Giáo trình cung cấp điện Chương 5 Sơ đồ kết cấu mạng điện

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

CHƯƠNG V

SƠ ĐỒ VÀ KẾT CẤU MẠNG ĐIỆN
5.1. Khái niệm chung
Mạng điện là một phần của hệ thống điện bao gồm đường dây và các thiết bị gắn
liền với đường dây như máy biến áp, tụ bù, các thiết bị đóng cắt, …; trong đó bộ phận
chủ yếu là đường dây và máy biến áp. Mạng điện có nhiệm vụ truyền tải và phân phối
điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Căn cứ vào nhiệm vụ, cấp điện áp, dòng điện ta
phân mạng điện thành các loại sau:
- Theo kết cấu: đường dây trên không và đường dây cáp.
- Theo loại dòng điện: mạng điện một chiều và mạng điện xoay chiều.
- Theo cấp điện áp: mạng điện siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ áp.
- Theo điện áp sử dụng: mạng cao áp (U > 1kV), mạng hạ áp (U ≤ 1kV).
- Theo hình dáng và cấu trúc: có mạng điện hở và mạng điện kín.
- Theo vị trí: mạng điện trong nhà và mạng điện ngoài trời.
- Theo nhiệm vụ người ta phân làm 2 loại: Mạng truyền tải và mạng phân phối.
5.2. Sơ đồ nối dây mạng phân phối
1.Sơ đồ hình tia: ( hình 5.1 )
Sơ đồ hình tia là sơ đồ đơn giản, chi phí lắp đặt rẻ. Đây là sơ đồ được sử dụng phổ
biến nhất. Nhược điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cung cấp điện thấp, khi có sự cố bất
kỳ vị trí nào trên đường dây sẽ dẫn đến gián đoạn cung cấp điện. Vùng sự cố được cách
ly khỏi nguồn nhờ các thiết bị như máy cắt, dao cách ly, cầu chì.
2. Sơ đồ mạch vòng:
Hình 5.2 giới thiệu sơ đồ mạng sơ cấp mạch vòng. Dao cách ly liên kết có thể
được thay bằng Recloser, LBS. Trong trường hợp bình thường dao cách ly ở trạng thái
thường mở ( vận hành hở mạng vòng ). Mạch vòng có độ tin cậy cao, dùng để cung cấp
điện cho các hộ quan trọng.

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Nhánh

DCL
phân đoạn
Vị trí TBA phân phối

DCL liên kết

Hình 5.1. Sơ đồ hình tia

Hình 5.2. Sơ đồ mạch vòng

3. Sơ đồ mạng phân phối sơ cấp dạng lưới: ( hình 5.3 )

Hình 5.3. Sơ đồ mạch lưới

Hình 5.4. Sơ đồ cấp điện đơn

Hình 5.3 giới thiệu sơ đồ mạng phân phối sơ cấp dạng lưới. Các hộ tiêu thụ nhận
điện theo nhiều hướng, các tuyến dây được kết nối và được cấp điện bởi trạm, các trạm
khác nhau. Độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với mạch hình tia và mạch vòng nhưng
khó thiết kế và vận hành hơn.
4. Sơ đồ lưới phân phối di trong xí nghiệp lớn:

Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

a) Sơ đồ cấp điện đơn: ( hình 5.4 )
Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản, chi phí thấp. Nhược điểm là khi sự cố sẽ mất điện
toàn bộ tuyến dây.
b) Sơ đồ cấp điện đôi: ( hình 5.5 )

Trung/hạ

Hình 5.5. Sơ đồ cấp điện đôi

Hình 5.6. Sơ đồ mạng chọn lọc sơ cấp

Dạng sơ đồ này có độ tin cậy cung cấp điện cao, khi có sự cố mất điện một nguồn,
phụ tải sẽ được chuyển sang nhận điện từ nguồn còn lại bằng cách thao tác các dao cắt
thường hở. Nếu trang bị tự động thời gian mất điện khoảng vài giây, nếu không thời gian
mất điện phụ thuộc vào thời gian thao tác bằng tay. Dạng sơ đồ này thích hợp cho lưới
rộng và có khả năng mở rộng trong tương lai.
c) Sơ đồ mạng chọn lọc sơ cấp: ( hình 5.6 )
Dạng sơ đồ này còn được gọi là mạng cấp điện đôi hình tia. Sơ đồ này dùng cho
lưới trải rộng với khả năng mở rộng trong tương lai bị hạn chế. Độ tin cậy cung cấp điện
cao.
5.3. Sơ đồ nối dây mạng hạ áp
5.3.1. Các mạch phân phối hạ thế chính
Trong hệ thống điện hạ thế tiêu biểu, các mạch phân phối bắt nguồn từ một tủ
phân phối chính (MDB). Từ đó dây cáp được đặt trong các đường, máng cáp để cấp điện
cho các tủ khu vực hay tủ phụ.

Sự xắp xếp các nhóm dây dẫn có bọc cách điện, cố định và bảo vệ dây dẫn tránh
các nguy cơ hư hỏng cơ học, đảm bảo an toàn và thẩm mỹ là yêu cầu của việc lắp đặt hệ
thống điện.
Sắp xếp các mạch:


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Việc tách các mạch điện có chức năng khác nhau tương ứng với các mạch độc lập
trong hệ thống điện. Điều này cho phép:
- Hạn chế tối thiểu hậu quả khi có sự cố trên mạch điện.
- Dễ dàng dò tìm mạch điện hỏng hóc.
- Thuận lợi trong công tác bảo trì cũng như mở rộng mạch điện mà không ảnh
hưởng đến phần còn lại của hệ thống điện.
Mạng phân phối hạ thế có các dạng nối dây chính như sau:
1. Mạng phân phối dạng phân nhánh hình tia:
Mạch phân phối hình tia được sử dụng phổ biến, tiết diện dây dẫn giảm dần ở mỗi
điểm phân nhánh.
Ưu điểm: Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, chỉ một mạch nhánh bị cô lập
khi có sự cố ( bằng cầu chì hay MCCB ). Đơn giản trong việc xác định sự cố. Khi bảo trì
hay mở rộng hệ thống điện không ảnh hưởng đến hoạt động của phần còn lại. Tiết diện
dây dẫn được chọn phù hợp với mức dòng giảm dần về cuối mạch.
Khuyết điểm: Khi có sự cố ở một trong các đường cáp từ tủ điện chính sẽ mất điện
tất cả các mạch và tủ điện phía sau.

Hình 5.7. Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở 3 mức
Mạng phân nhánh hình tia có ba sơ đồ chính như sau:
- Mạng phân nhánh hình tia với cách đi dây thông thường ở ba mức ( hình 5.7 ):

Được sử dụng trong các khu nhà ở, khách sạn, trường học, …
- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng các bộ dẫn điện kiểu lắp ghép ở mức phân
phối thứ hai ( hình 5.8 ): Dùng trong hệ thống điện công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp.
- Mạng phân nhánh hình tia sử dụng ray dẫn lắp ghép và mạch đi dây sẵn ở mức
cuối lưới ( hình 5.9 ): Dùng trong văn phòng, phòng thí nghiệm.


Giáo trình cung cấp điện

Hình 5.8. Mạng phân nhánh hình tia dùng
máng dẫn lắp ghép ở mức phân phối thứ
nhì

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 5.9. Mạng phân nhánh hình tia dùng
ray dẫn lắp ghép và mạch đi dây ở cuối
lưới

2. Mạng phân phối hình tia không phân nhánh: ( hình 5.10 )
Mạch này được dùng để điều khiển tập trung lưới hay cho một quy trình đặc biệt,
điều khiển, bảo trì hoặc giám sát hệ thống.
Ưu điểm: khi có sự cố trên mạch nào thì chỉ mạch đó bị cô lập.
Khuyết điểm: Khi số lượng mạch lớn sẽ tốn nhiều dây dẫn, đặc tuyến bảo vệ của
thiết bị phải ở mức cao để bảo đảm tính chọn lọc ( gần với của nguồn ).
5.3.2. Tủ phân phối hạ thế chính: ( hình 5.11 )
Điểm khởi đầu trong công tác thiết kế một hệ thống điện, xắp đặt của các tủ phân
phối chính và phân phối phụ là việc phân tải theo vị trí được xác định trên bản vẽ mặt
bằng.
Trạm điện, trạm máy phát và tủ phân phối chính cần được bố trí càng gần tâm phụ

tải càng tốt.


