Đánh giá chất lượng điện năng lưới điện huyện xuân trường tỉnh nam định và các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VŨ TƯ KHOA

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN
HUYỆN XUÂN TRƯỜNG TỈNH NAM ĐỊNH VÀ CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐÀO QUANG THẠCH

Hà Nội – 2014.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 4
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 9
CHƯƠNG 1 .......................................................................................................... 11
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI – CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI ......................................................................................................... 11
1.1

Đặc điểm chung ......................................................................................... 11

1.1. Đặc điểm công nghệ của lưới điện phân phối .................................................. 11
1.1.1. Lưới phân phối điện trung áp ....................................................................... 11
1.1.1.1 Lưới phân phối điện ba pha ba dây (3p3) ..................................... 11
1.1.1.2 Lưới phân phối điện ba pha bốn dây (3p3) ................................... 13
1.1.2 Lưới phân phối điện hạ áp ...................................................................... 17
1.2

Những yêu cầu của lưới phân phối ......................................................... 18

1.3

Chất lượng điện năng, chất lượng điện áp.............................................. 20

1.4

Tổng quan về chất lượng điện năng ........................................................ 22

1.4.1 Quá độ ...................................................................................................... 22
1.4.2 Độ lệch điện áp thời gian dài ................................................................... 24
1.4.3 Độ lệch điện áp thời gian ngắn ................................................................ 25
1.4.4 Mất cân bằng điện áp .............................................................................. 28
1.4.5 Độ méo dạng sóng .................................................................................... 29
1.4.6 Dao động điện áp ..................................................................................... 32
1.4.7 Độ lệch tần số ........................................................................................... 32
1.5

Tiêu chuẩn điện áp................................................................................... 33

1.5.1 Độ lệch điện áp ΔU ................................................................................... 33

1.5.2 Dao động điện áp dU ............................................................................... 34

1


1.5.3 Độ không đối xứng K2 .............................................................................. 35
1.5.4 Độ không hình sin Kks .............................................................................. 36
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 38
CÁC BIỆN PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ NÂNG CAO .......................... 38
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG ............................................................................ 38
2.1. Sụt giảm điện áp và mất điện áp .................................................................. 38
2.1.1. Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp ...................................................... 38
2.1.1.1. Ảnh hưởng của thiết bị với sự sụt giảm điện áp ............................. 39
2.1.1.2.Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối. ................................... 40
2.1.2. Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp ............................................ 40
2.2 Các phương pháp điều chỉnh điện áp .......................................................... 43
2.2.1. Mục đích điều chỉnh điện áp ..................................................................... 43
2.1.2. Phương thức điều chỉnh điện áp ............................................................... 44
2.3. Điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối ..................................................... 48
2.3.1. Độ lệch điện áp trên cực thiết bị dùng điện .............................................. 48
2.2.2. Đánh giá chất lượng điện áp trong lưới hạ áp .......................................... 49
2.3.3. Diễn biến điện áp trong lưới điện .............................................................. 53
2.4. Phương thức điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối ............................... 54
2.4.1.Phương thức chung ..................................................................................... 55
2.4.2.Tiêu chuẩn điều chỉnh điện áp ................................................................... 55
2.4.3.Điều chỉnh điện áp ở máy biến áp trung gian............................................ 56
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 65
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN TRUNG ÁP
VÀ CHỌN GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC. ............................................................. 65
3.1. Lưới điện Huyện Xuân Trường ................................................................... 65

3.2. Tính toán đánh giá chất lượng điện áp cho đường dây điện : .................... 65
3.2.1. Sơ đồ lưới phân phối .................................................................................. 68
3.2.2. Thông số lưới phân phối ............................................................................ 69

2


3.2.3. Tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất khi chưa có tụ bù trên
lưới ....................................................................................................................... 76
3.2.4. Tính toán điện áp các nút và tổn thất công suất sau khi đặt tụ bù. ........ 78
3.2.4.1. Đặt bộ tụ 1100KVAr tại nút 60. ................................................. 78
3.2.4.2. Đặt 2 bộ tụ 1100KVAr tại 2 nút 48 và nút 60. ........................... 80
3.2.5. Kết luận ...................................................................................................... 83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 85

3


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là nghiên
cứu của riêng cá nhân tôi, các kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa
được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào. Có tham khảo một số tài liệu và bài báo
của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin chịu hoàn toàn trách
nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.

Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn

Vũ Tư Khoa

4


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CLĐA

: Chất lượng điện áp

LPPTA

: Lưới phân phối trung áp

LPPHA

: Lưới phân phối hạ áp

CSTD

: Công suất tác dụng

CSPK

: Công suất phản kháng

DD

: Dây dẫn

ĐDK

: Đường dây trên không

HTĐ

: Hệ thống điện

MHĐHH

: Mô hình điện hình học

TBA

: Trạm biến áp

TTK

: Thành phần thứ tự không

TTT

: Thành phần thứ tự thuận

TTN

: Thành phần thứ tự nghịch

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây ............................................................ 12
Hình 1.2: Lưới điện khi chạm đất 1 pha ................................................................. 13
Hình 1.3: Lưới điện 3 pha 4 dây ............................................................................ 14
Hình 1.4a: Lưới phân phối hình tia ........................................................................ 14
Hình 1.4b: Lưới phân phối hình tia phân đoạn ....................................................... 14
Hình 1.4c: Lưới phân phối kín vận hành hở do 1 nguồn cung cấp .......................... 15
Hình 1.4d: Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập ............... 15
Hình 1.4e: Lưới điện kiểu đường trục .................................................................... 15
Hình 1.4f: Lưới điện có đường dây dự phòng chung .............................................. 16
Hình 1.4g : Hệ thống phân phối điện ..................................................................... 17
Hình 1.5 : Lưới điện hạ áp 380/220V..................................................................... 17
Hình 1.6: Quá độ do xung sét ................................................................................ 23
Hình 1.7: Quá độ dao động với tần số trung bình ................................................... 24
Hình 1.8: Sụt giảm điện áp do sự cố chạm đất một pha .......................................... 26
Hình 1.9: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ ...................................... 27
Hình 1.10: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha ............................................... 28
Hình 1.11: Mất cân bằng điện áp ........................................................................... 28
Hình 1.12: Dạng sóng hài và phổ của dòng điện .................................................... 30
Hình 1.13: Dạng sóng nhiễu loạn điện áp .............................................................. 31
Hình 1.14: Dao động điện áp trong một ngày ........................................................ 32
Hình 1.15: Quan hệ giữa điện áp với tuổi thọ - độ sáng của đèn ............................ 34
Hình 2.1: Hệ thống lưu điện trực tiếp.......................................................................42
Hình 2.2: Sơ đồ đường dây ......................................................................................45
Hình 2.3: Đồ thị véc tơ tổn thất điện áp trên đường dây ......................................... 46
Hình 2.4: Miền chất lượng điện năng..................................................................... 50
Hình 2.5: Đồ thị biểu diễn miền giới hạn CLĐA theo tiêu chuẩn ........................... 52
Hình 2.6: Diễn biến điện áp trong lưới điện ........................................................... 53

6


Hình 2.7: Sơ đồ bố trí cơ bản của cuộn dây có điều áp........................................... 58
Hình 2.8: Bộ điều áp của các cuộn dây đấu hình sao.............................................. 58
Hình 2.9: Bố trí bộ điều áp trong cuộn dây tam giác .............................................. 58
Hình 2.10: Bộ điều áp trong máy biến áp tự ngẫu .................................................. 59
Hình 2.11: Cấu tạo bộ điều chỉnh điện áp .............................................................. 59
Hình 2.12: Bù công suất phản kháng với nhiều điểm bù ........................................ 63
Hình.3.1. Mô hình phụ tải để tính toán .................................................................. 67
Hình 3.2: Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi chưa có lắp tụ bù..................................79
Hình 3.3: Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi đặt tụ bù tại nút 60...............................81
Hình 3.4: Biểu đồ điện áp nút trên lưới khi đặt tụ bù tại nút 60. ............................. 82

