Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) nhằm trang bị cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về kỹ thuật cung cấp điện. Giáo trình kết cấu gồm 5 chương và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: những vấn đề chung của hệ thống cung cấp điện; tính toán phụ tải điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT-XÔ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ…. ngày… tháng….năm 20….. của………. Ninh Bình, năm 2019 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đuợc phép dùng nguyên bản hoặc trích đúng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Ngành công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước hiện nay. Khi xây dựng bất kỳ một đô thị, một nhà máy hay cơ sở sản xuất nào, trước tiên ta cần phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Mặt khác, nhu cầu về sử dụng điện và thiết bị điện ngày càng tăng cho nên việc trang bị những kiến thức về hệ thống điện và mạng điện là rất cần thiết. Hệ thống cung cấp điện theo nghĩa rộng là một hệ thống bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Trong khuôn khổ của tài liệu, chúng tôi chỉ trình bày theo nghĩa hẹp hơn, đó là hệ thống truyền tải và phân phối điện năng ở một phạm vi nhất định. Giáo trình gồm 5 chương: Chương 1: Những vấn đề chung về hệ thống cung cấp điện Chương 2: Tính toán phụ tải điện Chương 3: Tính toán tổn thất trên lưới điện Chương 4: Tính toán ngắn mạch Chương 5: Chọn và kiểm tra thiết bị điện Tài liệu được biên soạn theo chương trình khung của Bộ Giáo dục và Đào tạo và Tổng cục dạy nghề để giảng dạy và tra cưú thông qua các số liệu tham khảo ở nhiều tài liệu. Chúng tôi đã đưa vào nhiều ví dụ tính toán kinh điển, giúp cho học sinh có cơ sở tập tính toán phụ tải và mạng điện trong những điều kiện cụ thể để có thể tiếp xúc với các bài toán thực tế sau này. Mặc dù đã hết sức cố gắng, tuy nhiên sai sót là khó tránh. Rất cần sự tham gia góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp để tài liệu có chất lượng tốt hơn trong những lần chỉnh lý sau. Ninh Bình, ngày.... tháng 08 năm 2019 Tham gia biên soạn 1. Nguyễn Thị Dịu: Chủ biên 2. Đặng Thị Thu Thủy 2
LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................. 2 - Ýnghĩa và vai trò của môn học: ........................................................................ 9 Mục tiêu của môn học: ......................................................................................... 9 Nội dung của môn học: ......................................................................................... 9 Tên chƣơng mục .................................................................................................... 9 Cộng: .................................................................................................................... 11 CHƢƠNG 1 ......................................................................................................... 12 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN................. 12 1. Khái quát chung về hệ thống cung cấp điện ............................................ 12 1.1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng. ............ 12 1.2. Sơ đồ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng ......................... 12 1.2.1. Khái niệm:......................................................................................... 13 1.2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện như sau: .................................... 13 1.3. Sơ đồ nguyên lý một số loại nhà máy điện ............................................ 14 1.3.1. Nhà máy nhiệt điện ............................................................................. 14 1.3.2. Nhà máy thuỷ điện .............................................................................. 15 1.3.3. Nhà máy điện nguyên tử ................................................................... 15 1.4. Các ký hiệu quy ƣớc trên sơ đồ cung cấp điện ................................ 16 2. Những chỉ tiêu để đánh giá phƣơng án CCĐ tối ƣu .................................... 20 2.1. Độ tin cậy cung cấp điện ......................................................................... 20 2.1.1. Hộ tiêu thụ điện loại 1: ...................................................................... 20 2.1.2. Hộ tiêu thụ điện loại 2: ...................................................................... 21 2.1.3. Hộ tiêu thụ điện loại 3: ...................................................................... 21 2.2. Chất lƣợng điện năng .............................................................................. 21 2.2.1. Điện áp ............................................................................................... 21 2.2.2. Tần số .................................................................................................. 22 2.3. Tính kinh tế .............................................................................................. 22 2.3.1. Vốn đầu tư: ......................................................................................... 22 2.3.2. Chi phí vận hành: ................................................................................ 22 2.4. Tính an toàn ............................................................................................ 22 3. Lƣới điện .......................................................................................................... 23 3.1. Khái niệm chung ...................................................................................... 23 3.1.1. Sơ lược về sự phát triển của mạng lưới điện ...................................... 23 3.1. 2. Vai trò và yêu cầu đối với mạng điện ................................................ 23 3.2. Phân loại lƣới điện .................................................................................. 24 3.2.1. Phân loại.............................................................................................. 24 3.2.2. Các cấp điện áp của mạng điện........................................................... 25 3
3.3. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện................................................................ 26 3.4. Đặc điểm cơ bản của một số lƣới điện .................................................. 28 3.4.1. Lưới điện đô thị: ................................................................................ 28 3.4.2. Lưới điện nông thôn........................................................................... 30 3.4.3. Lưới điện xí nghiệp công nghiệp ........................................................ 31 4. Các loại dây dẫn và cáp điện ......................................................................... 34 4.1. Các loại dây dẫn:...................................................................................... 34 4.1.1. Dây bọc: .............................................................................................. 34 4.1.2. Dây trần:.............................................................................................. 34 4.2. Dây cáp...................................................................................................... 35 4.2.1. Định nghĩa........................................................................................... 35 4.2.2. Ký hiệu của cáp trên sơ đồ và các bản vẽ cung cấp điện ................... 36 5. Cấu trúc của đƣờng dây tải điện trên không ............................................... 37 5.1. Khái niệm chung .................................................................................... 37 5.1.2. Phân loại: Theo điện áp định mức và phạm vi sử dụng, người ta phân đường dây trên không ra làm 3 cấp: ............................................................. 37 5.2. Cột điện ..................................................................................................... 37 5.2.1. Công dụng: .........................................................................................37 5.2.2. Phân loại: ............................................................................................ 37 5.3. Xà đƣờng dây không (xà ngang) ............................................................ 38 5.4. Sứ cách điện .............................................................................................. 38 5.5. Móng cột ................................................................................................... 39 5.6. Dây néo ...................................................................................................... 39 6. Trạm điện ........................................................................................................ 39 6.1. Phân loại ................................................................................................... 39 6.2. Kết cấu của trạm điện ............................................................................ 39 6.2.1. Trạm biến áp phân phối (TBAPP) ..................................................... 