Các phần tử cơ bản của hệ thống điện

BÀI GIẢNG MÔN CUNG CẤP ĐIỆN Page 1 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN Các thiết bị cơ bản của nhà máy điện và trạm điện 1.. Đặc điểm vân hành: - Điện áp định mức của máy phát thường cao hơn 5% so với

Trang 1

BÀI GIẢNG MÔN CUNG CẤP ĐIỆN Page 1

CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN Các thiết bị cơ bản của nhà máy điện và trạm điện

1 Máy phát điện đồng bộ (ký hiệu trong bản vẽ)

2 Thanh dẫn

3 Máy biến áp lực và MBA tự ngẫu

4 Máy cắt cao áp

5 Dao cách ly, dao tiếp địa

6 Máy cắt dưới tải, cầu chì, chống sét van, kháng điện,

7 Máy biến dòng

8 Máy biến điện áp

9 Đường dây trên không

10 Cáp và dây dẫn

Trang 2

3 Đặc điểm vân hành:

- Điện áp định mức của máy phát thường cao hơn 5% so với điện áp lưới, để bù cho phần tổn hao

điện áp

- Hệ số công suất máy phát phụ thuộc vào đặc tính của tải Khi hệ số công suất tăng với dòng điện

không đổi thì công suất tác dụng tăng có thể làm quá tải máy phát Khi giảm hệ số công suất sẽ không

sử dụng hết công suất của tuabin Vì vậy phải luôn giữ cho điện áp máy phát ở giá trị định mức và không đổi

- Hệ thống kích từ của máy phát đồng bộ cấp nguồn DC cho cuộn kích từ Trong thực tế rất hay

sử dụng máy phát một chiều, hoặc bộ biến đổi công suất AC-DC

- Hệ thống làm mát máy phát thường sử dụng không khí, ngoài ra có thể sử dụng nước, dầu

- Trong trường hợp sự cố cho phép khoảng thời gian quá tải ứng với dòng quá tải:

Trang 3

1 Chức năng: có nhiệm vụ đỡ dây dẫn và cách điện cho đường dây trên không cho các thiết bị

phân phối của nhà máy điện và trạm biến áp

2 Phân loại: theo kết cấu ta chia sứ cao áp ra làm hai loại: sứ đứng và sứ treo

- Sứ đứng được dùng cho các đường dây trên không hạ áp và cao áp nhỏ hơn 35 kV Sứ đứng

được cố định trên cột điện hay trên xà của cột điện bằng các trụ xứ bằng kim loại

Sứ đỡ kiểu đứng ngoài trời

- Sứ treo được dùng phổ biến cho đường dây trên không điện áp từ 35 kV trở lên Sứ treo được

nối lại với nhau thành từng chuỗi Số lượng đĩa sứ trong một chuỗi sứ phụ thuộc vào cấp điện áp của

Khối lượng Khối lượng m

Trang 4

5 Chọn và kiểm tra cách điện:

- Sứ đỡ được chọn và kiểm tra theo tác dụng phá hủy của dòng điện ngắn mạch xung kích ixk

(kA) Tải trọng xấu nhất đối với sứ là tải trọng gây nên mô men uốn lớn nhất, vì sứ chịu uốn kém hơn chịu lực kéo và và nén

Fcp- lực cho phép tác dụng lên đầu sứ (N)

Ftt- lực tính toán tác động lên đầu sứ

k- hệ số hiệu chỉnh, hệ số này có thể tính trực tiếp hoặc sử dụng bảng sau

a -Khoảng cách giữa các pha (m)

- (A) – dòng điện ngắn mạch xung kích

- Sứ treo được chọn và kiểm tra theo tác dụng lực động điện và tác dụng nhiệt của dòng điện ngắn mạch

max ,

Trang 5

Trang 6

4 Lựa chọn:

a Lựa chọn thanh dẫn theo dòng điện lâu dài cho phép:

3 2 1

max ,

k k k

I

I cptd ≥ lv

k1 - hệ số hiệu chỉnh khi thanh dẫn đặt nằm ngang: k1=0.95

k2 – hệ số hiệu chỉnh xét tới trường hợp nhiều thanh ghép k3 – hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

Trang 7

b Kiểm tra thanh dẫn theo điều kiện tác dụng của dòng điện ngắn mạch: để đảm bảo độ bền cơ khí

có dòng điện ngắn mạch đi qua, ứng suất tính toán của thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó:

