đồ án thực tập hệ thống cung cấp điện

Môn học đã giúp cho sinh viên có một cái nhìn tổng thể về một Hệ Thống CungCấp Điện , hiểu được các phần tử trong hệ thống, các đặc điểm, tính chất của hệ thống cung cấpđiện, tính toán đ

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với sinh viên nghành Điện , bộ môn Hệ Thống Cung Cấp Điện ( lý thuyết và thực tập ) làrất quan trọng Môn học đã giúp cho sinh viên có một cái nhìn tổng thể về một Hệ Thống CungCấp Điện , hiểu được các phần tử trong hệ thống, các đặc điểm, tính chất của hệ thống cung cấpđiện, tính toán được các thông số kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện,lựa chọn thiết bị điện, khí cụ điện hợp lý, đạt chuẩn, đúng quy cách, cách lắp đặt mạng lưới theocác sơ đồ đấu nối đạt tiêu chuẩn an toàn Tính toán bù công suất phản kháng để giảm chi phí chokhách hàng…

Chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy giáo Phạm Khoa Thành đã tận tình hướngdẫn, đào tạo và cung cấp cho chúng em những kiến thức rất phong phú, từ cơ bản đến chuyên sâu,giúp cho chúng em có những kiến thức đầy đủ để có thể làm việc tốt trong ngành điện ở bất kỳ cáclãnh vực nào

Qua những kiến thức đã được học, chúng em xin hệ thống lại bằng một đồ án nhỏ về môn học

Hệ Thống Cung Cấp Điện Tuy nhiên do mới được học và chưa có nhiều thời gian thực tế làm việcnên có nhiều chỗ còn thiếu sót, chưa đầy đủ Chúng em rất mong thầy giáo sẽ góp ý, bổ sung thêmnhững phần kiến thức còn thiếu cho chúng em Chúng em xin chân thành cám ơn!

Mục Lục

Chương1: Tổng quan về hệ thống cung cấp điện……… trang 3 Chương 2: Đặc điểm của hệ thống cung cấp điện……… trang 16 Chương 3: Tính chất của hệ thống cung cấp điện……… trang 17 Chương 4: Thiết kế hệ thống cung cấp điện……….……… trang 23 Chương 5: Quản lý hệ thống cung cấp điện……….……… trang 29 Chương 6: Đánh giá môn học hệ thống cung cấp điện……… trang 29 Chương 7: Góp ý cho giáo viên……….……… trang 30

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Hệ thống cung cấp điện: bao gồm nguồn điện ( các nhà máy phát điện, pin, ắc quy, ), các trạm biến áp,

các đường dây tải điện, và các thiết bị khác như: thiết bị điều khiển, thiết bị bảo vệ, tụ bù v.v Các phần tử này được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện

Sơ Đồ Hệ Thống Cung Cấp Điện

Một Hệ Thống Cung Cấp Điện: Chỉ bao gồm các khâu phân phối, truyền tải và cung cấp điện năng đến

- Đường Dây Dẫn Điện: hệ thống day dân hay cable có nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện

- Trạm Phân phối: có chức năng truyền tải và phân phối năng lượng điện

- Thiết Bị Bù Công Suất Phản Kháng: Cung cấp công suất phản kháng có tính dung cho lưới điện

Các yếu tố của hệ thống điện (bắt buộc và phụ thuộc vào tải)

Yếu tố bắt buộc

- Nguồn :cung cấp điện( máy phát và máy biến áp)

- Tải :là các thiết bị tiêu thụ điện(motor,bóng đèn,quạt,tivi…)

- Bảo vệ:là các thiết bị co chức năng bảo vệ dường dây và thiết bị khi xảy ra sự cố(máy cắt,cb,cầu chì,cầu dao…)

- Điều khiển: là nơi điều khiển thiết bị hoạt dộng hay không

- Truyền dẫn: là để truyền tải điện tới nơi tiêu thụ

Yếu tố phụ thuộc vào tải lớn hay nhỏ,ít hay nhiều

- Biến đổi : nâng điện áp cao hơn để truyền đi xa hoạ/c hạ thấp phù hợp với tải tiêu thụ

- Phân phối: là chia điện tới tải theo yêu cầu củ

1.Nguồn Điện:

Nhà Máy Phát Điện: Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại nhà máy điện:

-Nhà Máy Nhiệt Điện: Biến nhiệt năng thành cơ năng, từ cơ năng chuyển thành điện năng

NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN NGHI SƠN

Sơ đồ nguyên lý máy phát điện turbine khí cho nhà máy nhiệt điện

Không khí được nén bằng máy nén khí sau đó được hòa trộn với khí nhiên liệu ( fuel gas ) được đốt nóng trong chamber đạt áp suất cao, nhiệt độ cao làm quay turbine dẫn động máy phát

-Nhà Máy Thủy Điện: Biến thủy năng thành cơ năng, từ cơ năng chuyển thành điện năng

Hình Ảnh Nhà Máy Thủy Điện Hòa Bình

Sơ Đồ Nguyên Lý Nhà Máy Thủy Điện

Nhà Máy Thủy Điện tận dụng áp lực nước từ trên cao đổ xuống làm quay turbine dẫn động máy phát điện

-Nhà Máy Điện Nguyên Tử: là một dạng nhà máy nhiệt điện nhưng lấy năng lượng nhiệt từ phản ứng

phân hủy hạt nhân nguyên tử từ các đồng vị phóng xạ tạo ra bức xạ nhiệt rất lớn

Hình Ảnh Nhà Máy Điện Nguyên Tử fukushima – Nhật Bản

Sơ Đồ Nguyên lý Của Nhà Máy Điện Nguyên Tử

-Nhà Máy Điện Năng Lương mặt trời: Có 3 dạng lấy năng lượng mặt trời:

+ Sử dụng pin mặt trời thu trực tiếp năng lượng từ mặt trời và chuyển thành năng lượng điện

+ Sử dụng vật liệu thu nhiệt sau đó đốt nóng nước chuyển thành hơi chạy turbine

+ Sử dụng ô mặt trời dưới dạng chiếu gương( dùng trong vũ trụ)

Hình Ảnh Nhà Máy Điện Mặt Trời

-Nhà Máy Điện Năng Lượng Gió: Tốc độ gió để hệ thống có thể làm việc là từ 20-70Km/h Công suất

của Máy phát điện năng lượng gió phụ thuộc vào diện tích cánh quạt, vd: máy phát có công suất 6Mwcó đường kính quạt là 126m, chiều cao là 120m

Thông thường cấu trúc của máy có 3 cánh quạt, vị trí lắp đăt tối ưu nhất cách bờ biển 10-12km hoặc đặt ngay trên biển

Hình Ảnh Nhà Máy Điện Năng Lượng Gió

-Nhà Máy Điện Năng lượng Địa Nhiệt: Địa nhiệt năng là loại năng lượng lấy từ nguồn nhiệt tự nhiên

trong lòng quả đất bằng cách khoan sâu xuống lòng đất Độ biến thiên địa nhiệt trong lỗ khoan vào khoảng

C/36m Theo tính toán nhiệt độ ở tâm trái đất vào khoảng C

National Geographic cho biết, nhà máy điện địa nhiệt áp dụng ba phương pháp chính để sản xuất điện: hơi

khô (dry steam), hơi giãn áp (flash steam) và chu kỳ nhị phân (binary cycle) New Zealand, Indonesia, Philippines, Mỹ và Mexico hiện nay đều có nhà máy địa nhiệt thương mại

Nhà máy điện hơi khô sử dụng khe nứt trong lòng đất, dẫn trực tiếp hơi nước nhiệt độ cao (hơn 235 độ C) qua ống dẫn đến tuabin của máy phát điện Nhà máy điện hơi giãn áp hút nước nóng dưới sâu, áp suất cao (hơn 182 độ C) chuyển đổi thành nước lạnh hơn, áp suất thấp Quá trình này tạo ra hơi nước làm quay tuabin phát điện

Nhà máy điện chu kỳ nhị phân sử dụng nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ trung bình từ 107 - 182 độ C Nướcnóng được dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt, làm bay hơi chất lỏng thứ cấp có nhiệt độ sôi thấp hơn nước rất nhiều (ví dụ như isobutane hoặc isopentane) Hơi của chất lỏng thứ cấp dùng để chạy máy phát điện Hệ thống nhị phân là một chu trình tương đối kín nên hầu như không có khí thải nhà kính Các chuyên gia địa nhiệt dự đoán đây sẽ là giải pháp kỹ thuật chủ đạo cho việc sản xuất điện địa nhiệt trong tương lai

Hình Ảnh Nhà Máy Điện năng lượng Địa Nhiệt

Mô hình hoạt động của nhà máy điện địa nhiệt

-Ngoài các nguồn kể trên , còn có một số nguồn điện được cung cấp bởi Máy Phát Điện Động Cơ Diezel, pin, ắc quy…Những nguồn này thường được dùng làm nguồn dự phòng:

Pin, Ắc Quy

Hình ảnh Máy Phát Điện Động Cơ Diesel PHỤ TẢI: Là những Nơi tiêu thụ điện, biến đổi điện năng thành năng lượng khác phục vụ nhu cầu con người, như : các Trạm biến áp, các thiết bị tiêu thụ điện trong gia đình, trong xí nghiệp, các nhà máy sản xuất

Hình Ảnh Một Số Phụ Tải

Trạm Biến Áp:

Trong hệ thống phân phối năng lượng điện, trạm biến áp phân phối là công trình có chức năng chuyển đổi điện áp trung áp 6, 10, 22, 35KV xuống điện áp hạ thế 380-220 để cấp điện phục vụ sản xuất, kinh doanh dịch vụ và sinh hoạt hàng ngày

Trạm Biến Áp là một bộ phận trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, được cấu tạo từ nhiều thiết bị trung hạ thế có tiêu chuẩn và quy cách phù hợp với từng công suất

Trạm biến áp có 2 dạng là TBA ngoài trời và TBA trong nhà, gồm các loại sau:

- Trạm Biến Áp hợp bộ

- Trạm Biến Áp Giàn

- Trạm Biến Áp treo

- Trạm Biến Áp nền

- Trạm Biến Áp ngồi trên trụ thép

Hình Ảnh Trạm Biến Áp

Các Thiết Bị Và Khí Cụ Điện Khác:

- Máy Cắt Cao Thế: Dùng để đóng ngắt lưới điện điện áp trên 1KV( từ xa hoặc tại chỗ) ở chế độ bình

thường hoặc tự động khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch Máy cắt được phân loại: máy cắt trong nhà, máy

cắt ngoài trời, máy cắt tự động, máy cắt vận hành bằng tay, máy cắt khí FS6 dùng cho điện áp 6-22KV, máy cắt dầu dùng cho điện áp 35KV hoặc cao hơn với dòng định mức 630A - 2000A, Máy cắt không khí dập hồ quang bằng khí nén cho điện áp 35KV hoặc cao hơn, Máy cắt chân không và máy cắt điện từ thường dùng cho điện áo 6-22KV.

Máy cắt phụ tải: Đơn giản và rẻ tiền hơn máy cắt điên tự động thường được sử dụng cho lưới điện 6-22KV

và thường nối tiếp với cầu trì cao áp, được lắp đặt trong các tram biến áp phân xưởng, khu dân cư

- Thanh Góp( Bus bar ): Có nhiệm vụ truyển năng lượng điện từ nguồn đến thiết bị phân phối, dòng điện

được chuyển qua hệ thống thanh cái và truyền và lưới điện

- Cột Điện : Theo mục đích sử dụng có loại cột góc, cột néo, cột trung gian, cột cuối, cột chuyển, cột

chuyên dùng Theo vật liệu có cá loại cột : cột gỗ, cột bê tông cốt sắt, cột thép

- Sứ cách Điện: 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 Có loại sứ đứng và sứ treo

- Máy Biến Áp: Có Máy Biến Áp Lực, Máy Biến Áp Dầu, Máy Biến Áp Khô Máy Biến Áp dùng để biến

đổi điện áp cho phù hợp với quá trình truyền tải và phân phố điện năng từ các nhà máy điện đến phụ tải

- Cầu trì cao áp: là thiết bị tự động bảo vệ ngắn mạch khi có sự cố quá tải và ngắn mạch Mạch bị ngắt khi

trì bị chảy ra, vì thế tất cả các thiết bị được bảo vệ

- Kháng điện: dùng để giảm dòng ngắn mạch và dòng khởi động động cơ

- Dao Cách ly( DS-disconect switch ): Tạo ra khoảng hở cách điện nhìn thấy trong mạch điện giữa bộ

phận mang dòng điện và bộ phận cần cách điện, bảo đảm an toàn cho nhân viên trong thời gian sửa chữa hay thay đổi sơ đồ Dao cách ly có loại dao cach ly trong nhà, dao cach ly ngoài trời, dao cách ly một cực, dao cách ly 3 cực

- Chống sét valve: Bảo vệ quá điện áp tức thời hay lan truyền.

- Máy Cắt Tự Động( CB- circuit breaker ): Đóng ngắt lưới điện ở trạng thái làm việc bình thường cũng

như khi sảy ra sự cố Máy cắt bảo vệ an toàn các thiết bị khỏi sự cố ngắn mạch và quá tải.Ngoài ra còn cóthể được sử dụng trong điều khiển với tần suất đóng ngắt không cao:

Ngoài ra còn rất nhiều khí cụ điện và thiết bị điện khác tham gia vào quá trình bảo vệ, điều khiển, phân phối, đo lường trong hệ thống cung cấp điện:

CHƯƠNGII ĐẶC ĐIIỂM CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Một Hệ Thống Cung Cấp Điện chất lượng cần phải thể hiện được 6 đặc điểm chính: Đồng Thời, Dễ, Quá Trình Quá Độ , Phức Tạp, Ảnh Hưởng, Động:

Do đó chi phí vận hành và quản lý thấp

Quá Trình Quá Độ:

Quá trình quá độ sảy ra rất nhanh ( vài mili giây ) như ngắn mạch, đóng, ngắt nguồn, thay đổi tải hay mất

ổn định hệ thống Vì vậy cần thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ cho chính x.ác

Phức Tạp:

Hệ thống điện là một hệ thống rất phức tạp: từ sản xuất đến quá trình truyền tải, phân phối và tiêu thụ trải qua nhiều giai đoạn cần quan tâm, từ tối ưu hóa hệ thống đến khắc phục các sự cố trong quá trình vận hành,đảm bảo chất lượng điện năng và an toàn cho người sử dụng

Ảnh Hưởng:

Công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ với nhiều ngành kinh tế quốc dân ( luyện kim, hóa chất, khai thác mỏ, công nghiệp dệt, cơ khí v.v ) Vì vậy Hệ Thống Cung Cấp Điện là một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong cấu trúc kinh tế

Quán triệt đặc điểm này sẽ xây dựng những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hóa đối với các ngànhkinh tế, các vùng lãnh thổ khác nhaumức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải, phân phối nhằm đáp ứng được sự phát triển cân đối, tránh được những thiệt hại về kinh tế quốc dân do phải hạn chế nhu cầucủa các hộ dùng điện

Động:

Các chế độ của hệ thống điện luôn là quá trình động: chế độ thay đổi đột ngột của hệ thống điện gây ra quá trình quá dộ điện từ, trong đó quá trình phát sinh do chế độ ngắn mạch là nguy hiểm nhất vì: phát nóng, tăng lực điện động, Điện áp giảm và mất đối xứng, gây nhiễu với đường dây thông tin ở gần, gây mất ổn định có thể dẫn đến rã lưới

CHƯƠNG III CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Chất lượng của một hệ thống cung cấp điện được đánh gia qua các yếu tố sau:

An Toàn, Ổn định, tin cậy, Liên tục, kinh tế

1.Yếu Tố An Toàn: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn vđối với người và thiết bị Muốn

vậy người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, các thiết bị phải chọn đúng chủng loại, đúng côngsuất Công tác xây dựng, lắp đạt phải đúng quy phạm Công tác vận hành quản lý có vai trò đặc biệt quan trọng, người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện

Đặc biệt, sơ đồ cung cấp điện phải đấu nối đúng theo chuẩn thiết kế của IEC nhằm giảm sự nguy hại đếnmức nhỏ nhất khi xảy ra sự cố về điện Những sơ đồ đấu nối này được kết hợp chắt chẽ với những biện pháp bảo vệ sau:

Khi có hư hỏng cách điện :

 Mạch sẽ tự động ngắt nguồn cung cấp sử dụng CB , cầu chì , do khi có hư hỏng cách điện thì sẽ dẫn đến ngắn mạch pha và trung tính với dòng ngắn mạch lớn

b Đặc điểm :

Quá áp :

 Trong điều kiện bình thường , điểm trung tính , vỏ thiết bị có cùng điện thế Khi có hư hỏng cách điện trung áp , dòng sẽ đi qua cực nối đất của trung tính cuộn hạ áp , làm xuất hiện điện áp tần số công nghiệp giữa vỏ thiết bị và đất

Tương hợp điện từ :

 Ở trạng thái làm việc bình thường , do tải không đối xứng sẽ phát sinh dòng chạy trong dây trung tính, đồng thời tạo ra các điện áp rơi và độ lệch điện thế Dòng trung tính tạo nên trường điện từ gây nhiễu Cácđiện áp rơi có thể được khuếch đại

 Khi có hư hỏng cách điện , dòng sự cố lớn , vài kA Độ sụt áp , các nhiễu điện từ cao , điện áp quá độ giữa vỏ thiết bị điện và pha sẽ vượt quá điện áp pha – trung tính , có thể lấy bằng 1,45Uf

Nguy cơ hỏa hoạn :

 Dòng điện sự cố lớn nên dễ gây cháy

 Đồng thời khi thực hiện nối dây PEN với các vật dẫn tự nhiên của tòa nhà sẽ tạo dòng chạy trong công trình gây hiểm họa cháy

Khi có hư hỏng cách điện :

 Mạch sẽ tự động ngắt nguồn cung cấp bằng cách sử dụng CB , cầu chì giống như mạch TN-C , hoặc sử dụng RCD (vì bảo vệ chống chạm điện sẽ tách bảo vệ ngắn mạch pha )

 Khi có hư hỏng cách điện , giống như sơ đồ TN-C

Nguy cơ hỏa hoạn :

 Dòng điện sự cố lớn nên dễ gây cháy

 Hạn chế được nguy cơ hỏa hoạn của sơ đồ TN-C do không có dòng chạy trong dây PE ở điều kiện bình thường

Thiết bị bảo vệ ngắt mạch :

 Nếu dùng CB , cầu chì để bảo vệ chống chạm điện thì các đặc tính tương tự sơ đồ TN-C

 Nếu bảo vệ chống chạm điện gián tiếp có trang bị RCD , để chống nhiễu ta sử dụng RCD có dòng rò lớn

Sơ Đồ TN C-S:

Đây là hệ thống kết hợp giữa hệ thống TN-C( trước) và hệ thống TN-S ( sau ) Trường hợp này điểm phân dây PE tách từ dây PEN thường là điểm đầu của lưới Lưu ý rằng, sơ đồ TN-C không bao giờ được sử dụng sau sơ đồ TN-S Không sử dụng sơ đồ TN C-S cho các công trình có khả năng cháy và khả năng lây nhiễm nhiễu điện từ cao

 Dòng sự cố thường thấp và không nguy hiểm Để tránh sự cố khi chạm đất tại hai điểm , ta phải lắp đặt một thiết bị giám sát cách điện để bảo vệ và báo tín hiệu

 Để bảo vệ chống hư hỏng hai điểm , ta sử dụng CB , cầu chì

 Thiết bị chống dòng rò RCD cũng được sử dụng

b Đặc điểm :

Qúa áp :

 Trong điều kiện bình thường , điểm trung tính , vỏ thiết bị có cùng điện thế

 Khi có hư hỏng cách điện trung áp , xuất hiện điện áp giữa vỏ thiết bị và phần mang điện , điện áp này

Nguy cơ hỏa hoạn :

 Sử dụng RCD với dòng rò < 500 mA để tránh nguy cơ hỏa hoạn

2.YẾU TỐ ỔN ĐỊNH: