1 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Tập giảng môn học cung cấp điện dùng chung cho ngành HTĐ ngành điện khác ngành khác có liện quan Đây tài liệu tóm tắt dùng làm giảng tác giả Trần Tấn Lợi Khi sử dụng cho đối tượng khác tác giả có thêm bớt cho phù hợp Bài mở đầu: Các tài liệu tham khảo: Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp cơng nghiệp Bộ mơn phát dẫn điện xuất 1978 (bản in roneo) Giáo trình CCĐ (tập 2) Nguyễn Công Hiền nhiều tác giả xuất 1974,1984 Thiết kế CCĐ XNCN Bộ môn phát dẫn điện (bản in roneo khoa TC tái bản) Một số vấn đề thiết kế qui hoạch mạng điện địa phương Đặng Ngọc Dinh nhiều tác giả Giáo trình mạng điện Bộ mơn phát dẫn điện Một số tài liệu nước ngồi dịch: Cung cấp điện cho xí nghiệp cơng nghiệp Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lượng 1972 Cung cấp điện cho xí nghiệp cơng nghiệp Tg: Epmulov NXB-Năng lượng 1976 Sách tra cứu cung cấp điện (tập I & II sách dịch) Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lượng 1980 Giới thiệu chương giáo trình: Chương I: Chương II: Chương III: Chương IV: Chương V: Chương VI: Chương VII: Chương VIII: Chương IX: Chương X: Chương XI: Chương XII: Những vấn đề chung TH-CCĐ Phụ tải điện Cơ sở so sánh-kinh tế kỹ thuật CCĐ Sơ đồ CCĐ trạm biến áp Tính tốn mạng điện xí nghiệp Xác định tiết diện dây dẫn mạng điện Tính tốn dòng ngắn mạch Lựa chọn thiết bị điện Bù cơng suất phản kháng mạng xí nghiệp Bảo vệ rơ-le mạng điện xí nghiệp Nối đất chiếu sáng Chiếu sáng công nghiệp Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Chương I Những vấn đề chung HT-CCĐ 1.1 Khái niệm hệ thống điện: Ngày nói đến hệ thơng lượng, thơng thường người ta thường hình dung hệ thơng điện, tương tự đôi lúc ngường ta gọi Khoa điện Khoa lượng, khơng phải tượng ngẫu nhiên mà chất vấn đề Lý chỗ lượng điện có ưu sản xuất,khai thác truyền tải, toán lượng khai thác tự nhiên người ta chuyển đổi thầnh điện trước sử dụng Từ hình thành hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối CCĐ điện đến hộ sử dụng điện Một số ưu điểm điện năng: + Dễ chuyển hoá thành dạng lượng khác (Quang, nhiệt, hoá năng…) + Dễ chuyền tải truyền tải với hiệu suất cao + Không có sắn tự nhiên, khai thác chuyển hoá thành điện Ở nơi sử dụng điện lại dẽ dàng chuyển thành dạng lượng khác → Ngày phần lớn lượng tự nhiên khác khai thác chỗ đổi thành điện (VD NM nhiệt điện thường xây dựng nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn nước…) Đó lý xuất hệ thống tryền tải, phân phối cung cấp điện mà chung ta thường giọ hệ thông điện Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm khâu sản xuất điện năng; khâu tryền tải; phân phối cung cấp điện đến tận hộ dùng điện (xem HV.) 220 kV NL sơ cấp 110 kV 10 kV ~ ~ NMĐ1 10 kV sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) NMĐ2 35 kV 6; 10 kV phân phối & cung cấp điện (CCĐ) 0,4 kV HV 01 Từ cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có ý nghĩa hẹp Định nghĩa: Hệ thống cung cấp điện bao gồm khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện đến hộ tiêu thụ điện Vài nét đặc trưng lượng điện: 1- Khác với hầu hết sản phẩm, điện sản xuất ra, nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ pin, acqui ) → Tại thời điểm luôn phải đảm bảo cần lượng điện sản xuất tiêu thụ có kể đến tổn thất khâu truyền tải Điều când phải quán triệt khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành điều độ hệ thống điện, nhằm giữ vững chất lượng điện (u & f) Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 2- 3- Các trình điện xẩy nhanh Chẳng hạn sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 300 000 km/s (q trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền) → Đóng cắt thiết bị bảo v.v… phải xẩy vòng nhỏ 1/10 giây → cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ Cơng nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế qquốc dân (luyện kim, hố chất, khai thác mỏ, khí, cơng nghiệp dệt…) → động lực tăng suất