Giáo Trình Cung Cấp Điện: Nội Dung và Tầm Quan Trọng

Giáo trình nghiên cứu cung cấp điện, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Tác giả: Đỗ Như Trường
• Trường học: Trường Cao Đẳng Ngoại ngữ - Công nghệ Việt Nhật
• Chuyên ngành: Cung Cấp Điện
• Đề tài: Giáo Trình Cung Cấp Điện: Kiến Thức Cơ Bản và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: giáo trình

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN
• 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
• 1.2. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỰC NÔNG THÔN
• 1.3. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỰC CÔNG NGHIỆP
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT
• 3. CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN
• 4. CHƯƠNG 4: NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Cung Cấp Điện Kiến Thức Cơ Bản

Giáo trình cung cấp điện là tài liệu quan trọng trong việc đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư trong lĩnh vực điện. Nội dung giáo trình bao gồm các khái niệm cơ bản về hệ thống điện, từ nguồn điện đến tiêu thụ điện. Việc hiểu rõ về hệ thống điện giúp nâng cao hiệu quả sử dụng điện và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

1.1. Hệ thống điện và vai trò của nó trong đời sống

Hệ thống điện bao gồm nguồn điện, truyền tải và tiêu thụ. Nguồn điện có thể là thủy điện, nhiệt điện hoặc năng lượng tái tạo. Vai trò của hệ thống điện là cung cấp năng lượng cho các hoạt động sản xuất và sinh hoạt hàng ngày.

1.2. Tầm quan trọng của giáo trình cung cấp điện

Giáo trình cung cấp điện không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành cần thiết. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh nền kinh tế đang phát triển và nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng.

II. Những thách thức trong việc cung cấp điện hiện nay

Việc cung cấp điện hiện nay đối mặt với nhiều thách thức như sự gia tăng nhu cầu sử dụng điện, sự lão hóa của cơ sở hạ tầng và các vấn đề về an toàn điện. Những thách thức này đòi hỏi các giải pháp hiệu quả để đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn.

2.1. Gia tăng nhu cầu sử dụng điện

Nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng do sự phát triển của công nghiệp và đô thị hóa. Điều này đặt ra áp lực lớn lên hệ thống cung cấp điện, yêu cầu phải có kế hoạch phát triển hợp lý.

2.2. An toàn điện trong hệ thống cung cấp

An toàn điện là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế và vận hành hệ thống điện. Việc tuân thủ các quy định an toàn giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

III. Phương pháp tính toán phụ tải điện hiệu quả

Tính toán phụ tải điện là một phần quan trọng trong thiết kế hệ thống cung cấp điện. Việc xác định chính xác phụ tải giúp lựa chọn thiết bị phù hợp và đảm bảo hiệu quả kinh tế trong đầu tư.

3.1. Các phương pháp xác định phụ tải điện

Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện như phương pháp thống kê, phương pháp dự báo và phương pháp mô phỏng. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, cần lựa chọn phù hợp với từng trường hợp cụ thể.

3.2. Tính toán tổn thất điện áp và công suất

Tổn thất điện áp và công suất là yếu tố quan trọng trong thiết kế lưới điện. Việc tính toán chính xác giúp tối ưu hóa hệ thống và giảm thiểu tổn thất, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng điện.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giáo trình cung cấp điện

Giáo trình cung cấp điện không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp và đời sống. Việc áp dụng kiến thức từ giáo trình giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm năng lượng.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Trong ngành công nghiệp, việc áp dụng các kiến thức về cung cấp điện giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí và nâng cao năng suất lao động.

4.2. Ứng dụng trong sinh hoạt hàng ngày

Kiến thức về cung cấp điện cũng rất hữu ích trong sinh hoạt hàng ngày, giúp người dân sử dụng điện một cách an toàn và hiệu quả, từ đó tiết kiệm chi phí điện năng.