Giáo trình cung cấp điện

Hình 5.10. mạch phân phối hình tia
không phân nhánh

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 5.11. Tủ phân phối hạ thế chính

5.4. Kết cấu mạng phân phối:
5.4.1. Đường dây trên không và các phụ kiện:
1. Trụ điện:
a) Trụ ( cột ) điện của đường dây trên không được phân loại như sau:
* Theo chức năng chịu lực:
- Trụ trung gian ( trụ đỡ ): Dùng để đỡ và giữ các dây dẫn trên đoạn thẳng của
đường dây. Lực căng dây được phân bố đều hai bên làm trụ chịu lực nén là chủ yếu.
- Trụ néo: Trong các đoạn đường dây đi thẳng cần thiết phải xen kẽ các trụ néo để
chịu lực đường dây. Hai trụ néo ở hai đầu đoạn đường dây sẽ chịu lực căng dây ở hai
đầu, khi có sự cố đứt dây, trụ néo giúp cho các trụ trung gian ở giữa không bị nghiêng đổ.
Trụ néo có dây chằng chịu lực ở hai bên.
- Trụ dừng: chịu lực căng ở hai đầu mút của đường dây. Kết cấu trụ phải chắc
chắn hoặc dùng dây chằng ở phía đối lực với dây dẫn.
- Trụ góc: tại các vị trí bẻ góc ( đổi hướng ), trụ chịu lực căng dây không đều nên
phải dùng trụ tháp hoặc dùng dây chằng để cân bằng lực tác dụng lên đầu trụ.
- Trụ vượt: trụ đặt tại vị trí có khoảng vượt lớn ( sông, suối, các vị trí giao lộ,.. ).
Trụ vượt có cao độ lớn để bảo đảm độ võng của dây, kết cấu trụ đủ sức chịu đựng lực
căng của dây và lực lắc rung dây của gió.

* Theo vật liệu:
- Trụ gỗ: thường sử dụng gỗ thông nguyên thân cây đã qua xử lý chống mối, mục.
Trụ gỗ có độ cách điện cao. Hiện nay trụ gỗ đang được thay thế dần bằng trụ bê tông.
- Trụ bê tông cốt thép: có tiết diện vuông hoặc tròn, chiều cao trụ trung thế hiện tại
là 10m5, 12m, 14m, 20m. Do công nghệ chế tạo đơn giản nên trụ bê tông ly tâm được
dùng phổ biến trên lưới trung thế hiện nay.
- Trụ tháp sắt: loại trụ này chỉ dùng làm cột néo, cột dừng hoặc cột vượt vì có độ
chịu lực cao.


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

b) Khoảng vượt trung thế:
- Đối với đường dây trung thế khoảng vượt thường nằm trong khoảng từ 50-80m;
đường dây hạ thế từ 25-40m.
- Độ võng dây phụ thuộc vào trọng lượng dây và khoảng vượt. Ví dụ đối với dây
nhôm 95mm2 và có khoảng trụ 30m, khối lượng 230kg/km thì độ võng tối đa cho phép là
25cm.
c) Độ chôn sâu của trụ :
bảng 5.1 giới thiệu độ sâu khi chôn cột bê tông ly tâm ứng với các chiều dài khác
nhau của trụ.
Độ chôn sâu (m)

Chiều dài trụ (m)

Đất mềm
1,7
1,8

2
2,2
2,5

7,5
8,4
10,5
12
14

Đất cứng
1,4
1,5
1,7
1,8
2

Bảng 5.1. Độ sâu lỗ chôn trụ bê tông ly tâm
( Nguồn: tiêu chuẩn lưới điện - Cty Điện lực TP.HCM )
Ở các vị trí trụ góc, néo, vượt độ chôn sâu trụ phải thêm ít nhất 0.15m. Đối với các
trường hợp đặc biệt phải tính độ sâu chôn trụ theo loại đất.
2. Dây dẫn và dây chống sét:
Hiện nay dây nhôm (A), dây nhôm lõi thép (AC) và dây hợp kim nhôm, được sử
dụng phổ biến ở các đường dây phân phối trên không. Để tăng cường cách điện và giảm
thiểu hành lang an toàn thường sử dụng cáp trung thế bọc ( AXV - A/XLPE/PVC/24kV,
ACXV - AC/XLPE/PVC/24kV, CXV - Cu/XLPE/PVC/24kV, … ). Nhằm tăng cường độ
bền cơ học thường sử dụng loại cáp vặn xoắn lõi thép, phần lõi thép chịu lực căng của
dây và phần nhôm bọc bên ngoài để dẫn điện. Đối với dây dẫn điện tỷ số tiết diện nhôm
và thép thường là 6:1 hoặc 8:1, dây chống sét sử dụng dây nhôm lõi thép tăng cường có
tỷ số tiết diện nhôm và thép thường là 1:1 hoặc 1:1,5. Số lượng sợi nhôm và thép tăng lên

khi tăng tiết diện dây dẫn ( Cáp AC-70mm2 do Cadivi sản suất có 6 sợi nhôm, 1 sợi thép;
AC-150mm2 có 26 sợi nhôm, 7 sợi thép, … ).


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

a.

b.

c.

d.

