Giáo trình Cung cấp điện 1: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải TP.HCM

(NB) Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Cung cấp điện 1: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Trạm biến áp trung hạ; tính toán điện; tính toán ngắn mạch mạng hạ áp; lựa chọn các thiết bị cung cấp điện hạ áp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 46

CHƯƠNG 5: TRẠM BIẾN ÁP TRUNG / HẠ ÁP

5.1 Khái niệm chung

Máy biến áp dùng để biến đổi điện áp từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện

5.2 Phân loại trạm biến áp trung/hạ áp

a Theo nhiệm vụ, người ta phân ra thành hai loại trạm biến áp:

 Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: Trạm này nhận điện từ hệ thống 35220kV, biến thành cấp điện áp 15kV,10kV, hay 6kV, cá biệt có khi xuống 0.4 kv

 Trạm bíên áp phân xưởng: Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian và biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải của các nhà máy, phân xưởng, hay các hộ tiêu thụ Phía sơ cấp thường là các cấp điện áùp: 6kV, 10kV, 15kV,… Còn phía thứ cấp thường có các cấp điện áp : 380/220V, 220/127V., hoặc 660V

b Về phương diện cấu trúc, người ta chia ra trạm trong nhà và trạm ngoài trời

 Trạm BA ngoài trời: Ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao đều đặt ở ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà hoặc trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối cho phía hạ thế Các trạm biến áp có công suất nhỏ ( 300 kVA) được đặt trên trụ, còn trạm có công suất lớn thì được đặt trên nền bê tông hoặc nền gỗ Việc xây dựng trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm chi phí so với trạm trong nhà

 Trạm BA trong nhà: Ở trạm này thì tất cả các thíêt bị điện đều được đặt trong

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 47

nhà

5.3 Chọn vị trí, số lượng và dung lượng trạm biến áp trung/hạ áp

a Chọn vị trí, cấp điện áp, sơ đồ Máy biến áp

 Chọn vị trí của trạm biến áp cần thỏa các yêu cầu sau:

 Gần tâm phụ tải

 An toàn, liên tục cung cấp điện

 Thao tác vận hành và sửa chữa dễ dàng

 Phòng việc cháy nổ, bụi bặm, khí ăn mòn

 Chi phí đầu tư nhỏ

Tuy nhiên, vị trí được chọn lựa cuối cùng còn phụ thuộc vào các điều kiện khác như: Đảm bảo không gian không cản trở đến các hoạt động khác, tính mỹ quan,v.v…

 Chọn cấp điện áp

Tùy theo cấp điện áp của trạm biến áp trung gian cung cấp cho xí nghiệp và cấp điện áp của phụ tải xí nghiệp mà ta chọn cấp điện áp cho phù hợp Thông thường cấp điện áp của trạm biến áp trung gian cung cấp là15 ,22 ,35KV.,cấp điện áp của phụ tải xí nghiệp thường 220 và 380V ,do đó khi chọn MBA thường chọn cấp điện áp 15-22-35/0,4KV

5.4 Sơ đồ nối dây trạm biến áp trung/hạ áp

Với lưới điện hạ áp cung cấp cho các xí nghiệp, hộ tiêu thụ, thườøng thì người

ta sẽ thực hiện theo hai sơ đồ nối dây chính sau:

a Sơ đồ hình tia:

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 48

Hình 5.1: Sơ đồ mạch hình tia

Sơ đồ này có ưu điểm là: độ tin cậy cao, dể thực hiện các phương án bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành,… Nhưng có nhược điểm là vốn đầu tư cao

b Sơ đồ phân nhánh:

Hình 5.2: Sơ đồ mạch phân nhánh Đối với sơ đồ này thì chi phí thấp hơn, tính linh hoạt cao hơn khi cần thay đổi quy trình công nghệ, sắp xếp lại các máy móc, nhưng có nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện không cao

Sơ đồ hình tia được sử dụng khi có các hộ tiêu thụ tập trung tại điểm phân phối Còn sơ đồ phân nhánh được dùng trong những phòng khá dài, các hộ tiêu thụ rải dọc và nằm cạnh nhau

M M

M

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 49

5.5 Kết cấu trạm biến áp trung/hạ áp.

a Sơ đồ trạm một máy biến áp: Loại trạm này thường để phục vụ cho các hộ

tiêu thụ loại II và loại III Loại trừ trường hợp cĩ thêm máy phát cục bộ hoặc cĩ đường dây dự phịng đưa điện áp hạ áp từ nơi khác đến và bố trí tự động đĩng nguồn dự

phịng thì cĩ thể phục vụ cho hộ tiêu thụ loại I với tải khơng lớn

b Sơ đồ trạm hai đường dây cung cấp hai máy biến áp Loại trạm này tương ứng với những điều kiện bảo đảm yêu cầu tốt nhất của hộ tiêu thụ loại I Trên phần điện áp phía sơ cấp thường dùng sơ đồ hình H kinh tế hơn sơ đồ cĩ thanh cái Trên phần điện

