Giáo trình Cung cấp điện: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Cung cấp điện giới thiệu những kiến thức cơ bản về hệ thống cung cấp điện, phụ tải điện, trạm biến áp xí nghiệp và các phương pháp tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện cao và hạ áp. Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH

GIÁO TRÌNH

CUNG CẤP ĐIỆN

DÙNG CHO BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ)

QUẢNG NINH - 2020

1

LỜI MỞ ĐẦU

Giáo trình “Cung cấp điện” nhằm đáp ứng cho các cử nhân cao đẳng ngành

cơ điện mỏ, được biên soạn nhằm phục vụ sự nghiệp đào tạo và cải cách giáo dục của Bộ giáo dục và Đào tạo

Giáo trình còn có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ giảng dạy, cán

bộ kỹ thuật, kỹ thuật viên công tác trong lĩnh vực Điện mỏ

Do công nghệ khai thác mỏ có những đặc thù riêng khác xa so với những công nghệ khác, vì vậy đòi hỏi hệ thống cung cấp điện có những đặc điểm và yêu cầu đặc biệt để đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và vận hành an toàn thiết bị điện

mỏ

Để đáp ứng yêu cầu đó, giáo trình đã giới thiệu một cách có hệ thống các kiến thức cơ bản, thể hiện tương đối đầy đủ nội dung phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu của sinh viên

Giáo trình gồm hai phần:

Phần I: Trạm điện xí nghiệp

Trong phần này, giới thiệu những kiến thức cơ bản về hệ thống cung cấp điện, phụ tải điện, trạm biến áp xí nghiệp và các phương pháp tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện cao và hạ áp

Phần II: Mạng điện xí nghiệp

Trong phần này, giới thiệu những kiến thức cơ bản về mạng điện, nguyên tắc lựa chọn thiết bị và kỹ thuật bảo vệ rơ le trong hệ thống cung cấp điện, kỹ thuật chiếu sáng trong mỏ, phương pháp và đặc điểm cung cấp điện cho tàu điện cần vẹt

và ắc quy, cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp

Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã cố gắng bám sát đề cương chương trình môn học đã được phê duyệt của Bộ giáo dục và Đào tạo, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học này trong nhiều năm, đồng thời có chú ý đến đặc thù đào tạo các ngành của trường

Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn rằng cuốn sách còn nhiều thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý xây dựng

2

Phần I TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương I HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

I.1 Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện xí nghiệp

Hệ thống cung điện xí nghiệp đảm nhiệm việc cung cấp điện năng một cách tin

cậy, kinh tế và với chất lượng điện cho phép, tới các hộ dùng điện trong công nghiệp

Những hộ dùng điện này bao gồm chủ là các động cơ truyền động điện, các loại các lò điện, các thiết bị điện phân, hàn điện, thiết bị chiếu sáng v.v …

Hệ thống cung điện xí nghiệp là một bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm trong hệ thống năng lượng chung, phát triển trong qui luật của nền kinh tế quốc dân

Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển, hệ thống cung cấp điện cũng ngày càng phức tạp, bao gồm các lưới điện:

- Cực cao áp có cấp điện áp: U>800kV

- Siêu cao áp có cấp điện áp : 330 kV< U< 800 kV

- Cao áp có cấp điện áp : 66 kV< U< 220 kV

- Trung áp có cấp điện áp : 1 kV<U<66 kV

- Hạ áp có cấp điện áp : U 1kV

Một trong các đặc trưng của xí nghiệp hiện đại là mức độ sử dụng quá trình công nghệ ngày càng tăng và hầu hết các xí nghiệp lớn đều nhận điện từ hệ thống điện khu vực hoặc quốc gia Việc cung điện theo phương án này có rất nhiều ưu điểm như các nhà máy điện được xây dựng tập trung với công suất lớn tại các nguồn nguyên liệu nên giảm được giá thành điện năng, đồng thời việc phân phối điện hợp lý giữa các nhà máy sẽ nâng cao được độ tin cậy cung điện và giảm được

3

- Phương pháp xác định phụ tải điện xí nghiệp, cấp điện áp và công suất của các trạm biến áp

- Tính toán bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số cos…

Mục tiêu chính của thiết kế hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ

đủ điện năng với chất lượng điện nằm trong phạm vi cho phép

Một phương án cung cấp điện điện được xem là hợp lý khi thoả mãn các yêu cầu sau:

- Vốn đầu tư nhỏ

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tuỳ theo tính chất của hộ tiêu thụ

- Đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị

- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa

- Đảm bảo chất lượng điện năng chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động điện áp bé nhất và nằm trong phạm vi cho phép so với định mức

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc và kết hợp hài hoà tuỳ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể

Ngoài ra, khi thiết kế cung cấp điện cũng phải chú ý đến những yêu cầu khác như: Khả năng mở rộng phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây dựng v.v …

I.2 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ

Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác

mỏ có những đặc điểm riêng, do điều kiện môi trường và quá trình công nghệ quyết định

Những đặc điểm đó bao gồm:

- Đa số các máy móc trong quá trình làm việc phải di chuyển thường xuyên hoặc định kỳ theo tiến độ của gương khai thác Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải có khả năng nối vào mạng điện hoặc cắt ra khỏi mạng điện một cách nhanh chóng và dễ dàng Việc cung cấp điện nhờ hệ thống cáp mềm và các ổ cắm điện

- Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn nhất là trong các mỏ hàm lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu không khí mỏ khi sự cố khí hậu thời tiết khắc nghiệt Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị phải có tính chống

ẩm, chống rỉ cao, cách điện của thiết bị và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân gây ra cháy nổ môi trường mỏ

- Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hàm lò Vì vậy các thiết bị điện cần phải chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt

- Phạm vi hoạt động của công trường lộ thiên rất rộng Các máy móc di động

có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, vì vậy hệ thống dây dẫn và phân phối điện rất phức tạp, trên các tầng công tác vừa phải sử dụng cả điện cao áp lẫn điện hạ áp Chính vì những đặc điểm trên việc cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- An toàn: Dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũng như lúc có sự cố không bị nung nóng quá mức để có thể gây hoả hoạn, nổ bầu không khí mỏ và làm già hoá nhanh chóng cách điện của cáp điện

- Hợp lý về kỹ thuật: Dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện

áp cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như sự cố

- Kinh tế: Cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế đòi hỏi thoả mãn các yêu cầu về an toàn và kỹ thuật

- Độ bền cơ học: Tác dụng của ngoại lực không được gây ra ứng suất nguy hiểm trong vật liệu làm dây dẫn

I.3 Phân loại hộ dùng điện

I.3.1 Phân loại hộ dùng điện

Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện Tuỳ theo yêu cầu mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân làm 3 loại sau:

a Hộ tiêu thụ loại 1:

Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phòng của quốc gia v.v

Các hộ dùng điện loại I bao gồm:

+ Đối với các xí nghiệp công nghiệp:

Nhà máy hoá chất, văn phòng chính phủ, phòng mổ bệnh viện, lò luyện thép v.v + Đối với các xí nghiệp mỏ:

- Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó

- Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ trong các mỏ có khí nổ loại 3 và siêu hạng, quạt thông gió cục bộ cho các gương lò cụt

- Trạm thoát nước chính và cục bộ

5

- Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộ được truyền động bằng khí ép

- Bơm cứu hoả và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than

- Trục tải trở người và các bị phục vụ cho nó

Các phụ tải loại một kể trên phải được cung cấp từ hai nguồn độc lập và có trang bị hệ thống tự động đóng nguồn dự phòng vào làm việc

b Hộ tiêu thụ loại 2:

Là hộ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng các bộ phận các máy móc thiết bị, gây phế phẩm, sản xuất bị ngừng trị, công nhân phải nghỉ việc

Các hộ dùng điện loại 2 bao gồm :

* Đối với các xí nghiệp công nghiệp:

Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu

* Đối với xí nghiệp mỏ:

- Các thiết bị trên mặt mỏ: Trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vận chuyển, các thiết bị ở xưởng tuyển khoáng

- Trong hầm lò các phụ tải loại 2 là tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất

Đối với các hộ loại 2 cho phép ngừng cung điện trong thời gian đóng nguồn

dự phòng vào làm việc bằng tay Việc cung cấp cho các phụ tải loại 2 được phép bằng một đường dây trên không, nếu là đường cáp 6 kV thì ít nhất phải có 2 đường

c Hộ tiêu thụ loại 3:

Là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sản xuất của xí nghiệp, phụ tải loại 3 bao gồm: Tất cả các máy móc phụ trợ, phân xưởng cơ điện, nhà kho, khu dân cư v.v…

Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian tương đối dài để sửa chữa và khắc phục sự cố, nhưng không quá 1 ngày đêm

Với các phụ tải loại này không cần có nguồn dự phòng

I.4 Sơ đồ cung cấp điện

Để truyền tải điện năng từ nguồn cung cấp đến phụ tải có thể được thực hiện theo các sơ đồ sau đây:

- Sơ đồ hướng kính với phụ tải được cung cấp từ một phía (hình I-1), ưu điểm của sơ đồ là dễ phát hiện chỗ bị hư hỏng, dễ dàng thực hiện các hình thức bảo

vệ Nhược điểm của sơ đồ là độ tin cây cung cấp điện thấp, vì thế sơ đồ được sử dụng để cung cấp điện cho phụ tải loại II và loại III (hình I-1.a) Để cung cấp cho phụ tải loại I cần phải bố trí đường dây dự phòng (hình I-1.b) Loại sơ đồ (hình I-1)

Hỡnh I-1: Sơ đồ cung cấp Hỡnh I-2: Sơ đồ mạch chớnh cú một đầu cung cấp

ướng kớnh a, đơn;b, kộp a,đơn;b, kộp; c,đơn thụng qua; d,kộp thụng qua

b: vòng thông qua đơn

b: Hệ thốnga: Hệ thống

b: Hệ thốnga: Hệ thống

Hỡnh I – 4: Sơ đồ mạch chớnh được cung cấp từ hai đầu:

a: Kộp rẽ nhỏnh sõu

b: Kộp thụng qua

7

Sơ đồ mạch chính (hình I-2) thường được sử dụng để cung cấp cho các phụ tải nằm trên một hướng so với nguồn Trong trường hợp các phụ tải ở gần mạch chính nên sở dụng sơ đồ thông qua (hình I-2.c,d) còn ở xa so với mạch chính thì sử dụng sơ đồ rẽ nhánh sâu ( hình I-2.a,b) Ưu nhược điểm của sơ đồ này cũng tương

tự như sơ đồ (hình I-2) Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cần sử dụng biện pháp tự động đóng lặp lại sau khi cắt do sự cố và tự động đóng nguồn dự phòng

Sơ đồ mạch vòng (hình I-3) Trong sơ đồ này mỗi phụ tải được cung cấp từ hai phía Sơ đồ rẽ nhánh sâu (hình I-3) có độ tin cậy cung cấp điện thấp, do đó chỉ được cung cấp cho các phụ tải loại I và loại II Nhược điểm của sơ đồ mạch vòng là việc phát hiện chỗ sự cố phức tạp do đó hệ thống bảo vệ phức tạp

Sơ đồ cung cấp điện cho các xí nghiệp có công suất tiêu thụ lớn nên truyền tải đến trạm áp chính điện năng với cấp điện áp cao áp (đến 220kV) Việc phân phối điện trong nội bộ xí nghiệp cũng được thực hiện theo các sơ đồ trên đây

I.5 Các yêu cầu đối với việc lựa chọn phương án cung cấp điện

Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm: Chọn điện áp, nguồn điện,

sơ đồ nối dây, phương thức vận hành

Phương án được chọn là hợp lý nếu thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện năng, tính cung cấp điện liên tục, tính an toàn và kinh tế, cũng như phải xét đến khả năng phát triển của xí nghiệp

I.5.1 Đảm bảo chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng được đánh giá theo các chỉ tiêu chủ yếu là tần số và điện áp Các thông số này phải nằm trong phạm vi cho phép

a.Tần số: Được đánh giá theo hai chỉ tiêu sau:

Độ lệch tần số là hiệu số trung bình trong khoảng thời gian 10 phút giữa giá trị thực tế của tần số cơ bản với giá trị định mức Độ lệch cho phép bằng ± 0,1Hz (f=50 ± 0,1Hz)

Dao động tần số là hiệu giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số cơ bản trong quá trình tần số thay đổi đủ nhanh với tốc độ thay đổi không bé hơn 0,2Hz/sec Dao động tần số không được vượt quá 0,2Hz lên trên độ lệch cho phép 0,1Hz

b Điện áp: Được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

Độ lệch điện áp là hiệu số giữa điện áp định mức Udm với điện áp thực tế Uttthường được tính trong hệ đơn vị tương đối:

8

100 %

U

U U

% U

Dao động điện áp Ut là hiệu giữa điện áp lớn nhất Umax và điện áp nhỏ nhất

Umin trong quá trình điện áp thay đổi đủ nhanh với tốc độ không nhỏ hơn 1%/sec:

100 ,%

U

U U

U

dm

min max

t



 (I-2)

Dao động điện áp cho phép được quy định cho từng loại phụ tải

Tính không đối xứng của điện áp được đặc trưng bằng giá trị điện áp thứ tự ngược tần số cơ bản U– tính bằng % so với điện áp định mức:

U–= ,%

3

fC fB

fA ïd

aU U

a U

U   (I-3)

Với Ufd- điện áp pha định mức;

UfA, UfB, UfC- giá trị điện áp của các pha A, B, C;

Tính không đối xứng của điện áp phải đảm bảo U 2%

I.5.2 Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục

Tính cung cấp điện liên tục phụ thuộc vào loại hộ dùng điện Tuy nhiên trong

điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện càng cao càng tốt

1.5.3 Đảm bảo tính an toàn

Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện, lựa chọn các phần tử trong hệ thống và việc trang bị các hình thức bảo vệ thích hợp để đảm bảo an toàn cho người, môi trường và các phần tử trong hệ thống

1.5.4 Đảm bảo tính kinh tế

9

Việc tổ chức hệ thống cung cấp điện đã thoả mãn các yêu cầu kể trên, cần tính toán kinh tế để chọn phương án lợi nhất

Trong mỗi phương án các chi phí tính toán bao gồm:

a Chi phí đầu tư K gồm các chi phí để mua sắm và lắp đặt

b.Chi phí vận hành:

C=CÄA+Cnc+Cbq+Ckh+Cmd+Cphụ

(I-4)

trong đó: Chi phí tổn thất điện năng CÄA =Co  A, đồng/năm

 A- tổn thất điện năng hàng năm, kW/năm

Co- đơn giá điện năng, đồng/kW.h

Cnc- chi phí để trả lương cho cán bộ, công nhân vận hành hệ thống được thiết kế, đồng/năm

Cbq- chi phí để tu sửa, bảo quản, đồng/năm

Ckh- chi phí khấu hao để phục hồi vốn cơ bản và để đại tu, đồng/năm

Cmd- chi phí về thiệt hại do mất điện, đồng/năm

Nếu KII>KI thì CII>CI thì phương án I là có lợi

Nếu KII>KI thì CII<CI thì thời gian thu hồi chênh lệch vốn đầu tư do tiết kiệm chi phí vận hành bằng:

10

T= ,

C C

K K

II I

I II



 năm (I-5)

Khi T<Tqc thì phương án II có lợi:

Khi T>Tqc thì phương án I có lợi:

Với Tqc- thời gian quy chuẩn thu hồi vốn đầu tư, hiện tại ở Việt Nam lấy

Tqc=5năm

Khi T≈Tqc thì các phương án có thể xem như là tương đương về kinh tế, việc chọn phương án nào là dựa trên cơ sở lập luận về tính thuận lợi trong vận hành, khả năng phát triển của hệ thống…

Để so sánh nhiều phương án thường dùng phương pháp chi phí tính toán hàng năm bé nhất Chi phí tính toán hàng năm của mỗi phương án được tính bằng: Z=kqcK+C, đồng/năm (I-6)

trong đó kqc =1/Tqc

Câu hỏi và bài tập

1 - Đặc điểm cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ là gì ? Việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cần phải đảm bảo các yêu cầu nào ?

2 – Có mấy loại hộ dùng điện ? Việc phân hộ dùng điện như vậy nhằm mục đích gì ?

3 – Các yêu cầu cơ bản đối với việc lựa chọn phương án cung cấp điện ? Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý cần thoả mãn nhưỡng yêu cầu nào ? Hãy phân tích các yêu cầu đó ?

