Tiểu luận hệ thống cung cấp điện

Điện là năng lượng chủ yếu trong cung cấp điện để phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia, vì thế vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn. Về mặt sản xuất điện năng, vấn đề đặt ra là phải sử dụng hết khả năng của nhà máy điện để sản xuất ra được nhiều điện nhất, đồng thời về mặt cung cấp điện, phải truyền tải/cung cấp được nhiều nhất sản lượng điện mà các nhà máy điện/nơi sản xuất ra điện tới nơi tiêu thụ điện đạt hiệu quả nhất. Để hiểu thấu đáo các đại lượng trong tính toán thiết kế cho các hạng mục cho việc sử dụng điện của hệ thống điện là có ý nghĩa quan trọng. Trong đó, hiểu và kiểm soát tốt hệ thống cung cấp điện và sử dụng điện đạt hiệu quả cao để đem lại hiệu quả kinh tế cho việc sử dụng điện năng. Đó chính là lý do em chọn đề tài “hệ thống cung cấp điện” làm tiểu luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Hoàng Quốc Việt

4. Ngày giao nhiệm vụ:

5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn

……….

Tp.HCM, ngày 18 tháng 11 năm 2019

Thông qua bộ môn

LỜI NÓI ĐẦU

Điện là năng lượng chủ yếu trong cung cấp điện để phát triển kinh tế

- xã hội của quốc gia, vì thế vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng

trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn Về mặt sản xuất điện

năng, vấn đề đặt ra là phải sử dụng hết khả năng của nhà máy điện để sản

xuất ra được nhiều điện nhất, đồng thời về mặt cung cấp điện, phải truyền

tải/cung cấp được nhiều nhất sản lượng điện mà các nhà máy điện/nơi sản

xuất ra điện tới nơi tiêu thụ điện đạt hiệu quả nhất

Để hiểu thấu đáo các đại lượng trong tính toán thiết kế cho các hạngmục cho việc sử dụng điện của hệ thống điện là có ý nghĩa quan trọng.Trong đó, hiểu và kiểm soát tốt hệ thống cung cấp điện và sử dụng điện đạthiệu quả cao để đem lại hiệu quả kinh tế cho việc sử dụng điện năng Đó

chính là lý do em chọn đề tài “hệ thống cung cấp điện” làm tiểu luận.

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn:

- Ban Giám hiệu nhà trường Đại học Công nghệ TP.HCM, Ban Chủnhiệm Khoa Điện đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trìnhhọc tập;

- Các thầy cô đã trang bị cho em những kiến thức quí báu trong thờigian qua;

- Thầy….đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành tiểuluận này;

- Xin cảm ơn tất cả các bạn đã có những ý kiến đóng góp trong suốtquá trình thực hiện tiểu luận

Học viên thực hiện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-&&&&& -………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp.HCM, ngày 18 tháng 11 năm 2019 Giáo viên duyệt MỤC LỤC Chương I………

Chương II………

Chương III……….

Chương IV……….

ChươngV………

Chuong VI ……….

Chương I Phụ tải điện là gì?

Phụ tải điện là đại lượng đo bằng tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị điện trong một thời điểm, đây là hàm số của nhiều yếu tố theo thời gian, không tuân thủ theo một qui luật nhất định và là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của hệ thống điện

Xác định đúng phụ tải điện (tính toán) có vai trò rất quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện Xác định phụ tải điện (phụ tải tính toán) không chính xác sẽ xảy ra hai trường hợp:

- Nhỏ hơn phụ tải thực tế thường dẫn đến các sự cố hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị, là nguy cơ tiềm ẩn cho các sự cố tai nạn sau này

- Lớn hơn phụ tải thực tế sẽ gây lãng phí do các thiết bị không được khai thác, sử dụng hết công suất

Do vậy trong thực tế thiết kế, khi đơn giản công thức để xác định phụ tải điện thì cho phép sai số ±10% Các phương pháp xác định phụ tải tính toán được chia làm 2 nhóm chính:

- Nhóm thứ nhất: là nhóm dựa vào kinh nghiệm thiết kế và vận hành

để tổng kết và đưa ra các hệ số tính toán Đặc điểm phuong pháp này là thuận tiện nhưng chỉ cho kết quả gần đúng

- Nhóm thứ hai: là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác xuất và thống kê Đặc điểm phuong pháp này là có kể đến ảnh hưởng

của nhiều yếu tố Do vậy nên kết quả tính toán có chính xác hơn song việc tính toán khá phức tạp

* Xác định phụ tải tính toán để làm cơ sở cho việc chọn lựa dây dẫn

và các thiết bị trong lưới Việc xác định phụ tải tính toán có mục đích sau:+ Xác định sơ bộ phụ tải của đối tượng nhằm xác định phương áncung cấp điện

+ Xác định để chọn và kiểm tra dây dẫn và các thiết bị bảo vệ

+ Xác định để lựa chọn máy biến áp, số lượng máy biến áp, trạm biếnáp

+ Xác định để tính toán và lựa chọn các phương án bù công suất phảnkháng…

Ngoài ra, việc xác định phụ tải tính toán còn nhằm để tính toán sơ bộcác chỉ tiêu về kinh tế sau:

+ Vốn đầu tư

+ Phí tổn vận hành

+ Chi phí kim loại màu

+ Tổn thất điện năng

Chương II Sơ đồ cung cấp điện và trạm biến áp

Để đảm bảo cung cấp điện an toàn thì sơ đồ cung cấp điện phải có cấu

+ Do quá trình công nghệ cần dùng một lượng lớn nhiệt năng, hơi nướcnóng trong trường hợp này thường xây dựng nhà máy nhiệt điện vừa đểcung cấp hơi vừa để cấp điện và hỗ trợ hệ thống điện.

