Chương 3 Các giải pháp sử dụng điện năng tiết kiệm và hiệu quả 2

Chương 3 Các giải pháp sử dụng điện năng tiết kiệm và hiệu quả 20 tiết3.1 Quá trình sản xuất điện 3.1.1 Đại cương về các nhà máy điện Trong hệ thống năng lượng, điện năng được xem là năn

Chương 3 Các giải pháp sử dụng điện năng tiết kiệm và hiệu quả (20 tiết)

3.1 Quá trình sản xuất điện

3.1.1 Đại cương về các nhà máy điện

Trong hệ thống năng lượng, điện năng được xem là năng lượng sơ cấpnếu sản xuất từ thủy năng, ngutên tử, địa nhiệt, quang điện, gió, thủy triều.Nhưng nó cũng là năng lượng thứ cấp nếu sản xuất ở các nhà máy nhiệt điệndùng than, dầu hoặc khí thiên nhiên Điện là dạng năng lượng đặc biệt, khó

dự trữ nên luôn có sự thích ứng tức thời giữa sản xuất và tiêu thụ

Năm 2001 toàn thế giới đã sản xuất 14851TWh: Trong đó nhà máynhiệt điện chiếm 64%, nhà máy thủy điện chiếm 17,3%, nhà máy điệnnguyên tử chiếm 17%, phần còn lại là điện - địa nhiệt, điện - mặt trời, phongđiện và nhiệt điện rác

Ở nước ta nhu cầu điện trong những năm qua có độ tăng trưởng cao.Theo Tổng công ty điện lực Việt nam (EVN), thời gian từ 1996 – 2000 độtăng trưởng điện ở mức trung bình 13%, từ năm 2000 tới nay độ tăng trưởngđiện ở mức trung bình 14 - 15% Hiện nay tổng công suất lắp đặt là8900MW, trong đó nhà máy nhiệt điện chiếm 16%, nhà máy tthủy điệnchiếm 46%, tuabin khí 27%, ngoài ngành 6%, điêzel 5%

Nhìn chung Việt nam vẫn là một trong những nước có mức sản xuất vàtiêu thụ điện năng thấp nhất trong khu vực Tổng điện năng cung cấp cho cảnước năm 2003 là 41,3 tỉ kWh

Hình (3.1) là tỉ trọng sản xuất điện năm 2003 của Việt nam

Bảng (3.1) là số liệu các nhà máy điện ở Việt nam tính đến 1999

Bảng 3.2 là suất sử dụng điện bình quân năm 2004 ở một số nước châu Á

Bảng 3.1 số liệu các nhà máy điện ở Việt nam tính đến 1999

(MW)

Công suất khảdụng (MW)

Hình 3.1: Tỉ trọng sản xuất điện năm 2003

Xây dựng mới các nhà máy điện phải nằm trong qui hoạch phát triểnchung trong hệ thống điện được gọi là quy hoạch nguồn Quy hoạch nguồn

là loại bài toán để trả lời các câu hỏi sau:

- Nhà máy điện mới loại gì (nhiệt điện, thủy điện, tuabin khí…)?

- Chúng được xây dựng ở đâu? Khi nào khởi công? Công suất bao nhiêu?Tiến độ ? Nguồn vốn?

Quy hoạch phải tính đến sự phát triển trong 10 – 20 năm, không làmđược như thế sẽ không đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện,

có thể đưa đến hậu quả nghiêm trọng như: Không thể sử dụng hết công suất,hoặc thiếu công suất, giảm độ tin cậy cung cấp điện đồng thời ảnh hưởngđến chất lượng điện

3.1 2 Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi và nhà máy nhiệt điện trích hơi:

Năng lượng điện được sản xuất từ các nhiên liệu hóa thạch như dầu, than

đá, khí thiên nhiên…ở các nhà máy nhiệt điện

Nhà máy chỉ sản xuất điện cấp lên lưới chung gọi là nhà máy nhiệt điện.Nhà máy vừa sản xuất điện cấp lên lưới chung vừa cung cấp hơi hoặc nướcnóng cho một khu công nghiệp hoặc một cụm dân cư được gọi là nhà máynhiệt điện trích hơi

Hình (3.2) là sơ đồ nguyên lý của nhà máy nhiệt điện Trong đó: 1– Khonhiên liệu; 2 – Hệ thống cấp nhiên liệu; 3 – Lò hơi; 4 – Tuabin; 5 – Máyphát; 6 – Bình ngưng; 7 – Bơm tuần hoàn; 8 – Bơm ngưng tụ; 9 – Bơm cấpnước; 10 – Vòi đốt; 11 – Quạt gió; 12 – Quạt khói; 13 – Buồng sấy khí; 14 –

Bộ hâm nước; 15 – Bình gia nhiệt hạ áp; 16 – Bình gia nhiệt cao áp

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện chiếm một phần quan trọng trong hệ thống nguồnđiện Việc sử dụng các tổ máy công suất lớn nâng cao hiệu suất đồng thờiđảm bảo độ tin cậy cao Những nhà máy nhiệt điện công suất 2000 4000MW sử dụng tổ máy có công suất 500  1000MW

Đặc điểm nhà máy nhiệt điện:

1 Xây dựng gần nguồn nhiên liệu, chủ yếu là than, phần nhỏ chạy dầu

2 Phát hầu hết công suất lên lưới điện cao áp

3 Tính linh hoạt kém, khởi động và tăng tải chậm (thời gian khởi động từ

6 đến 8 giờ)

4 Hiệu suất thấp η = 30  40%

5 Khối lượng nhiên liệu lớn, gây ô nhiễm môi trường

6 Vốn đầu tư thấp thời gian xây dựng nhanh

Để giảm thiếu tác động đến môi trường, người ta quan tâm đến côngnghệ đốt than sạch, công nghệ này gồm 3 giai đoạn: Làm sạch than – đốtthan với chất khí NOx thấp – công nghệ lọc chất thải Trong công nghệ đốtthan sạch đáng chú ý là công nghệ lò nung sôi và công nghệ khí hóa than.Nhà máy nhiệt điện trích hơi có nguyên lý hoạt động giống như nhà máynhiệt điện, nhưng ở đây lượng hơi được rút ra đáng kể từ một số tầng củatuabin Chế độ vận hành tối ưu của nhà máy chỉ được thực hiện khi đồngthời nhiệt năng và điện năng cấp cho phụ tải nhiệt và phụ tải điện là tối ưu Đặc điểm nhà máy nhiệt điện trích hơi:

1 Xây dựng gần phụ tải nhiệt, chủ yếu chạy than, phần nhỏ chạy dầu

2 Phần lớn công suất điện được sử dụng ở cấp điện áp máy phát.

3 Tính linh hoạt kém, khởi động và tăng tải chậm

4 Hiệu suất thấp η = 60  70%

5 Khối lượng nhiên liệu lớn, gây ô nhiễm môi trường

6 Vốn đầu tư thấp thời gian xây dựng nhanh

7 Phụ tải điện phụ thuộc vào phụ tải nhiệt

Trong các nhà máy nhiệt điện bơm cấp được đặt riêng cho từng khối,truyền động bơm cấp có thể dùng động cơ điện hoặc tuabin hơi dựa trên cơ

sở tính toán kinh tế kỹ thuật

Đối với truyền động công suất lớn, sử dụng tuabin hơi sẽ kinh tế hơn,bơm điện chỉ dùng để dự phòng, tham gia lúc khởi động và một số tìnhhuống đặc biệt Để khởi động, công suất bơm dự phòng không nhỏ hơn 30%công suất truyền động

Muốn chi phí sản xuất trong ngày – đêm nhỏ nhất, nhiệt điện phải phátcông suất bằng nhau trong mọi giờ vận hành

3.1.3 Nhà máy nhiệt điện tuabin khí

Khác với tuabin hơi, ở tuabin khí, áp suất khí đốt dãn nở trực tiếp làmquay tuabin Có hai loại tuabin khí: Tuabin khí chu trình đơn và tuabin khíchu trình hỗn hợp

1 Tuabin khí chu trình đơn

Hình (3.3) vẽ sơ đồ nguyên lý tuabin khí chu trình đơn, trong đó: 1– máynén khí, 2 – buồng đốt, 3 – tuabin khí, 4 – động cơ khởi động, 5 – bơm nhiênliệu, 6 – máy phát

Hinh 3.3: Sơ đồ nguyên lý tuabin khí chu trình đơn

Không khí qua máy nén khí (1) cùng với nhiên liệu qua bơm (5) đượcđưa vào buồng đốt (2) Để nhiệt độ khí nóng đưa vào làm quay tuabin vào

khoảng 7000C, lượng khí vào buồng đốt phải nhiều gấp 4 lần cần thiết đủ đốtnhiên liệu Khí nóng dãn nở làm quay tuabin và sau đó được thải ra ngoàiqua ống khói.

Đặc điểm nhà máy nhiệt điện tuabin khí chu trình đơn:

1 Hiệu suất thấp, chỉ đạt 35  38%, do khí thải nhiệt độ còn cao,

2 Không cần nhiều nước làm mát;

3 Thời gian khởi động ngắn (10 đến 20 phút)

4 Dễ tự động hóa, có thể điều khiển từ xa

5 Vận hành và bảo dưỡng đơn giản

2 Tuabin khí chu trình hỗn hợp

Hình (3.4) vẽ sơ đồ nguyên lý tuabin khí chu trình hỗn hợp, trong đó: 1–máy nén khí, 2 – buồng đốt, 3 – tuabin khí, 4 – động cơ khởi động, 5 – bơmnhiên liệu, 6 – máy phát, 7 – lò thu nhiệt, 8 – tuabin hơi, 9 – bơm nước, 10 –bình ngưng, 11 – Tháp làm mát

Hinh 3.4: Sơ đồ nguyên lýnhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp

Tuabin khí chu trình hỗn hợp là sự kết hợp của tuabin hơi và tuabin khí.Người ta sử dụng các lò thu nhiệt (đuôi hơi) tận dụng nhiệt năng trong khíthải của tuabin khí để gia nhiệt nước cấp cho tuabin hơi

Tuabin khí chu trình hỗn hợp có thể lắp đặt theo nhiều giai đoạn, có thểlắp đặt tuabin khí trước để sử dụng sau đó mới lắp đặt tuabin hơi Làm nhưvậy thuận lợi cho công tác điều độ và tăng được dải công suất phát kinh tế.Hiện nay đã chế tạo được các tổ máy phát chu trình đơn có công suất đến250MW, chu trình hỗn hợp 600MW Hiệu suất chu trình hỗn hợp 55  60%

Các nhà máy điện tuabin khí chủ yếu sử dụng nhiên liệu khí đốt, một số ít

sử dụng nhiên liệu dầu Đặc biệt các nhà máy điện sử dụng tuabin khí hỗnhợp có tính cạnh tranh rất cao so với các nhà máy điện khác

3.1.4 Nhà máy thủy điện:

Người ta sử dụng năng lượng của dòng nước để sản xuất ra điện ở nhàmáy thủy điện Năng lượng điện (A) phụ thuộc vào chiều cao cột nước vàlưu lượng dòng chảy, ta có:

A = 9,81η.H.Q (5.1)

Trong đó

η = ηT.ηF (ηT = 0,880,91– hiệu suất tuabin, ηF=0,950,98 – hiệu suấtmáy phát); H – chiều cao cột nước, chính là độ chênh mực nước giữathượng lưu và hạ lưu Q – lưu lượng dòng chảy

Để có lưu lượng nước ổn định và chiều cao cột nước đủ lớn người ta xâydựng hồ chứa nước và đập chắn nước để giữ cho lưu lượng nước ổn địnhtrong năm và có chiều cao cột nước đủ lớn

Nhà máy thủy điện có những đặc điểm sau đây:

1 Xây dựng gần nguồn thủy năng, thường không gần phụ tải do đó hầuhết công suất được phát lên lưới điện cao áp

2 Tính linh hoạt cao, thời gian khởi động từ 3 đến 4 phút

3 Hiệu suất cao η = 85  90%

4 Giá thành điện năng thấp, không gây ô nhiễm môi trường

5 Có thể tham gia điều tiết dòng chảy chống lũ lụt

6 Lưu lượng nguồn nước biến động nhiều trong năm do đó cần phối hợptốt với các nhà máy nhiệt điện

7 Vốn đầu tư cao thời gian xây dựng lâu

Tùy theo đặc điểm của nguồn nước, mà người ta xây dựng các nhà máythủy điện theo các kiểu khác nhau: Nhà máy thủy điện có đập chắn ngangsông, nhà máy thủy điện tích năng, nhà máy thủy điện thủy triều …

1 Nhà máy thủy điện có đập chắn ngang sông

Đập chắn ngang sông để có chiều cao cột nước đủ lớn Đập nước đượcchia làm ba loại:

Nhà máy thủy điện có hồ chứa

Hình (3.5) vẽ mặt cắt ngang nhà máy thủy điện có hồ chứa Trong đó: 1 –Đập ngăn; 2 – Mực nước thượng lưu; 3 – Mực nước thượng lưu; 4 – Ốngdẫn áp lực; 5 – Chắn rác; 6 – Buồng xoáy; 7 – Tuabin, được đặt ở hạ lưu, 8– Trục nối tuabin và máy phát; 9 – Máy phát; 10 – Van điều chỉnh; 11 –Khoang hút nước xuống hạ lưu; 12 – Cầu trục; 13 – Máy biến áp; 14 –Đường dây

Ở đây, hồ chứa có tác dụng dự trữ nguồn nước mùa mưa để sử dụng vàomùa khô; đập có tác dụng làm tăng chiều cao cột nước

Hình 35.5: Mặt cất nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện không có hồ chứa

Hình (3.6) vẽ sơ đồ nhà máy thủy điện không

có hồ chứa

Người ta lợi dụng những khúc sông đi vòng qua

núi hoặc hai con sông gần nhau nhưng có độ chênh

mực nước lớn để xây dựng nhà máy thủy điện Tại

vị trí thuận lợi ở thượng lưu người ta xây dựng một

đập chắn (6) để hướng dòng nước qua ống dẫn (1)

có độ dốc nhỏ vào bể áp lực (2); Nước từ bể áp lực

qua ông dẫn áp lực (3) có độ chênh mực nước H

hầu như bằng độ lệch mức nước của đoạn sông; qua ống áp lực, nước làmquay tuabin 4 sau đó thoát ra kênh tháo nước (5) xuống hạ lưu.

Nhà máy thủy điện không có hồ chứa có giá thành xây dựng rẻ hơnnhưng lưu lượng nước biến động nhiều trong năm

2 Nhà máy thủy điện tích năng

Để chủ động điều tiết lưu lượng nước và sử dụng kinh tế nguồn điệngiờ cao điểm phục vụ giờ thấp điểm người ta xây dựng các nhà máy thủyđiện tích năng Hình 3.6 vẽ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện tích năng.Trong giờ cao điểm, nhà máy phát điện vào lưới nhờ nguồn nước tíchtrữ được ở hồ chứa 1 (trên), vào giờ thấp điểm, nhà máy vận hành ở chế độbơm nước từ hồ chứa 2 (bên dưới) lên hồ phái trên làm nguồn dự trữ Thủyđiện tích năng tuy có hiệu suất thấp nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao vì

đã tận dụng được điện năng giừ thấp điểm để dự phòng và phát điện vào giờcao điểm

Lượng nước được tích trữ tương ứng với thời gian sử dụng vào khoảng400h

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện tích năng: a) Chế độ bơm ở giờ thấp điểm; b) Chế độ phát ở giờ cao điểm

3. Nhà máy thủy điện thủy triều

Lợi dụng nước thủy triều lên – xuống có mức nước chênh lệch đủlớn (H ≥ 8m) người ta xây dựng nhà máy thủy điện có tuabin hai chiều Hình (3.7) vẽ sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện thủy triều

Do mực nước thủy triều lên – xuống có mức nước chênh lệch khônglớn, công suất thường không lớn Ví dụ, nhà máy thủy điện thủy triều Rance(Pháp) có công suất 240MW

Tháng 6 năm 2003, một kỹ sư người Anh đã thử nghiệm tại vùng biểnphía Bắc Devon thành công một tuabin 300kW chạy nhờ năng lượng dònghải triều Các nhà máy vận hành bằng dòng hải lưu cũng được xếp vào loạinhà máy thủy điện thủy triều Tuabin phát điện được đặt trực tiếp giữa dònghải lưu, do đó có thể liên tục cung cấp điện Tuabin loại này có hiệu suất gấp

4 lần tuabin gió, lại không gây tiến ồn và không phá vỡ cảnh quan thiênnhiên

Nguồn năng lượng thủy triều của toàn thế giới vào khoảng 3 triệu MW,trong đó có thể khai thác được 640MW

Các chuyên gia năng lượng ước tính, mỗi năm năng lượng thủy triềucung cấp cho nhân loại 450 tỉ kWh điện, tương đương với tổng sản lượngđiện của 40 nhà máy điện nguyên tử lớn nhất hiện nay

Các nhà máy thủy điẹn lớn nhất hiện nay là:

Itaipu (Brasil+Paraguay - 1982) – 12600MW;

Grand Coli (Mỹ - 1942) – 10830MW;

Guri (Venêzuêla 1986) – 10200MW;

Tam môn (Trung quốc - 2003) 18200MW;

Xiaowan (trên sông Mêkông Trung quốc) – 4200MW, với con đập caonhất thế giới, 292m

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện thủy triều

3.1.5 Nhà máy điện nguyên tử

Khi bắn phá một nơtron chậm vào hạt nhân uranium U235 sẽ có phản ứnghạt nhân (gọi là phân hạch) Phản ứng làm hạt nhân U235 vỡ thành 2 mảnhM&N giải phóng hai, ba nơtron kèm theo năng lượng rất lớn

Theo tính toán, mỗi gram uranium phân hạch tỏa ra năng lượng tươngđương với năng lượng thu được khi đốt 2 tấn dầu hoặc đốt 3 tấn than đá

Phần lớn các nhà máy điện nguyên tử hiện nay vận hành với các lò phẩnứng hạt nhân làm nguội bằng nước nén (Pressurized Water Reactor - PWR).

Sơ đồ của lò phản ứng hạt nhân loại PWR được mô tả trên hình (3.8)

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý của nha máy điện nguyên tử, lò phản ứng PWR 1- Lò phản ứng hạt nhân; 2–Lớp vỏ bảo vệ; 3– Bình trao đổi nhiệt; 4–Dàn trao đổi nhiệt; 5;6;7;8 –– Bơm nước chu trình 1;2 và 3; 9 – Bình ngưng; 10 – Tuabin;11- Máy phát điện;12 – Nước cấp chu trình 1

Lò phản ứng hạt nhân loại PWR bao gồm 3 chu trình:

1 Chu trình thứ nhất:

Nhiệt sinh ra từ quá trình phân rã U235 làm nóng nước đến 3210C Nhờbơm 5 nâng áp suất nước đến 1550N/cm2 và đẩy nước qua bình trao đổinhiệt 3 (lò hơi) và sau đó trở về lò phản ứng 1

2 Chu trình thứ hai:

Nước chu trình hai được hóa hơi ở lò hơi 3, nhờ bơm 7 được đưa sang

làm quay tuabin 10 và máy phát điện 11 Nước của chu trình thứ hai khôngtiếp xúc với nước chu trình thứ nhất

3 Chu trình thứ ba:

Nước chu trình hai được làm mát ở bình ngưng 9 nhờ bơm tuần hoàn 9.

Để ngăn tia phóng xạ, lò phản ứng hạt nhân được bọc các lớp bảo vệ đặcbiệt: lớp nước dày 1m, lớp bê tông dầy 3m, lớp gang dày 0,25m Thiết bị củamạch vòng thuộc chu trình 1 được đặt trong gian đặc biệt có lớp bảo vệ Người ta thống kê được rằng, năng lượng của urani và thori trên thế giớihiện nay gấp khoảng 23 lần năng lượng của các nguồn cộng lại

Nhà máy thủy điện có những đặc điểm sau đây:

1 Hiệu suất cao và giá thành điện năng thấp hơn nhà máy nhiệt điện;

2 Khối lượng nhiên liệu nhỏ Ví dụ để sản xuất 120MWh điện chỉ tiêutốn khoảng 32gam urani;

3 Không thải CO2 cũng như các chất thải khác vào khí quyển

4 Giá thành đầu tư xây dựng lớn

3.1.6 Trạm phát điện điêzel:

Máy nổ chạy bằng dầu điêzel làm quay máy phát điện Các trạm phátđiện điêzel ngày càng được hoàn thiện và được dùng trong hệ thống phátđiện và giờ cao điểm, để làm nguồn dự phòng và cung cấp điện cho nhữngvùng chưa có điện lưới

3.2 Hệ thống truyền tải điện

Hệ thống điện là hệ thống năng lượng điện, bao gồm phần điện trong nhàmáy điện, các trạm biến áp tăng áp, các đường dây truyền tải, phân phốiđiện, các trạm biến áp hạ áp và phụ tải điện

3.2.1 Lợi ích kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện quốc gia

Đặc điểm của hệ thống điện:

+ Điện năng được sản xuất ra luôn cân bằng với điện năng được tiêu thụ,không thể tích trữ trong hệ thống Vì vậy sự phụ thuộc sự phụ thuộc lẫnnhau trong sản xuất là rất cao

+ Điện năng gắn liền với hầu hết các ngành công nghiệp, thông tin liênlạc, giao thông vận tải cũng như phục vụ sinh hoạt hàng ngày Đặc điểm nàyđòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục, có mức dự trữ công suấtkinh tế trong tất cả các phần tử của nó

Khi các nhà máy điện và các hộ dùng điện được nối lại với nhau thành hệthống lớn, hệ thống điện quốc gia thì việc sử dụng công suất các nhà máyđiện rất thuận tiện và hợp lý, nó phục vụ tố hơn, cho các hộ dùng điện.Chẳng hạn các nhà máy thủy điện, như chúng ta đã biết, không phải lúc nàocũng phát ra một công suất đạt yêu cầu, vì nó phụ thuộc và mùa nước trongnăm, phụ thuộc vào khả năng tích tụ của các hồ chứa, khi nước có nhiều nó

có thể phát được một công suất lớn Nếu được nối vào hệ thống thì thời giannước nhiều này các nhà máy nhiệt điện có thể giảm bớt công suất phát củamình để tiết kiệm nhiên liệu, cho một số máy ngừng hoạt động, cho một số

lò nghỉ đốt để sửa chữa định kỳ Nhưng đến mùa cạn nước, các nhà máythủy điện không phát đủ công suất, khi đó các nhà máy nhiệt điện lại phải hỗtrợ nâng công suất phát của mình lên bằng cách cho chạy thêm lò dự trữ,nhờ vậy mà các hộ dùng điện không bị ảnh hưởng, lúc nào cũng có thể thỏamãn nhu cầu của mình mà không cầncó nhiều nguồn dự trữ riêng tốn kém,nhất là các hộ loại một

3.2.2 Đồ thị phụ tải của hệ thống

Phụ tải điện có đặc điểm là thường xuyên biến đổi, không đồng đều theothời gian trong ngày (thời điểm sử dụng nhiều: Giờ cao điểm; thời điểm sửdụng ít: Giờ thấp điểm), theo ngày (ngày làm việc, ngày nghỉ), theo mùa

trong năm (mùa lạnh, mùa nóng) Sự phân bố không đồng đều này là do giờgiấc và thói quen trong sinh hoạt, cách tổ chức làm việc và nghỉ ngơi, thờitiết, sự thay đổi thời tiết

Biểu diễn sự thay đổi phụ tải theo thời gian được gọi là đồ thị phụ tải.Tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta xây dựng các loại đồ thị phụ tải khácnhau, ví dụ theo đại lượng đo có đồ thị phụ tải tác dụng P(t), đồ thị phụ tảiphản kháng Q(t), đồ thị điện năng tiêu thụ A(t) Phân theo khoảng thời giankhảo sát có đồ thị phụ tải hàng ngày, đồ thị phụ tải hàng tháng, đồ thị phụ tảihàng năm Ngoài ra còn có khái niệm phụ tải kéo dài trong năm

Lúc thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải sẽ có cân cứ để chọn thiết bị, tính điệnnăng tiêu thụ Lúc vận hành nếu biết đồ thị phụ tải có thể định phương thứcvận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý Các nhà máy điện cần biết

đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ để định phương thức vận hành các máyphát điện sao cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải Vì vậy đồ thị phụ tải làtài liệu quan trọng trong thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện

Trong thực tế vận hành có thể dùng đồng hồ tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải hoặc

do nhân viên vận hành ghi lại giá trị của phụ tải theo từng khoảng thời gian nhất định (hình3.9a,b) Để thuận tiện cho việc tính toán, đồ thị phụ tải được

vẽ gần đúng theo hình bậc thang (hình3.9c)

Để xây dựng đồ thị phụ tải hàng năm ta căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè và một ngày mùa đông (hình 3.10)

Đồ thị phụ tải hàng năm chỉ mang ý nghĩa của một giản đồ sắp xếp theo trình tự giảm dần từ giá trị lớn nhất đến giá trị bé nhất theo trục tung, còn trục hoành không mang ý nghĩa thời điểm mà chỉ mang ý nghĩa thời đoạn nghĩa là độ dài thời gian xuất hiện giá trị phụ tải có cùng biên độ trong năm.3.2.3 Vấn đề điều độ hệ thống điện:

1 Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện

Nhiệm vụ của vận hành hệ thống điện là đảm bảo an toàn tuyệt đối cho

hệ thống điện, đảm bảo chất lượng phục vụ, có chi phí sản xuất, truyền tải vàphân phối thấp nhất

Điều độ phụ trách công việc trực tiếp điều khiển vận hành hệ thống điện.Hình (3.11) vẽ sơ đồ phân phối hệ thống điều độ

Hình 3.11: Sơ đồ phân phối hệ thống điều độ

Điều độ Quốc gia có nhiệm vụ cơ bản:

+ Thỏa mãn nhu cầu về điện năng và chất lượng điện năng cho phụ tải

+ Đảm bảo hoạt động an toàn và tin cậy cho hệ thống điện.

+ Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất bằng cách chuẩn bị tốt chế độ vậnhành, sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng sơ cấp

+Ngăn chặn sự lan truyền của sự cố và nhanh chóng loại trừ sự cố

Điều độ Quốc gia cũng đồng thời dự kiến các tác động điều chỉnh khi sảy

ra các tình huống bất trắc

2 Điều chỉnh tần số, điều chỉnh công suất tác dụng.

Điện năng được sản xuất ra luôn cân bằng với điện năng được tiêu thụ,không thể tích trữ trong hệ thống Khi quá tải, điện năng sản xuất từ các nhàmáy điện không đủ cung cấp cho phụ tải, tần số có thể bị giảm Ngược lạikhi tải giảm đột ngột tần số có thể tăng

Điều chỉnh công suất tác dụng của máy cũng là điều chỉnh tần số quanhgiá trị f0 đặt trước Hình (3.12) vẽ sơ đồ điều chỉnh công suất phát bằng cách

sử dụng cơ cấu Oát Giả thiết tần số bị giảm, Hai quả tạ (3) thấp xuống,truyền động đẩy pittông (4) xuống phía dưới, mở đường cho dầu áp lực vàophía dưới pittông (5), pittông chuyển động lên phía trên mở rộng van (2)tăng lượng hơi vào tuabin, tăng tần số f Nếu tần số tăng lớn hơn trị số địnhmức, quá trình diễn biến ngược lại Bộ phận 1 dùng để đặt điểm G, xác địnhgiá trị tần số f0 (tương ứng với công suất phát ban đầu P0)

Hình 3.12: Điều chỉnh công suất tác dụng bằng cơ cấu Oát

3 Điều chỉnh công suất phản kháng

Cũng như điện năng, công suất phản kháng được sản xuất ra luôn cânbằng với công suất phản kháng được tiêu thụ, không thể tích trữ trong hệthống Vì lý do kinh tế, công suất phản kháng của các nhà máy điện chỉ cóthể đảm đương một phần quan trọng có thể đáp ứng tức thời các biến đổinhanh chóng công suất phản kháng mà phụ tải yêu cầu Phần còn lại phảidùng các thiết bị bù để cung cấp

Muốn điều chỉnh công suất phản kháng một mặt có thể điều chỉnh dòngđiện kích từ của máy phát đồng thời cũng có thể điều chỉnh công suất phảnkháng của các thiết bị bù (thay đổi dung lượng tụ bù, điều chỉnh kích từ củamáy bù đồng bộ)

3.2.4 Vận hành kinh tế của hệ thống điện

1 Giảm chi phí nhiên liệu trong vận hành

+ Triệt để sử dụng nguồn nước của thủy điện, giảm thiểu nước xả khôngqua tuabin

Muốn phân bố công suất của chi phí sản xuất trong ngày – đêm nhỏ nhất,nhiệt điện phải phát công suất bằng nhau trong mọi giờ vận hành

Để ưu tiên sử dụng nguồn nước của thủy điện, sơ đồ tham gia của cácnhà máy vào phủ đồ thị phụ tải như hình (3.13)

Hình 3.13: Sự phủ đồ thị phụ tải

+ Phối hợp sử dụng nước của thủy điện với sử dụng các nhà máy nhiệtđiện và phối hợp giữa các nhà máy nhiệt điện với nhau sao cho chi phí sảnxuất điện năng là nhỏ nhất

2 Giảm tổn thất điện năng

Muốn giảm tổn thất điện năng trong vận hành hệ thống cần phân bố tối

ưu công suất giữa các nhà máy, cần xét đến hai bài toán:

- Bài toán về chi phí sản xuất thấp nhất;

- Bài toán về phân bố công suất giữa các nhà máy để có tổn thất điệnnăng thấp nhất

Tổn thất điện năng một phần được xét trong chi phí sản xuất ở các nhàmáy điện, phần còn lại là tổn thất trên đường dây Vì vậy khi xét phân bốcông suất tối ưu giữa các nhà máy thì các tổn hao được tính như một thànhphần của chi phí sản xuất

Thí dụ về bài toán phân bố công suất tối ưu giữa 2 nhà máy điện (NMĐ): Xét sơ đồ lưới điện hình (3.14)

NMĐ1 có chi phí sản xuất T1= 0,0005P12+ 2P1 + 500, USD/h

NMĐ2 có chi phí sản xuất T2= 0,0006P22+ 1,6P2 + 400, USD/h

P1max = P2max = 125MW; P1min = P2min = 20MW

P1pt = 10MW; P2pt = 190MW, R = 20; Uđm = 220kV, cos =1 cho toàn

3.3.1 Các loại phụ tải điện

Khả năng liên tục cung cấp điện được gọi là độ tin cậy cung cấp điện Độtin cậy cung cấp điện được tính bằng thời gian mất điện trung bình trong mộtnăm cho một hộ dùng điện và đảm bảo chất lượng điện năng

Độ tin cậy cung cấp điện được quy định theo loại hộ dùng điện sau đây :

1 Hộ loại 1

a) Hộ loại 1 là những hộ tiêu thụ điện quan trọng nhất, nếu ngừng cungcấp điện sẽ gây ra nguy hiểm đến tính mạng của con người, ảnh hưởng lớnđến chính trị, gây thiệt hại nhiều về kinh tế (hư hỏng thiết bị, hỏng hàng loạtsản phẩm, rối loạn quá trình công nghệ phức tạp…) Ví dụ các bệnh viện

lớn, đài phát thanh truyền hình, các lò luyện kim, thông gió trong hầm lò vàtrong các nhà máy hoá chất độc hại, sân bay, trung tâm tính toán…

b) Phải được cung cấp từ hai nguồn điện độc lập trở lên, có thiết bị tựđộng đóng nguồn dự phòng Thời gian mất điện tuỳ thuộc vào từng yêu cầu

cụ thể của phụ tải

2 Hộ loại 2

a) Hộ loại 2 là những hộ tiêu thụ điện ít quan trọng hơn, nếu ngừng cungcấp điện chỉ gây thiệt hại kinh tế do quá trình sản xuất bị gián đoạn Ví dụcác nhà máy công cụ, nhà máy dệt, các trường học…

b) Được cung cấp từ một nguồn điện

3.3.2 Các loại sơ đồ cung cấp điện

Sơ đồ điện là hình thức thể hiện sự chắp nối giữa các phần tử trong hệthống cung cấp điện đẻ đảm bảo sự liên thông về điện từ nguồn đến phụ tải

1 Sơ đồ hình tia

Trong sơ đồ hình tia, các đường dây độc lập nhau đi ra trực tiếp từ thanhcái đến các hộ tiêu thụ (hình 3.15)

Hình 3.15: Sơ đồ cung cấp điện hình tia cho các phân xưởng từ trạm biến áp xí nghiệp (TBAXN): TĐD – tự động đóng nguồn dự phòng

Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các đường dây hình tia có thêm

dự phòng (hình 3.16)

Đặc điểm của đường dây hình tia:

- Các đường dây độc lập nhau nên khi có sự cố đường dây này khôngảnh hưởng đến đường dây khác

- Sơ đồ rõ ràng, dễ thi công, dễ quản lý vận hành và phát hiện sự cố;

- Dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa;

- Vốn đầu tư lớn, đắt tiền;

- Các đường dây dư thừa khả năng không hỗ trợ được lẫn nhau

Để tăng cường độ tin cậy phải dùng đường dây lộ kép hoặc xây dựngthêm các đường dâyliên hệ vòng (bình thường hở tự động đóng dự phòng)

Hình 3.16: Sơ đồ cung cấp điện hình tia: a)có máy phát dự phòng,

TPPHA – tủ phân phối hạ áp; TĐL – tủ động lực; b)có liên hệ dự phòng

2 Sơ đồ đường dây trục chính

Sơ đồ đường dây trục chính có dạng hình xương cá (hình 3.17) Đườngtrục chính có thể thực hiện theo một mạch, hai mạch song song hoặc mộtmạch có hai đầu cung cấp điện Các sơ đồ này cho phép thực hiện đượcmột cách kinh tế nhất nguyên tắc chia nhỏ trạm và đưa được điện áp caovào sát các hộ tiêu thụ

Hình 3.17: Sơ đồ đường dây phân nhánh(a)và

Đặc điểm của đường dây trục chính:

- Tốn ít vốn đầu tư, dễ phát triển và mở rộng, tận dụng được tiết diện tảiđiện của các đoạn đường dâygần đầu nguồn

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao Nếu trên đường dây có động cơcông suất cao khởi động sẽ gây ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ khác

về độ tin cậy

4.Sơ đồ liên hệ mạch vòng

Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta sử dụng sơ đồ mạch vòng

Sơ đồ mạch vòng có liên hệ giữa các đoạn dây được cấp nguồn từ 2 phía, cảlưới điện trung áp và hạ áp

Khái niệm liên hệ mạch vòng được hiểu là lúc làm việc bình thườngmạch vòng để hở, khi sự cố mới liên hệ đóng mạch để đảm bảo độ tin cậycung cấp điện Mạch vòng không cố định như ở lưới truyền tải

Sơ đồ mạch vòng được dùng cho lưới điện đô thị, cũng như lưới điệntrong nội bộ các xí nghiệp và khu công nghiệp lớn được vẽ trên hình (3.18)

Hình 3.18: Sơ đồ đường dây mạch vòng trong lưới điện đô thị

3.3.3 Chất lượng phục vụ

Chất lượng phục vụ bao gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy Chấtlượng điện năng được định lượng cụ thể và có tính pháp định mà hệ thốngđiện phải thỏa mãn, cò độ tin cậy cung cấp điện không có tính pháp định

1 Chất lượng tần số

Chất lượng tần số được đánh giá bằng độ lệch tần số (f) và độ dao độngtần số so với giá trị định mức theo TCVN…cho phép f là ±0,5%

3 Độ tin cậy cung cấp điện

Độ liên tục cung cấp điện tính bằng thời gian mất điện trung bình trongmột năm cho một hộ dùng điện và đảm bảo chất lượng điện năng Độ liêntục cung cấp điện được đảm bảo nhờ kết cấu của hệ thống điện được lựa

chọn trong quy hoạch thiết kế Độ tin cậy cung cấp điện được quy định theo

Việc tiết kiệm điện năng có thể thực hiện qua các khâu:

+Lựa chọn các thiết bị có hiệu suất cao đồng thời có công suất phù hợp

và đúng theo mục đích sử dụng, tránh để các thiết bị không tải hoặc non tải.Tổn hao công suất trong các thiết bị điện gồm tổn hao sắt và tổn haođồng Tổn hao sắt gần đúng bằng tổn hao không tải, không đổi; tổn hao nàytuy không lớn nhưng nếu máy thường xuyên được nối điện, kể cả làm việckhông tải hoặc non tải tổn hao năng lượng sẽ lớn Thí dụ máy biến áp1000kVA – 10/0,4kV, Tổn hao P0 = 1800W, Pn= 13000W ; Tổn hao nănglượng không tải trong 1 ngày đêm là 43,2kWh Trong khi tổn hao đồng tỉ lệvới bình phương dòng điện

+ Giảm tổn thất điện năng trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng.Tính chung toàn hệ thống điện khoảng 10  15% năng lượng điện được phát

ra bị mất mát trong quá trình truyền tải, phân phối điện năng Bảng (3.3)Bảng 3.3: Phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện

Mang có điện áp Tổn thất điện năng

P = 3I2.R Trong đó:

P,Q - công suất tác dụng, phản kháng truyền tải; R – điện trở đường dây.Muốn giảm tổn hao trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng cầngiảm công suất phản kháng truyền tải bằng cách bù cos, phải phân phốicông suất, chọn đường truyền, chọn điện áp hợp lý Thí dụ, sơ đồ hình 17b,giả sử hai đường dây cùng có điện trở là R, công suất truyền từ hai nguồnnhư nhau S1= S2, tổn hao tổng truyền tải P = 2.3I2R Nếu vì lý do nào đó,một đường dây ngừng làm việc, đường dây còn lại tải công suất gấp đôi,dòng điện trên đường dây tăng lên gấp đôi, tổn hao P’ = 3(2I)2R = 2P,tăng gấp đôi

3.3.5 Bù công suất phản kháng:

1 Hệ số công suất cos, và các công suất P,Q,S

Trong mạch điện xoay chiều hình sin ba pha đối xứng, dòng điện chậmpha so với điện áp góc  : u = Umsin(t+), i = Imsint

Công suất tác dụng (công suất trung bình) P = 3UdIdcos, W

Công suất phản kháng (công suất vô công) Q = 3UdIdsin, VAr

Công suất toàn phần (công suất biểu

kiến) S = 3UdId, VA

Chúng ta dễ nhận thấy, quan hệ giữa

các đại lượng P,Q,S và góc  có quan hệ

với nhau như quan hệ giữa các đại lượng

trong tam giác vuông, gọi là tam giác công

suất (hình 3.19)

Công suất tác dụng P dùng để sinh ra công cơ học (kéo máy cắt gọt, làmquay cánh quạt ), sinh ra (cấp cho lò điên, đốt nóng ), sinh ra hóa năng(điện phân, mạ điện), quang năng (đèn điện)… Như vậy công suất tác dụng

P mang ý nghĩa cụ thể trong việc hình thành hàng hóa sản phẩm xã hội vàđược cấp từ các nhà máy điện

Công suất phản kháng Q, là công suất từ hóa trong máy điện, nói cáchkhác hơn Q là biên độ dao động của công suất từ hóa, không sinh ra côngnên thường gọi là công suất vô công Việc tạo ra công suất phản khángkhông tiêu tốn năng lượng Tỉ lệ sử dụng công suất phản kháng: ở động cơ

60 – 65%, máy biến áp 20 – 25%, đường dây và các thiết bị còn lại 10%.Trong thực tế yêu cầu công suất phản kháng trong lưới điện khá lớn, ví dụ,nếu cos = 0,7 công suất phản kháng Q  P Để tránh phải truyền tải mộtlượng lớn công suất trên đường dây gây tổn hao công suất lớn người ta đặtgần phụ tải các thiết bị sinh ra công suất phản kháng (tụ điện, máy bù đồngbộ)

Công suất biểu kiến S quan hệ với công suất tác dụng P và công suấtphản kháng Q qua tam giác công suất, nó không có ý nghĩa vật lý nhưng docông suất biểu kiến tỉ lệ với tích số điện áp U và dòng điện I nên cũng tỉ lệvới kích thước của thiết bị Một thiết bị, hoặc đường dây dẫn có cos cao(Q nhỏ), hệ thống có khả năng truyền tải công suất P lớn.

Dòng điện trên đường dây:

Hệ số cos cũng được gọi là hệ số công suất

- Hệ số công suất cos của máy phát đặc trưng cho khả năng phát côngsuất tác dụng của chúng Các máy phát điện được chế tạo với hệ số cos cao(0,85 0,9)

- Hệ số công suất cos của phụ tải đặc trưng cho nhu cầu của nó Phụtải công nghiệp như động cơ không đồng bộ, máy biến áp chỉnh lưu điệnphân và mạ điện, máy biến áp lò… tiêu thụ khá nhiều công suất phản kháng

để từ hóa lõi thép Hệ số công suất trung bình chỉ đạt 0,65  0,7

Nếu cos nhỏ dòng điện sẽ lớn, làm tăng tổn hao công suất và tổn hao điện

áp trên đường dây đồng thời phải tăng tiết diện dây dẫn

Tăng hệ số công suất cos đưa đến những hiệu quả sau đây

- Giảm tổn thất điện năng trong mạng điên:

Ta biết tổn thất điện năng trên đường dây được tính bằng công thức:

P = 3I2R = R

U

Q P

.

2

2 2

U

Q R U

P

.

2 2

2

 = P(P) +P(Q) (5.3)Giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được thành phần tổn hao côngsuất P(Q) do Q gây ra

- Giảm tổn thất điện áp trong mạng điên:

Tổn thất điện áp trên đường dây được tính bằng công thức:

U = PR  U QX = PR U QX U = U(P) +U(Q) (5.4)

Giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được thành phần U(Q) do Qgây ra

- Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Như trên đã phân tích một thiết bị, hoặc đường dây dẫn, nếu cos cao (Qnhỏ), hệ thống có khả năng truyền tải công suất P lớn Nói cách khác tăng hệ

số công suất sẽ giảm giá thành xây dựng đường dây

Vì vậy người ta quy định hệ số cos = 0,8 0,95

2 Các biện pháp nâng cao hệ số cos

Các phương pháp nâng cao hệ số cos có thể phân thành 2 nhóm chính:

1 Các phương pháp nâng cao hệ số cos bằng giải pháp tự nhiên:

- Sắp xếp lại quá trình công nghệ đưa các trang thiết bị vào làm việc vớichế độ năng lượng phù hợp nhất.

- Thay các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ cócông suất nhỏ hơn

Đối với động cơ có hệ số công suất định mức cosđm= 0,91 0,93 côngsuất phản kháng không tải chiếm 60% so với khi mang tải định mức

Đối với động cơ có cosđm= 0,77 0,79 công suất này chiếm 70%

Khi động cơ non tải hệ số công suất giảm rõ rệt, ví dụ, một động cơ khimang tải 100% có cos = 0,8 thì khi mang tải 50% - cos= 0,65, mang tải30% - cos= 0,51 Vì vậy việc thay các động cơ thường xuyên làm việcnon tải bằng các động cơ có công suất nhỏ hơn sẽ nâng được hệ số công suấtcho thiết bị làm giảm tổn hao trong hệ thống cũng như bản thân động cơ

- Giảm điện áp ở những động cơ thường xuyên làm việc non tải

Khi không có khả năng thay các động cơ thường xuyên làm việc non tảibằng các động cơ có công suất nhỏ hơn có thể giảm điện áp ở các động cơbằng cách: Đổi nối tam giác sang sao; phân doạn các quận dây stato; chuyểnđổi đầu phân áp của máy biến áp Hiệu quả của việc đổi nối tam giác sangsao khi động cơ làm việc non tải nêu trong bảng (3.4)

Bảng 3.4: Hiệu quả của việc đổi nối tam giác sang sao

cosđm Tỉ số cosY/ cos khi hệ số mang tải kt

- Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải

- Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ

- Sử dụng hợp lý các máy biến áp

2 Nâng cao hệ số cos bằng giải pháp nhân tạo

Trường hợp bù tự nhiên không đủ nâng hệ số công suất đến giá trị yêucầu, cần đặt máy bù đồng bộ hoặc tụ điện để cấp trực tiếp công suất phảnkháng cho phụ tải gọi là bù nhân tạo

- Đương lượng kinh tế của bù công suất phản kháng

Đương lượng kinh tế của bù công suất phản kháng kkt là lượng công suấttác dụng (kW) tiết kiệm được khi bù 1kVAr công suất phản kháng

Trước khi bù tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra:

r U

Q

Q 2

2 ) (

1 

Sau khi bù tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra:

r U

Q

Q 2

2 )

( 2

) ( 

Q

2 2

2 ) ( 2 ) ( 1

) ( 

Qr Q

Thông thường kkt nằm trong khoảng 0,02 0,12, tương ứng với nâng hệ

số công suất cos = 0,8 0,95

Giả sử trước khi bù hệ số công suất của tải cos1 = 0,67 sau khi bù hệ sốcos2 được nâng lên bằng 0,85, dung lượng bù Qb được tính bằng công thức:

Qc = P (tg1 - tg2), (5.9)

trong đó P là công suất tiêu thụ của phụ tải

- Phân phối dung lượng bù:

Sau khi tính được dung lượng bù và chọn thiết bị bù vấn đề quan trọngtiếp theo là bố trí thiết bị bù sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất

Máy bù đồng bộ thường đặt ở trung tâm phụ tải ở phí điện áp trung áp

Tụ điện điện áp cao được đặt ở thanh cái biến áp trung gian hoặc trạmphân phối, như vậy tụ điện có thể làm việc liên tục mang hiệu quả cao,nhưng nhược điểm là không bù được công suất phản kháng ở máy biến áp vàmạng hạ áp

