Giáo trình đào tạo cơ bản

Chng I
NHNG KHI NIM C BN
I.1-in trng v t trng:
in trng v t trng là hai môi trờng vật chất luôn luôn cùng
tồn tại song song với nhau, có điện trờng thì có từ trờng, hoặc
ngợc lại có từ trờng thì có điện trờng.
I.1.1- Điện trờng:
1. nh ngha:
Điện trờng là môi trờng vật chất đặc biệt trong đó lực tác
dụng lên một vật mang điện tỉ lệ với điện tích của vật đó và
không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của vật.
Nh vậy
muốn có điện trờng cần phải có các vật mang điện tích, điện
tích sinh ra điện trờng. Điện tích càng lớn thì điện trờng càng
mạnh.
2. Lc in ng:
Nếu ta đa vào điện trờng của một điện tích Q một điện
tích đơn q, lực tác dụng của điện trờng lên điện tích q theo
định luật Cu lông sẽ là:
r1
2
F = ( Q.q / 4 r 0 r )
r2
Trong trờng tĩnh điện lực tác dụng giữa 2 điện tích theo định
luật Cu lông sẽ là:
r1
F = ( Q1.Q2 / 4 r 0 r )
2

r2
Lực tác dụng của điện trờng lên một đơn vị điện tích trong

điện trờng đợc gọi là cờng độ điện trờng. Cờng độ điện trờng
đợc tính nh sau:
r1
2
E = F/q = ( Q/ 4 r )
, N/C - Niu tơn
/ cu lông
r2
Trong đó :
F - lực tác dụng giữa các điện tích , N - Niu
tơn
Q, q1, q2 - Các điện tích , C- đọc là culông
= 0 . r - Hằng số điện môi của môi trờng , F/ mpha ra/ mét
1


. 0 = 1/49.109 = 8,86. 10-12, F/m - hằng số
điện môi chân không
. r
là hằng số điện môi tơng đối của môi trờng
. r
là khoảng cách giữa 2 điện tích , m mét
Điện trờng nằm giữa 2 bản cực của tụ điện, nói cách khác lớp
điện môi nằm giữa 2 bản cực tụ điện là điện trờng. Điện dung
là đại lợng đặc trng cho điện trờng
C = Q/U
C là điện dung
F.
pha ra
U là điện áp trên 2 bản cực của tụ điện V.

von
Điện dung của một số kiểu tụ điện có thể tính bằng các công
thức trong bảng
Điện dung của một số kiểu tụ điện (đơn vị đo chiều dài tính
là cm)
Sơ đồ cấu tạo

Tên gọi và đặc
điểm

Điện dung C

Tụ điện bản cực
phẳng

S/d

Tụ điện bản cực
hình trụ

2 l / ln

n

Tụ điện nhiều lớp
có cực phẳng

2

S

/

dK
1K

R2
R1


n

Tụ điện nhiều lớp
có cực hình trụ

2 l

/

ln

RK/RK1

K

1

a 2 b1
2 l a /b ln
1 2

g1 d
=0 h1 -R12 h2
Tụ điện có dạng hai
R12
R22
trụ
2
đặt song song
h1 =
R

2
2

g2 = h 2 - h

d0
h2 = R 2
1
2

2
2



R22

2d0

3. Biu din in trng:
Ta có thể biểu diễn điện trờng bằng các đờng sức.

1 din in trng bng ng sc
Biu
Đờng sức điện trờng là các đờng cong không khép kín,
có chiều xuất phát ở điện tích dơng và kết thúc ở điện
tích âm.

3


Trong điện trờng các điện tích khác dấu sẽ hút nhau, các điện
tích cùng dấu sẽ đẩy nhau. Khi điện tích càng lớn thì điện trờng
càng mạnh, các điện tích càng gần nhau thì lực tác dụng của
điện trờng càng lớn. Tại vùng xa nhất đợc gọi là biên giới điện trờng thì lực điện trờng sẽ bằng không. Điều này cho phép giải
thích vì sao khi sự cố ngắn mạch lới điện sẽ rất nguy hiểm, lúc

này lực điện động tăng lên rất lớn bẻ vặn thanh cái, bẻ vỡ sứ, phá
hỏng thiết bị.

I.1.2- Từ trờng:
1- nh ngha:
Từ trờng là môi trờng vật chất đặc biệt trong đó có lực tác
dụng lên vật có từ tính.
Vật liệu có từ tính là loại vật liệu có sẵn yếu tố từ còn gọi là
mô men từ. Bình thờng các mô men từ có chiều sắp xếp lộn xộn,
khi chịu ảnh hởng của từ trờng các mô men từ sẽ sắp xếp lại cùng

chiều, ta gọi đó là quá trình từ hoá. Một số vật liệu từ tính sau
khi bị từ hoá có khả năng lu giữ lại từ trờng ta gọi đó là nam
châm vĩnh cửu. Nam châm có khả năng hút đợc các vật liệu từ
tính.
Vật liệu từ tính còn gọi là vật liệu sắt từ.
Nam châm vĩnh cửu có chiều từ trờng cố định theo hớng Bắc
Nam. Muốn biết đó có phải là vật liệu từ tính hay không ta chỉ
cần đa vật liệu này lại gần một nam châm vĩnh cửu, nếu đúng
thì nó sẽ bị nam châm hút ngay. Về bản chất thì các môi trờng
đều cho phép từ trờng đi qua nh nớc, không khí, thủy tinh, sắt ,
thép, đồng ... nhng với vật liệu phi từ tính thì khả năng truyền
4


dẫn từ rất kém, năng lợng từ trờng sẽ bị mất đi nhiều nếu đi qua
vật liệu phi từ tính.
2. Biu din t trng:
Biu din t trng bng ng sc t
Độ mạnh hay yếu của từ trờng đợc đánh giá bằng đại lợng cảm
ứng từ B
ng sc từ của từ trờng đều đi qua mặt S vuông góc với nó đợc
gi l t thụng v c tớnh l:
= BS , wb - way be
cũn cú n v khỏc l Macxoen, 1 Macxoen = 10-8 Wb
Các vật liệu đều có từ thẩm ( khả năng lu giữ từ ) khác nhau,
từ thẩm của vật liệu từ đợc đặc trng bằng hệ số từ thẩm =
/ x .
x l h s thm t tuyt ụớ ca mụi trng
Cờng độ từ rrờng đặc trng cho độ mạnh hay yếu của từ trờng
đợc tính là:

B
=
/ H
0
Trong đó :
m2.