2

2 1076

F a

l

tt cp

Trong đó: W- mô men cản, cm3

- chiều dài khoảng cách giữa hai sứ, cm

a- Khoảng cách giữa các pha, cm

F

F ≥

Trang 8

- Đối với thanh dẫn đơn:

- Đối với thanh dẫn ghép

h b

W 2. .

l f l

F tt R đ

tt

2+

l - khoảng cách giữa các miếng đệm

δ - hệ số được xác định từ đường cong

Trang 9

c Kiểm tra độ bền nhiệt của thanh dẫn: để đảm bảo độ bền nhiệt của thanh dẫn cần sao cho

dòng điện ngắn mạch qua chúng không làm tăng nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép

nmqd

nh I∞ t

s = α

4

R

h b

Trang 10

c Theo số pha: MBA 1 pha, 3 pha

d Theo khả năng điều khiển điện áp: MBA có và không có khả năng điều khiển điện áp dưới tải

e Theo số cuộn dây: hai cuộn dây, ba cuộn dây

f Theo chức năng: MBA tăng, hạ điện áp

3 Cấu tạo và thông số kỹ thuật

- Thông số cơ bản của MBA:

Công suất định mức Sđm (kVA)

Điện áp định mức của các cuộn dây chính Uđmcao, Uđm_ha (kV)

Sơ đồ kết nối của các cuộn dây (Y, Δ),

Dòng điện định mức ở cuộn cao áp Iđm(A)

Dòng điện ngắn không tải Io (A) hoặc %Iđm

Điện áp ngắn mạch Unm (%)

Tổn hao công suất không tải Po(kW)

Tổn hao công suất ngắn mạch Pnm (kW)

cosϕ2 – hệ số công suất mạch thứ cấp

Hệ số mang tải β=S/Sđm

- Thang công suất định mức chuẩn của MBA và máy biến áp tự ngẫu

- Cấu tạo

Trang 11

Máy biến áp dầu

Trang 12

4 Một số đặc điểm khi vận hành MBA

- Để bù tổn hao điện áp đối với MBA tăng áp phía cao áp thường có điện áp cao hơn điện áp lưới 10%, đối với MBA hạ áp phía hạ áp có điện áp cao hơn 5-10% điện áp định mức lưới

- Tại các trạm biến điện áp thường sử dụng MBA 3 pha hoặc nhóm các máy biến áp một pha

- Trong hệ thống điện và trong nhà máy người ta thường sử dụng MBA ba pha, vì MBA một pha mắc tiền hơn nhiều và cần nhiều kim loại màu hơn (cụ thể là Cu 20%) với cùng một công suất, Vì thế MBA một pha chỉ sử dụng trong những trường hợp không thể lắp đặt MBA ba pha

- Thời gian làm việc chuẩn của MBA là 25 năm có cho phép quá tải Cứ 3% non tải cho phép 1% quá tải trên cùng đơn vị thời gian 1% non tải mùa hè cho phép 1% quá tải mùa đông Đây là quá tải bình thường (quá tải thường xuyên), tuy nhiên quá tải thường xuyên cho phép của MBA dầu là 30%, MBA khô là 20%

- Trong trường hợp sự cố, khi ngắt một trong hai MBA, MBA thứ hai cho phép quá tải 40% không quá 6 giờ trong vòng 5 ngày đêm

Trang 13

- Máy biến áp tự ngẫu có 2 cuộn dây nối đất chung Yo và cuộn thứ ba đấu tam giác, cuộn này lại

có hai cuộn dây có tính điện từ Do có cuộn nối tam giác mà sức điện động của hài bậc 3 bị triệt tiêu và giảm điện trở thứ tự không ở mạng trung tính nối đất Điều này rất quan trọng trong việc nâng cao độ nhạy của rơ le bảo vệ cầu chì trong lưới điện

- Ứng dụng MBA tự ngẫu trong hệ thống cung cấp điện: liên lạc giữa lưới điện cao áp Khi đó ta

sử dụng hai cuộn dây đấu Yo đấu với nhau Còn cuộn thứ 3 được nối với máy phát, MBA tự dùng

và máy bù đồng bộ, trạm bù tĩnh hoặc để hở

5 Lựa chọn MBA:

a Dạng MBA: việc lựa chọn dạng MBA dựa trên điều kiện lắp đặt, làm mát, môi trường MBA 35kV trở lên thường làm mát bằng dầu và được lắp đặt ngoài trời MBA điện áp 6,3-22kV thường

là dạng khô và có thể lắp đặt trong nhà và cung cấp điện cho nhà hành chính

b Lựa chọn số lượng MBA:

- Đối với hộ tiêu thụ loại 1 và một phần loại 2, số lượng MBA cần được lựa chọn ít nhất 2, để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên về mặt kinh tế trạm hai MBA hợp lý hơn một máy và nhiều hơn hai máy

- Đối với hộ tiêu thụ loại 3 và một phần loại 2 có thể dùng phương án một MBA và nguồn dự trữ

từ trạm biến áp bên cạnh

c Lựa chọn công suất MBA:

- Theo điều kiện quá tải thường xuyên: MBA có những lúc vận hành non tải, thì cũng có thể

vận hành quá tải trong một khoảng thời gian nào đó mà không bị hư hỏng Từ đặc điểm của đồ thị phụ tải, được đặc trưng bởi hệ số điền kín ta có thể xác định được khả năng quá tải của MBA

¾ Trình tự tính toán:

1 Theo đồ thị phụ tải ta chọn công suất MBA sao cho Smin ≤S đm_MBA≤Smax

2 Đẳng trị đồ thị phụ tải thành đồ thị hai bậc bằng cách xác định hệ số vận hành quá tải K2

S

Kmax = maxTrong đó

- công suất tải của MBA

b Xác định hệ số vận hành quá tải K2 và thời gian quá tải T2 bằng cách đẳng trị vùng

có công suất tải lớn hơn công suất định mức của MBA (hệ số Ki>1)

¾ Nếu đồ thị phụ tải chỉ có một vùng quá tải liên tục và có hai hay nhiều bậc như hình 1

Trang 14

i

i i

T K

2

¾ Nếu đồ thị phụ tải có nhiều vùng quá tải không liên tục như hình 2 thì chỉ lấy vùng nào

có tổng ∑K i2T ilớn nhất để tính như trên, các vùng còn lại sẽ xét khi xác định K1

=

K

Nếu vùng trước K2 không đủ thì lấy 10 giờ sau K2

Nếu từng vùng đều nhỏ hơn 10 giờ thì gộp phần sau ra phần trước K2

Trang 15

Nếu tổng cả hai vùng trước và sau nhỏ hơn 10, có nghĩa là thời gian quá tải

14

2 ≥

3 Từ đường cong khả năng mang tải của MBA ta xác định hệ số quá tải cho phép của MBA

),(K1 T2f

K qtcp =

¾ Nếu K qtcp ≥K2: MBA được chọn phù hợp với đồ thị đã cho

K <

Ví dụ: Cho các MBA sau đây 40MVA, 63MVA, 80MVA

- Theo điều kiện quá tải sự cố: khi hai MBA vận hành song song mà một trong hai bị sự cố phải nghỉ, MBA còn lại có thể vận hành với phụ tải lớn hơn định mức không phụ thuộc vào nhiệt độ

môi trường trong thời gian 6 giờ mỗi ngày trong 5 ngày đêm

¾ Trình tự tính toán:

1 Đẳng trị đồ thị phụ tải về hai bậc (như trên)

2 Nếu K1≤0.93; K2 ≤1.4và T2 ≤6: MBA được lựa chọn phù hợp với đồ thị phụ tải

3 Nếu không thỏa mãn 1 trong 3 điều kiện trên thì phải chọn MBA lớn hơn

Ví dụ: Cho các MBA sau đây: 25MVA,40MVA, 60MVA

Trang 16

Trang 17

BÀI GIẢNG MƠN CUNG CẤP ĐIỆN Page 17

- Điều khiển đĩng ngắt máy cắt cĩ thể bằng tay, từ xa hoặc tự động Thiết bị để đĩng ngắt máy cắt được gọi là bộ truyền động, thiết bị này được gắn liền với các tiếp điểm

- Phân loại bộ truyền động: bộ truyền động lị xo, bộ truyền động khí nén, bộ truyền động thủy khí…

3 Phân loại máy cắt:

 Máy cắt trong nhà

 Máy cắt ngồi trời

 Máy cắt tự động

 Máy cắt vận hành bằng tay

 Máy cắt khí SF6 dùng nhiều cho điện áp 6-22 kV

 Máy cắt dầu dùng nhiều cho điện áp 35 kV và cao hơn

 Máy cắt chân khơng dùng nhiều cho điện áp 6-22 kV

 Máy cắt điện từ dùng nhiều cho điện áp 6-22 kV

 Máy cắt khơng khí: cho điện áp 35 kV cĩ khí nén dùng cho110-500kV

4 Thơng số định mức của máy cắt:

5 Lựa chọn máy cắt cao áp

¾ Chọn máy cắt theo dạng đặt thiết bị: trong nhà hay ngoài trời

¾ Lựa chọn máy cắt theo loại:

