Bài giảng Thiết kế hệ thống cung cấp điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Thiết kế hệ thống cung cấp điện" cung cấp cho người đọc các nội dung: Những vấn để chung về cung cấp điện, các loại lưới điện, tính toán phụ tải điện, trạm điện, tính toán tổn thất điện, lựa chọn thiết bị điện trong lưới cung cấp điện, nâng cao hệ số công suất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế hệ thống cung cấp điện

MỤC LỤC Chương 1. NHỮNG VẤN ĐỂ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN. Error! Bookmark not defined. 1.1. Quá trình sản xuất và phân phối điện……………………………………………….1 1.2. Lưới điện và lưới cung cấp điện ...................................................................... 8 1.3. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện .................................................... 9 Chương 2. CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN...................................................................... 12 2.1. Lưới điện đô thị: .......................................................................................... 12 2.2. Lưới điện nông thôn: .................................................................................... 12 2.3. Lưới điện công nghiệp:................................................................................. 12 2.4. Các loại dây và cáp điện: .............................................................................. 14 2.5. Cấu trúc đường dây tải điện: ......................................................................... 15 Chương 3. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN ............................................................. 19 3.1. Các khái niệm chung: ................................................................................... 19 3.2. Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn: ...................................................... 26 3.3. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp: .................................................. 28 3.4. Xác định phụ tải điện khu vực đô thị: ............................................................ 30 Chương 4. TRẠM ĐIỆN ....................................................................................... 45 4.1. Khái quát và phân loại trạm điện: .................................................................. 45 4.2. Trạm phân phối ............................................................................................ 49 4.3. Cấu trúc trạm: .............................................................................................. 52 4.4. Lựa chọn máy biến áp cho trạm: ................................................................... 53 4.5. Nối đất trạm và đường dây tải điện:............................................................... 54 Chương 5. TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ......................................................... 55 5.1. Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện:................................................................. 55 5.2. Tính toán tổn thất điện áp: ............................................................................ 63 5.3. Tính toán tổn thất công suất: ......................................................................... 65 5.4. Tính toán tổn thất điện năng:......................................................................... 68 Chương 6. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN ..... 70 6.1. Khái quát: .................................................................................................... 70 6.2. Lựa chọn máy cắt điện:................................................................................. 72 6.3. Lựa chọn cầu chì, dao cách ly: ...................................................................... 72 6.4. Lựa chọn và kiểm tra sứ cách điện: ............................................................... 74 6.5. Lựa chọn thanh dẫn: ..................................................................................... 75 i
6.6. Lựa chọn dây dẫn và cáp: ............................................................................. 77 6.7. Lựa chọn các thiết bị khác: ........................................................................... 76 Chương 7. NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT...................................................... 78 7.1. Hệ số công suất và ý nghĩa việc nâng hệ số công suất:.................................... 78 7.2. Các giải pháp bù cosφ: ................................................................................. 79 7.3. Bù công suất cho lưới điện xí nghiệp:............................................................ 80 ii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1. Quá trình sản xuất và phân phối điện 1.1.1 Đặc điểm Năng lượng điện hay còn được gọi là điện năng, hiện nay là một dạng năng lượng rất quan trọng và phổ biến. Sản lượng điện hang năm ngày càng tăng cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị sử dụng điện. Sở dĩ điện năng được sử dụng rộng rãi như vậy là do có những đặc điểm sau: - Điện năng là một dạng năng lượng dễ chuyển thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng… - Điện năng dễ truyền tải đi xa mà hiệu suất lại cao. - Điện năng là một dạng năng lượng không tích trữ được (trừ một vài trường hợp đặc biệt như pin hoặc ắc quy nhưng công suất lại nhỏ). Chính vì vậy mà ta phải luôn luôn cân bằng giữa điện năng sản xuất ra với điện năng tiêu thụ, kể cả những tổn thất do truyền tải điện. - Quá trình về điện xảy ra rất nhanh, vì thế đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị tự động hóa trong quá trình vận hành, điều khiển, điều độ, bảo vệ… - Ngành công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ với các ngành kinh tế quốc dân khác nên việc phát triển công nghiệp điện lực phải được cân đối với các ngành kinh tế khác trong một quốc gia. 1.1.2. Các dạng nguồn điện Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện vẫn là những nguồn điện chính sản xuất ra điện năng trên thế giới cho dù sự phát triển của nhà máy điện nguyên tử ngày càng gia tăng. 1. Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện chiếm một tỷ lệ rất quan trọng trong các dạng nguồn điện, mặc dù nó là một dạng nguồn điện kinh điển nhất. Ở nhà máy nhiệt điện, sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý: - Nhiệt năng (của than) → Cơ năng (tuốc bin) → Điện năng (máy phát điện). Đây là nhà máy nhiệt điện chạy bằng than. - Nhiệt năng của khí ga) → Cơ năng (tuốc bin khí) → Điện năng (máy phát điện). Đây là nhà máy nhiệt điện chạy bằng khí. 1
- Nhiệt năng của dầu) →Cơ năng (động cơ điêzen) → Điện năng (máy phát điện). Đây là nhà máy nhiệt điện điêzen. Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện được trình bày như sau: Hình 1.1. Nhà máy nhiệt điện Trong đó: 1. Buồng đốt 2. Bình tích hơi (Bao hơi) 3. Tuốc bin 4. Máy phát điện 5. Bình ngưng 6. Máy bơm nước tuần hoàn. Than đá được cho vào máy nghiền than để chuyển các loại than đá, than cục thành than cám; sau đó đưa vào buồng đốt để đốt cháy, đun sôi nước ở bao hơi. Hơi nước được tạo ra từ bao hơi có nhiệt độ và áp suất cao (khoảng 500 0C và 130-240kG/cm2) được dẫn đến tuốc bin để làm quay cánh tuốc bin với tốc độ lớn (khoảng 3000v/ph). Do trục của tuốc bin được nối với trục của máy phát điện nên máy phát điện sẽ làm việc và phát ra điện. Sau khi ra khỏi tuốc bin, hơi nước sẽ bị giảm áp suất và nhiệt độ (khoảng 40 0C và 0,3 – 0,4 kG/cm2) nên được đưa đến bình ngưng (5) để chuyển thành nước nhờ quá trình 2
trao đổi nhiệt. Lượng nước này cùng với nước được bơm vào nhờ máy bơm nước tuần hoàn được đưa trở lại bao hơi. Hiện nay, ở nước ta do có trữ lượng than lớn nên đã xây dựng được các nhà máy nhiệt điện như nhà máy nhiệt điện Phả lại 1 (400MW); nhà máy nhiệt điện Phả lại 2 (600MW); nhà máy nhiệt điện Uông Bí (300MW); Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 (900MW); nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 2 (600MW)… * Đặc điểm của nhà máy nhiệt điện: - Thường được xây dựng ở những nơi có trữ lượng than lớn để giảm chi phí vận chuyển than. - Tính linh hoạt trong vận hành kém. Quá trình khởi động và tăng phụ tải chậm. - HIệu suất thấp  = 30% - 40% - Do trữ lượng than sẽ giảm nên công suất điện do các nhà máy nhiệt điện cung cấp cũng sẽ giảm. - Gây ô nhiễm môi trường. 2. Nhà máy thủy điện Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện: Thủy năng (của cột nước) → Cơ năng (tuốc bin nước) → Điện năng (máy phát điện). Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy thủy điện được trình bày như sau: Hình 1.2. Nhà máy thủy điện 3
Trong đó: 1. Sông hoăc suối 2. Đập ngăn nước để tạo lưu lượng nước lớn 3. Tuốc bin 4. Máy phát điện. 5. Nước thải chảy tiếp ra song. Đại đa số các nhà máy thủy điện đều có hồ chứa nước. Nhờ có đập ngăn nước (2) để tạo lưu lượng nước lớn chảy qua cống vào tuốc bin thủy lực làm quay máy phát điện. Nước từ các cánh động của tuốc bin chảy tiếp ra sông hoặc suối. Nhà máy thủy điện là một công trình thủy lợi nhằm sử dụng năng lượng của dòng nước. Ở miền Bắc có nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920MW); Nhà máy thủy điện Thác Bà (108MW); nhà máy thủy điện Yaly (720MW). Miền Nam có nhà máy thủy điện Trị An(400MW); Nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn, Đa Nhim… * Đặc điểm của nhà máy thủy điện - Giá thành điện năng sau khi sản xuất ra rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện. - Hiệu suất cao hơn, có thể đạt tới hơn 80%. - Mức độ tự động hóa của nhà máy thủy điện dễ dàng thực hiện hơn nên có thể mở máy nhanh hơn, đáp ứng kịp thời với tình thế khó khăn của hệ thống điện. - Do không có khâu bảo quản và xử lý nhiên liệu nên ít xảy ra sự cố hơn nhà máy nhiệt điện - Thời gian sử dụng lâu hơn. - Không gây ô nhiễm môi trường. - Phục vụ cho thủy lợi, cải thiện môi trường, tiện lợi cho giao thông đường thủy. - Sản lượng điện phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên. - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn hơn nhiệt điện (chủ yếu phụ thuộc và các công trình đập chắn, hồ chứa nước…) 3. Nhà máy điện nguyên tử Nguyên tắc biến đổi năng lượng ở nhà máy điện nguyên tử cũng giống như nhà máy nhiệt điện: Nhiệt năng (lấy từ quá trình phân hủy hạt nhân) → Cơ năng →Điện năng. Sơ đồ khối thể hiện quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện nguyên tử được trình bày như sau: 4
Hình 1.3. Nhà máy điện nguyên tử 1. Lò phản ứng hạt nhân. 2. Buồng trao đổi nhiệt 3. Bơm cung cấp không khí. 4. Tuốc bin. 5. Máy phát điện. 6. Bình ngưng. 7. Bơm nước tuần hoàn. *) Đăc điểm của nhà máy điện nguyên tử: - Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cao nhưng có thể đặt gần trung tâm phụ tải nên giảm được tổn thất điện năng do truyền tải. - Độ tin cậy cung cấp điện cao. - Chỉ cần một lượng chất lượng phóng xạ nhỏ (khoảng 1kg) có có một nhà máy có công suất 100MW. - Mức độ nguy hiểm lớn do sử dụng nguồn phóng xạ. Vì thế lò phản ứng phải có tường bê tong bao xung quanh dày từ 1,5m đến 2m và công nhân vận hành phải có các trang bị phòng hộ đặc biệt. 1.1.3. Khái niệm về hệ thống điện Điện năng sau khi sản xuất ra tại nhà máy điện sẽ được truyền tải, phân phối đến các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện hay còn gọi là hệ thống điện (HTĐ). Hệ thống điện gồm các phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng. Điện áp phát ra của các máy phát thường là 6kV; 10,5kV … được đưa đến thanh cái chính của nhà nhà máy điện. Sau 5
đó điện áp được nâng lên nhờ trạm biến áp tăng áp đến 35kV; 110kV; 220kV hoặc 500kV. Đường dây cao áp truyền tải điện năng đi xa và đưa đến các trạm biến áp hạ áp Trạm biến áp hạ áp sẽ hạ điện áp xuống 15kV hay 10kV, 6kV. Công suất điện này được đưa đến các trạm phân phối hạ áp hoặc các trạm biến áp hạ áp, nơi tiêu thụ điện để giảm xuống điện áp 0,4kV. Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý một hệ thống điện đơn giản 1.1.4. Hộ tiêu thụ điện Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nhà máy điện sẽ được truyền tải và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện (phụ tải điện) nhờ hệ thống mạng lưới điện 1. Tính chất hộ tiêu thụ điện, phân loại Hộ tiêu thụ điện là một bộ phận quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, nhằm biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác để sử dụng trong sản xuất hoặc trong sinh hoạt. Theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội chia ra: - Hộ tiêu thụ loại 1: Đây là những hộ tiêu thụ mà khi bị sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra những thiệt hại lớn về mặt kinh tế, đe dọa tính mạng con người hoặc có ảnh hưởng lớn về chính trị. 6
Ví dụ: Xí nghiệp luyện kim, hóa chất, hầm mỏ, nhà Quốc hội, Chính phủ, bệnh viện… Vì vậy hộ tiêu thụ loại 1 phải được thiếtkế cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai hoặc ba nguồn cung cấp, hai đường dây dự phòng… nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thời gian mất điện. Thời gian mất điện của hộ tiêu thụ loại 1 chỉ tính bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ. - Hộ tiêu thụ loại 2: Đây là những hộ tiêu thụ điện tuy quan trọng, nhưng nếu bị sự có ngừng cung cấp điện thì chỉ dẫn đến những thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, lãng phí nhân công lao động… Ví dụ: Các phân xưởng cơ khí, công nghiệp nhẹ, …. Phương án cung cấp điện cho hộ tiêu thụ điện loại 2, có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây đơn hay kép… là tùy thuộc vào vốn đầu tư của mỗi công ty. Đối với hộ này, thời gian ngừng cung cấp điện cho phép được tính bằng thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay. - Hộ tiêu thụ laọi 3: Là những hộ tiêu thụ điện cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, nghĩa là cho phép mất điện trong thời giant hay thế hay sửa chữa sự cố. Thời gian mất điện không quá 24 giờ. Ví dụ: Nhà ờ, phân xưởng phụ, nhà kho, … 1.1.5. Yêu cầu và các bước khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 1. Những yêu cầu 2. Các bước thiết kế hệ thống cung cấp điện Bước 1: Thu thập dữ liệu ban đầu - Nhiệm vụ, mục đích thiết kế - Đặc điểm quá trình công nghệ của công trình - Dữ liệu về nguồn điện: công suất, khoảng cách đến các hộ tiêu thụ - Dữ liệu về phụ tải: công suất, đặc điểm công nghệ, tích chất. * Bước 2: Xác định phụ tải tính toán - Thống kê danh mục thiết bị - Tính toán phụ tải động lực - Tính toán phụ tải chiếu sang. * Bước 3: Tính chọn nguồn cung cấp điện (Máy biến áp) - Tính chọn dung lượng, vị trí của trạm biến áp 7
* Bước 4: Thiết kế phương án cung cấp điện mạng hạ áp - Phương án cung cấp điện từ trạm BA đến các phân xưởng - Phương án cung cấp điện từ tủ động lực đến các phụ tải điện * Bước 5: Lựa chọn các thiết bị điện - Lựa chọn dây dẫn điện - Lựa chọn thanh cái - Lựa chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ - Lựa chọn tủ phân phối và tủ động lực * Bước 6: Tính toán chống sét và nối đất - Tính toán chống sét cho trạm và phân xưởng. - Tính toán nối đất bảo vệ * Bước 7: Tính toán tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất * Bước 8: Tính toán thiết kế chiếu sáng chung - Lựa chọn phương án bố trí đèn chiếu sáng - Tính chọn công suất, số lượng bóng đèn. 1.2. Lưới điện và lưới cung cấp điện 1. Khái niệm Hệ thống điện gồm 3 khâu: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện. Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) và các trạm phát điện (diesel, mặt trời, gió…) Tiêu thụ điện gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện trong công, nông nghiệp và đời sống… Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền tải và các trạm biến áp. Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và 500kV. Tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV. 2. Phân loại Có nhiều cách phân loại lưới điện: + Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) và hạ áp (0,4kV). + Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6 và 0,4kV). + Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp… 8
1.3. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện 1. Độ tin cậy cung cấp điện Tùy theo tính chất của hộ dùng điện có thể chia thành 3 loại: + Hộ loại 1: là những hộ rất quan trọng, không được để mất điện như sân bay, hải cảng, khu quân sự, ngoại giao, các khu công nghiệp, bệnh viện… + Hộ loại 2: là các khu vực sản xuất, nếu mất điện có thể ảnh hưởng nhiều đến kinh tế… + Hộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời. Cách chia hộ như vậy chỉ là tạm thời trong giai đoạn nền kinh tế còn thấp kém, đang hướng đến mục tiêu các hộ phải đều là hộ loại 1 và được cấp điện liên tục. 2. Chất lượng điện Chất lượng điện được thể hiện qua hai thông số: tần số (f) và điện áp (U). Các trị số này phải nằm trong phạm vi cho phép. Hình 1.5: Độ lệch và tổn thất điện áp Trung tâm điều độ quốc gia và các trạm điện có nhiệm vụ giữ ổn định các thông số này. + Tần số f được giữ 50 ± 0,5Hz. + Điện áp yêu cầu độ lệch |δU|= U – Uđm≤5%Uđm. Lưu ý độ lệch điện áp khác với tổn thất điện áp (hiệu số điện áp giữa đầu và cuối nguồn của cùng cấp điện áp). 3. Tính kinh tế Tính kinh tế của một phương án cung cấp điện thể hiện qua hai chỉ tiêu: vốn đầu tư và chi phí vận hành. 9
Vốn đầu tư một công trình điện bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận chuyển, thí nghiệm, thử nghiệm, mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế, lắp đặt và nghiệm thu. + Phí tổn vận hành: bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành công trình điện: lương cho cán bộ quản lý, kỹ thuật, vận hành, chi phí bảo dưỡng và sửa chữa, chi phí cho thí nghiệm thử nghiệm, do tổn thất điện năng trên công trình điện. Thông thường hai loại chi phí này mâu thuẫn nhau. Phương án cấp điện tối ưu là phương án dung hòa hai chi phí trên, đó là phương án có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất. Z = ( avh + atc ) .K + c.A → min Trong đó: - avh : hệ số vận hành, với đường dây trên không lấy 0,04; cáp và trạm biến áp lấy 0,1. - atc : hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn = 1T , với lưới cung cấp điện Ttc = 5 ăm. tc - K: vốn đầu tư. - A : tổn thất điện 1 năm. - c: giá tiền tổn thất điện năng (đ/kWh). 4. Tính an toàn An toàn thường được đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp đặt và vận hành công trình điện. An toàn cho cán bộ vận hành, cho thiết bị, công trình, cho người dân và các công trình xung quanh. Người thiết kế và vận hành công trình điện phải tuyệt đối tuân thủ các quy định an toàn điện. Một số ký hiệu thường dùng: Thiết bị Ký hiệu Thiết bị Ký hiệu Máy phát điện hoặc nhà Động cơ điện máy điện Máy biến áp 2 cuộn dây Khởi động từ Máy biến áp điều `Máy biến áp 3 cuộn dây chỉnh dưới tải 10
Máy cắt điện Cầu chì. Cầu dao cách ly Aptômát Máy cắt phụ tải Cầu chì tự rơi Tủ điều khiển Tụ điện bù Tủ chiếu sáng làm Tủ chiếu sáng cục bộ việc Tủ phân phối động Tủ phân phối lực Đèn sợi đốt Đèn huỳnh quang Ổ cắm điện Công tắc điện Kháng điện Máy biến dòng điện Dây cáp điện Dây dẫn điện Dây dẫn tần số ≠ Thanh dẫn (thanh cái) 50Hz Dây dẫn mạng hai dây Dây dẫn mạng 4 dây. Đường dây điện áp Đường dây mạng U ≤36V. động lực 1 chiều Chống sét ống Chống sét van 11
Chương 2 CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN 2.1. Lưới điện đô thị Thường sử dụng cấp điện áp trung áp là 22 và 10kV. Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúc mạch vòng kín vận hành hở. Để đảm bảo an toàn và mỹ quan đô thị, thường sử dụng cáp ngầm cho mạng trung và hạ áp. Thường dùng trạm biến áp kiểu xây. Tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành sẽ cao hơn nhiều. Để thuận lợi cho phân phối và ít ảnh hưởng đến giao thông các trạm biến áp thường chỉ cung cấp điện cho một bên đường và được đặt ở góc hay giữa đoạn đường. Hình 2.1. Trạm biến áp đặt ở góc phố 2.2. Lưới điện nông thôn Ở nông thôn, mỗi huyện thường được cấp điện từ 1 hay 2 trạm biến áp trung gian, hiện nay thường sử dụng cấp 10 và 35kV. Lưới phân phối có cấu trúc dạng cây. Tất cả các tuyến dây đều là đường dây trên không. Các trạm biến áp thường dùng kiểu cột. Để dễ quản lý và vận hành trạm biến áp phân phối thường được đặt ở giữa thôn (làng). 2.3. Lưới điện công nghiệp Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn, điện năng cung cấp cho các xí nghiệp được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường dây trung áp. Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp có thể phân thành 2 phần: bên trong và bên ngoài. + Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài: là phần cung cấp điện từ hệ thống đến trạm biến áp chính hay trạm phân phối trung tâm của xí nghiệp. Bên dưới là một số dạng sơ đồ phổ biến: sơ đồ a): khi cấp điện áp sử dụng của nhà máy trùng với điện áp cung cấp từ hệ thống; sơ đồ b): các trạm biến áp phân xưởng nhận điện trực tiếp từ hệ thống và 12
hạ xuống 0,4kV để sử dụng; sơ đồ c): có trạm biến áp trung tâm trước khi phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng; và sơ đồ d): khi xí nghiệp có máy phát điện dự phòng. Lưới trung áp điện xí nghiệp có cấu trúc khác nhau tùy vào quy mô xí nghiệp. Đối với những xí nghiệp có tải vài trăm kVA, chỉ cần đặt 1 trạm biến áp. Đối với những xí nghiệp lớn cần đặt nhiều trạm biến áp, mỗi trạm cung cấp cho một hoặc vài phân xưởng. a) b) c) d) Hình 2.2: Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài xí nghiệp + Sơ đồ cung cấp điện bên trong: từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng. Có 3 kiểu sơ đồ thường dùng: sơ đồ hình tia, liên thông và sơ đồ hỗn hợp. SĐ. Hỗn hợp Hình 2.3. Sơ đồ cấp điện bên trong Lưới hạ áp xí nghiệp chính là lưới điện bên trong mỗi phân xưởng. Để cấp điện cho phân xưởng người ta đặt các tủ phân phối nhân điện hạ áp từ các máy biến áp về cấp cho các tủ động lực, từ tủ này cung cấp điện cho các thiết bị. 13
2.4. Các loại dây và cáp điện Hình 2.4: Cáp và dây trần Để tải điện người ta dùng dây dẫn và cáp. So với dây dẫn tải điện bằng cáp đắt tiền hơn nhưng mỹ quan hơn, vì thế cáp trung và hạ áp thích hợp cho lưới điện đô thị và xí nghiệp. Tải điện bằng dây dẫn rẽ tiền, dễ sửa chữa và thay thế thường được dùng trên lưới trung áp và khu vực nông thôn. 2.4.1. Các loại dây dẫn Dây dẫn gồm hai loại: dây bọc cách điện và dây trần. Dây bọc cách điện: thường dùng trên lưới hạ áp. Dây bọc có nhiều loại: một sợi, nhiều sợi, dây cứng, mềm, đơn, đôi… Vật liệu thông dụng là đồng và nhôm. Ký hiệu: M(n, F), trong đó: M là dây đồng; n là số dây; F là tiết diện dây. Dây trần: dùng cho mọi cấp điện áp. Có các loại như: nhôm, thép, đồng và nhôm lõi thép. Trong đó dây nhôm và nhôm lõi thép được dùng phổ biến cho đường dây trên không, trong đó phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện và phần thép tăng độ bền cơ học. Ký hiệu: Loại dây(A, AC) - F, trong đó: A là dây nhôm; AC dây nhôm lõi thép; F là tiết diện. Ký hiệu cho mạng điện: loại dây (n.F +1.Fo) với n là số dây pha và Fo tiết điện dây trung tính. 2.4.2. Các loại cáp a) Cấu tạo cáp: Cáp điện lực gồm các phần tử chính sau: lõi, cách điện và lớp vỏ bảo vệ. Lõi (ruột dẫn điện): Vật liệu cơ bản dùng làm ruột dẫn điện của cáp là đồng hay nhôm kỹ thuật điện. Ruột cáp có các hình dạng tròn, quạt, hình mảnh. Ruột có thể gồm một hay nhiều sợi. Lớp cách điện: Lớp vật liệu cách điện cách ly các ruột dẫn điện với nhau và cách ly với lớp bảo vệ. Hiện nay cách điện của cáp thường dùng là nhựa tổng hợp, các loại cao su, giấy cách điện, các loại dầu và khí cách điện. 14
Lớp vỏ bảo vệ: Lớp vỏ bảo vệ để bảo vệ cách điện của cáp tránh ẩm ướt, tránh tác động của hóa chất do dầu tẩm thoát ra do hư hỏng cơ học cũng như tránh ăn mòn, han gỉ khi đặt trong đất. Lớp vỏ bảo vệ dây dẫn là đai hay lưới bằng thép, nhôm hay chì. Ngoài cùng là lớp vỏ cao su hoặc nhựa tổng hợp. a) Phân loại cáp: Cáp có thể phân loại theo nhiều cách: +Theo số lõi: một, hai, ba hay bốn lõi. Thông thường cáp cao áp chỉ có một lõi. + Theo vật liệu cách điện: giấy cách điện (có tẩm hay không tẩm), cách điện cao su hay nhựa tổng hợp và cách điện tổ hợp. + Theo mục đích sử dụng: hạ, trung và cao áp, ngoài ra còn có cáp rado và cáp thông tin. + Theo lĩnh vực sử dụng: cáp dùng cho hàng hải, hàng không, dầu mỏ, hầm mỏ, trong nước hay cho các thiết bị di chuyển (cần cẩu, cần trục…) 2.5. Cấu trúc đường dây tải điện: Đường dây tải điện trên không ký hiệu là ĐDK. Đường dây tải điện trên không bao gồm các phần tử: dây dẫn, sứ, xà, cột, móng, còn có thể có dây chống sét, dây néo và bộ chống rung. 2.5.1. Một số định nghĩa liên quan a) Đường dây truyền tải điện trên không: công trình xây dựng mang tính chất kỹ thuật dùng để truyền tải điện năng theo dây dẫn, được lắp đặt ngoài trời. Dây dẫn được kẹp chặt nhờ sứ, xà cột và các chi tiết kết cấu xây dựng. Đường dây hạ áp cần có thêm một dây trung tính để lấy cả điện áp pha và điện áp dây. Nếu phụ tải 3 pha đối xứng thì lấy dây trung tính bằng ½ dây pha còn khi phụ tải pha không cân bằng thì tiết diện dây trung tính lấy bằng tiết diện dây pha. b) Khoảng cách tiêu chuẩn: gồm các khoảng cách ngắn nhất giữa dây dẫn được căng và đất, giữa dây dẫn được căng và công trình xây dựng, giữa dây dẫn và cột, giữa các dây dẫn với nhau. c) Độ võng trên dây: là khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ đường thẳng nối 2 điểm treo dây trên cột tới điểm thấp nhất của dây dẫn do tác dụng của khối lượng dây. d) Lực căng dây: là lực căng kéo dây và kẹp chặt cố định dây dẫn trên cột. 15
e) Chế độ làm việc bình thường: là chế độ làm việc mà dây dẫn không bị đứt. f) Chế độ sự cố: là chế độ mà dây dẫn bị đứt dù chỉ một dây. g) Khoảng vượt trung gian của đường dây: khoảng cách theo mặt phẳng ngang giữa 2 cột. h) Khoảng néo chặt: là khoảng cách theo mặt phẳng nằm ngang giữa 2 cột chịu lực gần nhau. Các cột chịu lực bao gồm các cột đầu tuyến, các cột cuối tuyến và các cột góc dây dẫn chuyển hướng đi. 2.5.2. Cấu trúc đường dây trên không a) Cột: lưới cung cấp điện trung áp dùng 2 loại cột: cột vuông và cột ly tâm, ký hiệu H và LT. + Cột vuông (cột chữ H): thường chế tạo cỡ 7,5 và 8,5m. Cột H7,5 dùng cho lưới hạ áp và H8,5 dùng cho lưới hạ áp và lưới 10kV. + Cột ly tâm (cột tròn): các cột được đúc dài 10 và 12m, các đế cột dài 6, 8 và 10m. Cột và đế được nối với nhau nhờ các măng xông hay mặt bích, từ đó có thể có các cột 10, 12, 16, 20, 22m. Các cột còn được phân loại thành A, B, C, D theo khả năng chịu lực (được tra ở các bảng). b) Xà: dùng để đỡ dây dẫn và cố định khoảng cách giữa các dây, được làm bằng sắt hoặc bê tông kích thước tùy vào cấp điện áp. Trên xà có khoan sẵn các lổ để bắt sứ, khoảng cách giữa hai lỗ khoan (cũng là khoảng cách giữa hai dây) từ 0,3÷0,4m đối với đường dây hạ áp, từ 0,8÷1,2m với đường dây 10kV, từ 1,5÷2m với đường dây 35kV. c) Sứ: sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ cho các bộ phận mang điện vừa làm vật cách điện giữa các bộ phận đó với đất. Vì vậy sứ phải đủ độ bền, chịu được dòng ngắn mạch đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá điện áp. Sứ cách điện thường được thiết kế và sản xuất cho cấp điện áp nhất định và được chia thành hai dạng chính: sứ đỡ hay sứ treo dùng để đỡ hay treo thanh cái, dây dẫn và các bộ phận mang điện; sứ xuyên dùng để dẫn nhánh hay dẫn xuyên qua tường hoặc nhà. + Sứ đỡ: thường dùng cho đường dây có điện áp từ 35kV trở xuống, khi đường dây vượt sông hay đường giao thông thì có thể dùng sứ treo. + Sứ treo: có thể phân thành sứ thanh và sứ đĩa. Sứ thanh được chế tạo có chiều dài và chịu được một điện áp xác định trước. Chuỗi sứ được kết lại từ các đĩa và số lượng được ghép với nhau tùy thuộc điện áp đường dây. Ưu điểm của việc dùng chuỗi sứ cho đường dây cao thế là điện áp làm việc có thể tăng bằng cách thêm các đĩa sứ với chi phí nhỏ. 16
Hình 2.5. Một số dạng sứ Khi cần tăng cường về lực người ta dùng các chuỗi sứ ghép song song, khi tăng cường cách điện người ta tăng thêm số đĩa. Việc kẹp dây dẫn vào sứ đứng được thực hiện bằng cách quấn dây hoặc bằng ghíp kẹp dây chuyên dụng. Việc kẹp dây vào sứ treo được thực hiện bằng khóa kẹp dây chuyên dụng. Sứ đứng Hoàng liên sơn có ký hiệu VHD-35. Đường dây có điện áp 110kV trở lên dùng sứ treo. Chuỗi sứ treo gồm các đĩa sứ tuỳ theo cấp điện áp mà chuỗi sứ có số đĩa khác nhau. Điện áp (kV) Số đĩa sứ 3-10 01 35 03 110 07 220 13 Ti sứ là chi tiết được gắn vào sứ đứng bằng cách vặn ren và chèn ximăng, cát được dùng làm trụ để kẹp chặt sứ với xà trên cột điện. Ti sứ được làm bằng thép, được sơn phủ hay mạ để chống gỉ. d) Móng cột: có nhiệm vụ chống lật cột. Trong vận hành cột điện chịu lực kéo của dây và lực của gió bão. e) Dây néo: tại các cột néo (cột đầu, cuối và góc đường dây), để tăng cường chịu lực kéo cho các cột này các dây néo được đặt ngược hướng lực kéo dây. 17
f) Bộ chống rung: chống rung cho dây dẫn do tác dụng của gió. Bộ chống rung gồm 2 quả tạ bằng gang nối với nhau bằng cáp thép, đoạn cáp được kết vào đường dây nhờ kẹp. Hình 2.6: Bộ chống rung và móng cột Ngoài ra, trên cột và các xà đỡ còn được lắp đặt các tiết bị điện để phục vụ cho việc vận hành và bảo vệ hoạt động của lưới điện như: các cầu chì tự rơi, máy cắt phụ tải, dao cách ly, thiết bị tự đóng lại… 18