Giáo trình Về cung cấp điện

g phát nóng lâu dài cho phép. Phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp, áp dụng cho lưới hạ áp đô thị, công nghiệp và sinh hoạt. Bảng 3.9. PHẠM VI ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP. Lưới điện Jkt ∆Ucp Icp Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 51 Cao áp Mọi đối tượng - - Trung áp Đô thị, công nghiệp Nông thôn - Hạ áp - Nông thôn Đô thị, công nghiệp Tiết diện dù chọn theo phương pháp nào cũng phải thoả mãn các điều kiện kỹ thuật sau đây: ∆Ubt ≤ ∆Ubtcp ∆Usc ≤ ∆Usccp Isc ≤ Icp Trong đó: ∆Ubt, ∆Usc – là tổn thất điện áp lúc đường dây làm việc bình thường và khi ở đường dây bị sự cố nặng nề nhất (đứt 1 đường dây trong lộ kép, đứt đoạn dây trong mạch kín). ∆Ubtcp, ∆Usccp - trị số ∆U cho phép lúc bình thường và sự cố. với U ≥ 110kV: ∆Ubtcp = 10%Uđm ∆Usccp = 20%Uđm Với U ≤ 35kV: ∆Ubtcp = 5%Uđm ∆Usccp = 10%Uđm Isc, Icp – dòng điện sự cố lớn nhất qua dây dẫn và dòng điện phát nóng lâu dài cho phép. Ngoài ra, tiết diện dây dẫn đường dây trên không phải thoả mãn các điều kiện độ bền cơ học và tổn thất vầng quang điện. Riêng với cáp ở mọi cấp điện áp phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch. qdt.α.IF ∞≥ Trong đó: α - hệ số, với nhôm α = 11, với đồng α = 6 tqđ - thời gian quy đổi, với ngắn mạch trung, hạ áp cho phép lấy tqđ = tc (thời gian cắt ngắn mạch), thường tc = (0,5 ÷ 1)s. 3.4.2. Lựa chọn tiết diện theo Jkt Trình tự lựa chọn tiết diện theo phương pháp này như sau: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 52 1. Căn cứ vào loại dây định dùng (dây dẫn hoặc cáp) và vật liệu làm dây (nhôm hoặc đồng) và trị số Tmax tra bảng chọn trị số Jkt. Bảng 3.10. TRỊ SỐ Jkt THEO Tmax VÀ LOẠI DÂY DẪN Tmax (h) Loại dây 5000 Dây đồng 2,5 2,1 1,8 Dây A, AC 1,3 1,1 1 Cáp đồng 3,5 3,1 2,7 Cáp nhôm 1,6 1,4 1,2 Nếu đường dây cấp điện cho nhiều phụ tải có Tmax khác nhau thì xác định trị số trung bình của Tmax theo biểu thức: ∑ ∑ ∑ ∑ = = = = ≈= n 1i i n 1i maxii n 1i i n 1i maxii maxtb P TP S TS T Trong đó: Si, Pi – là phụ tải điện (phụ tải tính toán) của hộ tiêu thụ 2. Xác định trị số dòng điện lớn nhất chạy trên các đoạn dây ϕcosU3n P U3n S I dm ij dm ij ij == Với n - số lộ đường dây (lộ đơn n = 1, lộ kép n = 2) 3. Xác định tiết diện kinh tế từng đoạn ij ij ktij J I F = Căn cứ vào trị số Fij tính được, tra sổ tay tìm tiết diện tiêu chuẩn nhất nhất bé hơn. 4. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo các điều kiện kỹ thuật. Nếu không thoả mãn phải nâng tiết diện lên 1 cấp và thử lại. Ví dụ3.5: Yêu cầu lựa chọn dây dẫn cho đường dây từ 10kV cấp điện cho 2 xí nghiệp như hình vẽ. Các số liệu phụ tải cho trong bảng. Phụ tải S (kVA) cosϕ Tmax (h) Xí nghiệp 1 2000 0,8 5200 Xí nghiệp 2 1000 0,7 4000 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 53 Hình 3.3. Đường dây 10kV cấp điện cho 2 xí nghiệp GIẢI Vì đường dây cấp điện cho xí nghiệp (có chiều dài ngắn, Tmax lớn) chọn tiết diện theo Jkt, dây AC. ( )h4800 10002000 1000.40002000.5200Tmaxtb =+ + = Từ Tmax = 4800h và dây AC tra bảng có Jkt = 1,1 (A/mm2) Trị số dòng điện trên các đoạn: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )A86,4 103.2 71012007001600 U3.2 QQPP I A57,8 .103 1000 U3 SI 22 dm 2 21 2 21 A1 dm 2 12 = +++ = +++ = === Tiết diện kinh tế mỗi đoạn: ( ) ( )21 2 12 5,78 1,1 4,86 5,52 1,1 8,57 mmF mmF A == == Tra bảng tiết diện tiêu chuẩn chnj dây gần nhất bé hơn Đoạn 12 chọn AC – 50 có xo = 0,65 (Ω/km); ro = 0,368 (Ω/km) Đoạn A1 chọn 2AC – 70 có xo = 0,46 (Ω/km); ro = 0,36 (Ω/km) Tổn thất điện áp lớn nhất lúc bình thường (không dây nào bị đứt) ∆Umax = ∆UA12 = ∆UA1 + ∆U12 ( ) ( ) ( )VU 8,561 10 368,0.71064,0.700 10.2 36,0710120046,07001600 max = + + +++ =∆ ∆Umax = 561,8V > ∆Ubtcp = 5%Udm = 500V Cần tăng tiết diện đoạn A1 lên 95mm2 có xo = 0,33 (Ω/km); ro = 0,34 (Ω/km) ( ) ( ) ( )V494,5 10 710.0,368700.0,64 2.10 0,3471012000,337001600 ∆Umax = + + +++ = ∆Umax = 494,5V < ∆Ubtcp = 5%Udm = 500V A 1 2 4km 3km Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 54 Khi sự cố một dây trên dây kép A1, dòng điện trên đường còn lại tăng gấp đôi. Isc = 2IA1 = 2.86,4 =172,8A Isc = 172,8A < Icp = 325A Vậy chọn dây dẫn cho toàn bộ đường dây như sau: Đoạn A1: 2AC – 95 Đoạn 12: AC – 50 3.4.3. Chọn tiết diện dây dẫn theo ∆Ucp Xuất phát từ nhận xét: khi tiết diện dây dẫn thay đổi thì điện trở thay đổi theo còn điện kháng rất ít thay đổi, tra sổ tay thấy xo (Ω/km) có giá trị xo = 0,33 ÷ 0,45 bất kể cỡ dây dẫn và khoảng cách giữa các pha. Vì thế cho một trị số xo ban đầu nằm trong khoảng giá trị trên thì sai số là không lớn. Tổn thất điện áp được xác định theo biểu thức đã biết U∆U∆ U QX U PR U QXPR ∆U dmdmdm ′′+′=+= + = Khi cho giá trị xo tính được: dm o dm U Ql x U QXU∆ ==′′ Từ đây xác định được ∆U’ = ∆Ucp - ∆U” Mặt khác dm o dm F.U .lP. x U PRU∆ ρ==′ Suy ra: dm o .UU∆ .lP.F ′ = ρ Vậy trình tự xác định tiết diện dây theo phương pháp này như sau: 1. Cho một trị số lân cận 0,4 (Ω/km), trường hợp tổng quát đường dây n tải, tính được: l n i .Q U xU∆ 1 ij dm o ∑ = =′′ 2. Xác định thành phần ∆U’ : ∆U’ = ∆Ucp - ∆U” 3. Xác định tiết diện tính toán theo ∆Ucp Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 55 l.P .UU∆ ρF dm o ∑ ′ = Chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất lớn hơn, 4. Kiểm tra lại tiết diện đã chọn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật Trong các công thức trên: Q(kVAr), P(kW), l(km), ∆U’(V), Uđm(kV) Ví dụ 3.6. ĐDK – 10 kV cấp điện cho 2 phụ tải (hình vẽ). Cho biết tổn thất điện áp cho phép từ điểm rẽ A đến phụ tải 2 là 3%Uđm. Yêu cầu xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây. Hình 3.4. Đường dây cấp điện cho 2 phụ tải GIẢI Dây được chọn theo ∆Ucp, loại dây AC Chọn xo = 0,35 (Ω/km), ( )[ ] ( )V75,6200.0,6.3.5200.0,65400.0,6 10 0,35U∆ =++=′ ∆U’ = 3%Uđm - ∆U” = 300 – 75,6 = 224,4 (V) Tiết diện tính toán: ( )[ ] 240,43mm200.0,8.35200.0,8400.0,8 10.224,4 31,5F =++= Chọn tiết diện tiêu chuẩn 50mm2 → AC – 50 Kiểm tra lại: Tra sổ tay với dây AC – 50, treo trên đỉnh tam giác đều cách 2m có xo = 0,393 (Ω/km); ro = 0,64 (Ω/km). Hình 3.5. Sơ đồ thay thế đường dây 10kV ZA1 = 064.5 + j0,393.5 = 3,2 + j1,965 (Ω) Z12 = 064.3 + j0,393.3 = 1,92 + j1,179 (Ω) A 1 2 5km 3km 400∠0,8 kVA 200∠0,8 kVA A 1 2 3,2 + j1,965(Ω) 1,92 + j1,179(Ω) 320 + j240(Ω) 160 + j120(Ω) Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 56 ( ) ( ) ( )V,2692 10 120.1,179160.1,192 10 1,9651202403,2016320 ∆UA12 = + + +++ = ∆UA12 = 269,2V < ∆Ucp = 300V Vậy chọn dây AC – 50 cho toàn tuyến là hợp lý. Công thức xác định tiết diện theo Icp rất đơn giản K1K2Icp ≥ Itt (*) Trong đó: K1 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo và môi trường đặt dây, tra sổ tay. K2 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng cáp đặt chung một rãnh, tra sổ tay. Icp – dòng phát nóng cho phép, nhà chế tạo cho ứng với từng loại dây, từng tiết diện dây, tra sổ tay. Itt – dòng điện làm việc lớn nhất (dài hạn) qua dây. Tiết diện dây sau khi chọn theo (*) phải thử lại mọi điều kiện kỹ thuật, ngoài ra còn phải kiểm tra điều kiện kết hợp với các thiết bị bảo vệ. Nếu bảo vệ bằng cầu chì: K1K2Icp α Idc≥ α = 3 với mạch động lực (cấp điện cho các máy) α = 0,8 với mạch sinh hoạt Nếu bảo vệ bằng áptômát K1K2Icp 1,5 1,25IdmA≥ Với 1,25IdmA là dòng khởi động nhiệt (Ikđ.nh) của áptômát, trong đó 1,25 là hệ số cắt quá tải của áptômát. Ví dụ 3.7. Yêu cầu lựa chọn dây dẫn cấp điện cho động cơ máy mài có số liệu kỹ thuật cho theo bảng dưới dây, biết rằng dây dẫn đi chung một rãnh với 5 dây khác, nhiệt độ môi trường +30oC, dây được bảo vệ bằng cầu chì có Idc = 50A. Động cơ Pđm(kW) cosϕ kmm η Máy mài 10 0,8 5 0,9 GIẢI Dòng điện lâu dài lớn nhất qua máy mài là dòng định mức: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 57 21,125A 0,9.0,38.0,8.3 10II dmDtt === Tra bảng chọn cáp đồng 4 lõi PVC (3.2,5 + 1.2,5) có Icp = 36A Từ nhiệt độ môi trường tra sổ tay có K1 = 0,94 Với 6 cáp đi chung một rãnh tra sổ tay có K2 = 0,75. K1K2Icp = 0,94.0,75.36 = 25,38A > 21,125A Thử lại điều kiện kết hợp cầu chì bảo vệ: K1K2Icp = 25,38A > A67,163 50 3 Idc == Không cần kiểm tra ∆U vì đường dây ngắn. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt dòng ngắn mạch vì xa nguồn. BÀI TẬP CHƯƠNG 3 Bài tập 1. Yêu cầu lựa chọn bộ CD – CCT và các cầu chì nhánh đặt trong tủ động lực cấp điện cho một nhóm máy công cụ có các số liệu cho trong bảng dưới đây Động cơ Pđm (kW) cosϕ Kmm Kt η Máy mài 12 0,8 5 0,8 0,9 Máy khoan 7,5 0,8 5 0,8 0,9 Máy tiện 1 5 0,8 5 0,8 0,9 Máy tiện 2 4 0,8 5 0,8 0,9 Quạt gió 1,7 0,8 5 0,8 0,9 Bài tập 2. Cho một đường dây 10kV cấp điện cho phụ tải cho trên hình vẽ. Biết khoảng cách trung bình giữa các pha là 1m. Yêu cầu lựa chọn tiết diện dây dẫn theo Jkt. Bài tập 3. Một đường dây 10kV câp điện cho 3 phụ tải (hình vẽ), biết khoảng cách trung bình giữa các pha là 0,8.Yêu cầu lựa chọn tiết diện dây dẫn theo hao tổn điện áp cho phép. ∆Ucp = 5%. 3km A 2 500∠ 0,8(kVA) 1 2km 800∠ 0,6(kVA) 200∠ 0,8(kVA) 2km 3 3km A 2 18∠ 0,85(kVA) 1 4km 20∠ 0,8(kVA) 15∠ 0,8(kVA) 6km 3 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 58 Chương 4. NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 4.1. HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 4.1.1. Khái niệm chung Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp. Các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 70% lượng điện năng xản xuât ra. Vì thế vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp có ý nghĩa rất lớn. Về mặt sản xuất điện năng, vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của cá nhà máy để sản xuất ra được nhiều điện năng, đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiết kiệm điện năng, giảm tổn thất điện năng đến mức thấp nhất, phấn đấu để 1kWh điện năng ngày càng làm ra nhiều sản phẩm hoặc chi phí điện năng trên một đơn vị sản phẩm ngày càng giảm. Tính toán trong toàn hệ thống điện, tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải và phân phối chiếm khoảng 10 ÷ 15%, trong đó tổn thất điện năng cho mạng 1 ÷ 10kV (mạng điện xí nghiệp) chiếm tới 64,4% tổng tổn thất điện năng. Nguyên nhân là mạng điẹn xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp, đường dây tài và phân tán gây ra tổn thất lớn. Vì thế các biện pháp tiết kiệm điện năng trong xí nghệp có ý nghĩa rất quan trọng không những có lợi cho bản than xí nghiệp mà còn có lợi cho nền kinh tế quốc dân. Hệ số cosϕ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm không. Do đó nhà nước ban hành các chính sách khuyến khích các xí nghiệp nâng cao hệ số cosϕ . Hệ số cosϕ của các xí nghiệp nói chung là thấp khoảng 0,6 ÷ 0,7%, chúng ta phải phấn đấu để nâng cao hệ số cosϕ lên 0,9. Tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số cosϕ không phải là biện pháp tạm thời đối phó mà là biện pháp lâu dài với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất trong quá trình truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. 4.1.2. Các biện pháp tiết kiệm điện năng - Tạo thói quen tắt các thiết bị điện khi ra khỏi phòng - Bảo trì tốt các thiết bị điện Đối với thiết bị điện, các động cơ điện phải được bảo đưỡng theo định kỳ Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 59 Đối với thiết bị chiếu sáng phải thường xuyên lau chùi bụi bẩn bám vào bề ngoài để tăng hiệu quả phát sáng. - Nâng cao hệ số cosϕ - Sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao: đèn compact, động cơ điện có hiệu suất cao. 4.1.3. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosϕ 4.1.3.1 Các định nghĩa của việc nâng cao hệ số cosϕ * Hệ số cosϕ tức thời: là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó đo được nhờ dụng cụ đo cosϕ hoặc nhờ dụng cụ đo công suất, điện áp. IU P ..3 cos =ϕ Do phụ tải luôn biến đổi nên cosϕ tức thời luôn biến đổi. Vì thế hệ số cosϕ thức thời không có giá trị trong tính toán. * Hệ số cosϕ trung bình: là hệ số cosϕ trong một khoảng thời gian nào đó (một ca, một ngày đem, một tháng…) tb tb P Q artgcoscos =ϕ Hệ số cosϕ dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của xí nghiệp. * Hệ số cosϕ tự nhiên: là hệ số cosϕtb tính cho cả năm khi không có thiết bị bù. Hệ số cosϕ tự nhiên dùng làm căn cứ để tính toán, nâng cao hệ số công suất bù và công suất phản kháng. 4.1.3.2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosϕ Nâng cao hệ số cosϕ là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Phần lớn các thiết bị điện đều sử dụng công suất phản kháng Q và công suất tác dụng P. Những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là: - Động cơ không đồng bộ: chúng tiêu thụ khoảng 60 ÷ 65% tổng công suất phản kháng của mạng. - Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 ÷ 25% - Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị khác tiêu thụ khoảng 10%. Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 60 Công suất tác dụng P là công suất biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị bù điện. Công suất phản kháng: là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi công suất phả kháng giữa máy điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động. Mỗi kỳ của dòng điện Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình trong một nửa chu kỳ của dòng điện bằng không. Cho nên việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của lđộng cơ sơ cấp quay máy phát điện. Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho các hộ tiêu thụ không nhất thiết phải lấy từ nguồn. Vì vậy để tránh việc truyền tải một lượng công suất phản kháng lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ tiêu thụ các thiết bị sinh ra Q (tụ bù, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải. Làm như vậy gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha là: P Q artg=ϕ Khi lượng P không đổi nhờ có bù công suất phản kháng lượng Q truyền tải trên đường dây giảm → ϕ giảm → cosϕ tăng. Hệ số cosϕ tăng sẽ đưa đến hiệu quả sau: - Giảm được tổn thất công suất trên mạng điện ( ) ( )QQRRR ∆+=+= + = P2 2 2 2 2 22 ∆P U Q U P U QP ∆P Khi Q giảm sẽ giảm được ∆P(Q) - Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện ( ) ( ) ( )Qp ∆U∆UU QX U PRXR U QP ∆U +=+=++= Khi Q truyền tải trên đường dây giảm thì ∆U(Q) giảm. - Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng tức là phụ thuộc vào ICP. Dòng điện truyền atải trong dây dẫn và trong máy biến áp được tính theo công thức: U QP U SI 33 22 + == Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 61 Biểu thức trên cho ta thấy nếu ở cùng một điều kiện phát nóng của dây dẫn và của máy biến áp, chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P của chúng bằng cách giảm công suất Q. Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số cosϕ, bù công suất phản kháng đã trở thành vấn đề quan trọng cần phải quan tâm đúng mức khi thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện. 4.2. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ cosϕ TỰ NHIÊN Nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng Q như: áp dụng các quá trình công nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị điện. Như vậy nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên rất có lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế mà không phải đặt thêm các thiết bị bù. Vì thế ki xét đến các vấn đề nâng cao hệ số cosϕ bao giờ cũng xét đến cá biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên trước sau đó mới xét đến biện pháp bù. 1. Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị làm việc ở chế độ hợp lý nhất. Căn cứ vào điều kiện cụ thể cần sắp xếp quy trình công nghệ một cách hợp lý nhất. Việc giảm bớt các động tác, những nguyên công thừa và áp dụng các biện pháp gia công tiên tiến… đều đưa đến hiệu quả tiết kiệm điện năng giảm bớt điện năng tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm. Trong các xí nghiệp, các thiết bị công suất lớn thường là nơi tiêu thụ nhiều điện năng. Vì thế nghiên cứu để các thiết bị vận hành ở chế độ kinh tế và tiết kiệm điện nhất. Ví dụ: ở các nhà máy cơ khí, máy nén khí thường tiêu thụ khoảng 30 ÷ 40% điện năng cung cấp toàn nhà máy. Vì vậy việc định ở chế độ vận hành hợp lý cho máy nén khí có ảnh hưởng lớn đến vấn đề tiết kiệm điện năng. Qua kinh nghiệm vận hành khi hệ số của máy nén khí xấp xỉ bẳng 1 thì điện năng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm sẽ giảm tới mức thối thiểu. Vì vậy cần bố trí cho các máy nén khí luôn làm việc ở chế độ đầy tải, lúc phụ tải của xí nghiệp nhỏ có thể cắt bớt máy nén khí. 2.Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ lượng công suất phản kháng bằng: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 62 ( ) 2pt.koQdmQOQQ −+= Trong đó: Qo – lúc động cơ làm việc không ‘tải Qdm – công suất phản kháng lúc động cơ làm việc ở chế độ định mức Kpt - hệ số phụ tải Công suất phản kháng Qo = (60 ÷ 70)% Qdm Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau: ( ) ( )* . 1 1 cos 1 1 cos 22 0 222         −+ + =⇒       + = + == dm ptOdm P kQQQ P QQP P S P ϕ ϕ Biểu thức (*) cho ta thấy: nếu động cơ làm việc non tải thì cosϕ sẽ thấp. Ví dụ: Nếu đông cơ có kpt = 1 thì cosϕ = 0,8 Kpt = 0,3 thì cosϕ = 0,51 Nhận xét: thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn sẽ tăng hệ số mang tải do đó nâng cao được hệ số cosϕ . Điều kiện kinh tế cho phép thay thế động cơ đó là việc thay thế động cơ phải giảm được công suất tác dụng trong mạng và trong động cơ. Nếu đảm bảo được điều kiện trên thì việc thay thế động cơ mới có lợi. - Nếu kpt < 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi - Nếu 0,45 < kpt < 0,7 thì phải so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định được việc thay thế động cơ có lợi hay không. Điều kiện kỹ thuật cho phép thay thế động cơ là: việc thay thế phải đảm bảo nhiệt, đảm bảo điều kiện mở máy và làm việc ổn đinh. 3. Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải. Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn. Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau đây để giảm điện áp đặt vào động cơ làm việc non tải: - Đổi nối dây quấn Stato từ ∆ → Y. Khi thay đổi dây quấn từ tam giác sang sao thì điện áp đặt lên một pha của động cơ sẽ giảm đi 3 lần, do đó cosϕ Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 63 và hiệu suất của động cơ cũng tăng lên. Đồng thời mômen cực đại của động cơ sẽ giảm đi 3 lần so với trước vì vậy phải kiểm tra lại khả năng mở máy và điều kiện làm việc ổn định của động cơ. Biện pháp này thường dùng cho các động cơ có điện áp nhỏ hơn 1000V và kpt nằm trong khoảng 0,35 ÷ 0,4. - Thay cách phân nhóm của dây quấn stato. Biện pháp này thường được dùng với động cơ có công suất lớn và có nhiều mạch nhánh song song trong một pha. Biện pháp này khó thực hiện vì phải tháo động cơ ra mới thay đổi được cách đấu các cuộn dây của stato. - Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng điện phân xưởng. Biện pháp này chỉ được thực hiện khi tất cả các động cơ trong phân xưởng đều làm việc ở chế độ non tải và phân xưởng không có các thiết bị yêu cầu cao về mức điện áp. Trong thực tế biện pháp này ít được sử dụng. 4. Hạn chế động cơ chạy không tải Biện pháp này được thực hiện theo hai hướng: - Vận động công nhân hợp lý hoá các thao tác, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian máy chạy không tải. - Đặt bộ hạn chế chạy không tải trong sơ đồ khống chế động cơ. Thông thường nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉnh định nào đó thì động cơ bị ngắt ra khỏi mạng điện. 5. Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ Vì động cơ đồng bộ có một số ưu điểm rõ rệt sau đây so với động cơ không đồng bộ. - Hệ số công suất cao, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích thích để trở thành máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng. - Mômen quay tỉ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào phụ tải do đó năng suất làm việc của máy cao hơn. Khuyết điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao. Vì vậy động cơ đồng bộ chỉ chiếm khoảng 20%. 6. Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ Do chất lượng sửa chữa động cơ không tốt nên sau khi sửa chữa tính năng của động cơ thường kém hơn trước: tổn thất trong động cơ tăng lên, hệ số cosϕ giảm… Vì vậy cần chú ý đến khâu nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ góp phần cải thiện vấn đề hệ số cosϕ của xí nghệp. Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 64 4.3. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ cosϕ NHÂN TẠO 4.3.1. Khái quát Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu thụ để cung cấp công suất phản kháng, ta giảm được công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và do đó cosϕ của mạng tăng lên. Biện pháp bù không giảm được công suất phản kháng của cá hộ mà chỉ giảm được công suất phản kháng truyền tải. Vì vậy sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên mà vẫn không đạt yêu cầu thì mới xét đến các biện pháp bù. Cần chú ý thêm bù công suất phản kháng Q ngoài mục đích là nâng cao hệ số công suất cosϕ để tiết kiệm điện, nó còn có tác dụng không kém phần quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp cung cấp. Bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả kinh tế nhưng tốn kém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành cho chúng. Vì vậy quyết định phương án bù phải dựa trên có sở tính toán và so sánh kinh tế, kỹ thuật. 4.3.2. Chọn các thiết bị bù 1. Tụ điện Là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước định áp có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. * Ưu điểm: - Tổn thất công suất bé, không có phần tử quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng - Tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị công suất nhỏ, vì thế có thể tuỷ theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất là chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng do đó hiệu suất sử dụng cao và không phải bỏ nhiều vốn đầu tư ngay một lúc. * Nhược điểm: - Rất nhạy cảm với điệnáp đặt lên tụ: Qc = 3U2.ω.C.10-3 - Tụ điện có cấu tạo kém chắc chắn, dễ bị phá hỏng khi bị ngắn mạch. Khi điện áp tăng lên 110%Uđm thì tụ điện bị chọc thủng. - Khi đóng tụ điện vào mạng sẽ có dòng điện xung, còn khi ngắt tụ ra khỏi mạng trên cực của tụ điện vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho ngưới vận hành. Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 65 * Ứng dụng: Tụ điện được sử dụng rất rộng rãi trong các xí nghiệp có công suất trung bình và nhỏ. Thông thường nếu dung lượng bù ≤ 5000kVr thì người ta dùng tụ, còn dụng lượng > 5000kVr thì phải so sánh giữa dùng tụ và máy bù đồng bộ. 2. Máy bù đồng bộ Là một động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải. Do không có phụ tải nên máy bù đồng bộ được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn máy máy bù cùng công suất. Ở chế độ quá kích thích mày bù đồng bộ sản xuất ra công suất phản kháng cho mạng. còn ở chế độ thiếu kích thích máy bù là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp trong mạng. * Nhược điểm: - Giá thành cao - Máy bù có phần tử quay nên lắp ráp, bảo quản, vận hành khó khăn. * Ứng dụng: - Được sử dụng ở những nơi quan trọng hoặc những nơi tập trung với lượng bù lớn. 3. Đồng cơ không đồng bộ dây quấn được đồng bộ hoá Khi cho dòng điện một chiều vào rôto, động cơ sẽ làm việc như động cơ đồng bộ và sinh ra công suất phản kháng. * Nhược điểm: Hao tổn công suất khá lớn, khả năng quá tải lớn vì vậy động cơ chỉ làm việc ở 75% công suất định mức. * Ứng dụng: Động cơ không đồng bộ dây quấn được đồng bộ hoá rất ít được sử dụng. Ngoài ra có thể tạo ra công suất phản kháng bằng cách: - Dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích - Dùng máy phát làm việc ở chế độ bù. 4.4. XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ Dung lượng bù được xác định theo công thức: Qbù = P(tgϕ1 - tgϕ2).α Trong đó: P – công suất tác dụng của phụ tải tính toán ϕ1 – góc tương ứng với cosϕtb1 trước khi bù. ϕ2 – góc tương ứng với cosϕtb2 sau khi bù Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 66 cosϕtb2 được lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định, thường lấy bằng 08 ÷ 0,95. α: Hệ số tính đến khả năng nâng cao hệ số cosϕ bằng phương pháp tự nhiên, thuộc khoảng 0,9 ÷ 1,0. * Thường người ta xác định theo dung lượng bù tối ưu Do khi bù có thể tiết kiệm được dung lượng công suất tác dụng: ∆Ptk = kkt.Qbù – kbù.Qbù = Qbù (kkt – kbù) Trong đó: kkt - đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kW/kVAr Kbù - suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù, kW/kVAr kkt được xác định như sau: Trước khi bù Q gây ra tổn thất công suất tác dụng: R U Q ∆P 2 2 1 = Sau khi bù một lượng Q gây ra tổn thất công suất tác dụng là: R U )Q-(Q ∆P 2 2 bu 2 = Vậy lượng công suất tác dụng tiết kiệm được là: R U )Q-(Q -R U Q ∆P∆P∆P 2 2 bu 2 2 21 =−= Theo định nghĩa ta có:       −== Q Q2 U QR Q ∆Pk bu2 bu kt (Kw/kVAr) Nếu dung lượng Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền tải trên đường dây Q (điều này thường xảy ra trong thực tế), tức là có thể coi 0=Q Qbu , lúc này đương lượng kinh tế của công suất phản kháng được tính theo công thức đơn giản sau: 2kt U QR2k = Nếu Q và R càng lớn thì kkt càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng lớn và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế. Dung lượng bù tối ưu Qbù t.