Giải bài tập Cung cấp điện bao gồm lý thuyết giảng dạy, bài tập và lời giải bài tập,đề thi cuối kỳ và đề thi giữa kỳ. Tài liệu gồm ba phần chính bao gồm Lý thuyết, Bài tập và lời giải, đề thi giữa kỳ cuối kỳ kèm lời giải. Trong quá trình giải chắc chắn có sự sai sót rất mong các bạn đọc thông cảm.
Khái niệm chung về hệ thống điện
Những đặc điểm chung của quá trình sản suất điện năng
Điện năng sản xuất ra thường không thể tích trữ, ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ như pin và ắc quy Do đó, cần phải duy trì sự cân bằng liên tục giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng.
- Quá trình về điện xảy ra rất nhanh
- Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân.
Các dạng nguồn điện
• Nhà máy thủy điện: Quá trình biến đổi năng lượng:
Thủy năng (của cột nước) → Cơ năng (tua bin nước) → Điện năng (máy phát điện)
• Nhà máy nhiệt điện: Quá trình biến đổi năng lượng:
- Nhiệt năng (của than) → cơ năng (tua pin) → điện năng (máy phát điện) => nhà máy nhiệt điện chạy than
- Nhiệt năng (của khí gas) → cơ năng (tua pin khí) → điện năng (máy phát điện) => nhà máy nhiệt điện chạy khí
- Nhiệt năng (của dầu) → cơ năng (động cơ điezen) → điện năng (máy phát điện) => nhà máy nhiệt điện điezen
• Nhà máy điện nguyên tử: Quá trình biến đổi năng lượng:
Nhiệt năng (do phản ứng hạt nhân) → cơ năng → điện năng (máy phát điện)
+ Khả năng làm việc độc lập
+ Vận hành linh hoạt, hiệu suất
+ Nguy hiểm cho người và thiết bị do phóng xạ
Ngoài ra, còn tồn tại nhiều loại nhà máy điện khác nhau, bao gồm nhà máy điện gió chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng, nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời để sản xuất điện, và nhà máy địa nhiệt chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng và sau đó thành điện năng.
Các khái niệm chung về hệ thống điện
Hệ thống điện là một mạng lưới phức tạp bao gồm các nguồn điện và phụ tải điện, được kết nối thông qua các trạm biến áp, trạm cắt, trạm biến đổi dòng điện và mạng điện, với nhiều cấp điện áp định mức khác nhau.
- Thông số của hệ thống điện là các thông số của các phần tử trong hệ thống điện
Chế độ của hệ thống điện bao gồm các quá trình và trạng thái làm việc diễn ra trong hệ thống tại một thời điểm hoặc trong khoảng thời gian nhất định.
- Thông số chế độ là các chỉ tiêu của của công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp, dòng điện, tần số…
- Chế độ xác lập bình thường là chế độ làm việc thường xuyên của hệ thống điện
- Chế độ quá độ được đánh giá bởi thời gian quá độ và biên độ của các thông số chế độ
Theo cấp điện áp: siêu cao áp (500 kV), cao áp (220 và 110 kV), trung áp (22 và
6 kV), và hạ áp 0.4 kV
Theo nhiệm vụ: lưới truyền tải (500, 220, và 110 kV) và lưới phân phối (22, 6, và 0.4 kV)
Theo sơ đồ mạng điện: mạng điện kín và mạng điện hở
Mạng điện có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, bao gồm mạng điện khu vực, mạng điện địa phương, mạng điện đô thị, mạng điện nông thôn và mạng điện xí nghiệp Ngoài ra, các loại mạng điện cũng có thể chia thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng xoay chiều và mạng một chiều.
Các yêu cầu đối với mạng điện
• Liên tục cung cấp điện
Phụ tải loại 1 là những hệ thống không thể chịu đựng mất điện, vì sự cố này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng về chính trị, đe dọa tính mạng con người và dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn do gián đoạn sản xuất và hư hỏng thiết bị.