Tụ điện áp thấp đặt kề phụ tải trong phân xưởng sẽ có lợi hơn cả, nhưngkhi phụ tải nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo

Tụ điện áp thấp đặt tập trung ở trạm biến áp có thể điều chỉnh dung lượng

bù theo sự thay đổi của phụ tải Nhược điểm của phương án này là không bùđược công suất phản kháng ở mạng hạ áp

Đặt tụ bù công suất phản kháng tương đương việc phát công suất phản

kháng cung cấp trực tiếp cho phụ tải làm giảm công suất phản kháng truyền

tải trên đường dây Dung lượng bù đúng bằng độ giảm công suất phản kháng

truyền tải trên đường dây Do đó làm giảm tổn thất năng lượng truyền tải

Trong mạng điện hình tia (hình 3.20), sau khi tính được dung lượng cần bù

Qbù, để giảm tổn thất năng lượng truyền tải tối đa công suất bù được phân

phối như sau:

n

t đ

tđ n

b ù n

bu f

r r

r R

đó Trong

R r

Q Q

Q Q

R r

Q Q

Q Q

R r

Q Q

Q Q

1 .

1 1

1

) (

) (

) (

2 1

2 2

2

1 1

Thí dụ 1: Mạng điện hình tia (hình 3.20) có 4 nhánh, điện áp 6kV Điện

trở và phụ tải của từng nhánh như sau:

r1 = 0,15; P1 = 321 kW; cos1 = 0,626 (Q1 = P1tg1 = 400kVAr)

r2 = 0,20; P2 = 600 kW; cos2 = 0,707; (Q2 = 600kVAr)

r3 = 0,20; P3 = 450 kW; cos3 = 0,669; (Q3 = 500kVAr)

r4 = 0,25; P4 = 150 kW; cos4 = 0,6; (Q4 = 200kVAr)

Tìm dung lượng bù Qbù để nâng hệ số công suất chung cho mạng điện

lên bằng cos = 0,95, tính dung lượng bù từng nhánh và độ giảm tổn thất

điện năng sau khi bù

1 20 , 0

1 20 , 0

1 15 , 0

1 1 1 1 1

1

4 3 2 1

Rtđ = 0,0484

Dung lượng bù tối ưu của từng nhánh:

kVAr Q

kVAr Q

kVAr Q

kVAr Q

) 1200 1700

( 200

379 0484 , 0 20 , 0

) 1200 1700

( 500

479 0484 , 0 20 , 0

) 1200 1700

( 600

239 0484 , 0 15 , 0

) 1200 1700

( 400

U

Q Q r U

Q

W r

U

Q Q r U

Q

W r

U

Q Q r U

Q

W r

U

Q Q r U

Q

bù bù bù bù

212 25

, 0 6

) 103 200 ( 25 , 0 6

200 )

(

1307 20

, 0 6

) 379 500 ( 20 , 0 6

500 )

(

1918 20

, 0 6

) 479 600 ( 20 , 0 6

600 )

(

558 15

, 0 6

) 239 400 ( 15 , 0 6

400 )

(

2

2 2

2 4

2

2 4 4 4 2

2 3

2

2 3 3 3 2

2 2

2

2 2 2 2 2

2 1

2

2 1 1 1 2

3.3.5 An toàn trong sản xuất và sử dụng điện

1 Ảnh hưởng của dòng điện đối với cơ thể người

1 Điện giật tác động tới con người như thế nào

Khi hai điểm trên cơ thể người đặt dưới điện áp, có dòng điện qua

người Dòng điện tác động vào hệ thần kinh trung ương sẽ gây rối loạn hoạt động của hệ hô hấp, hệ tuần hoàn, ngoài ra tác động lên cơ bắp gây co

giật, gọi là bị điện giật Người bị điện giật nhẹ thường bị thở hổn hển, tim đập rộn Trong trường hợp bị nặng, trước hết là phổi, sau đó đến tim ngừnghoạt động, nạn nhân chết trong tình trạng ngạt Nạn nhân có thể được cứu sống nếu ta kịp thời làm hô hấp nhân tạo và cấp cứu cần thiết.

2 Tác hại của hồ quang điện tới con người

Hồ quang điện phát sinh khi có sự cố điện có thể gây bỏng cho người hay gây cháy, nổ Hồ quang điện thường gây thương tích ngoài da, có khi phá hoại cả phần mềm, gân và xương

3 Mức độ nguy hiểm của dòng điện chạy qua cơ thể

Mức độ nguy hiểm của tai nạn điện phụ thuộc vào các yếu tố sau :

a) Cường độ dòng điện chạy qua cơ thể :

Mức độ nguy hiểm của dòng điện đối với cơ thể người tuỳ thuộc vào trị

số của dòng điện và loại nguồn một chiều hay xoay chiều (bảng 3.5)

Bảng 3.5: Ảnh hưởng cường độ dòng điện

2 3 Ngón tay bị giật mạnh Không có cảm giác gì

5 10 Bàn tay bị giật mạnh Ngứa, cảm thấy nóng

12 15 Khó rút tay khỏi điện cực, xương

bàn tay, cánh tay cảm thấy đaunhiều Trạng thái này có thể chịu

được từ 5 10 giây.10 giây.

Nóng tăng lên

20 25 Tay tê liệt ngay không thể rút khỏi

điện cực Rất đau, khó thở Trạngthái này chịu được 5 giây trở lại

Càng nóng hơn Bắpthịt tay hơi bị co giật

50 80 Tê liệt hô hấp Bắt đầu rung tâm thất Cảm thấy rất nóng, bắp

thịt tay co giật, khó thở

Tê liệt hô hấp

90 100 Tê liệt hô hấp Khi kéo dài 3 giây và

hơn nữa thì tâm thất rung mạnh Tê

liệt tim

Tê liệt hô hấp

b) Đường đi của dòng điện qua cơ thể

Dòng điện đi qua cơ thể người theo các con đường khác nhau tuỳ theo điểm chạm vào điện áp Nguy hiểm nhất là dòng điện đi qua các cơ quan

chức năng quan trọng nhất của sự sống như não, tim và phổi Như vậy là dòng điện truyền trực tiếp vào đầu là nguy hiểm nhất Sau đó là truyền qua hai tay hoặc dọc theo cơ thể từ tay qua chân (hình 3.21)

Hình 3.21: Đường đi của dòng điện qua người:a) tay – tay; b) tay - chân

c) Thời gian dòng điện qua cơ thể :

Thời gian càng dài, mức độ nguy hiểm càng tăng do một phần lớp da bị phá huỷ trở nên dẫn điện mạnh hơn, rối loạn hoạt động chức năng của hệ thần kinh tăng gấp bội

d) Điện trở cơ thể người

Điện trở một người không phải là một hằng số mà phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố như: độ dày lớp da, địa điểm tiếp xúc, tình trạng sức khoẻ, mức

độ mồ hôi, môi trường làm việc, điện áp tiếp xúc Mức độ nguy hiểm càngtăng khi :

+ Da ẩm, bẩn hoặc mất lớp da ngoài

+ Diện tích tiếp xúc tăng

+ Tiếp xúc với điện áp cao

Ở điều kiện bình thường điện áp an toàn đối với người là 40V Ở nơi ẩmướt, nóng có nhiều bụi kim loại thì điện áp an toàn không quá 12V

Dùng bút thử điện có thể kiểm tra trị số an toàn của điện áp Với cấu tạođặc biệt, khi tiếp xúc với điện áp dưới 40V, bóng đèn trong bút không sáng,khi tiếp xúc với điện áp trên 50-60V bóng đèn phát sáng

2 An toàn lao động Điện

Trong một điều kiện lao động cụ thể bao giờ cũng xuất hiện những yếu tốvật chất có nguy cơ gây tai nạn, bệnh nghề nghiệp cho người lao động:

+ Các yếu tố vật lí nhiệt độ, tiếng ồn, bụi …

+ Các yếu tố độc hại như hoá chất, khí độc, chất phóng xạ…

+ Các yếu tố sinh vật, vi sinh vật …

+ Các yếu tố về tư thế lao động, không gian làm việc, vệ sinh môi trường lao động …

Tai nạn lao động thường xảy ra đột ngột và rất nguy hiểm có thể làm chếtngười hoặc làm tổn thương, phá huỷ chức năng hoạt động của một bộ phận

cơ thể

Do vậy, An toàn luôn là vấn đề đầu tiên chúng ta cần quan tâm trong lao

động sản xuất cũng như sử dụng các thiết bị Để đảm bảo an toàn cho mình

và những người khác cần phải nghiêm túc thực hiện những nguyên tắc an

toàn trong quá trình lao động.

Pháp lệnh bảo hộ lao động quy định : mọi người lao động có tiếp xúc với dụng cụ, thiết bị điện đều phải được học tập, huấn luyện để có hiểu biết về

sự nguy hiểm của dòng điện đối với cơ thể người và cách sơ cứu người bị tainạn điện

3 Nguyên nhân của các tai nạn lao động điện

Những tai nạn lao động nghề điện thường do các nguyên nhân sau:

1 Tai nạn điện

Những sự cố, tai nạn điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm Có rất nhiều nguyên nhân gây ra tai nạn điện, nhưng thường do người làm chủ quan không thực hiện các quy định an toàn điện Tai nạn điện thường do một số nguyên nhân sau:

+ Không cắt điện trước khi sửa chữa đường dây và thiết bị điện

+ Chỗ làm việc chật hẹp, người làm vô ý chạm vào bộ phận mang điện.+Sử dụng các dụng cụ nghề điện, đồ dùng điện bị hư hỏng cách điện để điện truyền ra vỏ

+Vi phạm khoảng cách an toàn lưới điện cao áp và trạm biến áp v.v.Tai nạn điện do điện giật chiếm tỉ lệ rất lớn, chiếm khoảng hơn 80% số

vụ tai nạn điện

2 Do các nguyên nhân khác

Trong nghề điện, ngoài những tai nạn điện còn có thể xảy ra các tai nạn

do phải làm việc trên cao Do vậy, cần phải chú ý đảm bảo an toàn để không xảy ra tai nạn

Ngoài ra, công việc lắp đặt điện còn phải thực hiện một số công việc cơ khí như khoan, đục v.v cần thực hiện an toàn lao động

4 Một số biện pháp an toàn lao động trong nghề Điện

1 Các biện pháp chủ động phòng tránh tai nạn điện

Phải che chắn, đảm bảo khoảng cách an toàn với các thiết bị điện

Đảm bảo tốt cách điện các thiết bị điện

Sử dụng điện áp thấp, máy biến áp cách li

Sử dụng những biển báo, tín hiệu nguy hiểm

Sử dụng các phương tiện phòng hộ, an toàn

2 Phân xưởng sản xuất phải đạt tiêu chuẩn an toàn lao động.

Nơi làm việc có đủ ánh sáng

Chỗ làm việc đảm bảo sạch sẽ, thông thoáng

Có chuẩn bị sẵn cho các trường hợp cấp cứu :

+ Có đủ thiết bị và vật liệu chữa cháy, để nơi dễ lấy và dễ thấy

+ Có chuẩn bị dụng cụ sơ cứu y tế

+ Có các số điện thoại cấp cứu và khẩn cấp : y tế, cảnh sát phòng cháy chữa cháy

3 Mặc quần áo và sử dụng dụng cụ bảo hộ lao động khi làm việc

4 Thực hiện các nguyên tắc an toàn lao động

+ Luôn cẩn thận khi làm việc với mạng điện

+ Hiểu rõ quy trình trước khi làm việc

+ Cắt điện trước khi sửa chữa mạng điện

+ Trước khi làm việc tháo bỏ đồng hồ, đồ nữ trang

+ Sử dụng các dụng cụ lao động đúng tiêu chuẩn

+ Trong trường hợp phải thao tác khi có điện cần phải thực hiện đúng quy trình kỹ thuật

5 Nối đất bảo vệ và sử dụng thiết bị chống giật

Nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng khi xảy ra hiện tượng "chạm vỏ" Được áp dụng trong mạng điện dây trung tính nối đất

1.Cách thực hiện : Dùng dây dẫn ≥3mm2, một đầu nối với vỏ kim loại của thiết bị, đầu kia nối với vào cọc nối đất Dây nối đất phải được bố trí để vừa tránh va chạm, vừa dễ kiểm tra

2.Cọc nối đất : Có thể làm bằng thép ống đường kính khoảng 3-5cm,

hoặc thép góc 40  40  5 ; 50  50  5 ; 60  60  5, dài từ 2,5-3m đượcđóng thẳng đứng, sâu khoảng 0,8-1m

Hình 3.22: Nối đất bảo vệ cho thiết bị điện

Tác dụng bảo vệ : Giả sử vỏ của thiết bị có điện, dòng rò chưa đủ để thiết bị chống giật làm việc, khi người chạm vào, dòng điện từ vỏ sẽ theo hai đường truyền xuống đất : qua người và qua dây nối đất Vì điện trở thân người lớn hơn điện trở dây nối đất nhiều chục lần nên dòng điện đi qua thânngười sẽ rất nhỏ không gây nguy hiểm cho người

b) Nối trung tính bảo vệ

Đây là phương pháp đơn giản

Cách thực hiện :

Dùng một dây dẫn ( đường kính > 0,7

đường kính dây pha) để nối vỏ thiết bị điện

với dây trung tính của mạng điện

Tác dụng bảo vệ : Khi vỏ thiết bị có điện,

dây nối trung tính tạo thành một mạch kín

có điện trở rất nhỏ làm cho dòng điện tăng

cao, cháy cầu chì cắt mạch điện

3.4 Tiết kiệm điện năng trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành thiết bị điện công nghiệp

3.4.1 Máy biến áp:

1 Khái niệm

Nhà máy điện công suất lớn thường ở xa các trung tâm tiêu thụđiện, vì thế cần xây dựng các đường dây truyền tải điện năng Để giảm chiphí xây dựng, giảm tổn hao công suất, đồng thời nâng cao khả năngtruyền tải trên đường dây, người ta dùng điện áp cao Vì vậy ở đầu đườngdây cần đặt máy biến áp (MBA) tăng áp đến 110, 220, và 500kV Mặtkhác các phụ tải thường sử dụng điện áp từ 127 đến 6000V, cho nên ởcuối đường dây cần đặt MBA giảm áp (hình 3.24)

Hình 3-24: Máy biến áp trong hệ thống truyền tải điện năng

Hình 3.25: Máy biến áp điện lực:

a) Máy biến áp khô; b) và c) Máy biến áp dầu

MBA được dùng nhiều trong hệ thống truyền tải và phân phối điệnnăng được gọi là MBA điện lực Ngoài ra MBA còn được sử dụng vớinhiều mục đích khác trong công nghiệp cũng như trong đời sống, như làmnguồn cho các lò luyện kim; điện phân, mạ điện, làm nguồn cho các thiết

bị điện, điện tử và nhiều lĩnh vực khác

Hình 3.25 là một số MBA điện lực: a) MBA khô dùng làm MBA phânphối trong các khu trung cư và những nơi có yêu cầu cao về phòng chốngcháy nổ; b) MBA dầu không dùng bình dầu phụ và c) MBA dầu dùng bìnhdầu phụ

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lí cảmứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều từcấp điện áp này sang cấp điện áp khác nhưng giữ nguyên tần số