áp phía thứ cấp thường dùng sơ đồ thanh cái đơn hay kép, cĩ phân đoạn hay khơng phân đoạn tuỳ theo số lượng các khởi hành

Với trạm loại này cĩ thể áp dụng các hình thức dự phịng sau:

- Dự phịng nguội: Trong đĩ cĩ một hệ thống làm việc, một hệ thống dự phịng hồn tồn

- Dự phịng nĩng: bình thường cả hai hệ thống làm việc, khi xảy ra sự cố ở một

hệ thống thì các hệ thống cịn lại sẽ cung cấp cho phụ tải loại I và những phụ tải loại II quan trọng Việc cắt cung cấp cho các phụ tải cịn lại được thực hiện tự động hoặc do

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 50

người trực trạm

c Sơ đồ cung cấp hỗn hợp Loại trạm này tương tự như trạm 2 hệ thống, nhưng

để đảm bảo tính cung cấp điện liên tục cao trạm cịn được bố trí thêm các máy phát cục

bộ, phát điện với cấp điện áp tương ứng với điện áp phía thứ cấp của máy biến áp Loại này chỉ được sử dụng cho các xí nghiệp cĩ nhiều phụ tải loại I quan trọng, hơn nữa độ tin cậy của đường dây phía cung cấp khơng cao

d Sơ đồ trạm hai máy biến áp ba cuộn dây Sơ đồ này được sử dụng trong trường hợp phạm vi của xí nghiệp rộng, cơng suất tiêu thụ lớn do đĩ cần phải cĩ hai cấp điện áp ( trung áp và hạ áp) để cung cấp cho các phụ tải ở gần trạm và xa trạm

Việc sử dụng các trạm cĩ nhiều hơn hai máy sẽ làm sơ đồ điện phức tạp, số thiết

bị đĩng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ tăng lên nhiều, do đĩ làm tăng vốn đầu

tư cho trạm

5.6 Đo lường và kiểm tra trong trạm biến áp trung/hạ áp

5.6.1 Tính chọn dung lượng máy biến áp

Điều kiện chọn máy biến áp chọn dung lượng máy biến áp theo điều kiện:

- Đối với trạm một máy:

Sđm  Stt

- Đối với trạm nhiều máy:

nSđm  Stt

Trong đĩ: n - Số lượng máy biến áp trong trạm

 Sđm- Cơng suất định mức của máy biến áp ; KVA

 Stt - Cơng suất tính tốn của phân xưởng hoặc xí nghiệp; KVA

Ngồi ra, khi chọn máy biến áp cịn phải đảm bảo các điều kiện sau:

 Điện áp phía sơ cấp U1đm phải phù hợp với điện áp phía cao áp của lưới điện

 Điện áp phía thứ cấp U2đm phải phù hợp với điện áp của phụ tải

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 51

Ngoài cần lưu ý đến việc:

 Tiêu tốn kim loại màu ít nhất

 Các thiết bị và khí cụ phải được mua và nhập dễ dàng v.v…

Dung lượng của máy biến áp trong một xí nghiệp nên đồng nhất, ít chủng loại để giảm dung lượng và số lượng máy biến áp dự phòng

Sơ đồ nối dây của trạm nên đơn giản, chú ý đến sự phát triển của phụ tải sau này

a Đảm bảo liên tục cung cấp điện

Muốn thực hiện yêu cầu này, ta có thể dự kiến thêm một đường dây phụ nối từ thanh cái điện áp thấp của một trạm biến áp khác của xí nghiệp nếu xí nghiệp có từ hai trạm biến áp trở lên Hoặc về số lượng máy biến áp trong một trạm ta có thể bố trí thêm một máy dự trữ, trong trường hợp sự cố máy này sẽ vận hành Về phương diện công suất, trạm biến áp cung cấp điện cho các phụ tải loại I nên dùng 2 máy Khi công suất của các phụ tải loại I bé hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất mỗi một máy phải có dung lượng bằng 50% công suất cuả phân xưởng đó Khi công suất của các phụ tải loại I lớn hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì mỗi một máy biến áp phải có dung lượng bằng 100% công suất cuả phân xưởng đó Ở chế độ làm việc bình thường cả 2 máy biến áp làm việc, còn trong trường hợp sự cố một máy thì ta sẽ chuyển toàn bộ phụ tải về máy không sự cố Khi đó ta sử dụng khả năng quá tải của hoặc ta sẽ ngắt các hộ tiêu thụ không quan trọng

b Vốn đầu tư bé nhất:

Để thực hiện chỉ tiêu vốn đầu tư bé nhất thì số lượng máy biến áp đặt trong trạm

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 52

biến áp phải ít nhất Kết quả của việc giảm số lượng máy biến áp trong trạm sẽ đưa đến đơn giản hoá sơ đồ điện, tiết kiệm được thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ rơ le, đồng thời từ đó nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện Việc sử dụng hợp lý dung lượng quá tải của máy biến áp cho phép giảm được công suất đặt và

do đó thực hiện được tiết kiệm vốn đầu tư

Đối với các máy biến áp trong chế độ vận hành bình thường có thể sử dụng 3 qui tắc quá tải sau đây:

