Bài giảng Mạng lưới điện - Nguyễn Mạnh Hà

Bài giảng Mạng lưới điện cung cấp cho người học những kiến thức như:Cơ sở kỹ thuật điện; Những vấn đề cơ bản về hệ thống điện và quy hoạch cấp điện; Trạm biến áp cấp điện; Tính toán nhu cầu điện; Tính toán mạng điện; Cấu trúc mạng điện và các phương án bố trí tuyến đường dây tải điện.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG

KHOA KỸ THUẬT ĐÔ THỊ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG

BÀI GIẢNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN

(Dành cho sinh viên ngành Quy hoạch)

Biên soạn: Nguyễn Mạnh Hà

Đà Nẵng, tháng 03 năm 2015

Trang 2

Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN

1.1 Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng của mạch điện

1.1.1 Dòng điện

- Là dòng chuyển dịch có hướng của các điện tích

- Độ lớn của dòng điện được xác định từ biểu thức: dq

i dt

= , trong đó dq là lượng điện tích chuyển dịch qua một tiết diện ngang trong thời gian dt

- Đơn vị : Ampe, ký hiệu A

Độ lớn dòng điện được gọi là cường độ dòng điện, đơn vị là Ampe, ký hiệu là A

- Chiều dòng điện: Quy ước chiều dòng điện là chiều chuyển dịch của các điện tích dương Trong dây dẫn điện chỉ có các điện tích âm (là electron) nên chiều dòng điện quy ước

sẽ ngược với chiều chuyển động của electron

- Để đo dòng điện người ta dùng Ampe kế (còn gọi là Ampe met) mắc nối tiếp với mạch điện cần đo Trường hợp dòng điện lớn hơn 5A, người ta phải dùng thiết bị biến đổi dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ (gọi là biến dòng) trước khi đo bằng Ampe kế

1.1.2 Điện áp:

- Điện áp được định nghĩa là hiệu điện thế giữa 2 điểm bất kỳ của mạng điện

- Độ lớn của điện áp là UAB = ϕA-ϕB, trong đó ϕA là điện thế ở điểm A so với đất và ϕB

là điện thế điểm B so với đất

Ampe kế

Biến dòng điện

Chiều chuyển động của e Chiều dòng điện quy ước

Trang 3

Nếu đo điện áp giữa 2 điểm trên cùng một dây dẫn người ta còn gọi đó là điện áp rơi hay điện áp tổn thất

- Đơn vị đo điện áp là Vôn, ký hiệu V, ngoài ra còn dùng đơn vị kV

- Chiều điện áp: Quy ước từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp

- Để đo điện áp người ta dùng Vôn kế (còn gọi là Vôn met) mắc song song với mạch điện cần đo Trường hợp điện áp lớn hơn 100V, người ta phải dùng thiết bị biến đổi điện áp lớn xuống điện áp nhỏ (gọi là biến điện áp) trước khi đo bằng Vôn kế

1.1.3 Công suất

Các thiết bị điện khi hoạt động sẽ tiêu thụ năng lượng điện để sinh công hữu ích như cơ năng trên trục quay của động cơ, quang năng của đèn điện, nhiệt năng trong bếp điện, Một số thiết bị điện (như quạt, bơm nước, ) ngoài việc tiêu thụ công suất hữu ích nó

còn tiêu thụ một loại công suất suất đặc biệt gọi là công suất phản kháng Loại công suất này

chỉ nạp/phóng trên đường dây điện, về thực chất thiết bị điện không tiêu thụ nó nên còn được

gọi là công suất vô công Như vậy trong mạng điện tồn tại các loại công suất khác nhau gồm:

- Công suất tác dụng (ký hiệu P ): là công suất mà thiết bị điện tiêu thụ từ lưới điện để

chuyển thành công suất hữu ích Công suất hữu ích có thể ở dạng nhiệt (bếp điện), ở dạng cơ năng (quạt, bơm nước, ) ở dạng quang năng (đèn điện) và nhiều dạng năng lượng khác Đơn vị đo công suất tác dụng là W, kW

Trang 4

- Công suất phản kháng (ký hiệu Q): là công suất vô công mà thiết bị điện nhận từ lưới

điện để tạo ra từ trường trong cuộn dây của các thiết bị điện

Đơn vị đo công suất phản kháng là VAR, kVAR

- Công suất biểu kiến (ký hiệu S): Thực tế luồng công suất chạy trên đường dây tải điện

gồm P và Q, trong đó P là công suất hữu ích (người dùng phải trả tiền) còn Q là công suất vô công (người dùng không phải trả tiền) Công suất Q là công suất vô công nhưng nó lại nạp và phóng liên tục trên dây dẫn điện nên khi tính toán mạng điện, ngoài trị số P còn phải kể đến

sự ảnh hưởng của Q thông qua một thông số chung gồm cả P và Q gọi là công suất biểu kiến (hoặc gọi tên khác là công suất toàn phần)

Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được rằng công suất biểu kiến tính bằng công thức S= P2+Q2

Đây là công suất dùng để tính toán thiết kế mạng điện, từ khâu chọn lựa dây dẫn, xác định dòng điện, tổn thất điện áp,

Đơn vị đo công suất biểu kiến là VA, kVA

1.1.4 Hệ số công suất cosϕ:

Công thức tính công suất biểu kiến S= P2+Q2 cho ta thấy 3 đại lượng P, Q, S lập

thành một tam giác vuông gọi là tam giác công suất với cạnh thẳng đứng đứng là Q, cạnh

nằm ngang là P và cạnh huyền là S, góc kẹp giữa S và P là ϕ và trị số cosϕ được gọi là hệ số công suất

Trang 5

Do P là công suất hữu ích không thay đổi được còn Q là công suất vô công, do đó nếu Q

bé thì có nghĩa là lượng công suất nạp/phóng trên dây dẫn điện ít đi, dẫn đến dòng điện sẽ giảm xuống nên có thể chọn dây dẫn và các thiết bị bé hơn Mà khi Q bé có nghĩa là cosϕ lớn nên có thể nói cosϕ là một chỉ số nói lên hiệu quả sử dụng điện

Thực tế người ta mong muốn giảm Q càng nhỏ càng tốt nhưng không thể triệt tiêu hoàn toàn vì nhiệm vụ của nó rất quan trọng là tạo môi trường từ hóa để truyền năng lượng từ phần đứng yên sang phần quay của động cơ

Căn cứ vào tam giác công suất ta có các biểu thức:

Trang 6

1.1.5 Điện năng

- Điện năng là năng lượng điện tiêu thụ dưới dạng nhiệt hoặc dưới dạng cơ năng của các máy sản xuất trong khoảng thời gian nào đó và được tính theo công thức

0 ( ).

- Thiết bị dùng để đo điện năng gọi là công tơ

1.2 Điện trở và điện kháng của dây dẫn điện:

1.2.1 Điện trở R của dây dẫn điện:

Điện trở R là phần tử tiêu tán điện năng thành nhiệt năng toả vào môi trường xung quanh một cách vô ích Vật liệu làm dây dẫn thường là đồng và nhôm, trong đó đồng dẫn điện tốt hơn nhôm

Điện trở R trên đường dây gây ra tác hại lớn là: làm dây dẫn điện nóng lên, làm tổn thất năng lượng và tổn thất điện áp của mạng điện

Trên sơ đồ điện, điện trở R được ký hiệu bằng hình chữ nhật và ký hiệu bằng chữ R Đơn vị đo điện trở là Ω

1.2.2 Điện kháng X của dây dẫn điện:

Dây dẫn điện khi có dòng điện chạy qua, cho dù dây thẳng hoặc uốn cong, thì luôn luôn

có từ trường xung quanh nó Từ trường này liên tục tích năng lượng rồi lại phóng năng lượng trả vào lưới điện nên có tác dụng cản trở dòng điện giống như điện trở R Do đó để đặc trưng cho hiện tượng này người ta dùng thông số điện kháng X của đường dây

Điện kháng X bản thân nó không gây tổn thất năng lượng nhưng gây ra tổn thất điện áp dọc dây dẫn, làm điện áp ở thiết bị điện giảm thấp hơn so với điện áp của nguồn điện

Trên sơ đồ điện, điện kháng X ký hiệu như cuộn dây và kèm theo ký hiệu bằng chữ X Đơn vị đo điện kháng cũng là Ω

R (Ω)

X

I

Từ trường sinh ra dọc dây dẫn khi

có dòng điện chạy qua

I

Trang 7

1.2.3 Tham số tính toán của dây dẫn điện:

Khi tính toán mạng điện có dòng điện chạy qua, dây dẫn được thay thế đồng thời bằng các tham số R, X như sau:

1.3 Biểu diễn một số đại lượng điện dưới dạng số phức

b) Phép trừ: Để trừ 2 số phức ta lấy phần ảo trừ cho nhau và phần thực trừ cho nhau

Ví dụ: Cho 2 số phức V1=a1+jb1 và V2=a2+jb2 thì hiệu là: V= V1-V2 =(a1-a2)+j(b1-b2)

c) Môđun của số phức: Môđun của số phức V=a+jb được tính bằng công thức V= 2 + 2

a b Môđun của số phức có thể xem là độ lớn của số phức

1.3.2 Biểu diễn một số đại lượng điện dưới dạng số phức

a) Biểu diễn công suất biểu kiến:

Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được công suất biểu kiến có thể biểu diễn dưới dạng số phức là: S = P + jQ

Trong đó P là công suất tác dụng, Q là công suất phản kháng

Độ lớn công suất biểu kiến là S= P2 +Q2

Là hiện tượng dòng điện tăng rất cao (gấp hàng chục, hàng trăm thậm chí hàng ngàn lần

so với bình thường) do dây dẫn chạm đất, do chạm chập giữa các pha,…

X

R

Trang 8

Khi xảy ra ngắn mạch thì điện trở tại điểm đó gần bằng 0 nên dòng điện tăng lên rất cao Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng của lưới điện, xảy ra trong thời gian rất ngắn (vài ms), gây hậu quả lớn như cháy, nổ, hư hỏng thiết bị

Ngắn mạch xảy ra ở nhiều dạng khác nhau: chạm đất một pha qua điện trở nhỏ, chạm đất hai pha, chập các dây pha, dây lửa và dây nguội chạm nhau,…

Để loại trừ nhanh mạch điện bị sự cố ngắn mạch người ta dùng các thiết bị bảo vệ tự động như aptomat, cầu chì lắp ở đầu điểm đấu nối của dây dẫn điện

Mạng điện công trình hay xảy ra hiện tượng ngắn mạch do các nguyên nhân sau:

- Lớp vỏ cách điện bị bong gây chạm vào các điểm đất như vỏ tủ điện, kết cấu thép,…

- Chuột, côn trùng cắn đứt vỏ bảo vệ dây cáp điện trong tủ điện

- Các điểm nối dây không chắc chắn nên bị bung ra chạm vào vỏ thiết bị

- Các mối nối sau khi thi công, quấn băng keo cách điện không tốt nên bị bong

Trang 9

Nguyên nhân gây ra quá tải là thiết bị điện làm việc quá công suất của chúng, ví dụ động

cơ trong máy giặt phải giặt với khối lượng lớn hơn quy định, …

Tác hại của hiện tượng quá tải: làm cho thiết bị điện bị lão hóa, nhanh hư hỏng, phát nóng mạnh

Để bảo vệ các thiết bị khỏi hiện tượng quá tải người ta dùng thiết bị bảo vệ quá tải là rơle nhiệt hoặc cầu chì Khi dòng điện vượt quá giá trị định mức của thiết bị thì bộ bảo vệ vẫn cho thiết bị làm việc thêm một thời gian đặt trước rồi mới cắt nguồn điện

1.4.3 Hiện tượng rò điện:

Rò điện là hiện tượng dây dẫn bị chạm ra vỏ thiết bị hoặc chạm xuống đất nhưng dòng điện rất bé (từ vài mA đến vài chục mA hoặc vài trăm mA)

Khi có rò điện thì thiết bị vẫn hoạt động bình thường nên con người không nhận biết được hiện tượng này

Nguyên nhân gây rò điện là do lớp vỏ cách điện bị bong tróc và ruột dẫn điện chạm ra vỏ thiết bị với điện trở lớn

Rò điện gây ra nguy hiểm cho người chạm vào vỏ thiết bị vì con người chỉ chịu được dòng điện ≤ 10mA, nếu vượt quá giá trị này thì tính mạng bị đe dọa Ngoài ra rò điện gây nguy cơ cháy nổ rất cao vì nó làm nóng chỗ bị chạm nên dễ sinh ra tia lửa

Để bảo vệ tránh hiện tượng rò điện người ta dùng thiết bị bảo vệ dòng rò, gọi là RCD

1.5 Dòng điện xoay chiều hình sin

- Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều có trị số

biến thiên theo quy luật hàm số sin của thời gian

- Dòng điện sin được dùng rộng rãi trong đời sống do

có nhiều ưu điểm vượt trội so với các nguồn điện khác

Nguồn điện chúng ta dùng hàng ngày chính là nguồn điện

hình sin

Đất có R lớn

I r <<

Trang 10

1.6 Mạch điện 3 pha

- Mạch điện 3 pha là mạch điện có 3 nguồn sức điện động hình sin cùng tần số, lệch nhau một góc α Trong thực tế mạch điện 3 pha có 3 nguồn sức điện động hình sin cùng tần

số, cùng biên độ và lệch pha nhau một góc α=1200

- Phụ tải 3 pha đối xứng: là phụ tải có tổng trở phức 3 pha bằng nhau

- Đường dây 3 pha đối xứng: là đường dây có tổng trở phức của 3 đường dây bằng nhau

- Mạch điện 3 pha đối xứng: là mạch điện 3 pha có nguồn, đường dây, phụ tải đối xứng

Trong tính toán quy hoạch mạng lưới điện người ta xem mạch điện là 3 pha đối xứng,

do vậy quy ước từ giờ trở về sau khi nói đến mạch điện 3 pha ta hiểu ngay đó là mạch điện 3 pha đối xứng

- Mạch điện 3 pha có ưu điểm là chi phí truyền tải thấp vì chỉ cần 3 hoặc 4 dây là có thể truyền tải đi lượng công suất tương đương khi dùng 3 pha riêng rẽ (6 dây)

Mạch điện 3 pha có thể nối hình Y hay hình tam giác

1.7 Sơ đồ một sợi (single line) của mạch điện 3 pha

Ở phần trên ta đã biết các công suất của mạch 3 pha đối xứng là

P+jQ

I d U d

Trang 11

mạch 3 pha-1 dây gọi là sơ đồ một sợi hoặc sơ đồ đơn tuyến

Sơ đồ một sợi đại diện cho mạch điện 3 pha, trên sơ đồ đó dòng điện Id chính là dòng điện chạy trên các dây dẫn của mạch điện 3 pha, điện áp trên sơ đồ lấy bằng điện áp dây, công suất trên sơ đồ lấy bằng tổng công suất của 3 pha

Sơ đồ một sợi rất tiện lợi trong tính toán quy hoạch điện, nó làm cho sơ đồ đơn giản nhưng lại rõ ràng nên được dùng rộng rãi trong tính toán Từ đây trở về sau sẽ quy ước: khi

vẽ sơ đồ điện thì hiểu ngay đó là sơ đồ điện 3 pha

1.8 Tính công suất của các phụ tải điện 3 pha nối tập trung tại một nút

Xét một nút phụ tải như hình dưới, tại nút đó có n phụ tải nối tập trung với công suất P1,

P2, ,Pn và Q1, Q2, ,Qn Khi đó công suất tương đương tại nút được tính như sau:

Công suất tác dụng tại nút: P = + + +P1 P2 P n

Công suất phản kháng tại nút: Q =Q1+Q2+ + Q n

Công suất biểu kiến tại nút: 2 2

1.9 Tính tổng công suất của toàn mạng điện 3 pha

Mạng điện cung cấp cho khu đô thị hay vùng nông thôn bao giờ cũng tồn tại nhiều nút phụ tải là những điểm cấp điện cho nhà máy, cơ quan, xí nghiệp, Điểm đấu nối của mạng điện với lưới điện quốc gia gọi là nút tổng Công suất từ lưới điện quốc gia cấp cho mạng điện thông qua nút tổng này, sau đó công suất phân phối đến các nút của mạng điện thông qua đường dây dẫn điện

Việc truyền công suất từ nút này đến nút kia luôn luôn có tổn hao công suất, do đó để tính toán tổng công suất của mạng điện, ngoài việc tính tổng phụ tải nối vào các nút còn phải tính đến lượng công suất tổn hao trong mạng lưới truyền tải

Sơ đồ nút phụ tải tập trung Sơ đồ thay thế

Trang 12

Nguyên tắc tính tổng phụ tải là tính dồn từ phụ tải ở cấp thấp nhất lên cấp cao hơn

Ví dụ hình vẽ trên là sơ đồ quy hoạch cấp điện cho một khu đô thị gồm 12 điểm nút phụ tải được đánh số từ 1-12 có công suất tác dụng P1, P2, ,P12 và công suất phản kháng tương ứng Q1, Q2, ,Q12 Lưới điện quốc gia cấp cho đô thị đấu vào nút số 1, các nút còn lại nhận điện từ nút 1 thông qua các đường dây dẫn điện Trên mỗi đoạn đường dây sẽ có một lượng công suất tổn hao ký hiệu là ∆P và ∆Q (ví dụ đường dây từ nút 10-12 có tổn hao ∆P10-12,

∆Q10-12) Việc tính toán các giá trị tổn hao công suất trên đường dây truyền tải điện được đề cập ở các chương sau

Để tính toán công suất cấp đến nút 3 ta phải cộng công suất của ba hộ tiêu thụ nhận điện tại nút này là (P4, Q4), (P5, Q5), (P6, Q6) cùng với công suất tổn hao trên đường dây truyền tải tương ứng (∆P3-4, ∆Q3-4), (∆P3-5, ∆Q3-5), (∆P3-6, ∆Q3-6):

P3 = (P4+ ∆P3-4) + (P5+ ∆P3-5) + (P6+ ∆P3-6)

Q3 = (Q4+ ∆Q3-4) + (Q5+ ∆Q3-5) + (Q6+ ∆Q3-6) Tương tự tại nút 2 ta có:

P2 = (P3+ ∆P2-3)

Q2 = (Q3+ ∆Q2-3) Quá trình tính toán cứ lặp lại như vậy với các nhánh khác theo nguyên tắc từ phụ tải cuối cùng dồn về điểm cung cấp nguồn điện, cuối cùng ta được:

P∑ = (P2+ ∆P1-2) + (P7+ ∆P1-7) + (P8+ ∆P1-8)

Q∑ = (Q2+ ∆Q1-2) + (Q7+ ∆Q1-7) + (Q8+ ∆Q1-8) Qua ví dụ trên ta có thể rút ra công thức tính tổng công suất mà lưới điện quốc gia cung cấp cho mạng điện:

Trang 13

SΣ = PΣ +QΣ

Q tg

P

Σ Σ

+

Trong đó:

n là số nút phụ tải trong phạm vi quy hoạch

m là số đường dây truyền tải điện

Pi, Qi là công suất tác dụng và phàn kháng nối trực tiếp vào nút i (không có đường dây) Thông thường đây là công suất phụ tải tại các nút

∆Pk, ∆Qk là tổn hao công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây tải điện thứ k Cách tính ∆Pk, ∆Qk được đề cập chi tiết trong chương 4

Trang 14

CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY

HOẠCH HOẠCH CẤP ĐIỆN

Nguồn điện

Trạm biến áp 21/500kV

Hộ tiêu thụ

Trạm biến áp 22/0,4kV

Trang 15

thành thuộc về điện năng)

Hệ thống điện có thể là xoay chiều hoặc một chiều Đối với vấn đề quy hoạch cấp điện

ở nước ta chỉ dùng điện xoay chiều, ký hiệu AC (alternative current) Do đó trong tập bài giảng này chúng ta chỉ đề cập vấn đề quy hoạch cấp điện xoay chiều hình sin

Hệ thống điện là một hệ vô cùng phức tạp không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn về tính chất phát triển không ngừng theo thời gian Các yếu tố tác động đến sự phát triển của hệ thống điện rất đa dạng: kinh tế-xã hội, thời tiết, khí hậu, ảnh hưởng của kinh tế thế giới, thậm chí còn ảnh hưởng của các sự kiện thể thao, Nói chung các yếu tố này thường có tính bất định cao, khó dự báo

Trước tình hình trên, việc lập qui hoạch cấp điện thỏa mãn nhu cầu dùng điện trong tương lai là một việc làm phức tạp, đòi hỏi phải có phương pháp và qui trình cụ thể

2.1.2 Cấu trúc của đường dây cung cấp điện xoay chiều:

Trong thực tế để cung cấp điện cũng như truyền tải điện đi xa người ta không dùng mạng điện 1 pha mà dùng hệ thống điện 3 pha Lý do là mạng điện 3 pha kinh tế hơn mạng điện 1 pha vì nếu cấp điện bằng mạng 1 pha ta phải dùng 6 dây, trong khi với mạng 3 pha ta chỉ cần dùng 3 hoặc 4 dây

Mạng điện từ 1kV trở lên người ta chỉ dùng 3 dây để truyền tải điện

Mạng điện < 1kV người ta dùng 3 pha 4 dây, trong đó có dây trung tính để cấp điện cho các phụ tải 1 pha

2.1.3 Điện áp định mức của hệ thống điện:

Điện áp định mức là giá trị dùng để định danh một mạng điện Giá trị điện áp định mức của một mạng điện do Nhà nước quy định thành văn bản luật Giá trị này được dùng để tính toán, lựa chọn thiết bị, chuẩn hóa và chế tạo thiết bị

Hiện nay ở nước ta còn tồn tại có các cấp điện áp định mức sau:

- Cấp điện áp siêu cao áp: 500kV

3 pha

Trang 16

+ Động cơ điện: Khi U = 90%Uđm thì mômen quay của động cơ M=81%Mđm và có thể làm động cơ ngừng quay (khi đang làm việc) hoặc không khởi động được (khi bật máy) Mô men quay giảm làm cho sản phẩm sản xuất ra bị hỏng hoặc kém chất lượng (ví dụ lực nén khuôn đúc sản phẩm nhựa không đủ) Mặt khác khi điện áp trên động cơ giảm 10% nó sẽ phát nóng mạnh hơn (do quá tải) làm cách điện mau hỏng nên tuổi thọ giảm đi một nửa Giá trị điện áp thực tế luôn luôn biến đổi quanh giá trị định mức chứ không thể bằng giá trị định mức Việc duy trì điện áp Uđm dọc chiều dài đường dây là điều không tưởng Chính

vì các lý do trên mà Luật Điện lực quy định độ dao động điện áp tối đa chỉ là 5%, tức là

∆U% = ± 5%

Trên đường dây tải điện, vị trí gần nguồn điện có điện áp cao hơn các vị trí cuối nguồn điện là do tổn thất điện áp trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua (khi không có dòng điện thì không có tổn thất điện áp) Để đảm bảo dao động ∆U% = ± 5% thì tại nguồn điện người

ta duy trì điện áp bằng 1,05Uđm còn ở cuối nguồn phải đảm bảo 0,95Uđm

Ví dụ: hệ thống điện ba pha sinh hoạt có điện áp định mức 380/220V, tức là Udây=380V

và Up=220V Các hộ ở xa nguồn điện nhất phải có điện áp 361/209V và tại vị trí trạm biến áp cấp điện sẽ có điện áp 399/231V Trong thực tế điện áp dây tại trạm biến áp luôn được ngành điện điều chỉnh đảm bảo mức 400V

Trang 17

Tổn thất điện áp gây hậu quả xấu đối với chất lượng điện Thật vậy, nếu ở nhà máy điện cung cấp đủ điện áp Uđm, nhưng do tổn thất điện áp ∆U nên điện áp tại nơi tiêu thụ U2 < Uđm

và nếu tổn thất nhiều quá thì các thiết bị tại hộ tiêu thụ hoạt động kém hiệu quả, thậm chí có thể ngừng hoạt động

2.2 Phân loại hệ thống điện:

Nếu phân loại theo cấp điện áp thì mạng điện < 1 kV gọi là mạng hạ áp, từ 6kV đến 35

kv gọi là trung áp, 66kv đến 220 kv gọi là cao áp và 500 kv gọi là siêu cao áp

Nếu phân loại theo chức năng thì mạng điện từ 110 kV trở xuống gọi là mạng phân phối

và từ 220 kV trở lên gọi là mạng điện truyền tải

Trong đô thị người ta sử dụng phổ biến cấp điện áp 22 kV để cung cấp điện cho các phụ tải thay vì dùng cấp 35 kV Lý do là khu vực đô thị có mật độ dân cư rất dày đặc, quỹ đất rất hạn chế, nếu dùng 35 kv sẽ tốn đất dành cho hành lang an toàn điện

Khu vực nông thôn người ta lại sử dụng cấp 35 kV vì quỹ đất nông thôn nhiều nên có thể dành cho hành lang lưới điện và đổi lại giảm được tổn thất điện áp cũng như công suất Nếu phân mạng điện theo cấu trúc thì có mạch điện kín (cấp điện từ 2 nguồn trở lên) và mạch điện hở (chỉ được cấp điện từ 1 nguồn)

Nếu phân mạng điện theo kết cấu có mạng điện đi nổi, mạng điện ngầm

2.3 Chất lượng điện năng

Điện năng cũng là một loại hàng hóa do đó nó cũng phải có các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khi cung cấp cho người tiêu dùng (là các hộ tiêu thụ điện) Điện năng là loại sản phẩm đặc biệt thể hiện ở chỗ ảnh hưởng rất rộng lớn đến nhiều đối tượng, là sản phẩm khó tích lũy

mà phải dùng ngay, là sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao do đó Nhà nước quy định rất cụ thê

về chất lượng điện năng tại Nghị định số 137/2013/NĐ-CP ngày 21/10/2013 của Chính phủ Nếu xét theo góc độ kỹ thuật điện thì chất lượng điện được đánh giá qua rất nhiều chỉ tiêu Tuy nhiên chỉ xét theo góc độ cung cấp và sử dụng điện thông thường thì chất lượng điện được đánh giá qua 2 chỉ tiêu là độ lệch điện áp và độ lệch tần số

Về phía đơn vị cung cấp điện (các công ty điện lực): theo quy định của Nhà nước, điện

áp tại bất kỳ điểm nào trên lưới điện mà nhà cung cấp điện bán cho hộ tiêu thụ luôn phải nằm trong giới hạn ± 5% giá trị định mức còn độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn 50± 0,2Hz

Về phía đơn vị sử dụng điện dân dụng và sinh hoạt không có ràng buộc gì về chất lượng điện nhưng với các đơn vị sản xuất, kinh doanh, dịch vụ nếu mua điện với công suất từ 40kW trở lên phải đăng ký biểu đồ phụ tải (đăng ký mức công suất từng giờ trong ngày) và phải đảm bảo hệ số công suất cosϕ ≥ 0,9 Nếu không đảm bảo cosϕ thì phải lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng (điện dung C) hoặc mau thêm công suất phản kháng Một số phụ tải điện đặc biệt như lò luyện thép, lò nung, cần phải có thỏa thuận thêm nhiều chỉ tiêu khác vì chúng là những thiết bị gây hại cho lưới điện (làm nhiễu lưới điện, chập chờn cho các phụ tải điện xung quanh, )

Trang 18

Trong quy hoạch cấp điện không cần tính toán kiểm tra về tần số vì tần số do các công

ty phát điện và các trung tâm điều độ điều chỉnh Khi tính toán cấp điện trong quy hoạch xây dựng bắt buộc phải kiểm tra độ lệch điện áp ở điểm có phụ tải xa nguồn điện nhất xem có đảm bảo chất lượng hay không

Khi tính toán nếu điện áp ở điểm xa nhất so với nguồn điện không đảm bảo yêu cầu thì bắt buộc phải bố trí trạm biến áp phân phối điện để cung cấp thay vì truyền tải điện bằng dây dẫn

2.4 Phân cấp quản lý hệ thống điện

2.4.1 Mô hình quản lý hệ thống điện hiện nay

Hiện nay việc mua bán điện vẫn mang tính độc quyền nhà nước, trong đó tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) là doanh nghiệp 100% vốn Nhà nước chi phối gần như tất cả các khâu

từ phát điện, truyền tải, phân phối điện năng Chỉ có một số ít doanh nghiệp ngoài EVN tham gia vào khâu phát điện, phân phối điện

Mô hình quản lý của EVN gồm các đơn vị:

- Các công ty phát điện: Làm nhiệm vụ sản xuất điện năng và truyền tải lên lưới điện của các công ty truyền tải điện Theo lộ trình hình thành thị trường điện cạnh tranh đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt (Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg ) thì lĩnh vực phát điện sẽ hình thành thị trường cạnh tranh sớm nhất từ nay đến hết năm 2014 Khi đó các công ty phát điện phải chào giá hoặc đấu thầu để được phát điện vào hệ thống

- Các công ty truyền tải điện: Do tính chất độc quyền tự nhiên, các doanh nghiệp truyền tải điện sẽ do Nhà nước nắm giữ và độc quyền trong khâu truyền tải điện Các đơn vị phát điện hoặc mua điện phải trả phí truyền tải khi truyền dẫn công suất trên lưới điện của công ty truyền tải

- Các công ty điện lực tỉnh: Hiện nay mỗi tỉnh có 1 công ty phân phối điện duy nhất do Nhà nước độc quyền nắm giữ 100% vốn hoặc có cổ phần chi phối Người mua điện không có lựa chọn khác nên buộc phải ký hợp đồng mua điện với các công ty điện lực tỉnh

Trong tương lai khi hình thành thị trường bán buôn và bán lẻ điện thì các công ty điện lực tỉnh sẽ là các đơn vị mua buôn/bán buôn điện và kiêm luôn nhiệm vụ bán lẻ điện đến người tiêu thụ Theo đó các đơn vị này sẽ mua điện từ các nhà máy điện và bán buôn lại cho các công ty bán lẻ điện khác hoặc chính mình bán lẻ điện đến người tiêu dùng

Theo Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg thị trường bán buôn điện cạnh tranh sẽ hình thành thí điểm từ năm 2015 - 2016 và hoàn chỉnh từ năm 2017 - 2021 Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh hình thành thí điểm từ năm 2021 - 2023 và hoàn chỉnh từ sau năm 2023 Khi hình thành thị trường bán lẻ điện cạnh tranh sẽ có nhiều công ty bán điện và người sử dụng có thể lựa chọn đơn vị bán điện rẻ nhất và tin cậy nhất cho mình

2.4.2 Quản lý Nhà nước về điện

Thị trường điện bao gồm bên mua điện (người dân, doanh nghiệp) và bên bán điện (các công ty điện lực) với hàng hóa là điện năng Việc mua bán điện thông qua hệ thống đo đếm

và các điều kiện kỹ thuật do Nhà nước quy định nên có thể xảy ra tranh chấp nên phải có một luật chơi chung và các cơ quan giám sát độc lập Theo quy định của pháp luật điện lực, các đơn vị quản lý Nhà nước về điện gồm:

- Ở Trung ương là Chính phủ, Bộ Công Thương, Tổng cục năng lượng, Cục Điều tiết điện lực Các cơ quan này có trách nhiệm ban hành văn bản pháp luật, các quy định, hướng dẫn để tạo ra một hành lang pháp lý cho các tổ chức, cá nhân hoạt động trên hệ thống điện

- Ở địa phương là UBND các cấp, Sở Công thương tỉnh có trách nhiệm quản lý Nhà

Trang 19

nước về điện trên địa bàn Đặc biệt Sở Công thương các tỉnh được giao nhiệm vụ tổ chức kiểm định các thiết bị đo đếm điện trong trường hợp khách hàng dùng điện khiếu nại

2.5 Đầu tư xây dựng hệ thống điện:

Việc đầu tư xây dựng các công trình điện đều phải tuân theo Quy hoạch phát triển điện lực được phê duyệt Theo Luật Điện lực có các loại quy hoạch phát triển điện lực quốc gia, cấp tỉnh, cấp huyện Việc đầu tư xây dựng công trình điện ngoài tuân thủ quy hoạch phát triển điện lực còn phải tuân thủ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của địa phương và các quy hoạch khác như quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch giao thông,

Việc đầu tư xây dựng hệ thống điện còn phải tuân theo quy định của pháp luật về đầu

tư, pháp luật về xây dựng (khảo sát, thiết kế, thẩm định, phê duyệt, tổ chức thi công, )

Các Công ty điện lực tỉnh hoặc Tổng công ty điện lực vùng (miền Trung, miền Nam, miền Bắc) có trách nhiệm đầu tư hệ thống điện phía trước vị trí đặt thiết bị đo đếm để bán điện Hệ thống điện phía sau thiết bị đo đếm do tổ chức, cá nhân sử dụng điện đầu tư

Tuy nhiên do tính chất kỹ thuật đặc biệt của hệ thống điện là thiết bị phải đáp ứng các quy định kỹ thuật chặt chẽ mới đảm bảo sự vận hành an toàn Do đó trong quá trình đầu tư xây dựng, các chủ đầu tư (cả trong và ngoài ngành điện) phải tuân thủ những quy định chuyên ngành và bắt buộc phải thỏa thuận với đơn vị quản lý lưới điện (Các công ty điện lực tỉnh) trước khi đấu nối Các thỏa thuận thường gặp là:

- Thỏa thuận thiết kế kỹ thuật: Thông số vật tư, thiết bị; Tính an toàn của hệ thống

- Thỏa thuận điểm đấu nối

- Thỏa thuận ranh giới đặt thiết bị đo đếm điện

2.6 Dây dẫn và cáp điện lực của mạng điện

2.6.1 Các vật liệu dẫn điện của dây dẫn và cáp

Dây dẫn và cáp điện lực là những vật tư dùng để truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến người sử dụng điện Dây dẫn và cáp điện có thể bằng đồng hoặc nhôm, có thể là dây bọc cách điện hoặc dây trần tùy vào địa điểm sử dụng, thậm chí một số trường hợp đặc biệt có thể dùng dây thép để truyền tải điện

Trong các vật liệu trên, đồng là vật liệu dẫn điện tốt nhất Về mặt cơ học độ bền của thép lớn hơn đồng và của đồng lớn hơn nhôm Nhược điểm lớn nhất của đồng là giá thành khá cao

Cả đồng và nhôm trong quá trình vận hành sẽ hình thành lớp oxit bao quanh bề mặt của dây dẫn có tác dụng chống lại sự xâm thực của môi trường Tuy nhiên nếu vùng có nhiễm mặn nặng thì chỉ được phép dùng dây đồng trần

2.6.2 Dây dẫn điện trần :

Dây điện trần dùng làm đường dây trên không, phổ biến nhất là dây nhôm lõi thép và dây nhôm Dây đồng trần hiện nay ít được sử dụng do giá thành đắt, khả năng chịu kéo kém dây nhôm lõi thép Khi dùng dây dẫn điện trần thì hành lang an toàn phải rộng nên tốn đất đai, do đó nó chỉ sử dụng cho vùng ngoài đô thị, tuyệt đối không dùng trong đô thị

Dây nhôm lõi thép (ký hiệu AC) dùng cho các khoảng cách cột rộng, chịu lực căng lớn như vùng núi, vượt nhà ở, Loại dây này có 2 vật liệu: ở giữa là các sợi thép để chịu lực căng, bên ngoài là các sợi nhôm dùng để dẫn điện Đường dây từ 110 kV trở lên luôn luôn dùng dây nhôm lõi thép

Trang 20

Các sợi nhôm

Các sợi thép Đồng trần

Dây nhôm trần (ký hiệu A) chỉ dùng được cho các khoảng vượt nhỏ ở ngoài đô thị với cấp điện áp từ 35 kV trở xuống

2.6.3 Dây bọc cách điện:

Cũng được dùng làm đường dây trên không, nó có ưu điểm là an toàn, khoảng cách hành lang an toàn lưới điện được giảm xuống do đó rất thuận lợi đối với khu vực trong đô thị Nhược điểm của nó là đắt hơn so với dây trần

Về cấu tạo, dây bọc cũng có thể dùng ruột bằng nhôm hoặc bằng đồng gồm nhiều sợi nhỏ ghép với nhau Bên ngoài là một lớp bọc cách điện bằng PVC hoặc XLPE

Vì nhiều lý do, trong đó có lý do về kinh tế, người ta thường dùng dây bọc cho cấp điện

áp từ 35 kV trở xuống

Cáp bọc cách điện chỉ dùng để lắp nổi, không thể chôn được trong đất như dây cáp điện ngầm do cách điện của nó chưa hoàn hảo, chưa có lớp bảo vệ cơ học khi có sự dịch chuyển của đất do chấn động

2.6.4 Cáp điện ngầm :

Là loại dây dẫn điện đi ngầm dưới mặt đất, rất thích hợp với không gian chật hẹp của

đô thị và những khu vực cần đảm bảo mỹ quan

Ưu điểm loại cáp này là đảm bảo mỹ quan, an toàn trong vận hành Nhược điểm là giá thành rất đắt (cả vật liệu lẫn chi phí thi công), khi sự cố khó sửa chữa

Về cấu tạo gồm các lớp từ trong ra ngoài như sau: trong cùng là ruột dẫn bằng nhôm (hoặc đồng); kế tiếp là cách điện bằng XLPE hoặc PVC rất dày (dày hơn loại dây bọc cách điện); Lớp bảo vệ tác động cơ học bằng thép (hoặc bằng đồng) dưới dạng các sợi (hoặc dưới

Trang 21

Ruột dẫn

Vỏ bảo vệ Cách điện

Vỏ bảo vệ cơ học bằng thép

Ruột dẫn Cách điện

dạng tấm thép) mỏng; Ngoài cùng là lớp bảo vệ chống ẩm, chống trầy xước Nếu là cáp ba pha thì giữa các pha còn có lớp độn để tránh các pha xê dịch khi có tác động cơ học

Cáp ngầm khác với dây bọc ở chỗ nó có lớp bảo vệ cơ học và mức cách điện của cáp ngầm cao hơn dây bọc Do cáp nằm dưới mặt đất, phía trên có các tải trọng cơ học như xe ô

tô, các vật nặng như bê tông, và do điều kiện thời tiết các lớp đất có thể biến dạng trượt gây ứng suất trên vỏ cáp, nếu chỉ có lớp nhựa bọc thì ứng suất này gây nứt vỏ bọc và nước ngầm chảy vào ruột dẫn điện gây chập mạch Với cáp ngầm do có lớp thép bọc ngoài nên ứng suất trượt của các lớp đất đặt lên lớp bọc thép thì không có vấn đề gì Đây là lý do không được phép sử dụng dây bọc làm dây cáp ngầm

Cáp ngầm hiện nay đã chế tạo được ở cấp điện áp 500 kV Việt Nam cũng đã lắp đặt tuyến cáp ngầm 220 kV đầu tiên cung cấp điện cho Trạm biến áp 220kV Tao Đàn nằm ở trung tâm thành phố Hồ Chí Minh Cáp ngầm từ 110 kV trở lên là loại vật tư đắt tiền, đòi hỏi công nghệ cao, quy trình lắp đặt và vận hành rất phức tạp

Việc lựa chọn loại dây dẫn điện phải dựa vào nhiều yếu tố, đầu tiên phải dựa vào các quy định của pháp luật, sau đó dự vào tính kinh tế - kỹ thuật, tính mỹ quan, yêu cầu của các

cơ quan quản lý nhà nước, yêu cầu của chủ đầu tư,

Ví dụ theo quy định của pháp luật về quy hoạch thì trong đô thị chỉ được lắp dây dẫn điện bọc hoặc đi ngầm

2.7 Các thiết bị, vật tư chính của mạng điện

2.7.1 Chuỗi sứ néo dây

Tại các cột bẻ góc hoặc cột néo thẳng, cột cuối của đường dây phải dùng các loại sứ

néo để kẹp dây Sứ néo có 2 loại: một loại gồm các bát thủy tinh ghép lại để thành chuỗi và một loại chế tạo sẵn thành chuỗi Cả 2 loại sứ đều có cách điện rất tốt và được chế tạo (hoặc lắp ghép) kiểu có tán để tăng chiều dài bề mặt tránh hiện tượng phóng điện bề mặt

Trang 22

Loại chuỗi néo dùng bát sứ thủy tinh tùy cấp điện áp mà ghép số bát cách điện khác nhau Cấp điện áp càng cao thì ghép nhiều bát hơn và ngược lại Từ cấp trung áp cho đến siêu cao áp 500kV cũng dùng một loại bát sứ, chỉ khác ở số bát cách điện

Loại chuỗi chế tạo sẵn thường làm bằng vật liệu polymer chịu lực và hiện nay đã chế tạo được đến cấp 110 kV Loại này dùng phổ biến ở cấp 22 và 35 kV do giá thành rất rẻ, chịu lực cơ học tốt, độ cách điện cũng đảm bảo và chiều dài đường phóng điện bề mặt lớn

Lực phá hủy khi chịu kéo của chuỗi sứ thường có 2 loại: loại 70kN và loại 120kN

sứ treo trên cơ sở tính toán trọng lượng dây ở 2 bên cột đặt lên sứ Nếu trọng lượng dây đặt lên sứ nhỏ thì dùng sứ đứng sẽ tiết kiệm chi phí hơn dùng sứ treo

Các đường dây 500 kV ở Việt Nam mỗi pha dùng 3 dây 3×330mm2 khá lớn nên 1 chuỗi

đỡ không đủ lực nên người ta phải dùng 2 chuỗi đỡ ghép song song (xem hình vẽ)

Trang 23

2.7.3 Sứ đứng đỡ dây

Với đường dây từ 35 kV trở xuống các cột đỡ thường dùng sứ đứng đỡ dây, ít khi dùng

sứ bát để treo dây Sứ đứng có ưu điểm rẻ tiền, chế tạo hàng loạt và có cấu trúc là một khối,

Thông số cơ học của sứ đứng là khả năng chịu nén, khoảng 13-20 kN tùy mỗi loại

2.7.4 Các thiết bị đóng cắt trên đường dây tải điện

a) Cầu chì tự rơi (FCO)

Cầu chì tự rơi còn gọi là FCO thường dùng ở đầu đoạn đường dây tải điện rẽ nhánh hoặc đoạn rẽ vào trạm biến áp cấp điện FCO có được dùng để đóng cắt bằng tay hoặc đóng cắt tự động khi có sự cố (ngắn mạch và quá tải) Khi đóng cắt bằng tay, FCO chỉ đóng cắt mạch điện khi không có tải (không có dòng điện), không thể đóng/cắt được mạch điện đang

có dòng điện

Sứ đứng

polymer 22kV

Sứ đứng Ceramic 22kV

2 chuỗi treo ghép song song

Trang 24

Lắp FCO trên cột đầu nhánh rẽ

FCO ở đầu đường dây rẽ đến máy biến áp có nhiệm vụ bảo vệ quá tải và bảo vệ sự cố ngắn mạch

FCO ở đầu các nhánh rẽ đường dây có nhiệm vụ cách ly để phân đoạn các mạch điện (khi tìm sự cố, khi cô lập một phần lưới điện)

Về mặt cấu tạo, FCO gồm phần thân bằng sứ hoặc bằng polymer, phần ống đặt dây chảy ở bên trong (người ta thường gọi là dây chì nhưng thực ra nó không làm bằng chì) Khi

sự cố quá tải hoặc ngắn mạch, dây chảy bị đứt, ống chì tự động rơi xuống để người ở trên mặt đất có thể biết được cái nào bị cháy

Máy biến áp FCO

Điểm đấu nối vào

đường dây hiện có

FCO

Nguồn điện

FCO FCO

Móc giật để cắt FCO

Ống chứa dây chảy

Trang 25

b) Máy cắt, Recloser

Chức năng của máy cắt và recloser (gọi chung là máy cắt) giống như FCO nhưng nó cắt được mạch điện đang mang tải, cắt được dòng điện ngắn mạch lớn và thời gian cắt rất bé nên rất an toàn khi xảy ra sự cố ngắn mạch mạch điện

Tuy nhiên giá thành máy cắt rất đắt nên chỉ dùng để phân đoạn các mạng điện (ví dụ mạng điện của quận này với quận kia), để phân đoạn các đường dây có dòng điện lớn và phân đoạn đường dây dài (>10km)

Máy cắt đóng cắt tự động khi xảy ra sự cố nhưng cũng có thể đóng cắt bằng tay nhờ nút

ấn trong tủ điều khiển

c) Dao cách ly và dao cắt tải

Dao cách ly cũng là một thiết bị đóng cắt để phân đoạn đường dây không có dòng điện (không tải) Dao cách ly có tác dụng tạo khoảng hở cách điện mà mắt người nhìn thấy được

để đảm bảo mạch điện không còn điện, khi đó mới tiến hành sửa chữa được

Dao cách ly chỉ có thể đóng cắt bằng tay thông qua cần truyền động, không đóng cắt tự động được và nó cũng không có chức năng bảo vệ như FCO và máy cắt

Về mặt cấu tạo: Dao cách ly có thể là loại có lưỡi dao chém thẳng đứng hoặc lưỡi dao chém ngang

Recloser 22 kV

Máy biến áp cấp nguồn cho reclosser Recloser

Tủ điều khiển reclosser

Trang 26

Bề rộng hành lang đường dây = 2b + D

2.8 Hành lang bảo vệ an toàn của các công trình điện

Đường dây tải điện và trạm biến áp là những nguồn nguy hiểm cao độ, nhất là khi đi trong các khu dân cư Nguy cơ xảy ra phóng điện từ đường dây tải điện đến người và thiết bị

ở gần là rất cao Để phòng tránh điều này xảy ra thì các công trình điện phải có một hành lang an toàn nhất định, khi vi phạm hành lang này có thể gây nguy hiểm cho đối tượng đang xâm nhập vào hành lang

Hành lang công trình điện được quy định trong Luật Điện lực và Nghị định số 106/2005/NĐ-CP

Việc dành ra hành lang an toàn cho công trình điện, nhất là hành lang tuyến đường dây đồng nghĩa với việc phải dành quỹ đất cho hành lang

Khi lập quy hoạch hệ thống cấp điện phải thể hiện phạm vi hành lang trên bản vẽ, thống

kê diện tích và chiều dài hành lang, phạm vi được sử dụng hành lang của lưới điện Muốn vậy chúng ta phải tìm hiểu các quy định của pháp luật về điện lực

2.8.1 Hành lang bảo vệ an toàn đường dây dẫn điện trên không:

Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây dẫn điện trên không là khoảng không gian dọc theo đường dây và được giới hạn như sau:

- Chiều dài hành lang được tính từ vị trí đường dây ra khỏi ranh giới bảo vệ của trạm này đến vị trí đường dây đi vào ranh giới bảo vệ của trạm kế tiếp

- Chiều rộng hành lang được giới hạn bởi hai mặt thẳng đứng về hai phía của đường dây, song song với đường dây, có khoảng cách từ dây ngoài cùng về mỗi phía khi dây ở trạng thái tĩnh theo quy định trong bảng sau:

Trang 27

Trong đó U tính bằng kV, D tính bằng m, L tính bằng km là khoảng cách giữa 2 cột và

n là số bát sứ trong chuỗi sứ treo tạm tính như sau:

Giới hạn hành lang đường cáp điện đặt nổi

Vỏ cáp

Ruột cáp

Trang 28

Do chiều dài của đường dây dẫn điện trên không rất lớn, bề rộng hành lang cũng lớn, do

đó nếu dành hoàn toàn đất đai trong hành lang cho công trình điện thì sẽ gây lãng phí rất lớn, nhất là đất đai đô thị Chính vì vậy Nhà nước vẫn cho phép xây dựng nhà ở, công trình và trồng cây trong hành lang đường điện nhưng phải đảm bảo một số yêu cầu riêng sau đây:

a) Trồng cây trong hành lang:

Trường hợp 1: Đối với đường dây dẫn điện có điện áp đến 35 kV trong thành phố, thị

xã, thị trấn thì khoảng cách từ điểm bất kỳ của cây đến dây dẫn điện ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:

Khoảng cách Dây bọc Dây trần

Trường hợp 2: Đối với đường dây có điện áp từ 66 kV đến 500 kV trong thành phố, thị

xã, thị trấn thì cây không được cao hơn dây dẫn thấp nhất trừ trường hợp đặc biệt phải có biện pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn và được Uỷ ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương cho phép Khoảng cách từ điểm bất kỳ của cây đến dây dẫn khi dây ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:

Trang 29

Trường hợp 3: Đối với đường dây ngoài thành phố, thị xã, thị trấn thì khoảng cách từ

điểm cao nhất của cây theo chiều thẳng đứng đến độ cao của dây dẫn thấp nhất khi đang ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:

b) Vấn đề xây nhà và công trình trong hành lang:

- Không cho phép xây nhà và công trình trong hành lang đường dây 500 kV

- Với đường dây từ 220kV trở xuống, nhà và công trình được xây dựng trong hành lang khi thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Mái lợp và tường xây phải làm bằng vật liệu không cháy;

+ Mái lợp, khung nhà và tường bao bằng kim loại phải nối đất

+ Không gây cản trở đường ra vào để kiểm tra, bảo dưỡng, thay thế các bộ phận công trình lưới điện cao áp;

+ Khoảng cách từ bất kỳ bộ phận nào của nhà ở, công trình đến dây dẫn gần nhất khi dây ở trạng thái tĩnh không được nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:

+ Cường độ điện trường ≤5 kV/m tại điểm bất kỳ ở ngoài nhà cách mặt đất 1 mét và

≤1kV/m tại điểm bất kỳ ở bên trong nhà cách mặt đất 1 mét

2.8.2 Hành lang bảo vệ an toàn đường cáp điện ngầm:

- Chiều dài hành lang được tính từ vị trí cáp ra khỏi ranh giới phạm vi bảo vệ của trạm này đến vị trí vào ranh giới phạm vi bảo vệ của trạm kế tiếp

- Chiều rộng hành lang được giới hạn bởi:

+ Mặt ngoài của mương cáp đối với cáp đặt trong mương cáp;

+ Hai mặt phẳng thẳng đứng cách mặt ngoài của vỏ cáp hoặc sợi cáp ngoài cùng về hai phía của đường cáp điện ngầm đối với cáp đặt trực tiếp trong đất, trong nước được quy định trong bảng sau:

Trang 30

+ Mặt ngoài của đáy móng mương cáp đối với cáp đặt trong mương cáp;

+ Độ sâu thấp hơn điểm thấp nhất của vỏ cáp là 1,5m đối với cáp đặt trực tiếp trong đất hoặc trong nước

Trong phạm vi hành lang đường cáp điện ngầm cấm xây dựng nhà ở và công trình, cấm trồng cây hay bố trí vật nặng Với nhà ở và công trình xây dựng gần hành lang thì hoạt động của nó cũng không được gây ảnh hưởng đến chế độ vận hành của cáp điện ngầm, ví dụ nước thải ra từ công trình không được chảy vào vùng hành lang,

2.8.3.Hành lang đường dây tải điện mạch kép:

Khi cần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta có thể sử dụng 2 mạch điện 3 pha

riêng biệt nối từ một nguồn điện đến hộ tiêu thụ gọi là mạch kép Một trường hợp khác cũng

phải sử dụng mạch kép đó là khi dây dẫn quá to, cột không thể đỡ được thì người ta phải làm

2 mạch điện riêng để đảm bảo kết cấu nhỏ gọn hơn (ví dụ đường dây 500 kV dùng 2 mạch đi trên hai cột khác nhau)

Hai mạch điện có thể lắp trên cùng một cột và ta có thể gọi là mạch điện song song Với

loại đường dây này mỗi mạch được bố trí 1 bên cột Ví dụ mạch 1 bố trí các pha A1B1C1 ở bên trái còn mạch 2 bố trí các pha A2B2C2 ở bên phải Khi thiết kế phải tính toán khoảng cách giữa 2 mạch sao cho khi có người lên sửa chữa 1 mạch (do hư hỏng hay khi bảo dưỡng) thì mạch kia vẫn mang điện bình thường

Hai mạch cũng có thể không đi chung cột mà đi riêng, khi đó ta chỉ được phép gọi là mạch kép