A/m

là từ thông, wb.
B là cảm ứng từ , wb/m2.
S là tiết diện của mặt phẳng có từ thông đi qua,

H là cờng độ từ trờng, A/m.
/ 0 là hệ số thẩm từ của vật liệu, H/m.
6
0 = 1,26. 10 là hệ số từ thẩm của chân không,
H/m.Hen ri/ mét
/ = 1 với vật liệu phi từ tính .
= vài nghìn với vật liệu sắt từ .
Nếu một cuộn dây mang điện, trong cuộn dây sẽ xuất hiện
một sức từ động
hay còn gọi là lực từ hoá.
F = WI , Am pe vòng .
I là dòng điện hiệu dụng đi qua cuộn dây, A.
W là số vòng của cuộn dây, vòng.
Nếu ta đặt trong từ trờng một dây dẫn không có dòng điện
đi qua, từ trờng không gây ảnh hởng đến dây dẫn. Nhng khi có
5

1 dòng điện đi qua dây dẫn dù là nhỏ, lập tức xuất hiện một lực
tác dụng của từ trờng lên dây dẫn, ta gọi là lực điện từ.
Khi dây dẫn đặt vuông góc với từ trờng ( lợng đờng sức từ
đi cắt ngang qua dây dẫn là lớn nhất) lực tác dụng của từ trờng lên dây dẫn là cực đại:
Fmax = B.I.l
B là cảm ứng từ , wb/m2.
I là cờng độ dòng điện, A.
l là phần chiều dài dây dẫn nằm trong từ trờng,
m.
- Khi dây dẫn đặt không vuông góc với từ trờng, dới một góc
thì lực tác dụng của từ trờng lên dây dẫn là :
F = Fmax sin
B

B


I

Trờng hợp đặt vuông góc
Trờng hợp đặt nghiêng một
góc
Dây dẫn có dòng điện chạy
qua đợc đặt trong từ trờng.
Xác định chiều tác dụng của từ lực lên dây dẫn bằng quy tắc
bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái: Cho
chiều đờng sức từ xuyên
vào lòng bàn tay, chiều từ

cổ tay đến ngón tay là
chiều dòng điện, hớng theo
ngón tay cái xoè ra là chiều
Chiu tỏc dng ca t trng
Khi có từ thông biến đổi đi qua cuộn dây, trong cuộn dây sẽ
sinh ra một sức điện động cảm ứng e
e = - wd
dt

6


Khi từ trờng đợc sinh ra do một dòng điện xoay chiều hình
sin thì sức điện động cảm ứng đợc tính nh sau
E = 4,44 f W Bc Sc 10 -8
Trong đó: E - Sức điện động cảm ứng, V
Bc- Cảm ứng từ của lõi thép, Wb/m2
Sc - Tiết diện của lõi thép, m2.
f - Tần số dòng điện xoay chiều hình sin, Hz.
Từ trờng đều là từ trờng có các đờng sức từ song song với nhau.
Nếu cho dây dẫn điện di chuyển trong 1 từ trờng đều, trong
dây dẫn cũng sinh ra 1 sức điện động cảm ứng. Trờng hợp phơng chuyển động của dây dẫn vuông góc với từ trờng đều
e=Blv
Trong đó : v tốc độ di chuyển của dây dẫn, m/s.
Xác định chiều của sức điện động cảm ứng trên dây dẫn bằng

Quy tắc bàn tay phải: Cho chiều
đờng sức từ xuyên vào lòng bàn
tay, hớng theo ngón tay cái xoè ra
là chiều chuyển động của dây

dẫn. Chiều từ cổ tay đến ngón
tay là chiều của sức điện động
quy tắc bàn tay phải
Xác định chiều của
sức điện động cảm ứng e
3. Hiện tợng cảm ứng điện từ:
Hiện tợng cảm ứng điện từ là qúa trình biến đổi điện thành
từ và biến đổi từ thành điện thông qua điện trờng và từ trờng.
Nhờ có hiện tợng cảm ứng điện từ mà chúng ta có thể chế tạo ra
điện, truyền dẫn và biến đổi năng lợng điện trong quá trình
khai thác sử dụng.
4. Hiện tợng t cm:
Hiện tợng tự cảm là hiện tợng tự sinh ra sức điện động cảm
ứng trên dây dẫn khi dây dẫn đó có 1 dòng điện biến thiên đi
qua. Dòng điện biến thiên sẽ sinh ra một từ trờng có từ thông
biến thiên, từ thông này sẽ sinh ra sức điện động tự cảm ngay
trên dây dẫn
7


di1
eL= - dt
L
cảm L khác nhau

mỗi cuộn dây sẽ có một hệ số tự

M
L

L



Hiện tợng tự cảm
Hiện tợng hỗ cảm
5. Hiện tợng hỗ cảm:
Hiện tợng hỗ cảm là hiện tợng sinh ra sức điện động cảm ứng
trên dây dẫn lân cận khi có 1 dòng điện biến thiên đi qua một
dây dẫn khác. Dòng điện biến thiên sẽ sinh ra một từ trờng có từ
thông biến thiên, từ thông này sẽ móc vòng qua cuộn dây lân cận
và sinh ra sức điện động hỗ cảm trên dây dẫn.
di2
eM = - dt
M
cảm M khác nhau

mỗi cuộn dây sẽ có một hệ số hỗ

Trong đó: L - hệ số tự cảm, H. Đọc là Hen ri.
M - hệ số hỗ cảm, H. Đọc là Hen ri
i1, i2 - Dòng điện đi trong dây dẫn thứ nhất và dòng
điện đi trong dây dẫn thứ 2 (lân cận), A. c l am
pe
6. Cỏc i lng c bn ca t trng:
a. T thụng:
+ nh ngha: Lng ng sc từ của từ trờng đều đi qua
mặt S vuông góc với nó đợc gi l t thụng v c tớnh l:
= BS - Wb

