Giáo trình cung cấp điện_Chương 6_Cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp docx

Ch.6. CCĐCN
161
Chương 6
Cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp
Trong vài thập niên trở lại đây với việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ
thuật, rất nhiều ngành sản xuất công nghiệp đã có những thay đổi rất đáng kể.
Các xí nghiệp công nghiệp lớn luôn có xu hướng phát triển nâng cao khối lượng
sản phẩm, nhưng sự phát triển này phụ thuộc nhiều vào tính cạnh tranh của sản
phẩm trên thị trường trong nước cũng như ở nước ngoài. Rất nhiều quy trình
công nghệ, thiết bị lạc hậu, lỗi thời, được thay thế bằng các công nghệ, thiết bị
tiên tiến, hiện đại. Các thiết bị công nghệ mới được áp dụng đòi hỏi yêu cầu về
chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện hết sức nghiêm ngặt. Điều đó đòi hỏi
quá trình tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cũng phải có những thay đổi
phù hợp. Nội dung của chương này sẽ giới thiệu những nét đặc trưng nhất của
hệ thống cung cấp điện công nghiệp.
6.1. Phụ tải điện công nghiệp
6.1.1. Các thiết bị tiêu thụ điện trong công nghiệp
6.1.1.1 Phân loại các thiết bị điện công nghiệp
Tất cả các thiết bị điện công nghiệp được phân loại theo các đặc điểm
vận hành – kỹ thuật cơ bản sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ
dùng điện; công suất và điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện
v.v.
a) Theo cấp điện áp tất cả các thiết bị điện được phân thành hai loại: thiết bị
hạ áp (có U  1000 V) và thiết bị cao áp (U > 1000 V).
b) Theo loại dòng điện các thiết bị được phân thành:
- Thiết bị làm việc ở mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz);
- Thiết bị làm việc ở mạng điện tần số cao hoặc thấp;
- Thiết bị làm việc ở mạng điện một chiều.
Ch.6. CCĐCN
162
c) Theo chế độ làm việc các thiết bị được phân thành:

- Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị này có phụ tải không
thay đổi hoặc ít thay đổi trong suốt thời gian làm việc như động cơ các máy
bơm, máy quạt v.v.
- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn: Các thiết bị chỉ làm việc trong
khoảng thời gian ngắn chưa đủ để nhiệt độ tăng lên đến giá trị xác lập, ví dụ
như máy cắt kim loại, máy trộn v.v.
- Thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: trong trường hợp này các
thiết bị làm việc theo chế độ luân phiên: đóng, cắt thời gian gian của toàn bộ
chu trình không vượt quá 10 phút, ví dụ máy nâng hạ, máy hàn, thang máy
v.v.
d) Theo dạng năng lượng biến đổi các thiết bị công nghiệp được phân thành
các nhóm: động lực, chiếu sáng, tạo nhiệt v.v.
6.1.1.2 Đặc điểm kỹ thuật của các thiết bị điện công nghiệp
a) Thiết bị động lực
Thiết bị động lực trong công nghiệp chiếm tỷ lệ rất lớn. Phụ thuộc vào
đặc điểm của các quá trình công nghệ các động cơ điện có thể là động cơ điện
xoay chiều (không đồng bộ, hoặc động cơ đồng bộ), động cơ điện một chiều
với các gam công suất khác nhau. Điện áp định mức của các động cơ xoay
chiều ba pha chủ yếu là 0,38; 0,66; 3; 6 hoặc 10 kV. Gam công suất phổ biến
là 0,1350; 1600; 1001000; 201000 và trên 1000 kW. Các động cơ điện
một chiều thường sử dụng điện áp 220 hoặc 440 V công suất từ 0,3329 kW.
b) Thiết bị tạo nhiệt
Thiết bị tạo nhiệt chủ yếu là các lò điện và các cơ cấu chuyển đổi điện
năng thành nhiệt năng thường làm việc theo các nguyên lý: điện trở, cảm ứng,
hồ quang và nguyên lý hổn hợp.
Các lò nhiệt điện trở thường được cung cấp bởi mạng điện 380/220V
tần số công nghiệp 50Hz. Tồn tại loại lò điện một pha hoặc ba pha công suất
Ch.6. CCĐCN
163
từ vài chục đến hàng ngàn kW. Hệ số công suất của các thiết bị này khá cao

(sấp sỉ 1, đối với lò gián tiếp và 0,7  0,9 đối với lò trực tiếp).
Các lò điện cảm ứng được chế tạo có hoặc không có lõi thép. Loại lò
cảm ứng có lõi thép làm việc với tần số công nghiệp , điện áp 380/220 V hoặc
cao hơn, phụ thuộc vào công suất. Chúng có thể là thiết bị một, hai hoặc ba
pha công suất đến 2000 kVA. Hệ số công suất của các loại thiết bị này dao
động trong phạm vi rộng: cos = 0,2  0,8.
Các lò điện cảm ứng không lõi thép được chế tạo để làm việc với tần số
công nghiệp hoặc với tần số cao từ 500 Hz đến 40 Mz. Các thiết bị này được
cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Hệ số công suất của
thiết bị tương đối thấp (0,06  0,25).
Các lò điện hồ quang, theo nguyên lý đốt nóng được phân thành các
thiết bị đốt nóng trực tiếp, gián tiếp hoặc hỗn hợp.
Ở lò hồ quang đốt nóng trực tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt
năng tao ra giữa điện cực với chính kim loại xử lý. Loại lò này được cung cấp
bởi mạng điện xoay chiều 6 110 kV qua máy hạ áp. Hệ số công suất có giá
trị trong khoảng 0,8  0,6.
Ở loại lò hồ quang đốt nóng gián tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt
năng sinh ra giữa các điện cực của thiết bị. Công suất của loại lò này không
lớn lắm. Lò được cung cấp bởi mạng điện tần số công nghiệp qua máy biến áp
đặc biệt.
Ở loại lò hổn hợp, kim loại được làm nóng bởi nhiệt năng sinh ra do
dòng điện đi qua chất liệu và cả do hồ quang. Lò hổn hợp được cung cấp bởi
mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp qua máy hạ áp. Công suất lò cỡ vài
tăm kW, hệ số công suất 0,85  0,92.
Thiết bị hàn điện làm việc với dòng điện xoay chiều hoặc dòng một
chiều. Thiết bị hàn điện xoay chiều được cung cấp bởi máy biến áp 380/220 V
hoặc cao hơn. Công suất của máy biến áp hàn dao động từ vài chục đến vài
trăm kVA. Hệ số công suất của các thiết bị này tương đối thấp (0,3  0,35 đối
Ch.6. CCĐCN
164

với máy hàn hồ quang và 0,4  0,7 đối với máy hàn điểm). Các thiết bị hàn
điện một chiều được cung cấp bởi cơ cấu chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay
chiều thành dòng một chiều. Hệ số công suất của thiết bị này ở chế độ làm
việc khoảng 0,7  0,8 và ở chế độ không tải là 0,4.
Các thiết bị chiếu sáng dùng trong công nghiệp chủ yếu là đèn sợi đốt
và đèn phóng điện. Các loại đèn công nghiệp đều là thiết bị một pha công suất
100  1000 W với điện áp 127  220 V. Hệ số công suất của đèn sợi đốt là 1
và của các đèn phóng điện là 0,6  0,7, tuy nhiên hầu hết các đèn phóng điện
đều được mắc kèm theo các tụ bù nên hệ số công suất của mạng điện chiếu
sáng thường đạt đến giá trị 0,9  0,96.
6.1.2. Xác định phụ tải diện công nghiệp
Các phương pháp tính toán phụ tải điện công nghiệp được trình bày ở
chương 2. Để xác định phụ tải tổng hợp của xí nghiệp trước hết cần thu thập
số liệu về các thiết bị. Bước đầu tiên của bài toán xác định phụ tải là tiến hành
phân nhóm theo các đặc tính tiêu thụ điện của các thiết bị. Trước khi tính toán
chi tiết có thể áp dụng thử một vài phương pháp để lựa chọn phương pháp phù
hợp nhất. Thực tế cho thấy đối với phụ tải điện công nghiệp, bài toán xác định
phụ tải hiệu quả nhất là áp dụng phương pháp hệ số nhu cầu. Phụ tải tính toán
của nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc được tính theo biểu thức :


n
ninctt
PkP
; (6.1)
Trong đó:
k
nc
- hệ số nhu cầu xác định theo biểu thức (2.35):
k

sd
- hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm tải, được xác định theo biểu
thức (2.31):
Bài toán tổng hợp phụ tải giữa các nhóm có thể được thực hiện theo 2
phương pháp, tuỳ thuộc vào đặc điểm của các nhóm:
a, Phương pháp số gia: Phương pháp này được áp dụng khi các nhóm phụ tải
có các tính chất khác nhau. Bảng số gia được xây dựng trên cơ sở phân tích,
Ch.6. CCĐCN
165
tính toán của hệ số đồng thời và hệ số sử dụng (cho sẵn trong các sổ tay thiết
kế). Phụ tải tổng hợp của 2 nhóm xác định theo phương pháp số gia rất đơn
giản và cho kết quả khá chính xác (xem mục 2.3 chương 2). Cần lưu ý là phụ
tải tổng hợp của hai nhóm phải được xác định ở cùng một thời điểm.
b, Phương pháp tổng hợp tải theo hệ số nhu cầu
Nếu các nhóm thụ điện có cùng tính chất, thì có thể coi mỗi nhóm là một hộ
dùng điện với hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm, lúc đó công suất tổng hợp của các
nhóm được xác định theo hệ số nhu cầu:




N
i
ichnc
PkP
1
.
(6.5)
Trong đó hệ số nhu cầu tổng hợp được xác định tương tự như biểu thức :
N

k
kk
chsd
chsdnhnc
.

