Bài tập Điện và điện kỹ thuật cho người vận hành trạm và đường dây và điện dân dụng

TUYỂN TẬP TÀI LIỆU HAY, BÀI TẬP, GIÁO TRÌNH, BÀI GIẢNG, ĐỀ THI
PHỔ THÔNG, ĐẠI HỌC, SAU ĐẠI HỌC
LUẬN VĂN-KHOÁ LUẬN-TIỂU LUẬN NHIỀU LĨNH VỰC KHOA HỌC

BÀI TẬP
ĐIỆN-ĐIỆN KỸ THUẬT
TUYỂN TẬP CÁC CÂU HỎI BỒI
HUẤN CÔNG NHÂN VẬN HÀNH
TRẠM VÀ ĐƯỜNG DÂY
CÓ TRẢ LỜI CHI TIẾT

1


TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG

CÔNG NHÂN VẬN HÀNH TRẠM VÀ
ĐƯỜNG DÂY

2


PHẦN I : KỸ THUẬT ĐIỆN
1. Điện năng là gì ?
Điện năng là một dạng năng lượng có các tính chất sau :
- Dễ dàng chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác như : cơ năng, nhiệt
năng …
- Không thể dự trữ được như các dạng vật chất khác ngoại trừ các nguồn điện
một chiều như ắc quy, pin ..
- Được tạo ra bằng : sức gió, sức nước, nhiệt ( than , dầu ), năng lượng khác như
nguyên tử, năng lượng mặt trời, gas .

- Rất nguy hiểm nếu sử dụng không đúng quy định an toàn.
- Tốc độ dẫn truyền năng lượng rất nhanh .
- Đơn vị đo điện năng là lượng công suất điện sử dụng trong một khoảng thời
gian, ký hiệu là A; đơn vị đo là kWh, Wh, MWh.
2. Dòng điện là gì ? Tác dụng của dòng điện? Nêu công thức tính dòng điện ?
- Dòng điện là dòng chuyển rời có hướng của các hạt mang điện trong
điện trường.
- Chiều dòng điện theo quy ước là chiều chuyển động của các điện tích
dương .
- Các tác dụng của dòng điện:
+ Tác dụng nhiệt ( làm cho vật dẫn nóng lên )
+ Tác dụng quang ( phát sáng bóng đèn )
+ Tác dụng từ.( trong máy biến áp … )
+ Tác dụng hóa học ( dòng điện chạy qua chất điện phân )
+ Tác dụng sinh lý
3. Hiệu điện thế là gì ? Điện áp là gì , đơn vị đo ?
- Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng
cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q.
Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên q khi q di
chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q.
VM =
Trong đó:

AM ∞
q

+ VM là điện thế tại điểm M

3

+ AM ∞ là công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ
M ra vô cực
+q là độ lớn của điện tích q.
- Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả
năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến
N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện
tích q trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của q.
AMN
UMN = VM - VN =
q
Trong đó:

+ VM, VN là điện thế tại điểm M, N.
+ AMN là công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ

M đến N.
+q là độ lớn của điện tích q.
Hiệu điện thế trong hệ SI tính bằng Vôn ( V ), một Vôn là hiệu diện thế
giữa hai điểm M,N khi dịch chuyển điện tích dương 1 Culông (+1C) từ M đến
N, thực hiện công dịch chuyển là 1 Jun .
4. Điện trường , cường độ điện trường là gì ?
- Điện trường là một dạng vật chất (môi trường) bao quanh điện tích và
gắn liện với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt
trong nó
Một điện tích Q nằm tại một điêm trong không gian sẽ gây ra xung quanh
nó một điện trường. Một điện tích q nằm trong điện trường đó sẽ bị Q tác dụng
một lực điện. Ngược lại, q cũng gây ra một điện trường tác dụng lên Q một lực
trực đối.
→

M

FQq

+
→

FqQ

O

+

q

Q

- Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng
lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn

4


lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn
của q.
F
E=
q
Trong đó:

- E là cường độ điện trường tại điểm mà ta xét
- F là độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích thử.
- q là độ lớn của điện tích thử.
5. Từ trường là gì ?
- Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ
thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt
trong nó.
- Nam châm và dây dẫn mang dòng điện sinh ra trong khoảng không gian
xung quanh nó một từ trường.
- Để phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một khoảng không gian nào
đó, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt tại những vị trí bất kì trong khoảng
không gian ấy. Nếu không có tác dụng của từ trường của dòng điện hay một
nam châm thì kim nam châm nói trên luôn nằm theo hướng nam - bắc. Khi có
tác dụng của từ trường của một dòng điện hay một nam châm, kim nam châm
nói trên sẽ quay đến một vị trí cân bằng xác định; vị trí này phụ thuộc vào chỗ
đặt kim nam châm trong từ trường.
6. Phân biệt điện một chiều và điện xoay chiều hình sin ?
- Dòng điện một chiều ( lý tưởng ) : Là dòng điện có độ lớn và chiều không đổi
theo thời gian.
- Dòng điện xoay chiều ( điều hoà hình sin ) : Là dòng điện có độ lớn và chiều
thay đổi theo thời gian với một quy luật hình sin .
7. Chu kỳ dòng điện xoay chiều ( hình sin ) là gì ? Tần số dòng điện xoay
chiều ( hình sin ) là gì, đơn vị đo ?
- Chu kỳ dòng điện xoay chiều : Là thời gian giữa hai lần lặp lại liên tiếp
một trạng thái giống nhau của dòng điện.
Kí hiệu là T, đơn vị đo là giây (s).

