bài giảng hệ thống cung cấp điện

3

Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác
như: cơ, hóa, nhiệt năng…; được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền tải đến
hộ tiêu thụ với hiệu suất cao.
Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có một số đặc tính:
- Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng giữa
sản xuất và tiêu thụ điện.
- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu có sự cố xảy ra, vì vậy
thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao.

Hình 1.1. Hệ thống điện
Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện:
Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủ điện
năng với chất lượng trong phạm vi cho phép và một phương án cung cấp điện được
xem là hợp lý khi thỏa mãn các nhu cầu sau:
- Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm ngoại tệ và vật tư hiếm.
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ.
- Chi phí vận hành hàng năm thấp.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa…
- Đảm bảo chất lượng điện năng.
- Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát triển
của phụ tải, thời gian xây dựng…
Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện:
- Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp
điện.

- Xác định phương án về nguồn điện.
- Xác định cấu trúc mạng.
- Chọn thiết bị.
- Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người và thiết bị.
- Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
- Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công như các bản vẽ lắp đặt, những
nguyên vật liệu cần thiết… Cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm
các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao.

4

1.1. Lưới điện và lưới cung cấp điện:
1.1.1. Khái niệm:
Hệ thống điện gồm 3 khâu: sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện.
Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) và các
trạm phát điện (diesel, mặt trời, gió…)
Tiêu thụ điện gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện trong công, nông nghiệp và
đời sống…
Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền
tải và các trạm biến áp.
Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và 500kV.
Tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV.
1.1.2. Phân loại:
Có nhiều cách phân loại lưới điện:
-Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10,
6kV) và hạ áp (1,2kV; 0,69kV; 0,4kV).
-Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6
và 0,4kV).
Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp…
1.2. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện:

1.2.1. Độ tin cậy cung cấp điện:
Tùy theo tính chất của hộ dùng điện có thể chia thành 3 loại:
- Hộ loại 1: là những hộ rất quan trọng, không được để mất điện như sân bay, hải
cảng, khu quân sự, ngoại giao, các khu công nghiệp, bệnh viện…
- Hộ loại 2: là các khu vực sản xuất, nếu mất điện có thể ảnh hưởng nhiều đến kinh
tế…
- Hộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời.
Cách chia hộ như vậy chỉ là tạm thời trong giai đoạn nền kinh tế còn thấp kém,
đang hướng đến mục tiêu các hộ phải đều là hộ loại 1 và được cấp điện liên tục.
1.2.2. Chất lượng điện:
Chất lượng điện được thể hiện qua hai thông số: tần số (f) và điện áp (U). Các trị số
này phải nằm trong phạm vi cho phép.
Trung tâm điều độ quốc gia và các trạm điện có nhiệm vụ giữ ổn định các thông số
này: Tần số f được giữ 50 ± 0,5Hz và Điện áp yêu cầu độ lệch |δU|= U – U
đm
≤5%U
đm
.
Lưu ý độ lệch điện áp khác với tổn thất điện áp (hiệu số điện áp giữa đầu và cuối
nguồn của cùng cấp điện áp).

Hình 1.2. Độ lệch và tổn thất điện áp


5

1.2.3. Tính kinh tế:
Tính kinh tế của một phương án cung cấp điện thể hiện qua hai chỉ tiêu: vốn đầu tư
và chi phí vận hành:
- Vốn đầu tư một công trình điện bao gồm tiền mua vật tư, thiết bị, tiền vận
chuyển, thí nghiệm, thử nghiệm, mua đất đai, đền bù hoa màu, tiền khảo sát thiết kế,
lắp đặt và nghiệm thu.
- Phí tổn vận hành bao gồm các khoản tiền phải chi phí trong quá trình vận hành
công trình điện: lương cho cán bộ quản lý, kỹ thuật, vận hành, chi phí bảo dưỡng và
sửa chữa, chi phí cho thí nghiệm thử nghiệm, do tổn thất điện năng trên công trình
điện.
Thông thường hai loại chi phí này mâu thuẫn nhau. Phương án cấp điện tối ưu là
phương án dung hòa hai chi phí trên, đó là phương án có chi phí tính toán hàng năm
nhỏ nhất.
 
. . min
vh tc
Z a a K c A    

trong đó:

vh
a
: hệ số vận hành, với đường dây trên không lấy 0,04; cáp và trạm biến áp lấy
0,1.
tc

a
: hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn
1
tc
T

, với lưới cung cấp điện
5
tc
T 
năm.
K: vốn đầu tư.
A
: tổn thất điện 1 năm.
c: giá tiền tổn thất điện năng (đ/kWh).
1.2.4. Tính an toàn:
An toàn thường được đặt lên hàng đầu khi thiết kế, lắp đặt và vận hành công trình
điện. An toàn cho cán bộ vận hành, cho thiết bị, công trình, cho người dân và các công
trình xung quanh.
Người thiết kế và vận hành công trình điện phải tuyệt đối tuân thủ các quy định an
toàn điện.
Bảng 1.1. Một số ký hiệu thường dùng:
Thiết bị
Ký hiệu
Thiết bị
Ký hiệu
Máy phát điện hoặc nhà
máy điện

Động cơ điện

Máy biến áp 2 cuộn dây

Khởi động từ

Máy biến áp 3 cuộn dây

Máy biến áp điều
chỉnh dưới tải

Máy cắt điện

Cầu chì.

Cầu dao cách ly

Aptômát


6

Máy cắt phụ tải

Cầu chì tự rơi

Tủ điều khiển

Tụ điện bù

Tủ chiếu sáng cục bộ

Tủ chiếu sáng làm
việc

Tủ phân phối

Tủ phân phối động
lực

Đèn sợi đốt

Đèn huỳnh quang

Ổ cắm điện

Công tắc điện

Kháng điện

Máy biến dòng điện

Dây cáp điện

Dây dẫn điện

Thanh dẫn (thanh cái)

Dây dẫn tần số ≠
50Hz

Dây dẫn mạng hai dây

Dây dẫn mạng 4 dây.

Đường dây điện áp
U ≤36V.

Đường dây mạng
động lực 1 chiều

Chống sét ống

Chống sét van



Câu hỏi ôn tập chương 1.
Câu 1. Trình bày đặc điểm và quá trình biến đổi năng lượng của các nhà máy điện?
Câu 2. Nêu và phân tích đặc điểm năng lượng điện và đặc điểm công nghệ của hệ
thống điện?
Câu 3. Để phân loại các hộ tiêu thụ điện xí nghiệp người ta căn cứ vào những chỉ tiêu
nào? Nêu và phân tích đặc điểm và phương án cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện.
Câu 4. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện.

7

Chương 2
CÁC LOẠI LƯỚI ĐIỆN

Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới điện gồm đường dây

truyền tải và các trạm biến áp. Lưới điện Việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4kV;
0,69kV; 1,2kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV; 110kV; 220kV và 500kV. Tương lai sẽ chỉ còn
các cấp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV và 500kV.
Có nhiều cách phân loại lưới điện, sau đây đề cập đến cách phân loại theo đối tượng
cấp điện:
2.1.Lưới điện đô thị
Thường sử dụng cấp điện áp trung áp là 35kV; 22kV; 10kV; 6kV.
Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, lưới trung áp thành phố thường có cấu trúc mạch
vòng kín vận hành hở.
Để đảm bảo an toàn và mỹ quan đô thị, thường sử dụng cáp ngầm cho mạng trung và
hạ áp. Thường dùng trạm biến áp kiểu xây. Tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành sẽ cao
hơn nhiều.
Để thuận lợi cho phân phối và ít ảnh hưởng đến giao thông các trạm biến áp thường
chỉ cung cấp điện cho một bên đường và được đặt ở góc hay giữa đoạn đường.










Hình 0.1. Trạm biến áp đặt ở góc phố.
2.2. Lưới điện nông thôn:
Ở nông thôn, mỗi huyện thường được cấp điện từ 1 hay 2 trạm biến áp trung gian,
hiện nay thường sử dụng cấp 10kV; 22kV và 35kV có cấu trúc dạng cây.
Tất cả các tuyến dây đều là đường dây trên không. Các trạm biến áp thường dùng
kiểu trạm cột. Để dễ quản lý và vận hành trạm biến áp phân phối thường được đặt ở giữa

thôn.
2.3. Lưới điện xí nghiệp:
Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập trung, công suất lớn, điện
năng cung cấp cho các xí nghiệp được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường
dây trung áp.
Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp có thể phân thành 2 phần: bên trong và bên ngoài.
- Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài: là phần cung cấp điện từ hệ thống đến trạm biến áp
chính hay trạm phân phối trung tâm của xí nghiệp.
Lưới trung áp điện xí nghiệp có cấu trúc khác nhau tùy vào quy mô xí nghiệp. Đối
với những xí nghiệp có tải vài trăm kVA, chỉ cần đặt 1 trạm biến áp. Đối với những xí
nghiệp lớn cần đặt nhiều trạm biến áp, mỗi trạm cung cấp cho một hoặc vài phân xưởng.

8

a)
b) c)
d)

Hình 0.2: Sơ đồ cung cấp điện bên ngoài xí nghiệp
a) khi cấp điện áp sử dụng của nhà máy trùng với điện áp cung cấp từ hệ thống; b)
các trạm biến áp phân xưởng nhận điện trực tiếp từ hệ thống và hạ xuống 0,4kV để sử
dụng; c) có trạm biến áp trung tâm trước khi phân phối đến các trạm biến áp phân xưởng;
d) khi xí nghiệp có máy phát điện dự phòng.

- Sơ đồ cung cấp điện bên trong: từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp
phân xưởng. Có 3 kiểu sơ đồ thường dùng: sơ đồ hình tia, liên thông và sơ đồ hỗn hợp.



SĐ. Hỗn hợp

Hình 0.3. Sơ đồ cấp điện bên trong
Lưới hạ áp xí nghiệp chính là lưới điện bên trong mỗi phân xưởng. Để cấp điện cho
phân xưởng người ta đặt các tủ phân phối nhân điện hạ áp từ các máy biến áp về cấp cho
các tủ động lực, từ tủ này cung cấp điện cho các thiết bị.
2.4. Các loại dây và cáp điện:
Để tải điện người ta dùng dây dẫn và cáp. So với dây dẫn tải điện bằng cáp đắt
tiền hơn nhưng mỹ quan hơn, vì thế cáp trung và hạ áp thích hợp cho lưới điện đô thị và
xí nghiệp. Tải điện bằng dây dẫn rẻ tiền, dễ sửa chữa và thay thế thường được dùng trên
lưới trung áp và khu vực nông thôn.

9












Hình 0.4: Cáp và dây trần
2.4.1. Các loại dây dẫn:
Dây dẫn gồm hai loại: dây bọc cách điện và dây trần.
- Dây bọc cách điện: thường dùng trên lưới hạ áp. Dây bọc có nhiều loại: một sợi,
nhiều sợi, dây cứng, mềm, đơn, đôi… Vật liệu thông dụng là đồng và nhôm.
Ký hiệu: M(n, F), trong đó: M là dây đồng; n là số dây; F là tiết diện dây.

- Dây trần: dùng cho mọi cấp điện áp. Có các loại như: nhôm, thép, đồng và nhôm lõi
thép. Trong đó dây nhôm và nhôm lõi thép được dùng phổ biến cho đường dây trên
không, trong đó phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện và phần thép tăng độ bền cơ học.
Ký hiệu: Loại dây (A, AC) - F, trong đó: A là dây nhôm; AC dây nhôm lõi thép; F là
tiết diện.
Ký hiệu cho mạng điện: loại dây (n.F +1.F
o
) với n là số dây pha và F
o
tiết điện dây
trung tính.
2.4.2. Các loại cáp:
2.4.2.1. Cấu tạo cáp: Cáp lực gồm các phần tử chính sau: lõi, cách điện và lớp vỏ bảo vệ.
- Lõi (ruột dẫn điện): Vật liệu cơ bản dùng làm ruột dẫn điện của cáp là đồng hay
nhôm kỹ thuật điện. Ruột cáp có các hình dạng tròn, quạt, hình mảnh. Ruột có thể gồm
một hay nhiều sợi.
- Lớp cách điện: Lớp vật liệu cách điện cách ly các ruột dẫn điện với nhau và cách ly
với lớp bảo vệ.
Hiện nay cách điện của cáp thường dùng là nhựa tổng hợp, các loại cao su, giấy cách
điện, các loại dầu và khí cách điện.
- Lớp vỏ bảo vệ: Lớp vỏ bảo vệ để bảo vệ cách điện của cáp tránh ẩm ướt, tránh tác
động của hóa chất do dầu tẩm thoát ra do hư hỏng cơ học cũng như tránh ăn mòn, han gỉ
khi đặt trong đất. Lớp vỏ bảo vệ dây dẫn là đai hay lưới bằng thép, nhôm hay chì, ngoài
cùng là lớp vỏ cao su hoặc nhựa tổng hợp.
2.4.2.2. Phân loại cáp: Cáp có thể phân loại theo nhiều cách:
- Theo số lõi: một, hai, ba hay bốn lõi, thông thường cáp cao áp chỉ có một lõi.
- Theo vật liệu cách điện: giấy cách điện (có tẩm hay không tẩm), cách điện cao su
hay nhựa tổng hợp và cách điện tổ hợp.
- Theo mục đích sử dụng: hạ, trung và cao áp, ngoài ra còn có cáp rado và cáp thông
tin.

- Theo lĩnh vực sử dụng: cáp dùng cho hàng hải, hàng không, dầu mỏ, hầm mỏ, trong
nước hay cho các thiết bị di chuyển (cần cẩu, cần trục…)

10

2.5. Cấu trúc đường dây tải điện:
Đường dây tải điện trên không ký hiệu là ĐDK. Đường dây tải điện trên không bao
gồm các phần tử: dây dẫn, sứ, xà, cột, móng, còn có thể có dây chống sét, dây néo và bộ
chống rung.











Hình 0.5: Đường dây tải điện trên không
- Đường dây truyền tải điện trên không: công trình xây dựng mang tính chất kỹ thuật
dùng để truyền tải điện năng theo dây dẫn, được lắp đặt ngoài trời. Dây dẫn được kẹp
chặt nhờ sứ, xà cột và các chi tiết kết cấu xây dựng. Đường dây hạ áp cần có thêm một
dây trung tính để lấy cả điện áp pha và điện áp dây. Nếu phụ tải 3 pha đối xứng thì lấy
dây trung tính bằng ½ dây pha còn khi phụ tải pha không cân bằng thì tiết diện dây trung
tính lấy bằng tiết diện dây pha.
- Khoảng cách tiêu chuẩn: gồm các khoảng cách ngắn nhất giữa dây dẫn được căng
và đất, giữa dây dẫn được căng và công trình xây dựng, giữa dây dẫn và cột, giữa các
dây dẫn với nhau.

- Độ võng trên dây: là khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ đường thẳng nối 2 điểm
treo dây trên cột tới điểm thấp nhất của dây dẫn do tác dụng của khối lượng dây.
- Lực căng dây: là lực căng kéo dây và kẹp chặt cố định dây dẫn trên cột.
- Chế độ làm việc bình thường: là chế độ làm việc mà dây dẫn không bị đứt.
- Chế độ sự cố: là chế độ mà dây dẫn bị đứt dù chỉ một dây.
- Khoảng vượt trung gian của đường dây: khoảng cách mặt phẳng ngang giữa 2 cột.
- Khoảng néo chặt: là khoảng cách mặt phẳng nằm ngang giữa 2 cột chịu lực gần
nhau. Các cột chịu lực bao gồm các cột đầu tuyến, các cột cuối tuyến và các cột góc dây
dẫn chuyển hướng đi.
2.5.1. Cấu trúc đường dây trên không
- Cột: lưới cung cấp điện trung áp dùng 2 loại cột: cột vuông và cột ly tâm, ký hiệu
H và LT.
+ Cột vuông (cột chữ H): thường chế tạo cỡ 7,5 và 8,5m. Cột H7,5 dùng cho lưới hạ
áp và H8,5 dùng cho lưới hạ áp và lưới 10kV.
+ Cột ly tâm (cột tròn): các cột được đúc dài 10 và 12m, các đế cột dài 6, 8 và 10m.
Cột và đế được nối với nhau nhờ các măng xông hay mặt bích, từ đó có thể có các cột
10, 12, 16, 20, 22m. Các cột còn được phân loại thành A, B, C, D theo khả năng chịu lực
(được tra ở các bảng).
- Xà: dùng để đỡ dây dẫn và cố định khoảng cách giữa các dây, được làm bằng sắt
hoặc bê tông kích thước tùy vào cấp điện áp. Trên xà có khoan sẵn các lỗ để bắt sứ,

11

khoảng cách giữa hai lỗ khoan (cũng là khoảng cách giữa hai dây) từ 0,3÷0,4m đối với
đường dây hạ áp, từ 0,8÷1,2m với đường dây 10kV, từ 1,5÷2m với đường dây 35kV.
- Sứ: sứ có tác dụng vừa làm giá đỡ cho các bộ phận mang điện vừa làm vật cách
điện giữa các bộ phận đó với đất. Vì vậy sứ phải đủ độ bền, chịu được dòng ngắn mạch
đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá điện áp.
Sứ cách điện thường được thiết kế và sản xuất cho cấp điện áp nhất định và được chia
thành hai dạng chính: sứ đỡ hay sứ treo dùng để đỡ hay treo thanh cái, dây dẫn và các bộ

phận mang điện; sứ xuyên dùng để dẫn nhánh hay dẫn xuyên qua tường hoặc nhà.
+ Sứ đỡ: thường dùng cho đường dây có điện áp từ 35kV trở xuống, khi đường dây
vượt sông hay đường giao thông thì có thể dùng sứ treo.
+ Sứ treo: có thể phân thành sứ thanh và sứ đĩa. Sứ thanh được chế tạo có chiều dài
và chịu được một điện áp xác định trước. Chuỗi sứ được kết lại từ các đĩa và số lượng
được ghép với nhau tùy thuộc điện áp đường dây. Ưu điểm của việc dùng chuỗi sứ cho
đường dây cao thế là điện áp làm việc có thể tăng bằng cách thêm các đĩa sứ với chi phí
nhỏ.


Hình 0.6. Một số dạng sứ
Khi cần tăng cường về lực người ta dùng các chuỗi sứ ghép song song, khi tăng
cường cách điện người ta tăng thêm số đĩa. Việc kẹp dây dẫn vào sứ đứng được thực
hiện bằng cách quấn dây hoặc bằng ghíp kẹp dây chuyên dụng. Việc kẹp dây vào sứ treo
được thực hiện bằng khóa kẹp dây chuyên dụng.
Đường dây có điện áp 110kV trở lên dùng sứ treo. Chuỗi sứ treo gồm các đĩa sứ tuỳ
theo cấp điện áp mà chuỗi sứ có số đĩa khác nhau.
Bảng 2.1. Các đĩa sứ theo cấp điện áp
Điện áp (kV)
Số đĩa sứ
3-10
01
35
03
110
07
220
13
Ti sứ là chi tiết được gắn vào sứ đứng bằng cách vặn ren và chèn ximăng, cát được
dùng làm trụ để kẹp chặt sứ với xà trên cột điện. Ti sứ được làm bằng thép, được sơn phủ

hay mạ để chống gỉ.
- Móng cột: có nhiệm vụ chống lật cột. Trong vận hành cột điện chịu lực kéo của dây
và lực của gió bão.

12

- Dây néo: tại các cột néo (cột đầu, cuối và góc đường dây), để tăng cường chịu lực
kéo cho các cột này các dây néo được đặt ngược hướng lực kéo dây.
- Bộ chống rung: chống rung cho dây dẫn do tác dụng của gió.
Bộ chống rung gồm 2 quả tạ bằng gang nối với nhau bằng cáp thép, đoạn cáp được
kết vào đường dây nhờ kẹp.



Hình 0.7: Bộ chống rung và móng cột
Ngoài ra, trên cột và các xà đỡ còn được lắp đặt các tiết bị điện để phục vụ cho việc
vận hành và bảo vệ hoạt động của lưới điện như: các cầu chì tự rơi, máy cắt phụ tải, dao
cách ly, thiết bị tự đóng lại…
2.5.2. Cấu trúc mạng cáp:
Cáp được chế tạo chắc chắn, cách điện tốt, lại được đặt dưới đất hoặc trong hầm
cáp nên tránh được các va đập cơ khí và ảnh hưởng của khí hậu. Điện kháng của cáp nhỏ
hơn so với đường dây trên không cùng tiết diện nên giảm được tổn thất công suất và tổn
thất điện áp. Nhược điểm chính của cáp là giá thành cao, thường gấp 2,5 lần so với
đường dây trên không cùng tiết diện, do đó cáp được dùng ở những nơi quan trọng. Thực
hiện việc rẽ nhánh cáp cũng rất khó khăn và chính tại chỗ đó thường xảy ra sự cố, vì vậy
chỉ những cáp có điện áp U
đm
< 10kV và thật cần thiết thì mới thực hiện rẽ nhánh. Hiện
có rất nhiều các loại cáp khác nhau do nhiều hãng chế tạo: cáp cách điện bằng cao su;
cách điện bằng dầu; PVC; PE; XLPE hay cáp cách điện bằng khí

Câu hỏi ôn tập chương 2
Câu 1. Cách phân loại lưới điện và các yêu cầu chung về lưới cung cấp điện ?
Câu 2. Nêu và phân tích kết cấu đường dây trên không? So với kết cấu mạng cáp thì kết
cấu đường dây trên không có những ưu, nhược điểm gì ?
Câu 3. Các dạng sơ đồ cung cấp điện? So sánh ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của
các sơ đồ cung cấp điện. Vì sao trong thực tế ngày nay người ta ưu tiên sử dụng sơ đồ
dẫn sâu ?


13

Chương 3
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

Nhiệm vụ đầu tiên khi tính toán thiết kế cung cấp điện là xác định nhu cầu điện (gọi
là phụ tải tính toán). Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ
thiết bị đôi khi có thể gây cháy nổ do quá tải thiết bị, ngược lại thì thiết bị được chọn sẽ
quá lớn gây lãng phí vốn đầu tư.
Phụ tải tính toán của một nhóm thiết bị điện, của một phân xưởng là phụ tải sử
dụng để thiết kế cung cấp điện cho nhóm thiết bị điện đó, phụ tải tính toán còn dùng để
lựa chọn máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt. Điều đó có nghĩa là hệ thống
cung cấp điện được xác định theo công suất tính toán này.
Có hai loại phụ tải tính toán:
- Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép: Là phụ tải lâu dài không thay đổi tương
đương với phụ tải thực tế về hiệu quả nhiệt.
- Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng: Còn gọi là phụ tải đỉnh nhọn, nó gây ra
tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện và các điều kiện làm việc nặng nề nhất cho
mạng điện.

3.1. Các khái niệm chung.
3.1.1. Phụ tải điện:
Thông thường công suất vận hành khác với công suất thực tế do nhiều yếu tố khác
nhau và là một hàm theo thời gian. Nhưng cần phải xác định phụ tải điện cho việc tính
toán cung cấp điện. Công suất tính toán được gọi là công suất tính toán (P
tt
).
- Nếu P
tt
< P
thực tế
: thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ.
- Nếu P
tt
> P
thực tế
: lãng phí vốn đầu tư.
Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện, càng có nhiều thông tin càng lựa chọn
được phương pháp chính xác. Thông thường có hai nhóm phương pháp là phương pháp
kinh nghiệm và phương pháp dựa trên xác xuất thống kê.
3.1.2. Các đặc tính chung của phụ tải điện.
Mỗi một phụ tải có những đặc trưng riêng của nó, và có 3 đặc trưng mà các
phương án cung cấp phải xét đến:
- Công suất định mức: thường được ghi trên nhãn của thiết bị. Đối với động cơ,
công suất định mức là công suất trên trục của động cơ, công suất điện P
đ
=P
đm
/η
đm

.
Thường η
đm
=0,8 ÷ 0,85; trường hợp động cơ nhỏ có thể xem P
đ
=P
đm
.
- Điện áp định mức: điện áp làm việc của thiết bị phải phù hợp với lưới điện nơi
đặt thiết bị.
- Tần số: tần số làm việc của thiết bị khác nhau nhiều từ 0Hz (điện DC) đến hàng
triệu Hz ở thiết bị cao tần.
3.1.3. Đồ thị phụ tải.
3.1.3.1. Khái niệm
Đồ thị phụ tải điện đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị riêng
lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp. Nó cho biết quan hệ
theo thời gian của công suất tác dụng P, phản kháng Q, biểu kiến S, hay dòng điện I của
phụ tải.
3.1.3.2. Phân loại: có nhiều cách phân loại
- Theo đại lượng đo: đồ thị phụ tải tác dụng P(t), phản kháng Q(t) và điện năng A(t).

14

- Theo thời gian khảo sát: đồ thị phụ tải hàng ngày, hàng tháng và hàng năm.
3.1.3.3. Các loại đồ thị phụ tải thường dùng:
- Đồ thị phụ tải ngày: như hình a) được ghi bằng máy; b) được ghi và vẽ lại bởi các
vận hành viên và c) thể hiện dạng bậc thang thông số trung bình trong một khoảng thời
gian.
b)a) c)
Hình 3.1. Đồ thị phụ tải ngày

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày cho biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp
lại qui trình vận hành hợp lý nhất, làm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện năng tiêu
thụ.
+ Đồ thị phụ tải ngày có 5 thông số đặc trưng: phụ tải cực đại, hệ số công suất cực
đại, điện năng tác dụng và phản kháng ngày đêm, hệ số công suất tương ứng và hệ số
điền kín của đồ thị phụ tải.
- Đồ thị phụ tải hàng tháng: được xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng
của xí nghiệp trong một năm làm việc.
Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất của xí nghiệp. Từ đó có thể đề
ra lịch vận hành sửa chữa các thiết bị điện một cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu
cầu của sản xuất.













Hình 0.1: Đồ thị phụ tải tháng

15

- Đồ thị phụ tải năm: thường được xây dựng dạng bậc thang, xây dựng trên cơ sở
của đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thường chọn 1 ngày điển hình vào mùa đông và

vào mùa hạ).


Hình 0.2: Đồ thị phụ tải năm
Đồ thị phụ tải năm có các thông số đặc trưng như: điện năng tác dụng và phản kháng
tiêu thụ trong năm, thời gian sử dụng công suất cực đại T
max
, hệ số công suất trung bình
và hê số điền kín phụ tải.
3.1.4. Các đại lượng và hệ số thường gặp
3.1.4.1. Các đại lượng cơ bản:
- Công suất định mức P
đm
: Công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ điện thường
được các nhà chế tạo ghi sẵn trên nhãn hiệu máy hoặc trong các lý lịch máy. Đối với
động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục động
cơ. Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ, vậy công suất đặt trên trục động cơ
được tính như sau:
P
đ
=
dc
dm
η
P
(3.1)
trong đó:
P
đ
: Công suất đặt của động cơ (kW).

P
đm
: Công suất định mức của động cơ (kW).
n
dc
: Hiệu suất định mức của động cơ.
Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao (n
dc
= 0,85 ÷ 0,95) nên ta có thể
xem P
đ


P
đm
.
+ Đối với các thiết bị chiếu sáng: Công suất đặt là công suất được ghi trên đèn. Công
suất này bằng công suất tiêu thụ của đèn khi điện áp trên mạng điện là định mức.
+ Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v )
khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm
việc dài hạn.
Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện % = 100%. Công thức quy
đổi như sau:
+ Đối với động cơ: P
'
đm
= P
đm
.
ε%

(3.2)
+ Đối với máy biến áp hàn: P'
đm
= S
đm
.cos

.
ε%
(3.3)
trong đó:
P
'
đm
là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn.
- 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

16

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
; q

tb
=
t
Q
(3.4)
trong đó:

P
,
Q
: Điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr.
t: thời gian khảo sát, h.
+ Phụ tải trung bình cho cả nhóm thiết bị:
P
tb
=


n
1i
tbi
p
; Q
tb
=


n
1i
tbi

q
(3.5)
Biết được phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, xác
định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng.
- Phụ tải cực đại P
max
: Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong
khoảng thời gian tương đối ngắn (từ 5-30 phút). Thông thường lấy thời gian là 30 phút
ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Phụ tải cực đại để tính tổn thất công
suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, các dây dẫn và dây cáp theo mật độ kinh tế.
- Phụ tải đỉnh nhọn: Phụ tải đỉnh nhọn (P
đnh
) là phụ tải cực đại xuất hiện trong
khoảng thời gian rất ngắn (1 2s). Thường xảy ra khi mở máy động cơ. Phụ tải này được
dùng để kiểm tra độ dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy
cầu chì, tính dòng khởi động của rơle bảo vệ.
Phụ tải đỉnh nhọn còn làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác trong
cùng một mạng điện.
- Phụ tải tính toán P
tt
: Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép,
là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy
biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn
nhất. Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ lớn nhất do
phụ tải thực tế gây ra.
Do vậy để đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành, trong thực tế thiết kế ta
chỉ sử dụng phụ tải tính toán theo công suất tác dụng.
P
tb


P
tt


P
max
(3.6)
3.1.4.2. Các hệ số thường gặp:
- Hệ số sử dụng k
sd
: Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công
suất định mức của thiết bị.
+ Đối với một thiết bị: k
sd
=
dm
tb
p
p
(3.7)
+ Đối với nhóm thiết bị: k
sd
=
dm
tb
P
P
=





n
1i
dmi
n
1i
tbi
p
p
(3.8)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau:
k
sd
=
)t t(tP
tP tPtP
n21dm
nn2211


(3.9)

17

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 và là số liệu để tính phụ tải tính toán.
- Hệ số phụ tải k
Pt

: Hệ số phụ tải (còn gọi là hệ số mang tải) là tỉ số giữa công suất
thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét đến hệ số phụ tải trong khoảng thời
gian nào đó.
Nên: k
pt
=
dm
th-ctÕ
P
P
=
dm
tb
P
P
=




n
1i
dmi
n
1i
tbi
p
p
(3.10)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức sau:

k
pt
=
)t t(tP
tP tPtP
n21dm
nn2211


(3.11)
Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện
trong khoảng thời gian đang xét.
- Hệ số cực đại k
max
: Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình
trong khoảng thời gian đang xét:
k
max
=
tb
tt
P
P
(3.11)
Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là số thiết bị hiệu quả n
hq
và hệ số
sử dụng k
sd
và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong

nhóm làm rất phức tạp nên khi tính toán thường tra theo đường cong: k
max
= f(n
hq
, k
sd
).
- Hệ số nhu cầu k
nc
:Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định
mức.
k
nc
=
dm
tt
P
P
=
tb
tt
P
P
.
dm
tb
P
P
= k
max

.k
sd
(3.12)
Hệ số nhu cầu thường được dùng tính cho phụ tải tác dụng. Trong thực tế hệ số nhu
cầu thường do kinh nghiệm vận hành tổng kết lại.
- Hệ số thiết bị hiệu quả n
hq
: Hệ số thiết bị hiệu quả 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 khác nhau):
n
hq
=
2
n
1i
2
dm
n
1i
dmi
)(P
P











(3.13)
Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n >5, thì tính n
hq
theo công thức trên khá phức
tạp nên người ta tìm n
hq
theo bảng hoặc đường cong.
Trình tự tính như sau:
Trước hết tính: n
*
=
n
n
1
; P
*
=
P
P
1
(3.14)
trong đó:
n: Số thiết bị trong nhóm.
n
1
: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của thiết bị có
công suất lớn nhất trong nhóm.

18

P, P
1
là tổng công suất ứng với n và n
1
thiết bị.
Sau khi tính được n
*
và P
*
tra bảng hoặc đường cong tìm được n
*
hq
, từ đó tính n
hq
theo
công thức sau:
n
hq
= n.n
*
hq
(3.15)
Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính
toán.
3.1.5. 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 kết quả không chính xác. Ngược lại, nếu độ chính xác

được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp. Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo
yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp, sau đây là một số phương pháp
xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất.
3.1.5.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:
Công thức tính:
P
tt
=k
nc
.


n
1i
di
P
(3.16)
Q
tt
= P
tt
.tg

(3.17)
S
tt
=
tt
2
tt

2
QP 
=

cos
P
tt
(3.18)
Một cách gần đúng có thể lấy P
đ
= P
đm
nên:
P
tt
= k
nc
.


n
1i
dmi
p
(3.19)
trong đó:
P
đi
, P
đmi

: Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i (kW).
P
tt
, Q
tt
, S
tt
: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần
tính toán của nhóm có n thiết bị, (kW, kVAr, kVA).
n : Số thiết bị trong nhóm.
k
nc
: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật.
tg

: ứng với cos

đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ thuật.
Nếu hệ số công suất cos

của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính
hệ số công suất trung bình theo công thức sau:

n21
nn2211
tb
P PP
cosP cosPcosP
cos






(3.20)
Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện. Tuy nhiên, nhược
điểm chủ yếu của phương pháp này là độ chính xác không cao. Bởi vì hệ số nhu cầu k
nc

tra trong các sổ tay là cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết
bị trong nhóm. Trong lúc đó, theo công thức trên ta có k
nc
= k
max
.k
sd
, có nghĩa là hệ số
nhu cầu phụ thuộc nhiều yếu tố kể trên.
3.1.5.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích.
Công thức tính:
P
tt
= p
0
.F (3.21)
trong đó:

19

p
0
: Suất phụ tải trên 1m
2
đơn vị diện tích sản xuất (kW/m
2
).
F : Diện tích sản xuất (m
2
).
Giá trị p
0
được cho sẵn trong bảng, phụ thuộc vào tính chất của phụ tải phân tích theo
số liệu thống kê.
Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng. Nó được dùng để tính các phụ tải, các
phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều nên chỉ áp dụng trong
giai đoạn thiết kế sơ bộ.
3.1.5.3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản
phẩm:
Công thức tính:
P
tt
=
max
0
T
M.w
(3.22)
trong đó:
M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng).

0
w
: Suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản
phẩm).
T
max
: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h).
Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít
biến đổi hay không thay đổi như: quạt gió, máy nén khí khi đó phụ tải tính toán gần
bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.
3.1.5.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình.(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
đã nêu ở trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng
phương pháp này.
Công thức tính:
P
tt
= k
max
.k
sd
.P
đm
(3.23)
trong đó:
P
đm
: Công suất định mức (kW).

k
sd
: Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật.
k
max
: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:
k
max
= f(n
hq
, k
sd
).
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 hàng 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.
3.1.5.5. Hướng dẫn cách chọn các phương pháp xác định phụ tải tính toán:
Tuỳ theo số liệu và đầu bài mà ta chọn phương pháp xác định phụ tải tính toán cho
hợp lý.
Khi xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở điện áp thấp (U < 1000 V) nên
dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại k
max
(tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu
quả) bởi vì phương pháp này có kết quả tương đối chính xác.
Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất hoặc có số liệu chính xác
suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể dùng phương pháp suất tiêu

20

hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm để tính phụ tải tính toán. Các phương pháp trên
cũng thường được áp dụng cho giai đoạn tính toán sơ bộ để ước lượng phụ tải cho hộ tiêu
thụ.
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ thường cần phải đánh giá phụ tải chung của các hộ
tiêu thụ (phân xưởng, xí nghiệp, khu vực, thành phố ) trong trường hợp này nên dùng
phương pháp hệ số nhu cầu k
nc
.
3.2. Xác định phụ tải điện khu vực nông thôn:
Đối tượng sử sụng điện phổ biến ở nông thôn là: trạm bơm, trường học và sinh hoạt.
3.2.1. Phụ tải điện trạm bơm:
Các máy bơm nông nghiệp thường có các thang công suất: 14, 20, 33, 45, 55, 100,
200kW. Với máy bơm công suất nhỏ (< 100kW) sử dụng điện hạ áp, máy bơm công suất
lớn trở lên thường sử dụng điện 6 hay 10kV.
Trạm bơm thường chia thành hai loại: trạm bơm tưới và trạm bơm tiêu.
Phụ tải trạm bơm tính theo công thức sau:
1
. và .
n
tt dt ti dmi tt tt
i
P K K P Q P tg




(3.24)
trong đó:

tt
P
,
tt
Q
: công suất tác dụng và phản kháng tính toán của trạm bơm.

dt
K
: hệ số đồng thời,
dt
nlv
K
n

=số máy làm việc/tổng số máy.

t
K
: hệ số tải của máy bơm, riêng đối với trạm bơm tiêu lấy bằng 1.
3.2.2. Phụ tải trường học:
Để thiết kế cấp điện cho trường học cần xác định phụ tải từng phòng học, từng tầng,
từng dãy nhà học và toàn trường học.
- Phụ tải cho từng phòng học xác định theo công thức:
0
* và *
p p p
P P S Q P tg



(3.25)
Hệ số công suất cho: đèn ống + quạt cos= 0,8; đèn sợi đốt + quạt cos= 0,9.
- Phụ tải tính toán một tầng nhà gồm n phòng:
1
n
T dt pi
P K P

(3.26)
Với:
dt
K
là hệ số đồng thời.
- Phụ tải tính toán cho một tòa nhà gồm m lầu:
1
m
N dt Ti
P K P

(3.27)
3.2.3. Phụ tải chiếu sáng sinh hoạt
- Phụ tải tính toán cho một thôn, xóm hoặc làng được xác định:

00
* và *
tt tt
P P H Q Q H
(3.28)
trong đó H: số hộ dân trong làng, thôn.
P

0
: suất phụ tải tính toán cho một hộ.
- Phụ tải tính toán cho xã bao gồm các thôn xóm được xác định.

22
11
; và
nn
X dt tti X dt tti X X X
P K P Q K Q S P Q   

(3.29)
3.3. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp:
3.3.1. Trong giai đoạn dự án khả thi:

21

Thông tin thu nhận trong giai đoạn này thường không chính xác. Để xác định phụ tải
điện cho việc thiết kế, xây dựng đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian người ta
dựa vào diện tích hoặc sản lượng.
- Xác định phụ tải điện cho khu CN, chế xuất căn cứ vào diện tích:
0
*
tt
S S D
(3.30)
trong đó: S
0
suất phụ tải trên đơn vị diện tích, tùy ngành CN mà S
0

chọn
100÷400(kVA/ha).
D: diện tích khu CN, chế xuất (ha).
- Đối với xí nghiệp, nếu biết sản lượng sẽ sản xuất, công thức xác định phụ tải điện
như sau:

max
.
tt
aM
P
T

(3.31)
trong đó: a: suất điện năng chi phí để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm (kWH/sp).
M: sản lượng.
T
max
: thời gian sử dụng công suất cực đại. T
max
và a thường được tra bảng.
3.3.2. Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng:
Thông tin nhận được trong giai đoạn này là công suất đặt của từng phân xưởng, diện
tích của từng xưởng.
- Phụ tải điện động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:
. và .
tt nc d tt tt
P K P Q P tg



(3.32)
trong đó:
nc
K
: hệ số nhu cầu (tra bảng).

d
P
: công suất đặt của phân xưởng. Với
.
d dm
P P n


dm
P
và n: công suất định mức của động cơ và số động cơ.
- Phụ tải điện chiếu sáng trong phân xưởng được xác định theo diện tích:
0
. và .
cs cs cs
P P D Q P tg


(3.33)
trong đó:
D
: diện tích xưởng.

0

P
: suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m
2
). Tùy theo vị trí, mục
đích sử dụng chọn
0
P
= 5÷30 W/m
2
.
- Phụ tải điện cho toàn phân xưởng:
và
PX tt cs PX tt cs
P P P Q Q Q   
(3.34)
- Phụ tải điện cho toàn xí nghiệp có n phân xưởng:
22
11
. ; . và
nn
XN dt XNi XN dt XNi XN XN XN
P K P Q K Q S P Q   

(3.35)
3.3.3. Trong giai đoạn thiết kế chi tiết:
Đây là công đoạn cuối cùng trong quá trình thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công
nghiệp. Ở giai đoạn này đã biết hầu hết các thông tin về đối tượng sử dụng điện.
- Phụ tải tính toán xác định cho một nhóm máy, được xác định theo công thức sau:
max max
1

. = . .
n
tt tb sd tbi
P K P K K P

(3.36)
trong đó:
tb
P
: công suất trung bình trong thời gian khảo sát.

max
,
sd
KK
: tra bảng.
3.4. Xác định phụ tải điện khu vực đô thị:

22

3.4.1. Phụ tải điện các hộ gia đình:
Các hộ gia đình là đối tượng sử dụng điện lớn nhất ở đô thị.
- Trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng: thông tin nhận được là mặt bằng quy
hoạch đường phố, công thức xác định phụ tải như sau:
0
. và .
tt tt tt
P P L Q P tg



(3.37)
trong đó: L: chiều dài đoạn phố.

0
P
: công suất phụ tải trên một mét chiều dài.
- Trong giai đoạn thiết kế chi tiết, thông tin nhận được tương đối chính xác, để xác
định phụ tải điện có hai phương pháp tính toán:
- Phương pháp 1: Tính phụ tải từ căn hộ rồi đến khu vực.
- Phương pháp 2: Tính ngược lại từ khu vực rồi đến căn hộ.
3.4.2. Phụ tải điện các trường đại học, trung học chuyên nghiệp:
Đối với khu vực giảng đường, hành chính văn phòng, phòng thí nghiệm phụ tải được
xác định theo công thức:
0
*
p
P P S
với
0
P
= 20÷40 W/m
2
. Sau đó được cộng với phụ tải
của xưởng điện, cơ khí, ký túc xá…ta được phụ tải cho trường học.
3.4.3. Các loại phụ tải khác:
Các phụ tải điện khác như: khu văn phòng, khách sạn siêu thị, nhà hàng công viên
được tính toán tương tự bằng cách chọn công suất phụ tải đơn vị (
0
P
) phù hợp.

Câu hỏi ôn tập chương 3
Câu 1. Phụ tải tính toán là gì, mối quan hệ giữa phụ tải tính toán với các đại lượng khác ?
Câu 2. Trình bày các phương pháp tính toán xác định phụ tải điện so sánh chỉ ra ưu
nhược điểm và phạm vi ứng dụng của từng phương pháp ?
Câu 3. Thế nào là đồ thị phụ tải điện ngày, tháng, năm ? Mục đích nghiên cứu và phương
pháp xây dựng các đồ thị phụ tải ?
Câu 4. Bài tập tính toán phụ tải điện ?

23

Chương 4
TRẠM BIẾN ÁP

4.1. Khái quát và phân loại trạm điện
4.1.1. Khái quát
Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, nó có nhiệm vụ tiếp
nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân
phối cho các mạng điện tương ứng. Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn có rất
nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng. Các thiết bị phía cao
áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái vv.) và các thiết bị
phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptomat, cầu dao, cầu chảy ).
Trạm tăng áp thường đặt tại các nhà máy điện để tăng điện áp từ 0,4kV – 6,3kV
lên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng đi xa; Trạm biến áp trung gian là
trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng từ lưới 35kV-220kV để cung cấp cho các lưới phân
phối 6kV-22kV; Trạm biến áp tiêu thụ, hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụ tiếp
nhận điện năng từ mạng phân phối 6kV -22kV và cung cấp cho lưới điện hạ áp.
4.1.2. Phân loại
- Theo nhiệm vụ, có thể phân trạm thành hai loại:

+ Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: trạm này nhận điện
35÷220kV từ hệ thống biến đổi thành cấp điện áp 10, 6 hay 0,4kV.
+ Trạm biến áp phân xưởng: nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi thành các
cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải phân xưởng. Phía sơ cấp thường là 35, 22, 15,
10, 6kV; còn phía hạ áp có thể là 660, 380/220 hay 220/127V.
- Theo cấu trúc, cũng có thể chia thành hai loại:
+ Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này, các thiết bị cao áp đều được đặt ngoài trời, còn
phần phân phối điện áp thấp được đặt trong nhà hoặc trong các tủ chuyên dùng chế tạo
sẵn.
+ Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà. Chi
phí xây dựng trạm trong nhà thường cao hơn trạm ngoài trời nhiều.
4.2. Sơ đồ nối dây trạm biến áp
Sơ đồ nối dây của trạm phải thỏa mãn các điều kiện sau:
 Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải.
 Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và lúc xử lý sự cố.
 An toàn lúc vận hành và sửa chữa.
 Cân bằng giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật.
4.2.1. Trạm hạ áp trung gian:
Sơ đồ nối dây phía sơ cấp của trạm loại này phụ thuộc các thông số: điện áp cung
cấp, số lượng và công suất máy biến áp, chế độ làm việc, độ tin cậy yêu cầu, sự phát triển
trong tương lai… Do vậy có rất nhiều phương án để giải quyết vấn đề, tuy nhiên rất ít
hoặc không có phương án nào thỏa hết các yêu cầu.
Sau đây là một số sơ đồ nối dây trạm biến áp thông dụng. Các trạm này thường được
thực hiện theo dạng sau:
+ Nối đến hệ thống bằng một hoặc hai lộ. Hai lộ đến thường không có thanh cái.

24

+ Phía điện áp thứ cấp (điện áp phân phối) người ta dùng sơ đồ với thanh cái đơn hay
thanh cái kép.

+ Trạm nằm trong phạm vi xí nghiệp, thanh cái cao áp ngoài nối với hệ thống còn nối
với nhà máy điện địa phương hay tổ máy phát điện riêng. Thanh cái có thể là đơn hay
kép với máy cắt phân đoạn. Do được nối vào nguồn lớn nên các phụ tải có thể lắp các
cuộn kháng để giảm dòng ngắn mạch nếu có.
4.2.2. Trạm phân phối chính:
- Trạm phân phối trung gian:
Đối với các xí nghiệp có nhiều phân xưởng nằm rải rác và phân tán, thì cần có các
trạm biến áp trung gian để phân phối điện năng từ các trạm chính đến các phân xưởng.
Việc kết nối giữa trạm trung gian và trạm phân phối chính nhờ các lộ chính.


Hình 0.1: Sơ đồ trạm hạ áp trung gian và trạm phân phối chính
4.2.3. Trạm hạ áp phân xưởng:
Trạm hạ áp phân xưởng thường có một hay hai máy biến áp, khi trạm có nhiều (> 3)
máy biến áp thì có thể có thanh cái phân đoạn.
4.2.3.1. Trạm hạ áp với một máy biến áp: trạm này thường phục vụ cho hộ loại 2, loại 3,
trừ trường hợp làm nguồn dự phòng cho hộ loại 1 có công suất nhỏ nhờ sử dụng tự động
đóng.
Đặc điểm của sơ đồ trạm hạ áp – một máy biến áp phân xưởng là cách nối của máy
biến áp đến đường dây cao áp, thông thường có 3 cách nối sau:
+ Thông qua dao cách ly và máy cắt điện: cách này ít sử dụng do máy cắt đắt tiền, phải
tính toán ổn định động và ổn định nhiệt khi có ngắn mạch.
+ Nối qua dao cách ly và cầu chì: thường sử dụng, dao cách ly có nhiệm vụ cắt dòng
không tải. Nhược điểm là do bảo vệ quá tải và ngắn mạch nhờ cầu chì nên có độ nhạy
thấp.
+ Nối qua dao cách ly và cầu chì và máy cắt phụ tải: sơ đồ này có dùng máy cắt phụ tải
do chỉ thiết kế để cắt dòng phụ tải nên bộ phận dập tắt hồ quang có cấu tạo đơn giản, chi
phí không cao.

25

4.2.3.2. Trạm hạ áp với nhiều máy biến áp: phục vụ cho tất cả các loại hộ dùng điện.
Tùy theo số máy biến áp, số lộ cung cấp, loại hộ được cung cấp mà có một số dạng sơ đồ
phổ biến như hình 4.2.
4.2.3.3. Trạm hạ áp dùng các tủ chế tạo sẵn: Các tủ chế tạo sẵn thường được chế tạo
thành nhiều ngăn. Mỗi ngăn bao gồm: máy cắt, dao cách ly, thiết bị đo lường và bảo vệ.
Tùy theo dòng phụ tải mà máy cắt có thể là máy cắt dầu, không khí và đôi khi là máy cắt
chân không như hình 4.3.

Hình 0.2: Trạm có một và trạm nhiều máy biến áp


Hình 0.3: Trạm với tủ chế tạo sẵn

4.3. Cấu trúc trạm:
Khi thiết kế xây dựng trạm phải tiết kiệm chi phí tuy nhiên một số chỉ tiêu sau phải
được đảm bảo:
- Chọn đúng trang thiết bị điện, lắp rắp đúng quy phạm và thỏa các điều kiện vận hành.
- Tôn trọng khoảng cách giữa các phần dẫn điện với nhau và với xung quanh.
- Khả năng loại nhanh hỏa hoạn và các sự cố khác.
- Thuận tiện trong thao tác và các hành lang thi công, sửa chữa.
- Phải thực hiện nối đất bảo vệ.

26

- Phải sử dụng các tín hiệu cần thiết.
4.3.1. Trạm hạ áp phân xưởng ngoài trời:
Thường áp dụng cho xí nghiệp bé, lưới điện cung cấp từ đường dây trên không. Có
hai dạng phổ biến là máy biến áp được treo trên cột và đặt ngay dưới chân cột.
- Dạng treo cột: khi các máy biến áp ba pha hay một pha (từ 25÷240kVA) và các

trang bị cùng khí cụ điện có tổng trọng lượng nhỏ (khoảng 300÷1800kg). Toàn bộ trang
bị của trạm được treo trên các giá đỡ mắc vào một, hai hay bốn cột bằng gỗ hay xi măng
cốt thép.
- Dạng đặt dưới chân cột; đối với các máy biến áp quá lớn hay không đảm bảo được
cân bằng trọng lượng khi treo trên cột thì máy biến áp được đặt trên một nền gỗ hay xi
măng ngay dưới chân cột, xung quanh có rào lưới cao 2,5m để ngăn người hay vật đến
gần trạm.


Hình 0.4: Trạm biến áp treo và Tủ chế tạo sẵn
4.3.2. Trạm hạ áp phân xưởng trong nhà:
Đối với trạm công suất lớn (hơn 320MVA), khi có các yêu cầu trong vận hành, hoặc
trong điều kiện đặc biệt như không khí độc hại trong quá trình sản xuất, không gian bố trí
trạm quá ít… thì trạm trong nhà được chọn để xây dựng; ở trạm dạng này tất cả các thiết
bị được đặt trong nhà.
Trạm này thường có sơ đồ nối dây đơn giản, chỉ sử dụng thanh cái khi có phụ tải điện
áp cao. Các khí cụ ở phần cao áp là cầu chì ống, máy cắt phụ tải với cầu chì, máy cắt dầu
hay khí nén.
Trạm có thể có một hay nhiều buồng tùy theo số lượng máy biến áp. Các buồng phải
có hệ thống thông gió với chiều cao phù hợp.
Đối với các thiết bị có chứa dầu như máy biến áp, mát cắt có chứa dầu phải có hệ
thống góp dầu và bể chứa dầu phòng khi có sự cố hay hỏa hoạn.
Việc nối dây giữa các máy biến áp và buồng phân phối điện áp cao (nếu có), cũng
như việc nối dây đến bảng điện áp thấp có thể thực hiện bằng các thanh dẫn hay cáp.
4.3.3. Trạm hạ áp phân xưởng chế tạo sẵn thành tủ:
Loại này gồm có: một hay hai máy biến áp hạ áp được đặt trong buồng con bằng kim
loại hoặc để hở nếu máy biến áp có dầu. Hệ thống phân phối điện áp cao (6 – 10kV) gồm
một hay nhiều tủ con được gia công và lắp đặt sẵn theo một sơ đồ nối nào đó. Hệ thống
phân phối điện áp thấp cũng gồm các tủ cấu kiện gia công sẵn. Đường dây nối giữa các
máy biến áp và trang bị điện là các thanh trần đặt bên trong các khung bằng kim loại của

tủ này.

27

4.4. Lựa chọn máy biến áp cho trạm:
Lựa chọn máy biến áp bao gồm chọn số lượng và công suất của máy biến áp. Việc
lựa chọn phù hợp với loại hộ tiêu thụ, phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế (phí đầu tư
và vận hành).
4.5. Nối đất trạm và đường dây tải điện:
Trong lưới cung cấp người ta thực hiện nối đất với nhiều mục đích khác nhau: nối đất
làm việc, an toàn và chống sét.
Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất. Các điện cực nối đất bao
gồm: điện cực thẳng được đóng sâu vào trong đất và điện cực ngang được chôn ngầm ở
một độ sâu nhất định. Các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các
điện cực.
4.5.1. Nối đất trạm biến áp:
Hệ thống nối đất trong trạm biến áp thực hiện cả ba chức năng: làm việc, an toàn và
chống sét. Theo quy phạm điện trở nối đất (R
đ
) của hệ thống nối đất phải đạt như sau:
 Với trạm biến áp phân phối: R
đ
≤ 4Ω.
 Với trạm biến áp trung gian có U
đm
≤ 35kV: R
đ
≤ 1Ω.
 Với trạm biến áp trung gian có U
đm

≥ 110kV: R
đ
≤ 0,5Ω.
Kết cấu hệ thống nối đất của trạm thường ở dạng mạch vòng gồm các cọc dài 2,5m
đóng ngập sâu 0,7m, các cọc cách nhau ≥ 2,5m và được hàn nối với nhau bằng các thanh
thép tạo thành mạch vòng.
Đối với các trạm đặt ở hè phố thì phương án nối đất hình tia được thực hiện.
4.5.2. Nối đất đường dây tải điện:
- Nối đất chống sét và an toàn: các ĐDK trung áp trở lên tất cả các cột đều phải nối
đất, với ĐDK 0,4 kV phải nối đất các cột đi qua khu vực đông dân.
Quy phạm quy định R
đ
của một cột như sau: Vùng đồng bằng: R
đ
≤ 10Ω; Vùng trung
du: R
đ
≤ 15Ω; Vùng núi: R
đ
≤ 20Ω. Với vùng đồng bằng, điện trở suất của đất nhỏ, mỗi
cột chỉ cần nối đất 1 cọc là đạt trị cố cho phép, vùng trung du và vùng núi phải tăng số
cọc theo hình tia đến khi đạt trị số cho phép.
- Nối đất trung tính lặp lại: là hình thức nối đất riêng cho ĐDK 0,4kV đề phòng mất
trung tính tại trạm biến áp làm cháy các thiết bị dùng điện. Theo quy phạm, cứ khoảng 4
hay 5 cột phải thực hiện nối đất trung tính lặp lại.
Lưu ý: cần phân biệt nối đất trung tính là nối từ đường dây trung tính xuống cọc nối
đất; nối đất chống sét và an toàn là nối từ xà đỡ dây xuống cọc nối đất.

Câu hỏi ôn tập chương 4
Câu 1. Trình bày cách phân loại trạm biến áp ? Khi xác định lựa chọn vị trí, số lượng và

công suất trạm biến áp phải thoả mãn những yêu cầu gì ?
Câu 2. Nêu đặc điểm của các sơ đồ nối dây cơ bản ?
Câu 3. Nêu và phân tích cấu trúc trạm: Trạm treo, trạm bệt, trạm với tủ chế tạo sẵn ?