39 6.3. Vận hành trạm biến áp............................................................................ 43 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI .............................................................. 44 1. Đồ thị phụ tải điện .......................................................................................... 44 1.1. Khái niệm và phân loại: ......................................................................... 44 1.1.1. Khái niệm:........................................................................................... 44 1.1.2. Phân loại: ........................................................................................ 44 1.2. Một số dạng đồ thị phụ tải: ..................................................................... 45 1.2.1. Đồ thị phụ tải hằng ngày ................................................................. 45 1.2.2. Đồ thị phụ tải hàng tháng................................................................ 46 1.2.3. Đồ thị phụ tải hàng năm.................................................................. 46 4
2. Các đại lƣợng và hệ số tính toán ............................................................... 49 2.1. Công suất định mức (Pđm ) ..................................................................... 49 2.2. Phụ tải trung bình (Ptb) ........................................................................... 50 2.3. Phụ tải cực đại ........................................................................................ 51 2.4. Phụ tải tính toán (Ptt) .............................................................................. 52 2.5. Hệ số sử dụng (ksd)................................................................................. 52 2.6. Hệ số phụ tải (kpt)................................................................................... 54 2.7. Hệ số cực đại (kmax)................................................................................ 55 2.8. Hệ số nhu cầu (knc)................................................................................. 56 2.9. Hệ số đóng điện (kđ) .............................................................................. 57 2.10. Hệ số đóng điện đồng thời (kđt) ........................................................... 58 2.11. Số thiết bị điện hiệu quả (nhq) .............................................................. 59 3. Các phƣơng pháp xác định phụ tải điện (Phụ tải tính toán) .................. 65 3.1. Mục đích ................................................................................................... 65 3.2. Các phƣơng pháp xác định phụ tải tính toán ....................................... 66 3.2.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ..... 66 3.2.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích............................................................................................................. 67 3.2.3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ........................................................................................ 68 3.2.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại (kmax) và công suất trung bình (Ptb) .......................................................................................... 70 3.2.5. Xác định phụ tải tính toán khi trong mạng có cả thiết bị 3 pha và 1 pha ............................................................................................................. 73 4.1. Mục đích của việc xác định dòng đỉnh nhọn: ........................................ 78 4.1.1. Khái niệm:....................................................................................... 78 4.1.2. Mục đích tính dòng điện đỉnh nhọn: ............................................... 78 4.2. Cách xác định dòng đỉnh nhọn: ............................................................. 78 4.2.1. Đối với đường dây chỉ có 1 động cơ điện ..................................... 78 5. Xác định trung tâm phụ tải điện ............................................................... 82 5.1. Mục đích của việc xác định tâm phụ tải: ............................................... 82 5.2. Cách xác định tâm phụ tải điện: ............................................................ 82 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN TỔN HAO TRONG MẠNG ĐIỆN.................... 84 1. Thông số của các phần tử trong mạch điện.............................................. 84 1.1. Điện trở và điện kháng của đường dây .................................................. 84 1.1.1. Điện trở của dây dẫn ....................................................................... 84 1.1.2. Điện kháng của dây dẫn .................................................................. 85 1.2. Điện trở và điện kháng của MBA .......................................................... 86 1.2.1. Điện trở của MBA .......................................................................... 86 1.2.2. Điện kháng của MBA ..................................................................... 86 1.2.3. Thông số của các phần tử khác ....................................................... 86 5
2. Tổn thất điện áp trên đƣờng dây............................................................... 87 2.1. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có 1 phụ tải .............................. 87 2.2. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có n phụ tải trên đường thẳng .. 89 2.3. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có n phụ tải phân nhánh........... 95 3.1. Trường hợp đường dây cung cấp điện cho 1 phụ tải ............................. 97 3.2. Trường hợp đường dây cung cấp điện cho nhiều phụ tải ...................... 98 4. Tổn thất điện áp và tổn thất công suất bên trong máy biến áp ............ 100 4.1. Tổn thất điện áp trong MBA ................................................................ 100 4.2. Tổn thất công suất trong MBA ............................................................ 102 5. Tổn thất điện năng trong mạch điện ....................................................... 104 5.1.1. Điện năng: ..................................................................................... 104 5.1.2. Tổn thất điện năng: ....................................................................... 104 5.2. Tính tổn thất điện năng trên đường dây ............................................... 104 5.2.1. Đường dây có một phụ tải ............................................................ 104 5.2.2. Đường dây có nhiều phụ tải .......................................................... 105 5.3. Tổn thất điện năng trong trạm biến áp ................................................. 106 5.3.1. Trạm biến áp đặt 1 MBA .............................................................. 106 5.3.2. Trạm có n MBA vận hành song song: .......................................... 107 6. Tiết kiệm điện năng .................................................................................. 110 6.1. Tăng điện áp truyền tải trên đường dây ............................................... 110 6.2. Cắt giảm đỉnh ....................................................................................... 110 6.3. Bù công suất phản kháng. .................................................................... 110 6.4. Giảm trị số điện trở. ............................................................................. 111 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ................................................... 112 1. Khái niệm chung về hiện tƣợng ngắn mạch ........................................... 112 1.1. Khái niệm: ............................................................................................ 112 1.3. Phân loại ngắn mạch ............................................................................ 113 1.4. Nguyên nhân gây ra ngắn mạch........................................................... 114 1.5. Hậu quả của sự ngắn mạch .................................................................. 114 1.6. Mục đích của việc tính toán ngắn mạch .............................................. 115 1.7. Các giả thiết chung khi tính ngắn mạch............................................... 115 2. Biểu thức tính dòng ngắn mạch ............................................................... 115 2.1. Xác định công thức tính dòng điện ngắn mạch ................................... 115 2.2. Đồ thị hình sin của dòng ngắn mạch ................................................... 117 3. Tính toán dòng điện ngắn mạch 3 pha ở mạng hạ áp ........................... 118 3.1. Các giả thiết ......................................................................................... 118 3.1.1. Khái niệm ..................................................................................... 118 3.1.2. Mục đích tính ngắn mạch 3 pha hạ áp .......................................... 118 3.1.3. Các giả thiết dùng để tính ngắn mạch 3 pha hạ áp ....................... 118 3.2. Tổng trở của các thành phần trong mạng điện .................................... 119 3.2.1. Tổng trở của hệ thống: .................................................................. 119 6
3.2.2. Tổng trở của MBA ........................................................................ 119 3.2.3. Tổng trở đường dây trên không, cáp ............................................ 120 3.2.4. Tổng trở các phần tử khác ............................................................ 120 3.3. Tính thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ. ................................... 121 3.4. Dòng điện xung kích ............................................................................ 122 4. Tính toán dòng ngắn mạch 1 pha ............................................................ 128 4.1. Mục đích của việc tính dòng điện ngắn mạch ..................................... 128 4.2. Một số chú ý khi tính ngắn mạch 1 pha ............................................... 128 4.2.1. Một số chú ý ................................................................................. 128 4.2.2. Biểu thức tính dòng ngắn mạch 1 pha hạ áp................................. 129 CHƢƠNG 5: TÍNH CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN ................... 132 1. Điều kiện chung để chọn và kiểm tra các thiết bị điện.......................... 132 1.1. Các điều kiện chọn ............................................................................... 132 1.1. 1.Khái niệm ...................................................................................... 132 1.1.2. Các điều kiện chọn........................................................................ 132 1.2. Các điều kiện để kiểm tra thiết bị điện ................................................ 134 1.2.1. Khái niệm ...................................................................................... 134 2. Lựa chọn máy biến áp .............................................................................. 134 2.1. Nguyên tắc chọn MBA ........................................................................ 134 2.1.1. Khái niệm ...................................................................................... 134 2.1.2. Nguyên tắc chọn: .......................................................................... 135 2.1.3. Hiệu chỉnh công suất MBA .......................................................... 137 2.2. Vị trí đặt trạm biến áp .......................................................................... 139 3. Chọn và kiểm tra cầu dao (dao cách ly) ................................................. 139 3.1. Chọn và kiểm tra cầu dao (dao cách ly) phía cao áp ........................... 139 3.1.1. Khái quát ....................................................................................... 139 3.1.2. Chọn và kiểm tra DCL .................................................................. 140 3.2. Chọn và kiểm tra cầu dao phía hạ áp .................................................. 140 4. Chọn và kiểm tra cầu chì ......................................................................... 141 4.1. Công dụng ............................................................................................ 141 4.2. Các diều kiện chọn và kiểm tra cầu chì ............................................... 141 4.2.1. Chọn và kiểm tra cầu chì cao áp ................................................... 141 4.2.2. Cầu chì hạ áp................................................................................. 144 5. Chọn và kiểm tra aptomat ....................................................................... 152 5.1. Công dụng ............................................................................................ 152 5.2. Các điều kiện chọn áp tô mát ............................................................... 152 6. Chọn dây dẫn, cáp và thanh góp ............................................................. 155 6.1. Nhiệm vụ:............................................................................................. 155 6.2. Các điều kiện chọn ............................................................................... 155 6.2.1. Chọn và kiểm tra thanh góp .......................................................... 155 6.2.2. Chọn và kiểm tra dây dẫn và cáp ................................................. 158 7
6.3. Kiểm tra tiết diện dây dẫn theo độ sụt áp khi khởi động động cơ điện167 7. Chọn và kiểm tra máy biến áp đo lƣờng ................................................ 170 7.1. Máy biến dòng điện ............................................................................. 170 7.1.1. Khái niệm ...................................................................................... 170 7.1.2. Chọn và kiểm tra MBD................................................................. 171 7.2. Máy biến điện áp (máy biến áp đo lường, BU) ................................... 173 7.2.1. Khái niệm ...................................................................................... 173 7.2.2. Chọn và kiểm tra MBA đo lường ................................................. 173 8. Nâng cao hệ số công suất cos ................................................................ 173 8.1. Khái niệm ............................................................................................. 174 8.2.1. Hệ số công suất tức thời: .............................................................. 174 8.2.2. Hệ số công suất trung bình: .......................................................... 175 8.2.3. Hệ số công suất cos trung bình tổng hợp (cos tự nhiên): ...... 175 8.3. Ý nghĩa của của việc nâng cao hệ số công suất ................................... 175 8.3.1. Làm tăng tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện176 8.3.2. Làm tăng tổn thất điện áp trong mạng điện .................................. 176 8.3.3. Làm giảm khả năng truyền tải của đường dây và MBA ............. 176 8.3.4. Khi công suất phản kháng Q truyền tải trên đường dây tăng lên dẫn. .......................................................................................................... 176 8.4. Các phương pháp nâng cao hệ số công suất ........................................ 176 8.4.1. Nâng cao cos bằng phương pháp tự nhiên ................................. 176 8.4.2. Nâng cao cos bằng phương pháp nhân tạo ................................. 180 9. Quá điện áp................................................................................................ 189 9.1. Khái quát chung ................................................................................... 189 9.2. Phân loại quá điện áp ........................................................................... 189 c. Hậu quả của quá điện áp ..................................................................... 190 9.3. Bảo vệ quá điện áp thiên nhiên ............................................................ 190 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 198 8
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN Mã môn học: MH22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học cung cấp điện phải học sau khi đã hoàn thành các môn học, mô đun: An toàn lao động, Mạch điện, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện, Thiết bị điện gia dụng. - Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề. - Ýnghĩa 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 Mục tiêu của môn học: 1. Về kiến thức: Chọn phương được án, lắp đặt được đường dây cung cấp điện cho một phân xưởng phù hợp yêu cầu cung cấp điện theo Tiêu chuẩn Việt Nam. 2. Về kỹ năng: -Tính chọn được dây dẫn, phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật. - Tính chọn được nối đất và chống sét cho đường dây tải điện và các công trình phù hợp điều kiện làm việc, theo Tiêu chuẩn Việt Nam. 3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm và vệ sinh công nghiệp. Nội dung của môn học: S Tên chương mục Thời gian (giờ) TT Tổng Lý Thực hành, Kiểm số thuyết thí nghiệm, tra thảo luận, bài tập Chƣơng 1: NHỮNG VẤN ĐỀ 7 6 1 CHUNG VỀ HỆ THỐNG CUNG 1 CẤP ĐIỆN 1. Khái quát chung về hệ thống 1 1 9
S Tên chương mục Thời gian (giờ) TT Tổng Lý Thực hành, Kiểm số thuyết thí nghiệm, tra thảo luận, bài tập cung cấp điện 2. Những chỉ tiêu để đánh giá 1 1 phương án cung cấp điện tối ưu 3. Lưới điện 1 1 4. Các loại dây dẫn và cáp 1 1 5. Cấu trúc của đường dây tải điện 1 1 trên không 6. Trạm điện 1 1 Kiểm tra 1 1 Chƣơng 2: TÍNH TOÁN PHỤ 22 16 4 2 TẢI ĐIỆN 1. Đồ thị phụ tải điện 3 3 2. Các đại lượng và hệ số tính toán 4 4 3. Các phương pháp xác định phụ 4 4 tải điện 2 Kiểm tra 1 1 4. Xác định dòng điện đỉnh nhọn 3 3 5. Xác định trung tâm phụ tải điện 1 1 Bài tập 4 4 Kiểm tra 1 1 Chƣơng 3: TÍNH TOÁN TỔN 22 17 4 1 THẤT TRÊN LƢỚI ĐIỆN. 1. Thông số của các phần tử trong 2 2 mạng điện 2. Tổn thất điện áp trên đường dây 4 4 3 3. Tổn thất công suất trên đường 3 3 dây 4. Tổn thất điện áp và tổn thất công 3 3 suất trong máy biến áp 5. Tổn thất điện năng trong mạng 4 4 10
S Tên chương mục Thời gian (giờ) TT Tổng Lý Thực hành, Kiểm số thuyết thí nghiệm, tra thảo luận, bài tập điện 6. Tiết kiệm điện năng 1 1 Bài tập 4 4 Kiểm tra 1 1 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN NGẮN 19 14 4 1 MẠCH 1. Khái niệm chung về hiện tượng 2 2 ngắn mạch 2. Biểu thức của dòng điện ngắn 2 2 mạch 4 3. Tính toán dòng ngắn mạch 3 pha 6 6 4. Tính toán dòng ngắn mạch 1 pha 4 4 Bài tập 3 3 Kiểm tra 1 1 Chƣơng 5: CHỌN VÀ KIỂM 20 16 3 1 TRA THIẾT BỊ ĐIỆN 1. Các điều kiện chung để chọn và 1 1 kiểm tra các thiết bị điện 2. Lựa chọn máy biến áp 1 1 3. Chọn và kiểm tra cầu dao 1 1 4. Chọn và kiểm tra cầu chì 3 3 5 5. Chọn và kiểm tra áp tô mát 2 2 6. Chọn dây dẫn, cáp và thanh góp 3 3 7. Chọn và kiểm tra máy biến áp đo 1 1 lường 8. Nâng cao hệ số công suất cosφ 3 3 9. Quá điện áp 1 1 Bài tập 3 3 Kiểm tra 1 1 Cộng: 90 69 15 6 11
CHƢƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ HỆ THÔNG CUNG CẤP ĐIỆN Mã chƣơng: MH22.01 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: Trang bị cho học sinh các kiến thức cơ bản về hệ thống cung cấp điện, các chỉ tiêu để đánh giá phương án cung cấp điện tối ưu, kết cấu của đường dây trên không, kết cấu của trạm biện áp, cách vận hành trạm biến áp. Nội dung chính: 1. Khái quát chung về hệ thống cung cấp điện 1.1. Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng. Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng, quang năng v.v..., dễ truyền tải, hiệu suất cao. + Điện năng khác với hầu hết các sản phẩm khác là không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ như pin, ác quy, vì vậy tại mọi thời điểm cần phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện sản xuất và tiêu thụ, có kể đến tổn thất do truyền tải. Đặc điểm này cần được quán triệt trong nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống, trong vận hành và điều độ hệ thống cung cấp điện (CCĐ). + Các quá trình điện xảy ra rất nhanh, chẳng hạn sóng điện từ lan truyền trong vật dẫn với tốc độ ánh sáng: 300.000km/s; Sóng sét, quá trình ngắn mạch, đóng cắt thiết bị điện, tác động của thiết bị bảo vệ v.v... đều xảy ra trong khoảng phần mười giây. Vì vậy đòi hỏi phải sử dụng rộng rãi các thiết bị tự động trong vận hành, điều chỉnh và bảo vệ, nhằm làm cho hệ thống CCĐ làm việc tin cậy và kinh tế. + Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân như luyện kim, hoá chất, cơ khí, khai thác mỏ, công nghiệp nhẹ, dân dụng v.v..., là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển mạnh mẽ trong cấu trúc nền kinh tế. Từ đặc điểm này sẽ đưa ra được những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá đối với các ngành kinh tế, đáp ứng sự phát triển cân đối giữa các ngành kinh tế. 1.2. Sơ đồ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng 12
1.2.1. Khái niệm: - Hệ thống CCĐ điện là tập hợp các nhà máy điện, mạng điện và các phụ tải. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng được cấu thành từ nhiều phần tử. - Mạng điện là tập hợp các đường dây trên không, đường cáp điện, các TBA và các trạm phân phối để truyền tải, phân phối điện năng sản xuất từ các nguồn phát đến các hộ tiêu thụ điện. Thông số của các phần tử gọi là các thông số của hệ thống, như: tổng trở, tổng dẫn, hệ số biến áp v.v... Tập hợp các quá trình tồn tại trong hệ thống xác định chế độ làm việc của hệ thống và được đặc trưng bởi các thông số như dòng điện, điện áp, công suất, hệ số cos. 1.2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện như sau: 10kV 220kV 110kV 10kV V NMĐ2 NMĐ1 110kV 10kV 10kV 0,4kV Hình 22.1.1: Sơ đồ Hệ thống điện. Điện năng từ nhà máy điện 1 (NMĐ1) được tăng điện áp lên 110500kV để truyền tải đi xa nhờ trạm biến áp (TBA) tăng áp 10/110500kV đồng thời hoà với nhà máy điện 2 (NMĐ2). Ngoài ra còn có đường dây 110kV CCĐ cho các xí nghiệp, các khu vực và qua các TBA hạ áp 110/10kV, đường dây trên không hoặc đường cáp dẫn đến các TBA hạ áp 10/0,4kV cung cấp cho các phân xưởng, các hộ dùng điện và các phụ tải điện. 13
1.3. Sơ đồ nguyên lý một số loại nhà máy điện Có nhiều phương pháp biến đổi các dạng năng lượng như nhiệt năng, thuỷ năng, cơ năng, năng lượng hạt nhân v.v... thành điện năng, do đó có nhiều kiểu nguồn điện tương ứng. Một số nét về nguyên lý làm việc và những ưu, nhược điểm của các loại nguồn điện chủ yếu. Đây là một kiểu nguồn điện kinh điển nhưng hiện nay vẫn đang chiếm một tỷ lệ quan trọng trong tổng công suất chung. 1.3.1. Nhà máy nhiệt điện a. Sơ đồ nguyên lý 4 3 5 2 1 6 Hình 22.1.2 Chú thích: (1): Lò đốt (4): Máy phát điện (2): Nồi hóa hơi (5): Giàn ngưng (3): Tua bin hơi (6): Bơm nước b. Nguyên lý: Ở nhà máy nhiệt điện, than đá được đốt cháy trong buồng đốt để đun sôi nước trong bao hơi. Hơi nước từ bao hơi có nhiệt độ và áp suất cao (t 05000C, 40at) được dẫn đến làm quay các cánh tuốc bin với tốc độ rất lớn (n3000 vòng/phút). Trục của tuốc bin nối với trục của máy phát điện phát ra điện để đưa đi sử dụng. Như vậy ở nhà máy nhiệt điện, năng lượng được biến đổi theo nguyên lý: Nhiệt năng (của than)  Cơ năng  Điện năng Các nhà máy nhiệt điện lớn thường được xây dựng gần các khu mỏ có trữ lượng lớn về than và truyền tải điện năng tới các trung tâm phụ tải qua lưới cao áp. Chi phí đầu tư xây dựng nhà máy ở mức trung bình. 14
Nhược điểm: Tiêu thụ khối lượng nhiên liệu lớn, hiệu suất thấp, tính linh hoạt trong vận hành kém và khói thải làm ô nhiễm môi trường, vì vậy cần thi hành các biện pháp lọc khói, bụi giảm thiểu mức độ ô nhiễm. 1.3.2. Nhà máy thuỷ điện a. Sơ đồ khối: 1 2 3 4 Hình 22.1.3 b. Chú thích: (1): Hồ chứa nước (2): Đường hầm dẫn nước (3): Tua bin nước (4): Máy phát điện Đây là loại nhà máy sử dụng năng lượng dòng nước làm quay trục tuốc bin thuỷ lực, quay máy phát điện. Quá trình biến đổi năng lượng là: Thuỷ năng  Cơ năng  Điện năng Công suất của nhà máy thuỷ điện: P = k.H.Q. Trong đó: k - Hệ số H (m) - Chiều cao hiệu dụng của cột nước, tức là mức nước chênh lệch giữa thượng lưu và hạ lưu. Q (m3/s) - Lưu lượng nước.  - Hiệu suất. Từ biểu thức ta thấy có thể xây dựng đập chắn ở những đoạn tương đối bằng phẳng của dòng sông để tạo lưu lượng Q lớn hoặc xây dựng ở những đoạn có độ chênh lớn giữa hai mức nước để có H lớn. Nhà máy thuỷ điện đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng ban đầu lớn hơn lớn hơn so với nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên giá thành điện năng rẻ hơn, dễ thực hiện tự động hoá, hiệu suất cao. 1.3.3. Nhà máy điện nguyên tử Sự biến đổi năng lượng ở nhà máy điện nguyên tử cũng tương tự ở nhà máy nhiệt điện 15
4 3 1 2 5 7 6 Hình 22.1.4 (1): Lò phản ứng hạt nhân (2): Buồng trao đổi nhiệt (5): Giàn ngưng (3): Tua bin hơi (6): Bơm nước (4): Máy phát điện (7): Bơm khí Nhiệt năng (Phân huỷ hạt nhân)  Cơ năng  Điện năng Năng lượng thu được trong quá trình phân huỷ hạt nhân nguyên tử các chất Urani, Plutoni, Thory v.v... trong lò phản ứng dùng để đun nóng nước, nước bốc hơi và dẫn vào làm quay tuốc bin, quay máy phát điện. Nhiên liệu hạt nhân có khả năng tạo ra nhiệt năng rất cao nên nhà máy điện nguyên tử có ý nghĩa rất lớn đối với những vùng khan hiếm nhiên liệu than. Nhà máy điện nguyên tử cần vốn đầu tư xây dựng lớn nhưng có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy CCĐ cao. 1.4. Các ký hiệu quy ước trên sơ đồ cung cấp điện TT Thiết bị điện Ký hiệu trên bản vẽ 1 Máy phát điện ~ F , F 2 Trạm biến áp , 3 Trạm, tủ phân phối , 16
4 Máy biến áp 2 cuộn dây, 3 cuộn dây , 5 Máy cắt , , 6 Máy cắt hợp bộ Dao cách ly, cầu dao , 7 (1 pha, 3 pha) 8 Dao cắt phụ tải, máy cắt phụ tải 9 Cầu chì , 10 Máy biến dòng điện , , 17
11 Cầu chì tự rơi , 12 Chống sét van , 13 Chống sét ống 14 Tụ điện bù 15 Tủ động lực 16 Tủ chiếu sáng 17 Thanh cái, thanh góp 1,5mm2 Dây dẫn có ghi rõ cỡ dây, số dây 18 ( S=1,5mm2), 2 dây, 4 dây. 18
19 Cáp điện Aptômát 20 1pha, 3pha , Công tắc tơ, khởi động từ 21 K K T Rơ le thời gian , , 22 Đông cơ điện Đ , 23 Đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang , 24 Chuông điện 25 Ổ điện, phích cắm, ổ+ phích cắm , , 26 Công tắc đơn, kép , 27 Quạt điện , , 19
28 Bảng điện , 29 Nối đất , Một số đồng hồ đo điện 30 A , V , cosφ , kwh (Ampe, vôn, cosφ, công tơ...) D , D 31 Nút ấn thường đóng, thường mở M M , , Một số tiếp điểm cơ bản (Thường 32 đóng, thường mở, thường đóng mở chậm, thường mở đóng chậm) , 2. Những chỉ tiêu để đánh giá phƣơng án CCĐ tối ƣu Để đánh giá chất lượng điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ, người ta căn cứ các chỉ tiêu cơ bản sau. 2.1. Độ tin cậy cung cấp điện Chỉ tiêu này thể hiện bằng cách chia các hộ tiêu thụ ra làm 3 loại: 2.1.1. Hộ tiêu thụ điện loại 1: Gồm các thiết bị mà nếu ngừng CCĐ sẽ nguy hiểm đến tính mạng con người, làm hư hỏng năng thiết bị, gây rối loạn quá trình sản xuất, thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng lớn đến an ninh, chính trị. Chẳng hạn: Phòng mổ ở bệnh viện, lò cao, sân bay, bến cảng, nhà Quốc hội v.v... Hộ loại 1 yêu cầu tính liên tục CCĐ cao, không được phép ngừng CCĐ. Vì vậy yêu cầu đối với hộ loại 1 là phải có nguồn dự phòng từ nhiều nguồn điện khác (Thường được cung cấp từ ít nhất là 2 nguồn điện độc lập). Đồng thời khi 20