, động đốt chiếm 0.65% loại khác chiếm 2.35% Tổâng sản lượng hàng năm vào khoảng 3.550 tỷ kWh

Hình 1.13 Sơđồ nguyên lý nhà máy địa nhiệt loại phun

1 Hơi Khơng khí & nước Tuốc bin Cấp nhiệt

3 Máy phát 10 Nước thải Hơi 11 Nước ngầm Nước 12 Nước lên Khơng khí 13 Vùng địa nhiệt Tháp làm lạnh 14 Nước xuống Hình 1.12 Sơđồ nguyên lý nhà máy địa nhiệt loại chu kỳ kép

1 Hơi Bình trao đổi nhiệt Tuốc bin 10 Nước ngầm nguội Máy phát 11 Nước ngầm nóng

4 Hơi 12 Bơm

Hiện nay, giới 79% tổng sản lượng điện sản xuất nhà máy nhiệt điện, 7% nhà máy thủy điện 14% nhà máy điện khác, điện nguyên tử chiếm tỷ lệ lớn

Tại trạm điện vài máy phát vận hành song song với lưới lượng để cung cấp tổng công suất cần thiết Chúng nối vào điểm chung gọi góp

1.2.1.2Máy biến áp

Một phần quan trọng khác hệ thống điện máy biến áp Nó chuyển lượng với hiệu cao từ mức điện áp sang mức điện áp khác Năng lượng phiá thứ cấp gần lượng phiá sơ cấp, bỏ qua phần tổn hao máy biến áp Việc nâng cao điện áp truyền tải cho phép giảm tổn thất điện đường dây cho phép tải luợng xa Các yêu cầu cách điện vấn đề thiết kế thực tế khác giới hạn điện áp máy phát giá trị thấp, thường đến 30kV Do đó, việc sử dụng máy biến áp tăng áp phổ biến việc truyền tải lượng Ở cuối đường dây truyền tải, nơi nhận, máy biến áp giảm áp sử dụng để giảm điện áp xuống mức phù hợp với mạng phân phối hay hộ tiêu thụ

1.2.2 Mạng truyền tải truyền tải phụ

Mục đích mạng truyền tải không truyền tải lượng từ nhà máy phát nơi khác đến mạng phân phối Mạng phân phối nơi cuối cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Các đường dây truyền tải nối kết hệ thống điện lân cận Điều cho phép điều phối kinh tế lượng vùng trình vận hành bình thường mà cịn cho phép chuyển tải lượng vùng điều kiện cố

Mạng truyền tải có điện áp dây 60kV tiêu chuẩn hoá 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV, 500kV 765kV (tiêu chuẩn ANSI) Điện áp truyền tải 230kV thường coi siêu cao áp

Đường dây truyền tải điện áp cao kết thúc trạm cao áp (trạm nhận, trạm sơ cấp) Nhiệm vụ vài trạm đóng cắt mạch vào hệ thống chúng coi trạm đóng cắt Tại trạm sơ cấp, điện áp giảm từ cấp cao đến giá trị phù hợp với phần hành trình đến tải Các hộ phụ tải có cơng suất lớn cung cấp từ hệ thống truyền tải Một phần mạng truyền tải, phần nối trạm cao áp với máy biến áp trạm phân phối, gọi mạng truyền tải phụ Ở khơng có ranh giới rõ ràng mạng truyền tải truyền tải phụ Trong thực tế mạng truyền tải phụ có điện áp từ 69kV đến 138kV Một vài hộ tiêu thụ có cơng suất lớn cung cấp từ mạng truyền tải phụ Tụ điện cuộn kháng lắp đặt phổ biến trạm để điều áp đường dây truyền tải

Loại khác 14% Thủy điện

7%

Nhieät điện 79%

Hình 1.15 Tỷ trọng phát điện giới năm 1998

Loại khác 3% Tuốc bin khí

8% Ngun tử

14%

Thủy ñieän 12%

Nhieät ñieän 63%

1.2.3 Mạng phân phối

Mạng phân phối phần nối kết trạm phân phối với hộ tiêu thụ Các đường dây phân phối sơ cấp thường cấp điện áp từ  34.5kV cung cấp điện cho vùng địa lý xác định trước Một vài phụ tải công nghiệp nhỏ cung cấp trực tiếp đường dây cáp sơ cấp

Mạng phân phối thứ cấp giảm điện áp để sử dụng cho hộ phụ tải dân dụng kinh doanh Dây cáp điện không vượt vài trăm mét chiều dài, sau cung cấp lượng cho hộ tiêu thụ riêng biệt Mạng phân phối thứ cấp cung cấp cho hầu hết hộ tiêu thụ mức 240/120V ba pha dây, 400/240V ba pha dây, hay 480/277V ba pha dây Ngày nay, lượng cung cấp cho hộ tiêu thụ điển hình cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp xuống 400/240V sử dụng ba pha dây

Mạng phân phối có loại đường dây không đường dây cáp Sự tăng trưởng mạng phân phối ngầm nhanh chóng vượt lên 70% cơng trình xây nước cơng nghiệp hố cung cấp cáp ngầm

1.2.4 Phụ tải

Phụ tải hệ thống lượng đa dạng phân thành nhiều loại khía cạnh xem xét khác nhau:

a Theo ngành nghề, phụ tải phân làm phụ tải công nghiệp, kinh doanh dân dụng  Phụ tải công nghiệp dạng tải phức hợp mà tải động cảm ứng chiếm phần lớn

Các phụ tải phức hợp hàm điện áp tần số hình thành phần lớn tải hệ thống Phụ tải cơng nghiệp có cơng suất lớn cung cấp từ mạng truyền tải Phụ tải công nghiệp lớn cung cấp trực tiếp từ mạng truyền tải phụ phụ tải công nghiệp nhỏ cung cấp từ mạng phân phối sơ cấp

 Phụ tải kinh doanh dân dụng bao gồm phần lớn phụ tải chiếu sáng, nhiệt lạnh Các phụ tải không phụ thuộc vào tần số tiêu thụ không đáng kể công suất phản kháng

b Theo chế độ làm việc, phụ tải phân làm phụ tải làm việc dài hạn; ngắn hạn ngắn hạn lập lại

 Phụ tải làm việc dài hạn phụ tải không đổi thay đổi ít, thiết bị làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt giá trị cho phép, chẳng hạn :quạt gió, máy bơm, động nén khí ,…

 Phụ tải làm việc ngắn hạn phụ tải mà thời gian làm việc nhiệt độ thiết bị chưa đạt đến giá trị cho phép thời gian nghỉ, nhiệt độ thiết bị giảm xuống ngang nhiệt độ môi trường xung quanh, chẳng hạn như: động truyền động, cấu phụ máy cắt kim loại, động đóng mở van thủy lực …

t tôđ

P

txp

t

tôđ

txp t P

t

t P

t

Hình 1.16 Phân loại phụ tải theo chế độ làm việc

 Phụ tải làm việc ngắn hạn lập lại phụ tải làm việc lặp lặp lại Giai đoạn làm việc nghỉ xen kẽ lẫn với thời gian ngắn Trong thời gian làm việc, nhiệt độ thiết bị chưa đạt đến giá trị cho phép thời gian nghỉ chưa giảm đến nhiệt độ môi trường xung quanh, chẳng hạn như: máy nâng, thiết bị hàn …

c Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện, phụ tải phân làm phụ tải loại 1, loại 2, loại  Phụ tải loại hộ phụ tải mà ngừng cung cấp điện gây thiệt

hại lớn kinh tế, đe dọa tính mạng người, ảnh hưởng đến tình hình trị Hộ loại phải thiết kế cung cấp điện với độ tin cậy cao, u cầu có nguồn dự phịng, đường dây hai lộ nhằm giảm xác suất điện xuống nhỏ, thời gian cho phép điện thời gian tự động đóng nguồn dự phịng

 Phụ tải loại hộ tiêu thụ có tầm quan trọng lớn bị ngừng cung cấp điện dẫn đến thiệt hại kinh tế ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí sức lao động Phương án cung cấp điện cho hộ loại có khơng có nguồn dự phịng, đường dây đơn kép Nguồn dự phịng có hay khơng kết tốn so sánh vốn đầu tư phải tăng thêm giá trị thiệt hại kinh tế ngừng cung cấp điện

 Phụ tải loại hộ cho phép điện thời gian sửa chữa, thay thiết bị bị cố thường không ngày đêm Phương án cung cấp điện cho hộ loại dùng nguồn , đường dây lộ…

Công suất thực tải biểu thị dạng kW hay MW Độ lớn tải thay đổi theo ngày công suất phải cung cấp cho hộ tiêu thụ theo nhu cầu Đồ thị phụ tải ngày hộ tiêu thụ quan hệ công suất theo thời gian P(t) Đồ thị phụ tải số liệu quan trọng, từ xác định :

 Phụ tải cực đại hay phụ tải đỉnh, Pmax  Phụ tải cực tiểu, Pmin

 Năng lượng điện tiêu thụ ngày, Ang Ang= PiTi

 Phụ tải trung bình, Ptb Ptb = Ang/Ti

 Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax Tmax = Ang / Pmax

 Thời gian tổn thất công suất cực đại, max max = f (Tmax, cos)

 Heä số tải Kt

Kt = Ptb/Pmax = Ang/24  Hệ số điền kín phụ tải, đk

đk = Ptb/Pmax

 Số ca làm việc ngày  Tính chất hộ tiêu thụ

1.3 Hệ thống bảo vệ

Ngồi máy phát điện, đường dây tải máy biến áp, cần có thiết bị khác để vận hành bảo vệ hệ thống điện Một vài thiết bị bảo vệ mắc trực tiếp vào mạch, gọi cấu chuyển mạch Chúng bao gồm máy cắt, cầu dao ngắt mạch, cầu chì thiết bị chống sét Các thiết bị cần thiết để ngưng cấp lượng cho vận hành bình thường hay xuất cố Các thiết bị điều khiển rơle bảo vệ lắp đặt bảng điều khiển trạm điều khiển

1.4 Trung tâm điều độ hệ thống điện

Để vận hành tin cậy kinh tế, hệ thống điện cần hiển thị nguyên vẹn hệ thống trung tâm điều độ hệ thống điện Trung tâm điều độ hệ thống điện đại ngày trang bị máy tính trực tuyến đảm bảo sử lý tất tín hiệu thơng qua hệ thống thu nhận tín hiệu từ xa Các máy tính vận hành theo cấu trúc phân cấp nhằm phối hợp cách thích hợp yêu cầu chức khác điều kiện vận hành bình thường điều kiện khẩn cấp Mỗi trung tâm điều độ hệ thống điện có bảng điều khiển Bảng bao gồm phần tử hiển thị, bàn phím, đèn báo Các máy tính đưa cảnh báo cho điều độ viên có dịch chuyển chế độ hệ thống khỏi chế độ bình thường Điều độ viên tiến hành điều chỉnh định thực chúng với giúp đỡ máy tính Các cơng cụ mơ phần mềm trọn gói, viết với ngơn ngữ lập trình cao, ứng dụng để vận hành hiệu điều khiển tin cậy hệ thống Đây hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition )

1.5Hệ thống điện Việt Nam 1.5.1 Tình hình đến năm 1999

Theo số liệu thơng tin nguồn điện vào 01/2000, tổng công suất lắp đặt nhà máy điện nước ta 5710MW, cơng suất khả dụng 5382MW, thủy điện chiếm 54%; nhiệt điện chiếm 22%; diesel tuốc bin khí 24% Tổng sản lượng nhà máy điện năm 1999 23,738 tỷ kWh, thủy điện 58,7%; nhiệt điện chiếm 22,7%; diesel tuốc bin khí 18,6%

Danh mục nhà máy, tính đến tháng 06/99 dự trù phát triển đến năm 2005, trình bày bảng 1.1

Tỷ trọng tiêu thụ điện năm 1999 sau:  Điện công nghiệp: 38,7%

 Điện nơng nghiệp: 3,0%  Điện sinh hoạt: 51.1%

 Điện khác: 7,2%

Năm 1999, tiêu thụ điện thương phẩm toàn quốc đạt gần 19,6 tỷ kWh, điện sản xuất đạt 23,7 tỷkWh Dự kiến nhu cầu tiêu thụ điện năm 2000 khoảng 26 tỷkWh

Baûng 1.1

T/T Tên nhà máy Công suất đặt (MW) Công suất khả dụng (MW)

5710 5382

I Thủy điện 2854 2866

1 Thác Bà 108 120

2 Hồ Bình 1920 1920

3 Vónh Sơn 66 66

4 Đa Nhim 160 160

5 Trị An 400 400

6 Thác Mơ 150 150

7 Thủy điện nhỏ 50 50

8 Yaly 4x180 Đến 2000

9 Sông Hinh 3x35 Đến 2000

10 Hàm Thuận 2x150 Đến 2001

11 Đami 2x88.5 Đến 2001

12 Cẩn Đơn 72 Đến 2003

13 Đại Ninh 2x150 Đến 2005

II Nhiệt điện 1218 1163

1 Uông Bí 105 100

2 Ninh Bình 100 100

3 Phả Laïi 400 400

4 Thủ Đức (dầu) 165 156

5 Trà Nóc 33 32

6 Hiệp Bình Phước 375 375

7 Phả Lại 2x300 Đến 2001

8 Na Dương 2x50 Đến 2001

9 Cao Ngạn 2x50 Đến 2002

10 Ơ Mơn 2x300 Đến 2004

11 ng Bí mở rộng 300 Đến 2004

Hình 19 Tỷ trọng tiêu thụ điện năm 1999 Hình 1.18 Tỷ trọng phát điện naêm 1999

N o ân g n g h ie äp

3 % S in h

h o a ït %

C o ân g n g h ie äp

3 % T a ûi

k h a ùc %

Nhiệt điện

23% Thủy điện

59% Diesel - TBK

III Tuốc bin khí 1249 1168

1 Thủ Đức 128 100

2 Bà Rịa 328 296

3 Phú Mỹ 2.1 568 568

4 Trà Nóc 150 136

5 Cần Thơ 75 68

6 Phú Mỹ 3x240 Đến 2000

7 Phần Phú Mỹ 1x370 Đến 2001

8 Phú Mỹ 2.2 720 Đến 2002

9 Phần Phú Mỹ 2.1 2x140 Đến 2002

10 Phú Mỹ 720 Đến 2003

IV Diesel 459 185

1 Nomura Hải Phòng 50 50

2 Mieàn Trung 190 65

3 Mieàn Nam 199 50

4 KCN Singapore 8

5 Amata 12 12

Dự báo nhu cầu phụ tải thực tế (triệu kWh) thực từ năm 1995 đến năm 1999 trình bày bảng 1.2

Baûng 1.2

Chỉ tiêu 1995 1996 1997 1998 1999 Tốc độ

taêng bình quân Điện

thương phẩm

Dự báo 11459 13467 15778 18368 21489 17% Thực 11198 13344 15323 17663 19592 15.0% Điện

sản xuất Thực 14636 16960 19165 21664 23739 Dự báo 14571 16980 19732 22800 26318 16.1% 13.0%

Đến lưới điện quốc gia bao gồm lưới miền Bắc (điển hình lưới Hà Nội), lưới miền Nam (điển hình lưới Tp Hồ Chí Minh), lưới miền Trung Các lưới liên kết với tuyến dây điện áp 230kV 500kV Hiện lưới điện quốc gia phát triển đến tất tỉnh thành nước với 69% số hộ nông thôn cung cấp điện Mục tiêu phấn đấu đến năm 2000 đưa điện về100% số huyện 80% số xã

Tổng hợp khối lượng lưới điện tồn quốc trình bày bảng 1.3 Bảng 1.3

Cấp điện áp Chiều dài đường dây (Km)

Công suất máy biến áp (MVA)

500 1514 2850

220 3732 5817

66 - 110 7851 7328

1.5.2 Dự báo đến năm 2020

Nhu cầu tiêu thụ điện giai đoạn đến năm 2020 dự báo theo phương pháp đàn hồi nhịp độ tăng trưởng nhu cầu điện tăng trưởng kinh tế (GDP) Theo phương án sở dự báo nhu cầu tiêu thụ điện trình bày bảng 1.4

Baûng 1.4

Năm 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Tăng trưởng

bình quân % Điện

(GWh) 14.636 26.000 44.230 70.437 109.439 167.022 10.2

Công suất (MW) 4.477 7.447 11.653 17.847 26.854

Bình quân đầu người (kWh/ng.năm)

198 306 490 734 1087 1.560

Chương trình phát triển nguồn từ đến năm 2020 tổng công suất nhà máy xây khoảng 33.000MW, thủy điện 9000MW ( thủy điện Sơn La qui mô 3600MW bắt đầu vận hành năm 2012 hoàn thành xây dựng vào năm 2016), nhiệt điện khí ( tuốc bin khí nhiệt điện ngưng hơi) khoảng 10.000MW, nhiệt điện than khoảng 4.000MW, địa nhiệt khoảng 200MW, điện nguyên tử khoảng 1200MW, trao đổi với cac nước lân cận khoảng 4.000MW Nếu tính theo tỷ lệ thủy điện chiếm 38,6%, nhiệt điện khí chiếm 32,3%, nhiệt điện than 13,2%, địa nhiệt chiếm 0,3%, điện nguyên tử chiếm 3,6% điện nhập khoảng 12,0%

Chương trình phát triển mạng điện phải đồng với việc phát triển nguồn điện Hệ thống mạng 220kV-500kV cần tiếp tục phát triển mạnh nhằm đảm bảo chuyển tải cách an toàn tin cậy từ nguồn đến trung tâm tiêu thụ điện Mạng điện 110kV phát triển cách tương xứng dần trở thành mạng phân phối khu vực Đối với mạng trung áp có kế hoạch bước chuyển dần từ hệ thống với nhiều cấp điện áp (6, 10, 15, 22 35kV) sang hệ thống cấp điện áp 22kV khu vực thành thị, đồng trung du cấp điện áp 35kV miền núi Giảm tổn thất điện từ 16% xuống 10% vào năm 2010 khoảng 8% vào năm 2020

Các khu vực biên giới, hải đảo, vùng sâu vùng xa nơi màmạng điện quốc gia không vươn tới nghiên cứu cung cấp điện trạm thủy điện nhỏ, cụm diesel cỡ nhỏ, dàn pin mặt trời, máy phát điện gió…

Để khắc phục tình trạng khơng cân đối nguồn mạng điện, mạng truyền tải mạng phân phối cần trọng phân bổ thích đáng cho phát triển mạng điện ( theo kinh nghiệm nước giới, tỷ lệ đầu tư nguồn mạng thường 50-50, tỷ lệ mạng truyền tải phân phối 30 – 70 hay 40 - 60)

Khối lượng mạng truyền tải phân phối dự kiến phát triển giai đoạn đến năm 2020 trình bày bảng 1.5

1.6Các yêu cầu thiết kế cung cấp điện

Mục tiêu nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện đảm bảo cấp đủ điện theo yêu cầu hộ phụ tải với chất lượng đảm bảo

Baûng 1.5

T/T Danh mục Đơn vị 1999-2005 2006-2010 2011-2020

I Mạng truyền tải

1 Đường dây Km 9055 17248 55160

500kV Km 831 2250 6000

220kV Km 4030 6382 20893

110kV Km 4194 8616 28267

2 Trạm biến áp 33988 202660 668428

500kV MVA 3450 175534 576253

220kV MVA 13051 12765 43015

110kV MVA 17487 14361 49160

II Mạng phân phối

1 Đường dây trung áp Km 42632 43348 123472

2 Trạm phân phối MVA 62010 49317 114292

3 Đường dây hạ áp Km 38756 48617 145190

1.6.1 Chỉ tiêu kỹ thuật

Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện bao gồm:

 Độ tin cậy cung cấp điện cao theo yêu cầu loại hộ phụ tải, thể trị số nhỏ thiệt hại kinh tế hàng năm ngừng cung cấp điện

 Chất lượng điện đảm bảo, thể chủ yếu độ lệch độ dao động điện áp so với điện áp định mức thiết bị điện, ngồi cịn thể độ ổn định tần số dịng điện

 Tính linh hoạt cao, thể qua tính đơn giản vận hành trạng thái bình thường có cố

 An toàn người vận hành, có liên quan đến cấp điện áp tải điện , phương thức dùng tuyến dây, bố trí lưới điện

 Có xét đến khả phát triển phụ tải tương lai 1.6.2 Chỉ tiêu kinh tế

Các tiêu kinh tế phương án cung cấp điện bao gồm:

 Vốn đầu tư nhỏ bao gồm vốn xây dựng vốn thiết bị

 Phí tổn vận hành hàng năm thấp: tiêu phụ thuộc nhiều vào loại nguồn điện sử dụng (thủy điện, nhiệt điện, điện diesel) Ngồi cịn phụ thuộc vào khoản khấu hao thiết bị, tu sửa định kỳ, trả lương tiền phí tổn tổn thất điện lưới điện

 Chi phí tính tốn hàng năm thấp: tiêu thể chi phí vốn đầu tư chi phí vận hành qui năm suốt thời gian hoàn vốn

Những tiêu thường mâu thuẫn nhau, chẳng hạn phương án có độ tin cậy cao thường phải có vốn đầu tư phí tổn vận hành hàng năm lớn …Tuy nhiên, phương án hợp lý phải lựa chọn quan điểm thỏa hiệp tiêu, tùy thuộc giai đoạn hoàn cảnh cụ thể

1.7 Các bước thiết kế hệ thống cung cấp điện

Bản thiết kế cung cấp điện thường thực theo bước chủ yếu sau :

 Lập dự án khả thi vốn đầu tư, phương án kỹ thuật sơ bộ, giai đoạn triển khai,…

 Xác định nhu cầu điện phụ tải chọn phương thức cung cấp điện

 Xác định phương án nguồn điện : vị trí, cơng suất, loại nguồn ( nhà máy điện riêng từ cấp điện từ hệ thống quốc gia)

 Cân công suất tác dụng phản kháng  Lựa chọn cấp điện áp truyền tải phân phối  Vạch phương án nối dây khả thi

 Giải tốn phân bố cơng suất  Lựa chọn tiết diện dây

 Sơ so sánh phương án mặt kinh tế  Loại bỏ phương án có tiêu kỹ thuật thấp  Tính toán lựa chọn chi tiết thiết bị động lực  So sánh chi tiết phương án mặt kinh tế

 Chọn phương án có tiêu kinh tế cao thoả tiêu kỹ thuật

 Thiết kế kỹ thuật chi tiết bao gồm hạng mục kèm : hệ thống đo lường, bảo vệ rơle, chống sét, nối đất,…

 Xác định tiêu kinh tế – kỹ thuật  Thiết kế thi cơng lập dự tốn cơng trình 1.8 Phương hướng nghiên cứu phát triển

Ngành điện lực ngành công nghiệp kỹ thuật cao, qui mô hệ thống cung cấp điện ngày lớn phức tạp, vấn đề phát triển vận hành tối ưu nguồn điện, mạng điện, yêu cầu cung cấp điện theo nhu cầu phụ tải với độ tin cậy chất lượng cao đặt cho ngành điện lực hướng nghiên cứu truyền thống : tối ưu hoá qui hoạch vận hành, đánh giá trạng thái hệ thống, đánh giá độ tin cậy, nâng cao chất lượng điện năng,….cịn cần có hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất, cụ thể sau:

 Ứng dụng tự động thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD) hệ chuyên gia lãnh vực thiết kế mạng điện

 Ứng dụng lý thuyết nhận dạng, mạng neuron, hệ chuyên gia mờ, điều khiển mờ lãnh vực vận hành, nhận dạng xử lý cố hệ thống điện

 Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, hệ thống tự động đo lường (AMR) điều khiển quản lý hệ thống

 Ứng dụng thành tựu công nghiệp điện tử việc sản xuất sử dụng hệ rơ le điện tử, máy cắt có cấu nhả điện tử (Electronic Trip), máy cắt thông minh ( Intelligent Circuit Breaker),…

 Ứng dụng thành tựu công nghệ thông tin để xây dựng mô hình tốn học đủ mạnh, có mức tiện ích cao phục vụ công tác thiết kế mô hành vi hệ thống điện điều kiện làm việc khác

 Điều khiển hệ thống điện thời gian thực sở thành tựu công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông công nghệ điện tử

CHƯƠNG II

ĐÁNH GIÁ KINH TẾ KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

2.1.Khái niệm chung

Các phương án phát triển nguồn lưới điện đôi với phát triển liên tục phụ tải Một phương án coi hợp lý phải thỏa mãn cáùc yêu cầu kỹ thuật đề ra, lại vừa thấp vốn đầu tư chi phí vận hành Thơng thường tồn mâu thuẩn tiêu kinh tế kỹ thuật, tính tốn quan trọng chưa phải định cuối Để lựa chọn phương án cung cấp điện cần phải cân nhắc nhiều mặt khác như: đường lối, tốc độ quy mô phát triển kinh tế, khả huy động vốn, tình hình cung cấp thiết bị vật tư, trình độ quản lý thi công vận hành

2.2 Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện

Các tiêu kỹ thuật phương án cung cấp điện bao gồm:

2.2.1 Chất lượng điện

Đảm bảo chất lượng điện đánh giá kỹ thuật chủ yếu đảm bảo độ lệch, độ dao động điện áp tần số nằm phạm vi giá trị cho phép so với định mức

1 Chất lượng tần số

Chất lượng tần số đánh giá bằng:

a Độ lệch tần số hiệu trung bình vịng 10 phút trị số thực tế tần số với giá trị danh định nó:

f = f - fñm (Hz) (2.1)

Độ lệch tần số trình bày dạng tương đối:

f% = ñm

ñm

f f

f 100 (%) (2.2)

Độ lệch tần số cho phép fcp theo tiêu chuẩn GOCT-13109-87 0,2Hz, theo tiêu chuẩn Việt Nam Singapor 0,5 Hz

b Độ dao động tần số hiệu số giá trị lớn nhỏ tần số tốc độ thay đổi tần số lớn 0,2 Hz giây

Độ dao động tần số cho phép không vượt 0,2 Hz

Hiện nay, để giữ độ dao động tần số hệ thống điện, thường sử dụng thiết bị tự động sa thải phụ tải xuất cố theo tần số

2 Chất lượng điện áp

Chất lượng điện áp bao gồm:

a Độ lệch điện áp hiệu trị số thực tế điện áp U với giá trị danh định Uđm phát sinh thay đổi chế độ làm việc tương đối chậm (dưới 1% giây):

U = U – Uñm (V) (2.3)

U = ñm

ñm

U U U

100 (%) (2.4)

U phải thỏa mãn điều kiện:  U-  U  U+

Ở đây:  U-,  U+ giới hạn độ lệch điện áp Tiêu chuẩn độ lệch điện áp số nước sau:

 Tiêu chuẩn Nga: -2,5 đến + 5% cho chiếu sáng công nghiệp công sở; 5% đến +10% cho động 5% cho phụ tải lại Các tiêu phải thỏa mãn với xác suất 95% Nói chung 5%, sau cố 10%

 Tiêu chuẩn Pháp: 5% cho lưới trung hạ áp, 7% cho lưới trung áp không và10% cho lưới hạ áp khơng

 Tiêu chuẩn Singapor: 6%

 Tiêu chuẩn Việt Nam: -10% +5%

b Độ dao động điện áp hiệu trị số hiệu dụng lớn Umax nhỏ Umin điện áp trình thay đổi nhanh thông số chế độ tốc độ thay đổi điện áp không 1% giây:

V =

ñm max

U U

U  .100 (%) (2.5)

Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, gây hại cho mắt người, gây nhiễu radio, nhiễu TV nhiễu thiết bị điện tử,…

Dao động điện áp cho phép theo tiêu chuẩn số nước sau:

 Tiêu chuẩn Nga quy định dao động điện áp cực thiết bị chiếu sáng:

V = + 6/n = +t/10 (2.6) Ở đây: n số dao động giờ, t thời gian trung bình hai dao động có đơn vị phút

Theo tiêu chuẩn này, có dao động biên độ cho phép 7% Đối với thiết bị có biến đổi đột ngột cơng suất vận hành, cho phép V đến 1,5%

Cịn phụ tải khác khơng chuẩn hóa, V lớn 15% dẫn đến hoạt động sai khởi động từ, thiết bị điều khiển

 Tiêu chuẩn Pháp qui định đường cong quan hệ giữaV tần suất xuất Theo có dao động V cho phép 10%

Các nguyên nhân gây nên độ lệch độ dao động điện áp mức cho phép là:  Trình độ quản lý, khai thác lưới điện thấp

 Mạng hạ áp bị tải

 Không có thiết bị điều chỉnh điện áp chỗ

Để hạn chế độ lệch độ dao động điện áp thường áp dụng biện pháp sau:  Sử dụng thiết bị bù tự động

 Sử dụng máy biến áp điều áp tải ngồi tải  Đóng cắt chuyển tải đường dây hay MBA

 Sử dụng nguồn điện dự phòng

Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu công tác giảm tuổi thọ thiết bị dùng điện, giảm khả tải lưới điện tăng tổn thất điện

Tiêu chuẩn Nga quy định: lưới sinh hoạt U2 không vượt giá trị làm cho điện áp thực cực thiết bị dùng điện thấp giá trị cho phép Trên cực thiết bị dùng điện pha đối xứng, U2 không vượt 2% Uđm Trên cực động không đồng bộ, U2 cho phép xác định riêng theo điều kiện phát nóng lớn 2%

d. Độ không sin: thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến MBA không tải, chỉnh lưu, thyristor… làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến cho dạng điện áp khơng cịn hình sin Xuất sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao góp phần làm giảm điện áp đèn điện thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt từ động cơ, tổn thất điện môi cách điện, tăng tổn thất lưới điện thiết bị dùng điện, giảm tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống cung cấp điện, gây nhiễu radio, TV thiết bị điện tử, điều khiển khác…

Tiêu chuẩn Nga quy định:

1 13

3,5 j

2 j

i U 5%U

U   



Σ (2.7)

Ở đây: U1 trị hiệu dụng sóng hài bậc điện áp

Để khắc phục hài bậc cao mạng điện áp dụng biện pháp sau:  Tăng số pha chỉnh lưu lên đến p =12 hay nhiều

 Sử dụng lọc ngang: mạch vòng bao gồm cuộn điện cảm tụ điện mắc nối tiếp, chỉnh định theo tần số hài bậc cao Các lọc ngang đấu vào chỗ phát sinh hài bậc cao hay chỗ mà hài bậc cao tăng cường hay có cộng hưởng dịng điện

 Sử dụng lọc dọc: lọc dọc đấu nối tiếp vào nhánh cần hạn chế dòng hài bậc cao làm tăng dòng nhánh khác

2.2.2 Độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy cung cấp điện thể qua khả liên tục cung cấp điện Độ liên tục cung cấp điện tính thời gian điện trung bình năm cho hộ tiêu thụ tiêu khác, đạt giá trị hợp lý chấp nhận cho phía người sử dụng điện ngành điện

Độ tin cậy cung cấp điện cao khả điện thấp ngược lại

Độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo nhờ kết cấu hợp lý mạng cung cấp điện quy hoạch thiết kế Thông thường, mạng cung cấp điện đảm bảo độ tin cậy cao nút hệ thống (có liên lạc với nhiều nguồn) nút địa phương (có hai nguồn) Sau đó, từ nút cấu trúc lưới điện truyền tải lưới phân phối trung áp phụ thuộc vào yêu cầu phụ tải

Theo tiêu độ tin cậy, phụ tải chia làm hai loại: phụ tải có tính chất trị xã hội cao đảm bảo độ tin cậy đặc biệt cao phụ tải khác phân loại theo thiệt hại kinh tế điện tính đ/kWh điện Giá tiền điện ngành điện xác định, theo quan thiết kế lựa chọn sơ đồ cung cấp điện

2.2.3 Tính đơn giản lắp đặt, vận hành bảo trì

an ninh lưới điện Đơn giản bảo trì làm giảm chi phí th chun gia bảo trì, rút ngắn thời gian bảo trì, nâng cao hiệu suất khai thác thiết bị

2.2.4 Tính linh hoạt

Tính linh hoạt thể khả mở rộng, phát triển tương lai phù hợp với thay đổi nhanh chóng cơng nghệ

2.2.5 An tồn điện

An toàn điện bao gồm: an toàn điện áp chuẩn, chống nguy cháy nổ, nguy ăn mịn đảm bảo hành lang an tồn

2.2.6 Tính tự động hóa cao

Vì q trình điện diễn hệ thống điện xảy thời gian ngắn nên việc đưa định thao tác cần thiết để đảm bảo an ninh chế độ vận hành ổn định lưới điện cần có trợ giúp hệ thống giám sát tự động hóa cao

2.3 Chỉ tiêu kinh tế phương án cung cấp điện

Tổng chi phí phương án cung cấp điện gồm hai phần: tổng vốn đầu tư ban đầu V chi phí vận hành hàng năm C Trong hai thành phần này, vốn đầu tư ban đầu bỏ thời gian ngắn chi phí vận hành hàng năm phân bố nhiều năm

1 Tổng vốn đầu tư ban đầu V

Việc xác định tổng vốn đầu tư ban đầu V dựa hoàn toàn vào ước lượng Các liệu khứ liệu giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độ xác đến mức ln có thay đổi giá tiến công nghệ

Tổng vốn đầu tư ban đầu bao gồm chi phí sau:

 Chi phí mua thiết bị chi phí xây dựng trực tiếp: V1

 Chi phí tồn kho cho thiết bị vật tư sử dụng cho xây dựng mới: V2

 Chi phí xây dựng gián tiếp V3 bao gồm: chi phí cho lao động gián tiếp, chi phí cho giám sát cơng trình, chi phí bảo hiểm, chi phí thuế chi phí khác

V = V1 + V2 + V3 (ñ) (2.8)

2 Chi phí vận hành hàng năm C

Chi phí vận hành hàng năm bao gồm chi phí sau:

 Chi phí vận hành cơng bảo quản C1 như: chi phí trả lương trực tiếp, thuế quản lý, chi phí cho nghỉ phép, bệnh hoạn,…

C1 = Kbq V (đ) (2.9) Ở đây: Kbq hệ số bảo quản, V tổng vốn đầu tư ban đầu

 Chi phí vật tư yêâu cầu cho vận hành bảo quản C2 như: chi phí mua vật tư, chi phí sử dụng tồn trữ

C2 = Kvt V (ñ) (2.10)

Ở đây: Kvt hệ số vật tư, V tổng vốn đầu tư ban đầu  Chi phí khấu hao C3:

Ở đây: Kkh hệ số khấu hao, V tổng vốn đầu tư ban đầu  Chi phí tổn thất điện C4:

C4 = C0 A (ñ) (2.12)

Ở đây: C0 chi phí sản xuất 1kWh điện năng, A tổn thất điện hàng năm

A = Pmax . (kWh) (2.13)

Ở đây: Pmax tổn thất công suất cực đại (kW),  thời gian tổn thất công suất cực đại (h)

ij n

j

i

2 ij ij

max U R

Q P

∆P   



(2.14) Với: Pij, Qij công suất tác dụng phản kháng cực đại nhánh ij, U điện áp dây định mức mạng điện, Rij điện trở nhánh ij, n số nhánh mạng điện

 Chi phí điện C5:

Chi phí ngừng cung cấp điện C5 bao gồm hai thành phần: tổn thất trực tiếp C51 tổn thất gián tiếp C52

a Tổn thất trực tiếp C51 bao gồm: tổn thất chết công nhân số công nhân khơng chuyển hồn tồn hay phần sang cơng việc khác, giảm tuổi thọ máy móc, gây phế phẩm giảm chất lượng sản phẩm, tăng chi phí lao động, nguyên vật liệu lượng cho đơn vị sản phẩm

Tổn thất trực tiếp C51 xác định theo số liệu thống kê có quan hệ tới nguyên nhân gây điện như: xác suất điện qmđ, phụ tải bị điện pmđ thời gian điện tmđ, với xác suất tổn thất q1, q2, q3,…

Tổn thất trực tiếp C51 tính theo biểu thức sau: C51 = q1 A qmđ

C51 = q2 pmñ C51 = q3 tmñ

Ở đây: q1 suất tổn thất tính cho kWh điện không cung cấp điện, (đồng/kWh); q2 suất tổn thất tính cho kW phụ tải bị ngừng cung cấp điện, (đồng/kW); q3 suất tổn thất tính cho điện, (đồng/giờ); A điện tiêu thụ sở sản xuất trạng thái vận hành bình thường (kWh); pmđ giá trị trung bình phụ tải bị điện, (kW); qmđ xác suất điện; tmđ thời gian điện (giờ), bao gồm thời gian ngừng cung cấp điện, sửa chữa thay thiết bị hiệu chỉnh q trình cơng nghệ để phục hồi sản xuất

b Tổn thất gián tiếp C52 bao gồm: giá trị số sản phẩm bị hao hụt ngừng sản xuất điện

Tổn thất gián tiếp C52 xác định theo biểu thức sau: C52 =  

m

1 o

s tmñ (2.15)

Tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện xác định theo biểu thức sau: C5 = C51 + C52

Tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố tính tốn phức tạp Vì vậy, thường tính đến trường hợp thật cần thiết với cơng trình quan trọng, sản xuất liên tục, trình phục hồi sau điện kéo dài, q trình cơng nghệ tiêu thụ nhiều điện điện phân, luyện nhôm…

Lưu ý tổn thất kinh tế ngừng cung cấp điện chủ yếu dùng để đánh giá tính kinh tế phụ tải loại hai

Tóm lại, chi phí vận hành hàng năm C xác định sau: C = C1 + C2 + C3 + C4 + C5

3 Phương pháp thu hồi vốn đầu tư

Trong tính tốn kinh tế, phương pháp thu hồi vốn đầu tư viết dạng ban đầu (2.16) hay viết dạng chi phí qui đổi tính tốn (2.17):

1 p p

2 p p

C C

V V T

a a

a a

 

 (2.16)

Ở đây: Vpa1,Vpa2,Cpa1, Cpa2 vốn đầu tư chi phí vận hành hàng năm phương án phương án hai

Chi phí tính tốn qui đổi trình bày dạng sau:

Ztt = añm V + C (2.17)

Ở đây: ađm hệ số định mức hiệu kinh tế ađm =

ñm T

1

Với: Tđm thời hạn tiêu chuẩn thu hồi vốn định mức, hệ thống cung cấp điện thường lấy năm

Sau đây, phân tích tính kinh tế số trường hợp bản:

a Trường hợp có hai phương án

Nếu T < Tđm phương án kinh tế phương án hai, thời gian cần thiết để thu lại số vốn đầu tư (do tiết kiệm chi phí vận hành hàng năm) phương án nhỏ thời hạn cho phép Tđm

Nếu T > Tđm phương án hai kinh tế phương án

Khi so sánh hai phương án không thiết lúc phải vào giá trị T để lựa chọn Ví dụ, Vpa1< Vpa2 Cpa1< Cpa2 tính kinh tế phương án rõ ràng

Ngoài ra, Vpa1 = Vpa2 Cpa1 lớn hay nhỏ Cpa2 hay Cpa1 = Cpa2 Vpa1 lớn hay nhỏ Vpa2 khơng cần tính đến thời hạn thu hồi vốn T theo biểu thức (2.16)

Phương pháp tính thời hạn thu hồi vốn theo biểu thức (2.16) có nhược điểm sau:

 Khối lượng tính tốn tương đối lớn tổ hợp cặp phương án trường hợp có nhiều phương án khác

 Hệ số hiệu kinh tế tương đối a = 1/T không phản ảnh thực chất vốn đầu tư ban đầu hay phí tổn vận hành hàng năm hai phương án chênh lệch không nhiều

1 p p

2 p p

C C

V V T

a a

a a

 

 =

2 01 ,

5 , 19 20



 = 50 (năm)

Đieău có nghóa nêu chón phương án mt sau 50 nm thu hoăi cheđnh lch veă vôn đaău tư Như vy, phương án mt có tính kinh teẫ rât thâp so với phương án hai Nhưng thực tê hai phương án tương đương veă kinh tê sô liu veă vôn đaău tư chi phí hành đeău naỉm giới hán cho phép

b Trường hợp có ba hay nhiều phương án

Trường hợp này, sử dụng biểu thức (2.16) để tiến hành so sánh kinh tế gặp nhiều khó khăn Khi đầu tư lúc (thời gian xây dựng năm) phí tổn vận hành hàng năm cố định nên sử dụng biểu thức (2.17), tức sử dụng chi phí tính tốn qui đổi

Ztt1 = añm Vpa1 + Cpa1 Ztt2 = añm Vpa2 + Cpa2

Nếu Ztt1<Ztt2 phương án kinh tế phương án hai ngược lại Ztt1>Ztt2 phương án hai kinh tế phương án

Khi thời gian xây dựng lớn năm giả thiết tồn bộä vốn đầu tư đặt vào năm (năm hoàn thành cơng trình) chi phí vận hành hàng năm năm khơng đổi khơng cịn phù hợp Khi đó, cần xét đến hiệu vốn đầu tư giai đoạn khác biến đổi chi phí vận hành qua năm, có nghĩa phải xét đến yếu tố thời gian tính tốn so sánh kinh tế phương án

Thực tế, thiết kế xây dựng cho thấy: đầu tư vốn vào cơng trình vào năm cuối thời kỳ xây dựng có lợi so với trường hợp đầu tư vốn vào thời kỳ đầu xây dựng

Đối với nhiều công trình sau kết thúc xây dựng vào vận hành phải thời gian đạt công suất thiết kế Do đó, chi phí vận hành hàng năm hệ thống cung cấp điện thay đổi hàng năm điều tất nhiên

Thời hạn để tính tốn kể từ năm bắt đầu xây dựng cơng trình đạt cơng suất thiết kế, tức vào thời điểm chi phí vận hành năm đạt giá trị ổn định Trong thời gian đó, vốn đầu tư V vàø chi phí vận hành C năm thay đổi Để tiện so sánh, thường quy đổi Vvà C thời điểm định, thời điểm chọn bất kỳ, để tiện việc tính tốn thường chọn thời điểm kết thúc xây dựng cơng trình vào vận hành

Giả sử năm đầu, vốn đầu tư Vt Hết năm thứ Vt cịn đọng lại cơng trình xây dựng Như sang năm thứ hai Vt coi tăng thêm lượng Kt Vt, với Kt hệ số kể đến tổn thất vốn bị ứ đọng

Đối với hệ thống cung cấp điện thường chọn Kt = 0.08, vốn đầu tư năm thứ hai là: Vt + K Vt = Vt (1 + Kt )

Từ đó, tính đến năm kết thúc cơng trình T, vốn đầu tư là: Vt (1 + Kt )T-1

Như vậy, tổng số vốn đầu tư quy đổi năm kết thúc cơng trình xây dựng là: 





  T

1 t

t T t t.(1 K ) V

V (2.18)

Đối với chi phí vận hành hàng năm phải quy đổi chi phí năm sau năm thứ T năm kết thúc cơng trình bắt đầu vận hành Vì chi phí vận hành năm sau mà quy đổi năm trước nên phải xem chi phí giảm (quy đổi từ năm đạt cơng suất thiết kế năm bắt đầu vận hành)

Lập luận tương tự với vốn đầu tư, chi phí vận hành năm thứ t Cvht Nếu quy đổi trước năm giảm lượng (1+Kt)

Do đó, tổng chi phí vận hành hàng năm quy đổi thời điểm T, năm bắt đầu vận hành là: 





  T

1 t

t T t vht

vh C (1 K )

C (2.19)

Ở đây: Cvht chi phí vận hành năm thứ t; T’là thời gian kể từ năm bắt đầu xây dựng đến năm công trình đạt cơng suất thiết kế, T’> T

Chi phí tính tốn trường hợp có kể đến yếu tố thời gian là: 





 

 T

1 t

t T t vht

t ñm

tt ( V C ).(1 K )

Z a (2.20)

Với T  t  T’

Lưu ý rằng, giá trị Ztt1 Ztt2 chênh lệch khơng q 5% hai phương án coi tương đương mặt kinh tế phương án chọn phương án có tiêu kỹ thuật vượt trội Điều thông tin số liệu ban đầu sử dụng để xác định Ztt thông tin sơ bộ, mang tính dự báo khơng ổn định theo thời gian

2.4 Các bước so sánh kinh tế kỹ thuật

So sánh kinh tế kỹ thuật tiến hành theo bước sau:

 Phân tích loại phương án khơng thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đặt  Lựa chọn phương án đạt yêu cầu kỹ thuật đề để so sánh

 Tính chi phí tính tốn Ztt cho phương án  Chọn phương án có chi phí tính tốn Ztt =>

Một số trường hợp tiến hành so sánh kinh tế là:

 Sử dụng nguyên vật liệu thiết bị điện có quy định đặc biệt nhà nước như: dùng dây dẫn nhôm cho cơng trình dân dụng, dùng cột bê tơng cốt thép hay đặt cột thép mạng điện địa phương,…

 Ứng dụng biện pháp để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hộ tiêu thụ đặc biệt như: phòng cháy, phòng nổ, bảo vệ môi trường sống,…

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 28

CHƯƠNG III

XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN

3.1 Khái niệm chung

Khi thiết kế cung cấp điện cho hộ phụ tải, nhiệm vụ xác định nhu cầu điện hộä phụ tải Tùy theo quy mơ hộ phụ tải mà nhu cầu điện phải xác định theo phụ tải thực tế phải dự kiến đến khả phát triển phụ tải tương lai năm, 10 năm lâu Như vậy, xác định nhu cầu điện giải toán dự báo phụ tải ngắn hạn dài hạn

Dự báo phụ tải ngắn hạn tức xác định phụ tải cơng trình sau cơng trình vào hoạt động, vào vận hành Phụ tải thường gọi phụ tải tính tốn Phụ tải tính tốn sử dụng để chọn thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ , để tính tổn thất cơng suất, tổn thất điện áp để chọn thiết bị bù

Như vậy, phụ tải tính tốn số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện

Phụ tải tính tốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố công suất số lượng thiết bị, chế độ vận hành chúng, quy trình cơng nghệ sản xuất, trình độ vận hành cơng nhân… Vì vậy, xác định xác phụ tải tính tốn nhiệm vụ khó khăn quan trọng Nếu phụ tải tính tốn xác định nhỏ phụ tải thực tế làm giảm tuổi thọ thiết bị điện, có dẫn đến cháy, nổ nguy hiểm Cịn phụ tải tính tốn lớn phụ tải thực tế nhiều thiết bị điện chọn lớn so với yêu cầu, gây lãng phí

3.2 Đồ thị phụ tải 1.Định nghĩa

Đồ thị phụ tải quan hệ công suất phụ tải theo thời gian đặc trưng cho nhu cầu điện thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp

2.Phân loại

Theo loại công suất, đồ thị phụ tải gồm có:

 Đồ thị phụ tải cơng suất tác dụng: P = f(t)  Đồ thị phụ tải công suất phản kháng: Q = g(t)  Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến: S = h(t)

Theo dạng đồ thị, đồ thị phụ tải gồm có:

 Đồ thị phụ tải thực tế: dạng đồ thị phản ánh quy luật thay đổi thực tế cơng

suất theo thời gian (Hình 3.1)

 Đồ thị phụ tải nấc thang: dạng đồ thị quy đổi từ đồ thị phụ tải thực tế dạng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 29

Theo thời gian khảo sát, đồ thị phụ tải gồm có:

 Đồ thị phụ tải hàng ngày: dạng đồ thị phụ tải xây dựng với thời gian khảo

sát 24 Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng ngày, biết tình trạng làm việc thiết bị Từ đó, định quy trình vận hành hợp lý nhằm đạt đồ thị phụ tải tương đối phẳng Khi đạt mục đích giảm cơng suất cực đại mà nguồn phải cung cấp, giảm công suất đặt máy biến áp đơn giản vận hành Ngoài ra, đồ thị phụ tải hàng ngày liệu để chọn thiết bị điện, tính điện tiêu thụ

 Đồ thị phụ tải hàng tháng: đồ thị phụ tải xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng tháng biết nhịp độ làm việc hộ phụ tải, từ định lịch vận hành, sửa chữa thiết bị điện hợp lý đáp ứng yêu cầu sản xuất (Hình 3.3)

 Đồ thị phụ tải hàng năm: đồ thị phụ tải xây dựng vào đồ thị phụ

tải điển hình ngày mùa đông ngày mùa hè Giả sử mùa hè gồm n1

ngày mùa đông gồm n2 ngày Ở đồ thị Hình3.4a, mức P2 tồn khoảng thời

gian t2 + t2’; đồ thị Hình3.4b, mức P2 tồn khoảng t2’’ Vậy

năm, mức phụ tải P2 tồn khoảng thời gian là:

T2 = (t2 + t2’).n2 +t2’’.n1

Tương tự, năm, mức phụ tải P1 tồn khoảng thời gian là:

T1 = (t1 + t1’).n2

Ở đây: n1, n2 số ngày mùa hè mùa đông năm

Đồ thị phụ tải hàng năm tiện lợi việc dự báo nhu cầu điện năm, hiệu kinh tế cung cấp điện

Hình 3.1 Đồ thị phụ tải hàng ngày dạng thực tế

P (kW) P (kW)

24 t(giờ) 24 t(giờ)

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 30 3. Các đặc trưng đồ thị phụ tải

Các đặc trưng đồ thị phụ tải thể qua hệ số đại lượng sau:

a. Công suất cực đại Pmax giá trị công suất cực đại khoảng thời gian khảo sát

b. Công suất trung bình Ptb đặc trưng tĩnh phụ tải khoảng thời gian khảo sát

T A

dt ) t ( P T P

T T

0 tb



 

(3.1) Ở đây: AT điện tiêu thụ khoảng thời gian khảo sát T

c. Công suất cực tiểu Pminlà giá trị công suất cực tiểu khoảng thời gian khảo sát

d. Điện tiêu thụ AT thể qua phần diện tích giới hạn đường cong đồ thị phụ tải hệ trục tọa độ

Hình 3.4 Đồ thị phụ tải hàng năm

a. Đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa đơng b. Đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa hè c. Đồ thị phụ tải hàng năm

t2

t’

2 t

’’

T1 T2

0 24 (giờ) 24 (giờ) 8760 (giờ)

a b c

P (kW) P (kW) P (kW)

P1

P2

0 10 11 12 Hình 3.3.Đồ thị phụ tải hàng tháng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 31

  

 n

i i i

T 1Pt (3.2)

Ở đây: Pi công suất thời đoạn khảo sát thứ i, ti giá trị thời đoạn khảo sát thứ i,

T thời gian khảo sát, Pmax công suất cực đại khoảng thời gian khảo sát

e. Hệ số điền kín phụ tải Kđklà tỷ số cơng suất trung bình cơng suất cực đại

max

P P

K tb

đk  (3.3)

Đối với đồ thị phụ tải hàng ngày, Kđk xác định theo biểu thức:

max 24

24P

A

Kđk  (3.4)

Thường Kđk < , Kđk =1 đồ thị phụ tải có dạng phẳng

g Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax khoảng thời gian lý thuyết mà sử dụng công suất Pmax

khơng đổi khoảng thời gian lượng điện A lượng điện tiêu thụ thực tế Nếu thời gian t1 kéo dài thời gian t2 Tmax lớn,

trường hợp t1=T Tmax T Tmax phụ thuộc vào

tính chất phụ tải, qui trình xí nghiệp cơng nghiệp tham khảo từ sổ tay thiết kế cung cấp điện

max T max

i i

max P PA

t P

T   

4.Tầm quan trọng đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải số liệu ban đầu quan trọng thiết kế cung cấp điện Ngoài số liệu đại lượng tính từ đồ thị phụ tải nêu phần Đồ thị phụ tải hàng ngày cịn cung cấp số thơng tin như:

 Số ca làm việc ngày

 Tính chất phụ tải: phụ tải công nghiệp, phụ tải dân dụng, …

 Tính hợp lý việc tiêu thụ điện phụ tải nhằm đề biện pháp giảm chi phí

tiền điện cho sản xuất, … 3.3 Các đại lượng

1 Công suất định mức Pđm

Công suất định mức công suất thiết bị dùng điện ghi nhãn máy hay lý lịch máy, biểu diễn công suất tác dụng P (đối với động cơ, lị điện trở, bóng đèn, …) biểu diễn công suất biểu kiến S (đối với máy biến áp hàn, lị điện cảm ứng, …) Cơng suất định mức tính với thời gian làm việc lâu dài

Đối với động điện, công suất ghi nhãn máy cơng suất định mức trục Do có tổn hao nên cơng suất điện định mức phải lớn xác định biểu thức:

P Pmax

Pmin

Tmax

A

Hình 3.5.Đồ thị phụ tải hai cấp t1 t2

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 32

  đm.cơ điện đm P P (3.5) Ở đây:  hiệu suất động thường  = (0,85  0,87)

Đối với thiết bị điện làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại cầu trục, thang máy, máy biến áp hàn xác định công suất điện định mức phải qui công suất định mức làm việc chế độ dài hạn:

 Đối với động cơ:

100 % P

Pñm  ñm  (3.6)

 Đối với máy biến áp hàn:

100 % S

Sđm  đm  (3.7) Ở đây: % hệ số đóng điện, thường có giá trị tiêu chuẩn là15, 25, 40 hay 60%

Công suất định mức nhóm thiết bị ba pha tổng cơng suất thiết bị nhóm: ; p P n i đmi đm  

 Q n q ;

1 i ñmi ñm    ñm ñm ñm ñm U Q P

I   (3.8)

Nếu mạng điện có thiết bị pha phải phân bố thiết bị lên ba pha cho công suất không cân nhỏ Sau số dẫn:

a Nếu điểm cung cấp (tủ phân phối, đường dây chính) phần công suất không cân nhỏ 15% tổng cơng suất (1 pha pha) điểm thiết bị pha sử dụng điện áp pha coi thiết bị pha có cơng suất tương đương

 



i tb3phai j tb1phaj pha

3

ñm P P

P

Ở đây: Ptb3phai công suất định mức thiết bị pha thứ i, Ptb1phaj công suất định mức

của thiết bị pha thứ j; Pđm3pha công suất định mức qui pha nhóm thiết bị

b Nếu phần công suất không cân lớn 15% tổng công suất thiết bị thời điểm xét qui đổi phụ tải định mức pha thiết bị sau:

Trường hợp thiết bị pha sử dụng điện áp pha mạng:

(max) pha ñm i tb3phai

pha

ñm P 3P

P  

Ở đây: Pđm1pha(max) tổng công suất định mức thiết bị pha nối vào pha mang tải

lớn

2 Công suất trung bình Ptb

Cơng suất trung bình đặc trưng tĩnh phụ tải khoảng thời gian khảo sát xác định biểu thức sau:

T A T dt P P p T tb  

 ; T A T dt Q Q Q T

tb  



(3.9) Ở đây: AP (kW/h), AQ (kVARh) điện tác dụng phản kháng tiêu thụ

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 33 Phụ tải trung bình nhóm thiết bị xác định theo biểu thức:





 n i tbi

tb P

P ; 



 n i tbi

tb Q

Q (3.10)

Phụ tải trung bình sở đánh giá mức độ sử dụng thiết bị số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính tốn Thường phụ tải trung bình xác định ứng với thời gian khảo sát ca làm việc, tháng năm

3 Công suất cực đại Pmax

Công suất cực đại thiết bị (hay nhóm thiết bị) pmax (Pmax) trị số lớn trị

số trung bình có khoảng thời gian khảo sát Theo khoảng thời gian khảo sát, phân biệt hai loại công suất cực đại:

a.Công suất cực đại dài hạn cơng suất trung bình lớn thời gian tương đối ngắn (thường lấy 5, 10 30 phút) ứng với ca làm việc có phụ tải lớn ngày Công suất cực đại sử dụng để tính tổn thất cơng suất cực đại, tổn thất điện năng, chọn tiết diện dây dẫn cáp theo mật độ dịng kinh tế

b Cơng suất cực đại ngắn hạn hay cịn gọi cơng suất đỉnh nhọn: công suất cực đại thời gian -2 giây Công suất đỉnh nhọn sử dụng để kiểm tra dao động điện áp lưới điện, kiểm tra điều kiện tự mở máy động công suất lớn, chọn dây chảy cầu chì, tính dịng điện khởi động rơle bảo vệ, …

4 Cơng suất tính tốn Ptt

Cơng suất tính tốn Ptt cơng suất giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với công suất thực

tế biến đổi gây hiệu ứng nhiệt dây dẫn thiết bị điện

Quan hệ cơng suất tính tốn với cơng suất khác nêu bất đẳng thức sau:

Ptb  Ptt  Pmax

Do trình phát nóng dây dẫn có qn tính nghĩa dịng điện chạy qua dây dẫn phải qua thời gian T định nhiệt độ dây dẫn đạt đến nhiệt độ ổn định Với dây dẫn thông dụng, thường T khoảng 30 phút Do đó, thường lấy giá trị trung bình cơng suất cực đại xuất 30 phút để làm cơng suất tính tốn

Tóm lại, phụ tải tính tốn theo phát nóng xác định sau:

 Khi đồ thị phụ tải thay đổi: phụ tải tính tốn phụ tải trung bình lớn khoảng thời gian: 0.5, 0.75, 1, 1.5 hay (tùy theo cỡ dây cách bố trí)

 Khi đồ thị phụ tải thay đổi khơng đổi: phụ tải tính tốn lấy phụ tải trung

bình

6. Thí dụ tính tốn

Ví dụ 1: Hãy xác định hệ số đại lượng suy từ đồ thị phụ tải hàng ngày điển hình trình bày Hình 3.6

Giải:

1 Các công suất điện tiêu thụ

Pmax = 200 kW

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 34

        

 

24

12 150 200 100 24

tb 150 kW

Ptt = Pmax30 = 200 kW

A24 = 1006200615012 = 3600 kWh

2 Các đại lượng khác

75 , 200 24

3600

24 max

24  



P A Kđk

6570 200

3600 365 P

A 365 T

max 24

max   

3.5. Các hệ số tính tốn 1 Hệ số sử dụng ksd

Hệ số sử dụng thiết bị điện ksd, hay nhóm thiết bị Ksd tỷ số cơng suất tính

tốn cơng suất định mức:

đm tt sd

p p

k  ;

  

i ñmi i sdi ñmi

sd p

p k

K (3.11)

Hệ số sử dụng đặc trưng cho chế độ làm việc phụ tải theo công suất theo thời gian số liệu để xác định phụ tải tính tốn

Từ định nghĩa phân biệt hệ số sử dụng theo công suất tác dụng, công suất phản kháng theo dòng điện

Pmax

Ptbbp

Ptb

pmin

6 12 18 24 [giờ]

P kW 200 150 100 50

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 35 Bảng 1.1 Hệ số sử dụng

Tải Ku

Máy công cụ 0,8

Lò Quaït

Đèn huỳnh quang

Ổ cắm ngồi

2 Hệ số đóng điện kđ

Hệ số đóng điện kđ thiết bị tỷ số thời gian đóng điện chu trình với tồn

thời gian chu trình tct

Thời gian đóng điện tđ gồm thời gian làm việc mang tải tlv thời gian chạy không tải tkt ,

như vậy:

kđ

ct kt lv

t t t 

 (3.12)

Hệ số đóng điện nhóm thiết bị xác định theo biểu thức:

  

i ñmi i ñi ñmi

ñ p

p k

K (3.13)

Hệ số đóng điện phụ thuộc vào qui trình cơng nghệ 3 Hệ số phụ tải kpt

Hệ số phụ tải cơng suất tác dụng thiết bị cịn gọi hệ số mang tải tỷ số công suất tác dụng mà thiết bị tiêu thụ thực tế (cơng suất trung bình Ptb thời gian đóng điện tđ)

và cơng suất định mức:

đm đ tb pt p

p

k  (3.14)

4 Hệ số đồng thời Kđt

Hệ số đồng thời tỷ số công suất tính tốn cực đại tổng nút hệ thống cung cấp điện với tổng cơng suất tính tốn cực đại nhóm thiết bị có nối vào nút



 

 n

1 i tti

n ñt

P P

K (3.15)

Hệ số đồng thời thể tính chất khơng xảy thời điểm cơng suất tính tốn cực đại nhóm thiết bị, Kđt 

Hệ số đồng thời cho phân xưởng có nhiều nhóm thiết bị:





 n

i tt.nhoùmi px tt px

ñt

P P

K (3.16)

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 36 



 n

1 i tt.pxi

nm tt nm

ñt

P P

K (3.17)

Hệ số đồng thời sử dụng để xác định cơng suất tính tốn tổng nút hệ thống cung cấp điện

Bảng 1.2 Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

Số mạch Hệ sô đồng thời Ks

Tủ kiểm nghiệm toàn

0.9

4 vaø 0.8

6 vaø 0.7

10 lớn 0.6

Tủ kiểm nghiệm phần trường hợp

Nếu mạch chủ yếu chiếu sáng coi Ks gần Bảng 1.3 Hệ số đồng thời theo chức mạch

(1): Trong vài trường hợp, công nghiệp, hệ số cịn lớn

(2): Dòng lưu ý dòng định mức động tăng thêm trị 1/3 dòng khởi động Bảng 1.4 Hệ số đồng thời tòa nhà dân cư

Số hộ tiêu thụ Hệ số đồng thời Ks

2-4 5-9 0,78 10-14 0,63 15-19 0,53 20-24 0,49 25-29 0,46 30-34 0,44 35-39 0,42 40-49 0,41

50 hay lớn 0,40

7 Hệ số phân tán Kpt

Hệ số phân tán tỷ số tổng cơng suất cực đại riêng lẻ nhóm phụ tải với cơng suất cực đại tồn hệ thống

Chức mạch Hệ số đồng thời Ks

Chiếu sáng

Sưởi máy lạnh

Ổ cắm 0.1  0.4 (1)

Thang máy (2) Đ/cơ có cơng suất lớn thứ 1

Đ/cơ có cơng suất lớn thứ hai 0.75

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 37 ñt max i max pt K P P

K    (3.18)

Ở đây: Pmaxi tổng cơng suất cực đại riêng lẻ nhóm phụ tải thứ i, Pmax công

suất cực đại đồng thời toàn hệ thống (nút hệ thống, nơi nhóm phụ tải i nối vào), Kđt hệ

số đồng thời

Hệ số phân tán xác định theo biểu thức:

 

i i maxi i max pt C P

P

K (3.19)

Ở đây: Pmaxi công suất cực đại phụ tải thứ i, Ci hệ số góp phần phụ tải thứ i

8 Hệ số góp phần Ci

Hệ số góp phần Ci tỷ số cơng suất yêu cầu nhóm thứ i vào thời điểm phụ tải đỉnh

của hệ thống với công suất cực đại khơng đồng thời nhóm:

i max max ycit i P P

C  (3.20)

Ở đây: Pycitmax cơng suất u cầu nhóm thứ i vào thời điểm tmax, xuất phụ tải

đỉnh hệ thống; Pmaxi công suất cực đại nhóm thứ i

3.7 Các phương pháp xác định cơng suất tính tốn

1 Phương pháp cơng suất tính tốn theo hệ số sử dụng hệ số đồng thời

Theo phương pháp này, hệ số công suất phụ tải khác cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau:

ñmi P k K P n i sdi dt tt  

 (kW) (3.21)

ñmi Q k K Q n i sdi dt tt  

 (kVar) (3.22)

2 tt tt

tt P Q

S   (kVA) (3.23)

Ở đây: ksdi hệ số sử dụng thiết bị thứ i; Pđmi công suất định mức thiết bị thứ i; n

là số thiết bị nhoùm

Hệ số sử dụng thiết bị khác tra sổ tay thiết kế

Trường hợp coi hệ số công suất thiết bị khơng khác nhiều thì cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau:

ñmi S k K S n i sdi dt tt  

 (3.24)

Phương pháp tính tốn đơn giản, thuận tiện cho kết xác

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 38

Ptt =p0.F (kW) (3.25)

Hay Stt=s0.F (kVA) (3.26)

Ở đây: p0, s0 suất phụ tải tác dụng trên đơn vị diện tích sản xuất (kW/m2)

và suất phụ tải biểu kiến trên đơn vị diện tích sản xuất (kVA/m2); F diện tích sản

xuất (m2)

Giá trị p0 s0 đưa dựa kinh nghiệm vận hành thống kê Phương pháp

cho kết gần thường dùng giai đoạn thiết kế sơ Bảng 1.5 Chỉ tiêu cấp điện cho sản xuất công nghiệp, kho tàng

TT Loại công nghiệp Chỉ tiêu (kW/ha)

1 Công nghiệp nặng (luyện gang, luyện thép, sản xuất ôtô, sản xuất máy cái, công nghiệp hóa dầu, hóa chất, phân bón), sản xuất xi măng

350

2 Cơng nghiệp vật liệu xây dựng khác, khí 250

3 Cơng nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm, điện tử, vi tính, dệt 200

4 Công nghiệp giầy da, may mặc 160

5 Cụm công nghiệp nhỏ, tiểu công nghiệp 140

6 Các sở sản xuất thủ công nghiệp 120

7 Kho taøng 50

Bảng 1.6 Chỉ tiêu điện sinh hoạt (theo hộ)

Đặc điểm khu dân cư Chỉ tiêu (kW/hộ) Khu nhà thấp tầng (1÷2 tầng) cải tạo xây

Khu nhà liền kề khu chung cư cao 45 tầng

Khu nhà chung cư cao tầng (9 taàng)

Khu nhà biệt thự

Bảng 1.7 Suất phụ tải

Chiếu sáng đèn huỳnh quang (bù cos=0,86)

Dạng tải Suất tải (VA/m2)

Đèn tt với máng đèn cơng nghiệp (khơng kể Ballast)

Mức chiéu sáng trung bình

(Lux) Đường xa lộ, kho, công việc không

liên tục

7 150 Công việc nặng như: chế tạo lắp rắp

thiết bị có kích thước lớn

14 300

Công việc hành chính: Văn phòng 24 500

Công việc xác: - Vẽ thiết kế

- Chế tạo, lắp ráp xác cao

ĐH Sư p Daï Tra Qu Lò Vă Xư Xư Xư Xư Xư

3.9 Xá Phụ thiết bị Ví dụ: X

phạm Kỹ thu ang tải

ạm bơm khí uạt

sưởi: nhà ri h an phòng ưởng kho bãi ưởng lắp ráp ưởng chế tạo ưởng sơn ưởng sử lý nh

c định cơng tải tính tố

nối vào nú Xác định ph

uật Tp HCM Mạch độn nén iêng hộ i o máy

hieät

g suất tính án nu út nhân v hụ tải tính t

M g lực

toán các út mạ với hệ số đ

toán

fe

c cấp trong ạng phân p thời cấp m

eee.hcmute.e

g mạng điện hối điện bằ mạng phân

edu.vn Suất phụ

11

n

ằng tổng ph phối m

u tải (VA/m2

3-6 23 15-146

90 25 50 70 300 350 700

hụ tải tính xí nghiệ

2)

toán nh ệp sau:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 40 3.10 Dự báo phụ tải điện

Dự báo phụ tải điện toán qui hoạch hệ thống điện phân phối Nếu dự báo phụ tải điện thừa so với nhu cầu thực tế gây lãng phí, cịn dự báo q nhỏ so với nhu cầu thực tế dẫn đến tình trạng thiếu nguồn điện, ảnh hưởng đến tốc độ phát triển kinh tế quốc dân

Thơng thường có ba loại dự báo chủ yếu:

 Dự báo tầm ngắn : Khoảng đến năm  Dự báo tầm vừa : Khoảng đến 10 năm

 Dự báo tầm xa : Khoảng 15 đến 20 năm dài

Tầm dự báo ngắn độ xác địi hỏi cao Dự báo tầm ngắn cho phép sai số khoảng  10%, dự báo tầm vừa xa cho phép sai số khoảng 10 đến 20 % Có nhiều phương pháp để dự báo phụ tải điện như: phương pháp tính hệ số vượt trước, phương pháp tính trực tiếp, phương pháp ngoại suy theo thời gian…Phương pháp đơn giản dựa vào suất tăng trưởng hàng năm phụ tải:

Pn = P0 (1 + a)n

Ở đây: Pn phụ tải điện vào cuối năm thứ n; P0 phụ tải điện ban đầu, a suất tăng trưởng

CHƯƠNG IV

TÍNH TỐN ĐIỆN MẠNG PHÂN PHỐI 4.1 Khái quát

Điện tải từ phía thứ cấp trạm biến áp phân phối cấp truyền tải phụ hay trạm biến áp trung gian cấp truyền tải đến máy biến áp phân phối qua phát tuyến sơ cấp điện áp từ 10kV đến 69kV Máy biến áp phân phối giảm áp để cung cấp cho mạng phân phối thứ cấp (hạ áp) điện áp từ 110 V đến 660 V

Mạng phân phối có cấu trúc hình tia, mạch vịng kín (thường vận hành hở) phức tạp cấu trúc lưới hay cấu trúc mạng phân phối sơ cấp thứ cấp vùng cung cấp lớn với nhiều loại phụ tải yêu cầu tính liên tục cung cấp điện

Mạng phân phối sơ cấp thứ cấp phải phân phối đến tận nơi tiêu thụ nên tổng chiều dài lớn nên vấn đề chất lượng điện áp quan tâm chủ yếu thiết kế đường dây phải đảm bảo độ sụt áp cho phép

Trong tính tốn mạng phân phối, cần đưa số giả thiết sau:

 Do điện áp thấp so với điện áp truyền tải, chiều dài đường dây ngắn nên không

xét ảnh hưởng điện dung đường dây Ngoại trừ, cáp ngầm có chiều dài lớn lúc công suất kháng điện dung phát lớn

 Bỏ qua thành phần vuông góc

U QR

PX cơng thức tính sụt áp thành phần

này khơng đáng kể điện trở lớn hệ số công suất thấp

 Dùng điện áp định mức Uđm cơng thức tính sụt áp tổn thất công suất

4.2 Sơ đồ thay lưới điện Đường dây

Mơ hình đầy đủ đường dây phân phối đặc trưng thông số như: điện trở, điện kháng, điện dung điện dẫn Điện kháng điện dung ảnh hưởng từ trường điện trường quanh dây dẫn Điện dẫn shunt giải thích dịng rị chảy qua cách điện ion hóa khơng khí

Tính tốn xác mức độ ảnh hưởng thông số đường dây phức tạp nên thực tế tùy theo u cầu mức độ xác mơ hình mục đích nghiên cứu mà sử dụng mơ hình đường dây hình  (Hình 4.1.a) hay mơ hình đường dây đơn giản hố

 

 

  

   

   

l jb g jb g Y

l jx r jx r Z

o o l l l

o o l l l

(4.1) Ở đây: rl, xl, gl bl điện trở, cảm kháng, điện dẫn dung dẫn đường dây; ro,

xo, go bo điện trở, cảm kháng, điện dẫn dung dẫn đơn vị chiều dài (km);

l chiều dài dây dẫn (km) Số liệu định hướng cho xo bo trình bày bảng 4.1

0157 145

0

0 r)

D lg(

x   (/km)

Đối với mạng điện khu vực điện áp đến 110kV ý đến tiết diện tối thiểu hạn chế vầng quang điện, sơ đồ thay thường bỏ qua thông số điện dẫn gl (Hình 4.1.b), cịn mạng

điện địa phương chiều dài đường dây không vượt 100km điện áp đường dây không vượt 69 kV thường bỏ qua tổng dẫn (Hình 4.1.c) Riêng với đường dây cáp điện áp Uđd từ (6 ÷ 10)

kV thấp mạng điện chiều (xo= 0, bo= 0) nên sơ đồ thay

trở (Hình 4.1.d)

Bảng 4.1 Số liệu định hướng cho xo bo

Điện áp, kV xoΩ/km bo 10-6, 1/Ωkm Q0 kVar/km

22 - Trên không - Cáp

0.40 0.11

2.8 - 100

35 - Treân không - Cáp

0.40 0.125

2.75 - 100

110 - Trên không

- Cáp 0.40 0.17 2.75 35 140

2 Máy biến áp

Các máy biến áp thường sử dụng trạm máy biến áp hai cuộn dây, máy biến áp ba cuộn dây máy biến áp tự ngẫu Đơi mạng điện cịn có máy biến áp điều chỉnh bổ sung Các máy biến áp sử dụng để tối ưu hoá chế độ làm việc mạng hệ thống điện

a Mô hình máy biến áp hai cuộn dây

Đối với máy biến áp ba pha hai cuộn dây tính tốn thường dùng sơ đồ thay hình 

với bốn thơng số đặc trưng cho q trình tải điện qua điện trở rT, cảm kháng xT, điện dẫn

gT cảm dẫn bT, đó:

Tổng trở máy biến áp ZT phản ánh tượng tổn thất công suất tác dụng hiệu ứng Joule

và tượng tổn thất công suất phản kháng tổn từ hai cuộn dây:

ZT = rT + jxT (4.2)

Ở đây: rT = r1 + r’2; (4.3)

xT = x1 + x’2; (4.4)

Với: r’2 x’2 điện trở cảm kháng cuộn thứ cấp qui đổi cuộn sơ

caáp

Tổng dẫn YT phản ánh tượng tổn thất công suất lõi thép máy biến áp: phát nóng

do dịng Foucault tổn hao gông từ

l x

1 rl

c

l r

1

d l

r xl

1

2 l

b

2 l

b

2 l g

2 l

g

a

l

r xl

1

2 l

b

2 l

b

b

YT = gT + jbT (4.5)

Với: gT bT điện dẫn dung dẫn máy biến áp

Có thể thay tổng dẫn YT phụ tải S0





0

0 P j Q

S   



Với: P0 tổn hao khơng tải dịng Foucault Q0 tổn hao gông từ

Các thông số nêu máy biến áp, xác định từ thí nghiệm ngắn mạch (với dịng định mức), thí nghiệm khơng tải (với áp định mức), bao gồm: tổn thất ngắn mạch PN, tổn thất

không tảiPo, điện áp ngắn mạch UN dòng điện không tải Io

T ñm ñm T ñm

N U r

S r I

P  

 (4.6)

Suy ra: ] [ ] kVA [ S 10 ] kV [ U ] kW [ P

r 2 2

ñm 2 ñm N T  

 (4.7)

Đối với máy biến áp rT << xT, bỏ qua rT, thế:

100 / U x I U dm T dm o o

N  (4.8)

Từ đó: ) ( ] kVA [ S 10 ] kV [ U U x đm 2 đm o o N

T   (4.9)

Tổng dẫn máy biến áp xác định theo lượng tổn hao khơng tải:

2 đm

0

T U

Q

b   (4.10) Ở đây, Q0 tổn thất công suất phản kháng không tải

) kVAR ( 100 S I

Q 0oo ñm

0 

 (4.11) Tỷ số biến áp kT:

Hình 4.2 Mô hình máy biến áp tuyến tính hai cuộn dây

ZT

1

YT

1

kT kT

2 rT xT

0

S 

dm dm T U U U

k   (4.12) Với U1 có giá trị phụ thuộc đầu phân áp máy biến áp

Đối với máy biến áp công suất lớn YT = 0, tổn thất khơng tải nhỏ

b Máy biến áp ba cuộn dây

Sơ đồ thay máy biến áp ba cuộn dây (Hình 4.3.a) có dạng hình Khi cần tính đến lượng tổn thất thép mơ hình có dạng Hình 4.3.c

Khi xác định hệ số biến áp cần ý đến hữu điều chỉnh điện áp đầu phân áp

                  m ñ m ñ T 2 m ñ T U U U k U U U U k (4.13)

Ở đây: U1, U2 điện áp điều chỉnh chuyển đầu phân áp phía cao áp

trung áp; dấu  tuỳ thuộc vào đầu phân áp giảm áp hay tăng áp

Từ đại lượng cho trước như: công suất định mức máy biến áp (Sđm), điện áp định mức

cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp (U1đm, U2đm, U3đm), dòng điện không tải (Io%), tổn thất ngắn

mạch (P12, P13, P23), điện áp ngắn mạch (U12%, U23%, U13%), xác định tổn thất

ngắn mạch cuộn dây:

                           13 12 23 13 12 P P P P P P P P P P (4.14)

Điện áp ngắn mạch cuộn dây:

Hình 4.3 Mơ hình máy biến áp ba cuộn dây tự ngẫu

kT1-2

a

UT UC

UH

b

1

2

3

1 r1 x1

S0

                o o o o 13 o o o o o o 12 o o o o 23 o o 13 o o 12 o o U U U U U U U U U U (4.15)

Từ đây, xác định thơng số máy biến áp ba cuộn dây (Z1, Z2, Z3) theo

công thức (4.7) (4.9) giống máy biến áp hai cuộn dây, với lưu ý Uđm điện áp định

mức cấp điện áp mà điện trở hay điện kháng máy biến áp tính qui đổi cấp điện áp

c Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu sử dụng rộng rãi lưới điện từ 110 kV trở lên Trong máy biến áp tự ngẫu công suất cuộn cao áp cuộn trung áp công suất định mức máy biến áp Cịn cơng suất cuộn hạ áp nhỏ cuộn cao áp Máy biến áp tự ngẫu có hai đại lượng cơng suất đặc trưng cơng suất định mức Sđm công suất mẫu Sm Sđm công suất

lớn cho phép qua cuộn cao áp Sm công suất dùng để thiết kế ba cuộn dây Giữa hai

công suất có quan hệ sau:

Sm = α Sđm (4.16)

Ở đây: α hệ số có lợi α = (1-U2/U1), với U1 U2 điện áp cuộn cao trung áp

Đối với máy biến áp tự ngẫu, nhà chế tạo thường cung cấp: công suất định mức máy biến áp (Sđm), công suất cuộn dây cao, trung hạ áp tính theo phần trăm cơng suất định

mức máy biến áp (S1, S2, S3), điện áp định mức cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp (U1đm,

U2đm, U3đm), dịng điện khơng tải (Io%) so với dịng điện định mức, tổn thất cơng suất không

tải (P0), tổn thất công suất cuộn cao áp cuộn trung áp ngắn mạch tính theo dung

lượng định mức (P12), tổn thất công suất cuộn cao áp hạ áp, cuộn trung áp hạ

áp tính theo công suất mẫu ( ' 13

P

 , '

23

P

 ), điện áp ngắn mạch (U12%, U23%, U13%) Để tính điện

trở cuộn dây, phải qui đổi tổn thất công suất cuộn cao áp hạ áp, cuộn trung áp hạ áp công suất định mức Sau xác định tổn thất ngắn mạch cuộn dây ' 13 m dm ' 13

13 P (S /S ) P /

P   

 (4.17) ' 23 m dm ' 23

23 P (S /S ) P /α

P  

                            13 12 23 13 12 P P P P P P P P P P (4.18)

                o o o o 13 o o o o o o 12 o o o o 23 o o 13 o o 12 o o U U U U U U U U U U (4.19)

Từ đây, xác định thơng số máy biến áp ba cuộn dây (Z1, Z2, Z3) theo

công thức (4.7) (4.9) giống máy biến áp hai cuộn dây, với lưu ý Uđm điện áp định

mức cấp điện áp mà điện trở hay điện kháng máy biến áp tính qui đổi cấp Sđm công suất định mức máy biến áp

Trong trường hợp máy biến áp tự ngẫu, đầu phân áp bố trí cuộn cao trung áp thì:                            đm đm T đm đm T đm đm T U U U k U U U k U U U U k 1 3 2 1 (4.20)

4.3 Tính tốn mạng hở cấp phân phối

Đối với mạng điện phân phối, xác định độ lệch điện áp so với điện áp định mức thường bỏ qua điện dung đường dây, điện áp nút điện áp định mức không xét đến tổn thất công suất mạng điện

1 Trường hợp đường dây hình tia phụ tải tập trung

Xét đường dây hình tia có điện áp định mức Uđm (kV), chiều dài l (km), điện trở r0 (/km),

cảm kháng x0 (/km) đơn vị chiều dài, công suất tác dụng P (kW), công suất phản

kháng Q(kVar) tổn thất điện áp U(V) xác định theo biểu thức sau:

a Xác định tổn thất điện áp:

 Đối với đường dây ba pha

Tổn thất điện aùp:

ñm

U QX PR U 

 (4.21)

Sụt áp tính theo phần trăm:

% 10 U QX PR % 100 1000 U QX PR % U 2 ñm ñm    

 (4.22)

Ở đây: R = r0 l () ; X = x0.l (); P (kW); Q (kVAR); S (kVA); Uđm (kV); U (V)

R + j X Z

3

Có thể viết: % 10 U l ) sin x cos r ( S % U 2 ñm

0  



 (4.23)

Đặt: km kVA / % 10 U ) sin x cos r ( % K 2 ñm

0  

 (4.24)

K% số sụt áp, định nghĩa phần trăm sụt áp cho kVA công suất, km chiều dài đường dây với hệ số cơng suất, cỡ dây, cách bố trí đường dây điện áp định mức cho trước Có thể lập bảng tính trước số sụt áp từ tính nhanh chóng phần trăm sụt áp đường dây: l S % K % U   (4.25)

Ở đây: S (kVA), l(km)

Nếu tính theo dịng điện I (A) sụt áp đường dây cho bởi:

) sin x cos r ( l I ) sin X cos R ( I

U    0  0 

 (4.26)

b Xác định tổn thất công suất

Tổn thất công suất tác dụng:

R U S R U Q P RI P 2 ñm 2 ñm 2

2   



 (4.27)

Ở đây: P (kW), Q (kVAR), S (kVA), Uđm(kV), P (W)

Tổn thất công suất phản khaùng:

X U S X U Q P XI Q 2 ñm 2 ñm 2

2   



 (4.28)

Ở đây: P (kW), Q (kVar), S (kVA), Uđm(kV), Q (Var)

 Đối với đường dây pha hai dây:

Cơng thức tính sụt áp tổn thất công suất tương tự đường dây ba pha với Uđm điện áp

định mức hai dây cụ thể sau:

ñm

U QX PR U 

 với R = 2r0l; X = 2x0l (4.29)

UI(RcosXsin) I2l.(r0cosx0sin) (4.30) R U S R U Q P RI P 2 ñm 2 ñm 2

2   

  (4.31) X U S X U Q P XI Q 2 ñm 2 ñm 2

2   



 (4.32)

Ở đây: R X điện trở cảm kháng hai dây

c Xác định tổn thất điện

∆A = ∆P  (kWh) (4.33) Ở đây: ∆P tổn thất công suất (kW),  thời gian tổn thất công suất cực đại (h) phụ thuộc thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax hệ số cơng suất trung bình cos (Hình 5)

 = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 (4.34)

2. Trường hợp đường dây liên thông phụ tải tập trung

Xét mạng điện phân phối dạng liên thơng có sơ đồ hình 4.6, với pi, qi công suất

phụ tải nút thứ i; Pi, Qi công suất đoạn đường dây thứ i; ri,xi điện trở cảm kháng

đoạn thứ i; Ri,Xi điện trở, cảm kháng tính từ đầu nguồn A đến nút thứ i

Do bỏ qua tổn thất công suất, dễ dàng xác định công suất đoạn: S3 = P3 + jQ3 = p3 + jq3

S2 = P2 + jQ2 = (p2 + p3) + j(p2 + q3)

S1 = P1 + jQ1 = (p1 + p2 + p3) + j(q1 + q2 + q3)

R3 = r1 + r2 + r3, X3 = x1 + x2 + x3

R2 = r1 + r2, X2 = x1 + x2

R1 = r1, X1 = x1

Công suất đoạn thứ i:

        n i m m n i m m i i

i P jQ p j q

S (4.35)

Ở đây: m số nút

Tổn thất điện áp đoạn đường dây thứ i:

m i i i i i U x Q r P ΔU ñ 

 (4.36)

Sụt áp từ đầu nguồn A đến phụ tải cuối đường dây:

ñm 3 3 ñm 2 2 m ñ i i i i U x Q r P U x Q r P U x Q r P

U     

Δ (4.37)

Tổng quát, sụt áp từ đầu nguồn đến phụ tải cuối đường dây:







 n

1

i i i i i

ñm ) x Q r (P U U Δ (4.38)

Ở đây: i số đoạn

A

p3+ jq3

p2 + jq2

p1 + jq1

3

1

Hình 4.6 Sơ đồ đường dây liên thông

r1 + jx1 r2 + jx2 r3 + jx3

P1 + jQ1 P2 + jQ2 P3 + jQ3

p1 + jq1 p2 + jq2

p3+ jq3

R3, X3

R1, X1

R2, X2

Mặt khác:    n i m m i p

P vaø    n i m m i q Q

Thay vào biểu thức ΔU biến đổi có biểu thức tương đương:







 n

1

i i i i i

ñm ) X q R (p U U Δ (4.39)

Ở đây: i số nút

Trường hợp đường dây có tiết diện cách bố trí dây dẫn trụ, nghĩa có thơng số r0, x0 km chiều dài đường dây, thì:

            n L i n i

i i i

0 i i ñm l Q x l P r U U Δ (4.40)

Ở đây: li chiều đài đoạn thứ i

Hay:             n l i n i

i i i

0 i i ñm L q x L p r U U Δ (4.41)

Ở đây: Li khoảng cách từ đầu đường dây đến nút thứ i

Nếu biết điện áp UA đầu đường dây điện áp Un cuối đường dây cho bởi:

Un = UA - U (4.42)

Suït áp tính theo phần trăm:

100 U ∆U 100% U U U ∆U% ñm n n

A   

 (4.43)

Độ lệch điện áp cuối đường dây:

U% = 100% U

U U

ñm ñm

n  (4.44)

3 Trường hợp đường dây phân nhánh phụ tải tập trung (Hình 4.7)

Tổn thất điện áp lớn mạng điện UA3 UA4 tuỳ theo trị số tính

được lớn

Điện áp cuối đường dây sụt áp từ đầu nguồn đến tải cuối đường dây xác định biểu thức sau:

UA3 = UA1 + U12 + U23

   

A



  



 S4

S3

S2

S1

Hình 4.7 Sơ đồ đường dây phân nhánh

 

UA4= UA1 + U12 + U24

U4 = UA - UA4

U3 = UA - UA3

Khi cần tính tổn thất cơng suất mạng điện phân phối, dùng cơng thức đơn giản sau đây:      n

i i i

2 i i ñm ) jx )(r Q (P U

∆S (4.45)

với i = 1, ,n số đoạn Tổn thất công suất tác dụng:

    n i i i i ñm )r Q (P U

∆P (4.46)

Tổn thất công suất phản kháng:

    n l i i i i ñm )x Q (P U

∆Q (4.47)

Tổn thất điện năng:

∆A = ∆P  (kWh) (4.48)

Ví dụ 4.1: Xét mạng điện cơng nghiệp 10 kV (Hình 4.8), tồn đường dây sử dụng dây nhơm A-95 với khoảng cách trung bình Dtb = 1m Xác định tổn thất điện áp lớn tổn thất

công suất mạng điện Nếu điện áp nguồn UA = 11 kV, xác định điện áp nút có điện áp

thấp Giaûi:

Tổng trở đơn vị chiều dài đường dây z0 r0 jx0 0,33 j0,332 Ω/km

Tổng trở đoạn lưới:

Ω

j0,166 0,165

Z1  

Ω

j0,664 0,66

Z

Z2   

Ω

j0,332 0,33

Z3  

Công suất đoạn lưới:

S4 = 2+j2 (MVA), S3 = 1+j0.5 (MVA)

S2 = 2+j1 (MVA), S1 = 6+j4 (MVA)

4



3

A 

 

Hình 4.8 Mạng phân phối điện

1 km km km

(2 + j2) MVA

(1 + j0,5) MVA (2 + j1) MVA

(1 + j0,5) MVA

Tổn thất cơng suất tồn mạng điện:

     



1 0,5 0,33 j0,332  2 0,66 j0,664 ]

j0,664 0,66 j0,166 0,165 10 S 2 2 2 2             Δ

MVA

j0,180 0,175

S  

Δ

Toån thất công suất tác dụng phản kháng tính theo phần trăm:

2,92% 100% 0,175 100% Σpi ΔP

ΔP%    

4,5% 100% 0,180 100% Σqi ΔQ

ΔQ%    

Tổn thất điện áp từ A đến phụ tải 3:

   

6 0165 066 033 0166 0664 05 0332

10

1 , , , , , , ,

UA3              

 kV 413 ,



Tổn thất điện áp từ A đến phụ tải 4:

   

6 0,165 0,66 0,166 0,664

10

UA4          

= 0,43 (kV)

Như vậy, tổn thất điện áp lớn ΔUA4 0,43 kV điểm có điện áp thấp nhất: U4 = UA - UA4 = 11 – 0,43 = 10,57 (kV)

4 Trường hợp đường dây có phụ tải phân bố

Xét đường dây có phụ tải phân bố (Hình 4.9)

Gọi Is dòng điện đầu đường dây, Ix dòng điện điểm x đường dây, l chiều dài

đường dây, z tổng trở đơn vị chiều dài đường dây độ sụt áp vi cấp dU đoạn vi cấp dx xác định theo biểu thức sau:

) dx l x ( z I zdx I

dU  x  s 

Độ sụt áp điểm x:

) l x ( zx I dx ) l x ( z I U d

U x s

0 s x

0

x     

  

Độ sụt áp toàn đường dây ứng với x=l; zxl

I Ul  s

 (4.49)

x dx

Hình 4.9 Đường dây có phụ tải phân bố

Is

1

1 jq

p  pn jqn

l Is

x

x jq

p 

Ix

Ở đây: U ) q ( ) p ( I n i n i i i s      

Tổn thất công suất vi caáp:

rdx )] l x ( I [ rdx I dP s

x  



Tổn thất cơng suất tồn đường dây:

rl I dP P s l   

 (4.50)

Như vậy, đường dây có phụ tải phân bố độ sụt áp tương tương với tải tập trung khoảng cách l

2

x cịn tổn thất cơng suất tương đương với tải tập trung l x

4.4 Tính tốn mạng kín đơn giản

Xét mạng điện kín đơn giản gồm nguồn hai phụ tải nối theo mạch vịng kín có sơ đồ thay trình bày Hình 4.10 Cần xác định phân bố công suất đoạn lưới với giả thuyết giá trị điện áp lấy trị số định mức bỏ qua tổn thất công suất đoạn lưới

Tách đầu nguồn A làm hai đầu nguồn cung cấp A1 A2, có điện áp trị số

goùc pha

Qui ước chiều cơng suất đường dây hình vẽ, theo định luật Kirchoff, viết phương trình cân điện áp:

0 Z I Z I Z

IA1 12 A2 

 Z U S Z U S Z U S ñm A2 * ñm 12 * ñm A1 *   

Ở đây: dấu * số phức liên hợp

0 Z S Z S Z

S A2

12 A1  

 (4.51)

Vì bỏ qua tổn thất công suất nên :

1 A1

12 S S

S     (4.52)

A1 A2 S S S

S    (4.53)

Hình 4.10 Mạng điện kín cung cấp từ nguồn

A

1

PA+jQA

P2+jQ2

P1+jQ1

Z1



A1 A2

Z1 Z2 Z3

1

S1=P1+jQ1 S2=P2+jQ2

SA1, S12, SA2,

Z2

IA1 I12 IA2

Thay (4.52) vaø (4.53) vaøo (4.51): Z S S S Z S S Z

SA1 1 A1 2 A1 3 

                     

Hay: SA1Z1 Z2 Z3S1 Z2 Z3S2 Z3 0

 



Neân:  

3 3 A1 Z Z Z Z S Z Z S S        

= PA1 -jQA1 (4.54)

Tương tự :  

3 2 1 A2 Z Z Z Z Z S Z S S        

= PA2-jQA2 (4.55)

Đối với mạng kín đồng tỷ số

i i

R X

k số tất đoạn lưới:

i i i i i i

i R ) kR

X + (1 R = jX + R = Z 

Như vậy, thay xác định phân bố công suất đoạn lưới theo tổng trởõ, xác định phân bố cơng suất theo điện trởû:

  3

A1 R + R +R

R S + R + R S =

S   (4.56)

  1 2

A2 R +R +R

R S + R + R S =

S   (4.57)

Nếu tất đoạn lưới có tiết diện dây cách bố trí pha xác định phân bố công suất theo chiều dài :

( ) 3

A1 l +l +l

l S + l + l S =

S   (4.58)

  1 2

A2 = S ll ++ll ++lS l

S   (4.59)

Sau tính A1 A1 A1

jQ P

S   , tính A2 A2 A2

jQ P

S   vaø 12 12 12

jQ P

S   theo biểu thức sau:

) Q Q (j ) P P ( S S jQ P

S A1 1 A1 1

A 12 12 12       

 (4.60)

) Q Q (j ) P P ( S S jQ P

S 12 12 12

A A A       

 (4.61)

Lưu ý rằng: P12 >0 Q12 >0 chiều thực P12 Q12 chiều qui ước Hình

4.11 giá trị cơng suất âm chiều thực cơng suất ngược với chiều qui ước lựa chọn ban đầu

Trường hợp, mạng kín có n phụ tải, công suất A1

S xác định theo biểu thức:

        n i n i n i j j i A A A l ) l ( S jQ P

Sau xác định công suất A1

S đầu nguồn tính cơng suất đoạn lưới cách áp dụng định luật Kirchoff dòng điện nút

Nút có luồng cơng suất đến từ hai phía gọi điểm phân cơng suất, ký hiệu  Đây điểm có điện áp thấp đường dây (trên Hình 4.11, điểm phân cơng suất nút 2)

Sụt áp lớn mạng điện kín trường hợp là:

U X Q R P U

U A2 A2

2 max     

Tuy nhiên, cần lưu ý điểm phân công suất công suất tác dụng cơng suất phản kháng khác Trường hợp cần phải kiểm tra sụt áp hai điểm để xác định điểm có điện áp thấp

Sau tính luồng cơng suất đoạn lưới, tổn thất công suất tổn thất điện đoạn lưới xác định theo công thức (4.31), (4.32) (4.33)

Tổng tổn thất cơng suất điện tồn mạng kín:

      k m m P P   

A P

Ở đây: m số đoạn lưới mạng kín

Ví du 4.2: Xét mạng kín 22kV (Hình 4.11) cung cấp từ nguồn A cho phụ tải (cơng suất tính MVA, chiều dài tính km) Tồn mạng điện sử dụng dây nhơm trần A-95 có khoảng cách trung bình pha Dtb = 1,5m Tính sụt áp lớn mạng lúc bình thường

và cố (U%) Giải:

Tổng trở km đường dây:

z0= 0,33 + j0,332/km

Do mạng kín tiết diện nên phân bố luồng cơng suất đoạn lưới xác định theo chiều dài với phụ tải tập trung nút 1:

         + + + j2 + + + j1 + + + + j3 + =

SA1

= 4.5+j3.67 (MVA)

2+j2 1+j1

Hình 4.11 Mạng điện kín với phụ tải

1 3

         + + + 3 j3 + + + j1 + + + + j2 + = SA3

= 2,5+j2,33 (MVA) Từ giá trị A3

A S ,

S xác định luồng cơng suất đoạn lưới cịn lại Kết tính tốn ghi Hình 4.11 Nút điểm phân công suất (tác dụng phản kháng) nên nút có điện áp thấp mạch vịng khả nút có điện áp thấp toàn mạng

Tổn thất điện áp đoạn A -1:

% 68 , 100 2 0,332x3 × 3,67 + 0.33x3 × 4,5 =

UA100 2 00

Δ

Tổn thất điện áp đoạn -2:

% 48 , 100 2 × 0,332 × 0,67 + × 0.33 × 0,5 =

U1200 2 00 

Δ

Tổn thất đoạn 1-4:

% 42 , 100 2 0,332x3 × + 0.33x3 × =

U1400 2 00

Δ

Tổn thất điện áp lớn toàn mạng:

A2

U

Δ % = 1,68% + 0,48% = 2,16%

Trường hợp cố, sụt áp lớn xảy đứt đoạn lưới A1, mạng trở thành hở cung cấp theo đường A–3–2–1-4 (Hình 4.12), nút có điện áp lớn nhất:

    % , 10 % 100 22 x 332 , 332 , 3 x 332 , 332 , 22 x 33 , x 33 , x 33 , 33 , U 2 0 A                           

A 2 1 4

Hình 4.12 Sơ đồ phân phối đứt đoạn lưới A-1

3

6km 3km 6km 3km

7+j6 5+j4 4+j3 1+j1

CHƯƠNG V

MẠNG PHÂN PHỐI ĐIỆN

5.1 Mạng phân phối cao áp

Tồn nhiều cấu trúc mạng phân phối cao áp khác nhau, trình bày cấu trúc phổ biến phạm vi ứng dụng

1. Các sơ đồ mạng tiêu chuẩn a Mạng hình tia(Hình 5.1)

Mạng hình tia nối trạm biến áp với hộ tiêu thụ Đây loại mạng có cấu hình đơn giản, nên sử dụng rộng rãi Tuy nhiên mạng hình tia có độ tin cậy cung cấp điện thấp

b. Mạng vòng sơ cấp (Hình 5.2)

Mạng vòng sơ cấp gọi mạng vịng mở hay đóng Mạng khuyến dùng cho mạng trải rộng, có dự kiến phát triển tương lai, … Thường khuyến cáo vận hành hở mạng vịng

c. Mạng chọn lọc sơ cấp (Hình 5.3)

Mạng chọn lọc sơ cấp cịn gọi mạng cấp điện đơi hình tia Mạng khuyến dùng cho mạng trải rộng với khả mở rộng bị hạn chế yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao

Hình 5.1 Mạng hình tia Hình 5.2 Mạng vòng sơ cấp

HV

LV LV

LV

Hình 5.4 Mạng cấp điện đơn Hình 5.3 Mạng chọn lọc sơ cấp

HV

LV

LV

LV

HV

d. Mạng cấp điện đơn (Hình 5.4)

Mạng đơn giản có chi phí thấp, khuyến dùng yêu cầu độ liên tục cung cấp điện không cao hay qui mô đội vận hành bảo dưỡng nhỏ Mạng cấp điện đơn thường sử dụng để cấp điện nhà máy xi măng

e. Mạng cấp điện đôi (Hình 5.5)

Mạng khuyến dùng yêu cầu độ liên tục cung cấp điện cao hay đội vận hành bảo dưỡng nhỏ Đây loại mạng thường sử dụng cơng nghiệp thép dầu khí

f. Mạng lưới (Hình 5.6)

Mạng lưới kết nối dạng lưới điểm mạng cung cấp điện cho hộ tiêu thụ từ nhiều hướng Đây loại mạng có độ tin cậy cung cấp điện cao, có dịng ngắn mạch lớn

g. Mạng góp kép(Hình 5.7)

Mạng khuyến dùng yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao hay có thay đổi lớn tải Tải cấp điện từ hai góp góp bị hư hỏng

h. Mạng với máy phát dự phịng (Hình 5.8)

Đây cấu trúc đơn giản thường sử dụng

Hình 5.6.Sơ đồ mạch lưới

HV

Hình 5.5 Mạng cấp điện đôi

HV

Hình 5.7 Mạng góp kép

Đường dây vào

Đường dây Thanh A Thanh B LV

G

i. Mạng với nguồn thay tải phân cách (Hình 5.9)

Đây trường hợp điển hình mạng cơng nghiệp với u cầu liên tục cung cấp điện cao nguồn điện cấp nguồn đơn lấy điện từ lưới công cộng

2 Sơ đồ cấp điện cụ thể

Hình 5.10 trình bày sơ đồ thiết kế triển khai mạng cung cấp điện cho khu mỏ kim loại Moroccan Mạng bao gồm nhiều cấu trúc mạng khác Điện cung cấp đến nơi làm việc khác mạng vòng, mạng cấp điện đơi hay nguồn điện nguồn thay

G

Hình 5.9 Mạng với nguồn thay tải phân cách nguồn

nguồn dự phịng

tải không quan trọng tải quan troïng

G

63 kV

10 MVA

Nguồn dự phòng

2 MVA 10 MVA

20 kV

Cơng trường

khai thác Nghiền

Nghiền Xử lý

5 kV

Công trườngkhai thác

Công trường khai thác kV

LV LV

3 Lựa chọn thiết bị

Một cấu trúc lựa chọn, thiết bị điện phải phù hợp với:

 Các tiêu chuẩn hành

 Các đặc tính mạng điện:

 Điện áp, dịng điện định mức

 Dòng ngắn mạch (để kiểm tra khả cắt, điều kiện ổn định động ổn định nhiệt)  Các chức theo yêu cầu (cắt ngắn mạch, đóng/ cắt vận hành, điều khiển tần số,

cô lập mạch điện, …)

 Yêu cầu cung cấp điện liên tục

 Trình độ đội ngũ vận hành bảo trì (khóa liên động, mức độ khác tự động điều khiển, kỹ thuật cắt yêu cầu bảo trì hay bảo trì trực tuyến, …)

 Các yêu cầu liên quan đến bảo trì khả mở rộng (mở rộng với khoảng cách lớn tương lai, hệ thống modun, …)

4. Vận hành tối ưu

Vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện nhằm thỏa yêu cầu:

 Đảm bảo mức liên tục cung cấp điện mức cao

 Cực tiểu hóa tổn thất lượng

 Tối ưu hóa việc vận hành bảo trì hai chế độ xác lập độ

Giải pháp vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện liên quan đến việc ứng dụng hệ thống quản lý lượng điện cho toàn thể mạng điện

Các hệ thống quản lý lượng điện ngày thường có cấu tạo vi xử lý Các vi xử lý tích hợp chỗ, trung tâm quản lý xa cấu điều khiển - bảo vệ Đây luận điểm khái niệm “phân tán hóa trí tuệ” có nghĩa trung tâm điều khiển thiết bị tự động thực đánh giá mức quản lý chúng (không có can thiệp người) khơng có u cầu trợ giúp cấp cao ngoại trừ trường hợp xuất hư hỏng Hệ thống thị điều khiển từ xa liên tục thông báo thay đổi cho người quản trị mạng hay người sử dụng Điều giải thích tầm quan trọng cấu trúc phân cấp mạng cách rõ ràng

a Mô tả hệ thống quản lý lượng

Hệ thống quản lý lượng có bốn mức trình bày Hình 5.11

 Mức 0: cảm biến (vị trí, biến đổi điện, v v…) tác động (các cấu nhả, cuộn dây, …)

 Mức 1: phần tử bảo vệ điều khiển (các máy cắt hạ áp chính, …)

 Mức 2: mạng trạm quản lý địa phương (mạng trung tâm điều khiển)

 Mức 3: điều khiển từ xa mạng điện toàn thể

Tất thiết bị mức 3, liên kết kênh thơng tin số (mạng mà thông tin truyền tải)

b Đánh giá khả thực hệ quản lý lượng

 Quản lý việc cung cấp tiêu thụ lượng tương ứng với:

 Coâng suất tiêu thụ phụ tải  Giá tiền điện

 Đảm bảo liên tục cung cấp lượng điện:

 Bảo vệ phân biệt tác động nhanh (hệ thống phân biệt luận lý)  Tự động chuyển đổi nguồn điện

 Lên kế hoạch tái kết nối tải cách hiệu quả, thơng số cài đặt

thông qua giao diện người/ máy

 Tái khởi động cách

 Điều chỉnh điện áp, hệ số công suất, …

 Duy trì việc cung cấp điện cho tải quan trọng q trình điện lưới cơng cộng máy phát dự phòng

Mức

Điều khiển từ xa hệ thống hiển thị

Mức

Trung tâm điều khiển mạng

Mức

Các phần tử bảo vệ điều khiển

Mức

Các cảm biến tác động

 Thực đối thoại người/ máy

 Hiển thị thời gian thực mạng điện trạng thái thiết bị thông qua sơ đồ hiển thị (các sơ đồ đơn tuyến, sơ đồ chi tiết, đường đặc tuyến, …)

 Điều khiển từ xa thiết bị đóng cắt  Ghi chép số liệu đo liệu  Ghi nhận cố báo động  Lưu trữ tượng  Đo lường thống kê  Lưu trữ

Tất liệu sử dụng vào mục đích tổ chức cơng tác bảo dưỡng định kỳ

 Định trình “hướng dẫn người sử dụng”, ví dụ:

 Khởi động phần động tương ứng với khả phát công suất trạm

phát điện, thời gian hay mức độ ưu tiên động

 Đề xuất q trình phục hồi thích hợp có cố nghiêm trọng mạng cấp

điện hay cố máy phát

 Đề xuất thủ tục vận hành hoạt động bảo trì (điện, cơ, …) c Các lợi điểm hệ thống quản trị lượng

Việc triển khai mức hệ thống điều khiển bảo vệ số gia tăng nhanh chóng tỷ số hiệu quả/ chi phí mức hai, phần cứng phần mềm cung cấp cho nhân viên điều hành lợi điểm kinh tế kỹ thuật sau:

 Gia tăng khả độc lập vận hành

 Cung cấp số lượng lớn hàm có chức truy cập liệu, bảo trì điều khiển từ xa

 Dễ dàng đề phương thức vận hành hiệu

Sự đa dạng hàm chức năng, cung cấp hệ thống này, cung cấp khả cho việc tự hiệu chỉnh hay tự chẩn đoán cố hiển thị, cung cấp giao diện đối thoại người/ máy thân thiện giúp cho người điều hành hoạt động hiệu tâm Người điều hành mạng điện can thiệp tốt việc vận hành mạng điện, tối ưu hóa, hiển thị từ xa điều khiển, bảo trì phục hồi thiết bị điện

5.2 Kết cấu mạng phân phối cao/ trung áp 1. Đường dây không

Các phần tử chủ yếu đường dây không dây dẫn, dây chống sét, cột, cách điện phụ kiện đường dây

a. Dây dẫn dây chống sét: dây nhôm, dây nhôm lõi thép dây hợp kim nhôm dùng phổ biến đường dây khơng Dây dẫn loại sợi hay nhiều sợi Dây dẫn nhiều sợi gồm có nhiều sợi dây riêng biệt xoắn với theo lớp, số lượng sợi dây tăng tăng tiết diện dây dẫn, số lượng sợi dây lớp khác sợi (dây nhơm tiết diện 35 mm2 có sợi, dây nhơm tiết diện 185 mm2có 19 sợi) Dây dẫn

sợi rẻ dây nhiều sợi, dây sợi có độ bền thấp khơng mềm dẻo dây nhiều sợi Dây nhơm lõi thép có lõi thép để tăng cường độ bền dây, phần nhôm để dẫn điện; tỷ số tiết diện nhôm thép thường 6:1 hay 8:1 Các dây chống sét thường sử dụng dây nhơm lõi thép tăng cường có tỷ số tiết diện nhơm, thép 1:1 hay 1:1.5 (Hình 5.12)

 Cột đường dây không phân loại sau:

 Theo chức năng: cột trung gian, cột néo, cột góc, cột cuối cột đặc biệt (cột vượt

cột hốn vị)

 Theo cấu trúc: cột trung gian cột néo

Các cột trung gian bố trí đoạn thẳng đường dây Vì lực kéo dây dẫn dây chống sét hai phía cột trung gian có giá trị nên điều cho phép chế tạo cột trung gian có cấu trúc đơn giản giá thành hạ Các cột trung gian thường chiếm 60 – 80% tổng số cột đường dây không Các cột néo dùng để kéo căng dây dẫn kẹp chặt dây dẫn vị trí quan trọng đặc biệt đường dây khơng nên cột néo có cấu tạo phức tạp đắt cột trung gian Cột góc đặt vị trí rẽ ngoặt đường dây Các cột hốn vị dùng để thay đổi thứ tự bố trí dây dẫn pha cột đường dây có cấp điện áp từ 110 kV trở lên có chiều dài lớn 100 km Sau hốn vị điện cảm, điện dung pha có giá trị

 Theo vật liệu: cột gỗ, cột bê tông cốt thép, cột thép (cột thép cột ống thép) Cột

gỗ trịn qua xử lý chống mục, mối, …, thường sử dụng cho đường dây không điện áp đến 110 kV Ưu điểm cột gỗ giá thành hạ, chế tạo đơn giản, dễ thi công bảo quản Tuy nhiên, tuổi thọ cột gỗ vào khoảng 20  40 năm

Cột bê tông cốt thép sử dụng cho đường dây điện áp đến 500 kV Cột bê tông cốt thép bền cột gỗ, sử dụng kim loại, đơn giản vận hành giá thành hạ có nhược điểm lớn trọng lượng lớn độ bền uốn nhỏ Hiện nay, cột bê tông cốt thép sử dụng rộng rãi

Cột thép sử dụng cho đường dây không điện áp từ 35 kV trở lên Cột thép có ưu điểm độ bền tốt, thời hạn phục vụ lâu cần nhiều kim loại phải mạ kẽm hay sơn để chống ăn mòn trình vận hành

Cột thép chế tạo từ thép liên kết với cách hàn hay bulông Cột thép có sơ đồ cấu trúc đa dạng

Cột ống thép chế tạo từ ống thép rỗng có tiết diện trịn hay đa giác Cột ống thép có giá thành cao cột thép có độ thẩm mỹ, độ tin cậy cao trình vận hành Khả đổ cột xảy hãn hữu bão mạnh

Phạm vi ứng dụng, khoảng vượt dạng loại cột trình bày Bảng 5.1 Bảng 5.2

Bảng 5.2 Khoảng vượt phạm vi ứng dụng dạng cột Hệ thống phân phối

Loại mạng Điện áp định

mức (kV)

Loại cột Khoảng

vượt (m)

Ứng dụng Mạng điện

áp thấp 0.4 Gỗ ống thép, bê tông cốt thép 40

 80 Cung cấp điện cho khu vực dân

duïng, thương mại công nghiệp Mạng trung

áp

10  30 Ống thép, bê

tông cốt thép

100 220 Cung cấp điện cho nhà máy, nhà

cao tầng, trạm điện địa phương Mạng cao

áp

60  110 Lá thép, thép

ống, cột bê tông cốt thép

200  300 Cung cấp điện cho nhà máy

cơng nghiệp lớn, thành phố lớn, …

Mạng siêu cao áp

220  380 Lá thép thép ống 300  360 Cung cấp điện cho mạng quốc

Bảng 5.1 Các dạng cột, khoảng vượt phạm vi ứng dụng

Dạng cực cho cáp trung hạ áp với cột đỡ cách điện thiết bị cách điện

Cột gỗ 0.4 kV, cao khoảng 12 m, chôn sâu 1/6 tổng chiều cao cột không nhỏ 1.6 m

Cột bê tông cốt thép 20 kV, cao khoảng 14m, móng bê tơng

Cột thép cho đường dây cao áp với thiết bị cách điện dây đất

Cột thép 110 kV, đường dây hai lộ, cao khoảng 27 m

Cột cho đường dây siêu cao áp với thiết bị cách điện dây đất

Cột đỡ thép 380 kV, đường dây x lộ hay lộ, chiều cao khoảng 47 m hay 36 m

b. Cách điện phụ kiện đường dây: cách điện đường dây dùng để cách ly dây dẫn với cột Cách điện thông thường chế tạo sứ hay thủy tinh nung, phải có đặc tính điện tốt

Dựa vào cấu trúc cách điện chia thành cách điện đứng cách điện treo Cách điện đứng dùng cho đường dây có điện áp đến 35 kV Đối với đường dây điện áp 15 kV thường sử dụng cách điện đứng có phần tử (Hình 5.13a), cịn đường dây 22 kV 

Cách điện treo kiểu bát sử dụng phổ biến cho đường dây có điện áp từ 35 kV trở lên Chuỗi cách điện có nhiều cách điện bát với số lượng bát phụ thuộc vào điện áp đường dây (Hình 5.13c)

Cách điện treo dùng cho đường dây có điện áp cao với ưu điểm độ bền điện độ tin cậy cao, nhẹ rẻ tiền (Hình 5.13d)

Ngày nay, ngồi vật liệu sứ thủy tinh sử dụng vật liệu epoxy polyester để chế tạo cách điện Các loại vật liệu cho phép giải đơn giản vấn đề hình dáng, cấu trúc độ bền cách điện

2. Đường dây cáp

Dây cáp có hay nhiều lõi cách điện với Lõi cáp đồng hay nhơm, đồng thời lõi cáp có hay nhiều sợi

Dây cáp ba lõi thường dùng mạng xoay chiều điện áp đến 22kV Các dây cáp 110kV cao có lõi

Cách điện chế tạo giấy cáp tẩm dầu khoáng chất, cao su hay polyester Các vỏ bảo vệ cách điện chế tạo chì, nhơm hay polyclovinyl Để cáp không bị phá hoại vỏ bảo vệ bọc thép

5.3 Mạng phân phối hạ áp

Mạng phân phối hạ áp dùng để truyền tải điện từ góp hạ áp trạm biến áp xí nghiệp, trạm biến áp phân xưởng đến thiết bị tiêu thụ điện, khoảng cách truyền tải mạng phân phối không lớn Tiêu chuẩn quốc tế điện áp cho lưới hạ pha dây theo IEC 38 1983 230V/400V

1. Các mạch phân phối hạ

Trong mạng điện hạ tiêu biểu, mạch phân phối bắt nguồn từ tủ phân phối (MDB) từ dây cáp đặt đường hào, máng cáp, để cấp điện cho tủ khu vực hay tủ phụ (DB) Việc xếp nhóm dây dẫn, cách cố định chúng cần đảm bảo yêu cầu bảo vệ tránh hư hỏng học, đảm bảo an toàn thẩm mỹ

Các mạch điện mạng phân phối hạ áp phân nhiều loại:

- Các mạch động lực cho truyền động điện - Các mạch cho tải nhiệt (điều hoà, sưởi ấm)

- Các mạch cung cấp điện cho thiết bị phụ trợ (hiển thị điều khiển) - Các mạch cho thiết bị chiếu sáng

- Các mạch cho ổ lấy điện cố định hay di động

- Các mạch hệ thống an toàn (chiếu sáng cố, chống cháy, …) cần tuân thủ theo

các qui định hành

a.Cách điện đứng phần tử, b Cách điện đứng phần tử, c Chuỗi cách điện, d Sứ treo Hình 5.13 Các dạng sứ

Với mạch điện có chức khác cần tạo mạch điện độc lập Điều cho phép:

- Hạn chế hậu trường hợp bị cố mạch điện - Đơn giản hoá việc xác định mạch điện hỏng hóc

- Việc bảo trì mở rộng mạch điện thực mà khơng ảnh hưởng tới phần cịn lại hệ thống điện

Mạng phân phối hạ thường thực theo sơ đồ nối dây sau: a Sơ đồ phân nhánh hình tia

Mạch phân phối thông dụng phổ biến, kích cỡ dây dẫn giảm dần điểm phân nhánh

Ưu điểm sơ đồ là: độ tin cậy cung cấp điện cao có nhánh cố bị lập (bằng cầu chì hay máy cắt); đơn giản việc xác định cố, bảo trì hay mở rộng; kích thước dây dẫn chọn phù hợp với mức giảm dần cuối mạch

Nhược điểm sơ đồ là: cố xảy đường cấp điện từ tủ điện cắt tất mạch tủ điện phía sau

Đối với sơ đồ phân nhánh hình tia, thường có ba cách xếp:

- Mạng phân nhánh hình tia với cách dây thơng thường mức (Hình 5.14) Cách xếp

này thường sử dụng vật dẫn cáp cách điện có ưu điểm khơng hạn chế không gian cho đường máng, ống dẫn cáp Sơ đồ thường áp dụng cho khu vực có thiết bị tiêu thụ điện công suất lớn phân bố phạm vi rộng

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng dẫn điện lắp ghép (BTS) mức phân phối

thứ hai (Hình 5.15) Ưu điểm cách xếp thuận lợi lắp đặt cho khu vực rộng vách ngăn, linh hoạt việc cải tạo mạng phân phối có nhu cầu tái bố trí vị trí thiết bị tiêu thụ điện Sơ đồ thường áp dụng cho khu vực có thiết bị có chức bố trí theo nhóm, dọc theo trục chính, thiết bị có cơng suất trung bình nhỏ cơng suất thiết bị nhóm khơng chênh lệch nhiều

Tủ phân phối phụ ïcho chiếu sáng sưởi ấm

Tủ phân phối xưởng A Tủ phân phối phụ

Tủ phân phối

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng dẫn điện lắp ghép dây dẫn cuối lưới

(Hình 5.16) Ưu điểm cách xếp đảm bảo mỹ thuật, dễ sử dụng nơi có vách ngăn, thay đổi theo yêu cầu hộ tiêu thụ điện

b Sơ đồ hình tia khơng phân nhánh

Mạch phân phối dùng để điều khiển tập trung lưới hay qui trình đặc biệt, điều khiển, bảo trì giám sát hệ thống

Ưu điểm sơ đồ là: độ tin cậy cung cấp điện cao chì có lắp mạch xuất cố mạch

Khuyết điểm sơ đồ là: sơ đồ trở nên phức tạp có số lượng lớn mạch, đặc tuyến bảo vệ thiết bị đóng cắt mạch mức cao nhằm đảm bảo tính bảo vệ chọn lọc

2 Tủ phân phối hạ

Điểm khởi đầu cho thiết kế hệ thống điện cho đặt tủ phân phối phụ việc phân tải theo vị trí, bảng vẽ mặt

Trạm điện, trạm máy phát tủ phân phối hạ lí kỹ thuật kinh tế, nên đặt gần tâm tải tốt

Tủ phân phối cấp điện từ nguồn hay hai nguồn có dự phịng Trong tủ phân phối thường đặt MCCB tổng MCCB nhánh

5.4 Kết cấu mạng phân phối hạ áp

1. Hệ thống dây dẫn cáp lắp đặt nhà

Có nhiều phương pháp lựa chọn hệ thống dây phương pháp lắp đặt dây nhà Sau trình bày tiêu chuẩn IEC 364-5-52 (1993) qui định việc chọn lắp đặt hệ thống dây dẫn dựa nguyên tắc liên quan đến cáp dây dẫn, cách đấu nối, giá đỡ hay cáp treo Bảng 5.3 bảng 5.4 trình bày hệ thống dây phương pháp lắp đặt

Để chọn phương thức dây tiến hành dây, tham khảo số ghi Bảng 5.3 tương ứng với phương pháp lắp đặt dây trình bày Bảng 5.4 (với Qc quy chuẩn)

Ví dụ: Con số 11 ghi bảng 5.3 tương ứng với phương thức dây: cố định trực tiếp, tiến hành dây: lộ rõ Để xem tiếp cách đặt dây xem bảng 5.4 với số quy chuẩn (QC) 11

cho biết cáp hay nhiều sợi có bọc sắt khơng lắp đặt tường

Tủ phân phối chiếu sáng

Thanh dẫn lắp

gh

ép

Tủ phân phối

Thanh dẫn lắp ghép thứ cấp

5.15 Mạng phân nhánh hình tia sử dụng dẫn điện lắp ghép mức phân phối thứ cấp

Tủ phân phối

Tủ phân phối phụ

Hình 5.16 Mạng phân nhánh hình tia sử dụng thanh dẫn lắp ghép dây dẫn cuối lưới

Ray dẫn cho đèn

Thanh dẫn lắp

gh

Bảng 5.3 Các cách dây tiến hành dây theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52 (1993) Các phương thức dây

Cách lắp đặt dây dẫn và cáp

Không cố định Cố đị

nh t

rực

tiếp Đườ

ng oá

ng

Đườ

ng d

aãn

(t

re

o

trên mép

nhà)

Maùng caùp Thang caùp, khay caùp, c

ongx

om

Trên sứ Dây đ

ỡ

Dây trần - - - - +

-Dây bọc cách điện - - + + + - +

-Dây bọc vỏ (sắt cách điện khống chất)

 Cáp nhiều lõi  Cáp lõi

+

0 + + + + + + + + + + 0 + -

Tiến hành dây Khơng có cơng trình xây dựng

21, 25 73, 74

0 22

73,74

- 23 12, 13

14, 15, 16

-Ống cáp 43 43 41, 42 31, 32 4, 24 12, 13

14, 15, 16

-Chôn ngầm 62, 63 61 - 61 -

-Giá công trình 52, 53 51 1, 2, 33 24 -

-Lộ rõ - 11 31, 32

71, 72

4 12, 13

14, 15, 16

18

-Trên không - - 34 - 12, 13

14, 15, 16

18 17

Ngaàm 81 81 - 0 -

-Ghi chú: +: cho phép; : không cho phép; 0: không áp dụng sử dụng thực tế Tủ phân phối

Bảng 5.4 Các phương pháp lắp đặt dây dẫn

Ví dụ Mô tả Qc Ví dụ Mô tả Qc

Dây cách điện nằm ống đặt vách cách nhiệt

Cáp nhiều sợi ống đặt vách cách nhiệt

Dây nhiều sợi, ống, bố trí lộ rõ

Cáp cách điện hộp, bố trí lộ rõ Dây cách điện hộp, bố trí lộ rõ Cáp nhiều sợi hộp, bố trí lộ rõ Dây cách điện ống, nằm vách Cáp nhiều sợi ống nằm vách 3A 4A 5A

Cáp nhiều sợi có khơng có vỏ bọc sắt

Đặt tường

Đặt trần

Đặt tuyến cáp

hoặc khơng có lỗ

Đặt tuyến cáp

có khoan lỗ nằm dọc nằm ngang

Đặt giá

Cố định móc

cáp gắn thành

Trên thang cáp

Cáp nhiều sợi đỡ cáp Dây trần cách điện sứ cách điện 11 11A 12 13 14 15 16 17 18

Cáp nhiều sợi đặt trực tiếp vách cách nhiệt

Cáp nhiều sợi đặt trực tiếp vách khơng có bảo vệ học bổ sung

Cáp nhiều sợi đặt trực tiếp vách có bảo vệ học bổ sung

51

52

53

Dây cách điện ống cáp nhiều sợi rãnh kín, đặt nằm ngang thẳng đứng

Dây cách điện ống đặt thẳng đứng rãnh

Cáp nhiều sợi rãnh hở thơng gió

41

42

43

Cáp ngâm nước 81

phoøng

Cáp nhiều sợi đặt chỗ rỗng cơng trình

Dây cách điện ống, đặt chỗ rỗng công trình

Dây nhiều sợi đặt ống, chỗ rỗng cơng trình

Dây cách điện đặt hộp, chỗ rỗng công trình

Cáp nhiều sợi hộp, chỗ rỗng cơng trình Dây cách điện hộp, chìm cơng trình

Cáp nhiều sợi hộp, chìm cơng trình

Cáp nhiều sợi:

 Trong trần giả

 Trong trần treo

21 22 22A 23 23A 24 24A 25

Dây cách điện cáp môt nhiều sợi, rãnh cố định vách:

 Theo đường nằm

ngang

 Theo đường thẳng

đứng

Dây cách điện rãnh có nắp

Cáp hay nhiều sợi rãnh có nắp Dây cách điện hộp treo

Cáp nhiều sợi hộp treo

31 32 33 33A 34 34A

Cáp nhiều sợi ống rãnh ngầm Cáp nhiều sợi chơn đất khơng có bảo vệ học bổ sung

Cáp nhiều sợi chơn đất có bảo vệ học bổ sung

61

62

63

Daây cách điện rãnh

Dây cách điện cáp nhiều sợi rãnh chôn tường

Dây cách điện ống cáp nhiều sợi khung

Dây cách điện ống cáp nhiều sợi khung cửa sổ

71

72

73

74

2. Hệ thống dẫn điện

Trong thống phân phối hạ áp đại, thường sử dụng dẫn để dẫn điện Có nhiều phương pháp để lắp ráp dẫn điện phải tùy vào trường hợp cụ thể để tiến hành cho phù hợp Để lắp ráp theo yêu cầu kỹ thuật, thường theo phương pháp sau:

