Điện điện tử - Chương I: Những vấn đề chung về HT - CCĐ

Chương I Những vấn đề chung về HT-CCĐ 1.1 Khái niệm về hệ thống điện: Ngày nay khi nói đến hệ thông năng lượng, thông thường người ta thường hình dung nó là hệ thông điện, tương tự như vậy đôi lúc ngường ta gọi Khoa điện là Khoa năng lượng, đó không phải là hiện tượng ngẫu nhiên mà nó chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lượng điện đã có ưu thế trong sản xuất,khai thác và truyền tải, cho nên hầu như toán bộ năng lượng đang khai thác được trong tự nhiên người ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trước khi sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối và CCĐ điện năng đến từng hộ sử dụng điện. Một số ưu điểm của điện năng: + Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác (Quang, nhiệt, hoá cơ năng). + Dễ chuyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao. + Không có sắn trong tự nhiên, đều được khai thác rồi chuyển hoá thành điện năng. Ở nơi sử dụng điện năng lại dẽ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác  Ngày nay phần lớn năng lượng tự nhiên khác được khai thác ngay tại chỗ rồi được đổi thành điện năng (VD NM nhiệt điện thường được xây dựng tại nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn nước). Đó cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống tryền tải, phân phối và cung cấp điện năng mà chung ta thường giọ là hệ thông điện. Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu tryền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem HV.) Từ đó cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có một ý nghĩa hẹp hơn Định nghĩa: Hệ thống cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Vài nét đặc trưng của năng lượng điện: 1- Khác với hầu hết các sản phẩm, điện năng được sản xuất ra, nói chung không tích trữ được (trừ vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ như pin, acqui..)  Tại mỗi thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cần bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra và tiêu thụ có kể đến tổn thất trong khâu truyền tải. Điều này când phải được quán triệt trong khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành và điều độ hệ thống điện, nhằm giữ vững chất lượng điện (u & f). 2- Các quá trình về điện xẩy ra rất nhanh. Chẳng hạn sóng điện từ lan truyền trong dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 300 000 km/s (quá trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền)  Đóng cắt của các thiết bị bảo v.v đều phải xẩy ra trong vòng nhỏ hơn 1/10 giây  cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ. NL sơ cấp ~ ~ NMĐ1 NMĐ210 kV 10 kV 110 kV 220 kV 35 kV 6; 10 kV 0,4 kV phân phối & cung cấp điện năng (CCĐ) sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) HV. 01 3- Công nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế qquốc dân (luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp dệt).  là một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển nhịp nhành trong cấu trúc kinh tế. Quán triệt đặc điểm này sẽ xây dựng những quyết định hợp lý trong mức độ điện khí hoá 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 các hộ dùng điện. Nội dung môn học: Nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế hệ thống CCĐ-XN nói chung và HTĐ nói riêng. Một phương án CCĐ được gọi là hợp lý phải kết hợp hài hoà một loạt các yêu cầu như:  Tính kinh tế (vốn đầu tư nhỏ).  Độ tin cây (xác suất mất điện nhỏ).  An toàn và tiện lợi cho việc vận hành thiết bị.  Phải đảm bảo được chất lượng điện năng trong phạm vi cho phép (kỹ thuật). Như vậy lời giải tối ưu khi thiết kế HTĐ phải nhận được từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển năng lượng của vùng; Phải được phối hợp ngay trong những vấn đề cụ thể như – Chọn sơ đồ nối dây của lưới điện, mức tổn thất điện áp .Việc lựa chọn PA’ CCĐ phải kết hợp với việc lựa chọn vị trí, công suất của nhà máy điện hoặc trạm biến áp khu vực. Phải quan tâm đến đặc điểm công nghệ của xí nghiệp, xem xét sự phát triển của xí nghiệp trong kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc..). Vì vậy các dự án về thiết kế CCĐ-XN, thường được đưa ra đồng thời với các dự án về xây dựng, kiến trúc, cấp thoát nước v.v và được duyệt bởi một cơ quan trung tâm. ở đây có sự phối các mặt trên quan điểm hệ thống và tối ưu tổng thể. 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác nhau  (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu của từng loại hộ phụ tải). a) Theo điện áp và tần số: căn cứ vào Udm và f * Hộ dùng điện 3 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 3 pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 1 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện làm việc với tần số  50 Hz. * Hộ dùng dòng điện một chiều. b) Theo chế độ làm việc: (của các hộ dùng điện).  Dài hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén).  Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại, động cơ đóng mở van của TB. thuỷ lực).  Ngắn hạn lập lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của TB. xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn  được đặc trưng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện và thời gian toàn chu trình sản suất (VD. máy nâng; TB. hàn...). c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội, các hộ tiêu thụ điện được CCĐ với mức độ tin cậy khác nhau và phân thành 3 loại.  Hộ loại I: Là hộ mà khi sự cố ngừng CCĐ. sẽ gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con người, hoặc ảnh hưởng có hại lớn về chính trị; – gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải được CCĐ. từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng CCĐ rất nhỏ, thời gian ngừng CCĐ. thường chỉ được phép bằng thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD. xí nghiệp luyện kim, hoá chất lớn).  Hộ loại II: Là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhưng khi ngừng CCĐ chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v Hộ loại II được CCĐ từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng CCĐ cho phép bằng thời gian để đóng TB dự trữ bằng tay (XN cơ khí, dệt, công nghiệp nhẹ, công nghiệp địa phương).  Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1 và 2. Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nhưng không quá một ngày đêm. Hộ loại III thường được CCĐ bằng một nguồn. 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực công nghiệp. 2) Các thiết bị chiếu sáng. (thường 1 pha, ĐTPT. bằng phẳng, cos = 10,6). 3) Các TB. biến đổi. Các động cơ truyền động máy gia công. 4) Lò và các thiết bị gia nhiệt. 5) Thiết bị hàn. (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải Udm ; fdm ; cos ; Tmax ;đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 2 hoặc 3). 1.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống CCĐ. được đánh giá bằng chất lượng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục CCĐ. *Tính liên tục CCĐ: hệ thống CCĐ. phải đảm bảo được việc CCĐ. liên tục theo yêu cầu của phụ tải (yêu cầu của hộ loại I; II & III). Chỉ tiêu này thường được cụ thể hoá bằng xác suất làm việc tin cậy  trên cơ sở này người ta phân các hộ tiêu thụ thành 3 loại hộ mà trong thiết kế cần phải quán triệt để có được PA’ CCĐ. hợp lý. * Tần số: độ lệch tần số cho phép được qui định là  0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thống điện được ổn định công suất tiêu thụ phải =< công suất của HT. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm TB. tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của XN. hoặc TB. bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số. *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức được qui định như sau: (ở chế độ làm việc bình thường). + Mạng động lực: [U%] =  5 % Udm + Mạng chiếu sáng: [U%] =  2, 5 % Udm Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10  20 %)Udm . Tuy nhiên vì phụ tải điện luôn thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nhau ở các nút của phụ tải  điều chỉnh rất phức tạp. Để có những biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả sự diễn biến của điện áp không những theo độ lệch so với giá trị định mức, mà còn phải thể hiện được mức độ kéo dài. Khi đó chỉ tiêu đánh giá mức độ chất lượng điện áp là giá trị tích phân. dt U U)t(UT 0 dm dm  Trong đó: U(t) - giá trị điện áp tại nút khảo sát ở thời điểm t. T - khoảng thời gian khảo sát. Udm - giá trị định mức của mạng. Khi đó độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) được mô tả như một đại lượng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, và một trong những mục tiêu quan trọng của điều chỉnh điện áp là: sao cho giá trị xác suất để trong suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp nằm trong phạm vi cho phép, đạt cực đại. Ngoài ra khi nghiên cứu chất lượng điện năng cần xét đến hành vi kinh tế, nghĩa là phải xét đến thiệt hại kinh tế do mất điện, chất lượng điện năng xấu. Chẳng hạn khi điện áp thấp hơn định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động cơ thấp hơn định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động cơ giảm v.v.. Từ đấy xác định được giá trị điện áp tối ưu. Mặt khác khi nghiên cưu chất lượng điện năng trên quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa là điều chỉnh điện áp và đồ thị phụ tải sao cho tổng số điện năng sử dụng với điện áp cho phép là cực đại. Những vấn đè nêu trên cần có những nghiên cưu tỉ mỉ dựa trên những thông kê có hệ thông về phân phối điện áp tại các nút, suất thiệt hại kinh tế do chất lượng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu thường dùng: 1 – Máy phát điện hoặc nhà máy điện. 2 - Động cơ điện. ~ Đ 3 – Máy biến áp 2 cuộn dây. 4 – Máy biến áp 3 cuộn dây. 5 – Máy biến áp điều chỉnh dưới tải. 6 - Kháng điện. 7 – Máy biến dòng điện. 8 – Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 – Cầu dao cách ly. 12 – Máy cắt phụ tải. 13 – Tụ điện bù. 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối. 16 – Tủ phân phối động lực. 17 – Tủ chiếu sáng làm việc. 18 Tủ chiếu sáng cục bộ. 19 – Khởi động từ. 20 - Đèn sợi đốt. 21 - Đèn huỳnh quang. 22 – Công tắc điện. 23 – Ổ cắm điện. 24 – Dây dẫn điện. 25 – Dây cáp điện 26 – Thanh dẫn (thanh cái). 27 – Dây dẫn tần số  50 Hz 28 – Dây dẫn mạng hai dây. 29 – Dây dẫn mạng 4 dây. 30 - Đường dây điện áp U  36 V. 31 – Đường dây mạng động lực 1 chiều. 32 – Chống sét ống. 33 – Chông sét van. 34 – Cầu chì tự rơi.