 Quá tải cho phép trên cơ sở thay đổi phụ tải hàng ngày

Khi đường cong đồ thị phụ tải hàng ngày của máy biến áp có hệ số điền kín bé hơn 100% (kđk =  100%) thì cứ mỗi sự giảm 10% của hệ số điền kín sẽ cho phép quá tải 3% so với công suất định mức của máy biến áp Qui tắc này chỉ áp dụng khi nhiệt độ không khí xung quanh không quá 300

C

; [%]

qui tắc này còn được gọi là qui tắc quá tải 3%

 Quá tải cho phép trên cơ sở non tải trong thời gian mùa hè

Nếu phụ trung bình cực đại hàng ngày trong các tháng 6,7,8 của mùa hè mà nhỏ hơn công suất định mức của máy biến áp thì khi cần thiết trong những ngày mùa đông

có thể cho phép quá tải 1% = 1% đối với mỗi phần trăm non tải của mùa hè nhưng mức quá tải tối đa không được quá 15% Qui tắc này được gọi là qui tắc quá tải 1% ;[%]

kết hợp cả 2 qui tắc, giá trị tổng  = 1%+3%không được phép vượt quá 30% đối với máy biến áp đặt ngoài trời và 20% đối với máy biến áp đặt trong nhà

 Quá tải cho phép trong trường hợp tải không đối xứng

% 3

% 1

P

P P





Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 53

Ở các xí nghiệp có các phụ tải 1 pha, máy biến áp của xí nghiệp đó có khả năng làm việc với phụ tải không cân bằng giữa các pha Trường hợp này ta không chọn dung lượng máy biến áp theo pha có phụ tải lớn nhất mà chọn theo một phụ tải tính toán nhỏ hơn nhưng vẫn đảm đảm bảo máy biến áp vận hành trong giói hạn cho phép Khi đó: Tỉ giữa dòng điện pha A có phụ tải lớn nhất cho phép và dòng điện pha định mức của máy biến áp là:

 Chi phí vận hành hàng năm bé nhất

Như ta đã biết, trong thành phần của chi phí vận hành hàng năm thì chi phí về tổn thất điện năng chiếm một vị trí rất quan trọng trong chi phí chung Tổn thất này sinh ra ở trong máy biến áp cũng như ở trên đường dây trong thời gian vận hành Tổn thất trong máy biến áp phụ thuộc vào các thông số của máy biến áp và chế độ vận hành biến áp v.v…

 Tiêu tốn kim loại màu bé nhất

Việc tiêu tốn kim loại màu trong lưới điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ liên quan trực tiếp tới vị trí đặt và công suất của trạm biến áp Khi trạm biến áp càng gần trọng tâm phụ tải của hộ tiêu thụ thì công suất đặt sẽ giảm và việc giảm công suất đặt trong trạm sẽ thực hiện tiết kiệm đáng kể kim loại màu và đồng thời cũnggiảm được tổn thất

Đối với vị trí trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

Gần tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đưa đến

Toạ độ tâm phụ tải được xác định:

;

] ) I

I ( ) I

I ( 1 [ 45 , 0 1

525 , 1

I I

2 A

C 2 A B dm

S

S x x

S

S y y

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 54

Trong đĩ:

(xi, yi)- Toạ độ của phụ tải thứ i

Si- Là cơng suất biểu kiến của phụ tải thứ i

Nếu máy biến áp đặt gần tâm phụ tải thì đường dây cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải là ngắn nhất do đĩ tổn hao năng lượng và chi phí vận hành hàng năm là thấp nhất, với ngành mỏ tâm phụ tải chỉ là để tham khảo

An tồn, liên tục cung cấp điện (trong ngành mỏ, nền mĩng phải ổn định trong suốt thời gian tuổi thọ của máy là 20 năm )

Thao tác vận hành và quản lý dễ ràng

5.6.2 Chọn máy biến áp

Căn cứ vào các điều kiện ở trên và căn cứ vào các thơng số kỹ thuật của máy biến áp ta chọn máy biến áp sao cho phù hợp Khi chọn máy biến áp cần lưu ý 2 trường hợp sau đây:

Nếu chọn máy biến áp do trong nước chế tạo thì khơng phải hiệu chỉnh lại theo nhiệt độ mơi trường

Nếu máy biến áp là nhập ngoại thì phải đưa vào biểu thức trên 1 hệ số hiệu

chỉnh theo nhiệt độ mơi trường khc Lúc đĩ, điều kiện chọn cơng suất của máy biến

áp sẽ là:

Đối với trạm một máy: Sđm Stt/ khc

Đối với trạm nhiều máy: nSđm Stt/ khc

Hệ số khc được xác định như sau:

Trong đĩ: tb- Nhiệt độ trung bình nơi đặt máy biến áp làm việc, thường lấy bằng 250C

5.7 Vận hành trạm biến áp trung/hạ áp

Thiết kế và vận hành cĩ liên quan mật thiết với nhau Người vận hành cần phải

100

5 1

khc tb 





Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 55

hiểu về sơ đồ thiết kế và cần phải chấp hành đầy đủ các quy trình dự định thiết kế để phát huy hết các ưu điểm của phương án thiết kế và tận dụng được hết khả năng của thiết bị

5.7.1 Trình tự thao tác

a Thực hiện thao tác máy cắt điện và cầu dao cách ly cần phải tôn trọng các thứ

tự sau:

 Đóng đường dây cung cấp điện:

 Đóng cầu dao cách ly thanh cái

 Đóng dao cách ly đường dây

 Đóng máy cắt điện

 Mở đường dây cung cấp điện

 Mở máy cắt điện

 Mở dao cách ly đường dây

 Mở dao cách ly thanh cái

 Đóng máy biến áp ba dây quấn

 Đóng dao cách ly thanh cái trên phần điện cao áp, phần điện áp trung và phần điện áp thấp( điện hạ áp)

 Đóng máy cắt điện ở phía cuộn dây cao, trung và hạ áp

 Mở máy biến áp ba dây quấn

 Mở máy cắt điện trên phần điện hạ áp, trung áp và cao áp

 Mở dao cách ly thanh cái trên phần điện hạ áp, trung áp và cao áp

Nếu người vận hành thực hiện thao tác sai, không đúng thứ tự nêu trên sẽ gây nên tai nạn cho người, làm hư hỏng thiết bị và sẽ làm gián đoạn việc cung cấp điện cho

hộ tiêu thụ

5.7.2 Kiểm tra

a Kiểm tra thường xuyên: Đối với trạm có công nhân trực, cứ cách nhau nửa

hay một giờ phải đi kiểm tra phụ tải của máy biến áp và đường dây Phải ghi rõ từng

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 56

phụ tải khi kiểm tra vào sổ trực

b Kiểm tra định kỳ: Đối với máy biến áp đang vận hành hay dự trữ và các thiết

bị khác trong trạm đều phải có chế độ kiểm tra định kỳ Nội dung kiểm tra tuỳ theo yêu cầu của từng thiết bị Ví dụ đối với máy biến áp, cần kiểm tra định kỳ như sau: (để phát hiện kịp thời các hư hỏng)

 Kiểm tra dầu ở ống chỉ mức dầu ở bình dầu phụ

 Kiểm tra nhiệt độ dầu trong máy biến áp theo nhiệt kế đặt ở trên máy biến áp hoặc theo các nhiệt ngẫu

 Chất lượng dầu của máy biến áp theo sự biến màu của hạt hút ẩm

 Kiểm tra xem dầu có bị gỉ chảy ở các gioăng xiết dưới đáy máy, ở chân các sứ đầu vào, đầu ra, ở các cánh làm mát

 Kiểm tra các sứ của máy biến áp, kiểm tra hiện tượng sứ bị nứt, dấu vết phóng điện trên mặt sứ

 Nên lắng nghe tiếng kêu của máy biến áp xem có bình thường không Nếu kêu khác lạ hoặc kêu to thì cần phải lưu ý

 Kiểm tra hệ thống thông gió

 Trong thời gian máy biến áp mang tải tối đa phải kiểm tra cửa ra vào, kiểm tra khoá, kiểm tra mái có bị dột không, tình trạng thông gió của máy

c Kiểm nghiệm: Đối với máy biến áp, máy cắt dầu các cáp điện phải có chế độ

kiểm nghiệm định kỳ cách điện

Các mạch và các thiết bị đo lường, bảo vệ, tín hiệu điều khiển và tự động của mạng lưới điện phải do phòng thí nghiệm hoặc đội thí nghiệm quản lý và phải kiểm nghiệm định kỳ cũng như đột xuất



Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 57

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1 – Phân biệt các loại trạm điện trong xí nghiệp ? Các yêu cầu đối với vị trí trạm điện và phân tích các yêu cầu đĩ ?

2 – Sơ đồ nối dây của trạm cần phải thoả mãn các yêu cầu nào ? Tại sao ? Cho ví

dụ về sơ đồ nối dây của trạm ?

3 – Phương pháp tính chọn dung lượng máy biến áp ? Số lượng và cơng suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật nào ? Phân tích các tiêu chuẩn đĩ ?

4 – Việc thực hiện thao tác máy cắt điện và cầu dao cách ly phải tơn trọng trình

tự thao tác như thế nào ? Tại sao ?

5 – Hãy trình bày trình tự thao tác để đưa máy cắt điện của đường dây ra khỏi lưới điện để sửa chữa trình tự thao tác đưa đường dây 6 kv vào làm việc sau khi sữa chữa ?

6 – Hãy trình bày nội dung các bước kiểm tra thường xuyên và định kỳ trạm biến áp trong quá trình vận hành ?

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 58

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN ĐIỆN

6.1 Khái niệm chung

Tổn thất cơng suất trên đường dây:

dd dd

2 2

).

( ).

(

dm dd

dm

dd dd

U

X Q P j U

R Q P



Tổn thất cơng suất trong máy biến áp

)(

Q P

1000

100

%

dm

d tt d tt

U

X Q R P

1000

100

%

dm

MBA tt MBA tt

U

X Q R

6.2 Tổn thất cơng suất trong mạng điện

Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ thì mỗi phần tử của mạng

điện do cĩ tổng trở đều gây nên tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp

Tổn thất cơng suất gây ra tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém

Tổn thất điện áp tạo nên điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng đến chất lượng điện

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 59

6.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây

a Tổn thất công suất trên đường dây có một phụ tải tập trung

Hình 6.1: đường dây có một phụ tải tập trung

Giả sử có một đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho một phụ tải tập trung có công suất (P,Q) và hệ số công suất cos

Như ta đã biết: Khi có dòng điện 3 pha chạy qua dây dẫn có tổng trở Z = R+j X thì tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng là:

Q- Tổn thất công suất phản kháng, [MVAR];

S - Công suất biểu kiến truyền tải trên đường dây, [MVA];

U- Điện áp định mức của lưới điện,[KV];

R, X- Tương ứng là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây,[];

b Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều

R U

Q P R U

S

2

2 2 2

X U

Q P X U

S

2

2 2 2

P,Q,cos 

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 60

Hình 6.2: đường dây có phụ tải phân bố đều

Nếu đường phân phối có phụ tải phân bố đều như đường dây chiếu sáng ngoài đường chẳng hạn thì để tính tổn thất, ta xét một vi phân phân tố chiều dài dây dẫn dl (như hình vẽ ) cách điểm cuối của đường dây là l thì tổn hao công suất trên nó là dP được xác định theo công thức:

dP = 3.(I0l)2dr = 3 (I0l)2 r0dl;

với: I0 = I/L thì

P = 3 = I r0 L3; hay P =(I0 )2.r0 L = I2.R

Rõ ràng tổn thất trên đường dây có phụ tải phân bố đều, bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có phụ tải tập trung nhưng đặt ở cuối đường dây

6.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp (chủ yếu khảo sát trong máy biến áp hai

cuộn dây)

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất trong lõi thép hay tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn hao đồng)

Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng tổn thất không tải

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 61

Tổn thất công suất trong máy biến áp khi mang tải là định mức:

 Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi tải là định mức:

Pcd đm= Pk;

 Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây khi tải là định mức:

Qcd đm= Qk= ; Trong đó:

Upk%- Thành phần điện áp phản kháng của điện áp ngắn mạch, %

Đối với máy biến áp có công suất Sđm  1000 KVA do xba  rba thì tổn thất công suất phản kháng định mức trong dây quấn máy biến áp được xác định:

Qcd đm= ;

Vì khi máy biến áp làm việc thì phụ tải của máy biến áp (Spt) thường khác với dung lượng định mức của máy biến áp, nên khi xác định tổn thất trong máy biến áp cần chu ý đến hệ số mang tải:

kmt= Spt/ Sđm = Ipt/ Iđm; Khi đó tổn thất trong các cuộn dây là:

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 62

ST = ( P0 + Pk)+j ( + );

Vậy: ST = PT+j QT;

với : PT = P0 + Pk;

QT = Q0 + Qk;

6.3 Tổn thất điện năng trong mang điện (đường dây và máy biến áp)

6.3.1 Xác định thời gian sử dụng công suất lớn nhất T max và thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất

Điện năng tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải và thời gian vận hành Song trong quá trình vận hành, phụ tải luôn biến đổi, vì vậy để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta giả thiết phụ tải luôn không thay đổi và bằng phụ tải lớn nhất Do vậy thời gian dùng điện lúc này là thời gian tuơng đương về phưong diện tiêu thụ điện năng

Với giả thiết như trên thì thời gian dùng điện ở phụ tải lớn nhất này (thường lấy bằng phụ tải tính toán ) đựơc gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, ký hiệu là

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 63

Hình 6.3: Đường cong phụ tải

Imax.Tmax=  Tmax= ;

Vậy: Nếu ta giả thiết rằng ta luôn sử dụng phụ tải lớn nhất và không đổi thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ tải đó tiêu thụ một lượng điện năng bằng lượng điện năng do phụ tải thực tế ( biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc được gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất

 Đối với xí nghiệp làm việc một ca: Tmax= 1500  2000 h

 Đối với xí nghiệp làm việc hai ca: Tmax= 3000  4500 h

 Đối với xí nghiệp làm việc ba ca: Tmax= 5000  7000 h

Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất là thời gian nếu trong đó mạng điện mang tải lớn nhất sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên mạng điện trong một năm

0

dt t I

 max

h 8760 t

0 I

dt t I

h 8760 t

0 2

I

dt t I

.

 

h 8760 t

dt t I I

h 8760 t

0 2

tbbp 





Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 64

6.3.2 Tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp

a Tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên đường dây đựơc xác định như sau:

Add= Pdd , [kW.h];

Trong đó:

 Pdd- Là tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây với phụ tải tính toán

 - Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất

Tổn thất điện năng trong máy biến áp:

Đối với trạm biến áp có một máy biến áp thì tổn thất điện năng được xác định

t I

Imax2   tbbp2 .

8760 I t I

cos  = 0,8 cos  = 0,7

1

2

3

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 65

theo công thức:

AT = P0.t + Pk( )2 , [kw.h];

nếu máy biến áp làm việc liên tục trong một năm t =8760h;

Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song thì tổn thất điện áp đựợc tính theo công thức:

AT = n.P0.t + Pk( )2 , [kW.h];

với t- Thời gian vận hành thực tế của máy biến áp, h;

Nếu bình thường máy biến áp luôn đóng vào mạng thì t = 8760 h

Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi số lượng máy biến áp tuỳ theo mức phụ tải (như hình vẽ) lúc ấy tổn thất diện năng của trạm trong một năm được xác định:

AT = P0 + Pk .( )2.ti , [kW.h];

ở đây: Số máy biến áp làm việc trong thời gian ti

Hình 6.5: Đồ thị phụ tải làm việc cua máy biến áp

6.4 Tổn thất điện áp trong mạng điện

i t n

1

.

i m

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 66

6.4.1 Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có một phụ tải tập trung

Giả thiết mạng điện làm việc ở chế độ đối xứng, do đó ta có thể tách một pha

ra để nghiên cứu Trên hình vẽ biểu diễn một đường dây có tổng trở Z = R+j X[] và một phụ tải tập trung đặt ở cuối đường dây S = P+j Q[KVA], và đồ thị véc tơ điện áp của đường dây nêu trên

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 67

ở đầu và cuối đường dây, tức là:

; đoạn ad là hình chiếu của véc tơ tổn thất điện áp tổng trên trục của U 2được gọi là thành phần tổn thất điện áp dọc trục Đối với lưới điện công nghiệp khi điện áp chỉ đến

35 kV thì góc  giữa U 1và U 2 rất bé Do vậy tổn thất điện áp tổng có thể lấy gần đúng bằng thành phần tổn thất điện áp dọc trục này để tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Như vậy, một cách gần đúng về giá trị ta có:

U= ad = af+fd và 12=  (vì  rất bé )

ở đây: af = I.R.cos ; fd = I.X.sin

Vậy tổn thất điện áp dây sẽ là:

U= U= ( I.R.cos + I.X.sin ), V hay

 R,X- Là điện trở và điện kháng của đường dây []

 Uđm- Điện áp định mức của lưới điện[kV];

Yêu cầu: Phải đảm bảo đường dây làm việc bình thường, tức là:

2 P 1

X Q R

1000

100

2

dm

U

X Q R

P 

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 68

U%  Ucp%, đối với điện áp cao hơn 35 kV, ta phải xét đến thành phần tổn thất điện áp ngang trục:

P 

U j U U

2

2

2 2

2 1

U

R Q X P U

X Q R P U

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 69

U= I2.r2.cos2 + I2.x2.sin2 + I1.r1.cos1 + I1.x1.sin1, V;

Vì vậy, đối với đường dây có nhiều phụ tải tập trung i1, i2, ,in thì ta sẽ có tổn thất điện áp trên toàn bộ đường dây của lưới là:

U= U= ( Ii.ri.cosi + Ii.xi.sini ),V;

hay: U = ,V

Để so sánh, ta thường tính theo phần trăm so với định mức, do vậy:

trong đó:

 Pi , Qi- Công suất chạy trên đoạn thứ i [kW, kVAR];

 ri, xi - Điện trở và điện kháng của đoạn dây thứ i []

 Uđm- Điện áp dây định mức của lưới điện[kV];

Nếu tính tổn thất điện áp không xuất từ dòng điện chạy trên đường dây (I1, I2, ,

In) mà theo dòng điện phụ tải: i1, i2, , in thì ta sẽ được:

i i i i dm

x Q r P U

1 i

i i i i 2

dm

x Q r P U

1000 100

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 70

U= ( ii.Ri.cosi + ii.Xi.sini ),V Nếu tính theo phần trăm so với định mức, ta được:

trong đó:

 pi , qi- Công suất của phụ tải tại điểm đấu thứ i[kW, kVAR];

 Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đường dây kể từ đầu nguồn đến điểm thứ i []

 Uđm- Điện áp dây định mức của lưới điện[kV];

6.4.3 Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải phân bố đều

a Trong thực tế ta có thể gặp một số đường dây có phụ tải phân bố đều (như hình vẽ)i

Hình 6.10: Phụ tải phân bố đều

Ở đó p0 là công suất trên một đơn vị chiều dài Tại một tiết diện cách đầu cuối của đường dây là l sẽ có một lượng công suất p0.l đi qua Giả thiết đường dây có r0, thì

vi phân chiều dài dl sẽ có một điện trở là r0.dl

Tổn thất điện áp trên một đoạn vi phân chiều dl sẽ là:

1 i

i i i i 2

dm

X q R p U

1000 100

dm

0 0 U

dl r p U

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 71

;

Tương tự khi phụ tải là q0 ta sẽ có: Do vậy, với phụ tải S0 phân bố đều (S0=S/L) thì tổn thất điện áp trên đường dây là:

;

Từ đây ta có nhận xét là: Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều

sẽ bằng một nửa tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung ở cuối đường dây b- Nếu trên đường dây chỉ có những đoạn mà phụ tải phân bố đều (như hình vẽ)

Hình 6.10: Phụ tải có những đoạn phân bố đều

Khi đó, ta có thể coi các phụ tải phân bố đều tương đương với một phụ tải tập trung đặt tại điểm giữa các đoạn có phụ tải phân bố đều và có trị số bằng tổng các phụ tải tập trung

6.3.4 Tổn thất điện áp trong máy biến áp

Tương tự như trường hợp tính tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung, tổn thất điện áp trong máy biến áp là:

dm dm

0 0 L

0

L

0 dm

0 0

U 2

R P U

2

L r L p dl U

p r U d

dm U 2

X Q

U 



dm U 2

X Q R P

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 72

Trong đĩ: - P, Q - Cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng do máy biến áp truyền tải [kW, kVAR];

R, X - Là điện trở và điện kháng của máy biến áp [];

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1- Hãy xác định tổn thất cơng suất và tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp trong trường hợp đường dây cĩ phụ tải phân đều và phụ tải đặt tập trung ở cuối đường dây?

2- Phương pháp tính tổn thất điện áp trên đường dây cĩ phụ tải tập trung đặt ở cuối đường dây và phụ tải đặt tập trung ở từng đoạn của đường dây?

3- Tính tốn tổn thất điện áp trên đường dây cĩ phụ tải phân bố đều?

4- Trình bày phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện dịng nung nĩng cho phép và tổn hao điện áp cho phép? Tại sao khi tính chọn dây dẫn theo điều kiện dịng điện nung nĩng cho phép lại phải kiểm tra lại theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép và ngược lại?

5- Đường dây liên thơng 10 kV cấp điện cho 3 phụ tải, tồn đường dây dùng AC- 70, các số liệu cho trên hình vẽ sau, yêu cầu:

1- Kiểm tra tổn thất điện áp trong mạng

2- Cho biết U2 = 10,18 kV, hãy xác định trị số điện áp UA; U1; U3

6- Đường dây phân nhánh cấp điện cho 4 phụ tải, tồn bộ dùng dây AC- 50, cĩ

1000

100 U

X Q R P 2 dm

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 73

các số liệu trên hình vẽ sau, yêu cầu:

1- Kiểm tra tổn hao điện áp trong mạng?

2- Biết U3 = 9,85kV, yêu cầu xác định U1; U2; U4?

7- Yêu cầu xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng 1 năm trên ĐDK- 10kV cấp điện cho hai phụ tải như hình vẽ Biết c = 103(đ/kWh)

8- Yêu cầu xác định giá tiền tổn thất điện năng một năm trên ĐDK- 22kV cấp điện cho 3 xí nghiệp như hình vẽ sau Biết c = 800đ/kWh

1500 kVA 50,6

0 2ac-50, 3km

a

3

2ac-50, 6km

2 a -5 0,

0, 5

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 74

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 75

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

7.1 Khái niệm chung:

7.1.1 Khái niệm về ngắn mạch:

Ngắn mạch là hiện tượng

mạch điện bị chập lại ở một điểm

nào đó làm cho tổng trở mạch nhỏ

đi, dòng điện trong mạch sẽ tăng

cao đột ngột và điện áp giảm

xuống Việc dòng điện tăng cao

quá mức sẽ gây các hậu quả

7.1.2 Mục đích và yêu cầu của tính toán ngắn mạch:

Khi thiết kế và vận hành các hệ thống điện, nhằm giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật yêu cầu tiến hành hàng loạt các tính toán sơ bộ, trong đó có tính toán ngắn mạch

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 76

Tính toán ngắn mạch thường là những tính toán dòng, áp lúc xảy ra ngắn mạch tại một số điểm hay một số nhánh của sơ đồ đang xét Tùy thuộc mục đích tính toán mà các đại lượng trên có thể được tính ở một thời điểm nào đó hay diễn biến của chúng trong suốt cả quá trình quá độ Những tính toán như vậy cần thiết để giải quyết các vấn

đề sau:

 So sánh, đánh giá, chọn lựa sơ đồ nối điện

 Chọn các khí cụ, dây dẫn, thiết bị điện

 Thiết kế và chỉnh định các loại bảo vệ

 Nghiên cứu phụ tải, phân tích sự cố, xác định phân bố dòng

Trong hệ thống điện phức tạp, việc tính toán ngắn mạch một cách chính xác rất khó khăn Do vậy tùy thuộc yêu cầu tính toán mà trong thực tế thường dùng các phương pháp thực nghiệm, gần đúng với các điều kiện đầu khác nhau để tính toán ngắn mạch

Chẳng hạn để tính chọn máy cắt điện, theo điều kiện làm việc của nó khi ngắn mạch cần phải xác định dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có Muốn vậy, người ta giả thiết rằng ngắn mạch xảy ra lúc hệ thống điện có số lượng máy phát làm việc nhiều nhất, dạng ngắn mạch gây nên dòng lớn nhất, ngắn mạch là trực tiếp, ngắn mạch xảy ra ngay tại đầu cực máy cắt… Để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc chọn lựa và chỉnh định thiết bị bảo vệ rơle thường phải tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất, lúc ấy tất nhiên cần phải sử dụng những điều kiện tính toán hoàn toàn khác với những điều kiện nêu trên

7.2 Các dạng ngắn mạch chính

Có nhiều dạng ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất, ngắn mạch 1 pha chạm đất…trong đó ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 77

Thông tường các dạng ngắn mạch phải được cô lập khỏi hệ thống Riêng trong lưới trung áp 35, 10, 6kV là lưới có trung tính cách điện thì dòng ngắn mạch 1 pha nhỏ

và người ta cho phép tiếp tục vận hành 2 giờ kể từ khi ngắn mạch, nếu sau 2 giờ nếu không phát hiện và khắc phục được sự cố thì mới cắt điện Sự cố này được phát hiện nhờ máy biến áp ba pha tam giác hở

7.3 Các giả thuyết cơ bản

 Trong quá trình ngắn mạch sức điện động của các máy phát điện coi như trùng nhau nghĩa là không xét tới dao động công suất của các máy phát điện

 Không xét tới sự bão hoà của các mạch từ, nghĩa coi mạch là tuyến tính và có thể sử dụng được nguyên lý xếp chồng

 Bỏ qua dòng từ hoá của máy biến áp

 Coi hệ thống 3 pha là đối xứng

 Bỏ qua tất cả các thành phần điện dung của hệ thống khi tính ngắn mạch trừ hệ thống siêu cao áp

 Chỉ xét tới điện trở tác dụng nếu R  3

1

X, trong đó R và X là điện trở và điện kháng đẳng trị từ nguồn đến điểm ngắn mạch

 Phụ tải xét gần đúng và được thay thế bằng tổng trở cố định tập trung tại một điểm nút chung

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 78

 Sức điện động của tất cả các nguồn ở xa điểm ngắn mạch coi như không đổi

m S

.10 ,

- P k tổn thất ngắn mạch của máy biến áp (W)

- U dm, S dm : điện áp và công suất định mức máy biến áp (kV, kVA)

- U x%thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch, tính theo

Điện trở và điện kháng đường dây hạ áp:

Đối với đường dây hạ áp, một cách gần đúng có thể lấy xo= 0,3[Ω/km] cho đường dây trên không và xo= 0,07[Ω/km] cho cáp

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû 79

Điện trở r0 .1,[ /km]

F



Điện trở và điện kháng các thành phần khác: như cuộn dòng điện của áp-tô-mát,

cuộn sơ cấp của máy biến dòng, điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm…có thể tra ở các cẩm nang

7.5 Phương pháp trở kháng tính toán dòng ngắn mạch

7.5.1 Tính toán ngắn mạch ngắn mạch 3 pha trong mạng điện hạ áp

Tính toán ngắn mạch trong mạng điện áp thấp đến 1000v thường là để lựa chọn các khí cụ điện và các bộ phận có dòng điện đi qua Do vậy ta cần phải xác định trị số lớn nhất có thể có của dòng điện ngắn mạch Đối với mạng điện điện áp thấp đến 1000v không thể bỏ qua điện trở tác dụng được vì nếu bỏ qua thì sẽ gặp sai số lớn Trong trường hợp này ta phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạch ngắn như: Điện trở của máy biến áp, dây dẫn, thanh dẫn, cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng, cuộn dòng điện của áptômát và điện trở tiếp xúc tại các tiếp điểm v.v…

Tổng trở của máy biến áp và các thành phần nối vào thứ cấp máy biến áp thường tương đối lớn nên lúc xảy ra ngắn mạch trong mạng hạ áp, điện áp bên sơ cấp của MBA giảm đi rất ít Vì vậy ta giả thiết điện áp bên sơ cấp là không đổi và bỏ qua điện trở hồ quang để dòng ngắn mạch cực đại Để tính toán ngắn mạch trong mạng hạ áp

tb S

U I

3

U

 ; []

Trong đó:

 Utb- Điện áp định mức trung bình của mạng hạ áp;

 Scđm, Icđm - Công suất cắt và dòng cắt định mức của máy cắt điện đặt ở phía cao áp máy biến áp ;[kvA, kA]

(Nếu không có số liệu thì có thể bỏ qua xht )