Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

LỜI GIỚI THIỆU

Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa, nền kinh tế đang

trên đà phát triển, việc cung cấp điện năng trong xây lắp các khu công nghiệp, khu chế xuất –

liên doanh và khu nhà cao tầng ngày càng nhiều. Vì vậy việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính

toán lựa chọn sử dụng rất cần thiết cho sinh viên học ngành Điện. Ngoài ra cần phải cập nhật

thêm những công nghệ mới đang không ngừng cải tiến và nâng cao chất lượng điện năng

cung cấp điện. Với một vai trò quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo,

chương trình khung do Trương cao đẳng Công Nghệ Hà Tĩnh dạy nghề đưa ra. Từ đó tôi đã

biên soạn cuốn giáo trình Cung Cấp Điện Hạ Áp gồm 3 chương với những nội dung cơ bản

sau:

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

Chương I: Tính toán phụ tải

Chương II: Tính toán mạng và tổn thất

Chương III. Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điện

Giáo trình Cung Cấp Điện Hạ Áp được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của

giáo viên và là tài liệu học tập của học sinh Hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề.

Do chuyên môn và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót, vậy rất mong

nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn giáo trình đạt chất lượng cao

hơn.

Tp. Hà Tĩnh, ngày tháng

năm 2020

Tham gia biên soạn

Chủ biên

Trần Quốc Thương

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

1

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Mục Lục

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN...............................................................................................1

LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................................2

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌ C .......................................................................................5

Bài mở đầu: Khái quát về hệ thống cung cấp điện ........................................................7

1.

2.

3.

4.

5.

Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điệ n .............................7

Nhà máy điện .........................................................................................................8

Mạng lưới điện. ...................................................................................................15

Hộ tiêu thụ ...........................................................................................................16

Hệ thống bảo vệ...................................................................................................16

CÂU HỎI ÔN TẬP.........................................................................................................17

Chương I: Tính toán phụ tải..........................................................................................20

1.

Xác định nhu cầu điện. ........................................................................................20

1.1.

Khái niệm chung……………………………………..........................................20

1.2.

1.3.

1.4.

1.5.

Các đại lượng cơ bản trong tính toán…………………………………………..20

Các hệ số tính toán……………………………………………………………..22

Phương pháp xác định phụ tải………………………………………………….24

Xác định công suất tính toán……………………………………………………29

2. Chọn phương án cung cấp điện ..............................................................................31

2.1.

2.2.

2.3.

Khái niệm chung..................................................................................................31

Chọn điện áp định mức của mạng điện. ..............................................................31

Sơ đồ cung cấp điện hạ áp...................................................................................32

CÂU HỎI ÔN TẬP.........................................................................................................36

Chương II: Tính toán mạng và tổn thất.....................................................................43

1. Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năn.......................................43

1.1.

1.2.

1.3.

Tổn thất điện áp...................................................................................................43

Tổn thất công suất ................................................................................................47

Tổn thất điện năn g ...............................................................................................49

2. Trạm biến áp ..............................................................................................................51

2.1.

Khái niệm và phận loại trạm biến á p ...................................................................51

2.2.

Cấu trúc trạm biến áp phân phối ..........................................................................52

CÂU HỎI ÔN TẬP .........................................................................................................56

Chương 3. Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điệ n .......................................................59

1. Lựa chọn dây dẫn điện ..............................................................................................59

2. Lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ .........................................................................68

2. Nâng cao hệ số công suất...........................................................................................76

3. Bù cos  tự nhiên:.......................................................................................................78

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

2

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

CÂU HỎI ÔN TẬP .........................................................................................................79

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................................85

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

3

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Tên môn học: Cung cấp điện hạ áp

Mã môn học: MH21

I. Vị trí, tính chất của môn học:

- Vị trí: Môn học cung cấp điện hạ áp được học sau khi người học đã học xong các mô

học, mô đun cơ sở như đo lường, mạch điện, khí cụ điện, an toàn lao động.

- Tính chất: Là môn học cơ sở thuộc các môn học/mô đun chuyên môn nghề.

- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất

nước, ngành công nghiệp điện giữ vai trò hết sức quan trọng, bởi điện năng là nguồn năng

lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân.

Khi xây dựng nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, thành phố…trước tiên người ta

phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và phục vụ

nhu cầu sinh hoạt của con người.

Nội dung môn học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản

về kỹ thuật Cung cấp điện.