V. Kết luận và tương lai của giáo trình cung cấp điện

Giáo trình cung cấp điện sẽ tiếp tục được cập nhật và hoàn thiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Tương lai của giáo trình sẽ tập trung vào việc tích hợp công nghệ mới và các giải pháp bền vững trong cung cấp điện.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ trong cung cấp điện

Công nghệ mới như điện mặt trời, điện gió và các giải pháp lưu trữ năng lượng sẽ được tích cực nghiên cứu và áp dụng trong giáo trình, nhằm nâng cao hiệu quả và tính bền vững.

5.2. Tầm nhìn tương lai cho ngành cung cấp điện

Ngành cung cấp điện sẽ hướng tới việc phát triển các hệ thống thông minh, giúp tối ưu hóa việc sử dụng và quản lý năng lượng, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng.

Nội dung chính

Giáo trình Cung cấp điện – Đỗ Như Trưởng

Tổng quan về giáo trình

• Môn học và vị trí trong chương trình đào tạo: Giáo trình Cung cấp điện do tác giả Đỗ Như Trưởng biên soạn theo kế hoạch đào tạo và chương trình môn học của Trường Cao đẳng Ngoại ngữ - Công nghệ Việt Nhật. Môn học giữ vị trí chuyên ngành nòng cốt trong chương trình đào tạo khối kỹ thuật điện - điện tử, cung cấp kiến thức nền tảng về thiết kế, tính toán và vận hành mạng lưới phân phối điện năng cho các khu vực kinh tế, khu chế xuất, xí nghiệp công nghiệp và khu dân cư nông thôn - đô thị.
• Mục tiêu học tập (Learning outcomes): Sau khi hoàn thành giáo trình, người học có năng lực:
  1. Xác định và tính toán chính xác phụ tải điện cho các đối tượng công nghiệp, nông nghiệp và dân dụng qua từng giai đoạn thiết kế.
  2. Xây dựng sơ đồ thay thế, tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây và trạm biến áp.
  3. Lựa chọn và kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật của khí cụ điện trung - hạ áp (máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, cầu chì, áptômát) và tiết diện dây dẫn/cáp.
  4. Thực hiện các giải pháp nâng cao hệ số công suất và thiết kế mạng điện chiếu sáng kỹ thuật.
• Cấu trúc và cách tiếp cận: Giáo trình được cấu trúc thành 5 chương chuyên đề. Cách tiếp cận đi từ tổng quan hệ thống điện (nguồn, truyền tải, tiêu thụ) và 4 yêu cầu kỹ thuật then chốt (độ tin cậy, chất lượng điện năng, kinh tế, an toàn), sau đó triển khai tuần tự từ khâu dự báo nhu cầu phụ tải đến thuật toán tính toán thông số lưới và lựa chọn thiết bị cụ thể.
• Điểm đặc sắc của giáo trình: Nội dung gắn liền với thực tiễn lưới điện Việt Nam (các cấp điện áp $0{,}4\text{ kV} \div 500\text{ kV}$), kết hợp chặt chẽ giữa công thức giải tích chuẩn mực và các bảng tra thông số kỹ thuật thực tế của các nhà sản xuất thiết bị điện trong và ngoài nước.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 5 chương chuyên biệt với sự phát triển logic theo quy trình thiết kế hệ thống cung cấp điện:

