Giáo trình Cung cấp điện

Tập bμi giảng môn học cung cấp điện dùng chung cho ngμnh HTĐ vμ các ngμnh điện khác hoặc các ngμnh khác có liện quan. Đây chỉ lμ tμi liệu tóm tắt dùng lμm bμi giảng của tác giả Trân Tấn Lợi. Khi sử dụng cho các đối t−ợng khác nhau tác giả sẽ có những thêm bớt cho phù hợp hơn. Ch−ơng I Bài mở đầu: Các tài liệu tham khảo: 1. Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp công nghiệp Bộ môn phát dẫn điện xuất bản 1978 (bản in roneo). 2. Giáo trình CCĐ (tập 1 và 2) Nguyễn Công Hiền và nhiều tác giả xuất bản 1974,1984. 3. Thiết kế CCĐ XNCN. Bộ môn phát dẫn điện (bản in roneo khoa TC tái bản). 4. Một số vấn đề về thiết kế và qui hoach mạng điện địa ph−ơng Đặng Ngọc Dinh và nhiều tác giả. 5. Giáo trình mạng điện Bộ môn phát dẫn điện. Một số tài liệu n−ớc ngoài hoặc dịch: 1. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng l−ợng 1972 2. Cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Tg: Epmulov NXB-Năng l−ợng 1976 3. Sách tra cứu về cung cấp điện (tập I & II sách dịch). Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng l−ợng 1980. Giới thiệu các ch−ơng của giáo trình: Ch−ơng I: Những vấn đề chung về TH-CCĐ. Ch−ơng II: Phụ tải điện. Ch−ơng III: Cơ sở so sánh-kinh tế kỹ thuật trong CCĐ. Ch−ơng IV: Sơ đồ CCĐ và trạm biến áp. Ch−ơng V: Tính toán mạng điện trong xí nghiệp. Ch−ơng VI: Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện. Ch−ơng VII: Tính toán dòng ngắn mạch. Ch−ơng VIII: Lựa chọn thiết bị điện. Ch−ơng IX: Bù công suất phản kháng trong mạng xí nghiệp. Ch−ơng X: Bảo vệ rơ-le trong mạng điện xí nghiệp. Ch−ơng XI: Nối đất và chiếu sáng. Ch−ơng XII: Chiếu sáng công nghiệp. Ch−ơng I Những vấn đề chung về HT-CCĐ 1.1 Khái niệm về hệ thống điện: Ngμy nay khi nói đến hệ thông năng l−ợng, thông th−ờng ng−ời ta th−ờng hình dung nó lμ hệ thông điện, t−ơng tự nh− vậy đôi lúc ng−ờng ta gọi Khoa điện lμ Khoa năng l−ợng, đó không phải lμ hiện t−ợng ngẫu nhiên mμ nó chính lμ bản chất của vấn đề. Lý do lμ ở chỗ năng l−ợng điện đã có −u thế trong sản xuất,khai thác vμ truyền tải, cho nên hầu nh− toán bộ năng l−ợng đang khai thác đ−ợc trong tự nhiên ng−ời ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng tr−ớc khi sử dụng nó. Từ đó hình thμnh một hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối vμ CCĐ điện năng đến từng hộ sử dụng điện. Một số −u điểm của điện năng: + Dễ chuyển hoá thμnh các dạng năng l−ợng khác (Quang, nhiệt, hoá cơ năng…). + Dễ chuyền tải vμ truyền tải với hiệu suất khá cao. + Không có sắn trong tự nhiên, đều đ−ợc khai thác rồi chuyển hoá thμnh điện năng. ở nơi sử dụng điện năng lại dẽ dμng chuyển thμnh các dạng năng l−ợng khác → Ngμy nay phần lớn năng l−ợng tự nhiên khác đ−ợc khai thác ngay tại chỗ rồi đ−ợc đổi thμnh điện năng (VD NM nhiệt điện th−ờng đ−ợc xây dựng tại nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn n−ớc…). Đó cũng chính lμ lý do xuất hiện hệ thống tryền tải, phân phối vμ cung cấp điện năng mμ chung ta th−ờng giọ lμ hệ thông điện. Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu tryền tải; phân phối vμ cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem HV.) NL sơ cấp ~ ~ NMĐ1 NMĐ210 kV 10 kV110 kV220 kV 35 kV 6; 10 kV 0,4 kV phân phối & cung cấp điện năng (CCĐ) sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) HV. 01 Từ đó cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có một ý nghĩa hẹp hơn Định nghĩa: Hệ thông cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vμi nét đặc tr−ng của năng l−ợng điện: 1- Khác với hầu hết các sản phẩm, điện năng đ−ợc sản xuất ra, nói chung không tích trữ đ−ợc (trừ vμi tr−ờng hợp đặc biệt với công suất nhỏ nh− pin, acqui..) → Tại mỗi thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cần bằng giữa l−ợng điện năng sản xuất ra vμ tiêu thụ có kể đến tổn thất trong khâu truyền tải. Điều nμy când phải đ−ợc quán triệt trong khâu thiết kế, qui hoạch, vận hμnh vμ điều độ hệ thống điện, nhăm giữ vững chất l−ợng điện (u & f). 2- Các quá trình về điện xẩy ra rất nhanh. Chẳng hạn sóng điện từ lan tuyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 30 000 000 km/s (quá trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền) → Đóng cắt của các thiết bị bảo v.v… đều phải xẩy ra trong vòng nhỏ hơn 1/10 giây → cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ. 3- Công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngμnh kinh tế qquốc dân (luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp dệt…). → lμ một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển nhịp nhμnh trong cấu trúc kinh tế. Quán triệt đặc điểm nμy sẽ xây dựng những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với cacs ngμnh kinh tế – Các vùng lãnh thổ khác nhau – Mức độ xây dựng nguồn điện, mạng l−ới truyền tải, phân phối → nhằm đáp ứng sự phát triển cân đối, tránh đ−ợc những thiệt hại kinh tế quốc dân do phải hạn chế nhu cầu của các hộ dùng điện. Nội dung môn học: Nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế hệ thống CCĐ- XN nói chung vμ HTĐ nói riêng. Một ph−ơng án CCĐ đ−ợc gọi lμ hợp lý phải kết hợp hμi hoμ một loạt các yêu cầu nh−: • Tính kinh tế (vốn đầu t− nhỏ). • Độ tin cây (xác suất mất điện nhỏ). • An toμn vμ tiện lợi cho việc vận hμnh thiết bị. • Phải đam bμo đ−ợc chất l−ợng điện năng trong phạm vi cho phép (kỹ thuật). Nh− vậy lời giải tối −u khi thiết kế HTĐ phải nhận đ−ợc từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển năng l−ợng của vùng; Phải đ−ợc phối hợp ngay trong những vấn đề cụ thể nh− – Chọn sơ đồ nối dây của l−ới điện, mức tổn thất điện áp …. Việc lựa chọn PA CCĐ phải kết hợp với vviệc lựa chọn vị trí, công suất của nhμ máy điện hoặc trạm biến áp khu vực. Phải quan tâm đến đạc điểm công nghệ của xí nghiệp, xem xét sự phát triển của xí nghiệp trong kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc…..). Vì vậy các dự án về thiết kế CCĐ-XN, th−ờng đ−ợc đ−a ra đồng thời với các dự án về xây dựng, kiến trúc, cấp thoát n−ớc v.v… vμ đ−ợc duyệt bởi một cơ quan trung tâm. ở đây có sự phối các mặt trên quan điểm hệ thống vμ tối −u tổng thể. 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác nhau → (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu của từng loại hộ phụ tải). a) Theo điện áp vμ tần số: căn cứ vμo Udm vμ f * Hộ dùng điện 3 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 3 pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 1 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện lμm việc với tần số ≠ 50 Hz. * Hộ dùng dòng điện một chiều. b) Theo chế độ lμm việc: (của các hộ dùng điện). • Dμi hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, lμm việc dμi hạn mμ nhiệt độ không v−ợt quá giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén…). • Ngắn hạn: thời gian lμm việc không đủ dμi để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại, động cơ dóng mở van của TB thuỷ lực). • Ngắn hạn lập lại: các thời kỳ lμm việc ngắn hạn của TB xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn → đ−ợc đặc tr−ng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện vμ thời gian toμn chu trình sản suất (VD máy nâng; TB hμn). c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh tế vμ xã hội, các hộ tiêu thụ điện đ−ợc CCĐ với mức độ tin cậy khác nhau vμ phân thμnh 3 loại. • Hộ loại I: Lμ hộ mμ khi sự cố ngứng CCĐ sẽ gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con ng−ời, hoặc ảnh h−ởng có hại lớn về chính trị – gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải đ−ợc CCĐ từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng CCĐ rất nhỏ, thời gian ngừng CCĐ th−ờng chỉ đ−ợc phép bằng thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD xí nghiệp luyện kim, hoá chất lớn…). • Hộ loại II: Lμ hộ tuy có tầm quan trọng lớn nh−ng khi ngừng CCĐ chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do h− hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v… Hộ loại II đ−ợc CCĐ từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng CCĐ cho phép bằng thời gian để đóng TB dự trữ bằng tay (XN cơ khí, dệt, công nghiệp nhẹ, công nghiệp địa ph−ơng…). • Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1 vμ 2. Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nh−ng không quá một ngμy đêm. Hộ loại III th−ờng đ−ợc CCĐ băng một nguồn. 