Tài liệu học tập hệ thống cung cấp điện

LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu học tập hệ thống cung cấp điện biên soạn theo kế hoạch đào tạo chương trình mơn học Hệ thống cung cấp điện khối ngành kỹ thuật chuyên điện, trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp Nội dung tài liệu gồm chương: Sau trình bày vấn đề chung cung cấp điện, chương trình bày vấn đề hệ thống cung cấp điện như: tính tốn phụ tải, lựa chọn phương án cung cấp điện, trạm biến áp, lựa chọn thiết bị điện, tiết kiệm điện nâng cao hệ số cos Nhóm biên soạn chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiêp, Khoa Điện, Bộ môn Điện công nghiệp động viên tạo điều kiện thuận lợi để nhóm tác giả viết tài liệu học tập Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi cịn nhiều sai sót, nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp đọc giả để tài liệu học tập hoàn thiện Địa chỉ: Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Cơng nghiệp, 218 Lĩnh Nam, Hồng Mai, Hà nội Website: khoadien.uneti.edu.vn Email: khoadien@uneti.edu.vn Ngày 15 tháng năm 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN 1.2.1 Nhà máy nhiệt điện 1.2.2 Nhà máy thuỷ điện 11 1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử 14 1.3 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG LƯỚI ĐIỆN 16 1.4 PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐIỆN 18 1.4.1 Phân loại thiết bị điện 18 1.4.2 Đặc điểm nhóm thiết bị mức độ yêu cầu cung cấp điện 19 1.5 NHỮNG CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 21 1.5.1 Điện áp 21 1.5.2 Tần số 22 1.5.3 Tính liên tục cung cấp điện 22 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 23 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 24 2.2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI ĐIỆN 24 2.2.1 Đồ thị phụ tải hàng ngày 26 2.2.2 Đồ thị phụ tải hàng tháng 26 2.2.3 Đồ thị phụ tải hàng năm 26 2.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG TÍNH TỐN VÀ CÁC THƠNG SỐ THƯỜNG GẶP 27 2.3.1 Công suất định mức 27 2.3.2 Phụ tải trung bình 29 2.3.3 Phụ tải cực đại 29 2.3.4 Phụ tải tính tốn, Ptt 30 2.3.5 Hệ số sử dụng, ksd 31 2.3.6 Hệ số phụ tải, kpt 31 2.3.7 Hệ số cực đại, kmax 32 2.3.8 Hệ số nhu cầu, knc (hệ số cần dùng) 33 2.3.9 Hệ số đồng thời, kdt 34 2.3.10 Số thiết bị dùng điện có hiệu quả, nhq 34 2.3.11 Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax 36 2.3.12 Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất,  37 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN 38 2.4.1 Xác định phụ tải tính tốn theo công suất đặt hệ số nhu cầu 38 2.4.2 Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất 39 2.4.3 Xác định phụ tải tính tốn theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm 40 2.4.4 Xác định phụ tải tính tốn theo hệ số cực đại kmax cơng suất trung bình Ptb: 40 2.5 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐỈNH NHỌN 44 2.6 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CỦA PHÂN XƯỞNG VÀ XÍ NGHIỆP 45 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 48 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 48 CHƯƠNG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 50 3.1 VAI TRÒ VÀ YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 50 3.1.1 Đặt vấn đề 50 3.1.2 Phương pháp tính toán, so sánh kinh tế kỹ thuât 50 3.2 CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN 54 3.2.1 Cấp điện áp tiêu chuẩn 54 3.2.2 Xác định cấp điện áp tối ưu 55 3.3 CÁC SƠ ĐỒ NỐI DÂY CƠ BẢN CỦA MẠNG ĐIỆN 57 3.3.1 Sơ đồ nối dây mạng điện cao áp 