2.1 Yêu cầu với sơ đồ cung cấp điện:

a) Độ tin cậy cấp điện

Sơ đồ phải đảm bảo tin cậy cấp điện theo yêu cầu của phụ tải

- Hộ loại I: phải có 2 nguồn cấp điện, sơ đồ phải đảm bảo cho hộ tiêu

thụ không được mất điện, hoặc gián đoạn trong thời gian thiết bị tựđộng đóng nguồn dự phòng Các phụ tải quan trọng, nếu mất điệnảnh hưởng chính trị/an ninh: nhà quốc hội, sân bóng đá những trậncầu quan trọng,…

- Hộ loại II: được cấp bằng một hoặc hai nguồn điện Việc lựa chọn

số nguồn cấp điện phải dựa trên sự thiệt hại kinh tế do ngừng cấpđiện Nếu mất điện chỉ thiệt hại về mặt kinh tế: xưởng sản xuất,…

- Hộ loại III: chỉ cần cấp điện từ một nguồn thường là phụ tải ít quan

bằng điện áp hệ thống không qua máy biến áp hạ, phần còn lại qua máybiến áp giảm có điện áp phù hợp với phụ tải.

Phụ thuộc vào các cấp điện áp, vào công suất của phụ tải có thể sửdụng một trong 3 phương án sau:

- Qua máy biến áp giảm dần từ điện áp cao xuống (hình 3.6a).

- Dùng máy biến áp 3 cuộn dây (hay máy biến áp từ ngẫu nếu điện

áp trung lớn hơn hoặc bằng 110 KV) (hình 3.6b).

- Qua các máy biến áp 2 cuộn dây cung cấp cho từng cấp điện áp

thấp (hình 3.6c).

Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc của trạm biến áp

Số lượng máy biến áp: có thể 1, 2, 3.

a. Một máy biến áp được dùng trong trường hợp:

- Phụ tải thuộc loại không quan trọng Trạm thường được cung cấpbằng một đường dây từ hệ thống đến

- Trạm biến áp xây thường 2 giai đoạn, giai đoạn đầu đặt một máy, khiphụ tải phát triển (trong 2, 3 năm sau) sẽ đặt thêm máy biến áp thứ hai.Thiết kế như vậy có ưu điểm không phải đặt hai máy ngay từ đầu nếu chọncông suất máy biến áp theo phụ tải sau khi phát triển, giai đoạn đầu máybiến áp làm việc non tải, tổn hao không tải lớn Còn nếu chọn công suấttheo phụ tải hiện tại, khi phát triển phải thay máy biến áp lớn hơn Trườnghợp này cho phép giai đoạn đầu vận hành một máy biến áp thường ít có khảnăng sự cố máy biến áp, do máy biến áp còn mới, tuổi thọ còn cao Hơnnữa thiết kế như vậy vốn đầu tư ban đầu nhỏ, tận dụng vốn đầu tư tốt hơn.

b. Hai máy biến áp là phương án thường được sử dụng nhất vì tính đảm bảo cao

Phương án này được thiết kế khi:

- Có hai đường dây cung cấp từ hệ thống

- Khi không có máy biến áp lớn phù hợp với phụ tải

- Không có khả năng chuyên chở và xây lắp máy biến áp lớn

c. Ba máy biến áp chỉ sử dụng trong trường hợp đặc biệt:

- Khi không có 2 máy biến áp phù hợp

- Trạm biến áp đã xây dựng, khi phát triển phụ tải không có khả năngthay 2 máy mới phải đặt thêm máy thứ 3

Đặt 3 máy biến áp thường đưa đến tăng vốn đầu tư, tăng diện tíchxây dựng, phức tạp xây lắp Đặc biệt khi sử dụng máy biến áp 3 cuộn dâyhay từ ngẫu không nên dùng 3 máy biến áp làm việc song song

Phương án 1 (hình 3.6a)

Phương án này được sử dụng:

- Khi phụ tải ở các cấp điện áp thấp bé hơn phụ tải ở cấp điện áp cao (ST > SH)

- Khi không có máy biến áp 3 cuộn dây thích hợp Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ chế tạo với điện áp thấp bằng hoặc lớn hơn 6KV, 10KV, 22KV

Phương án này có nhược điểm là máy biến áp cấp một (điện áp lớn nhất) phải tải cả công suất ở các cấp nối tiếp, do đó phải chọn công suất lớn, tổn hao có thể lớn vì vậy không nên sử dụng khi phụ tải SH≥ ST

Phương án 2 (hình 3.6b):

Sử dụng 2 máy biến áp 3 cuộn dây khi điện áp cao UC = 110KV; UT =22; 35KV; UH ≥ 6KV; hoặc sử dụng máy biến áp từ ngẫu khi UC≥ 220KV,

UT≥ 110KV, UH=10, 22, 35, 110KV

Chú ý: ở đây không nên sử dụng ≥ 3 máy biến áp 3 cuộn dây hay từ ngẫu,

vì như vậy sẽ dẫn đến không tốt khi bố trí thiết bị phân phối điện

Phương án này có nhiều ưu điểm:

- Số lượng máy biến áp chỉ có 2, chiếm ít diện tích xây lắp

- Giá thành thấp

- Tổn hao trong máy biến áp có thể nhỏ hơn các phương án 1, 3 vì không phải qua 2 lần biến áp

Tuy nhiên không phải trường hợp nào cũng khả thi vì:

- Máy biến áp 3 cuộn dây chỉ chế tạo với điện áp UH ≥ 6KV

- Máy biến áp từ ngẫu chỉ chế tạo với điện áp UT ≥ 110KV

- Khi công suất lớn kích thước và trọng lượng máy biến áp lớn có thểkhông cho phép khi chuyên chở và xây lắp

- Khi công suất của các cuộn chênh lệch quá nhiều Vì máy biến áp chỉ

chế tạo công suất bé nhất cũng bằng 3

2 công suất định mức (100/100/66,7;100/66,7/66,7; 100/66,7/100) điều này dẫn đến cuộn công suất bé sẽ nontải Thích hợp nhất là khi phụ tải ở UT hoặc UH lớn hơn hoặc bằng 20%công suất định mức của máy biến áp SH≥ 20%SđmB; ST≥ 20%SđmB

Phương án 3 (hình 3.6c):

Dùng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công suất từ điện áp cao sang trung và

Phương án này có nhược điểm là:

- Tăng số lượng máy biến áp dẫn đến chiếm nhiều diện tích

- Tách trạm biến áp thành hai phần riêng biệt (hai trạm biến áp đặt chung trong một nơi) Tuy nhiên phương án này sử dụng khi phụ tải ở UT

và UH chênhlệch nhiều mà không thể dùng phương án 1 và 2 Ví dụ khi điện áp cao là 22KV, điện áp của phụ tải là 6 (15KV) và 0,4KV

Nói chung phương án 3 có nhiều hạn chế và ít được sử dụng

2.2.1 Phân loại và vị trí đặt trạm

a) Phân loại:

- Trạm biến áp: biến đổi điện áp, thường từ cao → thấp

+ Trạm trung gian: có điện áp 35 ÷ 220hV

+ Trạm phân xưởng: biến đổi 6 ÷ 10 (35) kV → 0.4(0.6) kV

- Trạm phân phối: chỉ phân phối điện năng trong cùng cấp điện áp

- Trạm đổi điện: thực hiện chỉnh lưu hoặc biến đổi tần số từ fđm = 50Hzsang tần số khác

b) Vị trí đặt trạm (nguyên tắc chung):

+ Gần tâm phụ tải;

+ Không ảnh hưởng đi lại và sản xuất;

+ Điều kiện thông gió, phòng cháy, nổ tốt, tránh bụi, hơi hóa chất;

+ Với các xí nghiệp lớn, phụ tải tập trung thành những vùng rõ rệt thì phảixác định tâm phụ tải của từng vùng riêng biệt, xí nghiệp sẽ có nhiều trạmbiến áp chính đặt tại các tâm đó

Chương III.

3.1 Tính toán mạng điện

- Điện năng được tải từ phía thứ cấp trạm biến áp phân phối của cấptruyền tải phụ hay trạm biến áp trung gian của cấp truyền tải đến các máybiến áp phân phối qua phát tuyến sơ cấp điện áp từ 10KV đến 22KV Máybiến áp phân phối giảm áp để cung cấp cho mạng phân phối thứ cấp (hạ áp)điện áp từ 110V đến 660V

- Mạng phân phối sơ cấp và thứ cấp phải phân phối đến tận nơi tiêuthụ nên tổng chiều dài lớn hơn mạng truyền tải

- Mạng phân phối có cấu trúc hình tia, mạch vòng kín (thường vậnhành mở) và phức tạp hơn là cấu trúc lưới hay cấu trúc mạng phân phối vàthứ cấp khi vùng cung cấp lớn với nhiều loại phụ tải và yêu cầu tính liên

tục cung cấp điện Trong mạng phân phối, vấn đề chất lượng điện áp phảiđảm bảo, do đó khi thiết kế đường dây phải đảm bảo độ sụt áp cho phép.

Trong tính toán mạng phân phối, cần đưa ra một số giả thuyết sau:

+ Do điện áp thấp so với điện áp truyền tải, chiều dài từngđường dây ngắn không xét ảnh hưởng của điện dung đường dây Tuyvậy, đối với cáp ngầm có chiều dài lớn thì có thể công suất kháng dođiện dung phát ra là khá lớn cũng cần phải xét đến;

+ Bỏ qua thành phần vuông góc trong công thức tính sụt áp vìthành phần này sẽ không đáng kể khi điện trở lớn và hệ số công suấtthấp;

Dùng điện áp định mức Uđm trong công thức tính sụt áp và tổn thất côngsuất

* Tính toán mạng điện hở và mạng điện kín đơn giản

Tính toán mạng điện hở cấp truyền tải: Mạng điện hở có một số phụtải còn gọi là mạng liên thông Sơ đồ thay thế của mạng điện có được bằngcách ghép nối tiếp sơ đồ thay thế từng đoạn đường dây Đối với đường dâytruyền tải cao áp có chiều dài trung bình, sơ đồ thay thế là sơ đồ là sơ đồhình π (chuẩn) hoặc hình π tương đương có kể đến điện dung đường dây

