Tải bản đầy đủ (.pdf) (87 trang)

Giáo trình Phần điện trong nhà máy thủy điện (Nghề Vận hành thủy điện)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.09 MB, 87 trang )

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/ MƠ ĐUN. PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: vẬN HANH THỦY ĐIỆN
( Áp dụng cho Trình độ. Trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ


LỜI GIỚI THIỆU
Phần điện trong nhà máy thủy điện ở nước ta ngày càng và nhà máy thủy điện
Việc giẳ quyết đúng dắn về vấn đề vận hành các nhà máy thủy điện và trạm biến áp
chúng sẽ mang lại lợi ích khơng nhỏ đối với hệ thống kinh tế quốc dân nói chung và hệ
thống điện nói riêng. Muốn giải quyết được vấn đề nêu trên cần có những hiểu biết tồn
diện, sâu sắc khơng những về nhà máy điện và trạm biến áp mà cả về hệ thống năng
lượng phần nào đáp ứng nhu cầu của bạn đọc, các cán bộ giảng dạy thuộc khoa điện –
điện tử trường Cao đẳng Lao Cai biên soạn cuốn sách này dựa trên kết quả nghiên cứu,
giảng dạy nhiều năm và các tài lệu mới xuất bản.
Cấu trúc của giáo trình bao gồm 5 bài:
Bài 1: Tính chọn các phần tử chính trong sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện.
Bài 2: Vẽ sơ đồ nối điện chính và tự dùng của các nhà máy điện .
Bài 3: Mạch thứ cấp trong nhà máy thủy điện
Bài 4: Nguồn thao tác trong nhà máy thủy điện .
Bài 5: Thiết bị phân phối điện.
Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình
khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê.
Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ cịn khiếm khuyết;
rất mong các thầy cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các
cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hồn thiện hơn, đáp ứng


được mục tiêu đào tạo của mơn học nói riêng và ngành vận hành thủy điện cũng như các
chuyên ngành kỹ thuật nói chung.
Lao Cai, tháng
năm 2020
Nhóm biên soạn
1. Lại Văn Dũng
2. Chủ biên: Bùi Trung Kiên


MỤC LỤC
BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................ 6
1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ ............................................................................... 6
1.1. Chức năng và phân loại.................................................................................. 6
1.2. Chọn thanh dẫn cứng ..................................................................................... 6
1.3. Chọn dây dẫn mềm ......................................................................................... 9
1.4. Chọn cáp điện lực ........................................................................................ 10
1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên ................................................................................ 11
2. Máy biến điện áp ................................................................................................ 11
2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp ......................................................... 11
2.2. Các tham số của máy biến điện áp................................................................ 15
2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp ............................................................ 15
3. Máy biến dòng điện ............................................................................................ 16
3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dòng điện....................................................... 16
3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện ............................. 17
3.3. Cách tính chọn máy biến dịng...................................................................... 18
BÀI 2: VẼ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH VÀ TỰ DÙNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN
VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................................................................. 25
1. Các sơ đồ thanh góp cơ bản ................................................................................ 25
1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt ............................................ 25

1.2. Sơ đồ nối mỗi mạch với hai thanh góp .......................................................... 31
1.3.Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt ................................... 36
1.4. Sơ đồ cầu...................................................................................................... 36
2. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi ..................................... 39
3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện rút hơi ........................................... 40
4. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy thủy điện ....................................................... 41
5. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp .......................................................................... 42
6. Chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng. .......................................................... 43
6.1. Chọn máy biến áp ......................................................................................... 43
BÀI 3: LẮP ĐẶT MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN................. 49
VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................................................................. 49
1. Khái niệm chung, các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng ............... 49


1.1. Khái niện chung ........................................................................................... 49
1.2. Các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng .................................... 49
1.3. Khóa điều khiển............................................................................................ 51
2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển .................................................................. 52
1.1. Sơ đồ phải có tín hiệu vị trí........................................................................... 52
2.2. Sơ đồ ngồi việc đóng cắt bằng tay cịn phải đóng cắt tự động .................... 54
2.3. Sơ đồ có khả năng kiểm tra thường xuyên mạch điều khiển .......................... 54
2.4. Các cuộn dây đóng cắt chỉ chịu được dòng với thời gian ngắn (một vài phần
giây).................................................................................................................... 55
2.5.Trong mạch điều khiển phải có khóa để tránh hiện tượng đóng cắt nhiều lần
MC ...................................................................................................................... 55
2.6. Trong sơ đồ ngồi tín hiệu ánh sáng cịn phải có tín hiệu âm thanh báo sự
cố ........................................................................................................................ 57
2.7. Mạch điều khiển phải có khí cụ điện bảo vệ riêng như cầu chì hoặc áp tơ
mát ...................................................................................................................... 58
3. Tín hiệu .............................................................................................................. 58

3.1. Tín hiệu chỉ vị trí .......................................................................................... 58
3.2 Tín hiệu sự cố ................................................................................................ 59
3.3. Tín hiệu báo trước ........................................................................................ 63
3.4. Tín hiệu chỉ huy ............................................................................................ 63
4. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt ............................................................ 64
4.1. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng
ánh sáng (hình 3.4.1) .......................................................................................... 64
4.2. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng
âm thanh (hình 3.4.2) .......................................................................................... 65
5. Kiểm tra cách điện .............................................................................................. 68
5.1. Kiểm tra cách điện mạng điện một chiều ...................................................... 69
5.2. Kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều..................................................... 70
BÀI 4: PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ........ 73
1. Khái niệm chung ................................................................................................ 73
2. Nguồn thao tác một chiều ................................................................................... 73
2.1. Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của ắc quy...................................................... 73
2.2. Các sơ đồ làm việc của ắc quy...................................................................... 75
3. Lựa chọn ắc quy ................................................................................................. 77


3.1. Phụ tải điện một chiều và dung lượng tính tốn............................................ 77
3.2. Chọn số lượng bình ắc quy ........................................................................... 78
3.3. Kiểm tra dịng điện phóng tính tốn ngắn mạch ........................................... 79
3.4. Chọn máy nạp .............................................................................................. 79
3.5. Phân phối dòng thao tác một chiều............................................................... 80
4. Nguồn thao tác xoay chiều.................................................................................. 80
BÀI 5: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN ....................................................................... 81
1. Khái niệm ........................................................................................................... 81
2. Thiết bị phân phối trong nhà ............................................................................... 82
2.1. Thiết bị phân phối lắp ghép .......................................................................... 82

2.2. Thiết bị phân phối kiểu trọn bộ ..................................................................... 84
3. Thiết bị phân phối điện ngoài trời ....................................................................... 85
3.1. Thiết bị phân phối lắp ghép .......................................................................... 85
3.2. Thiết bị phân phối ngoài trời kiểu trọn bộ .................................................... 86
4. Một số cấu trúc của thiết bị phân phối điện trong nhà ......................................... 86


BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
CHÍNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ
1.1. Chức năng và phân loại
Những thiết bị chính trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp (máy phát, máy
biến áp…) cùng với các khí cụ điện (máy cát điện, dao cách ly, kháng điện …) được nối
với nhau bằng thanh dẫn, thánh góp, cáp điện lực. Thanh dẫn, thanh góp có hai loại
chính: thanh dẫn cứng và thanh dẫn mềm.
Thanh dẫn cứng thường làm bằng đồng nhơm, cịn thép chỉ dùng khi có dịng
điện dưới 200 -:- 300A. Thanh dẫn cứng thường được dùng để nối từ đầu cực máy phát
đến gian máy, dùng làm thanh góp điện áp máy phát, thanh góp 6 -:- 10KV ở các trạm
biến áp doạn từ TBPP cấp điện áp máy phát đến máy biến áp tự dùng v.v.. Tùy theo
dòng phải tải mà thanh dẫn cứng có cấu tạo khác nhau. Khi dịng nhỏ thì thường dùng
thanh dẫn cứng hình chữ nhật. Khi dịng lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ hai đến ba thanh
dẫn hình chữ nhật đơn trên mỗi pha. Cịn đối với dịng điện lớn hơn 3000A thì dùng
thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngồi và hiệu ứng gần, đồng thời làm tăng
khả năng làm mát cho chúng. Khi dịng điện lớn hơn nữa thì thì dùng thanh dẫn hình
ống.
Thanh dẫn mềm thì dùng để làm thanh góp, thanh dẫn cho thiết bị ngồi trời điện
áp 35 KV trở lên. Nó là dây vặn xoắn bằng đồng hay nhôm lõi thép. Khi dùng một sợi
dây không đủ tải và dòng cần thiết phải dùng chum các dây dẫn mềm. Chùm dây bao
gồm nhiều dây phân bố đều và kẹp chặt trên ịng kim loại thường có dạng vịng trịn.
Thanh dẫn và thanh góp của ba pha được bố trí nằm ngang, hoặc thẳng đứng hay

ba pha trên các đỉnh tam giác.
1.2. Chọn thanh dẫn cứng
Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp
Đại lượng chọn và kiểm tra

Điều kiện

Dịng điện phát nóng lâu dài cho phép
(A)

.




Khả năng ổn định động (kg/cm 2)
Khả năng ổn định nhiệt (mm 2)

.

≥ .



Trong đó:
K1 = 1 đối với thanh góp đặt đứng
K1 = 0.95 đối với thanh góp đặt ngang
K2 là hệ số điều chỉnh nhiệt độ theo môi trường
: Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp


đ


Với thanh góp nhơm:

= 700

/

Với thanh góp đồng:

= 1400

/

: Ứng suất tính tốn, xuất hiện trong thanh góp do tác động của
lực điện động ngắn mạch
(

=

/

)

(1 – 1)

M: Mô men uốn tính tốn
=


.

(

)

(1 - 2)

Ftt: Lực tính tốn do tác động của dòng ngắn mạch
= 1,76. 10 .

(

)

(1 – 3)

l: Khoảng cách giữa các sứ của một pha (cm)
a: khoảng cách giữa các pha (cm)
W: mô men chống uốn của các loại thanh dẫn (kG.m), cơng thức
tính tốn ở bảng sau:

Ví dụ: u cầu lựa chọn thanh góp đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp
315KVA – 10/0,4KV.
Dịng điện lớn nhất qua thanh góp chính là dòng điện định mức của MBA
315
đ
=
=
= 455.2

đ
√3 đ
√3. 0,4
Chọn thanh góp đồng tiết diện hình chữ nhật M40 x 4 có Icp = 625 A
Cần tính dịng ngắn mạch để kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt


Hình 1.1.1. Sỏ đồ nguyên lý TBA và sơ đồ thay thế tín hiệu ngắn mạch hạ áp
Tổng trở biến áp quy về hạ áp
=



đ

. 10 + .

%.

. 10

đ

đ

=

đ

4,850,4

4,5. 0,4
. 10 +
. 10 = 7 + 20 Ω
315
315
+ +
=

Tuy nhiên trị số của Zc và ZAT là quá nhỏ so với tổng trở biến áp nên có thể bỏ
qua:


= 7 + 20 Ω

Dịng điện ngắn mạch
400

=

√3√7 + 20
Trị số dịng ngắn mạch xung kích
= 1,8√2

= 10,9

= 27

Dự định đặt ba thanh góp ba pha cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt trên hai sứ
khung tủ cách nhau 70 cm
70

= 1,76. 10 . .27 = 2,22( )
15
2,22.70
)
=
= 15,54(
10
Mô men chống uốn của thanh 40 x 4 đặt đứng
40. 4
= 0,106
6
15,54
)
=
= 146,6( /
0,106
Với α = 6 và tqđ = tc = 0,5s, kết quả kiểm tra thanh góp ở bảng sau:
=


Đại lượng chọn và kiểm tra

Điều kiện

Dịng điện phát nóng lâu dài cho
phép (A)

.

= 1.1.625 > 455,2


= 1400 >

Khả năng ổn định động (kg/cm 2)
Khả năng ổn định nhiệt (mm 2)

.

= 40 4 = 160 ≥ .

= 146,6



= 6.109. 0,5 = 46

đ

Vậy chọn thanh cái đồng M40x4 là hoàn toàn thỏa mãn.
1.3. Chọn dây dẫn mềm
Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp
Đại lượng chọn và kiểm tra

Điều kiện

Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ
dòng điện kinh tế

=


Điều kiện phát nóng lâu dài



Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch



Điều kiện vầng quang



Trong đó:

đ

Jkt - Mật độ dịng kinh tế
Tên

Thanh dẫn góp:
Đồng
Nhơm
Cáp điện lực cách
điện bằng giấy tẩm
dầu lõi:
Nhơm
Đồng

Mật độ dịng kinh tế A/mm2 với thời gian sử dụng công
suất cực đại, giờ

1.000 -:- 3.000

3.000 -:- 5.000

5.000 -:- 8.760

2,5
1,3

2,1
1,1

1,8
1,0

3,0
1,6

2,5
1,4

2,0
1,2

Icpbt - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế
tạo cho trước).
Icb – dịng điện phát nóng cưỡng bức
ϴ2 – nhiệt độ cuối cùng khi ngắn mạch
ϴcpnm - nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch
Uvq – điện áp tới hạn có thể phát sinh hồ quang



= 84.

. . ln (

)

r – bán kính ngồi dây dẫn (cm)
a – Khoảng cách giữa các trục dây dẫn (cm)
m – hệ số xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn. Đố với một sợi hoặc thanh
dẫn để lâu trong khơng khí m = 0,93 -:- 0,98 và đối với dây nhiều sợi xoắn m = 0,83 -:- 0,87
1.4. Chọn cáp điện lực
1.4.1. Các phương pháp lựa chọn tiết diện cáp điện lực
* Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế: Phương pháp này dùng cho
lưới điện có điện áp U ≥ 110KV, bởi vì trên lưới này khơng có thiết bị sử dụng điện trực
tiếp đấu vào vấn đề điện áp không cấp bách, nếu chọn dây theo Jkt sẽ có lợi về kinh tế
nghĩa là chi phí tính tốn hằng năm sẽ thấp nhất.
Lưới trung áp đơ thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian
sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo phương pháp này.
* Chọn tiết diện theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp: Lưới trung áp nông thôn,
hạ áp nông thôn, đường dây tải điện đến các trạm bơm nông nghiệp, do khoảng cách tải
điện xa, tổn thất điện áp lớn, chỉ tiêu chất lượng điện năng dễ bị vi phạm nên tiết diện
dây dẫn thường được chọn theo phương pháp này.
* Lựa chọn tiết diện theo phương pháp phát nóng cho phép Icp: Phương pháp này
dùng cho tiết diện dây dẫn và cáp cho lưới hạ áp đô thị, hạ áp công nghiệp và chiếu sáng
sinh hoạt.
Lưới điện

Jkt


Cao áp

Mọi đối tượng

Trung áp

Đô thị, công
nghiệp

ΔUcp

Icp

Nông thôn

Hạ áp

Nông thôn

Đô thị, công
nghiệp

Tiết diện dù được chọ theo phương pháp nào cũng phải kiểm tra lại theo các tiêu
chuẩn sau đây:


≤∆




≤∆


Trong đó:
ΔUbt: - tổn thất điện áp của đường dây trong trường hợp làm việc bình
thường
ΔUbtcp: - tổn thất điện áp cho phép khi đường dây làm việc bình thường.
ΔUsc: - tổn thất điện áp của tuyến đường dây khi xảy ra sự cố nguy hiểm
nhất.


ΔUsccp: - tổn thất điện áp cho pháp khi xảy ra sự cố.
Isc: - dòng điện lớn nhất chạy qua đường dây khi có sự cố.
Icp: - dịng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế tạo
cho trước).
Với lưới U ≤ 110 KV:

ΔUbtcp = 10% Uđm
ΔUsccp = 20% Uđm

Với lưới U ≤ 35 KV:

ΔUbtcp = 5% Uđm
ΔUsccp = 10% Uđm

Ngoài ra tiết diện dây dẫn còn được thỏa mãn về các điều kiện về độ bền cơ học
và chống tổn thất vầng quang.
1.4.2. Các điều kiện lựa chọn cáp điện lực
Đại lượng chọn và kiểm tra


Điều kiện

Điện áp định mức



đ

Tiết diện cáp chọn theo mật độ dòng kinh tế

đ

=

Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng bình
thường

.

Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng cưỡng
bức

1,3.

.
.


.






Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch
1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên
- Loại sứ: Chọ theo vị trí đặt
- Điện áp:

đ



đ

≤ 0,6.

- Kểm tra điều kiện ổn định động:

Fph – lực phá hoại cho phép của sứ (tra trong sổ tay tra cứu)
- lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch bap ha:
=

.

– lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch bap ha.
– chiều cao của sứ
- chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thết diện thanh dẫn.
2. Máy biến điện áp

2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp
2.1.1. Khái niệm


Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều
khó khăn.Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất
tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng .Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng
các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết
bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện
áp
Máy biến áp đo lường còn được gọi là máy biến điện áp được ký hiệu là BU hoặc
BU, có chức năng biến đổi điện áp sơ cấp bất kỳ xuống 100V hoặc 100√3 V, cấp nguồn
cho các mạch đo lường, điều khiển, tín hiệu, bảo vệ.
2.1.2. Phân loại: Máy biến điện áp được phân thành các loại sau :
- Theo số pha: máy biến điện áp một pha và máy biến điện áp ba pha .
- Theo số dây quấn: loại 2 dây quấn và loại 3 dây quấn.
- Theo cấp chính xác : Được phân theo theo giá trị sai số cho phép
- Theo phương thức làm mát : máy biến điện áp dầu, máy biến điện áp khơ (khơng khí).
- Loại thiết bị có : máy biến điện áp trong nhà, máy biến điện áp ngoài trời và
máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ .
2.1.3. Các kiểu máy biến điện áp
- Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức ≤ 24KV, vật liệu các
điện là epoxy
- Máy biến điện áp dầu: Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên. Sở dĩ
đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dầu vừa
cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố về chạm chập dây
.Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có
bình dãn dầu và trong q trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhưng loại này phù
hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt
cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện

áp kiểu ngâm dầu .
- Máy biến điện áp nối tầng:Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách
điện,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định.
2.1.4. Cấu tạo
a) Biến điện áp khô
Biến điện áp khô chỉ dùng cho TBPP trong nhà. Biến điện áp khô 1 pha dùng ở
điện áp 6kV trở xuống, còn biến điện áp 3 pha dùng cho điện áp đến 500kV.
b) Biến điện áp dầu


Hình 1.2.1. Biến điện áp dầu một pha
a) Điện áp dưới 35kV: 1 – thùng dầu kép; 2 – nắp; 3 –đầu sứ xuyên phía cao áp;
4 – mạch từ; 5 – cuộn dây sơ cấp; 6 – đầu ra thứ cấp; 7 – chốt để tháo nắp; 8 – dầu
máy biến điện áp. b) Điện áp 35kV
Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên, dùng cho cả TBPP trong
nhà và ngồi trời (Hình 1.2.1)
Biến điện áp dầu 3 pha 5 trụ được chế tạo với điện áp 3 -:- 20kV. Gồm mạch từ
5 trụ (trong đó 3 trụ có dây quấn, cịn hai trụ bên khơng có dây quấn để cho từ thơng thứ
tự khơng chạy qua), cịn hai cuộn dây thứ cấp nối hình sao và hình tam giác hở. Cuộn
dây nối hình sao abc cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơ le và kiểm tra cách điện,
cuộn dây a1-x1 nối rơ le điện áp để cho tín hiệu khi một điểm chạm đất trong lưới cao
áp. Bình thường Ua1-x1 = Ua + Ub + Uc = 0 khi một điểm trong lưới cao áp chạm đất điện
áp
Ua1-x1 = 3U0, (U0 điện áp thứ tự khơng) do đó rơ le tác động báo tín hiệu chạm đất.

Hình 1.2.2. Biến điện áp ba pha năm trụ
a) Bề ngoài; b) Sơ đồ nối dây
c) Biến điện áp kiểu phân cấp



Được dùng đối với điện áp 110kV trở lên để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách
điện của biến điện áp.
Biến điện áp kiểu phân cấp bao gồm nhiều tầng lõi từ xếp chồng lên nhau, mà
cuộn dây sơ cấp phân bố đều trên các lõi, còn cuộn dây thứ cấp chỉ ở trên lõi từ cuối
cùng. Số tầng lõi từ phụ thuộc vào điện áp định mức 110kV có hai tầng, cịn 220kV có
số tầng nhiều hơn.
Đối với điện áp 500kV trở lên người dùng bộ phận phân áp bằng tụ để lấy một
phần điện áp cao rồi mới đưa vào biến điện áp (hình 1.2.3). Điện áp lấy trên C2 bằng
khoảng 10 -:- 15kV, sau đó nhờ biến điện một pha hạ xuống thích hợp cho đo lường, rơ
le và tự động hóa. Để điện áp thứ cấp U2 không thay đổi theo phụ tải cần đặt thêm điện
kháng P và bộ chống nhiễu N.

Hình 1.2.3. Bộ phận chia điện áp bằng tụ
2.1.5. Sơ đồ nối dây của biến điện áp
a) Hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V

Hình 1.2.4. Sơ đồ hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V
Sơ đồ V/V chỉ cho phép đo điện áp dây (U AB, UBC) mà không đo được điện áp
pha. Sơ đồ này được dùng cho lưới có dịng chạm đất nhỏ và khi phụ tải là ốt kế và
cơng tơ.


b) Biến điện áp ba pha năm trụ

(như đã trình bày ở trên)

c) Biến điện áp ba pha, ba trụ nối Y/Y: dùng cho lưới có dịng chạm đất bé để
cung cấp cho các dụng cụ đo lường điện áp dây khơng địi hỏi độ chính xác cao.
2.2. Các tham số của máy biến điện áp
- Tỷ số biến đổi định mức:


=

đ

đ
đ

U1 đm – điện áp định mức sơ cấp
U2 đm – điện áp định mức thứ cấp
- Sai số điện áp:



=

đ

.

.100

- Cấp chính xác: là sai số lớn nhất về trị số điện áp khi nó làm việc trong điều
kiện: f = 50 HZ, U1 = 0,9 -:- 1,1Uđm, phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0,25 đến định mức,
cosφ =0,8.
Cấp chính xác được chế tạo theo một trong các mức sau: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 và 6
BU với cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu, cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng, cấp 1
dùng cho đồng hồ bảng,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ.
- Phụ tải của biến điện áp và cách làm việc: Là công suất biểu kiến ở mạch thứ
cấp với giả thiết điện áp ở thứ cấp là định mức.

=
Với

=√

+



là tổng trở ngoài của biến điện áp.

2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp
2.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp
Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó. Để cấp
cho công tơ chỉ cần hai biến điện áp nối V/V. Nếu đồng thời dùng biến điện áp để kiểm
tra cách điện của mạng ba pha trung tính cách điện 3 -:- 20kV dùng biến điện áp ba pha
5 trụ
(Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở), mạng 35 kV trở lên người ta dùng
ba máy biến điện áp một pha nối Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở.
2.3.2. Điều kiện về điện áp: Điện áp định mức của biến điện áp phải phù hợp với
điện áp của mạng.
2.3.3.Cấp chính xác: Cấp chính xác chọn phải phù hợp với nhiệm vụ nhiệm vụ
của biến điện áp
2.3.4. Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S2 phải bé hơn hay
bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn.


đ

Khi tính S2 chỉ có thể tính phụ tải các dụng cụ đo lường, khơng cần tính tổng trở

dây dẫn vì ảnh hưởng của nó khơng đáng kể.
2.3.5. Chọn dây dẫn nối biến điện áp với dụng cụ đo lường


Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho điện áp trên nó khơng vượt q 0,5% điện
áp định mức thứ cấp khi có cơng tơ và 3% khi khơng có công tơ. Theo điều kiện sức
bền cơ, thiết diện dây đồng tối thiểu là 1,5m2, đối với dây nhôm là 2,5mm 2.
3. Máy biến dòng điện
3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dịng điện
Biến dịng có hai loại chính: Biến dòng kiểu xuyên và biến dòng kiểu đế.
3.1.1. Biến dòng kiểu xuyên
Gồm có cuộn dây sơ cấp là một thanh dẫn xuyên qua lõi từ, còn cuộn dây thứ cấp
quấn trên lõi từ (hình 1.3.1.a). Tùy theo dịng định mức sơ cấp mà thanh dẫn xun có
hình dạng khác nhau, trên hình 1.3.1.b nó có dạng thẳng, tiết diện to dùng cho dịng
600A trở lên, cịn hình 1.3.1.c thì nó cong tiết diện nhỏ hơn nó dùng cho dịng điện nhỏ
hơn 600A. Khi dòng định mức sơ cấp lớn (600 -:- 1800A) điện áp 20kV, cuộn dây sơ
cấp là hình máng (hình 1.3.1.d). Số lượng lõi từ và cuộn dây thứ cấp phụ thuộc vào công
dụng từng loại. Trong biến dòng kiểu xuyên các lõi và cuộn dây thứ cấp được bọc trong
nhựa cách điện epoxy

Hình 1.3.1. Máy biến dịng kiểu xuyên
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Biến dòng điện dòng sơ cấp từ 600A trở lên; c) Biến dòng điện
dòng sơ cấp dưới 600A; d) Biến dòng điện dòng sơ cấp rất lớn:
1- lõi thép, 2 – cuộn dây thứ cấp, 3 – cuộn dây sơ cấp (thanh dẫn xuyên), 4 – đầu nối
của cuộn sơ cấp, 5 – vỏ cách điện.
3.1.2. Biến dòng điện kiểu đế: Dùng cho TBPP ngoài trời


Hình 1.3.2. Biến dịng điện kiểu đế
a) Một cấp; b) Phân cấp

Vỏ máy biến dòng bằng sứ, cách điện bên trong bằng giấy dầu (hình 1.3.2.a).
Trong thùng sứ chứa đầy dầu, phía dưới thùng có các hộp đầu ra của cuộn dây thứ cấp
(thường có một cuộn dây thứ cấp).
Khi điện áp cao, thực hiện cách điện giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp gặp khó
khăn. Vì vật với điện áp cao 220kV và cao hơn người ta dùng biến dịng kiểu phân cấp
(hình 1.3.2.b) mỗi cấp có lõi thép riêng.
3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện
3.2.1. Nguyên lý làm việc
Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng tương tự như máy
biến áp( máy biến dòng là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng
điện từ, dùng để biến đổi trị số dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số).
Với máy biến dòng cao thế khi ta cho dòng điện I1 đi qua cuộn dây sơ cấp thì
phía thứ cấp cho ra dịng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số.
Với máy biến dòng hạ thế khi ta cho dòng điện I1 xuyên qua lõi thép có quấn
cuộn dây thứ cấp thì phía thứ cấp cho ra dịng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn
giữ nguyên tần số.
3.2.2. Các chế độ làm việc của máy biến dòng:
- Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa
dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng:
1
=



Khi n lớn, sai số máy biến dòng tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ
cấp I2 hoặc tải Z2. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của máy biến dòng phải
đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%.
-Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng: Khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp
sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho người và các thiết bị thứ
cấp(lõi thép bị bão hòa). Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế

tạo máy biến dịng có khe hở khơng khí, cịn gọi là biến dịng tuyến tính.
Máy biến dịng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây cuốn. Do đó, có
thể thay đổi tỷ số biến bằng cách thay đổi số vịng dây cuốn phía sơ cấp hoặc thứ cấp.
3.2.3. Các tham số của máy biến dòng điện
Điện áp định mức: là trị số điện áp dây của lưới điện mà máy biến dòng làm việc.
Điện áp này quyết định cách điện giữa phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dịng.
Dịng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là dòng điện làm việc dài hạn theo
phát nóng, có dự trữ.
Hệ số biến đổi là tỷ số giữa sơ cấp và thứ cấp định mức:
=

đ

đ
đ

- Hệ số biến đổi thường được chế tạo như sau: 10/5A; 15/5; 20/5; 25/5; 50/5A;
75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5;
850/5; 900/5; 950/5 ; 1.000/1; 1.500/1,..
Phụ thuộc vào sai số, máy biến dòng điện có những cấp chính xác sau:
- Cuộn đo lường: 0,2; 0,5; 1.
- Cuộn bảo vệ: 5P10, 5P20, 10P10,… (5P20: nếu dòng điện qua máy biến dòng
tăng lên gấp 20 lần dịng điện định mức của nó thì sai số chỉ là 5%).
-Tải định mức của biến dịng tổng trở tính bằng W, với cosj=0,8 mà biến dòng
làm việc với cấp chính xác tương ứng.
Cơng suất định mức của máy biến dòng: 2đ = 2đ . 2đ
Bội số dòng định mức giới hạn là tỷ số giữa dòng sơ cấp và dòng sơ cấp định mức mà
sai số dòng điện đến 10%.
3.3. Cách tính chọn máy biến dịng
3.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu máy: Sơ đồ nối dây có thể là đủ cả ba pha, hai pha

hay một pha, tùy thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng. Kiểu biến dịng phụ thuộc vào vị
trí đặt của chúng.
3.3.2. Điện áp định mức:

đ



3.3.3. Dịng điện định mức sơ cấp:

đ
đ



3.3.4. Cấp chính xác: Cấp chính xác của biến dịng điện chọn phải phù hợp với
yêu cầu của các dụng cụ nối vào phía thứ cấp.
3.3.5. Phụ tải thứ cấp:


Tương ứng với mỗi cấp chính xác, biến dịng có một phụ tải định mức ZđmBI. Để
đảm bảo độ chính xác yêu cầu, tổng phụ tải phía thứ cấp Z2 của nó (kể cả dây dẫn) khơng
được vượt q phụ tải định mức:
đ



=

+


Zdc – tổng trở phụ tải của các dụng cụ đo
Zdd – tổng trở của dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo
Trường hợp giới hạn:
đ



=



=

.

Từ đây suy ra tiết diện dây dẫn:
.


đ





ρ – điện trở suốt của vật liệu làm dây dẫn;
ltt – chiều dài tính toán của dây dẫn, phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của máy
biến dòng và chiều dài thực từ BI đến thiết bị đo l:
 Sơ đồ dùng ba BI trên 3 pha nối hình sao ltt = 1


Hình 1.3.3. Sơ đồ dùng ba BI trên 3 pha nối hình sao
(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường ba pha hay các thiết bị bảo vệ
rơ le một pha chống ngắn mạch nhiều pha)
 Sơ đồ dùng hai BI trên 2 pha nối hình sao ltt = √3.l

Hình 1.3.4. Sơ đồ dùng 2 BI trên 3 pha nối hình sao


(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường ba pha hay các thiết bị bảo vệ
rơ le một pha chống ngắn mạch nhiều pha)
 Sơ đồ dùng một BI trên 1 pha nối hình sao ltt = 2l

Hình 1.3.5. Sơ đồ dùng 1 BI trên 3 pha nối hình sao
(Sơ đồ này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị đo lường một pha hay các thiết bị bảo
vệ rơ le một pha)
Để đảm bảo độ bền cơ và chính xác, tiết diện dây dẫn không nhỏ hơn 1,5mm2 đối
với dây đồng và 2,5mm2 đối với dây nhôm.
3.3.6. Kiểm tra ổn định động
√2

đ. đ



Kđ – bội số ổn định động của BI;
Iđm1 – dòng định mức sơ cấp của BI
– dịng xung kích
Riêng đối với biến dòng kiểu sứ đỡ, điều kiện ổn định động là:


– Lực tác động cho phép lên đầu sứ
– lực tính tốn đặt lên đầu sứ của biến dịng
3.3.7. Kiểm tra ổn định nhiệt
(



đ

.



) .

.đ ≥

– bội số ổn định nhiệt định mức của BI
– thời gian ổn định nhiệt định mức

BN – xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch
Cần lưu ý rằng, trong khi chọn máy biến dòng cho một số sơ đồ điện cụ thể, tùy
theo đặc điểm của nó, có thể khơng cần thiết phải kiểm tra tất cả các điều kiện trên. Ví
dụ:
- Các máy biến dòng đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp phân phối có
phụ tải rất nhỏ (vài VA) và dây dẫn từ BI đến đồng hồ rất ngắn nếu tính tiết diện thì rất
nhỏ, để đảm bảo tính chính xác cho đồng hồ đo đếm cần chọ dây đồng không được nhỏ
hơn 1,5mm 2. Cũng không nhất thiết phải kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt của BI.



- Với BI có dịng sơ cấp từ 1.000A trở lên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.
- Máy biến dịng kiểu thanh dẫn khơng cần kiểm tra ổn định động vì thanh dẫn
đã được kiểm tra đảm bảo ổn định động,
Nói chung để đảm bảo tính chính xác cho dụng cụ đo lường và bảo vệ, người ta
dùng nhiều biến dòng để phân nhỏ tải cho mỗi BI và làm cho dây dẫn khơng q lớn.

Ví dụ chọn máy biến điện áp và máy biến dòng cho máy phát UđmF=10,5kV Icb = 3610A
* Chọn máy biến điện áp:
- Chọn loại BU có
Uđm = 10kV
- Dụng cụ đo bên thứ cấp là công tơ nên dùng hai BU một pha nối dây theo sơ đồ
V/V: 2 x HOM – 10 (hình 1.3.3)
- Chọn cấp chính xác của BU là 0,5 vì cấp điện cho cơng tơ
- Xác định cơng suất của BU

Tên đồng hồ

Phụ tải BU - AB

Phụ tải BU - BC

W

W

VAr

VAr

Vôn kế


7,2

Oát kế

1,8

1,8

Oát kế phản kháng

1,8

1,8

Oát kế tự ghi

8,3

8,3

Tần số kế

6,5

Công tơ hữu công

0,66

1,62


0.66

1,62

Công tơ vô công

0,66

1,62

0,66

1,62

20,4

3,24

19,72

3,24

Tổng

- Các phụ tải được phân bố đều cho hai BU
Phụ tải biến điện áp AB và BC
= 20,4 + 3,24 = 20,7

cos


=

= 19,72 + 3,24 = 19,9

cos

=

,
,
,
,

= 0,98
= 0,99

- Xác định tiết diện dây dẫn từ BU đến đồng hồ đo: Xác định dòng trong các dây
dẫn a, b, c:
20,7
=
=
= 0,27
100
19,9
=
=
= 0,199
100
Để đơn giản coi Ia = Ic = 0,2A và cos

√3. 0,2 = 0,34

= 1, cos

= 1 như vậy dòng

=


Điện áp giáng trên dây a và b:
=(



+ ).

=(

+ )

.

.

Giả sử khoảng cách l từ BU đến các đồng hồ là 50m. Vì ở đây có cơng tơ nên
ΔU=0,5%. Vậy tiết diện dây dẫn là:
.
0,0175.50
= ( + )
= (0,2 + 0,34)

= 0,945

0,5
Theo yêu cầu độ bền cơ học chọn dây dẫn đồng có tiết diện là 1,5mm2.
=(

+ )

Vậy chọn 2 x HOM – 10 có các thơng số kỹ thuật như sau:
Loại

U1đm
(kV)

U2đm
(V)

Độ chính
xác

Cơng
suất(VA)

Khối lượng
(kg)

HOM - 10

10


100

0,5

80

81

* Chọn biến dòng điện
- Biến dòng điện đặt trên cả 3 pha mắc hình sao (hình 1.3.3)
- Chọn biến dịng điện kiểu thanh dẫn có:
đ

đ

= 10

;

đ

= 4000

- Cấp chính xác: Vì cơng tơ chọn cấp chính xác 0,5. Với cấp chính xác này BI có
= 1,2Ω

- Cơng suất tiêu thụ của các cuộn dây dòng của các đồng hồ đo lường cho trong
bảng sau:
Tên đồng hồ


Phụ tải (VA)
Pha A

Pha B

Pha C

Am pe kế

1

1

1

Oát kế tác dụng

5

5

Oát kế phản kháng

5

5

Oát kế tự ghi

10


10

Công tơ hữu công

2,5

2,5

Công tơ vô công

2,5

5

2,5

26

6

26

Tổng

- Tổng trở của pha có phụ tải max (A hoặc C), Smax = 26 VA
26
=
=
= 1,04Ω

5
đ
- Giả sử chiều dài l từ BI đến các dụng cụ đo là 30m, chọn dây dẫn đồng và tiết
diện dây dẫn là:



đ

.


=

30.0,175
= 3,27
1,2 − 1,04

Vậy chọn dây dẫn đồng có tiết diện là 4mm2.
- Biến dịng điện kiểu này khơng cần kiểm tra ổn định động vì nó quyết định bởi
điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát.
- Biến dịng điện đã chọn khơng cần khơng cần kiểm tra ổn định nhiệt vì nó có
dịng định mức sơ cấp trên 1000A.
Vậy chọn BI có các thơng số sau:
Loại

Uđm
(kV)

Iđm

(A)

Độ chính
xác

Cơng suất
(VA)

Zđm
()

тлшɵA

10

4000

0,5

30

12

Hình 1.3.6. Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào biến điện áp và biến dòng điện
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Nêu cách chọn thanh dẫn cứng ?
Câu 2: Nêu cách chọn thanh dẫn mềm ?
Câu 3: Nêu cách chọn cáp điện lực ?
Câu 4: Nêu cách chọn sứ đỡ ?
Câu 5: Nêu cách chọn máy biến điện áp ?

Câu 6: Nêu cách chọn máy biến dòng điện ?
Câu 7: Chọn thanh góp máy phát với số liệu sau: Icb = 3,44 kA; BN = 2802 kA2s;
I’’ = 91,45 kA.
Câu 8: Chọn dây dẫn cho đường dây 110kV cấp điện cho một phụ tải như hình
vẽ. Biết rằng phụ tải có Tmax = 4500 giờ ?


Câu 9: Chọn đường dây dẫn trên không 0,4kV, từ TBA xã đến trường học. Biết
rằng phụ tải có 10 lớp học và dẫy nhà giáo viên gồm 20 căn hộ, khoảng cách từ TBA
đến trường học là 300m, tổn thất điện áp cho phép là 8%.


BÀI 2: VẼ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH VÀ TỰ DÙNG CỦA CÁC NHÀ MÁY
ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Sơ đồ nối điện là tập hợp tất cả những thiết bị điện chính như: máy phát, máy
biến áp, đường dây, máy cắt, thanh góp, thiết bị thao tác … được nối với nhau theo một
thứ tự nhất định.
Sơ đồ nối điện chính được phân loại như sau:
* Theo số pha
- Sơ đồ một sợi (tức 1 pha)

- Sơ đồ hai sợi
- Sơ đồ ba sợi (tức 3 pha)

Sơ đồ ba sợi rườm rà nhưng biểu diễn được cả 3 pha, còn sơ đồ một sợi đơn giản
dùng một sợi đại diện cả 3 pha và nó được sử dụng rộng rãi nhất. Tại những nơi đối
xứng ta dùng sơ đồ một sợi, những chỗ nào bất đối xứng ta phải dùng sơ đồ ba sợi.
* Theo phương pháp sử dụng máy cắt dao cách ly: Người ta chia ra làm hai nhóm:
- Mỗi mạch được bảo vệ bằng 1 máy cắt (sơ đồ một hệ thống thanh góp)
- Mỗi mạch được bảo vệ bằng 2 máy cắt (sơ đồ tam giác). Số lượng máy cắt bằng

(1-:-2) số mạch.
1. Các sơ đồ thanh góp cơ bản
1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt
1.1.1. Sơ đổ hệ thống một thanh góp khơng phân đoạn

Hình 2.1.1. Sơ đổ hệ thống một thanh góp khơng phân đoạn
a) Mơ tả sơ đồ:


×