giáo án hệ thống điện

- Trò: Nghe giảng, trao đổi về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên.. - Trò: Nghe giảng, trao đổi về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên.. -

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

HỒ SƠ GIẢNG VIÊN

Năm 2015

Họ và tên giảng viên:

Đơn vị: Tổ điện–điện tử, khoa Công nghệ

Kỹ Thuật,

Tp Thanh Hóa, tháng 10 năm 2015

Trang 3

GIÁO ÁN SỐ 01 (Lý thuyết)

Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Năm học: 2015-2016

Môn học: Hệ thống điện Lớp:

Bài dạy: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Số tiết: 6 Ngày dạy:

I MỤC ĐÍCH Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ): Sau khi học xong bài học này sinh viên có khả năng Nắm khái quát về công suất ở dạng phức, nguồn ba pha và đặc biệt nắm được như thế nào là hệ đơn vị tương đối từ đó vận dụng để giải các mạch điện nhiều cấp điện áp phức tạp II YÊU CẦU + Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT, qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường − Dự lớp: trên 75% − Bài tập: trên lớp và ở nhà − Khác: theo yêu cầu của giảng viên III TIẾN TRÌNH LÊN LỚP 1 Tổ chức lớp: (thời gian 10 phút.) + Kiểm tra sỹ số: (Thời gian: phút) Tổng số: Có mặt: Vắng mặt

+ Tên học sinh vắng: Lý do

2 Kiểm tra bài cũ: (nếu có)

3 Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)

Phân phối

thời gian Nội dung chi tiết

Phương pháp, phương tiện (thể hiện hoạt động của thầy, trò và cách sử dụng phương tiện)

T1: 45 phút N1:

1.1 Giới thiệu Tổng quan về hệ thống điện

PP1: Nêu vấn đề, diễn giải, đàm thoại, vấn đáp, trực quan.

Trang 4

. Chương này nhằm mục đích hệ thống hóa các vấn đề cơ bản liên quan đến

năng lượng điện Các vấn đề trong chương này

đã được trình bày trong một số mônhọc trước đây; do đó ở đây chỉ nhắc lại để phục

vụ cho môn học hệ thống điện

1.2 Công suất của mạch xoay chiều

1.2.1 Công suất mạch xoay chiều một pha

Giả sử biểu thức điện áp và dòng điện tức thời có dạng:

u(t)=Umcos(ωt+θv)i(t)=Imcos(ωt+θi)thì công suất tức thời sẽ là:

p(t)=u(t).i(t)=Um Im cos(ωt+θv).cos(ωt+θi)

sau khi khai triển lượng giác ta được:

p(t)= U I cos θ [1 + cos 2(ωt + θ v )] + U I sin θ sin 2(ωt + θ v ).

1.2.2 Biểu diễn công suất bằng số phức

Một đại lượng xoay chiều được biểu diễn dưới dạng số phức như sau (trong

tài liệu này các chỉ số U, I, S viết dưới dạng bình thường luôn được hiểu là đại

S= U I =P+jQ

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông qua các ví dụ cho kết quả cụ thể.

Giải đáp các thắc mắc của sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên Lên bảng làm bài cũ.

T2: 65 phút N2: 1.3. Trào lưu công suất – Power Flow.

Giả thiết hai nguồn điện áp có dạng

U1= U1 ∠δ1

U2= U 2 ∠δ 2

Khi đó dòng điện chạy từ nguồn 1 sang nguồn 2 được các định:

Công suất chạy từ nguồn 1 sang 2:

Tổn thất công suất trên đường dây:

∆S=S12+S21Nếu R=0, đường dây được gọi là đường dây không tổn hao (Line losses) Khi đó

công suất thực đầy nhận bằng công suất thực đầu phát

Với các phương trình ở trên trong trường hợp tổng quát một hệ thống điển

hình có tỷ số R/X nhỏ thì:

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên Lên bảng làm bài

Trang 5

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với giáo viên Lên bảng làm bài cũ

T4: 90 phút N4: 1.5 Hệ đơn vị tương đối.

Ý nghĩa

1.5.1 Hệ đơn vị tương đối ra đời nhằm phục

vụ cho các tính toán phức tạp củamạng điện nhiều cấp điện áp Khi phân tích một mạng điện liên tục nhiều cấp điện

áp chúng ta phải qui đối về một cấp nào đó trong mạng; sau khi thực hiện quá trình

tính toán chúng ta phải qui đổi ngược lại để có giá trị đúng; điều này rất phức tạp,

dễ dẫn đến sai sót

n và nhanhchóng

1.5.2 Các đại lượng trong hệ đơn vị tương đối

Thông thường giá trị tổng trở của máy phát

và máy biến áp được nhà sảnxuất cho dưới dạng phần trăm hay hệ đơn vị tương đối (per-unit: pu), thông số

đường dây cho dưới dạng Ohm Điều này sẽ dẫn đến sai sót trong tính toán Vì vậy

khi tính toán, phân tích hệ thống điện tất cả các đại lượng phải được qui đổi về cùng

được chọn là điện áp trung bình của một cấp nào

cũ

Trang 6

đó trong mạng;

4 Luyện tập và củng cố kiến thức: (thời gian 10 phút)

a) Nội dung củng cố

- Bài toán về trào lưu công suất

- Biểu diễn công suất bằng số phức

- Hệ đơn vị tương đối và cách ứng dụng hệ đơn vị tương đối trong hệ thống điện

b) Phương pháp củng cố

Diễn giải – đàm thoại

5 Giao nhiệm vụ tự lực và hướng dẫn tự lực (5 phút)

- Chuẩn bị bài mới:

THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

- Giao bài tập về nhà và nội dung bài sau để sinh viên tìm hiểu trước

IV PHẦN RÚT KINH NGHIỆM

Giảng viên giảng dạy

Trang 7

Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Năm học: 2015-2016 Môn học: Hệ thống điện Lớp: Bài dạy: THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

I MỤC ĐÍCH

Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ): Sau khi học xong bài học sinh viên có khả năng tính toán được điện cảm, điện kháng, điện trở, điện dung và dung kháng

II YÊU CẦU

+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT, qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường

− Dự lớp: trên 75%

− Bài tập: trên lớp và ở nhà

− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III TIẾN TRÌNH LÊN LỚP

T1: 45 phút N1:

2.1 Các loại dây dẫn

Thông số đường dây truyền tải điện là thông tin

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn

Trang 8

quan trọng của bài toán tínhtoán phân tích hệ thống Việc tính toán chính xác thông số đường dây sẽ góp phần

vào tính toán kết quả của các bài toán khác về sau Thông số của đường dây bao

gồm điện trở, điện cảm (cảm kháng), điện dung (dung kháng) và dẫn nạp của đường

dây Tuy nhiên trong tính toán tùy thuộc vào từng loại bài toán mà có thể bỏ qua

một vài thông số Trong chương này người đọc cần chú ý một số ký hiệu chuyên

dụng trong tính toán thông số đường dây là:

-GMD (Geometric Mean Distance): Khoảng cách trung bình nhân giữa các

dây dẫn và còn có ký hiệu là Dm.-GMR (Geometric Mean Radius): Bán kính trung bình nhân giữa các dây

cùng pha và được ký hiệu là Ds

2.2 Điện trở đường dây

Điện trở là thông thố quan trọng của đường dây,

nó ảnh hưởng đến hiệu quảtruyền tải, nó là nguyên nhân sinh nhiệt

Điện trở của dây dẫn tròn đồng nhất được xác định theo biểu thức

Khi dẫn dòng điện xoay chiều điện trở của dây dẫn tăng lên so với dẫn dòng điện

một chiều; điều này là do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài (skin effect) Ví dụ ở

tần số 60Hz, điện trở tăng 2% do với dòng điện một chiều

Điện trở của dây cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng với mối liên hệ như sau:

giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông qua các ví dụ cho kết quả cụ thể.

T2: 135

phút

N2: 2.3 Điện cảm của đường dây

Trong phần này chủ yếu chúng ta đi tìm biểu thức xác định điện cảm L của

đường dây đơn

Điện cảm của đường dây gồm điện cảm trong (internal inductance) và điện cảm

ngoài (do từ thông móc vòng giữa các dây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ cảm -

external flux linkage)

2.3.1 Điện cảm của dây đơn (single conductor)

Điện cảm của đường dây gồm điện cảm trong (internal inductance) và điện cảm

ngoài (do từ thông móc vòng giữa các dây dẫn

Trang 9

tạo ra chúng ta hay gọi là hỗ cảm external flux linkage).

-Bằng các chứng minh đơn giản ta có được: điện cảm bên trong (hình 2.1):

Tương tự ta cũng xác định được điện cảm bên ngoài:

Từ đó ta có điện cảm của đường dây một pha (hình 2.2) là:

Nếu xác định theo bán kính trung bình nhân giữa các dây cùng pha (GMR) và qui

về điện cảm trên một km chiều dài dây thì:

Một cách chi tiết nếu chúng ta kể đến hỗ cảm giữa hai dây cùng pha (hình

2.3) thì giá trị điện cảm tương hỗ được xác định như sau:

2.3.2 Điện cảm của đường dây ba pha

2.3.2.1 Ba pha đặt đối xứng tại ba đỉnh của tam giác đều

Chứng minh đơn giản chúng ta có được điện cảm trên mỗi pha được xác định:

L=0.2ln

với GMRL=r’=re-0,25

D (mH/km).

GMR L

2.3.2.2 Ba dây pha đặt không đối xứng trong không gian

Giá trị điện cảm trên các pha được xác định:

Hình 2.5: Mô hình đường dây ba pha lắp không đối xứng

Ở đây a là toán tử góc với: a=1 ∠120 0 , a2=1 ∠

240 0

Để đảm bảo cân bằng điện cảm trên các dây, trong thực tiển người ta thực hiện việchoán đổi pha như sau (hình 2.6):

2.3.3 Điện cảm của đường dây hợp nhất

2.3.3.1 Đường dây hợp nhất một pha

Trong phần này chúng ta xem xét đường dây một mà trong đó mỗi dây pha

được tạo ra từ tổ hợp các sợi dây dẫn - đường dây

lộ kép (trong hệ thống truyền tảiđiều này thường xảy ra)

Xét trường hợp tổng quát đường dây một pha với mỗi dây được tổ hợp của n

và m sợi tương ứng như hình 2.7

Chứng minh tương tự (Người đọc tham khảo thêm tài liệu) ta có:

T3: 135

phút

N3: 2.4 Điện dung của đường dây

Một thông số đặc trưng của đường dây truyền

PP3: Nêu vấn đề, diễn giải, đàm thoại, vấn đáp, trực

Trang 10

tải là điện dung C Điện dungđường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, khoảng cách giữa các dây dẫn và độ caocủa chúng so với đất.

Trong phần này Sinh viên tự tìm hiểu các kiến thức cơ bản về cách xác định

điện thế và hiệu điện thế (đã học trong lý thuyết trường điện từ) tài liệu này chỉ đưa

2.5 Thông số của đường dây lộ kép

quan.

thiệu (đã học trong lý thuyết trường điện từ)

Nhìn chung sự ảnh hưởng của đất sẽ làm điện dung của đường dây tăng lên

Trong thực tế chiều cao của dây dẫn lớn hơn khoảng cách giữa các dây pha; chính

điều này mà ảnh hưởng này có thể bỏ qua khi phân tích mô hình đường dây đối

xứng ở trạng thái tĩnh (steady-state) Tuy nhiên, khi phân tích ở điều kiện không đối

xứng như trạng thái sự cố thì ảnh hưởng này phải được xem xét.Mạch cộng hưởng

2.7 Tổn thất vầng quang.

2.8 Thông số cáp ngầm

Trang 11

Học sinh, sinh viên cần hiểu và nắm các công thức tính điện trở, điện cảm, điện kháng, điện dung và dung kháng.

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

Trang 12

Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Năm học: 2015-2016 Môn học: Hệ thống điện Lớp: Bài dạy: MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I MỤC ĐÍCH

Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):

Sauk hi học xong bài học này học sinh có thể phân tích đước các mô hình của các phần tử trong hệ thống điện, tính tổn thất trên đường dây, dòng điện trên đường dây

II YÊU CẦU

T1: 20 phút N1:

3.1 Mở đầu

Khi phân tích mạng điện, việc đầu tiên mà chúng

ta phải làm mô hình hóacác phần tử trong chúng Các phần tử từ ba pha, sau khi được xây dựng mô hình

tương đương và phải chuyển về sơ đồ đơn tuyến

để đơn giản trong việc tính toán

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn giải, vấn đáp, trực quan minh họa bài giảng thông qua các ví dụ cho kết quả cụ

Trang 13

Sau khi chuyển về sơ đồ đơn tuyến hệ thống chỉ còn được biểu diễn bằng các thành

phần điện trở, điện cảm và điện dung đặc trưng cho các phần tử thực ban đầu

Việc mô hình các phần tử trong hệ thống phải đảm bảo quá trình vật lý xảy

ra trong các mô hình thay thế phải tương đồng với quá trình xảy ra trong đối tượng

thực Tuy nhiên, quá trình thực xảy ra trong các phần tử trong hệ thống điện là quá

trình thay đổi liên tục theo thời gian và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác

xảy ra trong tự nhiên Chính điều này làm cho luôn có sự sai số giữa các đáp thực

xảy ra trong các phần tử và đáp ứng tính toán trên mô hình Sai số này tỷ lệ ngịch

với mức độ phức tạp của của mô hình Do vậy, các mô hình đưa ra trong môn học

hệ thống điện sẽ đặc trưng cho các quá trình cơ bản nhất của đối tượng thực cần

phân tích

thể.

T2: 135

phút

N2:

3.2 Mô hình máy phát điện đồng bộ

Trong hệ thống điện, máy phát điện đồng bộ chủ yếu được chế tạo dưới dạng

ba pha, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Cực từ là các nam châm

điện (cuộn dây tạo ra từ thông gọi là cuộn kích từ -exciting coil) được gắng đồng

trục với rotor của máy phát Trên stator chứa ba cuộn dây aa’, bb’ và cc’ được đặt

lệch nhau góc 120o điện; đây là nơi hình thành sức điện động phần ứng (xem hình

minh họa 3.1)

Khi làm việc rotor (cực từ) quay với vận tốc góc

ω, từ thông móc vòng Øtrên mỗi cực từ quét qua mặt phẳng khung dây stator biến đổi Nếu giả thiết ban đầu

chúng ta chọn trục chuẩn vuông góc với mặt phẳng khung dây của cuộn aa’ thì từ

thông móc vòng xuyên qua cuộn aa’ được xác định theo biểu thức:

Nếu mạng điện ba pha đối xứng thì dòng điện phần ứng trên mỗi pha được

xác định (giả thiết lấy pha a làm chuẩn và dòng

Trang 14

điện pha a trễ pha so với điện ápmột góc là ψ).

ia = Imaxsin(ωt-ψ)

ib = Imaxsin(ωt-ψ-2π/3)

ic = Imaxsin(ωt-ψ-4π/3) Phương trình điện áp ngoài trên mỗi pha (viết cho pha pha) của của máy phát

điện đồng bộ ba pha được xác định theo biểu thức (Người đọc xem tham khảo thêm

trong lý thuyết máy điện):

U = E – (Ra+jXs)Ia

T3: 135

phút

N3:

3.3 Mô hình máy biến áp

Máy biến áp là thành phần quan trọng trong một hệ thống điện Chúng đưa

điện áp thấp từ máy phát tạo ra lên rất cao để truyền tải nhằm mục đích tăng hiệu

suất truyền dẫn Ở đầu cuối của hệ thống máy biến áp lại làm nhiệm vụ biến đổi từ

điện áp rất cao xuống điện áp thấp phụ hợp cho đối tượng sử dụng Trong hệ thống

điện năng lượng có thể truyền qua 4 đến 5 máy biến áp kể từ nguồn phát đến hộ tiêu

thụ Điều này dẫn đến công suất lắp đặt máy biến

áp trong lưới điện nhiều hơn 5 lầncông suất của máy phát điện

T4: 180

phút

N4:

4.4 Mô hình đường dây truyền tải điện

Trong chương ba đã trình bày các thông số đặc trưng của đường dây truyền

tải cũng như cách xác định chúng Phần này chúng ta sẽ xem xét mô hình tổng trở

của đường dây truyền tải trong phân tích hệ thống điện Trong hệ thống điện đườngdây truyền tải được chia thành ba loại theo chiều dài truyền tải của đường dây là

đường dây ngắn (short line), trung bình (medium line) và đường dây dài (long line)

Chú ý rằng các phân tích dưới đây đều giải quyết trên đại lượng pha của đường dây

4.4.1 Mô hình đường dây ngắn

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với

Trang 15

Đường dây được gọi là ngắn khi có chiều dài truyền tải không quá 80km

hoặc điện áp không quá 69kV Đối với đường dây này khi phân tích chúng ta có thể

bỏ qua điện dung của đường dây; tổng trở của đường dây chỉ còn là điện trở nối tiếp

với điện kháng và được mô hình như hình (3.22)

4.4.2 Mô hình đường dây trung bình

Đường dây được gọi là ngắn khi có chiều dài truyền tải không quá 80km

hoặc điện áp không quá 69kV Đối với đường dây này khi phân tích chúng ta có thể

bỏ qua điện dung của đường dây; tổng trở của đường dây chỉ còn là điện trở nối tiếp

với điện kháng và được mô hình như hình (3.22)

giáo viên Lên bảng làm bài

cũ

T5: 45 phút

N5:

3.5 Mô hình phụ tải điện

BÀI TOÁN PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT

Trang 16

Trang 17

I MỤC ĐÍCH

Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):

Sau khi học xong bài học này học sinh có thể:

- Nắm vững các phương pháp giải lặp cho phương trình phi tuyến

- Phân tích được các bài toán phân bố trào lưu công suất

II YÊU CẦU

vị có tên hoặc trong hệ đơn vị tương đối

Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi phải đầy đủ các dữ liệu như các thông số

của đường dây, máy biến áp, nguồn, phụ tải…

Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất là dựa vào định luật Kirchhoff 1

về nội dung bài giảng với các bạn trong lớp và với

Trang 18

về dòng điện tại một nút và định luật Kirchhoff 2 viết cho một vòng Tuy nhiên nó

khác với các dạng giải bài toán mạch khác là các phương trình Kirchhoff không còn

tuyến tính nữa, tức là các phương trình phi tuyến

Do đó để giải bài toán phân bốcông suất ta phải dùng các phương pháp giải lặp kết hợp với sự trợ giúp của máy

một phương trình phi tuyến có dạng:

Phương pháp Gauss-Seidel được xem như là phương pháp thay thế liên tục Xét

một phương trình phi tuyến có dạng:

f(x) = 0phương trình trên có thể được viết dưới dạng:

x = g(x)nếu x(k) là giá trị ước lượng ban đầu thì giá trị lặp tiếp theo của biến x là:

x(k+1) = g(x(k))việc tính lặp sẽ kết thúc khi sai số ∆x giữa hai lần lặp liên tiếp thỏa:

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	129,2 KB