Giáo trình Cung cấp điện 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



GIÁO TRÌNH

CUNG CẤP ĐIỆN P.1
DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP
(LƯU

HÀNH NỘI BỘ)

Chủ biên: Th.S Trần Ngọc Bình

TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 10 NĂM 2013


Một vài năm gần đây, do yêu cầu tự động hóa cơng nghiệp trong xã
hội ngày càng tăng, nhằm mục đích đào tạo cho xã hội những kỹ sư, cơng
nhân kỹ thuật để phục vụ trong trong các cơ quan, xí nghiệp được trang bị
những hệ thống tự động điều khiển với qui mơ lớn và hiện đại. Do chương
trình đào tạo của các trường hiện nay chưa được thống nhất và tài liệu về
chuyên ngành này chưa được hệ thống hóa, điều này làm cho người dạy và
người học trong lĩnh vực này gặp nhiều khó khăn khi cần tham khảo.
“Giáo Trình Cung cấp điện” được biên soạn theo chương trình
khung, trình độ cao đẳng chính quy nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy và
học các mơn chun ngành kỹ thuật trong trường Cao Đẳng Giao Thông
Vận Tải TPHCM. Đồng thời, giáo trình cũng là tài liệu tham khảo của cán
bộ, công nhân kỹ thuật nhằm củng cố thêm kiến thức chuyên ngành, tiếp
cận nhanh với các thiết bị tự động hiện đại được sử dụng trong các ngành

cơng nghiệp.
Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng trong q trình biên soạn, nhưng
giáo trình chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được
sự góp ý, bổ sung của quý độc giả và đồng nghiệp để giáo trình có chất
lượng tốt hơn.
Trân trọng!
TP. HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2012


MỤC LỤC

Trang
Chương 1: Tổng quan về hệ thống cung cấp điện

1

1.1. Các đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng

1

1.2. Các thành phần của hệ thống điện hiện đại.

1

Chương 2: Các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của phương án cung cấp điện

9

2.1. Khái niệm chung
2.2. Phương pháp tính toán kinh tế kỹ thuật.

10

2.3. Tính toán tổn thất kinh tế do ngừng cung cấp điện.

11

Chương 3: Xác định phụ tải điện.

9

15

3.1. Khái niệm chung

15

3.2. Đồ thị phụ tải

15

3.3. Các đại lượng và hệ số tính toán

18

3.4. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán.

22

3.5. Xác định phụ tải tính toán cho các phụ tải đặc biệt.

27

3.6. Lựa chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán.
3.7. Trình tự tính toán phụ tải điện ở các cấp của hệ thống điện.

28

3.8. Xác định tâm phụ tải điện
3.9. Dự báo phụ tải điện.
Chương 4 : Sơ đồ và kết cấu mạng hạ áp

29
31
32
36

4.1. Khái niệm chung
4.2. Sơ đồ nối dây mạng hạ áp.

36

4.3. Các hệ thống điện hạ áp

38

4.4. Kết cấu mạng điện

41

Chương 5: Trạm biến áp trung/hạ a

46

36

5.1.Khái niệm chung

46

5.2. Phân loại trạm biến áp trung/hạ áp
5.3. Chọn vị trí, số lượng và dung lượng trạm biến aùp trung/haï
aùp

46
47


5.4. Sơ đồ nối dây trạm biến áp trung/hạ áp.

47

5.5. Kết cấu trạm biến áp trung/hạ áp

49

5.6. Đo lường và kiểm tra trong trạm biến áp trung/hạ áp.

50

5.7. Vận hành trạm biến áp trung/hạ áp.
Chương 6: Tính toán điện
6.1. Khái niệm chung.
6.2. Tổn thất công suất trong mạng điện.

54
58
58

6.3. Tổn thất điện năng trong mạng điện.

62

6.4. Tổn thất điện áp trong mạng điện

65

58

Chương 7: Tính toán ngắn mạch mạng hạ áp

75

7.1 Khái niệm chung
7.2. Các dạng ngắn mạch chính.
7.3.
7.4. Các giả thiết cơ bản.

75

7.5.
7.5. Tính toán điện kháng các phần tử.

78

7.6. Phương pháp trở kháng tính toán dòng ngắn mạch

79

7.7. Xác định các thành phần của dòng ngắn mạch.

83

7.8. Ví dụ tính toán

84

Chương 8: Lựa chọn các thiết bị cung cấp điện hạ áp

76
77

90

8.1. Các điều kiện chung để lựa chọn thiết bị điện hạ áp.

90

8.2. Lựa chọn thiết bị cao áp.

92

8.3. Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn và cáp cao áp.
8.4. Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện hạ áp.

98

8.5. Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn và cáp trong mạng hạ áp.
Tài liệu tham khảo

104
108


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

1.1. Các đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng
Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển
thành các dạng năng lượng khác ( nhiệt ,cơ, hóa…) dễ truyền tải và phân phối.
Chínhvì vậy điện năng được dùng rộng rãi trong mọi lónh vựchoạ thủy điệnộng của
con người.
Điện năng nói chung không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và
công suất nhỏnhư pin, ăc-quy,vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn
luôn đảm bảo cân bằng.
Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này
là xảy ra rất nhanh .Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an

tòan, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như
điều độ, thông tin đo lường, bảo vệ và tự động hóa v..v…
Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điệu kiện
quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư v..v… Vì lý do đó khi lập kế
hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một
bước,nhằm thỏa mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đọan trước mắt
màcòn kiến cho sự phá triển trong tương lai 5,10 năm hoặc có khi còn lâu hơn nữa.
Những đặc điểm nêu trên cần phải được xem xét thận trọng và toàn diện trong
suốt quá trình từ nghiên cứu thiết kế, xây dựng đếân vận hành khai thác hệ thống
sản xuấ,phân phối và tiêu thụ điện năng.
1.2. Các thành phần của hệ thống điện hiện đại.

Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng, khâu truyền tải, khâu
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

1


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

phân phối và các hộ tiêu thụ (hộ dùng điện)

Hình 1.1: Sơ đồ của một hệ thống điện
1.2.1. Khâu sản xuất ra điện năng:
Nhà máy nhiệt điện (nhiệt điện)
Đây là dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn chiếm tỷ lệ quan trọng
trong tổng công suất của hệ thống điện.

Hình 1.2: Sơ đồ nhà máy nhiệt điện
Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau:
 Nhiệt năng (của than)  cơ năng (tuabin)  Điện năng(máypháđiện)

 Nhàmáy nhiệt điện chạy than
 Nhiệt năng (của khí ga)  Cơ năng (tuabin khí)  điện năng (máy phát điện)
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

2


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

 Nhà máy nhiệt điện chạy khí.
 Nhiệt năng (của dầu)  cơ năng (động cơ điêzen)  điện năng (máy phát

điện)  Nhà máy nhiệt điện điêzen.
Stt

Tên nhà máy

Cơng suất (MW)

1

Phả lại 1

400

2

Phả lại 2

600

3

Uông Bí

300

4

Phú Mỹ 1

900

5

Phú Mỹ 2,1 và 2,2

600

Chi chú

Nhà máy nhiệt điện có những đặc điểm sau:


Thường xây dựng gần nguồn nhiên liệu.



Việc khởi động và tăng phụ tải chậm.



Khối lượng tiêu thụ nhiên liệu lớn.



Thải khói làm ơ nhiểm mơi trường.



Hiệu suất khỏang 30% đến 70%.

