BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN

Trao đổi trực tuyến tại:
/>

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC THÁI NGUYÊN
KHOA ĐIỆN

BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN

Người biên soạn: ths Hoàng Thị Minh


BÀI 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ
THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN


1. Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm
của năng lượng điện.
2. Nhà máy điện.
3. Mạng lưới điện.
4. Hộ tiêu thụ.
5. Hệ thống bảo vệ.
6. Trung tâm điều độ hệ thống điện.
7. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi
thiết kế hệ thống cung cấp điện.
8. Hệ thống điện Việt Nam.


1.NGUỒN NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

thiên nhiên xung quanh ta rất

giàu nguồn năng lượng, than đá,
dầu khí, nguồn nước và nguồn nhiệt
lượng... đó là những nguồn năng
lượng vô cùng quí báu với con
người.

Điện năng là một dạng năng lượng
đặc biệt, có nhiều ưu điểm hơn rất
nhiều các dạng năng lượng khác:
- ĐN được sản xuất ra từ các nhà máy điện với công suất từ nhỏ đến lớn và rất lớn.

- ĐN không tích trữ được, quá trình sản xuất luôn gắn liền với tiêu thụ.
- ĐN có khả năng truyển tải đi xa với công suất lớn và kinh tế.
- ĐN có thể biến đổi thành rất nhiều các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao
- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh: tốc độ lan truyền, các quá trình thao tác,

điều khiển hay sự cố ...
- Ngành công nghiệp điện lực phải luôn gắn liền với các ngành kinh tế khác trong
tổng thể cơ cấu kinh tế, xã hội của một quốc gia hay đa quốc gia


TỈ LỆ ĐIỆN NĂNG PHÁT RA CỦA CÁC DẠNG NGUỒN ĐIỆN


2. NHÀ MÁY ĐIỆN
Điện năng là sản phẩm được sản suất ra từ các nhà máy điện ở dạng xoay chiều 3
pha tần số 50(60) Hz rồi đưa lên lưới.
Nguyên lý chung của sản xuất điện năng như sau:

NL sơ cấp

NL cơ học

NL điện

CÁC DẠNG NHÀ MÁY ĐIỆN HIỆN NAY ĐANG PHÁT ĐIỆN CHO LƯỚI

a- NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN:

Hơi nước áp lực cao

- Nhà máy nhiệt điện ngưng hơi
- Nhà máy nhiệt điện rút hơi
-1 Lò đốt
-2 Bao hơi

-3 Tuốc bin
-4 Máy phát điện
-5 Buồng ngưng
-6 Bơm nước bổ sung

M, 4

2

~

3
-Than
-Dầu

-khí đốt

1
6

chất thải

5

Nước bổ sung

N-íc lµm
l¹nh

A
B f=50hz
C


2. NHÀ MÁY ĐIỆN
 ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

-Nguồn nhiên liệu là than đá, khí đốt ... rât sẵn có trong tự nhiên.
-Công nghệ sản xuất điện hiện đại và có tính chất kinh điển
-Công suất huy động lớn.
NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

-Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của nhà máy không cao khoảng 50% đến 60 %
-Khối ,lượng vận chuyển nhiên liệu lớn, phải xây dựng gần nơi khai thác nhiên liệu, gần các
con sông có nguồn nước lớn.

-Khối ,lượng chất thải rắn và chất thải khí đều lớn.
-Tính linh họat vận hành không cao, phải mất từ 5 đến 6 giờ mới có thể huy động đến công
suất tối đa của nhà máy.
Tuy nhiên nhà máy nhiệt điện vẫn được coi là nguồn phát điện chủ đạo của biểu
đồ năng lượng trên toàn hệ thống. Nhìn chung NMNĐ đảm nhận khoảng (50 – 60) % năng
lượng cung cấp cho hệ thống.