II. Mục tiêu môn học:

- Về kiến thức: Trình bày được phương án cấp điện và cách tính chọn dây dẫn điện, các

thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho hệ thống cung cấp điện hạ áp như phòng học, phân xưởng nhỏ.

- Về kỹ năng: Tính chọn được dây dẫn điện, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ cho hệ thống

cung cấp điện hạ áp như phòng học, phân xưởng nhỏ.

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức tạp trong

điều kiện làm việc thay đổi;

+ Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm

cá nhân trách nhiệm đối với nhóm;

+ Đánh giá chất lượng công việc sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành

viên trong nhóm.

III. Nội dung môn học:

1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Thời gian

Thực

Số

TT

hành, thí

nghiệm,

thảo luận,

bài tập

Tên chương, mục

Lý

thuyết

Kiểm

tra

Tổng

số

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

4

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

1

Bài mở đầu: Khái quát

5

về hệ thống cung cấp điện

1. Nguồn năng lượng tự

nhiên và đặc điểm của năng

lượng điện

2. Nhà máy điện.

3. Hộ tiêu thụ.

4. Hệ thống bảo vệ

Chương I. Tính toán

phụ tải

2

3

4

10

5

3

2

8

5

4

1

1.1 Xác định nhu cầu

điện

2

1.2 Chọn Phương án

cung cấp điện

5

2

1

Chương II. Tính toán mạng

và tổn thất

20

15

11

9

2.1 Tính tổn thất điện áp, tổn

thất công suất, tổn thất điện

năng

2.2 Trạm biến áp

5

3

2

Chương III. Lựa chọn thiết bị

trong cung cấp điện

3.1 Lựa chọn dây dẫn điện

3.2. Lựa chọn thiết bị đóng cắt

và bảo vệ

25

12

11

2

15

5

7

2

7

3

1

3.3. Nâng cao hệ số công suất

Cộng:

5

3

1

60

30

26

4

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

5

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

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

Giới thiệu:

- Trong những năm trở lại đây, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống

nhân dân cũng được nâng cao kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công

nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt ... phát triển không ngừng. Đối với những người công

tác trong ngành điện cần phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, các đối tượng

cấp điện để có thể tham gia tốt vận hành, thiết kế, lắp đặt các công trình điện.

Mục tiêu:

- Trình bày được đặc điểm của nguồn năng lượng, nhà máy điện, hộ tiêu thụ điện và hệ

thống bảo vệ trong mạng điện hạ áp;

- Phân loại được các loại hộ tiêu thụ điện;

- Học tập nghiêm túc.

Nội dung chương:

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

Các nguồn năng lượng trong tự nhiên rất phong phú và giàu có và đều có ích cho mọi

hoạt động của con người. Năng lượng của gió, năng lượng của nguồn nước ( thế năng , chảy

từ nơi cao đến nơi thấp ), nhiệt năng được tạo ra khi đốt nhiên liệu, cơ năng của các loại động

cơ đều có thể biến đổi thành năng lượng điện .

Năng lượng điện ngày nay được dùng rất phổ biến trong mọi hoạt động của con người

vì nó có rất nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác, dễ chuyển

tải đi xa, hiệu suất cao, giá thành thấp .

Các đặc điểm cơ bản của ngành công nghiệp điện lực là :

- Điện năng sản xuất ra không tích trữ được (trừ một lượng rất nhỏ dưới dạng pin và

ắcquy). Tại mọi lúc, mọi nơi luôn đảm bảo cân bằng giữa điện năng sản xuất ra và điện năng

tiêu thụ .

- Quá trình về điện xảy ra rất nhanh chóng, sóng điện lan truyền trên đường dây với tốc

độ xấp xỉ vận tốc ánh sáng. Do đó đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị tự động trong vận hành ,

điều khiển mạng điện .

- Công nghiệp điện lực liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân . Đố

là một động lực thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế, nâng cao năng suất lao động, cải thiện

điều kiện lao động cho con người .

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

6

KHOA ĐIỆN

Có nhiều cách phân loại lưới điện:

• Căn cứ vào trị số điện áp, chia ra:

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

-

Lưới siêu cao áp: 500kV.

Lưới cao áp: 220kV; 110kV.

Lưới trung áp:

Lưới hạ áp:

35kV; 22kV; 10kV; 6kV.

0,4kV.

• Căn cứ vào nhiệm vụ, chia ra:

-

Lưới cung cấp:

Lưới phân phối: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV.

110kV; 220kV; 500kV.

• Căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra:

-

Lưới khu vực.

Lưới địa phương.

• Căn cứ vào số pha, chia ra:

-

Lưới một pha.

Lưới hai pha.

Lưới ba pha.

• Căn cứ vào đối tượng cấp điện, chia ra:

-

Lưới công nghiệp.

Lưới nông nghiệp.

Lưới đô thị.

2. Nhà máy điện

Điện năng là một sản phẩm được sản xuất được sản xuất ra từ các nhà máy điện. Hiện

nay các nhà máy điện lớn đều phát ra năng lượng dòng điện xoay chiều ba pha, rất ít nhà máy

phát năng lượng dòng điện một chiều. Trong công nghiệp muốn dùng năng lượng dòng điện

một chiều thì người ta dùng chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành

dòng điện một chiều.

Nguyên lý chung để sản xuất ra điện ở các nhà máy điện là từ một dạng năng lượng sơ

cấp nào đó muốn chuyển thành điện năng đều phải biến đổi qua một cấp trung gian là cơ năng

làm quay máy phát điện để phát ra điện năng. Nguồn năng lượng thường dùng trong đa số các

nhà máy điện hiện nay vẫn là năng lượng các chất đốt và năng lượng nước. Từ năm 1954, ở

một số nước tiên tiến đã bắt đầu xây dựng một số nhà máy điện dùng năng lượng nguyên tử.

Dưới đây trình bày sơ lược nguyên lý làm việc của một số loại nhà máy điện tương ứng

với các nguồn năng lượng kể trên là nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện

nguyên tử, ngoài ra còn kể đến các nhà máy điện như nhà máy điện sức gió, năng lượng mặt

trời…

❖ Nhà máy nhiệt điện.

Đây là một dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn còn được sử dụng rất phổ biến.

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

7

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt đ

iện

Đối với các nhà máy nhiệt điện, động cơ sơ cấp của máy phát điện chủ yếu là tuabin hơi,

máy hơi nước ... ở các nhà máy nhiệt điện lớn thì động cơ sơ cấp là tuabin hơi.

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như sau:

Nhiệt năng - cơ năng - điện năng

Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt 1 nhằm đun sôi nước ở bao hơi 2 với nhiệt độ và

áp suất cao (khoảng 500⁰C và 40 at) được dẫn đến làm quay tuabin 3 với tốc độ rất lớn (khoảng

3000 vòng /phút). Trục của tuabin gắn với trục của máy phát điện 4 làm cho máy phát sản suất ra

điện. Nhiên liệu cháy sinh ra nhiệt năng ở buồng đốt trở thành xỉ và khói thải ra ngoài. Hơi nước

sau khi sinh công ở tuabin trở thành nước nhờ bình ngưng 5, sau đó lại được bơm trở về tạo thành

chu kỳ kín. Tuy nhiên luôn luôn phải có bơm nước bổ sung vào bao hơi.

Nhiên liệu dùng cho các lò hơi (buồng đốt) thường là than đá, than cám, than bùn, có khi

dùng nhiên liệu là chất lỏng như dầu điêzen hoặc các khí đốt tự nhiên, khí than cốc khí tự nhiên...

Nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu điêzen hoặc khí đốt có hiệu quả kinh tế cao hơn nhà máy

nhiệt điện dùng nhiên liệu là than. Ở nước ta, hiện nay các nhà máy nhiệt điện dùng than đá như

NĐ Phả Lại (3x200 MW + 2x300MW), NĐ Na Dương, NĐ Uông Bí...

Các lò hơi dùng nhiên liệu than có thể là lò ghi -xích hoặc lò than phun. Ở lò ghi -

xích than đưa vào lò là than cục và cháy thành một lớp ở trong lò, ở lò than phun than được

nghiền nhỏ mịn như bột rồi dùng quạt gió thổi mạnh theo những đường ống phun vào lò.

Nhà máy nhiệt điện dùng lò than phun có hiệu suất cao hơn dùng lò ghi - xích. Vì vậy lò

ghi - xích chỉ dùng trong những trường hợp công suất lò tương đối nhỏ, các thông số (áp

lực, nhiệt độ) của hơi không cao.

Nhà máy nhiệt điện có công suất càng lớn thì hiệu suất càng cao. Trên thế giới hiện nay có

những nhà máy nhiệt điện hàng triệu kW có tổ tuabin - máy phát công suất tới 600MW.

