Nhà máy điện
2 Chương I Tính toán phụ tải
1.1 Xác định nhu cầu điện
1.2 Chọn Phương án cung cấp điện
3 Chương II Tính toán mạng và tổn thất
2.1 Tính tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng
4 Chương III Lựa chọn thiết bị trong cung cấp điện
3.1 Lựa chọn dây dẫn điện 15 7 7 1
3.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ
3.3 Nâng cao hệ số công suất 5 3 1 1
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 7
Bài mở đầu: Khái quát về hệ thống cung cấp điện
Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu sử dụng điện năng tăng cao trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt Để đáp ứng yêu cầu này, những người làm việc trong ngành điện cần có kiến thức vững về xã hội, môi trường và các đối tượng sử dụng điện, nhằm tham gia hiệu quả vào việc vận hành, thiết kế và lắp đặt các công trình điện.
- Trình bày được đặc điểm của nguồn năng lượng, nhà máy điện, hộ tiêu thụđiện và hệ thống bảo vệ trong mạng điện hạ áp;
- Phân loại được các loại hộ tiêu thụđiện;
1 Nguồn năng lượng tựnhiên và đặc điểm của năng lượng điện
Các nguồn năng lượng tự nhiên rất phong phú và có giá trị cho mọi hoạt động của con người Năng lượng gió, năng lượng nước (bao gồm thế năng và năng lượng chảy từ cao xuống thấp), nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu, và cơ năng từ các loại động cơ đều có khả năng chuyển đổi thành năng lượng điện.
Năng lượng điện hiện nay rất phổ biến trong mọi hoạt động của con người nhờ vào nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chuyển đổi dễ dàng sang các dạng năng lượng khác, khả năng truyền tải xa, hiệu suất cao và chi phí thấp.
Các đặc điểm cơ bản của ngành công nghiệp điện lực là :
Điện năng không thể được tích trữ một cách hiệu quả, ngoại trừ một lượng nhỏ lưu trữ trong pin và ắcquy Do đó, cần duy trì sự cân bằng liên tục giữa điện năng sản xuất và điện năng tiêu thụ tại mọi thời điểm và địa điểm.
Quá trình truyền điện diễn ra nhanh chóng với sóng điện lan truyền trên đường dây gần bằng tốc độ ánh sáng Điều này yêu cầu sử dụng các thiết bị tự động để vận hành và điều khiển mạng điện hiệu quả.
Công nghiệp điện lực đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển kinh tế quốc dân, góp phần nâng cao năng suất lao động và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 8
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện
Có nhiều cách phân loại lưới điện:
Căn cứ vào trị số điện áp, chia ra:
- Lưới siêu cao áp: 500kV
- Lưới cao áp: 220kV; 110kV
- Lưới trung áp: 35kV; 22kV; 10kV; 6kV
Căn cứ vào nhiệm vụ, chia ra:
- Lưới cung cấp: 110kV; 220kV; 500kV
- Lưới phân phối: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV
Căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra:
Căn cứ vào số pha, chia ra:
Căn cứvào đối tượng cấp điện, chia ra:
Nhà máy điện sản xuất điện năng chủ yếu dưới dạng dòng điện xoay chiều ba pha, trong khi dòng điện một chiều rất hiếm Để sử dụng dòng điện một chiều trong công nghiệp, người ta thường sử dụng thiết bị chỉnh lưu để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Nguyên lý chung sản xuất điện ở các nhà máy điện là chuyển đổi năng lượng sơ cấp thành điện năng thông qua cơ năng, làm quay máy phát điện Nguồn năng lượng chủ yếu hiện nay là từ chất đốt và năng lượng nước Kể từ năm 1954, một số nước tiên tiến đã bắt đầu xây dựng nhà máy điện sử dụng năng lượng nguyên tử Bài viết này sẽ trình bày sơ lược nguyên lý hoạt động của các loại nhà máy điện, bao gồm nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện và nhà máy điện nguyên tử.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 9 nguyên tử, ngoài ra còn kể đến các nhà máy điện như nhà máy điện sức gió, năng lượng mặt trời…
Nhà máy nhiệt điện Đây là một dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn còn được sử dụng rất phổ biến.
Trong các nhà máy nhiệt điện, quá trình sản xuất điện chủ yếu dựa vào tuabin hơi và máy hơi nước Đặc biệt, tại các nhà máy nhiệt điện lớn, tuabin hơi được sử dụng làm động cơ sơ cấp cho máy phát điện.
Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như sau:
Nhiệt năng - cơ năng - điện năng
Nhiên liệu được đốt trong buồng đốt 1 để đun sôi nước trong bao hơi 2, tạo ra nhiệt độ và áp suất cao khoảng 500°C và 40 at Hơi nước này sau đó được dẫn đến tuabin 3, làm cho tuabin quay với tốc độ rất lớn.
Tuabin hoạt động với tốc độ 3000 vòng/phút, kết nối với máy phát điện để sản xuất điện năng Nhiên liệu cháy trong buồng đốt tạo ra nhiệt năng, chuyển hóa thành xỉ và khói thải ra ngoài Hơi nước sau khi thực hiện công việc trong tuabin sẽ được chuyển đổi thành nước nhờ bình ngưng, và sau đó được bơm trở lại, tạo thành chu kỳ kín Tuy nhiên, cần phải bổ sung nước vào bao hơi để duy trì hoạt động.
Nhiên liệu cho lò hơi chủ yếu bao gồm than đá, than cám, và than bùn, nhưng cũng có thể sử dụng các chất lỏng như dầu diesel hoặc khí đốt tự nhiên Các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu diesel hoặc khí đốt có hiệu quả kinh tế cao hơn so với các nhà máy sử dụng than Hiện nay, tại Việt Nam, nhiều nhà máy nhiệt điện vẫn sử dụng than đá làm nguồn nhiên liệu chính.
NĐ Phả Lại (3x200 MW + 2x300MW), NĐ Na Dương, NĐ Uông Bí
Các lò hơi sử dụng nhiên liệu than bao gồm lò ghi-xích và lò than phun Trong lò ghi-xích, than cục được đưa vào và cháy thành một lớp trong lò, trong khi lò than phun sử dụng than nghiền mịn, được thổi vào lò qua các ống phun Nhà máy nhiệt điện với lò than phun có hiệu suất cao hơn so với lò ghi-xích, do đó, lò ghi-xích thường chỉ được áp dụng cho những công suất nhỏ và các thông số hơi (áp lực, nhiệt độ) không cao.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 10
Nhà máy nhiệt điện với công suất lớn thường có hiệu suất cao hơn Hiện nay, trên thế giới có nhiều nhà máy nhiệt điện có công suất lên tới hàng triệu kW, trong đó tổ tuabin - máy phát có thể đạt công suất 600MW.
Xác định tổn hao điện áp trên đường dây 22kV làm bằng dây dẫn AC-70 dài 47km, công suất truyền tải trên đường dây là S = 340 + j225 (kVA).
Dây dẫn AC-70 có r 0 = 0,46 Ω/km, x 0 = 0,395 Ω/km
Xác định tổn thất điện áp theo công thức
Tính theo phần trăm giá trị định mức
1.1 Tổn thất công suất a) Tổn thất công suất trên đường dây cung cấp
Trong tính toán đường dây tải điện, người ta sử dụng sơ đồ thay thế hình (đối với mạng
Trong mạng điện 110 kV và đôi khi cả 220 kV, phần điện dẫn tác dụng của đường dây thường bị bỏ qua Trên sơ đồ, chỉ còn lại thành phần điện dẫn phản kháng Y = jB, đại diện cho dung dẫn của đường dây, và thường được thay thế bằng phụ tải phản kháng -jQc.
Hình 2.7 Sơ đồ thay thế hình Chú ý: S = 3.I 2 dm.Z (mà )
Công suất cuối đường dây:
Tổn thất công suất có thể xác định theo công suất ở cuối đường dây:
Công suất ởđầu đường dây:
% 2 ij ij ij ij dm dm x Q r
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 11
Tổn thất công suất có thểxác định theo công suất chạy ở đầu đường dây:
Khi đó công suất chạy ở cuối đường dây sẽ là:
Công suất đi vào đường dây sẽ là:
Mạng lưới điện Error! Bookmark not defined 4 Hộ tiêu thụ Error! Bookmark not defined 5 Hệ thống bảo vệ Error! Bookmark not defined CÂU HỎI ÔN TẬP Error! Bookmark not defined Chương I: Tính toá n phụ tải Error! Bookmark not defined 1 Xác định nhu cầu điện Error! Bookmark not defined 1.1 Khái ni ệ m
Tr ạ m bi ế n áp
Khái ni ệm và phận loại trạm biến áp
Máy biến áp (MBA) là thiết bị quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi điện áp giữa các cấp khác nhau.
