Giáo trình Hệ thống cung cấp điện (Tập 1): Phần 1

Phần 1 giáo trình Hệ thống cung cấp điện cung cấp cho người học các kiến thức: Đại cương về hệ thống điện, phụ tải điện, tính toán kinh tế - kỹ thuật trong hệ thống điện, mạng điện. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Lời nói đầu

T ro n g n h ữ n g n ă m vừa qua nền kinh tế nước ta đã đ ạ t được nhiều th à n h tự u to

lớn tạo ra n h ữ n g tiền đ ẻ cơ bản đê bước vào thời kỳ mơi., thời kỳ c ô n g n g h i ệ p ho á

và h i ê n d a i ho á d à t nước, m à trong đó ngành Diện đóng m ột vai trò th en chốt

C ùng với sự p h á t trien của nền kinh tế, nhu cầu về diện năng kh ô n g ngừ ng gia

tăng, th èm vào đó, việc áp d ụ n g các quy trình công nghẹ tiên tiến trong n hiều lĩn h

vực sả n x u ấ t kh á c nh a u , d ẫ n đến sự ra đời của hàng loạt thiết bị vù m á y móc hiện

d ạ i, đ òi hỏi yêu cẩu về chất lượng, độ tin cậy và an toàn cung cấp điện vv hốt sức

nghiêm ngặt Điều đỏ đòi hỏi hệ thủng điện p h ả i được thiết k ế hoàn hảo, đcun bảo

cung cấp điện đ ầ y đủ, chất lượng và tiu cậv cho các hộ d ừ n g điện ờ m ức cao nhất

Đê m ạ n g điện có thê đ á p ứng được đầy dù các yêu cầu trẽn d ĩ n hiên cần p h ả i có m ột

lương vỏn đầu tư kh ô n g nhổ Vein đề dược đặt ra là làm th ế nào đẽ có được m ạ n g

điện c h ú t lương, tin cậy, n h ư ng củng phải hợp với "túi tiền", nghĩa là chất lượng

p h á i cao ỉnà g iá th à n h lại vừa phải Các câu trả lời sẽ được tìm thây trong cuốn

giáo trin h "Hệ thống cu n g cấp đ iệ n ' này.

Crido trình 'Hê t h ố n g c u n g cáp diên" dược trinh bày m ột cách ngắn gọn với

14 chươ ng chìa, làm h a i tập, thâu tủm toàn bộ nhữ ng nội d u n g cơ bán của chương

trình m ôn học Tập 1: chương 1 đến chương 8; Tập 2: chương 9 đốn chương 14 P hấn

lý th u yế t được đ ú c rú t qua các bài giáng có sự tham khảo của nhiêu tài liệu trong và

ngoài nước, n h ằ m diễn giải vein dể một cách cô dong, xúc tích và de hiểu nhất Các

v í dụ m in h hoẹt sau m ôi chương phan lởn là các bải toán lây từ các kết quả nghiên

cữu ra tín h toán m ạ n g diện thực lẽ ờ nước ta, một m ặt lam sá n g tó các ván đẻ đủ

trin h bày trong p h ầ n lý thuyết, m ặ t khác giúp cho bạn đọc tiếp cận với n h ữ n g vấn

etc thự c tạ i của m ạ n g điện Việt N a m, nhằm nâng cao kỹ năng tín h toán thiết kê và

k ỹ n ă n g áp d ụ n g lý th u yế t etã học vào thực tiễn sản xuất Cuối m ôi chương lù p h ầ n

tủm tá t các nội d u n g chính, g iú p bạn dọc hệ thông lại n h ữ ng kiến thức đã học Các

hài tập tự giải và câu hỏi ôn tập giúp bạn đọc tự kiếm tra kiến thức vờ sự tiến bộ

của m in h trong quá trinh học tập Cùng với giáo trình này ch ú n g tôi soạn thêm

cuốn 'Bài t â p c u n g c ấ p d i ê n” với những bed giải m âu và bài tập là m tại nhà

P h ầ n cuối của cuốn uB à i tập cu ng cấp điện ” lù một s ố bài tập lún d à n h cho mỗi đọc

g iũ và kèm theo đỏ là bài g iá i m àu đê giúp cho bạn đọc vận d ụ n g dẻ d a n g các kiến

th ứ c và cách tra các b ả n g biêu can thiết trong quá trinh thiết kẽ m ọ n g điện S a u khi

tự g iả i etược hài tập lớn, bạn dọc SỪ ccỉm nhận dược thanh quá hục tập của m in h va

chắc ch ă n sẽ rá t tự hào về sản pheĩni đầu tay của m in h trong lĩn h vực cu n g cấp điện

năng P hần p h ụ lục kèm theo giới thiệu các b ảng biêu với các sỏ liệu và th ô n g tin về cúc th iết bị đ a n g được sử d ụ n g trong m ạ n g điện thực t ế ở nước ta, kẻ cả n h ữ n g thiết

bị mới n h ấ t, đó là n h ữ n g tư liệu g iú p bạn đọc có th ể tra cứu trong quá trin h th iế t k ế tín h toán cung cấp điện.

Toàn bộ nội d u n g của giáo trin h đưực biên soạn theo chương trìn h của Bộ Giáo dục và Đào tạo d ù n g cho sin h viên n g à n h Đ iện của các trường đại học, cao

d ắ n g N goài ra, giáo trin h uHệ thống cu n g cấp điện ’ còn có thê d ù n g làm tai liệu

th a m kháo và th iết k ế cho các chuyên gia, kỹ sư và các hục viên cao học n g à n h Điện.

Trong q uá trin h biên soạn giáo trin h , c h ú n g tôi đã cỏ'gắng th a m khảo n h iều tài liệu, tạp c h í chuyên ngành, tạp ch í chào h à n g VV với m ong m u ô n cập n h ậ t kịp thời các tiến bộ khoa học kỹ th u ậ t trong lĩn h vực cung cấp đ iện năng T uy n h iên do trin h độ cỏ h ạ n, giáo trin h không trá n h kh ỏ i n h ữ n g thiếu sút, c h ú n g tôi rá t m o n g được bạn đọc lượng th ứ và đóng góp n h ữ n g ý kiến n h ậ n xét đê giáo trình ngày càng được h oàn th iện hơn.

Tác giá

Chương 1

961 CƯƠNG VÉ HỆ THỐNG ĐIỆN

1 1 NHỮNG KHÁI NIỆM c ơ BẢN

H ệ th ố n g điện là tập hợp tất cả các thiết bị điện dùng để sản xuất, biến đổi,

truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Tức là hệ thống điện bao gồm tất cả các nhà

máy, trạm biên áp, đường dây và các hộ dùng điện Hệ thống điện là một bộ phận của hệ

thống năng lượng Mỗi bộ phận cấu thành hệ thống điện được gọi là phần tử của hệ

thống Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp nhất, nó bao gồm rất nhiều phần tử, mỗi

phqn tử lại gồm nhiều thiết bị có mối liên hệ hết sức chặt chỗ với nhau Sự phức tạp của hệ

thống điện không chỉ thể hiện ở các mối liên hệ bên trong, mà cả ở các mối liên hệ với rất

nhiều yếu tố từ bẽn ngoài như các hiện tượng thiên văn, thuỷ văn, khí hậu, điều kiện địa lỹ

điểu kiện kinh tế và xã hội w (hình 1.2.1) Phụ thuộc vào sự phân bố địa lý của các trạm

phát điện và các trung tâm phân phối, có thể phân biệt:

- H ê th ô n g đ iê n đ ia p h ư ơ n g là hệ thống với bán kính hoạt động hạn chế

trong một phạm vi hẹp

- H ê th ô n g đ iê n Q u ố c gia là hệ thống có phạm vi hoạt động rộng.

N h à m á y đ iệ n là một thành phần của hệ thống điện, nó bao gồm các thiết bị

máy móc dùng để biến đổi các nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau như thuy năng, nhiệt

năng, phong năng, quang năng w thành điện năng

M a n g đ iê n là tập hợp các trạm biến áp (tăng và giảm áp), các trạm phân phối,

đường dây trên không, đường dây cáp w có nhiệm vụ tiếp nhận, biến đổi từ cấp điện áp

này sang cấp điện áp khác cho phù hợp và phân phối điện năng cho các hộ dùng điện

Mạng điện có cấp điện áp dưới 1000 V gọi là mạng hạ áp Mạng điện từ 35 k v trở

xuống gọi là m ạ n g diện địa phương, mạng điện trên 35 kv gọi là m ạng điện vùng

Mạng điện từ 5 0 0 kv trở lên gọi là mạng diện siêu cao áp. Các mạng điện từ 110 k v trở

lên cố nhiệm vụ truyền tải điện năng đi xa, gọi là mạng cung cấp, mạng điện dưới 110 kv

gọi là mạng phân phối, chúng có nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung

gian đến các trạm biến áp tiêu thụ Ngoài ra mạng điện còn được phân loại theo cấu trúc:

mạng điện hở, mạng điện kín, mạng điện hình tia, w

Các thông số mạch như tổng trở, tống dẫn, hệ số biến áp của các phần tử gọi

là t h ô n g s ô h ệ t h ô n g Các tham số như công suất, dòng điện, điện áp, tần số, hao tổn

điện áp, hao tổn công suất, w gọi là t h a m s ô c h ê đ ộ Tập hợp các quá trình tồn tại

trong hệ thống điện, xác định trạng thái làm việc của nó gọi là c h ê đ ộ c ủ a h ê t h ô n g

trưng bởi các tham số chế độ

1.2 ĐẶC ĐIỂM CỎNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

1 Tính đ ồn g thời

Quá trình sẵn xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng diễn ra hầu như cùng một lúc.Từ đặc điểm này có thể rút ra một số hệ quả sau:

- Trong hệ thống điện luôn luôn duy trì một sự c ă n b ằ n g n ă n g l ư ơ n g , sự giảm

công suất phát mà vẫn giữ nguyên phụ tải sẽ gây ra sự thiếu hụt công suất, ngược lại nếu giảm phụ tải mà vẫn giữ nguyên cồng suất phát thì sẽ gây dư thừa công suất Tuy nhiên do cần thiết lập sự cân bằng công suất, nên khi phụ tải giảm công suất phát cũng sẽ tự động giẳm và ngược lại, lúc đó buộc các tham số chế độ phải thay đối, dẫn đến chất lượng điện

sẽ bị giảm sút Đặc điểm này cần được quán triệt ngay từ khâu thiết kế đến khâu vận hành Nếu như trong các lĩnh vực sẳn xuất khác khi sản xuất một loại sản phẩm nào đó người ta

có thể khônq cần biết đến ai sẽ sử dụng và sử dụng sản phẩm đó như th ế nào thi trong ngành năng lượng lại khác hẳn: Kế hoạch sản xuất phải gắn chặt với nhu cầu phụ tải để luôn luôn đảm bảo sự cân bằng công suất trong hệ thống điện Sự sai lầm trong việc xác định nhu cầu phụ tải có thể dẫn đến những thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân

biệt có sự lưu trữ không đáng kể như acquy, tụ điện), vì vậy trong thời gian thấp điểm để sử dụng lượng công suất dư thite người ta chí có thể lưu giCf năng lượng dưới dạng nhiệt, lạnh bằng cách cho vận hành các thiết bị tạo nhiệt, hoặc sử dụng điện năng để bơm nước lên các hồ chite W.

2 Đ iện năn g c ó th ể được tạo ra từ tất cả các ngu ồn năng lượng khác và

n gư ợc lại

Điện năng cũnq có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác, thêm vào đó, quá trinh biến đổi thuận thường diễn ra rất phức tạp còn quá trình biến đối nghịch thi lại rất đơn giản Điều đó cho phép sử dụng điện m ột cách hết sức rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực khác nhau trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt của con người

3 Đ iện năn g rất d ễ phân phối và truyền tải

Bù vào việc điện năng không thể dự trữ được nó lại có đặc điểm hết sức quý giá là

rất dễ phân phối và truyền tải Có thể nói việc vận chuyển điện năng là dạng vận chuyển

năng lượng có hiệu quả cao nhất

4 Q u á trình quá độ trong hê thống điên diên ra rất nhanh

Điều đó dẫn đến sự cần thiết phải sử dụng các thiết bị tự động hoá đặc biệt đế đảm

bảo quá trình diễn ra trong phạm vi cho phép

5 H ê th ốn g điện là m ột hê thôn g rất phức tap

Giữa các phần tử trong hệ thống điện có mối liên hệ hết sức mật thiết với nhau

Them vào đó, H ệ th ô n g đ iệ n c ó rot nhiều m ô i liên h ê với môi trường xung quanh,

các mối quan hệ tương tác này có thế biếu thị trên hình 1.2.1

Mtôi trưòmg sinh thái

Hình 1.2.1 Mối quan hệ tương tác giữa hệ thống điện và môi trường xung quanh

6 Hệ thống điện có liên quan chặt chẽ với tất cả các ngành củ a n ền kinh t ế

quốc dân

Vỉ vậy chỗ' độ làm việc, chất lượng và độ tin cậy của hệ thống có ảnh trực tiếp đến

các chí tiêu kinh tế kỹ thuật của các ngành Sự phát triển của hệ thống điện phải luôn đi trước một bước để tạo ra một lượng dự trữ cần thiết trong hệ thống, nếu không chú ý đến đặc điểm này thì ngành năng lượng có thể sẽ kim hãm sự phát triến của các ngành khác, mặt khác, sự phát trien của hệ thống điện phải nhịp nhàng và cân đối.

7 C ác c h ế đ ộ của hệ thốn g điện là các quá trình động

Các tham số chế độ không ngừng biến đổi theo thời gian, hơn thế nũầ, bản thân

hệ thống điện cũng không ngCfng phát triển trong không gian và thời gian để đáp úftg sự gia tăng không ngừng của nhu cầu phụ tải điện

1.3 CHẾ ĐỘ ĐIỆN ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN

Tất cả các phần tử hệ thống điện và tất cả các thiết bị điện được ch ế tạo ứnq với từng cấp điện áp xác định, chúng có thể làm việc bình thường với độ lệch điện áp khỏi giá trị định mức trong giới hạn cho phép Nếu độ lệch điện áp quá lớn có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị hoặc ch ế độ làm việc kém hiệu quả Chính vì vậy mà giá trị điện áp có ỷ nghĩa rất quan trọng đối với tất cả các thiết bị điện

Điện áp vận

hành

Điện áp định mức trên thanh cái của

Điện áp làm việc lớn nhấtMáy phát

* - Điện úp của máy biến áp cỏ diện úp ngắn mạch gia tăng (trẽn 7,5%).

Đ iện áp đỉnh mức (Un) là điện áp mà đảm bảo cho thiết bị làm việc bình thường

với hiệu suất cao nhất trong suốt thời gian vận hành, mà được gọi là tuổi thọ của thiết bị,

nó được ghi trong lỹ lịch kèm theo mỗi thiết bị điện bởi các nhà chế tạo Thang điện áp

định mức ở các nước khác nhau không giống nhau Đã có nhiều hội nghị quốc tế bàn về

việc thống nhất các thang điện áp định mức theo tiêu chuẩn chung, nhurìg do lịch sử để lại,

hiện nay thang điện áp ở các nước trên thế giới vẫn còn nhiều khác biệt, ở nước ta hiện

nay các thang điện áp định mức chủ yếu là: 0,22; 0,38; 6,3; 10; 15; 22; 35; 110; 220

và 5 0 0 kV Điện áp định mức của các thiết bị cơ bản được thế hiện trong bảng 1.3.1

Giá trị điện áp đỊnh mức của các thiết bị sử dụng phải bằng điện áp của mạng điện

cung cấp cho chúng Điện áp định mức của các nguồn điện phải cao hơn điện áp đinh

mức của lưới khoảng 5^10 %, vì cần phải tính đến hao tổn điện áp trong mạng điện

Điện áp đính mức của cuộn sơ cấp máy biến áp bằng điện áp của lưới cung cấp, còn điện

áp định mức của cuộn thứ cấp lại lớn hơn điện áp đỊnh mức của lưới 5-M0%, vì cuộn thứ

cấp của máy biến áp được coi là nguồn của mạng điện phía sau nó

Như đa biết, một trong nhũrìg đặc điểm nổi bật của hệ thống điện là điện năng sản

xuất ra đúng bằng điện năng tiêu thụ cộng với điện năng tự dùng và tổn thất Vỉ vậy các thiết

bị của các trạm điện phải luôn luôn sẵn sàng với sự thay đổi của phụ tải Những yêu cầu

chính đối với hệ thống điện là:

1 Đ áp ứng tối đa nhu cầu c ủ a phụ tải CƯC đại

Mọi hệ thốnq điện được thiết kế và xây dựng nhằm mục đích thoả mãn nhu cầu lớn

nhất của các hộ dùng điện ở thời điếm bất kỳ Sự thiếu hụt công suất có thể dẫn đến

nhCửig thiệt hại lớn về kinh tế

2 Đ ảm b ảo cung câp điên liên tục và tin cậy

Thực tế sản xuất có những hộ dùng điện không được phép mất điện vi nếu mất

điện có thể dẫn đến nguy hiểm đến tính mạng con người, làm rối loạn quy trình công nghệ

sản xuất, phá vỡ sự hoạt động binh thường của các lĩnh vực quan trọng Độ tin cậy và liên

tục cung cấp điện được xét đến xuất phát từ quan điếm kinh tế Quyền lợi của toàn bộ nền

kinh tế quốc dân đòi hỏi không phải mức tin cậy tuỹ ỹ nào đó, càng không phải mức tin

cậy cao nhất, mà là mức tin cậy tối ưu, đảm bẳo tính kinh tế tổng hợp cho toàn bộ nền

kinh tế quốc dân

3 Đảm b ảo chất lượng điện năng tốt nhất

Điện áp và tần số phải ổn định ở mức cho phép Bề rộng vùng cho phép phụ

thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải Vùng cho phép càng

hẹp thi mức chi phí càng lớn vì yêu cầu tự động điều khiển càng cao

4 Tính kinh tê cao

Cũng như bất cứ một hệ thống nào, hệ thống điện có mục đích cuối cùng là mang lại lợi nhuận cao thêm vào đó, các thiết bị điện phải làm việc với hiệu quả kinh tế cao nhất Tính kinh tế của hệ thống điện được đặc trưng bởi chi phí cực tiểu cho sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng Bởi vì chi phí này phụ thuộc vào mức độ yêu cầu điện năng, nên chí tiêu kinh tế của chế độ hệ thống điện đặc triftig cho suất chi phí chứ không phẳi là lượng chi phí tuyệt đối Những yêu cầu kinh tế của chế cíộ hệ thống điện liên quan đến sự phân bố công suất và sự lựa chọn thiết bị và các phần tử của hệ thống Đổng thời tính kinh tế của hệ thống điện còn thế hiện ở mức lợi nhuận cao nhất có thế đạt được và đáp ứng đầy đủ nhu cầu của các hộ dùng điện Đế đảm bảo tính kinh tế của hệ thống điện cần sử dụng các biện pháp thích hợp như hạn ch ế sự cố, giảm clòng ngắn mạch, trang bị các thiết bị và cơ cấu tự động, nâng cao độ tin cậy của các phần tử hệ thống điện, dự phòng các công suất tác dụng và phản kháng, áp dựng các công nghệ tiên tiến trong hệ thống điện w Chỉ tiêu về kinh tế có thế xem xét dưới góc độ của giá thành một kWh diện năng hữu ích Chỉ tiêu này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như giá nhiên liệu, thiết bị, yêu cầu của các hộ dùng điện về công suất và về điện năng cũng như đồ thị phụ tải, vào các điều kiện khác của môi trường xung quanh w

Tất cả các yêu cầu kế trên có thế dẫn đến những mâu thuẫn, vi vậy cần phối hợp hài hoà các nguyên tắc thực hiện các yêu cầu trên Nhìn chung tính kinh tế của hệ thống không thế thực hiện bằng cách giảm độ tin cậy và chất lượng điện dưới mức cho phép tối

ưu Cơ sở của luận điểm này là thiệt hại kinh tế quốc dân lớn hơn nhiều so với phần tiết kiệm được do giảm chi phí trong hệ thống điện

1.5 CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN c ơ BAN

Các nguồn năng lượng có thể khai thác trên hành tinh của chúng ta bao qồm thuỷ năng của các dòng sông và thuỷ triều, than và dầu mỏ, năng lượng Mặt Trời, năng lượng gió và các nguồn năng lượng tái sinh như chất thải nông nghiệp (rơm rạ, bấ mía, phản gia súc w.) Theo niêm giám số liệu thống kê th ế giới, trong khoảng hon 20 năm cuối loài người đã sử dụng gần một nửa nhiên liệu của toàn bộ thời gian kế từ lúc xuất hiện trên Trái Đất Hiện nay các nhà máy điện lớn trên th ế giới làm việc trên các nguyên lý khác nhau

mà một số dưới đây là các loại nhà máy chính

1 Nhà m áy nhiêt điên (NMNĐ)

Nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện là dùng nhiệt lượng thu được từ than, dầu, khí đốt W làm nước bốc hơi trong nồi đáy với nhiệt độ khoáng 500°c và áp suất cao, hơi nước được truyền đến tuabin với vận tốc lớn và mang theo một năng lượng khống lồ

làm (ịuay các cánh quạt của tuabin mà được gắn đồng trục với máy phát, máy này quay với

vận lốc 3 0 0 0 vòng/phút nếu là loại máy có một cặp cực và sinh ra suất điện động có tần

số 50 Hz Đế tận dụng hết năng lượng người ta chế tạo tuabin hơi nước có nhiều tầng và

nhiều bánh xe phát động Trên cơ sở nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện người ta

đã xay dựng các nhà máy điện chạy bằng than dầu, khí đốt, địa nhiệt, sinh khí (năng lượng

tái shh) w Căn cứ vào đặc tính làm việc của nhà máy nhiệt điện người ta chia ra hai loại:

nhà máy điện ngưng hơi và nhà máy điện rút hơi

Hình 1.5.1 Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt diện:

1 kho nhiên liệu; 2 hệ thống cấp nhiên liệu; 3 vòi dốt; 4 Lò; 5 tuabin; 6 máy phát;

7 bình ngưng; 8 bơm tuần hoàn; 9 bơm ngưng tụ; 10 bình gia nhiệt ha áp; 11 bơm cấp

nước; 12 bộ khử khí; 13 bình gia nhiệt cao áp; 14 bộ hàm nước; 15 bộ sấy không

khí; 16 quạt gió; 17 quạt khói

a N h à m á y n h i ê t đ i ê n n g ư n g h ơ i (NM NĐN )

Sơ đồ nguyên lý sản xuất điện năng của NMNĐN được trình bày trên hình 1.5.1

Từ kho nhiên liệu (than, dầu) của hệ thống cấp nhiên liệu (1) qua hệ thống phân phối (2), nhiên liệu được đưa vào lò (4) Nhiên liệu được sấy khô bằng khống khí nóng từ quạt gió

16, qua bộ sấy không khí (15) Nước đã xử lỹ qua bộ hâm niíớc(14) đua vào nồi hơi của

lò Trong lò xẩy ra phản ứng cháy: hoá năng biến thành nhiệt năng Khói, sau khi qua bộ hâm nước và bộ sấy không khí (15) để tận dụng nhiệt, thoát ra ngoài ống khói nhờ máy quạt (17) Nước trong nồi hơi nhận nhiệt năng, biến thành hơi với áp suất khoảng 130 + 240kG /cm 2 và nhiệt độ 5 40 - 7 - 565°c được dẫn đến tuabin Tại đây, áp suất và nhiệt độ hơi nước giảm xuống bởi quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng, làm quay tuabin và kéo theo máy phát Như vậy cơ năng biến thành điện năng hoà vào hệ thống điện Hơi nước sau khi ra khỏi tuabin có thông số thấp (áp suất p = 0 ,0 3 4- 0 ,0 4 k G /cm 2 và nhiệt độ

t = 40°C) đi vào bình ngưng 7 Trong bình ngưng, hơi được đọng thành nước nhờ hệ

thống tuần hoàn Nước làm lạnh (5^-25°C) có thể lấy từ sông, hồ bằng sự trợ giúp của bơm tuần hoàn (8) Để loại trừ không khí lọt vào binh ngưng, bơm được chọn là loại chân không Từ binh ngưng (7), nước ngưng tụ được đuầ qua bình gia nhiệt hạ áp (10) và đến bộ khử khí (12) nhờ bơm ngưng tụ (9) Để bù lượng nước thiếu hụt trong quá trình làm việc, một lượng nước bổ xung thương xuyên được đua qua bộ khử khí (12)

Để ngăn ngùa sự ăn mòn đường ống và các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao, trước khi đua vào lò, nước cấp phải được xử lý (chủ yếu khử 0 2 và C 0 2) tại bộ khử khí (12) Nước ngưng tụ và nước bổ sung sau khi được xử lý, nhờ bơm cấp nước (11) được đua qua bình gia nhiệt cao áp (13), bộ hâm nước (14) rồi trở về nồi hơi của lò Người ta cũng trích một phần hơi nước ở một số tầng của tuabin để cung cấp cho các binh gia nhiệt hạ áp (10), cao áp (13) và bộ khử khí (12)

Nhà máy NĐN có một số đặc điểm sau:

1 Thường được xây dựng gần nguồn nguyên liệu;

2 Hầu hết điện năng sản xuất được phát hết lên lưới điện cao áp;

3 Làm việc với phụ tải tựdo;

4 Tính linh hoạt trong vận hành kém Khởi động và tăng phụ tải chậm;

5 Hiệu suất thấp (T] = 30 -s- 40%)

6 Khối lượng nhiên liệu lớn; Khói thải làm ô nhiễm môi trường

b N h à m á y n h i ê t đ i ê n r ú t h ơ i (N M NĐ R)

Nhà máy NMNĐR là nhà máy điện đồng thời sản xuất điện năng và nhiệt năng Về

nguyên !ỹ hoạt động nó cũng giống như NMNĐN, nhưng ở đay lượng hơi được rút ra đáng

kể từ một số tầng của tuabin để cung cấp cho các phụ tải nhiệt công nghiệp và sinh hoạt

Vi th ế hiệu suất chung của nhà máy tăng lên Do có sự rút nhiệt phục vụ cho công nghiệp,

nên NMNĐR có đặc điểm khác với NMNĐN, cụ thể là:

1 Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt;

2 Điện năng sản xuất chủ yếu cung cấp cho phụ tằi ở cấp điện áp máy phát;

3 Đảm bảo hiệu suất cao, đồ thị phụ tẳi điện phụ thuộc vào phụ tải nhiệt;

4 Tính linh hoạt trong vận hành cũng giống như trong NMNĐN;

5 Hiệu suất cao hơn NMNĐN (60 4- 70%)

2 N hà m áy thuy điện

Quá trình sản xuất điện năng ở nhà máy thuỷ điện đơn giản hơn nhiều so với nhà

máy nhiệt điện Tại đây th ế năng của dòng nước được tận dụng để làm quay tuabin Như

đã biết giCte tần số f và số lượng cặp cực N có mối quan hệ:

co

Do tốc độ quay của tuabin co khá chậm, chỉ khoảng 100 vòng/phút nên máy phát

ở nhà máy thuỷ điện, các máy phát phải có tới 30 cặp cực để tạo ra tần số f = 50 Hz ở

các máy phát công suất lớn mỗi tuabin nước có bốn cánh rộng tới 04-6 m2

Trên hình 1.5.2 biểu thị sơ đồ nguyên lý nhà máy thuỷ điện: Đập ngăn có nhiệm

vụ giữ mức nước chênh lệch giĩte thượng lưu và hạ lưu Chiều cao hiệu dụng của cột nước

chinh là độ chênh lệch mực nước giữa hạ lưu và thượng lưu tuabin (2) được lắp trên bệ

rỗng bê tông hình chóp (4) còn máy phát được lắp trên bệ bê tông rỗng hình trụ (6), trong

bệ rỗng (6) có nhiều đường dẫn tạo thành hệ thống làm mát cho máy phát, ở gian máy có

bố trí cần cẩu để tiện cho việc sửa chữa thiết bị Nước được dẫn từ thượng lưu vào ngăn

chite nước (8), đi qua buồng nhận nước (9) và buồng xoáy ốc (10) đến làm quay tuabin rồi

qua ống xả thoát ra phia hạ lưu Để bảo vệ cho máy người ta xây dựng các lưới ngăn (12) ,

việc xả nước vào tuabin được thực hiện bởi cite chắn (13) Mố ngăn (14) có mặt để tiện cho

việc sửa chite c te ngăn (13), còn mố ngăn (15) thì hỗ trợ cho việc s te chite các thiết bị

phía hạ lưu Thanh cái của máy phát được nối với máy tăng áp rồi dẫn ra thiết bị phân

phối

Việc xây dựng nhà máy thuỷ điện tốn kém hơn nhiều so với nhà máy nhiệt điện

nhưng giá thành điện năng rẻ hơn Sự kết hợp làm việc giữa các nhà máy thuỷ điện và

nhiệt điện sẽ cho phép tận dụng các nguồn năng lượng một cách hiệu quả nhất Cùng với

các nhà máy điện làm việc bằng thế năng của các dòng sông, người ta xây dựng các trạm

điện làm việc bằng th ế năng thuỷ triều trên các vụng biển Công suất của NMTĐ phụ

thuộc vào lưu lượng nước Q(m3/s) và chiều cao hiệu dụng của cột nước H(m) của dòng nước tại nơi đặt nhà máy.

p = k.H.Q n Trong đó: ĩ]- hiệu suất; k - hệ số tỷ lệ.