- Ví dụ

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

8

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Xác định tổn hao điện áp trên đường dây 22kV làm bằng dây dẫn AC-70 dài 47km, công

suất truyền tải trên đường dây là S = 340 + j225 (kVA).

Lời giải

Dây dẫn AC-70 có r₀= 0,46 Ω/km, x₀= 0,395 Ω/km

Xác định tổn thất điện áp theo công thức

P R₀₁ Q₁X₀₁

340.0,46.47  225.0,395.47

1

U₀₁

 552,09V

=

U_đm

22

Tính theo phần trăm giá trị định mức

552,09.10^3

U

100

1000.U_d²_m

U% 

.100 

.

(P r  Q x )

=

100  2,51%



ij ij

U_dm

22

1.1. Tổn thất công suất

a) Tổn thất công suất trên đường dây cung cấp

Trong tính toán đường dây tải điện, người ta sử dụng sơ đồ thay thế hình  (đối với mạng

110 kV, đôi khi ngay cả với mạng 220 kV người ta thường bỏ qua phần điện dẫn tác dụng của

đường dây. Tức là trên sơ đồ chỉ còn lại thành phần điện dẫn phản kháng Y = jB do dung dẫn

của đường dây và thường được thay thế bằng phụ tải phản kháng -jQ_c.

Hình 2.7 Sơ đồ thay thế hình 

S

Chú ý:

S = 3.I².Z

(mà I 

)

dm

3U

S²

U ²



S 

.Z

Công suất cuối đường dây:

.

Q_c2

S^" S ₂ j

 P  j(Q₂

)

(2-6)

(2-7)

2

Tổn thất công suất có thể xác định theo công suất ở cuối đường dây:

"

S₂^"2

U₂²

S₂^"2

U₂²

.



²

S₂





 S  P  jQ 

.Z 

.R  j.

.X

U₂





Công suất ở đầu đường dây:



S'₁ S"₂S

(2-8)

Tổn thất công suất có thể xác định theo công suất chạy ở đầu đường dây:

'

S₁^'2

U₁²

S₁^'2

U₁²

.



²

S₁





 S  P  jQ 

.Z 

.R  j.

.X

(2-9)

U₁





Khi đó công suất chạy ở cuối đường dây sẽ là:

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

9

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

.

S"₂ S'₁ S

(2-10)

Công suất đi vào đường dây sẽ là:

.

Q_c1

S₁ S'₁ j

(2-11)

2

Trong đó phụ tải phản kháng của đường dây có thể tính theo điện dẫn phản kháng theo

công thức sau:

Q_c1

Q_c2

B

 U₁².

 U₂².

2

b) Tổn thất công suất trên đường dây phân phối

Đối với đường dây mạng phân phối ( 6; 10 kV) có thể bỏ qua Y trên sơ đồ. Hơn nữa

trong tính toán tổn thất công suất lại có thể bỏ qua sự chênh lệch điện áp giữa các điểm đầu

và cuối đường dây, nghĩa là coi U₂= U₁= U_dm. Đồng thời bỏ qua sự chênh lệch dòng công

suất giữa điểm đầu và điểm cuối đường dây. Có nghĩa là coi S^'= S^"= S₁= S₂ Điều này

cho phép xác định dễ dàng luồng công suất chạy trên các đoạn dây của mạng phân phối.

+ Công suất chạy trên đoạn 01:

n

S 

S

i



01

i1

S₂₃= S₃+ S₁₀+ S₁₁

Như vậy để tính tổn thất công suất trong một phần tử nào đó của mạng phân phối nằm

giữa nút i và j ta có thể tính:

S_ij



²





S_ij P  Q_ij

.(R_ij jX_ij)

(2-12)

ij

U_dm





- Ví dụ

Xác định tổn thất công suất trên đường dây 10kV làm bằng dây dẫn AC-70 dài 9,5 km,

cung cấp cho một nhà máy có phụ tải tính toán là S = 550 kVA, hệ số công suất cosφ = 0,8.

Lời giải

Dây dẫn AC-70 có r₀= 0,46 Ω/km, x₀= 0,395 Ω/km

Tổn thất công suất được xác định theo công thức

²

S_ij







S_ij P  Q_ij

.(R_ij jX_ij)

ij

U_dm





550²

=



0,46.9,5  j0,395.9,5  13,22  j11,35(kVA)



10²

- Ví dụ

Một xí nghiệp luyện kim đặt hai máy biến áp do Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế

tạo 2x1000 (kVA) – 22/0,4 (kV). Phụ tải xí nghiệp S = 1500 (kVA), cosφ = 0,9. Yêu cầu xác

định tổn thất trong hai máy biến áp.

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

10

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Lời giải

Tra phụ lục với máy biến áp 1000 (kVA) – 22/0,4 k(V) do Đông Anh chế tạo có: ΔP₀

= 1570 W, ΔP_N= 9500 W, I₀(%) = 1,32 % , U_N(%)= 5%.

Áp dụng công thức ta có:



²



²









U %S

1

S"

1

2

S"

N

đm

















S_B 2P  P_N

 j 2Q₀

0















2

S_đmB

100

S_đmB













²







²





1

1500

100

1000 1 5.1000 1500















 2.1,57  9,5.

 j 2.1,32







2

100

2 100 1000









= 13,38 + j.82,25 (kVA).

1.2. Tổn thất điện năng

Điện năng là lượng công suất tác dụng sản xuất hoặc truyền tải trong một khoảng thời

gian. Trong tính toán, thiết kế hệ thống cung cấp điện thường lấy thời gian là 1 năm (8760h)

Nếu trong thời gian t phụ tải điện không thay đổi, thì công suất là hằng số và tổn thất

điện năng sẽ được tính như sau:

A = P.t

(2-13)

Thực tế phụ tải lại biến thiên liên tục theo thời gian nên A phải lấy tích phân hàm P

trong suốt thời gian khảo sát.

t

A  P.dt  3.R. I²(t).dt



0

Vì I(t) không tuân theo một dạng hàm nào  không thể xác định được tổn thất điện

năng theo công thức trên. Để tính tổn thất điện năng người ta đưa ra khái niệm T_maxvà .

Hình 2.8 Sơ đồ thể hiện tổn thất điện năng theo thời gian

T_max: - Thời gian trong đó nếu giả thiết là tất cả các hộ dùng điện đều sử dụng công suất

lớn nhất P_maxđể năng lượng điện chuyên chở trong mạng điện bằng với lượng điện năng thực

tế mà mạng chuyên chở trong thời gian t”.

(t = 8760 giờ = thời gian làm việc 1 năm).

A

T_max



(2-14)

P_max

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

11

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

⁸⁷⁶⁰P(t).dt  P_max.T_max

^{A }

0

Khái niệm về  Để tính điện năng ngưới ta cũng đưa ra một khải niệm tương tự như

T_max.

: là thời gian mà trong đó nếu mạng luôn chuyên chở với mức tổn thất công suất lớn

nhất thì sau một thời gian  lượng tổn thất đó bằng lượng tổn thất thực tế trong mạng sau 1

năm vận hành

+ Tổn thất điện năng trên đường dây

- Cơ sở lý thuyết

A  3.R. ⁸⁷⁶⁰I²(t).dt  3.R.I_m²_ax.



0

⁸⁷⁶⁰

I ²(t).dt

0

 

I_m²_ax

Thực tế thì đường cong phụ tải (tiêu thụ) và đường cong tổn thất không bao giờ lại

hoàn toàn trùng nhau, tuy nhiên giữa T_maxvà  lại có quan hệ khá khăng khít với nhau  =

f(T_max;cos). Quan hệ giữa T_maxvà  thường cho dưới dạng bảng tra hoặc đường cong.

Trong trường hợp không có bảng tra hoặc đường cong

chúng ta có thể sử dụng công thức gần đúng để tính được  theo

T_maxnhư sa

 



0 ,124  10 ^{ 4}.T _max



².8760

(2-15)

Với đường dây có nhiều phụ tải với cos và T_maxkhá khác nhau.

n

A 

P 



(2-16)

max i

i

i1

Khi cos và T_maxcủa phụ tải khác nhau ít có thể tính A từ P_maxvà _tb từ cos_tb

và T_maxtb

.

S cos



i

cos_tb

(2-17)

(2-18)

S



i

P

_{max i}.T_{max i}

_

T_{max tb}

P



max i

- Ví dụ

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

12

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Hãy xác định tổn thất cồn suất và điện năng trên đường dây 10kV làm bằng dây AC-70

dài 5km, cung cấp cho một nhà máy có phụ tải tính toán là S = 630 kVA, hệ số công suất cosφ

= 0,8. Thời gian sử dụng công suất cực đại T_M=5200 h.

Lời giải

Dây dẫn AC-70 có r₀= 0,46 Ω/km, x₀= 0,395 Ω/km

Tổn thất công suất được xác định theo công thức

²

S_ij







S_ij P  Q_ij

.(R_ij jX_ij)

ij

U_dm





640²

=



0,46.5  j0,395.5  9,42  j7,99(kVA)



10²

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

0,124  10 .5200

².8760  3633 (h)



 



0,124  10 ^4.T_max

².8760



4

=



Tổn thất điện năng

ΔA = ΔP.τ = 9,42. 3633 = 34222,86 (KWh).

2. Trạm biến áp

2.1.

Khái niệm và phận loại trạm biến áp

a) Khái niệm

Máy biến áp (MBA) là một trong những phần tử quan trọng trong hệ thống cung cấp

điện. Máy biến áp là một máy điện tĩnh làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để

biến đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác.

b) Phân loại

• Trạm biến áp trung gian : hay còn gọi lầ trạm biến áp chính : Trạm này nhận điện từ hệ

thống điện có điện áp 35 – 220 kV , biến đổi thành cấp điện áp 10 kV hay 6 kV, cá biệt

có thể xuống điện áp 0,4 kV

• Trạm biến áp phân xưởng : Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi

thành cấp điện áp phù hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng . Phía sơ cấp thường là 10

kV , 6 kV , 15 kV hoặc 35 kV , phía thứ cấp có điện áp 220 / 127 ; 380 / 220 ; hoặc 660

V

Theo cấu trúc có thể chia :

• Trạm ngoài trời : ở trạm này các thiết bị phía điện áp cao đều đặt ngoài trời, phần phân

phối hạ áp đặt trong nhà hoặc trong tủ sắt chế tạo sẵn chuyên dùng để phân phối phần

hạ thế . Xây dựng trạm ngoài trời tiết kiệm được kinh phí nhưng chiếm khá lớn diện

tích đất đai .

• Trạm trong nhà : Tất cả các thiết bị điện đều đặt trong nhà

2.2.

Cấu trúc trạm biến áp phân phối

a) Trạm biến áp phân phối

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

13

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Hình 2.10: Trạm biến áp phân phối lưới điện trung áp

Gồm có ba kiểu, mỗi kiểu có ưu nhược điểm riêng. Người thiết kế cần căn cứ vào đặc

điểm, điều kiện của khách hàng mà lựa chọn cho họ kiểu xây dựng thích hợp.

+ Trạm treo

Hình 2.11: Trạm biến áp treo

Là kiểu trạm mà tất cả các thiết bị điện cao áp, hạ áp và cả máy biến áp đầu được đặt

trên cột.

* Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền, xây lắp nhanh, ít tốn đất.

* Nhược điểm: kém mỹ quan và không an toàn.

Kiểu trạm này được sử dụng ở những nơi quĩ đất hạn hẹp và điều kiện mỹ quan cho phép.

Ở các thành phố, thị trấn, kiểu trạm này đang được dùng phổ biến. Tuy nhiên các đường dây

trên không trung áp và hạ áp cùng với hàng trăm ngàn trạm biến áp phân phối kiểu treo cũng

làm mất mỹ quan đô thị cần phải được dần dần thay thế bằng đường cáp và trạm xây.

+ Trạm bệt

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

14

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Hình 2.12: Trạm biến áp bệt

Với kiểu trạm này, thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp đặt dưới đất và tủ phân phối

hạ áp đặt trong nhà xây mái bằng, xung quanh trạm có tường xây, trạm có cổng sắt bảo vệ.

Kiểu trạm bệt rất tiện lợi cho điều kiện nông thôn, ở đây quĩ đất đai không hạn hẹp lắm,

lại rất an toàn cho người và gia súc, chính vì thế hiện nay các trạm biến áp phân phối nông

thôn hầu hết dùng kiểu trạm bệt.

+ Trạm xây (hoặc trạm kín):

Hình 2.13: Trạm biếp áp kín

Trạm xây là kiểu trạm mà toàn bộ các thiết bị điện cao áp, hạ áp và máy biến áp đều

được đặt trong nhà mái bằng. Nhà xây được phân ra thành nhiều ngăn để tiện thao tác, vận

hành cũng như tránh sự cố lan tràn từ phần này sang phần khác. Các ngăn của trạm phải được

thông hơi, thoáng khí nhưng phải đặt lưới mắt cáo, cửa sắt phải kín đề phòng chim, chuột, rắn

chui qua các lỗ thông hơi, khe cửa gây mất điện. Mái phải đổ dốc (3  5)^ođể thoát nước. Dưới

gầm bệ máy biến áp phải xây hố dầu sự cố để chứa dầu máy biến áp khi sự cố, tránh cháy nổ

lan tràn.

