Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình (2021)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:183

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - CĐ/TC) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên chọn được phương 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; Tính chọn được dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc, mục đích sử dụng theo qui định kỹ thuật;... 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 - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình (2021)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: CUNG CẤP ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG VÀ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày….tháng….năm 2021 của Hiê ̣u trưởng trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình NINH BÌNH NĂM 2021 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng 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. 2
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình môn học Cung cấp điện được biên soạn trên cơ sở chương trình khung của nghề Điện công nghiệp, làm tài liệu giảng dạy tại trường Cao đẳng Cơ Giới Ninh Bình. Khi biên soạn giáo trình chúng tôi đã cập nhật những kiến thức mới có liên quan tới môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng, cũng như cố gắng gắn nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao. Trong quá trình biên soạn tập giáo trình, không tránh khỏi những thiếu sót. Mong bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình được hoàn thiện hơn. Ninh Bình, ngày tháng 06 năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Vũ Thị Vân 2. Trần Duy Đông 3
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU............................................................................................... 3 MỤC LỤC ......................................................................................................... 4 Bài mở đầu: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN .................. 7 Giới thiệu:.......................................................................................................... 7 Nội dung chính:.................................................................................................. 8 1. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện: ................ 8 1.1. Nguồn năng lượng tự nhiên: ........................................................................ 8 1.2. Đặc điểm của năng lượng điện: ................................................................... 9 2. Nhà máy điện: .............................................................................................. 9 2.1. Nhà máy nhiệt điện: .................................................................................. 10 2.2. Nhà máy thủy điện: ................................................................................... 11 2.3. Nhà máy điện nguyên tử:........................................................................... 12 2.4. Nhà máy điện dùng sức gió (động cơ gió phát điện): ................................. 13 2.5. Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời: ....................................... 14 2.6. Nhà máy năng lượng địa nhiệt: .................................................................. 14 3. Mạng lưới điện: .......................................................................................... 15 3.1. Mạng truyền tải: ........................................................................................ 15 3.2. Mạng phân phối: ....................................................................................... 15 4. Hộ tiêu thụ: ................................................................................................. 15 4.1. Theo ngành nghề: ...................................................................................... 15 4.2. Theo chế độ làm việc: ............................................................................... 16 4.3. Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện .......................................................... 16 5. Hệ thống bảo vệ: ......................................................................................... 17 6. Trung tâm điều độ hệ thống điện: ............................................................. 17 7. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện:… .. ……………………………………………………………………….18 7.1. Một phương án cung cấp điện xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa mãn những yêu cầu sau: ........................................................................................... 18 7.2. Nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện:.............................. 18 8. Hệ thống điện Việt Nam: ........................................................................... 19 Câu hỏi và bài tập............................................................................................. 22 CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI........................................................... 23 Giới thiệu:........................................................................................................ 23 Nội dung chính:................................................................................................ 24 1. Xác định nhu cầu điện: .............................................................................. 24 1.1. Đặt vấn đề: ................................................................................................ 24 1.2. Đồ thị phụ tải điện: .................................................................................... 24 1.3. Bài tập áp dụng: ........................................................................................ 31 2. Tính toán phụ tải điện: .............................................................................. 32 4
2.1. Tính toán phụ tải điện sinh hoạt................................................................. 39 2.2. Tính toán phụ tải điện chiếu sáng .............................................................. 41 2.3. Tính toán phụ tải động lực ......................................................................... 43 2.4. Tống hợp phụ tải tính toán của tòa nhà chung cư ............................... 46 3. Tính tổn thất trong mạng điện: ................................................................. 47 3.1. Tính toán tổn thất điện áp .......................................................................... 50 3.2. Tính toán tổn thất công suất....................................................................... 53 3.3. Tính toán tổn thất điện năng: ..................................................................... 56 4. Chọn phương án cung cấp điện: ................................................................ 58 4.1. Khái quát: .................................................................................................. 58 4.2. Chọn điện áp định mức của mạng điện: ..................................................... 59 4.3. Sơ đồ cung cấp điện .................................................................................. 59 Câu hỏi và bài tập ............................................................................................. 65 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ TRONG CUNG CẤP ĐIỆN ........... 68 Giới thiệu: ........................................................................................................ 68 Nội dung chính: ................................................................................................ 69 1. Lựa chọn máy biến áp:............................................................................... 69 1.1. Chọn vị trí trạm biến áp ............................................................................. 69 1.2. Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp ................................................. 69 1.3. Xác định công suất trạm biến áp ................................................................ 69 2. Lựa chọn thiết bị phân phối hạ áp............................................................. 71 2.1. Lựa chọn cầu chì và áp tô mát ................................................................... 71 2.2. Lựa chọn dao cách ly và máy cắt điện. ...................................................... 75 2.3. Lựa chọn thanh góp: .................................................................................. 80 3. Lựa chọn dây dẫn và cáp điện......................................................................81 3.1. Lựa chọn dây dẫn từ MBA đến tủ phân phối...............................................92 3.2. Lựa chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến các tầng và thang máy....................94 3.3. Lựa chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến mạng điện chiếu sáng và trạm bơm ...........................................................................................................................103 4. Chống sét và nối đất: ................................................................................ 107 4.1. Chống sét: ............................................................................................... 107 4.2. Nối đất: ................................................................................................... 116 4.3. Giới thiệu về kỹ thuật chống sét mới xuất hiện gần đây trên thế giới: ...... 121 Câu hỏi và bài tập ........................................................................................... 122 CHƯƠNG 3. CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP ........................................... 123 Giới thiệu: ...................................................................................................... 123 Nội dung chính: .............................................................................................. 123 1. Khái quát .................................................................................................. 123 1.1. Khái niệm chung về chiếu sáng ............................................................... 123 2. Tính toán chiếu sáng................................................................................... 127 5
2.1. Nội dung thiết kế chiếu sáng ................................................................... 127 2.2. Thiết kế chiếu sáng dân dụng .................................................................. 128 2.3. Thiết kế chiếu sáng công nghiệp.............................................................. 132 3. Nâng cao hệ số công suất cosj ................................................................... 138 3.1. Hệ số công suất (cosj) và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất ..... 138 3.2. Các giải pháp bù cosj tự nhiên ............................................................... 139 3.3. Các thiết bị bù cosj ................................................................................. 140 3.4. Phân phối tối ưu công suất bù trên lưới điện xí nghiệp ............................ 141 Câu hỏi và bài tập........................................................................................... 146 BÀI TẬP LỚN .............................................................................................. 148 Nội dung: ....................................................................................................... 148 Bài tập 1. Thiết kế cung cấp điện cho xưởng sửa chữa cơ khí ................... 148 Bài tập 2. Thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp .................... 149 Bài tập 3. Thiết kế cung cấp điện cho chung cư cao tầng .......................... 151 BẢNG TRA MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ........................................................ 151 6
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Cung cấp điện Mã môn học: MH 23 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học này phải học sau khi đã hoàn thành các môn học An toàn và tổ chức sản xuất, Điện kỹ thuật, Đo lường điện, Vẽ điện, Khí cụ điện, Vật liệu điện. - Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Trong sự nghiê ̣p công nghiê ̣p hó a - hiê ̣n đa ̣i hóa đấ t nước, ngành công nghiê ̣p điên giữ vai trò hế t sức quan tro ̣ng, bởi điê ̣n năng là ̣ nguồ n năng lương đươ ̣c sử du ̣ng rô ̣ng rai nhấ t trong các ngành kinh tế quố c dân. ̣ ̃ + Khi xây dựng nhà máy, khu công nghiêp, khu dân cư, thành phố …trước tiên ̣ người ta phải xây dựng hê ̣ thố ng cung cấ p điên để cung cấ p điê ̣n năng cho các ̣ máy móc và phu ̣c vu ̣ nhu cầ u sinh hoa ̣t 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: - Về kiến thức: + Chọn được phương 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; - Về kỹ năng: + Tính chọn được dây dẫn, bố trí hệ thống chiếu sáng 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; - 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: Bài mở đầu: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Giới thiệu: - Hệ thống cung cấp điện: Tổ hợp các thiết bị và khí cụ điện liên kết với nhau với chức năng cung cấp năng lượng điện cho các hộ tiêu thụ điện. - Hộ tiêu thụ điện: Là nhà máy công nghiệp, các tổ chức, các xưởng sản xuất, khu vực xây dựng, tòa nhà, căn hộ, mà ở đó các thiết bị tiêu thụ điện kết nối với lưới điện và sử dụng năng lượng điện. - Thiết bị tiêu thụ điện: Là phần điện của thiết bị công nghệ, có chức năng biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác cơ năng, nhiệt năng, hóa năng. 7