5

- Tần số dòng điện xoay chiều : Là số chu kì dòng điện xoay chiều trong
một đơn vị thời gian (s).
Kí hiệu là f, đơn vị đo là Hez ( Hz ).. Tần số dòng điện xoay chiều ở nước
ta là 50 Hz.
Từ công thức :
1
f = ---------T
Suy ra :
1
1
T = ------- = ------ = 0,02s
F
50
8. Điện trở là gì ?
- Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của vật
mang điện.
Đơn vị đo điện trở là Ohm ( Ω )
9. Điện trở phi tuyến là gì ?
- Điện trở phi tuyến là điện trở có giá trị thay đổi theo điện áp đặt lên nó.
- Điện áp bình thường ( điện áp định mức ) R lớn.
- Điện áp tăng cao R giảm .
Điện trở phi tuyến có đặc tính VA là một đường cong.
- Công dụng : Chế tạo chống sét van .
10. Nêu công thức tính điện trở ? Giải thích ý nghĩa, đơn vị tính của mỗi đại
lượng trong công thức tính ?
1. Ở nhiệt độ nhất định, điện trở của dây dẫn đồng chất hình trụ có tiết diện S,
chiều dài l, có thể tính bằng công thức đơn giản , được thiết lập bằng thí
nghiệm:
- Công thức tính điện trở:

l
R = ρ.
S
Trong đó :
R : Điện trở, tính bằng ohm ( Ω )
ρ : là điện trở suất của dây dẫn.( Ωm )

6


l : là chiều dài của dây dẫn ( m )
S : tiết diện của dây dẫn .m2
Các chất điện môi có điện trở suất rất lớn, có thể tới 10 8 Ωm . Kim loại có
điện trở suất rất nhỏ khoảng 10-8 đến 10-6 Ωm.
Điên trở suất của vật liệu ở 200C
Vật liệu
Điện trở suất ρ ( Ωm )
Đồng
1,72.10-8
Nhôm
2,63.10-8
Sắt
10.10-8
Vàng
2,2.10-8
Bạc
1,6.10-8
Chì
20,8.10-8
Kẽm

5.92.10-8
Wonfram
5,55.10-8
Niken
8,69.10-8 mềm, 9,52.10-8 cứng
Platin
10,3.10-8
Thiếc
11,4.10-8
Thuỷ tinh
109
Sứ
1013
Hổ phách
1019

2. Tính theo định luật ohm ta có :
U
R = ------I
Trong đó :
U : Hiệu điện thế ( V )
I : Cường độ dòng điện ( A )
R : Điện trở ( Ω )
Ohm ( Ω ) là điện trở của vật dẫn đồng chất sao cho khi hai đầu vật dẫn
có hiệu điện thế không đổi 1 vôn ( V ) thì trong vật dẫn có dòng điện cường độ 1
ampe ( A ) chạy qua

7

11. Tính điện trở tương đương trong mạch nối tiếp, song song ?
- Mạch nối tiếp :
Rtđ = R1 + R2 + ….. + Rn
- Mạch song song :
1/Rtđ = 1/R1 + 1/R2 + …. + 1/Rn
12. Cho biết điện trở phụ thuộc vào nhiệt dộ ?
Bằng thí nghiệm người ta nhận thấy khi nhiệt độ tăng , điện trở của bất kì
kim loại nào cũng tăng, còn đối với chất điện phân thì hiện tượng sẽ ngược lại,
điện trở của dung dịch điện phân giảm khi nhiệt độ tăng .
Công thức biểu thị sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ :
R = R0 ( 1 + α t )
Với :
R : Điện trở vật dẫn ( Ω )
R0 : Điện trở vật dẫn ở 00C
α : Hệ số nhiệt của điện trở . 1/ 0C
t : Nhiệt độ của vật tại thởi điểm ta tính ( 0 C )
Bảng hệ số nhiệt độ của một số chất .
Hệ số nhiệt độ α ( 1/ 0C )
0,0040
0,0040
0,00657
0,0045
0,00365
0,0036
0,00428
0,00419
0,0044
0,0044
0,00392
0,00468

Vật liệu
Đồng thanh
Nhôm
Sắt
Thép
Vàng
Bạc
Chì
Kẽm
Niken
Thiếc
Platin
Wonfram

8


Hiện tượng siêu dẫn: khi nhiệt độ hạ xuống dưới một nhiệt độ T0 nào đó
điện trở của kim loại ( hay hợp kim ) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
Hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu dẫn.
13. Khi nào cần điện trở lớn, khi nào cần điện trở nhỏ ?
Những chỗ cần cách điện thì điện trở càng lớn càng tốt. Ví dụ : Sứ cách
điện, vỏ dây dẫn, ủng, găng tay, sào cách điện …
Cần điện trở nhỏ tại những chỗ tiếp xúc, mối nối, hệ thống nối đất.
14.Cảm kháng là gì ? Công thưc tính cảm kháng, đơn vị đo ?
- Khi dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây sẽ xuất hiện đại lượng xu
hướng cản trở dòng điện , đại lượng này gọi là cảm kháng.
- Công thức tính: XL = ωL, đơn vị đo là Ω.
Trong đó:

XL là cảm kháng.
- L là độ tự cảm của cuộn dây.
- ω là tần số góc. ω = 2πf với f là tần số dòng điện.

15. Dung kháng là gỉ? Các công thức tính dung kháng, đơn vị đo ?
- Dung kháng là một đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện
xoay chiều đi qua tụ điện.
- Công thức tính:
Trong đó

XC = 1/ ωC.

- XC là dung kháng.
- C là điện dung của tụ điện.
- ω là tần số góc. ω = 2πf với f là tần số dòng điện.

16. Tổng trở là gì? Công thức tính ?
Tổng trở là một đại lượng vật lý đặc trưng cho mạch điện xoay chiều, thể
hiện mối quan hệ giữa điện áp đặt lên mạch và dòng điện chay qua mạch ( sự
cản trở đối với dòng điện xoay chiều )
Ký hiệu : Z đơn ví : Ω
Ta có theo định luật ohm : Z = u/i
u : Hiệu điện thế xoay chiều đặt lên mạch. ( V )
i : Dòng điện xoay chiều chạy trong mạch ( A )
Hoặc : Z = √ R2 + ( RL - Rc )2
Trong đó :
R : Điện trở thuần .

9

RL = XL : Cảm kháng
RC = XC : Dung kháng.
17. Các dạng công suất ? Đơn vị tính từng đại lượng ? Quan hệ giữa các
công suất ?
- Công suất tác dụng P là công suất trung bình trong một chu kỳ:
Sau khi tính toán ta được: P = UIcosϕ
Đơn vị đo công suất tác dụng là W, kW, MW
Công suất tác dụng P đặc trưng cho sự biến đổi điện năng thành các dạng
năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng v.v...
- Công suất phản kháng Q đặc trưng cho cường độ quá trình trao đổi năng
lượng điện từ trường. Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không
đồng bộ, máy biến áp, trên đường dây điện và mọi nơi có từ trường.
Q = UI sin ϕ
Biểu thức tính toán:
Công suất phản kháng có thể được tính bằng tổng công suất phản kháng
của điện cảm và điện dung các nhánh trong mạch điện:
Q = QL = QC = ∑ X Ln I n2 − ∑ X Cn I n2
Trong đó: XLn, XCn, In lần lượt là cảm kháng, dung kháng, dòng điện mỗi
nhánh.
Đơn vị đo của Q là VAr, kVAr hoặc MVAr.
- Công suất biểu kiến S hay công suất toàn phần bao gồm công suất tác
dụng và công suất phản kháng, được định nghĩa dưới dạng biểu thức sau:
S = UI =

P2 + Q2

Đơn vị đo của S là VA, kVA hoặc MVA.
- Quan hệ giữa S, P, Q được mô tả bằng một tam

giác vuông, trong đó S là cạnh huyền, P và Q là hai cạnh
góc vuông. Tam giác như hình bên gọi là tam giác công
suất.
P = S cosφ
Q = S sinφ
Q
tgφ = -----

⇒ φ = arctgQ/P

P

10

S

Q

ϕ
P


18. Nêu những thiết bị cung cấp công suất tác dụng, phản kháng , Thiết bị
nào tiêu thụ công suất tác dụng, công suất phản kháng ?
- Các thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng là : Động cơ không đồng bộ, đèn
huỳnh quang , máy biến áp, cuộn kháng điện, lò hồ quang …
- Các thiết bị cung cấp công suất phản kháng : Tụ điện bù ngang, máy bù đồng
bộ, máy phát vận hành ở chế độ bù ( quá kích từ ).
Ngoài ra có thiết bị vừa cung cấp vừa tiêu thụ công suất phản kháng :
Động cơ đồng bộ, máy bù đồng bộ ..

- Các thiết bị cung cấp công suất tác dụng : Công suất tác dụng được cung cấp
từ các máy phát điện của các nhà máy điện . ( thuỷ điện, nhiệt điện, điện nguyên
tử, Diesel … )
- Các thiết bị tiêu thụ công suẩt tác dụng là các thiết bị động lực , động cơ, máy
bơm, các lò điện, lò cao, ánh sáng sinh hoạt …
19. Hệ số công suất là gì ? Ý nghĩa và cách nâng cao hệ số công suất ?
- Hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng P và công suất biểu
kiến S.
P
Cos φ = ------S
P : Công suất tác dụng .
S : Công suất biểu kiến.
- Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosϕ:
1. Máy phát điện làm việc với dòng và điện áp định mức, với Cosφ = 1 sẽ phát
ra công suất tác dụng tỉ lệ với Cosφ. Cosφ càng thấp, công suất tác dụng phát ra
càng bé và do đó không tận dụng được khả năng phát công suất tác dụng của
máy phát điện .
2. Phụ tải dùng điện yêu cầu một công suất tác dụng nhất định với điện áp U ít
biến đổi. Nếu Cosφ thay đổi, dòng điện sẽ thay đổi. Dòng điện tải tiêu thụ tỷ lệ
nghịch với Cosφ; Cosφ càng thấp, dòng điện tải tiêu thụ càng lớn. Dòng điện
tăng sẽ tăng tổn thất điện áp và điện năng trên đường dây.
3. Nếu cosφ càng thấp, tổn thất điện áp càng lớn, do đó để đảm bảo điện áp
không giảm quá nhiều ta phải tăng tiết diện dây dẫn, làm tăng vốn đầu tư xây
dựng đường dây .