1




;
Với N là số nhóm và k
sd.ch
là hệ số sử dụng tổng hợp chung, xác định
tương tự như biểu thức (2.31).
6.2. Sơ đồ mạng điện phân phối cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp
6.2.1. Sơ đồ hình tia
TBA1
TBA4
TCC1
TPP1
TPP2
TPP3
TBA2
TBA8
MC1
MC2
DCL
DCL

MCL
MCL
MCL
TCC2
Trong sơ đồ hình tia (hình 6.1)
các trạm biến áp được cung cấp bởi các
đường dây độc lập. Các trạm phân phối
(TPP) có thể được bố trí phụ thuộc vào vị
trí, số lượng và công suất của các trạm
biến áp. Đôi khi các trạm phân phối được
xây dựng chung trong trạm biến áp phân
xưởng. Các trạm biến áp phân xưởng
được cung cấp điện từ thanh cái chính
(TCC), được xây dựng với hai phân đoạn
(TCC1 và TCC2). Ở chế độ làm việc bình
thường mỗi trạm biến áp phân xưởng
được cung cấp từ một phân đoạn TCC,
khi xẩy ra sự cố mất điện hoặc sửa chữa,
thì các máy cắt liên lạc (MCL) sẽ đóng
mạch để cấp điện từ phân đoạn thanh cái
kia. Như vậy ở chế độ bình thường các
máy cắt liên lạc sẽ luôn ở trạng thái mở
và chúng chỉ được đưa vào hoạt động khi
có tín hiệu đóng dự phòng. Các phụ tải
loại 3 được cung cấp điện từ trạm phân
phối 3, nơi không có nguồn dự phòng. Sơ
đ
ồ h
ình tia có
đ

ộ tin cậy cung cấp điện
Ch.6. CCĐCN
166
6.2.2. Sơ đồ hình tia với nguồn dự phòng từ đường cáp đi qua
Sơ đồ hình tia dự phòng bằng đường dây cáp đi qua thường được áp
dụng đối với phụ tải loại hai. Tiết diện dây cáp được chọn ứng với công suất
lớn nhất trong số các trạm biến áp phân xưởng. Khi có sự cố mất điện ở một
trong các trạm biến áp, thì người vận hành sẽ đóng cầu dao dự phòng nối với
đường cáp (đường chấm chấm trên sơ đồ hình 6.2 ). Sơ đồ này thường áp
dụng đối với phụ tải loại I, khi yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao.
Hình 6.1
. Sơ đ
ồ h
ình tia
TBA1
MC1
MC2
DCL
DCL
MCL
TCC1 TCC2
TBA2
TBA3
TBA4
TBA5
ĐDDP
Ch.6. CCĐCN
167
6.2.3. Sơ đồ đường trục phân nhánh
Khác với sơ đồ hình tia, sơ đồ đường trục phân nhánh cung cấp điện

cho các trạm biến áp phân xưởng bằng các nhánh rẽ (hình 6.3). Điện năng
truyền tải theo đường trục lấy từ thanh cái của trạm biến áp trung gian và phân
phối cho các trạm biến áp. Như vậy sơ đồ cho phép tiết kiệm được các thiết bị
và đường dây phân phối, tuy nhiên độ tin cậy cung cấp điện bị giảm. Để nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện người ta bố trí dự phòng từ phía hạ áp của các
trạm biến áp được cung cấp điện bởi các đường trục khác nhau (hình 6.4).
Hình 6.3. Sơ đồ đường trục phân
nhánh không có đường dây dự phòng
TBA1
TBA2 TBA3 TBA4
Hình 6.2. Sơ đồ hình tia có đường dây dự phòng
6.2.4. Sơ đồ cung cấp điện bởi các đường trục
đơn với đường trục dự phòng chung
Trên hình 6.4 biểu thị sơ đồ cung cấp
điện bởi các đường trục đơn với đường trục dự
phòng chung. Ở chế độ bình thường nhóm các
máy biến áp phân xưởng được cung cấp từ các
đường trục làm việc, khi có sự cố xẩy ra đối với
một trong các đường trục, thì đoạn dây sự cố sẽ
bị cắt ra và sự cung cấp điện cho phụ tải được
thực hiện bởi đường trục dự phòng.
Ch.6. CCĐCN
168
TBA5
TBA6 TBA7 TBA8
TBA1
TBA2 TBA3 TBA4
MC1
MC2
DCL

DCL
MCL
TCC1 TCC2
ĐDDP
Hình 6.5 Sơ
đồ cung cấp
điện bởi các
đường trục đơn
với đường trục
dự phòng
Hình 6.4. Sơ đồ cung cấp điện bởi các
đường trục đơn với đường dây dự
phòng phía hạ áp
Ch.6. CCĐCN
169
Nhược điểm cơ bản của sơ đồ này là đường dây dự phòng không được
sử dụng cho việc truyền tải điện năng ở chế độ bình thường, do đó gây lãng
phí.
6.2.5. Sơ đồ cung cấp điện bởi đường trục mạch vòng
Sơ đồ mạch vòng (hình 6.6) thường được áp dụng cung cấp điện cho
các hộ phụ tải loại 2. Các máy biến áp phân xưởng được cung cấp điện bởi
đường trục khép kin. Mỗi đầu đường trục được cấp điện từ các phân đoạn
độc lập. Trong thực tế thường sơ đồ mạch vòng làm việc theo chế độ vận
hành hở, tức là máy cắt liên lạc luôn ở trạng thái mở và chỉ đóng khi có sự
cố trên các đường trục.
MC1
MC2
DCL
DCL
MCL

TCC2
TCC1
Ch.6. CCĐCN
170
6.3. Mạng điện phân xưởng
Trong các xí nghiệp công nghiệp đại đa số các thiết bị tiêu thụ điện
được cấp điện từ mạng hạ áp. Mạng điện ngoại trời ở đây thường được áp
dụng rất hạn chế, chủ yếu là mạng chiếu sáng bên ngoài và một số ít các thiết
bị nằm rải rác trên lãnh thổ. Phần lớn mạng điện hạ áp của các xí nghiệp công
nghiệp được xây dựng trong các nhà xưởng vì vậy thường các mạng điện này
được gọi là mạng điện phân xưởng.
Cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng được thực hiện từ các trạm
biến áp với cấp điện áp thứ cấp là 380 hoặc 660 V. Cấu trúc chủ yếu của mạng
điện phân xưởng là hệ thống ba pha bốn dây với trung tính nối đất. Phần lớn
các thiết bị điện xí nghiệp được cung cấp bởi lưới 380 V. Ở các xí nghiệp có
Hình 6.6. Sơ đồ cung cấp điện bởi đường trục mạch vòng
Ch.6. CCĐCN
171
các thiết bị công suất lớn, công suất đến 500 kW, thay cho cấp điện áp 380V
người ta thường áp dụng cấp điện áp 660 V. Các thiết bị chiếu sáng được cấp
điện từ lưới 380/220V.
6.3.1. Sơ đồ động lực của mạng điện phân xưởng
Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến bài toán lựa chọn sơ đồ động lực
của mạng điện phân xưởng như: công suất đặt của các thiết bị, sự phân bố của
phụ tải trên diện tích mặt bằng phân xưởng, quy trình công nghệ sản xuất, v.v.
Các yêu cầu cơ bản của mạng điện phân xưởng là:
- Đảm bảo cung cấp điện tin cậy và chất lượng cho các phụ tải;
- Thuận tiện và an toàn trong vận hành và sửa chữa;
- Đáp ứng được các yêu cầu về đặc điểm môi trường;
- Có khả năng phát triển mở rộng;

- Áp dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến;
- Chi phí tối thiểu, v.v.
Sơ đồ mạng điện phân xưởng có thể được thực hiện theo kiểu hình tia,
kiểu đường trục hoặc kết hợp.
6.3.1.1. Sơ đồ hình tia
Sơ đồ hình tia là loại sơ đồ mà mỗi thiết bị hoặc nhóm thiết bị được
cung cấp bởi đường dây độc lập. Sơ đồ hình tia có thể được xây dựng kiểu
một cấp (hình 6.7a) khi các thiết bị được cấp điện trực tiếp từ thanh cái
trạm biến áp, hoặc kiểu nhiều cấp, khi các thiết bị được cung cấp gián tiếp
qua các tủ phân phối (hình 6.7b).
Ưu điểm cơ bản của sơ đồ hình tia là:
- Độ tin cậy cung cấp điện cao (sự cố xẩy ra ở một đường dây không làm
ảnh hưởng đến sự cung cấp điện của các thiết bị được cung cấp từ các
đường dây khác);
- Dễ dàng áp dụng các phương tiện tự động điều khiển và bảo vệ.
Nhược điểm của sơ đồ hình tia là:
- Chi phí cao do phải sử dụng khối lượng dây dẫn lớn, cần nhiều thiết bị
bảo vệ;
Ch.6. CCĐCN
172
- Chiếm nhiều diện tích;
- Độ cơ động không cao khi có sự thay đổi công nghệ sản xuất.
Sơ đồ hình tia được áp dụng trong các trường hợp:
a) Các phụ tải tập trung công suất lớn (trạm bơm, trạm khí nén, lò nung
v.v.);
b) Các phụ tải quan trọng đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao (thiết bị lò
luyện thép, hóa chất, chế biến dầu v.v.);
c) Các động cơ công suất thấp lấy điện từ tủ phân phối;
d) Các thiết bị thuộc các phân xưởng có nguy cơ cháy nổ và môi trường
nguy hiểm cao (sản xuất dầu khí, than kốc, phân xưởng nấu chảy v.v.).

6.3.1.2. Sơ đồ đường trục
Sơ đồ đường trục (hình 6.8) là loại sơ đồ mà tại điểm bất kỳ dọc tuyến
có thể đấu nối đến các thiết bị tiêu thụ. Mạng điện đường trục cho phép rút
ngắn khoảng cách từ nguồn đến các hộ dùng điện, vì vậy giảm tổn thất và chi
phí tính toán.
Hình 6.7. Sơ đồ hình tia cung cấp điện cho các thiết bị hạ áp:
a) Sơ đồ một cấp; b) Sơ đồ hai cấp; 1 – tủ phân phối TBA; 2 – tủ phân phối động
lực; 3 – thiết bị tiêu thụ điện
M
M
a)
1
3
3
b)
M
M
M
M
M
M
M
3
3
1
2
3
3
2
3

