Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:212

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cung cấp điện gồm các nội dung chính như: Khái quát về hệ thống cung cấp điện; Xác định nhu cầu điện; Chọn Phương án cung cấp điện; Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng; Trạm biến áp; Lựa chọn các thiết bị trong lưới cung cấp điện; Chống sét và nối đất; Tính toán chiếu sáng; Nâng cao hệ số công suất. 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 - Trình độ CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP NGHỀ & CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành theo QĐ số: 70/QĐ-CĐN, ngày 11 tháng 01 năm 2019 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) An Giang – Năm 2019
LỜI NÓI ÐẦU Ðất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá, nền kinh tế đang trên đà phát triển. Yêu cầu sử dụng điện và thiết bị điện ngày càng tăng. Việc trang bị kiến thức về hệ thống điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của con người, cung cấp điện năng cho các thiết bị của khu vực kinh thế, các khu chế xuất, các xí nghiệp là rất cần thiết. Với một vai trò quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình môn học của Truờng Cao Ðẳng Nghề An Giang. Chúng tôi đã biên soạn cuốn giáo trình Cung cấp điện gồm 9 bài với những nội dung cơ bản sau: - Bài 1: Khái quát về hệ thống cung cấp điện - Bài 2: Xác định nhu cầu điện - Bài 3: Chọn Phương án cung cấp điện - Bài 4: Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng - Bài 5: Trạm biến áp - Bài 6: Lựa chọn các thiết bị trong lưới cung cấp điện - Bài 7: Chống sét và nối đất - Bài 8: Tính toán chiếu sáng - Bài 9: Nâng cao hệ số công suất Giáo trình cung cấp điện được biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy của giáo viên và là tài liệu học tập của học sinh. Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện không nhiều nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định, vì vậy rất mong nhận được ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách đạt chất lượng cao hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! An Giang, ngày 31 tháng 10 năm 2018 Người biên soạn Trần Tấn Tài 1
MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1 MỤC LỤC ........................................................................................................ 2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ............................................................................ 7 BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ........................................ 12 I. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện ................................ 12 II. Các dạng nguồn điện................................................................................................ 13 1. Nhà máy nhiệt điện ................................................................................................... 13 2. Nhà máy thủy điện.................................................................................................... 14 3. Nhà máy điện nguyên tử ........................................................................................... 15 4. Nhà máy năng lượng mặt trời ................................................................................... 16 5. Nhà máy năng lượng gió .......................................................................................... 18 6. Nhà máy năng lượng thủy triều ................................................................................ 18 7. Nhà máy năng lượng địa nhiệt ................................................................................. 19 III. Mạng lưới diện. ...................................................................................................... 20 1. Mạng truyền tải ......................................................................................................... 20 2. Mạng phân phối ........................................................................................................ 21 IV. Hộ tiêu thụ. ............................................................................................................. 21 1. Hộ tiêu thụ loại 1 ...................................................................................................... 21 2. Hộ tiêu thụ loại 2 ...................................................................................................... 22 3. Hộ tiêu thụ loại 3 ...................................................................................................... 22 V. Hệ thống bảo vệ ....................................................................................................... 22 VI. Trung tâm điều độ hệ thống điện. .......................................................................... 22 VII. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện. ......... 23 VIII. Hệ thống điện Việt Nam. ..................................................................................... 25 Câu hỏi ............................................................................................................. 26 BÀI 2: XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN ......................................................................... 