 Các dẫn điện bắt vào dây cáp giá treo chuyên dùng (1), bắt vào cột

trường hợp khoảng cách cột q 6m cần phải có cột đỡ bổ sung để giữ hộp dẫn

 Thanh dẫn bắt vào tường nhờ giá đỡ để cung cấp điện cho tải vị trí

khác

 Sử dụng giàn giáo tự hành bố trí bên cạnh dẫn lắp ráp Nâng

thanh dẫn đến độ cao cần thiết bắt chặt dẫn vào kết cấu tiến hành nối dẫn lại với nhau, phương pháp địi khơng gian nơi lắp đặt phải rộng

3. Đường dây dẫn điện trời

Đường dây dẫn điện dùng để đặt phía ngồi tường nhà cơng trình, cột Đường dây điện ngồi trời từ dây tải điện khơng đến nhà cơng trình xây dựng Đường dây cịn nối phân nhánh từ đường dây tải điện không với đường dây nội tuyến sứ cách điện bên mặt tường, mái nhà hay cơng trình đến đầu kẹp dây kết cấu đưa đường dây điện vào thường dùng cáp trần hay cáp bọc

Hình 5.19.Phương pháp kẹp giữ dẫn điện Hình 5.20 Thanh dẫn bắt vào tường

Hình 5.21 Giàn giáo tự hành Hình 5.22 Đường dây dẫn điện trời

Nếu đường dây điện trời đặt dây điện trần chúng phải bố trí hay bảo vệ cho dây dẫn điện không chạm tới người phạm vi an toàn cho phép

Cáp sợi nhiều sợi đặt trời treo dây đỡ

Các đầu dây dẫn điện vào nhà thực xuyên qua tường ống cách điện, cho phép thực đầu dẫn dây ống thép xuyên qua mái nhà

Cần phải trì khoảng cách cần thiết thân dây dẫn đặt song song với

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 73

CHƯƠNG VI TRẠM BIẾN AÙP

6.1 Chọn số lượng công suất trạm biến áp

Vốn đầu tư trạm biến áp chiếm phần quan trọng tổng số vốn đầu tư hệ thống điện Vì vậy, việc chọn vị trí, số lượng cơng suất định mức máy biến áp việc làm quan trọng Để chọn trạm biến áp cần đưa số phương án có xét đến ràng buộc cụ thể tiến hành tính tốn so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối ưu

1 Chọn vị trí trạm biến áp

Để xác định vị trí hợp lý trạm biến áp cần xem xét yêu cầu sau:

 Gần trung tâm phụ tải

 Thuận tiện cho đường dây vào/ra

 Thuận lợi trình lắp đặt thi cơng xây dựng  Thao tác, vận hành, sửa chữa, quản lý dễ dàng

 Phịng cháy, nổ, ẩm ướt, bụi bặm khí ăn mịn tốt  An tồn cho người thiết bị

Trong thực tế, việc đạt tất yêu cầu khó khăn Do đó, cần xem xét cân nhắc điều kiện thực tế để chọn phương án hợp lý

2 Chọn số lượng chủng loại máy biến áp

Có nhiều phương pháp để xác định số lượng chủng loại máy biến áp, thường phải dựa vào nguyên tắc sau đây:

 Chủng loại máy biến áp trạm biến áp nên đồng (hay chủng loại), để

giảm số lượng máy biến áp dự phòng kho thuận tiện lắp đặt, vận hành

 Số lượng máy biến áp trạm biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: yêu cầu liên tục cung cấp điện hộ phụ tải, yêu cầu lựa chọn dung lượng máy biến áp hợp lý, yêu cầu vận hành kinh tế trạm biến áp … Đối với hộ phụ tải loại một, thường chọn hai máy biến áp trở lên Đối với hộ phụ tải loại hai, số lượng máy biến áp chọn tùy thuộc vào việc so sánh hiệu kinh tế – kỹ thuật Tuy nhiên, để đơn giản vận hành, số lượng máy biến áp trạm biến áp không nên ba máy máy biến áp nên có chủng loại cơng suất

3 Xác định công suất máy biến áp

Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định dung lượng máy biến áp, phải dựa theo nguyên tắc sau đây:

 Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến tải cho phép (quá tải bình

thường) Mức độ q tải phải tính tốn cho hao mòn cách điện khoảng thời gian xem xét không vượt định mức tương ứng với nhiệt độ cuộn dây 98oC

Khi tải bình thường, nhiệt độ điểm nóng cuộn dây lớn (những phụ tải cực đại) khơng vượt q 140oC nhiệt độ lớp dầu phía không

vượt 95oC

song song) với thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp điện a Phương pháp công suất đẳng trị

Hệ số tải thường xuyên xác định từ đồ thị khả tải MBA Đó quan hệ hệ số tải cho phép K2cp, hệ số phụ tải bậc K1 thời gian tải t2 Để sử dụng

phương pháp cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc MBA thành đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị

Công suất đẳng trị MBA khoảng thời gian xem xét xác định theo biểu thức:

 

 

 n

1 i i n

1 i i

2 i ñt

t t S

S (6.1)

Ở đây: Si phụ tải MBA thời khoảng ti

Khi biến đổi thành đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị có trường hợp sau: - Đồ thị phụ tải nhiều bậc MBA có cực đại vào buổi chiều (Hình 6.1.a):

Theo biểu thức (6.1), tính S với thời gian lúc tải tđt2 tính S với thời gian trước đt1

lúc tải 10 h (t1=10h)

- Đồ thị tải nhiều bậc MBA có cực đại vào buổi sáng (Hình 6.1.b):

Tính S với thời gian tải tđt2 2, tính S với thời gian sau kết thúc tải là10 h.đt1

- Nếu đồ thị phụ tải MBA có hai cực đại ngày (Hình 6.1.c) phụ tải đẳng trị bậc hai tính cực đại có tổng Siti đạt trị số lớn Khi đó, chọn đượcS ,đt2

cịnSđt1sẽ tính hai trường hợp nêu

NếuS < 0,9 Sđt2 max chọnS = 0,9 Sđt2 max Thời gian cấp thứ hai tính sau:

t’

2 = (S )ñt2 t2/(0.9Smax)2 (6.2)

t

18

S

Sñm

0

t1=10 h

6 24

t2

12

Sñm S

0

t1=10 h S’

ñt2

S’ ñt1

6 18 24

a t2

24

6 12

c

Sđm S

0 18

Hình 6.1 Đồ thị phụ tải máy biến áp

18

S

Sñm

0

10 h

6 24

t2

t

12

t

b

d

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 75

Đồ thị phụ tải đẳng trị hai bậc biểu diễn (Hình 6.1d)

Trong trường hợp MBA làm việc với đồ thị phụ tải hai bậc (hoặc đồ thị phụ tải nhiều bậc biến đổi đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị) trình tự xác định tải cho phép MBA theo đường cong khả tải tiến hành sau:

Tính K1 = Sđt1/Sđm, K2 = Sđt2 /Sđm

Từ K1 t2, tra đường cong tải cho phép máy biến áp để tìm K2cp so sánh với

K2 Nếu K2  K2cp máy biến áp chọn chấp nhận được, ngược lại cần thay đổi cơng suất

máy

Trong trường hợp khơng có đường cong q tải cho phép MBA, xác định hệ số q tải bình thường theo qui tắc 3%:

Kqt = +(1-Kñk).0,3 (6.3)

Ở đây: Kđk hệ số điền kín đồ thị phụ tải

Khi trạm cóù máy, cần lưu ý tới khả tải cố máy Khả tải xác định theo hãng chế tạo Nếu khơng có thơng tin cụ thể chấp nhận 140% cho máy Liên Xô với điều kiện hệ số tải trước khơng vượt q 0,93 130% cho máy hãng khác theo IEC 354 Khi ấy, dung lượng MBA chọn theo biểu thức sau:

Sñm  Smax/(n-1)Kqtsc (6.4)

Ở đây: Smax phụ tải cực đại, Kqtsc hệ số tải cố cho phép máy biến áp, n số

lượng MBA trạm

Khả tải bình thường máy biến áp hãng ABB biểu diễn Hình 6.2

Lưu ý: Nếu nhiệt độ trung bình hàng năm tb lớn nhiệt độ trung bình hàng năm định mức

đm máy biến áp cơng suất định mức máy biến áp phải điều chỉnh theo biểu thức sau:

         100 S

S tb ñm

ñm '

ñm

θ

θ (6.5)

0 ,9 1 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6

0 ,2 ,5 ,7 ,8 ,9

t = 0,5h t = 1h t = 2h t = 4h t = 8h t = 24h

0,8 1,2 1,4 1,6

0,25 0,5 0,7 0,8 0,9

a

1 1

0 5

t = 2h t = 0,5h÷1h

t = 4h t = 8h t = 24h

t = 4h t = 2h

t = 1h t = 0,5h

b

c

a đm=20oC, b đm=30oC, c đm=40oC

Hình 6.2 Đường cong tải cho phép của MBA ABB

K2 K2

K1 K1

Khả tải máy biến áp Liên Xơ biểu diễn Hình 6.3

6.2 Sơ đồ nối dây trạm biến áp 1 Sơ đồ nối dây trạm biến áp

Sơ đồ nối dây trạm biến áp phải đáp ứng yêu cầu tiêu kinh tế – kỹ thuật, cụ thể là:

- Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải

- Sơ đồ nối dây đơn giản, thuận lợi vận hành xử lý lúc cố - An toàn vận hành sửa chữa

- Hợp lý mặt kinh tế sở đảm bảo yêu cầu mặt kỹ thuật

2 Traïm biến áp trung gian 110/15 (22) kV

Trong thực tế, trạm biến áp trung gian có cơng suất nhỏ (< 40 MVA), điện áp 110/22 kV (15 kV) thường sử dụng sơ đồ nối dây với lưu ý sau đây:

- Đối với trạm biến áp có máy biến áp, phía sơ cấp thường khơng sử dụng góp mà kết nối trực tiếp với đường dây khơng phía thứ cấp sử dụng sơ đồ góp khơng phân đoạn

Hình 6.3 Đường cong tải cho phép máy biến áp Liên Xô với đm=30oC

MBA

a Dầu khí đối lưu tự nhiên S <1MVA

b Dầu khí đối lưu tự nhiên S <32MVA

c Dầu đối lưu tự nhiên khí đối lưu cưỡng S<32MVA

d Dầu đối lưu tự nhiên khí đối lưu cưỡng S<63MVA

e Dầu khí đối lưu cưỡng S <125MVA

f Dầu khí đối lưu cưỡng S >125MVA

a b. c. d.

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 77

- Đối với trạm biến áp có hai máy biến áp, phía sơ cấp thường sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn hay sơ đồ hai góp có máy cắt vịng phía thứ cấp sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn

- Các tuyến dây vào/ra trạm đường dây không trang bị thiết bị chống sét

- Đối với tuyến cáp ngầm đường dây vào/ra trạm thường không cần trang bị thiết bị chống sét

- Để bảo vệ chống điện áp lan truyền vào trạm sử dụng hai chống sét đặt hai phía cao hạ áp máy biến áp

- Trong trường hợp tuyến dây vào/ra cáp ngầm máy cắt đặt tuyến thường máy cắt kiểu hợp bộ, đặt nhà

- Các dao nối đất trang bị nhằm tiếp đất thiết bị cô lập khỏi mạng, đảm bảo an toàn cho người sửa chữa Một số dao nối đất có liên động khí với dao cách ly (dao nối đất đóng dao cách ly mở ngược lại) nhằm tránh cố thao tác nhầm lẫn - Các trạm biến áp trang bị máy biến áp đo lường VT CT phục vụ cho bảo

vệ rơle đo lường

- Các trạm biến áp trung gian có trang bị biến áp tự dùng nhằm cung cấp điện cho phần điều khiển, bảo vệ, đo lường sinh hoạt

- Các máy biến áp phân phối thường bảo vệ hệ thống bảo vệ rơle, máy biến áp tự dùng có cơng suất nhỏ cần đóng cắt bảo vệ dao cắt kèm cầu chì tự rơi (FCO)

Dưới giới thiệu sơ đồ vài trạm điển hình lưới điện thành phố Hồ Chí Minh:

a Trạm An Khánh (Hình 6.3)

Trạm An Khánh cung cấp nguồn từ hai đường dây 66 kV Sài Gòn Chánh Hưng Phía sơ cấp MBA cuộn dây 40 MVA 115/23/10 kV /Y/Y nối kết với đường dây máy cắt đặt ngồi trời (731) Phía thứ cấp TC51 lộ có trang bị máy cắt hợp đặt nhà Trạm cung cấp điện tự dùng qua máy biến áp 2T 100 kVA, biến áp bảo vệ đóng cắt dao cắt kèm cầu chì (FCO) Các thiết bị chống sét LA để bảo vệ áp lan truyền theo đường dây vào trạm dao nối đất để tiếp đất thiết bị đảm bảo an toàn cho người sửa chữa Để điều chỉnh điện áp phía thứ cấp, sử dụng đầu phân áp sơ cấp

(9x1,78%)

b Trạm An Nghóa (Hình 6.4)

Trạm An Nghĩa có sơ đồ tương tự trạm An Khánh, lộ phía thứ cấp đường dây không nên trang bị loại máy cắt đặt ngồi trời có thiết bị chống sét tuyến dây Do máy biến áp trạm loại máy biến áp hai cuộn dây 11,5 MVA 115/15 kV (22 kV) Y/ nên để tạo trung tính phía thứ cấp, trạm phải sử dụng biến áp nối đất 1500 kVA 15/5,5/0,4 kV Y/

c Trạm Sài Gòn(Hình 6.5)

thiết bị hai máy cắt để đóng cắt máy biến áp cần thiết Phía thứ cấp sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn, bình thường máy cắt phân đoạn 500 trạng thái mở (NO) nhằm hạn chế dòng ngắn mạch xuất cố ngắn mạch hai phân đoạn Các đường dây kết nối với phân đoạn góp đường dây khơng, sử dụng máy cắt đặt ngồi trời GT1, GT2, GT3 máy phát điện tuốcbin khí để cung cấp điện vào hệ thống theo kế hoạch điều độ chung điều độ lưới



ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 79



3 Trạm biến áp phân phối 22 kV(15 kV)/0,4 kV

Các trạm biến áp phân phối 22 kV(15 kV)/0,4 kV thường trạm công suất nhỏ có cơng suất máy biến áp đến 400 kVA Loại trạm biến áp có sơ đồ đấu dây sau:

a Sơ đồ đơn

 



Hình 6.5 Sơ đồ thứ trạm Saigon

DÂY TRUNG THẾ 15kV

3 LA-12 kV 3FCO 24 kV-100A

Fuse: 20kA

PHỤ TẢI

3CT: 24 kV-10/5A Điện kế 208/120V-5A 3VT: 8400/120V-5A 3xM25 boïc 24 kV

MBT 3P- 315 kVA 15/0,4 kV

Cáp ngầm hạ XLPE

2x(3M240 + M120)

CB 100A - 500V Wh

5x

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 81

Trạm cấp nguồn dây rẽ từ mạng phân phối trung Để thực chức đóng cắt bảo vệ máy biến áp, thường trang bị dao cắt tải (LBS), cầu chì tự rơi (FCO), dao cắt tải kèm cầu chì (LBFCO), hay dao cách ly cầu chì (DS+F) Ở số quốc gia, trạm biến áp có cơng suất nhỏ 160 kVA có kết cấu dạng treo phía trung áp máy biến áp không trang bị LBS/LBFCO/FCO Trong trường hợp này, thiết bị bảo vệ đóng cắt đặt xa thường điều khiển đường dây không trục cung cấp điện cho trạm

b Sơ đồ đơi (Hình 6.7)

Trạm cung cấp hai dây rẽ từ mạng phân phối trung Hai dây kết nối vào qua dao cách ly DS Máy biến áp nối vào qua cầu chì tự rơi FCO, phía hạ máy biến áp trang bị máy cắt hạ áp hay cầu dao hạ Các đường dây cung cấp cho phụ tải thường bảo vệ cầu chì

c Sơ đồ mạch vịng (Hình 6.8)

Mạch vòng (RMU – Ring Main Unit) trục phân phối liên tục có dạng mạch kín với điểm bắt đầu kết thúc góp Mỗi đầu điều khiển máy cắt riêng Mạch vòng thường kết nối để tạo vịng hay trục phân phối - liên lạc, góp chịu dịng tồn vịng hay tồn liên lạc hai trạm

Mỗi mạch vòng chứa ba liên kết:

- Hai liên kết đến, chứa LBS/dao cách ly dao tiếp đất

- Một liên kết ngăn bảo vệ chung có chứa cầu chì/LBS hay tổ hợp máy cắt với dao tiếp đất

Sơ đồ mạch vòng cho phép hộ phụ tải sử dụng hai nguồn cung cấp, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Kiểu sơ đồ thường dùng lưới cáp ngầm phân phối trung áp đô thị

5A 30 120/208V

8400/120V VT

( )/5A kV 24 CT Thanh goùp 24kV

DS - 24 kV - 3Þ - 600A

kV 220/0,4 15

1000kVA Sñm

 

CB hạ áp

Phụ tải

DS-24 kV - 3Þ - 600A Đầu cáp 24 kV XLPE

Wh

TRẠM BIẾN ÁP Sđm < 1000 kVA - đầu cáp

d Sơ đồ trục phân phối song song

Trong sơ đồ trục phân phối song song, phía trung có hai dây hay cáp ngầm xuất phát từ góp Sự khác biệt chủ yếu sơ đồ trục phân phối song song với sơ đồ mạch vòng hai liên kết thường có khóa liên động Khi liên kết đóng liên kết mở Khi cung cấp điện bị gián đoạn liên kết đóng thiết bị đóng cắt tác động cắt mạch liên kết cịn lại đóng vào tự động tay

Sơ đồ thường sử dụng nơi có mật độ phụ tải cao, phụ tải yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao cấp điện cáp ngầm

Hình 6.8 Sơ đồ mạch vịng Phụ tải

Sđm < 300 kVA 15 - 22/0,4 kV

CT - 1000V

…./ 5A 220/380V5A CB Hạ áp

RMU

Wh

0,4 kV

MBA 22/0,4kV

22 kV

Cáp ngầm song song

CB Hạ áp

FCO

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 83

6.3 Đo lường kiểm tra trạm biến áp 1 Nguyên tắc chung

Thiết bị đo lường kiểm tra trạm biến áp nhằm mục đích sau: - Đo lường đại lượng điện (V, I, P, Q, A…)

- Giám sát tình trạng vận hành thiết bị phán đoán trạng thái vận hành trạm Các yêu cầu cần đạt là:

- Các thiết bị đo lường kiểm tra phải đạt độ xác tin cậy cần thiết - Các thiết bị đo lường kiểm tra cần đặt vị trí dễ quan sát

- Số lượng thiết bị đo lường cần đặt đảm bảo theo dõi vận hành tốt…

2 Đo lường kiểm tra trạm trung gian a Sơ đồ đường dây máy biến áp(Hình 6.10)

- Phía sơ cấp máy biến áp trang bị đồng hồ Ampe cơng tắc chuyển mạch

- Phía thứ cấp máy biến áp trang bị đồng hồ Ampe công tắc chuyển mạch

H , đồng hồ kèm công tắc chuyển mạch , đồng hồ đo công suất tác dụng HH, đồng hồ đo công suất phản kháng , điện kế

- Các tuyến dây phụï tải trang bị điện kế , đồng hồ Ampe kế kèm cơng tắc chuyển mạch

- Các máy biến dịng điện CT máy biến điện áp VT sử dụng để biến tín hiệu dịng áp giá trị thích hợp với cấu đo (5 A 120 V)

b Sơ đồ có góp phân đoạn(Hình 6.11)

- Nếu hai đường dây đến hai phân đoạn tới từ hai nguồn khác cần trang bị đồng hồ , tần số kế , đồng hồ hồ đồng

- Phía sơ cấp máy biến áp trang bị đồng hồ Ampe kế , công tắc chuyển mạch - Phía thứ cấp máy biến áp trang bị , kèm công tắc chuyển mạch , điện kế

3 Đo lường trạm phân phối

Đo lường trạm phân phối thực trung áp hạ áp Thường cần có đồng hồ điện kế , cần bổ sung thêm đồng hồ , kèm chuyển mạch , để biết chất lượng điện áp, đo cos để có giải pháp nâng cao cos, đồng hồ , kèm chuyển mạch , để theo dõi tình hình tải máy biến áp đường dây

6.4 Baûo vệ điện trạm biến áp

Mạng điện thiết bị trạm phải bảo vệ cho tình trạng q dịng q áp phải nhanh chóng loại khỏi hệ thống trước gây nguy hiểm hư hỏng

Quá dòng tải thường cho phép kéo dài lâu dòng ngắn mạch thiết bị bảo vệ thiết kế làm việc theo tăng tốc độ tăng dịng (ví dụ đặc tuyến thời gian - nghịch/dịng rơle q dịng)

1 Bảo vệ taûi

KWh

A AS

A

AS V VS

W Var

A AS

V f Syn

A AS

KWh

KWh V VS

Quá tải làm tăng nhiệt độ dây dẫn máy biến áp Điều làm tăng tốc độ già cỗi cách điện, giảm tuổi thọ thiết bị Thiết bị chống tải thường đặt phía sau máy biến áp trạm biến áp khách hàng, thường đặt phía trước trạm biến áp công cộng

Đối với máy biến áp: thông thường bảo vệ chống tải thực cách sử dụng rơle tải có trễ (hoặc loại rơle nhiệt có lưỡng kim thiết bị điện tử) Bảo vệ tác động cắt mạch phía đầu máy biến áp Thời gian trễ nhằm bảo đảm không cắt nhầm máy biến áp trường hợp tải ngắn hạn Tuy nhiên, tồn hình thức bảo vệ khác:

- Đối với loại máy biến áp kiểu treo, rơle nhiệt thường sử dụng để cảm nhận nhiệt độ cuộn dây MBA với mức xác đủ để đảm bảo an toàn cho cách điện

- Đối với máy biến áp khô thường sử dụng cảm biến nhiệt độ cài phần nóng cách điện cuộn dây để báo tín hiệu tác động cắt máy biến áp

Các máy biến áp làm mát dầu có cơng suất lớn thường có thermostat với hai số đặt, để báo tín hiệu để cắt máy biến áp

Hình 6.10 Sơ đồ đo lường đường dây trạm biến áp

AS

A

AS KWh

VS V

A

KWh

KWh AS A

MW Mvar

110 kV

CB LA

CT

25MVA 110/15kV

LA

CT

FCO 15 kV

Tự dùng Phụ tải Phụ tải

FCO CT

CT

AS A

DS

CB

DS

DS DS

CB CB

Hình 6.11 Sơ đồ đo lường trạm có góp phân đoạn

VS V

A AS

DS DS

A AS

DS DS

CT

V f

Syn

VS V

CT

AS A

KWh

CT DS

CT DS

AS A

KWh

CB CB

CB CB

DS

CB

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 85

2 Bảo vệ cố bên máy biến áp

Bảo vệ máy biến áp chống dạng cố bên thùng dầu máy biến áp thực máy biến áp có thùng dầu phụ thường sử dụng rơle loại Buchholz Các rơle kiểm tra tích tụ chậm dầu máy biến áp bốc hồ quang xuất chỗ chạm cuộn dây hư hỏng cách điện, xâm nhập khơng khí dầu bị rị

Khả kiểm tra đột biến bốc dầu máy biến áp rơle Buchholz cho phép cắt máy cắt nằm phía sơ cấp máy biến áp cách tức thời xung dầu xảy ống nối thùng dầu phụ

Với loại máy biến áp công suất lớn 10MVA nay, hệ thống tản nhiệt, làm mát thiết kế kiểu đối lưu Do đó, dãn dầu khơng gây nên tăng áp suất, nhờ cánh tản nhiệt (xem hình 6.12) Trong trường hợp này, rơle kiểu Buchholz không áp dụng được, mà phải sử dụng thiết bị bảo vệ “DGPT” gồm chức năng:

- Kiểm tra lượng bốc - Kiểm tra áp suất

- Kiểm tra nhiệt độ

Hai điều kiện đầu tác động máy cắt phía sơ cấp biến áp cịn điều kiện thứ ba cắt máy cắt phía thứ cấp

3 Bảo vệ ngắn mạch

Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy tốc độ cao coi tiêu chuẩn phía sơ cấp máy biến áp phân phối công cộng biến áp phân phối khách hàng Sơ đồ hình 6.13 áp dụng máy biến áp có cuộn sơ cấp nối tam giác trung tính khơng nối đất Sơ đồ gọi “Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn” (Restricted Earth Fault-REF)

Sơ đồ REF phát cố chạm đất có cố xảy cuộn sơ cấp hay phía sau biến dòng tới đầu cuộn dây

Ưu điểm sơ đồ bảo vệ là: - Đơn giản giá thành lắp đặt thấp - Tác động tức thời

- Độ nhạy cao

- Hạn chế tới mức thấp mối nguy hiểm điện áp lan truyền (do tác động cắt mạch tức thời)

Trung Hạ

E/F relay

Hình 6.12 Bảo vệ chống chạm đất phía cuộn dây sơ cấp

2

- Không cần phải phối hợp với bảo vệ phía sau cố chạm đất xảy phía hạ áp coi ngắn mạch pha - pha phía sơ cấp Do đó, bảo vệ REF khơng làm việc

Thường mạng cơng cộng khơng có máy cắt phía hạ áp (CB) mà đơn giản cầu dao phụ tải LBS (Load Break Switch) Rơle bảo vệ dòng (chỉ cần bộ) nối nối tiếp với biến dòng mạch nối REF, hình vẽ phần đứt nét Hình 6.12 Những rơle dòng đảm bảo nhiệm vụ chống ngắn mạch q tải phía sau máy biến dịng Tuy nhiên, cần phải phối hợp chặt chẽ với thiết bị bảo vệ q dịng phía hạ áp

4 Chọn thiết bị bảo vệ đặt phía trước máy biến áp cho trạm biến áp

Theo tiêu chuẩn vài quốc gia, lựa chọn thực theo giá trị dòng chuẩn Ib Giá trị là:

- Nếu đo phía thứ cấp, dịng định mức thơng thường máy biến áp

- Nếu đo phía sơ cấp, dịng tổng dịng định mức thông thường máy biến áp máy móc khác làm việc mức điện áp trung áp khác (ví dụ động cơ, ), giá trị nhỏ dòng ngắn mạch pha trung áp điểm lắp đặt

Khi dòng chuẩn nhỏ 45A có máy biến áp, thực bảo vệ cầu chì máy cắt

Khi dòng chuẩn lớn 45A có nhiều máy biến áp, cần phải sử dụng máy cắt để thực nhiệm vụ bảo vệ

a Bảo vệ cầu chì

- Khi trạm có máy biến áp, dịng định mức cầu chì In phải thỏa mãn quan hệ sau:

b n 1,4I I  vaø

6 I I c

n 

Ở đây: In, Ib, Ic dòng định mức cầu chì; dịng định mức sơ cấp biến áp;

dịng nhỏ phía sơ cấp có ngắn mạch đầu cuộn thứ cấp

- Khi trạm cung cấp đường dây không, mạng hạ áp nhạy với điều kiện áp bị đối xứng (khi mạng có nhiều tải động ba pha, xảy hư hỏng cầu chì nên cắt ba pha nhờ tác động hệ thống tự động cắt mạch LBS trung áp (ví dụ tổ hợp dao cắt - cầu chì)

Cần ý sau có vài cầu chì tác động cắt ngắn mạch tải, ba cầu chì ba pha nên thay cầu chì khơng đứt trình xảy cố bị xuống cấp phải chịu dòng điện lớn qua

b Bảo vệ máy cắt

Nếu trạm cấp nguồn thông qua máy cắt trung áp cần phải đảm bảo điều kiện bất thường (sự cố ngắn mạch hay tải ) mạch hạ áp không làm rơle bảo vệ mạng cung cấp tác động nhầm Nguyên tắc bảo vệ phải tuân theo máy cắt gần nguồn có thời gian cắt ngắn mạch lâu nhất, trường hợp phân tích, máy cắt phía trung áp máy biến áp

Tuy nhiên, thời gian cắt lâu không vượt trị số ngành điện lực cung cấp

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 87

khơng nối đất Lý có chạm đất pha phía hạ áp, dịng xuất hai pha phía sơ cấp giống tình trạng ngắn mạch pha - pha Sự cố chạm đất phía trung trạm loại bỏ tức thời nhờ sơ đồ bảo vệ REF

Để cắt tức thời cố ngắn mạch pha - pha xảy phía sơ cấp, sử dụng thiết bị bảo vệ đơn giản tương tự rơle “trị số đặt cao”

Nguyên tắc “trị số đặt cao” dựa yếu tố dòng qua thiết bị bảo vệ đủ lớn trị số tác động thiết bị cố hẳn xảy phía sơ cấp ngắn mạch phía hạ áp cuộn dây, dịng ngắn mạch khơng đủ lớn, làm cho rơle phía sơ cấp khơng tác động

Các rơle q dịng có trị số đặt cao (2 ghi phần “bảo vệ chống ngắn mạch”) nối tiếp với rơle q dịng có đặc tuyến thời gian phụ thuộc (t = f(I)), phần vẽ nét đứt hình 6.13 Đối với máy biến áp loại phân phối, rơle thường chỉnh định dòng đặt 25 lần dòng đầy tải máy biến áp Bằng biện pháp đơn giản nêu trên, việc loại bỏ tức thời cố ngắn mạch xảy phía sơ cấp máy biến áp thực mà không ảnh hưởng tới việc phối hợp thiết bị bảo vệ phía hạ áp

Tuy nhiên, có khác mức độ dòng ngắn mạch cực đại cực tiểu lớn, cần thiết phải sử dụng sơ đồ bảo vệ so lệch cho máy biến áp

Bảo vệ so lệch dựa nguyên tắc so sánh dòng vào cuộn sơ cấp máy biến áp với dòng khỏi cuộn thứ cấp (sau quy đổi thơng qua biến dịng để chúng độ lớn góc pha) Khi có chêch lệch đáng kể hai trị số dòng này, rơle tác động cắt máy cắt nối vào máy biến áp

Mạch bảo vệ cung cấp độ nhạy thích hợp với tốc độ cắt cố cao không ảnh hưởng tới phối hợp bảo vệ thiết bị phía hạ áp

Cần phải ghi nhớ rơle tác động nhanh sử dụng sơ đồ bảo vệ REF, bảo vệ trị số đặt cao, bảo vệ so lệch phải ổn định hóa nhằm tránh tác động sai bảo hịa biến dịng (ví dụ đóng máy biến áp)

Thông thường, bảo vệ REF, bảo vệ q dịng có trị số đặt cao bảo vệ so lệch đặt hộp rơle

5 Chọn thiết bị bảo vệ phía sau máy biến áp

Thiết bị bảo vệ máy cắt hạ áp (CB) cầu chì - cầu dao đặt sau máy biến áp phải tuân thủ yêu cầu sau:

- Phải có dao cách ly (nhằm đảm bảo an tồn cho người), dao có tiếp điểm mở tạo khoảng hở nhìn thấy cách rõ ràng

- Có dịng định mức tương ứng với máy biến áp liên quan

- Có dòng cắt định mức phù hợp với dòng ngắn mạch pha phía thứ cấp

6.5 Kết cấu trạm biến áp phân phối bảng kê vật liệu chi tiết 1 Trạm biến áp treo

Trạm biến áp treo (Hình 6.13) kiểu trạm mà toàn thiết bị cao hạ áp máy biến áp treo cột.MBA thường loại môt pha tổ ba máy biến áp pha.Tủ hạ áp đặt cột.Trạm thường tiết kiệm đất nên thường dùng làm trạm công cộng đô thị cung cấp cho vùng dân cư.Máy biến áp trạm treo thường có cơng suất nhỏ(3 x 75 kVA),cấp điện áp 15 22 / 0,4 kV,phần đo đếm trang bị phía hạ áp Tuy nhiên loại trạm thường làm mỹ quan thàmh phố nên lâu dài loại trạm không khuyến khích dùng thị

TT CHỈ DẪN SL

1 Đà L.75x75x8 - 2,4 m 2 Thanh chống 60x6 - 0,92 m

3 Sứ đứng 24 kV

4 U clevis ống

5 Sứtreo 24 kv polymer

6 Khoen neo

7 Kẹp căng dây

8 LA 12KV

9 FCO 24KV - Cở thích hợp 10 Máy biến 1 22/ 0,4 kV 11 Giá chùm treo máy biến

12 OÁng PVC 114

13 Co oáng PVC 114

14 Kẹp ống PVC 114

15 Thùng điện kế

16 Thùng thiết bị hạ đơn 17 Kẹp cọc tiếp địa 2,4 m 18 Kẹp nối ép - cở thích hợp 19 Kẹp quai - cở thích hợp 20 Kẹp hotline - cở thích hợp

21 Chằng trụ

22 Bulông 20x800 ven

Long đền vng 22

23 Buloâng 16x250

24 Buloâng 16x350

25 Bulông mắt 16x300

26 Bulông 16x400 VRS

Long đền vng 18 28

27 Buloâng 12x40

28 Buloâng 12x120

Long đền vuông 14 20

29 Dây đồng bọc 24 kV 25 mm2

30 Cáp xuất hạ - cở thích hợp 31 Dây đồng trần 25 mm2

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 89

2 Trạm biến áp giàn

Trạm giàn(Hình 6.14) loại trạm mà toàn trang thiết bị máy biến áp đặt giá đỡ bắt hai cột.Trạm trang bị ba máy biến áp pha (3 x 75 kVA) hay máy biến áp ba pha( 400 kVA),cấp điện áp 15 22 kV /0,4 kV.Phần đo đếm thực phía trung áp hay phía hạ áp.Tủ phân phối hạ áp đặt giàn hai cột đường dây đến đường dây không hay đường cáp ngầm Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay phân xưởng

3 Trạm

Trạm thường dùng nơi có điều kiện đất đai vùng nơng thơn, quan, xí nghiệp nhỏ vừa.Đối với loại trạm nền.thiết bị cao áp đặt cột, máy biến áp thường tổ ba máy biến áp pha hay máy biến áp ba pha đặt bệ ximăng đất, tủ phân phối hạ áp đặt nhà Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ (Hình 6.15).Đường dây đến

Hình 6.14 Trạm giàn – Sđm  400 kVA, đo đếm hạ thế

TT CHỈ DẪN SL ĐaØ L.75x75x8 - 2,4 m Thanh chống 60x6 - 0,92 m ĐaØ L.75x75x8 - 3,2 m 4 ĐaØ U.160x68x5 - 3,4 m Đà U 100x46x4,5 - 0,5 m ĐaØ U 100x46x4,5 - 1,1 m

7 Sứ đứng 24 Kv

8 U Clevis sứ ống Sứ treo 24 kV Polymer

10 Khoen neo

11 Kẹp căng dây

12 LA 12 kV

13 FCO 24 kV - Cỡ thích hợp 14 Máy biến theÁ 3 22 /0,4 kV

15 OÁng PVC 114

16 Co oáng PVC 114

17 Kẹp ống PVC 114

18 Thùng điện kế thiết bị hạ đôi

1 19 Kẹp, cọc tiếp địa 2,4 m

20 Chằng trụ

21 Keïp Splitbolt 16

22 Keïp quai

Kẹp Hotline

23 Bulông 16x250

24 Buloâng 16x300

25 Buloâng 16x350 10

26 Buloâng 16x400

Buloâng 16x300 VRS

27 Long đền vuông 18 54

28 Bulông 20x800 ven

Long đền vng 22 12

29 Buloâng 12x40

30 Buloâng 12x120

31 Long đền vuông 14 12

32 Dây đồng trần 25 mm2

33 Cáp xuất hạ

có thể cáp ngầm hay đường dây khơng,phần đo đếm thực phía trung áp hay phía hạ áp

TT CHỈ DẪN SL

15 Chằng trụ 16 Kẹp quai 17 Keïp Hotline 18 Keïp Splitbolt

19 Buloâng 16x250 20 Buloâng 16x300 21 Bulông 16x300 VRS

22 Bulơng 16x350 Long đền vuông 18 30 23 Bulông 20x800 ven

24 Long đền vuông  22 12

25 Bulông 12x40 14 26 Long đền vuông 14 28

Đà L.75x75x8 - 2,4 m 27 Thanh chống 60x6 - 0,92 m 14 28 Sứ đứng 24 kV

TT CHỈ DẪN SL

1 Đà L.75x75x8 - 2,4 m Thanh chống 60x6 - 0,92 m 14 Sứ đứng 24 kV U Clevis sứ ống Sứ treo 24 kV Polymer Khoen neo Kẹp căng dây LA 12 kV FCO 24 kV - Cở thích hợp 10 Dây đồng trần 25 mm

11 Cáp xuất hạ

12 Máy biến pha 13 Thùng điện kế thiết bị hạ

đôi

14 Kẹp cọc tiếp địa 2,4 m

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 91

4 Trạm kín

Trạm kín loại trạm mà thiết bị điện máy biến áp đặt nhà.Trạm kín thường phân làm trạm công cộng trạm khách hàng

Trạm cơng cộng thường đặt khu thị hóa,khu dân cư để đảm bảo mỹ quan an toàn cho người sử dụng

Trạm khách hàng thường đặt khuôn viên khách hàng khuynh hướng sử dụng mạch vịng chính(Ring Main Unit) thay cho kết cấu cái,cầu dao,có bợ chì cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có cơng suất nhỏ hờn 1000 kVA.Đối với loại trạm kiểu cáp vào thường cáp ngầm Các cửa thơng gió phải có lưới đề phịng chim ,rắn ,chuột có hố dầu cố

5 Trạm trọn

Đối với nhiều trạm phức tạp đòi hỏi sử dụng cấu trúc nối mạng nguồn kiểu vịng tủ đóng cắt chứa nhiều máy cắt, gọn, không chịu ảnh hưởng thời tiết chịu va đập, trường hợp trạm trọn kiểu kín sử dụng Các khối chế tạo sẵn lắp đặt nhà bê tông sử dụng trạm đô thị trạm nông thôn

Các ưu điểm trạm kiểu : + Tối ưu hóa vật liệu an toàn

+ Giảm thời gian nghiên cứu thiết kế,giảm chi phí lắp đặt + Đơn giản lắp đặt thiết bị kết nối

+ Các trạm kiểu chắn,gọn đẹp thường dùng nơi quan trọng quan ngoại giao,văn phòng,khách sạn…

Hiện nay, trạm biến áp trung gian cao/trung áp cịn có xu hướng sử dụng trạm trọn cách điện khí SF6 gọi trạm phân phối kín “GIS”.Đặc điểm trạm loại diện tích xây dựng trạm nhỏ khoảng vài chục lần so với trạm trời

6.6 LẬP BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHẢ THI THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

Dưới liệt kê bước thực triển khai lập báo cáo nghiên cứu khả thi dự án xây dựng trạm biến áp:

1 Công tác chuẩn bị thực địa

Trước hết chuẩn bị đồ khu vực dự kiến thiết kế trạm Chủ nhiệm đề án kết hợp với phận khảo sát, khảo sát sơ ngồi thực địa để xác định vị trí dự kiến đặt trạm biến áp Bước thoả thuận với địa phương phương án vị trí trạm Trong giai đoạn này, cần phải xin văn thoả thuận UBND tỉnh ngành liên quan quy hoạch, giao thông phạm vi đề án thiết kế giao chéo với đường sắt, đường sông…

2 Lập đề cương yêu cầu khảo sát

Kết thúc chuyến công tác thực địa, chủ nhiệm đề án cần lập đề cương yêu cầu khảo sát (địa hình địa chất) kèm theo đồ thể vị trí trạm, vị trí hố khoan, yêu cầu kỹ thuật đặc biệt khác trạm có thực đấu nối vào lưới điện hữu

Một số yêu cầu cụ thể liệt kê sau:

- Thu nhập thơng tin liệu vị trí địa lý, dân sinh kinh tế, nhu cầu sử dụng điện, điều kiện khí tượng thuỷ văn khu vực thực dự án (nhiệt độ, độ ẩm, gió mưa giơng sét, mực nước lũ…

- Đo đạt bình đồ khu vực, vị trí đặt trạm để làm sở tính tốn khối lượng san nền, địa hình địa vật xung quanh vị trí trạm, kể tuyến đường dây hữu, tuyến giao thơng cơng trình ngầm…để lập biện pháp tổ chức thi cơng

- Thăm dị thành phần hố học mẫu nước, tiêu lý đất để làm sở tính tốn móng cho giải pháp xây dựng trạm

- Giá trị điện trở đất để tính tốn nối đất chống sét cho trạm

- Các văn thoả thuận vơí địa phương hay ngành chức vùng ảnh hưởng dự án để làm sở pháp lý cho việc thực dự án

- Các điều kiện môi trường xung quanh để lập báo cáo đánh giá tác động môi trường - Số liệu nguồn vốn đầu tư, lãi suất vay, điều kiện cho vay

- Một số liệu khác tuỳ đặc điểm cụ thể cơng trình

3 Khảo sát

Bộ phận khảo sát triển khai cơng tác ngồi thực địa dựa yêu cầu chủ nhiệm đề án Q trình bao gồm cơng tác địa hình, địa chất thu thập số liệu khí tượng thủy văn, gọi chung công tác ngoại nghiệp (ngồi trời) Bước sau có số liệu đo đạc, thu thập, kết phân tích phải thể thơng tin vẽ lập thành báo cáo: công tác gọi nội nhgiệp (trong phịng) Có thể hiểu sau:

Bộ phận khảo sát phải đo đạc tất địa hình địa vật xung quanh vị trí dự kiến đặt trạm, khoan số vị trí để lấy mẫu nước, đất đá…, điều tra thu thập tất liệu khí tượng thủy văn chủ nhiệm đề án yêu cầu đề cương khảo sát Tập hợp tất kết lập nên báo cáo khảo sát vẽ (địa hình, địa chất khí tượng thuỷ văn)

4 Thieát keá

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 93

Sau đây, để giúp hình dung rõ công việc thực hiện, giới thiệu biên chế đề án mẫu

5 Biên chế đề án mẫu thực tế

Để hiểu thêm trình thiết kế hay nội dung cụ thể, trích dẫn biên chế hồ sơ thiết kế trạm biến áp từ 110 kV trở lên Trong thực tế, tuỳ theo đặc điểm cơng trình cụ thể mà thay đổi cho phù hợp Thơng thường, hồ sơ báo cáo nghiên cứu khả thi trạm biến áp có cấp điện áp từ 110 kV trở lên biên chế thành ba tập sau:

- Tập 1: thuyết minh - liệt kê thiết bị vật liệu – vẽ - Tập 2: tổng mức đầu tư

CHƯƠNG

LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠNG PHÂN PHỐI CAO & HẠ ÁP A LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI CAO ÁP

9.1 Thiết bị đóng cắt 9.1.1 Máy cắt (CB)

Máy cắt điện thiết bị sử dụng mạng điện cao áp để đóng, cắt dịng điện phụ tải cắt dịng điện ngắn mạch Đây loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn vận hành lưới điện Song giá thành cao nên máy cắt điện thường dùng nơi quan trọng

 Liên quan đến vận hành lưới điện, yêu cầu máy cắt độ tin cậy

đặc biệt cao tất chế độ vận hành có

 Liên quan đến chế độ ngắn mạch, hệ thống chế độ nặng nề nhất, máy cắt

phải ngắt mạch thời gian ngắn Các máy cắt đại cho phép cắt 10 lần dòng điện ngắn mạch công suất định mức mà không cần kiểm tra hay sửa chữa Máy cắt vận hành truyền động tay, điều khiển điện hay thông qua hệ thống điều khiển từ xa để đóng cắt mạng điện

1 Cấu tạo

Nhằm chống lại tác động môi trường, vỏ nắp máy làm loại thép không gỉ bao phủ lớp sơn Máy cắt trang bị thêm số chân, số phận điều chỉnh

Cấu tạo máy cắt bao gồm thành phần sau: đầu trên, buồng đóng cắt, đầu dưới, cuộn hãm, lị xo nén, nối, lò xo mở, dịch chuyển cấu điều khiển

2 Phân loại

Theo môi trường dập hồ quang máy cắt phân thành: máy cắt chân khơng, máy cắt khơng khí, máy cắt dầu, máy cắt điện từ, máy cắt SF6,…

Theo tốc độ cắt máy cắt phân thành: máy cắt tốc độ nhanh, tốc độ vừa tốc độ chậm Theo vị trí lắp đặt máy cắt phân thành: máy cắt trời, máy cắt nhà

a Máy cắt chân không

Đây loại máy cắt mà ngắt mạch, tiếp điểm mở điều kiện chân không (áp suất 10-4pa) Do q trình khuếch tán điện tích chân không, hồ quang sinh

nhanh chóng bị dập tắt Cấu tạo máy cắt chân khơng loại VBL, VD4 hãng ABB (Thụy Điển) thể Hình 9.1

Cơ cấu bên máy cắt chân không bao gồm: buồng dập hồ quang đặt hai sứ cách điện, tiếp điểm đặt cố định bên ổ đỡ tiếp điểm chuyển động Ống kim loại cho phép tiếp điểm chuyển động tạo độ kín phần bên phần bên buồng dập hồ quang Ngồi ra, máy cắt chân khơng cịn có phận tích trữ lượng lị xo, khí nén hay thuỷ lực có cấu điều khiển.

b Máy cắt không khí

hình thành buồng dập hồ quang bị thổi luồng khí nén bên ngồi Cách điện thành phần dẫn điện thực cách điện rắn khơng khí

c Máy cắt SF6

Đây loại máy cắt có cấu tạo nguyên lý hoạt động tương tự với máy cắt không khí, có mơi trường dập hồ quang khí đặc biệt SF6 SF6 loại khí trơ tinh khiết không màu,

không mùi, không dẫn điện, không bắt cháy, bền vững đến nhiệt độ 1800C, khơng có tác dụng

gây hại kim loại với vật liệu kết cấu khác Tuy nhiên, tác động hồ quang nhiệt độ cao, phân huỷ SF6 với kim loại sản sinh tạp chất Để loại bỏ tạp chất

này, thường sử dụng chất xúc tác ơxíùt nhơm để làm bề mặt tiếp điểm máy cắt SF6

phải sử dụng thêm tiếp điểm có tác động trượt

Các loại máy cắt SF6 chế tạo cho trạm đóng cắt cao áp trung áp Loại máy cắt

của hãng ABB có điện áp định mức đến 36kV dịng điện làm việc định mức đến 4000A, dòng điện cắt ngắn mạch định mức đến 50kA hệ số điện áp thấp Các loại máy cắt thích hợp để đóng cắt động cơ, máy biến áp nối shunt kháng điện

Hình 9.1 Cấu tạo máy cắt chân không

a.Trạng thái đóng b Trạng thái mở c Trạng thái mở

Hình 9.3 Cấu tạo máy cắt dầu

Hình 9.4 Cấu tạo máy cắt nhiều dầu

d Máy cắt daàu

Đây loại máy cắt dùng dầu làm môi trường dập hồ quang Hồ quang sinh hai tiếp điểm cháy dầu biến áp, tác dụng lượng hồ quang sinh ra, dầu bị phân huỷ hình thành khí để dập tắt hồ quang Máy cắt dầu phân thành máy cắt dầu máy cắt nhiều dầu:

+ Máy cắt dầu

Lớp cách điện thành phần dẫn điện với chúng với đất thực cách điện rắn Dầu chủ yếu làm nhiệm vụ dập hồ quang Hiện nay, máy cắt dầu thay máy cắt chân không máy cắt khí SF6

+ Máy cắt nhiều dầu

Lớp cách điện thành phần dẫn điện với chúng với đất thực dầu biến áp Đồng thời dầu mơi trường dập hồ quang

Khuyết điểm máy cắt dầu là:

 Hồ quang gây cháy

 Độ bền cách điện dầu bị giảm bị carbon hoà hồ quang nên phải định kỳ

thay daàu.

e Máy cắt điện từ

Đây loại máy cắt có buồng dập hồ quang theo kiểu rãnh hẹp Sự dập hồ quang thực cách làm tăng điện trở hồ quang nhờ kéo dài làm nguội nhanh chóng

Trong loại máy cắt nói trên, máy cắt chân khơng có ưu điểm vượt trội so với loại máy cắt khác sau:

 Khơng cần có loại khí hay chất lỏng để phụ giúp dập tắt hồ quang, không

tạo lửa gây nguy hại vật liệu xung quanh

 Tuổi thọ buồngï dập hồ quang cao khơng địi hỏi giám sát hay bảo trì  Khả đóng cắt lớn

 Công suất truyền động nhỏ  Hoạt động khơng gây tiếng ồn

Vì ưu điểm mà máy cắt chân không ngày phát triển Nhược điểm máy cắt chân khơng giá thành cao

3 Các thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật chủ yếu máy cắt là:

 Điện áp định mức dịng điện định mức  Tần số định mức

 Dòng điện cắt ngắn mạch định mức  Điện áp làm việc cuộn đóng /cuộn cắt  Số tiếp điểm phụ

 Dòng điện ổn định nhiệt dòng điện ổn định động  Thời gian cắt thời gian mở

9.1.2 Máy cắt tự đóng lại (ACR)

Máy cắt tự đóng lại thiết bị bảo vệ dòng hay ngắn mạch tin cậy Nó cảm nhận tượng q dịng điện, tự cắt mạch sau tự đóng lại để nhanh chóng tái lập cung cấp điện cố thống qua

Nếu có cố vĩnh viễn, máy cắt tự đóng lại tự động khố lại sau 2, 3, lần đóng lại theo cài đặt ban đầu người vận hành Máy cắt tự đóng lại đóng cắt tay nhờ sào cách điện

Hoạt động máy cắt tự đóng lại thực nhờ điều khiển lập trình cóù đặc tính cắt theo số lần đặt trước thời gian tự động đóng lại xác Điều cho phép phối hợp chặt chẽ với thiết bị bảo vệ khác hệ thống điện Khi yêu cầu bảo vệ hệ thống điện thay đổi, dễ dàng chỉnh định giá trị cài đặt cho chương trình

1.Cấu tạo

Về bản, máy cắt tự đóng lại hãng có cấu tạo tương tự Cấu tạo máy cắt tự đóng lại loại Useries hãng Nulec thể Hình 9.5

Một chức quan trọng ACR chức điều khiển Thường chức điều khiển có ba mức truy cập cho người sử dụng:

 Mức người vận hành cho phép thực thao tác như: đóng cắt hiển thị

Hình 9.5 Cấu tạo máy cắt tự đóng lại

 Mức kỹ thuật viên cho phép bảo vệ chương trình cài đặt mật mã theo ý người sử

duïng

 Mức kỹ sư cho phép truy cập qua máy tính

2 Phân loại

Máy cắt tự đóng lại phân làm hai loại là:

 ACR dầu sử dụng dầu làm môi trường dập hồ quang Năng lượng hồ quang hạn

chế giá trị dòng cố tăng

 ACR chân không sử dụng chân khơng làm mơi trường dập nhanh chóng hồ quang mức lượng thấp, kéo dài tuổi thọ tiếp điểm buồng cắt

Các thông số chủ yếu ACR giống máy cắt Tuy nhiên, cịn có thơng số tủ điều khiển, là:

Chức phận cài đặt (chức bàn phím hay máy tính)

 Đặc tuyến bảo vệ

 Số lần đóng lại khoảng thời gian đóng lại

 Thời gian trở

 Các thông số đo lường lưu trữ 9.1.3 Máy cắt phụ tải (LBS)

Máy cắt phụ tải thiết bị đóng cắt đóng cắt dịng phụ tải khơng thể cắt dịng ngắn mạch Để cắt dịng ngắn mạch, cần kết hợp sử dụng thêm cầu chì Thường hệ thống tiếp điểm máy cắt phụ tải đặt mơi trường khí SF6 nhờ hồ quang bị

dập tắt nhanh chóng cắt có tải Một số loại máy cắt phụ tải trang bị thêm phận tự ngắt dịng điện có cố, máy cắt phụ tải tự đóng lại sau cắt mạch Máy cắt phụ tải vận hành đóng cắt tay thơng qua sào cách điện

1 Cấu tạo

Cấu tạo máy cắt phụ tải thiết bị ba cực, đặt bình kín làm thép khơng gỉ, bên thùng chứa đầy khí SF6 chất khí làm môi trường dập hồ quang ngắt

khác như: thiết bị nối đất, thiết bị chống sét, phận theo dõi áp suất SF6 để đảm bảo đóng

cắt an tồn

2 Phân loại

Việc phân loại máy cắt phụ tải chủ yếu dựa vào thông số định mức như: điện áp định mức, dòng điện định mức dịng điện cắt định mức

Các thơng số chủ yếu máy cắt phụ tải tương tự máy cắt 9.1.4 Dao cách ly (DS)

Dao cách ly khí cụ điện dùng để cắt mạch không tải thường trang bị trạm cột điện

Nhiệm vụ chủ yếu dao cách ly mở tạo khoảng cách hở trông thấy phần mang điện phần cắt điện nhằm đảm bảo an toàn tạo cảm giác an tâm cho nhân viên sửa chữa làm việc lưới điện Vì vậy, nơi cần sửa chữa thường xun trạm đóng cắt ln đặt dao cách ly kèm với thiết bị đóng cắt

Thơng thường, dao cách ly khơng có phận dập hồ quang nên sử dụng để đóng cắt khơng có dịng điện chạy qua Tuy nhiên, số dao cách ly trang bị thêm phận dập hồ quang, nhờ cắt dịng tải nhỏ

1. Cấu tạo

Cấu tạo dao cách ly bao gồm thành phần sau:

 Bệ đỡ kim loại để cố định dao cách ly cột sứ cách điện để cách ly phần dẫn điện với cột

 Đầu nối để bắt dây

 Các tiếp điểm dao dẫn điện thực chức đóng cắt

 Bộ ngắt có tác dụng dập hồ quang (chỉ có số loại dao cách ly)

2 Phân loại

Các loại dao cách ly phân loại sau:

 Theo hướng di chuyển: dao cách ly di chuyển theo phương ngang dao cách ly di

chuyển theo phương đứng

 Theo cơng cụ thao tác đóng cắt: loại đóng cắt sào cách điện loại đóng cắt

bằng hệ thống liên động

Hình 9.7 Cấu tạo dao cách ly pha

Hình 9.8 Cấu tạo dao cách ly pha

 Theo kết cấu: dao cách ly dập hồ quang loại có phận dập hồ

quang

 Theo soá pha: dao cách ly pha dao cách ly pha Các thông số dao cách ly bao gồm:

 Điện áp định mức dòng điện định mức

 Tần số định mức

 Dòng điện ổn định nhiệt dòng điện ổn định động  Độ bền điện áp tăng cao tần số công nghiệp  Độ bền xung sét

9.1.5 Thiết bị cắt pha tạo khoảng cách (LTD)

Hình 9.9 Cấu tạo dao cách ly pha

1 Cấu tạo

Cấu tạo thiết bị cắt pha tạo khoảng cách bao gồm thành phần sau:

 Thanh sứ đỡ với đầu nối để bắt dây hai đầu  Tiếp điểm dao dẫn điện

 Móc để cắt mạch sào cách điện

 Các má dập hồ quang loại cho phép cắt dòng tải nhỏ

2 Phân loại

Các thiết bị cắt pha tạo khoảng cách có cấu tạo cách lắp đặt đơn giản nên việc phân loại chủ yếu dựa vào giá trị định mức như: dòng điện định mức, điện áp xung sét

Ngồi phân loại dựa theo khả cắt tải gồm: loại cắt dịng khơng tải loại cắt dịng có tải

Các thơng số chủ yếu thiết bị cắt pha tạo khoảng cách tương tự dao cách ly 9.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt mạng phân phối

9.2.1 Điều kiện chung để lựa chọn thiết bị

Trong điều kiện vận hành, thiết bị điện có ba chế độ sau: chế độ làm việc lâu dài, chế độ tải hay chế độ ngắn mạch

Ngồi cịn có chế độ làm việc không đối xứng mà không xét

Trong chế độ làm việc lâu dài, thiết bị điện làm việc tin cậy chúng chọn theo điện áp dòng điện định mức

Trong chế độ tải, dòng điện qua thiết bị điện lớn so với dòng điện định mức giá trị quy đổi dòng điện điều kiện định mức không vượt giới hạn cho phép quy định nhà chế tạo thiết bị làm việc an tồn

Trong điều kiện ngắn mạch, thiết bị điện không bị phá hỏng q trình lựa chọn chúng có kiểm tra điều kiện ổn định động ổn định nhiệt Dĩ nhiên, để hạn chế tác hại dòng ngắn mạch cần phải nhanh chóng cách ly cố khỏi mạng điện

Đối với máy cắt điện, máy cắt phụ tải, cầu chì tự rơi, cầu chì cắt có tải cịn thêm điều kiện khả cắt dòng ngắn mạch chúng

Khi thành lập sơ đồ thay để tính dịng điện ngắn mạch nhằm tìm thiết bị điện cần phải xác định điểm ngắn mạch tính tốn ứng với tình trạng làm việc nguy hiểm (phù hợp với điều kiện thực tế)

Cuối cùng, việc lựa chọn thiết bị điện phải xem xét yêu cầu hợp lý kinh tế kỹ thuật

1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài a Chọn theo điện áp định mức

Điện áp định mức Uđm thiết bị ghi nhãn máy phù hợp với cấp cách điện

nó Mặt khác, thiết kế chế tạo thiết bị điện có dự trữ độ bền điện, nên cho phép chúng làm việc lâu dài không hạn chế với điện áp làm việc cao điện áp định mức (từ 10

15)% gọi điện áp lâu dài cực đại thiết bị điện

Như vậy, điều kiện làm việc bình thường, việc chọn thiết bị điện phải thỏa mãn điều kiện điện áp sau đây:

m + m  m mạng + Umaïng (9.1)

Ở đây: Uđm điện áp định mức thiết bị điện, Uđm độ tăng điện áp cho phép

thiết bị điện, Uđm mạng điện áp định mức mạng điện nơi thiết bị điện làm việc, Umạng

độ lệch điện áp có mạng điện so với điện áp định mức điều kiện vận hành Trị số độ tăng điện áp cho phép quy định nhà sản xuất

b Chọn theo dòng điện định mức

Dòng điện định mức thiết bị điện Iđm dòng điện qua thiết bị thời gian không

hạn chế với nhiệt độ môi trường xung quanh định mức Chọn thiết bị điện theo dòng định mức đảm bảo cho phận thiết bị điện khơng bị đốt nóng nguy hiểm tình trạng làm việc lâu dài định mức

Điều kiện chọn thiết bị điện theo dịng điện định mức:

Iđmtb  Ilv max (9.2)

Ở đây: Iđmtb dòng điện định mức thiết bị, Ilv max dòng điện làm việc cực đại qua

thiết bị

Dòng điện làm việc cực đại qua thiết bị điện xác định sau:

 Dòng lúc cắt hai đường dây làm việc song song, đường dây cịn lại phải

gánh tồn phụ tải

 Dòng điện qua thiết bị điện hay cáp/dây dẫn có xét đến khả tải cho phép quy định nhà sản xuất

Do thiết bị điện chế tạo với nhiệt độ môi trường xung quanh định mức (xqđm) nên

nếu nhiệt độ môi trường xung quanh (xq) khác với nhiệt độ định mức phải hiệu chỉnh dịng

điện cho phép thiết bị theo biểu thức sau: I’

ñm = Iñm

) (

) (

xqñm cp

xq cp

θ θ

θ θ

 

(9.3) Ở đây: θxq nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế nơi lắp đặt thiết bị đóng cắt; θcp

nhiệt độ phát nóng cho phép thiết bị đóng cắt; I’

đm dòng điện định mức thiết bị quy đổi

2 Kiểm tra thiết bị theo điều kiện ổn định động ổn định nhiệt a Kiểm tra ổn định lực điện động

Giữa phận mang điện có lực tác động tương hỗ gọi lực điện động Lực điện động phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dáng, kích thước vật mang dòng điện, khoảng cách chúng, tính chất mơi trường trị số dịng điện qua

Trong điều kiện làm việc bình thường, dịng điện làm việc nhỏ nên lực điện động không gây tác hại Nhưng có ngắn mạch, dịng điện lớn lực điện động lớn gây nên biến dạng dẫn, phá vỡ sứ cách điện, làm hư hỏng cuộn dây… Vì vậy, thiết kế lựa chọn thiết bị điện phận dẫn điện khác cần phải kiểm tra ổn định lực điện động để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện phần có dịng điện qua

Khi kiểm tra ổn định động, cần xét đến dịng ngắn mạch có giá trị lớn Đối với mạng phân phối thường dòng ngắn mạch pha

Điều kiện kiểm tra ổn định động thiết bị điện là:

imax  ixk (9.4)

Ở : imax trị số biên độ dòng điện cực đại cho phép thiết bị điện; ixk trị số

biên độ dịng điện ngắn mạch xung kích b Kiểm tra ổn định nhiệt

Dưới tác dụng dịng điện ngắn mạch, thiết bị điện bị nóng lên nhiệt độ thiết bị điện vượt mức cho phép thiết bị điện hư hỏng hay tuổi thọ bị suy giảm Vì vậy, cần phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

Đối với thiết bị điện, khả ổn định nhiệt đặc trưng dòng điện ổn định nhiệt định mức Iđm nh thời gian ổn định nhiệt định mức tđm nh (quy định nhà chế tạo)

Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt thiết bị theo biểu thức sau: I2

ñmnh.tñmnh  BN (9.5)

Hay: I2

đmnh.tđmnh  I t2ôđ qđ (9.6)

Iđmnh

đmnh qđ ôđ t

t I

 (9.7) Ở đây: Iđmnh dòng ổn định nhiệt định mức tương ứng với thời gian ổn định nhiệt định mức;

tđmnh thời gian ổn định nhiệt định mức; BN xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt tỏa

trên thiết bị điện thời gian xảy ngắn mạch; dòng điện ngắn mạch ổn định (khi ngắn mạch mạng phân phối, xa nguồn Iôđ = I ); t(N3) qđ thời gian tác động quy đổi dòng điện

ngắn mạch kiểm tra ổn định nhiệt thiết bị điện Thời gian tổng thời gian tác động bảo vệ với thời gian tác động tồn phần máy cắt

Một cách gần đúng, thời gian quy đổi tqđ phụ thuộc thời gian tồn ngắn mạch tN tỷ số

”=

ôđ '' I

I

, nghĩa tqđ = (tN , ”) Quan hệ tqđ = (tN , ”), trình bày Hình 9.10

tqñ = tgtck = f(tN, ’’)

tN = tbv + tc

Ở đây: tbv thời gian tác động của rơle bảo vệ, tc thời gian cắt thiết bị đóng cắt,

I” dòng điện ngắn mạch siêu độ

Các đường cong tqđ = f(tN, ’’) vẽ với thời gian tồn ngắn mạch tN  5s Nếu thời gian

tqñ( 5s) = tqñ(=5s) +( tN - 5) (9.8)

Chú ý: Những trường hợp sau không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt:

 Thiết bị điện có dịng điện định mức lớn 1000A

 Thiết bị điện bảo vệ cầu chì với dịng điện định mức

 Máy cắt dao cách ly thường thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt thỏa mãn

điều kiện ổn định động

9.2.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt

Các điều kiện chung để chọn kiểm tra thiết bị đóng cắt loại nhà loại ngồi trời có điện áp cao 1000V trình bày cụ thể Bảng 9.1

Bảng Điều kiện chung cho việc lựa chọn kiểm tra khí cụ điện

TT Thông số Ký hiệu Công thức kiểm tra

1 Điện áp định mức, kV Uđmtb Uđmtb Uđm mạng

2 Dòng điện định mức, A Iđm tb Iđm tb IIv max

3 Tần số định mức, Hz fđmtb fđmtb = fđm mạng

4 Dòng điện cắt định mức, kA ICđm ICđm I’’

5 Công suất cắt định mức, MVA SCđm SCđm  S’’

6 Dòng điện ổn định động, kA imax imax ixk

7 Doøng điện ổn định nhiệt, kA Iđmnh

đmnh qđ ôđ ñmnh t

t I

I 

Ở đây:Uđmtb điện áp định mức thiết bị; Uđmmạng điện áp định mức mạng điện;

Ilvmax dòng điện làm việc lớn qua thiết bị cần kiểm tra; Iơđ, I’’ dịng điện

ngắn mạch ổn định dòng điện ngắn mạch siêu q độ, ixk dịng điện xung kích:

ixk=Kxk I"; S’’ công suất ngắn mạch: S’’= 3.Utb I.''; tđmnh thời gian ổn định nhiệt định

mức; tqđ thời gian quy đổi Lưu ý, ngắn mạch mạng phân phối, xa nguồn: Iơđ =I’’=I (N3)

1 Chọn máy caét

Máy cắt chọn kiểm tra theo điều kiện 1-2 -3 -4 -5 -6 -7, trình bày Bảng 9.1

Ngồi điều kiện trên, máy cắt chọn kiểm tra theo điều kiện sau:

 Loại máy cắt

 Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây

 Các điều kiện số pha, thời gian cắt, thời gian mở, tiếp điểm phụ phụ kiện

được chọn theo yêu cầu sử dụng 2 Chọn máy cắt tự đóng lại

Máy cắt tự đóng lại (AVR) chọn kiểm tra theo điều kiện 1-2 -3 -4 -5 -6 -7, trình bày Bảng 9.1

Ngồi ra, AVR cịn chọn theo điều kiện sau:

 Loại AVR

 Các yêu cầu điều khiển đo lường bảo vệ  Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây

 Số pha, khoảng thời gian đóng lại (lần 1; 2; 3…), thời gian trở về, đặc tuyến bảo vệ

các phụ kiện chọn theo yêu cầu sử dụng 3 Chọn kiểm tra máy cắt phụ tải

Chọn kiểm tra máy cắt phụ tải (LBS) loại nhà loại trời theo điều kiện -2 - - - 7, trình bày Bảng 9.1

Ngồi ra, LBS chọn kiểm tra theo điều kiện sau:

 Loại LBS

 Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây  Dịng cắt máy biến khơng tải

 Dịng cắt đường dây khơng tải

4 Chọn kiểm tra dao cách ly

Chọn kiểm tra dao cách ly (DS) theo điều kieän - - - - 7, trình bày Bảng 9.1

Ngồi điều kiện trên, DS chọn theo điều kiện sau:

 Loại DS

 Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây

 Số pha, phụ kiện theo yêu cầu sử dụng 5 Chọn kiểm tra cắt pha tạo khoảng cách

Chọn kiểm tra cắt pha tạo khoảng cách (LTD) theo điều kiện - - - - 7, trình bày Bảng 9.1

 Loại LTD

 Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây  Số pha, phụ kiện chọn theo u cầu sửû dụng

9.3 Thiết bị bảo vệ

9.3.1 Cầu chì tự rơi (FCO)

Cầu chì tự rơi loại cầu chì đơn giản đảm bảo cách mạch xác, an tồn Thường cầu chì tự rơi lắp phía sơ cấp trạm biến áp công suất nhỏ với mục đích để bảo vệ cố tải phía thứ cấp hay ngắn mạch cuộn dây máy biến áp

1. Cấu tạo

Cấu tạo cầu chì tự rơi bao gồm:

 Ống cầu chì giữ chặt với tiếp điểm chốt Chốt mạ

bạc làm nhô lên để đảm bảo tiếp xúc tốt cho tiếp điểm, nhờ điện trở tiếp xúc ống chì tiếp điểm giảm đến giá trị tối thiểu

 Dây chảy kéo căng lắp ráp nên dây chảy đứt ống cầu chì tự rơi xuống

 Hệ thống lị xo búng có tốc độ cao giúp ngắt mạch điện nhanh chóng xuất cố tạo độ an toàn cao

2 Phân loại

Việc phân loại FCO chủ yếu dựa vào điện áp định mức, dòng điện tải định mức, khả cắt dòng ngắn mạch đặc tuyến bảo vệ dây chảy Hiện nay, tuỳ theo đặc tuyến bảo vệ, FCO chia làm nhiều loại dựa tỷ số tác động (k):

 Loại tác động nhanh : k =   Loại tác động trung bình : k =  11  Loại tác động chậm : k = 10  13  Loại tác động chậm : k = 20  Loại tác động đặc biệt chậm : k = 32

Các thông số chủ yếu FCO bao gồm:

 Điện áp định mứcvà dịng điện định mức  Tần số định mức

 Dòng điện cắt định mức  Tỷ số tác động

Điều kiện lựa chọn cầu chì tự rơi + Điện áp định mức

UFCO ≥ Un (9.9)

Ở đây: UFCO, Un điện áp dây định mức cầu chì; điện áp định mức mạng

điện

+ Dòng điện định mức IFCO

b FCO 1,4I

I  (9.10)

6 I

I c

FCO  (9.11)

Ở đây: IFCO, Ib, Ic dòng định mức dây chảy cầu chì; dịng định mức sơ cấp

biến áp; dịng ngắn mạch phía sơ cấp có ngắn mạch đầu cuộn thứ cấp + Dịng cắt ngắn mạch cực đại

ICFCO ≥ IN (9.12)

Ở đây: ICFCO, IN dòng cắt ngắn mạch cực đại cầu chì; dịng ngắn mạch ba pha

phía cao áp xuất ngắn mạch ngõ cầu chì

Ngồi ra, FCO chọn kiểm tra theo điều kiện sau:

 Khoảng cách rò điện

 Độ bền điện áp tần số công nghiệp: khô phút, ướt 10 giây

 Khả cắt tải (đối với loại FCO), phụ kiện chọn theo yêu cầu sử dụng

9.3.2 Cầu chì cắt có tải (LBFCO)

Cầu chì cắt có tải thiết bị pha lắp phía sơ cấp trạm biến áp Nó có chức bảo vệ chống cố phía thứ cấp tương tự cầu chì tự rơi cầu chì cắt có tải cắt dịng tải nhỏ

1 Cấu tạo

Về chất cấu tạo LBFCO gần giống cầu trì tự rơi, LBFCO trang bị thêm má dập hồ quang Trong trình đóng cắt dịng tải nhỏ, hồ quang sinh má dập hồ quang dập tắt

Hình 9.13 Thiết bị chống sét van

2 Phân loại

Việc phân loại thông số chủ yếu LBFCO tương tự FCO 9.3.3 Thiết bị chống sét (LA – Lightning Arrester)

Cấu tạo thiết bị chống sét lan truyền gồm chồng đĩa MOV với hai điện cực hai đầu Toàn đĩa bọc RCO epoxy gia cứng sợi thuỷ tinh Sau gia nhiệt để thành khối vững mặt học để chịu đựng ứng suất cơ, điện môi trường khắt khe

Trong điều kiện làm việc bình thường, điện áp thiết bị chống sét lan truyền điện áp pha lưới điện Khi xuất điện áp sét, thiết bị chống sét lan truyền giới hạn điện áp mức bảo vệ cần thiết để không gây nguy hiểm cho thiết bị điện lưới phân phối cách giảm thấp nội trở để dẫn dòng xung sét xuống đất Khi tình trạng áp qua, thiết bị chống sét lan truyền quay tình trạng trước dẫn dòng rò nhỏ

Các thông số chủ yếu thiết bị chống sét lan truyền bao gồm:

 Điện áp định mức

 Điện áp vận hành cực đại (MCOV)  Tần số định mức

 Dòng xung sét dạng sóng 8/20s dạng sóùng 4/10s  Khả chịu dòng ngắn mạch 0.2 s

 Điện áp dư ứng với xung sét chuẩn

Thiết bị chống sét lan truyền mạng phân phối thường trang bị đường dây không vào trạm điện lựa chọn theo điều kiện sau:

 Xác định điện áp pha định mức mạng điện:

3 n p

U

U  (9.13)

 Xác định điện áp vận hành cực đại hệ thống Um:

Um Un U (9.14)

Với Ulà độ giao động điện áp cho phép mạng điện  Xác định hệ số chạm đất Ke:

Hệ thống ba pha ba dây, nối đất có tổng trở nhỏ Ke = 1,4

3 m e TOV

U K

U   (9.15)

 Xác định điện áp cực đại vận hành liên tục UMCOV: m MCOV

U

U  (9.16)

 Điều kiện lựa chọn chống sét van:

+ Điện áp định mức chống sét van :UnLA Up

+ Điện áp làm việc liên tục lớn :UMCOVLA UMCOV

+ Quá điện áp tạm thời :UTOVLA UTOV

+ Dịng phóng điện định mức : IS dạng sóng 8/20μs

Đối với thiết bị chống sét mạng phân phối trung áp, dòng tản xung sét định mức thường 3, 5, 10, 20 40kA dạng sóng 8/20 sμ (dạng sóng xung sét lan truyền) dạng sóng

4/10μs (xung đóng cắt đường dây) 9.4 Thiết bị biến đổi dịng áp

9.4.1 Máy biến dòng

Máy biến dòng (CT – Current Transformer) máy biến đo lường sử dụng để cung cấp dòng có giá trị giảm xuống tương thích với dòng danh định cấu đo, rơle bảo vệ thiết bị đo lường khác Máy biến dòng có cuộn thử cách ly với phía sơ cấp cao áp nên nối đất thứ cấp với mục đích an tồn

Hầu hết máy biến dịng có dịng đầy tải phía thứ cấp 5A Đây giá trị dịng thị đầy khung thiết bị đo dịng, đo cơng suất rơle bảo vệ Ngồi có loại máy biến dịng chế tạo với dịng đầy tải phía thứ cấp 1A, sử dụng cho thiết bị chun dùng

Các thông số chủ yếu máy biến dòng điện bao gồm:

 Tỷ số biến dòng: tỷ số dòng sơ cấp dòng thứ cấp (50/5, 60/5, 75/5,

120/5, 150/5, 200/5, …)

 Cực tính: cuộn sơ thứ cấp  Cấp xác (1%, 2%, 3%, …)

 Tải phía thứ cấp (0.1, 0.2, 1.0, 2.0, 4.0, 8…)

Máy biến dòng điện chọn theo điều kieän sau:

1.Đầu cực trung áp, Cuộn sơ cấp, Mạch từ, Cuộn dây thứ cấp, Keo epoxy, Đầu cực thứ cấp, Đế, Vỏ che, Bản tên

a Bieán dòng (CT) b Biến điện áp (VT)

Máy biến dòng chọn theo điện áp, dịng điện phụ tải phía thứ cấp, cấp xác, kiểu loại Máy biến dòng kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động ổn định nhiệt có dịng điện ngắn mạch chạy qua Cụ thể :

+ Điện áp định mức : Uđm.BI Uđm.mạng (9.17) + Dòng điện sơ cấp định mức : I1đmBI Ilvmax (9.18)

+ Phụ tải định mức phía thứ cấp :S2đmBI S2tt (9.19) Ở : S2đm.BI phụ tải định mức cuộn dây thứ cấp máy biến dịng điện, tính

VA; Stt phụ tải tính tốn cuộn dây thứ cấp máy biến dịng tình trạng làm việc

bình thường, tính VA

ñm 2

ñm ñmBI

2 I Z

S  (9.20)

Ở đây: I2đm dòng điện định mức cuộn dây thứ cấp BI; Z2đmlà điện trở cho phép toàn

phần mạch ngoài, xác định sau:

tx dd dc ñm

2 r r r

z    (9.21) Ở đây: rdclà tổng điện trở cuộn dây dụng cụ đo rơle; rdd điện trở dây dẫn

nối từ thứ cấp BI đến dụng cụ đo; rtx điện trở chỗ tiếp xúc (thường lấy

1 , 05 ,

0  )

Tieát diện bé dây dẫn:

dd tt r

l

F  (9.22) Với: điện trở suất dây dẫn, đồng CU ,00175m/mm2 và nhôm

0283 , AL 

 m/mm2; l

tt chiều dài tính tốn dây dẫn từ nơi đặt máy biến dịng điện đến

các dụng cụ đo xác định tuỳ theo sơ đồ nối dây Cụ thể sau: + Với sơ đồ hình hồn tồn ltt = l

+ Với sơ đồ hình khơng hồn tồn ltt  3l

+ Khi dùng máy biến dòng ltt = 2l

Ở đây: l chiều dài dây dẫn nối từ máy biến dòng điện đến dụng cụ đo Để đảm bảo độ bền học, người ta qui định tiết diện bé mạch thứ cấp máy biến dòng 2,5mm2 đối

với dây dẫn nhôm 1,5mm2 dây dẫn đồng

Khi cần chọn máy biến dịng điện, vào vị trí đặt, điện áp định mức mạng điện, dòng điện làm việc lớn nhất, cấp xác cần thiết, chọn máy biến dịng Sau đó, dựa vào sơ đồ nối dây dụng cụ đo mắc vào thứ cấp máy biến dòng đểø kiểm tra xem phụ tải thứ cấp có vượt phụ tải thứ cấp định mức không, cuối kiểm tra ổn định động ổn định nhiệt có dịng điện ngắn mạch qua

Lực điện động máy biến dòng điện đặc trưng hệ số ổn định lực điện động kđ :

ñmBI xk ñ

I

i

k  (9.23) Hệ số nhà máy chế tạo quy định

 kG a

l i 10 88 , F

F

xk tt

cp    (9.24)

Ở đây: a khoảng cách pha, cm; l khoảng cách từ máy biến dòng điện đến sứ đỡ gần nhất, cm

Ổn định nhiệt máy biến dòng điện đặc trưng hệ số ổn định nhiệt kơđn

kiểm tra sau:

đmnh ñmBI

gt oâñ oâñn

t I

t I

k  (9.25)

9.4.2 Máy biến điện áp

Máy biến điện áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp phục vụ cho đo lường, bảo vệ rơle tự động hoá Điện áp thứ cấp máy biến điện áp chuẩn hoá 100V hay 100/ 3V với cấp điện áp định mức sơ cấp

Nguyên lý làm việc máy biến điện áp tương tự máy biến áp điện lực thông thường, khác công suất nhỏ hàng chục đến hàng trăm VA Đồng thời tổng trở mạch thứ cấp máy biến điện áp lớn, xem máy biến điện áp thường xuyên làm việc không tải

Máy biến điện áp thường chế tạo thành loại pha, ba pha, ba pha năm trụ, cấp điện áp 6, 10, 22, 110, 220 kV v.v…, có loại có dầu loại khơ Để kiểm tra cách điện mạng – 10 kV, thường dùng máy biến áp đo lường ba pha năm trụ với cách nối dây Y/Y0/ Phía thứ cấp máy biến điện áp có hai cuộn dây quấn đấu tam giác hở Khi xảy ngắn mạch không đối xứng (một pha, hai pha), hai đầu dây quấn tam giác hở xuất điện áp Nhờ kiểm tra tình trạng cách điện mạng

Máy biến áp đo lường chọn theo điện áp (sơ cấp), cấp xác, phụ tải thứ cấp kiểu loại

Máy biến áp đo lường bảo vệ cầu chì (trừ loạivới U110kV), nên khơng cần kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch (tức theo điều kiện ổn định động ổn định nhiệt)

Tùy theo nhiệm vụ thiết kế mà chọn sơ đồ nối dây cho phù hợp Căn vào vị trí đặt máy biến điện áp lưới điện, cấp xác theo yêu cầu để chọn máy biến điện áp đo lường Sau đó, cần kiểm tra điều kiện công suất thứ cấp không vượt công suất định mức

Phụ tải thứ cấp máy biến điện áp xác định sau:

a Biến dòng (CT) b Biến điện áp (VT)

    

 2dc 2dc

tt

2 P Q

S (9.26)

Ở đây:Pdc Sdc.cosdc tổng công suất tác dụng dụng cụ nối vào thứ cấp;

Qdc Sdc.sindc tổng công suất phản kháng dụng cụ nối vào mạch thứ cấp

Điều kiện kiểm tra:

đm tt S

S  (9.27)

Với S2đm công suất định mức máy biến điện áp

Tiết diện dây dẫn từ máy biến điện áp đến dụng cụ phải chọn cho tổn thất điện áp mạng không lớn 0,5% điện áp định mức Theo điều kiện độ bền học tiết diện không bé 1,5mm2 dây đồng 2,5mm2 dây nhôm

Các điều kiện chọn máy biến áp đo lường bao gồm:

+ Điện áp định mức : U1đm Uđmmạng (9.28) + Phụ tải pha (VA) : S2đmfa S2ttfa (9.29) + Sai số : % ≤ cp% (9.30) B LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI HẠ ÁP

9.5 Máy cắt hạ áp

Máy cắt hạ áp (CB - Circuit Breaker) loại khí cụ điện điều khiển tay có khả tự động cắt mạch mạng điện bị ngắn mạch, tải sụt áp v.v… Hiện nay, máy cắt hạ áp sử dụng rộng rãi hệ thống điện hạ áp thuộc lĩnh vực công nghiệp, dân dụng… thay dần cầu chì

1. Cấu tạo

Cấu tạo CB gồm thành phần sau:

 Vỏ CB có chức đảm bảo an tồn cho người sử dụng thao tác đóng cắt CB

 Cơ cấu đóng ngắt đảm bảo tất cực CB đóng ngắt lúc

chính xác

 Cơ cấu ngắt điện từ có phận cuộn dây.Cuộn dây có lõi sắt cố định

và lõi chuyển động Nếu dòng điện vượt giá trị xác định trước, cuộn dây sinh lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ lò xo hút phần ứng Cơ cấu đóng ngắt lúc tác động cần đóng ngắt làm tiếp điểm CB nhanh chóng mở

 Cơ cấu nhiệt bảo vệ tải lưỡng kim Độ cong phụ thuộc vào

cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua Sau cong đến mức độ xác định (hay nhiệt độ định) lưỡng kim tác động tới cấu đóng cắt

 Tiếp điểm gồm có tiếp điểâm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh Do yêu cầu

tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ vật liệu làm tiếp điểm phải chịu nhiệt ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm chất liệu đặc biệt

 Hệ thống dập hồ quang gồm hai phần: ngăn dẫn hồ quang buồng dập hồ quang Hồ

quang Quá trình dập tắt hồ quang xảy buồng dập hồ quang theo nguyên tắc hạn chế dòng điện

2 Phân loại CB

a.Loại MCB (Miniature Circuit Breakers) thường sử dụng công nghiệp thương mại, thiết bị nhà dân dụng Do đó, MCB có kích thước dịng định mức nhỏ, nên phù hợp cho việc bảo vệ cáp, bảo vệ thiết bị chiếu sáng, mạch nung (lò sưởi, bàn ủi) điều khiển bảo vệ động có cơng suất nhỏ

