chuong11_-_dien_1_chieu.doc

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

CHƯƠNG 11 :

ĐIỆN MỘT CHIỀU TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
<b> VÀ TRẠM BIẾN ÁP</b>

<b>11-1. KHÁI NIEÄM</b>

Trong nhà máy điện và trạm biến áp ngoài điện xoay chiều trong phụ tải tự
dùng cịn có một số phụ tải sử dụng điện một chiều , ví dụ : kích từ máy phát
điện , các động cơ một chiều , bảo vệ rơle tự động hóa , điều khiển , tín hiệu ,
thắp sáng sự cố … Các phụ tải này đều thuộc loại quan trọng , yêu cầu có độ
tin cậy cung cấp điện rất cao mặc dù lượng điện khơng lớn . Do đó cần phải có
mạch điện một chiều để cung cấp .

Điện một chiều có ưu điểm so với xoay chiều :

<b>-</b> Thiết bị điều khiển . bảo vệ rơle tự động hóa đơn giản , độ tin cậy cao và
ổn định hơn .

<b>-</b> Có thể dự trữ được .

Tuy nhiên điện một chiều cũng có nhược điểm là vận hành phức tạp , giá
thành cao

Phụ tải một chiều trong nhà máy điện và trạm biến áp chia thành ba loại :
- Phụ tải thường xuyên ( Itx ) . Phụ tải này có trị số khơng lớn làm việc hầu

như 24/24 giờ ví dụ : đèn tín hiệu bảo vệ rơle tự động hóa …

- Phụ tải xung ( Ix ) có trị số rất lớn nhưng thời gian rất ngắn bé hơn 1 phút

ví dụ dịng điện đóng máy cắt , dịng khởi động các động cơ .

- Phụ tải sự cố ( Isc) chỉ có khi mất điện xoay chiều ví thắp sáng sự cố .

Do đó phụ tải lâu dài của điện một chiều sẽ là : Ild = Itx + Isc

Phụ tải ngắn hạn lớn nhất sẽ là : Ing.max = Ild + Ix

<b>11-2. NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU </b>
<b> Coù ba phương pháp cung cấp điện một chiều :</b>

1- Dùng máy phát một chiều .

Máy phát một chiều có khuyết điểm vận hành phức tạp , cần có động cơ sơ
cấp kéo máy phát , nếu dùng động cơ xoay chiều thì phụ thuộc vào điện xoay
chiều , khi mất nguồn xoay chiều cũng mất ln điện mơt chiều , cịn dùng
tuabin kéo thì giá thành cao , phức tạp . Do đó hiện nay ít được sử dụng .

2- Dùng chỉnh lưu .

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

3- Dùng accqui .

Accqui có nhược điểm là vận hành phức tạp , độc , giá thành cao nhưng có
ưu điểm là có thể tích trữ được và chịu dịng xung lớn . Vì vậy hiện nay trong
nhà máy điện và trạm biến áp đều có sử dụng accqui cùng với chỉnh lưu làm
nguồn cung cấp điện một chiều .

11-3. ACCQUI .

Thoâng số kỹ thuật của accqui :

<b>-</b> Điện áp : ngồi trị định mức ( Uđm ) tính bằng Vơn ( V ), như các thiết bị

khác , riêng accqui còn cho trị cực đại khi nạp ( Un.max ) và trị cưc tiểu khi

phoùng ( Up. min ).

<b>-</b> Dịng điện nạp ( In ) tính bằng Ampe ( A ) tương ứng thời gian nạp ( tn ) ,

tính bằng giờ ( h ).

<b>-</b> Dịng điện phóng ( Ip ) tính bằng Ampe ( A ) tương ứng với thời gian phóng

( tp ), tính bằng giờ ( h ).

<b>-</b> Dung lượng phóng ( Qp); dung lượng nạp ( Qn ), tính bằng Ampe-giơ ø(Ah) .

Qn =

∫

<i>intn</i> = ∑ In.i Tn.i
Qp =

∫

<i>iptp</i> = ∑ Ip.i Tp.i
- Hiệu suất phóng ηp =

<i>Q_p</i>
<i>Qn</i> < 1

<i><b>Các loại accqui </b></i>

Hiện nay có 2 loại accqui thơng dụng : accqui axit-chì và accqui kiềm .

Về cấu tạo cả hai đều gồm có ba bộ phận chính : bình điện phân , dung dịch
điện phân và các điện cực ( cực dương và cực âm ). ( hình 11-1 )

<i><b>1-</b></i> <b>Accqui axit-chì : </b>

<b>-</b> Dung dịch điện phân là axit sunphuaric ( H2SO4 ).

<b>-</b> Bình điện phân làm bằng thủy tinh , nhựa hóa học chống ă mịn axit hoặ
gỗ đã xử lý hóa học .

<b>-</b> Cực dương là các tấm ơ-xýt chì ( PbO2 ) , cực âm là các tấm chì xốp ( Pb )

Sức điện động E xác định theo biểu thức :
E = 0,84 + γ .

Trong đó γ – tỷ trọng dung dịch điện phân
Các chế độ làm việc accqui axit-chì :

<b> - Chế độ phóng điện : khi nối các cực accqui với phụ tải R ( hình 11-2a ) sẽ</b>
có dòng điện chạy từ cực dương ( + ) đến cựcâm (- ) bên ngoài accqui và các
phản ứng hóa học xãy ra như sau :

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Nhận thấy rằng trong q trình phóng điện lượng H2SO4 giảm và H2O tăng

cho nên E giảm . Phụ thuộc vào trị số c
dòng điện phóng ( Ip ) mà điện áp trên

các cực ( Up ) giảm nhanh hay chậm ,

nhiều hay ít ( hình 11-2b ).

Dấu hiệu kết thúc quá trình phóng là a b

điện áp phóng bé nhất cho phép (Up.min)

là 1,7-1,8 V . Nếu tiếp tục phóng accqui
sẽ bị hiện tượng cong các phiến cực làm
chập mạch và hỏng accqui .

<i>Hình 11-1. </i>Cấu tạo accqui
<i>a) bình điện phân; b) dung dòch</i>

<i>c) các điện cực</i>

Up(V)

Ip=3,6h

1,95 6

1,9 7,5

1,85 11 10 9

<i> </i>1,8 18,5

<i> R</i>

<i> </i>0 1 2 4 t(h)

<i>Hình 11-2 . </i>Chế độ phóng điện của accqui axit-chì .

<i> a) Sơ đồnối điện ;b) Đặc tính phóng điện U = f ( t )</i>
<b>- Chế độ nạp điện .</b>

Khi nối các cực accqui với nguồn điện một chiều ( hình 11-3 a) sẽ có dịng
điện chạy từ cực dương sang cực âm bên trong accqui và phản ứng hoá học
xãy ra ngược lại với q trình phóng :

2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + H2SO4

nghĩa là các cực được phục hồi lại và dung dịch điện phân tăng lên do đó Un

cũng tăng lên ( hình 11-3b ).

Dấu hiệu kết thúc quá trình nạp là khi điện áp nạp đạt giá trị cực đại (Un.max )

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

mà thoát ra ngoài , sau khi ra ngoài chúng lại kết hợp thành H2SO4 làm giảm tỷ

trọng γ và có hại cho môi trường xung quanh .

Un(V) In1 In2 In3

Unmax

tn1 tn2 tn3

<i>Hình 11-3.</i> Quá trình nạp của accqui axit-chì

<i>a) Sơ đồ nối điện ;b) đặc tính nạp điện Un = f ( t )</i>

Đặc tính Un= f(t) phụ thuộc vào trị số dòng điện nạp ( In ) ( hình 11-3b ) . Khi

điện áp nạp đạt đến 2,3 V trên mỗi bình accqui , quá trình nạp xãy ra chậm lại
do đó tốt nhất nên giảm dòng điện nạp , kéo dài thời gian nạp để dung lượng
nạp đạt được nhiều hơn .

Điện áp định mức của accqui axit-chì Uđm = 2,05 V , muốn có điện áp lớn

hơn phải nối tiếp nhiều bình accqui .

Dịng điện nạp , dịng điện phóng , dung lượng nạp , dung lượng phóng của
accqui được chế tạo theo bội số nhân và trong bảng số liệu chỉ cho thông số
của accqui cơ bản №1 . Ví dụ . Hiện nay Nga đã sản xuất accqui axit-chì có 2
loại C và CK ( C : kiểu đặt cố định ; K : cho phép làm việc trong thời gian
ngắn) với số hiệu từ №1 đến №148 có thơng số cho trong bảng 11-1 .

<i> Baûng 11-1</i>

Các đặc tính CK-1 C-1 và CK-1

Thời gian phóng h 1 2 3 5 7,5 10
Dung lượng Ah 18,5 22 27 30 33 36
Dịng điện phóng A 18,5 11 9 6 4,4 3,6
Điện áp nhỏ nhất

khi phoùng V 1,75 1,8
<i><b>2-</b></i> <b>Accqui sắt-kền .</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>-</b> Bình điện phân bằng nhựa thơng thường vì khơng có acxít.
<b>-</b> Các cực bằng Fe

11-4. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ACCQUI .
Thơng thường accqui có hai chế độ làm việc :

1- Chế độ nạp-phóng : accqui sau khi được nạp đầy thì cắt nguồn nạp và
chuyển sang nối với phụ tải để phóng điện cung cấp cho phụ tải . Chế độ làm
việc này có ưu điểm là hầu như tồn bộ năng lượng nạp đều được sử dụng ,
accqui được luôn luôn sử dụng không phải bị ngâm trong dung dịch điện phân
cho nên hiệu suất sử dụng cao . Tuy nhiên có khuyết điểm là tuổi thọ ngắn vì
thời gian làm việc nhiều , nghiêm trọng nhất là cuối giai đoạn phóng năng
lượng cịn ít hoặc khơng cịn để cung cấp cho phụ tải . Muốn sử dụng trong nhà
máy điện hoặc trạm biến áp để làm nhiệm vụ dự phòng khi mất điện xoay
chiều ít nhất phải có hai bộ nguồn accqui . Điều này làm tăng vốn đầu tư và
phức tạp bảo quản vận hành . Chế độ này chỉ thích hợp đối với những nơi
khơng có điện lưới . Trong nhà máy điện và trạm biến áp hầu như không sử
dụng chế độ này .

2- Chế độ nạp thêm thường xuyên ( phụ nạp ) .

Trong chế độ này accqui sau khi được nạp khơng cắt nguồn nạp mà đồng thời
cùng nguồn đóng với phụ tải . Accqui luôn luôn được phụ nạp để bù vào phần
tiêu hao do tự phóng và cung cáp cho tải nếu có .

Trong chế độ này nguồn cung cấp cho các phụ tải thường xuyên accqui chỉ
cung cấp cho phụ tải ngắn hạn , phụ tải xung và khi mất nguồn do mất điện
xoay chiều .( accqui có khả năng chịu dịng xung lớn )

Với chế độ này accqui luôn luôn được nạp đầy cho nên không cần nguồân dự
phịng nhưng cũng có khuyết điểm là accqui ít được làm việc thường ở trạng
thái bị ngâm trong dung dịch điện phân đưa đến không bền mặc dù tuổi thọ
được kéo dài . Dể khắc phục thường mỗi tháng cho accqui phóng hết một lần
trong thời gian ngắn và nạp lại .

11-5. SƠ ĐỒÀ LAØM VIỆC CỦA ACCQUI .

<b> Như đã trình bày ở trên accqui có các điểm cần chú ý : điện áp mỗi bình </b>
accqui có giới hạn , khi làm việc thay đổi trong giới hạn rất rộng trong khi điện
áp phụ tải yêu cầu không thay đổi hoặc cho phép với ∆Ucp = ± 5%

Ví dụ accqui axít-chì

- điện áp cuối giai đoạn un.max = 2,7 ÷ 2,8 V ;

- điện áp cuối giai đoạn phóng up.min = 1,7 ÷ 1,8 V

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Vì vậy để nhận được điện áp thích hợp cần phải nối tiếp n bình U = nu và n
luôn điều chỉnh theo yêu cầu .

Sơ đồ làm việc của tổ accqui ( hình 11-3 )
6

1 2 1’₂’

1

2 3

T1

T2

<i>Hình 11-3.</i> Sơ đồ làm việc của tổ accqui

<i>1) dao đổi nối; 2) nguồn nạp; 3) tổ accqui; 4) T1 tay điều chỉnh </i>

<i>phóng</i>

<i>5) T2 tay điều chỉnh nạp ; 6) phụ tải</i>

<i> Chế độ nạp-phóng</i>

<i> </i>Khi nạp điện dao đổi nối chuyển sang vị trí 2-2’_{, để giữ cho điện áp trên}

thanh góp khơng đổi theo u cầu của tải tay điều chỉnh phóng T1 từ phải sang

trái giảm dần số bình accqui vì khi nạp điện áp mỗi bình accqui tăng lên , để
tăng điện áp đặt vào mỗi bình accqui theo yêu cầu nạp chuyển dần tay nạp T2

cũng từ phải sang trái để giảm số bình accqui được nạp vì điện áp trên cực
nguồn có giới hạn . Trong q trình nạp nếu có nhu cầu phóng với dịng lớn
( ví dụ cần đóng máy cắt ) máy phát không đáp ứng được bảo vệ rơle tự động
cắt máy phát do điện áp trên thanh góp giảm , accqui sẽ thay máy phát cung

cấp cho phụ tải này , sau đó máy phát được đóng để nạp cho accqui và cung
cấp cho phụ tải . Khi đã nạp xong dao đổi nối cắt ( vị trí 0-0’_{) chuyenå sang chế}

độ phóng .

s Khi phóng điện điện áp trên mỗi bình accqui giảm , để giữ điện áp trên
thanh góp khơng đổi tay phóng T1 được điệu chỉnh từ trái sang phải tăng dần số

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Trong chế độ phụ nạp dao đổi nối đóng vào vị trí 1-1’_{, accqui nối vào thanh}

góp như một tải . Nguồn đồng thời cung cấp cho tải và phụ nạp cho accqui .
Điều chỉnh điện áp cho tải ( Utg ) do bộ điều chỉnh điện áp của nguồn đảm nhận

. Khi có tải xung nguồn tự động cắt , việc cung cấp điện do accqui đãm nhận
như trên . Vì trong chế độ này dịng phụ nạp nhỏ cho nên không cần sử dụng
nguồn lớn như trong chế độ nạp phóng mà thay bằng nguồn nhỏ , hiện nay
trong nhà máy điện và trạm biến áp sử dụng bộ chỉnh lưu , do đó trong sơ đồ có
hai bộ nguồn ( hình 11-4 ) .

1) 2)



<i>Hình 11-4. </i>Sơ đồ nối điện một chiều làm việc theo chế độ phụ nạp

<i>1) nguồn nạp chính ;2) nguồn nạp phu.</i>
<i> </i>

<b> 11-6. CHỌN TỔ ACCQUI .</b>

Tính tốn chọn tổ accqui tưcù là chọn số lượng bình accqui ( n ) , số lượng bình

accqui tham gia vào điều chỉnh ( n0 ) , số lượng bình accqui nối cố định ( n1 ) ,

chọn số hieäu accqui ( № ) .

Theo qui định hiện nay thời gian sự cố ( tsc ) tính tốn cho phép là 0,5 giờ đối

với nhà máy thủy điện có nối với hệ thống , 1 giờ đối với nhà máy nhiệt điện
và trạm biến áp có nối với hệ thống do đó :

- Dung lượng tính tốn ( Qtt ) của accqui trong chế độ phụ nạp sẽ là :

Qtt = Ild.max . ttt = ( Itx + Isc )

<b>-</b> Dịng diện phóng tính tốn Itt ngắn hạn sẽ là :

Itt,nh.max = Itx + Isc + Ix

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Trong đó

m là số máy cắt đồng thời đóng ;

Iđ. mc là dòng điện cung cấp cho bộ truyền động đóng máy cắt .

Số bình accqui tổng n xác định theo biểu thức :
n = <i>U</i>tg

<i>up</i>.min

Số bình accqui nối cố định n1 xác định theo bỉeu thức :

n1 =
<i>U</i>_tg
<i>un</i>.max

trong đó : Utg : điện áp trên thanh góp , thường lấy bằng 1,05Uđm.tg.

up.min: điện áp accqui khi cuối quá trình phóng , đối với accqui

axít-chì lấy bằng 1,7 V

<i> </i> un.max : điện áp lớn nhất trong khi nạp , đối với accqui axít-chí

lấy bằng 2,7 V .

n0 = n – n1 : số bình accqui tham gia vào điều chỉnh .

Số hiệu accqui № xác định theo biểu thức :
№ ≥ 1,1 <i>Q</i>tt

<i>Q</i>❑<i>N=1</i>

trong đó 1,1 là hệ số khi có xét đến sự giảm dung lượng của accqui ,
QN=1 là dung lượng accqui № =1 , khi ttt =1 giờ bằng 18,5 Ah .

Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện phóng ngắn hạn :
Ip.cp.nh ≥ Ip.nh.max

Trong đó : Ip.cp.nh là dịng phóng cho phép ngắn hạn của accqui lấy bằng

2,5 lần dòng phóng cho phép lâu dài nghóa là
Ip.cp.nh = 2,5 .18,5.№ ( A )

</div>

<!--links-->