Bài giảng Cung cấp điện - Chương 1: Tổng quan về hệ thống cung cấp điện - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST)

Lê Viết Tiến Bộ môn Hệ thống điện, C1-118, Viện Điện, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tên môn : Cung cấp điện Tóm tắt: Giới thiệu về Hệ thống điện, cung cấp điện, phụ tải điện, đánh giá kinh tế, kết cấu lưới điện, sơ đồ thay thế lưới, tính toán ngắn mạch, lựa chọn thiết bị điện, Giới thiệu môn học đánh giá điện áp, bù công suất phản kháng và tính toán chiếu sáng. Sách tham khảo : Phan Đăng Khải, Hệ thống cung cấp điện, NXB Giáo dục, 2007. Ngô Hồng Quang: Sổ tay tra cứu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lê Việt Tiến EPSD, SEE, HUST CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1. Giới thiệu chung về hệ thống điện 2. Tổng quan công nghệ sản xuất điện năng Nội dung 3. Khái niệm về lưới điện 4. Khái niệm về hệ thống cung cấp điện 5. Các ký hiệu thông dụng trong thiết kế hệ thống điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Tổng quan chung • Mạch điện xoay chiều đơn giản − Nguồn (máy phát đồng bộ đơn) − Đường dây (dây dẫn), Phụ tải (bóng đèn) − Điều khiển (công tắc, đồng hồ đo) Đồng hồ Công tắc Tải Đường dây Nguồn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Nhà máy điện − Các nhà máy sản xuất điện năng từ các nguồn năng lượng khác (Dầu, hạt nhân, hoặc nhiệt năng ) − Trạm biến áp: máy phát (s/s) nối nhà máy điện với hệ thống truyền tải qua các máy biến áp tăng áp. • Lưới truyền tải − Lưới truyền tải chuyển điện năng đi xa từ nhà máy điện tới lưới phân phối. Điện áp khoảng 230 – 1100 kV. − Hệ thống truyền tải giảm điện áp xuống khoảng 36-230 kV. − Các hệ thống truyền tải chuyển điện năng từ lưới truyền tải đến lưới phân phối. • Lưới phân phối − Giảm điện áp xuống điện áp cơ bản của lưới phân phối. − Hệ thống phân phối nhận điện năng từ lưới phân phối qua các máy biến áp phân phối. Điện áp khoảng từ 4.16-34.5 kV − Máy biến áp phân phối chuyển đổi xuống điện áp sử dụng và chuyển tới khách hàng sử dụng điện. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Tổng quan chung • Các đặc điểm công nghệ của hệ thống điện − Điện năng nhìn chung không tích trữ được . − Điện năng được tạo ra từ các nguồn năng lượng khác. − Các quá trình điện xảy ra rất nhanh. − Các chế độ của hệ thống điện là các quá trình động, liên tục thay đổi theo thời gian như các thông số vận hành, nhu cầu phụ tải − Quan hệ chặt chẽ với tất cả các ngành của nền kinh tế. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Tổng quan chung • Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điện: − Đáp ứng được tối đa nhu cầu phụ tải cực đại ở bất cứ thời điểm nào. − Đảm bảo cung cấp điện tin cậy và an toàn. − Đảm bảo chất lượng điện năng theo yêu cầu. − Có tính kinh tế cao. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Tổng quan chung • Hệ thống điện tương lai − Sử dụng các nhà máy vừa và nhỏ − Sử dụng năng lượng tái tạo − Hệ thống điện thông minh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Nguyên lý chung • Phương pháp truyền thống − Nhà máy thủy điện, là các nhà máy biến đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng. − Nhà máy nhiệt điện, nhiệt năng thu được khi đốt các nhiên liệu (than, dầu, khí đốt ) được chuyển hóa thành điện năng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Phương pháp khác − Năng lượng tái tạo
Năng lượng gió
Pin mặt trời Nhà máy điện Nguyên lý chung − Năng lượng hạt nhân
Các phản ứng hạt nhân CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Nguyên lý hoạt động Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện Nhiệt do đốt nhiên liệu biến nước thành hơi (2) trong buồng đốt thành hơi áp suất cao (3) làm quay turbine (4), trục (5) nối turbine với máy phát (6) và sản xuất điện năng. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Các dạng nhà máy nhiệt điện sau − Dạng nhiên liệu: Than hoặc dầu – Tua bin khí, Tua bin khí gas, năng lượng mặt trời hoặc năng lượng sinh khối. Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt − Theo phụ tải nhiệt: Nhiệt điện ngưng hơi, nhiệt điện trích hơi. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Ưu nhược điểm + Vốn đầu tư thấp, hiệu quả thu hồi vốn nhanh. – Giá thành điện năng đắt do hiệu suất thấp (nhà máy nhiệt điện ngưng hơi có hiệu suất 30 ÷ 40% ; nhà máy nhiệt điện trích hơi có hiệu suất cao hơn với hiệu suất là 60 ÷ 70%). Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện – Nhiên liệu đầu vào là loại nhiên liệu không tái tạo được. – Gây ô nhiễm môi trường do khói, bụi ảnh hưởng tới một vùng khá rộng. – Tỉ lệ điện tự dùng cao: 8÷10% – Khả năng huy động công suất chậm, từ 4h đến 8h. – Dải điều chỉnh công suất bị giới hạn bởi Pmin do kỹ thuật. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Kết luận: – Nhà máy nhiệt điện thường được xây dựng ở gần nguồn nhiên liệu. – Nhà máy nhiệt điện thường làm việc với đồ thị phụ Nhà máy điện Nhà máy nhiệt điện tải ít thay đổi. – Đối với nhiệt điện rút hơi thì phải xây dựng gần phụ tải nhiệt. – Nhà máy nhiệt điện phù hợp với điều kiện không có nhiều vốn và cần phát điện nhanh. – Yêu cầu an toàn với các nhà máy điện hạt nhân. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Nhà máy thủy điện • Nguyên lý hoạt động: Thế năng nước Quay tua bin Máy phát điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Nhà máy thủy điện • Công suất của nhà máy thủy điện P = 9.81 η Q H P: Công suất (kW) η: hiệu suất của nhà máy Q: Lưu lượng nước chảy (m3/s) H: Chiều cao cột nước (m) • Phân loại – Nhà máy thủy điện kiểu đập. – Nhà máy thủy điện tích năng. – Nhà máy thuỷ điện kiểu ống dẫn. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy thủy điện kiểu đập: tạo ra cột nước H bằng cách xây đập ngăn dòng nước. Nước được dẫn qua tua bin bằng ống dẫn. Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn: dùng kênh dẫn để tạo ra cột nước. Kênh dẫn gồm hai phần: phần đầu là kênh dẫn hở (hoặc hầm dẫn nước) dùng để đưa nước từ nơi có mức nước cao đến nơi có mức nước thấp; phần cuối là ống dẫn kín đưa nước từ trên cao xuống thấp để chạy tua bin. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Nhà máy thủy điện • Ưu nhược điểm: + Chi phí vận hành thấp, vận hành đơn giản, khả năng tự động hóa cao, không cần nhiều nhân công nên giá thành điện năng thấp. + Khả năng huy động công suất nhanh (1 ÷ 2ph) => có thể phân cho vài nhà máy thủy điện hoặc vài tổ máy của chúng làm nhiệm vụ điều tần (gánh phụ tải đỉnh). Hiệu suất cao 85÷90% + Lượng điện tự dùng thấp do không có lò hơi và khâu xử lý nhiên liệu. + Không gây ô nhiễm. + Nhà máy thủy điện kiểu đập còn mang đến nhiều nguồn lợi khác như điều tiết nước phục vụ thủy lợi, nuôi bắt thủy sản, cải tạo cảnh quan môi trường, du lịch. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Nhà máy thủy điện • Ưu nhược điểm: - Giá thành xây dựng đắt do ngoài chi phí xây dựng nhà máy còn có chi phí xây dựng các đường dây cao áp đưa điện từ nhà máy vào lưới, chi phí để di dân . - Thời gian xây dựng lâu (10-20 năm). - Thường phải xây dựng xa vùng phụ tải nên tổn thất trên hệ thống truyền tải lớn. - Nguồn nước cung cấp cho các nhà máy thủy điện (từ các dòng chảy tự nhiên) thay đổi theo thời gian (phụ thuộc khí hậu, thời tiết) => gặp khó khăn trong việc xây dựng phương án điều tiết tối ưu. - Gây ảnh hưởng bất lợi đến môi trường sinh thái. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Kết luận: – Xây dựng trên các dòng sông có độ lớn cao và chảy mạnh. – Đồ thị phụ tải tự do, phần đỉnh và đáy đồ thị (tần số và thủy lợi). Nhà máy điện Nhà máy thủy điện – Điều tiết thủy lợi, lũ lụt khi thiết kế nhà máy. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Nhà máy điện dùng sức gió – Năng lượng tái tạo, không ô nhiễm – Vốn đầu tư lớn (~2USD/W) Nhà máy điện Các nhà máy dạng khác – Kết nối với lưới khó. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Pin mặt trời – Năng lượng tái tao. – Cấu trúc cố định và ít sửa chữa. – Công suất phát phụ thuộc và thời tiết. Nhà máy điện Các nhà máy dạng khác – Đầu tư cao cho dự án nhỏ (2- 3USD/W), nhưng sẽ tiết kiệm cho hệ thống lớn. Photons of light excites electrons in the junction into a higher state of energy, allowing them to act as charge carriers for a current CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Điện áp của lưới điện: – Tiêu chuẩn: ANSI 84.1-1995, IEC-38-1983 – Điện áp định mức (danh định) Là điện áp chuẩn mực để thiết kế Nhà máy điện Lưới điện – Các cấp điện áp định mức (ANSI C84.1):
Hạ áp: Nhỏ hơn 1kV
Trung áp: 1-100kV
Cao áp: 100-230kV
Siêu cao áp: >220kV CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Điện áp của lưới điện: – Chọn điện áp tải điện tối ưu thường gặp khi thiết kế cung cấp điện cho một phụ tải. – Công thức kinh nghiệm Nhà máy điện Lưới điện
Công suất truyền tải (P, MW)
Chiều dài (L, km) PL U 2500500 1000 + = PLU .16.34,4 += CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Phân loại lưới điện: – Lưới điện xoay chiều và lưới điện một chiều. – 1 pha và 3 pha. – Theo điện áp: hạ, trung, cao. Nhà máy điện Lưới điện – Theo lãnh thổ. – Theo tính chất hộ tiêu thụ. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống phân phối một pha và 3 pha:
Một pha 2 dây
Một pha 3 dây CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhà máy điện Lưới điện Các chức năng của hệ thống điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Hệ thống phân phối điện • Lưới phân phối và hệ thống phân phối: – Lưới phân phối là lưới nhận điện năng và đưa đến các khách hàng 1. Đường dây truyền tải, 2. Trạm phân phối, 3. Đường dây phân phối chính, 4. Đường dây phân phối nhánh, 5. Đười dây phân phối cấp 2 dùng điện. – Hệ thống phân phối điện nối trực tiếp đến từng khách hàng sử dụng điện. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Lưới phân phối cơ bản • Hệ thống phân phối điện công nghiệp: – Phụ tải lớn tập trung – Yêu cầu ổn định cao – Đồ thị bằng phẳng – Dạng hình tia hoặc nối vòng – Đường dây ngắn – Mạch nối song song CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Lưới phân phối cơ bản Lưới cao ápHệ thống đến Hệ thống đến • Hệ thống phân phối đô thị: – Phụ tải đều (mật độ phụ tải cao 5-50VA/m2) – Yêu cầu ổn định cao – Đồ thị phụ tải Trạm điện phân phối Lưới phân phối chính Lưới phân phối thứ cấp Máy biến áp phân phối thay đổi lớn – Dùng đường dây cáp hoặc dây trên không – Mạch vòng và nối song song CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hệ thống cung cấp điện Lưới phân phối cơ bản • Hệ thống phân phối nông nghiệp: – Phụ tảo phân tán (< 1VA/m2) – Yêu cầu ổn định thấp Trạm điện phân phối Hệ thống đến – Đồ thị phụ tải thay đổi lớn (phụ tải máy bơm) – Lưới hình tia – Đường dây trên không – Đường dây dài, một mạch. Lưới phân phối chính Máy biến áp phân phối CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ký hiệu thông dụng trong thiết kế • Lưới điện – Nguồn (DC, AC) – Đường dây (trên không, cáp, thanh cái) – Máy biến áp – Máy cắt – Cầu giao – Cầu chì – Thiết bị đo lường (điện áp, dòng điện, công suất, hệ số công suất) – Phụ tải (bóng đèn, động cơ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ký hiệu điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt