(NB) Nội dung của cuốn giáo trình Kỹ thuật lưới điện bao gồm 5 chương, trang bị cho người học các kiến thức về lưới điện như sau: Chương 1: Tổng quan về lưới điện; Chương 2: Tham số cơ bản của lưới; Chương 3: Tổn thất điện áp trong lưới điện; Chương 4: Tổn thất công suất, điện năng trong lưới điện; Chương 5: Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện.
Tổng quan về lưới điện
Kết cấu, vị trí, nhiệm vụ của lưới điện trong hệ thống điện
ưới điện trong hệ thống điện 2 2 0
Điện áp và khả năng truyền tải của lưới điện
3 Các thiết bị dùng trong lưới điện 4 4 0
2 Chương 2 Tham số cơ bản của lưới điện 6 4 2
1 Tổng trở, tổng dẫn, sơ đồ thay thế của đường dây 3 2 1
2 Tổng trở, tổng dẫn, sơ đồ thay thế của máy biến áp 3 2 1
3 Chương 3 Tổn thất công suất, điện năng trong lưới điện 14 10 3 1
1 Tổn thất công suất trên đường dây và trạm biến áp 4 3 1
2 Tổn thất điện năng trên đường dây và trạm biến áp 6 3 2
3 Giảm tổn thất điện năng trong lưới điện 4 4 0 1
4 Chương 4 Tổn thất điện áp trong lưới điện 16 12 3 1
1 Độ sụt áp và tổn thất điện áp 1 1 0
2 Tính tổn thất điện áp trong lưới điện địa phương 11 7 3 1
3 Điều chỉnh điện áp trong lưới điện 4 4 0
5 Chương 5 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện 16 6 9 1
1 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện khu vực 4 2 2
2 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện địa phương 12 4 7 1
* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành được tính vào giờ thực hành
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN
Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản về kết cấu, vị trí và nhiệm vụ của lưới điện, đồng thời đề cập đến điện áp và khả năng truyền tải của hệ thống điện, cùng với các thiết bị cơ bản liên quan.
Học xong chương này, người học có khả năng:
- Trình bày được các khái niệm: hệ thống điện, lưới điện, trạm biến áp, phụ tải;
- Vẽ được sơ đồ cung cấp điện của hệ thống điện;
- Trình bày được kết cấu, vị trí, và nhiệm vụ của lưới điện
1 Kết cấu, vị trí, nhiệm vụ của lưới điện trong hệ thống điện
1.1 Kết cấu của lưới điện
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện và các hộ tiêu thụ, tạo thành một mạng lưới liên kết nhằm sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng hiệu quả.
Lưới điện bao gồm các trạm biến áp, trạm phân phối, đường dây tải điện trên không, cáp ngầm và thiết bị liên quan, có chức năng truyền tải và phân phối điện năng Lưới điện được phân chia thành ba loại chính.
Hệ thống lưới điện bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, kết nối các nhà máy điện để tạo thành một mạng lưới điện hoàn chỉnh, với điện áp dao động từ 110kV đến 500kV.
- Lưới truyền tải có nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian, điện áp từ 35kV đến 220kV
Lưới phân phối điện bao gồm lưới phân phối trung áp và hạ áp, có chức năng phân phối điện năng từ các trạm trung gian đến các phụ tải với điện áp tối đa 35kV.
1.1.1 Kết cấu trạm biến áp
Trạm biến áp là nơi đặt máy biến áp Tuỳ theo mục đích biến đổi điện áp có trạm biến áp tăng áp và trạm biến áp giảm áp
Trạm biến áp tăng áp thường được lắp đặt ngay tại nhà máy điện, vì các nhà máy điện thường được xây dựng xa trung tâm tiêu thụ điện để tận dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu như than đá, khí đốt hoặc nước.
Để tiết kiệm dây dẫn, giảm vốn đầu tư xây dựng và tổn thất điện năng, việc nâng cao điện áp là cần thiết, đặc biệt khi điện áp phát ra từ các nhà máy như Uông Bí (6,3kV), Hòa Bình (15,7kV), Phả Lại I (6,6kV) và Phả Lại II (19kV) thường không cao Nâng cao điện áp giúp truyền tải điện năng đi xa hơn một cách hiệu quả.