lao động tạo nên phát triển nhịp nhành cấu trúc kinh tế Quán triệt đặc điểm xây dựng định hợp lý mức độ điện khí hố ngành kinh tế – Các vùng lãnh thổ khác – Mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải, phân phối → nhằm đáp ứng phát triển cân đối, tránh thiệt hại kinh tế quốc dân phải hạn chế nhu cầu hộ dùng điện Nội dung môn học: Nhằm giải vấn đề kỹ thuật việc thiết kế hệ thống CCĐ-XN nói chung HTĐ nói riêng Một phương án CCĐ gọi hợp lý phải kết hợp hài hoà loạt u cầu như: • Tính kinh tế (vốn đầu tư nhỏ) • Độ tin (xác suất điện nhỏ) • An toàn tiện lợi cho việc vận hành thiết bị • Phải đảm bảo chất lượng điện phạm vi cho phép (kỹ thuật) Như lời giải tối ưu thiết kế HTĐ phải nhận từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển lượng vùng; Phải phối hợp vấn đề cụ thể – Chọn sơ đồ nối dây lưới điện, mức tổn thất điện áp ….Việc lựa chọn PA’ CCĐ phải kết hợp với việc lựa chọn vị trí, cơng suất nhà máy điện trạm biến áp khu vực Phải quan tâm đến đặc điểm cơng nghệ xí nghiệp, xem xét phát triển xí nghiệp kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc… ) Vì dự án thiết kế CCĐ-XN, thường đưa đồng thời với dự án xây dựng, kiến trúc, cấp thoát nước v.v… duyệt quan trung tâm có phối mặt quan điểm hệ thống tối ưu tổng thể 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác → (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu loại hộ phụ tải) a) Theo điện áp tần số: vào Udm f * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện làm việc với tần số  50 Hz * Hộ dùng dòng điện chiều b) Theo chế độ làm việc: (của hộ dùng điện) • • • Dài hạn: phụ tải khơng thay đổi thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vượt giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén…) Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD động truyền động cấu phụ máy cắt gọt kim loại, động đóng mở van TB thuỷ lực) Ngắn hạn lập lại: thời kỳ làm việc ngắn hạn TB xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn → đặc trưng tỷ số thời gian đóng điện thời gian tồn chu trình sản suất (VD máy nâng; TB hàn ) c) Theo mức độ tin cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng kinh tế xã hội, hộ tiêu thụ điện CCĐ với mức độ tin cậy khác phân thành loại • • Hộ loại I: Là hộ mà cố ngừng CCĐ gây thiệt hại lớn kinh tế, đe doạ đến tính mạng người, ảnh hưởng có hại lớn trị; – gây thiệt hại đối loạn qui trình cơng nghệ Hộ loại I phải CCĐ từ nguồn độc lập trở lên Xác suất ngừng CCĐ nhỏ, thời gian ngừng CCĐ thường phép thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD xí nghiệp luyện kim, hố chất lớn…) Hộ loại II: Là hộ có tầm quan trọng lớn ngừng CCĐ dẫn đến thiệt hại kinh tế hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v… Hộ loại II CCĐ từ nguồn – thời gian ngừng CCĐ cho phép thời gian để đóng TB dự trữ tay (XN khí, dệt, cơng nghiệp nhẹ, công nghiệp địa phương…) Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI • Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm hộ không nằm hộ loại Cho phép điện thời gian sửa chữa, thay phần tử cố không ngày đêm Hộ loại III thường CCĐ nguồn 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực cơng nghiệp 2) Các thiết bị chiếu sáng (thường pha, ĐTPT phẳng, cos = 10,6) 3) Các TB biến đổi Các động truyền động máy gia cơng 4) Lò thiết bị gia nhiệt 5) Thiết bị hàn (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải Udm ; fdm ; cos ; Tmax ;đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 3……) 1.4 Các tiêu kỹ thuật CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống CCĐ đánh giá chất lượng điện cung cấp, thông qua tiêu U; f; tính liên tục CCĐ *Tính liên tục CCĐ: hệ thống CCĐ phải đảm bảo việc CCĐ liên tục theo yêu cầu phụ tải (yêu cầu hộ loại I; II & III) Chỉ tiêu thường cụ thể hoá xác suất làm việc tin cậy → sở người ta phân hộ tiêu thụ thành loại hộ mà thiết kế cần phải quán triệt để có PA’ CCĐ hợp lý * Tần số: độ lệch tần số cho phép qui định  0,5 Hz Để đảm bảo tần số hệ thống điện ổn định công suất tiêu thụ phải =< công suất HT Vậy xí nghiệp lớn phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm TB tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ XN TB bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức qui định sau: (ở chế độ làm việc bình thường) + Mạng động lực: + Mạng chiếu sáng: [U%] =  % Udm [U%] =  2, % Udm Trường hợp khởi động động mạng điện tình trạng cố độ lệch điện áp cho phép tới (-10  20 %)Udm Tuy nhiên phụ tải điện ln thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nút phụ tải → điều chỉnh phức tạp Để có biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả diễn biến điện áp theo độ lệch so với giá trị định mức, mà phải thể mức độ kéo dài Khi tiêu đánh giá mức độ chất lượng điện áp giá trị tích phân U ( t ) − U dm dt U dm T  Trong đó: U(t) - giá trị điện áp nút khảo sát thời điểm t T - khoảng thời gian khảo sát Udm - giá trị định mức mạng Khi độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) mơ tả đại lượng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, mục tiêu quan trọng điều chỉnh điện áp là: cho giá trị xác suất để suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp nằm phạm vi cho phép, đạt cực đại Ngoài nghiên cứu chất lượng điện cần xét đến hành vi kinh tế, nghĩa phải xét đến thiệt hại kinh tế điện, chất lượng điện xấu Chẳng hạn điện áp thấp định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động thấp định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động giảm v.v Từ xác định giá trị điện áp tối ưu Mặt khác nghiên cưu chất lượng điện quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa điều chỉnh điện áp đồ thị phụ tải cho tổng số điện sử dụng với điện áp cho phép cực đại Những vấn đè nêu Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI cần có nghiên cưu tỉ mỉ dựa thơng kê có hệ thơng phân phối điện áp nút, suất thiệt hại kinh tế chất lượng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu thường dùng: – Máy phát điện nhà máy điện - Động điện – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp điều chỉnh tải - Kháng điện – Máy biến dòng điện – Máy cắt điện - Cầu chì 10 - Aptômát 11 – Cầu dao cách ly 12 – Máy cắt phụ tải 13 – Tụ điện bù 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối 16 – Tủ phân phối động lực 17 – Tủ chiếu sáng làm việc 18 Tủ chiếu sáng cục 19 – Khởi động từ 20 - Đèn sợi đốt ~ Đ Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 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 dây 30 - Đường dây điện áp U  36 V 31 – Đường dây mạng động lực chiều 32 – Chống sét ống 33 – Chông sét van 34 – Cầu chì tự rơi Chương II Phụ tải điện Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Vai trò phụ tải điện: XN có nhiều loại máy khác nhau, với nhiều cơng nghệ khác nhau; trình độ sử dụng khác với nhiều yếu tố khác dẫn tới tiêu thụ công suất thiết bị không công suất định mức chúng Nhưng mặt khác lại cần xác định phụ tải điện Phụ tải điện hàm nhiều yếu tố theo thời gian P(t), chung khơng tn thủ qui luật định → việc xác định chúng khó khăn Nhưng phụ tải điện lại thông số quan trọng để lựa chọn thiết bị HTĐ Công suất mà ta xác định cách tính tốn gọi phụ tải tính tốn Ptt Nếu Ptt < Pthuc tê → Thiết bị mau giảm tuổi thọ, dẫn đến cháy nổ Nếu Ptt > Pthuc tê → Lãng phí Do có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm xác định Ptt sát với P_thực tế Chủ yếu tồn nhóm phương pháp + Nhóm phương pháp dựa kinh nghiệm vận hành, thiết kế tổng kết lại hệ số tính tốn (đặc điểm nhóm phương pháp là: Thuận lợi cho việc tính tốn, nhanh chóng đạt kết quả, thường cho kết xác) + Nhóm thứ nhóm phương pháp dựa sở lý thuyết xác suất thống kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm là: Cho kết xác, xong cách tính lại phức tạp ) 2.1 Đặc tính chung phụ tải điện: 1) Các đặc trưng chung phụ tải điện: Mỗi phụ tải có đặc trưng riêng tiêu xác định điều kiện làm việc mà CCĐ cần phải thoả