27 I. Đặt vấn đề.................................................................................................................. 27 II. Đồ thị phụ tải điện. .................................................................................................. 27 1. Định nghĩa ................................................................................................................ 27 2. Phân loại ................................................................................................................... 28 III. Các đại lượng cơ bản .............................................................................................. 29 1. Công suất định mức (Pđm)......................................................................................... 29 2. Phụ tải trung bình (Ptb) ............................................................................................. 31 2
3. Phụ tải cực đại .......................................................................................................... 31 4. Phụ tải tính toán (Ptt) ................................................................................................ 33 IV. Các hệ số tính toán ................................................................................................. 33 1. Hệ số sử dụng ksd ...................................................................................................... 33 2. Hệ số phụ tải kpt (còn gọi là hệ số mang tải) ............................................................ 34 3. Hệ số cực đại kmax ..................................................................................................... 34 4. Hệ số nhu cầu knc ...................................................................................................... 34 5. Hệ số đồng thời kđt.................................................................................................... 34 6. Số thiết bị hiệu quả nhq ............................................................................................. 35 V. Các phương pháp xác định công suất tinh toán. ...................................................... 38 1. Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán ........................................................... 38 2. Các phương pháp tính toán phụ tải ........................................................................... 38 VI. phương pháp tính một số phụ tải đặc biệt. ............................................................. 43 1. Phương pháp tính phụ tải tính toán cho thiết bị điện một pha ................................. 43 2. Tính phụ tải đỉnh nhọn (Pđn) ..................................................................................... 45 VII. Xác định công suất tính toán ở các cấp trong mạng điện ..................................... 46 VIII. Xác định tâm phụ tải. ........................................................................................... 49 Câu hỏi ............................................................................................................. 51 BÀI 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN ...................................................... 53 I. Khái quát. .................................................................................................................. 53 II. Chọn điện áp định mức của mạng điện.................................................................... 53 III. Sơ đồ mạng điện áp cao. ......................................................................................... 54 1. Sơ đồ nối dây dạng hình tia ...................................................................................... 54 2. Sơ đồ nối dây dạng phân nhánh................................................................................ 55 3. Sơ đồ nối dây dạng kín ............................................................................................. 56 4. Sơ đồ dẫn sâu ............................................................................................................ 56 IV. Sơ đồ mạng điện áp thấp. ....................................................................................... 58 V. Kết cấu của mạng điện............................................................................................. 59 1. Kết cấu cấu đường dây trên không ........................................................................... 59 2. Kết cấu của mạng cáp ............................................................................................... 61 Câu hỏi ............................................................................................................. 62 BÀI 4: TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ........................................................................................................................... 63 I. Sơ đồ thay thế lưới điện. ........................................................................................... 63 1. Sơ đồ thay thế đường dây tải điện ............................................................................ 63 2. Sơ đồ thay thế máy biến áp ...................................................................................... 65 3