7


DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG 3.1: SỐ LIỆU NÚT LỘ ĐZ 475-E3.8 ...................................................... 69
BẢNG 3.2: SỐ LIỆU NHÁNH LỘ ĐZ 475-E3.8 ............................................... 73

8


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc
độ công nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi
ngành Điện phải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh
tế. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân là những yêu cầu ngày càng

khắt khe của khách hàng về chất lượng điện năng. Ngành Điện phải thực hiện
những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải
tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hợp lý để
nâng cao chất lượng điện năng, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng
ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất
lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả
kinh tế cung cấp và sử dụng điện. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong
đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối có ảnh hưởng
đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống.
Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện
năng gặp không ít khó khăn. Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh
hưởng đến chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối biểu hiện dễ nhận
thấy là chất lượng điện áp.
Với đề tài “Đánh giá chất lượng điện năng lưới điện huyện Xuân
Trường tỉnh Nam Định và các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp” tác
giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi, nghiên cứu của mình
vào việc đảm bảo chỉ tiêu chất lượng đ iện áp trong lưới điện phân phối có
nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp dưới tải tại các trạm trung
gian.
Phương pháp nghiên cứu dựa vào các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng
kết hợp số liệu thực tế sau đó chạy trên phần mềm để đánh giá chất lượng điện năng
lưới điện Huyện Xuân Trường Tỉnh Nam Định và tính toán bù để nâng cao chất lượng
điện áp.
Luận văn bao gồm 3 chương, trong đó tại Chương 1 tác giả giới thiệu

9


tổng quát về lưới điện phân phối và các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng điện
năng trong đó chất lượng điện áp là một phần quan trọng. Chương 2 trình bày về

các biện pháp điều chỉnh điện áp và nâng cao chất lượng điện năng.
Chương 3 Đánh giá chất lượng điện áp lưới phân phối điện trung áp và
chọn giải pháp khắc phục.
Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới TS. Đào Quang Thạch và các thầy cô
của Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cảm ơn các đồng nghiệp
đã giúp đỡ trong công việc để tác giả có thời gian học tập, thu thập số liệu viết
luận văn.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc
chắn còn nhiều khiếm khuyết. Tác giả chân thành mong muốn nhận được sự
chỉ bảo góp ý của thầy cô và các đồng nghiệp quan tâm đến nội dung luận văn
này.

10


CHƯƠNG 1
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI – CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1 Đặc điểm chung
Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng đưa điện năng tới hộ tiêu thụ điện. Lưới
điện nhận điện từ một hay nhiều trạm nguồn của lưới truyền tải đến hộ tiêu thụ
điện.Vì vậy lưới điện phân phối ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ
thống điện và các hộ tiêu thụ điện.
Tổn thất điện năng trong lưới phân phối gấp 3-4 lần tổn thất trong lưới truyền
tải. Khối lượng đầu tư xây dựng lưới điện phân phối chiếm tỉ trọng khá lớn trong
toàn bộ hệ thống lưới. Xác suất ngừng cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng, cải
tạo lắp đặt mới trên lưới phân phối cũng nhiều hơn trên lưới truyền tải.
Cấu trúc lưới phân phối đa dạng, phức tạp và được đầu tư xây dựng không tuân
thủ quy hoạch. Chế độ vận hành của lưới phân phối thường ở chế độ lưới hở, rất ít

vận hành ở chế độ kín do phức tạp về vận hành. Tính chất phụ tải của lưới phân
phối cũng đa dạng, phức tạp với nhiều các phụ tải từ hộ gia đình cho đến tiểu thu
công nghiệp, các khu công nghiệp và khu chế xuất…do đó cũng gây khó khăn trong
việc xây dựng các đồ thị phụ tải đặc trưng phục vụ cho các chế độ thống kê tính
toán.
1.1. Đặc điểm công nghệ của lưới điện phân phối
1.1.1. Lưới phân phối điện trung áp
1.1.1.1Lưới phân phối điện ba pha ba dây (3p3)

11


Hình 1.1: Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây
Lưới phân phối điện ba pha ba dây chỉ có ba dây pha, các máy biến áp phân
phối được cấp điện bằng điện áp dây. Khó khăn về kỹ thuật của lưới điện này là khi
một pha chạm đất, nếu dòng điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn
sẽ xảy ra hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây ra quá điện áp khá lớn (đến 3,5 lần
Uđm pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây hoặc máy biến áp.
Để khắc phục người ta phải nối đất trung tính của các cuộn dây trung áp, đây
là nối đất kỹ thuật(cùng với nối đất lưới cao áp gọi chung là nối đất làm việc).Trung
tính của phía trung áp được nối đất theo một trong các cách sau:
a) Nối đất trực tiếp xuống đất: Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng
cách cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch
rất lớn. Bất lợi của cách nối đất này là dòng điện ngắn mạch quá lớn gây
nguy hại cho lưới điện và gây nhiễu thông tin.
b) Nối đất qua tổng trở: điện trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn
mạch xuống mức cho phép.
c) Nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang (còn
gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện điện cảm triệt tiêu dòng điện điện
dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến

mức không gây ra hồ quang lặp lại. Do đó khi xảy ra chạm đất một pha
lưới điện vẫn vận hành được

12


Hình 1.2: Lưới điện khi chạm đất 1 pha
Trên hình vẽ là sơ đồ lưới điện khi chạm đất một pha. Trong trạng thái bình
thường có 3 dòng điện giữa các pha và đất do điện dung pha – đất C0-d sinh ra,
nhưng 3 dòng này triệt tiêu nhau nên không có dòng điện đi vào đất. Khi 1 pha
chạm đất, ví dụ pha C chạm đất thì đất mạng điện áp pha C, dòng điện do điện dung
pha C: Icc = 0, do đó xuất hiện dòng điện điện dung IC = ICa + ICb đi vào điểm chạm
đất và gây ra hồ quang. Nếu có nối đất trung tính máy biến áp thì khi pha c chạm
đất sẽ xuất hiện dòng điện trong mạch pha c qua nối đất Inđ và cũng đi vào điểm
chạm đất, khi đó dòng điện đi vào đất sẽ là Iđ = Inđ + IC. Nếu nối đất của lưới là trực
tiếp hay đi qua điện trở, điện kháng thì dòng điện này có giá trị khá lớn( là dòng
ngắn mạch một pha) và cho máy cắt đầu đường dây cắt đường dây chạm đất khỏi
nguồn điện. Nếu là cuộn dập hồ quang thì dòng này sẽ là dòng điện cảm IL ngược
pha với dòng IC, tạo ra dòng điện tổng Iđ = IL + IC có giá trị rất nhỏ( xung quanh giá
trị 0) nên không gây hồ quang và đường dây không bị cắt điện.
Trong thực tế lưới điện trên không 10kV không phải nối đất, với lưới cáp
điện thì phải có tính toán cụ thể nhưng với lưới điện 22kV trở lên nhất định phải nối
đất theo một trong các cách trên.
1.1.1.2 Lưới phân phối điện ba pha bốn dây (3p3)

13


Hình 1.3: Lưới điện 3 pha 4 dây
Đặc điểm của lưới điện ba pha bốn dây là ngoài 3 dây pha còn có dây trung

tính, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây( máy biến áp ba
pha) và điện áp pha (máy biến áp 1 pha). Trung tính của các cuộn dây trung áp được
nối đất trực tiếp và khi có chạm đất xảy ra đối với một pha bất kỳ thì sự cố sẽ trở
thành ngắn mạch một pha.
*/ Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp
Trong lưới điện Việt Nam hiện nay có 6 loại sơ đồ cơ sở của lưới phân phối
điện trung áp :

Hình 1.4a: Lưới phân phối hình tia
Lưới phân phối hình tia thường rẻ tiền, tiết kiệm chi phí nhưng độ tin cậy rất
thấp.

Hình 1.4b: Lưới phân phối hình tia phân đoạn
Lưới phân phối hình tia phân đoạn có độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lưới
phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía
sau vì nó ảnh hưởng ít đến phân đoạn trước. Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì
không ảnh hưởng, nếu là dao cách ly thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối lưới
điện.
14


Hình 1.4c: Lưới phân phối kín vận hành hở do 1 nguồn cung cấp
Lưới phân phối kín vận hành hở do 1 nguồn cung cấp có độ tin cậy cao hơn
nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía. Lưới điện này có thể vận hành kín
cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên
đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải do phải thao tác khi sự
cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự đông hay điều khiển từ xa. ( ở một số
nước đã sản xuất được rơ le có hướng giá rẻ nên có thể trang bị cho lưới để có thể
vận hành kín).

Hình 1.4d: Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
Lưới điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song
song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.

Hình 1.4e: Lưới điện kiểu đường trục
Lưới điện kiểu đường trục cấp điện cho một trạm cắt hay trạm biến áp, từ đó
có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải. Trên các đường dây cấp

15


điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Loại này hay dùng để cấp điện
cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn.

Hình 1.4f: Lưới điện có đường dây dự phòng chung
Đặc điểm của lưới điện này là có nhiều đường dây phân phối được dự phòng
chung bởi 1 đường dây dự phòng. Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ tiền hơn là
kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên. Lưới điện này rất tiện
lợi khi thiết kế cho lưới điện cáp ngầm.
Lưới điện trong thực tế sẽ là tổ hợp của của năm loại lưới điện trên. Áp dụng
cụ thể chp lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ
thống điện có kiểu sơ đồ riêng.
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được
điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng
định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối.
Hệ thống phân phối điện( hình vẽ 1.4g) là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo
nhất của lưới phân phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo
thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lưới điện bắt buộc phải
điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA. Các điểm cắt
được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn

lại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố.

16


Hình 1.4g : Hệ thống phân phối điện
1.1.2 Lưới phân phối điện hạ áp
Lưới phân phối điện hạ áp được thực hiện bằng đường dây trên không,
cáp ngầm hay cáp treo( dây vặn xoắn), trong phân xưởng của xí nghiệp có thể dùng
thanh dẫn, lưới hạ áp trong nhà được đi ngầm trong tường bằng dây cáp. Để có thể
lấy ra cả hai loại điện áp 380V và 220V, cuộn dây hạ áp của máy biến áp phân phối
có sơ đồ đấu dây như trên hình vẽ 1.5. Ngoài 3 dây pha, từ điểm trung tính của 3
cuộn dây hạ áp của máy biến áp phân phối có thêm dây thứ 4 đi đến các hộ dùng
điện, day này gọi là dây trung tính, điện áp 220V là điện áp của dây pha và dây này.
Trung tính máy biến áp được nối đất trực tiếp – đây là nối đất an toàn.

Hình 1.5 : Lưới điện hạ áp 380/220V

17


1.2 Những yêu cầu của lưới phân phối
Mục tiêu chính của hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn
đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép với các yêu cầu cụ thể
sau đây:
Độ tin cậy cấp điện: Mức độ đảm bảo cấp điện liên tục, được phân thành
loaijn phụ tải sau:
Phụ tải loại 1: là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố ngừng cấp điện có thể gây
nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh
tế, dẫn đến hư hỏng các thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặc

làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt về phương diện chính
trị(ví dụ như hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, đại sứ quán, sân bay, bệnh
viện, hầm mỏ,khu công nghệ cao…) Đối với hộ tiêu thụ điện loại một phải được
cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai nguồn cung cấp, đường dây hai lộ, có
nguồn dự phòng…nhằm hạn chế mức thấp nhất về sự số mất điện. Thời gian mất
điện thường được xác định bằng thời gian đóng nguồn dự trữ.
Phụ tải loại 2: là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cấp điện sẽ dẫn đến thiệt
hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí sức lao động. Hộ
tiêu thụ loại này có thể dùng phương án có hoặc không có nguồn dự phòng, đường
dây một mạch hay mạch kép. Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh
giữa vốn đầu tư để tăng thêm nguồn dự phòng và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng
cung cấp điện. Hộ loại hai cho phép ngừng cấp điện trong thời gian đóng nguồn dự
trữ bằng tay.
Phụ tải loại 3: là tất cả những hộ còn lại ngoài hộ loại 1 và hộ loại 2, tức là
những hộ cho phép cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời
gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố, nhưng thường không cho phép quá một ngày
đêm (24 giờ) như các khu nhà ở, kho tàng, các trường học, hoặc lưới cấp điện cho

18


nông nghiệp. Đối với hộ tiêu thụ loại này có thể dùng một nguồn điện, hoặc đường
dây một mạch.
Cách phân loại như trên nhằm có sự chọn lựa hợp lí về sơ đồ và các giải
pháp cấp điện đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật, độ tin cậy cũng như chất lượng
điện năng cho đối tượng cần cung cấp điện.
Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số
và điện áp. Chỉ tiêu tấn số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh
mang tính toàn hệ thống, Chất lượng điện áp mang tính cục bộ nên các công ty điện
lực cần phải đảm bảo cho khách hàng mà mình quản lí. Nói chung điện áp lưới

trung và hạ áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức U cp % . Ở những xí
nghiệp phân xưởng yêu cầu chất lượng điện áp cao như may, hóa chất , cơ khí chính
xác, điện tử chỉ cho phép dao động điện áp (2.5%)[27]
An toàn: Công trình thiết kế cấp điện phải có tính an toàn cao: an toàn cho
người vận hành , người sử dụng và an toàn cho chính các thiết bị điện và toàn bộ
công trình. Người thiết kế ngoài việc tính toán chính xác, chọn dùng đúng các thiết
bị và khí cụ điện còn phải nắm vững về những quy định an toàn, hiểu rõ môi trường
lắp đặt hệ thống cấp điện và những đặc điểm của đối tượng cấp điện. Khâu lắp đặt
cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng làm nâng cao hay hạ thấp tính an toàn của hệ
thống điện. Cuối cùng người vận hành và sử dụng điện phải tuyệt đối tuân thủ triệt
để các quy tắc an toàn và quy trình sử dụng, vận hành.
Kinh tế: Chỉ tiêu kinh tế của mạng điện được xác định trên cơ sở:
+ Chi phí vốn đầu tư, bảo trì, duy tu, sửa chữa và vận hành là thấp nhất.
+ Tồn thất điện năng trên các phần tủ của lưới điện.
Quan điểm kinh tế kỹ thuật phải biết vận dụng linh hoạt tùy theo từng đối
tượng cung cấp điện và tùy thuộc vào từng giai đoạn phát triển. Khi thiết kế hay
nâng cấp hệ thống cần đưa ra nhiều phương án, mỗi phương án đều có những ưu
19


nhược điểm riêng, đều có những mâu thuẫn giữa hai mặt kinh tế kỹ thuật. Phương
án kinh tế không phải là phương án có vốn đầu tư ít nhất, phương án tổng hòa kinh
tế kỹ thuật sao cho thời gian thu hồi vốn đầu tư là sớm nhất. Ngoài bốn yêu cầu
chính nêu trên, khi thiết kế cần phải lưu ý sao cho hệ thống cấp điện thật đơn giản,
dễ thi công, dễ vận hành , dễ sử dụng, dễ phát triển phụ tải sau này hay quy hoạch
nâng cấp.
Để đảm bảo những yêu cầu trên của lưới phân phối thì lưới phân phối phải có
cấu trúc phù hợp. Dựa vào hình dáng, người ta chia lưới phân phối ra làm hai dạng
chính là dạng hở và dạng kín.
Dạng hở: là mạng điện mà các hộ tiệu thụ nhận điện từ một phía. Mạng này đơn

giản, dễ vận hành, dễ tính toán nhưng tính liên tục cung cấp điện thấp.
Dạng kín: là mạng điện mà trong đó các hộ tiêu thụ được cấp điện ít nhất từ 2
nguồn trở lên.Mạng điện này tinh toán thiết kế khó khăn, vận hành phức tạp nhưng
mức đảm bảo cấp điện cao.
1.3 Chất lượng điện năng, chất lượng điện áp
Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng của điện áp.
Về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của
dòng điện và điện áp. Nó sẽ khó khăn để định nghĩa chất lượng của công thức này
trong nghĩa nào. Hệ thống cung cấp công suất có thể chỉ điều khiển chất lượng của
điện áp, nó không điều khiển dòng điện. Chính vì vậy các tiêu chuẩn chất lượng
điện năng chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp cung cấp trong giới hạn cho phép.
Hệ thống điện xoay chiều được thiết kế để hoạt động tại điện áp sin của tần số cơ
bản (50Hz hoặc 60 Hz) và biên độ. Bất kỳ sự lệch đáng kể nào trong biên độ, dạng
sóng, tần số sẽ gây ra vấn đề về chất lượng điện áp.
Dĩ nhiên, thường có mối quan hệ gần giữa điện áp và dòng điện trong bất kì hệ
thống điện thực tế nào. Mặc dù các máy phát có thể cung cấp điện áp sóng sin gần

20


hoàn hảo nhưng dòng điện qua trở kháng của hệ thống có thể gây ra các mất cân
bằng lớn trong điện áp. Ví dụ:
 Dòng điện ngắn mạch có thể gây ra điện áp sụt giảm hoặc mất điện
áp.
 Dòng điện sét qua hệ thống điện sẽ gây ra điện áp xung cao thường
xuyên quá mức cách điện, ảnh hưởng điến các hiện tượng khác như
ngắn mạch.
 Dòng điện dao động tức các tải tạo ra sóng hài cũng làm méo các điện
áp khi chúng qua trở kháng của hệ thống. Chính vì vậy sẽ làm xuất
hiện các dao động điện áp tại các thiết bị sử dụng khác trong hệ thống

điện.
Bởi các lý do trên, trong khi nghiên cứu chất lượng điện áp đồng thời ta cũng
phải lưu ý đến hiện tượng trong dòng điện để có thể hiểu được cơ bản các vấn đề
của chất lượng điện năng.
Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng của điện áp.
Về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của
dòng điện và điện áp. Nó sẽ khó khăn để định nghĩa chất lượng của công thức này
trong nghĩa nào. Hệ thống cung cấp công suất có thể chỉ điều khiển chất lượng của
điện áp, nó không điều khiển dòng điện. Chính vì vậy các tiêu chuẩn chất lượng
điện năng chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp cung cấp trong giới hạn cho phép.
Hệ thống điện xoay chiều được thiết kế để hoạt động tại điện áp sin của tần số cơ
bản (50Hz hoặc 60 Hz) và biên độ. Bất kỳ sự lệch đáng kể nào trong biên độ dạng
sóng, tần số sẽ gây ra vấn đề về chất lượng điện áp.
Dĩ nhiên, thường có mối quan hệ gần giữa điện áp và dòng điện trong bất kì
hệ thống điện thực tế nào. Mặc dufcacs máy phát có thể cung cấp điện áp sóng sin
gần hoàn hảo nhưng dòng điện qua trở kháng của hệ thống có thể gây ra các mất
cân bằng lớn trong điện áp. Ví dụ:
 Dòng điện ngắn mạch có thể gây ra điện áp sụt giảm hoặc mất điện
áp.

21


 Dòng điện sét qua hệ thống điện sẽ gây ra điện áp xung cao thường
xuyên quá mức cách điện, ảnh hưởng điến các hiện tượng khác như
ngắn mạch.
 Dòng điện dao động tức các tải tạo ra sóng hài cũng làm méo các điện
áp khi chúng qua trở kháng của hệ thống. Chính vì vậy sẽ làm xuất
hiện các dao động điện áp tại các thiết bị sử dụng khác trong hệ thống
điện.

Bởi các lý do trên, trong khi nghiên cứu chất lượng điện áp đồng thời ta cũng
phải lưu ý đến hiện tượng trong dòng điện để có thể hiểu được cơ bản các vấn đề
của chất lượng điện năng.
1.4 Tổng quan về chất lượng điện năng
Định nghĩa về chất lượng điện năng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống
điện. Sự gia tăng ứng dụng của các thiết bị điện tử và các máy phát phân phối đã
làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng trong nhưng năm gần đây và đi
cùng là sự phát triển của các thuật ngữ để miêu tả các hiện tượng này. Ở đây sẽ
miêu tả các thuật ngữ được sử dụng để miêu tả về chất lượng điện năng.
1.4.1 Quá độ
Định nghĩa quá độ đã được sử dụng từ lâu trong tính toán phân tích sự biến
đổi của hệ thống điện để hiển thị một sự kiện không mong muốn và thoáng qua
trong trạng thái tự nhiên.
Định nghĩa khác cũng thường được sử dụng là “sự chuyển tiếp từ trạng thái
hoạt động ổn định này sang hoạt động của trạng thái khác”. Tuy nhiên, định nghĩa
này cũng được sử dụng để miêu tả về những điều bất bình thường xảy ra trong hệ
thống điện.
Nói chung, quá độ có thể chia thành hai nhóm là xung và dao động. Các định
nghĩa này theo dạng sóng của dòng điện và điện áp quá độ.
 Quá độ xung (Impulsive Transient)
Quá độ xung là sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc cả hai
theo một hướng của cực ( hoặc cực âm, hoặc cực dương). Các quá độ xung thường

22


đặc trưng bởi độ tăng và thời gian phân rã của chúng. Nguyên nhân chủ yếu của
hiện tượng này là do sét. Hình 1.8 thể hiện một dạng sóng quá độ xung dòng gây
bởi sóng sét.

Hình 1.6: Quá độ do xung sét
Bởi bao gồm tần số cao, hình dạng của quá độ xung có thể thay đổi nhanh
chóng bởi các thành phần của mạch điện và có thể có các đặc điểm giá trị khác nhau
khi xem xét từ các phần khác nhau của hệ thống. Quá độ xung thường không xa
nguồn nơi xung vào hệ thống. Quá độ xung có thể kích thích tần số cơ bản của
mạch điện và tạo ra xung dao động.
 Quá độ dao động (Oscillatory Transient)
Quá độ dao động là một sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện
hoặc cả hai theo cả giá trị cực âm và cực dương. Một quá độ dao động bao gồm
điện áp và dòng điện có giá trị tức thời thay đổi theo cực rất nhanh. Một ví dụ điển
hình khi thao tác đóng cắt bộ tụ, ta có thấy rõ quá độ dao động điện áp xảy ra nhanh
gây biến đổi tần số ở mức trung bình ( 5-500 kHz).

23


Hình 1.7: Quá độ dao động với tần số trung bình
Các quá độ dao động với thành phần tần số chính cao hơn 500kHz được coi
là quá độ tần số cao. Các quá độ này thường là kết quả của đáp ứng hệ thống cục bộ
với xung quá độ.
Một quá độ với thành phần tần số chính giữa 5 và 500kHz được định nghĩa là
một quá độ tần số trung bình. Các quá độ này cũng có thể là kết quả của đáp ứng hệ
thống với xung quá độ.
Một quá độ với thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHz được định nghĩa là
một quá độ tần số thấp. Nhóm các hiện tượng này thường bắt gặp trong hệ thống
truyền tải và phân phối và do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Các quá độ dao động với tần số cơ bản nhỏ hơn 300Hz cũng có thể tìm thấy
trong hệ thống phân phối. Chúng thường lien kết với hiện tượng cộng hưởng sắt từ
và hoạt động của máy biến áp. Quá độ bao gồm các bộ tụ nối tiếp cũng có thể thuộc
nhóm này. Chúng xuất hiện khi hệ thống đáp ứng với thành phần tần số thấp của

dòng khởi động máy biến áp hoặc một tình trạng không bình thường gây bởi cộng
hưởng sắt từ.
1.4.2 Độ lệch điện áp thời gian dài

24