NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỪ XA ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ CHO PHỤ TẢI DÂN DỤNG ÁP DỤNG TẠI ĐIỆN LỰC TP PHỦ LÝ HÀ NAM

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................ 0
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 0
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... 0
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 1
1) Lý do chọn đề tài .................................................................................. 1
2) Mục đích nghiên cứu ........................................................................... 3
3) Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................... 3
4) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 3
5) Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 3
6) Dự kiến những đóng góp mới ............................................................. 4
7) Kết cấu đề tài ........................................................................................ 4
CHƯƠNG I ....................................................................................................................... 5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
ĐO ĐẾM TỪ XA TRONG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT TIÊU THỤ ĐIỆN
NĂNG.................................................................................................................................. 5
1.1 Cơ sở lý thuyết và khái niệm đo đếm điện năng. .............................. 5
1.2 Cơ sở lý thuyết đo đếm điện năng từ xa. ........................................ 17
1.3 Phương pháp ứng dụng công nghệ đo đếm điện năng từ xa. ........ 21
Tóm tắt chương 1:.......................................................................................................... 31
CHƯƠNG II ................................................................................................................... 32
THỰC TRẠNG VỀ QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ ............................ 32
CHO PHỤ TẢI DÂN DỤNG .................................................................................... 32
2.1 Giới thiệu về Công ty điện lực Hà Nam. .......................................... 32
2.2.Hiện trạng công tác quản lý điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân
dụng tại Công ty Điện lực Hà Nam. ................................................. 35
2.2.1.Phương pháp truyền thống (phương pháp thủ công).................. 35
2.2.1.Phương pháp bán tự động sử dụng HHU ..................................... 35
2.2.3.Phương pháp tự động. .................................................................... 38

Tóm tắt chương 2: ......................................................................................................... 50
CHƯƠNG III ................................................................................................................. 51
XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỪ XA ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ
CHO PHỤ TẢI DÂN DỤNG TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NAM ....... 51
3.1 Định hướng phát triển phụ tải của điện lực thành phố Phủ Lý. ... 51
3.2.Xây dựng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho phụ tải
dân dụng.............................................................................................. 52
3.2.1.Mô hình hệ thống: ........................................................................... 53
3.2.2.Phần cứng, thiết bị:.......................................................................... 55
Tóm tắt chương 3: ........................................................................................................ 83
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 84
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Minh Duệ. Tôi cũng xin cam đoan rằng
mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông
tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Nguyễn Vinh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu
thụ cho phụ tải dân dụng” được thực hiện trên cơ sở sử dụng những tài liệu
trong và ngoài nước, đồng thời kết hợp với thông tin, kinh nghiệm từ thực tế.
Sau một thời gian thu thập, nghiên cứu và phân tích tài liệu cũng như số liệu
cần thiết, được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của các chuyên gia, các thầy cô

giáo, sự góp ý của các bạn trong lớp tôi đã hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân thành cám ơn các chuyên gia tiết kiệm năng lượng; đặc biệt
là PGS.TS Nguyễn Minh Duệ đã hướng dẫn tôi trong quá trình làm luận văn
này. Xin cảm ơn Công ty Điện lực Hà Nam đã tạo điều kiện để luận văn có
tính thực tế cao. Trong quá trình viết bài khó có thể tránh khỏi những sai sót,
em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo cũng như của các bạn tham
khảo.
Một lần nữa tôi xin trân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2014
Học viên thực hiện

Nguyễn Vinh Tuấn


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- NPC: Tổng công ty điện lực miền Bắc
- PC’s : Các công ty Điện lực
- CSDL: Cơ sở dữ liệu
- DSM : Demand Side Management (Quản lý nhu cầu phụ tải)
- GSM : Global System for Mobile Communication (Hệ thống thông tin di động toàn cầu)
- GPRS : General Packet Radio Service (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp)
- RF : Radio Frequency (Tần số Radio)
- DLC : Distribution Line Carrier (Truyền trên đường dây phân phối)
- PSTN: Public Switched Telephone Network (mạng điện thoại công cộng)
- LAN: Local Access Network (Mạng máy tính nội bộ)
- WAN: Wide Access Netwok (Mạng máy tính diện rộng)
- ATM: Auto Transfer Machine (Máy trả tiền tự động)
- AMI : Advanced Metering Infrastructure (Lưới điện thông minh)

LỜI NÓI ĐẦU
1) Lý do chọn đề tài
Hệ thống điện Việt Nam được xây dựng và phát triển theo mô hình tích
hợp dọc tập trung truyền thống từ khâu phát điện, truyền tải, phân phối điện
tới khách hàng. Độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện quốc gia gặp
nhiều khó khăn trong nhiều giai đoạn khi dự phòng thấp hoặc do ràng buộc
giới hạn của lưới điện truyền tải, giải pháp là phải có dự phòng vận hành phù
hợp để đáp ứng nhu cầu phụ tải từng miền.
Hơn nữa, tốc độ tăng nhanh của nhu cầu phụ tải và mức độ điện khí hóa
cao trong 10 năm trở lại đây khiến cho cần đầu tư nâng cấp và mở rộng lưới
điện và hệ thống điện, cũng như cần ưu tiên hiện đại hóa và tự động hóa. Cụ
thể, cần hiện đại hóa lưới điện để trở nên linh hoạt hơn và có thể vận hành đáp
ứng nhu cầu của hệ thống khi phần năng lượng tái tạo ngày một nhiều hơn.
Từ đó, Việt Nam đã đưa ra những ưu đãi tối đa để thực hiện các hoạt động
sử dụng năng lượng hiệu quả về cả phía cung và phía cầu, để tăng độ tin cậy
và hiệu suất của các công ty Điện lực, tối ưu hóa cấu trúc hệ thống điện phân
phối thông qua việc thu thập dữ liệu và xử lý thông tin.
Việc hiện đại hóa lưới điện hiện tại của Việt Nam giúp khách hàng có thể
tương tác với lưới điện theo thời gian thực, có giao tiếp hai chiều giữa các
công ty phân phối điện và khách hàng, các thiết bị và lưới điện để giám sát và
điều khiển năng lượng theo thời gian gần thực. Lợi ích của việc hiện đại hóa
lưới điện này là nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm lượng điện năng
sử dụng nói chung, tăng độ tin cậy sử dụng điện, giảm sự cố và giãn tiến độ
đầu tư nâng cấp lưới điện.
Theo mô hình này, Chính phủ Việt Nam đang xây dựng chương trình về
Lưới điện Thông minh trong ngành điện. Do những nguyên nhân nói trên, các
giai đoạn thực hiện triển khai để ghi nhận và giám sát có hệ thống việc sử
dụng điện của những khách hàng , trong đó đưa ra những công nghệ lưới điện

1

thông minh sử dụng trong lưới điện phân phối. Trên thực tế này tập trung vào
những nội dung sau:
+ Tự động hóa, thông qua việc sử dụng hệ thống giám sát và thu thập
dữ liệu, của việc vận hành lưới điện phân phối.
+ Sử dụng hệ thống lưới điện thông minh, có truyền thông hai chiều,
cũng như các công nghệ lưới điện thông minh trong lưới phân phối
cho những trạm biến áp và khách hàng quan trọng.
Để quá trình phát triển lưới điện thông minh cần khẩn trương thực hiện
xây dựng đề án tổng thể phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, bao
gồm nghiên cứu phát triển công tơ điện tử và hệ thống thu thập dữ liệu đo
đếm từ xa, nghiên cứu mô hình tổ chức các trung tâm điều khiển từ xa cho
Tổng công ty Điện lực.
Trên cơ sở đó, Tổng công ty điện lực miền Bắc là Tổng công ty miền có
địa bàn quản lý trên phạm vi 27 tỉnh miền bắc và bắc trung bộ. Tính đến hết
2013, toàn Tổng công ty điện lực miền Bắc quản lý và bán điện cho 7 triệu
khách hàng tiêu thụ điện, con số này tiếp tục tăng trưởng khi lưới điện đang
được đầu tư để cung cấp điện lưới quốc gia tới các bản làng vùng sâu vùng
xa, miền núi, hải đảo.
Với số lượng khách hàng ngày càng lớn, công tác quản lý điện năng đòi
hỏi tăng thêm nhân lực cho quản lý vận hành lưới điện. Do chưa kịp đáp ứng
tốc độ tăng trưởng cùng với công nghệ lạc hậu là một trong những nguyên
nhân gây ra hiệu quả quản lý thấp và tổn thất điện năng cao. Công tác ghi chỉ
số công tơ điện dân dụng 1 pha vẫn sử dụng phương pháp truyền thống là một
ví dụ điển hình. Một trong những yêu cầu cấp thiết là áp dụng các tiến bộ về
công nghệ, dần dần tự động hóa quá trình quản lý, rút ngắn thời gian, giảm
thiểu nhân công trong vận hành, giảm tối đa chi phí, mang lại hiệu quả kinh tế
và sức cạnh tranh trên thị trường.
Đổi mới công tác ghi chỉ số nhằm đáp ứng được tiến độ ghi chỉ số, tính

toán hoá đơn giảm sai sót do qua nhiều công đoạn và thu tiền điện hàng tháng
2


nhanh. Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào quản lí điện năng sẽ góp
phần làm giảm chi phí về nhân công, giảm những vụ tai nạn lao động và giảm
được tổn thất, tăng giá bán bình quân.
Xuất phát từ thực tế trên, tác giả luận văn đặt vấn đề “Nghiên cứu xây
dựng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân dụng”.
2) Mục đích nghiên cứu
Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý từ xa điện
năng tiêu thụ của phụ tải dân dụng và đánh giá hiệu quả của hệ thống khi áp
dụng vào thực tế.
- Quản lý các phụ tải là khách hàng dân dụng, ghi chỉ số công tơ tự động.
- Đánh giá nhu cầu sử dụng điện của khách hàng qua việc thu thập dữ liệu
sử dụng điện của khách hàng.
3) Nhiệm vụ nghiên cứu
Khảo sát hiện trạng quản lý phụ tải dân dụng tại Công ty Điện lực Hà
Nam:
- Hiện trạng công tác ghi chỉ số công tơ cho phụ tải dân dụng.
- Các công nghệ áp dụng nhằm nâng cao quản lý phụ tải và dự báo nhu cầu
phụ tải.
4) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu áp dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực quản lý từ xa
phụ tải dân dụng:
- Các hình thức truyền dữ liệu công tơ.
- Phần mềm quản lý cho thu thập dữ liệu công tơ 1 pha từ xa.
5) Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu – triển khai, luận văn sử dụng các
phương pháp sau:

- Phương pháp truyền dữ liệu, các chương trình thí điểm.
- Phương pháp khảo sát thực tế kết hợp với điều tra, phỏng vấn nhằm lựa
chọn đối tượng đưa vào nghiên cứu - triển khai thực hiện.
3


- Phương pháp chuyên gia: nghiên cứu, phân tích, đánh giá để thực hiện
việc xây dựng các giải pháp quản lý từ xa điện năng tiêu thụ.
- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý và kỹ thuật thông qua khảo sát,
đo kiểm, ý kiến đóng góp của các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học.
6) Dự kiến những đóng góp mới
- Áp dụng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân
dụng vào thực tế.
- Góp phần hiện đại hóa ngành điện, hiện đại hóa Đất nước.
7) Kết cấu đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục tài liệu tham khảo đề
tài tập trung vào nội dung chính sau:
Chương I: Cơ sở lý thuyết và phương pháp ứng dụng công nghệ đo
đếm từ xa trong quản lý và giám sát tiêu thụ điện năng.
Chương II: Thực trạng quản lý điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân dụng.
Chương III: Xây dựng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho
phụ tải dân dụng tại Công ty Điện lực Hà Nam.

4


CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO
ĐẾM TỪ XA TRONG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG
1.1 Cơ sở lý thuyết và khái niệm đo đếm điện năng.

Định nghĩa: Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo
với đơn vị của đại lượng đo
Phân loại cách thực hiện phép đo:
Đo trực tiếp: Cách đo Mà kết quả nhận được trực tiếp từ một phép đo duy nhất
Đo gián tiếp: Cách đo Mà kết quả được suy ra từ sự phối hợp kết quả của
nhiều phép đo dùng nhiều cách đo trực tiếp
Các loại sai số của phép đo và cấp chính xác:
Sai số tuyệt đối: Hiệu số giữa giá trị đo X và giá trị thực Xth :

Sai số tương đối: số giữa sai số tuyệt đối và giá trị đo được tính bằng phần trăm
Sai số của dụng cụ đo được đặc trưng bằng sai số tương đối quy đổi
XđM là trị số định Mức của thang đo tương ứng.
Sai số phương pháp: Sai số sinh ra do sự không hoàn thiện của phương pháp
đo và sự không chính xác biểu thức lí thuyết cho ta kết quả của đại lượng đo.
Sai số thiết bị: Sai số của thiết bị đo sử dụng trong phép đo, liên quan đến cấu
trúc, tình trạng của dụng cụ đo.
Sai số chủ quan: Sai số gây ra do người sử dụng. Ví dụ như mắt kém, do cẩu
thả, do đọc lệch.
Sai số hệ thống: Thành phần sai số của phép đo luôn không đổi hay là thay
đổi có quy luật khi đo nhiều lần một đại lượng đo.
Cấp chính xác của dụng cụ đo:
delta XMax: sai số tuyệt đối lớn nhất; A khoảng thang đo trên dụng cụ đo.
5


K< 0.5 là loại dụng cụ đo có cấp chính xác cao, thường làm dụng cụ mẫu. Các
dụng cụ đo trong công nghiệp thường có cấp chính xác 1 ¸2.5
Độ nhạy của dụng cụ đo:
S=delta a/ deltaX
Delta a : độ biến thiên của chỉ thị đo.

Delta X: độ biến thiên của đại lượng cần đo.
Cơ cấu biến đổi điện cơ:
Định nghĩa: dụng cụ đo tương tự ( analog) là loại dụng cụ đo mà chỉ số của nó
là đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục.
Trong dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các chỉ thị điện cơ, trong đó
tín hiệu vào là dòng điện còn tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ thị.
Cơ cấu này thực hiện việc biến năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học
làm quay phần động một góc lệch a so với phần tĩnh.
a= fi(X) , X : Đại lượng điện
Nguyên lý làm việc của cơ cấu biến đổi điện cơ.
Khi cho dòng điện vào một cơ cầu biến đổi cơ điện do tác dụng của từ trường
quay lên phần động của cơ cấu mà sinh ra một mô men quay Mq.
Mq = dWđt/da ( Wđt là năng lượng điện từ trường).
Nếu ta đặt vào trục của phần động một lò xo cản thì khi phần động quay lò xo
bị xoắn lại và sinh ra một Mômen cản Mc:
Mc = K.a ( hệ số K phụ thuộc vào kích thước và vật liệu chế tạo lò xo)
Khi phần động của cơ cấu nằm ở vị trí cân bằng:
Mq = Mc suy ra a = 1/K. dWđt/da
Đây là phương trình đặc tính thang đo
Cơ cấu biến đổi kiểu điện cơ có 4 loại:
+

Cơ cấu kiểu từ điện.

+

Cơ cấu kiểu điện từ.

+

Cơ cấu kiểu điện động.

+

Cơ cấu kiểu cảm ứng.
6


+

Cơ cấu kiểu tĩnh điện.

Cơ cấu đo kiểu từ điện:
Cấu tạo: nam châm vĩnh cửu (1) có độ từ cảm cao có hai má cực từ.
+

Lõi thép hình trụ (2) nhằm giảm khe hở không khí giữa hai cực nam
châm làm cho từ trường mạnh và phân bố đều.

+

Cuộn dây động (3) bằng dây đồng tiết diện nhỏ trên khung nhôm –
khung nhôm để quấn dây.

+

Lò xo (4) dùng để tạo Mômen phản kháng.

+

Trục (5)

+

Kim chỉ thị (6)

Nguyên lý làm việc: Khi có dòng điện một chiều cần đo chạy vào cuộn dây
động, từ trường của nó sẽ tác dụng với từ trường của nam châm vĩnh cửu, tạo
nên lực FI tác dụng lên hai cạnh cuộn dây động và gây ra Mômen quay Mq:
Mq =FI.*D = BLWI .D = Kq .I
Mối quan hệ giữa góc lệch a kim chỉ thị và dòng điện cần đo:
a = S.I
trong đó S là độ nhạy của cơ cấu đo.
Đặc điểm và ứng dụng:
Ưu điểm:
- Có độ chính xác cao vì các phần tử cơ cấu có độ ổn định cao, từ
trường cực từ mạnh nên ít bị ảnh hưởng của từ trường ngoài và công
suất tiêu thụ nhỏ.
- Thang đo chia độ đều.
- Độ nhạy lớn nên đo được các dòng một chiều rất nhỏ.
Nhược điểm:
- Chỉ đo được dòng một chiều vì góc lệch a tỉ lệ bậc nhất với dòng điện.
- Tiết diện cuộn dây động nhỏ, nên khả năng quá tải kém.
- Cấu tạo phức tạp, hư hỏng khó sửa chữa.
Ứng dụng:
7


- Chế tạo để đo dòng điện và điện áp một chiều: vôn kế, ăm pe kế.
- Đo các dòng, áp trị số nhỏ như: điện kế, Miliămpekế, Milivolkế.

- Đo điện trở : Ôm mét, Mêgômét.
- Chế tạo đồng hồ vạn năng.
Cơ cấu đo kiểu điện từ:
Cấu tạo: cơ cấu gồm 2 loại chính: kiểu cuộn dây phẳng và kiểu cuộn dây tròn
Ta xét cơ cấu kiểu cuộn dây phẳng .


Cuộn dây phẳng ở phần tĩnh (1).



Lõi thép (2).



Lá sắt từ mềm (3) là phần động, nằm trong lòng cuộn dây phần tĩnh.



Bộ phận cản dịu (4).

Hình 1.1.1
Nguyên lý làm việc:
Khi cho dòng điện cần đo I vào cuộn dây 1, lá sắt từ 3 sẽ bị đẩy làm kim quay
đi Một góc a. Trong cuộn dây được tích lũy năng lượng từ trường:
WM = LI2 /2
L: Điện cảm của cuộn dây.
Mối quan hệ giữa góc lệch của kim chỉ thị a với dòng điện cấn đo I:
a = SI2
S: độ nhạy của cơ cấu đo.

Ưu điểm :
8


- Đo được dòng xoay chiều và một chiều.
- Khả năng quá tải lớn do tiết diện dây quấn lớn, đo được dòng và áp lớn.
- Cấu tạo đơn giản
Nhược điểm :
- Từ trường bản thân yếu, bị ảnh hưởng của từ trường ngoài. Do tổn hao phu
cô và từ trễ, nên độ chính xác không cao, độ nhạy thấp.
- Thang đo chia độ không đều.
Ứng dụng: Chế tạo các ampe kế và vôn kế một chiều và xoay chiều.
Cơ cấu đo điện động:
Cấu tạo:
- Phần tĩnh là cuộn dây (1 ) gồm hai nữa cuộn dây đặt cạnh nhau để tạo ra
khoảng không gian có từ trường tương đối đều, quấn dây tiết diện lớn.
- Phần động là cuộn dây (2 ) có tiết diện nhỏ đặt trong lòng cuộn dây tĩnh.
Ngoài ra còn có lò xo và bộ phận cản dịu.
Nguyên lý làm việc.
Dòng điện cần đo được đưa vào cuộn dây 1( I1) và 2 (I2) tạo nên 2 từ trường
đẩy nhau, gây nên Mômen quay. Năng lượng từ trường tích lũy trong 2 cuộn
dây:
WM = L1I12/2 +L2I22/2 + MI1.I2
L1,L2 : điện cảm của hai cuộn dây;
M: hỗ cảm giữa hai cuộn dây.
Mối quan hệ giữa góc lệch kim chỉ thị a với 2 dòng điện cần đo:
a = S. I1 I2
trong đó S là độ nhạy của cơ cấu đo
Nếu I1= I2 =I suy ra a =S I2
Ưu điểm :

- Không có lõi thép nên không có tổn hao sắt từ, nên độ chính xác cao,
chế tạo dụng cụ đo với cấp chính xác đến 0.05.
- Đo được dòng Một chiều và xoay chiều.
9


Nhược điểm :
- Cuộn dây (2) có tiết diện nhỏ, nên khả năng quá tải kém.
- Cấu tạo phức tạp.
- Từ trường của cơ cấu đo bị ảnh hưởng bởi từ trường ngoài.
Ứng dụng:
- Chế tạo vôn kế, ampe kế một chiều và xoay chiều và chế tạo dụng cụ
đo công suất (oát kế) là chủ yếu.
Cơ cấu đo cảm ứng:
Cấu tạo:
- Phần tĩnh gồm cuộn dây (2) và cuộn dây (3)
Cuộn điện áp (2) có số vòng nhiều, tiết diện nhỏ.
Cuộn dòng điện (3) có tiết diện lớn, quấn ít vòng.
-

Phần động gồm đĩa nhôm (1) gắn với trục (4)

Hình 1.1.2 Nguyên lý làm việc
Cho dòng điện I1 và I2 vào hai cuộn dây (2) và (3) sinh ra từ thông fi1 và
fi2 lệch nhau góc y . Mômen làm cho đĩa nhôm quay: Mq = Cfi.fi1.fi2 siny
Hai cuộn dây phần tĩnh lần lượt đo dòng I và điện áp U cho nên:

10

fi1 ~U ; fi2 ~I ; góc lệch pha P giữa U và I ( vì U nhanh pha so với fi 1 góc 90 ,
I cùng pha với fi2 ) cho nên P = y+900
Mq = Cfi.fi1.fi2 sin xấp xỉ y KU.I.cosP = KP
Như vậy Mômen quay tỉ lệ với công suất P mà tải tiêu thụ .
Để thể hiện số vòng quay của đĩa nhôm, người ta gắn vào trục cơ cấu chỉ thị
đếm cơ khí. Lượng điện năng tiêu thụ A trong khoảng thời gian dt:
A = P. dt= C.N (N : số vòng quay của đĩa nhôm)
Đặc điểm và ứng dụng:
- Điều kiện để Mômen quay là phải có hai từ trường.
- Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện.
- Chỉ làm việc trong mạch điện xoay chiều.
Ứng dụng: Chế tạo công tơ đo điện năng.
Đo dòng điện và đo điện áp
Đo dòng điện
Đo dòng điện bằng cách mắc ampe kế nối tiếp với phụ tải có dòng điện
cần đo chạy qua. Điện trở trong của ampe kế càng nhỏ càng tốt.
Để mở rộng thang đo một chiều, người ta dùng điện trở sơn (shunt)
Rs nối song song với cơ cấu đo.
Ta có I = IS+IA
K = I/IA = RA /RS + 1
K: hệ số Mở rộng thang đo.
Thay đổi RS ta được các hệ số mở rộng thang đo khác nhau:
RA /RS = 9;99; 999 suy ra K = 10;100;1000;...
Dòng đi qua cơ cấu đó chỉ bằng 1/10; 1/100;1/1000; .. với dòng cần đo.
Đo dòng xoay chiều dùng các ampemét điện từ hay điện động.
Với dòng xoay chiều ta dùng máy biến dòng để mở rộng thang đo.
Ampemét điện từ mở rộng thang đo bằng cách chia cuộn dây tĩnh ra nhiều
đoạn bằng nhau và tuỳ thuộc việc mắc nối tiếp hay song song.
11

Khi cần đo dòng xoay chiều bằng dụng cụ đo từ điện người ta phải chỉnh lưu
dòng xoay chiều thành một chiều.

Hình 1.1.3
Đo điện áp:
Đo điện áp người ta dùng vôn kế mắc song song với mạch điện có điện
áp cần đo.
Để kết quả đo chính xác thì điện trở vôn kế càng lớn càng tốt.
Để mở rộng thang đo bằng cách mắc thêm điện trở phụ nối tiếp với vôn kế.
Gọi k= U/UV : hệ số mở rộng thang đo.
k = U/UV = 1+Rp/Rv
Thay đổi Rp có thể đạt được các giá trị k khác nhau
Khi đo điện áp U lớn để mở rộng thang đo người ta dùng máy biến áp điện áp.
Đo công suất:
Dụng cụ đo công suất là Oát kế (oát Mét), đơn vị của công suất là Oát (W).
Đo công suất trong mạch điện SIN một pha
Oát Mét hay dụng cụ đo công suất thường chế tạo theo cơ cấu kiểu điện động
Nguyên lý hoạt động:
- Cuộn tĩnh 1 mắc nối tiếp với phụ tải và gọi là cuộn dòng, có điện trở rất nhỏ
nên thường quấn ít vòng bằng dây cỡ lớn.
- Cuộn 2 ở phần động dùng làm cuộn áp, nối song song với phụ tải cần đo.
Cuộn dây 2 điện trở rất lớn nên người ta nối thêm một điện trở phụ Rp.
Mômen quay tức thời của cuộn dây 2 phần động: Mq=kg II IU

12


Dòng điện qua cuộn dây tĩnh 1 là dòng điện phụ tải Ipt=II, còn dòng qua cuộn
dây động 2: II =Ipt; IU =U/(R2+Rp) suy ra IU~U suy ra Mq ~ Ppt = UI cosP

Như vậy Mq của oát mét tỉ lệ với công suất tác dụng của phụ tải nên được
dùng để đo công suất mạch xoay chiều và cả một chiều.
Đo công suất mạch điện 3 pha
+ Khi mạch ba pha bốn dây đối xứng, thì chỉ cần dùng một oát kế đo
công suất 1 pha rồi nhân 3 : P3p= 3.P1p
+ Nếu là mạch 3 pha 4 dây không đối xứng thì phải dùng 3 oátmét đo rồi
cộng kết quả lại. P3p=PA+PB+PC
+ Khi mạch ba pha không có dây trung tính phụ tải bất kỳ, người ta dùng
2 oát kế để đo công suất: P3p=P1+P2
Chứng minh:
Công suất tức thời của mạch ba pha: p3p= uAiA+uBiB+uCiC (1)
Ta có: iA+iB+iC=0 suy ra iC= - ( iA+iB) (2)
Từ (1) và (2) ta có:
p3p = iA (uA-uC)+iB (uB-uC) = iAuAC+iBuBC = p1+p2
Người ta đã chế tạo loại oát kế 3 pha hai phần tử, cách mắc sơ đồ đo tương tự
như cách dùng 2 oát kế một pha.
Đo điện trở:
Đo gián tiếp
Để đo điện trở ta dùng Ampe kế đo dòng điện I và vônkế đo điện áp U.
Điện trở cần đo: Rx = U/I
Ta có Rx +RA = U/I, điện trở ampekế gây sai số phép đo.
Ta có: I = U/Rx + U/Rv suy ra Rx = 1/ (I/U –1/Rv)
Điện trở vôn kế gây nên sai số phép đo, dùng để đo điện trở có giá trị nhỏ
Đo bằng Ôm kế

13


Hình 1.1.4
Ôm kế dùng để đo các điện trở có giá trị nhỏ.

Cấu tạo:
- Nguồn pin E.
- Cơ cấu chỉ thị kiểu từ điện Rcc
- Rbt - điện trở dùng để điều chỉnh vị trí không.
- Rx - điện trở cần đo.
Khi nối Rx cần đo vào mạch, dòng điện đi qua cơ cấu đo I:
I = E/( Rbt + Rx)
E và Rbt không đổi thì I phụ thuộc Rx, đọc được I ta suy ra điện trở Rx
Trên thang đo khắc độ theo đơn vị điện trở tương ứng với dòng điện I
Sau Một thời gian sử dụng E của pin giảm, nên trước khi đo cần ngắn mạch 1,
2 để chỉnh kim về vị trí 0, sau đó mới bắt đầu đo.
Mêgômét ( lôgômét từ điện)
Dùng để đo điện trở lớn như điện trở cách điện.
Phần tĩnh là một nam châm vĩnh cửu có lõi thép .
Phần động gồm hai khung dây 1 có điện trở R1, khung dây 2 có điện trở R2
Nguồn cung cấp có điện áp từ 500 – 1000V do máy phát điện 1 chiều quay
tay tạo ra.
Điện trở phụ dùng để điều chỉnh Rp1 Mắc nối tiếp với điện trở R1 , Rp2Mắc nối tiếp với điện trở R2, điện trở cần đo RxMắc nối tiếp với điện trở Rp1

14


Dòng điện qua 2 khung dây:
I1 =U/(R1+Rp1 +Rx); I2 =U/(R2+Rp2);
Góc quay a của Mêgômét tỷ lệ với tỷ số của hai dòng:
a =fi(I1/I2) =fi[(R2+Rp2)/ (R1+Rp1 +Rx)]
Do R1, Rp1 R2, Rp2 không thay đổi, nên a = fi(Rx)
Cầu đo điện trở
Điện trở cần đo là Rx là Một nhánh của cầu, các điện trở R1, R2, R3 có thể
điều chỉnh được. Điều chỉnh các điện trở R1, R2, R3 cho điện kế G chỉ không,

cầu đã cân bằng:
Rx/R2 = R3/R1 suy ra Rx =R2. R3/R1
Đo lường số
Nguyên lý của chỉ thị số
Đại lượng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung (BĐX). Số xung được
được đưa vào bộ Mã hóa (MH) cơ số 2 sau đó đến bộ giải Mã (GM) và đưa ra
bộ hiện số.

Hình 1.1.5
Thiết bị hiện số
Có nhiều loại thiết bị hiện số quang học khác nhau nhưng dùng phổ
biến nhất là bộ hiện số bằng ghép 7 thanh và loại tinh thể lỏng. Điốt phát
quang là chất bán dẫn phát sáng khi đặt vào điện áp Một chiều, còn tinh thể
lỏng dưới tác dụng của điện áp sẽ chuyển pha từ trạng thái trong suốt sang
trạng thái Mờ và ta có thể nhìn thấy mầu sắc ở nền đằng sau.
Tinh thể lỏng tiêu thụ công suất rất nhỏ (0,1mA một thanh) còn điốt
phát quang là 10mA.
Các thiết bị kỹ thuật sử dụng mã cơ số 2. Để đọc thông tin đo thể hiện
ra bên ngoài ta biến đổi mã cơ số 2 thành mã cơ số 10.
15


Hình 1.1.6
Thiết bị làm nhiệm vụ này là bộ giải mã.
Người ta sử dụng 7 vạch từ a đến g. Nếu tất cả các vạch đều sáng ta
nhận được số 8.
Bộ giải mã 7 vạch được chế tạo dưới dạng vi Mạch kiểu SN 74247 có
các đầu ra hở cực góp.
Dùng để điều khiển bộ chỉ thị LED có chung anốt +5V.
Để đảm bảo dòng anốt mong muốn cần thêm 7 điện trở bên ngoài.

Các bộ giải mã nhị thập phân 7 vạch được chế tạo kết hợp với khối hiển
thị dưới dạng vi mạch . Trong vi mạch bố trí các bộ nhớ đệm lưu trữ các biến vào
Bộ chỉ thị số gồm nhiều chữ số. Hoạt động của bộ chỉ thị là nối tiếp chứ
không phải song song với việc sử dụng cách nối ma trận và chế độ dồn kênh
có thể rút gọn đáng kể số dây nối.
Đây chính là cơ sở cho các loại công tơ điện tử có khả năng lưu trữ dữ
liệu và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

16


1.2 Cơ sở lý thuyết quản lý điện năng tiêu thụ từ xa.
Nhằm quản lý nhu cầu tiêu thụ của phụ tải, các chương trình quản lý nhu
cầu được các nhà quản lý đưa vào áp dụng,

DSM là một ví dụ. DSM là tập

hợp các giải pháp kỹ thuật - công nghệ - kinh tế - xã hội nhằm giúp đỡ khách
hàng sử dụng điện năng có hiệu quả và tiết kiệm nhất. DSM nằm trong chương
trình tổng thể quản lý nguồn cung cấp (SSM) - quản lý nhu cầu sử dụng điện
năng (DSM).
Chương trình DSM bao gồm các hoạt động gián tiếp hay trực tiếp của
các khách hàng sử dụng điện (phía cầu) và quá trình đó được khuyến khích
bởi các Công ty Điện lực (phía cung cấp) với mục tiêu giảm công suất phụ tải
cực đại (công suất đỉnh) và điện năng tiêu thụ của hệ thống.
Những hoạt động này sẽ dẫn đến giảm chi phí đầu tư xây dựng nguồn,
lưới truyền tải và phân phối trong quy hoạch phát triển hệ thống điện trong
tương lai.
DSM được mong đợi để sử dụng tối ưu các nguồn lực trong khi giảm thiểu
các tác động môi trường, vốn đầu tư và thỏa mãn các yêu cầu của khách hàng.

Giảm được nhu cầu phụ tải nhờ chương trình DSM, ngành điện có thể trì
hoãn chi phí xây dựng các nhà máy điện mới, mở rộng lưới truyền tải và phân phối
điện, vận hành và bảo dưỡng hệ thống cũng như chi phí mua nhiên liệu cho các nhà
máy. Đầu tư vào DSM sẽ giảm nguy cơ xây dựng vội vã hoặc thừa thãi các nhà
máy điện. Do đó, nguồn vốn được sử dụng một cách tối ưu và có hiệu quả.
- Các chương trình DSM sẽ giúp đỡ khách hàng tiết kiệm được một
khoản tiền đáng kể để chi phí cho các kế hoạch thiết thực khác.
- Giảm thiểu các tác động xấu tới môi trường.
- Cải thiện hiệu suất sử dụng thiết bị (cả phía cung và phía cầu).
DSM bao gồm nhiều hoạt động do chính phủ cũng như ngành điện đề
xướng nhằm khuyến khích các hộ tiêu thụ tự nguyện thay đổi cách thức tiêu
thụ của họ mà không cần đến các thỏa thuận về chất lượng dịch vụ cũng như
sự thỏa món của hộ tiêu thụ.
17


Nói chung, DSM thường được thực hiện thông qua sự kết hợp các
chương trình quản lý (như quản lý thời gian xuất hiện các tiêu dùng về điện,
quản lý phụ tải, nâng cao các công nghệ có hiệu quả về năng lượng, trợ giúp
kỹ thuật và khuyến khích tài chính), các bộ luật phạm vi quản lý của nhà nước
và các tiêu chuẩn thiết bị. Nhằm mục đích đề ra những đũi hỏi đối với các
hiệu suất năng lượng phải cải tiến trong các tòa nhà mới và đối với những
quyết định của nhà chế tạo, nhằm bán ra những trang thiết bị hoặc công nghệ
kiểm tra quản lý năng lượng với hiệu suất năng lượng cao hơn.
Các giải pháp DSM được thực hiện nhằm đạt được 6 mục tiêu cơ bản
về dạng đồ thị phụ tải được mô tả trong hình như sau:
P

P

t

t
1. Cắt giảm đỉnh

2. Lấp thấp điểm

P

P

t

t
3. Chuyển dịch phụ tải
P

4. Biện pháp bảo tồn
P

t
5. Tăng trưởng dòng điện

t
6. Biểu đồ phụ tải linh hoạt

18


* Cắt giảm đỉnh

Đây là biện pháp khá thông dụng để giảm phụ tải đỉnh trong các giờ
cao điểm của hệ thống điện nhằm giảm nhu cầu gia tăng công suất phát và tổn
thất điện năng. Có thể điều khiển dùng điện của khách hàng để giảm đỉnh
bằng các tín hiệu từ xa hoặc trực tiếp từ hộ tiêu thụ. Ngoài ra bằng chính sách
giá điện cũng có thể đạt được mục tiêu này. Tuy nhiên khi áp dụng biện pháp
này của khách hàng thường được thỏa thuận hoặc được thông báo trước để
tránh những thiệt hại do ngừng cung cấp điện.
* Lấp thấp điểm
Đây là biện pháp truyền thống thứ hai để điều khiển dũng điện. Lấp
thấp điểm là tạo thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm. Điều này đặc biệt
hấp dẫn nếu như giá điện cho các phụ tải dưới đỉnh nhỏ hơn giá điện trung
bình. Thường áp dụng biện pháp này khi công suất thừa được sản xuất bằng
nhiên liệu rẻ tiền. Kết quả là gia tăng tổng điện năng thương phẩm nhưng
không làm tăng công suất đỉnh, tránh được hiện tượng xả nước (thủy điện)
hoặc hơi thừa (nhiệt điện). Có thể lấp thấp điểm bằng các kho nhiệt (nóng,
lạnh) xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng, nạp điện cho ắcqui, ôtô
điện…
* Chuyển dịch phụ tải
Chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm. Kết quả
là giảm được công suất đỉnh song không làm thay đổi điện năng tiêu thụ tổng.
Các ứng dụng phổ biến trong trường hợp này là các kho nhiệt, các thiết bị tích
năng lượng và thiết lập hệ thống giá điện thật hợp lý.
* Biện pháp bảo tồn
Đây là biện pháp giảm tiêu thụ cuối cùng dẫn tới giảm điện năng tiêu
thụ tổng nhờ việc nâng cao hiệu năng của các thiết bị dùng điện.
* Tăng trưởng dùng điện
Tăng thêm khách hàng mới (Chương trình điện khí hóa nông thôn là
một ví dụ) dẫn tới tăng cả công suất đỉnh và tổng điện năng tiêu thụ.
19

* Biểu đồ phụ tải linh hoạt
Biện pháp này xem độ tin cậy cung cấp điện như một biến số trong bài
toán lập kế hoạch tiêu dùng và do vậy đương nhiên có thể cắt điện khi cần
thiết. Kết quả là công suất đỉnh và cả điện năng tiêu thụ tổng có thể suy giảm.
* DSM đối với người tiêu dùng: Nhờ giảm thiểu lãng phí trong khi sử
dụng điện, người tiêu dùng sẽ phải trả tiền điện ít hơn, trong khi được cung
cấp bởi một dịch vụ tốt hơn với chất lượng điện năng tốt hơn. Nhờ tuân thủ
các qui định tối ưu trong vận hành thiết bị điện nên tuổi thọ và chất lượng của
thiết bị điện được khai thác một cách hiệu quả nhất, do vậy người tiêu dùng sẽ
tiết kiệm được chi phí cho mua sắm thiết bị thay thế.
* DSM đối với các công ty sản xuất kinh doanh điện: Nguyên tắc cơ
bản của chương trình DSM được thể hiện thông qua việc tiết kiệm lượng điện
năng tiêu thụ (kWh). Nhờ thực hiện chương trỡnh mà mang lại hiệu quả hơn
so phải đầu tư xây dựng các nhà máy điện nhằm tăng doanh số điện năng
thương phẩm (kWh).
- Chương trình DSM cụ thể góp phần tránh hoặc trì hoãn việc đầu tư
vốn để xây dựng thêm các nhà máy điện mới.
- Chương trình DSM hình thành mối quan hệ mật thiết với các cơ quan
ban ngành và công cộng.
- Chương trình DSM cung cấp các dịch vụ cho khách hàng sử dụng
điện với mức chi phí thấp nhất.
- Chương trình DSM gúp phần giảm rủi ro và cú độ linh hoạt cao. Vỡ
chương trỡnh DSM thực hiện ở qui mô nhỏ hơn nên linh hoạt hơn và tiềm năng
hơn.
- Các nguồn DSM ít bị ảnh hưởng bởi những biến động về tăng trưởng
kinh tế, giá nhiên liệu và chi phí đầu tư xây dựng các nhà máy điện hơn là phụ
thuộc thuần túy vào nguồn phía cung.
* DSM đối với quốc gia: Quốc gia sẽ tránh được một khoản đầu tư rất lớn
cho phát triển ngành điện. Ngân sách đáng lẽ phải đầu tư cho ngành điện nay

20