Bài giảng cung cấp điện

CUNG CẤP ĐIỆN 2 GV: Nguyễn Quang Thuấn Nội dung môn học Tài liệu tham khảo 1. TS. Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện, NXBKHKT- 2006 2. TS. Ngô Hồng Quang Lựa chọn các phần tử thiết bị từ 0,4-500kV, NXBKHKT- 2005 3. TS. Trần Quang Khánh Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2005 4. GS. Nguyễn Công Hiền Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2004 Chương 7. LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ, THIẾT BỊ TRONG HTCCĐ 7.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Đặt vấn đề Trong quá trình làm việc, các phần tử, thiết bị có thể phải chịu 3 chế độ làm việc: Bình thường: Uđm, Iđm Quá tải: > Uđm, Iđm Sự cố (NM): >> Iđm → Phải cắt phần tử, thiết bị bị sự cố ra khỏi nguồn càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên phải có thời gian → PT, TB phải chịu đựng được trong thời gian tồn tại sự cố này. Bởi vậy các PT, TB đưa vào làm việc cần phải được lựa chọn thảo mãn đồng thời 3 điều kiện trên. 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: a. Điều kiện để PT, TB đảm bảo làm việc bt và qt: Đối với đd lv //: Ilvmax = 2Ibt= 2Icp (tức là tính khi 1 đd bị đứt); Đối với mạch MBA: Ilvmax = kqtmaxIbt=kqtmaxIđmBA(thg kqtmax= 1,4 ); Đối với mạch MPĐ: Ilvmax = kqtmaxIbt= 1,05Iđm 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: b. Điều kiện để PT, TB đảm bảo chịu đựng được ở chế độ sự cố: Dòng điện NM lớn → sinh ra lực điện và nhiệt lớn có thể phá hỏng và đốt cháy phẫn dẫn/cách điện của PT, TBĐ. Do đó cần kiểm tra theo 2 điều kiện: Điều kiện ổn định động: Iđ.đm ≥ ixk (2) Điều kiện ổn định nhiệt: (Với tqd = tN) Lưu ý: Đối với các PT, TB hạ áp (U ≤1000V) không cần kiểm tra ổn định động Đối với PT, TB có Iđm ≥ 1000A, không cần kiểm tra ổn định nhiệt Đối với dây dẫn và thanh dẫn, điều kiện ổn định nhiệt kiểm tra theo tiết diện tối thiểu: 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 1. Lựa chọn MCĐ 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 2. Lựa chọn MC phụ tải 3. Lựa chọn DCL 4. Lựa chọn CC cao áp 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Lựa chọn MBA điện lực Đối với TBA có 1 máy: khcSđmB  Stt Đối với TBA có 2 máy: khckqtmaxSđmB  Stt Ví dụ: Hà nội nhiệt độ trung bình 240C; Mátcơva nhiệt độ trung bình 50C; Thì: - nhiệt độ môi trường sử dụng và nhiệt độ chế tạo (0C) Hệ số hiệu chỉnh giữa mt chế tạo và sử dụng (chỉ sử dụng khc nếu MBA ngoại nhập) Trong đó: SđmB - công suất đm của MBA, (nhà chế tạo cho); Stt - công suất tính toán (công suất lớn nhất của phụ tải). kqtmax - hệ số quá tải lớn nhất của MBA, kqtmax = 1,4 (quá tải không quá 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ). 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2. Lựa chọn MBA đo lường a. Máy biến dòng điện (BI) 2. Lựa chọn MBA đo lường b. Máy biến điện áp (BU) - sai số tiêu chuẩn. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP motor control Lưới điện hạ áp Cách ly Đóng cắt Bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ quá tải Điều khiển công suất Cách ly Đóng cắt Bảo vệ ngắn mạch Điện-cơ Điện tử motor starter Switch (cầu dao) Cầu dao tải Công- tắctơ Rơ le nhiệt Áptômát kiểu từ điện Áptômát kiểu từ nhiệt Thiết bị tích hợp Cách ly Đóng cắt Ngắn mạch Quá tải Điều khiển 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP Các khí cụ ở mạng điện hạ áp như áptômát, côngtắctơ, cầu dao, cầu chì,....được lựa chọn theo điều kiện điện áp và dòng điện, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc không cần kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt do dòng ngắn mạch. Riêng chọn áptômát và cầu chì cần lưu ý: Đối với ATM: Phải kiểm tra khả năng cắt dòng điện ngắn mạch và chỉnh định để cắt dòng điện quá tải; Đối với CC: Phải phân biệt dùng cho mạng điện sinh hoạt, chiếu sáng hay dùng trong mạng công nghiệp mà chọn cho đúng. Sau đây, sẽ nêu cách chọn các thiết bị này. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 1. Chọn ATM: Quá tải: chỉnh định 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 2. Chọn cầu chì: a. Đối với CC dùng cho mạng điện chiếu sáng: 2. Chọn cầu chì: b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: Trong ®ã: kt - hÖ sè tải cña ®éng c¬, nÕu kh«ng biÕt lÊy kt = 1; I®m.®C- dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬, I®m.®C = U®m- ®iÖn ¸p d©y ®Þnh møc, U®m = 380V; Cos®m - hÖ sè c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®.c¬, th­êng Cos®m = 0,8;  - hiÖu suÊt cña ®c¬, th­êng  = 0.8-0,95 (cã thÓ lÊy  = 1); Kmm - hÖ sè më m¸y ®.c¬ (nhµ chÕ t¹o cho), th­êng Kmm = 5; 6; 7;  - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khëi ®éng cña ®.c¬, lÊy nh­ sau: Víi ®.c¬ më m¸y nhÑ (hoÆc kh«ng tải) nh­ m¸y b¬m, m¸y c¾t gät kim lo¹i  = 2,5; Víi ®éng c¬ më m¸y nÆng (cã tải) nh­ cÇn cÈu, cÇn trôc, m¸y n©ng  =1,6; Nếu BV cho 1 động cơ: b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: Nếu BV cho nhiều động cơ: 7.5. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế PP này chỉ dùng chọn tiết diện dd của các mạng điện cao áp. Điều kiện chọn tiết diện: Kiểm tra: Tổn thất điện áp: Phát nóng: Isc ≤ Icp Ngoài ra, đối với cáp bắt buộc phải kiểm tra thêm điều kiện ổn định nhiệt: α - hệ số nhiệt độ, αcu = 6 và αAl = 11; tqđ = (0,5-1)s 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép PP này dùng để chọn tiết diện dd ở mạng điện hạ áp và mạng điện địa phương (U ≤ 35kV) chiều dài lớn. Xuất phát từ công thức tính tổn thất điện áp: Nhận thấy, r0 và x0 đều phụ thuộc vào tiết diện F, do đó ta có thể chọn tiết diện bằng cách chọn điện kháng x0 (vì x0 = 0,35÷0,45Ω/km - không thay đổi nhiều). Các bước chọn tiết điện dd theo phương pháp này làm như sau: B1. Chọn sơ bộ x0 Đối với dây hạ áp: Chọn x0 = 0,35Ω/km Đối với dây TA áp: Chọn x0 = 0,38Ω/km (với 10÷22kV); x0 = 0,4Ω/km (với 35kV) B2. Từ x0 đã chọn, xác định được: 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép B3. Từ ∆Ucp xác định được ∆UR: ∆UR = ∆Ucp - ∆UX B4. Xác định tiết diện dây dẫn cần chọn: Từ F tính được, tra bảng phụ lục để chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất B5. Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Nếu điều kiện được thỏa mãn thì dây dẫn chọn đạt yêu cầu; Trường hợp không thảo mãn, chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn 1 cấp, rồi kiểm tra lại theo điều kiện trên. - điện dẫn suất, ví dụ: PP nµy dïng ®Ó chän tiÕt diÖn d©y dÉn l­íi h¹ ¸p c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t ®« thÞ. Tr×nh tù c¸c b­íc chän tiÕt diÖn theo ph­¬ng ph¸p nµy nh­ sau: - B­íc 1: X¸c ®Þnh dßng ®iÖn tÝnh to¸n mµ ®­êng d©y ph¶i t¶i Itt; - B­íc 2: Lùa chän lo¹i d©y, tiÕt diÖn d©y theo biÓu thøc: k1k2Icp  Itt Trong ®ã: k1- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, øng víi m«i tr­êng ®Æt d©y, c¸p; k2- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, kÓ ®Õn sè l­îng d©y hoÆc c¸p ®i chung mét r·nh; k1 vµ k2 tra trong phô lôc. Icp- dßng ®iÖn l©u dµi cho phÐp øng víi tiÕt diÖn d©y hoÆc c¸p ®Þnh chän (tra b¶ng) 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp - B­íc 3: KiÓm tra l¹i: * Theo ®iÒu kiÖn kÕt hîp víi thiÕt bÞ b¶o vÖ: + NÕu b¶o vÖ b»ng cÇu ch×: (§èi víi m¹ch ®énh lùc  = 3; cßn m¹ch ¸nh s¸ng sinh ho¹t  = 0,3) + NÕu b¶o vÖ b»ng ATM: Ikddt - dßng ®iÖn khëi ®éng ®iÖn tõ cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t ng¾n m¹ch) Ikdnh - dßng ®iÖn khëi ®éng nhiÖt cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t qu¸ t¶i cña r¬ le nhiÖt) * Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh nhiÖt dßng ng¾n m¹ch: 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp Trong ®ã: -hÖ sè phô thuéc vËt liÖu lµm dd, cu = 6; Al = 11 tq® = tN = (0,5-1)s * Theo ®iÒu kiÖn tæn thÊt ®iÖn ¸p: Umax  Ucp = 5%U®m 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) Trong đó: k1 – hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào việc đặt thanh dẫn. + Đặt đứng: k1 = 1; + Đặt nằm ngang: k1 = 0,95. k2 – Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra trong sổ tay KTĐ khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ TC).  - hệ số phụ thuộc vật liệu làm thanh dẫn: Cu = 6; Al = 11. cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn (cp.Cu= 1400 kG/cm2; cp Al= 700 kG/cm2; cp Fe= 1600 kG/cm2). 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) tt - ứng suất tính toán (kG/cm2): suất hiện khi có lực điện động của dòng NM: , M - mô men uốn tính toán, + Khi thanh dẫn có từ 3 nhịp trở lên: + Khi thanh dẫn có 2 nhịp: ixk- dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha, kA l - khoảng cách giữa các sứ trong một pha (chiều dài một nhịp thanh cái), cm; a - khoảng cách giữa các pha, cm; W - mô men chống uốn của TC, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: W - mô men chống uốn của thanh dẫn, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: 7.7. CHỌN SỨ ĐỠ THANH DẪN Fcp - Lực cho phép tác động lên đầu sứ, (kG): (Fcp = 0,6Fph, Fph-lực phá hỏng sứ, nhà chế tạo cho) k – hệ số hiệu chỉnh: H - chiều cao sứ; H’ - chiều cao từ chân sứ đến tâm tiết diện thanh dẫn Chương 8. BẢO VỆ RƠLE VÀ TĐH HTCCĐ 8.1. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA 1. Khái niệm Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Thuật ngữ rơle được phiên âm từ tiếng nước ngoài: RELAIS-Pháp, RELAY-Anh, PEE-Nga ... với nghĩa ban đầu là phần tử làm nhiệm vụ tự động đóng cắt mạch điện. Ngày nay khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện gọi là BVRL 2. Mục đích, ý nghĩa Về mặt kỹ thuật: BVRL là thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và cách ly các phần tử bị sự cố hoặc hoạt động bất thường ra khỏi HT. Về mặt kinh tế: BVRL là thiết bị tự động hoá được dùng trong HTĐ với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi xảy ra sự cố. 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng kể trên, thiết bị bảo vệ rơle phải thoả mãn được các yêu cầu cơ bản: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và kinh tế. 1. Tin cậy (Reliability): Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ rơle làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi đã được xác định. 2. Chọn lọc (selectivity): là khả năng của bảo vệ rơle có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. 3. Tác động nhanh: Bảo vệ rơle cần phải cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên cần kết hợp với yêu cầu chọn lọc. 4. Độ nhạy (sensitivity): Phản ánh khả năng phản ứng của bảo vệ với mọi mức độ sự cố. Độ nhạy được biểu thị bằng tỷ số đại lượng tác động tối thiểu với đại lượng đặt. Ví dụ: đối với BV quá dòng: Quy định cụ thể với các loại bảo vệ: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5. 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL 5. Kinh tế: - Đối với mạng cao áp và siêu cao áp (U  110 kV): Chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, mặt khác yêu cầu phải được bảo vệ rất chắc chắn, vì vậy giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà phân phối thiết bị mà 4 yêu cầu kỹ thuật kể trên đóng vai trò quyết định. - Đối với mạng trung áp và hạ áp (U (51) Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chỉnh định thời gian tác động a. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current): IKĐR được xác định như sau: IKĐ được chọn theo các điều kiện sau: Trong đó: - Kat: hệ số an toàn, tính đến khả năng tác động thiếu chính xác của BV. Thường lấy: Kat  1,1 đối với rơle tĩnh và rơle số Kat  1,2 đối với rơle điện cơ Km= 2-4: hệ số mở máy của các phụ tải ĐC có dòng điện chạy qua chỗ đặt BV : hệ số trở về (với ITV = Kat.Km.Ilvmax), KTV  1 với RL tĩnh và RL số KTV = 0,85  0,9 đối với RL điện cơ. - Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất có thể chạy qua bảo vệ 2. BVQD có thời gian I> (51) → Đồ thị đặc trưng chọn dòng khởi động của BV quá dòng có thời gian: b. Độ nhạy (sensitivity): Được đánh giá bởi knh: Quy định: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5. 2. BVQD có thời gian I> (51) c. Đặc tính thời gian: Đặc tính độc lập Đặc tính phụ thuộc c. Đặc tính thời gian của BV 51: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong mạng điện hình tia (a), cho đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c) L (km) Thường t = 0,25  0,6 sec c. Đặc tính thời gian của BV 51: t = tMC (n-1) + st.t(n-1) + tqt + tdt tMC (n-1): thời gian tác động của MC ở BV trước đó st: tổng giá trị sai số về thời giancủa BV trước đó và bản thân BV đang xét; (RL điện từ st = 0,1s; RL số 0,03  0,05s) t(n-1): thời gian tác động của bảo vệ trước đó tqt: sai số do quán tính, thường tqt = 0,03  0,1s tdt: thời gian dự trữ, tdt = 0,06  0,2s Vì vậy, trong chỉnh định RL thường lấy: t = 0,25  0,6 sec d. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của BV51 Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ Nhược: Thực hiện đảm bảo tính chọn lọc theo nguyên tắc chọn thời gian tăng dần từng cấp t (cấp chọn lọc về thời gian), càng phía gần nguồn tời gian tác động càng lớn do đó khó đảm bảo được tính tác động nhanh. Phạm vi áp dụng: Dùng làm BV chính trong các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Đối với mạng điện áp cao hơn chỉ được dùng làm BV dự phòng. 3. BVQD cắt nhanh I>> (50) Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ. a. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current): IKĐ được xác định như sau: IKĐ = Kat.INng max 3. BVQD cắt nhanh I>> (50) b. Độ nhạy (sensitivity): c. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của BV50 Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ làm việc tức thời (hoặc trễ rất nhỏ cỡ 0,1s) Nhược: Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi NM ở cuối phần tử, BVCN không tác động. Hơn nữa vùng BVCN LCNcó thể thay đổi nhiều khi NM hệ thống thay đổi Phạm vi áp dụng: Dùng để BV các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Không đảm bảo được tính chọn lọc trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cấp. Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Tính toán BVQD có thời gian cho đường dây 22kV? Biết Ilvmax = 357A; Km = 1,6; Kat = 1,2; dòng NM cuối đường dây IN = 1,32kA Bài giải - Căn cứ vào dòng điện Ilvmax = 357A, ta chọn BI có I1 = 400A còn I2 = 5A - Giả thiết BI được đấu với RL theo hình sao khuyết, nên ksđ = 1. Dùng RL số, nên chọn Kv = 1 Do đó: Chọn RLQD 51 có dòng 9A. Vậy cần chỉnh định dòng KĐ của BV: - KT Độ nhạy: Ví dụ 2: Tính toán BVQD có thời gian cho mạng điện 10kV trong 2 TH: a. Dùng RL số với đặc tính thời gian độc lập; b. Dùng RL số với đặc tính thời gian phụ thuộc. Biết: - Hệ số: Km = 1,6; Kat = 1,2; thời gian tác động của BV1 t1 = 0,4s - Dòng làm việc và dòng ngắn mạch trên các đoạn đường dây: - Giả thiết: tqt = tdt = tMC = 0,1s; st = 0,08s Bài giải Xác định dòng điện chạy trên các đoạn dây: Dòng qua BV1: Ilv1 = I1 = 83A; Dòng qua BV2: Ilv2 = I1+I’1 = 83+76= 159A Dòng qua BV3: Ilv3 = I3 = Ilv2+I’2= 159+167 = 326A Bài giải (tiếp) Căn cứ dòng làm việc chạy trên các đoạn dây, chọn các BI đấu sao khuyết: BI1: n1I = 100/1; BI2: n2I = 200/1; BI3: n3I = 400/1; ksđ = 1 1. Tính toán cho BV1: 8.7 BẢO VỆ SO LỆCH 87 (Differential protection) 1. Khái quát chung Để bảo vệ các phần tử quan trọng trong hệ thống điện, cần đảm bảo yêu cầu cắt nhanh. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể đảm bảo được yêu cầu này, nhưng lại chỉ có thể bảo vệ được những vùng nhất định trong phạm vi được phân công bảo vệ do dòng điện NM có những giá trị khác nhau (Loại NM và vị trí NM). BVSL có thể khác phục được các điều kể trên: đảm bảo tác động trong vùng được phân công bảo vệ và không tác động khi có NM ngoài vùng. Theo nguyên lý làm việc, BVSL được chia thành 2 loại: BV so lệch dọc và so lệch ngang. Bảo vệ so lệch dọc chủ yếu dùng để bảo vệ các máy điện như: MBA; MPĐ và động cơ điện. Ngoài ra cũng được dùng để bảo vệ các đường dây có chiều dài ngắn và thanh cái. Bảo vệ so lệch ngang dùng bảo vệ các đường dây và các cuộn dây trong máy điện song song 2. Nguyên lý tác động a. Bảo vệ so lệch dọc Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện (kể cả góc pha của dòng điện) ở hai đầu của phần tử được bảo vệ. Nếu sự so sánh này sai khác trị số định trước thì bảo vệ sẽ tác động cắt phần tử được phân công bảo vệ ra khỏi mạng điện. ~ A B Vùng bảo vệ N ~ N’ IT1 IT2 87 I BI1 BI2 MC1 MC2 IS1 IS2 2. Nguyên lý tác động b. Bảo vệ so lệch ngang BVSL ngang dựa vào việc so sánh dòng điện của 2 hay nhiều nhánh song song. Nếu sự sai khác vượt quá một giá trị định trước BV sẽ tác động cắt phần tử bị sự cố ra khỏi mạng. 3. Tính toán bảo vệ so lệch a. Dòng khởi động IKĐ: Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ đã xác định, dòng khởi động của rơle cần phải chỉnh định trách khỏi trị số tính toán của dòng không cân bằng tính toán lớn nhất tương ứng với dòng ngắn mạch ngoài cực đại Ikcbttmax: IKĐ = ∆IKĐ = Kat.Ikcbttmax Trong đó: Ikcbttmax= fimax.Kđn.Kkck.INng max Với: fimax - sai số lớn nhất cho phép của BI, fimax= 10% Kđn - hệ số đồng nhất của các BI, thường Kđn= 0  1 Kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau; Kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất. Kkck- hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch: Kkck = 1 đối với các BI có bão hoà từ nhanh; Kkck = 2 đối với các BI khác. INng max- thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. Chú ý: Riêng đối với MBA: Ngoài những yếu tố kể trên, Ikcb còn phụ thuộc vào sai số do điều chỉnh điện áp s∆U (thường s∆U = 10%) và sai số do sự chênh lệch 3. Tính toán bảo vệ so lệch INmin- dòng NM nhỏ nhất khi có ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ b. Độ nhạy yêu cầu: giữa dòng thứ cấp ở hai phía MBA s2i. Để giảm bớt sự chênh lệch về pha của hai dòng điện này, sơ đồ nối các BI phải chọn đối ngược với các tổ đấu dây của MBA. Ví dụ: MBA có tổ đấu dây Y-∆, thì sơ đồ nối các BI phải chọn là ∆-Y. Do vậy dòng KCB được xác định như sau: Ikcbttmax = (Kkck.Kđn.fimax + s∆U + s2i)INng max Trong đó: s2i là sai số tương đối do sự chênh lệch các dòng điện thứ cấp của các BI. Xác định như sau: 8.8. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21) 1. Nguyên lý tác động và phạm vi áp dụng Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ tác động dựa vào việc đo tổng trở trong phạm vi bảo vệ, nếu thấy tổng trở đo được nhỏ hơn hoặc bằng với tổng trở định trước nó sẽ tác động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi mạng điện. Vì thế bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơle tổng trở. ZS ≤ ZKĐ → BV sẽ tác động Bảo vệ khoảng cách thường được dùng để bảo vệ lưới điện phức tạp nhiều nguồn cấp với hình dạng bất kỳ. Đặc biệt dùng tốt cho các đường dây tải điện. 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách a. Đối với BVKC làm việc không thời gian: ZKĐ = K.ZD = (0,80,85).ZD K - hệ số kể đến ảnh hưởng của Rhq tại chỗ NM; sai số của BI, BU và các sai số ảnh hưởng khác, (lấy K= 0,80,85). ZD - tổng trở đường dây được bảo vệ Ví dụ: 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách b. Đối với BVKC làm việc có thời gian: BVKC dùng để bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động và do đó để đảm bảo độ tin cậy và tính chọn lọc BVKC cũng có nhiều cấp thời gian bảo vệ khác nhau. Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách thường có dạng độc lập (dạng bậc thang) và việc chọn thời gian làm việc cho các bảo vệ ngược với đặc tính thời gian của BV 51. Độ chênh lệch về thời gian làm việc giữa các vùng (cấp) bảo vệ liền kề nhau ∆t = 0,3 0,5s. Vậy: Với BV1 có ZKĐ1 và thời gian làm việc t1 Với BV2 có ZKĐ2 và thời gian làm việc t2 = t1 + ∆t ……………… Việc chọn các đại lượng này như sau 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách Ví dụ: Chọn ZKĐ và thời gian làm việc của 3 BV21 bảo vệ đường dây có sơ đồ như hình vẽ: 3. Độ nhạy bảo vệ khoảng cách Với: ZD là tổng trở đường dây cần bảo vệ; ZIKĐ là tổng trở khởi động của BVKC. Quy định: knhyc ≥ 1,2 4. Bài tập ví dụ Tính toán BVKC cho đường dây 110kV: ~ A B C Biết: Tổng trở đơn vị: z0 = 0,37Ω/km; Dòng điện làm việc chạy trên đường dây: Ilv = 450A; Thời gian: tác động của BVA là 0,03s và ∆t = 0,5s Các hệ số: kat = 1,2; kmm = 1,65 Bài giải: 1. Chọn các BI và BU: Căn cứ vào dòng điện làm việc và điện áp của mạng, ta chọn được các BI và BU có tỷ số biến đổi như sau: nI = 600/5 = 120; nU = 110.103/100 = 1100 2. Xác định tổng trở của các đoạn dây: ZAB = z0L1 = 0,38.45 = 16,65Ω; ZBC = z0L2 = 0,38.86 = 31,82Ω; L1 = 45km L2 = 86km 4. Bài tập ví dụ (tiếp) 3. Xác định tổng trở khởi động của các BV: BVA: - Vùng 1: ZIA = K.ZAB = 0,8.16,65 = 13,32Ω - Vùng 2: ZIIA= 0,8(ZAB+ZIB) = 0,8(ZAB+0,8ZBC) = 0,8(16,65+0,8.31,82) = 33,68 Ω BVB: ZIB = K.ZBC = 0,8.31,82 = 25,46Ω 4. Thời gian tác động của các BV: tIA = 0,03s; tIIA = tIA + ∆t = 0,53s; tIB = 0,03s 5. Kiểm tra độ nhạy của các BV: 1. Sơ đồ BV đường dây và thanh cái a. BV đường dây: Thermal overload Protection against overheating due to overload currents in conductors under steady state conditions is provided by the thermal overload protection function (ANSI 49RMS), which estimates temperature buildup according to the current measurement. Phase-to-phase short circuits - Phase overcurrent protection (ANSI 51) may be used to clear the fault, the time delay being set to provide discrimination. A distant 2-phase fault creates a low level of overcurrent and an unbalance; a negative sequence / unbalance protection function (ANSI 46) is used to complete the basic protection function (fig. 1). a. BV đường dây: - To reduce fault clearance time, a percentage-based differential protection function (ANSI 87L) may be used. It is activated when the differential current is equal to more than a certain percentage of the through current. There is a relay at either end of the link and information is exchanged by the relays via a pilot (fig. 2). Phase-to-earth short circuits Time-delayed overcurrent protection (ANSI 51N) may be used to clear faults with a high degree of accuracy (fig. 1). For long feeders though, with high capacitive current, the directional earth fault protection function (ANSI 67N) allows the current threshold to be set lower than the capacitive current in the cable as long as system earthing is via a resistive neutral. a. BV đường dây: b. BV thanh cái: Phase-to-phase and phase-to-earth faults - Overcurrent protection The use of time-based discrimination with the overcurrent (ANSI 51) and earth fault (ANSI 51N) protection functions may quickly result in excessive fault clearing time due to the number of levels of discrimination. In the example (fig.1), protection unit B trips in 0.4 s when there is a busbar fault at point 1; when a busbar fault occurs at point 2, protection unit A trips in 0.7s, since the discrimination interval is set to 0.3 s. The use of logic discrimination (fig. 2) with overcurrent protection provides a simple solution for busbar protection. A fault at point 3 is detected by protection unit B, which sends a blocking signal to protection unit A. Protection unit B trips after 0.4 s. However, a fault at point 4 is only detected by protection unit A, which trips after 0.1 s; with backup protection provided if necessary in 0.7 s. - Differential protection Differential protection (ANSI 87B) is based on the vector sum of the current entering and leaving the busbars for each phase. When the busbars are fault-free, the sum is equal to zero, but when there is a fault on the busbars, the sum is not zero and the busbar supply circuit breakers are tripped. This type of protection is sensitive, fast and selective. + With percentage-based, low impedance differential protection, the difference is calculated directly in the relay. The threshold setting is proportional to the through current and CTs with different ratios may be used. However, the system becomes complicated when the number of inputs increases. + With high impedance differential protection (fig. 3), the difference is calculated in the cables, and a stabilization resistor is installed in the differential circuit. The CTs are sized to account for saturation according to a rule given by the protection relay manufacturer. The threshold setting is approximately 0.5 CT In and it is necessary to use CTs with the same ratings. Load shedding function The load shedding function is used when a shortage of available power in comparison to the load demand causes an abnormal drop in voltage and frequency: certain consumer loads are disconnected according to a preset scenario, called a load shedding plan, in order to recover the required power balance. Different load shedding criteria may be chosen: + undervoltage (ANSI 27), + underfrequency (ANSI 81L), + rate of change of frequency (ANSI 81R). Breaker failure The breaker failure function (ANSI 50BF) provides backup when a faulty breaker fails to trip after it has been sent a trip order: the adjacent incoming circuit breakers are tripped. The example (fig. 1) shows that when a fault occurs at point 1 and the breaker that has been sent the trip order fails, the breaker failure protection function is faster than action by upstream protection time-based discrimination: 0.6 s instead of 0.7 s. Examples of applications Chương 9. BV QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 1. Sét: Là sự phóng điện tia lửa trong khí quyển giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa các đám mây với đất. Khi bảo vệ chống sét cho người, các công trình và thiết bị trên mặt đất chúng ta cần quan tâm đến sự phóng điện giữa các đám mây và đất. 2. Sự hình thành sét: Sự hình thành sét gắn liền với sự hình thành các đám mây giông. Các đám mây giông tạo thành do các luồng khôngkhis nóng ẩm từ mặt đất bốc lên đi vào vùng nhiệt độ âm, hơi nước ngưng tụ thành các tinh thể băng. Các đám mây mang điện là do kết quả của các luồng không khí mãnh liệt tách rời nhau tạo ra các điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Các kết quả quan trắc cho thấy, 80% phần dưới của mây có cực tính âm, còn ở phần trên của đám mây thường tích các điện tích dương. 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 3. Quá trình phóng điện của sét Phần dưới các đám mây giông được tích điện âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ. Theo đà tích luỹ các điện tích âm của đám mây, cường độ điện trường của tụ mây-đất sẽ tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ điện trường đạt tới trị số tới hạn 25  30 KV/cm thì không khí sẽ bị ion hoá tạo thành dòng plasma và bắt đầu trở nên dẫn điện, mở đầu cho quá trình phóng điện của sét. Phóng điện sét có thể chia làm 3 giai đoạn chính: Phóng điện tiên đạo Phóng điện ngược (phóng điện chủ yếu) Kết thúc quá trình phóng điện Các giai đoạn phóng điện có thể hình dung qua dòng điện sét biến thiên theo thời gian như hình vẽ (trang bên). 3. Quá trình phóng điện của sét GĐ phóng điện ngược v = 6.104  105 km/s Kết thúc PĐ 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT iS, KA t, s đs s IS Dßng ®iÖn sÐt theo thời gian IS/2 Dòng điện sét được ghi lại bởi các máy hiện sóng cực nhanh có dạng đường hình vẽ. Hai tham số quan trọng nhất của phóng điện sét là biên độ dòng điện sét IS và độ dốc đầu sóng a. 1. Biên độ dòng điện sét Kết quả đo lường cho thấy biên độ sét IS biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đến hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm: Hay: IS: Biên độ dòng điện sét, kA vI: Xác suất xuất hiện sét có biên độ ≥ IS Vùng đồng bằng: Vùng trung du và miền núi: Hay: 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT 2. Độ dốc đầu sóng Trong trường hợp tổng quát, độ dốc đầu sóng a được định nghĩa là đạo hàm của dòng điện sét theo thời gian: Hay: Khi tính toán, đầu sóng dòng điện sét thường được thay bằng đường thẳng xiên góc có độ dốc trung bình: Xác suất xuất hiện dốc đầu sóng (xác định theo thực nghiệm): Cho vùng đồng bằng: Cho miền núi: Hay: 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT Trong tính toán có khi cần phải đồng thời xét đến cả hai yếu tố: Biên độ dòng điện sét và độ dốc đầu sóng, ta dùng xác suất phối hợp: Đối với vùng đồng bằng: Đối với vùng miền núi: 9.3. CƯỜNG ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA SÉT Cường độ hoạt động của sét tại các vùng lãnh thổ (hoặc khí hậu) có thể được biểu thị thông qua 2 đại lượng nngs và mS. Số ngày sét trong năm nngs Theo đề tài KC.03.07 nước ta có: nngs = 100; nngsmax = 114 Mật độ sét mS (là số lần có sét đánh trên 1km2 diện tích ứng với 1 ngày có sét). Thường mS = 0,1  0,15. Vậy số lần sét đánh trên diện tích 1km2 mặt đất trong 1 năm sẽ là: Nj =mS nngs = (0,1  0,15) nngs 9.4. TÁC HẠI CỦA SÉT VÀ ND CƠ BẢN BẢO VỆ CS 1. Tác hại của sét Khi sét đánh trực tiếp Khi sét đánh gián tiếp 2. ND cơ bản bảo vệ chống sét Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Bảo vệ chống sét lan truyền và cảm ứng 9.5. B.VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1. Khái quát chung Để hạn chế thiệt hại về người và của do sét đánh trực tiếp có nhiều biện pháp ngày càng hoàn thiện nhưng đều dựa vào nguyên lý cổ điển do Franklin phát minh ra vào năm 1752, đó là: dùng vật thu sét (kim thu sét, dây thu sét,...) đặt cao hơn vật cần bảo vệ rồi nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ bằng các dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tản dòng điện sét. Mục đích dùng các vật đặt cao hơn công trình, thiết bị là để khi xuất hiện hiện mây giông, các vật thu này sẽ tập trung điện tích từ mặt đất, tạo nên một cường độ điện trường lớn giữa vật thu sét và mây sẽ định hướng phóng điện về phía mình để tạo nên một không gian an toàn cho công trình, thiết bị cần bảo vệ. Như vậy, để BVCS đánh trực tiếp thì HTCS sẽ có 3 bộ phận: 1. Khái quát chung (tiếp) Cột thu sét thường dùng để bảo vệ các công trình, thiết bị, nhà xưởng chống sét đánh thẳng, ngoài ra người ta còn có thể dùng phối hợp với dây chống sét. Đối với các đường dây tải điện trên không dùng DCS. Để bảo vệ chống sét các đường dây tải điện, nên treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây là tốt nhất trong việc bảo đảm vận hành an toàn và liên tục cung cấp điện nhưng làm như vậy rất tốn kém. Trong thực tế, tuỳ theo tầm quan trọng của đường dây mà người ta có thể bố trí dây chống sét trên toàn tuyến hay không: Thường các đường dây có điện áp 110 KV trở lên được bảo vệ trên toàn tuyến đồng thời được phối hợp với khe hở phóng điên, chống sét ống hoặc tăng số lượng bát sứ ở những nơi hay bị sét đánh, cột vượt cao và chỗ giao chéo với đường dây khác hay ở những đoạn nối với trạm. Các đường dây điện áp đến 35KV ít được bố trí bảo vệ trên toàn tuyến mà bảo vệ trên các đoạn hay bị sét đánh và đoạn 1  2 km trước khi nối với trạm biến áp. 2. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét (Franklin) a. Nguyên lý chung: MFX Đất Cột TS Điện cực (đầu tia tiên đạo) Mô hình xác định phạm vi bảo vệ của cột TS: Tấm KL Khoảng không gian gần cột thu sét mà vật được bảo vệ đặt trong đó, rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu sét. h r 2h/3 Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét theo thực nghiệm Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình, người ta thấy rằng phạm vi bảo vệ của một cột thu sét được giới hạn bởi hình nón tròn xoay có đường sinh gãy khúc ở độ cao 2h/3 (hv). Bán kính bảo vệ của cột thu sét rx bảo vệ vật ở độ cao hx được xác định bởi công thức sau: P = 1 khi h  30m b. Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét PVBV của hai cột thu sét cao bằng nhau: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số PVBV của hai cột thu sét đơn nếu hai cột đặt cách nhau một khoảng a 2h/3) nên có thể không cần đề cập tới phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc bảo vệ . Có thể tính toán được trị số của góc  là 310 (tg = 0,6) Thực tế đường dây sẽ được bảo vệ khi: 200 103 Ωm; CSÔ2: Đặt cuối đường dây (cột cuối trước khi nối với MBA) để bảo vệ MC đường dây khi nó hở mạch (điện áp tăng cao do phản xạ ở nơi hở mạch). Phải chỉnh định sao cho, CSÔ2 không được làm việc khi MC đang đóng mạch CSV: Đặt tại thanh cái TBA bảo vệ MBA. a. Đối với TBA từ 35-110kV: 7. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống sét TBA c. TBA nối với cáp b. TBA từ 110kV trở lên Chương 10. NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 10.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Khái niệm về hệ số công suất: a. Hệ số cos tức thời: Xác định được nhờ dụng cụ đo tại thời điểm nào đó Cos biến thiên theo thời gian nên không có ý nghĩa trong tính toán b. Hệ số công suất trung bình costb: Là hệ số cos trong một khoảng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng,...): costb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN 10.1. KHÁI QUÁT CHUNG c. Hệ số công suất cos tự nhiên: Là hệ số công suất trung bình tính trong một năm (8760h) khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên được dùng làm căn cứ xác định phụ tải tính toán, nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng. Đối với ĐCKĐB có cos thấp (cos = 0,5÷0,7), do đó ĐCKĐB tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất, chiếm (65÷70)%, sau đó là máy biến áp. 2. Bù công suất phản kháng trong các XN công nghiệp: Là sử dụng các thiết bị bù (tụ bù, máy bù đồng bộ) đặt song song với thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ lượng công suất phản kháng mà thiết bị này tiêu thụ. 10.2. Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO COS Lµm gi¶m ®­îc tæn thÊt ®iÖn ¸p Lµm gi¶m tæn thÊt c«ng suÊt Lµm gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng T¨ng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i 10.2. Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO COS TÓM LẠI: Việc nâng cao cos có 2 lợi ích cơ bản: 1. Lợi ích to lớn về kinh tế cho ngành điện và doanh nghiệp 2. Lợi ích về kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điện áp 10.3. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO COS Có hai nhóm giải pháp để nâng cao cos 1. Nhóm các giải pháp nâng cao cos tự nhiên: Là các giải pháp không dùng các thiết bị bù. Có các giải pháp cơ bản sau: Thay thế các ĐCKĐB làm việc non tải bằng ĐC có CS nhỏ hơn Thường xuyên bảo dưỡng và nâng cao chất lượng sửa chữa ĐC Sắp xếp, sử dụng hợp lý các quá trình công nghệ của các máy móc, thiết bị điện. Sử dụng ĐCĐB thay cho ĐCKĐB Thay thế các MBA làm việc non tải bằng MBA có dung lượng nhỏ hơn. Sử dụng chấn lưu điện tử hoặc chấn lưu sắt từ hiệu suất cao cho các chấn lưu sứt từ thông thường. 2. Nhóm các giải pháp nâng cao cos nhân tạo: Là giải pháp sử dụng các thiết bị bù (tụ bù hoặc máy bù đồng bộ). Các thiết bị bù phát ra Q để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ nhu cầu Q trong XN. Làm như vậy gọi là Bù công suất phản kháng. So s¸nh kinh tÕ - kü thuËt cña m¸y bï vµ tô bï 10.4. TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG B1. Xác định dung lượng bù: Qb = P( tg1 - tg2) B2. Xác định vị trí đặt tụ bù: Về lý thuyết có thể đặt tụ phía cao áp hay hạ áp hay bất cứ đâu của mạng XN. Đặt tụ bù phân tán tại các động cơ là có lợi nhất về mặt tổn thất điện áp và điện năng. Tuy nhiên đặt tụ kiểu này chi phí cao và khó khăn trong quản lý, vận hành. Vì vậy, đặt tụ bù phía điện áp cao hay hạ áp, tập trung hay phân tán đến mức độ nào cần phải so sánh KT-KT. Qua kinh nghiệm thực tế, nên đặt tụ bù như sau: Với máy bơm và xưởng cơ khí: Đặt tụ bù cạnh tủ phân phối Với XN nhỏ: Đặt tập trung tại thanh cái hạ áp TBA. Ngoài ra với các px có ĐC công suất lớn, đặt độc lập nên đặt riêng 1 bộ tụ bù. Với XN lớn: Đặt tụ bù phân tán tại các phân xưởng. B3. Phân bố tối ưu dung lượng bù: Khi bù phân tán, áp dụng công thức phân bố tối ưu công suất như sau: 10.4. TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG B3. Phân bố tối ưu dung lượng bù (tiếp): Nếu mạng điện XN hình tia: Nếu mạng điện XN phân nhánh: Cần biến đổi các nhánh song song thành nhánh tương đương rối áp dụng công thức trên. B4. Điều khiển dung lượng bù: Bằng tay hoặc tự động Qb1 Mạng điện hình phân nhánh Mạng điện hình tia Mét xÝ nghiÖp cã c«ng suÊt tæng nh­ sau: S = 100 + j152 KVA. VÝ dô TÝnh to¸n ®iÒu khiÓn dung l­îng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85. Tõ c«ng suÊt phô t¶i ®· cho x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè c«ng suÊt cña xÝ nghiÖp Lêi gi¶i TÝnh ®­îc tg = 1,51 - Khi yªu cÇu cos1 = 0,65 tÝnh ®­îc tg 1 = 1,17 - Khi yªu cÇu cos2 = 0,75 tÝnh ®­îc tg 2 = 0,88 - Khi yªu cÇu cos3 = 0,85 tÝnh ®­îc tg 3 = 0,62 §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos1 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 1 lµ: Qb1 = P( tg - tg1) = 100(1,51- 1,17) = 34 KVAr §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos2 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 2 lµ: Qb2 = P( tg1 - tg2) = 100( 1,17 – 0,88) = 29 KVAr §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos3 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 3 lµ: Qb3 = P( tg2 - tg3) = 100( 0,88- 0,62) = 26 KVAr S¬ ®å ®iÒu khiÓn dung l­îng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt XN lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85. VÊn ®Ò ®iÒu chØnh tù ®éng dung l­îng bï §Ó ®iÒu chØnh tù ®éng dung l­îng bï ®­îc thùc hiÖn nhê bé S6-Q hoÆc S12-Q hoÆc bé PDCF. Chương 11. KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG 11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG Có thể coi việc phát hiện và chế ngự ngọn lửa là bước khởi đầu cho Kỹ thuật chiếu sáng. Nguồn sáng nhân tạo đầu tiên là ngọn nến đã được sử dụng từ 5000 năm về trước. 1669 Newton đã phát hiện ánh sáng trắng là tổ hợp của ánh sáng bẩy màu khi cho tia sáng mặt trời chiếu qua lăng kính. Năm 1756 M. Lomonosov lần đầu tiên phát hiện các loại tế bào thị giác và đề xuất học thuyết ba màu của ánh sáng. Thế kỷ 19, Maxwell đã đề xuất Lý thuyết trường điện từ thống nhất và tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ. Năm 1888 Henry Hertz đã thu được sóng điện từ đầu tiên. Công cụ phân tích phổ do R.Bunsen và G. Kirchhoff phát triển, nhờ đó màn bí mật của ánh sáng được phát hiện. Cuối thế kỷ 19, Albert Einstein tác giả của cơ học lượng tử và lý thuyết tương đối là người đầu tiên đề xuất bản chất sóng-hạt của ánh sáng và giải thích ánh sáng gồm vô số hạt nhỏ mang năng lượng là các phôton. Năm 1879, đèn sợi đốt đầu tiên do Thomas Edison chế tạo từ sợi các bon, tạo nên nhiệt độ 39000K, hiệu quả ánh sáng 2lm/W, tuổi thọ 600 giờ. Năm 1908 Siemens đã sử dụng sợi đốt Vonfram-Nicken. 11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG Năm 1910, đèn huỳnh quang ra đời, năm 1933 xuất hiện đèn ống huỳnh quang đầu tiên. Năm 1960, các đèn halogen kim loại (Metal Halide) do công ty General electric chế tạo ra đời. Gần đây các nguồn sáng dựa trên hiện tượng phát quang trong chất bán dẫn được ứng dụng trong các điôt phát quang (LED). Từ năm 1990 với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng mới, của các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích. Chiếu sáng tiện ích có nội dung cơ bản là tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu quả cao, loại bỏ và thay thế các loại đèn sợi đốt bằng đèn compact, sử dụng rộng rãi các đèn huỳnh quang thế hệ mới, điều chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu sử dụng, sử dụng có hiệu quả của chiếu sáng tự nhiên. Kết quả của chiếu sáng tiện ích phải đạt tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm điện, góp phần bảo vệ môi trường. 11.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG Ánh sáng có hai thuộc tính cơ bản là sóng và hạt: Sóng ánh sáng là sóng điện từ phát xạ khi có sự chuyển mức năng lượng của các điện tử trong các nguồn sáng. Trong vật chất ánh sáng có vận tốc: v = c/n (km/s) c-vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 300.000 km/s n-chiết suất của môi trường. Giữa tần số f và bước sóng  liên hệ bởi biểu thức:  = v/f Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua tương tác của ánh sáng với môi trường chất. Ánh sáng gồm vô số các hạt nhỏ mang năng lượng gọi là phôton. Mắt người là bộ cảm biến quang vô cùng tinh tế và linh hoạt cảm nhận được ánh sáng trong dải bước sóng đi từ 380 đến 760 nm (1 nm = 10-9 m). 1.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG Quang thông Φ/F (lumen/lm): là thông lượng ánh sáng do nguồn phát ra trong không gian. Cường độ sáng I (Candela/cd): được xác định bằng lượng ánh sáng phát ra từ nguồn sáng theo một phương nhất định. Phụ thuộc vào hình dạng và tính đối xứng của choá đèn, choá đèn được chia thành 2 loại: loại chùm tia hẹp và loại chùm tia rộng. 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG Ðộ rọi E (lux/lx): Ðộ rọi xác định một khu vực sáng như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng. Nó là tỷ số giữa quang thông và diện tích được chiếu sáng: E = Φ/S (1lm/m2 = 1lx). Ví dụ: 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG Ðộ chói L (cd/m2 hoặc cd/cm2): là ấn tượng ánh sáng mà người quan sát có được ở khu vực được chiếu sáng: Ðộ chói thường có ý nghĩa hơn độ rọi khi xác định chất lượng chiếu sáng. Hiệu suất phát quang/Quang hiệu K (lm/W): thể hiện hiệu quả của sự chuyển đổi điện năng thành ánh sáng. Nó đồng thời là đơn vị đo hiệu suất của bóng đèn. Quan hệ giữa độ rọi và độ chói: Lambert (1728-1777) đã chứng minh quan hệ giữa độ rọi E nhận được trên mặt có hệ số phản xạ  và độ chói L theo biểu thức: E = L 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG Hệ số phản xạ ρ, hấp thụ α và xuyên sáng τ ánh sáng: Nếu có một lượng quang thông Fi tới đập vào bề mặt vật liệu thì có thể xảy ra các trường hợp sau: Một phần quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu Fρ; Một phần quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thụ, ký hiệu Fα; Một phần quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu Fτ. Khi đó: Fi = Fρ + Fα + Fτ Nếu gọi: Fρ /Fi = ρ là hệ số phản xạ ánh sáng; Fα /Fi = α là hệ số hấp thụ ánh sáng; Fτ /Fi = τ là hệ số xuyên sáng Thì: ρ + α + τ = 1 Các trị số của ρ, α, τ thay đổi tùy thuộc đặc tính quang học của vật liệu (tra trong sổ tay thiết kế chiếu sáng). 11.4. PHÂN LOẠI CÁC HÌNH THỨC CHIẾU SÁNG 11.5. THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG CÁC LOẠI ĐÈN CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG PHẠM VI ỨNG DỤNGCỦA MỘT SỐ LOẠI ĐÈN THÔNG DỤNG 1. ĐÈN SỢI ĐỐT 1. ĐÈN SỢI ĐỐT 1. ĐÈN SỢI ĐỐT Đặc điểm của đèn sợi đốt: Ưu điểm: Có chỉ số thể hiện màu rất cao (≈ 100) cho phép sử dụng trong chiếu sáng chất lượng cao. Nối trực tiếp vào lưới điện; kích thước nhỏ; bật sáng tức thời và giá thành thấp. Nhược điểm: Hiệu quả năng lượng thấp, đạt 10-20lm/W; Phát nóng; Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào điện áp: trung bình 1000h nhưng khi U tăng 5%Uđm tuổi thọ chỉ còn 500h. Từ năm 1960, ngoài khí trơ người ta còn bổ sung Halogen (Iốt, Brom) khi đó vonfram bốc hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không bị ngưng đọng trên thành bóng đèn cho phép đạt nhiệt độ 31000K, hiệu quả ánh sáng từ 20-27lm/W tuổi thọ trung bình 2000h. 2. ĐÈN HUỲNH QUANG 2. ĐÈN HUỲNH QUANG Chấn lưu điện từ-Tắc-te được nối với bóng đèn như hình vẽ. Khi ®Æt vµo ®iÖn ¸p, x¶y ra phãng ®iÖn trong t¾c-te thanh l­ìng kim biÕn d¹ng do nhiÖt vµ tiÕp xóc víi ®iÖn cùc kia. Dßng ®iÖn ch¹y qua t¾c-te vµ ®èt nãng c¸c ®iÖn cùc cña ®Ìn. Sau khi x¶y ra hå quang gi÷a c¸c ®iÖn cùc cña t¾c-te, thanh l­ìng kim nguéi ®i vµ "më m¹ch". Hë m¹ch dÉn ®Õn t¹o nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng (do chÊn l­u) lµm ®Ìn th¾p s¸ng. Khi lµm viÖc binh th­êng chÊn l­u h¹n chÕ dßng ®iÖn vµ æn ®Þnh phãng ®iÖn. 2. ĐÈN HUỲNH QUANG Đèn HQ với nối với chấn lưu điện tử 11.6. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CS cục bộ và chiếu sáng sự cố cần căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể để quyết định. Ở đây sẽ trình bày cách thiết kế chiếu sáng chung. 1. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế chiếu sáng Nắm được các tiêu chuẩn trong chiếu chiếu sáng Độ rọi đồng đều trên bề mặt cần chiếu sáng Thu thập thông tin, số liệu Mặt bằng xí nghiệp, phân xưởng, vị trí các máy đặt trên mặt bằng phân xưởng; Mặt bằng và mặt cắt nhà xưởng thiết kế để xác định vị trí treo đèn; Những đặc điểm của quá trình công nghệ (làm việc chính xác, cần phân biệt màu sắc, v.v...). Các tiêu chuẩn về độ rọi của các khu vực làm việc; Số liệu về nguồn điện, nguồn vật tư 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI KHÔNG ĐÒI HỎI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO Bước 1: Căn cứ vào tính chất của đối tượng cần chiếu sáng, chọn suất phụ tải chiếu sáng p0 (W/m2) thích hợp (P.lục chiếu sáng) Bước 2: Căn cứ suất chiếu sáng p0, xác định tổng công suất cần chiếu sáng cho khu vực có diện tích S (m2): PCS = p0.S , W Bước 3: Chọn loại đèn (đền sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang), công suất mỗi bóng đèn Pd, rồi xác định tổng số bóng đèn n cần dùng chiếu sáng cho khu vực: Bước 4: Căn cứ vào diện tích S của khu vực cần chiếu sáng; số bóng đèn n và tính chất, yêu cầu của công việc bố trí đèn hợp lý trong khu vực chiếu sáng. Bước 5: Thiết kế mạng điện chiếu sáng: vẽ sơ đồ mặt bằng đấu dây từ bảng điện đến từng bóng đèn; sơ đồ nguyên lý mạng điện chiếu sáng và tiến hành chọn các phần tử trên sơ đồ (loại bảng điện, dây dẫn, công tắc, áptômát, cầu chì bảo vệ,...). 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO a. Khi dùng đèn sợi đốt: Bước 1: Xác định độ treo cao đèn Bước 2: Dựa vào tỷ số L/H hợp lý (P.lục CS), xác định khoảng cách giữa hai đèn kề nhau L (m) Bước 3: Căn cứ vào bố trí đèn trên mặt bằng, mặt cắt xác định hệ số phản xạ tường, trần tư, tr, (%). Bước 4: Xác định chỉ số phòng (có kích thước ab): Bước 5: Từ tư, tr,  tra bảng tìm hệ số sử dụng Ksd Bước 6: Xác định quang thông tính toán của đèn: Trong đó: K - hệ số dự trữ, tra PL E - độ rọi yêu cầu của nhà xưởng (lx); S - diện tích nhà xưởng (m2); Z - hệ số tính toán, Z= 0,81,4; n - số bóng đèn sau khi đã bố trí đèn trên mặt bằng Bước 7: Tra sổ tay tìm công suất bóng có quang thông F  Ftt; Bước 8: Thiết kế mạng cấp điện chiếu sáng 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO b. Khi dùng đèn huỳnh quang: Giai đoạn 1: Thiết kế sơ bộ (làm như trường hợp chiếu sáng khi không đòi hỏi độ chính xác cao). Giai đoạn 2: Kiểm tra độ rọi yêu cầu: Trong đó: F - quang thông trên đơn vị nguồn sáng: n - số bóng đèn trong nguồn sáng; F0 - quang thông một bóng đèn, lm; L - chiều dài nguồn sáng, m. - tổng độ rọi tương đối trên điểm cần kiểm tra, trị số ei tìm được bằng cách tra trên đồ thị dựa vào tỷ số và . Tra đồ thị trang sau Đồ thị xác định độ rọi theo và