Trạm biến áp trung gian, còn được gọi là trạm biến áp chính, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện Trạm này nhận điện từ mạng lưới điện với điện áp từ 35 đến 220 kV, sau đó biến đổi thành cấp điện áp 10 kV hoặc 6 kV Trong một số trường hợp đặc biệt, trạm có thể hạ xuống điện áp 0,4 kV.
Trạm biến áp phân xưởng là thiết bị quan trọng nhận điện từ trạm biến áp trung gian, chuyển đổi thành điện áp phù hợp để phục vụ cho phụ tải trong phân xưởng Ở phía sơ cấp, điện áp thường là 10 kV, 6 kV, 15 kV hoặc 35 kV, trong khi phía thứ cấp có các mức điện áp 220/127, 380/220 hoặc 660.
Theo cấu trúc có thể chia :
Trạm ngoài trời là nơi lắp đặt các thiết bị điện áp cao ở bên ngoài, trong khi phần phân phối hạ áp được bố trí trong nhà hoặc trong tủ sắt chuyên dụng Việc xây dựng trạm ngoài trời giúp tiết kiệm chi phí, tuy nhiên lại chiếm diện tích đất đai lớn.
2 ij ij dm ij ij ij ij R jX
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 15
Trạm trong nhà : Tất cả các thiết bịđiện đều đặt trong nhà
Cấu trúc trạm biến áp phân phối
a) Trạm biến áp phân phối
Hình 2.10: Trạm biến áp phân phối lưới điện trung áp
Có ba kiểu xây dựng, mỗi kiểu đều có những ưu và nhược điểm riêng Người thiết kế cần xem xét đặc điểm và điều kiện của khách hàng để lựa chọn kiểu xây dựng phù hợp nhất.
Hình 2.11: Trạm biến áp treo
Là kiểu trạm mà tất cả các thiết bị điện cao áp, hạ áp và cả máy biến áp đầu được đặt trên cột
* Ưuđiểm: đơn giản, rẻ tiền, xây lắp nhanh, ít tốn đất
* Nhược điểm: kém mỹ quan và không an toàn
Kiểu trạm này thường được áp dụng ở những khu vực có quỹ đất hạn chế và điều kiện mỹ quan cho phép, đặc biệt phổ biến tại các thành phố và thị trấn Tuy nhiên, sự hiện diện của các đường dây trên không trung áp và hạ áp, cùng với hàng trăm ngàn trạm biến áp phân phối kiểu treo, đã ảnh hưởng tiêu cực đến mỹ quan đô thị Do đó, cần thiết phải dần thay thế chúng bằng các đường cáp ngầm và trạm biến áp xây dựng.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 16
Hình 2.12: Trạm biến áp bệt
Trạm điện này được thiết kế với thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp nằm dưới đất và tủ phân phối hạ áp được lắp đặt trong nhà mái bằng Xung quanh trạm có tường xây kiên cố và cổng sắt bảo vệ, đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Kiểu trạm bệt rất phù hợp cho điều kiện nông thôn, nơi có quỹ đất rộng rãi và đảm bảo an toàn cho con người cũng như gia súc Do đó, hiện nay, hầu hết các trạm biến áp phân phối ở nông thôn đều sử dụng kiểu trạm bệt.
+ Trạm xây (hoặc trạm kín):
Hình 2.13: Trạm biếp áp kín
Trạm xây là loại trạm điện có toàn bộ thiết bị điện cao áp, hạ áp và máy biến áp được lắp đặt trong nhà mái bằng, được chia thành nhiều ngăn để thuận tiện cho việc thao tác và vận hành, đồng thời hạn chế sự cố lan rộng Các ngăn phải có hệ thống thông hơi, thoáng khí nhưng được bảo vệ bằng lưới mắt cáo và cửa sắt kín để ngăn chặn động vật như chim, chuột, rắn xâm nhập gây mất điện Mái trạm cần có độ dốc từ 3 đến 5 độ để thoát nước hiệu quả Ngoài ra, dưới gầm bệ máy biến áp cần xây hố dầu sự cố để chứa dầu khi xảy ra sự cố, nhằm ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 17 b) Trạm biến áp trung gian
Hình 2.14: Trạm biếp áp trung gian
Trạm biến áp trung gian 110/35, 22, 10 (kV) thường có phần cao áp và biến áp được lắp đặt hở ngoài trời, trong khi phần trung áp được bố trí trong nhà phân phối, tương tự như cấu trúc xây dựng của trạm phân phối.
Chức năng của trạm biến áp trung gian
Trạm biến áp trung gian là thiết bị có công suất lớn, có nhiệm vụ biến đổi điện năng cho một hoặc nhiều trạm biến áp cấp điện, đồng thời phân phối điện lên lưới quốc gia hoặc từ lưới quốc gia xuống Loại trạm này thường được sử dụng phổ biến trong các khu dân cư, chung cư, khu tái định cư, cũng như cung cấp nguồn cho doanh nghiệp và các xưởng sản xuất quy mô nhỏ Ngoài ra, trạm biến áp trung gian còn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn cho các công trình thi công một cách thuận lợi và hiệu quả.
Trạm biến áp trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện liên tục và an toàn cho toàn bộ hệ thống Để đáp ứng yêu cầu này, nếu xí nghiệp có từ hai trạm biến áp trở lên, nên lắp đặt cầu giao liên kết giữa hai thanh cái thứ cấp của các trạm Trong trường hợp chỉ có một trạm, cần thiết phải bố trí thêm một máy biến áp dự trữ để thay thế cho máy biến áp chính khi cần thiết.
Hình 2.15: Trạm biến áp đảm bảo an toàn cung cấp điện cho toàn hệ thống
Điện năng được truyền đến các hộ tiêu thụ qua các trạm trung gian một cách nhanh chóng và ổn định, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nhờ vào lưới điện phù hợp và các đường dây dự trữ Nguồn cung cấp điện được kết nối từ nhiều phân đoạn khác nhau của trạm biến áp hoặc từ hai nguồn điện độc lập như nhà máy điện và trạm biến áp.
Trạm biến áp trung gian thường sử dụng hai máy biến áp để cung cấp nguồn điện cho phụ tải loại 1 Cụ thể, nếu trạm biến áp cấp điện cho một phân xưởng mà phụ tải loại 1 nhỏ hơn 50% công suất của phân xưởng đó, thì ít nhất một trong hai máy biến áp cần có dung lượng bằng 50% công suất của phân xưởng.
Hoặc khi phụ tải loại 1 lớn hơn 50% tổng công suất trong phân xưởng thì phải có một máy chứa dung lượngbằng 100% công suấttại phân xưởng
Trong điều kiện bình thường, cả hai máy biến áp hoạt động cùng nhau, nhưng khi một máy gặp sự cố, phụ tải sẽ được chuyển toàn bộ sang máy còn hoạt động Lúc này, cần tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp hoặc ngắt điện của các hộ tiêu thụ không quan trọng Nếu chỉ có hộ tiêu thụ loại 2 hoặc loại 3, có thể trang bị thêm một máy biến áp cho trạm và sử dụng đường dây phụ hạ áp từ trạm điện khác trong xí nghiệp.
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 18
Để đảm bảo cung cấp điện hiệu quả, cần xây dựng một hệ thống điện thống nhất bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối Trong hệ thống này, trạm biến áp trung gian đóng vai trò quan trọng, vì nó cho phép truyền tải điện năng xa và giảm điện áp xuống mức phù hợp với nhu cầu tiêu thụ, mang lại giải pháp tiết kiệm và thuận lợi nhất.
Câu 1: Cho mạng điện có sơ đồnhư hình vẽ :
U đm = 22kV a Xác định điện trở, điện kháng của mạng điện b Xác định tổn thất công suất của mạng c Xác định tổn thất điện áp của mạng
Bài tập mẫu: a Xác điện trở, điện kháng của mạng điên
+ Ta có : Tổng trở trên các đoạn đường dây tải điện:
AC 50 là: Ż AB = ż AB lAB = ………
AC 50 là: Ż BC = ż 0BC lBC = ……… Điện trở điện kháng của mạng là: Ż AC = Ż BC +Ż AB = ………
A B C b Xác định tổn thất công suất của mạng
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 19
ΔṠ AC = ΔṠ AB + ΔṠ BC = ………. c Xác định tổn thất điện áp của mạng :
+ AB AB AB AB AB dm
Câu 2: Đường dây trên không ĐDK – 10kV cấp điện cho 2 xí nghiệp (phụ tải có dạng
S ) có sơ đồ như hình vẽ:
Cho thông sốđường dây: AC - 35
Tính giá thành tổn thất điện năng 1 năm đường dây trên với C 00đ/kWh
GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN HẠ ÁP 20