Giáo trình Cung cấp điện (Nghề Điện công nghiệpCĐ)

Nội dung của giáo trình gồm 4 chương: Bài mở đầu: Khái quát về hệ thống cung cấp điện Chương 1: Tính toán phụ tải Chương 2: Tính toán mạng và tổn thất Chương 3: Lựa chọn thiết bị tron

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH

- Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày…….tháng….năm 2017 của Trường cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình

Năm 2019

-

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình môn học Cung cấp điện được biên soạn trên cơ sở chương trình khung của nghề Điện công nghiệp, làm tài liệu giảng dạy tại trường Cao đẳng

Cơ Giới Ninh Bình

Khi biên soạn giáo trình chúng tôi đã cập nhật những kiến thức mới có liên quan tới môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng, cũng như cố gắng gắn nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao

Nội dung của giáo trình gồm 4 chương:

Bài mở đầu: Khái quát về hệ thống cung cấp điện

Chương 1: Tính toán phụ tải

Chương 2: Tính toán mạng và tổn thất

Chương 3: Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điện

Chương 4: Chiếu sáng công nghiệp

Trong quá trình biên soạn tập giáo trình, không tránh khỏi những thiếu sót Mong bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình được hoàn thiện hơn

Ninh Bình, ngày tháng 06 năm 2018

THAM GIA BIÊN SOẠN Chủ biên: Vũ Thị Vân

I Bài mở đầu: Khái quát về hệ thống cung cấp điện 4

1 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng 35

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC

Tên môn học: Cung cấp điện

Mã môn học: MH 17

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Môn học này phải học sau khi đã hoàn thành các môn học An toàn và tổ chức sản xuất, Điện kỹ thuật, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện

- Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc

Mục tiêu của môn học:

- Về kiến thức: Chọn được phương án, lắp đặt được đường dây cung cấp điện cho một phân xưởng phù hợp yêu cầu cung cấp điện theo Tiêu chuẩn Việt nam;

- Về kỹ năng: Tính chọn được dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật; Tính chọn được nối đất và chống sét cho đường dây tải điện và các công trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam;

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm và vệ sinh công nghiệp

Nội dung của môn học:

Bài mở đầu: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

* Thiết bị tiêu thụ điện: Là phần điện của thiết bị công nghệ, có chức năng biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác cơ năng, nhiệt năng, hóa

năng

Hình 1: Các thành phần của hệ thống cung cấp điện

1 Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện:

1.1 Nguồn năng lượng tự nhiên:

Năng lượng chúng ta đang tiêu dùng xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau Từ thiên nhiên, cần phải kể đến than đá, than bùn, dầu hỏa, và khí thiên nhiên Do nhân tạo, có nguồn năng lượng điện từ thủy điện còn được gọi là than trắng, nguồn nguyên tử năng, và năng lượng từ gió và từ ánh sáng mặt trời

Từ thời cổ đại người ta đã biết đến và nghiên cứu các hiện tượng điện, mặc dù lý thuyết về điện mới thực sự phát triển từ thế kỷ 17 và 18 Tuy thế, những ứng dụng của điện trong giai đoạn này vẫn còn ít cho đến cuối thế kỷ 19 với sự bùng

nổ của ngành kỹ thuật điện đưa nó vào ứng dụng trong công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ điện đã làm thay đổi nền công nghiệp chạy bằng hơi nước trước đó cũng như thay đổi xã hội loài người Tính linh hoạt của điện cho phép con người có thể ứng dụng nó vào

vô số lĩnh vực như giao thông, ứng dụng nhiệt, chiếu sáng, viễn thông, và máy tính điện tử Năng lượng điện ngày nay trở thành xương sống trong mọi công nghệ hiện đại

Năng lượng điện từ các nguồn năng lượng tự nhiên như gió, nước, năng lượng mặt trời, than đá, dầu mỏ, nhiên liệu sinh khối, năng lượng đại dương, năng lượng hạt nhân… ngày một được sử dụng rộng rãi hơn để tiết kiệm chi phí cho các biến đổi cơ năng thành điện Chúng ta đều biết điện năng được sinh ra từ các máy cơ – phát điện quay bởi các tuabin được đun nóng từ việc đốt nhiên liệu Chính vì quá trình này tiêu tốn khá nhiều nhiên liệu nên con người đã nghiên cứu và phát minh những thiết bị có thể biến đổi những nguồn năng lượng khác thành điện năng

Năng lượng điện có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v ), dễ truyền tải đi xa, hiệu suất lại cao

1.2 Đặc điểm của năng lượng điện:

Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có một số đặc điểm chính như sau:

- Điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp

cá biệt với công suất nhỏ người ta dung pin và ăcquy làm bộ phận tích trữ) Tại mọi lúc, ta phải đảm bảo cân bằng giữa điện năng được sản xuất ra với điện năng tiêu thụ kể cả những tổn thất do truyền tải điện

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh Ví dụ sóng điện từ lan truyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300000 km/giây, quá trình sóng sét lan truyền, quá trình quá độ, ngắn mạch xảy ra rất nhanh (trong thời gian nhỏ hơn 1/10 giây)

- Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, cơ khí, dân dụng, công nghiệp nhẹ ) Đó là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong cấu trúc kinh tế

- Điện năng được sản xuất chủ yếu dưới dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ và Canada) hay 50Hz (tại Việt Nam và các nước khác)

- Hệ thống điện bao gồm ba khâu: sản xuất, truyền tải, phân phối, và tiêu thụ điện năng

a Sản xuất điện năng: Các nhà máy điện

b Truyền tải, phân phối: Mạng lưới điện

c Tiêu thụ: Biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác

2 Nhà máy điện:

Nhà máy điện là nhà máy sản xuất điện năng ở quy mô công nghiệp

Bộ phận chính yếu của hầu hết các nhà máy điện là máy phát điện Đó là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện

từ Tuy nhiên nguồn năng lượng để chạy các máy phát điện này lại không giống nhau Nó phụ thuộc phần lớn vào loại chất đốt và công nghệ mà nhà máy có thể tiếp cận được

Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và thủy điện vẫn là những nguồn điện chính sản xuất ra điện trên thế giới

2.1 Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ):

Trong nhà máy nhiệt điện, cơ năng được tạo ra bởi động cơ nhiệt Động cơ nhiệt tạo ra cơ năng bằng nhiệt được lấy bằng cách đốt nhiên liệu Cơ năng ở đây được lưu trữ dưới dạng động năng quay của tuốc bin Khoảng 80% các nhà máy điện dùng tuốc bin hơi nước, tức là dùng sử dụng hơi nước đã được làm bốc hơi bởi nhiệt để quay tuốc bin Theo định luật hai nhiệt động lực học, nhiệt năng không thể chuyển hết thành cơ năng Do đó luôn có mất mát nhiệt ra môi trường Lượng nhiệt mất mát này có thể được sử dụng vào các mục đích khác như sưởi ấm, khử muối của nước

Ở nhà máy nhiệt điện sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý: Nhiệt năng  Cơ năng  Điện năng

NMNĐ được phân thành hai loại: Nhiệt điện ngưng hơi và nhiệt điện rút hơi

Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có những đặc điểm sau:

- Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nước

- Tính linh hoạt trong vận hành kém Việc khởi động và tăng phụ tải chậm

Do yêu cầu rút nhiệt phục vụ cho công nghiệp nên nhà máy này có hai đặc điểm chính sau:

- Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt

- Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện ngưng hơi

2.2 Nhà máy thủy điện (NMTĐ):

Nguyên lý của nhà máy thủy điện là sử dụng năng lượng dòng nước để làm quay trục tuốc bin thủy lực để chạy máy phát điện Quá trình biến đổi năng lượng là: Thủy năng  Cơ năng  Điện năng

So với nhà máy nhiệt điện cùng công suất thì nhà máy thủy điện đòi hỏi vốn đầu

tư nhiều hơn và chủ yếu là đầu tư vào các công trình đập chắn, hồ chứa Thời gian xây dựng lâu hơn Nhưng, nhà máy thủy điện lại có những ưu điểm chính sau:

- Giá thành điện năng rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện

- Mức độ tự động hóa ở thủy điện dễ thực hiện hơn

- Mở máy nhanh, vận hành máy đơn giản so với nhiệt điện, nên đáp ứng kịp thời yêu cầu của hệ thống

- Ít xảy ra sự cố như ở nhà máy nhiệt điện

- Thoáng mát, sạch sẽ kết hợp với phục vụ thủy lợi, cải thiện môi trường và tiện lợi cho giao thông đường thủy

- Hiệu suất của nhà máy thủy điện cao có thể đạt đến 80%

2.3 Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT):

Nhiệt năng do phân hủy hạt nhân sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng sẽ biến thành điện năng Nhiệt năng thu được trong quá trình phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử của các chất Urani 235 hay Plutoni 239 trong lò phản ứng Do đó nếu như NMNĐ dùng lò hơi thì NMĐNT dùng lò phản ứng và những máy sinh hơi đặc biệt

Ưu điểm của NMĐNT:

- Chỉ cần một lượng khá bé vật chất phóng xạ đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhà máy

- Một nhà máy có công suất 100MW, một ngày thường tiêu thụ không nhiều hơn 1kg chất phóng xạ

- Công suất một tổ máy phát điện, tuốc bin của nhà máy điện nguyên tử sẽ đạt đến 500, 800, 1200 và thậm chí đến 1500MW

Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau:

- Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài

- Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm

2.4 Nhà máy điện dùng sức gió (động cơ gió phát điện):

Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió

Hệ thống cánh quạt được truyền qua bộ biến đổi tốc độ để làm quay máy phát điện, sản xuất ra điện năng Điện năng sản xuất ra được tích trữ nhờ các bình ắc qui

Động cơ gió phát điện có khó khăn trong điều chỉnh tần số do vận tốc gió luôn luôn thay đổi Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp, công suất đạt nhỏ

do đó chỉ dung ở những vùng hải đảo, những nơi xa xôi không có lưới điện đưa đến hoặc ở những nơi thật cần thiết như ở các đèn hải đăng

2.5 Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời:

Thường có dạng như nhà máy nhiệt điện, ở đây lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt lượng bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuốc bin

Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời có những đặc điểm sau:

- Chi phí phát điện thấp

- Không gây ô nhiễm môi trường

2.6 Nhà máy năng lượng địa nhiệt:

Nhà máy năng lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng của lòng đất để gia nhiệt làm nước bốc hơi Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin Tuốc bin này kéo một máy phát điện, từ đó năng lượng địa nhiệt biến thành năng lượng điện Có hai loại nhà máy năng lượng địa nhiệt: loại chu kỳ kép và loại phun hơi

3.1 Mạng truyền tải:

Mục đích của mạng truyền tải trên không là truyền tải năng lượng từ các nhà máy phát điện đến mạng phân phối Các đường dây truyền tải cũng nối kết các

hệ thống điện lân cận với nhau

Mạng truyền tải có điện áp dây trên 60kV

4.1 Theo ngành nghề:

Phụ tải được phân làm 2 loại:

- Phụ tải công nghiệp

- Phụ tải kinh doanh và dân dụng

4.2 Theo chế độ làm việc:

- Phụ tải được phân làm 3 loại:

- Phụ tải làm việc dài hạn

- Phụ tải làm việc ngắn hạn

- Phụ tải làm việc ngắn hạn lặp lại

4.3 Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện

Phụ tải được phân làm 3 loại:

Phụ tải loại 1 (hộ loại 1): Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố gắng ngừng cung cấp điện có thể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt

b Phụ tải loại 2 (hộ loại 2): Là những hộ tương tự như hộ loại 1, nhưng hậu quả

do mất điện gây ra không nghiêm trọng bằng như hộ loại 1, những hộ tiêu thụ

mà nếu ngừng cung cấp điện chỉ liên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất được, tức là dẫn đến thiệt hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động

Hộ loại 2 bao gồm: các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa, đồ chơi trẻ em v.v…) và thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn v.v….)

Phương án cung cấp điện cho hộ loại 2 có thể có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây một lộ hay đường dây kép Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêm và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay

c Phụ tải loại 3 (hộ loại 3): Là tất cả những hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và loại 2, tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố Những hộ này thường là các khu nhà ở, các nhà kho, các trường học, hoặc mạng lưới cung cấp điện nông nghiệp

Phương án cung cấp điện cho hộ loại 3 có thể dùng một nguồn điện, hoặc đường dây một lộ

Phân loại một cách đúng đắn hộ tiêu thụ điện năng theo yêu cấu đảm bảo cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn hợp lý sơ đồ cung cấp điện

Ngoài ra, các hộ tiêu thụ điện xí nghiệp cũng được phân loại theo chế độ làm việc như sau:

a, Loại hộ tiêu thụ có chế độ làm việc dài hạn, khi đó phụ tải không thay đổi hay thay đổi rất ít Các thiết bị có thể làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép

b, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài

để nhiệt độ của thiết bị đạt đến giá trị quy định cho phép

c, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn - lập lại, thiết bị làm việc ngắn hạn xen kẽ với thời kỳ nghỉ ngắn hạn

- Điều độ trung ương A0

- Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực

- Điều độ các công ty điện lực

7 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện: Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn

đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép

7.1 Một phương án cung cấp điện xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa mãn những yêu cầu sau:

a Độ tin cậy cung cấp điện: Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện

b Chất lượng điện năng: Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu là đảm bảo độ lệch và độ dao động của tần số f và điện áp U

Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số theo tiêu chuẩn Việt Nam:

Độ lệch tần số cho phép fcp =  0,5Hz

Độ lệch điện áp cho phép:  5%Uđm

c Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm được ngoại tệ quý và vật tư hiếm, chi phí vận hành hàng năm thấp

d Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

e Thuận tiện cho vận hành, sửa chữa và bảo trì, đơn giản trong lắp đặt

f Tính linh hoạt, tự động hóa: Tính linh hoạt thể hiện ở khả năng mở rộng, phát triển trong tương lai và phù hợp với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ 7.2 Nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện:

Hiện nay khi thiết kế hệ thống cung cấp điện người ta thường dùng phương pháp

so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án Người thiết kế vạch ra tất cả các phương án có thể có rồi tiến hành so sánh các phương án về phương tiện kỹ thuật để loại trừ các phương án không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Sau đây là một số bước chính để thực hiện bản thiết kế kỹ thuật đối với phương

án cung cấp điện xí nghiệp:

a Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng và của toàn xí nghiệp để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện

b Xác định phương án về nguồn điện

c Xác định cấu trúc mạng

d Chọn thiết bị

e Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người vận hành

và thiết bị

f Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cụ thể đối với mạng lưới điện sẽ thiết

kế (các tổn thất, hệ số cosφ, dung lượng bù…)

Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thủ công gồm các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết, … và sơ đồ tổ chức thực hiện công việc lắp đặt các thiết bị điện Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành thử và bàn giao nhà máy

8 Hệ thống điện Việt Nam:

Hình: Tổng quan ngành điện Việt nam

Giai đoạn 1954 – 1975: Từ chiến tranh đến thống nhất Đất nước

Ngay khi miền Bắc vừa được giải phóng, cán bộ công nhân viên ngành Điện cùng nhau vượt qua khó khăn, khẩn trương xây dựng các công trình nguồn và lưới điện mới, phục vụ tái thiết đất nước Tuy nhiên, đây là thời kỳ đế quốc Mỹ đánh phá miền Bắc, các cơ sở điện lực là những mục tiêu trọng điểm và đã đương đầu với 1.634 trận đánh phá và chịu nhiều tổn thất Trong giai đoạn này,

Cơ quan quản lý nhà nước đầu tiên chuyên trách lĩnh vực điện là Cục Điện lực trực thuộc Bộ Công Thương đã được thành lập, 2 nhà máy nhiệt điện và thủy điện lớn nhất được xây dựng trong giai đoạn này là Uông Bí và Thác Bà góp phần quan trọng nâng tổng công suất nguồn điện toàn quốc đạt 1.326,3MW,

tăng đến 42 lần so với vẻn vẹn 31,5MW vào tháng 10/1954

Giai đoạn 1976 – 1994: Khôi phục và xây dựng nền tảng

Ngành Điện đã tập trung phát huy nội lực phát triển nguồn, lưới điện theo quy hoạch, từng bước đáp ứng đủ nhu cầu điện cho sự nghiệp đổi mới, phát triển đất nước Để thực hiện các tổng sơ đồ phát triển điện lực Chính phủ đã phê duyệt, ngành Điện khẩn trương xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (440 MW), Nhà máy Thủy điện Hòa Bình (1.920 MW), tăng nguồn điện ở miền Bắc lên gần 5 lần, là bước ngoặt lớn về lượng và chất trong cung cấp điện ở miền Bắc Ở phía Nam, Nhà máy Thủy điện Trị An (400 MW) đã nâng tổng công suất ở miền Nam lên 1.071,8 MW, đảm bảo nguồn điện cung cấp cho khu vực có mức tăng trưởng cao nhất trong cả nước Về lưới điện, hàng loạt các đường dây và trạm biến áp 220 kV như đường dây 220kV Thanh Hóa – Vinh, Vinh – Đồng Hới, đường dây 110kV Đồng Hới – Huế - Đà Nẵng… cũng được khẩn trương xây dựng và vận hành Đặc biệt, trong giai đoạn này, việc hoàn thành đường dây 500

kV Bắc – Nam với tổng chiều dài 1.487 km và 4 trạm biến áp 500 kV đã mở ra

một thời kỳ mới cho hệ thống điện thống nhất trên toàn quốc Đây là giai đoạn

vô cùng quan trọng khi mà hiệu quả khai thác nguồn điện được nâng cao, nhờ đó lực lượng cơ khí điện, lực lượng xây lắp điện, lực lượng tư vấn thiết kế,… cũng trưởng thành nhanh chóng

Giai đoạn 1995 – 2002: Hoàn thiện và phát triển

Thời điểm điện năng được xác định là một ngành kinh tế mũi nhọn, có vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Lịch sử ngành điện ghi nhận dấu ấn ngày 27/01/1995, Chính phủ ban hành Nghị định số 14/NĐ-CP thành lập Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) là đơn vị điều hành toàn bộ công việc của ngành Điện Ngành điện chính thức có bước ngoặt trong đổi mới, chuyển sang cơ chế thị trường có sự quản lý của Nhà nước Trong giai đoạn này, nhiều biện pháp huy động vốn trong và ngoài nước được đưa ra nhằm tăng cường xây dựng và đưa vào vận hành nhiều công trình trọng điểm như Nhà máy thủy điện Ialy (720 MW), Nhà máy thủy điện Hàm Thuận –

Đa mi (475 MW), nâng cấp công suất Nhà máy nhiệt điện Phả Lại lên 1.000 MW,… Đặc biệt, việc hoàn thành xây dựng Trung tâm Điện lực Phú Mỹ đã đưa trên 2.000 MW vào vận hành và phát điện, nâng tổng công suất lắp đặt toàn hệ thống điện lên 9.868 MW, giảm áp lực cung ứng điện cho sự phát triển nhanh chóng của khu vực miền Nam Mạng lưới truyền tải điện cũng được nâng cấp với hàng ngàn km đường dây và trạm biến áp 220 kV, 110 kV cùng đường dây

500 kV Bắc – Nam mạch 2

Giai đoạn 2003 – 2005: Tái cơ cấu

Từ năm 2003, ngành công nghiệp điện Việt Nam được tổ chức lại nhiều lần nhằm đảm bảo vận hành thống nhất và ổn định hệ thống điện trong cả nước EVN chuyển đổi mô hình quản lý, trở thành tập đoàn kinh tế mũi nhọn của nền kinh tế, nắm vai trò chủ đạo trong đầu tư, phát triển cơ sở hạ tầng điện lực Khối lượng đầu tư xây dựng trong giai đoạn này lên đến 505.010 tỷ đồng, chiếm khoảng 7,14% tổng đầu tư cả nước Đến cuối năm 2014, cả nước có 100% số huyện có điện lưới và điện tại chỗ; 99,59% số xã với 98,22% số hộ dân có điện lưới Tại các vùng đồng bào dân tộc, vùng sâu vùng xa, hầu hết nhân dân các khu vực này đã được sử dụng điện: Khu vực các tỉnh miền núi Tây Bắc đạt 97,55% về số xã và 85,09% số hộ dân có điện; khu vực các tỉnh Tây Nguyên là 100% và 95,17%; khu vực Tây Nam Bộ là 100% và 97,71% Nhờ đó, góp phần thay đổi cơ bản diện mạo nông nghiệp, nông thôn Việt Nam

Ngày 10/4/2005, Trung tâm Điện lực Phú Mỹ được khánh thành với 6 nhà máy điện có tổng công suất 3.859 MW, lớn gấp đôi Thủy điện Hòa Bình Trong đó, EVN đầu tư xây dựng Nhà máy Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2.1, Phú Mỹ 2.1 mở rộng và Phú Mỹ 4; các nhà máy Phú Mỹ 3, Phú Mỹ 2.2 do các nhà đầu tư nước ngoài đầu tư theo hình thức BOT Đây là công trình quan trọng ghi nhận sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp Điện lưc Việt Nam Đồng thời, qua việc tham gia xây dựng công trình, lực lượng tư vấn xây dựng điện của ngành đã bước đầu tiếp cận được công nghệ hiện đại và chủ động trong công tác tư vấn thiết kế nhà máy điện chạy khí

Ngày 2/12/2005, Thủy điện Sơn La – công trình thủy điện lớn nhất Việt Nam và Đông Nam Á được khởi công xây dựng, với tổng công suất thiết kế 2.400 MW, sản điện lượng trung bình hàng năm 10,2 tỷ kWh Tổng mức đầu tư là 36.933 tỷ đồng, đập chính của Thủy điện Sơn La cao 138,1m, chiều dài đập 961m Ngày 17/12/2010, tổ máy số 1 Nhà máy Thủy điện Sơn La đã hòa thành công vào điện lưới quốc gia

Tháng 4/2010, 5 Tổng công ty Điện lực đã ra mắt và chính thức đi vào hoạt động Đó là: Tổng công ty Điện lực miền Bắc (EVN NPC); Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC); Tổng công ty Điện lực miền Trung (EVN CPC); Tổng công ty Điện lực thành phố Hà Nội (EVN HANOI); Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh (EVN HCMC) Đây là bước ngoặt mới, giúp hoàn thiện cơ cấu tổ chức, mô hình quản lý, nâng cao quản trị doanh nghiệp, tạo đà cho sự phát triển trong sản xuất, kinh doanh của các đơn vị ngành Điện

Ngày 23/12/2012, EVN tổ chức Lễ khánh thành công trình Nhà máy Thủy điện Sơn La, về đích sớm 3 năm so với Nghị Quyết của Quốc hội, làm lợi cho đất nước hàng chục nghìn tỷ đồng Đây là công trình đa mục tiêu, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Ngành sản xuất điện ở Việt Nam có tổng công suất lắp đặt khoảng 38.676 MW tính tới tháng 10/2016 Theo Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), tổng sản lượng điện thương phẩm ở Việt Nam có tốc độ tăng trưởng hàng năm là 10,84% trong giai đoạn từ 2011 – 2015 Trong năm 2015, tổng sản lượng điện thương phẩm của ngành đạt 143,7 tỷ kWh Trong 10 tháng đầu năm 2016, tổng sản lượng điện thương phẩm của ngành đạt 132,6 tỷ kWh, tăng 11,34% so với cùng

kỳ 2015 EVN đặt kế hoạch sản lượng điện thương phẩm của ngành trong năm

2016 là 159,1 tỷ kWh, cao hơn 10,72% so với sản lượng điện thương phẩm trong năm 2015

Câu hỏi và bài tập Câu hỏi:

1 Kể tên các nhà máy điện

2 Phân loại hộ tiêu thụ điện

3 Nêu nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Mã chương: MH17 - 01 Giới thiệu:

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình thì nhiệm vụ đầu tiên là phải xác định được nhu cầu điện của công trình đó Tùy theo quy mô của công trình

mà nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải tính đến sự phát triển về sau này Tính toán phụ tải điện là dự báo phụ tải ngắn hạn, xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đưa công trình vào khai thác, vận hành đây chính là một

số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện, vì vậy phải xác định chính xác nhất

có thể giá trị phụ tải tính toán

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác,

tư duy khoa học và sáng tạo

Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình đi vào hoạt động, đi vào vận hành Phụ tải đó thường được gọi là phụ tải tính toán Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ , để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp để chọn các thiết bị bù Như vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện Các phương pháp xác định phụ tải tính toán có thể chia làm hai nhóm chính:

a Nhóm thứ nhất

Đây là nhóm các phương pháp sử dụng các hệ số tính toán dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành Đặc điểm của các phương pháp này là tính toán thuận tiện nhưng chỉ cho kết quả gần đúng

Các phương pháp chính của nhóm này là:

- Phương pháp hệ số nhu cầu

- Phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm

- Phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

b Nhóm thứ hai

Đây là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất và thống kê Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố, do đó cho kết quả chính xác hơn nhưng tính toán phức tạp hơn

Các phương pháp chính của nhóm này là:

- Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

- Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải

- Phương pháp số thiết bị hiệu quả

- Theo loại công suất, đồ thị phụ tải gồm có:

+ Đồ thị phụ tải công suất tác dụng: P = f(t)

+ Đồ thị phụ tải công suất phản kháng: Q = g(t)

+ Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến: S = h(t)

- Theo thời gian khảo sát, đồ thị phụ tải gồm có:

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng với thời gian khảo sát là 24 giờ

+ Đồ thị phụ tải hàng tháng: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng (Hình 1.3)

Hình 1.2 Đồ thị phụ tải hàng ngày dạng nấc thang

+ Đồ thị phụ tải hàng năm: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng căn cứ vào

đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông và một ngày mùa hè (Hình 1.4)

Giả sử mùa hè gồm n1 ngày và mùa đông gồm n2 ngày ở đồ thị hình 1.4a, mức

P2 tồn tại trong khoảng thời gian t2 + t/

2; còn ở đồ thị hình 1.4b, mức P2 tồn tại trong khoảng thời gian t//

2 Vậy trong một năm, mức phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian là:

T2 = (t2 + t/

2).n2 + t//

2.n1Tương tự, trong một năm, mức phụ tải P1 tồn tại trong khoảng thời gian là:

T1 = (t1 + t/

1).n2Trong đó: n1, n2 lần lượt là số ngày mùa hè và mùa đông trong một năm

Đồ thị phụ tải hàng năm tiện lợi trong việc dự báo nhu cầu về điện năng trong năm và về hiệu quả kinh tế trong cung cấp điện

Các đặc trưng của đồ thị phụ tải

a Công suất cực đại Pmax: là giá trị công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

Hình 1.4 Đồ thị phụ tải hàng năm

a Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông

b Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè

b Công suất trung bình Ptb: là đặc trưng tĩnh cơ bản của phụ tải trong khoảng thời gian khảo sát

PTB = AT : T (1.1) Trong đó: AT là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát T

c Công suất cực tiểu Pmin: là giá trị công suất cực tiểu trong khoảng thời gian khảo sát

d Điện năng tiêu thụ AT: thể hiện qua phần diện tích giới hạn bởi đường cong

đồ thị phụ tải và các hệ trục tọa độ

1

ti: là giá trị thời gian của đoạn khảo sát thứ i

T: là thời gian khảo sát

Pmax: là công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

e Thời gian sử dụng công suất cực đại: là khoảng thời gian lý thuyết mà khi sử

dụng công suất Pmax không đổi thì trong khoảng thời gian này lượng điện năng A bằng đúng lượng điện năng tiêu thụ thực tế

Nếu thời gian t1 càng kéo dài hơn thời gian t2 thì Tmax càng lớn

1 max

.

P

A P

Các đại lượng cơ bản

- Thiết bị dùng điện: hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ, là những thiết bị tiêu thụ điện năng như động cơ điện, lò điện, đèn điện

- Hộ tiêu thụ: là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay của xí nghiệp hoặc của khu vực

- Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng

a Công suất định mức (Pđm)

Công suất định mức là công suất của các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch máy hoặc trên nhãn hiệu máy, được biểu diễn bằng công

Hình 1.5.Đồ thị phụ tải haicấp

suất tác dụng P (đối với động cơ, lò điện trở, bóng đèn…) hoặc biểu diễn bằng công suất biểu kiến S (đối với máy biến áp hàn, lò điện cảm ứng…) Công suất định mức được tính với thời gian làm việc lâu dài

Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động cơ

Đối với động cơ một pha: Pđm = Uđm.Iđm.cosđm. (1.4)

Đối với động cơ ba pha: Pđm = 3Uđm.Iđm.cosđm. (1.5)

b Công suất đặt (Pđ)

Là công suất đầu vào của động cơ

Lưu ý: Đứng về mặt cung cấp điện, ta quan tâm đến loại công suất này

p pđm

d (1.6) Trong đó: Pđ: Công suất đặt của động cơ, kW

Pđm: Công suất định mức của động cơ, kW

đc: Hiệu suất định mức của động cơ

Vì hiệu suất định mức của động cơ tương đối cao (đối với động cơ không đồng

bộ rô to lồng sóc, đc = 0,8  0,95) nên để cho tính toán được đơn giản, người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất, lúc này lấy Pđ  Pđm

t: Là thời gian khảo sát (h)