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

15

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Hình 2.14: Trạm biếp áp trung gian

b) Trạm biến áp trung gian

Với trạm biến áp trung gian 110/35, 22, 10 (kV) thường phía cao áp và biến áp đặt hở

ngoài trời, còn phần trung áp đặt trong nhà phân phối giống như kết cấu xây dựng trạm phân

phối.

Chức năng của trạm biến áp trung gian

Trạm biến áp trung gian là gì? Là trạm biến áp có công suất lớn, làm nhiệm vụ biến đổi

cho một hoặc nhiều trạm biến áp cấp điện. Đồng thời, phân phối điện lện lưới quốc gia hoặc

từ lưới quốc gia xuống. Trạm biến áp trung gian có thể là trạm tăng áp hoặc trạm hạ áp.

Thông thường, trạm biến áp trung gian được sử dụng nhiều ở trong các khu dân cư, khu

chung cư và tái định cư, các trạm cấp nguồn cho doanh nghiệp, những xưởng sản xuất với quy

mô nhỏ và còn đóng vai trò là các trạm cấp nguồn thi công lưu động rất thuận lợi, hiệu quả

cao.

Bên cạnh đó, trạm biến áp trung gian đảm bảo vận hành một cách liên tục và an toàn

cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống. Tuy nhiên, muốn thỏa mãn được yêu cầu này, nếu xí

nghiệp có 2 trạm biến áp trở lên thì nên sử dụng cầu giao liên lạc giữa hai thanh cái thứ cấp

của các trạm đó lại với nhau. Trong trường hợp chỉ có 1 trạm thì phải bố trí thêm một máy

biến áp dự trữ để có thể thay thế cho máy biến áp chính khi cần thiết.

Hình 2.15: Trạm biến áp đảm bảo an toàn cung cấp điện cho toàn hệ thống

Qua các trạm trung gian, điện năng sẽ được truyền đến các hộ tiêu thụ điện một cách

nhanh chóng và ổn định. Độ tin cậy cung cấp điện của các hộ tiêu thụ được đảm bảo bằng lưới

điện thích hợp và có đường dây để dự trữ. Nguồn cung cấp sẽ được nối từ các phân đoạn khác

nhau của trạm biến áp hoặc từ hai nguồn điện độc lập như nhà máy điện, trạm biến áp…

Về phương diện công suất, trạm biến áp trung gian cung cấp nguồn điện cho phụ tải

loại 1 nên thường dùng hai máy biến áp. Chẳng hạn, khi trạm biến áp cung cấp điện cho một

phân xưởng, có phụ tải loại 1 bé hơn 50% công suất của phân xưởng đó thì phải có ít nhất một

máy chứa dung lượng bằng 50% công suất của phân xưởng đó.

Hoặc khi phụ tải loại 1 lớn hơn 50% tổng công suất trong phân xưởng thì phải có một

máy chứa dung lượng bằng 100% công suất tại phân xưởng.

Trong điều kiện bình thường, cả 2 máy biến áp sẽ làm việc, còn khi một máy có sự cố

thì phụ tải sẽ được chuyển toàn bộ về máy không sự cố. Khi đó, chúng ta cần sử dụng đến khả

năng quá tải của máy biến áp hoặc tiến hàng ngắt điện của các hộ tiêu thụ không quan trọng.

Nếu chỉ có hộ tiêu thụ loại 2 hoặc loại 3 thì có thể trang bị thêm cho trạm một máy biến áp và

sử dụng đường dây phụ nối hạ áp được lấy từ trạm điện khác trong xí nghiệp.

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

16

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Như vậy, có thể thấy rằng, để đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt, cần xây dựng

một hệ thống điện gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng có sự thống nhất

với nhau trong mọi hoạt động. Trong đó, trạm biến áp trung gian có vai trò vô cùng quan

trọng. Bởi muốn truyền tải điện năng đi xa hoặc giảm điện áp xuống thấp cho phù hợp với địa

điểm tiêu thụ thì dùng biến áp là giải pháp tiết kiệm và thuận lợi nhất.