+ Ký hiu:
b. Cm ng t:
+ nh ngha: Cảm ứng từ B l i lng c trng cho tỏc dng lc
ca t trng ti mt im.
+ Ký hiu: B
c. Cng t trng:
+ nh ngha: Cờng độ từ rrờng đặc trng cho độ mạnh hay
yếu của từ trờng đợc tính là:
+ Ký hiu: H
d. H s thm t tng i:
8


 là tỉ số giữa cường độ tự cảm trong môi trường nào đó với cường độ tự
cảm trong chân không do cùng một dòng điện gây ra.
B
=
B0
e. Hệ số thẩm từ tuyệt đối:
 x là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn từ trong một môi trường nào đó được
tính bằng tỉ số giữa cường độ tự cảm và cường độ từ trường tại mỗi điểm.
x =

B

B =  x .H

H
I.1.3- Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường:
Điện trường và từ trường là hai môi trường vật chất đặc biệt luôn luôn song song

cùng tồn tại, có điện trường là có từ trường và ngược lại có từ trường thì sẽ có điện
trường. Mối quan hệ điện trường và từ trường ta gọi là cảm ứng điện từ, năng
lượng trong hai môi trường vật chất này có thể chuyển đổi cho nhau và tuân theo
định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng tồn tại trong điện trường và từ trường
không phải là vô hạn.
Các thiết bị điện như máy biến thế, máy điện quay, máy cắt điện, chấn lưu đèn
tuýp...được chế tạo dựa trên cơ sở mối quan hệ của điện trường và từ trường.
I.2-Hệ thống điện xoay chiều 3 pha:
I.2.1- Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều 3 pha:
1. Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin:
Khi phần ứng quay với tốc độ  theo chiều ngược chiều kim đồng hồ các thanh
dẫn cắt từ trường sinh ra sức điện động cảm ứng, chiều s.đ.đ cảm ứng theo quy tắc
bàn tay phải. Sức điện động của khung dây bằng:
e = eab + ecd
khi khung chỉ có 1 vòng dây.

eab = ecd = B.v.l = Bmax.v.l.Sin
e = 2Bmax.v.l.Sin
e = 2wBmax.v.l.Sin
khi khung dây có W vòng.

Khi  = 2 cạnh khung dây nằm đúng trục cực thì B = Bm . S.đ.đ lúc này đạt
cực đại:
e = 2wBmax.v.l.Sin = Emax

Vậy ở các vị trí khác nhau của khung dây s.đ.đ của khung dây là:
e = Emax.Sin

Nếu rô to quay với tốc độ góc là  thì góc quay  sau thời gian t là:
 = t

Do đó sức điện động sinh ra trong khung dây có thể viết tổng quát là:
e = Emax. Sin t

9


2. Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều 3 pha:
Giống như nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin nhưng là sức điện
động điện động xoay chiều 3 pha.
Về cấu tạo:
Phần cảm là một nam châm vĩnh cửu, phần ứng là 3 cuộn dây quấn quanh 3 cực

lõi thép bố trí đồng tâm lệch nhau 1200 trong không gian.
Khi phần cảm quay với vận tốc đều , tạo ra từ trường quay lần lượt quét qua

các cuộn dây phần ứng có tên là A, B, C và cảm ứng trên 3 cuộn dây 3 sức điện
động cảm ứng eA, eB, eC
eA = Emax sin t
eB = Emax sin ( t + 2/3 )
eC = Emax sin ( t - 2/3 )
Tất cả các máy phát điện dù được chạy bằng nhiệt điện, thuỷ điện hay khí ga ...
đều được chế tạo dựa trên nguyên lý này.
I.2.2- Chu kỳ và tần số:
1. Định nghĩa:
 Chu kỳ là khoảng thời gian ngắn nhất sau đó dòng điện lặp lại quá trình biến
thiên cũ.
Chu kỳ ký hiệu là T. Đơn vị tính bằng (s)
 Tần số là số chu kỳ thực hiện được trong 1 giây.
f = 1/T.
Tần số ký hiệu là f. Đơn vị tính bằng (Hz)

1KHz = 103 Hz.
1MHz = 106 Hz.
Tần số công nghiệp điện là: f = 50 Hz.
2. Quan hệ giữa tần số và tốc độ:
Mối quan hệ giữa tần số và tốc độ quay của máy theo biểu thức sau:
n = 60 f/ p
Trong đó: n là tốc độ quay (vòng/phút).
f là tần số nguồn điện (Hz).
p là số đôi cực của máy.
3. Quan hệ giữa tần số f và tốc độ góc :
Ta xét biểu thức
 = t
hay  =  / t
e
Nếu máy có một đôi cực thì khi rô to quay
được 1 vòng, s.đ.đ thực hiện được 1
chu kỳ tức là:
 = 2
khi t = T.
B
Do đó:  =  / t = 2/T = 2f.
 = 2f  là tốc độ góc tính bằng rađian/giây.
A

120

°

eC

eB

10


S NGUYấN Lí TO RA
SC IN NG XOAY CHIU 1 PHA V 3 PHA
I.2.3- Cỏc tr s hiu dng, cc i, tc thi ca cỏc i lng dũng in, in
ỏp, sc in ng:
1. nh ngha:
Tr s hiu dng ca dũng in xoay chiu cú giỏ tr tng ng vi dũng in
mt chiu khi chỳng cựng i qua mt in tr trong cựng mt thi gian bng 1 chu
k T to ra cựng mt nhit lng nh nhau:
Ký hiu: I - [ A ] am pe
Tng ng ta cú:
Tr s hiu dng ca in ỏp l
U- [ V ]von
Tr s hiu dng ca sc in ng l E- [ V ]von
2. Quan h gia tr s hiu dng v tr s cc i
I = Im/2
= 0,707 Im
U = Um/2 = 0,707 Um
E = Em/2 = 0,707 Em
Chỳ ý: - S ch trờn cỏc ng h o l tr s hiu dng.
- Thụng thng núi ti tr s ca cỏc i lng xoay chiu l núi ti tr s
hiu dng.
I.2.4- Các đại lợng cơ bản về điện:
1- Điện năng:
Điện năng là một dạng năng lợng đặc biệt. Điện năng đợc biến
đổi từ các nguồn năng lợng khác nh than, nớc, khí ga, gió, dầu,

