Gt cung cấp điện ( p2 )

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN Phần 2 tác giả Quyền Huy ánh trường đại học sư pham kỷ thuật thành phố hồ chí minh, tính toán thiết bị , và diễn dải sơ đồ nhất thứ , gồm các công thức tính toán thiết bị và cho dây dẫn cho phù với sơ đồ lưới điện. dùng có các bạn muốn học vê thiết kế trạm phân phối hạy máy biến áp hạ thế để phực vụ cho công ty , hay thiết kế trạm nâng trong nhà máy điện

Trang 1

Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Aùnh

Mạng phân phối có cấu trúc hình tia, mạch vòng kín (thường vận hành hở) và phức tạp hơn là cấu trúc lưới hay cấu trúc mạng phân phối sơ cấp và thứ cấp khi vùng cung cấp lớn với nhiều loại phụ tải và yêu cầu tính liên tục cung cấp điện

Mạng phân phối sơ cấp và thứ cấp phải phân phối đến tận nơi tiêu thụ nên tổng chiều dài lớn nên vấn đề chất lượng điện áp luôn được quan tâm và chủ yếu khi thiết kế đường dây phải đảm bảo độ sụt áp cho phép

Trong tính toán mạng phân phối, cần đưa ra một số giả thiết sau:

 Do điện áp thấp so với điện áp truyền tải, chiều dài từng đường dây ngắn nên không xét ảnh hưởng của điện dung đường dây Ngoại trừ, đối với cáp ngầm có chiều dài lớn

vì lúc này công suất kháng do điện dung phát ra là khá lớn

 Bỏ qua thành phần vuông góc

U

QR

PX  trong công thức tính sụt áp vì thành phần này sẽ không đáng kể khi điện trở lớn và hệ số công suất thấp

 Dùng điện áp định mức Uđm trong công thức tính sụt áp và tổn thất công suất

4.2 Sơ đồ thay thế lưới điện

1 Đường dây

Mô hình đầy đủ đường dây phân phối được đặc trưng bởi các thông số như: điện trở, điện kháng, điện dung và điện dẫn Điện kháng và điện dung là do ảnh hưởng của từ trường và điện trường quanh dây dẫn Điện dẫn shunt giải thích dòng rò chảy qua cách điện và ion hóa không khí

Tính toán chính xác mức độ ảnh hưởng của các thông số đường dây khá phức tạp nên trong thực tế tùy theo yêu cầu về mức độ chính xác của mô hình và mục đích nghiên cứu mà có thể sử dụng mô hình đường dây hình  (Hình 4.1.a) hay mô hình đường dây đơn giản hoá

l

jxrjxrZ

o o l l l

(4.1)

Ở đây: rl, xl, gl và bl lần lượt là điện trở, cảm kháng, điện dẫn và dung dẫn của đường dây; ro,

xo, go và bo lần lượt là điện trở, cảm kháng, điện dẫn và dung dẫn trên một đơn vị chiều dài (km);

l là chiều dài dây dẫn (km) Số liệu định hướng cho xo và bo trình bày ở bảng 4.1

01570145

0

r

Dlg(

D=0,5; 1,5; 2,5; 5; 8; 14m (0,4; 15; 22; 110; 220; 500kV)

Trang 2

Đối với mạng điện khu vực điện áp đến 110kV do đã chú ý đến tiết diện tối thiểu hạn chế vầng quang điện, trên sơ đồ thay thế thường bỏ qua thông số điện dẫn gl (Hình 4.1.b), còn mạng điện địa phương chiều dài đường dây không vượt quá 100km và điện áp đường dây không vượt quá 69 kV thường bỏ qua tổng dẫn (Hình 4.1.c) Riêng với đường dây cáp điện áp Uđd từ (6 ÷ 10)

kV và thấp hơn cũng như đối với mạng điện một chiều (xo= 0, bo= 0) nên sơ đồ thay thế là thuần trở (Hình 4.1.d)

Bảng 4.1 Số liệu định hướng cho xo và bo

Điện áp, kV x o Ω/km b o 10 -6 , 1/Ωkm Q 0 kVar/km

22 - Trên không

- Cáp

0.40 0.11

2.75 -

100

110 - Trên không

2 Máy biến áp

Các máy biến áp thường được sử dụng trong các trạm là máy biến áp hai cuộn dây, máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu Đôi khi trong mạng điện còn có các máy biến áp điều chỉnh bổ sung Các máy biến áp này được sử dụng để tối ưu hoá chế độ làm việc của mạng và hệ thống điện

a Mô hình máy biến áp hai cuộn dây

Đối với máy biến áp ba pha hai cuộn dây khi tính toán thường dùng sơ đồ thay thế hình  với bốn thông số đặc trưng cho quá trình tải điện qua nó là điện trở rT, cảm kháng xT, điện dẫn

gT và cảm dẫn bT, trong đó:

Tổng trở máy biến áp ZT phản ánh hiện tượng tổn thất công suất tác dụng do hiệu ứng Joule và hiện tượng tổn thất công suất phản kháng do tổn từ trong hai cuộn dây:

Tổng dẫn YT phản ánh hiện tượng tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp: phát nóng

do dòng Foucault và tổn hao gông từ

l x

c

l r

Trang 3

Với: gT và bT lần lượt là điện dẫn và dung dẫn của máy biến áp

Có thể thay tổng dẫn YT bằng phụ tảiS0

0 0

Với: P0 là tổn hao không tải do dòng Foucault và Q0 là tổn hao gông từ

Các thông số nêu trên của máy biến áp, xác định từ thí nghiệm ngắn mạch (với dòng định mức), và thí nghiệm không tải (với áp định mức), bao gồm: tổn thất ngắn mạch  PN, tổn thất không tải  Po, điện áp ngắn mạch UN và dòng điện không tải Io

T 2 đm

2 đm T

2 đm

U

Sr

I3

Suy ra:

][]

kVA[S

10]

kV[U]

kW[P

đm

3 2 2 đm N

Đối với máy biến áp rT << xT, do đó có thể bỏ qua rT, vì thế:

100.3/U

x.IU

dm

T dm o

Từ đó:

)(]

kVA[S

10]

kV[U.Ux

đm

2 2 đm o N

Tổng dẫn máy biến áp xác định theo các lượng tổn hao không tải:

2 đm

S.I

0 

Tỷ số biến áp kT:

Hình 4.2 Mô hình máy biến áp tuyến tính hai cuộn dây

Trang 4

dm 2

1 dm 1 T

U

UU

Với U1 có giá trị phụ thuộc đầu phân áp của máy biến áp

Đối với máy biến áp công suất lớn YT = 0, bởi vì tổn thất không tải nhỏ

b Máy biến áp ba cuộn dây

Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây (Hình 4.3.a) có dạng hình sao Khi cần tính đến lượng tổn thất trong thép thì mô hình có dạng Hình 4.3.c

Khi xác định các hệ số biến áp cần chú ý đến sự hiện hữu của sự điều chỉnh điện áp bằng các đầu phân áp

1 m đ 3 1 T

2 2

1 m đ 2 1 T

U

UU

k

UU

1 12 2

23 13

12 1

PPP

PP

P

PPP

2

1P

Điện áp ngắn mạch đối với từng cuộn dây:

Hình 4.3 Mô hình máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu

Trang 5

o 1 o 12 o 2

o 23 o 13 o 12 o

1

UU

U

UU

U

UU

U2

1U

Từ đây, có thể xác định được các thông số máy biến áp ba cuộn dây (Z1, Z2, Z3) theo các công thức (4.7) và (4.9) giống như máy biến áp hai cuộn dây, với lưu ý rằng Uđm là điện áp định mức của cấp điện áp mà điện trở hay điện kháng của máy biến áp được tính qui đổi về cấp điện áp này

c Máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu được sử dụng rộng rãi ở lưới điện từ 110 kV trở lên Trong các máy biến áp tự ngẫu công suất các cuộn cao áp và cuộn trung áp bằng nhau và bằng công suất định mức của máy biến áp Còn công suất cuộn hạ áp nhỏ hơn cuộn cao áp Máy biến áp tự ngẫu có hai đại lượng công suất đặc trưng là công suất định mức Sđm và công suất mẫu Sm Sđm là công suất lớn nhất cho phép đi qua cuộn cao áp Sm là công suất dùng để thiết kế cả ba cuộn dây Giữa hai công suất này có quan hệ như sau:

U2đm, U3đm), dòng điện không tải (Io%) so với dòng điện định mức, tổn thất công suất khi không tải (P0), tổn thất công suất giữa cuộn cao áp và cuộn trung áp khi ngắn mạch tính theo dung lượng định mức (P12), tổn thất công suất giữa cuộn cao áp và hạ áp, giữa cuộn trung áp và hạ áp tính theo công suất mẫu ( '

13P

23P

 ), điện áp ngắn mạch (U12%, U23%, U13%) Để tính điện trở từng cuộn dây, phải qui đổi tổn thất công suất trong các cuộn cao áp và hạ áp, trong các cuộn trung áp và hạ áp về công suất định mức Sau đó xác định tổn thất ngắn mạch đối với từng cuộn dây

2 ' 13

2 m dm

' 13

' 23

1 12 2

23 13 12 1

PPP

PPP2

1P

Điện áp ngắn mạch đối với từng cuộn dây

Trang 6

o 1 o 12 o 2

o 23 o 13 o 12 o

1

UU

U

UU

U

UU

U2

1U

(4.19)

Từ đây, có thể xác định được các thông số máy biến áp ba cuộn dây (Z1, Z2, Z3) theo các công thức (4.7) và (4.9) giống như máy biến áp hai cuộn dây, với lưu ý rằng Uđm là điện áp định mức của cấp điện áp mà điện trở hay điện kháng của máy biến áp được tính qui đổi về cấp này và Sđm là công suất định mức của máy biến áp

Trong trường hợp máy biến áp tự ngẫu, nếu các đầu phân áp được bố trí ở cuộn cao và trung áp thì:

đm

đm T

đm

đm T

U

UU

k

U

UU

k

UU

k

3

1 1

3 1

3

1 2

3 2

2 2

1 1

2 1

4.3 Tính toán mạng hở cấp phân phối

Đối với mạng điện phân phối, khi xác định độ lệch điện áp so với điện áp định mức thường bỏ qua điện dung của đường dây, điện áp tại mỗi nút bằng điện áp định mức và không xét đến

tổn thất công suất trong mạng điện

1 Trường hợp đường dây hình tia phụ tải tập trung

Xét đường dây hình tia có điện áp định mức Uđm (kV), chiều dài là l (km), điện trở r0 (/km), cảm kháng x0 (/km) trên một đơn vị chiều dài, công suất tác dụng P (kW), công suất phản kháng Q(kVar) thì tổn thất điện áp U(V) được xác định theo biểu thức sau:

a Xác định tổn thất điện áp:

 Đối với đường dây ba pha

Tổn thất điện áp:

đmU

QXPR

Sụt áp tính theo phần trăm:

%10.U

QXPR

%100.1000U

QXPR

%

đm

2 đm

Trang 7

Có thể viết:

.%

10.U

l)

sinxcosrS

10.U

)sinxcosr

Ở đây: S (kVA), l(km)

Nếu tính theo dòng điện I (A) thì sụt áp đường dây cho bởi:

)sinxcosr.(

l

I3)sinXcosR(3

b Xác định tổn thất công suất

Tổn thất công suất tác dụng:

RU

SRU

QPRI3

đm

2 2

đm

2 2



Ở đây: P (kW), Q (kVAR), S (kVA), Uđm(kV),  P (W)

Tổn thất công suất phản kháng:

XU

SXU

QPXI3

đm

2 2

đm

2 2



Ở đây: P (kW), Q (kVar), S (kVA), Uđm(kV),  Q (Var)

 Đối với đường dây một pha hai dây:

Công thức tính sụt áp và tổn thất công suất tương tự như đường dây ba pha với Uđm là điện áp định mức giữa hai dây cụ thể như sau:

đmU

QXPR

U (RcosXsin) I2l.(r0cosx0sin) (4.30)

RU

SRU

QPRI

đm

2 2

đm

2 2



XU

SXU

QPXI

đm

2 2

đm

2 2



Ở đây: R và X là điện trở và cảm kháng của cả hai dây đi và về

c Xác định tổn thất điện năng

Trang 8

2 Trường hợp đường dây liên thông phụ tải tập trung

Xét một mạng điện phân phối dạng liên thông có sơ đồ trong hình 4.6, với pi, qi là công suất phụ tải nút thứ i; Pi, Qi là công suất đi trên đoạn đường dây thứ i; ri,xi là điện trở và cảm kháng đoạn thứ i; Ri,Xi là điện trở, cảm kháng tính từ đầu nguồn A đến nút thứ i

Do bỏ qua tổn thất công suất, dễ dàng xác định công suất đi trên mỗi đoạn:

i m m i

i

Ở đây: m là chỉ số nút

Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây thứ i:

m

i i i i iU

xQrPΔU

2 2 2 2 m

đ

i i i i

U

xQrPU

xQrP

1U

Trang 9

Mặt khác:





 ni m m



 ni

QThay vào biểu thức ΔU và biến đổi có biểu thức tương đương:

1U

Ở đây: i là chỉ số nút

Trường hợp đường dây có cùng tiết diện và cùng cách bố trí dây dẫn trên trụ, nghĩa là có cùng thông số r0, x0 trên mỗi km chiều dài đường dây, thì:

n i

i i i0

i i 0 đm

lQxlPrU

1U

n i

i i i0

i i 0 đm

LqxLprU

1U

Ở đây: Li là khoảng cách từ đầu đường dây đến nút thứ i

Nếu biết điện áp UA ở đầu đường dây thì điện áp Un ở cuối đường dây cho bởi:

Sụt áp tính theo phần trăm:

100U

∆U100%

U

UU

∆U%

đm n

đm

n 

3 Trường hợp đường dây phân nhánh phụ tải tập trung (Hình 4.7)

Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện có thể là  UA3 hoặc  UA4 tuỳ theo trị số tính được là lớn hơn

Điện áp cuối đường dây và sụt áp từ đầu nguồn đến các tải ở cuối đường dây được xác định bởi các biểu thức sau:

UA3 =  UA1 +  U12 +  U23

4





3 1

Trang 10

2 i 2

đm

)jx)(rQ(PU

1

với i = 1, ,n là chỉ số đoạn

Tổn thất công suất tác dụng:

2 i 2

đm

)rQ(PU

2 i 2

đm

)xQ(PU

Giải:

Tổng trở trên một đơn vị chiều dài đường dây z0 r0 jx0 0,33 j0,332 Ω/km

Tổng trở mỗi đoạn lưới:

Ω j0,1660,165

Ω j0,6640,66

Z

Ωj0,3320,33

(2 + j1) MVA

(1 + j0,5) MVA

Trang 11

Tổn thất công suất trên toàn mạng điện:



1 0,5  0,33 j0,332  2 2  0,66 j0,664 ]

j0,6640,66

12j0,166

0,1654

610

1S

2 2 2

2

2 2 2

2 2

Σqi

ΔQΔQ%    

Tổn thất điện áp từ A đến phụ tải 3:

Tổn thất điện áp từ A đến phụ tải 4:

U4 = UA -  UA4 = 11 – 0,43 = 10,57 (kV)

4 Trường hợp đường dây có phụ tải phân bố đều

Xét đường dây có phụ tải phân bố đều (Hình 4.9)

Gọi Is là dòng điện ở đầu đường dây, Ix là dòng điện tại điểm x trên đường dây, l là chiều dài đường dây, z là tổng trở một đơn vị chiều dài đường dây thì độ sụt áp vi cấp dU trên đoạn vi cấp

dx được xác định theo biểu thức sau:

)dxl

x1(zIzdxI

Độ sụt áp tại điểm x:

)l2

x1(zxIdx)l

x1(zIUd

0 s x

Trang 12

Ở đây:

U3

)q()p(I

n 1 i

2 i

2 i s



Tổn thất công suất vi cấp:

rdx)]

l

x1(IrdxI

rlI3

1dP

s l

4.4 Tính toán mạng kín đơn giản

Xét mạng điện kín đơn giản gồm một nguồn và hai phụ tải nối theo mạch vòng kín có sơ đồ thay thế trình bày ở Hình 4.10 Cần xác định phân bố công suất trong các đoạn lưới với giả thuyết giá trị điện áp lấy bằng trị số định mức và bỏ qua tổn thất công suất trên các đoạn lưới

Tách đầu nguồn A làm hai đầu nguồn cung cấp A1 và A2, có điện áp bằng nhau về trị số và góc pha

Qui ước chiều công suất trên đường dây như hình vẽ, theo định luật Kirchoff, viết được phương trình cân bằng điện áp:

0ZIZIZ

IA1 1 12 2 A2 3 

0ZU3

SZ

U3

SZ

U3

S

3 đm A2

* 2 đm 12

* 1 đm A1

2 12

1 A1

A1

2

1

A2

.

SSS

Trang 13

Thay (4.52) và (4.53) vào (4.51):

0ZSSSZSSZ

3 2 3 2 1 A1

ZZZ

ZSZZSS

2 1 2 1 1 A2

ZZZ

ZZSZSS

X

k  là hằng số trên tất cả các đoạn lưới:

i i

R

X+(1R

=jX+R

3 2 3 2 1

RS+R+RS

=

3 2 1

1 1 2 1 2

RS+R+RS

3 2 3 2 1

lS+l+lS

=

3 2 1

1 1 2 1 2

lS+l+lS

.

jQP

.

jQP

biểu thức sau:

)QQ(j)PP(SSjQP

1 A

12 12 12

2

2 A 2 A 2 A

Trường hợp, mạng kín có n phụ tải, công suất A 1

n 1 i

i 1

A 1 A 1 A

l

)l(SjQ

P

Trang 14

Sau khi xác định được công suất A 1

U

XQRPU

2 max

Sau khi tính được luồng công suất trên các đoạn lưới, tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên các đoạn lưới được xác định theo các công thức (4.31), (4.32) và (4.33)

Tổng tổn thất công suất và điện năng trong toàn mạng kín:







A P

Ở đây: m là số đoạn lưới trong mạng kín

Ví du 4.2: Xét mạng kín 22kV (Hình 4.11) cung cấp từ nguồn A cho 4 phụ tải (công suất tính bằng MVA, chiều dài tính bằng km) Toàn bộ mạng điện sử dụng dây nhôm trần A-95 có khoảng cách trung bình giữa các pha Dtb = 1,5m Tính sụt áp lớn nhất trong mạng lúc bình thường và sự cố (  U%)

6j2+2+6+3j1+1+6+3+6j3+4

=

= 4.5+j3.67 (MVA)

2+j2 1+j1

Hình 4.11 Mạng điện kín với 4 phụ tải

Trang 15

6+3+6+3

3j3+4+6+3j1+1+3+6+3j2+2

=

SA3

= 2,5+j2,33 (MVA) Từ giá trị A 3

1 A

.S,

S xác định luồng công suất đi trên các đoạn lưới còn lại Kết quả tính toán ghi trên Hình 4.11 Nút 2 là điểm phân công suất (tác dụng và phản kháng) nên nút 2 có điện áp thấp nhất trong mạch vòng và khả năng nút 4 có điện áp thấp nhất trong toàn mạng

Tổn thất điện áp trên đoạn A -1:

%68,1.1002

2

0,332x3

×3,67+0.33x3

×4,5

6

×0,332

×0,67+6

×0.33

×0,5

0,332x3

×1+0.33x3

×1

%100.22

3332,016332,033332,046332,06

22

133,016x33,043x33,05633,07U

2

2 0

4 A

Trang 16

Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh

MẠNG PHÂN PHỐI ĐIỆN

5.1 Mạng phân phối cao áp

Tồn tại nhiều cấu trúc mạng phân phối cao áp khác nhau, dưới đây sẽ trình bày các cấu trúc phổ biến nhất và phạm vi ứng dụng

1 Các sơ đồ mạng tiêu chuẩn

a Mạng hình tia (Hình 5.1)

Mạng hình tia nối trạm biến áp với các hộ tiêu thụ Đây là loại mạng có cấu hình đơn giản, nên được sử dụng rất rộng rãi Tuy nhiên mạng hình tia có độ tin cậy cung cấp điện thấp

b Mạng vòng sơ cấp (Hình 5.2)

Mạng vòng sơ cấp còn được gọi là mạng vòng mở hay đóng Mạng này được khuyến dùng cho các mạng trải rất rộng, có dự kiến phát triển trong tương lai, … Thường khuyến cáo vận hành hở mạng vòng

c Mạng chọn lọc sơ cấp (Hình 5.3)

Mạng chọn lọc sơ cấp còn được gọi là mạng cấp điện đôi hình tia Mạng này được khuyến dùng cho các mạng trải rất rộng với khả năng mở rộng bị hạn chế và yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao

Hình 5.1 Mạng hình tia Hình 5.2 Mạng vòng sơ cấp

Trang 17

d Mạng cấp điện đơn (Hình 5.4)

Mạng này đơn giản có chi phí thấp, được khuyến dùng khi yêu cầu về độ liên tục cung cấp điện không cao hay khi qui mô đội vận hành và bảo dưỡng nhỏ Mạng cấp điện đơn thường được sử dụng để cấp điện của các nhà máy xi măng

e Mạng cấp điện đôi (Hình 5.5)

Mạng này được khuyến dùng khi yêu cầu về độ liên tục cung cấp điện cao hay khi đội vận hành và bảo dưỡng nhỏ Đây là loại mạng thường được sử dụng trong công nghiệp thép và dầu khí

f Mạng lưới (Hình 5.6)

Mạng lưới kết nối dạng lưới các điểm của mạng và cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ từ nhiều hướng Đây là loại mạng có độ tin cậy cung cấp điện cao, nhưng có dòng ngắn mạch lớn

g Mạng thanh góp kép (Hình 5.7)

Mạng này được khuyến dùng khi yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện rất cao hay khi có sự thay đổi lớn của tải Tải có thể được cấp điện từ một trong hai thanh góp khi một thanh góp bị hư hỏng

h Mạng với máy phát dự phòng (Hình 5.8)

Đây là cấu trúc đơn giản nhất và vì vậy thường được sử dụng

Hình 5.6 Sơ đồ mạch lưới

HV

Hình 5.5 Mạng cấp điện đôi

HV

Hình 5.7 Mạng thanh góp kép

Đường dây vào

Trang 18

i Mạng với nguồn thay thế và tải phân cách (Hình 5.9)

Đây là trường hợp điển hình của một mạng công nghiệp với yêu cầu liên tục cung cấp điện rất cao khi nguồn điện cấp là nguồn đơn và lấy điện từ lưới công cộng

2 Sơ đồ cấp điện cụ thể

Hình 5.10 trình bày sơ đồ thiết kế và triển khai mạng cung cấp điện cho khu mỏ kim loại ở Moroccan Mạng này bao gồm nhiều cấu trúc mạng khác nhau Điện năng được cung cấp đến các nơi làm việc khác nhau bằng mạng vòng, mạng cấp điện đôi hay nguồn điện chính và nguồn thay thế

tải không quan trọng tải quan trọng

5 kV

Công trườngkhai thác 1

Công trường khai thác 2

5 kV

Hình 5.10 Cấu trúc mạng điện của mỏ kim loại ở Moroccan

Trang 19

3 Lựa chọn thiết bị

Một khi cấu trúc đã được lựa chọn, các thiết bị điện phải phù hợp với:

 Các tiêu chuẩn hiện hành

 Các đặc tính của mạng điện:

 Điện áp, dòng điện định mức

 Dòng ngắn mạch (để kiểm tra khả năng cắt, điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt)

 Các chức năng theo yêu cầu (cắt ngắn mạch, đóng/ cắt trong vận hành, điều khiển tần số, cô lập mạch điện, …)

 Yêu cầu cung cấp điện liên tục

 Trình độ của đội ngũ vận hành và bảo trì (khóa liên động, các mức độ khác nhau của tự động điều khiển, kỹ thuật cắt được yêu cầu trong bảo trì hay bảo trì trực tuyến, …)

 Các yêu cầu liên quan đến bảo trì và khả năng mở rộng (mở rộng với khoảng cách lớn trong tương lai, hệ thống modun, …)

4 Vận hành tối ưu

Vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện nhằm thỏa các yêu cầu:

 Đảm bảo mức liên tục cung cấp điện ở mức cao nhất

 Cực tiểu hóa tổn thất năng lượng

 Tối ưu hóa việc vận hành và bảo trì trong cả hai chế độ xác lập và quá độ

Giải pháp vận hành tối ưu hệ thống cung cấp điện liên quan đến việc ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng điện cho toàn thể mạng điện

Các hệ thống quản lý năng lượng điện ngày nay thường có cấu tạo là các bộ vi xử lý Các bộ

vi xử lý này được tích hợp tại chỗ, trong các trung tâm quản lý ở xa và trong các cơ cấu điều khiển - bảo vệ Đây là luận điểm cơ bản của khái niệm “phân tán hóa trí tuệ” có nghĩa là các trung tâm điều khiển và các thiết bị tự động thực hiện các đánh giá ở mức quản lý của chúng (không có bất kì sự can thiệp nào của con người) và không có yêu cầu trợ giúp của cấp cao hơn ngoại trừ trường hợp xuất hiện hư hỏng Hệ thống chỉ thị và điều khiển từ xa liên tục thông báo các thay đổi cho người quản trị mạng hay người sử dụng Điều này giải thích tầm quan trọng của cấu trúc phân cấp mạng một cách rõ ràng

a Mô tả hệ thống quản lý năng lượng

Hệ thống quản lý năng lượng có bốn mức trình bày ở Hình 5.11

 Mức 0: các cảm biến (vị trí, biến đổi điện, v v…) và các bộ tác động (các cơ cấu nhả, các cuộn dây, …)

 Mức 1: các phần tử bảo vệ và điều khiển (các máy cắt hạ áp chính, …)

 Mức 2: mạng các trạm quản lý địa phương (mạng các trung tâm điều khiển)

 Mức 3: điều khiển từ xa của một mạng điện toàn thể

Tất cả các thiết bị ở mức 1 và 3, đều được liên kết bằng các kênh thông tin số (mạng mà trên đó các thông tin được truyền tải)

b Đánh giá các khả năng thực hiện của các hệ quản lý năng lượng

 Quản lý việc cung cấp và tiêu thụ năng lượng tương ứng với:

 Công suất tiêu thụ của phụ tải

 Giá tiền điện

 Khả năng phát điện của các máy dự phòng tại chỗ

 Các yêu cầu của quá trình công nghiệp

Trang 20

 Đảm bảo liên tục cung cấp năng lượng điện:

 Bảo vệ phân biệt và tác động nhanh (hệ thống phân biệt luận lý)

 Tự động chuyển đổi nguồn điện

 Lên kế hoạch và tái kết nối tải một cách hiệu quả, các thông số này có thể cài đặt thông qua giao diện của người/ máy

 Tái khởi động một cách tuần tự

 Điều chỉnh điện áp, hệ số công suất, …

 Duy trì việc cung cấp điện cho các tải quan trọng trong quá trình mất điện lưới công cộng bằng máy phát dự phòng

Mức 3

Điều khiển từ xa và

hệ thống hiển thị

Mức 2

Trung tâm điều khiển

mạng

Mức 1

Các phần tử bảo vệ

và điều khiển

Mức 0

Các cảm biến và các

bộ tác động

 Thực hiện đối thoại người/ máy

 Hiển thị trong thời gian thực mạng điện và trạng thái thiết bị thông qua các sơ đồ hiển thị (các sơ đồ đơn tuyến, các sơ đồ chi tiết, các đường đặc tuyến, …)

 Điều khiển từ xa các thiết bị đóng cắt

 Ghi chép các số liệu đo và dữ liệu

 Ghi nhận sự cố và báo động

 Lưu trữ các hiện tượng

 Đo lường và thống kê

 Lưu trữ

Tất cả các dữ liệu này được sử dụng vào mục đích tổ chức các công tác bảo dưỡng định kỳ

 Định ra quá trình “hướng dẫn người sử dụng”, ví dụ:

 Khởi động từng phần các động cơ tương ứng với khả năng phát công suất của trạm phát điện, thời gian hay mức độ ưu tiên của các động cơ

 Hướng dẫn sử dụng các cấu hình mạng cấp điện cao áp (cấp nguồn song song)

Hình 5.11 Mô tả hệ thống quản lý năng lượng điện

Trang 21

 Đề xuất quá trình phục hồi thích hợp nhất khi có sự cố nghiêm trọng trong mạng cấp điện chính hay sự cố máy phát

 Đề xuất các thủ tục vận hành và các hoạt động bảo trì (điện, cơ, …)

c Các lợi điểm của các hệ thống quản trị năng lượng

Việc triển khai ở mức 1 các hệ thống điều khiển và bảo vệ số và sự gia tăng nhanh chóng trong tỷ số hiệu quả/ chi phí của mức hai, các phần cứng và phần mềm cung cấp cho các nhân viên điều hành các lợi điểm về kinh tế và kỹ thuật như sau:

 Gia tăng khả năng độc lập trong vận hành

 Cung cấp một số lượng lớn các hàm có chức năng truy cập dữ liệu, bảo trì và điều khiển từ xa

 Dễ dàng đề ra các phương thức vận hành hiệu quả

Sự đa dạng của các hàm chức năng, được cung cấp bởi các hệ thống này, cung cấp khả năng mới cho việc tự hiệu chỉnh hay tự chẩn đoán sự cố và hiển thị, cũng như cung cấp giao diện đối thoại người/ máy thân thiện giúp cho người điều hành hoạt động hiệu quả và chú tâm hơn Người điều hành mạng điện can thiệp tốt hơn trong việc vận hành mạng điện, tối ưu hóa, hiển thị từ xa và điều khiển, bảo trì và phục hồi các thiết bị điện

5.2 Kết cấu của mạng phân phối cao/ trung áp

1 Đường dây trên không

Các phần tử chủ yếu của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét, cột, cách điện và phụ kiện đường dây

a Dây dẫn và dây chống sét: các dây nhôm, dây nhôm lõi thép và dây hợp kim nhôm được

dùng phổ biến nhất ở các đường dây trên không Dây dẫn có thể là loại một sợi hay nhiều sợi Dây dẫn nhiều sợi gồm có nhiều sợi dây trên riêng biệt xoắn với nhau theo từng lớp, số lượng các sợi dây tăng khi tăng tiết diện dây dẫn, số lượng các sợi dây ở các lớp kế tiếp khác nhau 6 sợi (dây nhôm tiết diện 35 mm2 có 7 sợi, dây nhôm tiết diện 185 mm2có 19 sợi) Dây dẫn một sợi rẻ hơn dây nhiều sợi, nhưng dây một sợi có độ bền cơ thấp và không mềm dẻo bằng dây nhiều sợi Dây nhôm lõi thép có lõi thép để tăng cường độ bền cơ của dây, còn phần nhôm để dẫn điện; tỷ số các tiết diện nhôm và thép thường là 6:1 hay 8:1 Các dây chống sét thường được sử dụng hiện nay là dây nhôm lõi thép tăng cường có tỷ số tiết diện nhôm, thép là 1:1 hay 1:1.5 (Hình 5.12)

 Cột của đường dây trên không được phân loại như sau:

 Theo chức năng: cột trung gian, cột néo, cột góc, cột cuối và cột đặc biệt (cột vượt và cột hoán vị)

 Theo cấu trúc: cột trung gian và cột néo

Hình 5.12 Cấu tạo dây dẫn

Trang 22

Các cột trung gian được bố trí ở các đoạn thẳng của đường dây Vì các lực kéo của dây dẫn và dây chống sét ở hai phía cột trung gian có giá trị bằng nhau nên điều này cho phép chế tạo cột trung gian có cấu trúc đơn giản và giá thành hạ Các cột trung gian thường chiếm 60 – 80% tổng số cột đường dây trên không Các cột néo được dùng để kéo căng dây dẫn và kẹp chặt dây dẫn ở các vị trí quan trọng đặc biệt của đường dây trên không nên cột néo có cấu tạo phức tạp và đắt hơn cột trung gian Cột góc đặt ở các vị trí rẽ ngoặt của đường dây Các cột hoán vị dùng để thay đổi thứ tự bố trí các dây dẫn của các pha trên cột đối với đường dây có cấp điện áp từ 110 kV trở lên và có chiều dài lớn hơn 100 km Sau khi hoán vị thì điện cảm, điện dung của 3 pha có giá trị như nhau

 Theo vật liệu: cột gỗ, cột bê tông cốt thép, cột thép (cột lá thép và cột ống thép) Cột gỗ tròn đã qua xử lý chống mục, mối, …, thường được sử dụng cho đường dây trên không điện áp đến 110 kV Ưu điểm chính của cột gỗ là giá thành hạ, chế tạo đơn giản, dễ thi công và bảo quản Tuy nhiên, tuổi thọ cột gỗ chỉ vào khoảng 20  40 năm

Cột bê tông cốt thép được sử dụng cho đường dây điện áp đến 500 kV Cột bê tông cốt thép bền hơn cột gỗ, sử dụng ít kim loại, đơn giản trong vận hành và giá thành hạ nhưng có nhược điểm lớn là trọng lượng lớn và độ bền uốn nhỏ Hiện nay, cột bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi

Cột thép được sử dụng cho các đường dây trên không điện áp từ 35 kV trở lên Cột thép có

ưu điểm là độ bền cơ tốt, thời hạn phục vụ lâu nhưng cần nhiều kim loại và phải mạ kẽm hay sơn để chống ăn mòn trong quá trình vận hành

Cột lá thép được chế tạo từ các thanh thép và liên kết với nhau bằng cách hàn hay bằng bulông Cột lá thép có sơ đồ cấu trúc rất đa dạng

Cột ống thép được chế tạo từ ống thép rỗng có tiết diện tròn hay đa giác Cột ống thép có giá thành cao hơn cột lá thép nhưng có độ thẩm mỹ, độ tin cậy cao trong quá trình vận hành Khả năng đổ cột xảy ra rất hãn hữu khi bão mạnh

Phạm vi ứng dụng, khoảng vượt và dạng của các loại cột và trình bày ở Bảng 5.1 và Bảng 5.2

Bảng 5.2 Khoảng vượt và phạm vi ứng dụng các dạng cột

Hệ thống phân phối

Loại mạng Điện áp định

tông cốt thép

100 220 Cung cấp điện cho các nhà máy, nhà

cao tầng, các trạm điện địa phương Mạng cao

áp

ống, cột bê tông cốt thép

200  300 Cung cấp điện cho các nhà máy

công nghiệp lớn, các thành phố lớn,

… Mạng siêu

cao áp

gia (hệ thống phân phối tích hợp)

Trang 23

Bảng 5.1 Các dạng cột, khoảng vượt và phạm vi ứng dụng

Dạng cực cho các cáp trung và hạ áp với cột đỡ cách điện và thiết bị cách điện

Cột gỗ 0.4 kV, cao khoảng 12 m, chôn sâu 1/6 tổng

chiều cao cột và không nhỏ hơn 1.6 m

Cột bê tông cốt thép 20 kV, cao khoảng 14m, móng bê tông

Cột thép cho các đường dây cao áp với thiết bị cách điện và các dây đất

Cột thép lá 110 kV, đường dây hai lộ, cao khoảng 27 m

Cột cho các đường dây siêu cao áp với thiết bị cách điện và các dây đất

Cột đỡ lá thép 380 kV, đường dây x lộ hay 1 lộ, chiều cao khoảng 47 m hay 36 m

b Cách điện và phụ kiện đường dây: cách điện đường dây dùng để cách ly các dây dẫn với

cột Cách điện thông thường được chế tạo bằng sứ hay thủy tinh nung, phải có đặc tính điện và

cơ tốt

Dựa vào cấu trúc các cách điện được chia thành cách điện đứng và cách điện treo Cách điện đứng dùng cho các đường dây có điện áp đến 35 kV Đối với đường dây điện áp dưới 15 kV thường sử dụng cách điện đứng có một phần tử (Hình 5.13a), còn đối với các đường dây 22 kV 

35 kV cách điện đứng có hai phần tử (Hình 5.13b)

Trang 24

Cách điện treo kiểu bát được sử dụng phổ biến cho các đường dây có điện áp từ 35 kV trở lên Chuỗi cách điện có nhiều cách điện bát với số lượng bát phụ thuộc vào điện áp đường dây (Hình 5.13c)

Cách điện thanh treo dùng cho các đường dây có điện áp cao với các ưu điểm là độ bền điện và độ tin cậy cao, nhẹ và rẻ tiền (Hình 5.13d)

Ngày nay, ngoài vật liệu sứ và thủy tinh còn sử dụng các vật liệu mới là epoxy và polyester để chế tạo các cách điện Các loại vật liệu này cho phép giải quyết đơn giản các vấn đề về hình dáng, cấu trúc và độ bền của cách điện

2 Đường dây cáp

Dây cáp có một hay nhiều lõi cách điện với nhau Lõi cáp bằng đồng hay nhôm, đồng thời lõi cáp có thể có một hay nhiều sợi

Dây cáp ba lõi thường dùng trong mạng xoay chiều điện áp đến 22kV Các dây cáp 110kV và cao hơn có một lõi

Cách điện được chế tạo bằng giấy cáp tẩm dầu khoáng chất, bằng cao su hay bằng polyester Các vỏ bảo vệ cách điện được chế tạo bằng chì, nhôm hay polyclovinyl Để cáp không bị phá hoại về cơ các vỏ bảo vệ được bọc thép

5.3 Mạng phân phối hạ áp

Mạng phân phối hạ áp được dùng để truyền tải điện năng từ các thanh góp hạ áp của các trạm biến áp xí nghiệp, trạm biến áp phân xưởng đến các thiết bị tiêu thụ điện, khoảng cách truyền tải của các mạng phân phối không lớn Tiêu chuẩn quốc tế về điện áp cho lưới hạ thế 3 pha 4 dây theo IEC 38 1983 là 230V/400V

1 Các mạch phân phối hạ thế chính

Trong mạng điện hạ thế tiêu biểu, các mạch phân phối chính bắt nguồn từ một tủ phân phối chính (MDB) từ đó dây cáp được đặt trong các đường hào, máng cáp, để cấp điện cho các tủ khu vực hay tủ phụ (DB) Việc sắp xếp các nhóm dây dẫn, các cách cố định chúng cần đảm bảo yêu cầu bảo vệ tránh các hư hỏng cơ học, đảm bảo an toàn và thẩm mỹ

Các mạch điện trong mạng phân phối hạ áp được phân ra nhiều loại:

- Các mạch động lực cho truyền động điện

- Các mạch cho các tải nhiệt (điều hoà, sưởi ấm)

- Các mạch cung cấp điện cho thiết bị phụ trợ (hiển thị và điều khiển)

- Các mạch cho các thiết bị chiếu sáng

- Các mạch cho ổ lấy điện cố định hay di động

- Các mạch trong hệ thống an toàn (chiếu sáng sự cố, chống cháy, …) cần tuân thủ theo các qui định hiện hành

a.Cách điện đứng 1 phần tử, b Cách điện đứng 2 phần tử, c Chuỗi cách điện, d Sứ treo

Hình 5.13 Các dạng sứ

Trang 25

Với các mạch điện có các chức năng khác nhau cần tạo ra các mạch điện độc lập Điều này cho phép:

- Hạn chế các hậu quả trong trường hợp bị sự cố trên mạch điện

- Đơn giản hoá việc xác định một mạch điện hỏng hóc

- Việc bảo trì cũng như mở rộng mạch điện có thể thực hiện mà không ảnh hưởng tới phần còn lại của hệ thống điện

Mạng phân phối hạ thế thường được thực hiện theo sơ đồ nối dây chính như sau:

a Sơ đồ phân nhánh hình tia

Mạch phân phối này rất thông dụng và phổ biến, trong đó kích cỡ dây dẫn giảm dần tại các điểm phân nhánh

Ưu điểm của sơ đồ này là: độ tin cậy cung cấp điện cao do chỉ có nhánh sự cố bị cô lập (bằng cầu chì hay máy cắt); đơn giản trong việc xác định sự cố, bảo trì hay mở rộng; kích thước dây dẫn có thể chọn phù hợp với mức giảm dần cho tới cuối mạch

Nhược điểm của sơ đồ này là: sự cố xảy ra trong đường cấp điện từ tủ điện chính sẽ cắt tất cả các mạch và tủ điện phía sau

Đối với sơ đồ phân nhánh hình tia, thường có ba cách sắp xếp:

- Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở 3 mức (Hình 5.14) Cách sắp xếp này thường sử dụng vật dẫn là cáp cách điện và có ưu điểm là không hạn chế về không gian cho đường máng, ống dẫn cáp Sơ đồ này thường áp dụng cho các khu vực có các thiết bị tiêu thụ điện công suất lớn và phân bố trên phạm vi rộng

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng các thanh dẫn điện lắp ghép (BTS) ở mức phân phối thứ hai (Hình 5.15) Ưu điểm của cách sắp xếp này là thuận lợi trong lắp đặt cho các khu vực rộng không có vách ngăn, linh hoạt trong việc cải tạo mạng phân phối khi có nhu cầu tái bố trí vị trí các thiết bị tiêu thụ điện Sơ đồ này thường áp dụng cho các khu vực có các thiết bị có cùng chức năng bố trí theo từng nhóm, dọc theo một trục chính, thiết bị có công suất trung bình nhỏ và công suất các thiết bị trong nhóm không chênh lệch nhiều

Tủ phân phối phụ ïcho chiếu sáng và sưởi ấm

Tủ phân phối xưởng A Tủ phân phối phụ

Tủ phân phối chính

Hình 5.14 Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở 3 mức

Trang 26

- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng các thanh dẫn điện lắp ghép và dây dẫn ở cuối lưới (Hình 5.16) Ưu điểm của cách sắp xếp này là đảm bảo mỹ thuật, dễ sử dụng ở nơi có vách ngăn, có thể thay đổi theo yêu cầu của hộ tiêu thụ điện

b Sơ đồ hình tia không phân nhánh

Mạch phân phối này được dùng để điều khiển tập trung lưới hay một qui trình đặc biệt, điều khiển, bảo trì và giám sát hệ thống

Ưu điểm sơ đồ này là: độ tin cậy cung cấp điện cao do chì có lắp một mạch khi xuất hiện sự

cố trên mạch này

Khuyết điểm sơ đồ này là: sơ đồ trở nên phức tạp khi có một số lượng lớn mạch, đặc tuyến

bảo vệ của thiết bị đóng cắt mạch chính sẽ ở mức cao nhằm đảm bảo tính bảo vệ chọn lọc

2 Tủ phân phối hạ thế chính

Điểm khởi đầu cho thiết kế của hệ thống điện và cho sự sắp đặt của các tủ phân phối chính cũng như phụ là việc phân tải theo vị trí, được chỉ ra trên bảng vẽ mặt bằng

Trạm điện, trạm máy phát và tủ phân phối hạ thế chính vì lí do kỹ thuật cũng như kinh tế, nên được đặt gần tâm tải càng tốt

Tủ phân phối có thể được cấp điện từ một nguồn hay hai nguồn có dự phòng

Trong tủ phân phối thường đặt MCCB tổng và các MCCB nhánh

5.4 Kết cấu mạng phân phối hạ áp

1 Hệ thống dây dẫn và cáp lắp đặt trong nhà

Có nhiều phương pháp lựa chọn hệ thống dây và phương pháp lắp đặt dây trong nhà Sau đây

trình bày tiêu chuẩn IEC 364-5-52 (1993) qui định việc chọn và lắp đặt hệ thống dây dẫn dựa

trên các nguyên tắc liên quan đến cáp và dây dẫn, cách đấu nối, giá đỡ hay cáp treo Bảng 5.3 và bảng 5.4 trình bày các hệ thống dây và phương pháp lắp đặt

Để chọn các phương thức đi dây và tiến hành đi dây, tham khảo những con số ghi trong Bảng 5.3 tương ứng với phương pháp lắp đặt dây đã được trình bày ở Bảng 5.4 (với Qc là quy chuẩn)

Ví dụ: Con số 11 ghi trong bảng 5.3 tương ứng với phương thức đi dây: cố định trực tiếp, tiến hành đi dây: lộ rõ Để xem tiếp cách đặt dây thì xem bảng 5.4 với con số quy chuẩn (QC) là 11 cho biết được cáp một hay nhiều sợi có bọc sắt hoặc không lắp đặt trên tường

Tủ phân phối

chiếu sáng

Thanh dẫn lắp ghép thứ cấp

5.15 Mạng phân nhánh hình tia sử dụng

các thanh dẫn điện lắp ghép ở mức phân phối thứ cấp

Tủ phân phối phụ

Hình 5.16 Mạng phân nhánh hình tia sử dụng thanh dẫn lắp ghép và dây dẫn ở cuối lưới

Ray dẫn cho đèn

Tiêu đề	Gt cung cấp điện ( p2 )
Tác giả	PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Trường học	Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cung cấp điện
Thể loại	Giáo trình
Thành phố	Tp Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	2,54 MB