Bề rộng hành lang đường dây kép = 2b + L 2 = 2b +2L 1 +b cột

Mương cáp bêtông Mặt đất

Đường dây tải điện 1 Đường dây tải điện 2

Trang 31

Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây mạch kép đi trên các cột riêng được xác định giống như đường dây tải điện mạch đơn

Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây mạch kép đi chung cột (mạch song song) được xác định từ dây ngoài cùng của mỗi mạch Riêng khoảng giữa 2 mạch được quy định như sau:

Gọi: L1 là khoảng cách từ dây dẫn điện đến cột

L2 là khoảng cách giữa 2 mạch điện

bcột là bề rộng của thân cột ngang qua điểm lắp dây điện

Dây bọc

Cách điện đứng

Cách điện treo Khoảng cách L2 ≥2m ≥1m ≥2,5m ≥3m ≥4m ≥6m ≥8,5m

Bề rộng hành lang đường dây kép

Trang 32

Khi thiết kế quy hoạch cần lưu ý phần đất dành cho hành lang đường dây tải điện mạch kép phải rộng hơn so với đường dây mạch đơn vì ngoài bề rộng hành lang như mạch đơn nó còn khoảng không gian nằm giữa hai mạch Điều này phải đặc biệt lưu ý vì trên sơ đồ mặt bằng quy hoạch, đường dây tải điện chỉ được ký hiệu bằng một đường thẳng cho dù đó là mạch đơn hay mạch kép Hơn nữa khoảng cách giữa 2 mạch rất bé so với diện tích quy hoạch nên không thể hiện được diện tích giữa 2 mạch

2.8.4 Hành lang bảo vệ an toàn trạm điện:

Hành lang bảo vệ an toàn trạm điện là khoảng không gian bao quanh trạm điện và được giới hạn như sau:

- Đối với các trạm điện không có tường, rào bao quanh, hành lang bảo vệ trạm điện được giới hạn bởi không gian bao quanh trạm điện có khoảng cách đến các bộ phận mang điện gần nhất của trạm điện theo quy định trong bảng sau:

Điện áp Đến 35 kV 66 đến 110 kV 220 kV 500 kV

Trong phạm vi hành lang trạm điện cấm xây dựng nhà ở và công trình, cấm trồng cây Với nhà ở và công trình xây dựng gần hành lang thì hoạt động của nó cũng không được gây ảnh hưởng đến chế độ vận hành của trạm điện

2.9 Bố trí tuyến đường dây tải điện và các khoảng cách an toàn

VT95

VT94

Mặt bằng tuyến của đường dây tải điện

Trang 33

Đường dây tải điện đi trên mặt đất thường không thẳng hàng và cũng không bằng phẳng (đặc biệt là vùng nông thôn và miền núi) Để đảm bảo tính kinh tế hầu như các đường dây tải điện phải chuyển hướng nhiều lần nhằm tránh cắt qua nhà dân và công trình hiện có, giảm giá trị đền bù, tránh các công trình quan trọng quốc gia,

Các vị trí cột chuyển hướng gọi là cột góc Cột góc chịu lực kéo lớn do đó khi tính toán

thiết kế thường to hơn, chắc chắn hơn và chi phí cũng cao hơn Ví dụ ở hình trên các vị trí góc chuyển hướng có G1, G2, G3, G4, Khoảng cách từ cột góc này đến cột góc kế tiếp gọi

là khoảng néo Việc xác định vị trí cột góc phải được thực hiện chính xác từ giai đoạn quy

hoạch bởi vì nếu quy hoạch không chính xác dẫn đến thay đổi cột góc thì toàn bộ hướng tuyến sẽ thay đổi, hậu quả là đất đai dành cho hành lang đường điện phải điều chỉnh, các công trình chuẩn bị xây dựng cũng phải điều chỉnh ranh giới cấp đất Vị trí góc phải chọn đặt

ở nơi có địa chất tốt, không có nguy cơ xói lở, không có dòng chảy ngầm Những nơi có địa hình hẹp hoặc trong đô thị thì cột góc nên dùng cột thép hoặc 2 cột bêtông ly tâm, những nơi

có địa hình rộng, đất đai rẻ như nông thôn thì dùng một cột bêtông ly tâm và bổ sung thêm hệ thống dây néo cột sẽ rẻ tiền hơn rất nhiều

Khoảng cách giữa 2 cột góc thường lớn, có khi đến 2 km, trong khi đó dây dẫn điện luôn luôn có độ võng Do vậy giữa các cột góc thường phải đặt nhiều vị trí cột để đỡ dây gọi

là cột đỡ Cột đỡ không chịu lực kéo, chỉ chịu lực nén do trọng lượng dây dẫn và sứ nên có

kết cấu nhỏ Ví dụ trong hình vẽ trên, các cột đỡ có VT94, VT95 Khoảng cách giữa 2 cột

liền kề gọi là khoảng cột

Dây dẫn điện thường cắt qua đường giao thông, các đường dây điện khác, sông ngòi, đồng ruộng, mà ở dưới có hoạt động của phương tiện cơ giới và con người Để đảm bảo an toàn, trong Luật điện lực quy định rất cụ thể khoảng cách tối thiểu từ dây dẫn đến công trình như sau:

Khu vực dây điện cắt qua Khoảng cách tối thiểu từ dây điện

Trang 34

Đường dây thông tin tại điểm giao cắt 3,0m

Khi thiết kế vạch tuyến đường dây tải điện trên không phải tránh cắt ngang qua các công trình có tầm quan trọng về chính trị, kinh tế, văn hoá, an ninh, quốc phòng, thông tin liên lạc, những nơi thường xuyên tập trung đông người, các khu di tích lịch sử - văn hoá, danh lam thắng cảnh đã được Nhà nước xếp hạng Nếu không thể tránh được mà bắt buộc phải đi qua thì đường dây trên không phải được tính toán ở chế độ an toàn cao hơn về cả xây dựng và về điện như tăng hệ số an toàn, tăng số bát sứ, treo 2 chuỗi sứ cho 1 dây Ngoài ra khoảng cách từ dây dẫn đến các công trình này cũng phải lớn hơn bình thường (xem Nghị định 106/2005/NĐ-CP)

Một số công trình trong đô thị người ta còn kết hợp hành lang đường dây tải điện với hành lang giao thông bằng cách bố trí đường điện đi trên dải phân cách Phương án này tiết kiệm đất đai, đảm bảo hành lang dùng chung trong khi ở dải phân cách vẫn có thể trồng cây cảnh trang trí

Đường An Dương Vương (Đà Nẵng)

Trang 35

Đường Phạm Văn Đồng (TP Hồ Chí Minh) khánh thành 2013

2.10 Nội dung công tác lập quy hoạch cấp điện

Mạng điện là một thống kỹ thuật hạ tầng thiết yếu phục vụ phát triển kinh tế xã hội nên trong các đồ án quy hoạch xây dựng luôn có nội dung về quy hoạch cấp điện Quy hoạch cấp điện ngoài đảm bảo cung cấp điện, giảm chi phí đầu tư còn phải thỏa mãn các yếu tố mỹ quan, nhất là trong đô thị

2.10.1 Yêu cầu cơ bản:

- Hệ thống điện phải tin cậy trong cung cấp điện theo phân loại hộ tiêu thụ

- Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp

- Tối ưu về kinh tế - kỹ thuật: Vốn đầu tư thấp nhất; Chi phí vận hành hàng năm bé nhất; Tổn thất điện năng bé nhất; Hướng đi của đường dây điện phải thuận lợi cho công tác vận hành, sửa chữa,

- An toàn cho người gồm công nhân vận hành cũng như nhân dân sống gần đường dây điện đi qua

- Đảm bảo hành lang an toàn theo quy địnhcủa pháp luật

- Các nhà máy nhiệt điện và các trạm nguồn 500KV phải bố trí gần các trung tâm phụ tải điện lớn, gần các lưới điện cao áp quốc gia, gần các đầu mối giao thông lớn như bến cảng, đường quốc lộ, đường sắt, nơi thuận tiện cho các tuyến điện đấu nối với nhà máy điện, trạm điện; không đặt trong khu vực nội thị, nơi bị ngập lụt và phải tuân thủ các yêu cầu về vệ sinh môi trường

- Các trạm nguồn 220KV phải đặt ở khu vực ngoại thị Trường hợp bắt buộc phải đưa sâu vào nội thị, không đặt tại các trung tâm đô thị và phải có đủ diện tích đặt trạm, có đủ các hành lang để đưa các tuyến điện cao và trung áp nối với trạm Nếu đặt trạm gần các trung tâm đô thị của các thành phố lớn loại I hoặc loại đặc biệt, phải dùng trạm kín

Trang 36

- Các trạm 110KV đặt trong khu vực nội thị các đô thị từ loại II đến loại đặc biệt phải dùng trạm kín

- Không quy hoạch các tuyến điện 500KV đi xuyên qua nội thị các đô thị

- Lưới điện cao áp 110KV và 220KV đi trong nội thị của các đô thị từ loại II đến loại đặc biệt phải đi ngầm