mãn ý tới (có đặc trưng chung) a) Công suất định mức: “ Là thông số đặc trưng phụ tải điện, thường ghi nhãn máy cho lý lịch máy” Đơn vị đo công suất định mức thường kW kVA Với động điện Pđm cơng suất trục Pđ Đ Pđm Pd = m Pdm  dm dm – hiệu suất định mức động thường lấy 0,8  0,85 (với động không đồng không tải) Tuy với động công suất nhỏ khơng cần xác lấy Pd  Pdm Chú ý: + Với thiết bị nung chẩy công suất lớn, thiết bị hàn cơng suất định mức cơng suất định mức máy BA thường cho [kVA] + Thiết bị chế độ ngắn hạn lập lại, tính phụ tải tính tốn phải qui đổi chế độ làm việc dài hạn (tức phải qui chế độ làm việc có hệ số tiếp điện tương đối) Động ' Pdm = Pdm  dm Biến áp ' Pdm = Sdm cos   dm Trong đó: P’dm – Cơng suất định mức qui đổi dm % Sdm; Pdm; cos ; dm % - Các tham số định mức lý lịch máy TB b) Điện áp định mức: Udm phụ tải phải phù hợp với điện áp mạng điện Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nên có nhiều cấp điện áp định mức lưới điện Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI + Điện áp pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục nơi nguy hiểm + Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn thiết bị xí nghiệp (cấp 220/380 V cấp dùng rộng rãi nhất) + Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho lò nung chẩy; động cơng suất lớn Ngồi có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải CCĐ cho thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn) Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ nên để thích ứng với việc sử dụng vị trí khác lưới TB chiếu sáng thường thiết kế nhiều loại khác cấp điện áp định mức Ví dụ mạng 110 V có loại bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V Tần số: qui trình cơng nghệ đa dạng thiết bị xí nghiệp → chúng sử dụng dòng điện với tần số khác từ f = o Hz (TB chiều) đến thiết bị có tần số hàng triệu Hz (TB cao tần) Tuy nhiên chúng CCĐ từ lưới điện có tần số định mức 50 60 Hz thông qua máy biến tần Chú ý: Các động thiết kế tần số định mức 60 Hz sử dụng lưới có tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động phải giảm theo tỷ lệ tần số (VD động lưới 60 Hz muốn làm việc lưới có tần số 50 Hz Udm =380 V, điện áp trước phải 450460 V) 2) Đồ thị phụ tải: “ Đặc trưng cho tiêu dùng lượng điện thiết bị riêng lẻ, nhóm thiết bị, phân xưởng tồn xí nghiệp Nó tài liệu quan trọng thiết vận hành” a) Phân loại: có nhiều cách phân loại + Đồ thị phụ tải tác dụng P(t) * Theo đại lượng đo + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t) + Đồ thị phụ tải điện A(t) + Đồ thị phụ tải hàng ngày + Đồ thị phụ tải háng tháng + Đồ thị phụ tải hàng năm * Theo thời gian khảo sát Đồ thị phụ tải thiết bị riêng lẻ ký hiệu p(t); q(t); i(t) Của nhóm thiết bị P(t); Q(t); I(t) b) Các loại đồ thị phụ tải thường dùng:  Đồ thị phụ tải hàng ngày: (của nhóm, phân xưởng XN) thường xét với chu kỳ thời gian ngày đêm (24 giờ) xác định theo cách + Bằng dụng cụ đo tự động ghi lại (VH- 2a) + Do nhân viên trực ghi lại sau định (HV-2b) + Biểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình khoảng định (HV-2c) P P P Pmax 24 t (giờ) HV-2a 24 HV-2b t (giờ) 24 t (giờ) HV-2c + Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc thiết bị để từ xếp lại qui trình vận hành hợp lý nhất, làm để tính chọn thiết bị, tính điện tiêu thụ… + Các thơng số đặc trưng đồ thị phụ tải hàng ngày: 1- Phụ tải cực đại P max ; Qmax Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 2- Hệ số công suất cực đại tương ứng với cosmax tg max = Qmax /Pmax - Điện tác dụng & phản kháng ngày-đêm A [kWh]; Ar[kVArh] Costb tg tb = Ar/A – Hệ số tương ứng với – Hệ số điền kín ĐTPT K dk = A 24.Pmax ; K dkr = Ar 24.Qmax  Đồ thị phụ tải hàng năm: Gồm hai loại: + ĐTPT hàng tháng + ĐTPT theo bậc thang Đồ thị phụ tải hàng tháng: việc xây dựng theo phụ tải trung bình tháng xí nghiệp năm làm P Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất xí nghiệp Từ đề lịch vận hành sửa chữa TB điện cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất (VD: vào tháng 3,4 → sửa chữa vừa lớn, tháng cuối năm sửa chữa nhỏ thay thiết bị 10 12 tháng Đồ thị phụ tải theo bậc thang: xây dựng sở đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thường chọn ngày điển hình vào mùa đơng vào mùa hạ) P P Pmax Pi t’2 t’1 t”1 mùa đông A mùa hè 24 t [giờ] 24 t [giờ] Gọi: n1 – số ngày mùa đông năm n2 – số ngày mùa hè năm → Ti = (t’1 + t”1).n1 + t’2.n2 Các thông số đặc trưng đồ thị phụ tải năm: - Điện tác dụng phản kháng tiêu thụ năm làm việc: A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm] Chúng xác địng diện tích bao đường ĐTPT trục thời gian 2- Thời gian sử dụng công suất cực đại: Tmax = A Pmax ; Tmax r = Ar Qmax Ti 8760 [giờ] Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 10 – Hệ số công suất trung bình: Costb tương ứng với tgtb Ar A tg tb = – Hệ số điền kín đồ thị phụ tải: K dk = T A = max 8760 xPmax 8760 K dkr = Ar T = max r 8760 xQmax 8760 Khái niêm Tmax & : Định nghĩa Tmax: “ Nếu giả thiết ta luôn sử dụng cơng suất cực đại, thời gian cần thiết Tmax phụ tải tiêu thụ lượng điện lượng điện phụ tải thực tế (biến thiên) tiêu thụ năm làm việc” Tmax gọi thời gian sử dụng công suất lớn Tmax – ứng với XN khác có giá trị khac + Trị số tra sổ tay thường định nghĩa theo P & Q hai thông số thường khơng trùng + Qua thơng kê đưa Tmax điển hình số XN + Tmax lớn → đồ thị phụ tải phẳng + Tmax nhỏ → đồ thị phụ tải phẳng P Pmax Tmax 8760 t Định nghĩa  “ Giả thiết ta luôn vận hành với tổn thất cơng suất lớn nhất, thời gian cần thiết  để gây lượng điện tổn thất lượng điện tổn thất phụ tải thực tế gây năm làm việc, gọi thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất”   Tmax thường không nhau, nhiên chúng lại có quan hệ gắn bó, lại khơng tỷ lệ tuyến tính P khơng xuất lúc có tải, mà lúc khơng tải có tổn thất → người ta xây dựng quan hệ  theo Tmax cos 0,6 0,8 8760 Tmax 3) Chế độ làm việc phụ tải qui đổi phụ tải: a) Chế độ làm việc phụ tải: chế độ Chê độ dài han: Chế độ nhiệt độ TB tăng đến giá trị xác lập số không phụ thuộc vào biến đổi công suất khoảng thời gian lần số thời gian phát nóng cuộn dây Phụ tải làm việc với đồ thị phẳng với công suất không đổi thời gian làm việc (quạt gió, lò điện trở…) đồ thị phụtải khơng thay đổi thời gian làm việc Chế độ làm việc ngắn hạn: Trong nhiệt độ TB tăng lên đến giá trị thời gian làm việc, lại giảm xuống nhiệt độ môi trường xung quanh thời gian nghỉ Chế độ ngắn hạn lập lại: Trong nhiệt độ TB tăng lên thời gian làm việc chưa đạt giá trị cho phép lại giảm xuống thời gian nghỉ, chưa giảm xuống nhiệt độ môi trường xung quanh Đặc trưng hệ số đóng điện % % = td t 100 = d 100 t0 + td Tc td – thời gian đóng điện TB 148 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Giả thiết hệ số tăng điện trở suất đất thực nối đất thép góc lấy Kmax = + Tính điện trở suất tính tốn đất: tt = kmax  = 2x0,6 104 = 1,2 104 cm + Điện trở thép góc theo cơng thức (7) Rcọc = 0,00318 tt = 38,16  + Số cọc (thép góc) cần thiết cho TH nối đất n= Rcoc 38 = = 15 Rd  x ,65 Hệ số sử dụng  = 0,65 tìm theo đường cong cho sắn (lấy với tỷ số a/l = Tỷ số khoảng cách cọc chiều dài cọc) Tức ta giả thiết khoảng cách cọc a = m Khoảng cách cọc a = 80/15 = 53 m  gần với điều giả thiết 12.3 Quá điện áp thiên nhiên đặc tính sét: Sét phóng điện khí đám mây đất hay đám mây mang điện tích khác dấu Trước có phóng điện sét có phân chia tích luỹ mạnh điện tích đám mây giông tác dụng luồng khơng khí nóng thổi bốc lên nước ngưng tụ đám mây mãnh liệt Câc đám mây mang điện tích kết phân tích điện tích trái dấu tập trung chúng phần khác đám mây Phần đám mây giơng thường tích điện tích âm, với mặt đất hình thành tụ điện “mâyđất” Ở phía đám mây thường tích luỹ điện tích dương Cường độ điện trường tụ điện mây-đất tăng dần lên chỗ cường độ đạt đến trị số tới hạn 25  30 kV/cm khơng khí bị ion hố, tức bắt đầu trở thành dẫn điện phóng điện bắt đầu phát triển đất Phóng điện sét chia làm giai đoạn: + Phóng điện đám mây đất bắt đầu xuất dòng sáng phát triển xuống đất chuyển động đợt với tốc độ 100  1000 km/s Dòng mang phần lớn điện tích đám mây, tạo nên đầu cực cao “hàng trăm triệu vôn”, giai đoạn gọi giai đoạn phóng điện tiên đạo bậc Khi dòng tiên đạo vừa phát triển đến đất hay vật dẫn điện nối với đất giai đoạn thứ hai bắt đầu phóng điện chủ yếu sét Trong giai đoạn điện tích dưng đất (sóng điện tích) di chuyển hướng đất theo dòng điện đạo với tốc độ lớn (6.104 – 105 km/s) chạy lên trung hồ điện tích âm dòng điện đạo Sự phóng điện chủ yếu đặc trung dòng điện lớn qua chỗ sét đánh ggọi dòng điện sét loé sáng mãnh liệt dòng phóng điện Khơng khí dòng phóng điện nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10.000 0C dãn nở nhanh chóng, tạo thành sóng âm Trong giai đoạn phóng điện thứ ba sét kết thúc di chuyển điện tích mây mà từ bắt đầu có phóng điện, loé sáng bbắt đầu biến Thường phóng điện sét gồm loạt phóng điện dịch chuyển điện tích từ phần khác đám mây Tiên đạo lần phóng điện sau theo dòng bị ion hố ban đầu, chóng phát triển liên tục gọi tiên đạo dạng mũi tên Dòng điện sét ghi caca máy sóng cực nhanh có dạng hình 11-3 Hai tham số quan trọng dòng điện sét biên độ Is dốc đầu sóng a I (kA) a max = a đầu sóng Is t (s) dI s dt 149 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI -Hình 11-3 Dòng điện sét - Dòng điện sét ghi máy sóng - Dòng điếnét tính tốn Is - Biên độ dòng điện sét Biên độ dòng điện sét khơng vượt q 200 – 230 kV hiểm trường hợp dòng điện sét lớn 100 kV Vì tầm quan trọng vật bảo vệ, tính tốn thường lấy dòng điện sét 50 – 100 kA Độ dốc cực đại đầu sóng dòng điện sét khơng vượt q 50 kA/s Thấy biên độ dòng điện sét lớn độ dốc đầu sóng lớn Vì với dòng điện sét tính tốn 100 kV lớn thường lấy độ dốc đầu sóng trung bình 30 kA/s dòng điện sét tính tốn nhỏ 100 kA lấy khoảng 10 kA/s Q điện áp khí phát sinh sét đánh trực tiếp vào vật đặt ngoàI trời (đường dây tảI điện, thiết bị phân phối ngoàI trời) sét đánh vào cơng trình điện Q điện áp sét đánh trực tiếp nguy hiểm Đặc điểm điện áp khí tính chất ngắn hạn Phóng điện sét chi kéo dàI chục micro-giây điện áp tăng cao có đặc tính xung Mỗi điện áp định mức có mức (hay cấp) cách điện Các cấp xác định trị số điện áp thí nghiệm đặc trưng cho khả cách điện Dùng mức cách điện cao cách đáng làm tăng giá thành thiết bị điện, hạ thấp mức cách điện dẫn đến cố nặng nề Vì mức cách điện phảI xác định theo đặc tính trị số điện áp có tham số thiết bị dùng để hạn chế điện áp Khả cách điện chịu điện áp khí xác định điện áp thí nghiệm xung kích Các thiết bị điện bảo vệ chống điện áp khí hệ thống thu lôI giữ cho đối tượng bảo vệ không bị sét đánh trực tiếp thiết bị chống sét khác nhằm hạ thấp điện áp phát sinh thiết bị đến trị số thấp ddiện áp thí nghiệm 12.4 Bảo vệ chống sét đường dây tảI điện: Trong vận hành, cố cắt điện sét đánh vào đường dây tảI điện không chiếm tỉ lệ lớn toàn cố hệ thống điện Bởi bảo vệ chống sét đường dây có tầm quan trọng lớn việc đảm bảo vận hành an toàn cung cấp điện liên tục Để đảm bảo chống sét cho đường dây tốt treo dây chống sét toàn tuyến đường dây Song biện pháp đắt, dùng cho đường dây 110 – 220 kV cột sắt cột bê tông cốt sắt Đường dây 35 kV dùng cột sắt bê tơng cốt sắt bảo vệ chống sét toàn tuyến Tuy nhiên cột đường dây này, cột đường dây 110 – 220 kV phảI nối đất Dể tăng cường khả chống sét cho đường dây đặt chống sét ống tăng thêm nơI cách điện yếu, cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, đoạn tới trạm Còn đường dây yêu cầu mức an tồn cung cấp điện cao tốt dùng đường dây cáp Dây chống sét: Tuy theo cách bố trí dây dẫn cột, treo hai dây chống sét Các dây chống sét treo đường dây tảI điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây chống sét Với cột thu lơI bán kính bảo vệ Rx tính theo cơng thức: Rx = (h − hx ) 0,8 h 1+ x h với h ≤ 30 m (12-13) h = a / a h   Rx  hx Cực nối đất Hình 12 – Góc bảo vệ phạm vi bảo vệ dây chống sét  150 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Bán kính bảo vệ phạm vi ngồI hai dây (trường hợp treo dây chống sét) xá định theo cơng thức Phía trong, hai dây, phạm vi bảo vệ giới hạn cung tròn đI qua dây chống sét điểm có độ cao h = a/4 Đối với cột điện thông thường, dây dẫn bảo vệ chắn góc bảo vệ  khơng q 300 Giảm góc bảo vệ làm giảm xác suất sét đánh vào dây dẫn lại làm tăng giá thành phảI tăng chiều cao cột, thường lấy 200 ≤  ≤ 300 Trang bị nối đất dây chống sét gần dây nối đất cực nối đất Điện trở nối đất Rxk (còn gọi điện trở xung kích) thường nhỏ hay 10  12.5 Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp: 1) Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trang thiết bị điện cơng trình khác đặt trạm biến áp thực cột thu lôI (thu sét) Cột thu sét gồm kim thu sét kim loại dựng cao vật bảo vệ để thu sét dây dẫn sét xuống đất vơí trang bị nối đất Khoảng không gian gồm cột thu lôI mà vật bảo vệ đặt khả bị sét đánh gọi phạm vi bảo vệ cột thu lôi Phạm vi bảo vệ cột thu lôI (hình 12-5) hình nín cong tròn xoay có tiết diện ngang hình tròn, độ cao hx có bán kính Rx Trị số bán kính bảo vệ Rx xác định theo công thức hhd h hx 1,5 h 1,5 h Rx = hhd Rx Hình 12 – 1,6 h 1+ x p h (12 -14) Phạm vi bảo vệ cột thu lơi Trong đó: hhd = h – hx - Chiều cao hiệu dụng cột thu lôI, tức phần cao cột thu lôI so với mốc xét P - hệ số, với h ≤ 30 m p = Với h > 30 m p = 5,5/ h Để bảo vệ chống sét cho trạm biến áp lớn dùng hai, ba cột thu lôI nhiều R2 hhd hx R4 Rx bx Hình 12 – Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 151 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Trong Rx xác định theo cơng thức (12-14) bx bề ngang hẹp phạm vi bảo vệ độ cao hx , xác định công thức: bx = 4.Rx 7.hhd − a 14.hhd − a (12-15) Thí nghiệm cho thấy khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu lơI có bán kính R = 3,5h Như hai cột đặt cách a = 2R = 7h điểm nằm mặt đất khoảng hai cột không bị sét đánh Từ suy với hai cột thu lơI cách a< 7h bảo vệ độ cao hx xác định biểu thức: h – hx = a/7 hay hx = h - a/7 Khi h < 30m hx = h – a/7p Trường hợp trạm đặt nhiều cột thu lơI phần ngồI khu vực bảo vệ xác định theo công thức (12-14); (12-15) Cần kiểm tra điều kiện bảo vệ an cho tồn diện tích cần bảo vệ Vật có độ cao hx nằm trạm bảo vệ thoả mãn điều kiện a1 D bx2 a2 D ≤ 8.(h – hx) với h ≤ 30 m D ≤ (h – hx).p với h > 30 m Nếu có cột thu lơI cao cột khác phần cao coi cột thu lơI đơn, Hình 12 – Phạm vi bảo vệ cột thu lôi 2) Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm: Các đường dây khơng dù có bảo vệ chống sét hay khơng thiết bị điện có nối với chúng phảI chịu tác dụng sóng sét chạy từ đường dây đến Biên độ điện áp khí lớn điện áp cách điện thiết bị điện dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị mạch điện cắt Vì bảo vệ trạm biến áp cần phảI đặt thiết bị chống sét Như thiết bị chống sét thiết bị bảo vệ chống điện áp cho thiết bị điện cách hạ thấp biên độ sóng điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần bảo vệ (cách điện máy biến áp thiết bị khác đặt trạm) Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp chống sét van CSV kết hợp với chống sét ống CSO khe hở phóng điện Khe hở phóng điện cáI thu lôI đơn giản gồm hai điện cực, điện cực nối với mạch điện điện cực nối đất (Hình 12-8) Khi làm việc bình thường khe hở cách ly phần tử Dây dẫn Hình 12 – Khe hở phóng điện mạng điện (dây dẫn) với đất Khi có sóng điện áp chạy đường dây khe hở phóng điện phóng điện qua truyền xuống đất Ưu điểm bật loại thiết bị đơn giản, rẻ tiền Song khơng có phận dập hồ quang nên làm việc bảo vệ rơ-le tác động cắt mạch điện Vì khe hở phóng điện thường dùng làm biện pháp bảo vệ phụ (ví dụ để bảo vệ máy biến dòng) làm phận loại chống sét khác 152 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Chống sét ống CSO có sơ đồ nguyên lý cấu tạo hình vẽ (Hình 12-9) Dây dẫn CSO gồm hai khe hở phóng điện S1; S2 S2 đặt ống làm vật liệu sinh khí fibrơbakêlit vinipơlat Khi có dòng q áp điện áp S1 S2 phóng điện Dưới tác dụng hồ quang chất sinh khí phát nóng sản sinh nhiều khí làm cho áp suất ống lên tới hàng chucj ata thổi tắt hồ quang Khả dập hồ quang CSO hạn chế với trị số dòng điện giới hạn định Nếu dòng điện lớn hồ quang không bị dập tắt rơle tác động cắt mạch điện trường hợp dùng khe hở phóng điện S1 S2 Hình 12-9 Sơ đồ cấu tạo chống sét ống Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây không treo dây chống sét dùng làm phần tử phụ sơ đồ bảo vệ trạm biến áp Chống sét van CSV bao gồm hai phần tử khe hở phóng điện điện trở làm việc Khe hở phóng điện gồm chuỗi khe hở nhỏ có nhiệm vụ xét trên, điện trơ phi tuyến dùng để hạn chế trị số dòng điện kế tục (là dòng ngắn mạch chạm đất qua chống sét van sóng điện áp chọc thủng khe hở phóng điện, dòng điện trì điện áp định mức mạng điện) Cần phảI hạn chế dòng điện kế tục để dập tắt dễ dàng hồ quang khe hở phóng điện sau khí chống set van làm việc Nếu tăng điện trở làm việc làm dòng điện kế tục giảm xuống Nhưng lại cần ý là, sóng điện áp tác dụng lên chống sét, dòng xung kích đến ngàn ampe đI qua điện trở làm việc, tạo điện trở điện áp xung kích gọi điện áp dư chống sét Để bảo vệ cách điện cần phảI giảm điện áp dư, cần phảI giảm điện trở làm việc Như trị số điện trở làm việc cần thoả mãn hai nhu cầu tráI ngược nhau, cần phảI có trị số lớn để hạn chế dòng kế tục, lại cần có trị số nhỏ để hạn chế điện áp dư Chất vilít dùng làm điện trở chống sét van điện trở giảm xuống tăng điện áp đặt vào Bảo vệ chống sóng điện áp truyền vào trạm biến áp đạt cách đặt chống sét van thực biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm (Hình 12-10) giới thiệu sơ đồ bảo vệ thường dùng cho trạm 35 – 110 kV DCS Dây dẫn CSO1 MC BA CSO2 CSV Thiết bị phân phối Hình 12-10 Sơ đồ bảo vệ trạm 35 – 110 kV Đoạn gần trạm khoảng 1-2 km bảo vệ dây chống sét để ngăn ngừa sét đánh trực tiếp vào đường dây CSO1 đặt đầu đoạn đường dây gần trạm nhằm hạn chế biên độ sóng sét Nếu đường dây bảo vệ DCS tồn tuyến khơng cần đặt CSO1 Chống sét ống CSO2 dùng để bảo vệ máy cắt vị trí cắt Với trạm 3-10 kV bảo vệ đơn giản Không cần đặt DCS đoạn gần trạm Chỉ cần đặt CSO cách trạm khoảng 200 m trước vào trạm, góp hay sát máy biến áp đặt CSV NgồI để bảo vệ chống điện áp cho trạm cần phối hợp cách điện trạm biến áp Các đặc tính chủ yếu cách điện bảo vệ chống điện áp điện áp thí nghiệm Điện áp dư CSV ứng với dòng xung kích cho phép (5.3 – kA) trị số chủ yếu để làm thí nghiệm xác định mức cách điện xung kích cách điện Mức đảm bảo độ bền điện cách điện lấy bằng: Udb = (1,1 + 1,15) Udư Điện áp thực nghiệm, tức khả cách điện lấy trị số sau: Đối với cách điện máy biến áp Utn = 1,15Udb , cách điện sứ, khe hở phóng điện Utn = (1,15 – 1,2)Udb Sự phối hợp đặc tính cách điện bảo vệ với đặc tính CSV thông qua việc qui định khoảng cách cần thiéet chúng gọi phân phối hợp cách điện Nối đất chống sét cho trạm cần đảm bảo qui định sau: Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 153 Với trạm có trung tính nối đất điện áp từ 110 kV trở lên điện trở nối đất cho phép 0,5 , với trạm có trung tính cách điện điện áp 110 kV , với trạm có cơng suất bé (dưới 100 kVA) 10  Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 154 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 155 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 156 ... cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có ý nghĩa hẹp Định nghĩa: Hệ thống cung cấp điện bao gồm khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện đến hộ tiêu thụ điện Vài nét đặc trưng lượng điện: 1- Khác với... điện áp mạng điện Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nên có nhiều cấp điện áp định mức lưới điện 8 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI + Điện. .. hệ thống điện, nhằm giữ vững chất lượng điện (u & f) Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 2- 3- Các trình điện xẩy nhanh Chẳng hạn sóng điện từ