• Chương 1: Tính toán phụ tải điện. Phân biệt khái niệm phụ tải tính toán và phụ tải thực tế. Trình bày phương pháp tính toán phụ tải khu vực nông thôn (trạm bơm tiêu/tưới với thang công suất $14\text{ kW} \div 100\text{ kW}$, trường học với suất phụ tải $P_0 = 15 \div 20\text{ W/m}^2$, ánh sáng sinh hoạt gia đình $P_0 = 0{,}5 \div 0{,}8\text{ kW/hộ}$). Xác định phụ tải công nghiệp qua 3 giai đoạn: giai đoạn dự án khả thi (theo suất phụ tải diện tích $s_0 = 100 \div 400\text{ kVA/ha}$ hoặc suất tiêu hao điện năng $a$ theo sản lượng $M$ và thời gian $T_{\max}$); giai đoạn xây dựng nhà xưởng (theo hệ số nhu cầu $k_{nc}$, công suất đặt $P_đ$, diện tích chiếu sáng $P_{cs} = P_0 \cdot D$); và giai đoạn thiết kế chi tiết (tính theo công suất trung bình $P_{tb}$, hệ số cực đại $k_{\max}$, số thiết bị dùng điện hiệu quả $n_{hq}$, quy đổi thiết bị 1 pha về 3 pha và chế độ ngắn hạn lặp lại $k_đ%$).
• Chương 2: Tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng. Xây dựng sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây tải điện ($Z, G, B$, cho phép bỏ qua $G, B$ khi $U \le 35\text{ kV}$) và máy biến áp (sơ đồ hình $\Gamma$ với $R_B, X_B, \Delta P_0, \Delta Q_0$). Thiết lập công thức tính toán tổn thất điện áp $\Delta U = (PR + QX)/U_{đm}$ cho đường dây 1 phụ tải, $n$ phụ tải liên thông và đường dây phân nhánh. Tính toán tổn thất công suất $\Delta \dot{S} = \frac{P^2 + Q^2}{U_{đm}^2}(R + jX)$ trên đường dây và trạm biến áp (trạm 1 máy và trạm 2 máy làm việc song song).
• Chương 3: Lựa chọn các thiết bị điện trong lưới cung cấp điện. Thiết lập tiêu chuẩn chọn và kiểm tra máy biến áp (theo điều kiện bình thường và quá tải sự cố $k_{qt} = 1{,}4$, hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường $k_{hc}$); máy cắt điện (MC, MCHB, MCPT), dao cách ly (DCL) và cầu chì (CC) trung/hạ áp theo điều kiện ổn định động ($I_{ođđ} \ge i_{xk}$) và ổn định nhiệt ($I_{ođnh} \ge I_\infty \sqrt{t_{qđ}/t_{nh.đm}}$); lựa chọn áptômát và áptômát chống rò dòng ($30\text{ mA}, 300\text{ mA}$); lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo mật độ kinh tế dòng điện $J_{kt}$, tổn thất điện áp cho phép $\Delta U_{cp}$, và dòng phát nóng lâu dài cho phép $I_{cp}$.
• Chương 4: Nâng cao hệ số công suất. Trình bày ý nghĩa của hệ số công suất $\cos\varphi$ và các giải pháp bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất kỹ thuật trong lưới cung cấp điện.
• Chương 5: Tính toán chiếu sáng. Phương pháp thiết kế, tính toán quang thông và bố trí hệ thống chiếu sáng công nghiệp và dân dụng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết hệ thống điện và mô hình hóa: Phân loại phụ tải theo độ tin cậy cung cấp điện (Hộ loại 1: an ninh, kinh tế lớn; Hộ loại 2: xí nghiệp tiêu dùng, dịch vụ; Hộ loại 3: sinh hoạt). Quy chuẩn chất lượng điện áp ($\delta U \le \pm 5%$) và tần số $f$.
• Mạch điện tương đương và giải tích tổn thất: Phương pháp tính toán thông số mạng hình tia, mạch liên thông và mạch phân nhánh; xác định tổng trở đường dây $Z = r_0 l + j x_0 l$ và tổng trở máy biến áp từ các tham số thí nghiệm ngắn mạch ($\Delta P_N, U_N%$) và không tải ($\Delta P_0, I_0%$).
• Hiện tượng vật lý và chế độ ngắn mạch: Phân tích quá trình phát nóng dây dẫn, từ hóa lõi thép, hiện tượng vầng quang điện trên đường dây cao áp, và xung lực điện động của dòng điện ngắn mạch xung kích $i_{xk} = 1{,}8\sqrt{2} I_N$.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Quy đổi công suất thiết bị 1 pha sang 3 pha ($P_{qđ} = 3 P_{đm}^*$ hoặc theo điện áp dây), chuyển đổi chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại sang dài hạn ($P_{qđ} = P_{đm}\sqrt{k_đ%}$), tính toán và tra cứu thông số phụ lục cáp/dây AC ($r_0, x_0$).
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): So sánh và đánh giá các phương án cấp điện dựa trên mối quan hệ mâu thuẫn giữa vốn đầu tư ban đầu và phí tổn vận hành; kiểm tra chế độ vận hành bình thường và sự cố (đứt 1 lộ đường dây kép).
• Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Đọc - vẽ ký hiệu quy ước trên sơ đồ cấp điện; tra cứu catalog thiết bị thực tế; tính toán lập bảng lựa chọn và kiểm tra khí cụ đóng cắt hạ áp và trung áp.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