- Khi quy hoạch lưới điện cao áp phải tuân thủ các quy định của Luật điện lực về quy hoạch phát triển điện lực đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt và các quy định hiện hành về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp

- Trong đô thị không sử dụng dây điện trần trần Khi đi qua khu dân cư đô thị phải tăng cường hệ số an toàn về xây dựng và điện

2.10.2 Nội dung lập quy hoạch cấp điện

Trong đồ án quy hoạch xây dựng, phần quy hoạch cấp điện phải nêu được những ý chính sau đây:

- Đánh giá hiện trạng cung cấp điện - tiêu thụ điện năng; hiện trạng về nguồn điện, mạng lưới điện (các tuyến truyền tải và phân phối), vị trí, quy mô các trạm biến áp

- Xác định nhu cầu điện năng tức là công suất của các hộ tiêu thụ điện trong phạm vi

- Xác định vị trí, quy mô các trạm biến áp cấp điện trong phạm vi quy hoạch

- Xác định mạng lưới truyền tải và phân phối (110 KV, 35 KV, 22 KV); tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất, điện áp cuối đường dây và các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật khác

- Xác định chương trình và dự án đầu tư ưu tiên, xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, dự kiến nguồn lực thực hiện

- Đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường

- Thiết lập các bản vẽ quy hoạch tuyến đường dây, vị trí cátrạm biến áp và quỹ đất dành

để xây dựng các công trình này

2.11 Các ký hiệu thường dùng trong quy hoạch cấp điện

Công tác quy hoạch xây dựng nói chung có hệ thống các bản vẽ và ký hiệu riêng so với các công tác khác Để thống nhất cách sử dụng các ký hiệu trong đồ án xây dựng, Bộ Xây dựng đã ban hành Quyết định số 21/2005/QĐ-BXD ngày 22/7/2005 quy định hệ thống ký hiệu bản vẽ trong các đồ án xây dựng Đây là văn bản quy phạm pháp luật, có tính chất bắt buộc áp dụng đối với tất cả các đồ án xây dựng

Trang 37

Trang 38

Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng 37

CHƯƠNG 3: TRẠM BIẾN ÁP CẤP ĐIỆN

3.1 Khái niệm về máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị chính và quan trọng nhất của trạm biến áp Chức năng của nó là chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác Nhờ có máy biến áp thì hộ sử dụng điện (có điện áp thấp) mới dùng được năng lượng từ lưới điện quốc gia (có điện áp cao)

Trong lĩnh vực phát điện, máy biến áp có nhiệm vụ tăng áp của nhà máy điện lên điện

áp cao hơn để truyền tải điện năng đi xa Trong cung cấp điện, máy biến áp làm nhiệm vụ giảm điện áp của lưới điện quốc gia để cấp cho các hộ tiêu thụ

3.1.1 Cấu tạo của máy biến áp:

Máy biến áp gồm các bộ phận chính: các cuộn dây, lõi thép, vỏ máy biến áp

a) Các cuộn dây:

Các cuộn dây có nhiệm vụ để dẫn điện Cuộn dây thường làm bằng đồng có bọc cách điện và được quấn thành từng lớp cách điện với nhau quanh lõi thép bằng sắt từ

- Cuộn dây sơ cấp: là cuộn dây nối với lưới điện, nhận điện năng từ lưới điện

- Cuộn dây thứ cấp: là cuộn dây nối với hộ tiêu thụ, cung cấp điện năng cho hộ tiêu thụ Thông thường máy biến áp chỉ có một cuộn dây thứ cấp, tuy nhiên thực tế với các máy biến

áp lớn người ta có thể chế tạo 2 cuộn dây thứ cấp ở 2 điện áp khác nhau Ví dụ: Máy biến áp

có điện áp sơ cấp 220kV còn thứ cấp có 2 cuộn dây 110kV và 35 kV

b) Lõi thép:

Lõi thép chế tạo bằng thép chuyên dụng gọi là thép kỹ thuật điện có đặc tính dẫn từ rất

tốt nhưng điện trở lại rất lớn Lõi thép gồm các lá thép rất mỏng ghép lại thành khối Trên bề mặt các lá thép mỏng có lớp cách điện nên hạn chế được dòng điện xoáy sinh ra trong lõi thép nên giảm được tổn hao công suất

c) Vỏ máy biến áp

- Vỏ máy biến áp là thùng chứa các cuộn dây và lõi thép của máy biến áp Do cuộn dây

và lõi thép luôn tỏa nhiệt khi vận hành nên vỏ thùng thường được làm bằng tôn lượn sóng để tăng diện tích tản nhiệt, bề ngoài sơn màu sáng trắng để tránh hấp thụ nhiệt của mặt trời

Bình dầu phụ

Sứ

Vỏ máy

Cuộn dây Lõi thép

Trang 39

Bên trong thùng chứa dầu đặc biệt gọi là dầu biến thế Dầu này vừa có nhiệm vụ cách điện vừa có nhiệm vụ tản nhiệt trong máy ra ngoài vỏ máy

Tuy nhiên cũng có những loại máy biến áp không có dầu là loại máy biến áp khô Loại này giá thành rất đắt và thường dùng cho nhà cao tầng hoặc lắp đặt trong tầng hầm

- Trên vỏ máy biến áp có các đầu sứ để đấu nối dây dẫn điện vào máy Ngoài ra một số máy biến áp lớn còn bố trí các bình dầu phụ phía trên nắp máy để khi dầu nóng lên nó giãn

nở vào bình dầu phụ

3.1.2 Nguyên lý làm việc của máy biến áp:

Máy biến áp thông thường có 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Cuộn sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp nối với hộ tiêu thụ điện

Giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không có liên hệ với nhau về điện tức là năng lượng điện không truyền trực tiếp từ sơ cấp sang thứ cấp mà truyền gián tiếp thông qua từ trường

Để giải thích được nguyên lý làm việc của máy biến áp ta phải nhắc lại định luật cảm ứng điện từ trong vật lý (đã học ở bậc phổ thông): Cho một vòng dây kín và từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây, khi đó trong vòng dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng e có chiều xác định theo quy tắc cái đinh ốc và độ lớn xác định theo biểu thức d

e dt

Φ

= − Máy biến áp dầu 3 pha Máy biến áp khô 3 pha

Cấu tạo và nguyên lý máy biến áp 1 pha

Φ

e

Định luật cảm ứng điện từ

Trang 40

Như vậy nhìn vào cấu tạo của máy biến áp ta thấy cuộn sơ cấp là cuộn dây kín nối vào điện áp lưới điện là u1 sẽ sinh ra dòng điện i0 (lúc không tải) hoặc i1 (lúc có tải) Do cuộn dây kín mạch và có nhiều vòng nên dòng điện i0 (hoặc i1) sẽ chạy vòng tròn quanh lõi thép và sinh ra từ trường Φ Từ trường này chạy trong lõi thép và xuyên qua cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thức cấp nên theo định luật cảm ứng điện từ sẽ sinh ra trong chúng các sức điện động e1

và e2 có chiều như hình vẽ Sức điện động e2 sẽ tạo ra dòng điện i2 để cung cấp cho mạch điện của hộ tiêu thụ

3.1.3 Máy biến áp 3 pha

Ở trên trình bày về nguyên lý của áy biến áp một pha Trong thực tế để tiết kiệm chi phí người ta thường sử dụng rất phổ biến máy biến áp 3 pha Máy biến áp một pha chỉ sử dụng ở vùng nông thôn có phụ tải bé

Máy biến áp ba pha cũng có 2 phía sơ cấp và thứ cấp nhưng có 3 pha được lắp trên lõi thép dùng chung mạch từ

Cấu tạo của lõi thép gồm 3 trụ Cuộn dây cao áp và hạ áp của mỗi pha được quấn chung trên 1 trụ từ Mỗi cuộn dây cao áp đều có 2 đầu được đánh dấu bằng các chữ in hoa lần lượt

là AX, BY, CZ, trong đó A,B,C quy ước là đầu của các cuộn dây và X, Y, Z là điểm cuối của các cuộn dây Tương tự như vậy mỗi cuộn dây hạ áp được đánh dấu bằng các chữ in thường

ax, by, cz với các điểm đầu là a,b,c và các điểm cuối là x,y,z

Các đầu dây ABC (phía cao áp) và abc (phía hạ áp) thường đưa ra ngoài để đấu nối với nguồn điện và phụ tải Các đầu dây XYZ và xyz thường nối ở bên trong máy mà không đưa ra ngoài Như vậy nhìn trên nắp máy biến áp ta chỉ thấy 6 đầu sứ

Pha C

Tiêu đề	Bài Giảng Mạng Lưới Điện
Tác giả	Nguyễn Mạnh Hà
Trường học	Trường Đại Học Kiến Trúc Đà Nẵng
Chuyên ngành	Quy Hoạch
Thể loại	Bài Giảng
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	216
Dung lượng	9,87 MB