Bài giảng môn cung cấp điện

Tuỳ theo mức độ quan trọng mà các hộ tiêu thụ được phân thành ba loại: + Hộ 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

Chương 1

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Mở đầu

1.1.1 Đặc trưng của quá trình sản xuất và phân phối điện năng

Điện năng là một dạng năng lượng có nhất nhiều ưu điểm: dề dàng chuyển thành các dạng nặng lượng khác (nhiệt, cơ, hoá…), dễ truyền tải và phân phối

Trong quá trình sản xuất và phân phối điện năng có một số đặc điểm chính như:

- Điện năng sản xuất ra, nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ như pin, ăcquy), do đó tại mọi lúc ta phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng được sản xuất ra và lượng điện năng tiêu thụ

- Quá trình về điện xảy ra rất nhanh, do đó đòi hỏi phải sử dụng thiết bị tự động trong vận hành, điều độ, điều khiển v.v…

Hệ thống điện bao gồm các khâu: sản xuất, truyền tải, phâp phối, cung cấp tới các hộ tiêu thụ và sử dụng điện năng

1.1.2 Phân loại hộ tiêu thụ

Tuỳ theo mức độ quan trọng mà các hộ tiêu thụ được phân thành ba loại:

+ Hộ 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 đến chính trị, quốc phòng v v…

Đối với hộ loại một phải được cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai nguồn đi đến, đường dây hai lộ đến, có nguồn dự phòng Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ

+ Hộ loại 2: là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế, gây ra hư hỏng

sản phẩm, tạo nên thời gian chết của các nhân viên v.v

Để cung cấp cho hộ loại 2 có thể dùng phương án có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây một lộ hay đường dây kép, ccần phải so sánh các phương án về mặt kinh tế và kỹ thuật Cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian đóng nguòn dự trữ bằng tay

+ Hộ loại 3: là những hộ tiêu thụ còn lại như khu dân cư, trường học, kho chứa v.v…

Đối với hộ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian sửa chứa, thay thế thiết bị sự cố nhưng không cho phép quá 24 giờ

1.2 Quy trình thiết kế hệ thống cung cấp điện

1.2.1 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện

Mục tiêu cơ bản của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt nhất

+ Độ tin cậy cung cấp điện: Độ tin cậy cung cấp điện tuỳ thuộc vào hộ tiêu thụ thuộc loại nào Trong

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

+ Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá bằng hai chỉ tiêu là tần số và điện áp Chỉ tiêu tiêu tần

số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh Chỉ tiêu điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động 5%, đối với những hộ có yêu cầu cao thì cho phép dao động 2,5%

+ An toàn cung cấp điện: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị + Kinh tế: Chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đây đã được đảm bảo Chỉ

tiêu kinh tế được đánh giá qua: tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư

1.2.2 Các bước thiết kế

Bước 1: Thu thập dữ liệu ban đầu

- Nhiệm vụ, mục đích thiết kế cung cấp điện

- Đặc điểm quá trình công nghệ của công trình sẽ được cấp điện

- Dữ liệu về nguồn điện: Công suất, hướng cấp điện, khoảng cách đến hộ tiêu thụ

- Dữ liệu về phụ tải: công suất, phân bố, phân loại hộ tiêu thụ

Bước 2: Tính phụ tải tính toán

- Danh mục thiết bị

- Tính phụ tải động lực

- Tính phụ chiếu sáng

Bước 3: Chọn trạm biến áp, trạm phân phối

- Dung lượng, số lượng, vị trí của trạm biến áp, trạm phân phối

- Số lượng, vị trí của tủ phân phối, tủ động lực ở mạng hạ áp

Bước 4: Xác định phương án cung cấp điện

Bước 6: Lựa chọn các thiết bị

- Lựa chọn máy biến áp

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn

- Lựa chọn thiết bị điện cao áp

- Lựa chọn thiết bị điện hạ áp

Bước 7: Tính toán chống sét và nối đất

- Tính toán chống sét cho trạm biến áp

- Tính toán chống sét cho đường dây cao áp

- Tính toán nối đất trung tính của máy biến áp hạ áp

Bước 8: Tính toán tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất Cos 

- Các phương pháp tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất Cos tự nhiên

- Phương pháp bù băng tụ điện bù: xác định dung lượng bù, phân phối dụng lượng bù trong mạng cao áp và hạ áp

Bước 9: Bảo vệ rơ le và tự động hoá

- Bảo vệ rơ le cho MBA, đường dây cao áp, các thiết bị điện có công suất lớn

- Các biện pháp tự động hoá

- Các biện pháp thông tin điều khiển

Bước 10: Hồ sơ thiết kế cung cấp điện

- Bảng thống kê các dữ liệu ban đầu

- Bản vẽ mặt bằng công trình và phân bố phụ tải

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý cung cấp điện mạng cao áp, mạng hạ áp, mạng chiếu sáng

- Bản vẽ mặt bằng và sơ đồ đi dây của mạng cao áp, mạng hạ áp, mạng chiếu sáng

- Bản vẽ chi tiết các bộ phận như bảo vệ rơle, đo lường, tự động hoá, nối đất, thiết bị chống sét v v…

- Các chỉ dẫn về vận hành và quản lý hệ thống cung cấp điện

Câu hỏi chương 1

1 Phân loại hộ phụ tải

2 Các yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện

3 Các bước thiết kế cung cấp điện

Chương 2

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN 2.1 Đặt vấn đề

Khi thiết kế cung cấp điện cho bất cứ hộ tiêu thụ nào thì nhiệm vụ đầu tiên là phải xác định phụ tải điện của hộ tiêu thụ đó Phụ tải đó được gọi là phụ tải tính toán

2.2 Đồ thị phụ tải điện

Khái niệm: phụ tải điện là một hàm theo thời gian, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành v.v…

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày: Đồ thị phụ tải hàng ngày là đồ thị phụ tải trong 24h, có thể do dựng cụ tự ghi

hoặc do nhân viên vận hành ghi lại sau từng khoảng thời gian nhất định Từ đồ thị phụ tải hàng ngày có thể biết được tình trạng làm việc của các thiết bị, tù đó đề ra quy trình vận hành hợp lý

+ Đồ thị phụ tải hàng tháng: Đồ thị phụ tải hàng tháng được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng

tháng Từ đồ thị phụ tải hàng tháng có thể biết được nhịp độ làm việc của hộ tiêu thụ, từ đó đề ra lịch sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị điện một cách hợp lý

+ Đồ thị phụ tải hàng năm: Căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè và một ngày mùa

đông có thể vẽ được đồ thị phụ tải hàng năm

2.3 Các đại lượng và hệ số tính toán

a Công suất định mức P đm : Công suất định mức của thiết bị thường được ghi sẵn trong lý lịch máy hoặc

trên nhãn hiệu máy

Công suất đặt:

dc

dm d

P P



Trong đó: Pđ: công suất đặt của động cơ KW

Pđm: công suất định mức của động cơ KW

dc: hiệu suất định mức của động cơ

Trong một vài trường hợp có thể coi Pđ  Pđm (động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc) Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như cần trục, máy hàn…khi tính phụ tải điện phải quy đổi về chế độ làm việc dài hạn

dm dm

q tb   Q

Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị:

Q

1

c Phụ tải cực đại P max

+ Phụ tải cực đại Pmax: là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn (5, 10, 30 phút) ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện…

+ Phụ tải đỉnh nhọn Pđn: là phụ tải cực đại trong khoảng thời gian 1 đến 2 giây Phụ tải đỉnh nhọn dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì….Cần quan tâm đến hai thông số của phụ tải đỉnh nhọn: thứ nhất là trị số, thứ hai là số lần xuất hiện của nó

d Phụ tải tính toán P tt : Phụ tải tính toán 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

Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác như sau:

n

i tbi

dm

tb sd

p

p

P

P k

1 1

Khi có đồ thị phụ tải ta có thể tính theo công thức:

)

(

2 1

2 2 1

n dm

n n sd

t t

t P

t P t

P t P k

f Hệ số phụ tải k pt : Hệ số phụ tải là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức, thường xét

trong một khoảng thời gian nào đó

dm

thucte pt

g Hệ số cực đại k max : Hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán với phụ tải trung bình trong khoảng

thời gian đang xét

i Hệ số nhu cầu k nc : Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức

sd tb

tt dm

tt

P

P P

P

j 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)

n

i dmi hq

P

P n

1 2

Trong đó: n là số thiết bị có trong nhóm;

n1 là số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất

P và P1 là tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

- Tra bảng hoặc đường cong để tìm nhq*

- Tính nhq = nhq*.n

2.4 Các phương pháp tính phụ tải tính toán

2.4.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

P Q P

Trong một số trường hợp có thể lấy gần đúng Pđ = Pđm

Trong đó: Pđi, Pđmi – công suất đặt và công suất định mức thứ i, KW;

Ptt, Qtt, Stt – công suất tác dụng, phản kháng, toàn phần của nhóm thiết bị, KW, Kvar, KVA;

n – số thiết bị trong nhóm Khi hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức:

n

i

i i tb

P

P Cos

1

1

cos

Hệ số nhu cầu tra trong sổ tay

- Ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện nên được dùng rộng rãi

- Nhược điểm là kém chính xác vì hệ số nhu cầu được tra trong sổ tay là một số không đổi phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy, cho nên nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính sẽ kém chính xác

2.4.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất

Công thức tính:

Ptt = p0.F Trong đó: p0 – suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất, KW/m2;

F – diện tích sản xuất, m2 Giá trị p0 được tra trong sổ tay Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng nên thường được sử dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, cho những phân xưởng có mật độ máy sản xuất phân bố tương đối đều như: dệt, gia công cơ khí…

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

Công thức tính:

max 0

T

w M

P tt 

Trong đó: M – số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm;

w0 – suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, KWh/đvsp;

Tmax – thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h

Phương pháp này thường được sử dụng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng như: quạt gió, máy nén khí…

2.4.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình P tb (phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq )

Khi cần chính xác ta có thể tính theo phương pháp này vì khi xác định số thiết bị hiệu quả nhq là đã xét tới một loạt yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn chũng như sự khác nhau về chế độ làm việc khác nhau của chúng

Công thức tính:

Ptt = kmax.ksd.PđmTrong đó: Pđm – công suất định mức, KW;

kmax, ksd – hệ số cực đại và hệ số sử dụng

Hệ số sử dụng tra trong sổ tay, hệ số cực đại tính theo hệ số sử dụng và số thiết bị hiệu quả

Trong một số trường hợp có thể tính theo các công thức gần đúng sau:

+ Trường hợp n  3 và nhq < 4, phụ tải tính toán được tính theo công thức:



dm tt

2.5 Trình tự tính toán phụ tải điện trong hệ thống cung cấp điện

Ngoài việc xác định phụ tải tính toán chúng ta còn phải xác định tổn thất công suất ở các cấp trong

hệ thống điện Tổn thất trong hệ thống xảy ra chủ yếu ở trên dây dẫn và trong máy biến áp Nguyên tắc

chung để tính phụ tải của hệ thống điện là tính từ thiết bị dùng điện ngược về nguồn

2.6 Hướng dẫn cách chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán

- Khi tính phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở mạng điện áp thấp (U<1000V) nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại, vì phương pháp này tương đối chính xác

- Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất, hoặc có số liệu chính xác về suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể sử dụng phương pháp “suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất” hoặc phương pháp “suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm” để tính phụ tải tính toán

Câu hỏi chương 2

1 Nguyên tắc xác định phụ tải điện, các phương pháp xác định phụ tải điện

2 Phương pháp xác định phụ tải đặc biệt

3 Các hệ số thường gặp trong tính toán thiết kế cung cấp điện

+ Đảm bảo chất lượng điện , tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép + Đảm bảo độ tin cậy , tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu phụ tải

+ Thuận tiện trong vận hành lắp ráp và sửa chữa

+ Có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý

3.2 Sơ đồ nối dây của mạng điện cao áp

Khi chọn sơ đồ nối dây của mạng điện phải căn cứ vào các yêu cầu cơ bản của mạng điện, vào tính chất của hộ dùng điện , vào trình độ vận hành thao tác của công nhân , vào vốn đầu tư v.v… việc lựa chọn sơ đồ nối dây phải dựa trên cơ sở tính toán so sánh kỹ thuật Sơ đồ nối dây có các dạng cơ bản sau đây :

- Sơ đồ hình tia: Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng , mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây , do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau , độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao , dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá , dễ vận hành bảo quản Hạn chế của nó là vốn đầu tư lớn Vì vậy sơ đồ hình tia thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và 2

- Sơ đồ phân nhánh: Sơ đồ phân nhánh có ưu khuyết điểm ngược lại với sơ đồ hình tia Vì vậy loại sơ đồ này thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 2 và 3

- Sơ đồ hỗn hợp: kết hợp hai dạng sơ đồ cơ bản đó thành những sơ đồ hỗn hợp Để nâng cao độ tin cậy

và tính linh hoạt của sơ đồ người ta thường đặt các mạch sự phòng, có các loại dự phòng sau:

+ Sơ đồ hình tia có đường dây dự phòng chung

+ Sơ đồ phân nhánh có đường dây dự phòng chung

+ Sơ đồ phân nhánh có đường dây dự phòng riêng cho từng trạm biến áp

+ Sơ đồ phân nhánh nối hình vòng để tăng độ tin cậy

+ Sơ đồ hình tia được cung cấp bằng hai đường dây để tăng độ tin cậy

+ Sơ đồ phân nhánh được cung cấp bằng hai đường dây để nâng cao độ tin cậy

3.3 Sơ đồ nối dây của mạng điện hạ áp – mạng phân xưởng

Mạng điện hạ áp ở đây được hiểu là mạng động lực hoặc mạng chiếu sáng trong phân xưởng với cấp điện áp thường là 380/220 V hoặc 220/127 V

- Sơ đồ mạng động lực: Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng

phân nhánh

- Sơ đồ mạng chiếu sáng: Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng

phân nhánh

3.4 Kết cấu của mạng điện

3.4.1 Kết cấu của đường dây trên không

Đường dây trên không được dùng rất rộng rãi vì so với đường cáp thì vốn đầu tư ít hơn dễ thi công , dễ phát hiện và sửa chữa chỗ hư hỏng v.v…Theo điện áp định mức và phạm vi sử dụng , người ta phân đường dây trên không thành ba cấp sau đây :

+ Cấp I : đường dây có U dm 35 220 kV

+ Cấp II : đường dây có U dm 1 22 kV

+ Cấp III : đường dây có U dm 1 kV

Những bộ phận cơ bản của đường dây trên không là : dây dẫn , cột , xà ngang ; sứ các điện , bộ kẹp chặt dây , dây néo , quả tạ chống rung v.v…

a Dây dẫn: Yêu cầu cơ bản đối với dây dẫn điện tốt và bền

+ Dây dẫn điện tốt: Dây dẫn điện thường có các loại dây nhôm , đồng , nhôm lõi thép Dây đồng là loại dây dẫn điện tốt nhất, Hiện nay phổ biến nhất là dùng dây nhôm , tuy độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng khoảng 70% độ dẫn điện dây đồng nhưng nhôm nhẹ và chí phí thấp hơn so với đồng Vì dây nhôm không bền lắm, nên ở những đường dây điện áp cao có khoảng vượt và sức căng lớn, người ta thường dùng loại dây nhôm lõi thép Phần nhôm dùng để dẫn điện , lõi thép ở trong để tăng độ bền cho dây dẫn

Ở mạng ngoài trời người ta thường dùng dây dẫn trần Đối với mạng trong nhà, để tăng tính an toàn , người ta thường dùng dây dẫn có bọc cách điện

+ Bền: Dây dẫn mắc trên cao phải vượt khoẳng cách từ cột này đến cột khác, do đó dây dẫn phải có độ

bền cần thiết Để tăng độ bền người ta chế tạo các loại dây có nhiều sợi bện lại với nhau hoặc có cấu tạo phần ngoài là nhôm , phần lõi là thép Để đảm bảo an toàn , người ta quy định tiết diện dây nhỏ nhất cho phép tuỳ theo loại dây và cấp đường dây Khi chọn dây dẫn cần chú ý tôn trọng những quy định đó

b Cột điện : Người ta thường dùng các loại cột chính: Cột bê tông cốt sắt, cột sắt thép

- Cột bê tông cốt sắt : Loại cột này có tuổi thọ cao , chịu lực tốt , bền và tương đối rẻ tiền Vì thế loại cột này được dùng rộng rãi cả ở mạng điện áp cao Nhược điểm của cột bêtông cốt sắt là nặng nên gặp khó khăn khi vận chuyển đi xa , ở những địa điểm không có đường giao thông tốt ( các đường dây điện áp cao thường phải đi qua những vùng như vậy )

- Cột sắt, thép: Loại cột này chịu lực tốt , có thể làm cao nên thường được dùng để làm cột vượt sông ,

vượt đường cái , đường sắt , cột góc v.v… Do có thể chế tạo từng bộ phận rồi lắp ráp thành cột nên loại này rất thuận tiện trong việc vận chuyển đi xa Nhược điểm của loại cột này là giá thành cao, chi phí bảo quản và sơn chống gỉ lớn Vì thế các xà ngang treo sứ cách điện và các bộ phận trên cùng của cột , người

ta thường chế tạo bằng thép không gỉ

- Khoảng cách giữa các dây dẫn bố trí trên cột được quy định như sau :

c Xà ngang : Xà ngang dùng dể dỡ sứ cách điện và tạo khoang cách giữa các dây dẫn Vật liệu làm xà

giống như vật liệu làm cột

d Sứ cách điện : Sứ cách điện là bộ phận quan trọng để cách điện giữa dây dẫn và bộ phận không dẫn

điện : xà ngang và cột Sứ phải có tính năng cách điện cao , chịu được điện áp của đường dây úc làm việc bình thường cũng như khi quá điện áp vì bị sét đánh Sứ phải đủ bền , chịu được lực kéo Sứ phải chịu được sự biến đổi của khí hậu : mưa , nắng , nhiệt độ thay đổi khong bị nứt vì các vết nứt nẻ bụi bặm trên mặt sứ thường là nguyên nhân gây ra hiện tượng phóng điện dẫn đến sự cố trên dường dây Sứ có hai loại chính:

Nhược điểm chính của mạng cáp là giá thành đắt , thông thường gấp 2,5 lần so với đường dây trên không cùng tiết diện, vì vậy cáp thường được dùng ở những nới tương đối quan trọng Thực hiện việc rẽ nhánh cáp rất khó khăn và chính tại đó thường xảy ra sự cố, vì vậy chỉ đối với những đường cáp có 10



U kV và thật cần thiết người ta mới thực hiện rẽ nhánh Cáp được bọc kín, lại chôn dưới đất nên khi xảy ra hư hỏng khó phát hiện được chính xác nơi xảy ra sự cố Sửa chữa nơi hư hỏng đòi hỏi nhiều công sức và thời gian

3.4.3 Kết cấu của mạng điện phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các hình thức sau: dây trần, dây bọc cách điện, cáp, thanh cái , thanh cái kiểu hộp

a Dây trần , dây bọc cách điện: Dây trần , dây bọc cách điện đi trong phân xưởng đều được đặt trên sứ

cách điện Để đảm bảo an toàn , khi dùng dây tràn phải đảm bảo các khoảng cách sau:

- Chiều cao từ mặt đất đến dây dẫn không nhỏ hơn 3,5m , nếu trong phân xưởng không phải vận chuyển các vật to cồng kềnh , thì chiều cao đó có thể giảm bớt nhưng không được nhỏ hơn 2,5m

- Khoảng cách từ dây dẫn đến các vật nối đất không được nhỏ hơn 50mm

- Khoảng cách từ dây dẫn đến các đường ống không thường xuyên lau chùi là 0,3 m , đến các đường ống thường xuyên lau chùi là 1m

- Khoảng cách từ dây dẫn đến các thiết bị làm việc không thường xuyên phải bảo quan là 1m , đến các thiết bị thường xuyên bảo quản là 1,5 m

- Khoảng cách giữa dây dẫn các pha không dược nhỏ hơn quy định trong bảng

- Tiết diện dây dẫn phải thoả mãn điều kiện độ bền cơ khí cho trong bảng

Khoảng cách nhỏ nhất giữa các dây dẫn trần

Loại dây dẫn

Khoảng cách giữa hai sứ liên tiếp 2

 2 – 4 4 - 6 > 6 Khoảng cách giữa các dây dẫn , mm Dây trần 50 100 150 200

Thanh cái 50 75 100 100

Tiết diện nhỏ nhất cho phép của dây dẫn ỏng mạng điện phân xưởng

Đặc điểm của dây dẫn

2

S

Đồng Nhôm Dây có vỏ bọc nối vào thiết bị sinh hoạt , di động 0,75 -

Dây có vỏ bọc và cáp nối vào thiết bị điện sản xuất , di động 1,5 -

Cáp nối vào các thiết bị điện di động 2,5 -

Dây dẫn một sợi hoặc nhiều sợi mắc trên sứ cách điện 1,0 -

Dây có vỏ bọc lắp đặt trong nhà

Dây có vỏ bọc lắp đặt ngoài trời

+ Mắc dọc tường nhà hoặc trên cột 2,5 4,0

Dây có vỏ bọc,cáp,đặt trong ống tôn hoặc nhựa,lắp đặt cốđịnh 1,0 2,5

+ Dây có vỏ bọc cách điện , ngoài cách mắc trên sứ như dây trần còn được lắp đặt theo hai cách sau đây:

- Treo trên dây thép: Dây dẫn được treo dọc theo dây thép căng giữa hai tường nhà xưởng Cách

lắp đặt này thuận tiện ở chỗ không cần mắc sứ vào tường hay trần nhà và có thể treo dây ở độ cao bất kỳ Nếu là đường dây chiếu sáng thì chỉ cần kéo dây pha còn dây trung tính lợi dụng luôn dây treo

- Đặt dây dẫn trong ống: Cách lắp đặt này được dùng rất phổ biến Người ta luồn các dây dẫn bọc

cách điện vào trong ống thép , tôn hoặc chất dẻo , các ống này được đặt dọc theo tường hoăch chôn ngầm

dưới đất

Cách lắp đặt này có ưu điểm là gọn , đẹp , thi công nhanh chống va đập và các khí ăn mòn Đường kính của ống phụ thuộc vào tiết diện của dây dẫn , ta có thể tra được đường kính của các loại ống trong các sổ tay về cung cấp điện

b Thanh cái: Ở các phân xưởng có mật độ phụ tải tương đối lớn và phân bố đều dọc theo phân xưởng thì

ta có thể dùng sơ đồ cung cấp điện kiểu “ máy biến áp – thanh cái “ Trong trường hợp này người ta đặt các thanh cái dọc theo nhà xưởng Từ thanh cái đó có các đường dây luồn trong ống dẫn đến các tủ phân phối động lực Từ tủ phân phối động lực lại có các đường dây dẫn tới các máy sản xuất Hệ thống cung cấp điện kiểu thanh cái này thường được dùng trong các phân xưởng cơ khí , nơi mà mật độ máy sản xuất tương đối lớn , ít bụi bặm

c Cáp: Cách lắp đặt mạng cáp trong phân xưởng cũng tương tự như đã trình bày ở trên Riêng trong

mạng điện phân xưởng thường hay dnùng cáp cao su Loại cáp này có thể để ngoài không khí ( dẫn dọc tường , xà nhà ) hoặc đặt trong các rãnh cáp Vì trong cáp không có dầu nên các đầu nối có thể làm đơn giản

3.4.4 Tính toán kết cấu đường dây trên không

Tính toán kết cấu đường dây trên không bao gồm các phần việc sau đây

- Thu thập dữ liệu về tiết diện và loại dây dẫn , các dữ liệu về khí hậu về chất đất nơi sẽ đặt các cột điện

- Lựa chọn các phần tử của đường dây như : chọn khoảng cách cọt , xà , sứ , chọn móng cột