3.2 Xác định tiết diện dây dẫn

Dây dẫn và dây cáp trong mạng điện được lựa chọn theo các điềukiện sau đây:

• Lựa chọn theo điều kiện phát nóng;

• Lựa chọn theo điều kiện tổn thất điện cho phép

Ngoài hai điều kiện nêu trên người ta còn lựa chọn theo kết cấu của dâydẫn và cáp như một sợi, nhiều sợi vật liệu cách điện v.v…

Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện phát nóng

Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và cáp, vật dẫn bị nóng lên Nếunhiệt độ dây dẫn và cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng, hoặcgiảm tuổi thọ Mặt khác độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảmxuống Do đó nhà chế tạo quy định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dâydẫn, dây cáp

Ví dụ: dây trần có nhiệt độ cho phép là 75°C, dây bọc cao su có nhiệt

độ cho phép là 55°C, cáp 3 kV trở lại có θcp = 80°C, cáp 6 kV có θcp =65°C, cáp 10 kv có θcp = 60°C

Hãy xét trường hợp đơn giản nhất, đó là sự phát nóng của dây trầnđồng nhất Dây dẫn trần đồng nhất là dây dẫn có tiết diện không thay đổitheo chiều dài và làm bằng một vật liệu duy nhất Khi không có dòng điệnchạy trong dây dẫn thì nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường xungquanh Khi có dòng điện đi qua, do hiệu ứng Jun dây dẫn sẽ bị nóng lên.Một phần nhiệt lượng sẽ đốt nóng dây dẫn, phần nhiệt lượng còn lại sẽ tỏa

ra môi trường xung quanh

Đối với mỗi loại dây dẫn, cáp nhà chế tạo cho trước giá trị dòng điệncho phép Icq, Icq ứng với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường là: không khí25°C, đất, 15°C

Nếu nhiệt độ của môi trường nơi lắp đặt dây dẫn và cáp khác vớinhiệt độ tiêu chuẩn nêu trên thì dòng điện cho phép phải được hiệu chỉnh:

Icq (hiệu chỉnh) = k Icq

Trong đó:

• Icq – dòng điện cho phép của dây dẫn, cáp ứng với điều kiện nhiệt độtiêu chuẩn của mỗi trường, A;

• k – hệ số hiệu chỉnh, tra trong sổ tay

Vậy điều kiện phát nóng là: Ilvmax ≤ Icq

Trong đó: Ilvmax – dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất;

Icq – dòng điện cho phép (đã hiệu chỉnh) của dây dẫn

Lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Đối với mạng trung áp và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho cácphụ tải nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng Vì vậy người ta lấy điềukiện tổn thất điện áp cho phép làm điều kiện đầu tiên để chọn tiết diện dâydẫn và dây cáp Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng

Điều kiện tổn thất điện áp cho phép là: ΔUmax% ≤ ΔUcp%

Trong đó:

ΔU’ – tổn thất điện áp cho phép (±5% hoặc ±2,5% tuỳ loại phụ tải);

ΔU” – tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng.

Nếu mạng điện có nhiều đoạn, nhiều nhánh thì phải tìm điểm nào cótổn thất điện áp lớn nhất ΔUmax để so sánh

Tổn thất điện áp trong mạng điện được tính theo công thức sau:ΔU% = (∑PR + ∑QX)/U2 = ΔU’+ΔU”

Giá trị điện kháng trên 1 km đường dây nằm trong khoảng xo = 0,3

÷ 0,43 Ω/km, để cho đơn giản có thể lấy xo = 0,3 Ω/km

Vậy ta có thể tính được ΔU”:

ΔU” = ∑QX/U2 = xo∑Qili/U2

đm = xo∑QjLi/U2

đmTrị số ΔUcp đã cho trước, vậy có thể tính:

ΔU’ = ΔUcp – ΔU”

lại ΔU, so sánh với ΔUcp Nếu chưa thỏa mãn yêu cầu thì tăng tiết diện dâydẫn lên một cấp rồi tính lại lần nữa.

Sau khi đã đặt ΔUmax ≤ ΔUcp, kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng

3.3 Tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong

hệ thống cung cấp điện Vì vậy, các phần tử trong hệ thống cung cấp điệnphải được tính toán và lựa chọn sao cho không những làm việc tốt trongtrạng thái bình thường mà còn có thể chịu đựng được trạng thái sự cố tronggiới hạn quy định cho phép Để lựa chọn được tốt các phần tử của hệ thống,chúng ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch có thể xảy ra và ngắnmạch Các số liệu này còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệrơle, định phương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện,…Vì vậy, tínhtoán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cungcấp điện

Vậy ngắn mạch là gì? Đó là hiện tượng các pha chập nhau (đối vớimạng trung tính cách điện đối với đất) hặc là hiện tượng các pha chập nhau

và chạm đất (đối với mạng trung tính trực tiếp nối đất) Nói một cách khác ,

đó là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ có thể xemnhư bằng không Khi ngắn mạch tổng trở của hệ thống bị giảm xuống vàtùy theo vị trí điểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở hệthống giảm xuống ít hay nhiều

Khi ngắn mạch, trong mạng điện xuất hiện quá trình quá độ nghĩa làdòng điện và điện áp đều thay đổi, dòng điện tăng lên rất nhiều so với lúclàm việc bình thường Tùy theo máy phát điện có tự động có tự động điềuchỉnh kích từ hay không mà sự biến thiên của dòng điện trước lúc đạt tớitrạng thái ổn định cũng khác nhau

Song song với sự biến thiên về dòng điện, điện áp trong mạng điệncũng giảm xuống Mức độ giảm điện áp nhiều hay ít là tùy thuộc vị trí điểmngắn mạch so với nguồn cung cấp Thời gian điện áp giảm xuống xác định

bằng thời gian tác động của role bảo vệ và của máy cắt điện đặt gần điểmngắn mạch nhất.

Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch sau: ngắn mạch 3pha, 2 pha, 1 pha và 2 pha chạm đất Ký hiệu và xác xuất xảy ra đối vớitừng loại ngắn mạch ghi ở bảng 1.1;

Bảng 1.1 cho thấy: xác xuất xảy ra ngắn mạch 1 pha là nhiều nhất(chiếm 65%) nhưng chỉ có tính chất thoáng qua, còn xác xuất xảy ra ngắnmạch 3 pha là ít nhất (chỉ chiếm 5%), nhưng chúng ta cần nghiên cứu dạngngắn mạch này Sở dĩ vì tuy ít xảy ra nhưng nó vẫn có khả năng xảy ra.Thực tế, có lúc ngắn mạch 3 pha lại quyết định tình trạng làm việc của hệthống điện Mặt khác trong tính toán chọn máy cắt và khì cụ điện ta cầnkiểm tra ổn định lực động điện của chúng xuất phát từ dòng điện ngắnmạch 3 pha

Để nghiên cứu ngắn mạch, chúng ta dùng lý thuyết thành phần đốixứng Lý thuyết này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa những lưới có thứ

tự khác nhau, giữa các dòng điện có thứ tự khác nhau, đồng thời xác địnhmạch phân dòng (sun) tương đương cần thiết phải đưa vào điểm sự cố củalưới điện thứ tự thuận để xác định dòng điện thứ tự thuận sự cố Một phụtải mới của lưới điện sẽ nằm đúng tại mạch phân dòng (sun) tương đươngđặc trưng cho mỗi phạm trù sự cố

Vì vậy, việc giải quyết bài toán gồm có:

- Tính toán chế độ làm việc bình thường trước khi sự cố;

- Xác định mạch phân dòng (sun) tương đương;

- Xác định thành phần thứ tự thuận ở chỗ sự cố Thông thường việc tínhtoán ở chế độ vừa được thiết lập;

- Xác định dòng điện sự cố bằng cách sử dụng các mối liên quan giữacác thành phần khác nhau và dòng điện thực tế từ các phía của lưới điện;

Mức độ gần đúng trong việc tính toán dòng điện ngắn mạch phụthuộc trước tiên vào cách thức thiết lập các đặc tính tham gia vào sơ đồ tínhtoán, sau đó phụ thuộc vào sự chính xác của phương tiện tính toán;

Việc sử dụng phương pháp tính dùng ma trận, và đặc biệt là dùngmáy vi tính có khả năng thực hiện được tốt và đảm bảo sự chính xác cầnthiết ở mức độ cao Chúng ta nhận xét rằng: đối với các giá trị của dòngđiện ngắn mạch 3 pha được tính cho một hệ thống năng lượng cụ thể nào

đó, với các sức điện động khác nhau về modun và acgumen, với phần tửcủa đường dây được biểu thị bằng tổng trở (r + jx) và với phụ tải tươngđương một tổng trở (ứng với chế độ trước khi sự cố)

- Nếu không kể đến phụ tải và các phần tử khác được tính toán đúngthì giá trị của dòng điện ngắn mạch sẽ lớn hơn từ 2 – 7% so với giá trịchính xác;

- Nếu chỉ không lưu ý đến sự khác nhau về modun và acgumen củasức điện động (xem các máy phát điện là như nhau và có sức điện độngbằng 1.05E) thì sẽ đưa đến giá trị của dòng điện ngắn mạch 3 pha là gầnđúng và nhỏ hơn khoảng 10% so với giá trị chính xác;

- Nếu chỉ không kể đến sự khác nhau giũa modun sức điện động (sứcđiện động bằng 1.05E) và với sự tính toán đúng của góc lệch pha (trên thực

tế góc lệch pha hầu như không thay đổi), thì dòng điện ngắn mạch sẽ gầnđúng và nhỏ hơn khoảng 11% so với giá trị chính xác;

- Nếu không kể đến sự khác nhau về modun và acgumen của sứcđiện động (sức điện động bằng 1.05E), đồng thời không kể đến sự khácnhau của phụ tải, thì sẽ đưa đến giá trị của dòng điện ngắn mạch 3 pha nhỏhơn so với giá trị chính xác khoảng từ 5 – 8%

- Nếu không kể đến điện trở và phụ tải (khi tính toán chính xác sứcđiện động), thì sẽ dẫn đến dòng điện ngắn mạch 3 pha nhỏ hơn so với giátrị thực tế đến khoảng 20%;

- Nếu không kể đến sự khác nhau giữa modun và acgumen của sứcđiện động, của điện trở của lưới điện và của phụ tải thì sẽ dẫn đến dòngđiện ngắn mạch sai lệch so với giá trị chính xác khoảng 10%;

- Nếu dùng định lý máy phát điện tương đương (The1venin) để tínhtoán khi dòng điện ngắn mạch sẽ là

Zsun: tổng trở mạch sun tương đương của chỗ sự cố

Như vậy, nếu không kể đến sự khác nhau của phụ tải, thì kết quả chodòng điện ngắn mạch sẽ bé hơn so với giá trị chính xác như đã nêu ở trên(khoảng từ 5 – 8%);

- Sự sai lệch của dòng điện ngắn mạch được tính toán so với giá trịthực tế nằm trong phạm vi đã nêu trên có thể chấp nhận được khi nghiêncứu một số phạm trù tính toán như việc xác định công suất dòng điên ngắnmạch của máy cắt điện;

Song, trong một số trường hợp cần thiết phải xác định giá trị chínhxác như trong việc lựa chọn đường đặc tính của điều chỉnh bảo vệ khoảngcách chính xác, bảo vệ so lệch,…lúc đó ta cần phải tính toán dòng ngắnmạch một khoảng cách chính xác Để đáp ứng được yêu cầu này, ta sửdụng phương pháp ma trận để giải các bài toán của lưới điện;

Kết quả thực tế cho thấy việc sử dụng phương pháp ma trận và tínhtoán bằng máy vi tính sẽ được kết quả chính xác hơn và thực hiện với tốc

độ nhanh hơn nhiều so với các phương pháp tính toán gần đúng mà trướcđây chúng ta đã nghiên cứu

3.4 Lựa chọn các thiết bị điện

3.4.1 Đặt vấn đề:

Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộphận dẫn điện khác có thể ở một trong 3 chế độ cơ bản sau:

- Chế độ làm việc lâu dài;

- Chế độ quá tải (đối với một số thiết bị điện có thể cho phép quá tảiđến (1.3 – 1.4 so với định mức);

Trong chế độ quá tải, dòng điện qua khí cụ điện và các bộ phận dẫnđiện khác sẽ lớn hơn so với dòng điện định mức Sự làm việc tin cậy củacác phần tử trên được đảm bảo bằng cách qui định giá trị và thời gian điện

áp hay dòng điện tăng cao không vượt quá giới hạn cho phép;

Trong tình trạng ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện, sứ cáchđiện và các bộ phận dẫn điện khác vẫn đảm bảo sự làm việc tinh cậy nếuquá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động

và ổn định nhiệt Dĩ nhiên, khi xảy ra ngắn mạch, để hạn chế tác hại của nócần phải nhanh chóng loại bỏ bộ phận hư hỏng ra khỏi mạng điện;

Đối với máy cắt điện, máy cắt phụ tải và cầu chì khi lựa chọn cònthêm điều kiện khả năng cắt của chúng;

Ngoài ra, còn phải chú ý đến vị trí đặt thiết bị, nhiệt độ môi trườngxung quanh, mức độ ẩm ướt, mức độ nhiễm bẩn và chiều cao lắp đặt thiết

bị so với mặt biển;

Khi thành lập sơ đồ thay thế để tính dòng điện ngắn mạch nhằm lựachọn các khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác, ta cần xác định điểmngắn mạch tính toán ứng với tình trạng làm việc nguy hiểm nhất (phù hợpvới điều kiện làm việc thực tế);

Việc lựa chọn các khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác phải thỏamãn yêu cầu hợp lý về kinh tế và kỹ thuật

3.4.2 Những điều kiện chung để lựa chọn thiết bị điện và các phần có dòngđiện chạy qua:

- Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài;

- Chọn theo điện áp định mức;

- Chọn theo dòng điện định mức;

- Các điều kiện kiểm tra khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫnđiện theo dòng điện ngắn mạch:

+ Kiểm tra ổn định lực điện động;

+ Kiểm tra ổn định nhiệt

- Lựa chọn và kiểm tra máy c ắt điện áp cao hơn 1000V;

- Lựa chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải;

- Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly;

- Lựa chọn và kiểm tra cầu chì;

- Lựa chọn và kiểm tra sứ cách điện;

- Lựa chọn và kiểm tra thanmh dẫn;

- Lựa chọn và kiểm tra tiết diện cáp và dây cáp;

- Lựa chọn và kiểm tra kháng điện;

- Lựa chọn và kiểm tra máy biến dòng BI;

- Lựa chọn và kiểm tra máy biến điện áp;

- Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện có điện áp đến 1000V

Chương IV Bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng là gì? Công suất phản kháng là công suất vô

ích (vô công), gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như: động cơđiện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp,…

Tại sao phải bù công suất phản kháng?Công suất phản kháng Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật:

- Về kinh tế: chúng ta phải trả tiền cho lượng công suất phản

kháng tiêu thụ

- Về kỹ thuật: công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường

dây và tổn thất công suất trên đường truyền

Vì vậy, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chếảnh hưởng của nó Cũng tức là ta nâng cao hệ số cosφ

4.1 Các phương án bù

1/ Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên:

Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụđiện giảm bớt được lượng công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồncung cấp

- Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làmviệc ở chế độ hợp lý nhất

- Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có côngsuất nhỏ hơn

- Hạn chế động cơ chạy không tải

- Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thaycho động cơ không đồng bộ

- Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏhơn

2/ Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo:

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù côngsuất phản kháng ở các hộ tiêu thụ điện Các thiết bị bù công suất phảnkháng bao gồm:

a Máy bù đồng bộ: chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không

tải

* Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra công suấtphản kháng, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng củamạng điện

* Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng

và vận hành phức tạp Máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dunglượng lớn

b Tụ bù điện: làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thểsinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện

- Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn,đặc biệt dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá địnhmức Tuổi thọ tụ bù có giới hạn, sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làmviệc

- Khi đóng tụ bù vào mạng điện sẽ có dòng điện xung, còn lúccắt tụ điện khỏi mạng trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gâynguy hiểm cho người vận hành

- Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản khángvừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr)

4.2 Chọn tiết diện bù

* Công thức tính dung lượng tụ bù:mĐể chọn tụ bù cho một tải nào đó thì

ta cần biết công suất P của tải đó và hệ số công suất cosφ của tải đó:

Giả sử ta có công suất của tải là P

Hệ số công suất của tải là cosφ1 → φ1 → tgφ1 (trước khi bù, cosφ1nhỏ còn tgφ1 lớn)

Hệ số công suất sau khi bù là cosφ2 → φ2 → tgφ2 (sau khi bù,cosφ2 lớn còn tgφ2 nhỏ)

Công suất phản kháng cần bù là: Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)

Ví dụ ta có công suất tải là P = 100 (kW)

Hệ số công suất trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88

Hệ số công suất sau khi bù là cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)

Qb = 100*(0.88 – 0.33) = 55 (kVAr)

Chọn tụ bù loại để mang lại hiệu quả tốt nhất cho hệ thống và tiếtkiệm chi phí Để chọn được loại tụ bù phù hợp cần hiểu rõ đặc thù của hệthống điện từng đơn vị từ đó quyết định lựa chọn:

vỏ máy phát, máy biến áp, vỏ thiết bị, vỏ cáp, nối đất các kết cấu kim loạicủa trang thiết bị phân phối điện Nói chung đó là nối đất các kim loại bìnhthường có điện thế bằng không nhưng khi cách điện bị phóng điện xuyênthủng hay phóng điện mặt sẽ có điện thế khác không gây nguy hiểm chongười và tải sản.

Chống sét: Nhằm thu dòng điện do sét đánh tạo ra truyền xuống đất Nối đất: Nối đất là biện pháp an toàn trong hệ thống cung cấp điện.

Nếu cách điện bị hư hỏng vỏ thiết bị điện sẽ mang điện áp và có dòng ròchạy từ vỏ thiết bị điện xuống thiết bị nối đất Nhằm an toàn cho người vậnhành

Theo chức năng của các loại nối đất, nó được chia làm 3loại sau đây:

- Nối đất an toàn : nhằm đảm bảo an toàn cho con người Nối đất an

toàn là nối tất cả các bộ phận kim loại của TBĐ hay của các kết cấu kimloại mà khi cách điện bị hư hỏng thì nó xuất hiện điện áp xuống hệ thốngnối đất

- Nối đất chống sét : đảm bảo an toàn cho TBĐ Nối từ bộ phận thu

sét xuống đất

- Nối đất làm việc : nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường

cho TBĐ và 1 số bộ phận của TBĐ theo chếđộ đã được qui định sẵn, đây làloại nối đất bắt buộc để đảm bảo các điều kiện vận hành của hệ thống

Các loại nối đất thường được thực hiện bằng một hệ thống nhữngcọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất hoặc những thanh ngang hoặc hệ thốngthanh - cọc nối liền nhau chôn trong đất ở một độ sâu nhất định

Do đó, để bảo vệ cho người và thiết bị thì việc nối đất vỏ thiết bịhoặc dây trung tính là hết sức cần thiết Thường có 2 dạng tiếp xúc vớiđiện:

5.1.1Tiếp xúc trực tiếp:

Là sự tiếp xúc các phần cơ thể người với các phần dẫn điện như dâypha, dây trung tính hoặc các chi tiết bình thường có điện khác, v.v

Để bảo vệ ta cần phải thực hiện các biện pháp sau:

• Bảo vệ bằng rào chắn hoặc lưới văng

• Sử dụng điện áp thấp <42V

Tuy nhiên, các biện pháp trên chỉ có tác dụng phòng ngừa, muốn bảo

vệ tốt ta có thể sử dụng các thiết bị bảo vệ phụ bằng cách đặt các thiết bịchống dòng rò có độ nhạy cao, tác động theo dòng rò với Itác động cắt ≥vài mA (5,10,20,30mA)

5.1.2 Tiếp xúc gián tiếp:

Là sự tiếp xúc các phần cơ thể người với các phần vỏ thiết bị, các kếtcấu kim loại của nhà xưởng, mà bình thường không có mang điện nhưngkhi có sự cố hư hỏng thì nó sẽ trở nên dẫn điện do:

Sự cố bên trong : Ngắn mạch bên trong làm suy giảm cáchđiện, đảo dây pha với dây bảo vệ

Sự cố bên ngoài : Đứt dây pha và chạm vỏ thiết bị

5.2 Các quy định về điện trở nối đất tiêu chuẩn:

Điện trở nối đất an toàn của hệ thống không được lớn hơn các trị sốnối đất tiêu chuẩn đa được quy định trong các quy phạm cụ thể:

+ Đối với các thiết bị điện áp > 1000V có dòng chạm đất lớn(>500A) như các thiết bị điện ở mạng điện có điện áp từ 110kV trở lên thìđiện trở nối đất tiêu chuẩn: Rđ ≤ 0,5 Ω