năng lợng hạt nhân nguyên tử...
Đã từ lâu con ngời đã biết khai thác tiềm năng của tự nhiên, biến
đổi các nguồn năng lợng trong tự nhiên từ dạng này sang dạng
khác để phục vụ cuộc sống.
Thí dụ: - Từ gió đã chế tạo ra cối xay gió, chạy thuyền buồm.
- Từ than, dầu đã chế tạo ra máy hơi nớc.
Việc phát minh ra điện là một bớc đột phá quan trọng, mở ra
một kỷ nguyên mới của xã hội loài ngời trong việc khai thác tiềm
năng của tự nhiên. Máy phát điện chính là nguồn điện, nguồn
11


điện là nơi sản xuất ra điện năng. Khả năng cung cấp điện
năng của nguồn điện phụ thuộc vào công suất của các máy phát
điện. Một máy phát điện điêsel thông thờng sẽ có công suất tới
1250kVA, trong khi đó công suất một máy phát điện của nhà
máy thuỷ điện có thể đạt tới 40.000 đến 240.000kVA. Để tăng cờng công suất của nguồn điện ngời ta đã xây dựng các nhà máy
điện có công suất lớn, xây dựng hệ thống điện quốc gia hoặc
khu vực bao gồm nhiều nhà máy điện cùng hoà chung một lới
điện cao thế 110kV, 220kV, 500 kV, 750kV.
Điện năng có thể thay thế hầu hết các nguồn năng lợng khác.
Bằng cách xây dựng các trạm biến áp và đờng dây tải điện,
năng lợng điện có thể truyền dẫn đi rất xa tới vài nghìn kilômét
mà vẫn đảm bảo chất lợng điện áp cung cấp cho các hộ tiêu thụ
điện.
Để sản xuất ra điện cần phải có máy phát điện 3 pha. Máy phát
điện 3 pha là máy điện quay, trục của máy phát điện 3 pha đợc
nối trục tuốc bin . Tuốc bin gồm có nhiều cánh ghép đồng trục với
nhau. Hơi nớc hoặc dòng chảy của nớc đợc thổi vào tuốc bin với áp
lực lớn làm quay trục máy phát điện .

Khi sử dụng năng lợng mặt trời hoặc sức gió để sản xuất ra
điện năng cần phải có pin mặt trời, cánh quạt đón gió và hệ
thống ắc quy có dung lợng lớn. Phơng pháp này chỉ phù hợp với các
trạm phát điện có dung lợng nhỏ.
Các nhà máy điện nguyên tử hiện đại đợc xây dựng trên các nớc châu mỹ, châu âu, ấn độ, Trung quốc, Nhật bản... có công
suất rất lớn. Hàng năm sản xuất ra hàng tỷ kWh điện. Các lò
phản ứng hạt nhân nguyên tử tạo ra năng lợng nguyên tử, năng lợng
này làm quay cánh tuốc bin máy phát điện.
2- Công suất:
Điện năng sau khi sản xuất ra đợc đa đến nơi tiêu thụ. Các thiết
bị tiêu thụ điện đóng vai trò trực tiếp hoặc gián tiếp biến đổi
điện năng thành nhiệt năng, cơ năng hoá năng, quang năng...
Tất cả các thiết bị điện tiêu thụ điện đều đợc gọi là phụ
tải. Các phụ tải thờng có nhu cầu tiêu thụ điện khác nhau. Mức
độ tiêu thụ điện đợc đánh giá bằng công suất tiêu thụ.
a- Công suất tác dụng:
Còn gọi là công suất hữu công.

12


Công suất tác dụng là công suất điện đợc các phụ tải tiêu thụ dới
dạng nhiệt hoặc công suất cơ P 2 trên trục động cơ
điện.v.v... Khi chuyển hoá thành các dạng nói trên năng lợng điện đã sinh ra một công hữu ích có tác dụng làm
ra các sản phẩm hoặc phục vụ cho sinh hoạt đời sống
con ngời.
Thí dụ: Bóng đèn sợi đốt, bếp điện , bàn là, lò sởi... là các phụ
tải tiêu thụ công suất tác dụng.
- Ký hiệu: P.
- Đơn vị : [ W ]

Watt
[ kW]
kilôWatt
1 kW = 1000W
[MW]
MêgWatt 1 MW = 1000kW =1000.000W
b- Công suất khản kháng: Còn gọi là công suất vô công.
Công suất phản kháng là công suất tiêu thụ của các phụ tải trong
điện trờng (tụ điện) hoặc trong từ trờng (cuộn cảm),
năng lợng điện đã biến đổi thành công vô ích không
trực tiếp gây tác dụng để làm ra các sản phẩm hoặc
phục vụ cho sinh hoạt đời sống con ngời.
Thí dụ: - Cuộn dây của máy biến áp sinh ra từ trờng trong lõi
thép.
- Khi đờng dây cao thế truyền tải điện sẽ luôn luôn
xuất hiện hiệu ứng vầng quang, hiệu ứng lân cận dới
dạng điện trờng làm tăng trở kháng đờng dây gây ra
tổn thất điện năng.
- Cuộn dây chấn lu trong đèn đèn ne'on cú vai trò cuộn
cảm có lõi thép.
Nhờ có các cuộn dây điện từ điện áp của máy biến áp mới biến
đổi đợc và cũng nhờ có các cuộn dây điện từ thì động cơ mới
quay đợc. Mặc dù các cuộn dây của máy biến áp và động cơ
điện tiêu thụ công suất phản kháng nhng lại có tác dụng chuyển
hoá đợc năng lợng điện thành công suất hữu ích.
Nh vậy: iện trờng và từ trờng đóng vai trò trung gian
trong việc truyền tải và biến đổi điện năng.
- Ký hiệu: Q
- Đơn vị:
Var.

kVar, KilôVar
. 1 k Var = 1000 Var
M Var, MêgaVar . 1 M Var = 1000 k Var =
1000.000 Var
Để tiêu thụ đợc công suất tác dụng mt s ph ti cần phải tiêu phí
một lợng nhất định công suất phản kháng, nếu công suất phản
13


kháng giảm i thì hiệu suất xử dụng cụng sut ca nguồn điện sẽ
c nâng lờn và giảm đợc giá thành điện năng.
c- Công suất biểu kiến:
Công suất biểu kiến S l cụng suất tiêu thụ toàn phần bao gồm
cả công suất tác dụng P v công suất phản kháng Q. Các phụ tải
thờng tiêu thụ cả công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Công suất biểu kiến cho biết toàn bộ mức tiêu thụ điện của phụ
tải, bao gồm cả công suất tác dụng và công suất phản kháng. Trờng hợp với các thiết bị điện chỉ tiêu thụ công suất tác dụng nh
bóng đèn sợi đốt, bàn là, bếp điện... thì công suất biểu kiến
đúng bằng công suất tác dụng.
- Ký hiệu:
S
- Đơn vị :
Va,
kVa, Kilô Vonampe
1k Va = 1000 Va
M Va, MêgaVonampe
1M Va = 1000k Va =
1.000.000 Va
d- Quan hệ giữa S, P, Q
Tam giác công suất biu din mi quan hệ giữa S, P, Q:

S, P, Q là 3 thành phần công suất tiêu thụ điện
Trong đó: - S là công suất biểu kiến
- P là công suất hữu công
- Q là công suất vô công
Khi biết P và Q ta có thể tính toán đợc S bằng biểu thức:
S = P 2 + Q2
3 thành phần công suất trên đợc biểu diễn dới dạng phức :
S = P +jQ
Hoặc biểu diễn dới dạng véc tơ :
S = P + Q
Q

P

S



Hình I- 9 - Tam giác công
suất
Công suất vô công thờng mang tính chất điện cảm ( QL ) và
điện dung( QC).
Q = QL - Q C

14


Khi góc pha ( P, S ) càng nhỏ thì thành phần công suất vô
công càng giảm đi, công suất biểu kiến giảm đi sẽ tiết kiệm đợc
điện năng và có lợi về mặt kinh tế.

Ngợc lại khi góc pha ( P, S ) càng lớn thì thành phần công
suất vô công càng tăng, công suất biểu kiến tăng sẽ lên gây lãng
phí điện năng và không có lợi về mặt kinh tế.
Dựa vào tam giác công suất có thể tính đợc
-

Công suất hữu công : P = S . cos
Công suất vô công : Q = S . sin

cos là hệ số công suất xác định
mối quan hệ giữa công suất tác dụng
và công suất biểu kiến
cos = 0 1. Khi cos = 1 thì P =
S
Giá trị cos càng gần bằng 1 càng tốt, lúc này công suất hữu
công tăng lên công suất vô công giảm đi sẽ có lợi rất nhiều về
mặt kinh tế. Vì vậy trong vận hành phải tìm mọi cách để
nâng cao hệ số cos .
-

P
cos =
S
Q
sin =
S

3- Sức điện động:
Khi máy phát điện vận hành không tải, các cực của máy phát
điện sẽ không liên hệ với phụ tải, trong các cuộn dây của máy

phát điện không có dòng điện đi qua và trên các đầu cực của
máy phát điện luôn tồn tại một điện áp định mức.
Sức điện động là điện áp duy trì trên các đầu cực của
nguồn điện khi không tải. Với một máy phát điện hay một
máy biến thế vận hành không tải thì điện áp duy trì trên
các đầu cực của các cuộn dây chính là sức điện động.
Khi máy phát điện hoặc máy biến thế mang tải, dòng điện phụ
tải xuất hiện trong mạch điện s đi các qua cuộn dây của máy
phát điện hoặc các cuộn dây thứ cấp của máy biến thế. Lúc
này sức điện động sẽ phân bố thành 2 thành phần:
E = U0 + U2
Trong đó : - E là sức điện động
- U0 là điện áp giáng trên cuộn dây của máy phát
điện
hoặc trên cuộn dây thứ cấp của máy biến
thế.
- U2 là điện áp đặt trên mạch ngoài .
15


Đơn vị : V, von.
kV, kilôvon.

"1 kV= 1000V".

4- Hiệu điện thế (còn gọi là điện áp):
Trong điện trờng bao giờ điện tích cũng di chuyển từ nơi có
điện thế cao (V1) xuống nơi có điện thế thấp (V2).
Hiệu điện thế U = V1 - V2 cho biết mức độ chênh lệch điện
thế.

Muốn có dòng điện di chuyển trong mạch điện thì phải có
hiệu điện thế,
nguồn điện đóng vai trò tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa 2
đầu của mạch điện.
- Với nguồn điện một chiều, hiệu điện thế luôn không đổi
và bằng U mt chiu.
- Với nguồn điện xoay chiều 3 pha tần số 50hz.
uA = UAmax sin t
uB = UBmax sin ( t + 120 )
uC = UCmax sin ( t - 120 )
- Ký hiệu : U~ Tuỳ theo cấp điện áp mà U có giá trị khác nhau.
- Đơn vị : V- von. kV- kilôvon.1 kV= 1000V.
5- Dòng điện:
Khi có điện áp đặt vào hai đầu mạch điện, trong mạch điện
sẽ có dòng điện đi qua. Chiều của dòng điện đợc quy ớc đi từ
cực dơng sang cực âm hoặc từ cực dơng trở về cực không.
Dòng điện là dòng chuyển dời có hớng của các điện
tích.
Trong mạch điện 1 chiều dòng điện luôn có tần số bằng 0,
Trong mạch điện xoay chiều dòng điện luôn dao động điều
hoà với tần số f = 50hz
Độ lớn của dòng điện đợc gọi là cờng độ dòng điện.
Ký hiệu : I
Đơn vị : A- am pe
6- Trở kháng:

Khi dòng điện di chuyển trong mạch điện, nếu không gặp
sự cản trở thì dòng điện sẽ có trị số lớn nhất.