Hình 1: Các thành phần của hệ thống cung cấp điện Mục tiêu: - Phân tích được đặc điểm, các yêu cầu đối với nguồn năng lượng, nhà máy điện, mạng lưới điện, hộ tiêu thụ, hệ thống bảo vệ và trung tâm điều độ; - Vận dụng đúng các yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện; - Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc. Nội dung chính: 1. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện: 1.1. Nguồn năng lượng tự nhiên: Năng lượng chúng ta đang tiêu dùng xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau. Từ thiên nhiên, cần phải kể đến than đá, than bùn, dầu hỏa, và khí thiên nhiên. Do nhân tạo, có nguồn năng lượng điện từ thủy điện còn được gọi là than trắng, nguồn nguyên tử năng, và năng lượng từ gió và từ ánh sáng mặt trời. Từ thời cổ đại người ta đã biết đến và nghiên cứu các hiện tượng điện, mặc dù lý thuyết về điện mới thực sự phát triển từ thế kỷ 17 và 18. Tuy thế, những ứng dụng của điện trong giai đoạn này vẫn còn ít cho đến cuối thế kỷ 19 với sự bùng nổ của ngành kỹ thuật điện đưa nó vào ứng dụng trong công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày. Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ điện đã làm thay đổi nền công nghiệp chạy bằng hơi nước trước đó cũng như thay đổi xã hội loài người. Tính linh hoạt của điện cho phép con người có thể ứng dụng nó vào vô số lĩnh vực như giao thông, ứng dụng nhiệt, chiếu sáng, viễn thông, và máy tính điện tử. Năng lượng điện ngày nay trở thành xương sống trong mọi công nghệ hiện đại Năng lượng điện từ các nguồn năng lượng tự nhiên như gió, nước, năng lượng mặt trời, than đá, dầu mỏ, nhiên liệu sinh khối, năng lượng đại dương, năng lượng hạt nhân… ngày một được sử dụng rộng rãi hơn để tiết kiệm chi phí cho các biến đổi cơ năng thành điện. Chúng ta đều biết điện năng được sinh ra từ các máy cơ 8
– phát điện quay bởi các tuabin được đun nóng từ việc đốt nhiên liệu. Chính vì quá trình này tiêu tốn khá nhiều nhiên liệu nên con người đã nghiên cứu và phát minh những thiết bị có thể biến đổi những nguồn năng lượng khác thành điện năng. Năng lượng điện có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v...), dễ truyền tải đi xa, hiệu suất lại cao. 1.2. Đặc điểm của năng lượng điện: Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có một số đặc điểm chính như sau: - Điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất nhỏ người ta dùng pin và ăcquy làm bộ phận tích trữ). Tại mọi lúc, ta phải đảm bảo cân bằng giữa điện năng được sản xuất ra với điện năng tiêu thụ kể cả những tổn thất do truyền tải điện. - Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh. Ví dụ sóng điện từ lan truyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300000 km/giây, quá trình sóng sét lan truyền, quá trình quá độ, ngắn mạch xảy ra rất nhanh (trong thời gian nhỏ hơn 1/10 giây). - Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, cơ khí, dân dụng, công nghiệp nhẹ...). Đó là một trong những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong cấu trúc kinh tế. - Điện năng được sản xuất chủ yếu dưới dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại Mỹ và Canada) hay 50Hz (tại Việt Nam và các nước khác). - Hệ thống điện bao gồm ba khâu: sản xuất, truyền tải và phân phối, tiêu thụ điện năng. a. Sản xuất điện năng: Các nhà máy điện b. Truyền tải, phân phối: Mạng lưới điện c. Tiêu thụ: Biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác. 2. Nhà máy điện: Nhà máy điện là nhà máy sản xuất điện năng ở quy mô công nghiệp. Bộ phận chính yếu của hầu hết các nhà máy điện là máy phát điện. Đó là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Tuy nhiên nguồn năng lượng để chạy các máy phát điện này lại không giống nhau. Nó phụ thuộc phần lớn vào loại chất đốt và công nghệ mà nhà máy có thể tiếp cận được. Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và thủy điện vẫn là những nguồn điện chính sản xuất ra điện trên thế giới. 9
2.1. Nhà máy nhiệt điện: Hình 2: Nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, cơ năng được tạo ra bởi động cơ nhiệt. Động cơ nhiệt tạo ra cơ năng bằng nhiệt được lấy bằng cách đốt nhiên liệu. Cơ năng ở đây được lưu trữ dưới dạng động năng quay của tuốc bin. Khoảng 80% các nhà máy điện dùng tuốc bin hơi nước, tức là dùng sử dụng hơi nước đã được làm bốc hơi bởi nhiệt để quay tuốc bin. Theo định luật hai nhiệt động lực học, nhiệt năng không thể chuyển hết thành cơ năng. Do đó luôn có mất mát nhiệt ra môi trường. Lượng nhiệt mất mát này có thể được sử dụng vào các mục đích khác như sưởi ấm, khử muối của nước... 10
Ở nhà máy nhiệt điện sự biến đổi năng lượng được thực hiện theo nguyên lý: Nhiệt năng  Cơ năng  Điện năng. NMNĐ được phân thành hai loại: Nhiệt điện ngưng hơi và nhiệt điện rút hơi Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có những đặc điểm sau: - Thường được xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nước. - Tính linh hoạt trong vận hành kém. Việc khởi động và tăng phụ tải chậm. - Hiệu suất thấp ŋ = 30 ÷ 40% - Khối lượng nhiên liệu sử dụng lớn, việc vận chuyển nhiên liệu khá tốn kém, khói thải và ô nhiễm môi trường. Nhà máy nhiệt điện rút hơi: Nhà máy nhiệt điện rút hơi đồng thời sản xuất điện năng và nhiệt năng. Về nguyên lý hoạt động giống như nhà máy nhiệt điện ngưng hơi, song ở đây lượng hơi rút ra đáng kể từ một số tầng của tuốc bin để cấp cho các phụ tải nhiệt công nghiệp và sinh hoạt. Do đó hiệu suất chung của nhà máy tăng lên. Do yêu cầu rút nhiệt phục vụ cho công nghiệp nên nhà máy này có hai đặc điểm chính sau: - Thường được xây dựng gần phụ tải nhiệt - Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện ngưng hơi 2.2. Nhà máy thủy điện: Hình 3: Nhà máy thủy điện Hòa Bình Nguyên lý của nhà máy thủy điện là sử dụng năng lượng dòng nước để làm quay trục tuốc bin thủy lực để chạy máy phát điện. Quá trình biến đổi năng lượng là: Thủy năng  Cơ năng  Điện năng. 11
Hình 4: Nguyên lý của nhà máy thủy điện So với nhà máy nhiệt điện cùng công suất thì nhà máy thủy điện đòi hỏi vốn đầu tư nhiều hơn và chủ yếu là đầu tư vào các công trình đập chắn, hồ chứa. Thời gian xây dựng lâu hơn. Nhưng, nhà máy thủy điện lại có những ưu điểm chính sau: - Giá thành điện năng rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện. - Mức độ tự động hóa ở thủy điện dễ thực hiện hơn. - Mở máy nhanh, vận hành máy đơn giản so với nhiệt điện, nên đáp ứng kịp thời yêu cầu của hệ thống. - Ít xảy ra sự cố như ở nhà máy nhiệt điện. - Thoáng mát, sạch sẽ kết hợp với phục vụ thủy lợi, cải thiện môi trường và tiện lợi cho giao thông đường thủy. - Hiệu suất của nhà máy thủy điện cao có thể đạt đến 80%. 2.3. Nhà máy điện nguyên tử: Hình 5: Nhà máy điện nguyên tử 12
Nhiệt năng do phân hủy hạt nhân sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng sẽ biến thành điện năng. Nhiệt năng thu được trong quá trình phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử của các chất Urani 235 hay Plutoni 239... trong lò phản ứng. Do đó nếu như NMNĐ dùng lò hơi thì NMĐNT dùng lò phản ứng và những máy sinh hơi đặc biệt. Ưu điểm của NMĐNT: - Chỉ cần một lượng khá bé vật chất phóng xạ đã có thể đáp ứng được yêu cầu của nhà máy. - 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. Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau: - Vốn đầu tư xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài. - Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm. 2.4. Nhà máy điện dùng sức gió (động cơ gió phát điện): Hình 6: Cánh đồng quạt gió ở Bạc Liêu Người ta lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió. Hệ thống cánh quạt được truyền qua bộ biến đổi tốc độ để làm quay máy phát 13
điện, sản xuất ra điện năng. Điện năng sản xuất ra được tích trữ nhờ các bình ắc qui. Động cơ gió phát điện có 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, công suất đạt nhỏ do đó chỉ dung 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. 2.5. Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời: Hình 7: Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời Thường có dạng như nhà máy nhiệt điện, ở đây lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt lượng bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tuốc bin. Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời có những đặc điểm sau: - Chi phí phát điện thấp. - Không gây ô nhiễm môi trường. 2.6. Nhà máy năng lượng địa nhiệt: 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. Tuốc bin này kéo 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 chu kỳ kép và loại phun hơi. Hình 8: Nhà máy năng lượng địa nhiệt 14
3. Mạng lưới điện: Điện năng sau khi được sản xuất tại nhà máy điện sẽ được truyền tải, phân phối đến các hộ tiêu thụ nhờ mạng lưới điện. Hình 9: Mạng lưới điện cơ bản Mạng điện là tập hợp đường dây trên không, dây cáp, các TBA và trạm đóng cắt điện ở các cấp điện áp khác nhau. Người ta chia mạng điện khu vực, mạng điện địa phương, mạng điện đô thị, mạng điện nông thôn hoặc mạng điện xí nghiệp. Nếu theo hình dạng kết cấu, ta có thể chia thành mạng hở, mạng kí, mạng hình tia, hoặc rẽ nhánh… Tùy theo điện áp có thể chia thành: mạng hạ thế (dưới 1000V), mạng trung thế (11kV đến 22kV), mạng cao thế (từ 35kV đến 220kV) và mạng siêu cao thế (trên 220kV). Ngoài ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng xoay chiều, mạng một chiều… 3.1. Mạng truyền tải: Mục đích của mạng truyền tải trên không là truyền tải năng lượng từ các nhà máy phát điện đến mạng phân phối. Các đường dây truyền tải cũng nối kết các hệ thống điện lân cận với nhau. Mạng truyền tải có điện áp dây trên 60kV. 3.2. Mạng phân phối: Mạng phân phối là phần kết nối các trạm phân phối với các hộ tiêu thụ. Mạng phân phối là nơi cuối cùng cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. 4. Hộ tiêu thụ: Hộ tiêu thụ điện hay còn gọi là hộ dùng điện, phụ tải điện. Tùy theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội, hộ tiêu thụ được cung cấp điện với mức độ tin cậy khác nhau (thể hiện ở mức độ yêu cầu liên tục cung cấp điện khác nhau) Phân loại hộ tiêu thụ: 4.1. Theo ngành nghề: Phụ tải được phân làm 2 loại: - Phụ tải công nghiệp. 15
- Phụ tải kinh doanh và dân dụng. 4.2. Theo chế độ làm việc: - Phụ tải được phân làm 3 loại: - Phụ tải làm việc dài hạn. - Phụ tải làm việc ngắn hạn. - Phụ tải làm việc ngắn hạn lặp lại. 4.3. Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện Phụ tải được phân làm 3 loại: - Phụ tải loại 1 (hộ loại 1): Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố gắng ngừng cung cấp điện có thể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chính trị. Trong hộ loại 1 cũng cần phân biệt và tách ra nhóm hộ tiêu thụ đặc biệt mà việc ngừng cung cấp điện đột ngột có thể đe dọa đến tính mạng con người, gây nổ và phá hoại các thiết bị sản xuất chính, tức là các thiết bị có yêu cầu thật đặc biệt phải nâng cao tính liên tục cung cấp điện đến tối đa. Đối với hộ loại 1 phải được cung cấp điện với độ tin cậy cao, thường dung hai nguồn đi đến, đường dây hai lộ đến, có nguồn dự phòng, tức là hộ loại 1 phải được cấp điện ít nhất từ hai nguồn độc lập, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất việc mất điện. Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ. - Phụ tải loại 2 (hộ loại 2): Là những hộ tương tự như hộ loại 1, nhưng hậu quả do mất điện gây ra không nghiêm trọng bằng như hộ loại 1, những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện chỉ liên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất được, tức là dẫn đến thiệt hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động Hộ loại 2 bao gồm: các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa, đồ chơi trẻ em v.v…) và thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn v.v….) Phương án cung cấp điện cho hộ loại 2 có thể có hoặc không có nguồn dự phòng, đường dây một lộ hay đường dây kép. Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh giữa vốn đầu tư phải tăng thêm và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện. Thời gian mất điện thường được coi bằng thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay. - Phụ tải loại 3 (hộ loại 3): Là tất cả những hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và loại 2, tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố. Những hộ này thường là các khu nhà ở, các nhà kho, các trường học, hoặc mạng lưới cung cấp điện nông nghiệp. 16
Phương án cung cấp điện cho hộ loại 3 có thể dùng một nguồn điện, hoặc đường dây một lộ. Phân loại một cách đúng đắn hộ tiêu thụ điện năng theo yêu cấu đảm bảo cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn hợp lý sơ đồ cung cấp điện Ngoài ra, các hộ tiêu thụ điện xí nghiệp cũng được phân loại theo chế độ làm việc như sau: a, Loại hộ tiêu thụ có chế độ làm việc dài hạn, khi đó phụ tải không thay đổi hay thay đổi rất ít. Các thiết bị có thể làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép. b, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ của thiết bị đạt đến giá trị quy định cho phép. c, Loại hộ tiêu thụ có chế độ phụ tải ngắn hạn - lập lại, thiết bị làm việc ngắn hạn xen kẽ với thời kỳ nghỉ ngắn hạn. 5. Hệ thống bảo vệ: - Cầu dao - Áp tô mát - Cầu chì - Máy cắt - Chống sét - Rơle 6. Trung tâm điều độ hệ thống điện: Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia là doanh nghiệp Nhà nước, thành viên của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, hoạt động chuyên ngành điều độ vận hành hệ thống điện trên phạm vi cả nước, bao gồm: - Lập phương thức và chỉ huy vận hành hệ thống điện Quốc gia từ các khâu sản xuất, truyền tải đến phân phối điện năng theo quy trình, nhiệm vụ và phân cấp Điều độ của HTĐ Quốc gia được Tổng Công ty Điện lực Việt Nam duyệt. - Chỉ huy vận hành thị trường điện công bằng với tất cả các bên tham gia thị trường, tuân thủ các quy định về thị trường điện, tối thiểu về chi phí vận hành trên toàn hệ thống trên cơ sở đảm bảo các dàng buộc về vận hành hệ thống điện. - Quản lý vận hành và bảo dưỡng hệ thống SCADA/EMS/MS của hệ thống điện Việt Nam. (SCADA: hệ thống giám sát điều khiển và thu thập xử lý dữ liệu; EMS: hệ thống quản lý năng lượng; MS: hệ thống thông tin quản lý thị trường). - Hoạt động tư vấn trong lĩnh vực lập dự án đầu tư công trình và khảo sát thiết kế lắp đặt hệ thống rơ le bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thông máy tính chuyên dụng, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành, các dịch vụ liên quan đến số liệu và tính toán hệ thống điện, thiết bị điện lực, ứng dụng tin học điều khiển vào sản xuất, truyền tài và phân phối năng lượng điện. - Hoạt động thi công xây dựng công trình lắp đặt hệ thống rơ le bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thống máy tính chuyên dụng, hệ thống thông tin viễn thông chuyên ngành. 17
- Hoạt động đào tạo, tính toán, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống rơ le bảo vệ, đo lường tự động hoá hệ thống điện, hệ thống SCADA/EMS/MS, hệ thống máy tính chuyên dụng, hệ thống tin học viễn thông chuyên ngành. - Hoạt động xuất nhập khẩu vật tư thiết bị chuyên dụng và công cụ phục vụ tính toán, điều khiển, vận hành hệ thống điện và vận hành thị trường điện. - Thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào sản xuất. - Tham gia quản lý các dự án chuyên ngành vận hành hệ thống cung cấp điện và vận hành thị trường điện theo phân cấp và nhiệm vụ được giao. Chia làm 3 cấp: - Điều độ trung ương A0 - Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực. - Điều độ các công ty điện lực. 7. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện: Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép. 7.1. Một phương án cung cấp điện xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa mãn những yêu cầu sau: - Độ tin cậy cung cấp điện: Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện. - Chất lượng điện năng: Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu là đảm bảo độ lệch và độ dao động của tần số f và điện áp U Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số theo tiêu chuẩn Việt Nam: + Độ lệch tần số cho phép fcp =  0,5Hz. + Độ lệch điện áp cho phép:  5%Uđm - Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm được ngoại tệ quý và vật tư hiếm, chi phí vận hành hàng năm thấp. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. - Thuận tiện cho vận hành, sửa chữa và bảo trì, đơn giản trong lắp đặt. - Tính linh hoạt, tự động hóa: 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. 7.2. Nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện: Hiện nay khi thiết kế hệ thống cung cấp điện người ta thường dùng phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án. Người thiết kế vạch ra tất cả các phương án có thể có rồi tiến hành so sánh các phương án về phương tiện kỹ thuật để loại trừ các phương án không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật. Sau đây là một số bước chính để thực hiện bản thiết kế kỹ thuật đối với phương án cung cấp điện xí nghiệp: a. Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng và của toàn xí nghiệp hoặc khu chung cư để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện. 18
b. Xác định phương án về nguồn điện. c. Xác định cấu trúc mạng. d. Chọn thiết bị. e. Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người vận hành và thiết bị. f. Tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cụ thể đối với mạng lưới điện sẽ thiết kế (các tổn thất, hệ số cosφ, dung lượng bù…) Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thủ công gồm các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết, … và sơ đồ tổ chức thực hiện công việc lắp đặt các thiết bị điện. Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành thử và bàn giao nhà máy. 8. Hệ thống điện Việt Nam: Hình 10: Tổng quan ngành điện Việt nam Giai đoạn 1954 – 1975: Từ chiến tranh đến thống nhất Đất nước Ngay khi miền Bắc vừa được giải phóng, cán bộ công nhân viên ngành Điện cùng nhau vượt qua khó khăn, khẩn trương xây dựng các công trình nguồn và lưới điện mới, phục vụ tái thiết đất nước. Tuy nhiên, đây là thời kỳ đế quốc Mỹ đánh phá miền Bắc, các cơ sở điện lực là những mục tiêu trọng điểm và đã đương đầu với 1.634 trận đánh phá và chịu nhiều tổn thất. Trong giai đoạn này, Cơ quan quản lý nhà nước đầu tiên chuyên trách lĩnh vực điện là Cục Điện lực trực thuộc Bộ Công Thương đã được thành lập, 2 nhà máy nhiệt điện và thủy điện lớn nhất được xây dựng trong giai đoạn này là Uông Bí và Thác Bà góp phần quan trọng nâng 19
tổng công suất nguồn điện toàn quốc đạt 1.326,3MW, tăng đến 42 lần so với vẻn vẹn 31,5MW vào tháng 10/1954. Giai đoạn 1976 – 1994: Khôi phục và xây dựng nền tảng Ngành Điện đã tập trung phát huy nội lực phát triển nguồn, lưới điện theo quy hoạch, từng bước đáp ứng đủ nhu cầu điện cho sự nghiệp đổi mới, phát triển đất nước. Để thực hiện các tổng sơ đồ phát triển điện lực Chính phủ đã phê duyệt, ngành Điện khẩn trương xây dựng Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại (440 MW), Nhà máy Thủy điện Hòa Bình (1.920 MW), tăng nguồn điện ở miền Bắc lên gần 5 lần, là bước ngoặt lớn về lượng và chất trong cung cấp điện ở miền Bắc. Ở phía Nam, Nhà máy Thủy điện Trị An (400 MW) đã nâng tổng công suất ở miền Nam lên 1.071,8 MW, đảm bảo nguồn điện cung cấp cho khu vực có mức tăng trưởng cao nhất trong cả nước. Về lưới điện, hàng loạt các đường dây và trạm biến áp 220 kV như đường dây 220kV Thanh Hóa – Vinh, Vinh – Đồng Hới, đường dây 110kV Đồng Hới – Huế - Đà Nẵng… cũng được khẩn trương xây dựng và vận hành. Đặc biệt, trong giai đoạn này, việc hoàn thành đường dây 500 kV Bắc – Nam với tổng chiều dài 1.487 km và 4 trạm biến áp 500 kV đã mở ra một thời kỳ mới cho hệ thống điện thống nhất trên toàn quốc. Đây là giai đoạn vô cùng quan trọng khi mà hiệu quả khai thác nguồn điện được nâng cao, nhờ đó lực lượng cơ khí điện, lực lượng xây lắp điện, lực lượng tư vấn thiết kế,… cũng trưởng thành nhanh chóng. Giai đoạn 1995 – 2002: Hoàn thiện và phát triển Thời điểm điện năng được xác định là một ngành kinh tế mũi nhọn, có vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Lịch sử ngành điện ghi nhận dấu ấn ngày 27/01/1995, Chính phủ ban hành Nghị định số 14/NĐ- CP thành lập Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) là đơn vị điều hành toàn bộ công việc của ngành Điện. Ngành điện chính thức có bước ngoặt trong đổi mới, chuyển sang cơ chế thị trường có sự quản lý của Nhà nước. Trong giai đoạn này, nhiều biện pháp huy động vốn trong và ngoài nước được đưa ra nhằm tăng cường xây dựng và đưa vào vận hành nhiều công trình trọng điểm như Nhà máy thủy điện Ialy (720 MW), Nhà máy thủy điện Hàm Thuận – Đa mi (475 MW), nâng cấp công suất Nhà máy nhiệt điện Phả Lại lên 1.000 MW,… Đặc biệt, việc hoàn thành xây dựng Trung tâm Điện lực Phú Mỹ đã đưa trên 2.000 MW vào vận hành và phát điện, nâng tổng công suất lắp đặt toàn hệ thống điện lên 9.868 MW, giảm áp lực cung ứng điện cho sự phát triển nhanh chóng của khu vực miền Nam. Mạng lưới truyền tải điện cũng được nâng cấp với hàng ngàn km đường dây và trạm biến áp 220 kV, 110 kV cùng đường dây 500 kV Bắc – Nam mạch 2. Giai đoạn 2003 – 2005: Tái cơ cấu Từ năm 2003, ngành công nghiệp điện Việt Nam được tổ chức lại nhiều lần nhằm đảm bảo vận hành thống nhất và ổn định hệ thống điện trong cả nước. EVN chuyển đổi mô hình quản lý, trở thành tập đoàn kinh tế mũi nhọn của nền kinh tế, 20