TRƯO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG
KHOA KỸ THUẬT ĐÔ THỊ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG
MẠNG LƯỚI ĐIỆN
(Dành cho sinh viên ngành Quy hoạch)
Biên soạn: Nguyễn Mạnh Hà
Đà Nẵng, tháng 03 năm 2015
Bài giảng Mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
1.1. Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng của mạch điện
1.1.1. Dòng điện
- Là dòng chuyển dịch có hướng của các điện tích.
- Độ lớn của dòng điện được xác định từ biểu thức:
dq
i
dt
=
, trong đó dq là lượng điện
tích chuyển dịch qua một tiết diện ngang trong thời gian dt.
- Đơn vị : Ampe, ký hiệu A
Độ lớn dòng điện được gọi là cường độ dòng điện, đơn vị là Ampe, ký hiệu là A.
- Chiều dòng điện: Quy ước chiều dòng điện là chiều chuyển dịch của các điện tích
dương. Trong dây dẫn điện chỉ có các điện tích âm (là electron) nên chiều dòng điện quy ước
sẽ ngược với chiều chuyển động của electron.
- Để đo dòng điện người ta dùng Ampe kế (còn gọi là Ampe met) mắc nối tiếp với
mạch điện cần đo. Trường hợp dòng điện lớn hơn 5A, người ta phải dùng thiết bị biến đổi
dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ (gọi là biến dòng) trước khi đo bằng Ampe kế.
1.1.2. Điện áp:
- Điện áp được định nghĩa là hiệu điện thế giữa 2 điểm bất kỳ của mạng điện.
- Độ lớn của điện áp là U
AB
= ϕ
A
-ϕ
B
, trong đó ϕ
A
là điện thế ở điểm A so với đất và ϕ
B
là điện thế điểm B so với đất.
Đo dòng điện ≤ 5A
A
I
Đo dòng điện lớn hơn 5A
A
I
Thiết bị biến
đổi dòng điện
Ampe kế
Biến dòng điện
Chiều chuyển động của e
Chiều dòng điện quy ước
Bài giảng Mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 2
Nếu đo điện áp giữa 2 điểm trên cùng một dây dẫn người ta còn gọi đó là điện áp rơi
hay điện áp tổn thất.
- Đơn vị đo điện áp là Vôn, ký hiệu V, ngoài ra còn dùng đơn vị kV
- Chiều điện áp: Quy ước từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp.
- Để đo điện áp người ta dùng Vôn kế (còn gọi là Vôn met) mắc song song với mạch
điện cần đo. Trường hợp điện áp lớn hơn 100V, người ta phải dùng thiết bị biến đổi điện áp
lớn xuống điện áp nhỏ (gọi là biến điện áp) trước khi đo bằng Vôn kế.
1.1.3. Công suất
Các thiết bị điện khi hoạt động sẽ tiêu thụ năng lượng điện để sinh công hữu ích như cơ
năng trên trục quay của động cơ, quang năng của đèn điện, nhiệt năng trong bếp điện,...
Một số thiết bị điện (như quạt, bơm nước,... ) ngoài việc tiêu thụ công suất hữu ích nó
còn tiêu thụ một loại công suất suất đặc biệt gọi là công suất phản kháng. Loại công suất này
chỉ nạp/phóng trên đường dây điện, về thực chất thiết bị điện không tiêu thụ nó nên còn được
gọi là công suất vô công. Như vậy trong mạng điện tồn tại các loại công suất khác nhau gồm:
- Công suất tác dụng (ký hiệu P ): là công suất mà thiết bị điện tiêu thụ từ lưới điện để
chuyển thành công suất hữu ích. Công suất hữu ích có thể ở dạng nhiệt (bếp điện), ở dạng cơ
năng (quạt, bơm nước,...). ở dạng quang năng (đèn điện) và nhiều dạng năng lượng khác.
Đơn vị đo công suất tác dụng là W, kW.
Đo điện áp ≤ 100V
V
R
Đo điện áp > 100V
V
I
Thiết bị biến
đổi điện áp
I
Vôn kế
Biến điện áp 22000/100V
U
AB
A
B
A
B
U
AB
Điện áp giữa các dây dẫn
Điện áp rơi
Bài giảng Mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 3
- Công suất phản kháng (ký hiệu Q): là công suất vô công mà thiết bị điện nhận từ lưới
điện để tạo ra từ trường trong cuộn dây của các thiết bị điện.
Đơn vị đo công suất phản kháng là VAR, kVAR.
- Công suất biểu kiến (ký hiệu S): Thực tế luồng công suất chạy trên đường dây tải điện
gồm P và Q, trong đó P là công suất hữu ích (người dùng phải trả tiền) còn Q là công suất vô
công (người dùng không phải trả tiền). Công suất Q là công suất vô công nhưng nó lại nạp và
phóng liên tục trên dây dẫn điện nên khi tính toán mạng điện, ngoài trị số P còn phải kể đến
sự ảnh hưởng của Q thông qua một thông số chung gồm cả P và Q gọi là công suất biểu kiến
(hoặc gọi tên khác là công suất toàn phần).
Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được rằng công suất biểu kiến tính bằng công
thức
2 2
S P Q
= +
.
Đây là công suất dùng để tính toán thiết kế mạng điện, từ khâu chọn lựa dây dẫn, xác
định dòng điện, tổn thất điện áp,...
Đơn vị đo công suất biểu kiến là VA, kVA.
1.1.4. Hệ số công suất cos
ϕ
:
Công thức tính công suất biểu kiến
S P Q
= +
cho ta thấy 3 đại lượng P, Q, S lập
thành một tam giác vuông gọi là tam giác công suất với cạnh thẳng đứng đứng là Q, cạnh
nằm ngang là P và cạnh huyền là S, góc kẹp giữa S và P là ϕ và trị số cosϕ được gọi là hệ số
công suất .
Lò vi sóng kiêm lò nướng
Đ
ộ
ng cơ đi
ệ
n
P
cơ
Dây quấn trong động cơ điện
Các công suất P, Q cấp cho động cơ
P
P Q
N
A
Bài giảng Mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng 4
Do P là công suất hữu ích không thay đổi được còn Q là công suất vô công, do đó nếu Q
bé thì có nghĩa là lượng công suất nạp/phóng trên dây dẫn điện ít đi, dẫn đến dòng điện sẽ
giảm xuống nên có thể chọn dây dẫn và các thiết bị bé hơn. Mà khi Q bé có nghĩa là cosϕ lớn
nên có thể nói cosϕ là một chỉ số nói lên hiệu quả sử dụng điện.
Thực tế người ta mong muốn giảm Q càng nhỏ càng tốt nhưng không thể triệt tiêu hoàn
toàn vì nhiệm vụ của nó rất quan trọng là tạo môi trường từ hóa để truyền năng lượng từ phần
đứng yên sang phần quay của động cơ.
Căn cứ vào tam giác công suất ta có các biểu thức:
= +
S P Q
Q = P.tgϕ
P = S.cosϕ
Q = S.sinϕ
Công suất tiêu thụ của mỗi thiết bị điện được đặc trưng bằng một tam giác công suất
(P,Q,S). Nếu có n thiết bị điện nối chung tại một điểm thì tại điểm đó công suất tiêu thụ cũng
là một tam giác công suất (P,Q,S) được tính như sau::
P = P
1
+ P
2
+…+ P
n
Q = Q
1
+ Q
2
+…+ Q
n
2 2
S P Q
= +
Q
tg
P
ϕ =
P
Q
S
ϕ
P
1
Q
1
S
1
ϕ
1
P
2
Q
2
S
2
ϕ
2
P
Q
S
ϕ
P, Q, S
P
1
,Q
1
,S
1
P
2
,Q
2
,S
2