- MC dầu : ít dầu , nhiều dầu

- MC không khí

- MC chân không

- MC khí SF6 …hoặc các loại máy cắt điện khác phù hợp với điều kiện cho phép

Trang 18

Nếu là máy cắt tự đóng lại

∞

= 3U đm I

tt

role MC cat tt

S NM

i

- Cơng suất cắt tính tốn (MVA)

- dịng điện ngắn mạch xung kích (kA)

xk,

t tt- thời gian duy trì dịng ngắn mạch (s) t =t _ +t

s

s 0.0502

xk, i ,

tt cat

t =0.15 ÷0.2

nếu là tác động nhanh

nếu là tác động chậm

MC cat _

t role

- dịng điện ngắn mạch duy trì (kA)

¾ Điều kiện kiểm tra

- Kiểm tra theo độ bền động

- Dòng điện lâu dài định mức A

Dòng điện cắt định mức kA

Công suất cắt định mức , MVA

Dòng điện ngắn mạch xung kích

cho phép kA

Dòng điện độ bền nhiệt sau thời

gian Theo độ bền nhiệt

luoi MC

lv đm

) 3 (

I

I cat_đm ≥ N

tt cat

nh t I t

K đm cat_

2 2

Trang 19

Trang 20

Trang 21

Trang 22

nhau khơng quá 2%), dịng ngắn mạch với đất (khơng quá 5A điện áp 35kV và 10A điện áp 10kV) hay dịng khơng lớn tích tụ trong cáp hay dây trên khơng

- Khi ngắt dịng tải cĩ thể xảy ra ngắn mạch các pha của dao cách ly vì vậy để tránh ngắt điện khi cĩ tải nhầm bằng dao cách ly phải cĩ thiết bị chặn

3 Phân loại dao cách ly:

Dao cách ly trong nhà

Dao cách ly ngồi trời

Dao cách ly một cực

Dao cách ly ba cực

4 Thơng số dao cách ly – điều kiện lựa chọn và kiểm tra dao cách ly

Dòng điện định mức

Điện áp định mức

Dòng điện cắt định mức

Kiểm tra dao cách ly theo ổn định lực động

điện

Kiểm tra dao cách ly theo ổn định nhiệt

cb CC dm,

Trang 23

Trang 24

Trang 25

Trang 26

- Giải thích sơ đồ: bảo vệ MBA tác động do MBA bị hư, tác động đến rơ le dao tiếp địa làm dao tiếp địa đóng lại, tạo dòng ngắn mạch và thiết bị bảo vệ đường dây tác động Đường dây bị ngắt khỏi nguồn bằng máy cắt phía trên Trong thời gian không có dòng chạy trong dây dao cách ly tự dộng ngắt mạch

- Tiếp địa - Thiết bị một cực nối vào trung tính MBA (có thể nối đất hoặc không) Nguyên tắc làm việc tương tự như dao nối đất, nhưng chỉ khác là nó được đóng ngắt bằng tay

Trang 27

VIII MÁY CẮT PHỤ TẢI

1 Chức năng :

- Là thiết bị đĩng cắt đơn giản và rẻ tiền hơn máy cắt điện thường được sử dụng cho lưới 6-22kV

và thường nối tiếp với cầu chì cao áp

- Cĩ cấu tạo gần giống như dao cách ly nhưng cĩ buồng dập hồ quang đơn giản nên nĩ chỉ cĩ thể cắt dịng điện tải, chứ khơng cắt được dịng điện ngắn mạch Để cắt dịng điện ngắn mạch ta sử dụng thêm cầu chì

- Đĩng ngắt lưới với dịng làm việc bằng máy cắt tải Khi cĩ sự cố ngắn mạch thì cầu chì tác động và tách phần tử sự cố ra khỏi lưới