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1: Cho mạng điện có sơ đồ như hình vẽ :

Cho : AC 50 có : ż₀= 0,64+ j0,4 (Ω/Km)

U_đm= 22kV

a. Xác định điện trở, điện kháng của mạng điện.

b. Xác định tổn thất công suất của mạng.

c. Xác định tổn thất điện áp của mạng.

Bài tập mẫu:

a. Xác điện trở, điện kháng của mạng điên.

+ Ta có : Tổng trở trên các đoạn đường dây tải điện:

AC 50 là: Ż_AB= ż_AB.l_AB= …………………………………………

AC 50 là: Ż_BC= ż_0BC.l_BC= …………………………………………

Điện trở điện kháng của mạng là:

Ż_AC= Ż_BC+ Ż_AB= …………………………………………

Sơ đồ thay thế :

A

B

C

600 + j 400 KVA

800 + j 500 KVA

b. Xác định tổn thất công suất của mạng.

2

P_C Q_C

S_BC



. _BC=...........................................................................................

2

U _dm

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

17

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

Suy ra : Ṡ_AB= Ṡ_B+ Ṡ_C= ………………………………………………….

2

P Q_AB

AB

S_AB

._C...................................................................................

U_d²_m

ΔṠ_AC= ΔṠ_AB+ ΔṠ_BC= …………………………………………………….

c. Xác định tổn thất điện áp của mạng :

P_AB.R_AB Q_AB.X _AB

+

U _AB



 ..................................................................

U_dm

P .R_BC Q_C.X_BC

C

+

U_BC



 ..............................................................................

U_dm

+ ΔU_AC= ΔU_AC+ΔU_AC= …………………………………………….

Câu 2: Đường dây trên không ĐDK – 10kV cấp điện cho 2 xí nghiệp (phụ tải có dạng

.

S  Scos

) có sơ đồ như hình vẽ:

2AC₂-_A3_C5_–;₃2_5;K_{2 K}m_m

A

1

A

2

C

AC

-

–

2

5;3^KmKm

5;

3

2

A

0,8



kVA

600

0,7

kVA

1000



r  0,85



 / km



r 1,38



/km









 ₀

0

Cho thông số đường dây: AC - 35

; AC - 25





x₀ 0,403  / km





x₀ 0,27 /km





Tính giá thành tổn thất điện năng 1 năm đường dây trên với C =1700đ/kWh.

T_max= 5000h

............................................................................................................................................

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

18

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

............................................................................................................................................

...........................................................................................................................................

............................................................................................................................................

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

19

KHOA ĐIỆN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

............................................................................................................................................

Chương III. Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điện

Giới thiệu:

Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác có thể ở một

trong ba chế độ cơ bản sau: chế độ làm việc lâu dài, chế độ quá tải, chế độ ngắn mạch. Trong

chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng

điện áp và dòng điện định mức. Trong chế độ quá tải, dòng điện qua các thiết bị điện lớn hơn

so với dòng điện định mức, nếu mức quá tải không vượt quá giới hạn cho phép thì các thiết

bị điện vẫn làm việc tin cậy. Việc lựa chọn đúng các thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng là

đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế.

Mục tiêu:

- Phân tích được công dụng, vai trò của các thiết bị đóng cắt, bảo vệ trong lưới điện.

- Lựa chọn được các thiết bị trong lưới cung cấp điện đảm bảo các thiết bị làm việc lâu

dài theo yêu cầu kỹ thuật điện.

- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học.

- Giải thích được ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất;

- Học tập nghiêm túc, an toàn.

Nội dung chương:

1. Lựa chọn dây dẫn điện.

a) Khái niện dây dẫn điện

Dây dẫn và cáp là một trong các thành phần chính của mạng cung cấp điện. Vì vậy, việc

lựa chọn dây dẫn và cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần

đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời góp phần không nhỏ

vào việc hạ thấp giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích lớn không chỉ

cho ngành điện mà còn cho cả ngành kinh tế quốc dân.

Tùy theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trò quyết định và

điều kiện kỹ thuật đóng vai trò quan trọng hay ngược lại. Do đó, cần phải nắm vững bản chất

của mỗi phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả.

b) Lựa chọn dây dẫn và cáp trong mạng hạ áp

Cáp trong mạng hạ áp thường là cáp đồng hoặc nhôm được bọc cách điện bằng giấy

tẩm dầu hoặc cao su.

GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP

20

Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện - Trần Quốc Thương