Phụ tải loại 2 có thể gây ra những tác động kinh tế nghiêm trọng khi mất điện, bao gồm ảnh hưởng lớn đến sản lượng sản xuất, tạo ra phế phẩm và cản trở việc hoàn thành kế hoạch sản xuất, đồng thời gây khó khăn trong giao thông.
- Phụ tải loại 3: Là những phụ tải không thuộc những loại trên
• Đảm bảo chất lượng điện: điện áp và tần số
• Chỉ tiêu kinh tế cao
- Chi phí đầu tư thấp
- Chi phí tổn thất điện năng trong mạng điện thấp
• An toàn đối với con người
Một mạng điện ưu việt là mạng có khả năng phát triển, tính khả thi và linh hoạt trong quá trình vận hành.
Phụ tải điện
Định nghĩa, phân loại
• Định nghĩa: Phụ tải điện là đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị điện hoặc các hộ tiêu thụ điện năng
Đồ thị phụ tải
• Đồ thị phụ tải hàng ngày
• Đồ thị phụ tải hàng năm
- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax
- Chọn dung lượng máy biến áp
- Đánh giá mức độ sử dụng điện
Các hệ số đặc trưng cho thiết bị tiêu thụ điện
Công suất đặt của động cơ được tính như sau: c đ đ đ m
Pđ - công suất đặt của động cơ
Pđm - công suất định mức của động cơ
đc - hiệu suất định mức của động cơ Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, công thức quy đổi như sau:
- Đối với động cơ điện: P đ P đm đm
- Đối với hàn: P đ S đm cos đm
- Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian:
- Phụ tải trung bình tính theo dòng điện:
- Phụ tải trung bình là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng
• Phụ tải trung bình bình phương:
- Công suất trung bình bình phương Ptbbp là công suất sau khoảng thời gian bất kỳ và được xác định theo biểu thức:
- Dòng điện trung bình bình phương:
• Phụ tải cực đại P max là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương
Phụ tải cực đại là yếu tố quan trọng trong việc tính toán tổn thất công suất lớn nhất và lựa chọn các thiết bị điện Việc chọn dây dẫn và dây cáp cần dựa trên mật độ dòng điện kinh tế để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong hệ thống điện.
• Phụ tải đỉnh nhọn P đn là phụ tải cực đại kéo dài trong khoảng thời gian từ 1-2 giây
- Đối với một động cơ, dòng điện đỉnh nhọn chính là dòng mở máy: đn mm mm đm
I I k I kmm - bội số mở máy của động cơ + Đối với động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc kmm = 5÷7
+ Đối với động cơ điện một chiều hoặc động cơ không đồng bộ rôto dây quấn thì kmm
+ Đối với máy biến áp và lò điện hồ quang kmm ≥ 3
Khi một nhóm máy hoạt động, dòng điện đỉnh nhọn sẽ xuất hiện khi máy có dòng điện mở máy lớn nhất trong nhóm, trong khi các máy khác vẫn hoạt động bình thường.
Do đó công thức tính:
Imm(max) - là dòng điện mở máy lớn nhất trong các dòng điện mở máy của các động cơ trong nhóm
Itt - dòng điện tính toán của nhóm máy ksd - hệ số sử dụng của động cơ có dòng mở máy lớn nhất
Iđm(max) - dòng điện định mức của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn
Phụ tải đỉnh nhọn được sử dụng để kiểm tra độ dao động điện áp, đánh giá điều kiện tự khởi động của động cơ, lựa chọn dây chảy cầu chì và tính toán dòng khởi động của rơle bảo vệ.
Phụ tải tính toán là phụ tải giả định lâu dài và ổn định của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện Nó tương đương với phụ tải thực tế, biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt nặng nề nhất.
Hệ số sử dụng ksd ≤ 1 là tỷ lệ giữa phụ tải tác dụng trung bình và công suất đặt trong một khoảng thời gian nhất định, được gọi là chu kỳ xem xét tck, có thể là giờ, ca hoặc ngày đêm.
- Đối với một thiết bị: tb sd đm k p
- Đối với một nhóm thiết bị
1 n tbi tb i sd n đm đmi i
- Nếu có đồ thị phụ tải
Hệ số đóng điện cho hộ tiêu thụ k đóng là tỷ lệ giữa thời gian đóng điện cho hộ tiêu thụ (tđóng) và tổng thời gian của chu kỳ xem xét (tck) Thời gian đóng điện (tđóng) trong một chu kỳ bao gồm tổng thời gian làm việc (tlv) và thời gian chạy không tải (tkt).
Hệ số đóng điện của nhóm hộ tiêu thụ được xác định như sau:
Hệ số phụ tải k pt, hay còn gọi là hệ số mang tải, là tỷ lệ giữa công suất thực tế tiêu thụ (phụ tải trung bình trong thời gian sử dụng) và công suất định mức.
thuc te tbthuc te đm đm đm đóng đóng đóng tb ck sd pt sd pt
Hệ số cực đại k max ≥ 1 là tỷ lệ giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian xem xét Hệ số này giúp đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng và xác định khả năng cung cấp điện trong các hệ thống điện.
1,5 1 tt 1 sd tb hq sd
Hệ số nhu cầu k nước có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 1, được xác định là tỷ số giữa công suất tính toán trong điều kiện thiết kế hoặc công suất tiêu thụ trong điều kiện vận hành với công suất đặt (công suất định mức) của nhóm hộ tiêu thụ.
max. tt tt tb nc sd m đ m b đ t
Hệ số hình dáng k hd là tỷ số giữa công suất trung bình bình phương của một hộ tiêu thụ hoặc nhóm hộ tiêu thụ và giá trị trung bình của nó trong thời gian khảo sát Công thức tính hệ số này là tbbp hdp tb k P.
Hệ số điền kín đồ thị phụ tải không điều kiện (kđk) là tỷ lệ giữa công suất tác dụng trung bình và công suất cực đại trong thời gian khảo sát Công thức tính hệ số này là: kđk = P trung bình / P cực đại Việc hiểu rõ hệ số này giúp đánh giá hiệu quả sử dụng điện năng trong các hệ thống điện.
P max max tb 1 đ k tb tt
Hệ số đồng thời k đt là tỷ lệ giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện và tổng công suất tác dụng tính toán cực đại của nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt kết nối tại nút đó.
- Đối với đường dây cao áp của hệ thống cung cấp điện trong xí nghiệp lấy gần đúng kđt = 0,85÷1,0
- Đối với thanh cái của trạm xí nghiệp và các đường dây tải điện (của hệ thống cung cấp điện bên ngoài) thì kđt = 0,9÷1,0
Số thiết bị hiệu quả n hq là hệ số quy đổi giữa số thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc tương đồng, nhằm tạo ra phụ tải tính toán tương ứng với phụ tải thực tế tiêu thụ bởi n thiết bị đó.
- Nếu tất cả các thiết bị trong nhóm có công suất định mức như nhau thì nhq = n
- Nếu các hộ tiêu thụ của nhóm có công suất khác nhau thì nhq < n
Phương pháp đơn giản tính n hq :
- Nếu n ≥ 4 và m ≤ 3: nhq = n Với ủm max ủm min m P 3
- Khi m > 3 và ksd ≥ 0,2 thì số nhq có thể xác định theo công thức:
Nếu như công thức trên, tính ra nhq có giá trị lớn hơn n, thì ta lấy: nhq = n
- Khi m > 3 và ksd < 0,2 thì không thể dùng phương pháp đơn giản hóa để tính nhq như đã nêu ở trên, mà phải xác định nhq theo công thức:
n n1 là số thiết bị có công suất lớn hơn một nửa công suất của thiết bị lớn nhất trong nhóm
Số thiết bị hiệu quả nhq của nhóm các thiết bị một pha được xác định theo công thức sau:
là tổng công suất định mức của các thiết bị một pha tại nút khảo sát
Pđm max - là công suất định mức của thiết bị một pha lớn nhất.
Cách xác định phụ tải tính toán
• Nguyên tắc chung: Tính từ thiết bị dùng điện ngược trở về nguồn
- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối
- Chọn số lượng và công suất máy biến áp của trạm biến áp
- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối
- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ
• Phương pháp xác định phụ tải tính toán:
- Theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm
- Tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất
- Theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu cầu knc
- Theo hệ số cực đại kmax và công suất trung bình Ptb (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả nhq hay phương pháp sắp biểu đồ)
- Tính phụ tải tính toán cho các thiết bị một pha
• Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm
- Phụ tải tính toán khi biết số lượng sản phẩm sản xuất trong ca mang tải lớn nhất
- Phụ tải tính toán khi biết số lượng sản phẩm sản xuất trong cả năm
Mca - số lượng sản phẩm sản xuất trong một ca
Tca - thời gian của ca phụ tải lớn nhất, giờ
W0 - suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kW/một đơn vị sản phẩm
Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất, giờ
• Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất
Trong đó p0 - suất phụ tải trên 1 m 2 diện tích sản xuất, kW/m 2
Xác định phụ tải tính toán P tt theo công suất đặt P đ và hệ số nhu cầu k nc
P k p 2 2 cos tt tt tt tt
- Trong một nhóm thiết bị nếu một hệ số cosφ của các thiết bị không giống nhau thì phải tính hệ số trung bình:
.cos cos cos cos n n tb n
Phụ tải tính toán tại điểm nút trong hệ thống cung cấp điện được xác định bằng tổng phụ tải của các nhóm thiết bị kết nối đến nút đó, bao gồm cả hệ số đồng thời.
• Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình P tb
(còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq hay phương pháp sắp biểu đồ)
tt max ca max sd ủm
- Trường hợp 1: n ≤ 3, nhq < 4: phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
Khi thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
- Trường hợp 2: n > 3, nhq < 4: công thức tính
Khi không có số liệu chính xác về kpt và cosđm, ta có thể lấy giá trị trung bình của chúng như sau:
+ Đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn: kpt = 0,9 và cosđm = 0,8
+ Đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: kpt = 0,75 và cosđm = 0,7
Hệ số cực đại kmax phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả nhq và hệ số sử dụng ksd: max ( hq , sd ) k f n k
Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng như máy bơm và quạt nén khí, phụ tải tính toán có thể được xác định bằng phụ tải trung bình.
• Tính phụ tải tính toán cho các thiết bị một pha
Nếu khong cân bang 0,15 cân bang
Thì Ptt 1pha = Ptt 3pha
P khoâng caân baèng 0,15 P caân baèng
Thì phụ tải tính toán quy đổi về ba pha Ptt (3 pha) của các thiết bị một pha được tính như sau:
+ Nếu thiết bị một pha nối vào điện áp pha của mạng điện thì:
+ Nếu thiết bị một pha nối vào điện áp dây của mạng thì:
Trong mạng điện, khi có thiết bị một pha kết nối vào điện áp pha và thiết bị một pha kết nối vào điện áp dây, cần quy đổi các thiết bị nối vào điện áp dây thành thiết bị nối vào điện áp pha để đảm bảo tính đồng nhất trong hệ thống.
Hệ số quy đổi phụ tải một pha nối vào điện áp dây thành phụ tải một pha nối vào điện áp pha của mạng
Hệ số công suất của phụ tải
0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,9 1,0 p(ab)a, p(bc)b, p(ac)c p(ab)b, p(bc)c, p(ac)a q(ab)a, q(bc)b, q(ac)c q(ab)b, q(bc)c, q(ac)a
Chọn các phần tử trong hệ thống cung cấp điện
Những điều kiện chung
- Về điện áp: Điện áp khí cụ điện được chọn phải thỏa mãn yêu cầu sau:
UđmKCĐ + ∆UđmKCĐ ≥ Uđm.mạng + ∆Uđm.mạng
Trị số độ lệch điện áp cho phép tương đối so với điện áp định mức của khí cụ điện
Máy biến dòng điện 1,1 Uđm
Máy biến dòng điện: 1,1 Uđm
IđmKCĐ ≥ Ilvmax Đối với máy biến áp và máy biến dòng điện cho phép quá tải nên:
IđmKCĐ.kqt ≥ Ilvmax kqt – hệ số quá tải của thiết bị điện
35 cp xq cp ủmK cp
θcp – nhiệt độ cho phép nhỏ nhất đối với các thành phần riêng lẻ của khí cụ điện θxq – nhiệt độ môi trường xung quanh
+ Nếu θxq < 35 0 C thì dòng điện có thể tăng lên 0,005 IđmKCĐ mỗi khi nhiệt độ giảm xuống 1 0 C so với +35 0 C, nhưng tất cả không được vượt quá 0,2.IđmKCĐ
- Kiểm tra ổn định lực điện động
+ Điều kiện kiểm tra ổn định động của khí cụ điện là: iđđmKCĐ ≥ ixk
Để đảm bảo an toàn cho các khí cụ điện, điều kiện cần thiết là IđđmKCĐ ≥ Ixk, trong đó IđđmKCĐ đại diện cho trị số biên độ và hiệu dụng của dòng ổn định động định mức, còn Ixk là trị số biên độ và hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích.
Đối với thanh dẫn, điều kiện cần tuân thủ là: σtt ≤ σcp, trong đó σtt là ứng suất tính toán khi có ngắn mạch, và σcp là ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo.
- Kiểm tra về ổn định nhiệt
+ Khí cụ điện sẽ ổn định nếu thỏa mãn điều kiện sau:
Iđmnh – dòng điện ổn định nhiệt định mức
I∞ là dòng ngắn mạch vô cùng, trong khi tqđ là thời gian tác động quy đổi của dòng điện ngắn mạch khi kiểm tra ổn định nhiệt của khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác Thời gian ổn định nhiệt định mức được ký hiệu là tđmnh.
Chọn và kiểm tra máy cắt điện có điện áp cao hơn 1000V
• Các điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt
STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức để chọn và kiểm tra
1 Điện áp định mức, kV UđmMCĐ ≥ Uđm.mạng
2 Dòng điện định mức, A IđmMCĐ ≥ Ilvmax
3 Dòng điện ổn định lực điện động, kA imax ≥ ixk
4 Dũng điện ổn định nhiệt trong thời gian tụđn, A oõủn gt oõủn
5 Công suất cắt định mức, MVA Sđmcắt ≥ SN(tN)
Dòng điện ổn định nhiệt của máy cắt Iôđn trong lý lịch máy thường cho ứng với thời gian: 1s; 5s và 10s.
Chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải
STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức để chọn và kiểm tra
1 Điện áp định mức, kV U đmMCPT ≥ U đm.mạng
2 Dòng điện định mức, A I đmMCPT ≥ I lvmax
3 Dòng điện ôđlđđ, kA i max ≥ i xk hoặc I max ≥ I xk
4 Dòng điện ôđn trong thời gian t ôđn, A gt o o
5 Dòng điện đm của cầu chì, A I đmCC ≥ I lvmax
6 Công suất cắt định mức, MVA S đmcat S " 3 U đmmang " I
Chọn và kiểm tra dao cách ly
• Các điều kiện chọn giống như máy cắt điện nhưng không cần kiểm tra ngắn mạch
Chọn và kiểm tra cầu chì
• Các điều kiện chọn và kiểm tra:
STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1 Điện áp định mức U đmCC, kV U đmCC ≥ U đm.mạng
2 Dòng điện định mức I đmCC, A I đmCC ≥ I lvmax
3 Công suất cắt định mức S đm cắt CC Sđm cắt CC ≥ S "
• Cầu chì bảo vệ động cơ:
- Theo điều kiện làm việc bình thường:
pt ủmủc ủmCC lvủc ủm
- Theo điều kiện mở máy:
+ Khi mở máy nhẹ: mCC 2,5 đ I mm
+ Đối với máy hàn: mCC 1,6 đ I mm
+ Nếu một đường dây cung cấp cho nhiều động cơ:
Imm - dòng điện mở máy của động cơ có hiệu số (I mm - I lvđc ) lớn nhất
Chọn và kiểm tra sứ cách điện
• Các điều kiện chọn và kiểm tra sứ cách điện:
STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1 Điện áp định mức Uđm.sứ, kV Uđm.sứ ≥ Uđm.mạng
2 Dòng điện định mức đối với sứ xuyên và sứ đầu ra Iđm.sứ, A Iđm.sứ ≥ Ilvmax
3 Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ Fcp, kG F cp F tt ' k F tt
4 Dòng điện ổn định nhiệt cho phép đối với sứ xuyên và sứ đầu ra, kA Iôđn ≥ I∞
- Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ:
- Lực tác dụng đặt ở trọng tâm tiết diện thanh dẫn được xác định:
F 1,76.10 i , kGl a l – khoảng cách giữa hai sứ trên cùng một pha, cm a – khoảng cách giữa hai pha, cm
Chọn và kiểm tra thanh dẫn
• Các điều kiện chọn thanh dẫn:
- Chọn tiết diện thanh dẫn theo mật độ dòng kinh tế
Mật độ dòng kinh tế Jkt
Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax dưới 3000 giờ 3000÷5000 giờ trên 5000 giờ
Dây trần và thanh cái bằng đồng
Dây trần và thanh cái bằng nhôm
Cáp cách điện bằng giấy và dây dẫn bọc cao su
Cáp đồng cách điện bằng cao su
Để chọn tiết diện thanh dẫn, cần đảm bảo điều kiện phát nóng k1.k2.k3.Icp ≥ Itt Hệ số hiệu chỉnh k1 phụ thuộc vào cách lắp đặt thanh dẫn: k1 = 1 cho thanh dẫn đặt đứng và k1 = 0,95 cho thanh dẫn nằm ngang Hệ số k2 được xác định theo số lượng thanh ghép lại, với k2 = 1 cho thanh dẫn đơn Cuối cùng, k3 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, với giá trị k3 = 0,95 khi t = 30°C.
• Các điều kiện kiểm tra thanh dẫn:
- Kiểm tra thanh dẫn theo điều kiện ổn định động: cp tt
Với thanh dẫn nhôm σ cp.Al = 700 ÷ 900 kG/cm 2 ; với thanh dẫn đồng σ cp.Cu = 1400 kG/cm 2 , thanh dẫn thép σ cp.thép = 1600 kG/cm 2
Các bước tính toán σtt a Đối với thanh dẫn đơn
→ Xác định lực tính toán Ftt
Khi thanh dẫn có 2 nhịp
Khi thanh dẫn có từ 3 nhịp trở lên
M kG cm Ứng xuất tính toán trong vật liệu thanh dẫn
W - moment chống uốn của các loại thanh dẫn
Nếu điều kiện không được thỏa mãn, thì ta phải giảm ứng suất tính toán bằng các biện pháp sau :
+ Tăng khoảng cách a giữa các pha
+ Giảm khoảng cách l giữa các sứ
+ Nếu thanh cái đang bố trí thẳng đứng thì ta bố trí lại thành nằm ngang
• Cách tính W trong những trường hợp khác nhau: b Đối với thanh dẫn ghép Ứng suất tính toán bao gồm hai thành phần: σpha và σriêng
+ σpha xác định giống như thanh dẫn đơn, chỉ khác Wg = 2Wđ
+ Tính σriêng: Muốn giảm ứng suất trong thanh dẫn trên các nhịp, ta đặt các miếng đệm cách đều nhau một khoảng l1:
Lực tác dụng lên thanh dẫn trên một đơn vị chiều dài l1:
Hệ số hình dáng hhd, xác định theo đường cong cho sẵn quan hệ: hd ; a b b k f h b h
Môment uốn trên độ dài giữa hai miếng đệm:
M F l 12 Ứng suất toàn phần trong vật liệu thanh dẫn tt pha rieâng cp
+ Xác định khoảng cách cho phép lớn nhất giữa hai miếng đệm σtt = σcp
Khi đó, σriêng.cp = σcp - σpha
Khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm sẽ được xác định theo
12 .W l f f - lực tác dụng giữa các thanh trên 1cm chiều dài thanh dẫn, kG.cm
- Kiểm tra thanh dẫn theo điều kiện ổn định nhiệt:
S S I t α - hệ số nhiệt, đối với đồng αCu = 6, nhôm αAl = 11, thép αthép = 15.
Chọn và kiểm tra tiết điện dây và cáp
• Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép ΔU cp
Tính tổn thất điện áp:
Trị số cho phép của thành phần ΔU ’
Tiết diện của dây dẫn cần tìm là:
ρ – điện trở suất của vật liệu dây dẫn
• Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện phát nóng cho phép I cp
Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k1 được áp dụng cho môi trường đặt dây và cáp, trong khi k2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ tính đến số lượng dây hoặc cáp cùng nằm trong một rãnh.
+ Nếu bảo vệ bằng cầu chì:
Với mạch động lực: α = 3, với ánh sáng sinh hoạt: α = 0.3
+ Nếu bảo vệ bằng áptomát:
I I k k I + Ổn định nhiệt dòng ngắn mạch:
F I t Đối với cáp nhôm: α = 11 Đối với cáp đồng: α = 6 + Tổn thất điện áp: max cp 5% đ m
- Hiệu chỉnh điện trở của dây dẫn theo nhiệt độ môi trường đặt dây dẫn:
2 20 0 1 2 20 t C r r t α - hệ số nhiệt điện trở, 0 C -1 , đối với đồng α = 0,00393 0 C -1 ; đối với nhôm α = 0,0039 0 C -1
• Lựa chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn quốc tế IEC
Chọn và kiểm tra máy biến dòng điện
• Các điều kiện chọn và kiểm tra máy biến dòng
Số TT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1 Điện áp định mức, kV UđmBI ≥ Uđm.mạng
2 Dòng điện sơ cấp định mức, A I1đmBI ≥ Ilvmax
3 Phụ tải định mức cuộn thứ cấp, VA S2đmBI ≥ S2tt
4 Hệ số ổn định lực điện động
5 Lực tác dụng cho phép lên đầu sứ, kG cp tt 0,88.10 2 l xk 2
6 Hệ số ổn định nhiệt
Chọn và kiểm tra máy biến điện áp
• Các điều kiện chọn và kiểm tra máy biến điện áp
Số TT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1 Điện áp định mức sơ cấp, kV U1đm ≥ Uđm.mạng
2 Phụ tải một pha,VA S2đmfa ≥ S2ttfa
S2đmfa - công suất định mức của máy biến điện áp, VA
S2ttfa - công suất tính toán, VA
Pdc, Qdc – tổng công suất tác dụng và tổng công suất phản kháng của các dụng cụ nối vào mạch thứ cấp.
Chọn và kiểm tra thiết bị có điện áp đến 1000V
Các thiết bị điện áp thấp (U < 1000 V) như cầu dao, áptômát, côngtắctơ và cầu chì được lựa chọn dựa trên điện áp và dòng điện định mức Đặc biệt, các thiết bị có khả năng cắt dòng ngắn mạch như aptômát và cầu chì cần được kiểm tra thêm theo điều kiện công suất cắt để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng.
Chương 4 Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng cung cấp điện
4.1 Ý nghĩa của vấn đề tổn hất công suất và tổn thất điện năng trong mạng cung cấp điện
• Quá trình truyền tải điện năng:
Nhà máy điện → truyền tải và phân phối (sử dụng dây dẫn và máy biến áp) → Hộ tiêu thụ điện
Tổn thất điện năng chủ yếu xuất phát từ dây dẫn và máy biến áp (ΔP, ΔQ), dẫn đến điện năng tổn thất (ΔA) sinh nhiệt, làm nóng các thiết bị này mà không mang lại hiệu quả sử dụng nào.
