MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương V. Phân loại mạng điện - những yêu cầu kinh tế kỹ thuật của mạng điện V. Phân loại mạng điện: Có 3 cách phân loại sau: - Theo cấp quản lý người ta chia ra các mạng sau: + Mạng điện khu vực + Mạng điện dịa phương + Mạng điện đô thị + Mạng điện nông thôn hoặc xí nghiệp - Theo hình dạng kêt cấu: Ta có mạng hở, mạng kín, mạng hình tia hoặc mạng rẽ nhánh v.v … - Theo cấp điện áp có thể chia thành: Mạng hạ thế, mạng trung thế, mạng cao thế, mạng siêu cao thế và mạng cực cao. Ngoài ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng một chiều, mạng xoay chiều v.
Những yêu cầu kinh tế kỹ thuật của mạng điện - Điện áp phải phù hợp - Cung cấp điện liên tục đầy đủ cho các loại hộ dùng điện. - Đảm bảo chất lượng điện năng - Kinh tế phải hợp lý. Các loại sơ đồ cung cấp điện thông dụng V. Mạng cao áp Để cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải thường sử dụng một số loại sơ đồ chính sau đây: - Cung cấp điện theo sơ đồ hình tia (hình V.1) 72 CDCL CDCL 35110k MCPĐ v MC MC MC MCLL MC 6-10kv MC MC MC MC MC MC Hình V-1: Sơ đồ cung cấp điện hình tia Sơ đồ hình tia là sơ đồ mà ở đó điện năng từ nguồn cung cấp truyền thẳng đến các trạm biến áp phân xưởng.
Nguồn cung cấp có thể là trạm biến áp chính, trạm phân phối hay nhà máy điện tự dùng. Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau. Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ vận hành và bảo quản. Nhược điểm là vốn đầu tư lớn.
Do vậy nó được dùng để cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại I, II. - Cung cấp điện theo sơ đồ mạch vòng kín (hình V-2) 6/0,4kv 35/6kv 6/0,4kv 73 Hình V-2: Sơ đồ cung cấp điện mạch vòng kín Trong chế độ vận hành bình thường thì vòng sẽ được hở ra tại một trạm nào đó phía cao áp. Mỗi phụ tải được lấy trên các phân đoạn 6 kV khác nhau. Khi sự cố một nhánh các phụ tải cần thiết sẽ chuyển sang lấy điện ở phân đoạn 6 kv còn lại.
Sơ đồ này thường dùng cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại II,III ở các mỏ lộ thiên. - Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính (hình V-3) A A A Hình V-3: Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính Ở sơ đồ này mỗi trạm được trang bị tối thiểu 2 máy biến áp, thanh cái phân đoạn ở cả 2 cấp điện áp hoặc chỉ ở thanh cái điện áp thấp, đồng thời được cung cấp từ hai đường dây chính. Mạng điện áp thấp Thường sử dụng các sơ đồ nối dây chính sau: - Sơ đồ hình tia:(hình V- 4.a,b) a- Cung cấp điện cho b- Cung cấp điện cho các phụ tải tập trung các phụ tải phân tán Hình V- 4: Sơ đồ hình tia 74 - Sơ đồ dạng phân nhánh (sơ đồ dạng trục chính). a, b) 6/0,4kv Hình V-5: a- Sơ đồ phân nhánh có thanh cái 6/0,4kv Hình V-5: b- Sơ đồ phân nhánh máy biến áp - trục chính Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, thì có nhiều điểm tiêu thụ hay nhiều điểm phân phối được cung cấp từ các vị trí khác nhau trên trục chính này.
Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ thì mỗi phần tử của mạng điện do có tổng trở đều gây nên tổn thất công suất và tổn thất điện áp. Tổn thất công suất gây ra tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém. Tổn thất điện áp tạo nên điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng đến chất lượng điện. Tổn thất công suất trên đường dây a.
Tổn thất công suất trên đường dây có một phụ tải tập trung. A B P,Q,cos Hình V-6 75 Giả sử có một đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho một phụ tải tập trung có công suất (P,Q) và hệ số công suất cos. Như ta đã biết: Khi có dòng điện 3 pha chạy qua dây dẫn có tổng trở Z = R+j X thì tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng là: S2 P2 Q2 P = 3. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều I 2 1 dl l I0 L Hình V- 6 Nếu đường phân phối có phụ tải phân bố đều như đường dây chiếu sáng ngoài đường chẳng hạn thì để tính tổn thất, ta xét một vi phân phân tố chiều dài dây dẫn dl (như hình vẽ ) cách điểm cuối của đường dây là l thì tổn hao công suất trên nó là dP được xác định theo công thức: dP = 3.R (V-5) Rõ ràng tổn thất trên đường dây có phụ tải phân bố đều, bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có phụ tải tập trung nhưng đặt ở cuối đường dây.
Tổn thất công suất trong máy biến áp (chủ yếu khảo sát trong máy biến áp hai cuộn dây) Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất trong lõi thép hay tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn hao đồng). * Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng tổn thất không tải.S do đó : S0 = P0+j 0 dm ; (V-8) 100 trong đó: P0 = PFe- Tổn thất công suất tác dụng không tải chính bằng tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép. *Tổn thất công suất trong máy biến áp khi mang tải là định mức: - Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi tải là định mức: Pcd đm= Pk; - Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây khi tải là định mức: U pk %.S dm Qcd đm= Qk= ; (V-9) 100 trong đó: Upk%- Thành phần điện áp phản kháng của điện áp ngắn mạch, % - Đối với máy biến áp có công suất Sđm 1000 KVA do xba rba thì tổn thất công suất phản kháng định mức trong dây quấn máy biến áp được xác định: U N %.Sdm Qcd đm= ; (V-10) 100 Vì khi máy biến áp làm việc thì phụ tải của máy biến áp (S pt) thường khác với dung lượng định mức của máy biến áp, nên khi xác định tổn thất trong máy biến áp cần chu ý đến hệ số mang tải: kmt= Spt/ Sđm = Ipt/ Iđm; (V-11) Khi đó tổn thất trong các cuộn dây là: U pk %.S dm Scuộndây = k mt2 .Pk+j k mt2 ; (V-12) 100 - Do vậy, tổn thất công suất trong máy biến áp khi phụ tải bất kỳ sẽ được xác định theo công thức: I %.S dm ST = ( P0 + k mt2 .Pk)+j ( 0 + k mt2 ); (V-13) 100 100 Vậy: ST = PT+j QT; (V-14) với : PT = P0 + k mt2 .Pk; (V-15) QT = Q0 + k mt2. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp a.
Xác định thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax và thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất . Điện năng tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải và thời gian vận hành. Song trong quá trình vận hành, phụ tải luôn biến đổi, vì vậy để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta giả thiết phụ tải luôn không thay đổi và bằng phụ tải lớn nhất. Do vậy thời gian dùng điện lúc này là thời gian tuơng đương về phưong diện tiêu thụ điện năng.
Với giả thiết như trên thì thời gian dùng điện ở phụ tải lớn nhất này (thường lấy bằng phụ tải tính toán ) đựơc gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, ký hiệu là Tmax. Từ đồ thị vẽ đường cong phụ tải hình V-7, ta định nghĩa: I I(t) I2(t) 2 I tbbp 2 I max Imax 0 t Tmax t Hình V-7 t 8760 h t 8760 h It .dt Tmax= 0 Imax.Tmax= ; (V-17) 0 I max Vậy: Nếu ta giả thiết rằng ta luôn sử dụng phụ tải lớn nhất và không đổi thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ tải đó tiêu thụ một lượng điện năng bằng lượng điện năng do phụ tải thực tế ( biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc được gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Đối với xí nghiệp làm việc một ca: Tmax= 1500 2000 h Đối với xí nghiệp làm việc hai ca: Tmax= 3000 4500 h Đối với xí nghiệp làm việc ba ca: Tmax= 5000 7000 h + Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất là thời gian nếu trong đó mạng điện 78 mang tải lớn nhất sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên mạng điện trong một năm. Cũng từ đồ thị trên ta định nghĩa: t 8760 h I t .dt 2 0 = ; (V-18) I 2 max từ ta có thể xác định dòng điện trung bình phương I tbbp.
Dòng điện trung bình bình phương được xác định như sau: t 8760 h I t .dt , do đó : I tbbp 0 2 I tbbp .t 2 ; (V-19) 0 t 8760h từ trên ta cũng có: 2 I max .t ; (V-20) vậy: I tbbp I max. ; (V-21) t 8760 trị số có thể xác định theo đồ thị quan hệ: từ = f(Tmax,cos ) như hình vẽ: cos = 0,7 3 cos = 0,8 2 1 cos =1 Tmax Hình V- 8 Và cũng có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Kezevit sau: = (0,124+ Tmax. Tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp. * Tổn thất điện năng trên đường dây: Tổn thất điện năng trên đường dây đựơc xác định như sau: Add= Pdd.h]; (V-23) trong đó: Pdd- Là tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây với phụ tải tính toán.
- Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất. 79 * Tổn thất điện năng trong máy biến áp: - Đối với trạm biến áp có một máy biến áp thì tổn thất điện năng được xác định theo công thức: S pt max AT = P0.h]; (V-24) S dm nếu máy biến áp làm việc liên tục trong một năm t =8760h; - Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song thì tổn thất điện áp đựợc tính theo công thức: 1 S pt max 2 AT = n.