Bài giảng môn học lưới điện đh kỹ thuật công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

LƯỚI ĐIỆN
Theo chương trình 150 TC
Số tín chỉ: 04
(Lưu hành nội bộ)

Thái Nguyên, năm 2014


BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

LƯỚI ĐIỆN
Theo chương trình 150 TC
Số tín chỉ: 04
(Lưu hành nội bộ)

Thái Nguyên, ngày... tháng 08 năm 2014

Trưởng bộ môn
(ký và ghi rõ họ tên)

Trưởng khoa
(ký và ghi rõ họ tên)

TS. Ngô Đức Minh

TS. Đỗ Trung Hải

2


MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3
CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC .................................................................... 7
CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
............................................................................................................................................ 11
1. CHƯƠNG 1 ............................................................................................................... 11
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ....................................................... 11
1.1.1 Khái niệm về Hệ thống năng lượng ................................................................ 11
1.1.2 Hệ thống điện................................................................................................. 11
1.1.3 Đặc điểm của HTĐ......................................................................................... 13
1.2 NGUỒN ĐIỆN...................................................................................................... 14
1.2.1 Nhà máy nhiệt điện......................................................................................... 14
1.2.2 Nhà máy thuỷ điện.......................................................................................... 16
1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử ................................................................................. 17
1.3 PHỤ TẢI ĐIỆN..................................................................................................... 18
1.3.1 Khái niệm về phụ tải điện............................................................................... 18
1.3.2 Phân loại hộ phụ tải....................................................................................... 18
1.4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ YÊU CẦU CỦA LƯỚI ĐIỆN.......................................... 20
1.4.1 Yêu cầu của lưới điện..................................................................................... 20
1.4.2 Phân loại lưới điện......................................................................................... 20
1.5 ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN .................................................................................. 22
1.5.1 Điện áp định mức........................................................................................... 22

1.5.2 Điện áp của lưới điện..................................................................................... 23
1.6 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG HTĐ........................... 24
1.6.1 Lưới điện ba pha trung tính cách điện với đất ................................................ 24
1.6.2 Lưới điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp .................................................. 28
1.7 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG ................... 28
1.7.1 Điện áp .......................................................................................................... 28
1.7.2 Tần số ............................................................................................................ 29
1.7.3 Tính liên tục (độ tin cậy) cung cấp điện.......................................................... 29
1.8 KẾT CẤU CỦA LƯỚI ĐIỆN ................................................................................ 29
1.8.1 Kết cấu của đường dây trên không ................................................................. 29
1.8.2 Kết cấu của đường dây cáp ............................................................................ 34
CHƯƠNG 2: TÍNH TOAN TỔN THẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN ................................. 35
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TỔN THẤT TRONG HTĐ........................................... 35
2.1.1 Ảnh hưởng của tổn thất công suất và tổn thất điện năng................................. 35
2.1.2 Ảnh hưởng của tổn thất điện áp...................................................................... 35
2.2 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ.................................. 35
2.2.1 Đường dây ..................................................................................................... 35
2.2.2 Máy biến áp ................................................................................................... 39
2.3 TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG..................................... 45
2.3.1 Tính toán tổn thất công suất trên đường dây................................................... 45
2.3.2 Tổn thất điện năng trên đường dây................................................................. 48
2.3.3 Tổn thất công suất trong MBA........................................................................ 49
2.3.4 Tổn thất điện năng trong MBA ....................................................................... 53
2.4 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP ...................................................................... 54

3


2.4.1 Tính toán điện áp theo dòng điện của phụ tải ................................................. 54
2.4.2 Tính toán điện áp theo công suất của phụ tải.................................................. 57

2.4.3 Phương pháp tính toán gần đúng.................................................................... 60
2.4.4 Tổn thất điện áp trong lưới điện phân phối..................................................... 61
2.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH LƯỚI ĐIỆN CÓ NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP .......................... 69
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN KÍN ............................................................. 72
3.1 KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................................... 72
3.2 PHÂN CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN KÍN ...................................................... 73
3.2.1 Khi điện áp 2 đầu đường dây khác nhau......................................................... 73
3.2.2 Khi điện áp 2 đầu đường dây bằng nhau ........................................................ 75
3.2.3 Những trường hợp đặc biệt của lưới điện kín.................................................. 75
3.3 TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN KÍN . 76
3.3.1 Tổn thất công suất khi điểm phân CSTD và CSPK trùng nhau........................ 76
3.3.2 Tổn thất công suất khi điểm phân CSTD và CSPK khác nhau......................... 76
3.3.3 Tổn thất điện áp ............................................................................................. 77
3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI LƯỚI ĐIỆN..................................................... 77
3.4.1 Phương pháp hợp nhất nhiều nhánh đồng quy................................................ 77
3.4.2 Phương pháp chuyển dịch phụ tải................................................................... 79
3.4.3 Phương pháp biến đổi D/Y và Y/D................................................................... 80
3.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC LƯỚI ĐIỆN KÍN PHỨC TẠP ...................... 80
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN ................. 81
4.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KT-KT CỦA LƯỚI ĐIỆN .................................... 81
4.1.1 Phí tổn vận hành của lưới điện....................................................................... 81
4.1.2 Phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật của lưới điện..................................... 82
4.1.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện KT-KT ............................................ 83
4.2 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI ............ 84
4.2.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện truyền tải..................... 84
4.2.2 Mật độ kinh tế của dòng điện.......................................................................... 84
4.2.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện. ........................ 84
4.3 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN LƯỚI ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG ......................... 85
4.3.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện phân phối.................... 85
4.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép ............... 85

4.3.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép đồng thời
thoả mãn tổn thất công suất nhỏ nhất (mật độ dòng điện không đổi)............................ 87
4.3.4 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng ....................................... 89
4.4 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN KÍN ............................ 90
4.4.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện kín............................... 90
4.4.2 Đường dây có phụ tải phân bố tương đối dày. ................................................ 90
4.4.3 Đường dây có phụ tải phân bố gần nhau, có đường dây phân nhánh. ............. 90
4.5 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐỘ BỀN CƠ HỌC ............................. 91
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH .......................................... 92
5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH ....................................... 92
5.1.1 Các dạng ngắn mạch...................................................................................... 92
5.1.2 Nguyên nhân và hậu quả ngắn mạch .............................................................. 93
5.1.3 Mục đích tính toán ngắn mạch ....................................................................... 94
5.2 BIẾN THIÊN CỦA DÒNG NGẮN MẠCH VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG 94
5.2.1 Biến thiên của dòng ngắn mạch...................................................................... 94

4


5.2.2 Biểu diễn quá trình quá độ của dòng ngắn mạch ............................................ 97
5.2.3 Giá trị dòng điện xung kích ............................................................................ 98
5.2.4 Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch................................................................. 99
5.2.5 Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích................................................. 99
5.2.6 Công suất ngắn mạch................................................................................... 100
5.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ BIẾN ĐỔI SƠ ĐỒ ......................................................... 101
5.3.1 Những giả thiết cơ bản................................................................................. 101
5.3.2 Hệ đơn vị tương đối...................................................................................... 101
5.3.3 Sơ đồ thay thế và tính toán thông số các phần tử .......................................... 103
5.3.4 Biến đổi đẳng trị sơ đồ ................................................................................. 106
5.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP .............................. 108

5.4.1 Phương pháp tính toán ngắn mạch............................................................... 108
5.4.2 Tính toán ngắn mạch 3 pha (đối xứng) ......................................................... 111
5.4.3 Tính ngắn mạch không đối xứng................................................................... 115
5.4.4 Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch .................................................... 119
5.4.5 Qui tắc đẳng trị thứ tự thuận........................................................................ 125
5.5 TÍNH NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN ÁP THẤP ........................................ 126
5.5.1 Đặc điểm của tính ngắn mạch hạ áp............................................................. 126
5.5.2 Thông số của các phần tử trong sơ đồ tính ngắn mạch hạ áp........................ 127
5.5.3 Phương pháp tính ngắn mạch hạ áp (U < 1000 V) ....................................... 129
CHƯƠNG 6. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HTĐ............................................... 131
6.1 KHÁI NIỆM CHUNG ......................................................................................... 131
6.1.1 Độ lệch điện áp. ........................................................................................... 131
6.1.2 Các yêu cầu về điều chỉnh điện áp................................................................ 131
6.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN ........................................... 132
6.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM BIẾN ÁP............................................. 132
6.3.1 Khái niệm về điều chỉnh điện áp bằng đầu phân áp MBA. ............................ 132
6.3.2 Xác định đầu phân áp cho MBA ................................................................... 135
6.4 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI CSPK ................. 137
6.4.1 Nguyên tắc điều chỉnh. ................................................................................. 137
6.4.2 Thiết bị bù CSPK.......................................................................................... 138
6.4.3 Xác định dung lượng bù của lưới điện khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm.............. 139
6.4.4 Xác định dung lượng bù khi đặt thiết bị bù tại nhiều trạm............................. 141
6.4.5 Xác định dung lượng của máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh............................. 143
6.5 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI THAM SỐ CỦA
LƯỚI ĐIỆN................................................................................................................... 145
6.5.1 Nguyên tắc điều chỉnh .................................................................................. 145
6.5.2 Chọn số lượng và dung lượng của tụ điện..................................................... 146
CHƯƠNG 7: GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN ................... 147
7.1 KHÁI NIỆM CHUNG ......................................................................................... 147
7.2 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ CSPK ................ 147

7.2.1 Nguyên tắc thực hiện.................................................................................... 147
7.2.2 Kết quả của việc nâng cao cosj của lưới điện ............................................. 148
7.2.3 Các loại thiết bị bù....................................................................................... 149
7.2.4 Xác định dung lượng bù ............................................................................... 149
7.3 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐIỆN ÁP
VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN .................................................................................. 154

5


7.3.1 Nguyên tắc điều chỉnh .................................................................................. 154
7.3.2 Điều chỉnh đối với đường dây....................................................................... 156
7.3.3 Điều chỉnh đối với MBA ............................................................................... 156
7.4 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG VẬN HÀNH KINH TẾ TRẠM BIẾN ÁP
...................................................................................................................................... 157
7.4.1 Phương pháp đường cong tổn thất CSTD trong TBA. ................................... 157
7.4.2 Phương pháp giải tích. ................................................................................. 158
7.5 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LƯỚI ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG NHẤT ............................. 159
7.5.1 Phân phối công suất tự nhiên và kinh tế lưới điện không đồng nhất.............. 159
7.5.2 Tối ưu hoá chế độ của lưới điện ................................................................... 160
CHƯƠNG 8: TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY DÀI ........................................................ 163
8.1 TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA VÀ CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ................... 163
8.1.1 Truyền tải điện năng đi xa - đường dây dài .................................................. 163
8.1.2 Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều ................................. 164
8.1.3 Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng điện một chiều................................... 165
8.2 KHÁI NIỆM VỀ ĐƯỜNG DÂY DÀI .................................................................. 166
8.2.1 Định nghĩa ................................................................................................... 166
8.2.2 Tham số của đường dây dài.......................................................................... 167
8.3 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN VÀ QUÁ TRÌNH SÓNG CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI 168
8.3.1 Khái niệm chung .......................................................................................... 168

8.3.2 Phương trình cơ bản của đường dây dài....................................................... 168
8.3.3 Hệ phương trình sóng................................................................................... 171
8.3.4 Sóng dòng điện và điện áp trên đường dây tải điện....................................... 172
8.4 CÔNG SUẤT TỰ NHIÊN CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI ........................................... 173
8.4.1 Khái niệm chung .......................................................................................... 173
8.4.2 Đặc điểm của đường dây khi vận hành với công suất tự nhiên...................... 174
8.5 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY.................................... 175
8.5.1 Đường dây không tổn thất ............................................................................ 175
8.5.2 Đường dây có tổn thất.................................................................................. 179
8.6 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐẶC BIỆT CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI ......................................... 181
8.6.1 Khái niệm chung .......................................................................................... 181
8.6.2 Chế độ không tải xác lập.............................................................................. 182
8.6.3 Tự kích thích các máy phát điện mang tải điện dung..................................... 184
8.7 KHẢ NĂNG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY DÀI ........................................................ 184
8.7.1 Khái niệm chung .......................................................................................... 184
8.7.2 Các phương pháp nâng cao khả năng tải của đường dây.............................. 185
8.8 BÙ TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI ............................................................................ 186
8.8.1 Khái niệm chung .......................................................................................... 186
8.8.2 Phương thức vận hành thiết bị bù................................................................. 186
8.8.3 Tính toán thiết bị bù trên đường dây dài....................................................... 186
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 191

6


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC
NGÀNH ĐÀO TẠO: KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN: LƯỚI ĐIỆN
(Học phần bắt buộc)
1. Tên học phần, mã số: Lưới điện - ELE401
2. Số tín chỉ: 4
3. Trình độ cho sinh viên năm thứ: 4
4. Phân bổ thời gian cho học kỳ :
Số tuần thực dạy 15 tuần/15 tuần kế hoạch
- Lên lớp lý thuyết:
4 (tiết/tuần) x 12 (tuần) = 48 tiết
- Thảo luận, bài tập, thí nghiệm:
8 (tiết/tuần) x 3 (tuần) = 24 tiết
- Số tiết thực dạy:
48 tiết + 24 tiết =
72 tiết
- Tổng số tiết chuẩn:
48 tiết + 12 tiết =
60 tiết chuẩn
5. Các học phần học trước:
- Cơ sở lý thuyết mạch 1
- Cơ sở lý thuyết mạch 2
- Máy điện
6. Mục tiêu của học phần
Giúp cho sinh viên nắm vững : Khái niệm về lưới điện ; Vai trò chức năng của
lưới điện trong HTĐ ; Các dạng cấu trúc (mô hình) cơ bản của lưới điện ; Các tính
toán về lưới điện ; Thiết kế lưới điện… Hiểu rõ bản chất của quá trình truyền dẫn năng
lượng để có thể : Điều khiển, điều chỉnh điện áp nút, tổng trở đường dây bằng các
phương pháp tự nhiên (thiết kế, vận hành) hay nhân tạo (bổ sung các thiết bị bù : bù

dọc, bù ngang, bù hỗn hợp) nhằm đạt được phân bố công suất, phân luồng công suất
theo yêu cầu đặt ra (kịch bản điều độ) hoặc tối ưu theo một tiêu chí nào đó.
7. Mô tả vắn tắt học phần
Học phần lưới điện gồm những nội dung kiến thức sau: Tổng quan về mạng
lưới điện; Tính toán thông số của các phần tử trong lưới điện; Tính toán thông số chế
độ của lưới điện; Tính toán lưới điện kín; Tính toán ngắn mạch; Tính toán lựa chọn
dây dẫn trong lưới điện truyền tải và lưới điện phân phối; Tính toán thông số của hệ
thống truyền tải điện; Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện; Giảm tổn thất điện năng
trong hệ thống điện.

7


8. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Chuẩn bị bài trước khi lên lớp theo yêu cầu của giáo viên.
- Chuẩn bị bài thảo luận, tiểu luận.
- Thí nghiệm, thực hành.
- Hoàn thành bài tập được giao.
9. Tài liệu học tập
- Sách, giáo trình chính:
[1] Nguyễn Xuân Phú, Mạng truyền tải và phân phối điện, Nhà xuất bản KH&KT, Hà nội,
2001
[2] Phạm Văn Hòa, Ngắn mạch, Nhà xuất bản KH&KT, Hà nội, 2007.
[3] Bài giảng, Hệ thống điện, Bộ môn Hệ thống điện, Trường Đại học KTCN.
- Sách tham khảo:
[4] Trần Bách, Lưới điện và Hệ thống điện T1, T2, T3, Nhà xuất bản KH&KT, Hà nội,
2001.
[5] Nguyễn Văn Đạm, Mạng lưới điện, Nhà xuất bản KH&KT, Hà nội, 2010
[6] Lã Văn Út, Ngắn mạch trong hệ thống điện, Nhà xuất bản KH&KT, Hà nội, 2005
[7] Jonh J. Crainger, William D. Stevenson, Power system Analysis, McGraw-Hill, 1994

[8]
J.
Duncan
Glover - #, Mulukutla S. Sarma, Thomas Overbye, Power System
Analysis and Design, Cengage Learning, 2012.
10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên và thang điểm
Điểm đánh giá bộ phận chấm theo thang điểm 10 với trọng số như sau:
+ Thảo luận, bài tập, kiểm tra thường xuyên: 50%
+ Thí nghiệm, thực hành:
+ Thi kết thúc học phần: 50%
11. Nội dung chi tiết học phần (gồm cả lịch trình giảng dạy):
Người biên soạn: ThS. Vũ Văn Thắng
TS. Ngô Đức Minh
ThS. Đoàn Kim Tuấn
Tuần
thứ

1

2

Nội dung

T/L học
tập, tham
khảo

Hình
thức
học

Chương 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ THÔNG
SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Khái niệm chung về hệ thống điện
1.2 Nguồn điện
1.3 Phụ tải điện
Giảng
[1] đến [8]
4 tiết
1.4 Sơ đồ cấu trúc và yêu cầu của lưới điện
1.4.1 Yêu cầu của lưới điện
1.4.2 Phân loại lưới điện
1.4.3 Lựa chọn sơ đồ cấu trúc của lưới điện
1.5 Điện áp của lưới điện
1.6 Chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống [1] đến [8] Giảng
8


3

4

5

6

7

8

9

điện
1.7 Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng điện năng
1.8 Kết cấu của lưới điện
Chương 2. TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRONG LƯỚI
ĐIỆN
2.1 Khái niệm về chung
2.1.1 Ảnh hưởng của tổn thất công suất và tổn thất điện
năng trong HTĐ
2.1.2 Ảnh hưởng của tổn thất điện áp trong HTĐ
2.2 Sơ đồ thay thế và thông số của các phần tử
2.3 Tổn thất công suất và tổn thất điện năng
2.3.1 Tính toán trên đường dây
2.3.2 Tính toán trong máy biến áp
2.3.3 Phụ tải tính toán và công suất tính toán của nhà máy
điện
2.4 Tính toán tổn thất điện áp
2.5.1 Tính tổn thất điện áp theo dòng điện và công suất
phụ tải
2.5.2 Tính toán tổn thất điện áp trong các chế độ làm việc
đặc biệt
2.5.3 Tính toán tổn thất điện áp trong lưới điện địa
phương
2.5.4 Tính toán tổn thất điện áp trên đường dây có dây
trung tính
2.5 Phương pháp tính toán lưới điện có nhiều cấp điện áp
Thảo luận chương 1 và chương 2
Chương 3. TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN KÍN
3.1 Khái niệm chung

3.2 Phân bố công suất trong lưới điện kín
3.2.1 Khi điện áp tại 2 nguồn bằng nhau
3.2.2 Khi điện áp tại 2 nguồn khác nhau
3.2.3 Những trường hợp đặc biệt của đường dây có hai
nguồn cung cấp
3.3 Tổn thất công suất và tổn thất điện áp trong lưới điện
kín
3.4 Phương pháp tính toán các lưới điện kín phức tạp
Chương 4. XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN
4.1 Phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật của lưới điện
4.2 Xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện truyền tải
4.3 Xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện cung cấp
4.4 Xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện kín
Chương 5. TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
5.1 Khái niệm chung
5.2 QTQĐ khi ngắn mạch 3 pha và các đại lượng đặc
trưng
5.3 Sơ đồ thay thế và biến đổi sơ đồ
5.4 Tính toán ngắn mạch trong lưới điện cao áp

4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng

4 tiết

[1] đến [8]

8 tiết

[1] đến [8]
Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

9


10

11

12

13

14

15

5.4.1 Phương pháp tính ngắn mạch
5.4.2 Tính toán ngắn mạch 3 pha
5.4.3 Tính toán ngắn mạch không đối xứng
5.5 Tính toán ngắn mạch trong lưới điện hạ áp
5.6 Ảnh hưởng của lực điện động do dòng ngắn mạch gây
nên
5.7 Ảnh hưởng của nhiệt lượng do dòng ngắn mạch gây
nên
Chương 6. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
6.1 Khái niệm chung
6.2 Điều chỉnh điện áp trong nhà máy điện
Thảo luận chương 3 đến chương 5
6.3 Điều chỉnh điện áp trong các trạm biến áp
6.4 Điều chỉnh điện áp bằng phương pháp thay đổi tham
số của lưới điện
6.5 Điều chỉnh điện áp bằng phương pháp thay đổi công
suất phản kháng
Chương 7. GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN

7.1 Khái niệm chung
7.2 Giảm tổn thất điện năng bằng phương pháp bù công
suất phản kháng
7.3 Giảm tổn thất điện năng bằng phương pháp nâng cao
điện áp vận hành
7.4 Vận hành kinh tế các trạm biến áp
7.5 Tối ưu chế độ lưới điện không đồng nhất
Chương 8. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ĐI
XA
8.1 Khái niệm chung
8.2 Phương trình cơ bản và quá trình sóng của đường dây
tải điện đi xa
8.3 Tính thông số của đường dây tải điện đi xa
8.4 Công suất tự nhiên của đường dây tải điện đi xa
8.5 Tính toán thông số chế độ của đường dây
8.6 Các chế độ đặc biệt của đường dây tải điện đi xa
8.7 Khả năng tải của đường dây tải điện đi xa
8.8 Bù trên đường dây tải điện đi xa
Thảo luận chương 6 đến chương 8 và tổng hợp học phần

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

8 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

Giảng
4 tiết

[1] đến [8]

8 tiết

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)

TS. Ngô Đức Minh

TS. Đỗ Trung Hải
10

CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ THÔNG SỐ
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
* MỤC TIÊU
Giới thiệu tổng quan về hệ thống năng lượng và hệ thống điện, phương pháp xác
định thông số hệ thống của hệ thống điện.
* YÊU CẦU
Sinh viên cần nắm được vai trò của HTĐ trong hệ thống năng lượng, phương pháp
phân loại lưới điện, chế độ làm việc của điểm trung tính và xác định được thông số hệ
thống của HTĐ.
* NỘI DUNG
1. Chương 1

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1.1 Khái niệm về Hệ thống năng lượng
Năng lượng sơ cấp tồn tại dưới các dạng sau:
- Hoá năng: Nhiên liệu trong lòng đất, than đá, dầu, khí đốt tự nhiên,... nhiên liệu
sinh khối, gỗ, chất thải nông nghiệp...
- Thế năng (thuỷ năng): nước của các dòng thác, các dòng sông ở một độ dốc nhất
định, nước thuỷ triều
- Động năng: Năng lượng gió, năng lượng sóng biển, địa nhiệt…
- Năng lượng hạt nhân: Năng lượng của lò phản ứng hạt nhân
- Cơ năng: Sức kéo động vật và sức cơ bắp của con người
Hệ thống năng lượng bao gồm các khâu sản xuất, phân phối và biến đổi năng lượng
toàn phần hoặc biến đổi thành điện năng thì được gọi là HTĐ năng. Phần điện của hệ
thống đó chúng ta sẽ gọi là HTĐ.
Năng lượng sơ cấp sau khi khai thác qua các công đoạn biến đổi (nhà máy điện, nhà
máy lọc dầu, nhà máy chế biến than...) chuyển thành năng lượng thứ cấp như: Điện
năng, nhiệt năng, ét xăng, dầu đốt, khí đốt... Năng lượng thứ cấp được phân phối đến
các hộ tiêu thụ. Các thiết bị tiêu thụ năng lượng cuối tạo thành năng lượng hữu ích.

1.1.2 Hệ thống điện
1.1.2.1 Khái niệm
HTĐ bao gồm các nhà máy điện, trạm phân phối, trạm biến áp… các đường dây
truyền tải, phân phối và các thiết bị khác (điều khiển, bảo vệ rơle…) tạo thành hệ
thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng.
Mỗi thiết bị cấu thành HTĐ được gọi là phần tử của HTĐ. Có những phần tử trực
tiếp sản xuất, biến đổi, truyền tải và tiêu thụ điện năng như: Máy phát điện, MBA, máy
biến đổi dòng điện, dây dẫn các loại... Có các phần tử giữ nhiệm vụ điều khiển, điều
11


chỉnh và bảo vệ quá trình sản xuất và phân phối điện năng như: Tự động điều chỉnh
kích thích bảo vệ rơle, máy cắt điện…
NGUỒN

DẦU

LỌC
DẦU

BIẾN
ĐỔI,
SẢN
XUẤT
VÀ
PHÂN
PHỐI

KHÍ TỰ
NHIÊN

CN KHÍ
ĐỐT

THAN

THAN
BÙN

URAN

THUỶ
NĂNG

NĂNG
LƯỢNG GIÓ

ĐỊA NHIỆT
CHẤT THẢI

NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI

CHẾ BIẾN
THAN

NHÀ MÁY ĐIỆN
NHIÊN
LIỆU

KHÍ
ĐỐT

THAN ĐÁ
THAN GẦY
ĐIỆN NĂNG

SỨC KÉO

SỬ
DỤNG

GIAO THÔNG SỬ DỤNG CÔNG NGHIỆP
- Ô TÔ.
- VẬT LIỆU NHIỆT ĐỘ CAO
MÁY BAY. VÀ THẤP
SƠ CẤP
TÀU THUỶ
NỘI TRỢ DỊCH GIAO THÔNG
VỤ
ĐƯỜNG SẮT

TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN PHÂN, ÁNH
ĐIỆN TRONG CN SÁNG, ĐỒ ĐIỆN KHÁC

Hình 1.1 Hệ thống năng lượng quốc gia

1.1.2.2 Các thông số
- Thông số hệ thống là các thông số của các phần tử của HTĐ lực như: Tổng trở,

tổng dẫn của đường dây, MBA, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của thiết bị điều chỉnh,
kích thích.
- Thông số chế độ là các thông số xác định trạng thái làm việc của HTĐ trong một
thời điểm hoặc một khoảng thời gian nào đó như CSTD và CSPK, điện áp, dòng điện,
tần số, góc lệch pha giữa các véc tơ sức điện động.
Các thông số chế độ có quan hệ nhân quả đối với nhau, xác định lẫn nhau thông qua
các thông số của hệ thống. Ví dụ: U = I.R ; P =

U2
P2 + Q2
; DP =
.R
R
U2

Như vậy, các thông số hệ thống và thông số chế độ quan hệ mật thiết với nhau, tác
động qua lại lẫn nhau.
1.1.2.3 Các chế độ của HTĐ
- Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số của chế độ thực tế không thay đổi
theo thời gian. Có chế độ xác lập bình thường và chế độ xác lập sau sự cố.

12


- Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số chế độ biến thiên mạnh theo thời
gian (ngắn mạch, dao động công suất của các máy phát....).
Đối với chế độ xác lập bình thường là chế độ làm việc thường xuyên của HTĐ nên
yêu cầu phải đảm bảo độ tin cậy, chất lượng điện năng và các chỉ tiêu kinh tế. Đối với
các chế độ xác lập sau sự cố các yêu cầu trên đây được giảm đi, song chế độ này
không được kéo dài mà phải nhanh chóng chuyển về chế độ bình thường.

Đối với các chế độ quá độ yêu cầu phải kết thúc nhanh bằng các chế độ xác lập và
các thông số chế độ biến thiên trong giới hạn cho phép.
Như vậy, độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, tính kinh tế là các chỉ tiêu
cơ bản để đánh giá chế độ làm việc cũng như cấu trúc của HTĐ trong chế độ làm việc
bình thường. Còn thời gian quá độ và biên độ của các thông số chế độ là chỉ tiêu chủ
yếu để đánh giá các chế độ quá độ.

1.1.3 Đặc điểm của HTĐ
- Quá trính sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng xảy ra tức thời.
Điện năng nói chung không tích luỹ được, do không có phương tiện dự trữ điện năng
nên phụ tải điện tiêu thụ bao nhiêu năng lượng thì đồng thời nguồn điện sản xuất ra
bấy nhiêu và truyền tải đến phụ tải theo lưới điện. Trong quá trình sản xuất, truyền tải
và tiêu thụ một phần điện năng bị mất mát do phát nóng dây dẫn, rò điện và vầng
quang.
- Sự cân bằng công suất giữa nguồn điện và hộ tiêu thụ được thực hiện một cách tự
nhiên. Khi công suất của nguồn điện giảm đi thì công suất tiêu thụ của phụ tải cũng tự
động giảm theo và ngược lại, nhưng khi đó chất lượng điện năng là điện áp và tần số
bị thay đổi.
- CSTD của nguồn điện cung cấp cho phụ tải được xem là đủ khi tần số của HTĐ
bằng định mức 50 hoặc 60 [Hz]. Còn CSPK được xem là đủ khi điện áp của HTĐ nằm
trong giới hạn cho phép. Khi thiếu công suất, tần số và điện áp giảm xuống, chất lượng
điện năng bị xấu đi. Để đảm bảo chất lượng điện năng của HTĐ và điều chỉnh nó, đòi
hỏi trong HTĐ luôn luôn có đủ CSTD và phản kháng, muốn thế cần phải có một lượng
công suất dự trữ.
- Các quá trình trong HTĐ xảy ra rất nhanh chóng, vì vậy cần phải có các thiết bị tự
động tác động rất nhanh để điều khiển và bảo vệ HTĐ.
- HTĐ cung cấp năng lượng cho tất cả các ngành kinh tế quốc dân và sinh hoạt của
nhân dân, vì thế sự phát triển của HTĐ phải kịp thời đáp ứng yêu cầu về năng lượng
ngày càng tăng của đất nước. Muốn vậy sự phát triển của HTĐ phải vượt trước một
bước so với sự phát triển của các ngành kinh tế khác.

Việc thành lập các HTĐ khu vực và HTĐ quốc gia thống nhất mang lại những lợi
ích sau đây.
- Tăng cường độ tin cậy cho các phụ tải. Các phụ tải lớn, quan trọng có thể nhận
điện từ nhiều nhà máy điện khác nhau.

13


- Có thể sử dụng một cách kinh tế các nguồn nhiên liệu khác nhau (than đá, thuỷ
năng, dầu mỏ, năng lượng nguyên tử...) bằng cách phân bố kinh tế công suất cho các
nhà máy điện.
- Giảm được đáng kể công suất dự trữ trong HTĐ. Cho phép xây dựng trong HTĐ
các tổ máy công suất lớn có các đặc tính kinh tế cao.
- Cho phép sử dụng cao hơn công suất đặt của các nhà máy điện do đồ thị phụ tải
của HTĐ được san bằng hơn so với đồ thị phụ tải của từng phụ tải riêng rẽ.
Tóm lại HTĐ là hệ thống đa chỉ tiêu, vận hành dưới tác động của các yếu tố ngẫu
nhiên và phát triển trong điều kiện bất định. Do đó việc xây dựng được một cấu trúc
của HTĐ có tính thích nghi cao, tìm được phương pháp và phương tiện điều khiển tốt
nhất sự phát triển hành vi của HTĐ là một việc khó khăn phức tạp.

1.2 NGUỒN ĐIỆN
Điện năng được sản xuất tập chung trong các nhà máy điện. Hiện nay các nhà máy
điện lớn đều phát ra năng lượng dòng điện xoay chiều ba pha, rất ít nhà máy phát năng
lượng dòng điện một chiều. Trong công nghiệp muốn dùng năng lượng dòng điện một
chiều thì người ta dùng chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều.
Nói chung ở các nhà máy điện, các dạng năng lượng khác nhau muốn chuyển thành
điện năng đều phải biến đổi qua một cấp trung gian là cơ năng truyền động động cơ sơ
cấp truyền qua máy phát điện để biến thành điện năng. Nguồn năng lượng thường
dùng trong tuyệt đại đa số các nhà máy điện hiện nay vẫn là năng lượng các chất đốt

và năng lượng nước. Từ năm 1954, ở một số nước tiên tiến đã bắt đầu xây dựng một
số nhà máy điện dùng năng lượng nguyên tử.
Dưới đây trình bày sơ lược nguyên lý làm việc của ba loại nhà máy điện tương ứng
với ba ng.uồn năng lượng kể trên là nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy
điện nguyên tử.

1.2.1 Nhà máy nhiệt điện
Đây là một dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi. Đối
với các nhà máy nhiệt điện, động cơ sơ cấp của máy phát điện có thể là tuabin hơi,
máy hơi nước hoặc động cơ điêzen. Nhưng ở các nhà máy nhiệt điện lớn thì động cơ
sơ cấp là tuabin hơi.
Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như sau:
Nhiệt năng → cơ năng → Điện năng
Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện
được tóm tắt trên hình 1.2.
Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt 1 nhằm đun sôi nước ở bao hơi 2 với nhiệt
độ và áp suất cao (khoảng 5000C và 40 at) được dẫn đến làm quay cánh tuabin 3 với tốc
độ rất lớn (khoảng 3000 vòng/phút). Trục của tuabin gắn với trục của máy phát điện 4 vì
vậy khi tuốc bin quay dẫn đến quay máy phát điện. Nhiên liệu sau khi sinh nhiệt năng ở
buồng đốt trở thành xỉ và khói thải ra ngoài. Hơi nước sau khi sinh công ở tuabin trở thành
nước nhờ sự trao đổi nhiệt ở bình ngưng 5, sau đó lại được bơm trở về tạo thành chu kỳ
14


kín. Tuy nhiên do tổn thất nên luôn luôn phải bổ sung vào bao hơi một lượng nước đã
được xử lý.
Hơi nước
4

2

~

3
Than
6

1
Xỉ

5

Điện

Nước làm lạnh

Nước

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện có công suất càng lớn thì hiệu suất càng cao. Trên thế giới hiện nay
có những nhà máy nhiệt điện hàng triệu kW, có tổ tuabin - máy phát công suất tới
600MW. Hiện nay nước ta đã có một loạt nhà máy nhiệt điện có công suất thiết kế đã lên
tới hàng chục triệu kW.
Nhà máy điện điêzen có hiệu suất cao (khoảng 38%), thời gian khởi động rất nhanh
nhưng nhiên liệu dùng cho nhà máy là các chất đốt quý, hiếm (điêzen). Công suất nhà
máy hạn chế trong khoảng từ vài trăm tới 1000kW. Ngày nay nhà máy điện điêzen chỉ
dùng ở các địa phương xa hệ thống cung cấp điện chung, ở các công trường đang xây
dựng, dùng trong quân đội hoặc dùng làm nguồn điện dự phòng cho các nhà máy nhiệt
điện tuabin hơi.

Những nhà máy nhiệt điện lớn thường được xây dựng gần các khu mỏ và truyền tải điện
năng tới các trung tâm phụ tải. Việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy nhiệt điện cũng cần
chú ý tới nguồn nước làm mát và ô nhiễm môi trường.
* Ưu điểm của nhà máy nhiệt điện:
- Có thể xây dựng ở bất cứ nơi nào chỉ cần tiện đường giao thông để vận chuyển
nhiên liệu (than đá).
- Phát điện không phụ thuộc vào thời tiết, chỉ cần đủ nhiên liệu.
- Thời gian xây dựng ngắn, vốn đầu tư xây dựng ít.
- Không gây thiệt hại cho vùng xây dựng (nếu không tính đến ô nhiễm môi trường).
* Nhược điểm của nhà máy nhiệt điện:
- Phải dùng nhiên liệu, nên phải khai thác và vận chuyển nhiên liệu.
- Hiệu suất thấp (0,3¸0,6).
- Thời gian mở máy lâu (4¸5)h và thời gian dừng máy kéo dài (6¸12)h.
- Thiết bị phức tạp nên khó tự động hoá, kém an toàn, phí tổn lao động trong quản
lý cao (cao hơn thuỷ điện gấp khoảng 13 lần).
- Công suất tự dùng của nhà máy cao (chiếm (8-13)%).
- Giá thành điện năng cao (cao hơn thuỷ điện (5¸10) lần).

15


1.2.2 Nhà máy thuỷ điện
Nhà máy thuỷ điện sử dụng năng lượng dòng nước làm quay tuabin thuỷ lực dẫn
đến quay máy phát điện. Đối với nhà máy thuỷ điện, quá trình biến đổi năng lượng được
thực hiện như sau:
Thuỷ năng → Cơ năng → Điện năng
Trong nhà máy thuỷ điện động cơ sơ cấp của máy phát là tuabin nước, nối dọc trục
với máy phát. Tuabin nước là loại động cơ biến thế năng và động năng của nước thành
cơ năng.
Nhà máy thuỷ điện có loại có đập ngăn nước, loại đường dẫn, nhà máy điện

thủy triều...
+) Nhà máy thuỷ điện dùng đập thường xây dựng ở những sông có lưu lượng nước
lớn nhưng độ dốc ít. Đập xây chắn ngang qua sông để tạo chênh lệch giữa 2 mức nước.
Gian máy và trạm phân phối điện xây ngay bên cạnh hoặc trên đập, hình 1.3 vẽ mặt cắt
dọc một nhà máy thuỷ điện dùng đập.
M

M

M

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý nhà máy thủy điện

Lưu lượng nước của sông thường thay đổi theo các mùa trong năm, hơn nữa phụ tải
điện lại luôn thay đổi trong ngày. Do đó để bảo đảm nhà máy có thể hoạt động ngay
trong mùa khô cạn và có thể điều chỉnh được công suất phát ra trong một ngày, người
ta xây dựng những bể chứa nước rất lớn để dự trữ nước cho nhà máy.
+) Nhà máy thuỷ điện kiểu đường dẫn, nước thường xây dựng ở những sông có lưu
lượng nước ít, nhưng độ dốc lớn. Nước từ mực nước cao, qua kênh dẫn tới địa điểm
16


thích hợp tạo cột nước cao và theo các ống dẫn vào các tuabin đặt trong gian máy.
Hiện nay, trên thế giới đã có những nhà máy thuỷ điện có công suất lên tới 22500MW.
Tại Việt Nam, nhà máy thuỷ điện Hoà Bình có công suất 1920MW, nhà máy thủy điện
Sơn La công suất 2400MW.
* Ưu điểm của nhà máy thuỷ điện:
- Dùng năng lượng nước để chạy máy phát điện nên không phải vận chuyển nhiên
liệu như nhiệt điện, nguồn nước thiên nhiên rất phong phú.
- Hiệu suất cao (0,8¸0,9).

- Thời gian mở máy nhỏ (< 2 phút), thời gian dừng máy nhỏ (< 1 phút).
- Thiết bị đơn giản nên dễ tự động hoá, an toàn, phí tổn lao động trong quản
lý nhỏ.
- Công suất tự dùng của nhà máy nhỏ (khoảng (0,5¸1)%).
- Giá thành điện năng thấp hơn so với nhiệt điện.
* Nhược điểm của nhà máy thuỷ điện:
- Chỉ xây dựng được ở nơi có nguồn nước.
- Sản lượng điện năng phụ thuộc vào lượng nước của nguồn nước.
- Thời gian xây dựng dài, vốn đầu tư xây dựng lớn.
- Trường hợp phải xây dựng hồ chứa nước có thể tạo vùng ngập lớn.
Do những ưu khuyết điểm nói trên, nhiệt điện và thuỷ điện phải hỗ trợ cho nhau.
Nơi nào không có nguồn nước hoặc cần thiết phải xây dựng nhanh chóng thì xây dựng
nhà máy nhiệt điện. Ở những nơi có nguồn nước và kết hợp với mục đích thuỷ lợi khác
phải chú ý đến khả năng xây dựng nhà máy thuỷ điện. Thực tế đối với nước ta việc
xây dựng các nhà máy thuỷ điện còn kết hợp với chống lũ lụt.
1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử

Năng lượng nguyên tử được sử dụng qua nhiệt năng thu được khi phá vỡ liên kết
hạt nhân nguyên tử của một số chất ở trong lò phản ứng hạt nhân. Vì vậy đối với nhà
máy điện nguyên tử, quá trình biến đổi năng lượng cũng được thực hiện như ở nhà
máy nhiệt điện:
Nhiệt năng → Cơ năng → Điện năng
Thực chất nhà máy điện nguyên tử là một nhà máy nhiệt điện, nhưng lò hơi được
thay bằng lò phản ứng hạt nhân. Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất
điện ở nhà máy điện nguyên tử được mô tả trên hình 1.4.
Để tránh ảnh hưởng có hại của các tia phóng xạ tới công nhân làm việc ở gian máy,
nhà máy điện nguyên tử có hai đường nước chảy tuần hoàn theo hai đường vòng khép
kín. Đường vòng thứ nhất gồm lò phản ứng hạt nhân 1 và các ống 5 đặt trong bộ trao
đổi nhiệt 4. Nhờ bơm 6 nên nước có áp suất 100 at sẽ tuần hoàn chạy qua các ống của
lò phản ứng và được đốt nóng lên tới 2700C. Nó đem nhiệt năng từ lò chuyển qua các

ống 5 của bộ phận trao đổi nhiệt. Bộ lọc 7 dùng để lọc các hạt rắn có trong nước trước
khi đi vào lò.
17


Đường vòng thứ hai gồm bộ trao đổi nhiệt 4, tuốc bin 8 và bình ngưng 9. Nước lạnh
qua bộ trao đổi nhiệt 4 sẽ hấp thụ nhiệt và biến thành hơi có áp suất 12,5at, nhiệt độ
2600C. Hơi này sẽ qua tuabin làm quay tuabin và máy phát 10, sau đó tới ngưng đọng lại
thành nước ở bình ngưng 9 và được bơm 11 đưa trở lại bộ trao đổi nhiệt.
Hơi nước

Hơi nước
4

10
~

8
11

Điện

5

6

7

Nước

11

9

Nước làm lạnh

Nước

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử

Hiệu suất của nhà máy điện nguyên tử hiện nay khoảng (25¸30)%. Nhà máy điện
nguyên tử tuy có vốn đầu tư ban đầu cao (cao hơn nhiệt điện và thuỷ điện) nhưng có thể
xây dựng gần trung tâm phụ tải, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao. Ngày nay do trữ
lượng than đá và thuỷ năng cạn dần, nên nền công nghiệp năng lượng của nhiều nước
đang chú ý tới phát triển nhà máy điện nguyên tử.

1.3 PHỤ TẢI ĐIỆN
1.3.1 Khái niệm về phụ tải điện
Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian, vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến
nó nên phụ tải điện không biến thiên theo một quy luật nhất định. Do đó, việc xác định
chính xác phụ tải điện là rất khó khăn nhưng đồng thời là một việc hết sức quan trọng.
Phụ tải điện là số liệu dùng làm căn cứ để chọn các thiết bị điện trong hệ thống cung
cấp điện. Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ dẫn đến làm giảm tuổi
thọ của các thiết bị điện, có thể dẫn tới cháy, nổ các thiết bị điện. Nếu phụ tải tính toán
lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu dẫn tới
lãng phí.
Do tính chất quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và đề ra
nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, song chưa có một phương pháp nào
hoàn thiện. Nếu thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác ngược lại nếu nâng
cao được độ chính xác, kể đến nhiều yếu tố ảnh hưởng thì phương pháp tính lại quá

phức tạp.

1.3.2 Phân loại hộ phụ tải
Các hộ tiêu thụ điện được chia ra làm 3 loại như sau:
* Hộ loại I
Không cho phép mất điện, nếu mất điện sẽ gây tác hại lớn về chính trị, gây nguy hại
đến tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế như làm rối loạn quá trình sản
xuất, làm hư hỏng nhiều thiết bị, gây ra phế phẩm hàng loạt dẫn đến thiệt hại lớn cho
18


nền kinh tế quốc dân. Với hộ phụ tải loại I, yêu cầu phải bảo đảm liên tục cung cấp
điện rất cao ngay cả khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố cho nên không cho
phép ngừng cung cấp điện.
Hộ loại I: thường phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn độc lập hoặc có nguồn dự
phòng, nhằm giảm thời gian mất điện xuống rất nhỏ. Thời gian mất điện đối với hộ
loại I thường cho bằng thời gian tự động đóng nguồn dự phòng.
* Hộ loại II
Nếu ngừng cung cấp điện cũng gây tác hại về kinh tế ảnh hưởng lớn đến sản lượng
hoặc gây ra nhiều phế phẩm, ngừng trệ sự vận chuyển trong xí nghiệp, có thể có hư
hỏng thiết bị nhưng ở mức độ nhẹ hơn trường hợp trên, lãng phí lao động, ảnh hưởng
đến hoàn thành kế hoạch sản xuất. Ví dụ như các nhà máy sợi, nhà máy dệt v.v...
Như vậy đối với hộ loại II nếu ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế.
Có thể cho phép mất điện trong một thời gian ngắn để thay thế các thiết bị hư hỏng.
Với hộ phụ tải loại II, việc quyết định dùng một hoặc hai nguồn cung cấp, đường
dây đơn hoặc đường dây kép, có nguồn dự phòng hoặc không có nguồn dự phòng.
Phải dựa trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư thêm khi có đặt thiết
bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại khi sản xuất bị ngừng trệ do mất điện vì không có
thiết bị dự phòng.
* Hộ loại III

Hộ loại III gồm các thiết bị còn lại không nằm trong hai loại trên. Ví dụ như chiếu
sáng dân dụng, kho tàng hoặc những phân xưởng phụ.
Với hộ phụ tải loại III, ta chỉ cần một nguồn cung cấp điện là đủ. Cho phép mất điện
trong một thời gian để sửa chữa, thay thế các thiết bị khi cần thiết. Điều này không có
nghĩa là mất điện triền miên. Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, người thiết kế
cũng như người quản lý vận hành lưới điện phải có tính toán, dự kiến mọi khả năng để
cho xác suất sự cố mất điện là thấp nhất, và thời gian mất điện là ngắn nhất.
Cần chú ý rằng việc phân chia các thiết bị dùng điện thuộc hộ loại này hay loại kia
chỉ là tương đối mà thôi. Phải kết hợp với tình hình cụ thể của xí nghiệp để phân chia
cho hợp lý. Cùng một loại thiết bị, ở xí nghiệp này do có vai trò rất quan trọng nên
được xếp vào hộ loại I, nhưng ở xí nghiệp khác thì lại không quan trọng bằng nên có
thể xếp nó vào hộ loại II.
* Chú ý: Chỉ có những phương án sơ đồ nối dây của lưới điện nào bảo đảm được
hai tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng nhất là liên tục cung cấp điện và bảo đảm chất
lượng điện trong mọi tình trạng vận hành khác nhau (bình thường cũng như lúc sự cố)
thì mới được giữ lại để so sánh kinh tế, quyết định lựa chọn phương án cuối cùng.
Ngoài những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng điện năng (tính liên tục cung cấp
điện, chất lượng điện năng là điện áp và tần số) khi thiết kế và vận hành lưới điện, cần
phải đảm bảo yêu cầu: chỉ tiêu kinh tế và an toàn đối với con người.

19


1.4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ YÊU CẦU CỦA LƯỚI ĐIỆN
1.4.1 Yêu cầu của lưới điện
- Liên tục cung cấp điện, mức bảo đảm tuỳ theo loại hộ dùng điện:
+ Hộ loại 1: Không cho phép mất điện, nếu bị mất điện sẽ bị thiệt hại về kinh tế, về
chính trị. Nguy hại đến tính mạng con người... do đó phải tìm mọi cách để đảm bảo
liên tục cung cấp điện như dùng đường dây kép dẫn điện đến, lấy điện từ nhiều nguồn
khác nhau, đặt thiết bị phát điện dự phòng.

+ Hộ loại 2: Nếu mất điện cũng gây tác hại về kinh tế, nhưng ta phải so sánh về mặt
kinh tế giữa khoản tiền đặt thiết bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại cho sản xuất khi
bị mất điện mà không có thiết bị dự phòng, trường hợp nào kinh tế hơn thì chọn.
+ Hộ loại 3: Phụ tải này không cần bảo đảm liên tục cung cấp điện nhiều lắm như:
trường học, khu vực điện sinh hoạt nông thôn...
- Bảo đảm chất lượng điện năng
+ Điện áp chỉ được phép dao động trong khoảng ± 5% so với điện áp định mức, có
những thiết bị điện áp chỉ được phép dao động trong khoảng ± 2,5% (có những thiết bị
chính xác, đèn thắp sáng trong xí nghiệp...). Nếu điện áp tăng lên 5% thì tuổi thọ của
bóng đèn sẽ bị giảm đi 50%. Nếu điện áp giảm đi 5% thì quang thông của đèn giảm tới
18%, động cơ quay chậm lại và nếu hạ thấp nữa thì có thể ngừng quay.
+ Đảm bảo độ lệch tần số ± 1%.
- Chỉ tiêu kinh tế cao, chỉ tiêu kinh tế cao của một Lưới điện chủ yếu là do:
+ Vốn đầu tư nhỏ nhất.
+ Tổn thất điện năng dọc đường dây ít nhất.
Khi thiết kế phải chú ý những điều trên để đạt được chỉ tiêu kinh tế cao nhất. Tuyệt
đối không thể chỉ quá chú trọng về mặt kỹ thuật mà coi nhẹ mặt kinh tế. Quan điểm
kinh tế - kỹ thuật phải được áp dụng thật linh hoạt tuỳ theo từng giai đoạn, tuỳ theo
chính sách của nhà nước. Thường hai điểm trên mâu thuẫn với nhau, ta phải linh động
tuỳ theo chính sách mà thiết kế, ví dụ như vốn của nhà nước còn ít thì lại phải chú ý
đến vốn đầu tư ban đầu...
- An toàn đối với con người
Khi quyết định sơ đồ nối dây của Lưới điện cần phải đảm bảo an toàn cho công
nhân, nhân viên thao tác vận hành, phải đảm bảo an toàn cho nhân dân ở những vùng
có đường dây đi qua. Tại Việt Nam rất coi trọng vấn đề này, tuyệt đối không thể coi
nhẹ được.

1.4.2 Phân loại lưới điện
- Theo tiêu chuẩn cấp điện áp và khoảng cách dẫn điện, Lưới điện có thể phân ra
làm hai loại:

+ Lưới điện khu vực: Cung cấp và phân phối điện cho một khu vực rộng lớn. Điện
áp của Lưới điện khu vực thông thường là 110 [kV] hay 220 [kV].

20


+ Lưới điện địa phương: Như các Lưới điện công nghiệp, thành phố, nông thôn
cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ trong phạm vi hẹp. Điện áp của Lưới điện địa
phương thông thường là 6 [kV], 10 [kV], 22 [kV], 35 [kV].
- Theo hình dáng của Lưới điện
+ Lưới điện hở: Là Lưới điện mà trong đó các hộ tiêu thụ được cung cấp điện chỉ từ
một phía hình 1.5. Lưới điện này có vận hành đơn giản, dễ tính toán nhưng mức bảo
đảm liên tục cung cấp điện thấp.
+ Lưới điện kín: Là Lưới điện trong đó các hộ tiêu thụ có thể nhận điện năng ít nhất
từ hai phía. Lưới điện này tính toán khó khăn, vận hành phức tạp nhưng mức bảo đảm
liên tục cung cấp điện cao.

a) Lưới điện hở

b) Lưới điện kín
Hình 1.5 Cấu trúc của lưới điện

- Theo công dụng của lưới điện
+ Lưới điện truyền tải: Là lưới điện truyền tải điện năng đến các trạm phân phối và
cung cấp cho các mạng phân phối.
+ Lưới điện phân phối: Là lưới điện phân phối trực tiếp cho các hộ tiêu thụ: Động
cơ điện, MBA...
- Theo chế độ trung tính của lưới điện
+ Lưới điện ba pha trung tính cách điện đối với đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ
quang còn gọi là lưới điện có dòng chạm đất nhỏ.

+ Lưới điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp. Các mạng có điện áp 22 [kV] và từ
110 [kV] trở lên đều có trung tính trực tiếp nối đất.
- Theo cấp điện áp của lưới điện
+ Lưới điện hạ áp là mạng có điện áp £ 1 [kV]
+ Lưới điện cao áp là mạng có điện áp 1 £ U £ 220 [kV]
+ Lưới điện siêu cao áp là mạng có điện áp ³ 220 [kV]
Ngoài ra có thể phân lưới điện thành các lưới điện đường dây trên không; mạng
cáp; Lưới điện xoay chiều; Lưới điện một chiều...

21


1.5 ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN
1.5.1 Điện áp định mức
1.5.1.1 Điện áp định mức của thiết bị
Điện áp định mức của các thiết bị tiêu thụ điện năng là điện áp mà chúng làm việc
trong điều kiện bình thường thì sẽ cho hiệu quả kinh tế cao nhất.
Chế tạo các thiết bị điện theo bất kỳ điện áp nào là không hợp lý, vì như vậy nhà
máy cũng không thể chế tạo các thiết bị hàng loạt theo tiêu chuẩn. Theo tiêu chuẩn
Liên Xô, điện áp của các thiết bị điện được quy định trong bảng 1.1.
Điện áp định mức của các phụ tải dùng điện phải bằng về trị số với điện áp định
mức của Lưới điện.
Bảng 1.1 Điện áp định mức của lưới điện ba pha, tần số 50 Hz.
Điện áp định mức
Lưới điện và
MBA
Máy phát
thiết bị tiêu thụ
Điện áp cuộn sơ
Điện áp cuộn

điện [kV]
điện [kV]
cấp [kV]
thứ cấp [kV]
0,220
0,230
0,220
0,230
0,380
0,4
0,380
0,4
0,650
0,69
0,660
0,690
3
3,15
3 và 3,15
3,15 và 3,3
6
6,3
6 và 6,3
6,3 và 6,6
10
10,5
10 và 10,5
10,5 và 11
20
21

20 và 21
21 và 22
35
35
38,5
110
110
121
150
120
165
220
220
212
330
330
347
500
500
525
750
750
787

Điện áp làm
việc lớn nhất
[kV]
3,5
6,9
11,5

23
40,5
126
172
252
363
525
787

1.5.1.2 Điện áp định mức của Lưới điện
Xét hình 1.6, với điện áp định mức cung cấp điện cho phần mạng cd là Udm, vì dọc
đường dây có tổn thất điện áp nên các phụ tải 1, 2, 3, 4 làm việc theo điện áp khác
nhau. Điện áp U"1 ở đầu đường dây cao hơn điện áp U"2 ở cuối đường dây.
Ta thấy, tại mỗi điểm trên đường dây có điện áp khác nhau, việc chế tạo thiết bị
điện với cấp điện áp bất kỳ là không hợp lý. Vậy phải chế tạo các thiết bị tiêu thụ điện
năng theo điện áp giữa U"1 và U"2 để khi chúng làm việc có thể đạt được chỉ tiêu kinh
tế nhất. Vì chế độ kinh tế của thiết bị điện là khi điện áp định mức nên lấy điện áp định
mức của thiết bị tiêu thụ điện năng sẽ là trung bình cộng của điện áp ở đầu U"1 và điện
áp U"2 ở cuối đường dây nghĩa là: Udm =

U "1 +U "2
2

Trị số đó cũng gọi là điện áp định mức của Lưới điện, Lưới điện có một cấp điện áp
thì tổn thất điện áp trong mạng là: DU = U1 - U2.
22


Theo quy trình "trang bị điện": Độ lệch điện áp ở các hộ tiêu thụ điện trong điều
kiện làm việc bình thường của Lưới điện không vượt quá ± 5%, điện áp định mức của

mạng. Như vậy, tổn thất điện áp trên đường dây có một cấp điện áp thường không
được vượt quá 10% điện áp định mức của Lưới điện. Do đó khi phụ tải đầy thì điện áp
ở đầu đường dây phải cao hơn điện áp định mức của mạng là 5%, nghĩa là bằng
0,05Udm. Xuất phát từ điểm này nên điện áp định mức của máy phát (bảng 1.1) phải
cao hơn điện áp định mức của Lưới điện là 5%.
U'1

U"1

Udm
U"2

U'2
B1

a

b

B2

c

d

1
B3

2

3

4

B4

Hình 1.6 Sự biến thiên của điện áp trong lưới điện

Trong bảng 1.1 thấy rằng điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp của MBA trong
mạch điện (127¸660)V chỉ cao hơn điện áp định mức của mạng có 5%, vì rằng tại bất
kỳ một điểm nào trong lưới điện cũng có thể nối trực tiếp ngay vào thiết bị tiêu thụ
điện. Do đó bất kỳ sự tăng điện áp đáng kể nào đặt vào các thiết bị đó cũng đều không
cho phép.

1.5.2 Điện áp của lưới điện
Các biểu thức tính toán trong mạng như sau:
I=

S
P.R + Q. X
P2 + Q2
, DU =
, DP =
.R
U
U2
3U

Khi điện áp càng cao thì dòng điện chạy qua dây dẫn càng nhỏ, như vậy khi khoảng
cách tải điện năng càng xa, công suất truyền tải càng lớn thì điện áp tải điện càng cao

càng có lợi, vì tổn thất điện áp DU, tổn thất công suất DP, tổn thất điện năng DA và chi
phí kim loại mầu càng giảm. Nhưng khi chọn điện áp càng cao thì vốn đầu tư xây
dựng lưới điện cũng như phí tổn để phục vụ lưới điện đó cũng đều tăng cao. Như vậy
với một trị số điện áp nào đó số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng và tiết
diện dây dẫn không bù lại được lượng vốn đầu tư tăng lên để xây dựng lưới điện cũng
như phí tổn để phục vụ lưới điện. Như vậy, với một công suất và khoảng cách tải điện
nhất định, để chọn được một điện áp tải điện kinh tế nhất, ta phải tiến hành tính toán so
sánh về kinh tế kỹ thuật của nhiều phương án.
Có 2 phương pháp để xác định điện áp kinh tế

23


1.5.2.1 Dùng đường cong
Qua kinh nghiệm thiết kế và quản lý vận hành, người ta đã vẽ được những đường
cong giới hạn chọn điện áp tải điện kinh tế hình 1.7.
P
[MW]
200
180
160
120
80
40

220 [kV]
154 [kV]
110 [kV]
40 60 80 120 180 200 240 280 900 1000

l [km]

Hình 1.7 Đồ thị biểu diễn điện áp tải điện theo công suất và chiều dài truyền tải

1.5.2.2 Phương pháp giải tích
+ Với trường hợp công suất truyền tải nhỏ hơn 60 [MW], chiều dài truyền tải nhỏ
hơn 250 [km] dùng biểu thức Still (Mỹ). Ukt = 4,43 l + 16 P [kV]
+ Với trường hợp công suất của tải lớn, khoảng cách truyền tải xa khoảng 1000
[km] dùng biểu thức Zaleski (Nga):
Ukt =

(100 + 15 l ).P

+ Có thể dùng biểu thức Inapuonop (Nga): U kt =

[kV]
1000
[kV]
500 2500
+
l
P

Trong đó: l là chiều dài đường dây, km; P là công suất truyền tải, MW;
+ Có thể dùng biểu thức Vaykert (Đức): U = 3.

S + 0,5. l [kV]

Trong đó: l là chiều dài đường dây, km; S là công suất truyền tải, MVA.
Khi xác định được điện áp kinh tế cần so sánh với các cấp điện áp tiêu chuẩn, chọn

cấp điện áp tiêu chuẩn gần nhất làm cấp điện áp kinh tế. Hiện nay tại Việt Nam, sử
dung các cấp điện áp tiêu chuẩn: 0,22; 0,4; 0,66; 3; 6; 10; 22; 35; 110; 220; 500 [kV]

1.6 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG HTĐ
1.6.1 Lưới điện ba pha trung tính cách điện với đất
Chạm đất một pha trong mạng này không tạo nên ngắn mạch và do đó không làm
cho điện áp dây bị giảm cũng như không gây ra dòng tăng cao trong mạng.
Xét sự thay đổi dòng điện và điện áp trong mạng, khi xảy ra chạm đất một pha hình
1.8. Để đơn giản, coi rằng mạng làm việc không tải.
Trong điều kiện bình thường điện áp các dây dẫn A, B, C so với đất bằng các điện
áp pha tương ứng UA, UB, UC. Điện áp giữa các pha UAB, UBC, UAC. Các điện áp này
bằng các suất điện động EA, EB, EC vì giả thiết mạng không tải. Các véc tơ điện áp pha
24


lập thành hình sao đối xứng, tổng các véc tơ này bằng không vì vậy điện áp của điểm
trung tính UTT = 0.

TT

EC

IC (C)

EB

IB (C) UBC

EA

UBA

N

UTT

C
B

UCA

UA

A
CA

UB

CB
IB (C)

Iđ

UC

CC
IC (C)

Hình 1.8 Dòng và điện áp khi chạm đất một pha trong mạng có trung tính cách điện

Các điện áp này tạo nên các dòng điện tương ứng qua các điện dung của pha so với
đất. Các dòng này vượt trước các điện áp tương ứng một góc 900.
I&A(C ) =

U& A
U& B
U& C
; I&B (C ) =
; I&C (C ) =
- jX c
- jX c
- jX c

(1.1)

Tổng các dòng điện dung này trong chế độ bình thường bằng không vì vậy không
có I0.
1.6.1.1 Điện áp của Lưới điện khi chạm đất
Khi chạm đất trực tiếp một pha, ví dụ điện áp pha A, điện áp pha này so với đất
giảm tới không (UA = 0) (hình 1.8). Điện áp của điểm trung bình UTT so với đất khi đó
bằng điện áp giữa hai điểm N và TT và bằng: UTT = UN -T T = -EA.
Điện áp các pha B và C so với đất tăng bằng giá trị điện áp dây là U’B và U’C.
A

UA=EA

A
Id =-(IB (C)+IC (C))

IB (C)

IA (C)

900
TT

900

900
C

IB (C)+IC (C)

600

U’C=UCA
UC=EC

IB (C)

IC (C)

B

UB=EB

0
UTT 60

U’B=UBA
TT

C

IC (C)

B

a)
b)

UCA+UBA=3UTT=-3EA
D

Hình 1.9 Đồ thị véc tơ dòng và điện áp trong mạng có trung điểm cách điện a) Chế độ
bình thường. b) Chạm đất pha A.

Từ hình 1.9, ta có:
25