bai3 giáo trình điện hay cần đọc

Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin tưởng cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện c

Bài 3: Chọn phương án cung cấp điện

3.1 Khái quát:

Phương án cung cấp điện hiểu một cách đơn giản là hình thức chắp nối giữa các điểm nguồn (nhà máy và trạm biến áp) với các điểm tải (nơi sử dụng, tiêu thụ điện như nhà máy xí nghiệp, cơ quan, các cụm dân cư như phường,

xã, quận huyện) cụ thể hơn là đến từng thiết bị tiêu thụ điện Việc vạch phương án là thực hiện các hình thức chắp nối để đưa được điện

từ nguồn tới nơi tiêu thụ trên mặt bằng hay bản đồ địa lí

Bài toán cung cấp điện là bài toán đa mục tiêu, biến số là các đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc nhiều yếu tố, thông số của các đại lượng (các biến )có giá trị rời rạc.Nhìn chung bài toán cung cấp điện là bài toán bất định không có lời giải và đáp số duy nhất

Mỗi cách giải được hiểu là một phương án, có lời giải, đáp số riêng Phương án tối ưu là phương án có lời giải hợp lí nhất trong số các lời giải của các phương án được chọn theo một vài chỉ tiêu định trước

Thông thường, không có lời giải tối ưu cho tất cả các mục tiêu đề ra ( tối ưu đa mục tiêu).Trong bài toán cung cấp điện chỉ đề cập tới hai chỉ tiêu

cơ bản: kinh tế (vốn đầu tư và chi phí ) và kĩ thuật ( chất lượng điện áp và tần số)

So sánh kinh tế kĩ thuật lựa chọn phương án tối ưu là việc thực hiện các tính toán về mặt kinh tế, kĩ thuật đối với từng phương án so sánh đối chiếu để tìm ra phương án có lời giải tốt nhất theo hai chỉ tiêu trên

3.2 Chọn điện áp định mức của dòng điện

1 Chọn cấp điện áp cho lưới điện truyền tải cao, trung áp

Để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ ( nhà máy, xí nghiệp, cụm công nghiệp cũng như các khu vực dân cư) có phụ tải lớn, cách xa nguồn không thể cung cấp điện trực tiếp từ các lưới điện áp thấp được cần phải lựa chọn các cấp điện áp cao hơn

Trong thực tế, khi tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện thường sử dụng các công thức kinh nghiệm của các nước

- Đông Đức cũ ( công thức Weikert):

S hoặc P – công suất truyền tải, MVA hoặc MW

Các cấp điện áp tính được theo các công thức 3.1 – 3.4 là các cấp điện

áp không tiêu chuẩn Sau đó cần so sánh lựa chọn theo các cấp điện áp định mức tiêu chuẩn có giá trị gần nhất

Cấp điện áp cung cấp cho các thiết bị điện cao áp cần phải phù hợp với điện áp của thiết bị ( các động cơ điện 6,10 kV; các máy biến áp 6,10 kV )

Cấp điện áp hạ áp là cấp điện áp phù hợp với điện áp định mức của các thiết bị dùng điện

Đại bộ phận các thiết bị điện dùng trong công nghiệp và sinh hoạt dân dụng có điện áp 380/220 V

Các động cơ điện ba pha có điện áp định mức 380V, các động cơ điện một pha dùng trong sinh hoạt dân dụng và các loại đèn chiếu sáng dùng điện

áp pha 220V

Để cung cấp điện cho các thiết bị này phải dùng các máy biến áp, hạ

áp có điện áp đầu ra 0,4 – 0,23 kV

3.3.Sơ đồ mạng điện cao áp

Khi chọn sơ đồ nối dây của mạng điên, 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 vốn đầu tư v.v việc lựa chọn sơ đồ nối dây phải dựa trên sơ đồ tính toán so sánh kĩ thuật Nói chung sơ đồ sơ đồ nối dây co hai dang cơ bản sau đây:

- Sơ đồ hình tia (hình 3-1a)

- Sơ đồ phân nhánh (hình 3 -1b)

Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin tưởng cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hàng bảo quản

Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn Vì vậy sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện loại 1 và 2

Sơ đồ phân nhánh có ưu điểm ngược lại so vơi sơ đồ hình tia Vì vậy loại sơ

đồ này thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ loại 2 và 3

Trong thực tế người ta thường kết hợp hai dạng sơ đồ cơ bản đó thành những sơ đồ hỗn hợp Để nâng cao trình độ tin cậy và tính linh hoạt của sơ

đồ người ta thường đặt các mạch dự phòng chung hoặc riêng Sau đây chúng

ta xét một sơ đồ điển hình

1 Sơ đồ hình tia có đường dây dự phòng chung

Trong sơ đồ này (hình 3 -2) các trạm biến áp được cung cấp từ những đường dây hình tia dẫn từ trạm phân phối tới

Hình 3- 1 Sơ đồ cung cấp điện a) sơ đồ hình tia, b) sơ đồ phân nhánh

1 thanh cái trạm phân phối, 2 đường dây điện cao áp

3 biến áp phân xưởng, 4 đường dây trục chính

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 dư 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 Sơ đồ phân nhánh có đường dây dự phòng chung

Trong sơ đồ này (hình 3 -3) 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

Hình 3-2 Sơ đồ cung cấp điện kiểu hình tia có đường dây dự phòng chung

Nhờ có đường dây dự phong 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

3 Sơ đồ phân nhánh có đường dây dự phòng riêng cho từng trạm biến

Trong sơ đồ này ( hình 3 - 4 ) các đường dây dự phòng (đường nét đứt

Khi máy biến áp hoặc đường dây bị hỏng ta đóng đường dây dự phòng vào làm việc

Hình 3- 3 : Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh

có đường dây dự phòng chung

Trạm phân phối

6-10kV

4 Sơ đồ phân nhánh nối hình vòng để tăng độ tin cậy

Ở sơ đồ này (hình 3 -5) với mục đích tạo điều kiện vận hành đơn giản, thông thường người ta cắt đôi mạch vòng thành hai nhánh riêng lẻ Khi xảy

ra sự cố, sau khi cắt phần tử bị sự cố ra khỏi mạng, ngươi ta nối điểm N lại

để tiếp tục cung cấp điện Loại sơ đồ này thường được dùng cho mạng điện thành phố hoặc các xí nghiệp có nhiều phân xưởng được bố trí trên phạm vi rộng

Hình 3- 4 Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh có đường dây dự

phòng riêng cho từng trạm biến áp

5 Sơ đồ hình tia được cung cấp bằng hai đường dây để tăng độ tin cậy

Đối với những hộ quan trọng, ngoài việc dùng sơ đồ hình tia, ta có thể đặt thêm một đường dây song song lấy từ nguồn thứ hai hoặc từ phân đoạn thứ hai tới (hình 3-6 )

Ở phía điện áp cao của trạm biến áp người ta thường đặt máy phân đoạn và thiết bị tự động đóng dự trữ, như vậy độ tin cậy của sơ đồ tăng lên

rõ rệt

Hình 3-5 Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh nối hình vòng

6 Sơ đồ phân nhánh được cung cấp bằng hai đường dây để nâng cao độ tin cậy

Độ tin cậy của sơ đồ này tương đối cao (hình 3-7) Phía điện áp cao của trạm biến áp có thể đặt máy cắt phân đoạn và thiết bị tự động dự trữ như hình 3 -

6

Hình 3 – 6 Sơ đồ cung cấp điện kiểu hình tia cung cấp bằng hai đường dây

7 Sơ đồ ‘dẫn sâu’

Trong những năm gần đây, nhờ chế tạo được những thiết bị điện có chất lượng tốt, nhờ trình độ vận hành được nâng cao, nên trong nhiều trường hợp người ta có thể đưa đường dây trung cao áp vào sâu trong xí nghiệp đến tận các trạm biến áp phân xưởng Sơ đồ cung cấp điện như vậy thường được gọi là sơ đồ ‘dẫn sâu’ (hình 3- 8)

Sơ đồ cung cấp điện kiểu ‘dẫn sâu’ có những ưu khuyết điểm sau:

Ưu điểm:

Hình 3- 7 Sơ đồ cung cấp điện kiẻu phân nhánh được

cung cấp bằng hai đường dây a) Có thanh cái phân đoạn ở phía điện cao áp b) Không có thanh cái ở phía điện áp cao

Hình 3- 8 Sơ đồ cung cấp điện kiểu “ dẫn sâu ”

- Do trực tiếp đưa điện áp cao áp vào trạm biến áp phân xưởng nên giảm bớt được trạm phân phối, do đó giảm được số lượng các thiết bị điện

và sơ đồ nối dây sẽ rất đơn giản

- Do đưa điện áp cao vào gần phụ tải, nên giảm được tổn thất điện áp điện năng, nâng cao năng lực truyền tải điện năng của mạng

Khuyết điểm:

- Vì một đường dây ‘dẫn sâu’ rẽ vào nhiều trạm biến áp nên độ tin cậy

và quy định mỗi đường dây dẫn sâu không nên mang quá 5 trạm biến áp và dung lượng của 1 đường dây không nên quá 5000 KVA

- Khi đường dây dẫn sâu có cấp điện áp 110-220 KV thì diện tích đất của xí nghiệp bị đường dây chiếm sẽ rất lớn vì thế không thể đưa đường dây vào gần trung tâm phụ tải được

Do những ưu khuyết điểm đẫ kể trên phương pháp dẫn sâu này thường được dùng để cung cấp cho các xí nghiệp có các phụ tải lớn, phân bố trên diện tích rộng và đường dây điện áp cao áp đi trong xí nghiệp không ảnh hưởng đến việc xây dựng các công trình khác cũng như giao thông vận chuyển trong xí nghiệp

3.4 Sơ đồ mạng điện áp thấp

Mạng điện hạ áp ở đây được hiểu là mạng động lực hoặc chiếu sáng trong phân xưởng với cấp điện áp thường là 380/220V hoặc 220/127V

Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia

và mạng phân nhánh và ưu khuyết điểm của chúng cũng tương tự như đã phân tích ở mục 3.3

( Hình 3 -9 a) là sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán.Từ thanh cái của trạm biến áp có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực.Từ tủ phân phối động lực có các đường dây dẫn đến các phụ tải

Loại sơ đồ này có độ tin cậy tương đối cao, nó thường được dùng trong các phân xưởng có các thiết bị phân tán trên diện tích rộng như phân xưởng gia công cơ khí, lắp ráp

1 2

a)

Hình 3-9b là sơ đồ hình tia dùng để cung cấp cho các phụ tải tập trung

có công suất tương đối lớn như các trạm bơm, lò nung, trạm khí nén Trong sơ đồ này từ thanh cái của trạm biến áp có các đường dây cung cấp thẳng cho các phụ tải

Hình 3 -10a là sơ đồ phân nhánh thường được dùng trong các phân xưởng

có phụ tải không quan trọng

Hình 3 -10

cung cấp điện cho các thanh cái đặt dọc theo phân xưởng.Từ các thanh cái

đó có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực hoặc đến các phụ tải tập trung khác

lớn và phân bố đều trên diện tích rộng nhờ có các thanh cái chạy dọc theo phân xưởng mạng có thể tải được công suất lớn.Giảm bớt được các tổn thất

về công suất và điện áp

a)

BA

Hình 3 -10

dùng để cung cấp cho các phụ tải phân bố rải theo chiều dài

Hình 3 -10 3.5 Kết cấu của mạng điện

Kết cấu cấu đường dây trên không

b)

BA

BA

Theo điện áp định mức và phạm vi sử dụng,người ta phân đường dây trên không ra làm 3 cấp sau đây:

ngang, xứ cách điện Ngoài ra còn có các linh kiện phụ như bộ kẹp chặt dây, dây nén quả tạ chống rung Sau đây sẽ trình bày sơ lược một vài bộ phận chính của đường dây trên không

1 Dây dẫn.Yêu cầu cơ bản đối với dây dẫn là dẫn điện tốt và bền

a Dây dẫn điện tốt Dây dẫn thường có các loại dây đồng,nhôm, nhôm lõi thép và thép Dây đồng là loại dây dẫn điện tốt nhất, song vì đồng đắt và là kim loại ưu tiên dùng nhiều trong quân sự nên dây đồng thường chỉ được dùng ở những nơi quan trọng hoặc những nơi có môi trường ăn mòn kim loại như trong nhà máy hoá chất, vùng ven biển Hiện nay phổ biến nhất là dùng dây nhôm, tuy độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng khoảng 70% độ dẫn điện của đồng nhưng nhôm nhẹ và rẻ hơn đồng nhiều

Vì dây nhôm không được bền lắm, nên ở những đường dây có điện áp cao có khoảng vượt và sức căng lớn người ta dùng loại dây nhôm lõi thép Phần nhôm dùng để dẫn điện, lõi thép ở trong dùng để tăng độ bền cho dây dẫn

Dây thép dẫn điện kém hơn cả nhưng rẻ và bền nên được dùng ở những nơi không quan trọng hoặc ở mạng điện nông thôn

cách điện

b Bền: Dây dẫn mắc ở trên cao phải vượt khoảng cách từ cột này đến cột

các loại dây có nhiều sợi bện lại với nhau hoặc có cấu tạo phần ngoài là nhôm phần lõi là thép

Để đảm bảo an toàn người ta quy định tiết diện dây nhỏ nhất cho phép tuỳ theo loại dây và cấp đường dây (Bảng 3 - 2) Khi chọn dây dẫn cần chú ý tôn trọng những quy định đó

Bảng 3 – 2 đường kính và tiết diện cho phép nhỏ nhất của các loại dây dẫn

Vật liệu của dây dẫn trần Dây dẫn một sợi Dây dẫn nhiều sợi

Đặc điểm vị trí

đường dây trên

không đi qua Đồng

(mm2)

Thép đường kính (mm)

Kim loại kép đường kính (mm)

Nhôm và hợp kim của nhôm (

mm2)

Đồng (mm2)

Thép (mm2)

Nhôm và hợp kim của nhôm (mm2)

Nhôm lõi thép (mm2)

1.Vị trí không

dân cư đi qua

-

-

Không khí ở vùng ven biển có chứa muối, ở những nhà máy hoá chất

có chứa nhiều khí ăn mòn kim loại, do đó ảnh hưởng đến độ bền của dây dẫn.Vì vậy ở những vùng nói trên dùng dây đồng vừa bền vừa chống ăn mòn tốt

2.Cột điện.Người ta thường dùng 3 loại cột chính

a Cột gỗ, tre: Cột gỗ, tre có ưu điểm là cách điện tốt tạo dáng dễ nhưng có nhược điểm là chóng mục hỏng độ bền kém

Vì vậy gỗ, tre làm cột phải được sử lí, sơn tẩm chất chống mối, mục Cột tre chỉ được dùng ở mạng điện áp thấp ở nông thôn hoặc đường dây tạm thời Cột gỗ bền hơn, để chống mục có thể chắp một đoạn bê tông cốt sắt làm chân cột Cột gỗ chủ yếu dùng ở mạng điện áp thấp nhưng nếu được chế tạo tốt cũng có thể dùng mạng cấp điện áp 35 KV

b Cột bê tông cốt sắt Loại cột này có tuổi thọ cao, chịu lực tốt bền và tương đối rẻ tiền vì thế loại cột này thường được dùng rộng rãi ở cả mạng điện áp thấp lẫn mạng điện áp cao Nhược điểm của nó là nặng nên gặp nhiều khó khăn khi vận chuyển xa, ở những địa điểm không có đường giao thông tốt (các đường dây điện áp cao thường phải đi qua những vùng như vậy)

c Cột sắt thép Loại cột này chịu lực tốt, có thể làm cao nên thường được

chế tạo từng bộ phận rồi lắp ráp thành cột nên loại này rất thuận tiện trong việc vận chuyển đi xa Nhược điểm của cột sắt thép là giá thành cao, chi phí bảo quản chống gỉ lớn vì thế các xà ngang treo sứ cách điện và bộ phận trên cùng của cột người ta thường chế tạo bằng thép không gỉ

Khoảng cách giữa các dây dẫn bố chí trên cột được quy định như sau:

Uđm 1KV D = 0,4 - 0,6m

Uđm= 6 -10KV D = 0,8 - 1,2m

Uđm= 35KV D = 1 - 4m

3 Xà ngang: Xà ngang dùng để đỡ xứ cách điện và tạo khoảng cách giữa các dây dẫn.Vật liệu làm xà giống như vật liệu làm cột

4 Sứ cách điện: Sứ cách điện là bộ phận quan trọng để cách điện giữa dây dẫn và bộ phận không dẫn điện: xà ngang và cột

Sứ phải có tính năng cách điện cao, chịu được điện áp của đường dây lúc làm việc bình thường cũng như quá tải điện áp vì bị sét đánh Sứ phải đủ bền, chịu lực kéo

Sứ phải chịu được sự biến đổi của khí hậu: mưa, nắng, nhiệt độ thay đổi không bị nứt vì các vết nứt nẻ và bụi trên mặt sứ thường là nguyên nhân xảy ra hiên tượng phóng điện dẫn đến sự cố trên đường dây

so với đường dây trên không cùng tiết diện nên giảm được tổn thất công suất, điện áp Cáp được chôn dưới đất nên ít ảnh hưởng tới giao thông và đảm bảo mĩ quan hơn đường dây trên không

Nhược điểm chính là giá thành đắt thông thường gấp 2,5 lần so với đường dây trên không cùng tiết diện, vì vậy cáp thường được dùng ở những nơi tương đối quan trọng Thực hiện việc rẽ nhánh cáp gặp rất nhiều khó khăn và chính tại nơi đó thường xảy ra sự cố, vì vậy chỉ đối với những đường cáp có Uđm  10KV và khi thật cần thiết người ta mới thực hiện rẽ