Hình 5.12. Cáp bọc trung thế 24kV-ruột đồng (nhôm), cách điện XLPE loại không giáp
1. Ruột cáp ( đồng hoặc nhôm - xoắn đồng tâm ) 2. Màng chắn ruột: XLPE bán dẫn
3. Lớp cách điện bằng XLPE

4. Màng chắn cách điện bằng XLPE bán dẫn
PVC

5. Vỏ cáp bằng

3. Cách điện và phụ kiện đường dây:

a. Sứ đứng

b. Sứ treo thủy tinh

c. Sứ treo polymer

Hình 5.12 Các dạng sứ cách điện
Sứ được dùng để kẹp giữ dây dẫn và cách điện với xà và cột. Trong điều kiện bình
thường sứ mang tải trọng cơ học và đồng thời mang điện áp của đường dây. Vật liệu chế
tạo sứ thường từ cao lanh, cát, thủy tinh. Để nâng cao đặc tính vận hành của sứ , mặt
ngoài sứ được phủ một lớp men.
Cách điện đứng chủ yếu dùng cho lưới phân phối. Đối với đường dây có điện áp
cao từ 35kV trở lên thường sử dụng cách điện treo kiểu bát ( chuỗi cách điện được ghép
từ nhiều bát sứ, số lượng bát sứ tăng tương ứng với cấp điện áp của lưới ).
5.4. Kết cấu mạng hạ áp:
1. Tủ phân phối


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Tủ phân phối là thành phần quan trọng nhất của hệ thống điện. Kiểu thiết kế và
cấu trúc phải phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành.
Đối với tủ phân phối chính nguồn cấp điện đầu vào được phân chia thành nhiều
mạch riêng biệt ( các mạch riêng biệt thường được phân nhóm theo các chức năng thắp
sáng, động lực, đun nóng, …), mỗi mạch được điều khiển và bảo vệ bằng cầu chì hoặc
thiết bị đóng cắt của tủ.
Trong thực tế thường sử dụng tủ phân phối có vỏ bọc kim loại với mục đích:
+ Bảo vệ máy cắt, đồng hồ chỉ thị, cầu chì, rơle, chống va đập cơ học, rung và các
tác động của môi trường.
+ Bảo vệ người khỏi bị điện giật.
Các loại tủ phân phối:

- Tủ phân phối tổng chính ( hình 5.15 ).
- Tủ phân phối tổng tại chỗ ( hình 5.14 ).
- Tủ phân phối phụ ( hình 5.13 ).
- Tủ phân phối điều khiển quy trình.

Hình 5.13 Tủ phân phối phụ tiêu biểu

Hình 5.14 Tủ phân phối tổng tại chỗ


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Hình 5.15 Tủ phân phối tổng chính, lớn sử dụng trong công nghiệp
2. Hệ thống dây dẫn và cáp
Hiện có nhiều phương pháp lựa chọn hệ thống dây dẫn và cách lắp đặt dây dẫn.
Bảng 5.2 và 5.3 trình bày hệ thống dây dẫn và cách lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52
(1993).
Ví dụ: Số 4 trong bảng 5.3 tương ứng với phương pháp đi dây trong máng cáp,
được gắn trên bề mặt. Xem tiếp bảng 5.4 với số quy chuẩn là 4 cho biết dây dẫn cách
điện trong ống cáp mắc trên tường.
Bảng 5.2. Lựa chọn hệ thống dây dẫn theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52
Cách lắp đặt
Tình trạng

Gắn không
cố định

Gắn cố

định trực
tiếp

Đường
ống

Đường dẫn
(treo trên
mép nhà)

Máng
cáp

Thang cáp,
khay cáp,
congxon cáp

Trên
sứ

Dây
đỡ

Dây trần

-

-

-

-

-

-

+

-

Dây bọc cách điện

-

-

+

+

+

-

+

-

- Cáp đa lõi

+

+

+

+

+

+

0

+

- Cáp 1 lõi

0

+

+

+

+

+

0

+

Trên
sứ

Dây
đỡ

Dây bọc (vỏ sắt và cách
điện khoáng chất)

Những phương pháp lắp đặt thông dụng được liệt kê trong bảng dưới đây:
Bảng 5.3. Cách đi dây theo tiêu chuẩn IEC 364-5-52
Cách lắp đặt
Tình trạng

Gắn không
cố định

Gắn cố
định trực
tiếp

Đường
ống

Đường dẫn

(treo trên
mép nhà)

Máng
cáp

Thang cáp,
khay cáp,
congxon cáp


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Trong các khoảng trống
của tòa nhà

21, 25,

Kênh cáp

43

0

73, 74

22, 73,

-

23

74
43

41,

12, 13, 14,

-

-

-

-

15, 16
31, 32

42

4,

12, 13

23

14, 15, 16

Chôn dưới đất

62, 63

0

61

-

61

0

-

-

Được gắn vào giá đỡ

52, 53

51

1, 2, 5

33

24

0

-

-

Được gắn trên bề mặt

-

11

3

31, 32

4

12, 13, 14

18

-

18

17

-

-

71, 72
Trên không

-

-

0

34

15, 16
-

12, 13, 14
15, 16

Nằm trong nước

81

81

Ghi chú: +: Được phép -: Không được phép

0

-

0

0

0: Không áp dụng hoặc không thông dụng trong thực tế

Số trong mỗi ô là số tham khảo trong bảng 7.52 của tiêu chuẩn IEC 364-5-52 (1993). Bảng này dài tổng
cộng 7 trang, hai trang trong số đó được ghi lại để làm ví dụ minh họa.

Bảng 5.4. Các ví dụ về phương pháp lắp đặt
Ví dụ

Mô tả

Quy
chuẩn

Dây bọc trong ống dẫn được âm vào tường cách nhiệt

1

Cáp nhiều lõi đi trong ống được âm vào tường cách nhiệt

2

Dây dẫn cách điện trong ống treo

Cáp một hoặc nhiều lõi được trong ống treo

3

3A


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Dây dẫn cách điện trong ống cáp mắc trên tường
Cáp một hay nhiều lõi trong ống cáp mắc trên tường

Dây dẫn cách điện trong ống được âm vào bê tông

Cáp 1 hoặc nhiều lõi trong ống dẫn được âm vào bê tông

4
4A

5

5A

Cáp có vỏ bọc hoặc cáp có vỏ chì loại 1 hoặc nhiều lõi

• Trên tường
• Trên trần nhà

11
11A

• Trên khay không bị khoan thủng

12

• Trên khay bị khoan thủng

13

• Trên giá đỡ chạy dọc hoặc ngang

14


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

• Trên thanh nẹp, cách tường hoặc trần nhà

15

• Trên thang

16

• Cáp bọc một hoặc nhiều lõi treo trên giá đỡ

17

• Dây dẫn trần hoặc dây bọc đặt trên sứ cách điện

18

3. Hệ thống thanh dẫn điện
Trong hệ thống điện công nghiệp hiện đại sử dụng nhiều phương pháp truyền tải
điện từ nguồn đến vị trí tủ phân phối và đến thiết bị. Việc sử dụng phương pháp nào còn
tùy thuộc vào mặt bằng, quy trình công nghệ. Có các phương pháp phổ biến sau:
* Thanh dẫn điện được cố định vào tường nhờ giá đỡ.
* Thanh dẫn điện được cố định bằng phương pháp treo ( hình 5.16 ). Trong
phương pháp này thanh dẫn được giữ nhờ các giá treo cáp phía trên.

Hình 5.16. Phương pháp đỡ các hộp thanh dẫn
4. Hệ thống đường dây dẫn điện ngoài trời


Giáo trình cung cấp điện

Th.s Nguyễn Công Chương

Đường dây dẫn điện ngoài trời dùng trong lưới hạ thế công cộng, để an toàn
thường sử dụng loại dây nhôm/đồng bọc cách điện 600V ( AV-600V, CV-600V ). Các
dây dẫn được định vị trên các sứ cách điện. Khoảng cách song song giữa các dây dẫn với
nhau và khoảng cách giữa dây dẫn với công trình phải bảo đảm theo quy trình quy phạm.
Hiện nay đang có khuynh hướng sử dụng cáp vặn xoắn ABC ( Aerial Bundled
Cable ) gồm có 4 sợi cáp ( ba pha và trung tính, thường ruột bằng nhôm, dây trung hòa có
thể bằng nhôm hoặc thép chịu lực căng ) xoắn lại với nhau tạo thành một bó dây. Do cách
điện hoàn toàn nên chỉ cần dùng móc treo để treo trên trụ do vậy đường dây gọn nhẹ và

bảo đảm mỹ quan. Tại các trụ điện có đặt các hộp phân phối loại 6-9 đầu ra để mắc vào
nhà dân.
Trụ điện để đỡ dây dẫn thường sử dụng loại trụ bê tông ly tâm loại 6m5, 7m5,
8m4, chôn sâu 1m2 - 1m4.

Hình 5.12 Dây dẫn
được treo trên giá đỡ

Hình 5.12 Dây dẫn
được đặt trên sứ

Hình 5.14 Hộp phân phối loại 9 CB