Bài giảng Mạng lưới điện - Nguyễn Mạnh Hà

Bài giảng Mạng lưới điện cung cấp cho người học những kiến thức như:Cơ sở kỹ thuật điện; Những vấn đề cơ bản về hệ thống điện và quy hoạch cấp điện; Trạm biến áp cấp điện; Tính toán nhu cầu điện; Tính toán mạng điện; Cấu trúc mạng điện và các phương án bố trí tuyến đường dây tải điện.

TRƯO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG KHOA KỸ THUẬT ĐÔ THỊ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN (Dành cho sinh viên ngành Quy hoạch) Biên soạn: Nguyễn Mạnh Hà Đà Nẵng, tháng 03 năm 2015 Bài giảng Mạng lưới điện CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 1.1 Các thông số đặc trưng cho q trình lượng mạch điện 1.1.1 Dịng điện - Là dịng chuyển dịch có hướng điện tích - Độ lớn dịng điện xác định từ biểu thức: i = dq , dq lượng điện dt tích chuyển dịch qua tiết diện ngang thời gian dt - Đơn vị : Ampe, ký hiệu A Độ lớn dòng điện gọi cường độ dòng điện, đơn vị Ampe, ký hiệu A - Chiều dòng điện: Quy ước chiều dịng điện chiều chuyển dịch điện tích dương Trong dây dẫn điện có điện tích âm (là electron) nên chiều dòng điện quy ước ngược với chiều chuyển động electron Chiều dòng điện quy ước Chiều chuyển động e - Để đo dòng điện người ta dùng Ampe kế (còn gọi Ampe met) mắc nối tiếp với mạch điện cần đo Trường hợp dòng điện lớn 5A, người ta phải dùng thiết bị biến đổi dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ (gọi biến dòng) trước đo Ampe kế I A Đo dòng điện ≤ 5A I Thiết bị biến đổi dòng điện A Đo dòng điện lớn 5A Ampe kế Biến dòng điện 1.1.2 Điện áp: - Điện áp định nghĩa hiệu điện điểm mạng điện - Độ lớn điện áp UAB = ϕA-ϕB, ϕA điện điểm A so với đất ϕB điện điểm B so với đất Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện Nếu đo điện áp điểm dây dẫn người ta cịn gọi điện áp rơi hay điện áp tổn thất A UAB UAB B A B Điện áp rơi Điện áp dây dẫn - Đơn vị đo điện áp Vôn, ký hiệu V, ngồi cịn dùng đơn vị kV - Chiều điện áp: Quy ước từ nơi có điện cao sang nơi có điện thấp - Để đo điện áp người ta dùng Vơn kế (cịn gọi Vơn met) mắc song song với mạch điện cần đo Trường hợp điện áp lớn 100V, người ta phải dùng thiết bị biến đổi điện áp lớn xuống điện áp nhỏ (gọi biến điện áp) trước đo Vôn kế R I I Thiết bị biến đổi điện áp V V Đo điện áp ≤ 100V Đo điện áp > 100V Vôn kế Biến điện áp 22000/100V 1.1.3 Công suất Các thiết bị điện hoạt động tiêu thụ lượng điện để sinh cơng hữu ích trục quay động cơ, quang đèn điện, nhiệt bếp điện, Một số thiết bị điện (như quạt, bơm nước, ) ngồi việc tiêu thụ cơng suất hữu ích cịn tiêu thụ loại công suất suất đặc biệt gọi công suất phản kháng Loại công suất nạp/phóng đường dây điện, thực chất thiết bị điện khơng tiêu thụ nên cịn gọi công suất vô công Như mạng điện tồn loại công suất khác gồm: - Công suất tác dụng (ký hiệu P ): công suất mà thiết bị điện tiêu thụ từ lưới điện để chuyển thành cơng suất hữu ích Cơng suất hữu ích dạng nhiệt (bếp điện), dạng (quạt, bơm nước, ) dạng quang (đèn điện) nhiều dạng lượng khác Đơn vị đo công suất tác dụng W, kW Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện Pcơ Lị vi sóng kiêm lị nướng Động điện - Công suất phản kháng (ký hiệu Q): công suất vô công mà thiết bị điện nhận từ lưới điện để tạo từ trường cuộn dây thiết bị điện Đơn vị đo công suất phản kháng VAR, kVAR A N P Q P Các công suất P, Q cấp cho động Dây quấn động điện - Công suất biểu kiến (ký hiệu S): Thực tế luồng công suất chạy đường dây tải điện gồm P Q, P cơng suất hữu ích (người dùng phải trả tiền) cịn Q cơng suất vơ công (người dùng trả tiền) Công suất Q cơng suất vơ cơng lại nạp phóng liên tục dây dẫn điện nên tính tốn mạng điện, ngồi trị số P cịn phải kể đến ảnh hưởng Q thông qua thông số chung gồm P Q gọi công suất biểu kiến (hoặc gọi tên khác công suất toàn phần) Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh cơng suất biểu kiến tính cơng thức S = P + Q Đây cơng suất dùng để tính tốn thiết kế mạng điện, từ khâu chọn lựa dây dẫn, xác định dòng điện, tổn thất điện áp, Đơn vị đo công suất biểu kiến VA, kVA 1.1.4 Hệ số công suất cosϕ: Cơng thức tính cơng suất biểu kiến S = P + Q cho ta thấy đại lượng P, Q, S lập thành tam giác vuông gọi tam giác công suất với cạnh thẳng đứng đứng Q, cạnh nằm ngang P cạnh huyền S, góc kẹp S P ϕ trị số cosϕ gọi hệ số công suất Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện S Q ϕ P Do P công suất hữu ích khơng thay đổi cịn Q cơng suất vơ cơng, Q bé có nghĩa lượng cơng suất nạp/phóng dây dẫn điện đi, dẫn đến dịng điện giảm xuống nên chọn dây dẫn thiết bị bé Mà Q bé có nghĩa cosϕ lớn nên nói cosϕ số nói lên hiệu sử dụng điện Thực tế người ta mong muốn giảm Q nhỏ tốt triệt tiêu hồn tồn nhiệm vụ quan trọng tạo mơi trường từ hóa để truyền lượng từ phần đứng yên sang phần quay động Căn vào tam giác công suất ta có biểu thức: S = P + Q2 Q = P.tgϕ P = S.cosϕ Q = S.sinϕ Công suất tiêu thụ thiết bị điện đặc trưng tam giác cơng suất (P,Q,S) Nếu có n thiết bị điện nối chung điểm điểm cơng suất tiêu thụ tam giác cơng suất (P,Q,S) tính sau:: P = P1 + P2 +…+ Pn Q = Q1 + Q2 +…+ Qn S = tg ϕ = P2 + Q2 Q P P, Q, S P2,Q2,S2 P1,Q1,S1 S2 S Q2 S1 ϕ1 Q1 P1 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng ϕ2 P2 Q ϕ P Bài giảng Mạng lưới điện 1.1.5 Điện - Điện năng lượng điện tiêu thụ dạng nhiệt dạng t máy sản xuất khoảng thời gian tính theo cơng thức A = ∫ p(t ).dt Nếu p(t)=const ta có A=P.T, tức công suất nhân với khoảng thời gian thiết bị tiêu dùng điện - Đơn vị đo điện đơn vị SI Wh Tuy nhiên thực tế đời sống người ta thường đo kWh - Thiết bị dùng để đo điện gọi công tơ 1.2 Điện trở điện kháng dây dẫn điện: 1.2.1 Điện trở R dây dẫn điện: Điện trở R phần tử tiêu tán điện thành nhiệt toả vào mơi trường xung quanh cách vơ ích Vật liệu làm dây dẫn thường đồng nhôm, đồng dẫn điện tốt nhơm Điện trở R đường dây gây tác hại lớn là: làm dây dẫn điện nóng lên, làm tổn thất lượng tổn thất điện áp mạng điện Trên sơ đồ điện, điện trở R ký hiệu hình chữ nhật ký hiệu chữ R Đơn vị đo điện trở Ω R (Ω) 1.2.2 Điện kháng X dây dẫn điện: Dây dẫn điện có dịng điện chạy qua, cho dù dây thẳng uốn cong, ln ln có từ trường xung quanh Từ trường liên tục tích lượng lại phóng lượng trả vào lưới điện nên có tác dụng cản trở dòng điện giống điện trở R Do để đặc trưng cho tượng người ta dùng thông số điện kháng X đường dây Điện kháng X thân khơng gây tổn thất lượng gây tổn thất điện áp dọc dây dẫn, làm điện áp thiết bị điện giảm thấp so với điện áp nguồn điện Trên sơ đồ điện, điện kháng X ký hiệu cuộn dây kèm theo ký hiệu chữ X Đơn vị đo điện kháng Ω I I X Từ trường sinh dọc dây dẫn có dòng điện chạy qua Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện 1.2.3 Tham số tính tốn dây dẫn điện: Khi tính tốn mạng điện có dịng điện chạy qua, dây dẫn thay đồng thời tham số R, X sau: R X 1.3 Biểu diễn số đại lượng điện dạng số phức 1.3.1 Số phức số phép toán bản: Trong toán học số phức số ký hiệu dạng thành phần V = a+jb, a gọi phần thực, b gọi phần ảo j đơn vị ảo (có thể xem số) Số phức ứng dụng kỹ thuật điện để đơn giản hóa phép tính Các phép tính số phức gồm: a) Phép cộng: Để cộng hay nhiều số phức ta lấy phần ảo cộng cho phần thực cộng cho Ví dụ: Cho số phức V =a1+jb1 V =a2+jb2 số phức tổng là: V = V + V =(a1+a2)+j(b1+b2) b) Phép trừ: Để trừ số phức ta lấy phần ảo trừ cho phần thực trừ cho Ví dụ: Cho số phức V =a1+jb1 V =a2+jb2 hiệu là: V = V - V =(a1-a2)+j(b1-b2) c) Môđun số phức: Môđun số phức V =a+jb tính cơng thức V= a2 + b2 Mơđun số phức xem độ lớn số phức 1.3.2 Biểu diễn số đại lượng điện dạng số phức a) Biểu diễn công suất biểu kiến: Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh cơng suất biểu kiến biểu diễn dạng số phức là: S = P + jQ Trong P cơng suất tác dụng, Q công suất phản kháng Độ lớn công suất biểu kiến S = P + Q b) Biểu diễn tổng trở: Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh tổng trở dây dẫn biểu diễn dạng số phức là: Z = R + jX Trong R điện trở dây dẫn, X điện kháng dây dẫn Độ lớn tổng trở Z = R + X 1.4 Các dạng cố thường xảy mạng điện 1.4.1 Ngắn mạch: Là tượng dòng điện tăng cao (gấp hàng chục, hàng trăm chí hàng ngàn lần so với bình thường) dây dẫn chạm đất, chạm chập pha,… Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện Khi xảy ngắn mạch điện trở điểm gần nên dịng điện tăng lên cao Ngắn mạch tình trạng cố nghiêm trọng lưới điện, xảy thời gian ngắn (vài ms), gây hậu lớn cháy, nổ, hư hỏng thiết bị Ngắn mạch xảy nhiều dạng khác nhau: chạm đất pha qua điện trở nhỏ, chạm đất hai pha, chập dây pha, dây lửa dây nguội chạm nhau,… In>> In>> Đất có R nhỏ In>> In>> Để loại trừ nhanh mạch điện bị cố ngắn mạch người ta dùng thiết bị bảo vệ tự động aptomat, cầu chì lắp đầu điểm đấu nối dây dẫn điện Mạng điện cơng trình hay xảy tượng ngắn mạch nguyên nhân sau: - Lớp vỏ cách điện bị bong gây chạm vào điểm đất vỏ tủ điện, kết cấu thép,… - Chuột, côn trùng cắn đứt vỏ bảo vệ dây cáp điện tủ điện - Các điểm nối dây không chắn nên bị bung chạm vào vỏ thiết bị - Các mối nối sau thi công, quấn băng keo cách điện không tốt nên bị bong 1.4.2 Quá tải Là tượng dòng điện tăng lên vượt giá trị định mức (1,1÷1,8Iđm) thiết bị điện chưa có khả gây nguy hiểm cho thiết bị Nếu dòng điện nằm giới hạn cho phép thiết bị làm việc bình thường, vượt giá trị cho phép trở thành cố cần phải loại trừ Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện Rơle nhiệt pha Cầu chì Nguyên nhân gây tải thiết bị điện làm việc q cơng suất chúng, ví dụ động máy giặt phải giặt với khối lượng lớn quy định, … Tác hại tượng tải: làm cho thiết bị điện bị lão hóa, nhanh hư hỏng, phát nóng mạnh Để bảo vệ thiết bị khỏi tượng tải người ta dùng thiết bị bảo vệ tải rơle nhiệt cầu chì Khi dịng điện vượt q giá trị định mức thiết bị bảo vệ cho thiết bị làm việc thêm thời gian đặt trước cắt nguồn điện 1.4.3 Hiện tượng rò điện: Rò điện tượng dây dẫn bị chạm vỏ thiết bị chạm xuống đất dòng điện bé (từ vài mA đến vài chục mA vài trăm mA) Khi có rị điện thiết bị hoạt động bình thường nên người khơng nhận biết tượng Nguyên nhân gây rò điện lớp vỏ cách điện bị bong tróc ruột dẫn điện chạm vỏ thiết bị với điện trở lớn Ir 30 tầng): 8.5 Sơ đồ trục ngang cấp điện nhà 8.5.1 Sơ đồ trục ngang kiểu hình tia 8.5.2 Sơ đồ trục ngang kiểu liên thông 8.6 Sơ đồ mạng điện hộ: 8.7 Bố trí thiết bị điện bên cơng trình xây dựng 8.7.1 Đặt dây dẫn điện nhà: 8.7.2 Bố trí Busway 8.7.3 Bố trí tủ bảng điện 8.7.4 Aptomat (cịn có tên MCB, CB, cầu dao tự động): 8.7.5 Cầu dao chống rò (RCD – Residual Current Device): 8.7.6 Công tắc (Switch): 8.7.7 Ổ cắm điện (Socket outlet) 8.7.8 Cầu dao cách ly: PHẦN PHỤ LỤC BÀI TẬP (Bài tập chương 1, 2, 3, 4, 5, 7) Mục lục 215 ... dựng Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 35 Bài giảng Mạng lưới điện Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 36 Bài giảng Mạng lưới điện CHƯƠNG 3: TRẠM BIẾN ÁP CẤP ĐIỆN... khác Nguồn điện dùng hàng ngày nguồn điện hình sin Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Mạng lưới điện 1.6 Mạch điện pha - Mạch điện pha mạch điện có nguồn sức điện động... tồn có cấp điện áp định mức sau: - Cấp điện áp siêu cao áp: 500kV Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 14 Bài giảng Mạng lưới điện - Cấp điện áp cao: 220 kV, 110 kV, 66 kV - Cấp trung