• Cách tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giáo trình áp dụng phương pháp định lượng kỹ thuật, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích mạch và thuật toán quy chuẩn từng bước. Mỗi chủ đề lý thuyết được minh họa trực tiếp bằng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ thay thế mạch phức và bảng thông số tra cứu cụ thể.
• Bài tập mẫu và tình huống kỹ thuật (Case studies): Các ví dụ được xây dựng bám sát thực tế sản xuất và sinh hoạt:
  • Chương 1: Bài toán tính phụ tải trường học 2 tầng ($6\text{ phòng/tầng}$, $S=80\text{ m}^2$), tính phụ tải toàn xã nông nghiệp (gồm 3 thôn, trường PTCS và trạm bơm $33\text{ kW}$), phụ tải khu chế xuất công nghiệp nặng diện tích $80\text{ ha}$, nhà máy sản xuất xe đạp $10.000\text{ chiếc/năm}$, xưởng sửa chữa ô tô $200\text{ kW}$, nhóm máy công cụ hỗn hợp (cầu trục, biến áp hàn, quạt gió, máy mài, máy tiện).
  • Chương 2: Tính toán kiểm tra $\Delta U$ cho đường dây trên không $10\text{ kV}$ dùng dây AC-50 cấp cho 2 xí nghiệp khi vận hành bình thường và khi đứt 1 lộ dây; tính tổn thất công suất cho trạm biến áp $1\times 1000\text{ kVA}$ và trạm $2\times 1000\text{ kVA}-22/0{,}4\text{ kV}$ (Công ty Thiết bị điện Đông Anh).
  • Chương 3: Chọn máy biến áp khu chung cư ($S_{tt} = 300\text{ kVA}$), trạm biến áp luyện kim ($1200\text{ kVA}$); chọn bộ dao cắt phụ tải và cầu chì ống (ABB/Siemens) cho trạm $1000\text{ kVA}-22/0{,}4\text{ kV}$; chọn dao cách ly - cầu chì (Siemens) cho trạm $320\text{ kVA}-10/0{,}4\text{ kV}$; chọn áptômát Clipsal cho căn hộ $6\text{ kW}$.
• Bài tập thực hành tự giải (Practical exercises): Cung cấp hệ thống bài tập cuối chương với thông số kỹ thuật đầy đủ (tính phụ tải trường dạy nghề có xưởng cơ khí $150\text{ kW}$, ký túc xá; kiểm tra $\Delta U$ đường dây liên thông 3 phụ tải dùng dây AC-70, đường dây phân nhánh 4 phụ tải dùng dây AC-50).
• Phương pháp đánh giá (Assessment methods): Kiểm tra năng lực qua các bài tập tính toán thiết kế mạng điện phân phối, kiểm tra khả năng tra cứu bảng phụ lục thông số và hoàn thành đồ án môn học cung cấp điện.
• Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Người học cần nắm vững phương pháp biểu diễn số phức trong tính toán phụ tải ($P + jQ$), tuần tự giải lại các ví dụ mẫu từng bước trước khi giải bài tập tự luyện cuối chương, đồng thời rèn luyện kỹ năng tra cứu thông số phụ lục ($n_{hq}^*, k_{\max}, r_0, x_0$).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Quy chuẩn cấp điện áp thực tế: Giáo trình cập nhật hiện trạng phân loại lưới điện tại Việt Nam gồm 8 cấp điện áp ($0{,}4\text{ kV}, 6\text{ kV}, 10\text{ kV}, 22\text{ kV}, 35\text{ kV}, 110\text{ kV}, 220\text{ kV}, 500\text{ kV}$) và định hướng quy hoạch chuẩn hóa 5 cấp điện áp ($0{,}4\text{ kV}, 22\text{ kV}, 110\text{ kV}, 220\text{ kV}, 500\text{ kV}$).