Khi mạch ngoài có các phụ tải thì dòng điện thay i theo

công suất tiêu thụ điện của các phụ tải.

Các phụ tải mắc song song hoặc nối tiếp trong mạch điện.

Trở kháng là đại lợng đặc trng cho sự cản trở dòng điện
dịch chuyển trong mạch điện. Các phụ tải thờng có đặc
tính khác nhau, đều cản trở dòng điện đợc gọi tên chung là
trở kháng.
16


.BNG QUY C Kí HIU CC THNH PHN TR KHNG

Trở kháng gồm có hai loại: Điện trở R, iện kháng X.
- Điện trở:
Ký hiệu: R Đơn vị: , ôm
.
- Điện kháng X (bao gồm cảm kháng XL và dung kháng XC )

Cảm kháng (ứng với điện cảm) :
Ký hiệu: XL Đơn vị: ,
ôm

Dung kháng (ứng với điện dung): Ký hiệu: XC Đơn vị: ,
ôm.

Tng trở Z = R2 + ( XL - XC )2
Trong đó :
XL = L = 2 f L = 2. 3,14. 50. L
1

Xc =
C






1=
2 f
f là tần số của máy phátCđiện = 50Hz
L là hệ số tự cảm , H, Hen ri.
là số pi = 3,14 .
C là điện dung của tụ điện, F, Fa ra

I.2.5- H thng in:
1- Định nghĩa: Nhà máy phát điện, đờng dây tải điện, phụ
tải điện tạo thành hệ thống điện.

Nhà máy phát điện là nguồn điện, một nhà máy phát
điện sẽ có một hay nhiều tổ máy phát điện.

Đờng dây tải điện làm nhiệm vụ truyền tải và phân
phân phối điện năng. Tập họp các đờng dây tải điện
theo từng cấp điện áp tạo thành lới điện.
2- Phân loại lới điện:
17

Lới điện chuyên tải: Điện áp 110kV trở lên.
Lới điện trung áp: Điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV.
Lới điện trung áp làm nhiệm vụ phân phối điện năng
đợc lấy điện từ sau các trạm biến thế 110kV.

Lới hạ ỏp: Điện áp 380V/220V đợc cung cấp từ các trạm
biến thế phân phối hạ thế có công suất từ 100kVA đến
1000kVA.
3- Các chỉ tiêu:
Hệ thống điện có 2 chỉ tiêu quan trọng là:

Điện áp U.

Tần số f .
Hai chỉ tiêu U, f dùng để xác định tính ổn định của hệ
thống điện. Nếu hệ thống điện không bảo đảm đợc hai chỉ
tiêu trên sẽ dẫn đến tình trạng làm việc không bình thờng của
các phụ tải. Tốc độ quay của động cơ điện không đều hoặc
động cơ không thể khởi động đợc, đèn điện không đủ sáng,
chất lợng sản phẩm công nghiệp không đạt yêu cầu...Để chuyên
tải điện năng đi xa cần phải nâng cao điện áp của nguồn
điện, bán kính cung cấp điện càng xa càng phải dùng cấp điện
áp cao hơn. Thí dụ: Điện áp 500kV có chiều dài trên 1000km,
trong khi đó lới điện 110kV có chiều dài hn 200km. Việc sử
dụng điện áp cao cho lới điện chuyên tải nhằm mục đích giảm
tổn thất điện năng. Tại cuối đờng dây phải hạ dần điện áp
xuống theo từng cấp phù hợp với điện áp sử dụng của phụ tải. Để
thay đổi điện áp phải dùng máy biến thế lực.
Máy biến thế lực có 2 nhiệm vụ:

L nguồn điện trung gian.

L thit b biến đổi điện áp.
4- Các dạng sự cố của hệ thống điện:
Hệ thống điện thờng vận hành trong chế độ 3 pha đối xứng:
Điện áp 3 pha bằng nhau và lệch pha 120 0. Trong điều kiện
bình thờng phụ tải các pha đối xứng. Khi bị sự cố dòng điện
tăng lên đột biến có trị số lớn hơn nhiều lần dòng điện định
mức gây ra tình trạng mất đối xứng cho hệ thống điện. Sự cố
ngắn mạch gây ra ứng suất nhiệt, ứng suất cơ phá hỏng thiết
bị điện, gây nguy hiểm cho con ngời.
Có 5 trạng thái ngắn mạch:
Ngắn mạch 3 pha.
Ngắn mạch 2 pha không chạm đất
Ngắn mạch 2 pha chạm đất.
Ngắn mạch 1 pha chạm đất.


18


Ngắn mạch 2 pha chạm đất tại 2 điểm khác nhau
Trong vận hành trạng thái ngắn mạch nào cũng nguy hiểm dễ
gây ra phá hỏng thiết bị điện, gây cháy nổ, hoả hoạn. Hệ
thống rơ le bảo vệ có nhiệm vụ tự động cắt điện từng phần
hoặc toàn bộ để loại bỏ vùng bị sự cố ra khỏi hệ thống điện.
Nếu hệ thống này làm việc không hiệu quả thì tình trạng sự cố
kéo dài, mức độ nguy hiểm càng tăng lên.
5- Nguyên nhân gây ra sự c ngắn mạch hệ thống:

Một hệ thống đợc coi là có tính an toàn, chất lợng tốt đó là hệ
thống có suất sự cố thấp nhất, thời gian xảy ra sự cố ngắn nhất.
Để đảm bảo đợc yêu cầu nói trên hệ thống điện cần phải:
Có hệ số dự phòng cao.
Có phơng thức vận hành hợp lý.
Không để xảy ra quá tải hệ thống.
Quá tải máy biến áp.
Phải có nguồn điện dự phòng.
Điện năng sản xuất ra cn phải đợc tiêu thụ hết. Khi sự cố xảy ra sẽ
gây thiệt hại rất lớn đến nền kinh tế quốc dân. Chi phí cho việc
khắc phục sự cố rất tốn kém, chính vì vậy phải cần tìm mọi
giải pháp về mặt kỹ thuật để giải quyết nhanh. Trong quá trình
vận hành sự cố là điều khó tránh khỏi.
Có 2 nguyên nhân cơ bản gây ra sự cố:
- Nguyên nhân khách quan:
Do sét đánh vào hệ thống điện với cờng độ lớn, điện áp cao.
Các thiết bị chống sét làm việc không hiệu quả.
Do thiên tai lũ lụt gây ra.
- Nguyên nhân chủ quan:
Do trình độ kỹ thuật non kém.
Do không thực hiện đúng quy trình quản lý vận hành, đại tu
bảo dỡng thiết bị.
Do chất lợng thiết bị kém.
Do phá hoại nh: Đào đờng cuốc phải cáp, ném chất cháy vào
thiết bị điện và đờng cáp ...

CC TRNG THI NGN MCH CA H THNG IN
19

a- Ngắn mạch 3 pha

A
B
C

b- Ngắn mạch 2 hai
pha không chạm đất

B
C

Trạng thái nguy hiểm mhất

Sinh ra dòng điện ngắn mạch có chu kỳ ban
A đầu nhỏ hơn dòng điện ngắn mạch 3 pha.
Nhng điểm ngắn mạch ở gần máy điện có
cùng công suất thì dòng điện ngắn mạch có
thể vợt quá trị số dòng điện ngắn mạch 3
pha.

c- Ngắn mạch 2 pha
chạm đất

A
B

Cũng có đặc tính tơng tự

C

e- Ngắn mạch 1 pha
chạm đất

B
C

A Sự cố chạm đất xảy ra nhiều hơn, thờng
xuyên hơn. Nếu hệ thống có trung điểm
thì dòng điện chạm đất có thể vợt quá dòng
điện lớn nhất khi xảy ra ngắn mạch 3 pha.

e- Chạm đất tại hai
điểm khác nhau

B
C

A Xảy ra trong hệ thống với trung điểm nối
đất qua cuộn dập hồ quang. Dòng điện sự
cố hai pha chạm đất tại hai điểm không thể
vợt quá dòng ngắn mạch hai pha chạm đất
hoặc không chạm đất.
20


21


Chương II
QUẢN LÝ VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

II.1-Thiết bị điện trên đường dây trên không:
II.1.1- Chống sét ống CSO và dây chống sét:
1. Chống sét ống CSO:
Các đường dây trên không dù có được bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị
điện nối với chúng đều phải chịu tác dụng của sóng sét truyền từ đường dây đến.
Biên độ của quá điện áp khí quyển có thể lớn hơn nhiều điện áp cách điện của thiết
bị và sứ cách điện dẫn đến chọc thủng cách điện phá hoại thiết bị. Để bảo vệ các
thiết bị trong trạm biến áp triệt tiêu hoặc giảm bớt sóng quá điện áp truyền từ
đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét. Các thiết bị chống sét này sẽ hạ
thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần được bảo vệ.
a. Cấu tạo: Chống sét ống CSO gồm có hai khe hở phóng điện l1 và l2. Khe hở l1
được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí như fibrô bakêlít hay phi - nipơlát.
Khi sóng điện áp quá cao thì l1 và l2 đều có dòng điện phóng điện đi qua. Dưới
tác dụng của hồ quang, chất sinh khí phát nóng và sản sinh ra nhiều khí làm cho
áp suất trong ống tăng tới hàng chục "ata" và thổi tắt hồ quang. Tuy vậy khả
năng dập tắt hồ quang của chống sét ống bị hạn chế. Nếu dòng điện quá lớn, hồ
quang không bị dập tắt nhanh gây ngắn mạch tạm thời làm cho bảo vệ rơle có
thể cắt mạch điện. Chống sét ống chủ yếu dùng để chống sét bảo vệ cho các
đường dây không có dây chống sét, làm phần tử chống sét phụ trong các sơ đồ
bảo vệ chống sét cho trạm biến áp.
 Chống sét ống có cấu tạo bên ngoài hình
ống, vỏ bằng vật liệu cách điện. Hai đầu
® êng d©y
được bọc bằng kim loại mạ để dẫn điện. S1,
trªn kh«ng
S1
và S2 là hai khe hở phóng điện, S1 nằm bên
Chèng sÐt èng
ngoài, S2 nằm bên trong ống. Khoảng cách
S2

của S1,S2 được quy định theo cấp điện áp
chống sét ống chỉ dùng đến cấp điện áp
35kV.
xµ ® êng d©y
 Chống sét ống có khả năng làm việc lâu
dài ở ngoài trời.
khí thổi
 Hiện nay chống sét không được dùng phổ
biến trên lưới điện vì tuổi thọ thấp việc thay
thế gặp khó khăn.
Tại vị trí S1 có buồng dập hồ quang bằng hợp chất xenlulô có tác dụng dập tắt hồ
quang theo kiểu gây ngạt.
2. Dây chống sét:
Dây chống sét được làm bằng thép tròn có tiết diện 50mm 2 được dùng để bảo vệ
đường dây điện áp cao từ 110kV trở lên. Vùng có mật độ sét lớn thường dùng dây
22


chống sét toàn tuyến. Thông thường dây chống sét được dùng kết hợp với các thiết
bị chống sét khác. Đoạn gần trạm từ 1-2km được bảo vệ bằng dây chống sét.
Chống sét ống CSO1 đặt ở đoạn đầu đường dây gần trạm nhằm hạn chế biên độ
sóng sét. Nếu đường dây tải điện được bảo vệ bằng dây chống sét trên toàn tuyến
thì không cần CSO1. CSO2 là chống sét ống dùng bảo vệ máy cắt khi nó ở vị trí
cắt. Đối với trạm biến áp có cấp điện áp 3-10kV được bảo vệ bằng sơ đồ đơn giản
hơn không cần đặt dây chống sét mà chỉ dùng chống sét ống đặt cách trạm khoảng
200m.
Ở trên thanh cái của trạm biến áp hay ở sát máy biến áp ta đặt chống sét van.

Sơ đồ bố trí hệ thống chống sét cho đường dây và trạm biến áp.
II.1.2- Mỏ phóng điện tại đầu sứ:

Mỏ phóng điện là thiết bị bảo vệ chống sét đơn giản. Một cực của mỏ phóng điện
được nối trực tiếp vào dây dẫn, một cực còn lại được nối xuống đất. Khi làm việc
bình thường khe hở cách ly dây dẫn mang điện tích với đất. Khi có sóng quá điện
áp chạy trên đường dây khe hở sẽ phóng điện và truyền dòng điện sét xuống đất.
Ưu điểm của mỏ phóng điện là cấu tạo đơn giản rẻ tiền nhưng vì nó không có bộ
dập hồ quang nên khi nó làm việc tại mỏ phóng hồ quang sinh ra lớn rất dễ làm cho
bảo vệ rơle tác động. Chính vì vậy mỏ phóng điện thường đóng vai trò bảo vệ phụ
thường được lắp ở ngay đầu sứ đường dây hoặc sứ đầu vào máy biến áp có cấp
điện áp từ 35kV trở xuống.
II.1.3- Cuộn cản tần số 50Hz:
Cuộn cản tần số đặt ở trên đường dây và sát các động cơ điện có công suất lớn
nhằm mục đích hạn chế dòng điện khởi động và dòng điện ngắn mạch xung kích.
Về cấu tạo nó là 1 cuộn điện cảm không có lõi thép có điện kháng lớn hơn điện trở
rất nhiều. Trong hệ thống điện cuộn kháng điện thường được bố trí sau máy cắt và
trước các đầu cáp xuất tuyến.
II.1.4- Cầu dao đường dây:
Cầu dao đường dây thường dùng loại ngoài trời có nhiệm vụ chính là để cách ly
và phân đoạn các đoạn đường dây trong vận hành hoặc khi sự cố đường dây. Việc
23


sử dụng cầu dao đường dây phải tuân theo quy định của quy trình thao tác phân
đoạn sự cố. Tuyệt đối không được thao tác cầu dao đường dây trong điều kiện
đường dây có tải và khi có sóng sét đang lan truyền trên đường dây.
II.1.5- Cầu dao phụ tải ngoài trời:
Cầu dao phụ tải ngoài trời cũng đóng vai trò như cầu dao đường dây nhưng vì cầu
dao phụ tải 3 pha được trang bị thêm bộ dập hồ quang và lò xo thế năng nên nó có
thể đóng cắt trong điều kiện có tải . Tuy vậy điều kiện làm việc của cầu dao ngoài
trời còn nhiều hạn chế so với máy cắt vì dòng điện cắt của cầu dao nhỏ và không
được trang bị bộ bảo vệ rơle.

Buồng dập hồ quang

Cầu dao phụ tải ngoài trời

Máy cắt Auto reclosers

II.1.6- Máy cắt đường dây Auto reclosers còn gọi là máy cắt đóng lặp lại:
Máy cắt đường dây có cấu tạo nhỏ gọn, thường dùng loại máy cắt SF-6 hoặc máy
cắt chân không. Mỗi máy cắt được trang bị thêm một hộp bộ bảo vệ rơle và một bộ
điều khiển PLC được lập trình sẵn. Nó có khả năng làm việc đóng cắt bảo vệ như
các máy cắt khác, ngoài ra còn có khả năng tự động đóng điện lặp lại. Nguồn điện
cấp cho máy cắt đường dây Auto reclosers lấy trực tiếp ở máy biến áp và ắc quy.
Máy cắt đường dây Auto reclosers cho phép làm việc cả 2 chế độ tự động và bằng
tay. Máy cắt được kết nối với máy tính, làm việc theo chương trình được cài đặt sẵn
trong của máy tính. Có thể điều khiển thao tác, kiểm tra thông số tại chỗ hoặc từ xa.
II.1.7- Máy biến dòng:
Máy biến dòng ngoài trời làm nhiệm vụ chủ yếu để cấp điện cho công tơ điện tại
các điểm đo đếm điện năng tại các ranh giới giữa các điện lực. Ngoài ra tại các vị
trí đặt máy cắt đường dây Auto reclosers máy biến dòng làm nhiệm vụ cung cấp
dòng điện cho bảo vệ rơle.

24


Máy biến điện áp

Máy biến dòng

II.1.8- Máy biến điện áp đường dây:
Máy biến điện áp đường dây làm nhiệm vụ chủ yếu để cấp điện áp cho công tơ

điện tại các điểm đo đếm điện năng tại các ranh giới giữa các điện lực. Ngoài ra tại
các vị trí đặt máy cắt đường dây Auto reclosers máy biến điện áp làm nhiệm vụ
cung cấp nguồn điện áp cho bảo vệ rơle.
II.1.9- Tụ bù:
Tụ bù có vai trò tích cực trong việc giảm tổn thất điện năng trên lưới điện
Trong thực tế nếu phụ tải điện là các động cơ điện không đồng bộ thì có cos rất
thấp, ngoài ra các phụ tải khác như các máy biến thế phân xưởng, các lò điện kiểu
cảm ứng, máy biến thế hàn, quạt điện, đèn tuýp, các loại đèn huỳnh quảng cáo cũng
tiêu thụ khá nhiều công suất phản kháng và cũng có cos thấp. Đương nhiên là khi
đường dây phải chuyên tải thêm một lượng công suất phản kháng Q sẽ hạn chế đến
khả năng dẫn điện của dây dẫn, làm cho dây dẫn bị phát nóng dẫn đến tổn thất điện
năng tăng lên.
Thí dụ: Mạng điện có phụ tải là P, Q thì tổn thất công suất trong mạng là:
P2 +
P2 +
2
Q
P1 =
R và Q1 = Q2
X
2
2
U
U
 Q là công suất tác phản kháng- kVAr
 P là công suất tác dụng- kW
 X là điện kháng đường dây
- .
 R là điện trở đường dây
- .

 U là điện áp của điểm đặt tụ bù - V(kV).
Nếu ta đặt tụ bù ngay tại nơi có hộ dùng điện, tụ bù sẽ đưa vào lưới một dòng điện
mang tính chất điện dung IC và phát ra 1 công suất phản kháng gọi là Q bù. Công
suất phản kháng trên đường dây sẽ giảm xuống còn là Q - Qbù
25