ưu = Q - 2R U2 kbù (*) Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 67 Dung lượng bù tối ưu Qbù. t.ưu = Q - 2R RU2 (**) Từ (*) và (**) ta có: Qbù t.ưu         −= ktk buk1Q 4.5. PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN 4.5.1. Vị trí đặt thiết bị bù 1. Đặt tụ bù ở phía cao áp của xí nghiệp: Đặt tại ví trí này có lợi là giá tụ cao áp thường rẻ hơn tụ hạ áp, tuy nhiên chỉ làm giảm tổn thất điện năng từ vị trí đặt tụ bù trở lên lưới điện, khoong giảm được tổn thất điện năng trong mạng biến áp và lưới hạ áp xí nghiệp. 2. Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của TBA xí nghiệp. Tụ điện đặt tại vị trí này làm giảm tổn thất điện năng trong trạm biến áp và cũng không làm giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ áp xí nghiệp. 3. Đặt tụ bù tại các tủ động lực. Đặt tụ bù tại các điểm nàu làm giảm được tổn thất điện năng trên các đường dây từ tủ phân phối tới các tủ động lực và trong trạm biến áp xí nghiệp. 4. Đặt tụ bù tại cực của tất cả động cơ. Đặt bù tại cực động cơ có lợi nhất về giảm tổn thất điện năng, tuy nhiên vốn đầu tư sẽ cao và tăng chi phí quản lý, vận hành, bảo dưỡng tụ. Trong thực tế để bù cosϕ cho xí nghiệp, tuỳ theo quy mô của xí nghiệp và kết cấu của lưới điện xí nghiệp, người ta tiến hành bù như sau: 1. Với 1 xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù tại thanh cái hạ áp trạm biến áp xí nghiệp 2. Với xí nghiệp loại vừa có 1 trạm biến áp và một số phân xưởng với công suất khá lớn và khá xa trạm biến áp, để giảm tổn thất điện năng trên các đường dây từ TBA đến các phân xưởng có thể đặt phân tán tụ bù tại các tủ phân phối phân xưởng và tại cực động cơ có công suất lớn (50 ÷ 70kW). 3. Với xí nghiệp quy mô lớn bao gồm hàng chục phân xưởng, thường lưới điện khá phức tạp gao gồm trạm phân phối trung tâm và nhiều trạm biến áp phân xưởng, khi đó để xác định vị trí và công suất bù thường tính theo 2 bước: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 68 - Bước 1: xác định công suất bù đặt tại thanh cái hạ áp tất cả các TBA phân xưởng. - Bước 2: phân phối công suất bù của từng trạm (đã xác định được từ bước 1) cho các phân xưởng mà trạm biến áp đó cấp điện. 4. Cũng có thể xét đặt bù toàn bộ phía cao áp, hoặc 1 phần bù bên cao, 1 phần bù bên hạ áp tuỳ thuộc vào độ chênh lệch giá tụ cao và hạ áp. Trong trường hợp bù tụ nhiều điểm (trường hợp 2 và 3), công suất bù tối ưu tại điểm i nào đó xác định theo biểu thức: Qbù i = Qi – (QΣ - Qbù Σ ) iR tdR Trong đó: Qi – công suất phản kháng yêu cầu tại nút i QΣ - tổng công suất phản kháng yêu cầu, QΣ = ∑ = n 1i i Q QbùΣ - tổng công suất bù, xác định theo bước 1 của trường hợp 3 Ri - điện trở nhánh đến vị trí nút i Rtđ - điện trở tương đương của lưới điện Rtđ n21 R 1 ... R 1 R 1 1 +++ = Ví dụ 4.1. Một xưởng cơ khí nông nghiệp công suất 100kW, cosϕ = 0,6. Yêu cầu xác định công suất bộ tụ bù để nâng cosϕ = 0,9. GIẢI Với cosϕ = 0,6 → tgϕ = 1,33 Với cosϕ = 0,9 → tgϕ = 0,48 Tổng công suất bộ tụ bù là: Qbù = P(tgϕ1 - tgϕ2) = 100(1,33 – 0,48) = 85kVAr Ví dụ 4.2. Xí nghiệp cơ khí gồm 3 phân xưởng có mặt bằng và số liệu phụ tải cho trên hình vẽ. Yêu cầu đặt tụ bù bên cạnh các tủ phân phối của 3 phân xưởng để cosϕ = 0,95. 3S& = 50 + j70kVA 2S& = 50 + j50kVA 1S& = 50 + j120kVA PX1 PX2 PX3 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 69 Các đường cáp từ TBA về 3 phân xưởng có các số liệu cho trong bảng Đường dây Loại cáp l(km) ro(Ω/km) R(Ω) TBA – PX1 PVC(3x50+1,35) 50 0,387 0,0194 TBA – PX2 PVC(3x25+1,16) 70 0,727 0,0509 TBA – PX3 PVC(3x16+1,10) 100 1,15 0,115 GIẢI Tổng công suất tính toán của xí nghiệp j240kVA180SSS 321 +=++ &&& 0,33tg0,95cos 1,33 180 240 P Q 1tg 22 =→= === ϕϕ ϕ Tổng công suất phản kháng cần bù tại 3 phân xưởng để nâng cosϕ của xí nghiệp lên 0,95 là: Qbù = P(tgϕ1 - tgϕ2) = 180(1,33 – 0,33) = 180kVAr Sơ đồ thay thế và sơ đồ tương đương lưới điện hạ áp dùng xác định Qbù i Điện trở tương đương của lưới điện hạ áp xí nghiệp Rtđ ( )Ω= ++ = +++ = 0126,0 115,0 1 0505,0 1 0194,0 1 1 R 1 ... R 1 R 1 1 n21 Áp dụng công thức: Qbù i = Qi – (QΣ - Qbù Σ ) iR tdR Xác định được công suất các tủ tụ bù đặt tại 3 phân xưởng: TBA Q1 – Qbù1 Q2 – Qbù2 Q3 – Qbù3 R1 R2 R3 QΣ – QbùΣ Rtđ TBA Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 70 Qbù1 = 120 – (240 - 180 ) 0,0194 0,0126 = 81kVAr Qbù2 = 50 – (240 - 180 ) 0,0509 0,0126 = 35kVAr Qbù3 = 70 – (240 - 180 ) 0,115 0,0126 = 64kVAr. BÀI TẬP CHƯƠNG 4 Bài tập 1. Một siêu thị lớn, có phụ tải tính toán P = 600kW, cosϕ = 0,9. Yêu cầu lựa chọn tụ bù đặt tại thanh cái hạ áp TBA siêu thị để nâng cosϕ = 0,9. Bài tập 2. Một trạm bơm cao áp 10kV đặt 5 máy bơm 200kW, cosϕ = 0,7. Yêu cầu lựa chọn tụ bù 10kV cho trạm bơm để cosϕ = 0,9. Bài tập 3. Một mạng hình tia có 4 nhánh, điện áp 6kV, Điện trở và phụ tải phản kháng của từng nhánh như sau: r1 = 0,1Ω, Q1 = 400KVAr r2 = 0,05Ω, Q1 = 400KVAr r3 = 0,06Ω, Q1 = 500KVAr r1 = 0,2Ω, Q1 = 200KVAr Dung lượng bù của mạng Qbù = 1200 kVAr. Hãy tính dung lượng bù của từng nhánh. Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 71 Chương 5. TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG 5.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHIẾU SÁNG Chiếu sáng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống sinh hoạt cũng như trong sản xuất công nghiệp. Nếu ánh sáng thiết sẽ gây hại mắt, hai sức khoả, làm giảm năng suất lao động, gây ra thứ phẩm phế phẩm, gây tai nạn lao động… Đặc biệt, có những công việc không thể tiwns hành được nếu thiếu ánh sáng hoặc ánh sáng không thật (nghĩa là không giống ánh sáng ban ngày) như bộ phận kiểm tra chất lượng máy, bộ phận pha chế hoá chất, bộ phận nhuộm mày… Có nhiều cách phân loại cá hình thức chiếu sáng. - Căn cứ vào đối thượng cần chiếu sáng chia ra chiếu sáng dân dụng và chiếu sáng công nghiệp. Chiếu sáng dân dụng bao gồm chiếu sáng cho căn hộ giá đình, các cơ quan, trường học, bệnh viện, khách sạn… Chiếu sáng công nghiệp nhằm cung cấp ánh sáng cho các khu vực sản xuất như nhà xưởng, kho bãi… - Căn cứ vào mục đích chiếu sáng chia ra chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ, chiếu sáng sự cố, chiếu sáng chung tạo nên độ sáng đồng đều trên toàn bộ diện tích cần chiếu sáng (phòng khách, hội trường, nhà hàng, phân xưởng…). Chiếu sáng cục bộ là hình thức tập trung ánh sáng vào 1 điểm hoặc 1 diện tích hẹp (bàn làm việc, chi tiết cần gia công chính xác như tiện, khoan, đường chỉ máy khâu…). Chiếu sáng sự cố là hình thức chiếu sáng dự phòng khi xảy ra mất điện lưới nhằm mcụ đích an toàn cho con người trong các khu vực sản xuất hoặc nơi tập trung đông người (nhà hát, hội trường…). - Ngoài ra còn chia ra chiếu sáng trong nhà, ngoài trời, chiếu sáng trang trí, chiếu sáng bảo vệ… Mỗi hình thức chiếu sáng có yêu cầu riêng, đặc điểm riêng, dẫn tới phương pháp tính toán, cách sử dung loại đèn, bố trí đèn khác nhau. 5.2. MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG DÙNG TRONG TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG. 5.2.1. Quang thông Năng lượng do một nguồn sáng phát ra qua một điện tích trong một đơn vị thời gian gọi là thông lượng của quang năng. Những ánh sáng của nguồn quang phát ra gồm nhiều song điện tử có độ dài song khác nhau, do đó năng lượng của nguồn quang điện biểu thị bằng biểu thức: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 72 ∫= 2 1 21 λ λ λλλ dλeE Trong đó: eλ - hàm phân bố năng lượng λ - bước sáng Eλ1λ2 – thông lượng của quang năng từ λ1 đến λ2 Thông lượng toàn phần: ∫ ∞ = 0 λdλeE Trong nguồn quang có công suất khá lớn, nhưng có các bước song khác nhau, sẽ gây cho mắt ta cảm giác nhau. Do đó, người ta đưa thêm vào khái niệm độ rõ, kí hiệu Vλ. Cuối cùng người ta định nghĩa quang thông là tích phân của thông lượng quang năng và hàm độ rõ Vλ: ∫ ∞ = 0 λλλ deVF Đơn vị của quang thông là Lumen (lm). 5.2.2. Cường độ ánh sáng Nếu có một nguồn sáng S bức xạ theo mọi phương, trong góc đặc dω nó truyền đi một quang thông dF thì đại lượng dω dF gọi là cường độ ánh sáng của nguồn sáng trong phương đó: dω dFI = Nếu dF tính bằng Lumen, góc đặc tính bằng stê-ra-đi-an thì cường độ ánh sáng tính bằng nến quốc tế, gọi tắt là Nến, ký hiệu là Cd, 1Cd = 1lm/1sr. 5.2.3. Độ trưng và độ rọi Một nguồn sáng có kích thước giới hạn, trên đó lấy một diện tích dS, quang thông bức xạ theo mọi phương của gốc đặc 2pi gọi là dF thì độ trưng của nguồn sáng được định nghĩa: dS dFR = (*) Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 73 Như vậy độ trưng là quang thông bức xạ trên một đơn vị diện tích của nguồn. Ngược lại, độ rọi là phần quang thông thới trên một đơn vị diện tích dS. Độ rọi ký hiệu là E. Hình 5.1. Hình minh hoạ xác định độ rọi Giả thiết có nguồn sáng C, diện tích được chiếu sáng dS có phương pháp tuyến N (hình vẽ), thông lượng của nguồn C đi qua diện tích dS là dF = ldω. 2r dScosdω ϕ= r là khoảng cách từ C đến tâm dS Thay vào công thức (*) ta có: dSr ldScos dS dFE 2 ϕ == Vậy độ rọi của nguồn sáng tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn tới tâm diện tích được chiếu sáng, ngoài ra còn phụ thuộc vào hướng tới của nguồn. Tóm lại, người ta định nghĩa mật độ quang thông rơi trên một bề mặt gọi là độ rọi, đơn vị là lux (viết tắt là lx) S FE = Trong đó: F – quang thông của nguồn sáng (lm) S - diện tích chiếu sáng (m2) 5.3. CÁC LOẠI ĐÈN Để tạo nguồn sáng người ta thường dùng các loại đèn điện, thông dụng nhất là đèn sợi đốt và đèn tuýp. C dS dω ϕ r N Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 74 5.3.1. Đèn sợi đốt Đèn sợi đốt còn gọi là đèn dây tóc được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực do cấu tạo đơn giản, lắp đặt dễ dàng. Nguyên tắc làm việc của đèn sợi đốt dựa trên cơ sở bức xạ nhiệt. Khi dòng điện đi qua sợi dây tóc, dây tóc sẽ phát sáng và phát quang. Vật liệu làm dây tóc là Vônfram, Tungsten vặn xoắn ốc hoặc để thẳng mắc dích dắc trên các cực phụ và hai cực chính trong bóng đèn. Nhiệt độ của dây tóc trong bóng có thể lên tới 200 – 3000oC. Trong bóng có thể chứa khí trơ hoặc chân không. Thường bong công suất nhỏ thì hút chân không, bóng công suất lớn (trên 75W) thì nạp khí trơ. Ưu điểm của đèn sợi đốt: - Nối trực tiếp vào lưới điện - Kích thước nhỏ - Rẻ tiền - Bật sáng ngay - Tạo ra màu sắc ấm áp - cosϕ cao (bằng 1) Nhược điểm chủ yếu là tốn điện và phát nóng. Ngoài ra, tính năng của đèn thay đổi đáng kể theo biến thiên điện áp nguồn. Mọi biến thiên điện dẫn tới biến thiên dòng điện và do đó biến thiên sợi đốt nóng là ảnh hưởng đến quan thông và tuổi thọ của đèn. Ví dụ, nếu điện áp giảm đi 10% tuổi thọ đèn là 3700h, khi quá điện áp 5% tuổi thọ của đèn nhỏ hơn 500h. 5.3.2. Đèn tuýp Đèn tuýp còn gọi là đèn huỳnh quang. Nguyên tắc phát quang của loại đèn này dựa trên cơ sở phóng điện của các chất khí. Sau khi rút chân không người ta nạp vào trong bóng một ít khí argon và thuỷ ngân. Phía mặt trong ống bôi một ít bột huỳnh quang. Hai điện cực đặt ở hai đầu ống. Hai điện cực đặt ở hai đầu ống. Sơ đồ nối dây đèn tuýp cho trên hình 5.2. Khi dòng điện hai đầu cực của Stắc-te có điện thế khá lớn làm cho Stắcte phóng điện, mạch điện được nối liền. Hai điện cực A và B của bóng được đốt nóng. Sự đốt nóng này là cần thiết cho sự phóng điện trong đèn. Khi stắcte đã phóng điện thì điện thế trên hai cực của nó giảm xuống, nhiệt lượng trên stắcte cũng giảm, tiếp điểm của stắcte mở ra. Hiện tượng quá độ trong mạch điện xảy ra làm cho đèn phóng điện từ cực A sang cực B. Các sóng điện từ phóng từ A sang B và ngược lại có tần số lớn, các Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 75 song này đập vào màn huỳnh quang ở vách bóng và phát ra các tia bức xạ thứ cấp lần 2 ở các bước sóng này mắt ngới ta mới cảm thấy được. Hình 5.2. Sơ đồ nối dây đèn tuýp 1. bóng đèn; 2. chấn lưu; 3. Stắcte; 4. tụ điện bù cosϕ a) Vai trò của cuộn dây chấn lưu (chấn lưu điện cảm) Chấn lưu điện cảm cho phép san bằng dạng song dòng điện. Dòng điện không còn hình sin nữa b) Chấn lưu điện tử Do sự phát triển của kỹ thuật điện tử nên người ta đã nghiên cứu và thay thế các chấn lưu kiểu cuộn dây – lõi thép bằng một mạch bán dẫn nhẹ hơn và tiêu thụ điện năng ít hơn. Vấn đề cơ bản ở ddaay là biến đổi tần số từ 50Hz lên khoảng 20kHz bằng bộ chỉnh lưu - nghịch lưu. Chấn lưu điện tử có kích thước nhỏ hơn nhiều so với các loại chấn lưu cuộn dây lõi thép và loại trừ được hiệu ứng nhấp nháy c) Ưu điểm đèn tuýp: - Hiệu suất ánh sáng lớn, dùng ở nơi cần độ rọi lớn. - Tuổi thọ cao - Diện tích phát quang lớn - Khi điện áp thay đổi trong phạm vi cho phép, quang thông giảm ít (1%) d) Nhược điểm: - Chế tạo phức tạp, giá thành cao, cosϕ thấp Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 76 - Quang thông phụ thuộc vào nhiệt độ, pham vi phát quang cũng phụ thuộc nhiệt độ. Khi nhiệt độ dưới 15oC thì stắcte làm việc khó khăn. - Khi đóng điện đèn không sáng ngay. Ngoài hai loại đèn sợi đốt và huỳnh quang còn dùng các đèn khác như: đèn khí natri áp suất thấp, đèn khí natri áp suất cao, đèn halogen kim loại… 5.3.3. Các loại chao đèn Chao đèn là bộ phận bao bọc ngoài bóng đèn. Nó được dùng để phân phối lại quang thông của bóng đèn một cách hợp lý và theo yêu cầu nhất định. Chao đèn còn có tác dụng làm cho mắt khỏi bị chói, bảo vệ cho bóng khỏi va đập, bụi bẩn hoặc khỏi phá huỷ bởi các khí ăn mòn… Theo cách phân bố quang thông, chao đèn được chia ra làm 3 loại: chao đèn chiếu trực tiếp, chao đèn phản xạ và chao đèn khuếch tán. Chao đèn chiếu trực tiếp có thể tập trung hơn 90% quang thông của nguồn sáng xuống phía dưới. Ngược lại, chao đèn phản xạ tập trung ghơn 90% quang thông của nguồn sáng lên phía trên rồi phản xạ trở xuống. Chao đèn khuếch tán tạo ra ánh sáng khuếch tán chứ không thiếu ánh sáng trực tiếp. 5.4. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG DÂN DỤNG Chiếu sáng dân dụng bao gồm chiếu sáng cho các khu vực ánh sáng sinh hoạt như nhà ở, hội trường, trường học, cơ quan, văn phòng đại diện, cửa hàng, siêu thị, bệnh viện v.v… Ở những khu vực này yêu cầu chiếu sáng chung, không đòi hỏi thật chính xác trị số độ rọi cũng như các thông số kỹ thuật khác. Trong chiếu sáng dân dụng, tuỳ theo khả năng kinh phí, ttuỳ theo mức độ yêu cầu mỹ quan có thể sử dụng mọi loại đèn: đèn sợi đốt, đèn tuýp, đèn halogen, đèn natri cao, thấp áp. Trình tự thiết kế chiếu sáng dân dụng như sau: 1. Căn cứ vào tính chất của đối tượng cần chiếu sáng, chọn suất phụ tải chiếu sáng Po (W/m2) thích hợp, từ đây tính được tổng công suất chiếu sáng cho khu vực có diện tích S (m2). Pcs = Po.S 2. Chọn loại đèn, công suất đèn Pđ, xác định tổng số bóng đèn cấp lắp trong khu vực: d cs P P n = Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 77 3. Căn cứ vào diện tích cần chiếu sáng, vào số lượng bóng đèn, vào tính chất yêu cầu sử dụng ánh sáng mà chọn cách bố trí đèn thích hợp (bố trí dải đều hay thành rãnh, thành cụm, số lượng bóng trong mỗi cụm…) 4. Vẽ sơ đồ đấu dây từ bảng điện đến từng bóng đèn. Đó là bản vẽ mặt bằng cấp điện chiếu sáng. 5. Vẽ sơ đồ nguyên lý lưới điện chiếu sáng. 6. Lựa chọn và kiểm tra các phần tử trên sơ đồ (Áptomat, cầu chì, thanh cái, dây dẫn). Ghi chú: Trong tính toán chiếu sáng dân dụng đô thị bao gồm cả tính toán thiết kế cho quạt. Trong trường hợp này có 2 cách làm: - Lấy suất phụ tải cung cho cả chiếu sáng và quạt, sau đó trừ đi công suất quạt (lấy thoe thực tế) tìm được công suất chiếu sáng. - Lấy riêng suất phụ tải cho chiếu sáng để tính toán thiết kế chiếu sáng, còn quạt lấy theo thực tế, tính toán riêng. Ví dụ 5.1. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho 1 siêu thị nhỏ, diện tích 10x10m. GIẢI Siêu thị điện thoại yêu cầu mức độ chiếu sáng cao. Chọn suất chiếu sáng; Po = 30W/m2. Tổng công suất cần cấp cho chiếu sáng siêu thị P = Po.S = 30(10x10) = 3000W Chọn dùng đèn tuýp dài 1,2m, công suất 40W. Số lượng bóng đèn cần dùng là 75 40 3000 ==n bóng số lượng này được bố trí thành 5 dãy, mỗi dãy 15 bóng chia làm 3 cụm, mỗi cụm 3 bóng. 5.5. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP Với các nhà xưởng sản xuất công nghiệp thường là chiếu sáng chung khi cần tăng cường ánh sáng tại điểm làm việc đã có chiếu sáng cục bộ. Vì là phân xưởng sản xuất, yêu cầu khá chính xác về độ rọi tại mặt bàn công tác, nên để thiết kế chiếu sáng cho khu vực này thường dùng phương pháp hệ số sử dụng. Trình tự tính toán theo phương pháp này như sau: Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 78 1. Xác định độ treo cao đèn H = h – h1 – h2 Trong đó: h - độ cao của nhà xưởng h1 - khoảng cách từ trần đến bóng đèn h2 - độ cao mặt bàn làm việc L L L L LL H h2 h h1 Hình 5.2. Bố trí đèn trên mặt bằng và mặt đứng 2. Xác định khoảng cách giữa 2 đèn kề nhau (L) theo tỉ số hợp lý L/H tra theo bảng 5.1 Bảng 5.1. TỈ SỐ L/H HỢP LÝ CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CHIẾU SÁNG L/H bố trí nhiều dãy L/H bố trí 1 dãy Loại đèn và nơi sử dụng Tốt nhất Max cho phép Tốt nhất Max cho phép Chiều rộng giới hạn của nhà xưởng bố trí 1 dãy Chiếu sáng nhà xưởng dùng chao mờ hoặc sắt tráng men 2,3 3,2 1,9 2,5 1,3H Chiếu sáng nhà xưởng dùng chao vạn năng 1,8 2,5 1,8 2,0 1,2H Chiếu sáng cơ quan văn phòng 1,6 1,8 1,5 1,8 1,0H 3. Căn cứ vào sự bố trí đèn trên mặt bằng, mặt cắt xác định hệ số phản xạ của tường (ρtg%), trần (ρtr%). 4. Xác định chỉ số của phòng (có kích thước a×b) ( )baH ba × × =ϕ Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 79 5. Từ ρtg, ρtr, ϕ tra bảng tìm hệ số sử dụng ksd 6. Xác định quang thông của đèn sd dt n.k E.S.ZkF = (lm) Trong đó: kdt - hệ số dự trữ, tra bảng 5.2 E - độ rọi (lx) theo yêu cầu của nhà xưởng S - diện tích nhà xưởng (m2) Z - hệ số tính toán Z = 0,8 ÷ 1,4 n - số bóng đèn được xác định chính xác sau khi bố trí đèn trên mặt bằng 7. Tra sổ tay tìm công suất bóng có F≥ F tính toán tính theo công thức ở bước 6 8. Vẽ sơ đồ cấp điện chiếu sáng trên mặt bằng 9. Vẽ sơ đồ nguyên lý cấp điện chiếu sáng 10. Lựa chọn các phần tử trên sơ đồ nguyên lý. Bảng 5.2. HỆ SỐ DỰ TRỮ Hệ số dự trữ Tính chất môi trường Số lần lau bóng ít nhất một tháng Đèn tuýp Đèn sợi đốt Nhiều bụi khói, tro, mồ hóng 4 2 1,7 Mức khói, bụi, mồ hóng trung bình 3 1,8 1,5 Ít bụi khói, tro, mồ hóng 2 1,5 1,3 Ví dụ 5.2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí có a = 20m, b = 50m, cao = 4,5m, h2 = 0,8m, h1 = 0,7m GIẢI 1. Xác định số lượng, công suất bóng Nội dung phần này bao gồm các hạng mục từ 1 đến 7 trong trình tự tính toán nêu trên. Vì là xưởng sản xuất, dự định dùng đèn sợi đốt cosϕ = 1 Chọn độ rọi cho chiếu sáng chung là E = 30lx Độ treo cao đèn Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 80 H = 4,5 - 0,8 - 0,7 = 3m Tra bảng đèn sợi đốt, bóng vạn năng có L/H = 1,8. Xác định được khoảng cách giữa các đèn L = 1,8.H = 1,8.3 = 5,4m Căn cứ vào bề rộng phòng (20m) chọn L = 5m Đèn sẽ được bố trí làm 4 dãy cách nhau 5, cách tường 2,4m tổng cộng 36 bóng, mỗi dãy 9 bóng. Xác định chỉ số phòng ( ) ( ) 550203 50.20 baH ba ≈ + = × × =ϕ Lấy hệ số phản xạ tường 50%, trần 30%, tra sổ ta tìm được hệ số sử dụng ksd = 0,48. Lấy kdt = 1,3, hệ số tính toán Z = 1,1 xác định được quang thông mỗi đèn là: 2483 48,0.36 1,1.1000.30.3,1 n.k E.S.ZkF sd dt === (lm) Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528lm. Tổng công suất chiếu sáng toàn xưởng: P = 36.200 = 7200W = 7,2kW. BÀI TẬP CHƯƠNG 5 Bài tập 1. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng và quạt cho 1 lớp học kích thước 8×10m. Bài tập 2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho 1 phòng làm việc của văn phòng đại diện nước ngoài kích thước 4×6m. Bài tập 3. Yêu cầu thiét kế chiếu sáng cho một hội trường có diện tích 12×20m. Bài tập 4. Yêu cầu thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng may xuất khẩu kích thước 15×30m. Yêu cầu độ rọi 100lx. Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cung cấp điện (NXB KHKT), Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiển, Nguyễn Bội Khê... 2. Giáo trình cung cấp điện (NXB Đại học và THCN), Nguyễn Công Hiển, Đặng Ngọc Dinh... 3. Mạng cung cấp và phân phối điện (NXB KHKT), Bùi Ngọc Thư 4. Lưới điện và Hệ thống điện (NXB KHKT), Trần Bách 5. Giáo trình cung cấp điện (NXB GD), Ngô Hồng Quang Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 82 PHỤ LỤC PL1 Trị số trung bình ksd và cosϕ của các nhóm thiết bị điện Nhóm thiết bị ksd cosϕ Nhóm máy gia công kim loại (tiện, cưa, bào, khoan...) 0,2 – 0,4 0,6 – 0,7 - Phân xưởng cơ khí 0,14 – 0,2 0,5 – 0,6 - Phân xưởng sửa chữa cơ khí 0,5 – 0,6 0,7 Nhóm máy phân xưởng rèn 0,25 – 0,35 0,6 – 0,7 Nhóm máy của phân xưởng đúc 0,3 – 0,35 0,6 – 0,7 Nhóm động ơ làm việc liên tục (quạt gió, máy bơm, máy nén khí) 0,6 – 0,7 0,7 – 0,8 Nhóm động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (cầu trục, cần cẩu...) 0,05 – 0,1 0,4 – 0,5 Nhóm máy vận chuyển làm việc liên tục (băng tải, băng chuyển) 0,6 – 0,7 0,65 – 0,75 Nhóm lò điện (lò điện trở, lò sấy) - Lò điện trở làm việc liên tục 0,7 – 0,8 0, 9 – 0,95 - Lò cảm ứng 0,75 0,3 – 0,4 Lò cao tần 0,5 – 06 0,7 Nhóm máy hàn - Biến áp hàn hồ quang 0,3 0,35 - Thiết bị hàn hơi, hàn đường, nung tán đinh 0,35 – 0,4 0,5 – 0,6 Nhóm máy dệt 0,7 – 0,8 0,7 – 0,8 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 83 PL2. Trị số trung bình knc và cosϕ của các phân xưởng Tên phân xưởng knc cosϕ Phân xưởng cơ khí lắp ráp 0,3 – 0,4 0,5 – 0,6 Phân xưởng nhiệt luyện 0,6 – 0,7 0,7 – 0,9 Phân xưởng rèn, dập 0,5 – 0,6 0,6 – 0,7 Phân xưởng đúc 0,6 – 0,7 0,7 – 0,8 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 0,2 – 0,3 0,5 – 0,6 Phân xưởng nhuộm, tẩy, hấp 0,65 – 0,7 0,8 – 0,9 Phân xưởng nén khí 0,6 – 0,7 0,7 – 0,8 Phân xưởng mộc 0,4– 0,5 0,6 – 0,7 Phòng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học 0,7 – 0,8 0,7 – 0,8 Nhà hành chính, quản lý 0,7 – 0,8 0,8 – 0,9 PL3. Trị số trung bình Tmax và cosϕ của các xí nghiệp Tên phân xưởng Tmax(h) cosϕ Xí nghiệp cơ khí chế tạo máy 4500 – 5000 0,6 – 0,7 Xí nghiệp chế tạo bòng bi 5000 – 5500 0,7 – 0,75 Xí nghiệp chế tạo dụng cụ 3000 – 4000 0,62 – 0,7 Xí nghiệp gia công gỗ 3000 – 3500 0,65 – 0,7 Xí nghiệp hoá chất 5500 – 6000 0,8 – 0,84 Xí nghiệp đường 1800 – 5200 0,7 – 0,8 Xí nghiệp luyện kim 5000 – 5500 0,75 – 0,88 Xí nghiệp bánh kẹo 5000 - 5300 0,7 – 0,75 Xí nghiệp ôtô máy kéo 4000 – 4500 0,72 – 0,8 Xí nghiệp in 3000 – 3500 0,75 – 0,82 Xí nghiệp dệt 4800 – 5500 0,7 – 0,8 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 84 MỤC LỤC Lời nói đầu Trang GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN 1. Lưới điện và lưới cung cấp điện 4 2. Những yêu cầu đối với phương án cung cấp điện 4 3. Một số ký hiệu trên sơ đồ cấp điện 6 Chương 1: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN 8 1.1. Khái niệm chung 8 2.2. Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn 8 2.3. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp 13 BÀI TẬP CHƯƠNG 1 19 Chương 2: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT, ỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2.1. Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện 21 2.2. Tính toán tổn thất điện áp 24 2.3. Tính toán tổn thất công suất 29 BÀI TẬP CHƯƠNG 2 35 Chương 3: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN 3.1. Lựa chọn máy biến áp 36 3.2. Lựa chọn máy cắt điện 39 3.3. Lựa chọn cầu chì, dao cách ly 42 3.4. Lựa chọn aptômát 49 3.4. Lựa chọn dây dẫn và cáp 50 BÀI TẬP CHƯƠNG 3 57 Chương 4. NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 4.1. Hệ số công suất và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 58 4.2. Các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên 61 4.3. Các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ nhân tạo 64 4.4. Xác định dung lượng bù 65 4.5. Phân phối dung lượng bù trong mạng điện 67 BÀI TẬP CHƯƠNG 4 70 Chương 5. TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG 5.1. Khái niệm chung về chiếu sáng 71 5.2. Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng. 71 5.3. Các loại đèn 73 5.4. Thiết kế chiếu sáng dân dụng 76 5.5. Thiết kế chiếu sáng công nghiệp 77 BÀI TẬP CHƯƠNG 5 80