II. Tính toán mạng hở cấp phân phối............................................................................ 66 1. Tính tổn thất điện áp trong mạng điện...................................................................... 66 2. Tính toán tổn thất công suất ..................................................................................... 70 3. Tính toán tổn thất điện năng ..................................................................................... 74 III. Tính toán mạng kín đơn giản. ................................................................................. 80 1. Khái niệm chung ....................................................................................................... 80 2. Xác định công suất trên các nhánh- Điểm phân công suất ...................................... 80 3. Tính toán mạng kín đơn giản .................................................................................... 81 Câu hỏi ............................................................................................................. 83 BÀI 5: TRẠM BIẾN ÁP .............................................................................................. 85 I. Khái quát và phân loại............................................................................................... 85 1. Khái quát................................................................................................................... 85 2. Phân loại ................................................................................................................... 85 II. Sơ đồ nối dây của trạm biến áp. ............................................................................... 86 1. Trạm biến áp trung gian ........................................................................................... 86 2. Trạm biến áp phân phối ............................................................................................ 86 III. Nối đất trạm biến áp và đường dây tải điện. .......................................................... 89 1. Nối đất trạm biến áp ................................................................................................. 90 2. Nối đất đường dây tải điện ....................................................................................... 90 IV. Cấu trúc của trạm. .................................................................................................. 90 1.Đối với trạm biến áp phân phối ................................................................................. 90 2. Đối với trạm biến áp trung gian................................................................................ 92 V. Vận hành trạm biến áp. ............................................................................................ 92 1. Trình tự thao tác ....................................................................................................... 92 2. Kiểm tra .................................................................................................................... 93 Câu hỏi ............................................................................................................. 94 BÀI 6: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN ................. 95 I. Khái quát chung ........................................................................................................ 95 II. Nguyên tắc chung để lựa chọn thiết bị điện ............................................................ 95 1. Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài ....................................................................... 95 2. Các điều kiện kiểm tra các thiết bị khi xảy ra ngắn mạch. ....................................... 96 III. Lựa chọn máy biến áp. ........................................................................................... 97 1. Chọn vị trí trạm biến áp ............................................................................................ 97 2. Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp ............................................................... 97 3. Xác định công suất trạm biến áp .............................................................................. 98 IV. Lựa chọn may cắt diện ........................................................................................... 101 4
V. Lựa chọn cầu chì, dao cach ly. ................................................................................ 104 1. Lựa chọn cầu chì ...................................................................................................... 105 2. Lựa chọn cầu dao hạ áp ............................................................................................ 109 3. Lựa chọn dao cách ly cao áp .................................................................................... 109 VI. Lựa chọn aptomat. .................................................................................................. 110 VII. Lựa chọn máy biến dòng BI .................................................................................. 111 VIII. Lựa chọn máy biên áp đo lường BU.................................................................... 112 IX. Lựa chọn thanh góp ................................................................................................ 112 X. Chọn tiết diện dây trong mạng điện phân phối........................................................ 113 1. Khái niệm chung ....................................................................................................... 113 2. Các phương pháp chọn tiết diện dây dẫn ................................................................ 113 Câu hỏi ............................................................................................................. 121 BÀI 7: CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT ............................................................................ 123 I. Sự hình thành sét và tác hại của sét........................................................................... 123 1. Sự hình thành sét ...................................................................................................... 123 2. Tác hại của sét .......................................................................................................... 125 II. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. .............................................................................. 126 1. Khái quát về bảo vệ chống sét .................................................................................. 126 2. Các cấp chống sét ..................................................................................................... 127 3. Cách thức bảo vệ ...................................................................................................... 127 4. Phạm vi bảo vệ ......................................................................................................... 128 III. Bảo vệ chống sét đường dây tải diện ...................................................................... 131 IV. Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm. ................................................... 132 V. Nối đất. .................................................................................................................... 135 1. Khái niệm ................................................................................................................. 135 2. Tính toán trang bị nối đất. ........................................................................................ 136 3. Các sơ đồ nối đất. ..................................................................................................... 142 VII. Giới thiệu một số nét về kỹ thuật chống sét mới xuất hiện gần đây trên thế giới. 150 Câu hỏi ............................................................................................................. 160 BÀI 8: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ........................................................................... 161 I..Khái niệm chung về chiếu sáng ................................................................................ 161 1. Đặc điểm ................................................................................................................... 161 2. Các yêu cầu cơ bản ................................................................................................... 162 3. Các hình thức chiếu sáng .......................................................................................... 163 II. Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng. ................................................. 164 1. Quang thông ............................................................................................................. 164 5
2. Cường độ sáng (I) ..................................................................................................... 165 3. Độ chói B .................................................................................................................. 165 4. Độ chiếu sáng E (độ rọi) ........................................................................................... 165 5. Độ trưng (M) ............................................................................................................ 165 III. Nội dung thiết kế chiếu sáng. ................................................................................. 166 IV. Thiết kế chiếu sáng dân dụng. ................................................................................ 167 1. Khái niệm ................................................................................................................. 167 2. Trình tự thiết kế chiếu sáng dân dụng ...................................................................... 167 V. Thiết kế chiếu sáng công nghiệp. ............................................................................ 168 1. Khái niệm ................................................................................................................. 168 2. Trình tự thiết kế chiếu sáng công nghiệp ................................................................. 168 VI. Các thí dụ về thiết kế chiếu sáng. ........................................................................... 170 Câu hỏi.............................................................................................................. 175 BÀI 9: NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT ................................................................ 176 I. Hệ số công suất (cos) và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất. .................... 176 1. Hệ số công suất ......................................................................................................... 176 2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất .............................................................. 177 II. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất .................................................................. 178 1. Bù cos tự nhiên ....................................................................................................... 178 2. Bù nhân tạo ............................................................................................................... 180 III. Phân phối tối ưu công suất bù trên lưới diện xí nghiệp.......................................... 180 1. Xác định tổng công suất phản kháng cần bù ............................................................ 180 2. Phân phối tối ưu công suất cần bù trên lưới điện xí nghiệp ..................................... 181 Câu hỏi ............................................................................................................. 185 Phụ lục ............................................................................................................. 186 Tài liệu tham khảo ............................................................................................ 216 6
Bài 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Một lực lượng đông đảo cán bộ kỹ thuật trong và ngoài ngành điện lực đang tham gia thiết kế, lắp đặt các công trình điện. Người thiết kế phải có sự hiểu biết nhất định về xã hội, môi trường, về các đối tượng cấp điện, về tiếp thị. công trình thiết kế dư thừa sẽ gây lãng phí đất đai, nguyên liệu, làm ứ đọng vốn đầu tư. Công trình thiết kế sai (hoặc do thiếu hiểu biết, hoặc do lợi nhuận) sẽ gây ra hậu quả khôn lường: gây sự cố mất điện, gây cháy nổ làm thiệt hại đến tính mạng và tài sản của nhân dân. Đối với những người công tác trong ngành điện thì mảng kiến thức về lĩnh vực này là không thể thiếu. Nó là tiền đề cho việc tiếp thu, thực hiện các bài tiếp theo. Mục tiêu Sau khi học xong bài này, người học có khả năng: Nhận thức chính xác về sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng từ đó phục vụ cho việc tiếp thu tốt những bài học tiếp theo. Nội dung I. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện Sự phát triển mạnh mẽ và liên tục của xã hội ngày nay, đòi hỏi ngày càng nhiều năng lượng (NL) mà chủ yếu lấy từ thiên nhiên. Thiên nhiên xung quanh chúng ta có rất nhiều dạng NL khác nhau, cụ thể như sau: than đá, dầu khí, nguồn nước, mặt trời, gió.... đó là những nguồn (NL) rất tốt và quý giá đối với con người. Điện năng (ĐN) là một dạng NL có ưu điểm dễ sản xuất ra từ các dạng NL khác: nhiệt năng, cơ năng, hóa năng và cũng dễ chuyển thành các dạng NL khác như cơ năng, quang năng, hóa năng để phục vụ cho nhu cầu đời sống của con người. Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có những đặc điểm chính sau đây: - Dễ dàng truyền tải đi xa với công suất và hiệu suất lớn; - Điện năng không tích trữ được ngoại trừ các nguồn điện đặc biệt như pin, acquy; - Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh: dẫn điện, ngắn mạch. Do đó, phải sử dụng rộng rãi các thiết bị bảo vệ tự động trong công tác vận hành, điều khiển hệ thống cung cấp điện nhằm đảm bảo hệ thống điện làm việc tin cậy, hiệu quả; 12
- Công nghiệp và điện lực có liên quan chặc chẽ dẫn đến nhiều ngành kinh tế quốc dân là một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển trong kinh tế. II. Các dạng nguồn điện Hiện nay có nhiều phương pháp biến đổi các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, thủy năng, năng lượng hạt nhận…..thành ĐN. Vì vậy, có nhiều nguồn phát điện khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, trạm điện gió, năng lượng mặt trời,…. 1. Nhà máy nhiệt điện Đây là một dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn chiếm tỉ lệ quan trọng trong công suất chung. Hình 1.1 - Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện Nguyên lý của nhà máy nhiệt điện là than đá được đốt cháy trong buồng đốt nhằm đun sôi nước ở nồi hơi. Hơi nước từ nồi hơi với nhiệt độ và áp suất cao (khoảng 5000C và 40 atm) được dẫn đến làm quay tubine với tốc độ rất lớn (3000 vòng/phút). Trục tubine gắn với trục máy phát điện, vì vậy khi máy phát điện quay ở phần tĩnh gồm các cuộn dây sẽ cảm ứng sinh ra dòng điện và sử dụng. Ở nhà máy nhiệt điện sự biến đổi NL được thực hiện theo nguyên lý: Nhiệt năng → Cơ năng → Điện năng a) Đặc điểm nhà máy nhiệt điện - Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nước; - Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm; - Hiệu suất thấp ( = 30  40%); - Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải và ô nhiễm môi trường. 13
b) Quá trình NL xảy ra trong nhà máy nhiệt điện như sau: - Nhiệt năng (than) → Cơ năng (tubine) → Điện năng(MF) → NMNĐ - Nhiệt năng (khí) → Cơ năng (tubine) → Điện năng(MF) → NMNĐ - Nhiệt năng (dầu) → Cơ năng (ĐC Diezen) → Điện năng(MF) → NMNĐ Ví dụ: - Phả lại 1 : 400 MW - Phú mỹ 2: 600 MW - Phả lại 2: 600 MW - Phú mỹ 3: 2000 MW - Ung bí: 300 MW - Thủ Đức 4: 200 MW - Phú mỹ 1: 900 MW - Ôn Môn: trên 330MW - Trà Nóc: 193,5 MW 2. Nhà máy thủy điện Nguyên lý của nhà máy thủy điện là sử dụng NL dòng nước để làm quay trục tubine thủy lực để chạy máy phát điện. ở đây, quá trình biến đổi năng lượng là: Thủy năng → Cơ năng → Điện năng. Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý nhà máy thủy điện Công suất của nhà máy thủy điện phụ thuộc vào hai yếu tố chính là lưu lượng dòng nước Q qua các tubine và chiều cao cột nước H, đó là: P = 9,81QH MW Chính xác hơn: P = 9,81 QH MW Trong đó: Q: lưu lượng nước (m3/sec) 14
H: chiều cao cột nước (m) : hiệu suất tuốc bin Nhà máy thủy điện có những đặc điểm sau: - Xây dựng gần nguồn nước nên thường xa phụ tải; - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc về các công trình như đập chắn, hồ chứa...; - Thời gian xây dựng kéo dài; - Chi phí sản xuất điện năng thấp; - Thời gian khởi động máy ngắn; - Hiệu suất cao ( = 80  90%); - Tuổi thọ cao. Ví dụ: Hòa bình (1.920 MW); Thác Bà (108 MW); Yaly (700 MW); Trị An (400 MW) 3. Nhà máy điện nguyên tử Ở đây biến đổi NL cũng tương tự như nhà máy nhiệt điện Nhiệt năng (hạt nhân) → Cơ năng (tubine) → Điện năng (MF) → NMNĐ Ở nhà máy điện nguyên tử: Nhiệt năng thu được trong quá trình phân hủy hạt nhân của các chất hóa học (Uranium, Plutonium, Thorium..) trong lò phản ứng, dùng để đung nóng nước. Nước nóng bị bốc hơi và tiếp tục làm quay tubine như ở nhiệt điện. Hình 1.3 - Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử 15
Mặc dù, nhà máy điện nguyên tử được phát triển nhiều nơi trên thế giới nhưng ở Việt Nam do lo ngạy về an toàn và ô nhiễm phóng xạ. Do đó, nhà máy nguyên tử chỉ được xem xét khi các nguồn điện khác được khai thác hết, ở nước ta chỉ mới tiến hành nghiên cứu khả năng xây dựng nhà máy điện nguyên tử ở Ninh Thuận. Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng hạt nhân - Ưu điểm • Tạo ra một số lượng lớn năng lượng (Một nhà máy có công suất 100MW, một ngày thường tiêu thụ không nhiều hơn 1kg chất phóng xạ. Công suất một tổ Máy phát điện-Tuốc bin của nhà máy điện nguyên tử sẽ đạt đến 500, 800, 1200 và thậm chí đến 1500MW); • Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao hơn; • Nguồn năng lượng xanh; • Không làm ô nhiễm không khí; • Nhiên liệu độc lập; • Có thể xây dựng gần trung tâm phụ tải. - Nhược điểm • Bức xạ; • Không thể tái tạo; • Phát triển vũ khí hạt nhân; • Chi phí xây dựng khổng lồ; • Chất thải hạt nhân • Tai nạn nhà máy điện hạt nhân; • Vận chuyển nhiên liệu và chất thải. 4. Nhà máy năng lượng mặt trời Nhà máy năng lượng mặt tời thường có hai loại: nhà máy pin quang điện và nhà máy nhiệt mặt trời a) Nhà máy pin quang điện Pin năng lượng mặt trời (pin mặt trời/pin quang điện) là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khi được ánh sáng chiếu vào của vật chất. 16
Hình 1.4 - Sơ đồ nguyên lý nhà máy pin quang điện b) Nhà máy nhiệt mặt trời Thường có dạng như nhà máy nhiệt điện, ở đây lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ để thu nhận nhiệt lượng bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuốc bin. Hình 1.5 – Sơ đồ nguyên lý Nhà máy nhiệt mặt trời Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời có những đặc điểm sau: - Sử dụng nguồn năng lượng không cạn kiệt; - Chi phí phát điện thấp và đặc biệt hiệu quả ở các vùng mà việc kéo các lưới điện quốc gia quá đắt; - Độ tin cậy vận hành cao; - Chi phí bảo trì ít; - Không gây ô nhiễm môi trường. 17
5. Nhà máy năng lượng gió Hình 1.6 - Sơ đồ nguyên lý Nhà máy điện gió Sử dụng năng lượng gió thường được chú ý ở các nơi có mật độ năng lượng gió cao (320-400W/m2 trở lên) và vận tốc gió trung bình (khoảng 5 – 8 m/s). Thành phần chính của nhà máy phát điện sử dụng năng lượng gió bao gồm: chong chóng quay, hộp biến tốc, máy phát điện, hệ thống ắc qui và tháp. Ở việt nam, tổng tiềm năng điện gió ước đạt 513.360MW tức là hơn 200 lần công suất của thuỷ điện Sơn La, và hơn 10 lần công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Nhưng hiện nay, Việt Nam có 2 địa phương xây dựng nhà máy phát điện sử dụng năng lượng gió đó là: Nhà máy điện gió Bạc Liêu có tổng công suất dự tính khoảng 99,2 MW, nhà máy điện gió Ninh Thuận tổng công suất dự tính khoảng 1.300 MW. Nhà máy điện dùng năng lượng gió có những đặc điểm sau: - Sử dụng nguồn năng lượng không cạn kiệt; - Động cơ gió phát điện gặp khó khăn trong điều chỉnh tần số do vận tốc gió luôn luôn thay đổi; - Động cơ gió phát điện thường có hiệu suất thấp (tubine hiện đại có thể hiệu suất đạt trên 40%) , công suất đặt nhỏ do đó chỉ dùng ở những vùng hải đảo, những nơi xa xôi không có lưới điện đưa đến hoặc ở những nơi thật cần thiết như ở các đèn hải đăng. 6. Nhà máy năng lượng thủy triều Nhà máy năng lượng thủy triều được xây dựng tại các nơi có trên lệch lớn về độ cao của thủy triều lên xuống. Bằng cách xây các đập ngăn cách ở các ngõ vào ra của thủy triều có thể lợi dụng sự lên xuống của thủy triều để làm quay tubine thủy lực. 18
Hình 1.7 - Sơ đồ nguyên lý Nhà máy năng lượng thủy triều Nhà máy điện dùng năng lượng thủy triều có những đặc điểm sau: - Tuổi thọ cao; - Chi phí phát điện thấp; - Chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì thấp; - Không gây ô nhiễm môi trường 7. Nhà máy năng lượng địa nhiệt Hình 1.8 - Sơ đồ nguyên lý Nhà máy địa nhiệt loại phun hơi Nhà máy năng lượng địa nhiệt sử dụng sức nóng của lòng đất để gia nhiệt làm nước bốc hơi. Hơi nước với áp suất cao làm quay tuốc bin hơi nước. Tuốc bin này kéo 19
một máy phát điện, từ đó năng lượng địa nhiệt biến thành năng lượng điện. Có hai loại nhà máy năng lượng địa nhiệt: loại phun hơi (hình1.8) và loại chu kỳ kép (hình1.9). Nước nóng địa nhiệt có nhiệt độ vào khoảng 3500F và áp suất khoảng 16.000psi. Hình 1.9 - Sơ đồ nguyên lý Nhà máy địa nhiệt loại chu trình kép III. Mạng lưới điện 1. Mạng truyền tải Mục đích của mạng truyền tải trên không là truyền tải năng lượng từ các nhà máy phát ở các nơi khác nhau đến mạng phân phối. Mạng phân phối là nơi cuối cùng cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. Các đường dây truyền tải cũng nối kết các hệ thống điện lân cận. Điều này không những cho phép điều phối kinh tế năng lượng giữa các vùng trong quá trình vận hành bình thường mà còn cho phép chuyển tải năng lượng giữa các vùng trong điều kiện sự cố. Mạng truyền tải có điện áp dây trên 60kV và được tiêu chuẩn hóa là 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV, 500kV và 765kV (tiêu chuẩn ASNI). Điện áp truyền tảI trên 230 kV thường được coi là siêu cao áp. 2. Mạng phân phối Mạng phân phối là phần kết nối các trạm phân phối với các hộ tiêu thụ. Các đường dây phân phối sơ cấp thường ở cấp điện áp từ (4  34,5)kV và cung cấp điện cho một vùng địa lý được xác định trước. Một vàI phụ tảI công nghiệp nhỏ được cung cấp trực tiếp bằng đường dây cáp sơ cấp. Mạng phân phối thứ cấp giảm điện áp để sử dụng cho các hộ phụ tảI dân dụng và kinh doanh. Dây và cáp điện không được vượt quá vài trăm mét chiều dài, sau đó cung cấp năng lượng cho các hộ tiêu thụ riêng biệt. Mạng phân phối thứ cấp cung cấp cho hầu hết các hộ tiêu thụ ở mức 240/120V ba pha 4 dây, 400/240V ba pha 4 dây, hay 480/277V ba pha 4 dây. Ngày nay, năng lượng cung cấp cho hộ tiêu thụ điển hình 20
được cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp xuống 400/240V sử dụng ba pha 4 dây. IV. Hộ tiêu thụ Trong các ngành công nghiệp, y tế, giao thông vận tải, nông nghiệp…..có rất nhiều chủng loại thiết bị điện làm việc với các tầm quan trọng khác nhau, do đó yêu cầu về cung cấp điện liên tục, tin cậy, an toàn và chất lượng điện khác nhau. Tùy theo mức độ yêu cầu mà phụ tải được chia thành hộ khác nhau. 1. Hộ tiêu thụ loại 1 Là hộ rất quang trọng không được để mất điện nếu xảy ra mất điện sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng đến tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về chính trị, kinh tế, xã hội…Vì vậy, cần hai lưới điện riêng Ví dụ: làm mất an ninh chính trị, mất trật tự xã hội: sân bay, cảng hàng hải, khu quân sự, các đại sứ, nhà ga, bến xe…. Làm thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân: khu công nghiệp, khu chế xuất, dầu khí, luyện kim, nhà máy cơ khí lớn… Những hộ này đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Làm nguy hại đến tính mạng con người: bệnh viện. Đối với hộ loại 1 phải được cung cấp điện với độ tin cậy cao, sử dụng nguồn độc lập, dùng đường dây lộ kép, có nguồn dự phòng… Nguồn  chính   Dự phòng 1 Dự phòng 2 Tải 1 Tải 2 Hộ loại 1 Hình 1.10 - Phương án cung cấp điện cho hộ loại 1 2. Hộ tiêu thụ loại 2 Bao gồm các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng, thương mại và dịch vụ… Với những hộ này, nếu mất điện sẽ thiệt hại về kinh tế. 21
  Nguồn Dự chính phòng Hộ loại 2 Hình 1.11 - Phương án cung cấp điện cho hộ loại 2 Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng. Vì vậy, phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế mang lại do không bị ngừng cung cấp điện. 3. Hộ tiêu thụ loại 3 Là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời khi cần thiết. Đó là hộ ánh sáng đô thị và nông thôn… Ðối với hộ loại 3 cho phép mất diện trong thời gian ngắn dể khắc phục sửa chữa các sự cố.Thông thường hộ loại 3 được cung cấp diện từ một nguồn. Trong thực tế việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét với các hộ tiêu thụ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy,một cơ sở sản xuất dịch vụ,khu dân cư…có nhiều loại hộ nằm xen kẽ nhau.Vì vậy hệ thống điện phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn và tin cậy, linh hoạt. V. Hệ thống bảo vệ Ngoài các máy phát điện, các đường dây tải và các máy biến áp, cần có các thiết bị khác để vận hành và bảo vệ hệ thống điện. một vài thiết bị bảo vệ được mắc trực tiếp vào mạch và được gọi là cơ cấu chuyển mạch. Chúng bao gồm máy cắt, cầu dao ngắt mạch, cầu chì và thiết bị chống sét. Các thiết bị này cần thiết kế ngưng cấp năng lượng cho vận hành bình thường hay xuất hiện sự cố. Các thiết bị điều khiển và các rơle bảo vệ được lắp đặt trên bảng điều khiển tại các trạm điều khiển VI. Trung tâm điều độ hệ thống điện Để vận hành tin cậy và kinh tế, hệ thống điện cần hiển thị nguyên vẹn hệ thống tại trung tâm điều độ hệ thống điện. Trung tâm điều độ hệ thống điện hiện đại ngày nay được trang bị các máy tính trực tuyến đảm bảo xử lý tất cả các tính hiệu thông qua hệ thống thu nhận tín hiệu từ xa. Các máy tính vận hành theo cấu trúc phân cấp nhằm phối hợp một cách thích hợp các yêu cầu về chức năng khác nhau trong điều kiện vận hành bình thường cũng như trong điều kiện khẩn cấp. Mỗi trung tâm điều độ hệ thống điện có một bảng điều khiển. Bảng này bao gồm phần tử hiển thị, bàn phím, đèn báo. Các máy tính có thể đưa ra cảnh báo cho các điều độ viên khi có sự dịch chuyển chế độ hệ thống ra khỏi chế độ bình thường. Điều độ viên tiến hành các điều chỉnh và ra quyết định thực hiện chúng với sự giúp đỡ của máy tính. Các cộng cụ mô phỏng và các phần mền trọn gói, viết với ngôn ngữ lập trình cao, được ứng dụng để vận hành hiệu 22
quả và điều khiển tin cậy hệ thống. Đây chính là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA- supervisory Control And Data Acqisition). VII. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện Các phương án phát triển nguồn và lưới điện luôn đi đôi với sự phát triển liên tục của phụ tải. Một phương án được coi là hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra, lại vừa thấp về vốn đầu tư và chi phí vận hành. Thông thường tồn tại mâu thuẩn giữa các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật, cho nên tính toán chỉ mới là căn cứ quan trọng chứ chưa phải quyết định cuối cùng. Để lựa chọn phương án cung cấp điện cần phải cân nhắc nhiều mặt khác nhau như: đường lối, tốc độ và qui mô phát triển kinh tế, khả năng huy động vốn, tình hình cung cấp thiết bị vật tư, trình độ quản lý thi công và vận hành. Các chỉ tiêu kỹ thuật của phương án cung cấp điện Các chỉ tiêu kỹ thuật của một phương án cung cấp điện bao gồm: - Độ tin cậy cung cấp điện: Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện như đã nêu ở trên. Độ liên tục cung cấp điện tính bằng thời gian mất điện trung bình năm cho một hộ tiêu thụ và các chỉ tiêu khác, đạt giá trị hợp lý chấp nhận được cho cả phía người sử dụng điện và ngành điện. Độ tin cậy cung cấp điện càng cao thì khả năng mất điện càng thấp và ngược lại. - Chất lượng điện năng: Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu: Tần số f và điện áp U Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số tần số và điện áp nằm trong giới hạn cho phép. Cơ quan Trung tâm Điều độ Quốc gia chịu trách nhiệm điều chỉnh tần số chung cho hệ thống điện. Việc đảm bảo cho điện áp tại mọi điểm nút trên lưới trung áp và hạ áp năm trong phạm vi cho phép là nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế và vận hành lưới cung cấp điện. Theo tiêu chuẩn Việt Nam: + Độ lệch tần số cho phép fcp =  0,5Hz. + Độ lệch điện áp cho phép: - 10% và + 5%. - Tính đơn giản trong lắp đặt, vận hành và bảo trì. - Tính linh hoạt. Tính linh hoạt thể hiện ở khả năng mở rộng, phát triển trong tương lai và phù hợp với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ. - An toàn điện. 23
An toàn là vấn đề quan trọng, thậm chí phải đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp đặt, vận hành công trình điện. An toàn cho người vận hành, an toàn cho thiết bị, công trình điện, an toàn cho mọi người dân, an toàn cho các công trình dân dụng lân cận. Người thiết kế và vận hành công trình điện phải nghiêm chỉnh tuân thủ triệt để các qui định, nội qui an toàn. Ví dụ như khoảng cách an toàn từ dây dẫn tới mặt đất, khoảng cách an toàn giữa công trình điện và công trình dân dụng v.v… - Tính tự động hóa cao. Vì các quá trình cơ điện diễn ra trong hệ thống điện xảy ra trong thời gian rất ngắn nên việc đưa ra các quyết định và thao tác cần thiết để đảm bảo an ninh và chế độ vận hành ổn định của lưới điện cần có sự trợ giúp của các hệ thống giám sát và tự động hóa cao. Các chỉ tiêu kinh tế của phương án cung cấp điện: Tính kinh tế của một phương án cung cấp điện thể hiện qua hai chỉ tiêu: tổng vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành hàng năm. Trong hai chỉ tiêu này, vốn đầu tư ban đầu được bỏ ra trong thời gian ngắn trong khi đó chi phí vận hành hàng năm thì phân bố trong nhiều năm. - Tổng vốn đầu tư ban đầu V: Việc xác định tổng vốn đầu tư ban đầu V hầu như dựa hoàn toàn vào các ước lượng. Các dữ liệu trong quá khứ cũng như dữ liệu hiện tại chỉ giúp tăng cường độ tin cậy, nâng cao độ chính xác đến mức có thể, vì luôn có sự thay đổi của giá cả và sự tiến bộ trong công nghệ. Tổng vốn đầu tư ban đầu bao gồm các chi phí như sau: + Chi phí mua mới thiết bị và chi phí xây dựng trực tiếp: V1 + Chi phí tồn kho cho các thiết bị và vật tư được sử dụng cho xây dựng mới: V2 + Chi phí xây dựng gián tiếp V3, bao gồm chi phí cho lao động gián tiếp, chi phí cho giám sát công trình, chi phí bảo hiểm, chi phí về thuế và các chi phí khác như tiền vận chuyển, tiền thí nghiệm, thử nghiệm, tiền mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế, tiền lắp đặt, nghiệm thu... V = V1 + V2 + V3 (đồng) (1.1) - Chi phí vận hành hàng năm Chi phí vận hành hàng năm bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành công trình điện: Tiền lương cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật, công nhân vận hành, tiền bảo dưỡng định kỳ, tiền sửa chữa, trung tu, đại tu, tiền thử nghiệm, thí nghiệm, tiền tổn thất điện năng trên công trình điện. Thường thì hai khoản kinh phí này luôn mâu thuẩn nhau, nếu vốn đầu tư lớn thì phí tổn vận hành nhỏ và ngược lại. Ví dụ: nếu chọn tiết diện dây dẫn nhỏ thì tiền mua 24