CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Mã chương: MH12-01 Thời gian: 06 giờ (LT: 02; TH: 0; Tự học: 04) Giới thiệu: Nội dung chương này cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về hệ thống điện như: đặc điểm của năng lượng điện; phân loại mạng lưới điện; các loại nhà máy điện và phân loại hộ tiêu thụ. Mục tiêu: - Biết được các loại nguồn năng lượng tự nhiên, các nguồn năng lượng điện; - Phân tích được đặc điểm các loại mạng lưới điện, hộ tiêu thụ điện; - Xác định đúng các loại mạng lưới điện, hộ tiêu thụ điện và đọc đúng các ký hiệu trong bản vẽ cung cấp điện; - Rèn luyện ý thức học tập nghiêm túc, ý thức tự học, tự nghiên cứu. Khái quát về nguồn năng lượng tự nhiên và năng lượng điện 1. Năng lượng tự nhiên Các nguồn năng lượng trong thiên nhiên như: than đá, dầu khí, nguồn nước của các dòng sông và biển cả, nguồn phát nhiệt lượng vô cùng phong phú của mặt trời và ở trong lòng đất, các luồng khí chuyển động, gió v.
đó là những nguồn năng lượng rất tốt và quí giá đối với con người. Tuy các nguồn năng lượng tự nhiên rất dồi dào nhưng đây là nguồn năng lượng không khống chế được. Năng lượng điện Năng lượng điện (điện năng) hiện nay đã là một dạng năng lượng rất phổ biến, sản lượng hằng năm trên thế giới ngày càng tăng và chiếm hàng nghìn tỷ kWh. Sở dĩ điện năng được thông dụng như vậy vì nó có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác (cơ, hoá, nhiệt v.), dễ chuyển tải đi xa, hiệu suất lại cao và là đây là nguồn năng lượng có thể khống chế được.
Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có một số đặc điểm chính sau: Khác với hầu hết các loại sản phẩm, điện năng sản xuất ra nói chung không tích trữ được (trừ một vài trường hợp cá biệt với công suất rất nhỏ người ta dùng pin và ắc quy làm bộ phận tích trữ). Tại mọi thời điểm, 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. Đặc điểm này cần quán triệt trong nhiệm vụ quy hoạch, thiết kế hệ thống cung cấp điện, nhằm giữ vững chất lượng điện năng, thể hiện ở giá trị điện áp và tần số. 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 300.000 km/s, quá trình sóng sét lan truyền, quá trình quá độ, ngắn mạch xảy ra rất nhanh (trong vòng nhỏ hơn 1/10 giây).
Đặc điểm này đòi hỏi phải sử dụng thiết bị tự động trong vận hành. Bao gồm các khâu bảo vệ, điều chỉnh và điều khiển, tác động trong trạng thái bình thường và sự cố, nhằm đảm bảo hệ thống điện làm việc tin cậy và kinh tế. Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân (khai thác mỏ, 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.
Quán triệt đặc điểm này sẽ xây dựng được những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hóa đối với các ngành kinh tế các vùng lãnh thổ khác nhau; mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải phân phối, nhằm đáp ứng sự phát triển cân đối, tránh được những thiệt hại kinh tế quốc dân do phải hạn chế nhu cầu của hộ dùng điện. Điện năng được sản xuất chủ yếu dưới dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại 3 Mỹ và Canada) hay 50Hz (tại Việt Nam và các nước khác). Mạng lưới điện 1. Khái quát về hệ thống điện Hệ thống điện cơ bản gồm có: nguồn điện, truyền tải điện và tiêu thụ điện.
- Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử v.v…) và các trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.v…) - Tiêu thụ điện bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện năng trong các lĩnh vực kinh tế và đời sống: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải, thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt. Để truyền tải điện từ nguồn phát đến các hộ tiêu thụ người ta sử dụng lưới điện. - Lưới điện bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp. Lưới điện Việt Nam hiện tại có các cấp điện áp: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV; 110kV; 220kV và 500kV.
Tuy nhiên một số chuyên gia cho rằng, trong tương lai lưới điện Việt Nam chỉ nên tồn tại năm cấp điện áp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV và 500kV. Hệ thống điện ngày nay là một mạng lưới liên kết phức tạp (hình 1.1) và có thể chia ra làm 4 phần: Nhà máy điện Mạng truyền tải – truyền tải phụ Mạng phân phối Phụ tải điện Hình 1. Sơ đồ nguyên lý một hệ thống điện cơ bản 4 1. Các nhà máy điện đặc trưng a.
Nhà máy thủy điện (NMTĐ) Nguyên lý biến đổi năng lượng: Thủy năng Cơ năng Điện năng. Nguyên lý cơ bản của nhà máy thủy điện là sử dụng năng lượng dòng nước làm quay trục tuốc bin thủy lực để quay máy phát điện. Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Nguyên lý biến đổi năng lượng: Nhiệt năng Cơ năng Điện năng. Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT) Nguyên lý biến đổi năng lượng: Nhiệt năng Cơ năng Điện năng.
Nhà máy điện nguyên tử cũng tương tự như nhà máy nhiệt điện về phương diện biến đổi năng lượng, nhưng NMĐNT nhiệt năng sinh ra do phân hủy hạt nhân (phản ứng hạt nhân nguyên tử) sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng biến thành điện năng. Ở nhà máy điện nguyên tử, nhiệt năng thu được không phải bằng cách đốt cháy các nhiên liệu hữu cơ mà 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.
Nhà máy điện dùng năng lượng bức xạ mặt trời Nguyên lý cơ bản đó là chuyển đổi năng lượng nhiệt của mặt trời thành điện năng có thể được thực hiện theo hai phương thức: - Phương thức thứ nhất của nhà máy dùng bức xạ mặt trời là hệ thống làm việc như một nhà máy nhiệt điện, mà trong đó lò hơi được thay bằng hệ thống kính hội tụ thu nhận nhiệt bức xạ mặt trời để tạo hơi nước quay tua-bin. - Phương thức thứ hai là chuyển đổi quang năng thành điện năng dưới dạng pin mặt trời. Pin mặt trời biến đổi trực tiếp bức xạ năng lượng mặt trời thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt. Nhà máy năng lượng địa nhiệt Nguyên lý: 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 một máy phát điện, từ đó năng lượng địa nhiệt biến thành năng lượng điện. Nhà máy điện dùng sức gió (nhà máy phong điện) Nguyên lý biến đổi năng lượng: Phong năng Cơ năng Điện năng. 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 điện, sản xuất ra điện năng. Các loại mạng lưới điện a. Phân loại theo tiêu chuẩn về loại dòng điện: Mạng lưới điện xoay chiều Mạng lưới điện một chiều. Phân loại theo chuẩn điện áp: Mạng lưới điện siêu cao áp: là mạng điện có Uđm ≥ 330 kV Mạng lưới điện cao áp là: mạng điện có Uđm = 3kV ÷ 220 kV Mạng lưới điện hạ áp: là mạng điện có Uđm 1 kV.
Theo chuẩn điện áp Việt Nam hiện tại có các loại mạng lưới điện: Mạng lưới điện siêu cao áp (500kV) Mạng lưới điện cao áp (110kV, 220kV) Mạng lưới điện trung áp (35kV, 22kV, 10kV, 6kV) Mạng lưới điện hạ áp ( dưới 0,4kV). Phân loại theo hình dáng sơ đồ mạng điện: - Mạng điện hở: Là loại mạng điện mà hộ tiêu thụ chỉ nhận điện từ một phía. Mạng này vận hành đơn giản, dễ tính toán nhưng mức bảo đảm cung cấp điện thấp. Sơ đồ nguyên lý mạng điện hở - Mạng điện kín: Là loại mạng điện mà hộ tiêu thụ nhận điện từ ít nhất là hai phía.
Mạng điện này tính toán khó khăn, vận hành phức tạp, nhưng mức đảm bảo cung cấp điện cao. Sơ đồ nguyên lý mạng điện kín d. Phân loại theo nhiệm vụ, chức năng của mạng điện: - Mạng điện truyền tải và truyền tải phụ: (mạng lưới điện cung cấp) 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 (theo tiêu chuẩn ASNI) là 69kV, 115kV, 138kV, 161kV, 230kV, 345kV, 500kV và 765kV. Điện áp truyền tải trên 230 kV thường được coi là siêu cao áp.
Mạng lưới điện cung cấp Việt Nam hiện nay có điện áp: 110kV; 220kV và 500kV. - Mạng điện phân phối: Là phần kết nối giữa 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 được cung cấp từ máy biến áp, giảm điện áp cung cấp xuống 400/240V sử dụng ba pha 4 dây.
6 Mạng lưới điện phân phối Việt Nam hiện nay có điện áp: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV và 35kV. Phân loại theo phạm vi cấp điện: Mạng lưới điện khu vực và mạng lưới điện địa phương.