Thời gian khảo sát là 1 ca làm việc, một tháng hay một năm

d Phụ tải cực đại

- Phụ tải cực đại dài hạn (Pmax)

Là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn Để tính toán lưới điện và máy biến áp theo phát nóng, ta thường lấy bằng phụ tải trung bình lớn nhất trong thời gian 5, 10 phút, 30 phút hay 60 phút (thông thường nhất lấy trong thời gian 30 phút, lúc đó ký hiệu P30, Q30, S30) đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại xác định như trên để làm phụ tải tính toán

Người ta dùng phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất và để chọn các thiết bị điện, chọn dây dẫn và dây cáp theo mật độ dòng điện kinh tế

- Phụ tải cực đại ngắn hạn hay còn gọi là phụ tải đỉnh nhọn (Pđn)

Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1  2 giây

Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, kiểm tra điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy cầu chì và tính dòng khởi động của rơ le bảo vệ v.v

Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi động cơ khởi động

- Phụ tải tính toán (Ptt)

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết không đổi lâu dài của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây ) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt

Về phương diện phát nóng, nếu ta chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau: Ptb  Ptt  Pmax

dm

dmi

p p

i di dmiP

.P

k

Hệ số đóng điện phụ thuộc vào qui trình công nghệ

c Hệ số phụ tải kpt (còn gọi là hệ số mang tải)

Hệ phụ tải (kpt) là tỉ số giữa công suất thực tế với công suất định mức

d

sd ct dm

ct tb d dm d dm

d tb dm

tb

k

k t P

t

P t P

A t

P

t

P P



.

.

Trong thực tế hệ số nhu cầu do kinh nghiệm vận hành mà tổng kết lại

f Số thiết bị hiệu quả ( nhq)

- Định nghĩa:

Số thiết bị hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc tạo nên phụ tải tính toán bằng với phụ tải tính toán của nhóm thiết bị thực tế (gồm n thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau)

- Cách xác định nhq

+ Khi trong nhóm có số thiết bị n  5:

2 n dmi

i 1 n

2 dmi

i 1

P (P )

Trong đó: n: là số thiết bị trong cả nhóm

Pđmi: là công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Nếu các thiết bị tiêu thụ của nhóm đều có công suất định mức như nhau thì:

nhq =  

2

2

.

dm

dm

P n

P

Khi số thiết bị n > 5 thì việc tính toán theo công thức trên gặp nhiều khó khăn, vì vậy trong thực tế người ta tìm nhq theo đường cong cho trước

Trình tự tính toán nhq theo các bước sau:

Bước 1: Xác định tổng số thiết bị trong nhóm (n) và tổng công suất P của n thiết bị này: P = 

Bước 2: Xác định thiết bị công suất lớn nhất trong nhóm (Pmax):

Bước 3: Xác định số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm đó

Bước 4: Xác định tổng công suất của n1 thiết bị: P1 = 

Trong đó: n: là số thiết bị trong nhóm

n1: là số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm đó

P; P1: là công suất ứng với n và n1 thiết bị

Bước 6: Tra bảng 1.1 hoặc đường cong (Hình 1.1) để tìm nhq*

Bước 7: Xác định số thiết bị hiệu quả: nhq = nhq*.n (1.24) Bảng 1.1: Bảng tra nhq* theo n* và P*

* =

n1

1

p p

p

  



0,1 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,950,02 0,71 0,51 0,36 0,26 0,19 0,14 0,11 0,09 0,07 0,06 0,05 0,01 0,04 0,03 0,03 0,03 0,02 0,020,03 0,81 0,64 0,48 0,36 0,27 0,21 0,16 0,13 0,11 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 0,04 0,030,04 0,86 0,72 0,57 0,44 0,34 0,27 0,22 0,18 0,15 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,05 0,040,05 0,90 0,79 0,64 0,51 0,41 0,33 0,26 0,22 0,18 0,15 0,13 0,11 0,10 0,08 0,07 0,07 0,06 0,050,06 0,92 0,83 70 0,58 0,47 0,38 0,31 0,26 0,21 0,18 0,15 0,13 0,12 0,10 0,09 0,08 0,07 0,060,08 0,94 0,89 0,79 0,68 0,57 0,48 0,40 0,33 0,28 0,24 0,20 0,17 0,15 0,13 0,12 0,11 0,09 0,080,10 0,95 0,92 0,85 0,76 0,66 0,56 0,47 0,40 0,34 0,29 0,25 0,22 0,19 0,17 0,15 0,13 0,12 0,100,15 0,95 0,93 0,88 0,80 0,72 0,67 0,56 0,48 0,42 0,37 0,32 0,28 0,25 0,23 0,20 0,17 0,16

1.5 Các phương pháp xác định công suất tính toán:

a Khái niệm:

Phụ tải tính toán của một nhóm thiết bị điện, của một phân xưởng là phụ tải

sử dụng để thiết kế cung cấp điện cho nhóm thiết bị điện đó, phụ tải tính toán còn dùng để lựa chọn máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt điều đó có nghĩa là hệ thống cung cấp điện được xác định theo công suất tính toán này

b Các phương pháp tính phụ tải tính toán:

Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

P

tt

2 tt

P

1

. (1.28)

Với: knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay

Pđi: công suất đặt của thiết bị thứ i (kW)

Pđmi: công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Ptt: công suất tác dụng tính toán của nhóm thiết bị (kW)

Qtt: công suất phản kháng tính toán của nhóm thiết bị (kVAr)

Stt:công suất biểu kiến (toàn phần) tính toán của nhóm thiết bị (kVA)

Ví dụ 1.1: Một xưởng sửa chữa ô tô có công suất đặt 200kW, diện tích xưởng 20

x 40 = 800m2 Yêu cầu xác định phụ tải điện

Giải

Xưởng sản xuất ô tô thực chất là xưởng sản xuất cơ khí có Knc = 0,2 đến 0,3 Lấy Knc = 0,3, phụ tải tính toán động lực:

Ptt = Knc Pđ = 0,3 x 200 = 60 (kW) Phụ tải chiếu sáng với P0 = 12 (W/m2)

Pcs = P0 D = 12 x 800 = 9600 (W) Phụ tải toàn xưởng: Px = Ptt + Pcs = 60 + 9,6 = 69,6 (kW)

costb = P1cosφ1 + P2cosφ2 + … + Pncosφn

P1 + P2 + … + Pn

(1.29)

Vì dùng đèn sợi đốt nên Qcs = 0 vậy Qx = Qtt = Ptt tgφ

Tra sổ tay với phân xưởng sửa chữa có cosφ = 0,5 đến 0,6 lấy cosφ = 0,5 Xác định được phụ tải điện chiếu sáng:

Qx = Qtt = Ptt tgφ = 60 x 1,73 = 103,8 (kVAr) Phụ tải điện toàn phần: S. = 69,6 + j103,8 (kVA)

125 8

, 103 6 ,

- Với các phân xưởng cơ khí, luyện kim… p0 = 12 đến 15 (W/m2)

- Với các phân xưởng dệt may, hóa chất… p0 = 15 đến 20 (W/m2)

- Với kho bãi… p0 = 5 đến 10 (W/m2)