Trạm biến áp giảm áp có chức năng chuyển đổi điện áp cao thành điện áp thấp hơn, phục vụ cho nhu cầu cung cấp điện trong một khu vực hoặc theo yêu cầu của phụ tải Có ba loại trạm biến áp giảm áp.
Trạm biến áp giảm áp trung gian có chức năng chuyển đổi điện áp từ mức cao xuống mức thấp hơn, hoặc xuống điện áp phân phối, nhằm truyền tải điện đến các phụ tải một cách hiệu quả.
- Trạm biến áp giảm áp phân phối được đặt sau trạm biến áp trung gian để giảm điện áp xuống cấp điện áp phân phối như: 6, 10, 22, 35 kV
- Trạm biến áp phụ tải được đặt sau các trạm giảm áp phân phối, ở trung tâm của phụ tải để trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải
1.1.2 Kết cấu trạm cắt (Trạm phân phối)
Trạm cắt là trạm chỉ đặt các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ mà không đặt máy biến áp
1.1.3 Kết cấu đường dây tải điện Đường dây tải điện bao gồm dây dẫn, dây chống sét, cột, xà, sứ và các phụ kiện, người ta có thể dùng đường dây trên không hoặc đường cáp ngầm
1.2 Vị trí và nhiệm vụ của lưới điện
1.2.1 Vị trí của lưới điện
Lưới điện là hệ thống kết nối thiết yếu giữa các nguồn điện và người tiêu dùng, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng ổn định cho các hộ gia đình.
Nếu lưới điện hoạt động không tốt sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc cung cấp và tiêu thụ điện năng
1.2.2 Nhiệm vụ của lưới điện
Lưới điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng từ nơi sản xuất điện đến các hộ tiêu thụ điện
Đường dây tải điện có vai trò quan trọng trong việc dẫn điện từ các nhà máy điện đến trạm biến áp và trạm phân phối, nhằm cung cấp điện cho phụ tải Bên cạnh đó, một số đường dây còn đảm nhiệm việc liên lạc giữa các nhà máy điện và trạm biến áp, đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục và tiết kiệm.
Các trạm biến áp chuyển đổi điện năng từ một cấp điện áp này sang cấp điện áp khác, nhằm đáp ứng nhu cầu truyền tải và phân phối hiệu quả.
Trạm phân phối nhận và phân phối điện năng cho các đường dây ở cùng một cấp điện áp
2 Điện áp và khả năng truyền tải của lưới điện
2.1 Điện áp của lưới điện
2.1.1 Điện áp định mức Điện áp định mức là điện áp chuẩn mực để thiết kế lưới điện và các thiết bị phân phối cũng như các thiết bị dùng điện Ở nước ta và các nước trên thế giới, người ta chia cấp điện áp định mức thành bốn loại: siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ áp:
Hạ áp: điện áp nhỏ hơn 1000V Cấp điện áp thông dụng là: 380/220V; 220/127V
Cấp điện áp 380/220 V là mức điện áp chính cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện, trong khi các thiết bị công suất lớn có thể sử dụng điện áp lên đến 10kV.
Cấp điện áp trung áp dùng để phân phối điện năng từ trạm biến áp giảm áp trung gian đến các trạm biến áp phụ tải
Cấp điện áp cao áp, siêu cao áp và cá biệt có cấp 35kV; 66kV được dùng để truyền tải điện năng đi xa
Các thiết bị cơ bản của lưới điện
3.1 Cột, móng cột, xà của đường dây trên không
3.1.1 Cột điện a Công dụng của cột điện
Cột điện được sử dụng để nâng cao dây dẫn điện, đảm bảo an toàn cho người và phương tiện giao thông dưới đường dây Đồng thời, cột điện cũng giúp duy trì khoảng cách cách điện an toàn giữa dây dẫn và mặt đất Cột điện có nhiều loại khác nhau.
* Phân loại theo công dụng
Cột trung gian là thành phần quan trọng trong hệ thống đường dây trên không, đặc biệt ở vùng đồng bằng, nơi chúng chiếm khoảng 80-90% tổng số cột Trong điều kiện vận hành bình thường, khi các dây dẫn còn nguyên vẹn, không có lực tác dụng theo chiều dọc lên cột do sức căng của dây dẫn hai phía cột bằng nhau Tuy nhiên, cột vẫn phải chịu lực tác động theo phương thẳng đứng từ trọng lượng của dây dẫn, dây chống sét, xà, sứ, phụ kiện và lực ngang do gió tác động lên các thành phần này.
Cột trung gian được phân loại theo cấp điện áp, bao gồm cột có điện áp từ 6 đến 35 kV sử dụng cách điện đứng và cột có điện áp từ 35 đến 220 kV sử dụng cách điện treo.
Cột góc được lắp đặt tại điểm giao của đường dây chuyển hướng Lực tác dụng lên cột phụ thuộc vào góc chuyển hướng α; khi α lớn, hợp lực P cũng lớn, yêu cầu phải néo cột ngược lại với hướng của hợp lực P để đảm bảo tính ổn định.
13 tế với đường dây trên không dùng cột bêtông người ta có thể néo cột hoặc dùng cột sắt hoặc bố trí hai cột ở vị trí cột góc
Cột néo là thiết bị quan trọng dùng để giữ chặt dây dẫn tại những vị trí đặc biệt trong đường dây, như cột đầu, cột cuối hoặc nơi giao nhau với các công trình khác Trong quá trình vận hành, lực tác dụng lên cột néo tương tự như cột trung gian, nhưng cột néo có cấu tạo chắc chắn hơn, do đó nó được sử dụng làm điểm tựa để kéo dây trong quá trình thi công.
Cột hãm cuối, được đặt sát trạm biến áp, chịu lực kéo dọc tuyến đường dây làm giảm nhẹ lực tác dụng của đường dây vào trạm biến
Cột vượt là loại cột được lắp đặt tại những vị trí cần thiết như vượt qua đường giao thông, các công trình xây dựng hoặc giao chéo với các đường dây khác Với chiều cao lớn hơn các cột thông thường trong tuyến dây, cột vượt được gia cố chắc chắn để đảm bảo an toàn và ổn định.
Cột hoán vị được sử dụng để thay đổi vị trí của dây dẫn nhằm đảm bảo tổng trở của các pha đồng đều, giúp điện áp và dòng điện trong lưới điện trở nên đối xứng Đối với các đường dây dài trên 30km, việc đảo pha cần được thực hiện hai lần, và nếu chiều dài đường dây vượt quá mức này, có thể cần thực hiện đảo pha nhiều lần hơn.
Hình 1-2: Cách hoán vị dây dẫn của đường dây cao trên không
* Phân loại theo vật liệu chế tạo cột
Cột gỗ có khả năng cách điện tốt và dễ tạo dáng, nhưng lại có nhược điểm là nhanh mục và độ bền không cao Do đó, cần phải tẩm chất chống mối và sơn thường được sử dụng trong hệ thống điện địa phương để tăng cường độ bền cho cột.
Cột bê tông cốt thép, bao gồm các loại cột ly tâm, cột chữ H và cột chữ K, có tuổi thọ cao, khả năng chịu lực tốt và độ bền cao, thường được sử dụng cho cấp điện áp lên đến 110 kV Mặc dù chúng tương đối rẻ tiền, nhưng trọng lượng lớn của cột gây khó khăn trong thi công, lắp đặt và vận chuyển.
Cột thép có khả năng chịu lực tốt và có thể chế tạo với chiều cao lớn, thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp ráp Chúng được sử dụng trong lưới điện từ 110 kV trở lên và tại các vị trí cột néo, cột góc cho đường dây điện có điện áp dưới 110 kV Tuy nhiên, nhược điểm của cột thép là chi phí cao và yêu cầu bảo trì lớn, do đó các bộ phận như xà ngang treo sứ cách điện thường được làm bằng thép không gỉ Các yêu cầu cơ bản đối với cột điện bao gồm đảm bảo chiều cao theo thiết kế và độ bền cơ giới để chịu được tải trọng mà không bị hư hại.
Không bị phá hoại do môi trường xung quanh
3.1.2 Móng cột a Công dụng của móng cột
Móng cột là phần nằm dưới mặt đất của cột, có chức năng truyền tải trọng từ cột xuống nền đất, giúp cột đứng vững, không bị lún, nghiêng hay đổ khi chịu tác động từ các lực bên ngoài như gió bão hay sức căng của dây dẫn Móng cột được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau.
Tuỳ vị trí của cột mà móng cột có hình dáng, kích thước khác nhau và phân ra hai loại cơ bản là móng chôn sâu và móng ngắn
Móng chôn sâu được sử dụng cho cột điện trung gian điện áp thấp tại các vùng đất rắn, giúp tiết kiệm vật liệu bằng cách đào sâu để lấy sỏi đá chèn chặt quanh chân cột Độ chôn sâu của móng thường khoảng 1,5 đến 2/10 chiều dài cột Ở những vùng đất mềm, để đảm bảo tính ổn định và chống lật, người ta thường lắp thêm 1 đến 2 thanh giằng ngang vào chân cột Móng chôn sâu là loại móng phổ biến trong thực tế.
Móng ngắn được sử dụng cho cột điện của đường dây có điện áp từ 6 đến 35 kV, với lực nén và lực lật cột thường thấp Do đó, cấu trúc và kích thước của móng cột thường đơn giản và nhỏ gọn Móng ngắn được chia thành hai loại: không cấp và có cấp.
Móng ngắn có cấp giúp giảm khối lượng bê tông và độ chôn sâu trung bình của móng thường bằng 1/10 chiều cao của cột Các yêu cầu cơ bản đối với móng cột cần được tuân thủ để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
Móng cột phải có độ bền vững cao, muốn vậy phải đảm bảo độ chôn sâu, đúng kích thước theo thiết kế, không bị rỗ, rạn nứt
Để đảm bảo móng cột không bị lún hay nghiêng, việc đúc móng cột ở vùng đất xốp và ướt cần được thực hiện cẩn thận Nếu áp suất đất ở đáy móng không đạt yêu cầu, cần tìm biện pháp chống lún cho móng để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.
3.1.3 Xà của đường dây tải điện trên không a- Không có thanh ngang b- Có thanh ngang để chống lún
Hình 1-3 Móng chôn sâu h a- Móng ngắn không cấp b - Móng ngắn có cấp Đắp lốc 300 mm
Thân móng Đế móng h h Đắp lốc 300 mm
Tham số cơ bản của lưới điện
Tổng trở, tổng dẫn, sơ đồ thay thế của đường dây
Tổng trở, tổng dẫn, sơ đồ thay thế của máy biến áp
thế của máy biến áp 3 2 1
3 Chương 3 Tổn thất công suất, điện năng trong lưới điện 14 10 3 1
1 Tổn thất công suất trên đường dây và trạm biến áp 4 3 1
2 Tổn thất điện năng trên đường dây và trạm biến áp 6 3 2
3 Giảm tổn thất điện năng trong lưới điện 4 4 0 1
4 Chương 4 Tổn thất điện áp trong lưới điện 16 12 3 1
1 Độ sụt áp và tổn thất điện áp 1 1 0
2 Tính tổn thất điện áp trong lưới điện địa phương 11 7 3 1
3 Điều chỉnh điện áp trong lưới điện 4 4 0
5 Chương 5 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện 16 6 9 1
1 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện khu vực 4 2 2
2 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện địa phương 12 4 7 1
* Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành được tính vào giờ thực hành
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN
Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản về kết cấu và vị trí của lưới điện, nhiệm vụ của nó, cùng với điện áp và khả năng truyền tải Bên cạnh đó, chương cũng đề cập đến các thiết bị cơ bản trong hệ thống điện.
Học xong chương này, người học có khả năng:
- Trình bày được các khái niệm: hệ thống điện, lưới điện, trạm biến áp, phụ tải;
- Vẽ được sơ đồ cung cấp điện của hệ thống điện;
- Trình bày được kết cấu, vị trí, và nhiệm vụ của lưới điện
1 Kết cấu, vị trí, nhiệm vụ của lưới điện trong hệ thống điện
1.1 Kết cấu của lưới điện
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện và hộ tiêu thụ, tạo thành một mạng lưới liên kết nhằm sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng hiệu quả.
Lưới điện là hệ thống bao gồm các trạm biến áp, trạm phân phối, đường dây tải điện trên không, cáp ngầm và các thiết bị liên quan, có chức năng truyền tải và phân phối điện năng Lưới điện được phân loại thành ba loại chính.
Hệ thống lưới điện bao gồm các đường dây tải điện và trạm biến áp khu vực, kết nối các nhà máy điện, với điện áp từ 110kV đến 500kV.
- Lưới truyền tải có nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm trung gian, điện áp từ 35kV đến 220kV
Lưới phân phối điện bao gồm lưới phân phối trung áp và hạ áp, có chức năng phân phối điện năng từ các trạm trung gian đến các phụ tải với điện áp tối đa 35kV.
1.1.1 Kết cấu trạm biến áp
Trạm biến áp là nơi đặt máy biến áp Tuỳ theo mục đích biến đổi điện áp có trạm biến áp tăng áp và trạm biến áp giảm áp
Trạm biến áp tăng áp được lắp đặt ngay tại nhà máy điện, thường được xây dựng xa trung tâm phụ tải để tận dụng hiệu quả nguồn nhiên liệu như than đá, khí đốt hoặc nguồn nước.
Để tiết kiệm dây dẫn và giảm vốn đầu tư xây dựng cũng như tổn thất điện năng, việc nâng cao điện áp trong quá trình truyền tải là cần thiết Điện áp phát ra ở đầu cực máy phát thường không cao, ví dụ như nhà máy điện Uông Bí có điện áp 6,3kV, Hòa Bình 15,7kV, Phả Lại I 6,6kV và Phả Lại II 19kV Do đó, việc nâng cao điện áp giúp truyền tải điện năng đi xa hơn một cách hiệu quả.
Trạm biến áp giảm áp có chức năng chuyển đổi điện áp cao thành điện áp thấp hơn để phục vụ nhu cầu của một khu vực hoặc theo yêu cầu của phụ tải Có ba loại trạm biến áp giảm áp khác nhau.
Trạm biến áp giảm áp trung gian có chức năng chuyển đổi điện áp từ mức cao xuống mức thấp hơn, giúp truyền tải điện hiệu quả đến các phụ tải.
- Trạm biến áp giảm áp phân phối được đặt sau trạm biến áp trung gian để giảm điện áp xuống cấp điện áp phân phối như: 6, 10, 22, 35 kV
- Trạm biến áp phụ tải được đặt sau các trạm giảm áp phân phối, ở trung tâm của phụ tải để trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải
1.1.2 Kết cấu trạm cắt (Trạm phân phối)
Trạm cắt là trạm chỉ đặt các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ mà không đặt máy biến áp
1.1.3 Kết cấu đường dây tải điện Đường dây tải điện bao gồm dây dẫn, dây chống sét, cột, xà, sứ và các phụ kiện, người ta có thể dùng đường dây trên không hoặc đường cáp ngầm
1.2 Vị trí và nhiệm vụ của lưới điện
1.2.1 Vị trí của lưới điện
Lưới điện đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các nguồn điện với hộ tiêu thụ, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho người dùng.
Nếu lưới điện hoạt động không tốt sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc cung cấp và tiêu thụ điện năng
1.2.2 Nhiệm vụ của lưới điện
Lưới điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng từ nơi sản xuất điện đến các hộ tiêu thụ điện
Đường dây tải điện đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn điện từ các nhà máy điện đến các trạm biến áp và trạm phân phối, nhằm cung cấp điện cho phụ tải Ngoài ra, một số đường dây còn đảm nhận chức năng liên lạc giữa các nhà máy điện và trạm biến áp, đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục và hiệu quả về mặt kinh tế.
Các trạm biến áp chuyển đổi điện năng từ một cấp điện áp này sang cấp điện áp khác, nhằm phục vụ cho mục đích truyền tải và phân phối hiệu quả.
Trạm phân phối nhận và phân phối điện năng cho các đường dây ở cùng một cấp điện áp
2 Điện áp và khả năng truyền tải của lưới điện
2.1 Điện áp của lưới điện
2.1.1 Điện áp định mức Điện áp định mức là điện áp chuẩn mực để thiết kế lưới điện và các thiết bị phân phối cũng như các thiết bị dùng điện Ở nước ta và các nước trên thế giới, người ta chia cấp điện áp định mức thành bốn loại: siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ áp:
Hạ áp: điện áp nhỏ hơn 1000V Cấp điện áp thông dụng là: 380/220V; 220/127V
Cấp điện áp 380/220 V là mức điện áp chủ yếu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện Bên cạnh đó, các thiết bị điện có công suất lớn có thể sử dụng điện áp lên đến 10kV.
Cấp điện áp trung áp dùng để phân phối điện năng từ trạm biến áp giảm áp trung gian đến các trạm biến áp phụ tải
Cấp điện áp cao áp, siêu cao áp và cá biệt có cấp 35kV; 66kV được dùng để truyền tải điện năng đi xa