Nhà máy thủy điện
Nước ta có nguồn thủy năng phong phú vì vậythủy điện cũng được khai thác từ
rất sớm

Hình 1.3: Sơ đồ nhà máy thủy điện
Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện xảy ra như sau:
 Thủy năng ( của cột nước)  cơ năng (tua bin nước)  điện năng (máy phát
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

3

Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

điện)  nhà máy thủy điện

Stt

Tên nhà máy

Cơng suất (MW)

Chi chú

1

Hịa Bình

1920

Hịa Bình

2

Thác Bà

108

n Bái

3

Yali

720

Gia Lai

4

Đa Nhim

160

Lâm Đồng

5

Hàm Thuận

300

Lâm Đồng

6

Đa Mi

175

Lâm Đồng

7

Thác Mơ

150

Bình Phước

8

Trị An

400

Đồng Nai

9

Tuyên Quang

342

Tuyên Quang

10

Bản Chát

220

Lai Châu

11

Huội Quảng

520

Sơn La

12

Sơn La

2400

Sơn La

13

Bản Vẽ

300

Nghệ An

14

A Vương

210

Quảng Nam

15

Kanak-An Khê

173

Gia Lai

16

Sông Tranh 2

190

Quảng Nam

17

Sông Ba Hạ

220

Phú Yên

18

Đại Ninh

300

Lâm Đồng

19

Plei Krông

110

Kontum

20

Sêsan 3

260

Gia Lai

21

Sêsan 4

330

Gia Lai

22

Srêpok 3

220

Đắc Lắc

23

Buôn Kuôp

280

Đắc Lắc

24

Đồng Nai 3

240

Lâm Đồng

25

Đồng Nai 4

270

Lâm Đồng

Chuẩn bị xây dựng
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

4


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

1

Nho Quế 3

135

Hà Giang

2

Lai Châu

1200

Lai Châu

3

Nam Chien

210

Sơn La

4

Trung Sơn

250

Thanh Hoá

5

Khe Bố

100

Nghệ An

6

Hủa Na

180

Nghệ An

7

A Sap

150

Thừa Thiên Huế

8

Sông Bùng 2

100

Quảng Nam

9

Sông Bùng 4

145

Quảng Nam

10

Đakmi 1

200

Quảng Nam

11

Đakmi 4

140

Quảng Nam

12

Thượng Kontum

260

Kontum

Qui hoạch
1

Đông Phù Yên

1200

Sơn La

2

Bác Ái

1050

Ninh Thuận

Đặc điểm của nhà máy thủy điện:
 Không gây ô nhiễm môi trường.
 Thiết bị tương đối đơn giản, gần như hoàn tồn tự động.
 Số người vận hành rất ít.
 Giá thành sản xuất 1kWh điện năng rẻ nhất.
 Thời gian nhận tải của nhà máy thủy điện rất nhanh.

Nhà máy điện nguyên tử (ĐNT)
Mặc dầu ĐNT đã được phát triển ở nhiều nước trên thế giới nhưng người ta lo ngại
đến vấn đề an toàn và ô nhiễm phóng xạ, vì vậy vấn đề này xây dựng nhà máy ĐNT chỉ
được xem xét khi các nguồn điện khác đã được khai thác hết.
Tại Việt Nam theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia, nhà máy điện hạt nhân I và
II sẽ được khởi công vào tháng 12/2014, dự kiến hồn thành vào năm 2022, cơng suất của
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

5


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

nhà máy khoảng 4000 MW.

Hình 1.4: Sơ đồ nhà máy điện nguyên tử
Nhà máy điện nguyên tử có những đặc điểm sau:
 Khối lượng nhiên liệu nhỏ.
 Khơng thải khói ra ngồi khí quyển.
 Vốn đầu tư xây dựng lớn.
 Hiệu suất cao hơn nhà máy nhiệt điện.

1.2.2. Khâu truyền tải và phân phối:

Hình 1.5: Sơ đồ truyền tải và phân phối
Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển, hệ thống cung cấp điện cũng
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

6


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

ngày càng phức tạp, bao gồm các lưới điện:
Cực cao áp có cấp điện áp: U>800kV
 Siêu cao áp có cấp điện áp : 330 kV< U< 800 kV
 Cao áp có cấp điện áp :

66 kV< U< 220 kV

 Trung áp có cấp điện áp :

1 kV
 Hạ áp có cấp điện áp :

U 1kV

Một trong các đặc trưng của xí nghiệp hiện đại là mức độ sử dụng q trình cơng
nghệ ngày càng tăng và hầu hết các xí nghiệp lớn đều nhận điện từ hệ thống điện khu
vực hoặc quốc gia. Việc cung điện theo phương án này có rất nhiều ưu điểm như các
nhà máy điện được xây dựng tập trung với công suất lớn tại các nguồn nguyên liệu
nên giảm được giá thành điện năng, đồng thời việc phân phối điện hợp lý giữa các nhà
máy sẽ nâng cao được độ tin cậy cung điện và giảm được độ dữ trữ chung của hệ
thống.
1.2.3. Các hộ tiêu thụ điện:
Hộ tiêu thụ là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện. Tùy theo mức
độ quan Trọng mà hộ tiêu thụ được phân thành 3 loại:
Hộ loại 1: Là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điêïn sẽ dẫn đến nguy
hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (hư hỏng máy móc,
thiết bị gây ra hàng loạt phế phẩm), ảnh hưởng lớn đến chính trị, quốc phòng v..v.
Có thể lấy ví dụ về hộ loại 1 : như nhà máy hóa chất, sân bay , bến cảng,Văn
phòng Chính Phủ, Quốc hội, phòng mổ của bệnh viện, lò luyện thép, hệ thống ra
quân sự, trung tâm máy tính v..v…
Đối với hộ loại 1, phải được cung cấp từ hai nguồn điện độc lập, hoặc phải có
nguồn dự phòng nóng.
Hộ loại 2: Là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại
lớn về kinh tế như hư hỏng một bộ phận máy móc thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

7

Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

trệ sản xuất. Ví dụ về hộ loại 2 : Như nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách
sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu v..v….
Cung cấp điện cho hộ lọai 2 thường có thêm nguồn dự phòng, vấn đề ở đây là
phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do
không bị ngừng cung cấp điện.
Hộ lọai 3: Là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư, trường học, phân
xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy v..v.. Đối với hộ lọai 3 cho phép mất điện
trong thời gian ngắn để sữa chữa khắc phục các sự cố.Thông thường, hộ loại 3 được
cung cấp điện từ một nguồn.
Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hòan tòan cứng nhắc màcòn
tùy thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét đối với các hộ tiêu thụ còn
lại. Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân cư v..v… có
nhiều loại hộ tiêu thụ nằm xen kẻ nhau. Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải được
nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt.


CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP
1. Hãy cho biết những khái niệm cơ bản về HTĐ?
2. Nêu và phân tích những đặc điểm của quá trình sản xuất, phân phối và tiêu thụ
điện năng?
3. Hãy trình bày sơ đồ và nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện?
4. Hãy trình bày sơ đồ và nguyên lý làm việc của nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện
ngun tử?

Khoa kỹ thuật điện – điện tử

8


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT
CỦA PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN.

2.1 Khái niệm chung:
Việc lựa chọn phương án cung cấp điện bao gồm: Chọn điện áp, nguồn điện, sơ
đồ nối dây, phương thức vận hành....
Phương án được chọn là hợp lý nếu thoả mãn các yêu cầu về chất lượng điện
năng, tính cung cấp điện liên tục, tính an tồn và kinh tế, cũng như phải xét đến khả
năng phát triển của xí nghiệp.
Có thể nêu ra một số yêu cầu chính sau đây:
 Độ tin cậy cung cấp điện
Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ thuộc lọai nào trong điều
kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng
cao càng tốt.
 Chất lượng điện
Chất lượng điện được đánh giá bằng hai chỉ tiêu là tần số và điện áp.
Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh. Chỉ có những
hộ tiêu thụ lớn ( hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành
của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện.Vì vậy,
người ta thiết kế cung cấp điện thường chỉ phải quan tâm đảm bảo chất lượng điện
áp cho khách hàng
Nói chung, điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép giao động quanh giá trị 

5% điện áp định mức. Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp
như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác v..v… điện áp chỉ cho phép giao
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

9


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

động trong khỏang  2,5%.
 An toàn cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an tòan đối với người và thiết bị.
Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý,
rõ ràng , mạch lạc để tránh được nhầm lẫn trong vận hành : các thiết bị điện phải
được chọn đúng chủng loại, đúng công suất.
Công tác xây dựng, lắp đặt hệ thống cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến độ an
toàn cung cấp điện.
Cuối cùng, việc vận hành quản lý hệ thống điện có vai trò đặc biệt quan
trọng. Người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những quy định về an tòan sử dụng
điện.
 Kinh tế
Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được
xét đến
khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được bảo đảm.
Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỷ mỉ giữa
các phương án, từ đó mới có thể đưa ra được phương án tối ưu.
Tùy quy mô của công trình lớn hay nhỏ mà các bước thiết kế có thể phân ra tỷ
mỉ hoặc gộp một số bước với nhau.

2.2. Phương pháp tính toán kinh tế kỹ thuật.
2.2.1. Phương pháp thời hạn thu hồi vốn:
Phương pháp này có thể viết dưới dạng:
T

Khoa kỹ thuật điện – điện tử

V A  VB
C B C A

10


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

Trong đó
 VA ,VB là vốn đầu tư của phương án A, B.
 CA ,CB là chi phí vận hành hàng năm của phương án A, B
Hoặc viết dưới dạng hi phí Ctt như sau:
Ctt  k dm. V  Cvh

Trong đó: kđm: hệ số hiệu quả định mức; Cvh: chi phí vận hành hàng năm.
Phương pháp thời hạn thu hồi vốn đầu tư, ta tiến hành thực hiện theo các bước
như sau:
1. Phân tích và loại phương án không thảo mãn yêu cầu kỹ thuật.
2. Lựa chọn các phương án đạt yêu cầu kỹ thuật đem ra so sánh.
3. Tình chi phí tính toán Ctt cho từng phương án. Để giảm khối lượng tính, cho
phép chỉ tính toán đối với những phần khác nhau giữa các phương án.

4. Chọn phương án có Ctt = min.
Đó la phương án tối ưu về mặt kinh tế, trên thực tế có khả năng C tt của các
phương án không chênh lệch nhau nhiều (bé hơn 10%) tức là nằm trong giới hạn
độ chính xác của các phép tính, thì có thể coi tính kinh tế của các phương án là
ngang nhau và chúng ta nên chọn phương án có vốn đầu tư nhỏ hơn hoặc có những
ưu điểm nổi bật về mặt kinh tế.
2.2.2. Tính toán tổn thất kinh tế do ngừng cung cấp điện.
Nếu kể đến độ tin cậy cung cấp điện, thì khi tính toán kinh tế kỹ thuật của các
phương án nghiên cứu, ta phải quan tâm đến thiệt hại sản xuất do việc gián đoạn
cung cấp điện gây nên. Khi đó, chi phí vân hành hàng năm phải tính đến tổn thất
kinh tế do mất điện, tức là:
Ctt  kdm. V  Cvh  Cmd  min
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

11


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

đây, chúng ta không xét đến những thiệt hại doo điện năng được cung cấp
kém chất lượng (điện áp và tần số lệch quá giá trị cho phép) mà chỉ chú ý đến
việc mất điện do các nguồn cung cấp kém tin cậy gây ra.
Thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân thường do những nguyên nhân sau đây:
 Không sản xuất đủ sản phẩm.
 Hư hỏng sản phẩm (một phần hay toàn phần) trong thời gian xí nghiệp
bị cắt điện.
 Hư hỏng thiết bị.
 Rối loạn quá trình công nghệ có thể kéo dài một thời gian sau khi cung

cấp điện trở lại.
 Trả lương cho công nhân không có việc làm trong thời gian mất điện;
trả lương hưu cho những người mất sức lao động do tai nạn khi mất điện
và tiền trợ cấp cho những người mất sức lao động tạm thời.
Việc thiệt hại kinh tế do việc ngừng cung cấp điện đối với xí nghiệp có thể
xác định theo biểu thức:
Cmd  NP . T C

Với:
 N: Số lần mất điện trong một năm.
 T : Kỳ vọng toán của thời gian phục hồi cung cấp điện, đơn vị: giờ.
 P : Kỳ vọng toán của phụ tải (kw).
 C: Tổn thất kinh tế khi ngừng cung cấp một kwh điện.
Số lần mất điện trong một năm N là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào
các yếu tố như: sơ đồ đấu dây, chất lượng của các thiết bị điện và trình độ vận
hành của nhân viên, số liệu này do kinh nghiệp vận hành thống kê lại mà có.
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

12


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

T – là thời gian trung bình cho một lần phục hồi cung cấp điện. Vì nguyên
nhân mất điện rất nhiều và rât ngẫu nhiên nên thời gian phục hồi cung cấp điện
cũng rất khác nhau, do vậy ta chỉ tính được trị số trung bình theo xác suất của nó
mà thôi.

P : được tính như sau:
P

Tmax . Pmax
8760

Trong đó, Tmax thời gian sử dụng công suất lớn nhất Pmax, tính bằng giờ (h).
Tuy vậy, cho đến nay vẫn chưa có phương pháp đáng tin cậy để đánh giá trị
số Cmđ. Do đó ta chỉ tính tới nó trong trường hợp thật sự cần thiết. Tổn thất
kinh tế do ngừng cung cấp điện chủ yếu được dùng để đánh giá kinh tế đối
với phụ tải loại II, còn đối với phụ tải loại I và loại III không sử dụng chỉ tiêu
này.


CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP VỀ NHÀ
1. Những yêu cầu khi thiết kế và trình tự các bước thiết kế cung cấp điện .
2. Hãy so sánh tính kinh tế của bốn phương án thực hiện cho cùng một công trình,
vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm như sau:
V1 = 2,0 triệu đồng

C1 = 1,8 triệu đồng.

V2 = 3,0 triệu đồng

C2 = 1,2 triệu đồng.

V3 = 5,0 triệu đồng

C3 = 0,8 triệu đồng.

V4 = 7,5 triệu đồng

C4 = 0,6 triệu đồng.

Thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ định mức là T=8 năm (tức à kđm=0,125).
Khoa kỹ thuật điện – điện tử

13


Giáo trình

Môn Cung cấp điện 1

3. Một mạng cáp có phụ tải lớn nhất là 3000KVA, hệ số công suất cos=0,85. Thời
gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax=3000h/năm. Mạng có đường dây dự phòng. Thời
gian trung để phục hồi cung cấp điện là T1=1,5 giờ; số lần ngừng cung cấp điện N=0,08
(tức là 12,5 xảy ra một lần). Khi mạng không có dự phòng thì T =24 giờ. Hãy tính số

điện năng không được cung cấp trong 1 năm.

Khoa kỹ thuật điện – điện tử

14


Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN

3.1. Khái niệm chung.
Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một cơng trình nào đó nhiệm vụ đầu
tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của cơng trình ấy. Tuỳ theo qui mơ của cơng
trình mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải kể đến khả
năng phát triển của xí nghiệp trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Ví dụ
xác định phụ tải điện cho một phân xưởng thì chủ yếu là dựa vào máy móc thực tế đặt
trong phân xưởng đó, xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp thì phải kể đến khả năng
mỏ rộng của xí nghiệp trong tương lai gần. Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài
toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn.
Việc dự báo phụ tải dài hạn là một vấn đề lớn và phức tạp ở đây khơng trình
bày, khi cần bạn đọc có thể tham khảo ở tài liệu khác .
Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của cơng trình ngay sau khi đi
vào vận hành. Phụ tải đó gọi là phụ tải tính tốn P tt. Người thiết kế cần biết phụ tải tính
tốn để lựa chọn các thiết bị điện như: Máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ
v.v…Để tính tổn thất công suất, điện áp, chọn thiết bị bù v.v…
Như vậy phụ tải tính tốn là một số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống cung cấp
điện.
3.2. Đồ thị phụ tải.
Đồ thị phụ tải đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị điện
riêng lẻ, của phân xưởng cũng như của tồn xí nghiệp. Nó là một hàm theo thời gian và
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành
v.v…
Đường biểu diễn sự thay đổi của phụ tải tác dụng P phụ tải phản kháng Q hoặc
Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

15

Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

dịng điện I theo thời gian gọi là đồ thị phụ tải tác dụng, phụ tải phản kháng và đồ thị
phụ tải dòng điện.
Đối với mỗi loại hộ tiêu thụ của một ngành công nghiệp đều có thể đưa ra một
dạng đồ thị phụ tải điển hình.
Khi thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình, ta sẽ có căn cứ để chọn thiết bị điện
và tính điện năng tiêu thụ. Lúc vận hành, nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì có thể
định phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất.
3.2.1. Đồ thị phụ tải hàng ngày
Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm 24 giờ. Trong thực tế vận hành có thể dùng
dụng đo tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hay do nhân viên vận hành ghi lại sau từng khoảng
thời gian nhất định. Để thuận lợi khi tính tốn đồ thị phụ tải được vẽ theo hình bậc
thang như hình 2.1
1

P%
80

2

2

Q%
80

60
40

20
0

1

60
4

8 12 16 20 24h

40
0

4

8 12 16 20 24h

a,

b,

Hình 2.1: Đồ thị phụ tải ngày
a- Phụ tải tác dụng; b- Phụ tải phản kháng
1- Phụ tải thực tế;

2- Phụ tải ngày nghỉ

3.2.2. Đồ thị phụ tải hàng tháng
Là đồ thị được xây dựng theo phụ tải tải trung bình hàng tháng. Nghiên cứu đồ
thị phụ tải này ta có thể biết được nhịp độ làm việc của các hộ tiêu thụ và từ đấy có thể

định ra lịch vận hành sửa chữa thiết bị hợp lý, đáp được yêu cầu thực tế sản xuất.
Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

16


Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

Hình 2.2: Đồ thị phụ tải tháng

3.2.3. Đồ thị phụ tải năm
Là dạng đồ thị được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày
của mỗi mùa mà ta có thể vẽ được đồ thị phụ tải năm (hình II-3:1,2,3). Nghiên cứu đồ
thị phụ tải hàng năm ta biết được điện tiêu thụ hàng năm và thời gian sử dụng công
suất lớn nhất Tmax. Những số liệu này được dùng để chọn dung lượng máy biến áp,
chọn thiết bị điện và đánh giá mức độ sử dụng điện và tiêu hao điện năng.

Hình 2.3: Đồ thị phụ tải năm
1. Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè
2. Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông
3. Đồ thị phụ tải năm

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

17


Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

3.3. Các đại lượng và hệ số tính toán.

Thiết bị dùng điện hay cịn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điiện
năng như: Động cơ điện, lò điện, đèn điện v.v …
Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay xí nghiệp hoặc của
khu vực.
Phụ tải điện là một đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ
tiêu thụ điện năng.
3.3.1. Công suất định mức Pđm của một thiết bị tiêu thụ điện
Là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hay công suất ghi trong lý lịch máy. Đối
với động cơ cơng suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động
cơ. Công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt. Vậy cơng suất đặt của động cơ
là:
Pđ = Pđm/đc
Trong đó:
đc- là hiệu suất định mức của động cơ.
Vì đc= 0.8 0.9 khá cao nên để tính tốn đơn giản cho phép lấy Pđ= Pđm
3.3.2. Công suất đặt Pđ
a- Đối với thiết bị chiếu sáng: công suất đặt là công suất tương ứng với số ghi trên
đế hay bầu đèn
b- Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Như cần trục, máy
hàn, khi tính phụ tải điện của chúng, ta phải qui đổi về công suất định mức ở chế độ
làm việc dài hạn, tức là qui đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện %= 100%. Công
suất qui đổi như sau:
 Đối với động cơ:

Pđ = Pđm  dm

 Đối với máy biến áp hàn :
Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

18


Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

Pđ = Sđm. cosđm  dm
Trong đó:
 Pđ- cơng suất định mức đã qui đổi về chế độ làm việc dài hạn
 Pđm, Sđm, cosđm, đm- là các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy

3.3.3. Phụ tải trung bình Ptb
Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một thời gian nào đó,
tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ
tải tính tốn. Trong thực tế phụ tải trung bình được tính theo cơng thức sau:
ptb= P/ t ; qtb = Q/ t
Trong đó :


P, Q - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát; ( kW.h,
kVAR.h)



t - thời gian khảo sát.

Phụ tải trung bình của 1 nhóm thiết bị được tính theo cơng thức sau:
Ptb = pi ; Qtb= qi
Biết phụ tải trung bình có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, mức độ khai
thác thiết bị. Phụ tải trung bình là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính tốn, tính
tổn hao điện năng v.v…Thơng thường phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca
làm việc, một tháng hoặc một năm.
3.3.4. Phụ tải cực đại Pmax
Phụ tải cực đại Pmaxđược chia làm 2 nhóm:
a. Phụ tải cực đại Pmax: Là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian
tương đối ngắn (thường lấy bằng 5,10 hoặc 30 ph) ứng với ca làm việc lớn nhất trong
ngày. Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên làm phụ tải tính
tốn, tính tổn thất cơng suất lớn nhất, để lựa chọn các thiết bị, chọn dây dẫn và cáp
theo điều kiện mật độ dòng kinh tế v.v…
Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

19


Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

b. Phụ tải đỉnh nhọn Pđn: Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian
1-2s. Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện khởi động
của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dịng khởi động của rơ le
bảo vệ…
3.3.5. Phụ tải tính tốn Ptt
Phụ tải tính tốn là số liệu cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải tính
tốn Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài khơng đổi tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi )
về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nói một cách khác phụ tải tính tốn cũng làm nóng dây

dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải phụ tải thực tế gây ra. Như vậy
nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính tốn thì có thể đảm bảo an tồn (về mặt đốt
nóng) cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành. Quan hệ giữa phụ tính tốn với
các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau:
Ptb Ptt  Pmax
Phụ tải tính tốn thường được lấy bằng phụ tải trung bình của phụ tải lớn nhất
xuất hiện trong khoảng 30 phút.
3.3.6. Hệ số sử dụng ksd:
Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt hay công suất định mức
của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày đêm,…)

 Đối với một thiết bị:
ksd =Ptb / Pđm
 Đối với một nhóm có n thiết bị:
n

n

i 1

i 1

ksd =Ptb / Pđm =  p tbi /  p dmi
Nếu có đồ thị phụ tải như thì hệ số sử dụng được tính theo công thức sau:

Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

20

Mơn Cung cấp điện 1

Giáo trình

k sd 

P1t1  P2 t 2  ...  Pn t n
Pdm ( t1  t 2  ...  t n )

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị điện
trong một chu kỳ làm việc. Hệ số sử dụng là một số liệu quan trọng để tính phụ tải tính
tốn.
3.3.7. Hệ số phụ tải kpt
Hệ số phụ tải còn gọi là hệ số mang tải là hệ số giữa công suất thực tế với công
suất định mức, thường ta phải xét hệ số mang tải trong khoảng thời gian nào đó,
vì vậy:
kpt = Ptt / Pđm = Ptb / Pđm
Nếu có đồ thị phụ tải như trên thì ta cũng có thể tính hệ số phụ tải theo công
thức trên. Hệ số phụ tải cũng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong
thời gian đang xét
3.3.8. Hệ số cực đại kmax
Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính tốn và phụ tải trung bình trong khoảng
thời gian đang xét
kmax = Ptt / Ptb
Hệ số cực đại thường được tính ứng với ca làm việc có phụ tảilớn nhất , nó phụ
thuộc vào hệ số thiết bị hiệu quả nhq , hệ số sử dụng ksd và các yếu tố đặc trưng cho các
thiết bị làm việc trong nhóm .
Cơng thức tính kmax rất phức tạp, trong thực tế để tính kmax người ta dựa vào
Khoa kỹ thuật điện – điện tưû

21