Luận văn:THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN KHU DÂN CƯ docx

Luận văn:THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN KHU
DÂN CƯ
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

1
Chương 1
TỔNG QUAN

I.
Giới thiệu sơ lược về cung cấp điện:
Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển
thành các dạng năng lượng khác (như nhiệt năng, cơ năng, hóa năng ), dễ
truyền tải và phân phối.
Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, công nghiệp điện lực
giữ vai trò đặc biệt quan trọng, vì điện năng là nguồn năng lượng đư
ợc dùng
rộng rãi nhất trong các lĩnh vực hoạt động của con người. Điện năng là nguồn
năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát
triển các đô thị và khu dân cư, do đó khi xây dựng chúng thì trước tiên người
ta phải xây dựng hệ thống cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và

nhu cầu sinh hoạt của con người.
Khi cung cấp điện cho các
đô thị và khu dân cư thì phức tạp hơn nhiều so
với khu vực công nghiệp, vì phụ tải của đô thị và khu dân cư vừa khó xác định
lại dao động nhiều trong một ngày đêm. Vì vậy khi thiết kế cung cấp điện cho
các đô thị và khu dân cư ta cần chú ý tới các đặc điểm nêu trên để đảm bảo cho
hệ thống cung cấp điện làm việc an toàn, thỏa m
ãn không chỉ nhu cầu hiện tại
mà còn phải tính tới khả năng phát triển của phụ tải trong tương lai, đáp ứng
nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho
sự phát triển trong 5, 10 năm hoặc có khi còn lâu hơn nữa.
Nói chung, hệ thống cung cấp điện bao gồm các khâu phát điện, truyền tải
và phân phối điện năng. Còn ở đây nhiệm vụ của thiết kế cu
ng cấp điện chỉ là
hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm vụ cung cấp điện cho
một khu dân cư nhất định. Nguồn của hệ thống cung cấp điện này được lấy từ
lưới điện quốc gia.
II.
Giới thiệu đề tài:
Những đặc điểm và yêu cầu thiết kế chung của khu dân cư.
Đặc điểm:
Khu dân cư gồm có:
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

2
Khu A: Gồm 50 nhà liên kế, 45 biệt thự và một bãi đậu xe, 1 tòa nhà công
cộng.
Khu B: Gồm 64 nhà liên kế, 18 biệt thự; 1 khu vườn ở và 1 nhà trẻ.
Khu C: Gồm 101 biệt thự và 18 nhà liên kế.

Khu D: Gồm 16 biệt thự và 80 nhà liên kế.
Khu dân cư gần đường dây trung thế.
Yêu cầu thiết kế chung:
Cung cấp điện cho khu dân cư theo mặt bằng hiện trạng ( bản vẽ kèm theo ).























www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

3
BÃI ĐẬU XE
NHÀ TRẺ
KHU VƯỜN Ở
A1
A2
A3
A4
A5
A6
B1
B2
B3
C1
C2
C3
C4
C5
D1
D2
D3
D4
ĐƯỜNG DÂY 22 Kv


www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

4

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

4
Chương 2
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN
I. Một số yêu cầu chủ yếu cần quan tâm:
A) Độ tin cậy cung cấp điện: Tùy thuộc cung cấp điện cho loại hộ nào (loại 1, loại
2 hay loại 3), phải cố gắng lựa chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng
cao càng tốt trong điều kiện cho phép.
B) Chất lượng điện cung cấp: phụ thuộc hai chỉ tiêu tần số và điện áp. Tần số do
cơ quan điều khiển hệ thống điện điều c
hỉnh, chỉ có những hộ tiêu thụ hàng
chục MW trở lên mới cần quan tâm tới chế độ vận hành của mình sao cho hợp
lý nhằm ổn định tần số của hệ thống.
Vì vậy thiết kế hệ thống cung cấp điện ta chỉ cần đảm bảo chất lượng điện áp
cho khách hàng , thông thường dao động quanh giá trị
5± % của điện áp định
mức, đặc biệt khi phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp thì chỉ cho phép
dao động trong khoảng
5,2
±
%
C) Thiết kế an toàn cung cấp điện: Nhằm đảm bảo vận hành an toàn cho người
và thiết bị, phải lựa chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, rõ ràng để tránh được
nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị được chọn phải đúng chủng loại và đúng

công suất.
Việc vận hành quản lý hệ thống điện có vai trò đặc biệt quan trọng, phải tu
yệt
đối chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện
D) Các tính toán kinh tế (nếu có): Sau khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được
đảm bảo thì chỉ tiêu kinh tế mới được xét đến. Các tính toán sao cho tổng vốn
đầu tư, chi phí vận hành là nhỏ nhất và thời gian thu hồi vốn đầu tư đáp ứng yêu
cầu của chủ đầu tư. Phương án tối ưu được lựa chọn sau khi
tính toán và so sánh
giữa các phương án cụ thể
II. Các bước thiết kế cung cấp điện:
1) Thu thập số liệu cần thiết (số liệu ban đầu).
9 Đặc điểm công trình được cung cấp điện.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

5
9 Dữ liệu về nguồn điện: công suất, hướng cấp điện, khoảng cách tới tải tiêu
thụ.
9 Dữ liệu về phụ tải: Tổng công suất, phân bố, phân loại hộ tiêu thụ.
2) Xác định phụ tải tính toán cho hộ tiêu thụ - khu dân cư.
9 Danh mục các thiết bị tiêu thụ điện.
9 Phụ tải điện dân dụng
: nhà liên kế, biệt thự .
9 Phụ tải tòa nhà công cộng, khu vườn, nhà trẻ, bãi đậu xe, chiếu sáng ngoài
trời.
9 Phụ tải tổng của mỗi khu dân cư: khu A, B, C, D.
3) Chọn trạm biến áp.
9 Dung luợng, số lượng, vị trí đặt.
9 Số lượng, vị trí của tủ phân phối ở mạng hạ áp

4) Xây dựng phương án cung cấp điện.
9 Mạng c
ao áp; hạ áp.
9 Sơ đồ đi dây của trạm biến áp.
5) Chọn thiết bị điện.
9 Máy biến áp.
9 Tiết diện dây dẫn.
9 Thiết bị điện cao áp.
9 Thiết bị điện hạ áp.
6) Tính toán ngắn mạch.
9 Tính toán ngắn mạch mạng cao áp mạng hạ áp.
7) Tính toán bảo vệ an toàn.
9 Chống sé
t cho trạm biến áp.
9 Chống sét cho đường dây cao áp.
9 Nối đất trung tính máy biến áp hạ áp.

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

6
Chương 3
LÝ THUYẾT LIÊN QUAN CẦN THIẾT
I. Xác định phụ tải điện:
Nhằm làm cơ sở cho việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị điện.
Xác định tâm phụ tải: dựa vào cơng thức sau:
X=
∑
∑
=

=
n
i
đmi
đmi
n
i
i
P
PX
1
1
; Y=
∑
∑
=
=
n
i
đmi
đmi
n
i
i
P
PY
1
1

Với: n: Số thiết bị của nhóm.

đmi
P
: Cơng suất định mức của thiết bị thứ i.
Đặt tủ phân phối ở tâm phụ tải nhằm cung cấp điện với tổn thất điện áp và tổn thất
cơng suất là nhỏ nhất, chi phí kim loại màu hợp lý hơn cả. Việc lựa chọn vị trí sau
cùng phụ thuộc vào yếu tố mỹ quan, mặt bằng, thuận tiện thao tác và yếu tố an
tồn…
A) Các đại lượng và hệ số tính tốn thường gặp:

1.Cơng suất định mức P
đm
:
Cơng suất định mức của các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong
lý lịch máy hoặc trên nhãn hiệu máy. Đối với động cơ, cơng suất định mức ghi
trên nhãn hiệu máy chính là cơng suất cơ trên trục động cơ.
Pđm
Đường dây cung cấp điện cho động cơ

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

7
Đứng về mặt cung cấp điện, chúng ta quan tâm tới công suất đầu vào của động
cơ gọi là công suất đặt. Công suất đặt được tính như sau:
P
đ
=
đc
đm

P
η

trong đó:
P
đm
: Công suất định mức của động cơ, kW;
P
đ
: Công suất đặt của động cơ, kW;

đc
η
:Hiệu suất định mức của động cơ.
Vì hiệu suất động cơ tương đối cao (đối với động cơ không đồng bộ roto lồng
sóc,
đc
η
=0,8
95,0÷
) nên để cho tính toán được đơn giản, người ta thường cho
phép bỏ qua hiệu suất, lúc này lấy:
đmđ
pp
≈

2.Phụ tải trung bình P
tb
:
Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng 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 toán. Trong thực tế phụ tải trung bình được tính toán
theo công thức sau:

p
tb
=
;
t
P
Δ
q
tb
=
;
t
Q
Δ

trong đó:
QP ΔΔ ,
: điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr,
t: thời gian khảo sát, h.
Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được tính theo công thức sau:
P
tb
=
∑
=
n

i
i
p
1
; Q
tb
=
∑
=
n
i
i
q
1

Biết phụ tải trung bình chúng ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị.
Phụ tải trung bình là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính
tổn hao điện năng. Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với thời
gian khảo sát là một ca làm việc, một tháng hoặc một năm.

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

8
3.Phụ tải cực đại P
max
:
Phụ tải cực đại được chia ra làm hai nhóm:
a) Phụ tải cực đại P
max

: là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời
gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5, 10 hay 30 phút) ứng với ca làm việc có
phụ tải lớn nhất trong ngày. Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định
như trên để làm phụ tải tính toán.
Người ta dùng phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các
thiết bị điện,chọn dây dẫn v
à dây cáp theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế
v.v…
b) Phụ tải đỉnh nhọn P
đn
: là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1-
2 s.
Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi
động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng điện khởi
động của rơle bảo vệ v.v…
Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi động cơ khởi động. Chúng t
a không những
chỉ quan tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà còn quan tâm đến tần suất xuất
hiện của nó. Bởi vì số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh
hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác ở trong cùng
một mạng điện.
4.Phụ tải tính toán P
tt
:
Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện.
Phụ tải tính toán P
tt
: là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ
tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nói khác đi phụ tải tính
toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải

thực tế gây ra. Nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm
bảo an
toàn (về mặt phát nóng) cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành.
Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức
sau:

max
PPP
tttb
≤
≤

Hằng số thời gian phát nóng của các vật liệu dẫn điện được lắp đặt trong không
khí, dưới đất và trong ống dao động xung quanh trị số 30 phút. Nên người ta
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

9
thường lấy trị số trung bình của phụ tải lớn nhất xuất hiện trong khoảng 30 phút
để làm phụ tải tính toán hay còn gọi là phụ tải nửa giờ.
5.Hệ số sử dụng K
sd
:
Hệ số sử dụng là tỷ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức
của thiết bị.
Hệ số sử dụng được tính theo công thức sau:
- Đối với một thiết bị:
k
sd
=

đm
tb
P
P

-Đối với một nhóm có n thiết bị:
k
sd
=
đm
tb
P
P
=
∑
∑
=
=
n
i
đmi
n
i
tb
P
P
1
1

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị

điện trong một chu kỳ làm việc. Hệ số sử dụng là một số liệu để tính phụ tải tính
toán.
6.Hệ số phụ tải k
pt
:
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 phụ tải trong một khoảng thời gian nào
đó.
Vì vậy:
k
pt
đm
tb
đm
thucte
P
P
P
P
==

Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị điện trong thời
gian đang xét.
7.Hệ số cực đại k
max
:
Hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoảng
thời gian đang xét:
k
max

tb
tt
P
P
=
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

10
Hệ số cực đại thường được tính ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất. Hệ số
cực đại phụ thuộc vào hệ số thiết bị hiệu quả n
hq
, vào hệ số sử dụng k
sd
và các
yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm.
Trong thực tế người ta tính k
max
theo đường cong k
max
=f(k
sd
, n
hq
). Hệ số k
max

thường tính cho phụ tải tác dụng.
8.Hệ số nhu cầu k
nc

:
Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức.
k
nc
sd
đm
tb
tb
tt
đm
tt
kk
P
P
P
P
P
P

max
===
Hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng. Có khi k
nc
được tính cho phụ tải
phản kháng nhưng ít khi dùng. Trong thực tế hệ số nhu cầu thường do kinh
nghiệm vận hành mà tổng kết lại.
9.Hệ số thiết bị hiệu quả n
hq
:
Số thiết bị hiệu quả n

hq
là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm
việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm
các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau).
Công thức tính n
hq
như sau:

()
∑
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∑
=
=
n
i
hq
đmi
n
i
đmi
P

n
P
1
2
1
2

Trong thực tế người ta tìm n
hq
theo bảng hoặc đường cong cho trước.
Trước hết tính:
n
*
n
n
1
=
; p
*
P
P
1
=
;
trong đó:
n: số thiết bị trong nhóm;
n
1
: số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có
công suất lớn nhất;

P và P
1
: Tổng công suất ứng với n và n
1
thiết bị:
Sau khi tìm được n
*
và P
*
thì dùng đường cong để tìm n
hq*
rồi từ đó tính n
hq
theo
công thức: n
hq
= n
hq*
.n.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

11
Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải
tính toán.
B) Các phương pháp tính phụ tải tính toán:
Hiện nay có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Những phương pháp
đơn giản, tính toán thuận tiện, thường cho kết quả không thật chính xác. Ngược
lại nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp. Vì vậy tùy
theo yêu cầu cụ thể mà lựa chọn phương pháp t

ính thích hợp.
Một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất:

1.Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:
Công thức tính:
∑
=
=
n
i
đinctt
PkP
1
.
ϕ
tgPQ
tttt
.
=

(
)
ϕ
cos
22
tt
tttttt
P
QPS =+=

một cách gần đúng có thể lấy P
đ
= P
đm

nên suy ra:
∑
=
=
n
i
đminctt
PkP
1
.

trong đó:
P
đi
, P
đmi
: Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i, kW;
P
tt
, Q
tt
, S
tt
: Công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm
thiết bị, kW, kVAr, kVA;

n: Số thiết bị trong nhóm.
Nếu hệ số công suất cos
ϕ
của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải
tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau:
n
nn
PPP
PPP
+++
+
+
+

cos coscos
21
2211
ϕ
ϕ
ϕ

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

12
Phương pháp tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có ưu điểm là đơn giản,
tính toán thuận tiện, vì vậy nó là một trong những phương pháp được dùng rộng
rãi. Tuy nhiên phương pháp náy lại kém chính xác. Bởi vì hệ số nhu cầu k
nc
tra ở

sổ tay là một số cố định cho trước không phụ thuộc chế độ vận hành và số thiết
bị trong nhóm máy.
Mà k
nc
sd
kk .
max
=
tức là hệ số nhu cầu phụ thuộc vào các yếu tố kể trên nên kết
quả tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu sẽ kém chính xác.
2.Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản
xuất:
Công thức tính:
P
tt
=p
0
.F
trong đó:
p
0
: suất phụ tải trên 1m
2
diện tích sản suất, kW/m
2
;
F: diện tích sản suất, m
2
, (diện tích dùng để đặt máy sản suất).
Tra sổ tay p

0
hay do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có.
Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy thường dùng trong giai đoạn
thiết kế sơ bộ hay trong các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố
tương đối đều.
3.Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị
sản phẩm:
Công thức tính:
max
0
T
Mw
P
tt
=

trong đó:
M: số đơn vị sản phNm được sản xuất ra trong một năm (sản lượng).
w
0
: suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phNm, kWh/đơn vị sản phNm;
T
max
: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h.
Phương pháp này thường dùng tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít
biến đổi nghĩa là phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình nên kết quả khá
chính xác.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

13
4.Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k
max
và công suất trung
bình P
tb
(còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả).
Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn
giản, hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên tính theo
phương pháp này.
Công thức tính:
P
tt
=k
max
.k
sd
.P
đm
;
trong đó:
P
đm
: công suất định mức, W;
k
max
, k
sd
: hệ số cực đại và hệ số sử dụng.
Hệ số sử dụng k

sd
của các nhóm máy có thể tra trong sổ tay. Hệ số cực đại k
max

tính theo công thức (phần các đại lượng và hệ số tính toán thường gặp).
Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết bị
hiệu quả n
hq
chúng ta đã xét tới một loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng
của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự
khác nhau về chế độ làm việc của chúng.
Khi tính phụ tải theo phương pháp này, ở một số trường hợp cụ thể ta dùng các
công thức gần đúng sau:
a) Trường hợp
3≤n và n
hq
<4 phụ tải tính toán được tính theo công thức:
P
tt
∑
=
=
n
i
đmi
P
1

đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì:
S

tt
875,0
đmđm
S
ε
=


trong đó:
S
tt
: công suất biểu kiến tính toán, kVA;
S
đm
: công suất biểu kiến định mức, kVA;
đm
ε
: các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy.


www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

14
b) Trường hợp n>3 và n
hq
<4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
P
tt
∑

=
=
n
i
đmipti
Pk
1

trong đó:
k
pt
: hệ số phụ tải của từng máy.
N ếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gấn đúng như sau:
- k
pt
= 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn.
- k
pt
= 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
c) N ếu n
hq
> 300 và k
sd
< 0,5 thì hệ số cực đại k
max
được lấy ứng với n
hq
= 300.

Còn khi n

hq
> 300 và k
sd

≥
0,5 thì:
P
tt
=1,05.k
sd
.P
đm

d) Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (máy bơm, quạt nén khí,
v.v… ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình:
P
tt
=k
sd
.P
đm
II. Lựa chọn phương án cung cấp điện:
Phương án cung cấp điện bao gồm những vấn đề: cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối
dây, phương thức vận hành v.v… Đó là những vấn đề rất quan trọng. Bởi vì xác
định đúng đắn và hợp lý các vấn đề đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc vận hành
khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện. Sai
lầm phạm phải trong
khi xác định phương án cung cấp điện sẽ gây hậu quả xấu lâu dài về sau, nhiều khi
phải trả giá rất đắt để sữa chữa những sai lầm đó.
Một phương án cung cấp điện được coi là hợp lý nếu thỏa mãn những yêu cầu cơ

bản sau :
a) Đảm bảo chất lượng điện, tức đảm bảo tần số và điện áp nằm
trong phạm vi
cho phép.
b) Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của phụ
tải.
c) Thuận tiện trong vận hành lắp ráp và sữa chữa.
d) Có chỉ tiêu kinh tế hợp lý.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

15
Khi thiết kế những cơng trình cụ thể chúng ta phải xét tới những yếu tố để vận
dụng đúng đắn các u cầu trên. N hững yếu tố đó là: u cầu cung cấp điện của
phụ tải, khả năng cung cấp vốn đầu tư và trang thiết bị, trình độ kỹ thuật chun
mơn của lực lượng thi cơng.
A) Có hai dạng sơ đồ nối dây cơ bản: sơ đồ hì
nh tia và sơ đồ phân nhánh.

~
a)
3
3
1
2
3
1
2
1
1

b)
3
3
3
3
4
2
Sơ đồ cung cấp điện:
a) Sơ đồ hình tia; b) Sơ đồ phân nhánh;
1. thanh cái trạm phân phối;
2. đường dây điện cao áp;
3. biến áp khu vực (phân xưởng);
4. đường dây trục chính)
HÌNH 3.1
1. Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp
từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện
tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành
bảo quản.
Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn nên thường dùng cung cấp điện cho các
hộ loại 1 và 2.
2. Sơ đồ phân nhánh có
ưu khuyết điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia nên
thường dùng cung cấp điện cho các hộ loại 2 và 3.
B) Các phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp:
Dựa theo các điều kiện sau đây:
- Lựa chọn theo điều kiện phát nóng.
- Lựa chọn theo điều kiện tổn thất điện cho phép.
N gồ
i hai điều kiện nêu trên người ta còn lựa chọn theo kết cấu của dây dẫn và
cáp như một sợi nhiều sợi, vật liệu cách điệnv.v…

www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

16
1.Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện phát nóng:
Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và cáp, vật dẫn bị nóng lên. N ếu nhiệt độ
dây dẫn và cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng, hay giảm tuổi thọ. Mặt
khác độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống. Vì vậy nhà sản
xuất quy định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại
dây dẫn và cáp.
Trường hợp đơn giản nhất là sự phát nóng của dây trần đồng nhất. Dây dẫn trần
đồng nhất là dây dẫn có tiết diện không thay đổi theo chiều dài và làm bằng vật
liệu duy nhất. Khi không có dòng điện chạy trong dây dẫn thì nhiệt độ của nó
bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Khi có dòng điện đi qua, do hiệu ứng Jun
dây dẫn sẽ bị nóng lên. Một phần nhiệt lượng
sẽ đốt nóng dây dẫn, phần nhiệt
lượng còn lại sẽ tỏa ra môi trường xung quanh.
Tùy theo mỗi loại dây dẫn và cáp nhà sản xuất cho trước giá trị dòng điện cho
phép I
cp
dòng I
cp
ứng với nhiệt độ tiêu chuNn của môi trường là: không khí +25
0

C, đất +15
0
C.
Khi nhiệt độ môi trường lắp đặt dây dẫn và cáp khác với nhiệt độ tiêu chuNn nêu
trên thì dòng điện cho phép phải được hiệu chỉnh:

I
cp
(hiệu chỉnh) = k.I
cp
,



trong đó:
I
cp
: dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp ứng với điều kiện nhiệt độ tiêu chuNn
của môi trường, A;
k: hệ số hiệu chỉnh, tra trong sổ tay.
Suy ra điều kiện phát nóng là:

cplv
II
≤
max
;
trong đó:
I
lvmax
: dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất;
I
cp
: dòng điện cho phép (đã hiệu chỉnh) của dây dẫn.
2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho
phép:

Mạng trung áp và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải nên vấn đề
đảm bảo điện áp rất quan trọng. Do đó người ta lấy điều kiện tổn thất điện áp
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

17
cho phép làm điều kiện đầu tiên chọn tiết diện dây dẫn và cáp rồi kiểm tra lại
theo điều kiện phát nóng:
Điều kiện tổn thất điện áp cho phép là:

%;%
max cp
UU
Δ
≤
Δ

trong đó:
max
UΔ : tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng;
cp
UΔ
: tổn thất điện áp cho phép (
%5
±
hoặc %5,2
±
tùy loại phụ tải).
Tổn thất điện áp trong mạng điện được tính theo công thức sau:
'''%

2
UU
U
QXPR
U Δ+Δ=
+
=Δ
∑
∑

trong đó:
'UΔ : tổn thất điện áp gây nên bởi công suất tác dụng và điện trở đường dây;
''UΔ : tổn thất điện áp gây nên bởi công suất phản kháng và điện kháng đường
dây.
Giá trị điện kháng trên 1 km đường dây nằm trong khoảng x
0
= 0,3
÷
0,43
km/Ω để đơn giản có thể lấy x
0
= 0,3 km/
Ω
.
Ta có thể tính được
''UΔ :
2
0
2
0

2
''
đm
jj
đm
ii
U
Lqx
U
lQx
U
QX
U
∑
∑
∑
===Δ
Vì
cp
UΔ đã cho trước nên có thể tính:

2
0
2
'
'''
đm
ii
đm
cp

U
lPr
U
PR
U
UUU
∑∑
==Δ
Δ
−
Δ
=
Δ

Thay
F
r
γ
1
0
= với
γ
: điện dẫn xuất của vật liệu dây dẫn;
F: tiết diện dây dẫn, mm
2
.
Dựa vào trị số tính toán F, tra bảng để chọn tiết diện dây dẫn theo tiêu chuNn gần
nhất. Từ đó xác định được r
0
và x

0
ứng với dây dẫn đã chọn, tính lại
U
Δ
, so
sánh với
cp
UΔ . N ếu chưa phù hợp với yêu cầu thì tăng tiết diện dây dẫn lên một
cấp rồi tính lại lần nữa.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

18
Sau khi đã đạt
cp
UU
Δ
≤Δ
max
, thì kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng
C)Kết cấu của mạng điện:
Kết cấu của mạng cáp:
Cáp được chế tạo chắc chắn, nên cách điện tốt, lại được đặt dưới đất hoặc trong
hầm dành riêng cho cáp nên tránh được các va đập và ảnh hưởng trực tiếp của
thời tiết. Điện kháng của cáp rất bé so với đường dây trên không cùng tiết diện
nên giảm được tổn t
hất công suất và tổn thất điện áp. Cáp được chôn dưới đất
nên ít ảnh hưởng tới giao thông và đảm bảo mỹ quan hơn đường dây trên không.
N hược điểm chính của mạng cáp là giá thành cao, thông thường là đắt gấp 2,5
lần so với đường dây trên không cùng tiết diện nên thường dùng ở những nơi

tương đối quan trọng. Thực hiện việc rẽ nhánh cáp gặp rất nhiều khó khăn và
chính tại nơi đó thường xảy r
a sự cố nên khi thật cần thiết người ta mới thực
hiện rẽ nhánh. Cáp được bọc kín lại chôn dưới đất nên khi xảy ra hư hỏng rất
khó phát hiện được chính xác nơi xảy ra sự cố và việc sửa chữa tốn nhiều công
sức và thời gian.
Cáp thường được chôn dưới đất ở độ sâu
m17,0
÷
. Khi có nhiều đường cáp chúng
được đặt trong hào hoặc hầm cáp.
III.
Trạm biến áp:
Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng của hệ thống cung cấp điện.
Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác.
Dung lượng của các máy biến áp, vị trí số lượng và phương thức vận hành của các
trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống
cung cấp điện.
Do đó việc lựa chọn các trạm biến áp bao giờ cũng phải gắn liền với
việc lựa chọn phương án cung cấp điện.
Thông số quan trọng nhất của máy biến áp là điện áp định mức và tỷ số biến áp
U
1
/U
2
.
Các cấp điện áp đang sử dụng ở nước ta hiện nay:
a) Cấp cao áp:

- 500 kV: dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba miền Bắc, Trung, N am.

- 220 kV: dùng cho mạng điện khu vực.
- 110 kV: dùng cho mạng phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

19
b) Cấp trung áp:

Do lịch sử để lại hiện nay ở nước ta cấp trung áp còn dùng 35, 15, 10, 6 kV.
N hưng trong tương lai sẽ được cải tạo để dùng thống nhất cấp 22 kV có trung
tính nối đất trực tiếp, dùng cho mạng điện địa phương, cung cấp cho các nhà
máy vừa và nhỏ, cung cấp cho các khu dân cư.
c) Cấp hạ áp
:
-380/220 V dùng trong mạng hạ áp. Trung tính nối đất trực tiếp.
A) Phân loại trạm biến áp:
Sự khác nhau giữa trạm phân phối điện và trạm biến áp. Trạm phân phối điện chỉ
gồm các thiết bị điện như dao cách ly, máy cắt, thanh góp v.v… dùng để nhận và
phân phối điện năng đi các phụ tải chứ không có nhiệm vụ biến đổi điện áp. Còn
trạm biến áp không những c
ó những thiết bị trên mà còn có các máy biến áp dùng
để biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.
Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ:
1. Trạm biến áp trung gian:

Trạm có nhiệm vụ nhận điện của hệ thống điện ở cấp cao áp có U = 110 – 220
kV để biến đổi thành cấp trung áp
2. Trạm biến áp khu vực:

Trạm nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống các loại điện áp thích

hợp để phục vụ cho các phụ tải khu vực. Phía sơ cấp có thể là 15, 22 hoặc 35 kV
phía thứ cấp có thể là 660 V, 380/220 V.
Phân loại trạm biến áp theo hình thức và cấu trúc của trạm:
1.Trạm biến áp ngoài trời:

Các thiết bị điện như dao cách ly, máy cắt, máy biến áp, thanh góp v.v… đều đặt
ngoài trời. Riêng phần phân phối phía hạ áp thì đặt trong nhà hay đặt trong các
tủ sắt chuyên dùng. Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm biến áp trung gian
công suất lớn. Sử dụng loại trạm đặt ngoài trời sẽ tiết kiệm nhiều kinh phí khi
xây dựng nên đang được khuyến khích dùng ở những nơi có điều kiện đất đai
phù hợp.
N goà
i ra còn có loại trạm biến áp (có công suất nhỏ) mà máy biến áp đặt ngay
trên các cột điện.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

20
2.Trạm biến áp trong nhà:

Toàn bộ các thiết bị đều đặt trong nhà. Thường dùng làm trạm biến áp cho các
khu vực trong thành phố.
Ở một vài xí nghiệp muốn chống cháy nổ, chống ăn mòn hóa học, Nm ướt ảnh
hưởng tới các thiết bị điện người ta phải đặt trạm biến áp ở một địa điểm thích
hợp, trạm biến áp loại này gọi là trạm biến áp độc lập.
B) Xác định vị trí, số lượng và
công suất của trạm biến áp:
1. Vị trí và số lượng trạm biến áp:
Các yêu cầu cơ bản cần thoả mãn khi xác định vị trí của trạm biến áp:
- An toàn và liên tục cung cấp điện;

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới;
- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng:
- Phòng chống cháy nổ, bụi bặm, ăn mòn hóa học;
- Tiết kiệm vốn đầu tư và c
hi phí vận hành nhỏ.
Chú ý đặt các trạm biến áp có công suất lớn ở gần trung tâm phụ tải. Máy biến
áp có tỷ số biến đổi nhỏ nên đặt gần nguồn điện và ngược lại.
Số lượng trạm biến áp trong một khu vực phụ thuộc vào mức độ tập trung hay
phân tán của phụ tải, phụ thuộc vào tính chất quan trọng của phụ tải về mặt li
ên
tục cung cấp điện (loại phụ tải).
3. Xác định dung lượng trạm và dung lượng máy biến áp:
Một vài phương pháp thường dùng để chọn công suất máy biến áp:
a) Xác định dung lượng máy biến áp theo mật độ phụ tải
2
/, mkVA
σ
.
Phương pháp này khá đơn giản, chỉ cần tính mật độ phụ tải theo công thức dưới
đây, sau đó tra bảng để tìm công suất cần thiết cho trạm biến áp cần tính toán.
Mật độ phụ tải tính theo công thức:

ϕ
σ
cos.F
P
=

trong đó:
∑

= ;,. kWPkP
đnc



www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

21
F: diện tích khu vực phụ tải tập trung, m
2
;
∑
đ
P : tổng công suất đặt, kW;
k
nc
: hệ số nhu cầu;
ϕ
cos : hệ số công suất trên thanh cái của trạm.
b) Xác định dung lượng máy biến áp theo khả năng quá tải cho phép:
Khi xác định được phụ tải tính toán phía hạ áp của biến áp có chú ý tới sự phát
triển của phụ tải sau này và tính chất đồng thời của phụ tải là ta có đủ điều kiện để
chọn dung lượng máy biến áp. Tuy nhiên các máy biến áp thường vận hành với
điều kiện khác với những điều kiện ti
êu chuN n đã chọn khi thiết kế chế tạo, vì vậy
phải hiệu đính lại dung lượng của máy đã chọn. Máy biến áp được thiết kế chế tạo
với tuổi thọ từ 17 tới 20 năm, vận hành trong điều kiện lớp dầu phía trên không
quá 90
0

C. Khi nhiệt độ tăng quá 8
0
C thì tuổi thọ của máy giảm đi 50%. N hiệt độ
trung bình lúc vận hành khoảng 70 – 80
0
C. N hiệt độ phát nóng cục bộ cho phép
lớn hơn nhiệt độ trung bình 15
0
C. Tất cả các máy biến áp làm việc ở những nơi có
nhiệt độ trung bình hàng năm lớn hơn 5
0
C đều phải hiệu đính lại theo công thức
sau:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−=
100
5
1'
tb
đm
SS
θ

trong đó:
S’: dung lượng đã hiệu đính theo nhiệt độ trung bình, kVA;
S
đm
: dung lượng định mức ghi trên biển máy, kVA;
tb
θ
: nhiệt độ trung bình hàng năm của môi trường nơi đặt máy,
0
C.
Khi nhiệt độ môi trường nơi đặt máy có nhiệt độ cực đại lớn hơn 35
0
C thì ta phải
hiệu đính thêm một lần nữa:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−

−=
100
5
1
100
35
1'
tbcđ
đm
SS
θθ

trong đó:
cđ
θ
: nhiệt độ cực đại của môi trường đặt máy,
0
C.
Sau hai lần hiệu đính theo nhiệt độ, dung lượng của máy biến áp giảm đi khá
nhiều.
www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

22
Nhưng vì phụ tải mùa đông và mùa hè khác nhau khá xa, máy lại có khả năng quá
tải nhất định nên người ta đưa ra hai khả năng quá tải cho phép sau:
1.Quy tắc quá tải 3%
người ta quy định rằng nếu phụ tải vận hành thấp hơn phụ tải
định mức 10% thì khi cần thiết có thể cho phép quá tải 3%. Quy tắc này chỉ áp
dụng khi nhiệt độ không khí xung quanh không quá 35

0
C.
Công thức xác định mức quá tải cho phép 3%:

%100.
10
100
.3%
k
m
−
=
trong đó:
k: hệ số điền kín phụ tải,
∑
= tIk .
/24I
cđ
.
Trong đó I, t và I
cđ
xác định theo đồ thị phụ tải hàng ngày.
2.Quy tắc quá tải 1%
nếu trong các tháng 6, 7 và 8 của mùa hè mà phụ tải trung
bình cực đại hàng ngày nhỏ hơn công suất định mức thì khi cần thiết có thể cho
phép quá tải với tỷ lệ tương ứng. N hưng mức quá tải tối đa không được quá 15%.
Kết hợp cả hai quy tắc với máy biến áp đặt ngoài trời không cho phép quá tải lớn
hơn 30%, với máy biến áp đặt trong nhà không cho phép quá tải lớn hơn 20%.
C) Kết cấu trạm biến áp:

Trạm biến áp hạ áp có cấp điện áp 10, 15, 22, 35/0,4 kV công suất tương đối nhỏ
(hàng trăm đến hàng ngàn kVA). Loại trạm biến áp này thường dùng cung cấp
điện cho khu dân cư hoặc dùng làm trạm biến áp phân xưởng.
Căn cứ vào địa hình, vào môi trường, mỹ quan, kinh phí mà chọn loại trạm cho
phù hợp(trạm treo, trạm cột, trạm kín, trạm trọn bộ).
a)Trạm treo:

Toàn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được đặt trên cột . Tủ hạ áp đặt
trên cột hay đặt trong buồng phân phối xây dưới đất. Trạm này thường rất tiết
kiệm đất nên thường được dùng làm trạm công cộng cung cấp cho một vùng dân
cư. Trạm treo thường có công suất nhỏ dưới 400 kVA, cấp điện áp 10 ~ 22/0,4 kV.
Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan đô thị nên về lâu dài chúng
không được
khuyến khích sử dụng trong thành phố.


www.4tech.com.vn
Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

23
c) Trạm cột
(còn gọi là trạm bệt):
Thường dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan xí
nghiệp vừa và nhỏ. Thiết bị cao áp được đặt trên cột, máy biến áp đặt trên bệ xi
măng dưới đất , tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà. Xung quanh trạm có xây dựng
tường rào bảo vệ.
d) Trạm kín
(trạm xây dựng trong nhà):
Thường dùng ở những nơi cần độ an toàn cao, mỹ quan dô thị.
Loại trạm này thường có ba phòng: phòng cao áp đặt thiết bị cao áp, phòng máy

biến áp và phòng hạ áp đặt các thiết bị hạ áp. Trong trạm có thể đặt một hay hai
máy biến áp. Dưới bệ máy biến áp cần có hố dầu sự cố. Cửa thông gió cho phòng
máy và phòng cao hạ áp phải có lưới chắn đề phòng chim, rắn, chuột.
e) Trạm trọn bộ:

Thường dùng ở những nơi quan trọng như khách sạn lớn, khu văn phòng, cơ quan
ngoại giao v.v…vì an toàn, chắc chắn, gọn đẹp.
Loại trạm này được chế tạo, lắp đặt trọn bộ trong các tủ có cấu tạo vững chắc chịu
va đập chống mưa, Nm ướt và ăn mòn hóa học. Công suất thông thường từ 1000
kVA trở xuống.
IV.
Lựa chọn các thiết bị điện trong hệ thống cung cấp điện:
Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trong
điều kiện vận hành có thể ở một trong ba chế độ cơ bản như sau:
- Chế độ làm việc lâu dài (làm việc bình thường).
- Chế độ quá tải.
- Chế độ chịu dòng điện ngắn mạch.
Dòng điện ngắn mạch là số liệu qua
n trọng để chọn và kiểm tra các thiết bị điện.
Lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng là đảm bảo cho hệ thống
cung cấp điện vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế.
A) Tính toán ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện:
N gắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống cung
cấp điện. Tính toán ngắn mạch
là một phần không thể thiếu được của thiết kế cung
cấp điện để lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le, định phương thức
vận hành v.v…