Một dạng NMTĐ đặc biệt khác là thuỷ điện tích năng Nhà máy loại này có hai hồ

chứa nước (một ở thượng lưu, một ở hạ lưu) nằm ở hai độ cao khác nhau Nhà máy làm việc ờ hai chế độ: chế độ sản xuất điện năng và ch ế độ tiêu thụ điện năng Khi HTĐ có phụ tải cực tiểu, thi các máy phát điện làm việc ở chế độ động cơ, còn tuabin - ở ch ế độ

bơm, nghĩa là máy phát điện tiêu thụ điện năng từ HTĐ để bơm nước từ hồ chứa nước hạ lưu lên hồ chứa nước thượng lưu.Chế độ làm việc này gọi là chế độ tích năng Ngược lại,

Hình 1.5.2 Sơ dổ mặt cắt của nhà máy thuỷ cỉiện:

1 đáy bê tông; 2 tuabin nước; 3 máy phát; 4 trụ rỗng bê tỏng hình chóp; 5 bánh xe làm

việc; 6 trụ rỗng bằng bẻ tông; 7 phần dưới máy phát; 8 ngăn chứa nước; 9 buồng nhận

nước; 10 buồng xoáy ốc; 11 ống xả; 12 lưới ngăn; 13 cửa chắn; 14 mố ngàn thượng

lưu; 15 mố ngăn hạ lưu; 16 máy biến áp

khi p hụ tải của HTĐ cực đại, HTĐ có nhu cầu tiêu thụ lớn, máy phát điện làm việc ở chế

độ sản xuất điện năng Nước chảy từ hồ chúồ thượng lưu xuống hồ chứở hạ lưu, làm quay

tuabiin và máy phát điện, sản xuất điện năng cung cấp cho HTĐ Như vậy NMTĐ tích

điện góp phần làm bằng phang đồ thị phụ tải của HTĐ, nâng cao hiệu quẳ kinh tế của

toàn hệ thống điện

Quá trình sản xuất điện năng trong trạm thuỷ điện có một số đặc điểm cơ bản sau:

1) Xây dựng gần nguồn thuỷ năng;

2) Phần lớn điện năng sản xuất ra được phát lên thanh góp phía cao áp;

3) Làm việc với phụ tải tự do (khi có hồ chứa nước);

4) Vận hành linh hoạt; thời gian khởi động và mang tải chỉ mất từ 3 -ỉ- 5 ph

Trong khi đó đối với nhiệt điện, đê khởi động một tố máy phải mất từ 6 # 8 h;

5) Hiệu suất cao r| = 85 -^90%;

6) Vốn đầu tư xây dựng lớn, thời gian xây dụng kéo dài;

7) Giá thành điện thấp

Nước ta có trên 2 200 sông suối lớn nhỏ với tổng tiềm năng theo lý thuyết khoảng

300 tỷ kWh mỗi năm và tiềm năng kinh tế kỹ thuật khoảng 8O-H0O tỷ kWh, cho đến nay

mới khai thác được khoảng 2 2 ,5 % Dự kiến từ nay đến năm 2020 m ột loạt các công trinh

thuy điệr lớn sẽ được xây dựng để tận dụng tiềm năng sẵn có này

3 N hà máy điện ngu yên tử (NMĐNT)

Nhà máy điện nguyên tử là một dạng đặc biệt của nhà máy nhiệt điện, nhiệt lượng

được dùng ở đây được lấy từ quá trình bắn phá hạt nhân cua nguyên tử uran Theo tính

toán mỗi kg uran có thể sinh ra nhiệt lượng tương đương 2700 tấn than tiêu chuẩn (TOE)

Khi phân tách, hạt nhân nguyên tử phát ra những tia phóng xạ cực mạnh, vì vậy việc xây

dựng và điều khiển hoạt động của nhà máy điện nguyên tử được thực hiện rất kiên cố

Người ta dùng than chỉ hoặc nước nặng để hãm phản úng Nhiệt lượng được chuyền ra

n h ờ môi năng là nước nặng hoặc khí kim loại nóng chảy

- Lò hơi của NMĐNT được thay bằng lò phản ứng hạt nhân;

- Để tránh sự ảnh hưởng do phóng xạ, người ta dùng hai hay ba vòng chu trình

nhiệt chứ không phải chỉ có một vòng như trong NMNĐN

Nhiên liệu hạt nhân được sử dụng là uran, plutoni, thori và các hợp chất của chúng

•Nhiên liệu dùng ở dạng thanh, tấm hoặc viên được đặt trong vỏ để cách ly với chất tải

nhiệt lượng Để duy trì phản ứng dây truyền hạt nhân người ta dùng đồng vị U253 nhưng

loại ctồnc vị này tồn tại rất ít trong tự nhiên Việc điều chế u253 lại rất phức tạp, giá thành

cao, vì vậy người ta dùng trực tiếp uran tự nhiên hay tuyển khoáng của nó có trị số vài phần trăm u 25 3để làm nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân Khi phân huỷ hạt nhân uran

sẽ tạo ra các nơtron nhanh có năng lượng rất lớn Trong uran tự nhiên hay uran khoáng yếu, phản ứng dây truyền hạt nhân với nơtron nhanh sẽ không được tiến triển Vì vậy các nơtron nhanh cần được hãm lại thành nơtron nhiệt (còn gọi là nơtron chậm) để làm cho phản ứng dây truyền tiến triển Chất hãm thường dùng là: nước, nước nặng hay than chì

Để ngăn cản các tia phóng xạ ra ngoài, lò phản ứng được bao bọc bởi các lớp nước hay bê tông dày Có thể phân loại các lò phản ứng hạt nhân theo những nguyên tắc khác nhau:

- Theo mức năng lượng của nơtron: có lò phản úng nhiệt ( với nơtron nhiệt ) và lò phản ứng nhanh (với nơtron nhanh);

- Theo khả năng tái sinh nguyên liệu: có lò tăng lượng (với nơtron nhanh, hệ số tái sinh từ 1,5 trở lên) và lò thổi (hệ số tái sinh 1+1,1);

- Theo nguyên lý phân phối, nguyên liệu và chất hãm: có các loại đồng nhất và không đồng nhất;

- Theo chất hãm: có loại lò hạt nhân loại nước, loại nước nặng, loại than chì

Người ta còn phân loại lò phản ứng hạt nhân trên cơ sở loại chất tải nhiệt hay loại chất hãm và chất tải nhiệt kết hợp với chúng có tên gọi tương urìg vơí chất sử dụng Ví dụ khi dùng chất tải nhiệt và chất hãm đều là nước thỉ có loại lò nước- nước w Lò phản ứng hạt nhân nơtron nhiệt thường dùng loại nước-nước, mà sơ đồ nguyên lý của nó biểu diễn trên hình 1.5.3 Quá trình sản xuất điện năng của nó như sau: nước thuộc chu trình thứ nhất lưu chuyển nhờ bơm tuần hoàn (7) Tại bộ trao đổi nhiệt (2) diễn ra sự truyền nhiệt của nước cho chu trình thư nhất cho nước ở chu trình hai Đối với chu trình nhiệt thứ hai tương tự như chu trình nhiệt của NMNĐN

Hình 1.5.3 Sơ đồ nguyên lý nhà máy

điện nguyên tử hai chu trình nhiệt:

1 lò phản ứng; 2 bộ trao đổi nhiệt;

3 tuabin; 4.máy phát; 5. bình ngưng;

6 máy bơm ngưng tụ; 7 Bơm tuần

hoàn

Lò phản ứrìg hạt nhân loại nước- nước có nhược điểm là không có khả năng tạo ra

dụncỊ sơ đồ lò phản ứng hạt nhân loại nước - than chì: nước chí đóng vai trò chất tải nhiệt lượng, còn than chì đóng vai trò là chất hãm Ở chu trinh nhiệt thứ hai phần lớn nước tiếp xúc trực tiếp với lò phản ứng, nên nâng cao hiệu quả làm việc của nhà máy; tuy nhiên có tính phóng xạ yếu.Ngoài U253 còn dùng nhiên liệu khác trong tự nhiên Hiệu quả nhất là dùng nhiên liệu hạt nhân plutoni (Pu) tạo từ u238 Vùng hiệu quả của lò phản ứng bao gồm uran tuyển khoáng U235 và các nơtron nhanh tác động lên U23S đã biến thành plutoni Phương pháp tái sinh nhiên liệu hạt nhân như th ế rất hiệu quả vi đồng thời trong lò phản upg thoát ra một nhiệt lượng rất lớn, nâng cao hiệu suất của nhà máy Đây chính là loại lò phản ứng tăng lượng Lò phản ứng hạt nhân tăng lượng được dùng với ba chu trình nhiệt (hình 1.5.4) Trong NMĐNT ba chu trinh nhiệt, chu trinh nhiệt thứ nhất gọi là chu trinh lò;

chu trinh nhiệt thứ hai gọi là chu trình trung gian, chất tải nhiệt là natri dạng lỏng, còn à

chu trinh nhiệt thứ ba dùng chất tải nhiệt là nước Vì natri dạng lỏng gây phẳn úng mãnh liệt với nước dạng hơi nên phải có chu trình nhiệt trung gian với chất tải nhiệt là natri dạng lỏng không phóng xạ

Hình 1.5.4 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguycn tử ba chu trình nhiệt:

1 lò phán ứng; 2 bộ trao đối nhiệt; 3 tuabin; 4 máy phát; 5 bình ngưng; 6 máy bơm

ngưng tụ; 7 bơm natri không phóng xạ; 8 bơm natri phóng xạ; 9 bộ trao đổi nhiệt natri

Hiện nay NMĐNT đang được quan tâm đặc biệt vì tính kinh tế và tiềm năng rất lớn Theo thống kê, năng lượng của uran và thori trên th ế giới hiện nay gấp khoảng 23 lần tất cả các nguồn năng lượng khác cộng lại Nước ta được coi là có trữ lượng uran khá lớn so với các nước khác trong khu vực (khoảng 3 00 ngàn tấn u 30 8) Dự kiến đến năm

2017 nước ta sẽ đưa vào vận hành nhà máy điện nguyên tử đầu tiên với công suất đến

1000 MW và đến năm 2 0 2 0 tổng công suất của các nhà máy điện loại này sẽ được nâng lên đến 4 0 0 0 MW

4 Nhà m áy điện nh iệt hach

Nhà máy điện nhiệt hạch làm việc trên nguyên lỹ sử dụng phản ứng hạt nhân hydro siêu nặng diêt H 2 (D) và triti H 3 (T) Các hạt nhân D và T kết hợp với nhau tạo thành hêli đồng thời giải phóng ra một năng lượng khổng lồ Sơ đồ nguyên lý của nhà máy nhiệt hạch biểu thị trên hình 1.5.5

4

9

Hình 1.5.5 Sơ đồ nguyên lý lò phán ứng

nhiệt hạch:

1 buồng đựng plasma; 2 lithi lỏng;

3 cuộn dây sinh từ trường; 4 bơm nhiên liệu D và T; 5 bộ trao đổi nhiệt;

6 tuabin; 7 máy phát; 8 bình ngưng;

9 máy bơm

Do hạt nhân D và T đều mang điện tích dương nên chúng đẩy nhau, muốn cho chúng kết hợp được với nhau phẳi có một động năng rất lớn, tức là phải đưa nhiệt độ lên đến hàng chục triệu °c, muốn vậy người ta phải dùng phản ứng hạt nhân để làm mổi cho phản ứng nhiệt hạch Quả bom kinh khí được ch ế tạo lần đầu tiên có sức công phá tương

đương 68 triệu tấn thuốc nổ TNI tức là gấp 14 lần toàn bộ các loại bom đã được sử dụng ở

th ế chiến thứ hai Hiện nay việc chinh phục khối năng lượng khổng lồ này còn đang là bài

toán nan giải, người ta dự định sẽ khống chế chúng bằng một từ trường mạnh sinh ra bởi

cuộn dây đặt trong lò phản ứng Nếu nhà máy điện loại này được đưa vào hoạt động thỉ sẽ

mang lại hiệu quả rất lớn và loài người sỗ không còn lo về sự cạn kiệt nhiên liệu vì theo

tính toán, cứ một lít nước biển nếu chế tạo ra D và T thi sẽ có thể thu được một năng

lượng tương đương với 4 lít xăng Như vậy có thể thấy trữ lượng của dạng năng lượng này

gần như là vô tận ước tính lò phản ứng nhiệt hạch đầu tiên xuất hiện sẽ có công suất

không dưới 3*5 triệu kw.

5 Nhà m áy điện từ-thuy động

Sơ đồ nguyên lỹ của máy phát từ-thuỷ động thể hiện trên hình 1.5.6 Nguyên lỹ

làm việc của loại nhà máy này là đưa một luồng plasma được tạo ra từ đốt nóng từ thuỷ

động chạy rất nhanh qua một ống phun có từ trường mạnh, các hạt điện tích dương và âm

chuyển động về các cực đối diện, chúng va đập vào các điện cực và sinh ra dòng điện nhờ

hiệu điện th ế cẳm ứng Như vậy, ở nhà máy này điện năng được sinh ra từ động năng của

hơi nóng mà không cần đến tuabin kéo máy phát, v ề cơ bẳn có ba loại nhà máy: chạy

bằng kim loại lỏng; chạy bằng plasma trong chu trình kín và chạy bằng nhiên liệu hoá

thạch trong chu trình hở

Hình 1.5.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

của máy phát điện từ -thuỷ động:

1 anod; 2 ống phun; 3 catod; 4 hướng

từ trường; 5 hướng sức điện động cảm

ứng; 6 phụ tái; 7 mạch điện

6 Các nhà m áy điện dùng năng lượng tái sinh

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên tục

m à theo chuẩn mực của con người là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: hoặc là năng lượng tồn

tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vi sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời), hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ

n h ư năng lượng sinh khối) theo các quy trinh còn diễn biến trong một thời gian dài trên

T rái Đất

Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách m ột phần năng

lượng từ các quy trinh diễn biến liên tục trong môi trường và âưở vào sử dụng tronq kỹ

thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời

Tiềm năng của các dạng năng lượng tái sinh khá phong phú, có thể điỉà ra một vài

con số về các dạng năng lượng này như trong bảng 1.5.1 sau

th ế giới bằng cách sử dụng năng lượng Mặt Trời Trên lý thuyết, chỉ với một hiệu suất chuyển đổi là 10% và trên một diện tích 700 X 700 km ở sa mạc Sahara thì đã có thể đáp

ứng được nhu cầu năng lượng trên toàn th ế giới bằng cách sử dựng năng lượng Mặt Trời

Với vị trí đia lý ở vùng nhiệt đới, nước ta có tổng số thời gian nắng trong năm là 2000-Ỉ-2500 h, tổng năng lượng bức xạ khoảng 100^-175 kcal/m2năm Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng này còn rất hạn chế do giá thành khá đắt, trong tương lai nguồn năng lượng này sỗ được tận dựng một cách hiệu quả Sơ đồ hệ thống điện dùng năng lượng Mặt Trời được thể hiện trên hình 1.5.7

Hiện tại điện năng Mặt Trời thường được sử dụng dưới dạng pin Pin Mặt Trời, còn gọi là pin quang điện (hỉnh 1.8.c), có cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p và n Lớp tiếp xúc giữa gọi là lớp tiếp xúc chuyển tiếp p - n Dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời vào lớp chuyển tiếp p-n có sự khuếch tán của các hạt dẫn cơ bản qua lớp tiếp xúc tạo nên m ột điện trường, và do đó có một suất điện động của quang điện Suất điện động quang điện tăng theo sự tăng của cường độ bức xạ chiếu sáng Như vậy pin Mặt Trời biến đổi trực tiếp bức xạ Mặt Tròi thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt

Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có kích thước cỡ vài dm (đường kính), tế bào này cho công suất 1W trong điều kiện bức xạ Mặt Trời là lk W /m 2 Tuỹ theo hộ tiêu thụ mà người ta ghép các tế bào pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp

kính phủ lớp bán cỉẫn p

Hình /.5.7 Sơ đồ điện dùng năng lượng Mặt Trời:

a - Sơ đồ nguyên lý; b - hình dạng tống thể thiết bị diện Mặt Trời;

c - sơ dồ nguyên lv Pin Mặt Trời

Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra cũng có thế được tích trữ bằng acqui Nhìn chung cho đến nay pin Mặt Trời mới chỉ được c h ế tạo với công suất nhỏ, hiiệu suất

thấp, giá thành cao, thường chỉ được dùng để cung cấp cho các phụ tải nhỏ Ở các vùng hải

đẳo xa

Một dạng khác của nhà máy điện dùng bức xạ Mặt Trời là hệ thống làm việc như trạm nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ đê thu n h ận nhiệt bức xạ Mặt Trời để tạo hơi nước quay tuabin Tuy nhiên các thiết bị này hiện nay cung mới chí được xuất hiện dưới dạng khảo nghiệm

* T r a m p h o n g đ i ê n (TPĐ)

Hình 1.5.8 Sơ dồ cấu tạo thiết bị phong điện:

1 cánh; 2.rotor; 3- mái đỏc của cánh; 4 bộ hàm; 5 trục quay tốc độ thấp; 6 bánh rănìg;

7 máy phát; 8- bộ điều tốc; 9 thiết bị do gió; 10 chong chóng gió; 11 vỏ động cơ giió;

12 trục quay tốc độ cao; 13 bộ truyền dộng; 14 motor truyền dộng; 15 tháp dờ

Tiềm năng gió ở nước ta khá phong phú, tính bình quân ở cấc vùng hải đảo là

860-:1414 kW h/m 2năm, ở các miền duyên hẳi và Tây Nguyên khoảng 500+1000

kWh/m2năm Tuy nhiên do tốc độ gió không ổn định, lúc bình thường tốc độ gió rất thấp,

chí kioảng 3 m /s, ngược lại khi có bảo lớn thi tốc độ quá mạnh nên việc sử dụng loậi

năng lượng này rất phức tạp Hiện nay trong cả nước mới chỉ có một số tổ máy phong

điện ih ỏ cỡ 10+20 kW Nguyên lý làm việc chủ yếu của TPĐ là lợi dụng sức gió để quay

hệ thống cánh quạt (trực tiếp, hoặc gián tiếp qua bộ biến tốc) làm quay máy phát điện,

điện lăng sản xuất ra thường được tích trữ bằng acqui

Sơ đồ cấu tạo thiết bị phong điện được thể hiện trên hình 1.5.8

Công suất của động cơ gió được xác định theo công thức

P= C p.ii1.rỊ2.r|3.0,5.p.S.V3tronc đó : p - công suất, kw ;

s - bề mặt quét gió của cánh, m2';

V - vận tốc của gió, m /s

p - khối lượng riêng của không khí, kg/m 3 ;

Cp - hệ số công suất (Cpmax= 0,59) ;

rln rl2>rl:r hiệu suất của bộ biến tốc, máy phát và acquy;

11,* 0,95; 112*0,80; TI3 « 0,80

Việc đảm bảo ổn định tần số của TPĐ thường gặp nhiều khó khăn vì vận tốc gió

luôn thay đổi Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đạt nhỏ, giá

th àn ì điện năng cao Vì vậy hiện tại các động cơ gió chỉ được dùng ở các vùng hẳi đảo xa

xôi và những nơi thật cần thiết như đòn hải đăng chang hạn

Nhà máy điện địa nhiệt làm việc theo nguyên lý sử dụng nhiệt lượng lấy từ lòng đất

S ơ đ$ nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt được thể hiện trên hình 1.5.9 Theo số liệu thống

kê, tên cả nước ta có chừng 300 nguồn nước khoáng nóng 30+110 °c Dự định tronq

tươnị lai gần nước ta sẽ xây dựng đuồ vào vận hành nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên với

côncsuất cỡ 50 MW

Năng lượng sinh khối là năng lượng thu lại từ các loại p h ế thải như rơm rạ, bẩ mía,

trấu, rác thải w Tổng số trữ năng của loại năng lượng này ở nước ta khoảng 43+46 triệu

TOETiăm, nhung hiện tại mới chỉ khai thác chưa được 10% Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi

nănc lượng sinh khối được thể hiện trên hình 1.5.10

Hỉnh 1.5.9 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện địa nhiệt.

Hình 1.5.10 Sơ đồ nguyên lý thiết bị chuyển đổi năng lượng sinh khối.

1.6 CÁC HỆ THỐNG TRUNG TÍNH TRONG MẠNG ĐIỆN

Trung tính là điểm đấu chung của các cuộn dây máy phát và các máy biến áp Điểm trung tính có thể được cách ly với đất gọi là trung tính cách ly hoặc được nối trực tiếp (hay gián tiếp) với đất gọi là trung tính nối đất (hoặc nối đất qua điện trở)

a T ru n g t ín h c á c h \y

Mạng điện có trung tính cách ly là mạng điện mà điếm trung tính được cách điện

so với đất ở mạng điện có hệ thống trung tính cách ly khi có ngắn mạch một pha chạm

đất dòng điện ngắn mạch không lớn nên mạng điện vẫn có thế làm việc trong một thời

gian nhất định đủ đế tỉm ra nơi xẩy ra sự cố, tuy nhiên khi đó điện áp của các pha lành sẽ

tăng lên giá trị bằng yị3 lần so với trước đó Bởi vậy khi thiết kế mạng điện với hệ thống

trung tính cách ly cần phải tăng giá trị điện áp binh thường lên \/3 lần, điều đó có thể gây

tốn kém Hiện nay ở nước ta hệ thống trung tính cách ly được sử dụng ờ các mạng phân

phố: điện áp từ 6,3 đến 35 kV

b Hê t h ô n g t r u n g tín h n ô i đ â t

Mạng điện có trung tính nối đất là mạng điện mà điếm trung tính của nó được nối

trực tiếp với hệ thống tiếp địa, ở hệ thống này khi có ngắn mạch chạm đất dòng ngắn

mạch đủ lớn đế làm nhảy máy cắt loại trừ phần tử ngắn mạch ra khỏi mạng điện Hệ

thống trung tính này có nhược điểm là khi có ngắn mạch dòng điện chạy trong đất khá lớn

nên có thể gây ảnh hưởng đối với hệ thống thông tin Nhưng lại có ưu điếm nổi bật là có

thể dễ dàng sử dụng các máy biến áp một pha cung cấp điện cho các vùng có mật độ phụ

tải thấp Hệ thống trung tính nối đất được sử dụng rộng rãi trong mạng điện hạ áp và

mạng điện cao áp từ 110 kV trở lên

c Hê t h ô n g t r u n g tín h n ố i đ ấ t q ua điên trơ

Để trung hoà nhüfrg nhược điếm của các hệ trung tính người ta sử dụng hệ thống

tnurg tính nối đất qua điện trở của các cuộn kháng điện, các cuộn kháng điện còn có vai

trò giảm dòng ngắn mạch khi có sự cố chạm đất ngăn không cho hiện tượng hồ quang

phát sinh gây quá điện áp nội bộ và nguy hiểm cho cách điện

d Hê t h ô n g t r u n g t ín h h ỗ n h ơ p

Một trong nhữhg biện pháp giảm ảnh hưởng của dòng ngắn mạch nối đất đối với

đưcng dây thông tin là sử dụng sơ đồ hệ thống trung tính hỗn hợp Trong sơ đồ này, các

trạ n biến áp tiêu thụ nơi gần đường dây thông tin sẽ được xây dựng với trung tính cách ly

(c:hí trung tính cuộn thứ cấp được nối đất), còn các trạm biến áp khác có trung tính nối đất

(c:ả trung tính cuộn sơ cấp và thứ cấp đều nối đất) Khi có sự cố ngắn mạch nối đất dòng

điiện chạy trong đất sẽ phân tán bởi nhiều điếm tiếp địa ở các vị trí khác nhau, nên ảnh

hiưmg của nó đối với đường dây thông tin sẽ giảm đi rất nhiều

i Phân loai các hệ thống trung tính

Như đã trình bày, ở nước ta hệ thống trung tính nối đất chí được sử dụng đỗi với

các mạng điện truyền tải và mạng điện hạ áp, còn mạng điện phân phối từ 35 kV trở xuống có hệ thống trung tính cách ly Theo số liệu thống kê thì do sự phát triển nhanh chóng, mạng điện phân phối trở nên rất dài và phức tạp, việc tim và phát hiện điểm xấy

ra sự cố ngắn mạch nối đất ngày càng khó khăn, đòi hỏi chi phí nhiều thời gian và công sức Bởi vậy ưu th ế về độ tin cậy và liên tục cung cấp điện của mạng điện với hệ thống trung tính cách ly ngày càng trở nên không thuyết phục

Theo các kết quẳ tính toán thì giữa hai hệ thống trung tính nối đất và trung tính cách ly không có sự khác biệt rõ rệt về phương diện kinh tế Nếu ở mạng điện có hệ thống

trung tính cách ly cần phải có nhífng chi phí cho việc tăng cường cách điện (vỉ ở đây điện

áp của các pha phải được tính ứng với điện áp dây) thi đối với hệ thống trung tính nối đất tuy cách điện được tính ứng với giá trị điện áp nhỏ hơn lần so với lưới điện có trung tính cách ly, nhưng lại cần phải có nhũUg chi phí cho hệ thống tiếp địa, mà ctôi khi khá tốn kém do điện trở suất của đất cao Hiện nay trên th ế giới vẫn tồn tại hai hệ thống trung tính

ở các nước khác nhau Trong khi ở Cộng hoà liên bang Nga, các nước thuộc SNG, Cộng

hoà Liên bang Đức, Cộng hoà Séc w hệ thống trung tính cách ly được sử dụng rất thịnh

hành thì ở các nước Mỹ, Canada, Anh, Ân Độ, Cộng hoà Pháp w lại chỉ sử dụng hệ

thống trung tính nối đất Điều đó cho thấy không có ưu thế đáng kể về kinh tế giữa hệ thống trung tính này với hệ thống trung tính kia, vi nếu không thì dứt khoát hệ thống trung tính kém uU th ế sẽ nhanh chóng bị chinh phục Tuy nhiên cũng có thể nhận thấy xu hướng phát trien đang nghiêng dần về phía hệ thống trung tính nối đất ở nhiều nước (như Bungari, Litva, Latvi, Belarus, một số vùng của Lien bang Nga w ) cùng với việc chuyển điện áp phân phối lên cấp cao hơn, hệ thống trung tính cách ly đang ctược clần dần thay

th ế bởi hệ thống trung tính nối đất

Trên phương diện kỹ thuật, ở mạng điện với hệ thống trung tính nối đất, khi có sự

cố ngắn mạch một pha nối đất thi các cơ cấu bảo vệ rơle sẽ tác động, cắt đoạn dây có sự

cố ra khỏi mạng điện Như vậy mặc dù một phần nhỏ mạng điện bị gián đoạn cung cấp điện nhưng việc xác định điếm xay ra sự cố tương đối dễ dàng hơn Mạng điện ớ các vùng nông thôn nước ta thường có cấu trúc hỉnh tia nên rất tiện lợi cho việc xây dựng các cơ cấu phân đoạn, làm tăng mức độ chọn lọc của bảo vệ rơle Đặc biệt, việc áp dụng các cơ cấu đóng lặp lại sẽ cho phép loại trừ đến gần 90% sự cố thoáng qua do vậy sẽ nâng cao được

độ tin cậy cung cấp điện nói chung

Với hệ thống trung tính nối đất có thể dễ dàng mở rộng khả năng sử dụng mạng điện đơn pha, mà được coi là có uU th ế lớn về kinh tế đối với các vùng nông thôn có mật

độ phụ tải thấp Cùng với ưu điểm về kinh tế, với kích thước nhỏ gọn mạng điện đơn pha

2 Phân tích và so sánh các hệ thống trung tính

còn cho phép đưa sâu cao áp vào tâm tẳi và như vậy sẽ qiảrn được bán kính của mạng điện

hạ áp, điểu đó sẽ cải thiện được các thông số chế độ của mạng điện như giảm hao tổn

điện áp, hao tổn công suất, và điện năng, nâng cao chất lượng điện, nâng cao độ tin cậy

cung cấp điện w

Kinh nghiệm thực tế cho thấy độ bển điện của sứ cách điện đường dây chí cần tính

toán theo giá trị quá điện áp nội bộ cao nhất có thế xuất hiện là có thể đảm bảo cho sự

làm việc tin cậy của mạng điện, mà ở mạng điện có trung tính nối đất giá trị quá điện áp

nội bộ nhỏ hơn ở mạng điện có trung tính cách ly Ngoài ra, clo ảnh hưởng của hiện tượng

hồ quang chập chòn khi có ngắn mạch một pha nối đất nên quá điện áp nội bộ ở mạng

điện có trung tính cách ly thường xẩy ra hon dẫn đến cường độ sự cố tăng hơn

Với nhùng đặc điếm nêu trên mạng điện phân phối hiện hành ở các địa phương

khác nhau ở nước ta có thể chuyển sang cấp điện áp cao hơn với hệ thống trung tính nối

đất mà không cần phải gia tăng chi phí đáng kể, điều đó cho phép cải thiện các tham số

chế độ của mạng điện Ngoài ra còn có thê giảm kích thước và cách điện của các thiết bị

phân phối ở các trạm biến áp Chẳng hạn, mạng điện 10 kV hiện hành có thế chuyển

sang cấp 22 kV với trung tính nối đất, lúc đó điện áp pha sỗ bằng 2 2 / Vo = 12,7 kv

Trong khi đó cách điện của mạng điện 10 kV được thử nghiệm với điện áp 42 kv, như vậy

hệ số dự trữ về độ bển điện của đường dây đối với đất sẽ là 42:12,7 = 3,31 Đó là giá trị

hoàn toàn có thể chấp nhận được Trên phương diện an toàn, ớ mạng điện với trung tính

nối đất dòng điện ngắn mạch nối đất lớn có thế tạo nẻn điện thế nguy hiếm trên thiết bị

nối đất, nhưng nếu được trang bị các cơ cấu cắt bảo vệ thì có thể đáp úng được các yêu

cầu về an toàn như đối với mạng điện có trung tính cách ly Đế đảm bảo an toàn, vỏ của

tất cẳ các thiết bị cần phải được nối đất

Nhược điếm cơ bản của mạng điện với hệ thống trung tính nối đất là gây nhiễu cho

các đường dây thông tin Đặc biệt nếu đường dây thông tin ớ gần thì có thể sỗ nhận một

suất Tiện động cảm ứng, mà đôi khi đạt tới giá trị nguy hiểm Tuy nhiên nhược điếm này

cũng cỏ thể hạn c h ế và khắc phục bằng các biện pháp khác nhau như: xác định những

khoảng cách an toàn cho các đường dây thông tin, dùng các thiết bị chống nhiễu, hạn chế

dòng điện ngắn mạch nối đất bằng cách sử dụng các cuộn kháng điện w

G h i ch ú : ớ nhiều nước phương Tây, trong mạng điện hạ áp, ngoài dây trung

tính người ta còn dùng dây bẳo vệ chống chạm masse (chạm vỏ), cả hai dây này cùng được

nối đất '[Tong tài liệu nước ngoài, đặc biệt là các nước thuộc khối Cộng đồng chung Châu

Âu (EU) ta thường gặp một số ký hiệu phân biệt các hệ thống trung tính đối với lưới hạ áp

n h ư sau:

IT- Trung tính cách ly với đất;

TT - Trung tính nối đất trực tiếp (cẳ dây trung tính và vỏ thiết bị đều được nối trực

tiếp với đất);

TN - Dây trung tính đuỢc nối với đất còn vỏ thiết bị đuỢc nối với dây trung tính;

TN-C: Dây trung tính và dây nối vỏ thiết bị dùng chung (lẫn lộn nhau);

TN-S: Dây trung tính và dây nối vỏ thiết bị riêng biệt

Tóm tắt chư ơng 1

Bảy đặc điểm công nghệ cơ bẳn của hệ thống điện là: tính đồng thời của các quá

trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng; điện năng có thể được tạo ra từ bất cứ

nguồn năng lượng nào và ngược lại; điện năng rất dễ phân phối; Quá trình quá độ trong

hệ thống điện diễn ra rất nhanh; hệ thống điện là hệ thống phức tạp, nó có mối liên hệ

mật thiết với môi trường xung quanh và với tất cả các ngành sẳn xuất; Hệ thống điện luôn

luôn phát triển trong không gian và thời gian

C h ế độ điện áp của các thiết bị phải phù hợp với điện áp của mạng điện tương

ứng, điện năng áp của các nguồn thường cao hơn so với điện áp định mức của các thiết bị

5+10%

Bốn yêu cầu chính của hệ thống điện là: Đáp ứng đầy đủ nhu cầu phụ tải, cung

cấp điện chất lượng, tin cậy và chi phí vừa phải

Các nhà máy điện thường dùng hiện nay là: nhiệt điện, thuỷ điện, nguyên tử Các

loại nhà máy điện năng lượng sinh khối, nhà máy điện nhiệt hạch, nhà máy điện thuỷ động

từ trong tương lai sẽ là các nguồn điện được chú trọng phát triến

Ba hệ thống trung tính đang được áp dụng trong hệ thống điện là: trung tính cách

ly, trung tính nối đất và hệ thống trung tính hỗn hợp

Câu hỏỉ ôn tập;

1 Hãy cho biết những khái niệm cơ bản về hệ thống điện

2 Nêu và phân tích nhừng đặc điểm công nghệ của hệ thống điện

3 Hãy cho biết chế độ điện áp của mạng điện

4 Những yêu cầu cơ bản của hệ thống điện là gi?

8 Hãy trinh bày những hiểu biết về nguồn năng lượng tái sinh và triến vọng của các nhàmáy điện sử dụng các nguồn năng lượng này

9 Hãy so sánh các hệ thống trung tính trong hệ thống điện

Chương 2

PHỤ Tẻl ĐIỆN

2.1 ĐẠI CƯƠNG

1 Khái niêm cơ bản về phụ tải

Tất cả các thiết bị máy móc dùng để biến đối điện năng thành các dạng năng lượng

khác như cơ năng, quang năng, nhiệt năng w đế trực tiếp hoặc gián tiếp phục vụ cho các

quả trinh công nghệ sản xuất và đời sống sinh hoạt được gọi là t h i ế t bi t iê u t h u đ i ê n

Tập hợp các thiết bị tiêu thụ điện dùng cho những mục đích nhất định nào đó gọi là h ô

thống điện Phụ tải điện được thể hiện qua các tham số như dòng điện, công suất, hoặc

điện năng Nói cách khác, phụ tái diện là đại lượng biếu thị mức độ tiêu thự năng lượng

của các hộ dùng điện

2 Phân loai phu tải

Có rất nhiều chủng loại thiết bị điện với chế ctộ làm việc và tầm quan trọng khác

nhau, tuỹ theo mức độ yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện mà phụ tải có thể được chia

thành các loại như sau

đến: Nguy hiểm cho tính mạng con người; Phá hỏng thiết bị đắt tiền; Phá vỡ quy trình

công nghệ sản xuất; Gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân; Gây ảnh hưởng không tốt

về chính trị, ngoại giao

Thiệt hại lớn về kinh tế do ctình trệ sản xuất, phá hỏng thiết bị; Gây hư hỏng sản phẩm;

P h á vỡ các hoạt động bình thường của đại đa số công chúng

tải được thiết kế với độ tin cậy cung cấp điện không đòi hỏi cao lắm

Dưới góc độ sử dụng điện phụ tải điện được phân thành các loại: phụ tải công nghiệp,

phụ tải giao thông, phụ tải nông nghiệp w v ề phần mình, phụ tải điện trong các điếm dân cư

lại có thế được phân thành nhóm phụ tải sản xuất phụ tải dịch vụ công cộng và phụ tẳi sinh hoạt Thường thì người ta phân loại phụ tải điện theo các nhóm sau: 1- Công nghiệp và xây dựhg; 2- Nông - lâm - thuỷ sản; 3- Dịch vụ và thương mại; 4- Quản lý và tiêu dùng dàn CƯ;

5- Các phụ tải khác (trường học, thổ thao, văn hoá, V.V.).

3 Đ ăc điểm của phu tải

a Đ ă c tí n h n g ă u n h i ê n

Phụ tải điện là một đại lượng ngẫu nhiên, nó thay đổi liên tực, chịu sự tác động của hàng loạt các yếu tố khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, thời tiết, khí hậu, tốc độ gió, tập tục sinh hoạt, kinh tế w

Sự thay đối của phụ tải nhìn chung có thế coi là quá trình ngẫu nhiên lặp lại theo một chu kỹ xác định Do đó việc phân tích phụ tải phải dựa trên các đặc tính ngẫu nhiên của chúng Trong thực tế người ta coi hàm phân phối xác suất của phụ tải điện tuân theo quy luật chuẩn với hàm mật độ xác suất là

j p - p f

f ( P h - 1 r ^ e (2.1.1)

a (P).^2n

Các đại lượng đặc trưng của phụ tải (theo công suất tác dụng) gồm:

Phụ tải điện phụ thuộc vào các yếu tố thiên văn đó là sự quay quanh mặt trời và sự

tự quay quanh mình của Trái đất Điều đó dẫn đến sự hình thành các chu trình ngày,

tháng, năm Sự hoạt động của con người hoàn toàn phụ thuộc vào các chu trình này do đó

dẫn đến sự ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sự thay đổi của phụ tải điện Tức là phụ

tải điện biến đối theo chu kỳ xác định

c Đ ă c đ i ể m m ù a vu

Phụ tải điện biến đổi phụ thuộc vào mùa vụ và thời tiết trong năm Phụ tải thường

đạt giá trị cực đại vào thời gian chính vụ, mùa hạn hán hay lũ lụt Còn ở các thời điểm

khác lưới điện thường làm việc non tải Sự chênh lệch giữa phụ tải cực đại và phụ tẳi cực

tiếu rất lớn

Ngoài các yếu tố mang tính khách quan như đã nêu ở trên, phụ tải điện còn phụ

thuộc vào các nhân tố chủ quan như sở thích của con người, phong tục tập quán của các

địa phương, các chương irình văn hoá xã hội w

2 2 CÁC THAM SỐ CHÍNH CỦA PHỤ TẢI

1 C ôn g su ât đinh m ức

Công suất định mức, đôi khi còn gọi là công suất danh định của thiết bị điện (kỹ

hiệu P J là công suất thiết kế ứng với với các điều kiện chuẩn do nhà máy ch ế tạo ghi trên

h ộ chiếu của thiết bị Nếu thiết bị làm việc với công suất định mức ở điều kiện chuẩn, thì

tuổi thọ của nó sẽ không ít hơn tuổi thọ định mức Đối với động cơ điện, công suất định

mức ghi trẽn nhãn hiệu máy, chính là công suất cơ trên trục cơ Đối với các thiết bị làm

việc ở ch ế độ ngắn hạn lặp lại, công suất định mức phải quy về chế độ làm việc dài hạn với

h ệ số tiếp điện định mức sn

p \ = Pn V8 (2.2.1)

trong đó: P n là công suất định mức quv về chế độ làm việc dài hạn;

en- hệ số tiếp điện định mức

TỊ- hệ số hiệu dụng

Trong thực tế đa số các thiết bị có r| khá lớn nên có thể coi nó xấp xỉ bằng 1 Do

đó đối với mỗi thiết bị P n~Pđ và đối với nhóm thiết bị P đ= XP„

trong đó: P t -hàm biến thiên của phụ tải theo thời gian;

Trên thụt tế phụ tải trung bình có thể xác định theo mút tiêu thụ điện năng

Ar

trong đó: A r- điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong khoang thời gian t.