Với các mạng có dòng chạm đất lớn này, khi có sự chạm đất (chạmvỏ) thì điện áp trên vỏ thiết bị so với đất (đa thoả mãn điều kiện Rđ ≤ 0,5Ω)vẫn có thể đạt trị số lớn (hàng trăm thậm chí hàng ngàn vôn) nhưng khi cócân bằng thì điện áp tiếp xúc không vượt quá 250-300V Rõ ràng điện ápnày vẫn nguy hiểm cho người nhưng với cấp điện áp này thì khi có sựchạm đất, chạm vỏ thì rơle bảo vệ sẽ tác động cắt nhanh phần sự cố Mặtkhác, với cấp điện áp này không cho phép con người tiếp xúc trực tiếp (khikhông có thiết bị bảo vệ) với thiết bị khi chưa cắt điện nên xác suất người

bị điện giật rất bé

Trong mạng điện có dòng chạm đất lớn, bắt buộc phải có nối đấtnhân tạo trong mọi trường hợp không phụ thuộc vào điện trở nối đất tựnhiên Ngay cả khi điện trở nối đất tự nhiên thoả mãn yêu cầu (Rđ ≤ 0,5Ω)

vẫn phải thực hiện nối đất nhân tạo trị số điện trở nhân tạo không được lớnhơn 1Ω (Rnt ≤ 1Ω ).

+ Đối với các thiết bị điện có điện áp >1000V có dòng chạm đất bé(<500 A) như các thiết bị ở mạng điện 3-35kV thì quy định điện trở nối đấttiêu chuẩn tại thời điểm bất kỳ trong năm như sau:

* Khi hệ thống nối đất chỉ dùng cho các thiết bị có điện áp >1000V:

250

d d

R I

≤

(nhưng phải thỏa mãn Rđ ≤ 10 Ω)

* Khi hệ thống nối đất dùng cho cả thiết bị có điện áp <1000V:

125

d d

R I

<1000V) với dòng chạm đất là Iđ

+ Đối với các thiết bị điện trong các mạng có điện áp < 1000V có

trung tính cách điện thì điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm không quá 4Ω Riêng với các thiết bị nhỏ mà công suất tổng của máy phát điện

hoặc máy biến áp có công suất không quá 100KVA thì cho phép: Rđ ≤ 10Ω

Đối với các thiết bị có điện áp > 1000V có dòng chạm đất bé và cácthiết bị có điện áp < 1000V có trung tính cách điện nên sử dụng nối đất tựnhiên có sẵn Nếu trị số của điện trở nối đất tự nhiên nhỏ hơn trị số củađiện trở nối đất tiêu chuẩn mà qui phạm đã quy định thì cho phép khôngcần phải thực hiên nối đất nhân tạo

Chú ý trong các trường hợp có nhiều thiết bị điện có điện áp khácnhau nên thực hiện nối đất chung Trị số điện trở nối đất chung cần phảithỏa mãn yêu cầu của hệ thống nối đất nào đoi hỏi điện trở nối đất có giá trịnhỏ nhất

5.3 Nhận dạng sơ đồ nối đất bảo vệ:

Vì mạng điện ở đây là mạng điện trung tính nối đất trực tiếp, nên ởđây ta chỉ khảo sát các sơ đồ nối đất an toàn theo mạng có nối đất trực tiếp

Trong nối đất thông thường được thực hiện bằng một hệ thống nhữngcọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất, hoặc những thanh ngang bằng cùng mộtloại vật liệu chôn trong đất, hoặc cọc và thanh nối liền nhau và nối liền vớivật cần nối đất, cọc thường được làm bằng thép ống hoặc thép thanh trònkhông rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính từ 30-60 mm, dài từ 2-3m hoặc bằngthép góc 40x40mm, 50x50mm… đóng thẳng đứng vào đất, còn thanh trònđường kính 10-20 mm, cọc và thanh được gọi chung là cực nối đất, thườngđược chôn sâu cách mặt đất từ 50-80 cm để giảm bớt ảnh hưởng của thờitiết không thuận lợi (quá khô về mùa nắng, bị băng giá về mùa đông) vàtránh khả năng bị hư hỏng về cơ giới (do đào bới)

Nhận dạng sơ đồ nối đất:

Chữ thứ nhất: Thể hiện tình trạng trung tính so với đất trong đó:

􀂃 T :Có nghĩa là liên lạc trực tiếp của trung tính so với đất

􀂃 I : Có nghĩa là không liên lạc trực tiếp của trung tính so vớiđất

Chữ thứ hai: Thể hiện tình trạng nối mass của thiết bị, trong đó:

􀂃 T :Có nghĩa là nối đất và nối mass riêng

􀂃 N :Là nối mass vào trung tínhChữ thứ ba: Đối với trương hợp chế độ nối đất dạng TN trong đó:

􀂃 TN-C: Dây trung tính và dây bảo vệ chung gọi là dây PEN

􀂃 TN-S:Dây trung tính và dây bảo vệ riêng lẻ

5.4 Các kiểu sơ đồ nối đất.

5.4.1 Khái niệm.

Các hệ thống nối đất khác nhau đặc trưng bởi cách nối đất điểmtrung tính hạ thế của máy biến áp phân phối và nối đất của vỏ thiết bị hạthế Chọn lựa cách nối đất sẽ kéo theo các biện pháp cần thiết để bảo vệchống chạm điện

Các hệ thống nối đất khác nhau đặc trưng bởi cách nối đất điểmtrung tính hạ thế của máy biến áp phân phối và nối đất của vỏ thiết bị hạthế