11


- Một số nhật xét
+ Giảm được lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây từ đó

giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trong mạng điện.
+ Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
+ Tăng khả năng phát công suất tác dụng của các máy phát điện.
- Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ:
+ Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên: là tìm các biện pháp để các hộ
tiêu thụ điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng tiêu thụ như giảm thời
gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thường xuyên chạy
non tải bằng các động cơ hợp lý hơn...
+ Nâng cao hệ số công suất cosϕ bằng biện pháp bù công suất phản
kháng. Thực chất là đặt các thiết bị bù tại các nút trên hệ thống mà ở đó thiếu
công suất phản kháng (biểu hiện ở điện áp vận hành thấp) hoặc ở gần các hộ tiêu
thụ điện để cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu phụ tải.
20. Cách tính hệ số công suất? Công thức tính dòng điện ?
a. Cách tính hệ số công suất :
- Mạch một pha :
P
P
Từ công thức : P = U.I Cosφ → Cosφ = ------- = ---U.I
S
P
S = √ P2 + Q2 → Cosφ = --------------√ P2 + Q2
Với : P : Công suất tác dụng.
Q : Công suất phản kháng.
S : Công suất biểu kiến.
- Mạch ba pha đối xứng :
P = √3 U.I Cosφ
P
Cosφ = -------√3 U.I

12

b. Công thức tính dòng điện :
- Mạch một pha :
I = U/Z
I : Giá trị hiệu dụng của dòng điện .( A )
U : Giá trị hiệu dụng của điện áp .( V )
Z : Tổng trở (Ω )
- Mạch ba pha đối xứng :
S
I = -----√3 U
P
Hoặc : I = ---------√3 UCosφ
21. Tiết diện dây dẫn được chọn căn cứ vào những đại lượng nào ?
* Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.
I
Skt = tb
J kt
Trong đó:

Tên

- Skt là tiết diện dây dẫn (mm2)
- Itb là dòng điện trung bình qua phụ tải.
- Jkt: mật độ dòng điện kinh tế (A/mm2)
Bảng 1. Mật độ dòng điện kinh tế
Mật độ dòng kinh tế A/mm2 với thời gian sử
dụng công suất cực đại, giờ
1000 - 3000
3000 - 5000

5000 - 8760

- Thanh dẫn (góp):
Đồng
2,5
Nhôm
1,3
- Cáp điện lực cách điện
bằng giấy tầm dầu lõi:

2,1
1,1

13

1,8
1,0


đồng
nhôm

3,0
1,6

2,5
1,4

2,0
1,2

* Kiểm tra theo điều kiện phát nóng lâu dài :
Icpbt ≥ Icb = Ilvmax
Icpbt : Dòng điện cho phép bình thường. Giá trị được hiệu chỉnh
theo
nhiệt độ.
Icb : Dòng điện cưỡng bức .
Ilvmax : Dòng điện làm việc cực đại.
* Kiểm tra theo điều kiện vầng quang :
Uvq ≥ Udmht
Trong đó : Uvq : Điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng qung.
Udmht : Điện áp định mức của hệ thống
Nếu dây dẫn 3 pha bố trí trên đỉnh của tam giác đều giá trị U vq trong điều
kiện thời tiết khô ráo và sáng, áp suất không khí là 760mmHg, nhiệt độ môi
trường xung quanh 250C có thể xác định theo công thức sau:
Uvq = 84.m.r.lg a/r ( kV )
Trong đó : r : bán kính ngoài của dây dẫn.
a : Khoảng cách giữa các trực dây dẫn.
m : Hệ số xét đến độ xù xì của dây dẫn. Đối với dây một sợi,
thanh dẫn để lâu ngày trong không khí m = 0,93 - 0,98. Đối vối dây nhiều sợi
xoắn lấy m = 0,83 - 0,87
22. Tụ điện là gì, cấu tạo và đặc điểm của tụ điện ? Các công thức liên quan
đến tụ điện ?
- Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một
lớp cách điện (điện môi). Tụ điện thường dùng để tích và phóng điện trong
mạch điện, muốn tích điện cho tụ điện người ta nối hai bản cực của tụ điện với
nguồn điện, bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ
tích điện âm. Khi tụ điện được tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ
một năng lượng, đó là năng lượng điện trường.

14


- Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện
thế nhất định gọi là điện dung của tụ điện. Nó được xác định bằng thương số
giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
Q
U
- Cấu tạo : thường là loại tụ giấy ngâm dầu đặc biệt, gồm hai bản cực là
các lá nhôm dài được cách điện bằng các lớp giấy. Toàn bộ được cố định trong
một thùng được hàn kín, hai đầu bản cực được đưa ra ngoài nhờ hai sứ xuyên .
- Đặc điểm :
+ Trong tụ điện , điện tích ở các cực của tụ điện bằng nhau về giá trị
nhưng ngược nhau về dấu .
+ Tụ điện chủ yếu tích luỹ ( và giải phóng ) năng lượng điện trường .
+ Tổn hao do điện trở nhiệt ở tụ rất nhỏ .
+ Tụ điện cho dòng điện xoay chiều ( AC ) đi qua nhưng chỉ nạp và
phóng điện tích trong mạch một chiều ( DC ).
C=

23. Tính điện dung mắc nối tiếp và mắc song song , hỗn hợp .
- Điện dung của bộ tụ mắc nối tiếp: 1/Ctđ = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn
- Điện dung của bộ tụ mắc song song: Ctđ = C1 + C2 + ... Cn.
24. Nguyên lý cảm ứng điện từ là gì ?
- Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì
trong mạch kín xuất hiện sức điện động cảm ứng. Hiện tượng cảm ứng điện từ
chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín ( khung dây ) biến
thiên .
Ví dụ : Từ thông qua một diện tích giới hạn bởi khung dây ( vòng dây ):
Φ = BS Cosφ

Trong đó : Φ : Từ thông
B : Từ trường xuyên qua vòng dây.
S : Diện tích khung dây .
Φ : Là góc tạo bới véc tơ n vuông góc với khung và véc tơ B.
Từ đó :
ecư = -ΔΦ/Δt
ecư : Sức điện động cảm ứng.

15


ΔΦ : Độ biến thiên từ thông
25. Hỗ cảm là gì? Nêu tác dụng tương hỗ của 2 dây dẫn thẳng song song
mang điện ?
1. Hỗ cảm là gì :
- Hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện từ trường trong một cuộn
dây do dòng điện biến thiên trong cuộn dây khác tạo nên.
- Từ thông hỗ cảm trong cuộn dây 2 do dòng điện i1 tạo nên là:
ψ 21 = Mi1 với M là hệ số hỗ cảm giữa 2 cuộn dây.
- Khi i1 biến thiên sẽ tạo nên điện áp hỗ cảm đặt lên cuộn dây 2:
dψ 21
di
u21 =
=M 1
dt
dt
- Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn dây 1 do dòng điện i 2 biến thiên tạo
nên là:
dψ
di

u12 = 12 = M 2
dt
dt
2. Tác dụng tưng hỗ của 2 dây dẫn thẳng song song mang điện .
Lực tác dụng giữa hai thanh dãn thẳng song song mang điện thì tỷ lệ
thuận với tích các dòng điện trong các thanh dẫn và tỷ lện nghịchvới khoảng
cách giữa hai thanh. Lực tác dụng giữa các thanh dẫn sẽ là lực kéo ( hút ) nếu
các dòng trong hai thanh dẫn là cùng chiều với nhau; trường hợp ngược lại sẽ là
lực đẩy .
2I1I2
F = k --------- l
r
Trong đó :
F : Lực tác dụng tương hỗ lên một đoạn dây dài l
l : Chiều dài của đoạn dây dẫn. ( m )
I2.I2 : Cường độ dòng điện ( A )
μ μ0
Hệ số : k = -------4.π
Trong đó :
μ : Độ từ thẩm môi trường

16


μ0 : Độ từ thẩm trong chân không.
μ0 : 4π.10-7 H/m = 1,26.10-6 H/m
26. Hiện tượng tự cảm ?
- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch
điện có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến
thiên của cường độ dòng điện qua mạch.

- Khi trong mạch điện có cường độ dòng điện biến thiên thì trong mạch
xuất hiện suất điện động tự cảm. Giá trị của nó được tính theo công thức:
dψ
di
etc = −
= − L ≈ -L ∆I/∆t
dt
dt
Trong đó: - etc là suất điện động tự cảm.
- ψ là từ thông móc vòng với dây dẫn. ψ = L.i
- L là độ tự cảm của cuộn dây.
27. Công dụng của đảo pha của đường dây truyền tải điện ?
- Vì đường dây truyền tải điện có sự cảm ứng giữa các pha với nhau. Mặt
khác dây dẫn bố trí nằm ngang nên xuất hiện dung kháng giữa dây dẫn với dây
dẫn, giữa dây dẫn với mặt đất không đối xứng các thông số L, C giữa các pha, vì
vậy người ta phải đảo pha .
- Công dụng của đảo pha đường dây truyền tải cao áp là cân bằng điện
kháng và điện dung tương hỗ giữa các pha từ đó làm cân bằng điện áp giữa các
pha ở cuối đường dây tải điện và cân bằng điện dung tương hỗ giữa các pha .
28. Nguyên tác hoạt động của máy phát điện 1 chiều , xoay chiều ?
Máy phát điện một chiều :
a. Cấu tạo : Gồm một khung dây có thể quay xung quanh trực đối xứng của nó
trong từ trường đều. T Trục quay vuông góc với từ trường ).
- Một bộ góp điện gồm hai vành bán khuyên và hai chổi quét để lây điện ra
mạch ngoài.
b. Hoạt động : Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ thông qua khung
dây biến thiên điều hoà làm phát sinh khung dây một sức điện động cảm ứng
cũng biến thiên điều hoà. Dòng điện trong khung là dòng điện xoay chiều,
nhưng bố trí hai vành bán khuyên nên khi dòng điện trong khung dây đổi chiều
thì vành bán khuyên đổi chổi quét, nên ở chổi a luôn luôn có dòng điện đi qua

mạch ngoài và ở chổi quét b luôn luôn có dòng điện từ mạch ngoài đi vào. Vậy

17


chổi a chính là cực dương và chổi b chính là cực âm của máy phát điện một
chiều này. Dòng điện phát ra là dòng điện một chiều .
29. Nguyên lý tạo ra dòng điện xoay chiều ?
Cho một khung dây kim loại có diện tích giới hạn bởi khung là S, có N
vòng dây, quay quanh trục đối xứng xx ' của nó trong một từ trường đều B có
phương vuông góc với xx' . Khung quay với vận tốc ω . Giả sử lúc t = 0, pháp
tuyến n của khung trùng với phương, chiều của từ trường B. Tại thời điểm t, n
đã quay được một góc ω, lúc này từ thông qua khung dây là :
Φ = NBSCosωt
Vì từ thông qua khung dây biên thiên nên trong khung dây xuất hiện một
sức điện cảm ứng :
dΦ
e = ------ = NBSωCosωt
Dt
Hay : e = E0sinωt
Với E0 = NBSω : sứ điện động cực đại.
Như vậy, sức điện động trong khung dây biến thiên điều hoà.
Nếu nối hai đầu của khung với mạch ngoài thì trong mạch có dòng điện
biến thiên điều hoà, gọi là dòng điện xoay chiều .
30. Quan hệ dòng , áp trong mạch xoay chiều thuần trở, thuần cảm, thuần
dung R, L, C nối tiếp, song song và hiện tượng cộng hưởng ?
Mạng điện xoay chiều có u = Uosinωt.
1. thuần trở :
u
Uo

i = ---- = ---- sinωt
R
R
2. Thuần cảm :
u
Uo
i = ----- = ------ Sin(ωt +π/2)
XL
ωL

3. Thuần dung :

18


u
i = ------ = UoωCSin(ωt - π/2)
XC
4. Mạch R, L, C mắc nối tiếp :
Uo
i = ------ sin(ωt + φ)
Z
Uo
i = --------------------- Sin(ωt + φ)
1
2
√ R + ( ωL - ----- )2
ωC
ωL - 1/ωC
ωL - 1/ωC

Với tg φ = ------------ hay φ = arctg ------------R
R
5. Mạng R, L, C mắch song song :
u
1
1
1
1
i = ------ mà ---- = ----+ ----- + ----Z
Z
R
ωL 1/ωC
u = Uosin(ωt + φ)
1
1
1
→
i = Uo ( ---- + ----- + ------ ).sin(ωt + φ)
R
ωL 1/ωC
6. Hiện tượng cộng hưởng khi XL = XC :
Lúc này Z = √R2 +(XL - XC)2 = R
XL - XC
tgφ = ---------- = 0 → φ = 0
Uo
U
i = ----- sinωt
hay : I = Imax = ----R
R

19


31. Cách tạo ra hệ thống điện xoay chiều 3 pha, xoay chiều 3 pha 4 dây ?
Ba cuộn dây giống nhau ( phần ứng ) gọi là stato ( phần đứng yên ) , đặt lệch
nhau 120 độ nằm trong từ trường do nam châm điện đồng trục bên trong ( phần
quay ) hay còn gọi là rôto ( phần cảm ). Khi rôto quay từ trường do nam châm
điện sinh ra sẽ quét qua các cuộn dây stato, theo định luật cảm ứng điện từ,
trong 3 cuộn dây sinh ra sức điện động cảm ứng bằng nhau về độ lớn và lệch
nhau 120 độ ( về pha ).
Sáu đầu dây của 3 cuộn cảm đấu lại với nhau theo kiểu hình sao thì ta có
mạng xoay chiều 3 pha 4 dây kiểu hình sao.
Sáu đầu dây của 3 cuộn cảm nếu đấu với nhau theo kiểu hình tam giác thì
ta có mạng xoay chiều 3 pha 3 dây kiểu tam giác .
( hình vẽ )

Mạng xoay chiều 3 pha 4 dây là mạng trong đó 3 dây pha và 1 dây trung
tính. Điện áp dây ( U dây ) là điện áp được lấy ra từ hai dây pha. Ta có U dâyAC ,U
dâyBC , UdâyAB . Điện áp pha ( U pha ) là điện áp được lây ra từ 1 dây pha và dây
trung tính. Ta có : UAN, UBN, UCN .
( hình vẽ )
32. Quan hệ giữa điện áp pha, điện áp dây, dòng điện pha, dòng điện dây
trong mạch đấu sao, tam giác, công suất mạng xoay chiều 1 pha, 3 pha ?
1. Mạng điện hình sao :
Ud = √3Up
Id = Ip
P = 3UpIp = √3 UdIp = √3UdId
2. Mạng điện hình tam giác .
Ud = Up
Id = √3Ip

P = 3UpUp = √3UdId
33. Phân tích mạng 3 pha trung tính cách điện ( không nối đât ) ?
A

a) Tình trạng làm việc bình thường.

B
C
ICC

20

Hình 33-1

ICB

ICA


Trên hình 33-1 là sơ đồ mạng điện đơn giản gồm máy phát, đường dây và
phụ tải.
Mỗi pha của mạng điện đối với đất có một điện dung phân bố rải dọc theo
chiều dài của đường dây. Để đơn giản coi mạng điện 3 pha là đối xứng và các
điện dung C được đặt tập trung ở giữa đường dây.
Điện dung giữa các pha với nhau và dòng điện dung do chúng tạo nên
không tính đến vì chúng không ảnh hưởng đến tình trạng làm việc của điểm
trung tính.
UA
- Đồ thị véc tơ của điện áp và dòng điện ở trạng
thái làm việc bình thường (hình 33-2):

ICB
ICA
Trong chế độ làm việc bình thường điện áp giữa
các pha đối với đất đối xứng và có trị số bằng điện U
ICC
UB
C
áp pha. Tổng hình học các dòng điện điện dung của
Hình 33-2
3 pha bằng không và không có dòng điện chạy
trong đất:
&
&
I&
I& = I& + I& + I& = 0
CA = I CB = I CC ;
C∑

U& A = U& B = U& C = U& f ;

CA

CB

CC

U&'0 = U&A + U&B + U&C = 0

b) Khi có một pha chạm đất.

Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất có pha C chạm đất trực
tiếp (hình 33-3).
- Giả sử khi pha C chạm đất trực tiếp,
điện áp của pha C đối với đất bằng không
U'C = 0, điện áp hai pha còn lại dịch chuyển
I’CB
đi một véctơ (-U'C) tức là coi tại chỗ chạm
đất đặt thêm một điện áp (-U'C):
Hình 33-3
U&' = U& - U& = U&
A

A

C

A
B
C
I’CA

AC

U& 'B = U& B − U& C = U& BC
U&'C = U&C - U&C = 0

U’A

U& ' AB = U& ' A − U& 'B = U& AB
-I’CΣ

Dấu “,” phía trên biểu thị cho chế độ
chạm đất.

I’CA
UC

21

UA
I’CB

U’AB
0’

0
ICC

Hình 33-4

U’B
UB


Đồ thị véc tơ của điện áp và dòng điện khi pha C chạm đất (hình 33-4).
Từ đồ thị véc tơ ta thấy:
+ Điện áp hai pha không sự cố tăng lên

3 lần:

U ' A = U 'B = 3U A
+ Nên giá trị dòng điện dung của hai pha không sự cố tăng lên

3 lần so

với khi chưa chạm đất:
I 'CB = 3I CB ;

I 'CA = 3I CA ;

Dòng điện dung của pha chạm đất bằng không: I'CC = 0.
- Dòng điện dung tại chỗ chạm đất:
U d .L
350

(A)

U d .L
10

(A)

+ Đường dây trên không:

I 'C ∑ =

+ Đường dây cáp:

I 'C å =

Trong đó:
+ Ud: điện áp dây, (kV).
+ L: chiều dài tổng các đường dây có nối điện với nhau, km.
* Nhận xét:
- Khi một pha chạm đất trong hệ thống có trung tính cách điện với đất:
+ Điện áp dây không thay đổi về trị số và lệch nhau một góc 120 0, việc
cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ đấu vào điện áp dây không bị ảnh hưởng và
vẫn làm việc bình thường.
+ Điện áp của pha chạm đất bằng không, điện áp của hai pha còn lại tăng
lên

3 lần và bằng điện áp dây.
+ Điện áp của điểm trung tính tăng từ không đến điện áp pha.
+ Dòng điện điện dung của các pha chạm đất tăng

3 lần, còn dòng điện
dung tại chỗ chạm đất tăng lên 3 lần so với dòng điện dung một pha trước khi
chạm đất.
- Vì điện áp dây không thay đổi và dòng điện dung chạm đất rất nhỏ so với
dòng điện phụ tải nên mạng điện vẫn làm việc bình thường khi chạm đất một
pha. Tuy vậy, đối với các mạng điện này không cho phép làm việc lâu dài khi
một pha chạm đất vì lý do sau:
+ Khi chạm đất một pha, điện áp hai pha còn lại tăng

3 lần, những chỗ
cách điện yếu có thể bị chọc thủng và dẫn đến ngắn mạch giữa các pha.

22

Khắc phục nhược điểm: cách điện pha của mạng điện và các thiết bị điện
trong mạng phải thiết kế theo điện áp dây, nhưng giá thành của thiết bị tăng lên.
+ Dòng điện dung sẽ sinh hồ quang, có thể đốt cháy cách điện tại chỗ chạm
đất và dẫn đến ngắn mạch giữa các pha.
+ Với một trị số dòng điện điện dung nhất định, hồ quang có thể cháy chập
chờn. Vì mạng điện là một mạch vòng dao động (R-L-C), hiện tượng cháy chập
chờn đó sẽ dẫn đến quá điện áp, có thể tới (2,5÷3) lần điện áp định mức. Do đó,
cách điện các pha không chạm đất dễ bị chọc thủng, dẫn đến ngắn mạch giữa
các pha, mặc dù cách điện đã được chế tạo theo điện áp dây.
34. Phân tích mạng 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dấp hồ quang ?
Như ở trên đã phân tích, trong
A
mạng 3 pha trung tính cách điện với
B
đất, khi xảy ra chạm đất một pha dòng
C
điện dung sẽ sinh hồ quang có thể đốt
I
ICΣ
IL
L
cháy cách điện tại chỗ chạm đất và
ICC
ICB
ICA
dẫn đến ngắn mạch giữa các pha. Biện
Hình 34-1
pháp khắc phục là giảm cưỡng bức
dòng điện chạm đất tới trị số mà hồ quang không thể tự duy trì được bằng cách
nối trung tính của mạng qua cuộn dập hồ quang (hình 34-1).

Cuộn dập hồ quang là cuộn cảm có lõi thép, đặt trong một thùng chứa dầu
máy biến áp. Điện kháng của cuộn dập hồ quang được điểu chỉnh bằng cách
thay đổi số vòng dây hoặc khe hở của lõi thép.
- Trong chế độ làm việc bình thường giống trường hợp trung tính cách điện
đối với đất: điện áp đặt lên cuộn dập hồ quang và dòng điện điện dung chạy
trong cuộn dập hồ quang bằng không.
- Khi chạm đất một pha (pha C): điện áp trên
UC
cuộn dập hồ quang tăng lên bằng điện áp pha, trong
cuộn dập hồ quang xuất hiện dòng điện điện cảm I L
I’CΣ
IL
0
(chậm sau điện áp điểm trung tính 90 ).
Hình 34-2
Kết quả tại chỗ chạm đất có dòng điện điện dung
I’CΣ và dòng điện điện cảm IL ngược pha nhau (Hình 4-2) hay IL làm giảm dòng

23


IC. Nếu điều chỉnh điện kháng của cuộn dập hồ quang thích hợp, dòng điện tại
chỗ chạm đất bằng không.
* Nhận xét:
- Trong thực tế vận hành phải đóng cắt đường dây làm dòng điện điện dung
I’C∑ thay đổi, nên khó thực hiện được IL = I’C∑.
Mặt khác, phải điều chỉnh sao cho: ∆I = IL- I’C∑, để cung cấp cho rơle tác
động báo tín hiệu chạm đất cho nhân viên trực vận hành biết kịp thời sử lý và sửa
chữa.
- Nếu mạng điện làm việc với toàn bộ đường dây mà hiệu chỉnh cuộn dập hồ

quang sao cho I’C∑ > IL, tức là bù thiếu. Khi có một số đường dây bị cắt đi thì
∆I giảm đi, không đảm bảo cho rơle tác động nên có thể không nhận biết
được tình trạng chạm đất một pha trong mạng.
- Nếu chọn xL của cuộn dập hồ quang sao cho khi tất cả đường dây làm việc có
IL > I’C∑, tức là bù thừa. Khi có một số đường dây bị cắt sẽ làm tăng giá trị ∆I,
càng làm cho rơ le dễ tác động, dễ dàng phát hiện có chạm đất một pha.
Tóm lại, trong lưới điện ba pha có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ
quang, cần phải bù thừa IL > I’C∑
35. Phân tích mạng 3 pha trung tính trực tiếp nối đât ?
- Các mạng có điện áp từ 110kV trở
A
lên đều có trung tính trực tiếp nối đất vì:
B
+ Dòng điện dung của mạng rất lớn
C
do điện áp cao và chiều dài đường dây
IN
lớn.
+ Mạng trung tính trực tiếp nối đất, cách
Hình 35-1
Điện cực nối đất
điện chỉ cần thiết kế theo điện áp pha: vì
ở bất kỳ chế độ bình thường hay chạm đất, điện áp các dây dẫn đều không vượt
quá điện áp pha. Như vậy chi phí đầu tư cho cách điện sẽ giảm đi rất nhiều.
- Nhược điểm của mạng điện 3 pha trung tính trực tiếp nối đất:
+ Khi có chạm đất một pha (ngắn mạch 1 pha): dòng điện ngắn mạch rất
lớn, rơle sẽ tác động cắt nhanh đường dây bị sự cố, ảnh hưởng tới tính liên tục
cung cấp điện.

24

Để nâng cao hiệu quả làm việc của mạng điện, nên dùng thiết bị tự động
đóng lặp lại để tự động đóng lại các đường dây đã bị cắt khi sự cố, vì phần lớn
các sự cố chạm đất 1 pha có tính chất thoáng qua.
+ Dòng điện chạm đất một pha lớn, nên thiết bị nối đất phức tạp và đắt
tiền.
+ Dòng chạm đất một pha có thể lớn hơn dòng ngắn mạch ba pha. Để hạn
chế nó phải tăng điện kháng thứ tự không bằng cách không nối đất trung điểm
một vài máy biến áp của hệ thống hay nối đất trung tính qua điện kháng nhỏ.
- Mạng điện ba pha điện áp > 1000V trung tính nối đất trực tiếp hay qua
kháng điện nhỏ gọi là mạng điện có dòng điện chạm đất lớn.
- Mạng điện ba pha điện áp < 500V (380/220V hay 220/127V): làm việc
với trung tính trực tiếp nối đất không phải vì nguyên nhân tiết kiệm cách điện
(cách điện của mạng này rất rẻ), mà xuất phát từ an toàn cho người.
Đây là mạng điện sinh hoạt, xác suất người chạm phải điện tương đối lớn.
Nếu trung tính của mạng cách điện với đất, khi một pha chạm đất tình trạng này
kéo dài, người chạm phải dây dẫn pha khác, sẽ phải chịu điện áp dây rất nguy
hiểm. Mặt khác, cần phải có dây trung tính để sử dụng được điện áp pha.
36. Tại sao trong hệ thông điện áp từ trung áp trở lên người ta chỉ truyền tải
3 dây pha ( không có dây trung tính ) ?
Xung quanh dây dẫn điện sẽ tạo ra một điện trường lớn, điện trường này
sẽ móc vòng trên dây trung tính xẩy ra hiện tượng cảm ứng điện từ và tạo ra
một dòng điện trên dây trung tính. Với cấp điện áp này sẽ làm tổn thất điện năng
lớn .
Trên đường dây truyền tải sự mất cân đối giữa các pha rất nhỏ, nên dòng
trong dây trung tính ( nếu có ) sẽ rất nhỏ .
Ở máy phát điện và trạm biến áp người ta thiết kế trung tính có nối đất có
thể hiểu rằng đất là dây trung tính cho hệ thống truyền tải .
37. Khái niệm về sản xuất điện năng, truyền tải và phân phối ?

Sản xuất điện năng là quá trình chuyển hoá từ năng lượng sơ cấp ( gồm
nhiệt, sức nước, gió, năng lượng nguyên tử … ) thành điện năng.

25