Các thông số đặc trưng MCB là:

 Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P 4P;

 Dòng điện định mức: -63A;

 Điện áp định mức: 220 - 415VAC, 60 -110VDC;

 Khả cắt dòng ngắn mạch: 3, 4.5, 6, 10 15kA;

 Lắp ray;

 Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 60898

b.MCCB (Moulded Case Circuit Breakers), giống MCB có số khác biệt sau:

 Số cực 3P, 4P

 MCCB có giá trị định mức cao nên thường đặt hệ thống phân

phối điện gần nguồn MCB Các giá trị điện áp định mức cao lên đến 1000VAC hay 1200VDC;

 Dịng định mức: l00A đến 1000A, hay lớn hơn;

 Khả ngắt dòng ngắn mạch: từ 25kA đến 35kA hay lớn hơn;  Lắp cố định tủ điện

 Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2

c ACB (Air Circuit Breaker) loại máy cắt khơng khí hạ áp với đặc tính sau:

 Số cực: 3P, 4P;

 ACB thường lắp đặt tủ đóng-cắt tổng nhà máy, cơng trình;

Hình 9.16 Cấu tạo cuûa CB

9 10

3

4

Heä

7

1 Đầu vào Đầu

3 Cơ cấu đóng ngắt: tác động để đóng mở tiếp điểm Vận hành đóng ngắt tay:

sử dụng cầu dao Cơ cấu ngắt điện từ Cơ cấu nhiệt bảo vệ

thanh lưỡng kim nhiệt

7 Tiếp điểm: gồm có tiếp điểm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh Hệ thống dập hồ quang

9 Khoá ráp: dùng để lắp đặt CB lên

 Giá trị dòng định mức lớn 1000A lên đến 3000A hay lớn hơn;  Khả ngắt dòng ngắn mạch: từ 35 đến 50kA hay nữa;

 Lắp đặt ngăn tủ loại đẩy kéo;  Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2

3 Chức CB

Máy cắt hạ thế, với vai trị thiết bị đóng cắt, có chức sau:

 Bảo vệ điện: chống dòng tải, dòng ngắn mạch hư hỏng cách điện;  Cách ly an toàn;

 Điều khiển: điều khiển vận hành, cắt khẩn cấp, dừng khẩn cấp cắt lý bảo

dưỡng học;

 Bảo vệ chống áp chống thấp áp, kèm với rơle áp thấp áp;  Bảo vệ phát dòng rò, kèm với thiết bị phát dòng rò;

 Bảo vệ chống chạm đất, kèm

4.Thông số CB

Các thơng số CB bao gồm: a Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P 4P; b Điện áp định mức (Ue);

c Điện áp cách điện (Ui);

d Điện áp thử nghiệm xung (Uimp);

e Điện áp làm việc cực đại (UBmax);

f Điện áp làm việc cực tiểu (UBmin);

g Dòng điện định mức (In);

h Dòng tác động cấu nhiệt (Ir=Kr.In)

i Dòng tác động cấu từ (Im)

j Dòng cắt ngắn mạch định mức (Icu)

k Dòng cắt ngắn mạch thao tác (Ics)

l Tần số làm việc;

m Loại đặc tuyến ngắt dòng: B, C, D, K, Z MA;

n Dịng rị định mức (In), có chức chống dịng rị

5 Đặc tính ngắt dòng

Chức quan trọng CB bảo vệ hệ thống điện ví dụ cáp dây dẫn chống lại tượng phát nóng tải hay ngắn mạch, CB phải nhảy xác giới hạn nhiệt độ cách điện dây dẫn Trong số trường hợp ứng dụng định nên có CB đặc thù để bảo vệ thiết bị bán dẫn, mơ tơ, biến áp …

Đường cong đặc tính ngắt dòng bao gồm hai phần: thời gian nghịch cắt tức thời Đặc tính thời gian nghịch hàm số nhiệt sinh bình phương cường độ dịng điện nhân với thời gian, có nghĩa dịng điện lớn thời gian cần thiết để ngắt nhỏ (Hình 9.17)

Bảng 9.2 Đặc tính ngắt CB

Tiêu chuẩn Đặc tuyến tác động Mứùc Ứng dụng

IEC 898

DIN VDE 0641/A4 BS3871 Phaàn

B 3-5In Bảo vệ thống điện dân dụng noùi chung

C 5-10In Bảo vệ hệ thống nơi tải có tính cảm kháng cao máy biến áp đèn cao áp cảm ứng D 10-14In Ứng dụng công nghiệp (tương tự loại hệ tiêu

chuaån BS)

MA 12In Bảo vệ khởi động động thiết bị chuyên dụng (không bảo vệ tải) DIN VDE 0660 K 10-14InZ 2,4-3,6In Bảo vệ môtơ máy biến áp Bảo vệ mạch bán dẫn mạch điện tử

DIN VDE 0641/T3 OEVE – SN 52 CEE 19 II

L 3,5-5,25In Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (có thể thay một phần loại B) U 6-12In Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (chỉ dùng thơng dụng nước Pháp, Bỉ, Aùo, Ý)

BS 3871 Phaàn

Loại 2,7-4In Bảo vệ hệ thống lắp đặt thiết bị có đặc tính đóng ngắt có tượng tăng dịng đột ngột Loại 3-5In Bảo vệ hệ thống dây thiết bị gia dụng nói chung (tương tự loại B) Loại 5-10In Bảo vệ hệ thống điện nơi phụ tải cảm ứng cao đèn cao áp, đèn huỳnh quang biến áp (tương tự loại C) Loại 10-14In Chủ yếu bảo vệ hệ thông công nghiệp chẳng hạn thiết bị hàn, môtơ, máy X-quang v.v…, nhiên người ta không giới hạn đóng cắt (tương tự loại D)

6 Phối hợp bảo vệ

Các CB mạng phân phối hạ áp phải tác động xuất trạng thái bất thường cách có chọn lọc Điều có nghĩa xảy cố điểm hệ thống, cố phải loại trừ CB đặt phía trước điểm cố, cịn CB khác khơng tác động Chọn lọc bảo vệ tuyệt đối phần dựa nguyên lý mức dòng, thời gian trễ phối hợp hai Bảng 9.3 trình bày số phương pháp thường sử dụng để thiết lập tính chọn lọc CB

Bảng 9.3 Các phương pháp sử dụng để thiết lập tính chọn lọc

1 Chọn lọc theo mức dòng: dựa việc chọn lọc ngưỡng dòng tác động rơle, từ rơle cuối nguồn đến đầu nguồn theo bậc Tính chọn lọc tuyệt đối hay phần

2 Chọn lọc theo thời gian trễ kiểu bậc thang:dựa chênh lệch thời gian tác động cho CB gần nguồn có thời gian tác động lớn xa nguồn nhỏ.CB A phía sử dụng độ trễ đủ để đạt tính chọn lọc tuyệt đối phối hợp với CB B

3. Chọn lọc hỗn hợp: làm trễ thời gian kiểu học góp phần cải thiện đặc tính chọn lọc theo tác động dòng

Chọn lọc tuyệt đối ISCB < IrmA (giá trị tức thời)

CB phía trước sử dụng hai ngưỡng tác động:

- Giá trị trễ IrmA tạo trễ kiểu điện tử SD (Short Delay);

- Giá trị tức thời Irm A chuẩn

4 Lựa chọn dựa mức lượng hồ quang:

cho phép chọn lọc tuyệt đối hai CB có dịng cố Điều đạt nhờ sử dụng CB hạn chế dòng tác động CB nhờ cảm ứng áp suất buồng hồ quang CB Mức áp suất khơng khí bị nóng lên tùy thuộc vào mức lượng hồ quang

7 Điều kiện lựa chọn CB

CB hạ áp thường lựa chọn theo điều kiện sau:

 Các đặc tính điện lưới điện mà CB đặt vào:

+ Điện áp định mức

Ue + Ue  Uđm mạng + Umạng (9.31) Đặc tuyến tác động

tức thời kiểu từ (truyền thống)

Đặc tuyến tác động tức thời kiểu từ nhờ áp suất

Hình 9.18 Cầu chì HRC

Ở đây: Ue điện áp định mức CB, Ue độ tăng điện áp cho phép CB, Uđm mạng

điện áp định mức mạng điện nơi thiết bị CB lắp đặt, Umạng độ lệch điện áp có

thể có mạng so với điện áp định mức điều kiện vận hành + Dòng điện định mức:

Kr In  Ilv max (9.32)

Ở đây: In dòng điện định mức CB, Ilv max dòng điện làm việc lâu dài cực đại phụ

tải, Kr hệ số hiệu chỉnh (Kr = 0,8÷1 cấu nhả nhiệt, Kr=0,4÷1 cấu nhả điện

tử)

+ Taàn số:

fn  fmạng (9.33)

 Khả cắt dòng ngắn mạch:

Icu (hoặc Icn)  I 3N (9.34)

Ở đây: Icu dòng cắt ngắn mạch định mức CB cơng nghiệp Icn dịng cắt ngắn

mạch định mức CB dân dụng

 Đặc tuyến ngắt dòng: phù hợp với thiết bị bảo vệ

 Môi trường sử dụng:nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong/ngồi tủ, điều kiện khí hậu  Các yêu cầu khai thác: tính chọn lọc, yêu cầu điều khiển từ xa, công tắc tơ

phụ, cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống mạng tín hiệu nội (thơng tin, điều khiển thị…)

9.6 Cầu chì hạ áp

Cầu chì thiết bị bảo vệ cách chảy nhiều dây chảy để ngắt mạch cắt dòng dòng vượt giá trị cài đặt khoảng thời gian cho phép

Các thành phần cầu chì HRC là: vỏ cầu chì kèm đầu nối, dây chảy cầu chì, vật liệu dập hồ quang (thường cát thạch anh), đế cầu chì kèm ngàm kẹp, niêm chì báo tình trạng cầu chì tay kẹp cầu chì cho phép thay nóng cầu chì hư hỏng

Tiêu chuẩn áp dụng cầu chì hạ áp có điện áp đến 1000VAC 1500V DC tiêu chuẩn IEC 60269, cụ thể:

 Tiêu chuẩn IEC 60269-1: Qui định chung

 Tiêu chuẩn IEC 60269-2: Qui định cho cầu chì công nghiệp  Tiêu chuẩn IEC 60269-3: Qui định cho cầu chì dân dụng

Bảng 9.4 Mã hiệu phạm vi ứng dụng cầu chì hạ áp Mã hiệu Phạm vi áp dụng

gG Cầu chì phổ dụng bảo vệ dây/cáp gM Cầu chì phổ dụng bảo vệ động aM Cầu chì bảo vệ ngắn mạch động aR Cầu chì bảo vệ thiết bị bán dẫn

gTr Cầu chì bảo vệ máy biến áp

gR, gS Cầu chì bảo vệ thiết bị bán dẫn dây dẫn gL, gF, gI Cầu chì thay cầu chì gG để bảo vệ dây dẫn

Loại cầu chì sử dụng để chống tải ngắn mạch mạng hạ áp dân dụng có đặc tính gG phù hợp với IEC 60269-3 Loại có hai dịng qui ước tiêu chuẩn hố gồm:

 Dịng khơng nóng chảy Inf: giá trị dịng mà cầu chì chịu mà khơng

bị nóng chảy thời gian qui định Ví dụ: cầu chì có dịng định mức 32A chịu dịng 40A (1,25In) mà khơng nóng chảy khoảng thời gian nhỏ 1h (Bảng 4.2)

 Dòng nóng chảy If: giá trị dịng gây tượng nóng chảy cầu chì trước

kết thúc khoảng thời gian qui định Ví dụ: cầu chì có dịng định mức 32A chịu dịng 52,1A (1,6In) phải nóng chảy khoảng thời gian nhỏ 1h (Bảng 4.2) Các thí nghiệm tiêu chuẩn IEC 269-1 u cầu đặc tính cầu chì nằm hai đường cong giới hạn cho cầu chì xem xét (Hình 9.18) Từ đặc tính miền chảy khơng chảy cầu chì nhận thấy cầu chì khơng thích hợp để bảo vệ chống tải mức thấp Do cần sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn nhằm tránh hậu tải kéo dài (trong trường hợp xấu tải 60% 1h)

Trong mạng hạ áp cơng nghiệp, loại cầu chì có đặc tính gM (bảo vệ động khởi động lẫn ngắn mạch không bảo vệ tải) loại cầu chì có đặc tính aM kết hợp với rơ le nhiệt bảo vệ chống tải có mức tải <4In Đặc tính hai loại cầu chì phù hợp với

IEC 60269-1 IEC 60269-2

Đặc trưng cho loại cầu chì gM aM là: dịng định mức dây chì vỏ cầu chì In đặc

tuyến I/t (Ich -characteristic) Mã cầu chì loại gM thể sau: InMIch với In đặc tính

nhiệt tải thường Ich liên quan đến đặc tính ngắn hạn (khởi động) Hình 9.19 trình bày vùng

nóng chảy tiêu chuẩn hố cho cầu chì aM, với lưu ý đặc tuyến để thí nghiệm cầu chì aM cho giá trị từ 4In trở cầu chì theo IEC 60269 dùng phải có đặc tuyến nằm

trong vùng tô mờ

Bảng 9.5 Dịng chảy khơng chảy cầu chì Loại Dòng định mức (*)

In (A)

Dịng qui ước khơng chảy Inf (A)

Dòng qui ước chảy If (A)

Thời gian qui ước (h) gG

gM

(*) I

ch cho cầu

chì gM

In≤ 4A 1,5In 2,1In

4 <In≤ 16A 1,5In 1,9In

16 <In≤ 63A 1,25In 1,6In

63 <In≤ 160A 1,25In 1,6In

160 <In≤ 400A 1,25In 1,6In

400 <In 1,25In 1,6In

Đường cong thời gian tối thiểu tiền hồ quang

Đường cong thời gian đứt chì

I 1h

Inf If

Đường cong thời gian tối thiểu tiền hồ quang

Đường cong thời gian đứt chì

I 4In

Hình 9.18 Miền chảy không chảy của cầu chì gG gM

Hình 19.Vùng nóng chảy tiêu chuẩn hố cầu chì aM

Cầu chì gG bảo vệ dây dẫn

aM Bảo vệ động

aR

Bảo vệ thiết bị bán dẫn

Hình 20 Đặc tuyến bảo vệ

Các cầu chì ngày có khả cắt dịng ngắn mạch lớn nhanh nhờ tốc độ nóng chảy nhanh dây chảy Dòng ngắn mạch bị cắt trước đạt giá trị đỉnh (Hình 9.21) Sự giới hạn dòng ngắn mạch làm giảm ứng lực nhiệt gây dịng ngắn mạch Do đó, làm giảm nguy hư hỏng xuất ngắn mạch

Giá trị dòng cắt ngắn mạch cầu chì dựa giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều dịng cố Hình 9.22 trình bày giá trị dòng đỉnh giới hạn so với giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều cho cầu chì hạ áp Ví dụ đồ thị này, cầu chì 100A cắt dòng hiệu dụng cố 2kA giới hạn dòng đỉnh 5kA, cắt dòng hiệu dụng cố 20kA giới hạn dòng đỉnh 10kA Nếu khơng có cầu chì giới hạn dịng, giá trị đỉnh đạt đến 50kA

Lưu ý: Trong cơng nghiệp loại cầu chì hạ áp mã hiệu HRC loại cầu chì có khả cắt dịng ngắn mạch cao-đến 120kA

Cầu chì hạ áp lựa chọn theo điều kiện sau: + Điện áp định mức Un:

Un Umax (9.35)

+ Dòng định mức In

IB In IZ (9.36)

I2 1,45IZ (9.37)

Ở đây: Umax điện áp lớn mạng điện; IB dòng điện làm việc lớn dây

dẫn; IZ dịng phát nóng cho phép dây dẫn kể đến điều kiện lắp đặt thực tế; I2

dòng tác động ngắt tải thời gian qui ước cầu chì (Bảng 9.5)

Trường hợp nhiệt độ môi trường  > 40oC hay nơi lắp cầu chì có lắp đặt thơng gió với tốc độ

gió V>0m/s cần hiệu chỉnh dịng định mức cầu chì:

IBnew=(K/KV)IB (9.38)

Tf -thời gian chảy tiền hồ quang; Ta -thời gian

có hồ quang; Ttc -thời gian tổng cắt dòng

Iscpeak –Dòng đỉnh cố giả định; Iscrms – Dòng

sự cố hiệu dụng xoay chiều

+ Dòng cắt ngắn mạch định mức Icu

Icu IN (9.39)

Ở đây: Icu dòng điện cắt ngắn mạch định mức cầu chì; IN dịng ngắn mạch pha tính

tốn nơi đặt cầu chì

+ Loại cầu chì: bảo vệ chung, bảo vệ động cơ, bảo vệ thiết bị điện tử,… Bảng 9.6 Hệ số Kvà KV

 (oC) K

 V(m/s) KV 40 1 45 1.03 1.05 50 1.07 1.10 55 1.11 1.15 60 1.16 1.20 65 1.21 1.25 70 1.27 >5 1.25 9.7 Tủ điện

Tủ phân phối nơi nguồn cung cấp vào chia thành mạch nhánh, mạch điều khiển bảo vệ cầu chì CB Điện nguồn nối vào qua thiết bị đóng cắt (CB cầu dao-cầu chì) Thơng thường tủ phân phối hay ngăn tủ phân phối có cấu tạo bao gồm thành phần trình bày Hình 9.24 Các thiết bị điện lực CB cầu chì thường nằm giàn khung lui phía sau tủ Các thiết bị hiển thị điều khiển (đồng hồ đo, đèn, nút nhấn v.v ) lắp mặt trước tủ

Tủ thường bọc vỏ kim loại nhằm để bảo vệ phần tử bên như: máy cắt, đồng hồ thị, rơle, cầu chì, chống va đập học, rung tác động ngoại lai ảnh hưởng đến hoạt động hệ (nhiễm điện từ, bụi, ẩm…), đồng thời bảo vệ người tránh điện giật

Hiện nay, tủ điện thiết kế phải thỏa tiêu chuẩn IEC 60439-1 có loại sau:

+ Tủ đóng cắt (EMSB): thường lắp đặt phía hạ áp trạm biến áp phân phối, cấp điện cho tủ phân phối chính.ï

+ Tủ phân phối (MDB): nhận điện từ tủ dóng cắt phân phối cho tủ phân phối Các tủ phân phối thường tủ điện tầng, tủ điện phân xưởng,…

+ Tủ phân phối (DB): nhận điện từ tủ phân phối cấp điện trực tiếp cho phụ tải Đây loại tủ thường dùng cho ứng dụng đặc thù như: tủ điều khiển động cơ, tủ chiếu sáng…

Tùy theo mức độ ngăn cách nội lưới chắn hay vách ngăn phần tử mà chia làm dạng lắp ráp (Form tủ):

+ Dạng 1: Không ngăn cách;

+ Dạng 3: Ngăn cách với đơn vị ngăn cách tất đơn vị với nhau, ngoại trừ đầu chúng;

+ Dạng 4: Giống dạng bao gồm đầu đơn vị

Dạng thường sử dụng cho ngăn tủ tụ bù Dạng giúp cho thao tác thiết bị mạch đấu dây an toàn so với dạng Dạng dùng không gian cho đơn vị có hạn khó thao tác hay bảo trì khơng ngăn cách đơn vị, trừ phải cắt điện toàn tủ

Hình 9.23 Các loại dạng tủ phân phối

Tủ điện thường chọn theo điều kiện sau:

 Chức tủ

 Sơ đồ bố trí thiết bị tủ

 Điện áp hoạt động thiết bị đóng-cắt  Dịng định mức thiết bị đóng-cắt  Khả chứa CB

 Phụ kiện kèm theo

 Độ kín tủ thơng qua số bảo vệ IP-bảo vệ chống xâm nhập vật thể rắn

nước Chỉ số bảo vệ IP cao tủ kín (Bảng 7)

 Kích thước tủ: chiều dài, chiều rộng, chiều cao

Baûng 9.7 Mã số bảo vệ IP

IP

Chữ số đầu

Chống xâm nhập vật rắn (không bảo vệ ) - Đường kính 50mm - Đường kính 50mm - Đường kính 50mm - Đường kính 50mm - Bảo vệ bụi bẩn - Bảo vệ chống bụi

cách hoàn toàn

Chữ số thứ hai

Chống xâm nhập nước (không bảo vệ ) - Giọt đứng

1 Mặt sau, Mặt hơng, 3.Mặt trên, Cửa phần dành cho góp/cáp, Cửa suốt, Đế, Giá đỡ phía trên, Khay đế, Ngăn thiết bị đo, 10 Giá gá lắp nắp che CB, 11 Nắp che, 12 Giá đỡ gá lắp góp, 13 Thanh đỡ góp, 14 Hệ thống thẳng đứng, 15 Thanh ngang để gá thiết bị kiểu hai hàng, 16 Thanh ngang để gá thiết bị kiểu hàng, 17 Thanh đỡ, 18 CB

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 171

CHƯƠNG 10

CHIẾU SÁNG DÂN DỤNG &CÔNG NGHIỆP

10.1 Ánh sáng màu sắc

Mọi vật thể nhiệt độ lớn không độ tuyệt đối (0K) không ngừng xạ lượng vào khơng gian chung quanh dạng sóng điện từ

Tuy nhiên, có phần xạ phạm vi bước sóng hẹp từ 380mm đến 780mm gây mắt người cảm giác sáng gọi ánh sáng

Mắt người giống thiết bị thu nhận ánh sáng theo cảm giác màu sắc khác chuyển đổi vơ tinh tế từ đỏ sang tím, mà khó định xác bước sóng giới hạn chúng

Dưới số định nghĩa ánh sáng khác theo phổ chúng:

 Ánh sáng gồm có bước sóng gọi ánh sáng đơn sắc, tương ứng với bước sóng khác màu khác

 Ánh sáng pha trộn liên tục tất bước sóng (trong phạm vi 780 -380 mm) với liều

lượng khác tương ứng với ánh sáng liên tục Trên hình 3-1a biểu diễn phổ liên tục đèn nung sáng

 Phổ ánh sáng không liên tục, hay gọi phổ vạch, ví dụ ánh

sáng loại đèn phóng điện Hình.10.1b

10.2 Mắt người cảm thụ ánh sáng, màu sắc 10.2.1 Mắt người

Mắt người quan cảm thụ ánh sáng có khả chuyển đổi khơng tuyến tính thay đổi theo thời gian kích thích quang học thành tín hiệu điện để truyền lên não tạo nên tượng gọi “sự nhìn”

10.2.2 Độ nhạy cảm theo bước sóng

Độ nhạy cảm ánh sáng mắt người phổ ánh sáng không theo bước sóng khác Trong ánh sáng ban ngày, mắt nhạy cảm lớn với tia vàng lục (bước sóng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 172 =555mm) giảm dần hai phía tím đỏ Trong ánh sáng ban đêm hay hồng độ nhạy cảm lớn mắt người lại tia xanh lục (= 510 mm) giảm dần đến tím cam

10.2.3 Trường nhìn

Trường nhìn mắt người xác định sau:

 Trường nhìn ngang: khoảng 1800C  Trường nhìn đứng: khoảng 1300C

Nhưng trường nhìn trung tâm có khoảng 20 (Hình 10.4)

10.3 Các đơn vị 10.3.1 Quang thông F

Quang thơng công suất sáng nguồn sáng xác định theo biểu thức (10.1):





1

d kW F λ

λ

λ

λυ λ (10.1)

Ở đây:W hàm phân bố phổ lượng xạ;λ υλ hàm số độ nhạy cảm tương đối,

k hệ số chuyển đổi đơn vị, λ1 = 380 nm, λ2= 780 nm

Hình 10.2 Cấu tạo mắt người

ĐH Sư phạm Kỹ thuaät Tp HCM www.quyenhuyanh.com 173 υ λ

λ

λ λ

λ d

W 683

F

1



 (10.2) Quang thơng có đơn vị đo lumen (lm) Quang thông loại đèn cho nhà sản xuất

10.3.2 Cường độ ánh sáng I

Cường độ sáng mật độ không gian quang thông nguồn sáng xạ xác định theo biểu thức:

Ω

Ω d

dF lim I

0 d

OA   (10.3)

Đơn vị cường độ sáng candela (cd)

Một số liệu quan trọng loại đèn “Đường cong phân bố cường độ sáng” Đường cong cho biết giá trị cường độ sáng theo tất hướng khơng gian, tính từ điểm gốc tâm quang học nguồn

Đường cong phân bố cường độ sáng cho ứng với quang thông chuẩn 1000 lm Đối với loại đèn có quang thơng đ khác 1000 lm cường độ sáng theo hướng  quy đổi theo biểu thức:

1000 I I  ñ



 (10.4) 10.3.3 Độ rọi E

Độ rọi mật độ quang thông bề mặt chiếu sáng S

F

E (10.5) Đơn vị độ rọi lux (lx)

Hệ số đồng độ rọi tỷ số độ rọi tối thiểu độ rọi trung bình mặt phẳng làm việc

Quan hệ độ rọi, cường độ khoảng cách

Xét nguồn điểm O, xạ quang thông với cường độ I tới vi phân diện tích ds khoảng cách r so với nguồn quan hệ độ rọi, cường độ khoảng cách là:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 174

2

r cos I

E  (10.6)

Công thức (10.6) cịn gọi định luật bình phương nghịch đảo khoảng cách độ rọi

10.3.4 Độ chói L

Độ chói L bề mặt phát sáng dS theo hướng khảo sát tỷ số cường độ sáng α

I theo hướng Hình.10.7



 

 dScos

I

L (10.7)

Đơn vị độ chói cd/m2

10.3.5 Hệ số phản xạ, xuyên thấu hấp thụ ánh sáng

Nếu có lượng quang thơng Fi tới bề mặt vật liệu xảy trường hợp sau:

 Một phần quang thông tới phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu F;

 Một phần quang thông tới bị vật liệu hấp thụ, ký hiệu F;  Một phần quang thông tới xuyên qua vật liệu, ký hiệu Fτ

Hệ số phản xạ ánh sáng tỷ số F Fρ i :

a Phản xạ định hướng, b Phản xạ khuếch tán hoàn toàn, c Phản xạ hỗn hợp định hướng d Phản xạ hoàn toàn, e Xuyên thấu hồn tồn

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 175 





i

F F

Hệ số hấp thụ ánh sáng tỷ số Fvà Fi :

 



i

F F Hệ số xuyên sáng tỷ số Fτvà Fi :

τ

τ 

i

F F

Các hệ số ,, tuỳ thuộc vào vật liệu, tính bề mặt vật liệu màu sắc vật liệu Giữa chúng có quan hệ sau:

1

    

 (10.8)

10.4 Tiện nghi nhìn

10.4.1 Một số đặc điểm sinh lý nhìn

1 Khả phân biệt mắt người: Xác định góc mà người quan sát phân

biệt hai điểm hai vạch đặt gần

2 Độ tương phản C

Độ tương phản C xác định biểu thức:

n n

n v

L L L

L L

C   Δ (10.9)

Ở đây: Lv, Ln độ chói vật cần nhìn đặt vật Độ tương phản yếu tố cần thiết để phân biệt vật hình dạng chúng

10.4.2 Sự chói lố

1 Chói lố nhiễu: chói lố làm giảm khả nhìn làm tăng ngưỡng độ chói

tương phản

2 Chói lố tiện nghi: xảy có vật có độ chói cao nằm trường nhìn

maét

10.4.3 Độ rọi yêu cầu

Độ rọi yêu cầu Eyc độ rọi trung bình mặt phẳng làm việc (thường nằm ngang), cần thiết để tiến hành tốt công việc

10.4.4 Nhiệt độ màu tiện nghi môi trường sáng

Nhiệt độ màu đặc trưng màu sắc nguồn sáng, ký hiệu Tm’ đơn vị độ Kelvin (0K)

 2500  3000oK: mặt trời lặn, đèn nung sáng, ánh sáng “nóng” (giàu xạ đỏ)

 4500  5000oK: ánh sáng ban ngày trời sáng, ánh sáng “ ấm”

 6000 8000oK: ánh sáng ngày trời đầy mây, ánh sáng “lạnh” (giàu xạ xanh da trời)

Các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp dùng thích hợp cho nơi có yêu cầu độ rọi thấp

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 176

10.4.5 Chỉ số hoàn màu

Chất lượng cao ánh sáng thể chất lượng nhìn màu, nghĩa khả phân biệt xác màu sắc ánh sáng

Để đánh giá khả hoàn màu đèn so với nguồn sáng chuẩn thường sử dụng số hoàn màu (CRI – Color Rendering Index)

Chỉ số hoàn màu thay đổi từ ánh sáng đơn sắc, đến 100 ánh sáng trắng Chỉ số hồn màu cao chất lượng ánh sáng xem tốt

Trong kỹ thuật chiếu sáng, thường chia chất lượng ánh sáng làm ba mức độ sau đây:

 IRC  66 - chất lượng kém, dùng cơng nghiệp khơng địi hỏi phải phân biệt

màu sắc

 IRC  85 - chất lượng trung bình, dùng cho cơng việc bình thường, chất lượng nhìn màu khơng thật đặc biệt

 IRC  95 - chất lượng cao, dùng cho công việc đặc biệt đời sống cơng

nghiệp

10.5 Nguồn chiếu sáng nhân tạo 10.5.1 Bóng đèn

Hiện có nhiều loại bóng đèn phù hợp với ứng dụng khác Tuy nhiên, ba loại bóng đèn sử dụng rộng rãi là: bóng đèn nung sáng, bóng đèn phóng điện bóng đèn huỳnh quang

Thường sử dụng tham số sau để đánh giá loại bóng đèn ánh sáng chúng phát ra:

 Công suất đơn vị (W)

 Hiệu suất sáng, đo tỷ số quang thông đèn phát công suất điện tiêu

thụ, đơn vị lumen/oat (lm/W)

 Nhiệt độ màu Tm’ (0K) dùng để đánh giá mức độ tiện nghi môi trường sáng

 Chỉ số hoàn màu CRI, cho biết chất lượng ánh sáng, đánh giá theo cảm thụ

xác màu sắc

 Tuổi thọ bóng đèn

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 177

1 Bóng đèn nung sáng

Cấu tạo đèn nung sáng thể Hình 10.10

Đèn nung sáng có tim nguồn sáng thông dụng chiếu sáng dân dụng Ánh sáng phát bóng đèn nung sáng từ tim đèn đốt nóng dịng điện qua Tim đèn thường làm tungstene đặt bóng thuỷ tinh chứa đầy khí trơ (azơt, argon, krypton) áp suất nhỏ Khí trơ có tác dụng giảm bớt áp suất ngồi bóng đèn giảm bốc tim đèn, phía đèn có đèn để lắp bóng đèn vào lưới điện

Hạn chế loại đèn tuổi thọ ngắn hiệu suất sáng thấp Đèn nung sáng sử dụng cho chiếu sáng dân dụng, trang trí thương mại Hiệu suất sáng thay đổi tuỳ theo công suất đơn vị loại tim đèn, có giá trị khoảng từ 15 đến 25lm/W

Tuy nhiên, đèn nung sáng sản sinh ánh sáng ấm, có số hồn màu cao không yêu cầu sử dụng kèm với cuộn chấn lưu Đèn nung sáng cịn điều chỉnh độ sáng thiết bị tương đối đơn giản, có nhiều loại hình dạng khác kích thước nhỏ nên thường sử dụng chiếu sáng trang trí nội thất

2 Bóng đèn phóng điệnHID

Bóng đèn phóng điện có cấu tạo gồm ống thuỷ tinh bên có hai điện cực Anode (A) Catode (K), loại kim loại

Khi đặt điện cao hai điện cực, tạo thành dải sáng dọc ống: dịng hồ quang phóng điện, dải đơn sắc thường vùng cực tím, chưa phải ánh sáng

Để tạo ánh sáng cần phải có kim loại Tuỳ theo loại kim loại mà có loại đèn phóng điện khác

Hình 10.10 Cấu tạo bóng đèn nung sáng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 178 Thực nghiệm cho thấy, muốn đạt phóng điện tạo ánh sáng cần:

 Tạo điện áp đủ lớn hai điện cực để mồi đèn;

 Giảm điện áp để giữ ánh sáng ổn định không làm hỏng đèn

Các loại đèn phóng điện thường có cơng suất cao nên thường dùng nơi cần ánh sáng rộng, phù hợp kinh tế.

a Bóng đèn natri

Đèn natri chia làm hai loại: loại áp suất thấp loại áp suất cao

 Đèn natri áp suất thấp: có ánh sáng vàng – cam Đèn natri áp suất thấp dùng nhiều chiếu sáng loại đường giao thông: xa lộ, đường cao tốc, đường hầm, bãi đậu xe lớn …

 Đèn natri áp suất cao: có ánh sáng trắng Đèn natri áp suất cao thường dùng cho chiếu sáng khu vực cần vận chuyển, địa điểm công nghiệp, cầu tàu, bến bãi, trung tâm thương mại, sân thể thao, bên nhà hay xưởng cơng nghiệp nặng

b Bóng đèn thuỷ ngân cao áp

Hình 10.12 Cấu tạo bóng đèn natri

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 179 Đèn thuỷ ngân cao áp loại đèn phóng điện chế tạo đầu tiên, nhằm đáp ứng yêu cầu cần có loại đèn có hiệu suất cao, kích thước nhỏ công suất đơn vị lớn Khi chế tạo, nhược điểm loại đèn số hoàn màu thấp Tuy nhiên, với xuất đèn thuỷ ngân cao áp có vách bóng phủ lớp phosphor, màu sắc trở nên trắng cải thiện nhiều

Đèn thuỷ ngân cao áp có hai loại:

 Loại dùng thêm chấn lưu, lặp đặt phải có chấn lưu riêng tuỳ theo điện cơng

suất loại bóng Loại bắt sáng chậm ổn định

 Loại không cần chấn lưu bên bóng mắc nối tiếp ống phóng điện với

tim sợi đốt Wolfram phát sáng đốt nóng Loại bắt sáng nhanh nóng lên, bóng hay bị tắt, nguội bóng bật sáng lên lại Bóng nối trực tiếp vào lưới điện Tuổi thọ đèn thuỷ ngân cao áp trung bình vào khoảng 24000 cho hầu hết đèn công suất lớn Tuy nhiên, quang thông đèn giảm nhanh theo thời gian nên thực tế thời gian vận hành đèn thường ngắn Hiệu suất sáng vào khoảng từ 40 đến 60lm/W đèn có cơng suất đơn vị lớn hiệu suất sáng cao

Cũng hầu hết loại đèn phóng điện khác, đèn thuỷ ngân cao áp khơng thể khởi động tức thời Thời gian khởi động ngắn, nhiên cần vào khoảng 47 phút để đạt công suất sáng cực đại điều phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh

Đèn thủy ngân cao áp khuyến khích dùng chiếu sáng cho tồ nhà có u cầu dùng nhiều đèn: nhà hát, khách sạn, phịng cơng cộng Ngồi người ta cịn ứng dụng để chiếu sáng bên ngồi nhà, khu vực dành riêng cho người bộ, quảng trường, vườn hoa…

c Bóng đèn Metal Halide

Đèn Metal Halide có cấu tạo tương tự đèn thuỷ ngân cao áp có thêm vào vài phần tử kim loại ống phóng điện Các ưu điểm chủ yếu việc thay đổi gia tăng hiệu suất sáng từ 60 đến 100lm/W cải thiện số hoàn màu tới mức đạt yêu cầu chiếu sáng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 180 cho khu thương mại Việc điều khiển ánh sáng đèn Metal Halide dễ dàng xác so với đèn thuỷ ngân cao áp ánh sáng phát từ ống phóng khí nhỏ, mà khơng phải tồn vỏ bọc đèn

Nhược điểm đèn Metal Halide tuổi thọ ngắn (từ 12000 đến 20000 giờ) so với đèn thuỷ ngân đèn sodium cao áp Thời gian khởi động đèn Metal Halide gần đèn thuỷ ngân cao áp Sự bật sáng lại, sau sụt giảm điện áp làm tắt đèn, lâu vào khoảng 10 đến 12 phút, tuỳ thuộc vào thời gian làm nguội đèn

d Bóng đèn Sodium

Đèn sodium có loại

 Bóng đèn Sodium áp suất cao: Vào thập niên 70 gia tăng giá lượng đặt

tầm quan trọng việc nâng cao hiệu suất đèn, đèn sodium cao áp (được triển khai vào năm1960) có ứng dụng rộng rãi Với hiệu suất sáng vào khoảng từ 80 đến 140lm/W, đèn có hiệu suất sáng gấp lần bóng đèn nung sáng có cơng suất gấp đôi so với vài loại đèn thuỷ ngân đèn huỳnh quang Hiệu suất sáng không ưu điểm loại đèn Đèn Sodium cao áp cịn có tuổi thọ cao 24000 giờ, có đặc tính trì quang thơng tốt so với tất loại đèn phóng điện Màu chủ yếu đèn sodium cao áp màu vàng Đây màu lý tưởng cho hầu hết ứng dụng chiếu sáng cơng nghiệp ngồi nhà

 Bóng đèn Sodium áp suất thấp: Đèn sodium hạ áp có hiệu suất sáng ban đầu cao

trong tất đèn phóng điện có thị trường ngày vào khoảng từ 100 đến 180 lm/W Mặc dù vậy, hầu hết đèn sodium hạ áp có phần sắc vàng phổ nhìn thấy nên có số hồn màu thấp Ngồi ra, việc điều khiển ánh sáng đèn loại khó khăn đèn phóng điện khác kích thước lớn ống phóng điện Tuổi thọ trung bình đèn sodium hạ áp vào khoảng 18000

3 Bóng đèn huỳnh quang

Nguyên tắc phát sáng đèn huỳnh quang theo nguyên lý đèn phóng điện

Đèn huỳnh quang sản sinh ánh sáng cách tác động lên lớp phosphor lựa chọn bọc mặt thành ống với lượng tia cực tím, sản sinh phóng điện thuỷ ngân Màu ánh sáng phát phụ thuộc lượng chất huỳnh quang áp suất ống Do

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 181 đặc tính phóng điện chất khí nên cuộn chấn lưu cần sử dụng để khởi động vận hành đèn huỳnh quang

Tuỳ theo chế độ bật sáng đèn huỳnh quang chia làm loại:

 Loại bật sáng tắcte (Stater) cấp điện chấn lưu (Ballast) thường  Loại bật sáng tức thời khơng cần đốt nóng trước

Các ưu điểm bóng đèn huỳnh quang bao gồm việc gia tăng hiệu suất sáng có tuổi thọ dài đèn nung sáng Hiệu suất sáng đèn huỳnh quang vào khoảng từ 45 đến 90 lm/W Do có độ sáng thấp bề mặt phát sáng phát nhiệt nên đèn huỳnh quang loại đèn lý tưởng để chiếu sáng cho khu vực văn phòng, trường học, nơi mà vấn đề phát nhiệt tiện nghi nhìn quan trọng

Các nhược điểm đèn huỳnh quang kích thước lớn, khó điều khiển ánh sáng, quang thông điều kiện vận hành phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh

4 Những loại bóng đèn a Bóng đèn Halogen

Đây bóng đèn nung sáng chứa halogen, cho phép nâng cao nhiệt độ nung sáng tim đèn, nhờ nâng cao chất lượng ánh sáng mà giảm bốc tim đèn tungstene làm đen dần bóng đèn So với đèn nung sáng bình thường, bóng đèn hallogen có ưu điểm

Hình 10.17 Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 182

b Bóng đèn compacte

Đây dạng bóng đèn huỳnh quang, có cấu tạo nguyên lý hoạt động giống đèn huỳnh quang Tuy nhiên, kích thước bóng nhỏ hơn, khả sinh nhiệt thấp, công suất tiêu thụ nhỏ

c Bóng đèn cảm ứng điện từ

Đây loại bóng đèn hệ nhất, dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, khơng có tim đèn, với ưu điểm bật tuổi thọ (lên tới 60000 giờ)

10.5.2 Thông số kỹ thuật phạm vi ứng dụng loại bóng đèn

Thơng số kỹ thuật loại bóng đèn trình bày Bảng 10.1 phạm vi ứng dụng loại bóng đèn trình bày Bảng 10.2

10.5.3 Đèn chiếu sáng

Đèn chiếu sáng bao gồm bóng đèn phụ tùng theo đèn

1 Đường cong phân bố cường độ sáng

Đường cong phân bố cường độ sáng đường cong biểu diễn cường độ sáng theo hướng không gian

Đường cong phân bố cường độ sáng đèn phát sáng điểm (bóng đèn nung sáng) biểu diễn mặt phẳng chứa trục xoay đèn Đối với đèn dùng bóng đèn có dạng ống (bóng đèn huỳnh quang), đường cong lập hai mặt phẳng vng góc với đèn, theo phương dọc theo phương ngang