• Dữ liệu thiết bị từ các nhà sản xuất thực tế: Tích hợp số liệu thông số kỹ thuật, ký hiệu và mã sản phẩm từ các nhà chế tạo phổ biến trong ngành điện:
  • Máy biến áp: Công ty Thiết bị điện Đông Anh (máy $1000\text{ kVA}-22/0{,}4\text{ kV}$, $750\text{ kVA}-11/0{,}4\text{ kV}$), Siemens (dòng 4JB 5444 - 3LA), ABB ($315\text{ kVA}-22/0{,}4\text{ kV}$), Chongqing (dòng 8CB8).
  • Khí cụ đóng cắt và bảo vệ: Dao cắt phụ tải ABB (loại NPS 24 B1/A1), cầu chì ống Siemens (loại 3GD1 406 4B), dao cách ly Siemens (loại 3DC 12), áptômát Clipsal (loại G4CB 1040).
• Tính toán thích ứng với điều kiện vận hành tại Việt Nam: Giới thiệu công thức hiệu chỉnh công suất máy biến áp nhập khẩu chưa nhiệt đới hóa theo chênh lệch nhiệt độ môi trường: $$k_{hc} = 1 - \frac{\theta_1 - \theta_2}{100}$$ (với $\theta_1$ là nhiệt độ môi trường sử dụng tại Việt Nam, $\theta_2$ là nhiệt độ môi trường chế tạo).
• Phạm vi ứng dụng thực tiễn đa dạng: Bao quát toàn diện các bài toán cấp điện cho nhiều lĩnh vực: công nghiệp nặng (luyện kim, cơ khí), công nghiệp nhẹ (dệt may, bánh kẹo), nông nghiệp (trạm bơm tiêu úng/tưới tiêu), và công trình dân dụng (trường học, chung cư, căn hộ gia đình).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Bậc đào tạo và chuyên ngành: Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên bậc Cao đẳng và Đại học các ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Điện công nghiệp, Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần: Mạch điện (tính toán dòng điện, điện áp, công suất trong hệ thống 3 pha và giải tích số phức), Khí cụ điện (nguyên lý dập hồ quang, tiếp điểm, cơ cấu đóng cắt), và Vật liệu điện.
• Ứng dụng đối với giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính khóa, khung tham chiếu biên soạn bài giảng môn học Cung cấp điện, thiết kế ngân hàng câu hỏi thi kết thúc học phần và hướng dẫn sinh viên làm đồ án môn học.
• Ứng dụng cho kỹ sư và tự học: Là tài liệu tham khảo phục vụ các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật tại các ban quản lý dự án, đơn vị tư vấn thiết kế điện và xí nghiệp công nghiệp trong việc xác định phụ tải, tính toán tổn thất và chọn lựa thiết bị mạng hạ áp/trung áp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn cho sinh viên, giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật điện tại các trường cao đẳng, đại học kỹ thuật, đồng thời là tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ thuật thiết kế và vận hành hệ thống điện phân phối.

2. Cần kiến thức nền nào để học tốt giáo trình?

Học viên cần nắm vững kiến thức toán giải tích số phức, lý thuyết mạch điện xoay chiều 3 pha (quan hệ đại lượng dây/pha, biểu diễn công suất $P, Q, S$), và nguyên lý cấu tạo các khí cụ điện cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu khác là gì?

Tài liệu tập trung vào các phương pháp tính toán thực hành, tinh giản các mô hình lý thuyết không cần thiết trong lưới trung/hạ áp (như bỏ qua dẫn nạp $G, B$ khi $U \le 35\text{ kV}$), và cung cấp số liệu kỹ thuật gắn liền với sản phẩm của các nhà sản xuất thực tế như Đông Anh, ABB, Siemens, Clipsal.

4. Làm sao để tự học giáo trình hiệu quả?

Người học nên đọc kỹ các bước suy luận công thức, theo dõi trình tự giải toán trong các ví dụ mẫu có số liệu cụ thể, rèn luyện kỹ năng tra cứu hệ số tại các phụ lục ($k_{nc}, k_{\max}, n_{hq}^*, r_0, x_0$), và tự hoàn thành các bài tập cho ở cuối mỗi chương.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình không?

Giáo trình tích hợp sẵn hệ thống phụ lục tra cứu kỹ thuật, bao gồm: bảng tra suất phụ tải diện tích, hệ số sử dụng, bảng xác định thiết bị hiệu quả $n_{hq}^*$, thông số điện trở/điện kháng của dây nhôm lõi thép AC, và bảng thông số kỹ thuật của các dòng máy biến áp, khí cụ đóng cắt trung/hạ áp.

---

Kết luận

• Giá trị cốt lõi: Giáo trình Cung cấp điện của tác giả Đỗ Như Trưởng cung cấp hệ thống kiến thức kỹ thuật hoàn chỉnh, chuẩn xác và mang tính định lượng cao về phương pháp tính toán phụ tải, phân tích tổn thất điện áp - công suất và quy trình định cỡ khí cụ điện trong lưới phân phối.
• Lộ trình học tập đề xuất: Người học nên tiếp cận tuần tự theo lộ trình 5 bước: Xác định phụ tải tính toán $\rightarrow$ Mô hình hóa sơ đồ thay thế và tính tổn thất $\rightarrow$ Lựa chọn và kiểm nghiệm khí cụ điện/dây dẫn $\rightarrow$ Tính toán bù công suất phản kháng $\rightarrow$ Thiết kế hệ thống chiếu sáng.
• Tài liệu tham khảo bổ trợ: Việc kết hợp nghiên cứu giáo trình với các tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực quốc gia và catalog thiết bị đóng cắt hiện hành giúp người học hoàn thiện kỹ năng thiết kế và thẩm định các công trình cung cấp điện thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 Bài tập 1. Yêu cầu xác định phụ tải điện cho một trường dạy nghề, bao gồm: 1 nhà giảng đường 3 tầng ×5 lớp học 1 nhà 2 tầng: - tầng dưới hội trường 200m2 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 19 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn - tầng trên thư viện 200m2 1 xưởng thực tập cơ khí 300m2, công suất đặt Pđ = 150kW 1 ký túc xá 3 tầng × 12 phòng. Mỗi phòng 10 học sinh. Một khu văn phòng đại diện gồm: 1 nhà 4 tầng, mỗi tầng 8 phòng học × 24m2 1 nhà 2 tầng, mỗi tầng 6 phòng học × 40m2 Yêu cầu xác định phụ tải điện cần cấp cho khu văn phòng.

Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 20 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Chương 2: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2. SƠ ĐỒ THAY THẾ LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN Thường dùng 2 loại sơ đồ: sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế. Sơ đồ nguyên lý là sơ đồ chắp nối các phần tử của lưới cung cấp điện (MBA, đường dây, máy cắt, attomat, cầu dao, cầu chì…) nhằm mô tả cách thức cấp điện từ nguồn đến các phụ tải. Sơ đồ thay thế là sơ đồ dùng trong quá trình tính toán lưới cung cấp điện, trên đó người ta đã thay thế các phần tử của lưới bằng các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện.

Sơ đồ thay thế đường dây tải điện Sơ đồ thay thế đầy đủ của một đoạn đường dây tải điện là sơ đồ hình 2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đoạn đường dây tải điện dài l (km) tiết diện F Ba đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện trên đường dây là Z, G và B Trong đó: Z - tổng trở của đoạn dây, là đại lượng phức: Z = R + jX l với R - điện trở đoạn đường dây: R = ρ F ρ - điện trở suất của vật liệu làm dây Có 3 loại vật liệu làm dây: nhôm (A), đồng (M) và thép (C), trong đó A, M dẫn điện, C làm tăng độ bền cơ. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 21 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn R tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng dây dẫn. X tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hoá dây dẫn.

Trong tính toán thực tế người ta lập sẵn các bảng tra ro (Ω/km) và xo (Ω/km) trong Phụ lục, khi đó tổng trở đoạn đường dây l (km) là: Z = rol + jxol Muốn tra xo, ngoài biết tiết diện dây cần biết cách treo dây trên xà để xác định khoảng cách trung bình hình học D giữa các dây. Trong tính toán sơ bộ, có thể cho phép lấy xo = 0,4 (Ω/km) Với cáp, nếu không có bảng tra, lấy gần đúng xo = 0,08 ÷ 0,1 (Ω/km). G - Điện dẫn của đoạn đường dây, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do rò điện qua sứ, cột và do vầng quang điện. Vầng quang điện là hiện tượng khi là cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn đủ lớn làm ion hoá lớp không khí xung quanh tạo nên một vầng sáng xung quanh dây dẫn, mắt thườg có thể nhìn thấy được vào những đêm ẩm ướt cuối tháng tối trời, làm tổn hao công suất.

∆Pvq G= U2 Tổn thất do công suất tác dụng do vầng quang thực tế chỉ xảy ra ở đường dây trên không điện áp >220kV. B – Dung dẫn của đoạn đường dây. Khi dây dẫn tải điện, giữa các dây đặt gần nhau và giữa dây với đất hình thành những bản cực, kết quả là tạo ra một công suất phản kháng Qc phóng lên đường dây. Với đường dây cao áp (110, 220KV) nhiều khi hiện tượng này có lợi vì nó bù lại lượng công suất Q tổn thất trên điện kháng X của đường dây, nhưng lại rất nguy hiểm ở những đường dây siêu cao đặc biệt khi không tải và non tải, làm cho điện áp cuối đường dây tăng cao vượt quá trị số cho phép.l với: bo là dung dẫn trên 1km đường dây; l là chiều dài đường dây.

Lượng Qc do đường dây sinh ra tỉ lệ với bình phương điện áp tải điện, vơớiđiện áp đườn dây U ≤ 35 (kV) lượng Qc này nhỏ, có thể bỏ qua. Cũng vì điện áp trung và hạ áp tổn thất vầng quang và rò điện rất nhỏ, người ta cho phép bỏ qua đại lượng G trên sơ đồ thay thế. Y G B Tổng dẫn đường dây = +j 2 2 2 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 22 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Tóm lại, với lưới cung cấp điện cho phép sử dụng sơ đồ thay thế đơn giản chỉ bao gồm tổng trở các đoạn đường dây. A lA1, FA1 1 l12, F12 2 S&1 S&2 ZA1 Z12 A 1 2 S&1 S&2 Hình 2.

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây trung áp và hạ áp 3. Sơ đồ thay thế máy biến áp Máy biến áp là thiết bị điện làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất. Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây a) sơ đồ thay thế chính xác máy biến áp; b) sơ đồ thay thế gần đúng máy biến áp Máy biến áp làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, gồm 3 bộ phận chính là cuộn dây 1, cuộn dây 2 và lõi thép non có độ dẫn từ cao. Để đặc trưng cho các đại lượng tổn thất trên 3 phần tử đó trong quá trình tải điện người ta dùng sơ đồ thay thế hình T với 3 phần đại lượng Z1, Z2, Zo.

Sơ đồ này tính toán khó. Người ta thường sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng hình Γ. Tổng trở MBA: ZB = RB + jXB Trong đó: RB - điện trở hai cuộn dây, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng 2 cuộn dây. XB - điện kháng hai cuộn dây, tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hoá hai cuộn dây.

Với máy biến áp nhà chế tạo cho 4 thông số sau: ∆Po (W, kW) - tổn hao không tải Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 23 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn ∆PN (W, kW) - tổn hao ngắn mạch, đó chính là tổn hao định mức trong 2 cuộn dây. Io(%) – dòng điện không tải (%) UN(%) - điện áp ngắn mạch (%) Từ 4 thông sô snày ta có thể xác định được các đại lượng trên sơ đồ thay thế máy biến áp: 2 2 ∆PN U dmB U N U dmB ZB = 2 .10 (Ω) S dmB SdmB Trong công thức này: UdmB(kV) - điệnáp định mức của biến áp. Nếu tính ZB về phía cao áp thì lấy UdmB ở phía cao, nếu tính ZB về phía hạ thì lấy UdmB ở phía hạ. SdmB – công suất định mức của MBA UN(%) – nhà chế tạo ∆So - tổn thất công suất trong lõi thép còn gọi là tổn thất không tải và không phụ thuộc vào trị số của công suất tải qua biến áp.

Trị số ∆So không đổi trong suốt tời gian đóng máy vào lưới điện. ∆So = ∆Po + j∆Qo Trong đó: ∆Po – nhà chế tạo cho, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng lõi thép. ∆Qo - tổn thất công suất phản kháng do từ hoá lõi thép, xác định theo công thức: I o S dmB ∆Q o =. 100 Nếu hai máy biến áp làm việc song song 2 2 ∆PN U dmB 3 U N U dmB ZB = 2 .10 (Ω) 2SdmB 2SdmB Và ∆So = 2∆Po + j2∆Qo.

TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP Tổn thất điệ áp là đại lượng phức (véc tơ phức) ∆U& = ∆U + jδU. Trong lưới cung cấp điện, người ta chỉ quan tâm đến trị số của tổn thất điện áp, trị sô snày có độ lớn xấp xỉ độ lớn của thành phần thực ∆U. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 24 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Nhìn trên hình 2.4 nhận thấy trị số (độ lớn) của véctơ ∆U&: ∆U& =OA ≈ OB (trị số của thành phần thực ∆U). Vì thế, để đơn giản trong tính toán, có thể tính tổn thất điện áp theo trị số của hành phần thực.

Véc tơ tổn thất ∆U& và thành phần ∆U Tổn thất điện áp (thành phần thực) là do công suất tác dụng gây nên điện trở R và công suất phản kháng gây trên X. PR QX PR + QX ∆U = + = U dm U dm U dm Nếu P(kW), Q(kVAr), R, X(Ω), Udm(kV) thì ∆U(V) 2. Đường dây 1 phụ tải A l, F 1 S&1 ZA1 A 1 S&1 P1 + jQ1 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải Trên sơ đồ thay thế, để tính tổn thất điện áp theo công thức PR QX PR + QX ∆U = + = dạng S∠cosϕ về dạng P + jQ U dm U dm U dm Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây A1 là: P1R A1 + Q1X A1 ∆U A1 = U dm Trong đó: ZA1 = RA1 + jXA1 = rolA1 + jxolA1 Và S&A1 = S&1 = S1cosϕ + jS1 sinϕ. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 25 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.1: Đường dây trên không 10(kV) (Viết tắt là ĐDK – 10 kV) cấp điện cho xí nghiệp có các số liệu ghi trên hình vẽ.

Yêu cầu xác định tổn thất điện áp trên đường dây. A AC – 50, 5km 1 1000∠ 0,8 Hình 2. ĐDK – 10 (kV) cấp điện cho xí nghiệp GIẢI Trước hết cần vẽ sơ đồ thay thế đường dây. Tra Phụ lục 25 với dây AC – 50 có ro = 0,64 (Ω/km), xo = 0,4 (Ω/km) ZA1 = 0,64.

Sơ đồ thay thế đường dây của ví dụ 2.1 Điện áp tổn thất trên đường dây cấp cho xí nghệp: 800. Đường dây n phụ tải Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổng tổn thất điện áp trên 3 đoạn đường dây ∆UΣ = ∆Umax = ∆UA123 = ∆UA1 + ∆U12 + ∆U23 A lA1, FA1 1 l12, F12 2 l23, F23 3 S&1 S&2 S&3 A ZA1 1 Z12 2 Z23 3 S1 S2 S2 S3 S3 P1+ jQ1 S3 P2+ jQ2 P3+ jQ3 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 26 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Với lưới điện trung và hạ áp, để tính toán tổn thất điện áp cho phép coi điệnáp tại mọi điểm trên đường dây bằng Uđm và cho phép coi dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây bằng công suất phụ tải, nghĩa là cho phép bỏ qua tổn thất điện áp và tổn thất công duất trên các đoạn đường sau khi tính tổn thất trên đoạn đường dây trước.