57 3.3.2 Sơ đồ nối dây mạng điện hạ áp 62 3.4 KẾT CẤU CỦA MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 64 3.4.1 Kết cấu đường dây không 64 3.4.2 Kết cấu mạng cáp 70 3.4.3 Kết cấu mạng điện phân xưởng 72 3.5 THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG ĐIỆN 74 3.5.1 Thông số đường dây 74 3.5.2 Thông số máy biến áp ba pha hai dây quấn 78 3.5.3 Máy biến áp dây quấn 80 3.6 TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 81 3.6.1 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải tập trung 81 3.6.2 Tổn thất điện áp đường dây pha có nhiều phụ tải tập trung 83 3.6.3 Tổn thất điện áp đường dây pha có phụ tải phân bố 84 3.6.4 Tổn thất điện áp mạng điện chiếu sáng 85 3.6.5 Tổn thất điện áp máy biến áp 86 3.6.6 Tổn thất điện áp mạng điện có nhiều cấp điện áp 87 3.7 TỔN THẤT CƠNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 88 3.7.1 Tổn thất công suất 88 3.7.2 Tổn thất điện 93 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 94 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 94 CHƯƠNG TRẠM BIẾN ÁP 97 4.1 CÁC LOẠI TRẠM THƯỜNG DÙNG TRONG XÍ NGHIỆP 97 4.1.1 Trạm biến áp 97 4.1.2 Trạm phân phối 97 4.1.3 Trạm đổi điện 97 4.2 BẢN ĐỒ PHỤ TẢI 98 4.3 CHỌN VỊ TRÍ, SỐ LƯỢNG VÀ DUNG LƯỢNG TRẠM 99 4.3.1 Chọn vị trí số lượng trạm 99 4.3.2 Chọn dung lượng máy biến áp 102 4.4 KHẢ NĂNG QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP 105 4.4.1 Quá tải máy biến áp lúc làm việc bình thường 105 4.4.2 Khả tải lúc cố 107 4.5 CHỌN DUNG LƯỢNG CỦA MÁY BIẾN ÁP KHI PHỤ TẢI KHÔNG CÂN BẰNG 107 4.6 SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA TRẠM BIẾN ÁP VÀ TRẠM PHÂN PHỐI 108 4.6.1 Sơ đồ nối dây trạm biến áp trung gian 108 4.6.2 Sơ đồ nối dây trạm phân phối 109 4.6.3 Sơ đồ nối dây trạm biến áp phân xưởng 110 4.7 VẬN HÀNH TRẠM BIẾN ÁP 111 4.7.1 Trình tự thao tác 112 4.7.2 Kiểm tra, đo lường 113 4.7.3 Vận hành kinh tế máy biến áp 113 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 116 CHƯƠNG TÍNH TỐN DỊNG ĐIỆN NGẮN MẠCH TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 117 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG 117 5.1.1 Các loại ngắn mạch 117 5.1.2 Đặc điểm chung trình ngắn mạch 118 5.1.3 Nguyên nhân tác hại dòng ngắn mạch 118 5.2 QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI NGẮN MẠCH BA PHA VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA DÒNG NGẮN MẠCH 119 5.2.1 Biểu thức biểu diễn dòng điện ngắn mạch 119 5.2.2 Dịng điện ngắn mạch xung kích 122 5.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 126 5.3.1 Mục đích tính ngắn mạch 126 5.3.2 Những giả thiết để tính tốn ngắn mạch 126 5.3.3 Nội dung tính tốn ngắn mạch 127 5.3.4 Hệ thống đơn vị tương đối 128 5.3.5 Tham số phần tử hệ đơn vị tương đối 131 5.3.6 Sơ đồ thay 134 5.3.7 Xác định làm đơn giản mạch đẳng trị 135 5.4 TÍNH NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN ÁP THẤP 138 5.4.1 Tính ngắn mạch pha mạng hạ áp 138 5.4.2 Tính dịng điện ngắn mạch pha 142 5.4.3 Tính ngắn mạch pha 142 5.5 ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC ĐIỆN ĐỘNG DO DÒNG NGẮN MẠCH GÂY NÊN 145 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 147 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 147 CHƯƠNG 6: CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN 149 6.1 NHỮNG ĐIỀU KIỆN CHUNG ĐỂ CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN 149 6.1.1 Khái niệm chung 149 6.1.2 Các điều kiện chọn 150 6.1.3 Các điều kiện kiểm tra 152 6.2 CHỌN VÀ KIỂM TRA CẦU CHÌ 153 6.2.1 Cầu chì 153 6.2.2 Điều kiện chọn kiểm tra 154 6.3 CHỌN VÀ KIỂM TRA ÁPTÔMÁT 156 6.4 CHỌN VÀ KIỂM TRA THANH CÁI, CÁP VÀ DÂY DẪN ĐIỆN 159 6.4.1 Chọn cái, dây dẫn cáp theo điều kiện độ bền học 160 6.4.2 Chọn cái, cáp dây dẫn theo điều kiện phát nóng 161 6.4.3 Chọn cáp dây dẫn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế 163 6.4.4 Chọn cáp, dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép 165 6.4.5 Kiểm tra góp, cáp theo điều kiện ổn định nhiệt 166 6.4.6 Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động dao động cộng hưởng 167 6.5 CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY BIẾN DÒNG VÀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG 169 6.5.1 Chọn kiểm tra máy biến dòng (BI) 169 6.5.2 Chọn kiểm tra máy biến điện áp đo lường (BU) 173 6.6 CHỌN VÀ KIỂM TRA TỦ PHÂN PHỐI VÀ TỦ ĐỘNG LỰC 177 6.6.1 Chọn tủ động lực 178 6.6.2 Chọn tủ phân phối cho phân xưởng 178 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 178 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 179 CHƯƠNG HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG 180 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG 180 7.2 HỆ SỐ CÔNG SUẤT, COS 181 7.2.1 Khái niệm hệ số công suất, cos 181 7.2.2 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất, cos 181 7.3 NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT, COS BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỰ NHIÊN 184 7.3.1 Nguyên tắc thực 184 7.3.2 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất 184 7.4 NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHÂN TẠO 191 7.4.1 Nguyên tắc thực 191 7.4.2 Các loại thiết bị bù 191 7.4.3 Đương lượng kinh tế công suất phản kháng 193 7.4.4 Tính tốn dung lượng bù 194 CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP, THẢO LUẬN 195 TÀI LIỆU THAM KHẢO 196 CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG - Cung cấp cho sinh viên kiến thức hệ thống cung cấp điện: Đặc điểm tình sản xuất phân phối điện năng, dạng nguồn điện, khái niệm mạng lưới điện - Cung cấp cho sinh viên cách phân loại thiết bị điện đặc điểm loại thiết bị sử dụng điện, tiêu chất lượng điện 1.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG Điện dạng lượng đặc biệt phổ biến nay, điện có nhiều ưu điểm so với dạng lượng khác như: Dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang ), dễ truyền tải xa với hiệu suất cao Điện trình sản xuất phân phối có số đặc điểm sau đây: - Điện sản xuất nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ pin, ắc quy) Tại thời điểm phải bảo đảm cân lượng điện sản xuất với lượng điện tiêu thụ kể tổn thất truyền tải Nhận thức đặc điểm giúp ta thực tốt công tác quy hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện thoả mãn nhu cầu cung cấp điện thời gian kế hoạch, đồng thời giúp ta xây dựng phương án vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện cách hợp lý Trên sở đảm bảo chất lượng điện - Các trình điện xảy nhanh (chẳng hạn sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km/s), sóng sét lan truyền đường dây, đóng cắt thiết bị, tác động bảo vệ xẩy khoảng < 0,1s Đặc điểm đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi thiết bị tự động công tác vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện trạng thái làm việc bình thường lúc cố, nhằm đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện làm việc an toàn, tin cậy kinh tế - Ngành điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, khí, cơng nghiệp nhẹ dân dụng Nó động lực tăng xuất lao động, tạo nên phát triển nhịp nhàng cấu kinh tế Nhận rõ đặc điểm giúp ta có định hợp lý việc điện khí hố ngành kinh tế, vùng lãnh thổ khác nhau, mức độ xây dựng nguồn điện lưới điện truyền tải phân phối nhằm đáp ứng phát triển cân đối kinh tế quốc dân Ngoài đặc điểm chủ yếu cần ý việc sản xuất, truyền tải cung cấp điện thực theo kế hoạch chung toàn hệ thống điện Hệ thống điện bao gồm: Phát điện, truyền tải, phân phối, cung cấp điện tới hộ tiêu thụ sử dụng điện, thực nhà máy điện, trạm phát điện, mạng lưới điện thiết bị dùng điện khác 1.2 CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN Điện sản xuất tập chung nhà máy điện Hiện nhà máy điện lớn phát lượng dịng điện xoay chiều ba pha, nhà máy phát lượng dịng điện chiều Trong cơng nghiệp muốn dùng lượng dịng điện chiều người ta dùng chỉnh lưu để biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành dịng điện chiều Nói chung nhà máy điện, dạng lượng khác muốn chuyển thành điện phải biến đổi qua cấp trung gian truyền động động sơ cấp truyền qua máy phát điện để biến thành điện Nguồn lượng thường dùng tuyệt đại đa số nhà máy điện lượng chất đốt lượng nước Từ năm 1954, số nước tiên tiến bắt đầu xây dựng số nhà máy điện dùng lượng nguyên tử Dưới trình bày sơ lược nguyên lý làm việc ba loại nhà máy điện tương ứng với ba ng.uồn lượng kể nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử 1.2.1 Nhà máy nhiệt điện Đây dạng nguồn điện kinh điển đến sử dụng rộng rãi Đối với nhà máy nhiệt điện, động sơ cấp máy phát điện tuabin hơi, máy nước động điêzen Nhưng nhà máy nhiệt điện lớn động sơ cấp tuabin Quá trình biến đổi lượng nhà máy nhiệt điện mô tả sau: Nhiệt → → Điện Sơ đồ nguyên lý công nghệ trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện tóm tắt (hình 1-1) Hơi nước ~ Than Xỉ Điện Nước làm lạnh Nước Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý cơng nghệ q trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện Nhiên liệu đốt cháy buồng đốt nhằm đun sôi nước bao với nhiệt độ áp suất cao (khoảng 5000C 40 at) dẫn đến làm quay cánh tuabin với tốc độ lớn (khoảng 3000 vòng/phút) Trục tuabin gắn với trục máy phát điện tuốc bin quay dẫn đến quay máy phát điện Nhiên liệu sau sinh nhiệt buồng đốt trở thành xỉ khói thải ngồi Hơi nước sau sinh cơng tuabin trở thành nước nhờ trao đổi nhiệt bình ngưng 5, sau lại bơm trở tạo thành chu kỳ kín Tuy nhiên tổn thất nên ln phải bổ sung vào bao lượng nước xử lý Nhiên liệu dùng cho lò (buồng đốt) thường than đá xấu, than cám, than bùn, có dùng nhiên liệu chất lỏng dầu điêzen khí đốt tự nhiên, khí than cốc Ở nước có nhiều mỏ dầu, việc khai thác dầu lửa phát triển có nhiều khí tự nhiên, khí than cốc thu xưởng luyện kim nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu điêzen khí đốt có hiệu kinh tế cao nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu than Ở nước ta, nhà máy nhiệt điện dùng than đá xấu than cám Các lị dùng nhiên liệu than lị ghi xích lị than phun Ở lị ghi xích than đưa vào lị than cục cháy thành lớp lò, lò than phun than nghiền nhỏ mịn bột dùng quạt gió quạt mạnh theo đường ống phun vào lị Nhà máy nhiệt điện dùng lị than phun có hiệu suất cao dùng lị ghi xích Vì lị ghi xích dùng trường hợp cơng suất lị tương đối nhỏ, thơng số (áp lực, nhiệt độ) khơng cao Nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn hiệu suất cao Trên giới có nhà máy nhiệt điện hàng triệu kW, có tổ tuabin - máy phát cơng suất tới 600MW Trước cách mạng tháng năm 1945, nước ta có nhà máy nhiệt điện với cơng suất nhỏ Hiện nước ta có loạt nhà máy nhiệt điện có cơng suất thiết kế lên tới hàng chục triệu kW 10