4 – Chất lượng điện năng được đánh giá qua các chỉ tiêu nào ? Các chỉ tiêu

đó là gì ?

Ví dụ xác định phụ tải điện cho một phân xưởng thì chủ yếu là dựa vào máy móc thực tế đặt trong phân xưởng đó, xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp thì phải

kể đến khả năng mỏ rộng của xí nghiệp trong tương lai gần Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn

Việc dự báo phụ tải dài hạn là một vấn đề lớn và phức tạp ở đây không trình bày, khi cần bạn đọc có thể tham khảo ở tài liệu khác

Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đi vào vận hành Phụ tải đó gọi là phụ tải tính toán Ptt Người thiết kế cần biết phụ tải tính toán để lựa chọn các thiết bị điện như: Máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ v.v…Để tính tổn thất công suất, điện áp, chọn thiết bị bù v.v…

Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống cung cấp điện

II.2 Đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị điện riêng lẻ, của phân xưởng cũng như của toàn xí nghiệp Nó là một hàm theo thời gian và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế

độ vận hành v.v…

Đường biểu diễn sự thay đổi của phụ tải tác dụng P phụ tải phản kháng Q hoặc dòng điện I theo thời gian gọi là đồ thị phụ tải tác dụng, phụ tải phản kháng và đồ thị phụ tải dòng điện

Đối với mỗi loại hộ tiêu thụ của một ngành công nghiệp đều có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình

Khi thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình, ta sẽ có căn cứ để chọn thiết bị điện và tính điện năng tiêu thụ Lúc vận hành, nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì

có thể định phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất

II.2.1 Đồ thị phụ tải hàng ngày

12

Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm 24 giờ Trong thực tế vận hành có thể dùng

dụng đo tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hay do nhân viên vận hành ghi lại sau từng

khoảng thời gian nhất định Để thuận lợi khi tính toán đồ thị phụ tải được vẽ theo

hình bậc thang như (hình I-1 a, b)

Hình II-1: Đồ thị phụ tải ngày a- Phụ tải tác dụng; b- Phụ tải phản kháng 1- Phụ tải thực tế; 2- Phụ tải ngày nghỉ II.2.2 Đồ thị phụ tải hàng tháng Là đồ thị được xây dựng theo phụ tải tải trung bình hàng tháng Nghiên cứu đồ thị phụ tải này ta có thể biết được nhịp độ làm việc của các hộ tiêu thụ và từ đấy có thể định ra lịch vận hành sửa chữa thiết bị hợp lý, đáp được yêu cầu thực tế sản xuất (hình II-2 )

Hình II-2: Đồ thị phụ tải tháng

0 1 2 3 4 5 6

P(kW)

7 8 9 10 11 12 Tháng

0 4 8 12 16 20 24h

20

40

60

80

0 4 8 12 16 20 24h

60

80

Q%

40

1 Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè

2 Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông

3 Đồ thị phụ tải năm

II.2.3 Đồ thị phụ tải năm

Là dạng đồ thị được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày của mỗi mùa mà ta có thể vẽ được đồ thị phụ tải năm (hình II-3:1,2,3) Nghiên cứu

đồ thị phụ tải hàng năm ta biết được điện tiêu thụ hàng năm và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax Những số liệu này được dùng để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện và đánh giá mức độ sử dụng điện và tiêu hao điện năng

II.3 Các tham số đặc trưng của phụ tải điện

Thiết bị dùng điện hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điiện năng như: Động cơ điện, lò điện, đèn điện v.v …

Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay xí nghiệp hoặc của khu vực

Phụ tải điện là một đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các

hộ tiêu thụ điện năng

II.3.1 Công suất định mức P đm của một thiết bị tiêu thụ điện

Là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hay công suất ghi trong lý lịch máy Đối với động cơ công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động cơ Công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt Vậy công suất đặt của động cơ là:

14

Vì đc= 0.8 0.9 khá cao nên để tính toán đơn giản cho phép lấy Pđ= Pđm

II.3.2 Công suất đặt P đ

a- Đối với thiết bị chiếu sáng công suất đặt là công suất tương ứng với số ghi trên đế hay bầu đèn

b- Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Như cần trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng, ta phải qui đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là qui đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện %= 100% Công suất qui đổi như sau:

- Đối với động cơ:

Pđ = Pđm dm (II-2)

- Đối với máy biến áp hàn :

Pđ = Sđm cosđm dm , (II-3)

trong đó:

Pđ- công suất định mức đã qui đổi về chế độ làm việc dài hạn

Pđm, Sđm, cosđm, đm- là các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy

II.3.3 Phụ tải trung bình P tb

Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một thời gian nào đó, tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán Trong thực tế phụ tải trung bình được tính theo công thức sau:

ptb= P/ t ; qtb = Q/ t (II-4)

trong đó :

P, Q - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát; ( kW.h, kVAR.h)

t - thời gian khảo sát,

phụ tải trung bình của 1 nhóm thiết bị được tính theo công thức sau:

Ptb = pi ; Qtb= qi (II-5)

Biết phụ tải trung bình có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, mức độ khai thác thiết bị Phụ tải trung bình là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng v.v…Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca làm việc, một tháng hoặc một năm

II.3.4 Phụ tải cực đại P max

Phụ tải cực đại Pmaxđược chia làm 2 nhóm:

a Phụ tải cực đại Pmax

Là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5,10 hoặc 30 ph) ứng với ca làm việc lớn nhất trong ngày Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên làm phụ tải tính toán, tính tổn thất

II.3.5 Phụ tải tính toán P tt

Phụ tải tính toán là số liệu cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải phụ tải thực tế gây

ra Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn (về mặt đốt nóng) cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành Quan hệ giữa phụ tính toán với các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau :

1 i tbi / p

t t ( P

t P

t P t P k

n 2

1 dm

n n 2

2 1 1

II.3.7 Hệ số phụ tải k pt

Hệ số phụ tải còn gọi là hệ số mang tải là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức, thường ta phải xét hệ số mang tải trong khoảng thời gian nào đó,

vì vậy:

16

kpt = Ptt / Pđm = Ptb / Pđm (II-9)

Nếu có đồ thị phụ tải như trên thì ta cũng có thể tính hệ số phụ tải theo công thức trên Hệ số phụ tải cũng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời gian đang xét

Hình II- 4: Đồ thị phụ tải tác dụng

II.3.8 Hệ số cực đại k max

Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét

kmax = Ptt / Ptb (II-10)

Hệ số cực đại thường được tính ứng với ca làm việc có phụ tảilớn nhất , nó phụ thuộc vào hệ số thiết bị hiệu quả nhq , hệ số sử dụng ksd và các yếu tố đặc trưng cho các thiết bị làm việc trong nhóm Công thức tính kmax rất phức tạp, trong thực

tế để tính kmax người ta dựa vào đường cong kmax = f( ksd, nhq) hoặc tra bảng Hệ số

kmax thường tính cho phụ tải tác dụng

II.3.9 Hệ số nhu cầu knc

Là tỉ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức:

knc = Ptt / Pđm= kmax ksd (II-11)

Cũng như hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành mà tổng kết lại

II.3.10 Hệ số thiết bị hiệu quả n hq

Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế ( gồm các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau ) công thức để tính nhq như sau:

2 dmi 2

n 1 i dmi

hq ( p ) / ( p )

n (II-12)

T

P(kW )

17

Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n 5 tính nhq theo công thức trên khá phiền phức, vì vậy trong thực tế người ta tìm nhq theo bảng hoặc theo đường cong cho trước, trình tự tính như sau:

n* = n1/ n ; P* = P1/ P (II-13)

trong đó:

n- số lượng thiết bị trong nhóm;

n1- số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị

có công suất lớn nhất;

P và P1 - tổng công suất tương ứng với n và n1 thiết bị;

Sau khi tính được n* và P* thì tra bảng hoặc đường cong để tìm *

hq

n từ đó tính nhq theo công thức:

nhq  n*hq n (II-14)

Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán

II.4 Các phương pháp tính phụ tải tính toán

Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Như công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, qui trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân v.v… Vì vậy để xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ rất khó khăn nhưng quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ giảm tuổi thọ các thiết bị, có khi dẫn tới cháy nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn

sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây lãng phí Do tính chất quan trọng như vậy nên

từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính phụ tải điện Song vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố cho nên cho đến nay chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện, thường cho kết quả không thật chính xác Ngược lại nếu

độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính lại phức tạp Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp Sau đây sẽ trình một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất

II.4.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Để tính phụ tải tính toán theo phương pháp này người ta thường tiến hành chia phụ tải thành các nhóm sau :

- Nhóm các phụ tải cùng loại

- Nhóm các phụ tải cùng dây truyền công nghệ

- Nhóm các phụ tải cùng khu vực công tác (cùng vị trí địa lý) v.v…

- Công thức tính như sau :

Ptt = knc 



n 1 i di

p (II-15)

Qtt = Ptt tg (II-16)

p (II-18)

trong đó:

Pđi, Pđmi - công suất đặt và công suất định mức của phụ tải thứ i

Ptt, Qtt, Stt- công suât tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm thiết bị; kW, kVAr, kVA;

n- số thiết bị trong nhóm;

Nếu hệ số cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ

số công suất trung bình theo công thức:

costb =

n 2

1

n n 2

2 1 1

p

p p

cos p

cos p cos p

knc = ksd kmax có nghĩa là phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm

Vì vậy, nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu không chính xác

II.4.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Công thức tính như sau:

Ptt = p0 F, (II-20)

trong đó: p0- Suất phụ tải trên 1m2diện tích sản xuất kw/m2(có thể được tra trong các sổ tay)

F- Diện tích sản xuất m2(tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất )

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều, như phân xưởng gia công cơ khí, dệt, sản xuất ôtô, vòng bi v.v…

II.4.3 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

Công thức tính:

M (II-21)

trong đó: M- Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1năm;

W0- Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm;

Tmax- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất; h

Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải

ít biến đổi: Như quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân v.v…Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác

II.4.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình (còn gọi là phương pháp thiết bị hiệu quả n hq )

Khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại:

Công thức tính:

Ptt = kmax ksd.Pđm (II-22)

trong đó: Pđm- Công suất định mức, kw

ksd- Hệ số sử dụng được tra trong các sổ tay cung cấp điện

kmax - Hệ số cực đại được tính theo đường cong kmax = f( ksd, nhq ) hoặc tra bảng

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị hiệu quả, ta đã xét đến một loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng

Khi tính phụ tải theo phương pháp này, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần đúng sau :

1- Trường hợp n3 và nhq 4 phụ tải tính toán được tính theo công thức:

Ptt = 



n 1

dmi

pt p

k (II-25)

trong đó: kpt - Là hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác thì hệ

số phụ tải có thể được lấy gần đúng như sau:

- kpt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế dộ dài hạn;

20

- kpt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại;

3- Đường cong kmax = f( ksd , nhq ) chỉ cho đến trị số nhq = 300 Nếu nhq 300 và

ksd  0.5 thì lấy hệ số cực đại kmax được ứng với nhq = 300 Còn khi nhq 300 và

5- Nếu trong mạng có các phụ tải 1 pha thì phải cố gắng phân phối đều các thiết bị

đó lên 3 pha của mạng

Câu hỏi và bài tập

1 – Phụ tải điện của xí nghiệp là gì ? Thế nào là đồ thị phụ tải điện ? Đồ thị phụ tải điện đặc trưng cho cái gì ?

2 – Có mấy loại đồ thị phụ tải điện ? Mục đích của việc xây dựng các loại đồ thị phụ tải điện để làm gì ?

3 – Các tham số đặc trưng của phụ tải điện là gì ?

4 – Phụ tải tính toán là gì ? Mục đích của việc xác đích phụ tải tính toán của

xí nghiệp ? Các phương pháp xác định phụ tải tính toán, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp đó ?

Bài tập 1: Yêu cầu xác định phụ tải điện của nhóm máy công cụ có các số liệu cho

Bài tập 2: Hãy xác định phụ tải tính toán của phân xưởng phục vụ cho công tác sửa

chữa, có các số liệu cho ở bảng sau:

Tuỳ theo nguồn cung cấp điện năng mà trạm điện của xí nghiệp có thể là:

1 Trạm phát điện cục bộ: Trạm gồm các máy phát điện để cung cấp đủ điện năng cho các phụ tải dùng điện trong xí nghiệp Trạm phát điện cục bộ chủ yếu chỉ

có ở trong các xí nghiệp không thể cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia do lý

do kinh tế quá lớn, hoặc do kỹ thuật không thể khắc phục được, ví dụ như ở các giàn khoan ngoài biển khơi

2 Trạm biến áp chính: Trạm nhận điện từ hệ thống điện có điện áp

15220kV biến đổi thành cấp điện áp 15kV, 10kV hay 6kV Cá biệt có khi xuống đến 0,4kV

3 Trạm hỗn hợp: Trạm này gồm các máy biến áp nhận điện từ hệ thống điện, đồng thời được bố trí một số máy phát cục bộ Loại trạm này thường được sử dụng trong trường hợp xí nghiệp có nhiều phụ tải loại I nhưng vì lý do kinh tế mà không đảm bảo dự phòng chắc chắn là nguồn cung cấp là hệ thống điện

Về phương diện cấu trúc thường phân ra trạm ngoài trời và trạm trong nhà Trạm ngoài trời: Loại trạm này chủ yếu áp dụng đối với trạm biến áp chính của xí nghiệp Ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao và máy biến áp đặt ở ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp đặt ở trong nhà Việc xây dựng trạm ngoài trời sẽ tiết kiệm được kinh phí xây dựng hơn so với trạm trong nhà

Trạm trong nhà: Ở trạm này, tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà

III.2 Chọn vị trí trạm

Vị trí trạm điện chính cần thoả mãn các điều kiện chủ yếu sau:

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

- An toàn, liên tục cung cấp điện;

- Thao tác vận hành và bảo quản dễ dàng;

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hành năm là bé nhất;

- Ngoài ra nếu có các yêu cầu đặc biệt như có khí ăn mòn, bụi bặm nhiều, môi trường dễ cháy…cũng cần được lưu ý

23

Hệ thống cung cấp điện trong phạm vi xí nghiệp được xem là tối ưu, nghĩa là

có chi phí tính toán hàng năm là bé nhất nếu vị trí trạm được bố trí ở tâm phụ tải Tâm phụ tải được xác định như sau:

Trên bản đồ mặt bằng của xí nghiệp, xác định hình tròn phụ tải của từng phân xưởng có tâm đặt ở vị trí đặt máy biến áp hoặc trạm phân phối của phân xưởng diện tích hình tròn ẽ.R12 với tỷ lệ xích m bằng phụ tải tính toán của phân xưởng

P1= ẽ.R12.m (III-1)

Từ đó bán kính của vòng tròn:

R1=

m ,

P1

 (III-2)

Trong đó: P1- công suất tính toán của phân xưởng, kW

m- tỷ lệ xích, kW/cm2 Trên biểu đồ mặt bằng của xí nghiệp định ra một hệ trục toạ độ xoy, do đó xác định tậm hình tròn phụ tải của phân xưởng thứ i là xi, yi

Tâm phụ tải của xí nghiệp là trọng tâm của các hình tròn phụ tải của phân xưởng và bằng:

n

1 i i0

p

x p

n

1 i i0

p

y p

y ; (III-3)

III.3 Sơ đồ nối dây của trạm

Sơ đồ nối dây của trạm phải thoả mãn điều kiện:

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

- Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và sử lý sự cố;

- An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa;

- Hợp lý về kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật;

Với xí nghiệp nhận được điện năng từ hệ thống thì trạm điện được thực hiện theo dạng sau:

- Nối đến hệ thống năng lượng bằng một hay hai tuyến đường dây với điện

áp định mức bao gồm giữa 15, 35 và 110kV

24

- Phía điện áp từ hệ thống đưa đến thường dùng sơ đồ không có thanh cái (khối đơn hay hai khối, có hay không có đường dây nối ngang qua)

- Phía điện áp thứ cấp dùng sơ đồ với thanh cái đơn hay thanh cái kép

- Số lượng máy biến áp được biến thiên giữa một và ba, và thông dụng nhất

là trạm với hai máy biến áp

- Sau đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ nối dây của các loại trạm khác nhau

1 Sơ đồ trạm một máy biến áp

( hình III-1): Loại trạm này thường để phục vụ

cho các hộ tiêu thụ loại II và loại III Loại trừ

trường hợp có thêm máy phát cục bộ hoặc có

đường dây dự phòng đưa điện áp hạ áp từ nơi khác

đến và bố trí tự động đóng nguồn dự phòng thì có

thể phục vụ cho hộ tiêu thụ loại I với tải không lớn

2 Sơ đồ trạm hai đường dây cung cấp

hai máy biến áp ( hình III-2)

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 có thanh

cái Trên phần điện áp phía thứ cấp thường

dùng sơ đồ thanh cái đơn hay kép, có phân

đoạn hay không phân đoạn tuỳ theo số lượng các khởi hành

Với trạm loại này có thể áp dụng các hình thức dự phòng sau:

- Dự phòng nguội: Trong đó có một hệ thống làm việc, một hệ thống dự phòng hoàn toàn

- Dự phòng nóng: bình thường cả hai hệ thống làm việc, khi xảy ra sự cố ở một hệ thống thì các hệ thống còn 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 còn lại được thực hiện tự động hoặc do người trực trạm

Hình III.1 Sơ đồ trạm một máy

biến áp

Hệ thống 15, (35, 220kV)

Máy cắt Cầu dao phụ tải

Máy biến

áp

Thanh cái 6 (10kV)

Tủ phân phối

hạ áp Máy cắt

26

3 Sơ đồ cung cấp hỗn hợp (hình III-3) Loại trạm này tương tự như trạm 2

hệ thống( hình III-2), nhưng để đảm bảo tính cung cấp điện liên tục cao trạm còn 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 có nhiều phụ tải loại I quan trọng, hơn nữa độ tin cậy của đường dây phía cung cấp không cao

27

4 Sơ đồ trạm hai máy biến áp ba cuộn dây (hình III- 4) Sơ đồ này được

sử dụng trong trường hợp phạm vi của xí nghiệp rộng, công suất tiêu thụ lớn do đó cần phải có 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 có nhiều hơn hai máy sẽ làm sơ đồ điện phức tạp, số thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lường và thiết bị bảo vệ tăng lên nhiều, do đó làm tăng vốn đầu tư cho trạm

III.4 Tính chọn dung lượng máy biến áp

III.4.1 Điều kiện chọn máy biến áp

HT thanh cái

dự trữ

HT thanh cái

Hình III-4 Sơ đồ điện trạm biến áp ba cuộn dây

35kV

28

Chọn dung lượng máy biến áp theo điều kiện:

- Đối với trạm một máy:

Sđm  Stt (III-4)

- Đối với trạm nhiều máy:

nSđm  Stt (III-5)

trong đó: n - Số lượng máy biến áp trong trạm

Sđm- Công suất định mức của máy biến áp ; KVA

Stt - Công suất tính toán của phân xưởng hoặc xí nghiệp; KVA

Ngoài ra, khi chọn máy biến áp còn 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

- Đúng chủng loại và phạm vi sử dụng

* Số lượng và công suất máy biến áp được xác định theo các tiêu chuẩn kinh

tế kỹ thuật sau đây:

- An toàn, liên tục cung cấp điện

- Vốn đầu tư bé nhất

- Chi phí vận hành hàng năm bé nhất

- 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

* Sau đây ta lần lượt xét các tiêu chuẩn nêu trên:

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 biến áp phải ít nhất Kết quả của việc giảm số lượng

* Đối với các máy biến áp trong chế độ vận hành bình thường có thể sử

dụng 3 qui tắc quá tải sau đây:

1 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

10

% k 100

% 3





 ; [%] (III-6)

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

2 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%

dm

max dm

%

P P

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

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:

] ) I

I ( ) I

I ( 1 [ 45 , 0 1

525 , 1

I I

2 A

C 2 A B dm

30

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…

d.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:

S

S x

S

S y

y (III-9)

trong đó:

(xi, yi)- Toạ độ của phụ tải thứ i

Si- Là công 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 đó 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 toàn, liên tục cung cấp điện (trong ngành mỏ, nền móng phải ổn định trong suốt thời gian tuổi thọ của máy là 20 năm )

- Thao tác vận hành và quản lý dễ ràng

III.4.2 Chọn máy biến áp

Căn cứ vào các điều kiện ở trên và căn cứ vào các thông 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 không phải hiệu chỉnh lại theo nhiệt độ môi trường

- Nếu máy biến áp là nhập ngoại thì phải đưa vào biểu thức trên 1 hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường khc Lúc đó, điều kiện chọn công suất của máy biến

áp sẽ là:

Đối với trạm một máy: Sđm Stt/ khc (III-10)

Đối với trạm nhiều máy: nSđm Stt/ khc (III-11)

+ 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

32

mở máy cắt điện trước đó; song vì thao tác không đúng nên đã mở dao cách ly 1 của lộ phụ tải đang mang tải L4 (hình III-5) Điều này sẽ phát sinh hồ quang tại dao cách ly

Hoặc mở không đúng dao cách ly

thanh cái 2 của lộ L4 đang có tải

thay vì cần phải mở dao cách ly

thanh cái của lộ L2 là lộ mà ở đấy

máy cắt điện đã được mở rồi

Do vậy hồ quang sẽ phát sinh tại

dao cách ly 2 và sẽ tồn tại cho đến khi

tất cả các nguồn cung cấp đang

làm việc trên thanh cái II

( như máy biến áp T2, máy phát G2

và động cơ điện M) sẽ được ngắt ra Hình III-5

Chính vì vậy nên sự hư hỏng trong

trường hợp này là khá trầm trọng

Việc thao tác không đúng như trên sẽ đưa đến hậu quả là tạo nên sự cố thanh góp có thể làm hỏng máy cắt điện đường dây L2 và L4 trong một thời gian khá dài cho đến khi khôi phục lại hoàn toàn sự làm việc của thanh góp bị sự cố

Cũng cần lưu ý thêm rằng thời gian điều chỉnh của bảo vệ bằng rơ le của lộ

L4 thì bé hơn rất nhiều so với thời gian điều chỉnh của bảo vệ của máy biến áp T2, của máy phát điện G2 Do vậy khi mở không đúng dao cách ly 1 của đường dây L4thì thời gian tồn tại của hồ quang sẽ lớn hơn trong trường hợp khi mở dao cách ly thanh cái 2 của hệ thống thanh cái II Xuất phát từ đây ta thấy rõ ràng khi cần mở

để không cung cấp điện cho lộ L4, ta phải mở máy cắt điện của lộ L4 này, sau đó

mở dao cách ly 1 của lộ L4 và cuối cùng mở dao cách ly của thanh góp 2

b Trình tự thao tác để đưa máy cắt điện của đường dây cáp 6kV (15kV) ra khỏi lưới điện để sửa chữa

Sau khi thông báo cho hộ tiêu thụ biết yêu cầu này, thì ta tiến hành trình tự thao tác như đã nêu ở phần mở đường dây cung cấp điện( mục 1), tức là:

G 1

L3

10kV

33

- Mở dao cách ly thanh cái

Cụ thể như sau:

- Yêu cầu hộ tiêu thụ cắt phụ tải tiêu thụ để sửa chữa cáp

- Kiểm tra xem phụ tải đã cắt chưa bằng cách nhìn đồng hồ Ampekế

- Cắt máy cắt điện

- Đặt một bảng con có ghi “ Không được đóng điện- đang làm việc” vào tay cầm điều khiển máy cắt điện

- Ngắt dòng điện tác động của cơ cấu tác động của máy cắt điện

- Kiểm tra không còn điện áp ở dao cách ly của lộ phụ tải và tiến hành mở dao cách ly này

- Mở dao cách ly thanh cái của hệ thống thanh cái đang làm việc và kiểm tra trạng thái mở của nó, đồng thời kiểm tra trạng thái mở của dao cách ly thanh cái của hệ thống thanh cái dự trữ (hình III-6)

- Vây rào cần thiết và treo bảng thông báo

- Kiểm tra không còn điện áp ở đầu cực của máy cắt điện và nối hai tiếp đất

di động, một ở cực của máy phát điện về phía thanh cái, một ở cực kia của máy cắt điện về phía lộ phụ tải

- Treo bảng “ Làm việc tại đây”

- Mời tổ sửa chữa đến sửa chữa máy cắt điện

HT thanh cái là m việc

HT thanh cái dự trữ

57

HT thanh cái là m việc HT thanh cái dự trữ

- Tháo bộ phận nối đất di động 8 và 9 của máy cắt điện và tháo nối đất

di động 10 của dao cách ly đường dây

- Kiểm tra trạng thái mở của của máy cắt điện ( bằng cách xem xét vị trí

hệ thống dẫn động cơ khí)

- Đóng dao cách ly của hệ thống “thanh cái đang làm việc”

- Đóng dao cách ly đường dây

- Đóng máy cắt điện

- Thông báo cho hộ tiêu thụ biết là trên đường dây lộ phụ tải đã có điện áp

d Đưa máy biến áp đang làm việc song song ra khỏi lưới điện để sửa chữa

Ví dụ: Yêu cầu thao tác để đưa máy biến áp T1 đang vận hành song song ( hình III-7)ra khỏi lưới điện để sửa chữa Ta tiến hành như sau:

- Xác định giá trị phụ tải của

máy biến áp T2 cần phải đảm nhận

sau khi đưa máy T1 ra khỏi lưới để

sửa chữa Nếu cần thiết có thể hỗ trợ

thêm bằng phương pháp tăng cường

làm mát máy biến áp T2

- Mở máy cắt điện của máy

biến áp T1 ở phần 6kV và treo bảng

“Không được đóng điện - đang làm việc”

ở ngay trên khoá điều khiển của máy

HT thanh cái dự trữ

HT thanh cái dự trữ

HT thanh cái là m việc

Hình III-8

6kV

- Đặt rào vào những bảng thông báo cần thiết

- Kiểm tra không còn điện áp ở trên các cực của máy cắt điện của T1 6kV, và hãy đặt tiếp đất di động ở những cực của máy cắt điện về phía máy biến áp

- Kiểm tra không còn điện áp ở trên các cực của máy cắt điện của T1 35kV,

và hãy đặt tiếp đất di động ở những cực của máy cắt điện về phía máy biến áp

- Đặt bảng thông báo “đang làm việc ở đây” trên máy biến áp này

- Mời tổ sửa chữa đến để tiến hành sửa chữa

e Đưa hệ thống thanh cái đang làm việc ra khỏi lưới điện để sửa chữa

Yêu cầu cần phải đưa hệ thống thanh cái I có điện áp 6kV ( hình III-9) Ta tiến hành theo trình tự sau:

- Kiểm tra xem xét bên ngoài xem

hệ thống thanh cái II đã sẵn sàng

để làm việc chưa

- Đóng máy cắt điện phân

đoạn ICT (sau khi đã đóng dao cách

ly phân đoạn)

- Kiểm tra xem đã có điện áp

trên hệ thống thanh cái II chưa

- Đóng dao cách ly thanh cái

của đường dây và của máy biến áp LT1,

LT2, T1, L2và L3 vào hệ thống thanh cái II,

Hình III-9