Công suất tiêu thụ trung binh đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích chế độ, xác định phụ tải tính toán và tổn hao điện năng

Phụ tải trung bình theo dòng điện tính bằng biểu thức:

4 C ô n g suất cực đại

Công suất cực đại là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoang thời gian xét Phân biệt hai loại công suất cực đại:

* C ô n g s u ấ t c ự c đ ạ i ổ n đinh (PM) là công suất tiêu thụ lớn nhất tác động

trong khoảng thời gian không dưới 30 phút Đày là công suất đế đánh giá chế độ làm việc và chọn thiết bị điện theo điều kiện đốt nóng cho phép

* C ô n g s u ấ t c ư c đ ạ i đ ỉn h nhọn - PJllb là công suất lớn nhất xuất hiện trong

khoảng thời gian ngắn (ví dụ như khi khởi động động cơ) Người ta căn cứ vào giá trị phụ tải này để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy

và tính dòng điện khởi động của rơle bẳo vệ Ngoài trị số của phụ tải đinh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện nó, nếu tần số xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bỉnh thường của các thiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẻ càng cao

ba lần hằng số thòi gian đốt nóng T0của các thiết bị điện (Sau khoảng thời gian này trị số phát

nóng đạt đến 95% giá trị xác lập) Mà giá trị T q của các thiết bị mạng điện gần bằng 10 phút

6 C ôn g su ât phán kháng

Khi hoạt động, các thiết bị điện chí chuyển đổi điện năng tác dụng thành các dạng nàng lượng khác Vậy thì điện năng phản kháng có đóng vai trò gì đối với các thiết bị điện hay không? Đối với rất nhiều người, ngay cả các kỹ sư, khái niệm về công suất phản kháng dường như có một cái gỉ đó rất mơ hồ Thực ra, tuy không trực tiếp tham gia vào quá trình chuyển đổi năng lượng hữu ích của thiết bị điện, nhưng công suất phẳn kháng có vai trò rất quan trọng đối với sự hoạt động của chúng Sự hiện diện của công suất phản kháng là do

có sự tồn tại của các điện và từ trường Khi thiết bị điện tiêu thụ một công suất tác dụng p

nó cần một công suất Qc '‘điện dung” để trao đổi với điện trường và công suất “điện cảm ”

Qm đế trao đối với từ trường Xét một thiết bị điện bất kỹ ta thấy lượnq điện năng phản kháng được xác định

trong đó: dW- điện năng phản kháng, ứng với vi phân thế tích dV;

£ - cường độ điện trường;

B - cẳm ứng từ;

c, e0 - hằng số điện môi của chân không và môi trường;

ỊLI, ụQ ■ độ từ thấm của chân không và môi trường.

Công suất phẳn kháng trao đối với điện và từ trường được biếu thị bởi các côngthức:

c và Llà điện dung và điện cảm, đặc trưng cho điện và từ trường của thiết bị

Công suất Qc và Qm có dấu ngược nhau trong trường hợp chung người ta ký hiệu:

và gọi chung là công suất phản kháng

Công suất phẳn kháng đặc trưng bởi sự dao động của năng lượng trong điện và từ trường, ctó là điều kiện cần thiết cho sự hoạt động của thiết bị điện Ví dụ đối với máy biến áp công suất phẳn líháng cần thiết để duy trì từ trường trong lõi thép nó chiếm khoảng 24-3% công suất định mức Sn đối với máy biến áp trung bỉnh và 1-42% đối với máy biến áp lớn Các động cơ điện cần tiêu thụ một lượng công suất phản kháng để tạo ra từ trường quay Công suất phản kháng cần thiết cho sự điểu chỉnh điện áp và dự trữ công suất trong hệ thống điện Chúng ta sỗ còn trở lại vói công suất phản kháng trong phần nghiên cứu về chất lượng điện

biên thiên của các hệ số có một ý nghĩa hết sức quan trọng Chúng ta sỗ xét một số hệ số

cơ bản

1 H ê s ô sử dụng

Hệ số sử dụng là một trong nhũng hệ số quan trọng nhất của phụ tải điện, nó được

xác định bởi ty số giữa cônq suất tiêu thụ trung bình với cồng suất định mức của thiết bị

trong một khoảng thời gian xét (giờ, ca hoặc ngày đêm, năm w) Thời gian xét này được

gọi là chu kỳ khẳo sát T

(2.3.1)

Đối với một nhóm thiết bị :

irong đó: P ni; k^ị - công suất danh định và hệ số sử dụng của hộ tiêu thụ thứ i.

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, hay mức độ khai thác công suất của thiết bị

trong khoảng thời gian xét

2 Hệ s ô làm vỉệc

Hệ số làm việc biểu thị mức độ đóng điện vào lưới của các thiết bị điện trong

khoảng thời gian xét, đó là tỷ số giCfa thời gian đóng điện trẽn tống thời gian của chu kỳ

xét

ỉ

trong đó: t,ị “ thời gian thiết bị được đóng vào lưới;

T tống thời gian của chu kỳ xét.

3 Hệ sô lượng tải, k lt

Hệ số lượng tải hay còn gọi là hệ số mang tải, biếu thị mức độ mang tải của thiết bị

khi làm việc, nó được xác định bởi tỷ số giữa công suất tiêu thụ trung bình trong thời gian

đóng điện (PtlJ và công suất danh định (PJ

p„

Ta thử phân tích biểu thức

4 S ô lượng th iết bi h iêu du ng, nhd

Trong tính toán ta thường gặp các nhóm thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc khác nhau, điều đó làm phức tạp cho bài toán Để đơn giản hoá phương pháp tính ta giả thiết là nhóm thiết bị đồng nhất (tính chất và công suất của các thiết bị điện tương đương nhau) Ta gọi nhd là số lượng thiết bị hiệu dụng, hay đơn giản là số lượng hiệu dụng của nhóm, đó là một số quy đổi gồm có nhd thiết bị giẳ định có công suất định mức

và chế độ làm việc như nhau và tiêu thụ công suất đúng bằng công suất tiêu thụ bởi nhóm

n thiết bị thực tế Số lượng hiệu dụng được xác định theo biểu thức:

- Xác định số ỉượng thiết bị n Ị của nhòm này.

- Xốc định tổng công suất định mức của nhóm rì} thiết bị

- Tìm các giá trị tương đối:

(2.3.8)/ I

- Xác định giá trị tương đối n*hq theo biểu thức:

Hệ số cực đại được xác định bởi tỷ số giũct công suất cực đại trên công suất trung

Giá trị của hệ số cực đại phụ thuộc vào hệ số sử dụng và số lượng thụ điện trong

nhóm Có nhiều công thức thực nghiệm xác định hệ số cực đại, một trong số đó có dạng:

Trong các sổ tay thiết kế hệ số kMđược cho dưới dạng bảng biểu, phụ thuộc vào ksd

và n hc|

6 Hệ sô đ iển kín đ ồ thỉ phụ tải kđli

Hệ số điền kín đồ thị phụ tải là tỷ số giữa công suất trung bình và công suất cực đại

tronq thời gian khảo sát

Hệ số điền kín đồ thị biểu thị mức độ phân bố không đồng đều của đồ thị phụ tải,

người ta căn cứ vào hệ số này để xác định khả năng làm việc quá tải của thiết bị và đánh

giá chế độ làm việc của mạng điện

binh

(2.3.10)

(2.3.11)

(2.3.12)

7 Hệ s ố đồng thời kđị

Với đặc tính ngẫu nhiên, các hộ dùng điện không phải lúc nào cũng được đóng

trong mạng, mà ở từng thời điểm nhất định một số này được đóng, số khác lại được cắc ra

Tính chất này của phụ tải được biếu thị bởi hệ số đồng thời k^ Nhìn chung hệ sô kđt phụ thuộc vào số thụ điện trong mạng Số thụ điện càng lớn thì hệ số ka càng giảm Già sử

trong nhóm n thiết bị ở thời điểm xét có m thụ điện được đóng vào lưới thì hệ số đồng thời

kỳ vọng toán M(m) = np

và phương sai D(m) = np q ,

trong đó: p là xác suất đóng trung bình;

q = l- p là xác suất không đóng của thiết bị

Khi số lượng n khá lớn có thể coi sự phân bố của phụ tải tuân theo quy luật phân

bố chuẩn, lúc đó xác suất dóng m thiết bị vào lưới được xác định theo biếu thức:

m = np + 1,5 y/npq

Chia hai vế của phương trình này cho n ta được

(2.3.16)

trong đó: p là xác suất đóng trung bình;

q = l- p là xác suất khồng đóng của thiết bị.

Theo công thức (2.3.16) này nếu giá trị tính toán lớn hơn 1 thì lấy bằng 1.Trường

hợp nhóm thụ điện không đồng nhất thi thay n bằng giá trị hiệu dụng nM, lúc đó:

Đây là biểu thức cho phép xác định hệ số đồng thời theo các đặc tính xác suất

thông kê Đế đơn giản cho việc thiết kế, người ta tính sẵn giá trị của hệ số đồng thời phụ

thuộc: vào số lượng thụ điện, ứng với một xác suất đóng nhất định nào đó cho trong các sổ

tay thiết kế Cần lưu ỹ là hệ số đồng thời được xác định ứng với từng thời điểm cụ thế,

thường là giờ cao điểm ban đêm và cao điểm ban ngày

8 Hệ s ô nhu cầu knc

Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa công suất tính toán và công suất định mức của nhóm

thiết bị dùng điện

Do biêu thị mối quan hệ giữa hai tham số cơ bản nhất của phụ tải là tham số ra

(Ptl) và tham số vào (Pn), nên hệ số nhu cầu là một trong những hệ số quan trọng được sử

dụng rất nhiều trong tính toán phụ tải Trước hết ta xét nhóm thụ điện đồng nhất Theo lý

thuyết xác suất thống kê, công suất cực đai có thể biếu diễn thông qua các giá trị của tập

quan sát

trong đó: P tb- Kỳ vọng toán hay giá trị trung bình của phụ tải;

- Độ lệch tiêu chuẩn hay độ lệch trung bình bỉnh phương của tập tổng quát

Từ biểu thức (2.3.1) ta suy ra:

Thay ơ = k Plb và chia 2 vế (2.3.22) cho tổng công suất định mức ZP,h và sau một

vài biến đổi ta được:

trong đó: p - Công suất tiêu thụ trong thời gian tị.

Hệ số hình dáng đặc trưng sự không đồng đều của đồ thị phụ tải theo thời gian

1 0 Hệ s ô tham gia vào cự c đai kjM

Hệ số tham gia vào cực đại là tỷ số giữa công suất tiêu thụ của thiết bị hoặc nhóm

thiết bị ở giờ cao điểm và công suất cực đại của chúng (hình 2.3.1).