- Kiểm tra độ võng của dây dẫn , khhoảng cách an toàn , kiểm tra dộ an toàn của các loại móng cột + Các dữ liệu dùng để tính toán kết cấu đường dây trên không

a Phân loại đường dây trên không: Đường dây trên không được phân thành ba loại như trong bảng Phân loại đường dây trên không

Đẳng cấp đường dây Điện áp định mức của đường dây kV Loại hộ dùng điện

b Hệ số an toàn: Hệ số an toàn là tỷ số giữa ứng suất giới hạn của dây dẫn và ứng suất cho phép của vật

liệu làm dây dẫn Hệ số an toàn cho trong bảng

Trị số của hệ số an toàn theo quy định

Tính chất khu vực và đặc tính của dây dẫn n

Nơi không dân cư

Nơi đông dân và khoảng vượt quan trọng

- Dây nhôm nhiều sợi tiết diện tới 120 mm2 2,5

- Dây đồng nhiều sợi tiết diện tới 70 mm2 2,5

- Dây thép tiết diện tới 25 2

- Các dây trên nhưng tiết diện lớn hơn 2

- Dây AC với mọi tiết diện 2

c Quy định về các vùng khí hậu: Có bốn vùng khí hậu khác nhau dùng để tính toán đường dây trên

độ cao cột 30 m

- Nếu chiều cao cột lớn hơn phải nhân với hệ số k :

Chiều cao cột k Chiều cao cột k

30 – 50 m 1,15 70 – 100 m 1,4

50 – 70 m 1,25 > 100 m 1,5

- Nếu tuyến dây đi trong thàn phố mà nhà cửa có chiều cao trung bình hơn 2/3 cột thì tốc độ gió có thể lấy nhỏ đi 20%

d Đặc tính cơ lý của dây dẫn : Đặc tính cơ lý của dây dẫn cho trong bảng dưới, Trong đó: g : trọng 0

lượng riêng của vật liệu làm dây dẫn ,  gh: ứng suất cho phép của vật liệu làm dây dẫn, E: modum đàn hồi của vật liệu làm dây dẫn, : hệ số giãn nở dài của vật liệu làm dây dẫn

Đặc tính cơ lý của dây dẫn

Vật liệu dây dẫn

Trọng lượng riêng g0,N/dm3

2

/,N mm gh

/,N mm

10

127 17.106

10

127 18.106

10

196 12.106

10

196 12.106

10

196 12.106

e Tải trọng cơ giới tác động lên dây dẫn

Dây dẫn ( và dây chống sét ) chịu những tải trọng cơ giới chủ yếu sau đây :

- Tải trọng do trọng lượng bản thân dây dẫn , g1 , N/m.mm2

- Tải trọng do gió thổi lên dây dẫn trong khoảng cột , g2 , N/m.mm2

- Tải trọng do dãn nở nhiệt

Trong tính toán thường dùng khái niệm tỷ tải Tỷ tải là phụ tải cơ giới tác động lên độ dài 1m dây có tiết diện 1 mm2 , đơn vị tỷ tải là N/m.mm2

+ Lựa chọn các phần tử của đường dây

a Chọn khoảng cột: Khoảng cách giữa các cột phụ thuộc vào các cấp điện áp , chiều cao cột , tiết diện

dây dẫn , tỷ tải tác dụng lên dây dẫn v.v… Thông thường người ta chọpn khoảng cách cột như sau :

l = 40  50 m đối với mạng hạ áp ;

l = 80  100 m đối với mạng trung áp ;

l = 150  200 m đối với mạng cao áp ;

b Độ võng , khoảng cách an toàn: Độ võng là khoảng cách theo phương thẳng đứng tính từ điểm thấp

nhất của dây dẫn trong khoảng cách cột đến điểm treo cao của dây

Độ võng được xác định theo công thức sau :

max 1 2

f  , m

Trong đó: l : khoảng cột , m; g1 : tỷ tải do trọng lượng bản thân dây dẫn , N/m.mm2;  max: ứng suất của dây dẫn ứng với trường hợp nhiệt độ không khí max lớn nhất , N/m.mm2

Sau khi xác định được độ võng f , chúng ta có thể xác định dược khoảng cách an toàn đến mặt đất

0

h hoặc khoảng cách h đến các điểm mặt đất không bằng phẳng

Khoảng cách y được xác định theo công thức:

xf

y 4 1

Trong đó: f : độ võng của dây dẫn , m; l : khoảng cột , m

Một số khoảng cách an toàn tối thiểu

Đường dây

Khoảng cách an toàn tối thiểu tới mặt đất , m

Khoảng cách an toàn tối thiểu khi các đường dây đi trên cột hoặc chéo nhau , m

Vùng không dẫn

Vùng đông dân khoảng vượt quan trọng

Với đường dây điện lực

Với đường dây thông tin

c Các loại cột: Đường dây hệ thống cung cấp điện từ 35 kV trở xuống thường dùng hai loại cột bêtông

cốt thép

+ Cột tròn hoặc ly tâm ( ký hiệu T hoặc LT ): Loại cột này được chế tạo tại nhà máy , nhờ các máy ly

tâm với cốt thép kéo trước ( ứng suất trước ) hoặc không kéo trước Loại này được chế tạo hai cỡ cột 10

m và 12 m ( LT10 , LT12) và các chân đế 6 m , 8 m Từ đây , tuỳ theo vị trí sử dụng thực tế , sẽ tạo ra các cột có chiều cao khác nhau : 10 m , 12 m , 16 m , 18 m và 20m Việc vhắp nối giữa cột 10 m , 12 m với chân đế được thực hiện bằng cách ghép măngxông hoặc mặt bích

+ Cột vuông ( ký hiệu H ): Cột vuông được chế tạo tại xí nghiệp hoặc có thể chế tạo tại chỗ ( tại cơ quan

, làng , xã ) Cột vuông được dùng chủ yếu hiện nay là loại cột cao 7,5m ; 8,5 m ( H7,8 ; H8,5 ) Đôi khi cũng chế tạo loại 6,5 m ( H6,5 ) để dùng cho các đường dây 1 pha vào ngõ xóm ; hoặc 9,5 m ; 10,5 m ( H9,5 ; H 10,5 ) dùng ở các vị trí cột vượt cần thiết

+ Sơ bộ có thể lựa chọn loại cột cho cácloại đường dây theo bảng sau :

+ Khi chọn cột người ta phải kiểm tra khả năng chịu uốn của cột khi cột chịu lực kéo của dây dẫn , chịu

áp lực của gió Điều kiện an toàn của cột khi chịu uốn là lực tính toán ( quy về đầu cột ) phải nhỏ hơn

lực đầu cột P do nhà chế tạo cho cp

+ Ngoài kiểm tra khả năng chịu uốn của cột người ta còn phải kiểm tra độ xoắn của cột khi đường dây có

khoảng cách đến cột xa nhất bị đứt

+ Đối với cột bêtông đúc ly tâm , nhà chế tạo thường cho lực đầu cột P cp nên điều kiện an toàn của cột

khi chịu lực uốn là :

cp tt

h

M

P  

Trong đó: M : mômen tính toán của tổng các đại lực tác động lên tiết diện sát mặt đất của cột; tt

h: chiều cao của cột

Mômen tính toán được xác định theo công thức :

M   ; Nm Trong đó: n: hệ số quá tải , cho trong bảng; P : lực gió tác động lên dây; d P : lực gió tác động lên mặt c

cột; h, h c: chiều cao của cột và chiều cao trọng tâm của mặt cột

+ Các lực P d và P c được tính như sau :

dl v C

16

91,8



 ; N

F v C

16

91,

Hệ số quá tải

Trọng lượng cột , móng , dây và các phụ kiện 1,1

Tải trọng ngang do lực kéo của dây 1,3

Các loại xà và cách lắp xà trên cột được trình bày trên hình

e Chọn móng cột: Móng cột đường dây trong các hệ thống cung cấp điện từ 35 kV trở xuống thường

dùng hai loại : móng chống lật ( cho tất cả các vị trí cột ) và móng chống nhổ ( cho dây néo ) Khi tính toán móng cần lấy trị số an toàn quy định cho từng loại cột ứng với chế độ làm việc khác nhau

+ Công thức chung để tính tán kiểm tra cả hai loại móng ngắn có cấp và không cấp như sau :

)(

1

0 3 2

1

Q F E F F

Trong đó:

10,5 (1 )

)(

)1

(

)5,11)(

1(

5,01

5,1

2 0

2 3

2 2

2 1

bhk E

tg h

d tg F

tg h

d tg

F

tg h

H h

H F

n

S : tổng lực ngang đặt lên cột

Q : tổng trọng lượng đặt lên nền kể cả trọng lượng móng 0

,2,k ,0 C : tra bảng PL5.10 , PL5.11

H, h , d , b : kick thước của cột , móng

Công thức kiểm tra điều kiện chống lật của móng chôn sâu không thanh ngáng :

2

1

mbh kS

 tg

m với  là góc ma sát trong của đất , tra bnảg PL5.9

b : chiều rộng tính toán:

Với cột tròn có đường kính trung bình phần chôn sâu d : 0 bd0k0g

Với cột tròn vuông có mặt khoẻ b1 thì : bb1k0g

k0g : tra bảng PL 5.7

s : tổng lực ngang tác động lên cột

k : hệ số an toàn

Câu hỏi chương 3

1 Các phương án cấp điện

2 Phương án cấp điện mạng cao áp cho xí nghiệp

3 Phương án cấp điện mạng hạ áp cho xí nghiệp

Chương 4

TRẠM BIẾN ÁP 4.1 Đặt vấn đề

Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện Trạm biến

áp dùng để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác

Dung lượng của các máy biến áp , vị trí , số lượng và phương thức vận hành của các trạm biến áp

có ảnh hưởng rất lớn đến các chi tiêu kinh tế – kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện Vì vậy việc lựa chọn trạm biến áp bao giờ cũng gắn liền với việc lưa chọn phương án cung cấp điện

Dung lượng và các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó , vào cấp điện áp của mạng , vào phương thức vận hành của máy biến áp v v… vì thế lựa chọn đươc trạm biến áp tốt nhất phải xét đến nhiều mặt và phải tiến hành tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật giữa các phương án được đề

ra

Hiện nay nước ta đang sử dụng là các cấp điện áp sau đây :

a) cấp cao áp:

- 500 kV- dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền 3 vùng bắc, trung , nam

- 220 kV- dùng cho mạng điện khu vực

- 110 kV- dùng cho mạng phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn

b) cấp trung áp:

- 22 kV- trung tính nối đất trực tiếp – dùng cho mạng điện địa phương , cung cấp cho các nhà máy vừa và nhỏ , cung cấp cho khu dân cư

c) cấp hạ áp:

- 380/220 V – dùng trong mạng hạ áp trung tính nối đất trực tiếp

4.2 Phân loại trạm biến áp

Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ như sau:

+ Trạm biến áp trung gian: Trạm có nhiệm vụ nhận điện của hệ thống điện ở cấp cao có U = 110 – 220

kV để biến đổi thành cấp trung áp co U = 22 – 35 kV

+ Trạm biến áp phân xưởng: Trạm nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống các loại điện áp thích hợp để phục vụ cho các phụ tải phân xưởng Phía sơ cấp có thể là 22 hoặc 35 kV , phía thứ cấp có thể là 660 V , 380/220 V hoặc 20/127 V

Về mặt hình thức và cấu trúc của trạm người ta chia thành trạm ngoài trời và trạm trong nhà

- Trạm biến áp ngoài trời : ở loại trạm này , các thiết bị như dao cách ly , máy cắt điện , máy biến áp , thanh góp v.v… đặt ngoài trời Riêng phần phân phối phía điện áp thấp thì đặt trong nhà , hoặc đặt trong các tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng

- Trạm ngoài trời thích hợp cho những trạm trung gian công suất lớn , có đủ đất đai cần thiết để đặt các thiết bị điện ngoài trời Sử dụng trạm đặt ngoài trời sẽ tiết kiệm khá lớn về chi phí xây dựng nên đang khuyến khích dùng ở các nơi có điều kiện

- Ngoài ra còn có một loại trạm mà máy biến áp đặt ngay trên các cột điện , loại trạm này có công suất tương đối nhỏ hay sử dụng ở các công trường , nông thôn hoặc khu phố cũng xếp vào trạm biến áp ngoài trời

- Trạm biến áp trong nhà : ở trạm loại này , tất cả các thiết bị điện đều đặt trong nhà Loại này hay gặp ở các trạm biến áp phân xưởng hoặc các trạm biến áp của các khu vực trong thành phố

- Ngoài ra vì điều kiện chiến tranh , để tăng cường công tác bảo mật hoặc phòng không người ta còn xây dựng những trạm biến áp ngầm Loại trạm này khá tốn kém về xây dựng vận hành bảo quản khó nên ít sử dụng

- Ở một xí nghiệp muốn chống nổ , chống sự ăn mòn , ẩm ướt có hại cho các thiết bị điện người ta phải đặt trạm biến áp ở một địa điểm thích hợp , trạm biến áp loại này gọi là trạm biến áp độc lập

4.3 Chọn vị trí, số lượng và công suất của trạm biến áp

4.3.1 Vị trí và số lượng trạm biến áp trong xí nghiệp

Việc chọn vị trí và số lượng trạm biến áp trong một xí nghiệp cần phải tiến hành so sánh kinh tế

kỹ thuật Muốn tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật cần phải sơ bộ xác định phương án cung cấp điện trong nội bộ xí nghiệp Trên cơ sở các phương án đã được chấp thuận mới có thể tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật để trọn vị trí , số lượng trạm biến áp trong xí nghiệp

Vị trí của các trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau đây :

+ An toàn và liên tục cung cấp điện

+ Gần trung tâm phụ tải , thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

+ Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

+ Phòng nổ , cháy, bụi bặm khi ăn mòn

+ Tiết kiêm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

Tất cả các yêu cầu trên đều phải nghiên cứu xem xét nghiêm túc , nhưng còn tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ , khả năng đầu tư cơ bản và điều kiện đất đai để chọn thứ tự ưu tiên cho thoả đáng Chú ý rằng các máy và trạm biến áp công suất lớn nên đặt gần trung tâm phụ tải Máy biến áp có tỷ số biến đổi nhỏ nên đặt gần nguồn điện và ngược lại

Vị trí của trạm biến áp trung gian nên chọn gần trung tâm phụ tải Song cần chú ý rằng đường dây dẫn đến trạm thuờng có cấp điện áp 110 - 220 kV , đường dây đó chiếm một giải đất rộng mà trên đó không được xây dựng công trình gì khác Vì thế, không nên đưa trạm trung gian vào quá sâu trong xí nghiệp vì như vậy sẽ ảnh hưởng đến giao thông và các công trình xây dựng khác

Vị trí của trạm biến áp phân xưởng có thể ở bên ngoài , liền kề hoặc bên trong phân xưởng

Trạm xây dựng bên ngoài còn gọi là trạm độc lập được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều phân xưởng , hoặc khi cần tránh các nơi bụi bặm , có khí ăn mòn hoặc rung động

Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng tới các công trình khác

Trạm xây dựng bên trong được dùng khi phân xưởng rộng có phụ tải lớn Khi sử dụng loại trạm này cần phải đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ , phòng cháy cho trạm

Số lượng trạm biến áp trong một xí nghiệp phụ thuộc vào mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải trong xí nghiệp , phụ thuộc vào tính chất quan trọng của phụ tải về măt liên tục cấp điện (phụ tải xếp loại nào) Vấn đề số lượng trạm liên quan chặt chẽ tới phương án cung cấp điện trong xí nghiệp , do đó phải tiến hành so sánh kinh tế ngay khi xác định các phương án cung cấp điện

4.3.2 Xác định dung lượng trạm và dung lượng máy biến áp

Khi xác định dung lượng của trạm và của máy biến áp cần thiết phải tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật Trong thực tế có nhiều phương pháp để xác định dung lượng trạm biến áp , nhưng người ta vẫn phải dựa vào những nguyên tắc chính sau đây để quyết định dung lượng và số máy trong trạm

 Dung lượng của máy biến áp trong một xí nghiệp nên đồng nhất (ít chủng loại) để giảm số lượng

và dung lượng máy biến áp dự phòng trong kho

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

 Trạm biến áp cung cấp điện cho phụ tải loại I nên dùng 2 máy Khi phụ tải loại I nhỏ hơn 50% tổng công suất của phân xưởng đó thì ít nhất mỗi một máy phải có dung lượng bằng 50% công suất của phân xưởng đó Khi phụ tải loại I lớn hơn 50% tổng công suất thì mỗi máy biến áp phải

có dung lượng bằng 100% công suất của phân xưởng đó Đối với trạm phục vụ cho phụ tải loại II

có nên dùng hai máy biến áp hay không phảI tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật Đối với trạm phục

vụ cho phụ tảI loại III có thể chỉ dùng một máy biến áp

Dưới đây giới thiệu một số phương pháp thường gặp để chọn công suất máy biến áp

a) Xác định dung lượng máy biến áp phân xưởng theo mật độ phụ tải,kVA/m 2 Xác định dung lượng máy

biến áp phân xưởng theo phương pháp này ta sẽ khá đơn giản ,chỉ cần tính mật độ phụ tảI theo biểu thức sau đây ,rồi tra bảng ta sẽ được công suất cần thiết cho trạm biếp áp cần tính toán

Mật độ phụ tảI tính theo biểu thức :







cos

F P

Trong đó :

P = knc.Pd ,kW

F – diện tích khu vực phụ tải tập trung , m2 Pd – tổng công suất đặt , kW

knc – hệ số nhu cầu cos  - hệ số công suất trên thanh cái của trạm Sau khi xác định được  ta sử dụng bảng dưới đây sẽ tìm được dung lượng cực đại của trạm

Mật độ phụ tải kVA/m2 Công suất trạm một

máy biến áp kVA

Mật độ phụ tải kVA /m2 Công suất trạm hai

máy biến áp kVA

b Xác định dung lượng máy biến áp phân xưởng theo mật độ phụ tảI và chi phí vận hành hàng năm

(Chi phí vận hanh cho 1 kW.năm ) Khi đã tính được mật độ phụ tảI theo công thức ( 5 – 1 ) và chi phí vận hành năm cho 1 kW thiết bị ,ta có thể căn cứ theo bảng dưới đây để xác định dung lượng máy biến áp

Phí tổn điện năng trong một năm của 1 kW thiết bị (1 kW – năm ) Công suất của

máy biến áp ,kVA

c Xác định dung lượng máy biến áp theo khả năng quá tảI cho phép Sau khi xác định được phụ tảI tính

toán phía điện áp thấp của biến áp phân xưởng có chú ý đến sự phát triển của phụ tảI sau này và tính chất đồng thời của phụ tảI là ta có đủ tư liệu để tính chọn dung lượng máy biến áp Nhưng vì máy biến áp thường vận hành với điều kiện khác với những điều kiện tiêu chuẩn đã chọn khi thiết kế chế tạo ,vì vậy phảI hiệu đính lại dung lượng của máy đã chọn Máy biến áp được thiết kế chế tạo với tuổi thọ từ 17 đến

20 năm ,vận hành trong điều kiện lớp dầu phía trên không quá 900 C Khi nhiệt độ tăng quá 80 C thì tuổi

thọ của máy giảm đI 50% Nhiệt độ trung bình lúc vận hành vào khoảng 70 – 800C.Nhiệt độ phát nóng cục bộ cho phép lớn hơn nhiệt độ trung bình 150C Tất cả các máy biến áp làm việc ở những nơI có nhiệt

độ trung bình hàng năm lớn hơn 50C đều phảI hiệu đính lại theo biểu thức :

5

1  tb

Trong đó :

S’ – dung lượng đã hiệu đính theo nhịêt độ trung bình , kVA

Sđm – dung lượng định mức ghi trên biển máy , kVA

tb – nhiệt độ trung bình hàng năm của môi trường đặt máy ,0C Khi nhiệt độ môi trường đặt máy có nhiệt độ cực đại lớn hơn 350C thì ta phải hiệu đính thêm một lần nữa :

+ Quy tắc quá tải 3%: người ta quy định rằng nếu phụ tảI vận hành thấp hơn phụ tảI định mức 10% thì

khi cần thiết có thể cho phép quá tảI 3% Quy tắc này chỉ áp dụng khi nhiệt độ không khí xung quanh không quá 350C Người ta dùng biểu thức sau đây để xác định mức quá tảI cho phép 3%

10

100

Trong đó :

k – hệ số điền kín phụ tải , k = I t/24I cd

Trong đó :It ,Icđ xác định theo đồ thị phụ tải hàng ngày

+ Quy tắc quá tải 1%: - theo quy tắc này người ta quy định rằng nếu trong các tháng 6,7 và 8 của mùa hè

mà phụ tải trung bình cực đại hàng ngày nhỏ hơn công suất định mức thì khi cần thiết có thể cho phép quá tải với tỷ lệ tương ứng Nhưng mức quá tải tối đa không được quá 15%

Kết hợp cả hai quy tắc với máy biến áp đặt ngoài trời không cho phép qúa tảI lớn hơn 30% Với máy biến áp đặt trong nhà không cho phép quá tảI lớn hơn 20%

Chú ý rằng mức độ và thời gian quá tảI nói ở trên là ứng với trạng thái làm việc bình thường của máy biến áp Trong trạng tháI sự cố của mạng điện ,máy biến áp cho phép quá tảI lớn hơn Mức độ quá tải cho phép lúc sự cố được quy định trong bảng 5 -3

Khả năng quá tải lúc sự cố của máy biến áp dầu làm mát tự nhiên hoặc bằng quạt :

Bội số quá tảI m = Imax/Iđm 1,3 1,6 1,75 2,0 2,4 3,0 Thời gian cho phép quá tảI tqt ,ph 120 30 15 7,5 3,5 1,5

+Quá tải cho phép trong trường hợp phụ tải không đối xứng

Trong một số xí nghiệp có nhiều phụ tải một pha, máy biến áp có khả năng làm việc với phụ tải không cân bằng giữa các pha Trong trờng hợp này ta không chọn máy biến áp theo pha có phụ tải lớn nhất mà chọn theo một phụ tải tính toán nhỏ hơn để máy biến áp đợc vận hành quá tải trong phạm vi cho phép

Bội số quá tải cho phép xác định theo biểu thức sau:

A

dm

C B

mI

II

IA- dòng điện pha A là pha có phụ tải lớn nhất;

IB, IC- dòng điện pha B và pha C;

Idm- dòng điện định mức của máy biến áp

Cần chú ý rằng việc chọn dung lợng, số lợng các trạm biến áp phụ thuợc và nhiều yếu tố nh: công suất của phụ tải, mức độ tập trung, phân tán của phụ tải, loại hộ dùng điện, khả năng phát triển của phụ tải

và các yêu cầu đặc biệt khác v.v… Vì vậy cần phải xem xét các yếu tố trên một cách toàn diện và lựa chọn phơng án dựa trên cơ sở tính toán, so sánh kinh tế, kĩ thuật

d Xác định lượng tối ưu của máy biến áp phân xưởng

Theo những trình bày ở trên dung lợng của máy biến áp phải thoả mãn điều kiện phát nóng, nghĩa là

B pt

S S Đó là điều kiện bắt buộc đối với mọi máy biến áp

Dễ thấy rằng đối với phụ tải Spt cho trớc, có nhiều máy biến áp có dung lợng khác nhau thoả mãn điều kiện phát nóng nói trên

vì vậy cần xét thêm điều kiện vận hành kinh tế, có nghĩa là điều kiện đảm bảo cho tổn thất điện năng trong máy biến áp là nhỏ nhất-A minB

Nh vậy dung lợng tối u của máy biến áp là dung lợng vừa thoả mãn điều kiện phát nóng vừa thoả mãn điều kiện kinh tế, nghĩa là:

B pt

S S và A minBTổn thất điện năng trong máy biến áp đợc tính theo công thức (5-12) nh sau:

2 pt

S vàSdm- phụ tải và dung lợng định mức của máy biến áp,KVA

Tù biểu thức tổn thất điện năng trong máy biến áp không chỉ phụ thuộc vào tham số bản thân của máy biến áp(P'o,P'N,Sdm) mà còn phụ thuộc vào chế độ vận hành của nó nữa(,t)

trớc tiên chúng ta hãy xét quan hệ giữa tổn thất điện năng với tham số của máy biến áp- khi cho trớc chế độ vận hành(t, ,vàS ), nếu tăng dung lợng của máy biến áp thì các thành phần pt P'o,P'N tăng lên,

còn hệ số phụ tải pt pt

dm

SkS

 lại giảm xuống- Kết quả là đờng cong AB có một cực tiểu nào đó, từ đó ta

tìm đợc dung lợng tối u của máy biến áp ứng với điển cực tiểu của đờng cong AB=f(SdmB)

bây giò chúng ta xét quan hệ tổn thất trong máy biến áp với chế độ vận hành của máy biến áp Giả sử máy biến áp đóng vào mạng suốt năm, do dó t=8760h vậy chế độ vận hành của máy biến áp thể hiện ở thời gian  Chúng ta biết rằng thời gian  phụ thuộc vào hai tham số đặc trng cho chế độ vận hành Tmax

và cos 

4.4 Sơ đồ nối dây của trạm biến áp

Trạm biến áp là nơi trực tiếp nhận điện năng từ lới đa về để cung cấp điện cho nhà máy Do đó sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hởng lớn và trực tiếp tới vấn đề an toàn liên tục cung cấp điện cho nhà máy Vì vậy sơ đồ nối dây của trạm phải thoả mãn những điều kiện sau đây:

+ Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầy của phụ tải

+ Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý lúc sự cố

+ An toàn lúc vận hành và sửa chữa

+ Chú ý đến yêu cầu phát triển

+ Hợp lý về mặt kinh tế, trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về kĩ thuật

Trong thực tế, để đảm bảo tất cả những yêu cầu trên là rất khó Vì yêu cầu về kĩ thuật càng cao thì các chỉ tiêu kinh tế cũng tăng Gặp các mâu thuẫn đó cần có sự so sánh toàn diện trên quan điểm lợi ích lâu dài và lợi ích chung của cả nền kinh tế

Dưới đây là vài sơ đồ nối dây điển hình của vài trạm thường gặp:

+ Sơ đồ nối dây của trạm biến áp phân xưởng

+ Sơ đồ nối dây của trạm biến áp trung gian

+ Sơ đồ nối dây của trạm phân phối

4.5 Kết cấu của trạm biến áp và trạm phân phối

Kết cấu của trạm biến áp và trạm phân phối phụ thuộc vào cong suất của trạm, số đường dây đến và ường dây đi đến phụ tải, tầm quan trọng của phụ tải v.v…

đ-+ Trạm biến áp khu vực ( trạm trung gian) thường có công suất lớn có cấp điện áp 110~220/35-22 kV do

đó máy biến áp và các thiết bị đóng cắt phân phối có kích thớc lớn Vì vậy các trạm loại này thờng đợc đặt ngoài trời

+ Trạm biến áp hạ áp trạm loại này có cấp điện áp 22~35/0,4 kV công suất tương đối nhỏ (hàng trăm đến hàng ngàn kVA) Loại này thường đợc cung cấp điện cho vùng dân cư hoặc làm trạm biến áp phân xưởng Trạm biến áp loại này thường có cấu trúc như sau: trạm treo, trạm cột ( hay còn gọi là trạm bệt), trạm kín ( lắp đặt trong nhà), trạm trọn bộ Căn cứ vào địa hình, vào môi trờng, mỹ quan và kinh tế đầu t

mà chọn loại trạm cho thích hợp

+ Trạm treo: là kiểu trạm toàn bộ những thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được đặt trên cột Tủ hạ

áp hoặc đặt trên cột hoặc đặt trong tủ phân phối Trạm này thờng rất tiết kiêm đất nên đươc dung làm trạm công cộng đô thị cung cấp cho một vùng dân cư Trạm treo thường có công suất nhỏ dưới 400 kVA, cấp điện áp 10~22/0,4 kV Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mĩ quan thành phố nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị

+ Trạm kín ( trạm xây dựng trong nhà): Trạm kín thường được dùng ở những nơi cần độ an toàn cao Loại trạm này thường được dung làm trạm biến áp phân xưởng Loại trạm kín thng có 3 phòng: phòng cao áp đặt thiết bị cao áp, phòng máy biến áp và phòng hạ áp đặt các thiết bị hạ áp Trong trạm có thể đặt

1 hay 2 máy biến áp Dưới trạm máy biến áp cần có hố dầu sự cố Cửa thông gió cho phòng máy và phòng cao hạ áp phải có lới chắn đề phòng chim, rắn, chuột

+ Trạm trọn bộ: là trạm được chế tạo, lắp đặt trọn bộ trong những tủ có cấu tạo vững chắc chịu được va đập, chống ma và ẩm ớt Trạm trọn bộ có ba khoang: khoang cao áp, khonag hạ áp và khoang biến áp Các trạm biến áp trọn bộ thường được chế tạo với công suất máy biến áp từ 1000kVA trở xuống, cấp điện

áp 7,2~ 24/0,4 kV Trạm trọn bộ an toàn, chắc chắn, gọn, đẹp, vì vậy thường được dùng ở những nơi quan trọng như khách sạn, khu văn phòng cơ quan ngoại giao v.v…

4.6 Vận hành trạm biến áp

Khi thiết kế trạm biến áp và các thiết bị phân phối trong trạm, ngoài việc thoả mãn những yêu cầu

về kinh tế kĩ thuật, còn cần chú ý tới vấn đề thuận tiện và an toàn trong quá tình vận hành Thiết kế và vận hành có quan hệ mật thiết với nhau, kết quả của thiết kế là do tích luỹ kinh nghiệm vận hành mà có, ngư-

ợc lại vận hành là bước thử nghiệm lại xem thiết kế có tốt hay không Nếu người vận hành không hiểu

đ-ợc ý đồ thiết kế và không chấp hành đầy đủ các quy trình quy phạm trong thiết kế thì không thể phát huy được hết tất cả ưu điểm của phương án thiết kế và không tận dụng được hết khả năng của thiết bị Vì vậy muốn vận hành tốt phải nắm vững tinh thần của bản thiết kế; phải căn cứ vào các quy trình quy phạm để

đề ra các quy định cụ thể trong vận hành Để đảm bảo trạm vận hành an toàn cần phải chú ý một số vấn

- Đóng cắt đờng dây cấp điện cho phụ tải

Để đảm bảo an toàn, tránh nhầm lãn gây sự cố ngắn mạch, mỗi lần đóng cắt phải có phiếu thao tác ghi rõ trình tự đóng cắt từng phần tử thiết bị điện

4.6.2 Kiểm tra

Có hai chế độ kiểm tra: kiểm tra thường xuyên và kiểm tra định kì Thực hiện đầy đủ chế độ kiểm tra sẽ sớm phat hiện những chỗ h hỏng và kịp thời sửa chữa, ngăn chặn sự cố có thể xảy ra

4.6.3 Vận hành kinh tế máy biến áp

Vận hành kinh tế máy biến áp là phơng thức vận hành thế nào để đạt được tổn thất công suất trong máy biến áp là ít nhất Do đó chi phí vận hành và tổn thất điện năng cung là thấp nhất Nhưng vấn đề đặt

ra chỉ có ý nghĩa khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên vì trạm có một máy biến áp thì rõ ràng máy đó phải làm việc liên tục, trừ khi phân xưởng đó hoặc xí nghiệp đó nghỉ việc hoàn toàn

Giả thiết trạm có hai máy biến áp Ta sẽ xét nên cho hai máy vận hành nh thế nào để đạt hiệu quả kinh tế nhất Chúng ta biết rằng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp ( kể cả thành phần do công suất phản kháng gây ra được tính nh sau:

Kkt- đương lượng kinh tế của công suất phản kháng

Từ biểu thức trên ta thấy rằng tổn thất công suất trong máy biến áp gồm hai thành phần:

- thành phần không có quan hệ với phụ tải a=P '0

- thành phần tỉ lệ với phụ tải N 2

2 dm

Vậy: P 'B a bS2, đường cong biểu diễn quan hệ P 'Bf (S) là một đường parbol

Dễ dàng thấy đường vận hành với tổn thất công suất ít nhất

Câu hỏi chương 4

1 Lựa chọn vị trí, số lượng và dung lượng của trạm biến áp

2 Các quy tắc quá tải của máy biến áp

3 Phương pháp vận hành tối ưu máy biến áp

Chương 5

TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN

5.1 Tính toán tổn thất công suất , tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong mạng điện

Khi tính toán so sánh các phương án cung cấp điện người ta phải tính tổn thất công suất , tổn thất điện năng và tổn thất điện áp

5.1.1 Tổn thất công suất trên đường dây

Giả sử một dây dẫn có tổng trở là R jX, truyền tải công suất S P jQ,kVA Tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng được tính theo công thức :

 

2

3 2 2

10

dm U

R Q P P

dm U

X Q P Q

R,X : điện trở và điện kháng của đường dây , 

U : Điện áp định mức của đường dây , kV

 : Tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây , kW , tính theo công thức (4-1)

 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất , h , tra bảng 4-1   fTmax,cos

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất , 

 , V (4-4)

Trong đó :

P, Q : Công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây , kW , kVAr

R, X : Điện trở , điện kháng của đường dây , 

U dm : Điện áp định mức của đường dây , kV

Để dễ so sánh người ta thường tính theo trị số phần trăm :

 (4-5)

Khi đường dây có nhiều phụ tải tập trung , tổn thất điện áp có thể tính :

 Tính theo công suất chạy trên đường dây

U

x Q r P U

U

X q R p U

q

1

Điểm đặt phụ tải tương đương (điểm c) nằm ở giữa đoạn đường dây có phụ tải phân bố đều

5.2 Các phương pháp lựa chọn dây dẫn ,cáp trong mạng điện

Dây dẫn và dây cáp trong mạng điện được lựa chọn theo các điều kiện sau :

 Lựa chọn theo điều kiện phát nóng

 Lựa chọn theo điều kiện tổn thất điện cho phép

Ngoài hai điều kiện nêu trên người ta còn lựa chọn theo kết cấu của dây dẫn và cáp như : một sợi , nhiều sợi , vật liệu cách điện v.v…

5.2.1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện phát nóng

Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và cáp , vật dẫn bị nóng lên Nếu nhiệt độ dây dẫn và cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng , hoặc giảm tuổi thọ Mặt khác độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng

bị giảm xuống Do đó nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn , dây cáp

Hãy xét trường hợp đơn giản nhất , đó là sự phát nóng của dây trần đòng nhất Dây dẫn trần đồng nhất

là dây đãn có tiết diện không thay đổi theo chiều dài và làm bằng một vật liệu duy nhất Khi không có dòng điện chạy trong dây dẫn thì nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ của môi trường xung quanh Khi có dòng điện đi qua , do hiệu ứng Jun dây dẫn sẽ bị nóng lên Một phần nhiệt lượng sẽ đốt nóng dây dẫn , phần nhiệt lượng còn lại sẽ toả ra môi trường xung quanh

Đối với mỗi loại dây dân , cáp nhà chế tạo cho trước giá trị dòng điện cho phép I cp , dòng I cp ứng với

nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường là : không khí 25o C, đất 15o C

Nếu nhiệt độ của môi trường nơi lắp đặt dây dẫn và cáp khác với nhiệt độ tiêu chuẩn nêu trên thì dòng điện cho phép phải được hiệu chỉnh :

cp

I (hiệu chỉnh) = k I cp (4-8) Trong đó :

I : dòng điện cho phép dây dẫn , cáp ứng với điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường , A cp

k : hệ số hiệu chỉnh , tra trong sổ tay

Vậy điều kiện phát nóng là :

cp

I max  (4-9) Trong đó :

I lvmax : dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất

I cp : dòng điện cho phép ( đã hiệu chỉnh ) cảu dây dẫn

5.2.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Đối với mạng trung áp và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng Vì vậy người ta lấy điều kiện tổn thất điện áp cho phép làm điều kiện đầu tiên để chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng

Điều kiện tổn thất điện áp cho phép là :

U cp : tổn thất điện áp cho phép (5% hoặc 2,5%tuỳ loại phụ tải )

Umax : tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng

Nếu mạng điện có nhiều đoạn , nhiều nhánh thì phải tìm điẻm nào có tổn thất điện áp lớn nhất Umax để

so sánh

Tổn thất điện áp trong mạng điện được tính theo công thức :

"

' 2

U

QX PR

Trong đó :

U' : tổn thất điện áp gây nên bởi công suất tác dụng và điện trở đường dây

Giá trị điện kháng trên 1 km đường dây nằm trong khoảng x0 0,30,43/km để cho đơn giản có thể lấy x0 0,3/km

Vậy ta có thể tính được U" :

2 0 2

0 2

dm

j j dm

i U

L q x U

l Q x U

cp

U

l P r U

PR U

U U

0  với  : điện dẫn suất của vật liệu dây dẫn ;

F : tiết diện dây dẫn , mm2

Vậy :

2 '

dm

i FU

l P U

U U

L p U

U

l P F

dm

j j dm

5.2.3 Hướng dẫn lựa chọn phương pháp chọn dây dẫn và dây cáp

Khi thiết kế mạng cao áp người ta lựa chọn tiết diện dây dẫn , dây cáp theo điều kiện phát nóng , sau đó kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Điều kiện phát nóng là điều kiện đảm bảo cho dây dẫn , dây cáp làm việc an toàn , vì vậy điều kiện này phải được dùng làm điều kiện chính để lựa chọn dây dẫn , dây cáp

Khi kiểm tra lại , nếu tổn thất điện áp vượt quá giá trị cho phép người ta có thể giải quyết bằng cách : tăng tiết diện dây dẫn hoặc thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để điều chỉnh điện áp của mạng

Đối với mạng hạ áp là mạng trực tiếp nối với phụ tải vì vậy phải đảm bảo điện áp nằm trong phạm

vi cho phép Hơn nữa , trong mạng hạ áp không có biện pháp điều chỉnh điện áp cho cả mạng Vì vậy khi chọn tiết diện dây dẫn , dây cáp cho mạng hạ áp người ta chọn theo điều kiện phát tổn thất điện áp cho phép Sau đó nhất thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nong vì đây là điều kiện đảm bảo an toàn đối với dây dẫn và dây cáp

5.3 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp

5.3.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải( tổn thất sắt) và tổn thất có tải( tổn thất đồng)

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp đợc tính theo công thức sau:

2 pt

dm 2 pt

N dm N

UN%- giá trị tơng đối của điện áp ngắn mạch cho trong lý lịch máy

Trong trờng hợp tính toán sơ bộ ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây:

Các công thức đợc dùng cho máy biến áp phân xởng có Sdm 1000kVA, i%=57 và UN%=5,5

5.3.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp

Tổn thất điện nang trong máy biến áp đợc xác định theo công thức sau:

2 pt

- thời gian tổn thất công suất lớn nhất, h,tra theo bảng 1-4

Trong trờng hợp có n may biến áp giống nhau làm việc song song trong cùng một trạm thì tổn suất điện năng trong trạm đó là:

2 pt

5.4 Điện năng tiêu thụ trong một năm

Điện năng tiêu thụ của máy biến áp (hoặc đờng dây) đợc tính theo công thức sau:

A=Ptt.Tmã , kWh Trong đó: Ptt- phụ tải tính toán, kW,

Tmax- thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h

Thời gian Tmax phụ thuộc vào số ca làm việc trong một ngày đêm và đặc trng của quá trính sản xuất Trong trờng hợp không có số liệu chính xác ta có thể lấy gần đúng nh sau:

Làm việc 1 ca Tmax = 25003000 h

Tmax = 45005000 h

Tmax = 6500  7000 h

Câu hỏi chương 5

1 Khái niệm về thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax, thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất 

2 Tính toán tổn thất công suất , tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong mạng điện

3 Các phương pháp lựa chọn dây dẫn ,cáp trong mạng điện

4 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp

5 Điện năng tiêu thụ trong một năm