2. NHÀ MÁY ĐIỆN
b. NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

3

1
5

4

2

6

-1.hồ thượng lưu; 2.Hồ hạ lưu ; 3.Đập ngăn
-4.Đường ống dẫn nước áp lực; 5. Hợp bộ tuốc bin – Máy phát
-6. Cửa xả nước sau tuốc bin


NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN HOÀ BÌNH:

2. NHÀ MÁY ĐIỆN
 ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

-Công suất nhà máy tùy thuộc vào năng lực của nguồn nước, từ 1 vài MW đến hàng trăm
và hàng ngàn MW.
-Tính linh hoạt vận hành rất cao, trong một vài phút có thể huy động hết công suất nhà
máy.
-Số lượng người quản lý vận hành không nhiều, chất thải sạch,
-Kết hợp phát điện với điều tiết thủy lợi, phát triển giao thông, du lịch ...
NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN:

- Phải ngăn sông tạo ra các hồ nước lớn trải rộng dọc theo lưu vực của con sông chính và
làm thay đổi căn bản tất cả hệ sinh thái trong vùng. Thay đổi tập quán sinh họat, lao động
và văn hóa của các quần cư trong lưu vực.
-Khai thác công suất phụ thuộc vào thủy chế của hồ chứa, thời tiết khí hậu trong năm.
-Họat động của nhà máy phụ thuộc nhiều vào các ngành liên quan và thụ động.
Tuy nhiên nếu kết hợp phát triển đồng bộ cơ cấu kinh tế xã hội và tự nhiên thì
việc xây dựng NMTĐ sẽ mang lại nhiều lợi ích to lớn cho đất nước. Nhìn chung NMTĐ
đảm nhận khoảng (20 – 30) % năng lượng cung cấp cho hệ thống.


2. NHÀ MÁY ĐIỆN
c. NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ:
Hơi nước nóng1
2
Nhiên liệu
phóng xạ

3

Hơi nước áp lực cao
5

M, 10
~

8
11

4

9

6
11
7

12

chất thải

A
B f=50hz
C

N-íc lµm
l¹nh

Nước bổ sung

Nước bổ sung

-1.Lò phản ứng; 2.Bao hơi ; 3.Hơi nước sơ cấp (không sạch)
-4.Buồng trao đổi nhiệt trung gian; 5. Hơi nước thứ cấp(sạch)
-6. Nước bổ sung 1; 7. Bộ lọc nước; 8. Tuốc bin; 9. Buồng ngưng
-10.Máy phát điện; 11. Bơm nước ; 12.Chất thải phóng xạ


2. NHÀ MÁY ĐIỆN
 ƯU ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

-Thực chất đây là một dạng đặc biệt của nhà máy nhiệt điện
-Công suất nhà máy rất lớn, công nghệ sản xuất hiện đại
-Nhiên liệu là kim loại nặng giàu năng lượng, có kích thước và khối lượng nhỏ.
NHƯỢC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ

-Đòi hỏi trình độ vận hành sản xuất điện ở mức độ cao.
-Nhiên liệu và chất thải có họat tính phóng xạ, đòi hỏi tất cả các khâu họat động của nhà
máy phải tuân thủ quy trình quy phạm kỹ thuật an toàn nghiêm ngặt.
-Việc chôn cất chất thải là bài toán khó khăn nhất và tốn kém.

Tuy nhiên để đáp ứng lượng điện năng lớn thì nhiều quốc gia vẫn phải xây
dựng nhà máy điện nguyên tử. Ở các nước phát triển trên thế giới, NMĐNT đảm nhận
khoảng (20 – 30) % năng lượng cung cấp cho hệ thống.


3. MẠNG LƯỚI ĐIỆN
Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nguồn phát sẽ được truyền tải - cung cấp - phân phối
tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện.
 Hệ thống điện bao gồm toàn bộ các khâu kể từ Nguồn phát điện - truyền tải - cung cấp phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.

hộ tiêu thụ
Nhà
máy
điện

Mạng truyền tải

Mạng

Mạng

cung
cấp

phân

hộ tiêu thụ

phối
hộ tiêu thụ

 Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các trạm biến áp
khu vực.
 Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, chỉ bao gồm có trạm biến áp và mạng phân
phối điện đến các thiết bị dùng điện trong xí nghiệp.
Mạng điện có các cấp điện áp định mức như sau:
0,23kV, 0,4kV, 0,6kV, 3kV, 6kV, 10kV, 22kV, 35kV, 110kV, 150kV, 220kV, 330kV, 500kV,
750kV...

Cấp điện áp định mức của mạng điện được chọn càng cao khì công suất truyền tải và độ
dài truyền tải càng lớn.
Cấp điện áp định mức càng cao thì vốn đầu tư xây dựng cũng như chi phí vận hành và
tính phức tạp của mạng điện cũng tăng theo.
Do đó ứng với một lượng công suất và khoảng cách truyền tải nhất định, để chọn cấp
điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải quyết bài toán so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật.
Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành, người ta đã xây dựng được đường cong giới hạn cấp
điện áp truyền tải điện kinh tế.
P( MW )
180
160
220 kV

120

154 kV
80
40

110 kV
35 kV
L(km)
0 40 60 80 120 180 200 240 280 900 1000

Đồ thị trên chỉ gợi ý một cách định tính mối qua hệ giữa điện áp truyền tải với công suất và chiều
dài truyền tải. Để tính chính xác hơn ta áp dụng các công thức tính kinh nghiệm của Đức hay Mỹ
hay Liên xô...


PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN

Mạng điện được phân loại theo nhiều cách khác nhau:
Căn cứ theo tiêu chuẩn điện áp cao, thấp và khoảng cách dẫn điện xa, gần...
 Mạng điện khu vực:
Cung cấp và phân phối điện cho một khu vực rộng lớn, với bán kính hoạt động từ 30km
trở lên tới (200300) km. Điện áp của mạng điện khu vực thông thường là 35kV, 110kV đến
220kV.
 Mạng điện địa phương:
Như các mạng điện công nghiệp, thành phố, nông thôn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ
trong bán kính không quá (15-30) km. Điện áp của mạng điện địa phương thông thường là
6kV, 10kV đến 35kV.

Căn cứ theo hình dáng, mạng điện có
thể phân làm hai loại
 Mạng điện hở:
Là mạng điện mà các hộ tiêu thụ được
cung cấp điện chỉ từ một phía (hình 1-5).
Mạng điện này vận hành đơn giản, dễ tính
toán nhưng mức bảo đảm cung cấp điện
thấp.

F
X

Hình 1-5. Mạng điện hở


 Mạng điện kín:
Là mạng điện mà các hộ tiêu
thụ có thể nhận điện năng ít
nhất từ hai phía (hình 1-6).

Mạng điện này tính toán khó
khăn, vận hành phức tạp nhưng
tính liên tục cung cấp điện cao.

F1

F2
X

Mạng điện kín.
Căn cứ theo công dụng mạng điện chia ra làm hai loại
 Mạng điện cung cấp:
Là mạng điện truyền tải điện năng đến các trạm phân phối và từ đó cung cấp cho các
mạng phân phối.
 Mạng điện phân phối:
Là mạng điện phân phối trực tiếp cho các hộ tiêu thụ như: Động cơ điện, máy biến áp...


 Căn cứ theo chế độ trung tính của mạng chia ra làm hai loại.
 Mạng điện ba pha trung tính cách điện với đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang còn
gọi là mạng có dòng chạm đất nhỏ - Mạng trung thế 6kV;10 kV; 35kV
 Mạng điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp: Các mạng cao áp, siêu cao áp từ 110kV
trở lên đều có trung tính trực tiếp nối đất và cá biệt có mạng 22 kV
 Dựa theo cấp điện áp mạng điện được chia làm 3 loại:
 Mạng điện hạ áp là mạng có điện áp dưới 1000V.
 Mạng điện cao áp là mạng có điện áp từ 1000V đến 220kV.
 Mạng điện siêu cao áp là mạng có điện áp trên 220kV

-

Ngoài ra người ta còn phân loại mạng điện theo cách khác
Mạng điện đường dây trên không
Mạng cáp
Mạng điện xoay chiều
Mạng điện một chiều...


4. HỘ TIÊU THỤ
Để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ ta dựa vào ba chỉ tiêu cơ
bản sau đây: Điện áp, tần số và tính liên tục cung cấp điện.
a.Điện áp
Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị điện so với điện áp định mức của thiết bị điện không
được vượt quá giới hạn cho phép. Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức được
quy định như sau:
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị động lực: [U%] =  5.
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng: [U%] =  2,5.
Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng sự cố thì độ lệch
điện áp cho phép có thể tới - 10 %Uđm.
b. Tần số
Độ lệch tần số cho phép được quy định bằng  0, 5Hz.
Để bảo đảm cho tần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải luôn
luôn cân bằng với công suất của nguồn phát. Pt.thụ = Pfát

c. Tính liên tục cung cấp điện
Tính liên tục cung cấp điện là một chỉ tiêu quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Mức
độ liên tục cung cấp điện được bảo đảm tuỳ theo tầm quan trọng và yêu cầu của hộ phụ tải.
Các hộ tiêu thụ điện được chia làm 3 loại như sau:


 Hộ loại I:

Hộ loại I có các thiết bị nếu ngừng cung cấp điện sẽ gây ra nguy hiểm đến tính mạng con
người, làm hư hỏng nặng thiết bị, rối loạn quá trình sản xuất của xí nghiệp, gây ra hàng
loạt phế phẩm, ảnh hưởng lớn về chính trị và gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân.
Ví dụ: Nhà máy luyện gang thép, hệ thống quạt gió để thông gió cho công nhân làm việc
trong các hầm lò, những buổi mít tinh quan trọng...
Vì vậy hộ loại I phải được cung cấp 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:
Hộ loại II có các thiết bị nếu ngừng cung cấp điện sẽ gây ra nhiều phế phẩm, ngừng trệ
sản xuât trong xí nghiệp, có thể có hư hỏng thiết bị nhưng ở mức độ nhẹ hơn trường hợp
trên, lãng phí lao động ...
Như vậy đối với hộ loại II nếu ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế.
Tính liên tục cung cấp điện đối với hộ loại II có thấp hơn hộ loại I. Có thể cho phép mất
điện trong một thời gian ngắn để thay thế các thiết bị hư hỏng, khôi phục cấp điện lại.
Phương án cung cấp điện cho hộ loại II có thể lấy từ một nguồn hoặc hai nguồn, 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 là những hộ còn lại không nằm trong hai loại trên. Hộ loại III có yêu cầu liên
tục cung cấp điện thấp hơn. Cho phép mất điện trong một thời gian để sửa chữa, thay thế
các thiết bị khi cần thiết. Phương án cung cấp điện cho hộ loại III có thể dùng một nguồn,
đường dây đơn (1 lộ).
Ghi chú: Việc phân chia các thiết bị điện thuộc hộ loại I, II hay III chỉ là tương đối. 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 có thể xếp vào hộ loại II ...

5. HỆ THỐNG BẢO VỆ
Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế
độ làm việc không bình thường của các phần tử. Trong phần lớn các trường hợp,
các sự cố thường kéo theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao, điện áp giảm thấp.
Các thiết bị có dòng tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị
hư hỏng. Khi điện áp giảm thấp, các phụ tải điện không thể làm việc bình thường
và tính ổn định của cá máy phát làm việc song song của cả hệ thống giảm.
Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện, tần số lệch
khỏi giới hạn cho phép, nếu để kéo dài có thể tạo nguy cơ xuất hiện sự cố.

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện khi
xuất hiện sự cố, cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ bị sự cố, cách ly nó khỏi
phần không bị hư hỏng, do đó phần còn lại duy trì được hoạt động bình thường,
đồng thời giảm được mức độ hư hại do sự cố.
Trong hệ thống điện không thể thiếu thiết bị bảo vệ, bao gồm các thiết bị
bảo vệ ngắn mạch, quá tải, chống sét vv... được nghiên cứu trong phần khí cụ
điện.


6. TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA

CẤP A

CẤP B

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ
MIỀN BẮC

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ
MIỀN NAM

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ
(TRỰC THUỘC CÁC SỞ
ĐIỆN LỰC)

TRUNG TÂM ĐIỀU
ĐỘ(TRỰC THUỘC CÁC
SỞ ĐIỆN LỰC)

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ
(TRỰC THUỘC CÁC SỞ
ĐIỆN LỰC)

TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ
(TRỰC THUỘC CÁC SỞ
ĐIỆN LỰC)

Trung tâm điều độ có nhiệm vụ ra lệnh đóng cắt hệ thống
điện theo cấp mình quản lý khi cần thay đổi công suất trong
truyền tải hoặc sửa chữa hệ thống


7. NHỮNG YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHỦ YẾU KHI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ
tiêu thụ luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi
cho phép.

Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thỏa
mãn những yêu cầu sau:

- Vốn đầu tư nhỏ.
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
- Chi phí vận hành hàng năm thấp.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
- Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa.
- Đảm bảo chất lượng điện năng, nhất là độ lệch điện áp


Nội dung chủ yếu khi thiết kế cung cấp điện
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn
phương thức cung cấp điện.
Xác định phương án cấp nguồn điện.
Xác định cấu trúc mạng.
Chọn thiết bị.
Tính toán chống sét và nối đất.
Tính chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.