• Mạng điện nhỏ: ΔP và ΔA không đáng kể
• Hệ thống điện lớn: tổn thất đáng kể, khoảng 10% ÷ 15% công suất truyền tải
- ΔP và ΔA → Vốn đầu tư nguồn phát cao → Chi phí nhiên liệu lớn → Giá bán điện cao → Không có lợi cho phát triển kinh tế và phục vụ dân sinh
- ΔQ → Không đủ công suất phản kháng cho hộ dùng điện → Trang bị thêm thiết bị phát công suất phản kháng → Chi phí đầu tư cao → Giá bán điện cao
Nghiên cứu về tổn thất điện năng là một nhiệm vụ quan trọng và cấp bách đối với cả các nhà thiết kế và người quản lý vận hành lưới điện Việc hiểu rõ vấn đề này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu lãng phí năng lượng trong hệ thống điện.
Tổn thất công suất (ΔP, ΔQ)
4.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện
4.2.1.1 Trường hợp đường dây có một phụ tải
4.2.1.2 Trường hợp đường dây có nhiều phụ tải
4.2.1.3 Tổn thất công suất trên dường dây có phụ tải phân bố đều
4.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp
4.2.2.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp hai dây quấn
4.2.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu
4.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện
4.2.1.1 Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện trường hợp có một phụ tải: ΔP trên đường dây dẫn điện xoay chiều ba pha:
ΔQ trên đường dây dẫn điện xoay chiều ba pha:
I – dòng điện toàn phần chạy trên đường dây
R, X – điện trở và điện kháng của đường dây
4.2.1.2Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện trường hợp có nhiều phụ tải:
Hình 1 Đường dây của mạng điện có hai phụ tải
Tính toán tổn thất công suất trên đường dây có 2 phụ tải:
- Tổn thất công suất trên đường dây của đoạn 2:
- Công suất S 2 ' ở đầu đoạn đường dây 2 bằng:
- Công suất tại điểm cuối đoạn 1 là:
- Tổn thất công suất trên đường dây của đoạn 1 bằng:
- Tổn thất công suất dọc đường dây từ A đến C bằng:
- Trong mạng địa phương có thể coi S c S 2 ' , khi đó:
4.2.1.3 Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều
Hình 2 Sơ đồ tính toán đường dây có phụ tải phân bố đều
Dòng điện phụ tải tổng (hình 2a):
i – dòng điện trên 1 đơn vị chiều dài (A/m) dl – một nguyên tố chiều dài
L – chiều dài toàn bộ đường dây (m)
- Tổn thất công suất 3 pha trên một nguyên tố chiều dài d cách đầu đường dây l sẽ bằng:
- Tổn thất công suất trên toàn bộ đường dây:
- Tổn thất công suất trong đường dây có phụ tải tập trung (hình 2b):
- ΔP trên đường dây có phụ tải phân bố đều chỉ bằng 1/3 ΔP trên đường dây có phụ tải tập trung (cùng I và L)
4.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp
4.2.2.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp hai dây quấn a Phần không đổi
• Tổn thất sắt trong máy biến áp (MBA) (ΔSFe):
ΔPFe = ΔP0 – tổn thất công suất tác dụng khi MBA không tải Giá trị này được tham khảo từ bảng do nhà sản xuất cung cấp ΔQFe đại diện cho tổn thất gây ra từ lõi sắt.
Sđm – công suất định mức của MBA b Phần thay đổi
• Đây là tổn thất trên cuộn dây của MBA (tổn thất đồng ΔSCu):
• Khi phụ tải MBA là định mức:
- Tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây MBA bằng tổn thất công suất tác dụng lúc làm thí nghiệm ngắn mạch:
- Tổn thất công suất phản kháng trong cuộn dây MBA bằng tổn thất tản từ:
• Đối với MBA lớn, R