Điện áp định mức máy cắt phụ tải

Dòng điện định mức máy cắt phụ tải không tự động

Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép của máy

cắt phụ tải

Dòng điện độ bền nhiệt sau thời gian nếu máy cắt

phụ tải chỉ cắt dòng điện làm việc , không có cầu chì

Kiểm tra theo ổn định nhiệt

Công suất cắt định mức của cầu chì

HT

tt xk cp

xk, ,

MC dm,

i

MC cat Ncp

t ,

t I

N Ncp

Trang 28

Trang 29

1 Cầu chì:

- Là thiết bị bảo vệ tự động ngắt mạch khi cĩ sự cố quá tải và ngắn mạch Mạch bị ngắt khi chì bị chảy ra, vì thế tất cả các thiết bị được bảo vệ

- Dây chảy cầu chì làm bằng chì, hợp kim chì với thiếc, kẽm, nhơm, đồng, bạc:

Hợp kim chì thiếc cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp, điện trở suất khá lớn, nên nĩ thường được chế tạo với tiết diện lớn và thích hợp với điện áp dưới 500V

Đối với điện áp cao (hơn 1000V), dây chảy thường làm bằng đồng, bạc cĩ điện trở suất nhỏ và nhiệt độ nĩng chảy cao, vì nếu dùng chì lượng hơi kim loại tỏa ra lớn

- Ưu điểm:

Cấu tạo đơn giản

Tác động nhanh (Nhỏ hơn một chu kỳ)

Giá thành thấp

- Nhược điểm:

Chỉ ngắt khi dịng khá lớn so với dịng định mức của dây chì

Khi cầu chì ngắt cĩ thể gây quá áp

Cĩ thể bị ngắt 1 pha (khi pha khơng đều)

2 Lựa chọn và kiểm tra cầu chì:

Dòng điện định mức

Điện áp định mức

Dòng điện cắt định mức

Công suất cắt định mức của cầu chì

cb CC

) 3 (

≥,dm N

Trang 30

Trang 31

1 Chống sét van: có nhiệm vụ bảo vệ sóng điện từ quá điện áp chạy từ đường dây truyền tải đến Cấu trúc cơ bản bao gồm 2 cực làm việc trên nguyên lý đặt đấu nhau Một cực nối vào thiết bị còn cực thứ 2 nối đất Bình thường hai cực ở trạng thái cách ly với nhau Khi sóng điện từ quá điện áp đạt giá trị Uđánhthủng làm cho hai cực dấn điện qua nhau, một phần sóng qua thiết bị được bảo vệ, phần còn lại được chuyển xuống đất

Trang 32

Trang 33

XII MÁY BIẾN DỊNG ĐIỆN

1 Máy biến dịng điện (BI):

- BI trong lưới dưới 1000V giảm dịng điện đến giá trị phù hợp với cuộn dây của các thiết bị đo và thiết bị bảo vệ

- BI trong lưới trên 1000V ngồi nhiệm vụ giảm dịng điện cịn phải cách ly mạch cao áp với mạch điều khiển đảm bảo an tồn cho thiết bị dưới 1000V

- Dịng điện thứ cấp của máy biến dịng thường là 5A

2 Lựa chọn BI theo các tiêu chuẩn sau:

a Theo dòng thứ cấp : 1,5,10 A

b Theo cấp chính xác:

0,2 % – dùng cho PTN 0,5 % – dùng cho công tơ điện 1% – dùng cho đồng hồ điện 5-10% - dùng cho cơ cấu truyền động máy cắt

c Theo điện áp định mức

HT BI dm,

cb BI dm,

r r

r Z

2

=

++

2

dd tx

r cp, - điện trở cho phép của dây nối

- điện trở tiếp xúc r tx =0,1ΩVậy tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn được tính theo công thức

dd cp,

dd tt dd

l - chiều dài tính toán của dây dẫn phụ thuộc vào sơ đồ kết nối

ρ- điện trở xuất của dây dẫn

- Khi sơ đồ nối hình sao hoàn toàn : l tt =l;khi sơ đồ hình sao không hoàn toàn : l tt =1,5l;khi

sơ đồ dùng một máy biến dòng :l tt =2l ; trong đó l- chiều dài day dẫn từ máy biến dòng đến các dụng cụ đo , tiết diện tiêu chuan của day dẫn không được bé hơn tiết diện tính toán Tiết diện nhỏ nhất của day dẫn mạch thứ cấp máy biến dòng bằng 2 mm,5 2 đối với day nhôm ,bằng 1,5mm2 đối với day đồng

Tiêu đề	Các phần tử cơ bản của hệ thống điện
Tác giả	Lê Minh Phương
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ Thống Điện
Thể loại	Giáo trình
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	4,33 MB