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực công nghiệp. 2) Các thiết bị chiếu sáng. (th−ờng 1 pha, ĐTPT bằng phẳng, cosϕ = 1-0,6). 3) Các TB biến đổi. 4) Các động cơ truyền động máy gia công. 5) Lò vμ các thiết bị gia nhiệt. 6) Thiết bị hμn. (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải Udm ; fdm ; cosϕ ; đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 2 hoặc 3……). 1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thông CCĐ đ−ợc đánh giá băng chất l−ợng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục CCĐ. *Tính liên tucj CCĐ: hệ thống CCĐ phải đảm bảo đ−ợc việc CCĐ liên tục theo yêu cầu của phụ tải (yêu cầu của hộ loại I; II & III). Chỉ tiêu nμy th−ờng đ−ợc cụ thể hoá bằng xác suất lμm việc tin cậy của → trên cơ sở nμy ng−ời ta phân các hộ tiêu thụ thμnh 3 loại hộ mμ trong thiết kế cần phải quán triẹet để có đ−ợc PA CCĐ hợp lý. * Tần số: độ lệch tần số cho phép đ−ợc qui định lμ ± 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thông điện đ−ợc ổn định công suất tiêu thụ phải < công suất của HT. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng th−ờng phải đặt thêm TB tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của XN hoặc TB bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số. *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức đ−ợc qui định nh− sau: (ở chế độ lμm việc bình th−ờng). + Mạng động lực: [ΔU%] = ± 5 % Udm + Mạng chiếu sáng: [ΔU%] = ± 2, 5 % Udm Tr−ờng hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10 ữ 20 %)Udm . Tuy nhiên vì phụ tải điện luôn thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nhau ở các nút của phụ tải → điều chỉnh rất phức tạp. Để có những biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả sự diễn biến của điện áp không những theo độ lệch so với giá trị định mức, mμ còn phải thể hiện đ−ợc mức độ kéo dμi. Khi đó chỉ tiêu đánh giá mức độ chất l−ợng điện áp lμ giá trị tích phân. dt U U)t(UT 0 dm dm∫ − Trong đó: U(t) - giá trị điện áp tại nút khảo sát ở thời điểm t. T - khoảng thời gian khảo sát. Udm - giá trị định mức của mạng. Khi đó độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) đ−ợc mô tả nh− một đại l−ợng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, vμ một trong những mục tiêu quan trọng của điều chỉnh điện áp lμ: sao cho giá trị xác suất để trong suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp năm trong phamj vi cho phép, đạt cực đại. Ngaòi ra khi nghiên cứu chất l−ợng điện năng cần xét đến hμnh vi kinh tế, nghĩa lμ phải xét đến thiệt hại kinh tế do mất điện, chất l−ợng điện năng xấu. Chẳng hạn khi điện áp thấp hơn định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động cơ thấp hơn định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động cơ giảm v.v.. Từ đấy xác định đ−ợc giá trị điện áp tối −u. Mặt khác khi nghiên c−u chất l−ợng điện năng trên quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa lμ điều chỉnh điện áp vμ đồ thị phụ tải sao cho tổng số điện năng sử dụng với điện áp cho phép lμ cực đại. Những vấn đè nêu trên cần có những nghiên c−u tỉ mỉ dựa trên những thông kê có hệ thông về phân phối điện áp tại các nút, suất thiệt hại kinh tế do chất l−ợng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu th−ờng dùng: 1 – Máy phát điện hoặc nhμ máy điện 2 - Động cơ điện 3 – Máy biến áp 2 cuộn dây. 4 – Máy biến áp 3 cuộn dây. 5 – Máy biến áp điều chỉnh d−ới tải. 6 - Kháng điện. 7 – Máy biến dòng điện. 8 – Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 – Cầu dao cách ly. 12 – Máy cắt phụ tải. 13 – Tụ điện bù. ~ Đ 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối. 16 – Tủ phân phối động lực. 17 – Tủ chiếu sáng lμm việc. 18 Tủ chiếu sáng cục bộ. 19 – Khởi động từ. 20 - Đèn sợi đốt. 21 - Đèn huỳnh quang. 22 – Công tắc điện. 23 – ổ cắm điện. 24 – Dây dẫn điện. 25 – Dây cáp điện 26 – Thanh dẫn (thanh cái). 27 – Dây dẫn tần số ≠ 50 Hz 28 – Dây dẫn mạng hai dây. 29 – Dây dẫn mạng 4 dây. 30 - Đ−ờng dây điện áp U ≤ 36 V. 31 – Đ−ờng dây mạng động lực 1 chiều. 32 – Chống sét ống. 33 – Chông sét van. 34 – Cầu chì tự rơi.