3
2
Ch.6. CCĐCN
173
Ưu điểm cơ bản của sư đường trục là:
- Đơn giản hóa kết cấu của trạm biến áp;
- Tính linh động và đa năng của mạng điện, cho phép thay đổi vị trí của
các thiết bị dễ dàng khi công nghệ sản xuất thay đổi.
Nhược điểm cơ bản là:
- Độ tin cậy cung cấp điện không cao, vì khi xẩy ra sự cố ở bất kỳ thiết
bị nào cũng có thể dẫn đến sự ngừng điện của các thiết bị khác mắc chung trên
đường trục;
- Có thể dẫn đến sự lãng phí kim loại trong trường hợp chọn tiết diện
không đổi của đường trục.
Sơ đồ đường trục thường được áp dụng trong các trường hợp:
- Phụ tải phân bố đều trên mặt bằng phân xưởng (chế tạo máy, chết ạo
khí cụ v.v.);
- Có sự liện hệ công nghệ giữa các thiết bị, khi một trong các thiết bị tắt
máy đòi hỏi các thiết bị khác cũng ngừng theo (phân xưởng cán thép, phân
xưởng lắp ráp v.v.);
- Sự phân bố đối xứng của các cơ cấu thiết bị dọc theo chiều dài phân
xưởng.
6.3.1.3. Sơ đồ hổn hợp
Để tận dụng các ưu điểm và hạn chế nhược điểm của cả hai loại sơ đồ
trên, mạng điện phân xưởng thường được xây dựng theo sơ đồ hổn hợp (hình
6.9) bao gồm một phần sơ đồ hình tia và một phần đường trục. Tùy theo quy
trình công nghệ mà tỷ lệ của các mạng điện được phân bố phù hợp. Sơ đồ
đường trục được xây dựng với nhiều cấu trúc khác nhau phụ thuộc vào sự
Hình 6.
8

. Sơ đ
ồ
đư
ờng trục
cung c
ấp điện
cho các thi
ết bị phân x
ư
ởng
Ch.6. CCĐCN
174
phân bố của phụ tải. Hình 6.9a áp dụng đối với phân xưởng có phụ tải phân bố
phân tán; hình 6.9b áp dụng cho phân xưởng có phụ tải tập trung theo từng
nhóm. Trong một số trường hợp đối với các phụ tải kém quan trọng hoặc phụ
tải ở xa tủ phân phối, thì có thể áp dụng sơ đồ dạng chuỗi (hình 6.9d). Ở sơ đồ
này chỉ nên áp dụng không quá 34 thiết bị cho mỗi chuỗi.
6.3.2. Mạng điện chiếu sáng
Mạng điện chiếu sáng xí nghiệp có dặc điểm là chiều dài lớn. Mạng
điện chiếu sáng được xây dựng độc lập với mạng điện động lực, thêm vào đó,
mạng điện chiếu sáng ngoài trời và mạng điện chiếu sáng trong nhà cũng độc
lập với nhau. Nguyên nhân cơ bản của yêu cầu độc lập giữa mạng điện chiếu
sáng và mạng điện động lực là để loại trừ sự ảnh hưởng của sự dao động điện
áp khi mở máy của mạng điện động lực. Đặc điểm của mạng điện chiếu sáng
là sự hiện diện của chiếu sáng làm việc và chiếu sáng sự cố.
Hình 6.9. Sơ đồ hổn hợp:
a) cho phụ tải phân tán; b) cho phụ tải tập trung; c) khối máy biến áp – đường trục;
d) sơ đồ chuỗi; 1 – tủ phân phối trạm biến áp; 2 – tủ phân phối động lực; 3 – hộ dùng
đi
ện; 4

–
đư
ờng trục; 5
–
đi
ểm kết nối.
d)
M
M
M
M
2
3
a)
1
4
3
4
4
3
3
c)
4
5
3
b)
4
2
3
4

2
3
1
Ch.6. CCĐCN
175
Sơ đồ nguyên lý của mạng điện chiếu sáng làm việc được thể hiện trên
hình 6.10. Mỗi đường dây cung cấp cho một hoặc vài nhóm thiết bị chiếu
sáng. Nếu phân xưởng được cung cấp điện từ trạm biến áp trong nhà theo sơ
đồ khối máy biến áp – đường trục, thì mạch chiếu sáng sẽ được lấy điện từ
đường trục chính (hình 6.10b).
Cung cấp điện cho mạch chiếu sáng sự cố cũng được thực hiện tương tự
như mạch chiếu sáng làm việc. Để giảm chiều dài của mạng điện chiếu sáng
sự có, cho phép lấy điện từ mạng động lực (hình 6.11). Nếu trong phân xưởng
có nhiều hơn một trạm biến áp thì mạch chiếu sáng sự cố được cung cấp theo
sơ đồ chéo (hình 6.11b).
a)
1
2
3
4
4
3
5
b)
Hình 6.10. Sơ đồ cung cấp cho mạch chiếu sáng làm việc: a) Từ tủ phân phối trạm biến áp;
b) Từ đường trục cung cấp; 1 – Tủ phân phối; 2 – Xuất tuyến đường dây động lực; 3 – Tủ
phân phối chiếu sáng; 4 – Bảng điện của nhóm chiếu sáng; 5 – Đường trục cung cấp.
1
2
a)