Bảng 10.4 trình bày đường cong phân bố cường độ sáng số loại đèn thông dụng

2 Các kiểu chiếu sáng

Theo phân bố quang thông đèn không gian, thường chia thành năm kiểu chiếu sáng sau (Bảng 10.3):

a Kiểu chiếu sáng trực tiếp:khi có 90% quang thơng đèn xạ hướng xuống phía

dưới

 Trực tiếp hẹp quang thơng tập trung vào mặt phẳng làm việc, tường bên bị tối

 Trực tiếp rộng quang thông phân bố rộng nửa khơng gian phía dưới,

đó tường bên chiếu sáng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 183 Kiểu chiếu sáng nửa trực tiếp có từ 60 đến 90% quang thơng xạ hướng xuống phía Khi tường bên trần chiếu sáng, bóng tối giảm Môi trường sáng trường hợp tiện nghi Kiểu chiếu sáng thích hợp nhà văn phòng, nhà ở, phòng trà, phòng ăn

b Kiểu chiếu sáng hỗn hợp: có từ 40 đến 60% quang thông xạ hướng xuống Khi

đó tường bên, đặc biệt trần chiếu sáng nhiều

Các kiểu hỗn hợp thường áp dụng khơng gian có trần tường phản xạ mạnh ánh sáng

c Kiểu chiếu sáng nửa gián tiếp: có từ 10 đến 40% quang thơng xạ hướng xuống phía

dưới

d Kiểu chiếu sáng gián tiếp: khi có 90% quang thơng xạ hướng lên phía

Khi áp dụng kiểu chiếu sáng gián tiếp nửa gián tiếp không gian chiếu sáng khuếch tán hồn tồn phần, mơi trường sáng đạt tiện nghi cao Hai kiểu chiếu sáng thường sử dụng cho phòng khán giả, nhà hàng, nhà ăn …

3 Hiệu suất chiếu sáng đèn

Hiệu suất chiếu sáng đèn tỷ số (theo phần trăm) quang thơng khỏi đèn quang thơng đèn xạ ra, ký hiệu 

% 100 F F

b d



 (10.10)

Ở đây: Fb quang thông xạ bóng đèn; Fd quang thơng khỏi đèn

10.6 Kỹ thuật chiếu sáng nội thất

10.6.1 Các toán kỹ thuật chiếu sáng nội thất

Kỹ thuật chiếu sáng nội thất nhằm đạt phân bố ánh sáng tiện nghi phù hợp với yêu cầu sử dụng nội thất

Một phương án bố trí đèn gây chói lố, tiện nghi cho người làm việc phịng hay khơng phụ thuộc vào yếu tố sau đây:

 Chức sử dụng phòng

 Độ rọi yêu cầu mặt phẳng làm việc

 Vị trí đèn trường nhìn người quan sát

 Độ chói đèn góc quan sát khác

Một phương án thiết kế chiếu sáng nội thất hoàn hảo phải giải tốt toán sau đây:

 Bài tốn cơng năng: tốn nhằm đảm bảo đủ tiêu chuẩn độ rọi mặt phẳng

làm việc cho công việc cụ thể, phù hợp với chức nội thất Đây toán thiên kỹ thuật chiếu sáng

 Bài toán nghệ thuật kiến trúc: tốn địi hỏi người thiết kế phải kết hợp khéo

léo ánh sáng với khơng gian, hình dạng, trang trí điêu khắc màu sắc nội thất, với tâm sinh lý người để tạo nên hiệu nghệ thuật hài hoà, tức nhằm tạo ấn tượng thẩm mỹ nghệ thuật kiến trúc vật trưng bày nội thất

 Bài toán kinh tế: toán nhằm xác định phương án tối ưu thoả mãn cơng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 184

Bảng 10.1 Thơng số loại bóng đèn

Bóng đèn nung sáng tiêu chuẩn điện áp 220V

Công suất đèn W 25 40 60 75 100 150 200 300 500 1000

Quang thoâng Lm 230 430 730 960 1380 2220 3150 5000 8400 18800

Chiều dài mm 105 118 160 189 240 274

Đế đèn E 27 E 27, 40 E 40

Bóng đèn Krypton Bóng đèn hình ống

Cơng suất đèn W 25 40 60 75 100 35 60 120 35 60

Quang thoâng Lm 235 475 800 1030 1500 220 420 840 240 420

Chiều dài mm 88 88 88 96 96 300 500 1000 300 500

Đế đèn E27 2xS14s 1xS14d

Bóng đèn huỳnh quang tiêu chuẩn Bóng đèn huỳnh quang hàng Cơng suất

Chiều dài (mm)

Quang thông, lm Quang thông, lm Công suất

của đèn W Đèn

W

Cuộn dây

W nh sáng trắng nh sáng trắng nhẹ nh sáng màu ấm nh sáng ban ngày nh sáng trắng nh sáng màu ấm 20 40 65 10 13 590 1200 150 1050 2500 4000 1200 3200 5100 1200 3200 5100 1300 3250 5200 1450 3450 5400 1450 3450 5400 18 36 58

Bóng đèn huỳnh quang compact với ballast

Hình xuyến đế đèn loại E 27 Hình trịn (lăng trụ) đế đèn: E27 Hình chữ U (đế đèn :G13)

Công suất W Quang thông Lm Đường kính mm Chiều cao mm Cơng suất W Quang thơng lm

Chiều cao mm

Đường kính mm

Công suất W Quang thông Lm Chiều cao mm Đường Kính mm 12 18 24 700 1000 1450 165 165 216 100 100 100 13 18 25 425 600 900 1200 148 158 168 178 72 72 72 72 11 250 400 600 900 82 112 144 212 27 27 27 27

Bóng đèn thủy ngân cao áp Bóng đèn thủy ngân ballast tự thân

Công suất, W 50 80 125 250 400 700 1000 160 250 500 1000

Quang thoâng , Lm 1800 3800 6300 13000 22000 40000 58000 3100 5600 14000 32500

Chiều dài , mm 130 156 156 226 290 330 390 177 226 275 315

Đế đèn E 27 E 40 E 27 E 40

Bóng đèn sodium cao áp Bóng đèn Metal Halide

Công Suất

W

Quang thông Lm Chiều dài mm Công

suất W Quang thông Lm Chiều dài mm

Đế đèn Kiểu bố trí Hình ellip Hình ống Hình ellip Hình ống

70 100 150 250 5.600 95.000 15.500 25.000 47.000 120.000 6.500 10.000 17.000 25.500 48.000 130.000 156 186 226 226 290 400 156 211 211 257 285 400 75 150 250 360 1.000 2.000 3.500 5.000 11.250 20.000 25.000 90.000 170.000 300.000 114 132 163 206 260 490 490 R73 R7s Fc2 Fc2 Fc2 E40 E40 p45 p45 p45 p45 p45 p60 p60

Kiểu bố trí: bất kỳ, đế đèn: E40

Đèn sodium hạ áp Kiểu bố trí

Cơng suất đèn, W 18 35 55 90 135 180

Quang thoâng, Lm 1.800 4.800 8.000 13.500 22.500 33.000

Chiều dài, mm 216 310 425 528 775 1.120

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 185 Bảng 10.2 Phạm vi ứng dụng loại bóng đèn

Phạm vi ứng dụng

Loại đèn Metal

Halide

Thuỷ ngân cao

áp

Sodium hạ áp

Sodium cao áp

Natri cao áp

Natri hạ áp Chiếu sáng nhà

Dệt, giấy, công nghiệp len da thuộc  Công nghiệp điện, khí xác 

Công nghiệp xe hơi, khí chế tạo máy  

Hố học, công nghiệp nhựa  

Khuôn đúc, luyện kim, nhà máy xi măng    

Nhaø máy nhiệt điện     

Xưởng in 

Văn phịng lớn, phịng thính giả 

Cửa hàng, siêu thị 

Phòng chờ xe  

Phòng triển lãm, phòng trưng bày  Chiếu sáng trời, đường phố

Đường đặc trưng, khu dạo  

Lối chính, đường cao tốc     

Quảng trường, cầu      

Đường ngầm, chân cầu   

Khu qua đường   

Giao loä     

Kênh, chốt   

Đường đua    

Đường nông thôn   

Chiếu sáng sân bay   

Khu công nghiệp

Kho, bãi đổ xe      

Cầu tàu bến taøu     

Hầm mỏ, kho chứa than    

Công trình

Sân vận động, đèn pha     

Chiếu sáng cao tốc, bia tưởng niệm     

Chiếu sáng công viên, bãi coû     

10.6.2 Các thuật chiếu sáng nội thất a Phân bố độ chói hợp lý

Đặc điểm chiếu sáng tự nhiên trước hết đặc điểm phân bố độ chói trường nhìn người: thường độ chói giảm dần từ phần bầu trời (cao nhất), chân trời (trung bình) mặt đất (thấp nhất) Đem phân bố độ chói vào nội thất tạo cảm giác tự nhiên, quen thuộc, yên tĩnh cần thiết cho phòng làm việc, lớp học, nhà tập luyện thi đấu thể thao, bệnh viện.v.v

Đối với khơng gian có u cầu độ rọi cao (từ 700 đến 1200lx) tạo trần sáng Khi đó, gây cảm giác chan hồ ánh sáng, khơng khí trang trọng nghi lễ Khi áp dụng chiếu sáng cơng nghiệp loại bỏ cảm giác nặng nề kết cấu mái Aùp dụng giải pháp cho cơng trình ngầm (như mêtro, đường ngầm…) đạt hiệu tương tự

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 186 người Để khắc phục tình trạng này, bố trí thêm nguồn điểm có độ chói cao xếp theo nhịp điệu xác định

Bảng 10.3 Các kiểu chiếu sáng

Kiểu chiếu sáng %chiếu lên % chiếu xuống Đường phân bố

Trực tiếp – 10% 100 – 90%

Nửa trực tiếp 10 – 40% 90 – 60%

Hỗn hợp 40 – 60% 60 – 40%

Hỗn hợp khuếch tán 40 – 60% 60 – 40%

Nửa gián tiếp 60 – 90% 40 – 10%

Giaùn tieáp 90 – 100% 10 – 0%

b Chiếu sáng theo hướng phù hợp

Một đặc điểm có ý nghĩa quan trọng ánh sáng tự nhiên tính định hướng nó: ánh sáng ln tới từ phía Bởi vậy, nội thất chiếu sáng từ xuống tạo cảm giác tự nhiên Theo chuyên gia ánh sáng, nên chiếu ánh sáng từ xuống, tạo thành góc nghiêng từ 450 đến 600 so với mặt phẳng ngang

Nhờ tính có hướng, ánh sáng tạo nhịp điệu sáng tối vật Độ chói đồng vỏ (hoặc vòm) làm sức biểu gợi cảm chúng độ sâu không gian Muốn tạo liên tưởng chúng với bầu trời, cần thiết kế cho độ chói tăng dần từ chân tới đỉnh

c Tạo độ tương phản cần thiết

Độ tương phản ánh sáng không yếu tố cần thiết để phân biệt chi tiết mà thuộc phạm trù thẩm mỹ Trong nội thất, nên sử dụng ánh sáng cho tạo tỷ lệ sáng tối tương tự tỷ lệ quen thuộc tự nhiên địa phương

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 187 Bảng 10.4 Đặc tuyến phân bố cường độ sáng số đèn thông dụng

Đặc tuyến phân bố cường độ sáng với đèn có quang thơng chuẩn 1000Lm

Hệ số phản xạ Các loại đèn

Traàn 0.8 0.5 0.3

Tường 0.5 0.3 0.5 0.3 0.3 Kiểu chố

đèn

Ghi LB

Sàn 0.3 0.1 0.3 0.1 0.3 0.1 0.3 0.1 0.1

Chỉ số

phịng Hệ số sử dụng (%)

Choá phản chiếu Chùm sáng hẹp 60 0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 61 80 95 102 111 119 58 75 86 91 97 102 54 73 88 96 106 115 52 36 82 87 95 100 59 76 90 95 103 109 57 73 84 89 95 98 53 70 84 91 99 106 51 68 80 86 92 97 51 67 79 84 91 96 Choá phản chiếu Đèn đơn 80 Chố trịn 75 Chỉ số

phịng Hệ số sử dụng (%) Chố phẳng

65 0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 52 73 89 97 107 116 49 67 81 86 94 100 43 64 81 89 101 111 42 60 75 81 90 97 49 69 83 90 99 106 48 65 78 83 91 96 42 61 77 84 94 102 41 59 73 79 88 94 41 58 72 78 86 93

Chố phẳng có vách ngăn cách

45

Choá phản

chiếu nhiều đèn 75 Chỉ

số phòng

Hệ số sử dụng (%) Chố trắng đục kính 50

0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 41 59 74 83 95 106 39 55 67 74 83 91 31 49 64 73 87 99 30 46 60 67 77 86 37 52 66 73 83 91 35 50 61 68 76 83 29 44 58 66 77 87 28 43 55 62 71 80 27 41 52 59 68 76

Bộ đèn kiễu lăng trụ

65

Đèn bóng

thũy tinh

70

Chỉ số phòng

Hệ số sử dụng (%)

Phân bố ánh

sáng tự 90 0.6 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 36 52 65 74 84 94 34 48 59 66 74 81 27 43 56 65 77 88 26 40 52 59 68 77 29 41 52 58 66 74 28 39 49 54 61 67 23 35 45 52 61 70 22 33 43 49 57 64 19 29 38 43 50 56 Màng Laminate 82

Kính trắng đục 80

Chỉ số

phịng Hệ số sử dụng (%)

Trắng rộng 70

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 188 1.5

2.0 3.0 5.0

41 51 65 77

39 48 58 68

31 41 55 70

30 40 52 63

26 32 39 45

25 30 37 43

20 26 34 42

19 25 32 39

13 16 20 24

Trắng hẹp 50

10.7 Kỹ thuật chiếu sáng công nghiệp

10.7.1 Các khái niệm chiếu sáng công nghiệp 1 Hiện trường

Hiện trường tình trạng, vị trí mặt làm việc, nơi trực tiếp diễn lao động sản xuất, tạo sản phẩm cho xã hội Hiện trường công nghiệp chia làm loại:

a Loại trần thấp

Đây nhà xưởng có độ cao trần đến mặt sàn nhỏ 6m Trường hợp này, thường dùng đèn HID có cơng suất đơn vị nhỏ hay trung bình có đường cong phân bố cường độ sáng kiểu rộng Điều cho phép khoảng cách đèn hay lớn chiều cao treo đèn tính tốn Trường hợp này, để tránh chói đơi lúc phải dùng chố

b Loại trần cao

Đây nhà xưởng có độ cao từ trần đến sàn 6m Trường hợp thường dùng đèn HID có cơng suất đơn vị lớn, có đường cong phân bố cường độ sáng kiểu trung bình hẹp Đèn treo cao khoảng cách hai đèn khoảng (0,8 1,5) chiều cao treo đèn tính tốn

Môi trường

Môi trường công nghiệp chia làm loại sau:

a Mơi trường bình thường

Đây mơi trường có bụi, nhiệt độ mơi trường trung bình khoảng 400C Các đèn treo từ thấp đến cao dãy đèn bố trí theo hàng ngang hay hàng dọc Ở đây, diễn hoạt động phức tạp nặng nề Do đó, độ rọi cần đạt mức cao, màu sắc độ tương phản đóng vai trị quan trọng

b Môi trường nặng

Đây mơi trường có bụi bẩn mức trung bình, độ ẩm cao với tồn rung động, hệ số phản xạ thấp, nhiệt độ môi trường lên tới 400C Các đèn treo cao khu vực sản xuất nặng, treo thấp khu vực tiến hành hoạt động kiểm tra hồn thiện sản phẩm Trong mơi trường nặng, cơng việc thường tiến hành mặt thẳng đứng yêu cầu chiếu sáng cho đối tượng chiều

Các đèn huỳnh quang cần có máng treo chắn có độ phản xạ cao để thuận tiện cho việc treo đèn định hướng ánh sáng tới mặt phẳng làm việc

Các đèn HID lựa chọn chuyên biệt phụ kiện yêu cầu lắp đặt riêng để chịu tác động môi trường

c Môi trường đặc biệt

Đây mơi trường địi hỏi xem xét đặc biệt tính chất mơi trường xung quanh hoạt động diễn khu vực làm việc Tuy môi trường môi trường nguy hiểm cần phải lựa chọn lắp đặt đèn chiếu sáng chuyên dùng

ÑH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 189

d Môi trường nguy hiểm

Đây mơi trường tồn chất khí, chất lỏng hay bụi bẩn lơ lửng khơng khí chúng bắt cháy tồn với số lượng lớn Đăïc trưng môi trường ngành thuộc cơng nghiệp dầu mỏ, khai khống, chế biến gỗ…

10.7.2 Các yêu cầu chiếu sáng công nghiệp 1 Phù hợp với môi trường làm việc

Một vấn đề quan trọng thiết kế chiếu sáng phân tích chi tiết môi trường bên không gian công nghiệp Những phần tử chức tác động đến thiết kế chiếu sáng ảnh hưởng đến kết nhận bao gồm: chiều cao trần nhà, độ bóng bề mặt phịng, cửa sổ, ánh sáng mặt trời cấu trúc hình học khu vực cần chiếu sáng

Những điều kiện như: bụi chất bẩn, nước, vị trí ẩm ướt, khu vực có đài phun nước Những vùng có sâu bọ - trùng, khu vực xảy rung động, va chạm bất ngờ, khu vực đặc biệt như: chế biến thực phẩm… có ý nghĩa quan trọng việc lựa chọn loại đèn thích hợp

2 Tính tiện nghi cao

Hệ thống chiếu sáng có ảnh hưởng trực tiếp đến tâm lý người lao động Nếu chiếu sáng đạt mức tiện nghi cao dẫn đến:

 Tăng suất lao động  Giảm phế phẩm

 Giảm tần số xuất tai nạn lao động

 Tạo điều kiện tốt cho việc đảm bảo điều kiện vệ sinh, sức khỏe chung

Để đạt mức tiện nghi cao, hệ thống chiếu sáng cần đảm bảo:

 Độ rọi toàn mặt phẳng làm việc phải đạt giá trị tối thiểu theo yêu cầu  Màu sắc ánh sáng phải phù hợp với tính chất cơng việc

 Không gây chói

Tính mềm dẻo hệ thống chiếu sáng

Hiện nay, môi trường công nghiệp, lao động sản xuất ngày phát triển, để hoạt động sản xuất phù hợp việc mở rộng nhà xưởng, tái bố trí lại dây chuyền thiết bị điều tất yếu Khi đó, hệ thống chiếu sáng phải bố trí lại Trong trường hợp này, sử dụng hệ thống dây cấp điện mềm dẻo có dự trữ tỏ đặc biệt hiệu quả, mặt khác giảm chi phí lắp đặt thêm tái bố trí đèn tương lai

4 Tính an tồn cao

Tính an toàn thể qua yếu tố sau:

 Cực tiểu hóa thời gian ngưng làm việc

 Tránh tượng hoạt nghiệm sử dụng đèn huỳnh quang cách bố trí đèn

các pha khác (nhất đèn có hay bóng) hay sử dụng chấn lưu điện tử đưa tần số từ 50Hz lên 20.000Hz

 Giảm hư hỏng gây nguy hiểm cho người thiết bị

 Đặt thiết bị bảo vệ chống rò (ELCB), chống xảy chạm chập, cháy nổ

điện giật

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 190 thiếu nguồn Hệ thống phải đảm bảo chiếu sáng bảng dẫn lối hiểm, chí mơi trường có khói

Yêu cầu lắp đặt bảo trì

Yêu cầu quan trọng việc lựa chọn phương án chiếu sáng công nghiệp, lựa chọn thiết bị bố trí đèn phải đảm bảo khơng gặp khó khăn lắp đặt bảo trì

Trong nhiều trường hợp, đèn chiếu sáng công nghiệp treo cao, trực tiếp cỗ máy hay vị trí địi hỏi thiết bị đặc biệt để vươn tới đèn Khi lựa chọn đèn cần cực tiểu hóa việc thi cơng, lắp đặt bảo trì

Các đèn lắp đặt cần chọn loại tốt, tuổi thọ cao, dây dẫn kiểu môđun đấu nhanh Với việc sử dụng kiểu nối này, thời gian đấu đèn giảm nhiều so với cách sử dụng dây cứng, đồng thời cho phép tái bố trí đèn cách nhanh chóng dễ dàng

Yêu cầu tiết kiệm điện

Chiếu sáng cơng nghiệp nguồn lượng sản xuất cơng nghiệp Do đó, việc lựa chọn hợp lý đèn giảm chi phí vận hành

Các tiêu thiết kế xem xét giá tiền điện địa phương, thời lượng sử dụng ánh sáng ngày khả ứng dụng cơng nghệ tiết kiệm lượng có

Để tiết kiệm điện cần thực yêu cầu:

 Phân bố đèn hợp lý

 Chọn loại đèn có: hiệu suất phát sáng cao, cơng suất đơn vị đèn lớn, tuổi thọ đèn cao

 Tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên

 Nâng cao hệ số công suất đèn mắc tụ song song với đèn huỳnh quang

Ứng dụng công nghệ tự động tiên tiến, hệ thống điều khiển cảm biến động, cảm biến ánh sáng ban ngày, hệ thống điều khiển theo thời gian hệ thống điều phối lượng, cho phép vận hành hệ thống chiếu sáng cách hợp lý giảm cách đáng kể lượng điện tiêu thụ Hiện nay, sử dụng hệ thống tiết kiệm lượng giảm đến 30% lượng điện sử dụng

Yêu cầu chi phí

Chi phí chung hệ thống chiếu sáng cơng nghiệp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chi phí vận hành bảo trì, điện sử dụng cho hệ thống chiếu sáng, chi phí đầu tư mua sắm thiết bị Trong ba thành phần trên, chi phí điện chiếm tỷ lệ lớn Vì vậy, việc gia tăng chi phí khơng đáng kể để mua thiết bị tiết kiệm lượng thường hoàn vốn nhanh Việc sử dụng đèn tốt gia tăng vốn đầu tư ban đầu đồng thời mang lại lợi ích như: số hồn màu cao, đơn giản vận hành bảo trì, chi phí vận hành thấp

Một điều cần quan tâm hiệu vốn đầu tư thể qua chất lượng chiếu sáng Chất lượng chiếu sáng cao giúp nâng cao suất, giảm tỷ lệ phế phẩm, chất lượng sản phẩm tốt gia tăng tin cậy khách hàng Chất lượng chiếu sáng cao, giảm tỷ lệ phế phẩm xuống 25%

10.7.3 Caùc hệ thống chiếu sáng công nghiệp 1 Chiếu sáng chung

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 191 Chiếu sáng chung thường dùng phân xưởng có diện tích làm việc rộng, có u cầu độ rọi gần điểm bề mặt làm việc Chiếu sáng chung sử dụng phổ biến nơi mà q trình cơng nghệ khơng đòi hỏi mắt phải làm việc căng thẳng

Trong chiếu sáng chung, đèn thường phân bố theo hai cách:

 Phân bố đều: đèn phân bố để đạt độ rọi tồn diện tích, thường

dùng cho phân xưởng có thiết bị giống phân bố toàn phân xưởng

 Phân bố chọn lọc: đèn bố trí nơi thích hợp để tạo ánh sáng có lợi

cho người cơng nhân vận hành cụm máy tập trung Cách thường dùng phân xưởng có máy móc phân bố khơng có máy cao gây nên khoảng tối phân xưởng

2 Chiếu sáng cục

Chiếu sáng cục hình thức chiếu sáng cho nơi cần quan sát xác, tỉ mỉ sản phẩm khó phân biệt như: vật có kích thước nhỏ, vật cần có độ rọi cao phân biệt Chiếu sáng cục thường sử dụng nguồn sáng bổ sung đặt vị trí riêng hệ thống chiếu sáng

3 Chiếu sáng

Chiếu sáng hình thức chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung kết hợp với chiếu sáng cục Hệ thống chiếu sáng sử dụng đối tượng chiếu sáng đòi hỏi độ rọi lớn hệ thống chiếu sáng chung cung cấp Ở khu vực này, sử dụng gia tăng số lượng nguồn sáng, tăng số lượng bóng đèn cho nguồn sáng hay sử dụng bóng đèn có cơng suất cao

4 Chiếu sáng dự phòng

Chiếu sáng dự phòng dùng để thay hệ thống chiếu sáng bị cố Chiếu sáng dự phòng cho phép hoạt động hàng ngày diễn cách bình thường, tuỳ thuộc vào quy cách thiết kế ban đầu, vào mức độ hỏng hóc hệ thống chiếu sáng chung Khi hệ thống chiếu sáng dự phòng gặp cố phải tự động chuyển qua hệ thống chiếu sáng khẩn cấp

5 Chiếu sáng khẩn caáp

Chiếu sáng khẩn cấp nhằm đảm bảo cho người dễ dàng thoát khỏi địa điểm xảy nguy hiểm, trường hợp hệ thống chiếu sáng bình thường bị cố Hơn nữa, chiếu sáng khẩn cấp phải thoả đáng phép tiến hành thao tác an toàn cần thiết trường Chiếu sáng khẩn cấp thường tập trung vào biển báo hướng lối thoát hiểm khẩn cấp Độ rọi hệ thống chiếu sáng khẩn cấp thường lớn 10% độ rọi hệ thống chiếu sáng bình thường

Nguồn điện cung cấp cho hệ thống chiếu sáng khẩn cấp phải có khả trì lượng cung cấp cho tất đèn điều kiện bất lợi xảy ra, khoảng thời gian cần thiết để đảm bảo di tản an tồn cho tồn khu vực

10.7.4.Các thuật chiếu sáng công nghiệp

 Để đạt độ chiếu sáng đồng đều, không nên treo đèn vượt độ cao qui định

nhà sản xuất Khi độ đồng giảm mắt bị căng thẳng mỏi mệt

 Khi bố trí đèn hợp lý khoảng cách tối đa tường hàng đèn thường

½ khoảng cách dãy đèn

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 192 việc sử dụng hệ thống chiếu sáng bổ sung với đèn có góc chiếu sáng rộng để chiếu mặt phẳng thẳng đứng

 Để giảm độ chói thực biện pháp sau:

- Gia tăng độ sáng trần cách sử dụng đèn có kiểu phân bố ánh sáng kiểu hỗn hợp

- Sử dụng loại chố có kính mờ, có vách ngăn - Lựa chọn đèn có cơng suất đơn vị nhỏ

 Khi dùng nguồn sáng đèn huỳnh quang đèn cần phải bố trí song song với

dây chuyền sản xuất

 Khi chiếu sáng vùng, khu vực rộng lớn nên dùng đèn công suất lớn treo cao  Đối với số khu vực công nghiệp cần độ rọi cao khu lắp ráp máy, khu kiểm tra

cần tăng số lượng đèn, số bóng bộ, hay đèn có cơng suất lớn để cung cấp thêm lượng ánh sáng bổ sung

 Lựa chọn đèn có kiểu thơng gió tốt cho phép cuộn chấn lưu đèn vận hành

nhiệt độ thấp hơn, kéo dài tuổi thọ

 Thường xuyên lau đèn, gia tăng lượng ánh sáng khoảng 20% làm tăng hiệu qủa sử dụng

 Xác định xác hệ số phản xạ, hệ số mát ánh sáng thiết kế, không

gây nên sai biệt lớn độ rọi thiết kế độ rọi thực tế sau lắp đặt

10.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế chiếu sáng

Để thiết kế hệ thống chiếu sáng cao cấp cần phải lựa chọn phương thức chiếu sáng thích hợp hiểu rõ yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng như: hệ số mát ánh sáng, độ tương phản, tỷ số độ rọi, mức độ đồng đều, phân bố ánh sáng, bóng độ chói

1 Hệ số mát ánh saùng (LLF)

Hệ số mát ánh sáng xét đến tuổi thọ đèn giảm dần dẫn tới quang thơng đèn bị suy giảm Ngồi phải kể tới yếu tố khác như: đèn bị bám bẩn, ảnh hưởng loại ballast khác hiệu sáng phát sáng tuổi thọ đèn

2 Độ tương phản

Trong thực tế, chi tiết vật thể chiếu sáng có yêu cầu độ rọi màu sắc khác từ chúng Khả nhận biết tốt độ tương phản vật cao Nếu độ tương phản thấp, khắc phục cách sử dụng hệ thống chiếu sáng bổ sung

3 Tỷ số độ rọi

Để mắt làm việc cách dễ chịu hiệu độ rọi vật chiếu sáng với vật xung quanh phải tương đối đồng Người thường xuyên nhìn vào vật chiếu sáng họ nhìn sang vật thể khác Nếu độ rọi không đều, thay đổi hướng nhìn từ vùng sáng đến vùng tối ngược lại, mắt người phải thường xuyên điều tiết dẫn đến mệt mỏi, giảm hiệu suất lao động tai nạn lao động xảy Vì độ rọi trường nhìn phải kiểm soát cách cẩn thận

4 Độ đồng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 193

, E E

6 , E E

min avg avg max

 

Để bảo đảm độ rọi đồng sử dụng đèn có cơng suất giống nhau, thay đổi số lượng khoảng cách đèn, để đạt phân bố đèn mặt phẳng làm việc

5 Tỷ số khoảng cách

Với mục đích đạt độ rọi đồng mặt phẳng làm việc nhà sản xuất đưa hệ số khoảng cách đèn với độ cao treo đèn quy định trước

Để biết khoảng cách hai đèn tối đa cho phép người thiết kế nhân hệ số với độ cao treo đèn tới điểm làm việc Các đèn có hệ số khoảng cách nhỏ bố trí gần để đạt độ rọi đồng Các đèn có hệ số khoảng cách cao, có đường cong phân bố cường độ sáng rộng cần bố trí hai đèn xa

Ví dụ: Độ cao treo đèn 7.5m, tỷ số khoảng cách 0.7 khoảng cách tối đa đèn là: 7.5m * 0.7 = 5.25m

6 Sự phân phối

Độ rọi mặt đứng tiêu cần xem xét hầu hết môi trường công nghiệp nhiều dây chuyền sản xuất dây chuyền sản xuất máy, băng chuyền điều

Hình 10.20 Các khoảng cách treo đèn

5.25

5.25

7.5

0.85

1.5

9.85

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 194 khiển, băng chuyền lắp ráp… thường bố trí theo mặt phẳng đứng Mặt khác, máy hay thiết bị che chắn lượng ánh sáng gây nên bóng tối mặt phẳng làm việc

Để chiếu sáng mặt phẳng đứng cần ứng dụng hệ thống chiếu sáng thích hợp lưu ý đến việc lựa chọn đèn vị trí đặt đèn Các đèn có đường cong phối quang theo diện rộng dùng hệ thống chiếu sáng bổ sung nhằm thu lượng ánh sáng cần thiết bề mặt phẳng đứng khắc phục trở ngại gây

7 Bóng

Bóng loại trừ nhờ sử dụng nhiều loại đèn khác loại đèn có đường cong phối quang theo diện rộng Tuy nhiên, việc loại trừ bóng mờ gặp nhiều khó khăn

Muốn giảm tối thiểu bóng mờ dùng hệ thống chiếu sáng bổ sung kiểu chiếu sáng trực tiếp

8 Độ chói

Chói gây mỏi mệt, nhức đầu, cảm giác thiếu tiện nghi… chói làm giảm suất giảm hiệu nhìn

Có loại chói:

 Chói trực tiếp: gây nên lượng ánh sáng trường nhìn chiếu trực tiếp tới

mắt người Để giảm độ chói trực tiếp, cần áp dụng biện pháp sau:

- Dùng đèn với chóa kiểu sâu để bao bọc đèn trường nhìn hay lựa chọn đèn có kính mờ

- Giảm độ sáng cách dùng đèn công suất thấp giảm khoảng cách hai đèn - Sơn trần màu trắng lựa chọn đèn có từ 15  20% lượng ánh sáng chiếu lên nhằm giảm độ tương phản cao nguồn sáng có độ sáng cao sậm

 Chói gián tiếp: gây nên ánh sáng phản chiếu từ đèn đến mặt phẳng làm việc vật khác vào mắt Để giảm độ chói phản xa,ï áp dụng biện pháp sau:

- Lựa chọn đèn có kiểu phân bố ánh sáng rộng dùng cho trần thấp đèn huỳnh quang có chóa kiểu bọc kín

- Giảm cơng suất đèn khoảng cách hai đèn - Định vị đèn dây chuyền sản xuất

10.9 Các phương pháp tính tốn chiếu sáng 10.9.1 Phương pháp quang thông

Phương pháp quang thông thường sử dụng cho trường hợp chiếu sáng chung đều, có kể đến ánh sáng phản xạ trần, tường sàn khơng thích hợp để tính tốn cho chiếu sáng cục chiếu sáng cho mặt phẳng làm việc khơng phải nằm ngang

Chói trực tiếp Chói gián tiếp

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 195

1 Trường hợp chọn trước loại số đèn

Theo phương pháp quang thông, độ rọi mặt phẳng làm việc nằm ngang hệ thống chiếu sáng chung cung cấp xác định theo biểu thức sau:

p b ñ b

yc S

LLF CU n n

E  F (10.11)

Ở đây: nb số bóng đèn; Fb quang thơng ban đầu bóng đèn, lm; nđ số đèn sử dụng; CU hệ số sử dụng; LLF hệ số mát ánh sáng; Sp diện tích chiếu sáng, lm

Hệ số mát ánh sáng xác định theo biểu thức:

LLF = LLD.LDD.BF.RSD (10.12)

Ở đây: LLD hệ số suy hao quang thông theo thời gian sử dụng; LDD hệ số suy hao quang thông bụi; BF hệ số cuộn chấn lưu; RSD hệ số suy hao phản xạ phòng bụi

Hệ số sử dụng phụ thuộc vào kiểu đèn, số phòng, hệ số phản xạ trần, tường sàn

Chỉ số phòng xác định theo biểu thức:

 2

tt p

D D H

S i



 (10.13)

Ở đây: Sp diện tích phịng chiếu sáng, m2; Htt độ cao treo đèn tính tốn; D1, D2 chiều dài, chiều rộng phòng, m,

2 Trường hợp biết trước độ rọi yêu cầu số đèn sử dụng

Quang thông đèn xác định theo biểu thức sau: LLF CU n

S E

n

ñ p yc b

b

ñ  F 

F (10.14)

10.9.2 Phương pháp điểm

Phương pháp chiếu sáng điểm đặc biệt hữu dụng để xác định thay đổi mức độ rọi mức độ đồng độ rọi cung cấp hệ thống chiếu sáng Phương pháp thường sử dụng trường hợp nguồn sáng dạng điểm phản chiếu ánh sáng bỏ qua

Phương pháp tính tốn điểm tính xác mức độ rọi điểm cho trước cách cộng tất độ rọi điểm tất đèn hệ thống chiếu sáng cung cấp Để đạt mức tính tốn xác khoảng cách từ nguồn sáng đến điểm xét, nên có giá trị tối thiểu lần kích thước lớn đèn Sử dụng đường cong phân bố cường độ sáng đèn xác định cường độ sáng theo hướng  (I), giá trị độ rọi điểm cần kiểm tra

trên mặt phẳng nằm ngang xác định theo biểu thức:

2

D cos I

E   (10.15)

Ở đây: E độ rọi điểm xét; Ilà cường độ sáng nguồn sáng theo hướng ; D khoảng cách từ nguồn đến điểm xét;  góc hợp cạnh D đường vng góc với mặt phẳng nằm ngang điểm xét

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 196 Khoảng cách D từ nguồn sáng đến điểm xem xét:

m , 6 h

a

D    

Góc  xác định theo biểu thức:

0

6 , 26 arctg h

a arctg h

a

tg   

Từ đường cong phân bố cường độ tìm cường độ sáng I= 2100cd Độ rọi điểm C cần kiểm tra:

lux , 418

,

6 , 26 cos 21000 D

cos I

E  2   2 

Khi tính độ rọi cho nhiều điểm khác nhau, thực biến đổi công thức thành công thức công dụng hơn:

2

h cos I

E   (10.16)

Công thức biến đổi yêu cầu giá trị I, góc cường độ sáng chiều cao treo đèn h mà không cần xác định khoảng cách D

Phương pháp điểm sử dụng đường cong đẳng độ rọi để xác định độ rọi điểm cần kiểm tra Cách tính cần tính tỷ số khoảng cách nằm ngang từ đèn đến điểm kiểm tra độ cao treo đèn Sau đó, so sánh giá trị tỷ số với giá trị tỷ số biểu đồ Nếu chiều cao treo đèn thực tế (MHA) khác với chiều cao treo đèn cho trước ứng với đường cong đẳng độ rọi nhà sản xuất (MHC) cần xác định hệ số hiệu chỉnh theo biểu thức:

2 C A

MH MH

K (10.17)

10.10 Yêu cầu chiếu sáng số xí nghiệp công nghiệp 1 Xí nghiệp luyện kim

Đặc điểm xí nghiệp luyện kim diện tích sản xuất lớn, nhà xưởng cao, phân xưởng thường có kim loại nóng chảy phát ánh sáng, khơng địi hỏi mắt phải phân biệt chi tiết tỉ mỉ Vì yêu cầu chiếu sáng không cao lắm, thường dùng phương pháp chiếu sáng chung toàn phân xưởng với độ rọi tiêu chuẩn trung bình

Vì nhà xưởng cao nên thường dùng loại đèn “chiếu sâu” Tại nơi cần thiết sân gang lị cao, dùng đèn chiếu Nói chung, phân xưởng xí nghiệp luyện kim





h = 6m

a = 3m

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 197 có nhiều bụi bặm, nên thường dùng loại đèn phòng bụi, phịng ẩm Ở cầu trục lớn nên có đèn chiếu sáng để tránh tình trạng cầu trục dừng gây bóng tối phân xưởng Những nơi làm việc trời bãi quặng, kho trời… nên dùng đèn chiếu

2 Xí nghiệp khí

Yêu cầu chiếu sáng xí nghiệp khí cao xí nghiệp luyện kim Trong phân xưởng gia cơng kim loại, ngồi chiếu sáng chung cịn chiếu sáng cục máy với độ rọi yêu cầu từ 150 đến 300lx Ở phân xưởng có máy năng, chiếu sáng chung nên dùng hình thức phân bố đèn có chọn lọc để tăng độ sáng cho công nhân làm việc

Các phân xưởng khí thường dùng loại đèn “vạn năng”, nhà xưởng cao dùng loại đèn “chiếu sâu”

Yêu cầu chiếu sáng cho phân xưởng mộc thấp phân xưởng gia cơng kim loại, phân xưởng mộc có nhiều vỏ bào, mạt cưa dễ cháy nên cần tăng cường biện pháp bảo vệ

Với phân xưởng lắp ráp cần ánh sáng nên dùng chiếu sáng chung Đồng thời phải sử dụng hệ thống chiếu sáng cục bộ, nên dùng loại đèn “vạn năng”, nhà xưởng cao dùng đèn “chiếu sâu”

Phân xưởng đúc có nhiều bụi nên dùng loại đèn phịng ẩm, phận làm khn, ngồi chiếu sáng chung cịn phải có chiếu sáng cục thường loại di động

Phân xưởng dập thường dùng chiếu sáng chung, phân xưởng nguội ngồi chiếu sáng chung phải có chiếu sáng cục bộ, với phân xưởng gia cơng nóng ngồi chiếu sáng làm việc cịn có chiếu sáng cố

3 Xí nghiệp dệt

Phân xưởng dệt có nhiều máy đặt hàng loạt nhà xưởng Ở cơng nhân cần quan sát xác chất lượng vải Vì vậy, yêu cầu chiếu sáng phân xưởng dệt cao Mặt khác, môi trường dễ cháy nên dùng loại đèn kín thường sử dụng đèn huỳnh quang để chiếu sáng

10.11 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp

Thiết kế chiếu sáng nhân tạo cần phải đáp ứng yêu cầu độ rọi, tiện nghi nhìn, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng – vận hành, thẩm mỹ, tiết kiệm lượng giá hợp lý

Các bước thiết kế hệ thống nhân tạo gồm:

1 Thu thập thông tin ban đầu

 Thơng tin kết cấu cơng trình bao gồm: kích thước hình học (dài, rộng, cao), vật liệu màu sắc trần, tường, sàn, …

 Thơng tin tính chất cơng việc: loại sản phẩm, kích cỡ sản phẩm, yêu cầu độ

phân biệt màu sắc, thời gian làm việc ngày, mức độ quan trọng, …

 Thông tin môi trường: ít, nhiều bụi, độ ẩm, độ rung, nhiệt độ môi trường, yêu cầu chống cháy, nổ, …

 Thông tin người lao động: độ tuổi người lao động

 Thông tin khác: yêu cầu đặc biệt, yêu cầu thẩm mỹ, yêu cầu tiết kiệm điện, … 2 Xác định hệ số phản xạ trần, tường, sàn

Các hệ số phản xạ tra Bảng 10.5 Bảng 10.5 Các hệ số phản xạ

Các hệ số phản xạ Thương nghiệp Công nghiệp nhẹ Công nghiệp nặng

ĐH Sư phạm Kỹ thuaät Tp HCM www.quyenhuyanh.com 198

Tường 50% 30% 30% Sàn 20% 10% 10% 3 Chọn đèn

Chọn đèn bao gồm:

 Chọn loại bóng đèn: nung sáng, huỳnh quang, HID

 Chọn kiểu choá đèn: kiểu choá đèn phụ thuộc độ cao trần, yêu cầu đối tượng chiếu sáng, đặc điểm cấu trúc nơi chiếu sáng, phân bố thiết bị, …

 Chọn công suất đơn vị số bóng đèn đèn

Từ đây, xác định quang thông ban đầu đèn:

b b

ñ n F

F 

Ở đây: nb số bóng đèn; Fb quang thông ban đầu bóng đèn

4 Chọn độ cao treo đèn tính tốn

Độ cao treo đèn tính tốn Htt khoảng cách tính từ đáy đèn đến mặt phẳng làm việc Độ cao treo đèn hợp lý phụ thuộc loại đèn, công suất đèn kiểu phân bố cường độ sáng thường nhà sản xuất cung cấp Nếu khơng có thơng tin cụ thể tham khảo độ cao treo đèn Bảng 10.6

Bảng 10.6 Độ cao treo đèn

Cơng suất bóng đèn Pđ (W) Độ cao treo đèn Htt (m)

Đèn HID

Pñ≤75 1,5 ≤ Htt≤

75 < Pñ≤ 150 < Htt≤ 4,5

150 < Pñ ≤ 250 4,5 < Htt≤

250 < Pñ ≤ 400 < Htt≤ 12

400 < Pñ ≤ 1000 12 < Htt≤ 13,5

Pñ > 1000 Htt >13,5

Đèn Huỳnh Quang

Pñ ≤ 20 1,5 < Htt ≤ 3,5

20 < Pñ ≤ 65 3,5 < Htt≤ 6,5

Pñ > 65 HH > 6,5

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 199

5 Xác định hệ số sử dụng CU

Hệ số sử dụng CU phụ thuộc vào: số phòng, loại đèn hệ số phản xạ trần, tường, sàn

Chỉ số phòng i:

 2

tt D D

H S i



 (10.18)

Ở đây: D1, D2, S chiều rộng, chiều dài diện tích khu vực chiếu sáng; Htt chiều cao treo đèn tính tốn

Hệ số sử dụng CU tra Bảng 10.4

6 Xác định hệ số mát ánh sáng LLF

Hệ số mát ánh sáng phụ thuộc vào: loại bóng đèn, loại đèn, chế độ hoạt động đèn, tính chất mơi trường, chế độ bảo trì đèn, …

Hệ số mát ánh sáng tra Bảng 10.7 Bảng 10.7 Hệ số mát ánh sáng

LOẠI ĐÈN MÔI TRƯỜNG SỬ DỤNG CHẾ ĐỘ BẢO TRÌ

6th 12th 18th 24th 36th

Huỳnh quang tiêu chuẩn

Rất 0,76 0,74 0,73 0,71 0,7

Saïch 0,74 0,7 0,68 0,66 0,64

Trung bình 0,7 0,66 0,63 0,61 0,57

Bẩn 0,67 0,62 0,58 0,56 0,51

Rất bẩn 0,64 0,58 0,54 0,5 0,45

Nung sáng tiêu chuẩn

Rất 0,82 0,79 0,78 0,77 0,75

Sạch 0,79 0,76 0,73 0,71 0,69

Trung bình 0,76 0,71 0,68 0,65 0,61

Baån 0,72 0,67 0,63 0,6 0,55

Rất bẩn 0,69 0,63 0,58 0,54 0,48

Halogen

Rất 0,91 0,88 0,87 0,85 0,84

Sạch 0,88 0,84 0,82 0,8 0,77

Trung bình 0,84 0,8 0,76 0,73 0,68

Baån 0,81 0,75 0,7 0,67 0,61

Rất bẩn 0,77 0,7 0,64 0,6 0,54

Metal Halide

Rất 0,7 0,68 0,67 0,66 0,64

Saïch 0,68 0,65 0,63 0,61 0,5

Trung bình 0,65 0,61 0,58 0,56 0,53

Bẩn 0,62 0,58 0,54 0,52 0,47

Rất bẩn 0,59 0,54 0,5 0,47 0,41

Sodium cao áp

Rất saïch 0,82 0,79 0,78 0,77 0,75

Saïch 0,79 0,76 0,73 0,71 0,69

Trung bình 0,76 0,71 0,68 0,65 0,61

Bẩn 0,72 0,67 0,63 0,6 0,55

Rất baån 0,69 0,63 0,58 0,54 0,48

7 Chọn độ rọi yêu cầu Eyc

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 200 Bảng 10.8 Độ rọi yêu cầu

Đối tượng Châu Âu Mỹ Pháp Liên Xô Việt Nam

Hành chính:

- Hành chính, đánh máy, máy tính - Phịng vẽ thiết kế

- Phòng họp hội nghị

500 750 500 500 -1000 500 -1000 500 -1000 500 1000 750 - 1000

300 500 200 200-300 400 150 Trường học:

- Phịng học, giảng đường - Thí nghiệm, thư viện, phịng học

300 500 200 -500 500 -1000 300 500 300 300 200 200 Cửa hàng, kho, triển lãm:

- Cửa hàng - Phòng trưng bày - Kho

300 750 500

200 - 500 500 -1000 - 300 500 150 300 300 75 150 200 75 Tồ nhà cơng cộng:

- Phòng xem phim - Phòng thính thị - Phòng giải lao - Phòng xem kịch - Phòng thính thị - Phòng giải lao

- Viện bảo tàng, phòng tranh

50 150 - - 100 200 150 - 300

200 – 500 - - - - - - 50 100 150 - 100 150 500 75 150 750 300 150 200 500 75 100 100 100 75 75 200 Nhà ở:

- Phòng khách - Phòng đọc, khâu vá - Phịng ngủ

- Nhà tắm - Trang điểm - Nhà bếp Khách sạn: - Tiền sảnh - Phòng ăn - Beáp

10 – 500 50 -200 100 500 300 - 300 200 50-200 500-1000 100-200 100-200 200-500 200-500 - 300 200 300-750 200 - - 300 300 200 500 - 100 200-300 100 50 200 100 150 - 200 75 200 30 30 200 75 150 100 75 Nơi công cộng:

- Nơi lại, hành lang

- Cầu thang, thang máy, P veä sinh

100 150 100-200 100-200 100-300 150 50-75 50-100 50 50 Phân xưởng lắp ráp khí:

- Chi tiết lớn - Chi tiết trung bình - Chi tiết nhỏ

- Các chi tiết nhoû, tinh vi

300 500 750 1500 200-500 500-1000 1000-2000 2000-5000 300 500 750 1500-2000 200 200 200 750 100 150 150 300 Cơng nghệ hố học:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 201

- Quá trình tự động

- Phòng điều khiển, thí nghiệm - Phòng kiểm tra

- Phòng pha chế màu

150 500 750 1000 200-500 500-1000 1000-2000 1000-2000 150 500 500 1000 100-200 300 300 300 100 - - - Xí nghiệp may mặc:

- Khâu vá - Kiểm tra

750 1000 2000-5000 2000-5000 1000 1000 600 750 300 300 Công nghệ điện:

- Sản xuất cáp - Cuộn lại

- Lắp ráp xác chi tiết điện

300 500-750 1500 200-500 500-1000 1000-2000 300 300 500-700 300 300 200-300 150 150 200-300 Xưởng đúc:

- Gian nhà đúc - Làm khuôn, lõi

- Làm mịn khuôn, mẫu kiểm tra

200 300 500 200-500 200-500 1000-2000 200 300 500 200 300 400 50 100 150 Công nghệ thuỷ tinh đồ gốm:

- Phịng nung - Trộn, khn, lị - Vẽ lên men, đánh bóng - Màu, trang trí

- Tán nghiền, đánh bóng - Kiểm tra, khắc

150 300 500 420 1000 - 100-200 100-200 - - 500-1000 1000-2000 150 300 500 500 500 500 100 200 300 300 300 300 50 200-300 500 200-300 - - Công nghệ đồng thép:

- Sản xuất tự động can thiệp vào

- Sản xuất

- Chỗ làm việc công nhân - Điều khiển kiểm tra

100 150 300 500 50-100 50-100 200-500 500-1000 100 150 300 500 50 150 200 300 50 100 - 200-300 Công nghệ da:

- Làm sạch, thuộc da - Làm láng

- May vaù

300 750 1000-1500 200-500 1000-2000 2000-5000 500 500 1000 100 200-300 500 50 150-500 150-1000 Xưởng giấy:

- Làm giấy bìa cứng - Quá trình tự động - Kiểm tra, phân loại

300 200 500 200-500 200-500 1000-2000 300 200 500 200 150 300 100 150 200-300 Xưởng in đóng sách:

- Xưởng in - Sắp chữ, in thử

- In xác, sửa trang, khắc - Sao chép in

- Đóng sách - Cắt xén, chạm

500 750 1000 1500 500 750 500-1000 1000-2000 1000-2000 1000-2000 200-500 100-2000 300 500 750 1000 500 500 200 200 300 300 200 300 100 150 200 - 150-300 300 Công nghiệp dệt:

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 202

- Xe chỉ, cuốn, chải nhuộm - Cuộn chỉ, dệt

- Khâu vá, kiểm tra

500 7500 1000

500-1000 500-1000 1000-2000

500 750 1000

200-300 500-750

600

100 100-500 200-300 Nhà máy xưởng gỗ:

- Cưa gỗ, công việc thô - Bào mịn, lắp ráp - Làm láng, kết thúc

200-300 - 500-750

200-500 200-500 500-1000

150 300 500-750

200 300 300

150 200-300 200-300 8 Xác định số đèn cần sử dụng

LLF CU F

S E n

ñ yc

ñ  (10.19)

9 Phân bố đèn

Cách thức phân bố đèn thường vào:

 Đặc điểm kiến trúc phân bố thiết bị

 Đảm bảo độ rọi đồng tránh chói cách phân bố đèn cho thoả mãn

yêu cầu khoảng cách tối đa đèn đèn với tường Tiêu chuẩn kiểm tra độ đồng đều:

Nếu L khoảng cách đèn, Htt chiều cao treo đèn Dt khoảng cách dãy đèn tường để đảm bảo tính đồng đều, cần kiểm tra tỷ số sau:

 Tyû soá

tt

H L



 nên lấy phạm vi: - 1,5 đèn huỳnh quang - 0,81,8 đèn HID - trần cao - 22,6 đèn HID - trần thấp

 Tỷ số L Dt 

 nên lấy phạm vi:  = 0,3  0,5

CHƯƠNG 11

NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ LỌC SÓNG HÀI

11.1 Khái niệm chung

Trong q trình truyền tải phân phối điện năng, có khoảng từ đến 10% lượng điện tổn thất lưới điện Do đó, việc giảm tổn thất thực tiết kiệm điện có ý nghĩa quan trọng, đem lại lợi ích lớn cho ngành điện kinh tế quốc dân

Hệ số công suất coslà tiêu đánh giá khả sử dụng điện hợp lý tiết kiệm

hộ phụ tải Ở số nước, giá tiền điện tính theo giá trị cos Ở nước ta, hệ số công

suất cos hộ phụ tải thấp, cần phấn đấu để nâng cao dần lên 0,9

Việc thực tiết kiệm điện việc nâng cao hệ số coskhông phải biện pháp tạm thời

đối phó với tình trạng thiếu điện, mà cịn phải coi chủ trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu cao trình sản xuất, phân phối sử dụng điện

11.1.1 Định nghóa cos

Hệ số công suất tỷ số công suất tác dụng P công suất biểu kiến Với giá

trị S, cos cao P lớn điều có lợi

S P

cos (11.1)

1 Hệ số công suất tức thời

Hệ số công suất tức thời hệ số công suất thời điểm đó, đo nhờ dụng cụ

đo cos nhờ dụng cụ đo công suất, điện áp dòng điện

UI

P cos

Do phụ tải luôn biến động nên cos tức thời ln biến đổi theo Vì thế, cos tức

thời khơng có giá trị tính tốn

2 Hệ số công suất trung bình

Hệ số cơng suất trung bình giá trị trung bình cos khoảng thời gian khảo sát (1

ca, ngày đêm, tháng…)

 tdt cos T

cos T

0 tb   

 (11.2)

Q

P S



ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 205

Hệ số costb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm hợp lý xí nghiệp

11.1.2 Các tính chất cos

1 Tính tỷ lệ nghịch cos  theo công suất phản kháng

] P Q arctg cos[ cos       

 (11.3)

Từ biểu thức 11.3 nhận thấy với P không đổi, Q giảm cos tăng Điều có nghĩa

muốn nâng cao cos điểm phải giảm lượng công suất phản kháng Q qua

2 Tính cục hệ số cos

Xét mạng điện có hai nút phụ tải trình bày Hình 11.2

Hình 11.2 Sơ đồ mạng điện với thiết bị bù bố trí nút

Giá trị cos trước sau bù trình bày Bảng 11.1

Bảng 11.1 Giá trị cos trước sau bù

TT Trước bù Sau bù Nhận xét

1 

               2 t

1 P P

Q Q artg cos cos                  b s

1 P P

Q Q Q arctg cos cos t s cos

cos  

2 

             t P Q arctg cos cos               s P Q arctg cos cos t s cos

cos  

Từ kết tính tốn, nhận thấy rằng: bù điểm khơng có nghĩa tất cos

các điểm mạng điện nâng lên Đây tính cục cos

11.1.3 Ýù nghóa việc nâng cao hệ số cos

Xét mạng điện trình bày Hình 11.3

Hình 11.3 Sơ đồ mạng điện với nút phụ tải

Dòng điện, tổn thất công suất, tổn thất điện đoạn lưới 01 trước sau bù trình bày Bảng 11.2

(P1 + P2) + j(Q1+ Q2– Qb) P2 + jQ2

P1 + jQ1 P2 + jQ2

Qb

0 1

0 R + jX 1

P +j(Q – Qb)

Bảng 11.2 Kết tính U, I, P vaø A

TT Trước bù Sau bù Nhận xét

1

U QX PR

Ut  

  

U

X Q Q PR

Us    b

 Us Ut

U

Q P

It    

U

Q Q P I

2 b

s    Is It

3 R

U Q P Pt  22

   R

U Q Q P

Ps   2 b

 Us Ut

4 At Pt. As Ps. As At

Từ kết so sánh nêu trên, việc nâng cao cos đem lại lợi ích sau:

1. Lợi ích mặt kỹ thuật

 Giảm tổn thất điện áp đường dây tức nâng cao chất lượng điện

 Giảm dòng điện dây dẫn tức tăng khả mang tải đường dây

quá trình vận hành hay giảm tiết diện dây dẫn giai đoạn thiết kế

2. Lợi ích mặt kinh tế

 Giảm P A mạng điện tức giảm chi phí vận hành hay nói khác nâng

cao tiêu kinh teá

 Giảm giá tiền điện: số nước, giá tiền điện tính theo giá trị cos

Cos cao giá tiền điện thấp ngược lại Thường giá trị cos = 0,9

sử dụng làm sở đề sách giá tiền điện

11.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos chia làm hướng chính:

 Giảm lượng yêu cầu tiêu thụ công suất phản kháng hộ tiêu thụ Đây biện

pháp bù tự nhiên

 Phát lượng công suất phản kháng chỗ Đây biện pháp bù nhân tạo

1. Biện pháp bù tự nhiên

Các biện pháp bù tự nhiên bao gồm:

 Thay đổi cải tiến quy trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý

nhaát

 Thay động không đồng làm việc non tải động có cơng

suất nhỏ

Cơng suất phản kháng động không đồng làm việc non tải

 

pt ñm

0 Q Q K Q

Q  

Ở đây: Q0, Qđm công suất phản kháng lúc động làm việc không tải định mức,

Kpt hệ số phụ tải

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 207

 

pt ñm

2 pt ñm

K P

K Q Q Q

1 S

P cos

    

 

   

  

Từ biểu thức trên, động làm việc non tải cos động thấp

Thường vào giá trị Kpt để có hướng sử lý thích hợp: Kpt < 0,45 nên thay động cơ,

0.45 < Kpt < 0.7 cần so sánh kinh tế - kỹ thuật, Kpt > 0,7 không nên thay động

 Giảm điện áp động làm việc non tải

Vì công suất phản kháng mà động không đồng tiêu thụ tỷ lệ với U2, nên giảm U

Q giảm rõ rệt, cos nâng lên Để giảm điện áp đặt vào đầu cực động

thực biện pháp như: đổi nối dây quấn stator từ  sang  hay thay đổi cách phân nhóm

của cuộn dây stator

 Hạn chế động chạy không tải

Ở máy công cụ thông thường thời gian chạy không tải chiếm (3565)% thời gian làm

việc Cho nên, hạn chế động chạy non tải biện pháp tốt để nâng cao hệ số công suất

 Thay động đồng thay động không đồng

Động đồng có ưu điểm không yêu cầu nguồn cung cấp công suất phản kháng mà ngược lại cịn phát cơng suất phản kháng vào mạng điện Tuy nhiên, nhược điểm động đồng cấu tạo phức tạp giá thành đắt

 Nâng cao chất lượng sửa chữa động

Nếu chất lượng động không tốt tổn thất động tăng lên cos giảm Vì thế,

cần nâng cao chất lượng sửa chữa động

 Thay máy biến áp làm việc non tải máy có dung lượng nhỏ

Máy biến áp thường tiêu thụ lượng công suất phản kháng lớn Nếu hệ số phụ tải máy biến áp nhỏ 0,3 nên thay máy có cơng suất nhỏ Hoặc có nhiều máy vận hành thời gian non tải nên cắt bớt số lượng máy biến áp đưa vào vận hành Biện pháp

có tác dụng lớn để nâng cao hệ số cos tự nhiên xí nghiệp

2. Biện pháp bù nhân tạo

Sau áp dụng biện pháp bù tự nhiên mà hệ số cos thấp không

thể thực biện pháp phải sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng Hiện thiết bị bù chủ yếu là: tụ điện tĩnh, máy bù đồng thiết bị bù tĩnh (SVC)

a Tụ bù

0,525kVAr tụ hạ áp từ 2,51000kVAr tụ cao trung áp, theo tiêu chuẩn IEEE Std 18-1992 Std 1036-1992 Tụ có vỏ thường hợp kim nhơm, có bulơng đai ốc để cố định tụ nối vỏ với đất Tụ thiết kế theo kiểu tụ pha pha Thường giá thành 1kVAr tụ điện trung áp chiếm 30% so với giá thành 1kVAr tụ điện hạ áp, nên việc đặt tụ hạ áp khơng phải lúc có lợi đặt tụ phía trung áp hay cao áp

Tụ thường bảo vệ cầu chì đóng cắt cơng tắc tơ hay dao cắt tải

Hình 11.4 Tụ bù hạ áp Hình 11.5 Tủ tụ bù

Các thông số tụ điện là:

 Dung lượng định mức (kVAr)

 Điện áp định mức (V, kV)

 Sai số điện dung (%)

 Tổn thất điện môi (W/kVAr)

 Dịng điện làm việc cực đại (A)

 Điện áp thử nghiệm cực cực với vỏ (kV)

Tụ bù có ưu điểm sau:

 Giá thành thấp

 Vận hành lắp đặt đơn giản

 Tổn thất cơng suất tụ điện nhỏ, khoảng 0,5 W/kVAr

 Có thể đặt nhiều nơi cấp điện áp

Tụ bù có nhược điểm sau:

 Công suất phản kháng phát phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ:Q.C.U2

 Khơng có khả điều chỉnh trơn dung lượng bù (điều chỉnh theo cấp cố định)

 Tuổi thọ ngắn (810 năm) độ bền (dễ hư hỏng)

 Có khả phát công suất phản kháng mà khả tiêu thụ công suất

phản kháng

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 209

Máy bù đồng thực chất động đồng làm việc chế độ không tải Ở chế độ q kích thích, máy bù phát cơng suất phản kháng cung cấp cho mạng, chế độ thiếu kích thích, máy bù tiêu thụ cơng suất phản kháng mạng Máy bù thiết bị tốt để điều chỉnh điện áp, thường đặt điểm cần điều chỉnh điện áp hệ thống điện

Hiện nay, máy bù đồng thường chế tạo với công suất định mức từ vài trăm kVAr đến hàng MVAr

Máy bù đồng có ưu điểm sau:

 Công suất phản kháng phát không phụ thuộc điện áp mạng

 Có thể điều chỉnh trơn cơng suất phản kháng cách thay đổi giá trị dịng kích từ

 Độ bền cơ, nhiệt cao

 Có thể phát hay thu công suất phản kháng

Máy bù đồng có nhược điểm sau:

 Tổn thất công suất máy bù lớn (1535)W/kVAr

 Chỉ đặt cấp trung áp máy bù thường chế tạo với cấp điện áp

 Đắt vận hành phức tạp

c Thiết bị bù tónh (SVC – Static Var Compensator)

Ngày nay, với phát triển kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, người ta đưa ứng dụng hệ thống điện hàng loạt thiết bị bù tĩnh với cấu trúc đa dạng, phát thu công suất phản kháng với tốc độ nhanh, đáp ứng việc điều khiển công suất phản kháng tức thời

Cấu tạo thiết bị bù tónh gồm phần sau:

 Các mạch lọc cộng hưởng (Harmonic Filter) LC tương ứng với sóng hài bậc cao

của dòng điện bậc 5, 7, 13; thành phần sóng hài bản, hệ thống mạch lọc cộng hưởng tác động tụ bù công suất phản kháng

 Phần tử điều chỉnh công suất phản kháng TCR (Thyristor Controlled Reactor) bao

gồm: máy biến áp giảm điện thế, cuộn kháng bù với biến đổi bán dẫn dùng SCR

 Phần tử bù công suất điều chỉnh dạng nhảy cấp TSC (Thyristor Switched Capacitor)

 Phần tử bù cố định (Fixed Capacitor)

Các thiết bị bù tónh có ưu điểm là:

 Có khả phát, thu, điều chỉnh nhuyễn công suất phản kháng nút mà nối vào

Hình 11.6 Phần tử điều chỉnh TSC Hình 11.7 Phần tử điều chỉnh TCR

 Có khả điều chỉnh cơng suất khả riêng rẽ pha, nhờ SVC đáp ứng

nhiều chức đối xứng hoá hệ thống chế độ tải không đối xứng, cản dịu q trình dao động với tần số cơng nghiệp tần số cao

 Giữ điện áp cố định nhờ phát thu Q lúc, thời điểm cần SVC tham gia

hữu hiệu vào việc giải vấn đề giữ ổn định tĩnh, ổn định động vấn đề áp hệ thống

Tuy nhiên sử dụng nguồn cơng suất tĩnh cịn tồn nhiều vấn đề kỹ thuật cần nghiên cứu hoàn chỉnh

11.3 Phân phối dung lượng bù 11.3.1 Xác định dung lượng bù

Dung lượng bù xác định theo biểu thức:

tg tg  P.KkVAr

P

Qb  1 2 

Ở đây: P cơng suất tác dụng tính tốn hộ tiêu thụ điện (kW); tg1, tg2

tang góc pha trước sau bù; K hệ số bù tra Bảng 11.4

11.3.2 Vị trí lắp đặt thiết bị bù

Sau xác định dung lượng bù chọn thiết bị bù cho đạt hiệu kinh tế nhất, cần xác định vị trí lắp đặt thiết bị bù Thiết bị bù đặt phía cao áp phía hạ áp theo nguyên tắc bố trí tụ bù cho đạt chi phí tính tốn nhỏ

Máy bù đồng có cơng suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, máy bù đồng thường đặt phía góp cao áp trạm biến áp

1. Tụ bù cao áp

Tụ bù cao áp đặt tập trung góp trạm biến áp trung gian, trạm phân phối Do đó, việc theo dõi vận hành tụ điện khả thực tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù dễ dàng Bù tập trung mạng điện điện áp cao có ưu điểm tận dụng hết khả bù tụ điện, vận hành liên tục nên chúng phát công suất bù tối đa Nhược điểm phương pháp không bù công suất phản kháng mạng điện áp thấp

2. Tụ bù hạ áp

Tụ bù hạ áp phân phối theo ba cách: bù tập trung, bù nhóm bù riêng lẻ

a. Bù tập trung

Bù tập trung bù góp hạ áp trạm biến áp Bù tập trung áp dụng tải ổn định liên tục

Buø tập trung có ưu điểm là: giảm tiền phạt hệ số cos thấp, giảm công suất biểu kiến yêu

cầu, tăng khả mang tải cho máy biến áp

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 211

Hình 11.8 Sơ đồ bù tập trung

b. Bù nhóm

Bù nhóm bù tủ phân phối điện Bù nhóm sử dụng mạng điện lớn chế độ tiêu thụ theo thời gian tủ phân phối thay đổi khác

Bù nhóm có ưu điểm là: giảm tiền phạt cos thấp, tăng khả mang tải máy biến

áp, tăng khả mang tải cáp nối từ trạm biến áp đến tủ phân phối, giảm tổn thất công suất máy biến áp tuyến cáp

Nhược điểm bù nhóm khơng giảm dịng điện phản kháng tiếp tục vào tất dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối đến thiết bị

c. Bù riêng lẻ

Bù riêng lẻ mắc tụ trực tiếp vào đầu dây nối thiết bị dùng điện có tính cảm (chủ yếu động cơ) Bù riêng xét đến công suất động đáng kể so với cơng suất mạng điện

Ưu điểm bù riêng lẻ dòng điện phản kháng có giá trị lớn khơng cịn tồn mạng điện

Hình 11.9 Sơ đồ bù nhóm

Tuy nhiên, bù đầu cực động cần ý đến điểm sau:

 Không bù đầu cực động đặc biệt như: động thường xuyên đảo chiều

quay, động bước,…

 Để tránh tượng áp tự kích thích, dung lượng bù đầu cực động không

được vượt giá trị Qbmax

3 U I ,

Qbmax  n

C C

Q P

C

Ở đây: Io dịng khơng tải động cơ, Un điện áp dây định mức động

Do tụ bù thường mắc sau thiết bị đóng/cắt điều khiển động cơ, để đảm bảo hiệu bảo vệ thiết bị này, cần chỉnh định dòng bảo vệ tải theo biểu thức:

   

 

  

s t t

s

cos cos I I

Ở đây: It, Is dòng qua thiết bị bảo vệ trước sau bù;

s t,cos

cos 

cos trước sau bù

Hình 11.10 Sơ đồ bù riêng lẻ

11.3.2 Phân phối tối ưu dung lượng bù 1 Mạng hình tia

Xét mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù Qb, cần phân bố dung lượng bù

nhánh cho tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây nhỏ nhất, nghĩa hiệu bù đạt lớn

Giả sử dung lượng bù phân phối nhánh Qb1, Qb2 … Qbn r1, r2 … rn điện trở

các nhánh (Hình 11.11)

Hình 11.11 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

Với điều kiện ràng buộc cân công suất bù, tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây là:

     

n

2 bn n

2 2 b 2

2 b

1 r

U Q Q r U

Q Q r U

Q Q

P      



Qb1,Qb2, ,QbnQb1 Qb2  Qbn Qb 0 

C C C C

Q P

Q

Qb1 Qb2

Qb

Q1 Q2 Qn

rn r2

r1

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 213

Để tìm cực tiểu hàm nhiều biến P= (Qb1, Qb2, …, Qbn), sử dụng phương pháp nhân tử

Lagrange Chọn nhân tử :

2 U L  

Với L số xác định sau

Điều kiện để P có cực tiểu đạo hàm riêng hàm F không Với hàm F

được xác định biều thức:

F = f(Qb1, Qb2,…, Qbn) + (Qb1, Qb2,…, Qbn)

0 U L r U ) Q Q ( Q F 2 b 1 b      U L r U ) Q Q ( Q F 2 2 b 2 b    

 (11.1)

- U L r U ) Q Q ( Q F n bn n bn     

Giải hệ phương trình (11.1), tìm được:

L = [(Q1 + Q2 +… + Qn)–(Qb1 + Qb2 + … + Qbn)]

n ) r r r (    

Vậy viết:

L = (Q – Qb) Rtđ

Thay L vào hệ phương trình (11.1), tìm dung lượng bù tối ưu nhánh:

Qb1 = Q1 - tñ

1 b R r ) Q Q ( 

Qb2 = Q2 - tñ

2 b R r ) Q Q (  -

Qbn = Qn - tñ

n b R r ) Q Q ( 

Để thuận tiện vận hành giảm bớt thiết bị đóng cắt, đo lường cho nhóm tụ, thường quy định dung lượng bù tối ưu nhánh nhỏ 30kVar khơng nên đặt tụ điện nhánh mà nên phân phối sang nhánh lân cận

Ví dụ: Một mạng hình tia có nhánh, điện áp 6kV Điện trở phụ tải phản khảng nhánh sau:

 0,1

r1 , Q1 = 400kVAr

 0,05

r2 , Q2 = 600kVAr

r3 0,06, Q3 = 500kVAr

 0,2

r4 , Q4 = 200kVAr

Dung lượng bù Qb = 1200kVAr Hãy xác định dung lượng bù tối ưu nhánh

Tổng phụ tải phản kháng mạng:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700kVAr

Điện trở tương đương mạng:

                     

1

4

td r1 r1 r1 r1 01,1 0,105 0,106 01,2

R 0,0194

Dung lượng bù tối ưu nhánh:

  303kVAr

1 , 0194 , 1200 1700 400

Qb1    

  406kVAr

05 , 0194 , 1200 1700 600

Qb2    

  338kVAr

05 , 0194 , 1200 1700 500

Qb3    

  153kVAr

2 , 0194 , 1200 1700 200

Qb4    

b Mạng phân nhánh

Mạng phân nhánh (Hình 11.12) thực chất nhiều mạng hình tia ghép với Ví dụ,

điểm có hai mạng hình tia có điện trở r3 (r34+ r4), điểm có hai nhánh hình tia

có điện trở r2 [r23 + r3//(r34+ r4)]

Dung lượng bù Qbnk nhánh thứ k tính theo biểu thức sau:

    k tñk bk k k k bnk r R Q Q Q

Q    

Ở đây: Qk phụ tải phản kháng nhánh thứ k; Qbk dung lượng bù đặt điểm k; Q(k-1)k

là phụ tải phản kháng chạy đoạn từ điểm (k-1) tới điểm k; Rtđk điện trở tương đương

mạng kể từ điểm k trở sau

Hình 11.12 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh

11.4 Điều chỉnh dung lượng bù 11.4.1.Bù

Khi dung lượng bù nhỏ hay cơng suất phản kháng phụ tải biến động theo thời gian thường sử dụng giải pháp bù Trường hợp này, tụ bù đóng thường trực vào mạng điện

11.4.2 Bù ứng động

Khi công suất phản kháng phụ tải biến động nhiều theo thời gian hay dung lượng bù lớn sử dụng giải pháp bù ứng động Trường hợp dung lượng bù điều chỉnh cho

0

Q1 Q2 Q3 Q4

Qb

Q01 Q12 Q23 Q34

Q

r01 r12 r23 r34

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 215

phù hợp với tải phản kháng để đạt giá trị cos mong muốn thời khoảng Việc điều

chỉnh dung lượng bù thường thực với trợ giúp cảm biến (hay rơ le), điều khiển lập trình phận chấp hành (Hình 11.13)

Hình 11.13 Điều khiển tụ bù điều khiển lập trình

1 Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian

Phương pháp thực đồ thị phụ tải Q ngày biến đổi theo quy luật định người vận hành nắm vững đồ thị Dựa vào biến đổi phụ tải phản kháng ngày đêm mà người vận hành định chế độ đóng thêm ngắt bớt tụ điện theo thời khoảng định trước

2 Điều khiển dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp

Căn vào giá trị điện áp nút khảo sát để tiến hành điều chỉnh tự động dung lượng bù với phần tử đo lường rơ le điện áp Nếu điện áp nút khảo sát giảm thấp tức mạng thiếu công suất phản kháng, cần đóng thêm tụ điện để làm việc Ngược lại, điện áp vượt giá trị định mức cần phải ngắt bớt tụ điện mạng thừa công suất phản kháng Phương pháp

này vừa giải nhu cầu bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất cos vừa

có tác dụng ổn định điện áp nên dùng phổ biến

3 Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc dòng điện

Nguyên tắc dòng điện dùng phụ tải thường biến đổi đột ngột Khi dịng điện phụ tải tăng đóng thêm tụ vào làm việc, ngược lại dòng điện phụ tải giảm cắt bớt tụ điện

TR : Biến áp cao/hạ áp

QF : Thiết bị đóng cắt

FU1FU6 : Các cầu chì bảo vệ tụ C1C6 : Các tụ bù

KM1KM6 : Các cuộn dây công tắc tơ

1 : Nguồn cấp cho cuộn dây công

tắc tơ

PLC : Bộ điều khiển lập trình

S1, S2 : Tín hiệu dòng cung cấp cho PLC 0, 230 : Tín hiệu áp cung cấp cho PLC Các kiểu điều khiển lập trình

Lập trình 1:1:1 Trong trường hợp này, tất cấp dung lượng tổng dung lượng tủ chia cho cấp điều khiển tụ bù

LẬP TRÌNH 1:2:2 Trong trường hợp này, tụ bù cấp thứ có dung lượng gấp đôi cấp thứ

LẬP TRÌNH 1:2:4 Trong trường hợp này, tụ bù cấp thứ hai có dung lượng gấp đơi cấp thứ nhất, cấp thứ trở có dung lượng gấp lần cấp thứ Bộ điều khiển phân tích thơng số tải để đóng cắt cấp tụ cách tối ưu

4 Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc công suất phản kháng

Nguyên tắc thường sử dụng trường hợp trạm biến áp cuối đường dây xa nguồn Khi phụ tải cần công suất phản kháng nguồn, cần đóng thêm tụ điện vào làm việc, ngược lại phải cắt bớt tụ điện

11.5 Định mức dung lượng bù xét đến ảnh hưởng sóng hài

Ngày nay, thiết bị điện từ công suất sử dụng rộng rãi công nghiệp để điều chỉnh điện áp, điều chỉnh tốc độ, thay đổi tần số biến đổi cơng suất, chúng có giá thành thấp, hiệu cao phải bảo dưỡng Tuy nhiên, thiết bị điện tử công suất lại nguồn gây sóng hài lưới điện

Các tụ điện thường nhạy cảm với sóng hài dung kháng tụ điện giảm tần số tăng lên Trong trường hợp này, dòng điện qua tụ điện có giá trị cao làm nóng mức tụ điện khiến chất lượng điện môi giảm hệ kéo theo hỏng tụ

Các biện pháp hạn chế tác động sóng hài bao gồm:

 Khi thiết kế lấy từ dòng hiệu dụng tụ 1,3 lần dòng định mức tất

thiết bị đóng cắt…cũng phải thiết kế khoảng từ 1,3 đến 1,5 lần dòng định mức

 Tăng giá trị điện áp định mức tụ lên 10%

 Sử dụng lọc sóng hài mắc shunt hay cuộn kháng hạn chế sóng hài mắc nối tiếp

vào mạch

Gọi GH (kVA) công suất tổng thiết bị gây nên sóng hài mắc vào vị trí

cái có đấu tụ bù, Ssc (kVA) cơng suất ngắn mạch ba pha vị trí đấu tụ, Sn (kVA) công suất

tổng tất máy biến áp cung cấp nguồn cho góp xét giải pháp thích ứng nhằm hạn chế ảnh hưởng sóng hài trình bày Bảng 11.3

Bảng 11.3 Chỉ dẫn giải pháp thích hợp ứng với trường hợp cụ thể Tụ mắc phía hạ áp máy biến áp

Quy tắc chung áp dụng với công suất máy biến áp

GH ≤SSC /120 SSC/120 ≤GH ≤ SSC/70 GH  SSC/70

Tụ chuẩn Điện áp định mức tụ tăng lên 10% (ngoại trừ loại 230V) Điện áp định mức tụ tăng lên 10% + cuộn kháng triệt sóng hài Quy tắc đơn giản công suất máy biến áp Sn  MVA

GH ≤0.15Sn 0.15Sn GH ≤ 0.25Sn 0.25Sn GH ≤ 0.60Sn GH > 0.60Sn Tụ chuẩn Điện áp định mức tụ tăng thêm

10 % (Ngoại trừ loại 230 V)

Điện áp định mức tụ tăng lên 10 % + cuộn kháng triệt sóng hài

Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh

ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 217

Bảng 11.4 Hệ số K tính công suất tụ bù

0,80 0,86 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 0,50 0,982 1,232 1,248 1,267 1,303 1,337 1,369 0,403 1,441 1,481 1,529 1,590 1,732 0,51 0,936 1,087 1,202 1,23 1,257 1,291 1,323 1,357 1,395 1,435 1,483 1,544 1,686 0,52 0,894 1,087 1,160 1,188 1,215 1,249 1,281 1,315 1,353 1,393 1,441 1,502 1,644 0,53 0,850 1,043 1,116 1,144 1,171 1,205 1,237 1,271 1,309 1,349 1,397 1,458 1,600 0,54 0,809 1,000 1,075 1,103 1,130 1,164 1,196 1,230 1,268 1,308 1,356 1,417 1,559 0,55 0,769 0,959 1,035 1,063 1,090 1,124 1,156 1,190 1,228 1,268 1,316 1,377 1,519 0,56 0,73 0,918 0,996 1,024 1,051 1,085 1,117 1,151 1,189 1,229 1,277 1,338 1,480 0,57 0,692 0,879 0,598 0,986 1,013 1,047 1,079 1,113 1,151 1,191 1,239 1,300 1,442 0,58 0,665 0,841 0,921 0,949 0,976 1,010 1,042 1,076 1,114 1,154 1,202 1,263 1,405 0,59 0,618 0,805 0,884 0,912 0,939 0,973 1,005 1,039 1,077 1,117 1,165 1,226 1,368 0,60 0,584 0,768 0,849 0,878 0,905 0,939 0,971 1,005 1,043 1,083 1,131 1,192 1,334 0,61 0,549 0,733 0,815 0,843 0,870 0,904 0,936 0,970 1,008 1,048 1,096 1,157 1,299 0,62 0,515 0,699 0,781 0,809 0,836 0,870 0,902 0,936 0,974 1,014 1,062 1,123 1,256 0,63 0,483 0,665 0,749 0,777 0,804 0,838 0,870 0,904 0,942 0,982 1,300 1,091 1,233 0,64 0,450 0,633 0,716 0,744 0,771 0,805 0,837 0,871 0,909 0,949 0,997 1,058 1,200 0,65 0,419 0,601 0,685 0,713 0,740 0,774 0,806 0,840 0,878 0,918 0,966 1,007 1,169 0,66 0,388 0,569 0,654 0,682 0,709 0,743 0,775 0,809 0,847 0,887 0,935 0,996 1,138 0,67 0,358 0,538 0,624 0,652 0,679 0,713 0,745 0,779 0,817 0,857 0,905 0,966 1,108 0,68 0,329 0,508 0,595 0,623 0,650 0,684 0,716 0,750 0,788 0,828 0,876 0,937 1,079 0,69 0,299 0,478 0,565 0,593 0,620 0,654 0,686 0,720 0,758 0,798 0,840 0,907 1,049 0,70 0,270 0,449 0,536 0,564 0,591 0,625 0,657 0,691 0,729 0,796 0,811 0,878 1,020 0,71 0,242 0,42 0,508 0,536 0,563 0,597 0,629 0,663 0,701 0,741 0,783 0,850 0,992 0,72 0,213 0,392 0,479 0,507 0,534 0,568 0,600 0,634 0,672 0,712 0,754 0,821 0,963 0,73 0,186 0,364 0,452 0,480 0,507 0,541 0,573 0,607 0,645 0,685 0,727 0,794 0,936 0,74 0,159 0,336 0,425 0,453 0,480 0,514 0,546 0,580 0,618 0,658 0,700 0,767 0,909 0,75 0,132 0,309 0,398 0,426 0,453 0,487 0,519 0,553 0,591 0,631 0,673 0,740 0,882 0,76 0,105 0,282 0,371 0,399 0,426 0,460 0,492 0,526 0,564 0,604 0,652 0,713 0,855 0,77 0,079 0,255 0,345 0,373 0,400 0,434 0,466 0,500 0,538 0,578 0,620 0,687 0,829 0,78 0,053 0,229 0,319 0,347 0,374 0,408 0,440 0,474 0,512 0,552 0,594 0,661 0,803 0,79 0,026 0,202 0,292 0,320 0,347 0,381 0,413 0,447 0,485 0,525 0,567 0,634 0,776 0,80 0,176 0,266 0,294 0,321 0,355 0,387 0,421 0,459 0,499 0,541 0,608 0,750 0,81 0,150 0,240 0,268 0,295 0,329 0,361 0,395 0,433 0,473 0,515 0,582 0,724 0,82 0,124 0,214 0,242 0,269 0,303 0,335 0,369 0,407 0,447 0,489 0,556 0,698 0,83 0,098 0,188 0,216 0,243 0,277 0,309 0,343 0,381 0,421 0,463 0,530 0,672 0,84 0,072 0,162 0,19 0,217 0,251 0,283 0,317 0,355 0,395 0,437 0,504 0,645 0,85 0,046 0,136 0,164 0,191 0,225 0,257 0,291 0,329 0,369 0,417 0,478 0,620 0,86 0,02 0,109 0,14 0,167 0,198 0,23 0,264 0,301 0,343 0,390 0,450 0,593 0,87 0,083 0,114 0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,317 0,364 0,424 0,567 0,88 0,054 0,085 0,112 0,143 0,175 0,209 0,246 0,288 0,335 0,395 0,538 0,89 0,028 0,059 0,086 0,117 0,149 0,183 0,230 0,262 0,309 0,369 0,512 0,90 0,031 0,058 0,089 0,121 0,153 0,192 0,234 0,281 0,341 0,484