GIAO TRINH cung cap dien CDN

Giáo trình Cung cấp điện được viết dựa vào chương trình môn học Cung cấp điện trình độ cao đẳng Điện công nghiệp. Nội dung giáo trình đảm bảo được yêu cầu mà chương trình đặt ra. Giáo trình này được thiết kế theo môn học thuộc hệ thống mô đunmôn học của chương trình đào tạo Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH NAM ĐỊNH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ NAM ĐỊNH

GIÁO TRÌNH

MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCNNĐ, ngày tháng năm 2018

của Hiệu trưởng Trường CĐ Kỹ thuật Công nghệ Nam Định)

Nam Định, năm 2018

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Giáo trình Cung cấp điện do Trường Cao đẳng Kỹ thuật công nghệ Nam Định ban hành là giáo trình đào tạo trình độ Cao đẳng Điện công nghiệp nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Cung cấp điện được viết dựa vào chương trình môn học Cung cấp điện trình độ cao đẳng Điện công nghiệp Nội dung giáo trình đảm bảo được yêu cầu mà chương trình đặt ra Giáo trình này được thiết kế theo môn học thuộc

hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng

Giáo trình này gồm 5 chương:

Chương 1 Khái quát về hệ thống cung cấp điện

Chương 2 Tính toán phụ tải

Chương 3 Tính toán mạng và tổn thất

Chương 4 Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điện

Chương 5 Chiếu sáng công nghiệp

Giáo trình này dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho các giáo viên và sinh viên cao đẳng Điện công nghiệp Nó cũng được dùng làm tài liệu tham khảo cho các giáo viên và học sinh ngành điện giảng dạy và học tập các bậc hệ đào tạo khác trong trường

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Nam Định, ngày tháng năm 2018

Chủ biên: Lê Hữu Thọ

1 Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện 6

2.5 Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời 8

7 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 12

1.5 Các phương pháp xác định công suất tính toán 27

1.7 Xác định công suất tính toán ở các cấp trong mạng điện 34

2.2 Chọn điện áp định mức của mạng điện 37

2.4 Sơ đồ nối mạng điện áp thấp (mạng phân xưởng) 40

2.4 Nối đất trạm biến áp và đường dây tải điện 62

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN 71

1 Lựa chọn dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt và bảo vệ 71

1.4 Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện có điện áp đến 1000 V 75

2.3 Một số thiết bị chống sét mới xuất hiện trên thế giới 91

1.2 Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng 95

2.1 Hệ số công suất và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 104

2.4 Phân phối tối ưu công suất bù trên lưới điện xí nghiệp 108

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Cung cấp điện

Mã môn học: MH 21

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

- Vị trí: Môn học cung cấp điện phải học sau khi đã hoàn thành các môn học, mô đun: An toàn lao động, Mạch điện, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện, điện tử cơ bản

- Tính chất: Là môn học chuyên môn

- Ý nghĩa và vai trò của môn học:

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp điện giữ vai trò hết sức quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân

Khi xây dựng nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con người

Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về hệ thống Cung cấp điện

Mục tiêu của môn học:

- Về kiến thức: Biết chọn phương án lắp đặt đường dây cung cấp điện cho một phân xưởng phù hợp yêu cầu cung cấp điện theo Tiêu chuẩn Việt Nam

- Về kỹ năng: Tính chọn được dây dẫn, các thiết bị điện, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật Tính chọn được nối đất và chống sét cho đường dây tải điện và các công trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm và vệ sinh công nghiệp

Nội dung của môn học:

Thực hành, bài tập

Kiểm tra

1 Chương1: Khái quát về hệ thống cung

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Mã chương: MH 21 - 01

Giới thiệu:

Nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng được nâng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt phát triển không ngừng Đối với những người công tác trong ngành điện cần phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, các đối tượng cấp điện để có thể tham gia vận hành, thiết kế, lắp đặt các công trình điện một cách tốt nhất trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về

1 Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện

1.1 Nguồn năng lượng tự nhiên

Ngày nay chúng ta đã tạo ra ngày càng nhiều của cải vật chất Trong số của cải vật chất ấy có rất nhiều dạng năng lượng được tạo ra Sự phát triển mạnh mẽ

và liên tục những hoạt động của con người trên trái đất đòi hỏi ngày càng nhiều

năng lượng lấy từ các nguồn trong thiên nhiên

Thiên nhiên xung quanh ta rất giầu, nguồn năng lượng điện cũng rất dồi dào Than đá, dầu khí, nguồn nước của các dòng sông và biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô cùng phong phú của mặt trời và trong lòng đất, sức gió đã là những nguồn năng lượng rất tốt và quý giá đối với con người

1.2 Đặc điểm của năng lượng điện

Năng lượng điện còn được gọi là điện năng là một dạng năng lượng rất phổ biến Sở dĩ nó được thông dụng như vậy vì nó có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (cơ, hoá, nhiệt ), dễ chuyển tải đi xa, hiệu suất cao

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

- Điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ người ta dùng pin, ắc quy) Tại mọi thời điểm,

ta phải đảm bảo cân bằng giữa điện năng được sản xuất ra và điện năng tiêu thụ

kể cả những tổn thất do truyền tải điện

- Quá trình về điện xảy ra rất nhanh Ví dụ sóng điện từ lan truyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng, quá trình sóng sét lan truyền, quá trình quá độ, ngắn mạch xảy ra rất nhanh

- Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân Đó là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong cấu trúc kinh tế

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

2 Nhà máy điện

2.1 Nhà máy nhiệt điện

Đây là một dạng nguồn điện kinh điển, nhưng đến nay vẫn chiếm tỷ lệ quan trọng trong công suất chung Nguyên lý làm việc của nó là: Than đá được đốt cháy trong buồng đốt nhằm đun sôi nước bao bao hơi Hơi nước từ bao hơi với nhiệt độ và áp suất cao được dẫn đến làm quay các cánh tuốc bin với đốc độ rất lớn (30000 vòng/phút) Trục của tuốc bin gắn với trục của máy phát điện vì vậy khi máy phát điện quay ở phần tĩnh của cuộn dây sẽ cảm ứng ra dòng điện và được dẫn đi sử dụng

Như vậy ở nhà máy nhiệt điện sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý như sau:

Nhiệt năng (của than)  cơ năng  điện năng

Nhà máy nhiệt điện có những đặc điểm sau:

- Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nước

- Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm

- Hiệu suất thấp ( = 30  40%)

- Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải và ô nhiễm môi trường

2.2 Nhà máy điện nguyên tử

Sự biến đổi năng lượng cũng tương tự như ở nhà máy nhiệt điện, theo sơ đồ sau:

Nhiệt năng (phân huỷ hạt nhân p)  cơ năng  điện năng

Ở nhà máy điện nguyên tử nhiệt năng thu được trong quá trình phân huỷ hạt nhân của các chất rani, Plutoni, Thori trong lò phản ứng, dùng để đun nóng nước Nước bốc hơi và tiếp tục làm quay tuốc bin như ở nhà máy nhiệt điện

Ưu điểm:

+ Chỉ cần một lượng khá bé vật chất phóng xạ đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhà máy Một nhà máy có công suất 100MW, một ngày thường tiêu thụ không nhiều hơn 1kg chất phóng xạ

+ Công suất một tổ máy phát điện - tuốc bin của nhà máy điện nguyên tử

sẽ đạt đến 500,800,1200 và thậm chí đến 1500MW

Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau:

- Có thể xây dựng trung tâm phụ tải điện

- Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài

- Chi phí sản xuất điện năng thấp

- Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao hơn

2.3 Nhà máy thuỷ điện

Nguyên lý của nhà máy thuỷ điện là sử dụng năng lượng dòng nước để làm quay tuốc bin thuỷ lực để chạy máy phát điện Quá trình biến đổi năng lượng là:

thuỷ năng  cơ năng  điện năng

Công suất mỗi nhà máy thuỷ điện phụ thuộc vào hai yếu tố chính là lưu lượng dòng nước Q qua các tuốc bin và chiều cao cột nước

P 9,81Q.H. (MW) Trong đó:

Q - lưu lượng nước (m/s), H - chiều cao cột nước (m),  - hiệu suất tuốc bin

Nhà máy thủy điện có những đặc điểm sau:

- Xây dựng gần nguồn nước nên thường xa phụ tải

- Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc về các công trình như đập

chắn, hồ chứa

- Thời gian xây dựng kéo dài

- Chi phí sản xuất điện năng thấp

- Thời gian khởi động máy ngắn

- Hiệu suất cao ( = 80  90%)

- Tuổi thọ cao

So với nhà máy nhiệt điện cùng công suất thì nhà máy thuỷ điện đòi hỏi vốn đầu tư xây lắp ban đầu nhiều hơn Thời gian xây dựng lâu hơn Tuy nhiên khi vận hành giá thành điện rẻ hơn, ít xảy ra sự cố hơn, thoáng mát sạch sẽ hơn, hiệu suất cao hơn

2.4 Nhà máy điện dùng sức gió

Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió Hệ thống cánh quạt được truyền qua bộ biến đổi tốc độ để làm quay máy phát điện, sản xuất ra điện năng Điện năng sản xuất ra được tích trữ nhờ các bình ắc quy

Động cơ gió phát điện gặp khó khăn trong điều chỉnh tần số do vì vận tốc gió luôn luôn thay đổi Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đặt nhỏ do đó chỉ dùng ở những vùng hải đảo, nhưng nơi xa xôi không có lưới điện đưa đến hoặc ở những nơi thật cần thiết như các đèn hải đăng

2.5 Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời

Thường có dạng như nhà máy nhiệt điện, ở đây lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ để thu nhận nhiệt lượng bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuốc bin

3 Mạng lưới điện

Năng lượng điện được nhà máy điện phát ra thông thường ở điện áp 6 hay 10,5 kV sẽ đưa đến thanh cái chính của nhà máy Sau đó điện áp được tăng cao nhờ trạm tăng áp Trạm tăng áp gồm các máy biến áp hai hay ba cuộn dây để nâng điện áp đến 5, 110,220 kV hoặc cao hơn nữa Đường dây cao áp truyền tải điện năng đi xa và sẽ đưa đến các trạm biến áp hạ áp các đường dây truyền tải

từ các nhà máy điện lân cận cũng sẽ được đưa đến các thanh cái của trạm hạ áp này

Các trạm hạ áp sẽ hạ điện áp truyền tải xuống đến 10,15 hay 6 kV, công suất điện này sẽ cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng hoặc trạm biến áp phụ tải ở nơi tiêu thụ Điện áp ở phía hạ áp của các trạm nơi tiêu thụ thông thường là 380/220V

Cấp điện áp định mức của đường dây thường được chọn càng cao khi công suất truyền tải và độ dài càng lớn với mục đích giảm chi phí kim loại làm dây dẫn và giảm tổn thất điện năng Song cấp điện áp càng cao càng đòi hỏi những biện pháp chặt chẽ về an toàn cho người và thiết bị

Mạng truyền tải là truyền tải năng lượng từ các nhà máy phát ở các nơi khác nhau đến mạng phân phối Các đường dây truyền tải cũng nối kết các hệ thống điện lân cận Điều này không những cho phép điều phối kinh tế năng lượng giữa các vùng trong quá trình vận hành bình thường mà còn cho phép chuyển tải năng lượng giữa các vùng trong điều kiện sự cố Mạng truyền tải có điện áp dây trên 60kV và được tiêu chuẩn hóa là 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV,500kV và 765kV (tiêu chuẩn ASNI) Điện áp truyền tải trên 230

kV thường được coi là siêu cao áp

Mạng phân phối là phần kết nối các trạm phân phối với các hộ tiêu thụ, tức là nơi cuối cùng cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ Các đường dây phân phối sơ cấp thường ở cấp điện áp từ (4  35)kV và cung cấp điện cho một vùng địa lý được xác định trước Một vài phụ tải công nghiệp nhỏ được cung cấp trực tiếp bằng đường dây cáp sơ cấp Mạng phân phối thứ cấp giảm điện áp

để sử dụng cho các hộ phụ tải dân dụng và kinh doanh Mạng phân phối thứ cấp cung cấp cho hầu hết các hộ tiêu thụ ở mức 220/110V ba pha 4 dây, 380/220V

ba pha 4 dây Ngày nay, năng lượng cung cấp cho hộ tiêu thụ điển hình được cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp xuống 380/220V sử dụng mạng

ba pha 4 dây

Điện năng sau khi được sản xuất tại nhà máy điện sẽ được truyền tải, phân phối đến các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện hệ thống điện gồm các khâu: Sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng Hình 1 - 1 cho ta thấy các nhà máy điện đã liên kết với nhau và liên kết với hộ tiêu thụ như thế nào để tạo thành hệ thống điện

Người ta chia ra mạng điện khu vực, mạng điện địa phương, mạng điện đô thị, mạng điện nông thôn hoặc mạng điện xí nghiệp Nếu theo hình dạng kết cấu

ta có thể chia thành mạng hở, mạng kín, mạng hình tia hoặc mạng rẽ nhánh Tuỳ theo điện áp có thể chia thành: mạng hạ áp (dưới 1000 V) mạng trung áp (1

kV ÷ 35 kV), mạng cao áp (35kV < U <220 kV), và mạng siêu cao áp (trên 220kV) Ngoài ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng xoay chiều, mạng 1 chiều

4 Hộ tiêu thụ

Hộ tiêu thụ là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện, nhằm biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác để sử dụng trong sản xuất và dân dụng ở đây ta chỉ xét đến hộ tiêu thụ điện xí nghiệp Tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội tiêu thụ được cung cấp với mức độ tin cậy Khác nhau và phân thành loại sau:

4.1 Hộ loại 1

Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố ngừng cung cấp điện có thể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người làm thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm; hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chính trị

Đối với hộ loại 1 phải được cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng

2 nguồn đi đến, đường dây 2 lộ đến, có nguồn dự phòng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất việc mất điện Thời gian mất điện cũng được coi bằng thời gian

tự động đóng nguồn dự trữ

4.2 Hộ loại 2

Là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến những thiệt hại kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí lao động, máy móc, thiết bị

Phương án cung cấp điện cho hộ loại 2,có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây 1 lộ hay 2 lộ phải dựa trên kết quả so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêm và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện Đối với hộ loại 2 cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay

4.3 Hộ loại 3

Là những hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và 2 tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị bị sự cố nhưng thường không cho phép quá một ngày đêm (24h) Những hộ này thường là các khu nhà ở, nhà kho, các trường học hoặc mạng lưới điện nông nghiệp

Để cung cấp điện cho hộ loại ta có thể dùng một nguồn điện hoặc đường dây 1 lộ

5 Hệ thống bảo vệ

Hệ thống cung cấp điện bao gồm nhiều phần tử phân bố trong không gian rộng Vì vậy trong quá trình vận hành không thể tránh khỏi những sự cố và các chế độ làm việc, không bình thường như: Quá điện áp do sét đánh, quá dòng điện do xảy ra ngắn mạch trong mạng điện, tần số dòng điện bị giảm thấp do hệ thống bị quá tải Phần lớn các trường hợp sự cố đều kèm theo sự tăng vọt giá trị dòng điện và sự suy giảm đáng kể giá trị điện áp của mạng điện Sự tăng vọt giá trị dòng điện sẽ gây ra lực điện động và toả ra một nhiệt lượng rất lớn Do đó

nó gây ra tại nơi sự cố nhưng thiệt hại rất lớn, gây nguy hiểm cho đường dây, các thiết bị khác và người vận hành Sự suy giảm điện áp sẽ làm cho các thiết bị làm việc không bình thường và làm cho lưới điện có khả năng mất ổn định

Để đảm bảo cho lưới điện và các thiết bị điện làm việc bình thường người

ta phải tạo ra các thiết bị có khả năng phát hiện và loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi lưới điện Đó chính là hệ thống bảo vệ Ví dụ cầu chì, áp tô mát, rơle nhiệt

và đặc biệt là bảo vệ rơle

6 Trung tâm điều độ hệ thống điện

Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia là doanh nghiệp Nhà nước, thành viên của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, hoạt động chuyên ngành điều

độ vận hành hệ thống điện trên phạm vi cả nước, bao gồm:

- Lập phương thức và chỉ huy vận hành hệ thống điện Quốc gia từ các khâu sản xuất, truyền tải đến phân phối điện năng theo quy trình, nhiệm vụ và phân cấp Điều độ của hệ thống điện Quốc gia được Tổng Công ty Điện lực Việt

Nam duyệt

- Chỉ huy vận hành thị trường điện công bằng với tất cả các bên tham gia thị trường, tuân thủ các quy định về thị trường điện, tối thiểu về chi phí vận hành trên toàn hệ thống trên cơ sở đảm bảo các dàng buộc về vận hành hệ thống

điện

- Quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống SCADA/EMS/MS của hệ thống điện Việt Nam (SCADA: hệ thống giám sát điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu; EMS: hệ thống quản lý năng lượng; MS: hệ thống thông tin quản lý thị

trường)

- Hoạt động tư vấn trong lĩnh vực lập dự án đầu tư công trình và khảo sát thiết kế lắp đặt hệ thống rơle bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thông máy tính chuyên dụng, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành, các dịch vụ liên quan đến số liệu và tính toán hệ thống điện, thiết bị điện lực, ứng dụng tin học điều khiển vào sản xuất, truyền tài và phân phối năng lượng điện

- Hoạt động thi công xây dựng công trình lắp đặt hệ thống rơle bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thống máy tính chuyên dụng, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành

- Hoạt động đào tạo, tính toán, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống rơle bảo vệ,

đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thống máy tính chuyên dụng, hệ thống tin học viễn thông chuyên ngành

- Hoạt động xuất nhập khẩu vật tư thiết bị chuyên dụng và công cụ phục vụ tính toán, điều khiển, vận hành hệ thống điện và vận hành thị trường điện

- Thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào sản xuất

- Tham gia quản lý các dự án chuyên ngành vận hành hệ thống cung cấp điện và vận hành thị trường điện theo phân cấp và nhiệm vụ được giao

7 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

7.1 Các yêu cầu cơ bản

Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép

Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thoả mãn những yêu cầu sau:

- Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm được ngoại tệ quý và vật tư hiếm

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tuỳ theo tính chất hộ tiêu thụ

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Thuận tiện cho vận hành, sửa chữa

- Đảm bảo chất lượng điện năng, chủ yếu đảm bảo độ lệch và độ dao động điện ápbé nhất và nằm trong phạm vi giá trị cho phép so với định mức

Những yêu cầu trên đây thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc và kết hợp hài hoà tuỳ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể

Ngoài ra khi thiết kế cung cấp điện cũng phải chú ý đến những yêu cầu khác như: Có điều kiện thuận lợi nếu có yêu cầu cần phát triển phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây dựng v v

Hiện nay khi thiết kế người ta thường dùng phương pháp so sánh kinh tế,

kỹ thuật các phương án Cụ thể như sau: Người thiết kế vạch ra tất cả các phương án có thể có rồi tiến hành so sánh các phương án về phương diện kỹ thuật để loại trừ các phương án không thoả mãn yêu cầu kỹ thuật Sau đó ta tiến hành tính toán kinh tế ă kỹ thuật và so sánh

7.2 Nội dung chủ yếu khi thiết kế

Sau đây là một số bước chính để thực hiện bản thiết kế kỹ thuật đối với phương án cung cấp điện xí nghiệp:

- Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng và của toàn bộ xí nghiệp

để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện

- Xác định phương án về nguồn điện

- Xác định cấu trúc mạng

- Chọn thiết bị

- Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người vận hành và thiết bị

- Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cụ thể đối với mạng lưới điện sẽ thiết kế (Các tổn thất, hệ số cos, dung lượng bù )

Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công gồm các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết và sơ đồ tổ chức thực hiện công việc lắp đặt các thiết bị điện, cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị điện, đưa vào vận hành thử và bàn giao nhà máy

8 Hệ thống điện Việt nam

Ở nước ta do hậu quả chiến tranh kéo dài nên cơ sở vật chất kỹ thuật trong ngành điện còn rất non yếu Sau khi thống nhất đất nước chúng ta đã xây dựng nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (1920 MW), thuỷ điện Trị An (420 MW), nhiệt điện Phả Lại (440 MW), đang xây dựng nhà máy thuỷ điện YaLy (720 MW), nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ (công suất toàn bộ trên 2000 MW), nhà máy điện

Bà Rịa (gần 200MW), nhà máy nhiệt điện Cà Mau, nhà máy thuỷ điện Sơn La Ngoài ra công suất phát của nhiều nhà máy: Thủ Đức, Chợ Quán, Yên Phụ cũng đã được nâng lên đáng kể Chúng ta đã xây dựng và đưa vào vận hành đường dây siêu cao áp 500kV Bắc - Nam với công suất truyền tải 500MW Sản lượng điện năng bình quân đầu người còn thấp so với các nước trong khu vực và trên thế giới

Hiện nay, theo tính toán thì phần dự trữ các nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên sẽ không đủ cho nhu cầu tương lai cho loài mgười Vì thế chúng

ta đã có chủ trương xây dựng nhà máy điện nguyên tử

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Hãy trình bày đặc điểm của năng lượng điện?

Câu 2: Hãy trình bày các hộ tiêu thụ điện loại 1, 2 và 3?

Câu 3: Hãy trình bày những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện?

CHƯƠNG 2: T NH TOÁN PHỤ TẢI

Mã chương: MH 21 - 02 Giới thiệu:

Tính toán phụ tải điện bao gồm xác định phụ tải điện và lựa chọn phương

án cung cấp điện

Xác định phụ tải điện là nhiệm vụ đầu tiên khi thiết kế cung cấp điện Nhu cầu điện không chỉ xác định theo phụ tải thực tế mà còn phải tính đến khả năng phát triển trong tương lai Xác định nhu cầu điện có vai trò rất quan trọng, là tiền đề cho việc thiết kế cung cấp điện

Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm những vấn đề: chọn cấp điện áp, chọn nguồn điện, chọn sơ đồ nối dây và chọn phương thức vận hành Các vấn đề này có ảnh hưởng trực tiếp đến vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện

Mục tiêu:

- Nhận thức chính xác về sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng từ đó phục vụ cho việc tiếp thu tốt những bài học tiếp theo

- Phân tích các thông số kỹ thuật cần thiết trong một hệ thống điện

- Vận dụng phù hợp các phương pháp tính toán phụ tải, vẽ được đồ thị phụ tải, tâm phụ tải

- Chọn được phương án cung cấp điện phù hợp với tình hình thực tế, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo

Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình, ngay sau khi công trình đi vào vận hành Phụ tải đó thường được gọi là phụ tải tính toán Người thiết kế cần biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như: Máy biến

áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, báo vệ để tính các tổn thất công suất, điện áp,

để chọn các thiết bị bù

Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện

Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân Vì vậy xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì các thiết bị như máy biến áp, đường day làm việc quá tải sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn tới cháy, nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều, thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây lãng phí về kinh tế

Do tính chất quan trọng như vậy nên từ trước đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Xong vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bầy ở trên nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi.Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho tính toán thì lại thiếu chính xác, còn nếu nâng cao được

độ chính xác, kế đến nhiều yếu tố ảnh hưởng thì phương pháp tính lại phức tạp Các phương pháp xác định phụ tải tính toán có thể được chia làm 2 nhóm chính sau:

* Nhóm thứ nhất:

Là nhóm các phương pháp dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành mà tổng kết lại, đưa ra các hệ số để tính toán Đặc điểm của các phương pháp này là tính toán thuận tiện, nhưng chỉ cho kết quả gần đúng Trong nhóm này có các phương pháp chính sau:

- Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu

- Phương pháp tính theo suất tiêu hoa điện năng cho một đơn vị sản phẩm

- Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

* Nhóm thứ hai:

Là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống

kê Đặc điểm của những phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu

tố, do đó kết quả chính xác hơn những tính toán phức tạp Trong nhóm này có các phương pháp chính sau:

- Phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

- Phương pháp tính theo công suất trung bình và phương sai của phụ tải (phương pháp thống kê)

- Phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại (phương pháp số thiết bị hiệu quả p)

Trong thực tế tuỳ theo quy mô và đặc điểm của công trình, tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thích hợp

1.2 Đồ thị phụ tải điện

Phụ tải điện là một hàm theo thời gian, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành.v.v Tuy vậy đối với mỗi lại hộ tiêu thụ (Xí nghiệp, trạm bơm tưới tiêu, mang lưới giao thông ) Cũng có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình

Lúc thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì sẽ có căn cứ để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ Lúc vận hành nếu biết độ thị phụ tải điển hình thì có thể định ra phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho kinh tế, hợp lý nhất Các nhà máy phát điện cần nắm được đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ để định phương thức vận hành các máy phát điện cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải Vì vậy đồ thì phụ tải là một tài liệu quan trọng trong thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện

Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta xây dựng các loại đồ thị phụ tải khác nhau Phân theo đại lượng đo có: đồ thị phụ tải tác dụng P (t), đồ thị phụ tải phản kháng Q (t), đồ thị điện năng tiêu thụ A (t) Phân theo thời gian khảo sát có: Đồ thị phụ tải hàng ngày, hàng tháng, hàng năm

1.2.1 Đồ thị phụ tải hàng ngày

Là đồ thị phụ tải trong một ngày đên 24 giờ Trong thực tế vận hành có thể dụng dụng cụ đo điện tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hoặc do nhân viện vận hành ghi lại giá trị của phụ tải sau từng khoảng thời gian nhất định (hình 2h - 1a, b) Thông thường để thuận tiện cho việc tính toán, đồ thị phụ tải được sẽ lại theo hình bậc thang (hình 2h - 1c)

Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng ngày của hộ tiêu thụ ta có thể biết được tình trạng làm việc của các thiết bị Từ đó có thể quy định quy trình vận hành hợp lý nhất nhằm đạt được đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng Như vậy sẽ đạt được mục đích vận hành kinh tế các thiết bị điện, giảm được tổn thất trong mạng điện

Đồ thị phụ tải hàng ngày cũng là một tài liệu làm căn cứ để chọn thiết bị điện tính điện năng tiêu thụ

c) Đồ thị phụ tải vẽ theo hình bậc thang

Ví dụ: Xét đồ thị phụ tải hàng tháng của một xí nghiệp ở hình 2 - 2 ta thấy rằng vào khoảng tháng 1, 2 phụ tải của xí nghiệp là nhỏ nhất, vì vậy vào lục này nên tiến hành sửa chữa vừa và lớn các thiết bị điện Còn những tháng cuối năm phụ tải của xí nghiệp là lớn nhất, nếu trước những tháng đó (tháng 11, 12) phải

có kế hoạch sửa chữa nhỏ, bảo dưỡng hoặc thay thế thiết bị điện hỏng để có thể đáp ứng được yêu cầu của sản xuất

1.2.3 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 chúng ta có thể vẽ được đồ thị phụ tải hàng năm (hình 2 - 3)

Cách vẽ đồ thị phụ tải hàng năm (hình 2 - 3) được tiến hành như sau: Giả

sử ta quy định mùa hè gồm n ngày, mùa đông n2 Với mức phụ tải p2 tay thấy rằng ở đồ thị 2 - 3a mức p2 tồn tại trong khoảng thời gian t2+ t‟2 , còn ở 2 - 3b P2

tồn tại trong khoảng t” 2 Vậy trong 1 năm mức phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian:

T2  ( t2  t'2) n2  t"2 n1

Nghiên cứu đồ thị phủ tải hàng năm ta biết được điện năng tiêu thụ hàng nămN, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax Những thông số đó được dùng làm căn cứ để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện, đánh giá mức độ

sử dụng điện và tiêu hao điện năng

Trong các sổ tay tra cứu người ta thường cho các đồ thị phụ tải hàng ngày

và hàng năm điển hình ứng với các loại hộ tiêu thụ điện khác nhau

a b c

Hình 2-3: Đồ thị phụ tải hàng năm

a Đồ thị phụ tải điển hình của 1 ngày mùa đông

b Đồ thị phụ tải điển hình của 1 ngày mùa hè

Đứng về mặt cung cấp điện, chúng ta quan tâm đến công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt (hình 1 - 4)

Hình 2 - 4 Đường dây cung cấp điện cho động Công suất đặt được tính như sau:

dc

dm d

P P

P đ

P đm

Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như: Cầu trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng ta phải quy đổi về công suất định mức

ở chế độ làm việc dài hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện

%=100%

Công thức quy đổi như sau:

- Đối với động cơ: Pdm dm (2 - 2)

- Đối với máy biến áp hàn P dm S dm.Cosdm dm (2 - 3)

Trong đó:

Pđm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn

Pđm, Sđm, Cosđm, đm là các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy

1.3.2 Phụ tải trung bình P tb

Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán Trong thực tế phụ tải trung bình được tính toán theo công thức sau:

t

A q

t

A

Ptb  P ; tb  Q (2 - 4)

Trong đó:

Ap, AQ là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr;

T là thời gian khảo sát, h

- Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được tính toán theo công thức sau:

n

i i

P

1 1

; (2 - 5)

và dây cáp theo điều kiện mật độ dòng kinh tế

- Phụ tải đỉnh nhọn Biết phụ tải trung bình chúng ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị.Phụ tải trung bình là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với thời gian khảo sát là một ca làm việc, một tháng hoặc một năm

1.3.3 Phụ tải cực đại P max

Phụ tải cực đại được chia ra làm 2 nhóm:

- Phụ tải cực đại Pmax: là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5, 10 hoặc 30 phút, hình 1 - 5) ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên để làm phụ tải tính toán

Người ta dùng phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, chọn dây dẫn

- Phụ tải đỉnh nhọn Pđn: là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1-2 giây

Phụ tải đỉnh nhọn được 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, tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ

Phụ tải đỉnh nhọn thường xẩy ra khi động cơ khởi động Chúng ta không những chỉ quan tâm đến trị số của phụ tải đỉnh nhọm mà còn quan tâm đến tần

số xuất hiện của nó Bởi vì số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác ở trong cùng một mạng điện

1.3.4 Phụ tải tính toán P tt

Phụ tải P tt là một số liệu rất quan trọng dùng để thiết kế cung cấp điện

Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiết lớn nhất Nói một các khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau:

P tb P tt Pmax

Hằng số thời gian phát nóng của các vật liệu dẫn điện được lắp đặt trong không khí, dưới đất và trong ống dao động quanh trị số 30 phút (Bảng 2 - 1) vì thế người ta thường lấy trị số trung bình của phụ tải lớn nhất xuất hiện trong khoảng 30 phút để làm phụ tải tính toán (hình 2 - 5) Cũng chính vì thế mà có sách gọi phụ tải tính toán là phụ tải nửa giờ P30

Hằng số thời gian phát nóng T phút của một số loại dây dẫn Bảng 2 - 1

Dây bọc cao su, đặt ngoài thông khí 9 12 15 18 21 21 Như trên nhưng đặt trong ống 19 23 27 32 36 40 Cáp cách điện bằng giấy tẩm dầu 15 20 25 30 35 40

Hình 2-5: Cách xác định phụ tải cực đại

ứng với khoảng thời gian 5, 10 và 30 phút

Hình 2-6: Đồ thị phụ tải tác dụng

1.4 Các hệ số tính toán

1.4.1 Hệ số sử dụng K sd

Hệ số sử dụng là tỷ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức của thiết bị

Hệ số sử dụng được tính theo công thức sau:

- Đối với một thiết bị:

dm

tb sd

n

i tbi

dm

tb sd

P

P P

P K

1

Nếu có đồ thị phụ tải (hình 2 - 6) thì hệ số sử dụng có thể được tính như sau:

)

(

2 1

2 2 1 1

n dm

n n sd

t t

t P

t P t

P t P K

1.4.2 Hệ số phụ tải K pt

Hệ số phụ tải (Còn gọi là hệ số mang tải) là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó

Vì vậy:

dm

tB dm

thucte pt

P

P P

P

Nếu có đồ thị phụ tải thì chúng ta có thể tính hệ số phụ tải theo công thức (2 - 8) ở trên Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị điện trong thời gian đang xét

Hệ số cực đại thường được tính ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất Hệ

số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả nhq, vào hệ số sử dụng ksd và các yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm

Công thức tính kmax rất phức tạp, trong thực tế theo đường cong kmax= f (ksd,

nhq) như trình bày trên hình 2 - 7 hoặc theo bảng 2 - 2 Hệ số kmax thường tính cho phụ tải tác dụng

tt dm

tt

p

p p

p p

p

kmax ksd (2 - 11) Cũng như hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng Cũng có khi knc được tính cho phụ tải phản kháng, nhưng số liệu này ít được dùng hơn Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh nhiệm vận hành mà tổng kết lại

1.4.5 Hệ số đóng điện cho hộ tiêu thụ (K đóng )

Là tỷ số giữa thời gian đóng điện cho hộ tiêu thụ t đóng với thời gian của cả chu kỳ xem xét tck Thời gian đóng điện cho hộ tiêu thụ t đóng trong một chu kỳ xem xét là tổng thời gian làm việc tlv với thời gian chạy không tải tkt

CK

Kt lv CK

dong dong

t

t t t

n

i

dmi di dongn

P

P K K

1

1 hom

1.4.6 Hệ số đồng thời (K đt )

Là tỷ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng các công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt nối vào nút đó, tức là:





 n

i tti

tt dt

P

P K

Cần lưu ý rằng: Sau khi tính với K đt thì phụ tải tính toán tổng ở nút xét của

hệ thống cung cấp điện không được nhỏ hơn phụ tải trung bình tại nơi đó

1.4.7 Số thiết bị hiệu quả n hq

Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có dùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm có các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau)

i

n

i dmi

Trước hết tính:

P

P P n

n

n* 1 * 1

; 

Trong đó:

n

n n

Tra bảng đối với P * = 0,65 , n*= 0,25 ta được nhq = 0,51

Khi đó số thiết bị điện hiệu quả sẽ là:

nhq = n*hq.n = 0,51.28 = 14

Hình 2 - 8 Đường cong nhq* =f(n*, P*)

Bảng 2.3

1.5 Các phương pháp xác định công suất tính toán

Hiện nay, có nhiều phương pháp tính phụ tải tính toán Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện, thường kết quả không thật chính xác Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp

Sau đây sẽ trình bày một số phương pháp xác định phụ tải tình toán thường dùng nhất

1.5.1 ác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Q tt  tt (2 - 14)



Cos

P Q

- Pđi, là công suất đặt thứ i của thiết bị, kW

- Pđi, Pđmi là công suất định mức thứ i của thiết bị, kW

- Ptt, là công suất tác dụng tính toán của nhóm thiết bị, kW

- Qtt là công suất phản kháng tính toán của nhóm thiết bị, kVAr

- Stt là công suất toàn phần tính toán của nhóm thiết bị, kVA

i tb

P P

P

Cos P Cos

P Cos

2 2

Tên thiết bị Số thiết

bị trong nhóm

Tổng công suất

Phụ tải tính toán

Ptt, kW

Qtt, kVAr

Stt, kVA Thiết bị vận

số nhu cầu Knc tra được trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy.Trong lúc đó theo công thức (2 - 11) ta có Knc = Kmax Ksd , có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc vào những yếu tố kể trên Vì vậy nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu sẽ không chính xác

1.5.2 ác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Công thức tính: Ptt = Po F (2 - 18)

Trong đó:

- Po là suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất, kW/m2

- F là diện tích sản xuất, m2 (tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất)

Giá trị Po có thể tra được trong các sổ tay Giá trị Po của từng loại hộ tiêu thụ do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Nó cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc phân bố tương đối đều, như phân xưởng gia công cơ khí, dệt, sản xuất ô tô, vòng bi

Ví dụ: Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng gia công nguội của nhà

máy cơ khí, cho biết So = 0,3 kVA/m2 diện tích phân xưởng F = 13000 m2?

Phụ tải tính toán: Stt = SoF = 0,3 13000 = 3900 kVA

1.5.3 ác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn

tt  (2 - 19) Trong đó:

- M là số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm

- Wo là xuất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đơn vị sản phẩm

- Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, giờ

Phương pháp này thường được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: Quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân v.v Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính tương đối chính xác

Ví dụ: Tính phụ tải tính toán của nhóm máy nén khí biết rằng trong một

năm nhóm máy đó sản xuất được 312.106

m3 khí nén Điện năng tiêu thụ cho 103

m3 khí nén là Wo = 100 kWh/103 m3 Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax

= 7000 h

Phụ tải tính toán sẽ là:

445777000

.10

100.10.312

Công thức tính: Ptt = Kmax Ksd Pđm (2 - 20)

Trong đó:

- Pđm là công suất định mức, kW

- Kmax, Ksd là hệ số cực đại và hệ số sử dụng

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết

bị hiệu quả nhq chúng ta đã xét tới một loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng

Khi tính phụ tải theo phương pháp này, trong một số trường hợp cụ thể dùng các công thức gần đúng sau:

- Trường hợp 1: n = 3 và nhq < 4 phụ tải tính toán được tính theo công thức: 



 n

i dmi

tt P P

1

(2 - 21) Đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì:

875,0

dm

dm tt

- Kpt là hệ số phụ tải của từng máy Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như:

- Kpt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

- Kpt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

- Đường cong hình 2 - 7 và bảng 2 - 3 chỉ cho đến trị số nhq = 300 Nếu nhq

> 300 và Ksd < 0,5 thì hệ số cực đại Kmax được lấy ứng với nhq = 300 Còn khi nhq

- Nếu trong mạng có các thiết bị 1 pha thì phải cố gắng:

Phân phối đều các thiết bị đó lên 3 pha của mạng

Ví dụ: Hãy tính phụ tải tính toán của một phân xưởng cơ khí có các máy

Bước 1: Xác định số thiết bị hiệu quả nhq

Theo số liệu cho ta có:

= 0,56 vậy: nhq = n*hq n = 0,56 38 = 21,2

i i tB

P

Cos P Cos

tB

tt

61,0

1,23









1.6 Phương pháp tính một số phụ tải đặc biệt

1.6.1 Tính phụ tải tính toán cho thiết bị 1 pha

Nếu trong mạng có các thiết bị 1 pha thì ta phải phân phối các thiết bị đó lên 3 pha của mạng sao cho mức độ không cân bằng giữa các pha là ít nhất Khi đó:

- Nếu tại một điểm cung cấp (Tủ phân phối, đường dây chính ) phần công suất không cân bằng bé hơn 15 % tổng công suất tại điểm đó thì các thiết bị 1 pha được coi như thiết bị 3 pha có công suất tương đương tức là nếu:

P không cân bằng = 0,15 SP cân bằng

thì phụ tải không cân bằng được tính như phụ tải cânt bằng

- Nếu phần công suất không cân bằng lớn hơn 15% tổng công suất các thiết

bị ở điểm xét, thì phụ tải tính toán quy đổi về 3 pha Ptt (3 pha) của các thiết bị một pha được tính như sau:

+ Trường hợp thiết bị 1 pha nối vào điện áp pha của mạng điện thì:

Ptt (3pha) = 3P1pha (max) Với P1pha(max) - tổng công suất của thiết bị 1 pha của pha có phụ tải lớn nhất + Trường hợp thiết bị 1 pha nối vào điện áp dây của mạng thì:

Ptt(3pha) = 3 P1pha

+ Trường hợp trong mạng vừa có thiết bị 1 pha nối vào điện áp pha, lại vừa

có thiết bị 1 pha nối vào điện áp dây, thì ta phải quy đối các thiết bị nối vào điện

áp dây thành thiết bị nối vào điện áp pha

Phụ tải tính toán 1 pha bằng tổng phụ tải của các thiết bị một pha nối vào điện áp pha và phụ tải quy đổi của thiết bị một pha nối vào điện áp dây Sau đó

ta sẽ tính phụ tải 3 pha bằng 3 lần phụ tải của pha có phụ tải lớn nhất

Các hệ số quy đổi phụ tải 1 pha nối vào điện áp dây thành phụ tải 1 pha nối vào điện áp pha của mạng cho trong bảng sau:

Hệ số quy đổi Hệ số công suất của phụ tải

Giải: Phụ tải tác dụng của pha A:

Pphaa = Pab P(ab)a + Pac P(ac)a + Pao

Phụ tải phản kháng pha A:

Qphaa = Qab q(ab)a + Qac.q(ac)a + Qao

Trong đó: Pab , Pac , Qab , Qac là tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị, một pha nối vào điện áp dây Uab , Uac

Pao , Qao là tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị 1 pha nối vào điện áp pha Uao

P(ab)a, P(ac)a , q(ab)a q(ac)a là các hệ số quy đổi được cho trong bảng trên

1.6.2 Tính phụ tải đỉnh nhọn

Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian từ 1 -

2 giây và thường được tính dưới dạng dòng điện đỉnh nhọn Dòng điện này dùng

để kiểm tra độ lệch điện áp, chọn các thiết bị bảo vệ, tính toán tự khởi động của động cơ

Ngoài việc quan tâm đến giá trị của I đn, ta cần phải quan tâm đến tần số xuất hiện của nó Dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi động cơ khởi động, lò hồ quang, hay máy hàn làm việc

- Đối với một máy, dòng điện đỉnh nhọn chính là dòng điện mở máy:

Iđn = Imm = Kmm Iđm

Trong đó: Kmm là bội số mở máy của động cơ.Khi không có số liệu chính xác thì bội số mở máy có thể lấy như sau:

+ Đối với động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc: Kmm = 5 ÷ 7

+ Đối với động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ không đồng bộ rô to dây quấn: Kmm = 2,5

+ Đối với máy biến áp hàn và lò điện hồ quang: Kmm= 3

- Đối với 1 nhóm máy, dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi máy có dòng điện mở máy lớn nhất trong nhóm mở máy, còn các máy khác làm việc bình thường Công thức tính như sau:

Iđn = Imm(max) + (Itt – KsdIđm (max))

Trong đó:

động cơ trong nhóm

Itt - dòng điện tính toán của nhóm máy

Ksd - hệ số sử dụng của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất

đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn

Ví dụ: Tính dòng điện đỉnh nhọn của đường dây cung cấp điện cho một

cầu trục gồm các động cơ sau:

Động cơ nâng hàng 12 kW, % = 15% Cos=0,66 , Iđm= 27,5A , Kmm = 5,5 Động cơ xe con 4 kW, %= 15 % , Cos=0,72 , Iđm = 8, 45A , Kmm = 2,5

P

1Phụ tải tính toán của nhóm động cơ quy đổi về chế độ làm việc dài hạn (%= 100 %) sẽ là

27 , 9 3 , 9

) ( 27 , 9

75 , 0

75 , 0 1 1 , 3 72 , 0

72 , 0 1 55 , 1 66 , 0

66 , 0 1 65 , 4

1

2 2

2 2

2 2

2

1

kVA

Q P s

kVAr

Cos

Cos P

Q

tt tt

tt

n

i dmi tt

20 , 1 ( )

38 , 0 3

2 , 13

S I

1.7 ác định công suất tính toán ở các cấp trong mạng điện

Khi có một hệ thống cung cấp điện cụ thể, vấn đề đặt ra là cần định một cách chính xác phụ tải điện ở các cấp của hệ thống Như vậy ngoài việc xác định phụ tải tính toán như đã trình bầy ở các mục trên, chúng ta còn phải tính đến tổn thất công suất ở các cấp trong hệ thống điện

Trong hệ thống cung cấp điện, tổn thất công suất xẩy ra chủ yếu là trên dây dẫn và máy biến áp

Nguyên tác chung để tính phụ tải của hệ thống điện là tính từ phụ tải ngược

và nguồn.Giả thiết có một hệ thống cung cấp điện như hình 2 - 9 hãy tính phụ tải tính toán của hệ thống (Tức phụ tải tại điểm 8)

bị hiệu quả nhq) ở điểm này ta có: S2 = P2 + jQ2

Bước 3 Phụ tải tại điểm 3 Phụ tải tại điểm 3 bằng phụ tải tại điểm 2 cộng thêm tổn thất công suất trên dây dẫn mạng điện áp thấp Sdd

S3 = S2 +Sdd

Bước 4 Phụ tải tại điểm 4 Phụ tải tại điểm 4 là phụ tải trên thanh cái hạ áp của máy biến áp hạ áp Phụ tải này bằng tổng phụ tải của các đường dây đi ra từ thanh cái đó Nhưng ở đây cần phải kể đến khả năng phụ tải cực đại của các đường dây không xẩy ra đồng thời Vì vậy chúng ta phải xét đến hệ số đồng thời xảy ra cực đại Kđt

Hệ số đồng thời nằm trong giới hạn: Kđt = 0,85 ÷ 1

Giới hạn được ứng với trường hợp có nhiều đường dây đi ra và phụ tải không ổn định

Phụ tải tại điểm 4 được tính như sau:



 K dt n P j n Q S

1 3 1

3

Bước 5 Phụ tải tại điểm 5: S5 = S4 + ΔSB2

Trong đó: ΔSB2 là tổn thất công suất trong máy biến áp

Bước 6 Phụ tải tại điểm 6:

S6 = S5 +ΔSdd

Trong đó: ΔSdd là tổn thất công cuất trên dây dẫn mạng phân phối

Bước 7 Phụ tải tại điểm 7:

1 6 1

Bước 5 Phụ tải tại điểm 5: S5 = S4 + ΔSB2

Trong đó: ΔSB2 là tổn thất công suất trong máy biến áp

Bước 6 Phụ tải tại điểm 6: S6 = S5 +ΔSdd

Trong đó: ΔSdd là tổn thất công cuất trên dây dẫn mạng phân phối

Bước 7 Phụ tải tại điểm 7: S7 = Kđt ( )

1 6 1

n P  j n Q

Nếu hệ thống cung cấp điện còn có nhiều cấp hơn nữa thì cứ theo trình tự tính toán như trên mà tính ngược lên nguồn

1.8 ác định trung tâm phụ tải điện

Khi đã có mặt bằng của xí nghiệp, nông trường, các xã và có phụ tải tính toán của các hộ tiêu thụ ở những vị trí xác định, ta lập hệ trục toạ độ oxy và xác định toạ độ của từng phụ tải

Lúc này tạo độ của điểm trung tâm phụ tải điện M được xác định theo công thức:

i i

n

i i i n

i i

S y S Y

S x S X

1 1

1 1

/

/

Trong đó:

- Si - phụ tải tính toán của lộ thứ i

- xi , yi - toạ độ cảu hộ phụ tải thứ i

- X, Y - toạ độ của trung tâm phụ tải điện

Việc xác định trung tâm phụ tải điện cho phép ta tìm được vị trí trạm biến

áp, trạm phân phối điện năng hợp lý nhất về kinh tế và kỹ thuật

2 Chọn phương án cung cấp điện

2.1 Khái quát

Phương án cung cấp điện bao gồm những vấn đề chính sau: Cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối dây, phương thức vận hành Đó là những vấn đề rất quan trọng Bởi vì xác định đúng đắn và hợp lý các vấn đề đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới việc vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Sau lầm phạm phải trong khi xác định phương án cung cấp điện, sẽ gây hậu quả

xấu lâu dài về sau, nhiều khi phải tra giá rất đắt để sửa chữa những sai lầm đó

Vì vậy để xác định được phương án cung cấp điện hợp lý nhất, chúng ta phải thu thập và phân tích đầy đủ các dữ liệu về nhu cầu điện, phải tiến hành tính toán so sánh cẩn thận giữa các phương án đã được đề ra Trong quá trình tính toán để chọn được phương án cung cấp điện hợp lý còn phải vận dụng một cách linh hoạt các chủ trương đường lỗi của nhà nước về phát triển kinh tế, về kết hợp giữa kinh tế và quốc phòng, về quan hệ hợp tác quốc tế Những yếu tố này tuy không được biểu diễn thành biểu thức toán học để tính toán nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến việc chọn phương án

Một phương án cung cấp điện được coi là hợp lý nếu thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo chất lượng điện, tức 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 của phụ tải

- Thuận tiện trong vận hành lắp ráp và sửa chữa

- Có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý

Trên đây là 4 yêu cầu cơ bản Khi thiết kế những công trình cụ thể chúng ta phải xét tới nhiều yếu tố để vận dụng đúng đắn bốn yêu cầu ở trên Những yếu

tố đó là: đặc điểm của quá trình công nghệ, yêu cầu cung cấp điện của phụ tải, khả năng cung cấp vốn đầu tư và thiết bị, trình độ kỹ thuật của công nhân

2.2 Chọn điện áp định mức của mạng điện

Chọn cấp điện áp cho mạng điện là một trong những cấn đề cơ bản của việc thiết kế cung cấp điện Bởi vì cấp điện áp có ảnh hưởng trực tiếp tới sơ đồ cung cấp điện, tới việc chọn các thiết bị điện, tổn thất công suất và điện năng, chi phí vận hành

Vì vậy vấn đề chọn cấp điện áp cho mạng điện không thể giải quyết một cách riêng rẽ mà phải kết hợp chặt chẽ với việc xác định sơ đồ cung cấp điện Khi có nhiều phương án thì phải tiến hành tính toán và so sánh kinh tế, kỹ thuật

- Trong điều kiện cho phép sử dụng cấp điện áp càng cao càng có lợi Bởi

vì khi cùng một công suất và khoảng cách truyền tải điện năng, điện áp của mạng càng cao thì các loại tổn thất càng giảm

2.3 Sơ đồ mạng điện áp cao

Khi chọn sơ đồ nối dây của mạng điện, chúng ta 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 vồn đầu tư việc lựa chọn sơ đồ nối dây phải dựa trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật Nói chung sơ đồ nối dây có hai dạng cơ bản sau đây:

Khuyết điểm: Vốn đầu tư lớn

Sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và 2

MC

MC

MC MC

MC MC

a Sơ đồ cung cấp điện hình tia b Sơ đồ cung cấp điện phân nhánh

Hình 2- 10: Sơ đồ cung cấp điện

2.3.2 Sơ đồ phân nhánh

Sơ đồ phân nhánh (hình 2.10b) có ưu khuyết điểm ngược lại so 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

Trong thực tế người ta thường kết hợp 2 dạng sơ đồ cơ bản đó thành những

sơ đồ hỗn hợp Để nâng cao độ tin cây và tính linh hoạt của sơ đồ người ta thường đặt các mạch dự phòng chung hoặc riêng Sau đây chúng ta xét một số

Trong sơ đồ này (hình 2-11) các trạm biến áp được cung cấp từ những đường dây hình tia dẫn từ trạm phân phối tới

Ngoài ra các trạm biến áp còn được cung cấp từ đường dây dự phòng chung (Đường nét đứt) lấy từ hai phân đoạn của trạm phân phối Bình thường đường dây dự phòng không làm việc, chỉ khi nào có đường dây chính bị hư hỏng thì đường dây dự phòng mới làm việc để thay thế nó Do cách nối nên đường dây dự phòng có thể thay thế cho bất kỳ đường dây chính nào, vì vậy nó

là đường dây dự phòng chung

Nguồn cung cấp cho đường dây dự phòng có thể lấy từ các phân đoạn của trạm phân phối hoặc từ nguồn thứ hai khác

2.3.4 Sơ đồ phân nhánh có đường dây dự phòng chung

Trong sơ đồ này (hình 2-12) các trạm biến áp được cung cấp từ các đường dây phân nhánh Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta đặt thêm đường dây dự phòng chung (đường nét đứt)

Nhờ có đường dây dự phòng chung nên khi có sự cố trên một phân nhánh nào đó ta có thể cắt phần bị sự cố ra và đóng đường dây dự phòng vào để tiếp tục làm việc

Hình 2-12: Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh

có đường dây dự phòng chung Trong hệ thống điện còn có các sơ đồ cung cấp điện khắc như: 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, phân nhánh được cung cấp bằng hai đường dây, sơ đồ dẫn sâu