6
Hình 6.11. Sơ đồ cung cấp cho mạch
chiếu sáng sự cố:
a) Từ tủ phân phối động lực;
b) Từ trạm biến áp không có tủ phân phối;
1 – Tủ phân phối động lực;
2 – Cầu chảy;
3 – Bảng phân phối chiếu sáng;
4 – Bảng điện của nhóm chiếu sáng;
5 – Đường trục;
6 – Bảng chiếu sáng sự cố.
5
6
6
5
3
3
4
4
4
b)
Ch.6. CCĐCN
176
Mạng điện chiếu sáng có thể được thực hiện theo phương án một, hai
hoặc ba pha tùy thuộc vào số lượng bóng đèn và chiều dài của mạch chiếu
sáng, tuy nhiên, mỗi mạch không nên quá 20 bóng đèn. Mạch chiếu sáng được
điều khiển bởi aptomat hoặc cầu dao chiếu sáng.
6.3.3. Lắp đặt mạng điện phân xưởng
Các phương án lắp đặt mạng điện phân xưởng thường được áp dụng là
đi dây trong máng, hộp hoặc ống dẫn treo hoặc gá trên tường, trần, hãn hữu

cũng gặp trường hợp đi dây trên puly (sứ). Dưới đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ
lắp ráp đường dây của mạng điện phân xưởng.
a. Phương án lắp đặt dây hở
Phương pháp lắp đặt dây hở áp dụng trong các phân xưởng có thể thực
hiện trong ống dẫn, máng tạo thành giữa các cấu kiện xây dựng nhà xưởng.
Một trong những thành phần quan trọng nhất ở đây là cách điện làm bằng cao
xu hoặc nhựa polychlovinyle.
Trên hình 6.12 biểu thị sơ đồ đi dây hở: Dây dẫn được lắp đặt trong
máng, gắn theo cột (hình 6.12a), dọc theo tường (hình 6.12b), hoặc treo trên
các sợi cáp bằng thép (hình 6.12c).
b)
Ch.6. CCĐCN
177
b. Phương án lắp đặt dây kín
Một trong các phương pháp lắp đặt dây dẫn của mạng điện phân xưởng
được áp dụng khá phổ biến là đi dây trong các ống dẫn, trong hộp. Hộp dẫn
được làm bằng nhựa tổng hợp polychlovinyle treo bằng các sợi cáp bằng thep
(hình 6.13a) hoặc gá trên tường bằng bu lông (hình 6.13b). Các dây dẫn được
đặt cách ly với nhau trong hộp bởi các chất độn cách điện.
b)
2
Ch.6. CCĐCN
178
Hình 6.14. Phương pháp lắp đặt
cáp trong rãnh: 1 – Giá đỡ;
2 – Cáp điện; 3 – Nắp tháo được.
Hình 6.15. Đường dây modul của mạng điện phân
xưởng: 1 – Thiết bị điều khiển đóng cắt; 2 – Hộp nối;
3 – Đơn nguyên ống; 4 – Hộp phân phối; 5 – Nút giữ.
Ch.6. CCĐCN

179
Cáp điện cũng có thể được lắp đặt trong hào hoặc rãnh (hình 6.14). Các
sợi cáp được đặt trên các giá đỡ theo hàng dọc hoặc hàng ngang. Rãnh cáp
được xây dựng với nắp đậy có thể thao ra dễ dàng để đảm bảo thiuaanj tiện
cho quá trình vận hành và sửa chữa đường dây. Trong mọi trường hợp rãnh
cáp cần có một độ thông thoáng nhất định.
Một trong các phương án được áp dụng khá phổ biến là áp dụng mạng
module. Đó là cách đi dây dưới trần trong ống dẫn với các hộp phân phối
(hình 6.15). Sở dĩ nó được gọi là mạng modul vì các hộp nối được thiết kế sẵn
với bước (module) xác định khoảng 1,56 m phụ thuộc vào đặc điểm công
nghệ của dây chuyền sản xuất và kích thước của các thiết bị. Đường trục
modul được thiết kế với dòng cực đại là 100 A. Mạng modul thường được áp
dụng cho các phân xưởng chế tạo máy, chế tạo khí cụ điện, thiết bị điện tử và
các ngành tương tự.
Ưu điểm cơ bản của mạng module là độc lập đối với sự phân bố thiết bị
công nghệ.
6.4. Trạm biến áp phân xưởng
Trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp nhận và biến đổi điện năng
từ mạng điện phân phối sang cấp điện áp phù hợp. Trạm biến áp phân xưởng
thường được xây dựng theo kiểu hợp bộ (hình 6.16a) hoặc trong nhà (6.16b).
Gió
lạnh
Gió
nóng
MB
H
ố dầu
H
Ch.6. CCĐCN
180

6.4.1. Điều kiện làm việc của trạm biến áp
Để đảm bảo máy biến áp làm việc ổn định, nhiệt độ môi trường phải
luôn được duy trì ở mức thích hợp. Để giảm nhiệt độ trong buồng máy biến áp
cần phải tạo sự thông thoáng tự nhiên cho nhà trạm, muốn vậy cần phải xây
dựng các cửa sổ dưới và cửa sổ trên. Kích thước của các cửa sổ được xác định
phụ thuộc vào công suất của máy biến áp, chính xác hơn là phụ thuộc vào
lượng tổn thất trong máy biến áp. Diện tích cửa sổ trên thường lớn hơn diện
tích cửa sổ dưới khoảng 1020%, tức là: F
tr
= (1,11,2).F
duoi
.
Diện tích của sổ dưới có thể xác định theo biểu thức:
2
,
.18,0
m
H
P
F
B
duoi


(6.6)
Trong đó:
P
B
– tổng tổn thất công suất trong máy biến áp, kW;
P

B
= P
0
+ P
k
(6.7)
P
0
và P
k
- tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW;
H – chiều cao từ tâm cửa sổ dưới đến tâm cửa sổ trên, m.
Biểu thức (6.6) áp dụng đối với các khu vực có nhiệt độ trung bình của
môi trường là 20
0
C. Khi nhiệt độ môi trường xung quanh quá 20
0
C, thì cần
phải tăng cường sự thông thoáng bằng quạt cưỡng bức. Sơ đồ thông thoáng tự
nhiên trạm biến áp phân xưởng được thể hiện trên hình 6.16.
6.4.2. Lựa chọn vị trí đăt trạm biến áp phân xưởng
Vị trí trạm biến áp phân phối quyết định bởi chi phí đầu tư trạm biến áp
phân phối, các đường trục hạ áp. Ngoài ra nó còn bị giới hạn bởi nhiều yếu tố
khác không phải là kỹ thuật. Tuy nhiên, để lựa chọn được một vị trí tối ưu cho
Hình 6.
16.
Trạm biến áp phân xưởng
a) Trạm biến áp hợp bộ; b) Sơ đồ thông thoáng trạm biến áp:
a)
b)

Ch.6. CCĐCN
181
trạm, cần phải thỏa mãn các quy tắc sau:
- Vị trí của trạm càng gần tâm phụ tải của khu vực được cung cấp điện càng tốt.
- Vị trí trạm phải bảo đảm đủ chỗ và thuận tiện cho các tuyến dây đưa điện
đến trạm cũng như các phát tuyến từ trạm đi ra, đồng thời phải đáp ứng được
cho sự phát triển tương lai .
- Vị trí trạm được chọn phải phù hợp với quy hoạch của xí nghiệp và các vùng
lân cận.
- Vị trí của trạm phải bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có
khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp v.v.
- Vị trí của trạm biến áp được lựa chọn sao cho tổng tổn thất trên các đường
dây là nhỏ nhất.
Thường để thuận tiện cho việc lựa chọn vị trí đặt trạm biểu đồ phụ tải
dưới dạng các hình tròn trên mặt bằng xí nghiệp được thiết lập (hình 6.17).
Trên biểu đồ này công suất tính toán của các điểm tải tỷ lệ với diện tích hình
tròn bán kính r, được xác định theo biểu thức:
m
P
r
i
i
.


(6.8)
trong đó:
r
i
– bán kính hình tròn;

P
i
– công suất tính toán của điểm tải thứ i;
m – tỷ lệ xích, có thể lấy giá trị bất kỳ, sao cho các hình vẽ tương xứng,
dễ quan sát.
Biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp gồm 5 phân xưởng được thể hiện
trên hình 6.17, các đường chấm chấm biểu thị các phân xưởng sẽ được phát triển
mở rộng trong tương lai.
Dựa trên một số cơ sở của cơ học lý thuyết cho phép ta xác định tâm
phụ tải khu dân cư với độ chính xác cao hay thấp tùy thuộc vào yêu cầu cụ
thể. Nếu coi phụ tải phân bố đều trên diện tích khu vực, thì tâm phụ tải khu
vực có thể coi như trùng với trọng tâm hình học của hình, biểu thị khu vực đó
trên mặt bằng. Nếu căn cứ vào phân bố thực tế của phụ tải sẽ không trùng với
Ch.6. CCĐCN
182
trọng tâm hình học của khu vực và việc tìm tâm phụ tải là xác định trọng tâm
của khối. Vị trí của trạm biến áp được xác định theo các phương pháp như đã
trình bày ở chương 3.
* Phương thức lắp đặt trạm biến áp
Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể, các trạm biến áp phân xưởng có thể lắp
đặt theo các phương thức khác nhau (hình 6.18) như: lắp đặt bên trong nhà
xưởng (1), gắn vào tường phía trong (2), gắn vào tường phía ngoài (3), đặt độc
lập bên ngoài (4), đặt trên mái, hoặc dưới tầng hầm.
Hình 6.17. Biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp
X
Y
r
1
S
1

2
S
2
6
S
6
4
S
4
5
S
5
1
3
S
3
7
S
7
x
2
,y
2
x
3
,y
3
x
4
,y

4
x
1
,y
1
x
5
,y
5
x
6
,y
6
x
7
,y
7
X,Y
(1)
(2)
(3)
(4)
Hình 6.18 Các phương thức lắp đặt
trạm biến áp phân xưởng
Ch.6. CCĐCN
183
1. Trạm biến áp đặt bên trong nhà xưởng cho phép tiết kiệm được dây dẫn
của mạng điện hạ áp, tuy nhiên trạm biến áp sẽ chiếm diện tích và có
thể gây cản trở cho việc lắp đặt các thiết bị của các công đoạn sản xuất.
Phương thức này thường áp dụng cho các phân xưởng rộng với nhiều

gian.
2. Phương thức lắp đặt trạm biến áp kín hoặc hở ngay sát tường bên trong
nhà thường được áp dụng cho các phân xưởng có chiều rộng không lớn
(một, hai hoặc ba gian), hoặc khi không thể tìm được vị trí bên trong
phù hợp.
3. Phương thức lắp đặt bên ngoài nhà ngay sát tường thường được áp dụng
nhiều, tuy nhiên trong trường hợp này cần xét đến tính mỹ quan và điều
kiện kiến trúc.
4. Trạm biến áp lắp đặt độc lập bên ngoài được áp dụng trong các trường
hợp không thể tìm được vị trí thích hợp bên trong hoặc cạnh phân
xưởng. Sơ đồ lắp đặt này sẽ làm tăng chi phí dây dẫn của mạng hạ áp.
5. Trong trường hợp điều kiện kiến trúc và an toàn cho phép, các trạm
biến áp có thể lắp đặt trên mái nhà xưởng.
6. Hiện nay cùng với việc áp dụng các trạm biến áp hợp bộ, nhiều xí
nghiệp áp dụng phương thức đặt trạm biến áp dưới tầng hầm. Điều đó
cho phép tiết kiệm diện tích nhà xưởng và đảm bảo mỹ quan, an toàn.
6.5. Độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện công nghiệp
Cùng với sự phát triển không ngừng của phụ tải điện và sự áp dụng các
thiết bị công nghệ tiên tiến, yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cho các lĩnh
vực nói chung và đặc biệt cho các xí nghiệp công nghiệp ngày càng nghiêm
ngặt. Sự đình trệ cung cấp điện có thể dẫn đến những thiệt hại kinh tế rất lớn.
Ch.6. CCĐCN
184
Điều đó cần phải được quán triệt ngay từ khâu thiết kế, xây lắp đến khâu vận
hành hệ thống điện.
Độ tin cậy của hệ thống điện phụ thuộc vào độ tin cậy của các phần tử
cấu thành. Về phần mình, độ tin cậy của các phần tử hệ thống điện lại phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó có cả các yếu tố mang tính khách quan và
các yếu tố mang tính chủ quan. Sự tác động của các nhân tố khác nhau đến
chế độ làm việc của hệ thống mang tính ngẫu nhiên, vì vậy việc phân tích, tính

toán độ tin cậy của hệ thống điện cần phải dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất
thống kê.
6.5.1. Một số khái niệm cơ bản về độ tin cậy
Hỏng hóc là sự kiện phá vỡ khả năng làm việc bình thường của các
thiết bị. Trong quá trình làm việc, do nhiều nguyên nhân khác nhau, các thiết
bị có thể sẽ không đảm bảo được chức năng mà chúng đảm nhận và sẽ dẫn
đến sự ngừng làm việc, thậm chí có thể dẫn đến sự đào thải.
Sự cố là những hỏng hóc ngẫu nhiên của thiết bị, gây gián đoạn cung
cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Sự cố gây ảnh hưởng đến một bộ phận nhỏ của
hệ thống điện gọi là sự cố cục bộ, còn sự cố gây ảnh hưởng trầm trọng đến
nhiều phần tử của hệ thống điện gọi là sự cố hệ thống.
Thời gian làm việc an toàn của thiết bị là một đại lượng ngẫu nhiên (T),
đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi thiết bị làm việc đến khi xuất hiện sự cố
đầu tiên.
Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng hệ thống đảm bảo cung cấp điện
liên tục và chất lượng cho các hộ dùng điện dưới tác động của các nhân tố
khác nhau.
Để đánh giá độ tin cậy người ta dựa trên các chỉ tiêu cơ bản sau:
1. Xác suất làm việc tin cậy và xác suất không tin cậy
Gọi T là đại lượng ngẫu nhiên đặc trưng cho khoảng thời gian từ khi
bắt đầu vận hành đến khi xẩy ra sự cố đầu tiên. Xác suất để trong khoảng thời
gian quan sát t (ví dụ trong một năm) không xảy ra sự cố, tức là p(T  t) gọi là
Ch.6. CCĐCN
185
xác suất làm việc tin cậy, hay gọi tắt là xác suất tin cậy p(t). Xác suất tin cậy
là hàm đơn điệu giảm dần theo thời gian, khi t = 0 thì p = 1 (hình 6.19).
Xác suất không tin cậy là xác suất sự kiện hỏng hóc xảy ra sớm hơn
khoảng thời gian xét. q(t) = p
(T<t)
= 1 - p(t)

q(t) là hàm tăng có giá trị bằng 0 khi t=0 và 1 khi t  ,
Xác suất không tin cậy được xác định trên cơ sở số liệu thống
kê về xác suất sự cố theo biểu thức:


t
dttftq
0
)()( ; (6.13)
Trong đó:
f(t) – hàm mật độ xác suất sự cố.
Xác suất tin cậy được xác định theo biểu thức:



t
dtt
etqtp
0
)(
)(1)(

; (6.14)
Trong đó:
(t) – cường độ sự cố hay thông lượng hỏng hóc.
Nếu (t) là hằng số thì:
p(t) = e
-t
; (6.15)
2. Cường độ sự cố

Cường độ sự cố là kỳ vọng toán của các hỏng hóc trên một đơn vị thiết
bị, trong một đơn vị thời gian, xác định theo biểu thức:
;
.
)(
)(
t
N
tn
t 

(6.16)
n(t) - Số lần hỏng hóc trong khoảng thời gian quan sát t;
N - Số lượng thiết bị.
Hình 6.19. Hàm phụ thuộc của xác suất tin
cậy p(t) và xác suất không tin cậy q(t) theo
thời gian
p, q
t
1
0
p(t)
q(t)