- Với xưởng thiết kế p0 = 25 đến 30 (W/m2)

- Với nhà hành chính p0 = 20 đến 25 (W/m2)

- Với các trường học trị số p0 lấy như sau:

+ Với khu giảng đường p0 = 20 (W/m2)

+ Với khu hành chính văn phòng p0 = 20 đến 25 (W/m2)

+ Phòng thí nghiệm p0 = 30 đến 40 (W/m2)

+ Nhà thể thao p0 = 20 đến 30 (W/m2)

Ví dụ 1.2: Xác định phụ tải tính toán của 1 trường PTCS bao gồm nhà học 2 tầng, mỗi tầng có 6 phòng học mỗi phòng có diện tích 80m2 Các khu còn lại như: thường trực, hiệu trưởng, phòng học có tổng diện tích 100m2

Giải

Phụ tải một phòng học với p0 =15 (W/m2)

P1p = p0 S = 15 x 80 = 1200 (kW) Phụ tải 1 tầng gồm có 6 phòng giống nhau

PT = 6 P1p = 6 x 1,2 = 7,2 (kW) Phụ tải cả nhà học 2 tầng: PN = 2 x 7,2 = 14,4 (kW)

Phụ tải các khu còn lại như: thường trực, hiệu trưởng, phòng học

PH = 20 x 100 = 2000 (W) = 2 (kW) Tổng phụ tải toàn trường: P∑ = PN + PH = 14,4 + 2 = 16,4 (kW)

Giả thiết dùng đèn tuýp có cosφ = 0,8 xác định được phụ tải toàn phần:

Sx = P∑ /cosφ = 16,4/0,8 =20,5 (kVA) Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm

a: suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)

Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải (giờ/năm)

Phương pháp này thường được sử dụng cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải biến đổi như quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân

Ví dụ 1.3: Xác định phụ tải tính toán của một nhóm máy nén khí, biết rằng:

- Nhóm máy đó trong một năm sản xuất được 312.106m3 khí nén

- Điện năng tiêu thụ cho 103m3 khí nén là a = 1000 kWh/103m3

- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 7000h/năm

Giải

áp dụng công thức ta được:

Ptt = M.a T = 312.106.103 = 44571,4 kWh

Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và phụ tải trung bình

Khi không có số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp đơn giản gần đúng như (2.30) trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì chúng ta nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại

dm dm tt

kpti: hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác có thể lấy:

kpt= 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

kpt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Pdmi: là công suất định mức của thiết bị thứ i

05 ,

Bước 1: Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq

Theo số liệu đã cho tính được:

38

9 1

n

n n

127

75 1



P

P P

Tra bảng được: nhq* = 0,56 Như vậy nhq = nhq*.n = 0,56.38 = 21,2

Bước 2: Xác định phụ tải tính toán

a Phương pháp tính phụ tải tính toán cho thiết bị điện một pha

Phụ tải một pha có thể có điện áp dây (nối vào hai dây pha) hoặc có thể là điện áp pha (nối vào một dây pha và một dây trung tính) Để thiết kế được mạng điện cung cấp ba pha ta coi như có một phụ tải ba pha tương đương mà dòng điện của nó bằng dòng điện ở pha mang tải lớn nhất khi có một pha nối vào

- Khi nối các phụ tải một pha vào điện áp pha thì công suất định mức phụ tải

ba pha tương đương sẽ là:

Pđmtđ = 3Pđmphmax (1.37)

Trong đó: Pđmphmax là phụ tải định mức của pha mạng tải lớn nhất

- Khi nối các phụ tải một pha vào điện áp dây nếu có một phụ tải thì:

Pđmtđ = 3Pđm (1.38) Với Pđm là công suất định mức của phụ tải một pha

- Khi vừa có thiết bị một pha nối vào điện áp pha lại có thiết bị một pha nối vào điện áp dây thì ta phải qui đổi các thiết bị một pha nối vào điện áp dây trở thành thiết bị một pha tương đương nối vào điện áp pha Các hệ số qui đổi cho trong bảng 1.2

Pđmtđ = 3Pđmphmax (1.39)

Cụ thể:

Công suất định mức qui đổi về pha A:

Ppha(a) = Pab.p(ab)a + Pacp(ac)a + Pao

Qpha(a) = Qab.q(ab)a + Qacq(ac)a + Qao

Công suất định mức qui đổi về pha B:

Công suất định mức của pha mang tải cực đại:

Ppha(max) = maxPpha(a), Ppha(b), Ppha(c)Qpha(max) = maxQpha(a), Qpha(b), Qpha(c)Công suất định mức ba pha:

P3pha = 3Ppha(max) + Ptb3pha

Q3pha = 3Qpha(max) + Qtb3phaTrong đó:

P3pha , Q3pha lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị một pha qui đổi về pha A

Pab, Qab lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị một pha sử dụng điện áp dây ab

Pac, Qac lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết

bị một pha sử dụng điện áp dây ac

Ppha(max), Qpha(max) lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của pha mang tảI cực đại

P3pha , Q3pha lần lượt là công suất định mức tác dụng và phản kháng của thiết bị qui đổi về ba pha

Bảng 1.2: Hệ số qui đổi phụ tải một pha nối vào điện áp dây thành phụ tải một pha nối vào điện áp pha của mạng điện

Hệ số qui đổi 0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.8 0.9 1.0 Hệ số công suất của phụ tải p(ab)a, p(bc)b, p(ac)c 1.4 1.17 1 0.89 0.84 0.80 0.72 0.64 0.5 p(ab)b, p(bc)c, p(ac)a - 0.4 - 0.17 0 0.11 0.16 0.20 0.28 0.36 0.5 q(ab)a, q(bc)b, q(ac)c 1.26 0.86 0.58 0.38 0.30 0.22 0.09 - 0.05 - 0.29 q(ab)b, q(bc)c, q(ac)a 2.45 1014 1.16 0.96 0.88 0.80 0.67 0.53 0.29

Ví dụ 1.5: Một mạng điện có thiết bị một pha nối vào điện áp dây Uab, Uac và điện áp pha Uao Hãy qui đổi về phụ tải pha A

Giải:

Phụ tải tác dụng pha A:

Ppha(a) = Pab.p(ab)a + Pacp(ac)a + Pao

Phụ tải phản kháng pha A:

Q.pha(a) = Qab.q(ab)a + Qacq(ac)a + Qao

Trong đó: Pab, Pac, Qab, Qac: tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết

bị một pha nối vào điện áp dây Uab, Uac

Pao, Qao: tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị một pha nối vào điện áp pha Uao

p(ab)a, p(ac)a, q(ab), q(ac)a: Các hệ số qui đổi cho ở bảng 1.2

1.6.2 Tính phụ tải đỉnh nhọn

* Phụ tải đỉnh nhọn (Pđn): Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian từ

1  2 giây Chúng ta xác định phụ tải đỉnh nhọn để kiểm tra dao động điện áp,

kiểm tra điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy cầu chì và tính dòng

khởi động của rơ le bảo vệ v.v

Đối với một máy, dòng điện đỉnh nhọn chính bằng dòng mở máy của máy đó:

Iđn = Imm = kmm.Iđm (1.40)

Với kmm là bội số mở máy của động cơ

Khi không có số liệu chính xác có thể lấy kmm như sau:

+ Đối với động cơ một chiều: kmm = 2,5

+ Đối với động cơ rôto lồng sóc: kmm = 5  7

+ Đối với động cơ rôto dây quấn: kmm = 2  4

+ Đối với lò điện hồ quang và máy biến áp hàn: kmm  3

Đối với một nhóm máy, dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi máy có dòng điện

mở máy lớn nhất trong nhóm mở máy, còn các máy khác làm việc bình thường Công thức tính toán như sau:

Iđm (max): là dòng điện định mức của động cơ có dòng mở máy lớn nhất

Ví dụ 1.6: Tính dòng điện đỉnh nhọn của đường dây cung cấp điện cho một cần trục Số liệu phụ tải cho ở bảng sau:

Như vậy: Stt  9 , 32  6 , 22  12 , 4 kVA

Dòng điện tính toán của nhóm máy:

1.7 Xác định công suất tính toán ở các cấp trong mạng điện:

Nguyên tắc chung là công suất tính toán ở một

cấp điện áp bằng công suất tính toán ở cấp có

điện áp thấp hơn cộng với tổn thất công suất qua

đường dây hay thiết bị liên kết giữa hai cấp Việc

xác định công suất tính toán trong mạng điện

được tính từ thiết bị dùng điện ngược về nguồn

T: Biến áp phân xưởng (xí nghiệp)

3: Công suất tính toán của nhánh tủ phân phối chính

4: Công suất tính toán của tủ phân phối chính

5: Công suất tính toán phía hạ áp của biến áp phân xưởng

6: Công suất tính toán phía cao áp của biến áp phân xưởng

Công suất tính toán tại điểm 1 (Ptt1, Qtt1) chính là công suất tính toán của từng thiết bị trong nhóm thiết bị nối với tủ động lực DB Công suất tính toán này được sử dụng để chọn dây dẫn, cáp nối từ tủ động lực đến thiết bị và khí cụ bảo

vệ, điều khiển thiết bị điện

Công suất tính toán tại điểm 2 chính là công suất tính toán của nhóm thiết bị, có thể xác định bởi các phương pháp nêu ở mục 1.4 Công suất tính toán này được

sử dụng để lựa chọn máy cắt chính cho tủ động lực

Công suất tính toán tại điểm 3 (Ptt3, Qtt3) được xác định như sau:

Ptt3 = Ptt2 + P23 (1.42)

Qtt3 = Qtt2+ Q23 (1.43)

Trong đó:

+ P23 là tổn thất công suất tác dụng trên tuyến dây 23

+ Q23 là tổn thất công suất phản kháng trên tuyến dây 23

Công suất P23, Q23 được sử dụng để lựa chọn cáp hay dây dẫn nối từ tủ MDB đến tủ DB

Công suất tính toán tại điểm 4 (Ptt4, Qtt4) được xác định như sau:

Ptt4 = kđt



n i

i tt

i tt

Q

Trong đó:

n: là số nhóm thiết bị hay số nhánh ra của tủ phân phối chính

kđt: là hệ số đồng thời của các tủ động lực (các nhóm máy)

Q 3: là công suất tính toán phản kháng của nhánh thứ i của tủ MDB

Công suất Ptt4, Qtt4 được sử dụng để lựa chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ chính cho

+ P45 là tổn thất công suất tác dụng trên tuyến dây 45

+ Q45 là tổn thất công suất phản kháng trên tuyến dây 45

Công suất Ptt5, Qtt5 được sử dụng để lựa chọn dây và cáp nối từ thanh góp hạ áp của trạm biến áp phân xưởng đến tủ MDB và chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho tuyến dây này

Công suất tính toán tại điểm 6 (Ptt6, Qtt6) được xác định như sau:

Ptt6 = Ptt5 + PT (1.48)

Tâm phụ tải điện là vị trí mà khi đặt máy biến áp, tủ phân phối điện sẽ đảm bảo

tổn thất công suất và tổn thất điện năng là bé nhất Công thức xác định tâm phụ tải:

1

1

;

1

1

(1.50)

Các thông số của nhóm máy Tâm phụ tải của phân xưởng Tâm phụ tải

Pi: Công suất định mức Của thiết bị thứ i Của nhóm thiết bị thứ i (xi; yi) : Tọa độ Của thiết bị thứ i Của nhóm thiết bị thứ i

2 Chọn phương án cung cấp điện:

2.1 Khái quát:

Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm những vấn đề sau:

- Chọn cấp điện áp

- Chọn nguồn điện

- Chọn sơ đồ nối dây

Một phương án cung cấp được coi là hợp lý nếu thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo chất lượng điện năng

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, tính liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải

- Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp, sửa chữa

- Có chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật hợp lý

2.2 Chọn điện áp định mức của mạng điện:

Chọn cấp điện áp cho mạng điện là một trong những vấn đề cơ bản khi thiết

kế cung cấp điện, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sơ đồ cung cấp điện, việc lựa chọn các thiết bị điện, tổn thất công suất, tổn thất điện năng cũng như chi phí vận hành

2.3 Sơ đồ mạng điện áp cao:

a Sơ đồ hình tia (Hình nhài quạt)

Đặc điểm:

Có sơ đồ nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây riêng biệt nên chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành bảo quản Vốn đầu tư lớn, vì vậy sơ đồ này thường dùng cho hộ loại 1 và 2

-Ở sơ đồ này có một trục đường dây chính, các phụ tải đều được lấy ra từ trục này, nó có ưu khuyết điểm ngược lại với sơ đồ hình tia Do đó sơ đồ phân nhánh thường dùng cho phụ tải loại II và III

Trong thực tế người ta thường kết hợp hai sơ đồ cơ bản trên thành sơ đồ hỗn hợp, ngoài ra để nâng cao độ tin cậy người ta còn đặt các mạch dự phòng chung hoặc riêng

c Sơ đồ dẫn sâu

Trong những năm gần đây nhờ chế tạo được những thiết bị có chất lượng tốt, người ta đưa điện áp cao (35kV trở lên) vào sâu trong xí nghiệp đến tận các trạm biến áp phân xưởng Sơ đồ cung cấp điện như vậy gọi là sơ đồ dẫn sâu

* Ưu điểm:

Do trực tiếp đưa điện áp cao vào trạm biến áp phân xưởng nên giảm được số lượng trạm phân phối, do đó giảm được số lượng các thiết bị và sơ đồ sẽ đơn giản hơn

Đưa điện áp cao vào gần phụ tải nên giảm được tổn thất điện áp, điện năng,

nâng cao năng lực truyền tải của mạng điện

- Mạng chiếu sáng sự cố: Là mạng cung cấp ánh sáng lúc xảy ra sự cố khi mạng điện chiếu sáng làm việc bị mất điện Nguồn cung cấp cho mạng sự cố phải lấy

từ nguồn dự phòng, đó là nguồn lấy từ trạm biến áp khác đưa tới hoặc trong trường hợp cần thiết phải lấy từ bình ắc quy đặt sẵn từ trước

2.5 Đường dây cáp:

Cáp được chế tạo chắc chắn, cách điện tốt, lại được đặt dưới đất hoặc trong hầm cáp nên tránh được các va đập cơ khí và ảnh hưởng của khí hậu Điện kháng của cáp nhỏ hơn so với đường dây trên không cùng tiết diện, nên giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện áp

Cáp ở điện áp U < 10kV thường được chế tạo theo kiểu 3 pha bọc chung một vỏ chì Cáp ở điện áp U > 10kV thường được chế tạo theo kiểu bọc riêng lẻ từng pha

Đặc điểm cơ bản nhất của cáp là lõi cáp được chế tạo bằng đồng hay bằng nhôm Cáp thường dùng lõi nhôm 1 hay nhiều sợi, chỉ sử dụng lõi đồng ở những nơi đặc biệt như dễ cháy nổ, trong hầm mỏ, nguy hiểm do khí và bụi Cáp nhiều ruột thường là loại 3 hay 4 ruột Với cáp 4 ruột, ruột trung tính thường có tiết diện bé hơn

Lớp cách điện bao bọc xung quanh cáp có thể là cao su hay nhựa tổng hợp PVC, cũng có thể là giấy dầu cách điện Lớp cách điện ngoài cùng thường được chế tạo từ hợp kim của chì và được bảo vệ bên ngoài lớp cách điện của cáp

Nhược điểm chính của cáp là giá thành cao, thực hiện việc rẽ nhánh cáp là khó khăn

Hình 1.10 Sơ đồ phân nhánh

Câu hỏi và bài tập

Câu hỏi

1 Nêu vấn đề cần thiết của việc lựa chọn phương án cung cấp điện

2 Tại sao phải chọn cấp điện áp cho mạng điện

3 Nêu đặc điểm của những sơ đồ nối dây cơ bản

Bài tập

Bài tập 1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng cho ở bảng dưới đây:

Bài tập 2 Yêu cầu xác định phụ tải điện cho một trường dạy nghề bao gồm:

1 nhà giảng đường 3 tầng mỗi tầng có 5 phòng học S1phòng = 80m2, P0 = 15W/m2

1 nhà 2 tầng:

- Tầng dưới hội trường 200m2 , P0 = 20 (W/m2)

- Tầng trên thư viện 200m2 , P0 = 20 (W/m2)

Một xưởng thực tập cơ khí 300m2

, công suất đặt Pđ = 150(kW), Knc = 0,3, cos = 0,5

Một kí túc xá 3 tầng mỗi tầng có 12 phòng học Mỗi phòng có 10 học sinh, biết: P0 = 100 đến 200 (W/1 sinh viên)

Với phòng học, hội trường, thư viện, kí túc xá đều dùng đèn tuýp có cos = 0,8 Bài tập 3 Yêu cầu xác định phụ tải điện cho một khu chung cư mới xây dựng

bao gồm:

2 nhà ở 5 tầng, mỗi tầng 12 căn hộ, cos = 0,8

1 dãy phố dài 200m, nhà dân ở cả 2 mặt đường, cos = 0,8

1 công viên rộng 20  30 m2, có đặt 4 đu quay (công suất 1 đu quay là p = 7

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠNG VÀ TỔN THẤT

Mã chương: MH17 - 02 Giới thiệu:

Tính toán về điện bao gồm việc tính các loại tổn thất trong hệ thống cung cấp điện như tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, cũng như các tính toán về mạng Do đó tính toán điện đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện

Để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, để xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng điện và thiết bị điện, xác định phương

án bù công suất phản kháng, biện pháp điều chỉnh điện áp nhằm nâng cao chất lượng điện, chúng ta phải căn cứ vào các số liệu tính toán của phần này

Tùy mục đích sử dụng mà việc tính toán về điện đòi hỏi độ chính xác khác nhau Để tính toán được chính xác ta cần có và xử lý các dữ liệu ban đầu cho tốt, chú ý đến các yếu tố ảnh hưởng đến các dữ kiện

Để khối lượng tính toán giảm bớt, ta có thể sử dụng các biểu đồ, bảng tính sẵn trong các sách tra cứu kỹ thuật Khi sử dụng cần chú ý tìm hiểu kỹ xem chúng được xây dựng trên cơ sở nào để vận dụng cho hợp lý

Mục tiêu:

- Về kiến thức: Phân tích được tầm quan trong của các loại tổn thất trong phân phối điện năng;

- Về kỹ năng: Tính toán được tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện

năng trong mạng phân phối; Chọn vị trí đặt trạm phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện; Đấu và vận hành trạm biến áp theo tiêu chuẩn kỹ thuật;

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy tập trung, sáng tạo và khoa học

Nội dung chính:

1 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng:

1.1 Sơ đồ thay thế lưới điện:

a Đường dây

- Thường dùng 2 loại sơ đồ

+ Sơ đồ nguyên lý: là sơ đồ ghép nối các phần tử của lưới cung cấp điện (máy biến áp, đường dây, máy cắt, áptômat, cầu dao, cầu chì

+ Sơ đồ thay thế: là sơ đồ dùng trong quá trình tính toán lưới cung cấo điện trên đó người ta thay thế các phần tử lưới điện bằng các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện

- Sơ đồ thay thế đường dây tải điện

+ Sơ đồ nguyên lý :

+ Sơ đồ thay thế:

Trong đó:  là điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn, dây cáp

VD: Điện trở suất của nhôm A = 31,5 mm2/km

Điện trở suất của đồng M = 18,8 mm2/km

R là đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng

X là đặc trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hóa dây dẫn

Z = r0.l + jx0.l

Trong đó: + l : là chiều dài dây dẫn (km)

+ r0, x0: tra bảng với từng loại dây (/km)

Với dây lộ kép:

r l + jx l Z

Cả 2 đại lượng G và B nhỏ nên trong tinh toán có thể bỏ qua

Sơ đồ thay thế đường dây đơn giản

l A1 , F A1 l 12 , F 12

b Máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh dùng để biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp

điện áp khác với tần số không đổi Máy biến áp dùng để truyền tải công suất

Hình a: Sơ đồ thay thế chính xác máy biến áp hình T

Z1, Z2 là tổng trở 2 cuộn dây, Z0 là tổng trở lõi thép

Hình b: Sơ đồ thay thế đơn giản máy biến áp hình 

Zb : Tổng trở 2 cuộn dây máy biến áp

S0 : Tổn thất trong lõi thép biến áp

Máy biến áp có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: Lõi thép và cuộn dây (cuộn sơ cấp (1) và cuộn thứ cấp (2)), ngoài ra còn có bộ phận vỏ máy và bulông bắt gông từ Máy biến áp làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Để đặc trưng cho tổn thất năng lượng trên 2 phần tử đó ta dùng sơ đồ thay thế hình T với 3 đại lượng Z1, Z2, Z0

Sơ đồ này tính toán khó nên người ta sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng hình , sai số cho phép

Zb = Rb + jXb Trong đó Rb : là điện trở 2 cuộn dây tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng

do phát nóng

Xb : là điện kháng 2 cuộn dây tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hóa 2 cuộn dây

Với máy biến áp nhà chế tạo cho 4 thông số:

P0 (W, kW) là tổn hao không tải

PN (W, kW) là tổn hao ngắn mạch đó chính là tổn hao định mức trong 2 cuộn dây Người ta làm thí nghiệm để đo được trị số này khi nối ngắn mạch phía thứ cấp với bơm dòng định mức vào máy biến áp

I0%: Dòng điện không tải phần trăm

SđmBA (kVA): Là công suất định mức của máy biến áp

UN%: Điện áp ngắn mạch phần trăm do nhà chế tạo cho

S.0 : Tổn thất công suất trong lõi thép còn gọi là tổn thất không tải .

800+j600 (kVA)

3,2+j2()

-

 sin

cos

1 1

Vẽ sơ đồ thay thế đường dây: