Tài liệu Bồi dưỡng giáo viên (Công nghệ 12)

Bồi dưỡng giáo viên ( Công nghệ 12) Chương 2. Máy điện 3 pha Chương này cho biết thế nào là máy điện, cách phân loại các máy điện và khảo sát hai loại máy điện phổ biến trong sản xuất và đời sống: máy biến áp và động cơ không đồng bộ ba pha. I. Định nghĩa và phân loại 1. Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại, biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi thông số điện năng như biến đổi điện áp, dòng điện, số pha v.v.. Hiện nay, máy điện có rất nhiều loại khác nhau và được sử dụng rộng rãi trong đời sống cũng như trong kỹ thuật. 2. Phân loại Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách để phân loại chúng. Có thể dựa vào cấu tạo, chức năng, loại dòng điện, nguyên lý hoạt động v.v.. để phân loại máy điện. ở đây, ta phân loại dựa vào nguyên lý hoạt động của máy điện: 2.1. Máy điện tĩnh: ví dụ như máy biến áp. Sự làm việc của máy dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có sự chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi của máy cũng có tính chất thuận nghịch. Ví dụ, máy biến áp biến đổi điện áp của hệ thống điện có thông số U1, f thành hệ thống điện có thông số U2, f hoặc ngược lại. Hình 2.1 biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp và ký hiệu của nó trên các sơ đồ điện. BA U1,f U2,f Hình 2.1. Sơ đồ biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp 2.2. Máy điện có phần động: Gồm máy điện quay hoặc chuyển động thẳng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. Loại máy điện này thường dùng để biến đổi dạng năng lượng, ví dụ biến đổi cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điện). Quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch. Hình 2.2 là sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp. Hình 2.2. Sơ đồ phân lại các máy điện Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều Không đồng bộ Đồng bộ Máy biến áp Động cơ không đồng bộ Máy phát không đồng bộ Động cơ đồng bộ Máy phát đồng bộ Động cơ một chiều Máy phát một chiều II. Máy biến áp ba pha Để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều (tăng hoặc giảm) người ta dùng máy biến áp. Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi điện áp của dòng xoay chiều (tăng hoặc giảm) nhưng không làm thay đổi tần số của nó. Hiện nay, máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải, phân phối điện năng. Ngoài ra còn nhiền chức năng khác tuỳ thuộc mục đích sử dụng. Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba máy biến áp một pha hay máy biến áp ba pha. 1. Cấu tạo của máy biến áp ba pha Nếu dùng ba máy biến áp một pha ghép lại để tạo thành một máy biến áp ba pha thì về cấu tạo của chúng, đã được xét đến trong máy biến áp một pha. Máy biến áp ba pha tạo ra từ ba máy biến áp một pha được gọi là loại máy biến áp ba pha có mạch từ độc lập (hình 2-3). Hình 2-3. Sơ đồ nguyên lí cấu tạo máy biến áp ba pha mạch từ liên quan Máy biến áp ba pha có mạch từ khép kín gọi là máy biến áp ba pha có mạch từ liên quan. Loại này có ba trụ và dây quấn ba pha quấn trên ba trụ như hình 2- 4 a,b. 1 2 3 4 a) b) Hình 2. 4. Cấu tạo máy biến áp 3 pha mạch từ liên quan (a) , Sơ đồ nguyên lý máy biến áp ba pha mạch từ liên quan (b). 1. Dây quấn cao áp (quấn phía ngoài); 2. Dây quấn hạ áp (quấn phía trong); 3. Lõi thép (kể cả bọc cách điện); 4. Gông từ. Dây quấn của máy biến áp ba pha được ký hiệu như sau: Dây quấn Ký hiệu đầu dây Ký hiệu cuối dây Cao áp pha A pha B pha C A B C X Y Z Trung áp pha A pha B pha C Am Bm Cm Xm Ym Zm Hạ áp pha A pha B pha C a b c x y z Với máy biến áp ba pha, các lượng định mức ghi trên biến máy có khác so với biến áp một pha. Cụ thể: + Điện áp định mức: U1đm, U2đm là điện áp dây định mức. + Dòng điện định mức: I1đm, I2đm là dòng điện dây định mức. + Sđm là công suất toàn phần của cả ba pha. 2. Các kiểu nối dây của máy biến áp ba pha Dây quấn sơ cấp và thứ cấp có thể nối theo hình sao (Y) hoặc hình tam giác (D). Hình 2-5 đưa ra 3 ví dụ về cách nối dây của máy biến áp ba pha. Hình 2-5. Cách nối dây máy biến áp ba pha a) nối Y/Y b) nối D/D c) nối Y/D Nếu dây quấn sơ cấp nối sao và dây quấn thứ cấp nối sao ta ký hiệu Y/Y Nếu dây quấn sơ cấp nối tam giác và dây quấn thứ cấp nối tam giác ta ký hiệu D/D. Nếu dây quấn sơ cấp nối sao và dây quấn thứ cấp nối tam giác ta ký hiệu Y/D. Do có nhiều cách nối khác nhau, nên xuất hiện hệ số biến áp pha và dây là: + Hệ số biến áp pha: ký hiệu kP: (2-1) + Hệ số biến áp dây: ký hiệu là kd: (2-2) Ví dụ: hình 2-5a ta có: ở hình 2-5c ta có: Loại mạch từ độc lập có ưu điểm là vận chuyển dễ dàng hơn, nhất là những nơi đi lại khó khăn. Loại mạch từ liên quan sẽ tiết kiệm vật liệu hơn. III. Động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto (n) khác với tốc độ của từ trường quay (n1). Cũng như máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng như chế độ máy phát điện. Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt và tiêu tốn công suất phản kháng của lưới nên ít được dùng. Động cơ điện không đồng bộ, so với các loại động cơ khác có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt Động cơ điện không đồng bộ có các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha. Động cơ điện không đồng bộ có công suất > 600W thường là loại ba pha có ba dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau 1200 điện trong không gian. Các động cơ công suất < 600W thường là động cơ hai pha hoặc một pha. Động cơ hai pha có hai dây quấn làm việc, trục của hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian một góc 900 điện. Động cơ điện một pha chỉ có một dây quấn làm việc. 1. Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ ba pha Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ ba pha được vẽ trên hình 2.6, gồm hai bộ phận chủ yếu là stato và rôto. Ngoài ra còn có vỏ và nắp máy. Hình 2.7 vẽ các lá thép của stato và rôto. 1.1. Stato (phần tĩnh) Stato là phần tĩnh gồm hai bộ phận chính là dây quấn và lõi thép. Ngoài ra còn có vỏ và nắp máy. a. Lõi thép: là bộ phận dẫn từ của máy, có dạng hình trụ như hình 2.7a. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi thép được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35mm á0,5mm phủ sơn cách điện, được dập theo hình vành khăn, phía trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn như hình 2.8. b. Dây quấn: dây quấn stato làm bằng dây đồng, bọc cách điện, đặt trong các rãnh của lõi thép (hình 3.3a). Hình 3.3b vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh dây quấn pha A trong các rãnh 1,4,7,10; pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12 còn lại pha C trong các rãnh 5,8,11,2. Dòng xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay. Hình 2.6. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha 1. Stato và vỏ máy 2. Nắp máy 3. Rôto 4. Trục quay Hình 2.7. Lá thép 1. Lá thép Stato 2. Lá thép Rôto c. Vỏ máy: Làm bằng gang hoặc nhôm, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu có nắp máy, trong nắp máy có ổ đỡ trục.Vỏ và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. a) b) Hình 2.8. Hình dạng lõi thép với dây quấn pha A (a)và dây quấn 3 pha động cơ có số rãnh 12 (b). 1.2. Rôto (phần quay) Rôto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a) Lõi thép: gồm các lá thép kỹ thuật điện giống stato, các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stato. Mặt ngoài có xẻ rãnh đặt dây quấn rôto (hình 2.7), ở giữa có lỗ để gắn với trục máy. Trục máy được gắn với lõi thép rôto và làm bằng thép tốt. b) Dây quấn: được đặt trong lõi thép rôto, và phân làm 2 loại chính: loại rôto kiểu lồng sóc và loại rôto kiểu dây quấn. + Loại rôto dây quấn: có dây quấn giống như dây quấn stato. Trong máy điện công suất trung bình trở lên, dây quấn rôto thường là kiểu dây quấn sóng hai lớp vì bớt được dây đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ, thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Hình 2.9 Hình dạng rôto dây quấn (a),cách nối dây rôto với biến trở (b), ký hiệu (c). a) b) c) Dây quấn ba pha của rôto thường đấu sao, ba đầu còn lại được nối với ba vành trượt làm bằng đồng gắn ở một đầu trục, cách điện với nhau và với trục. Thông qua chổi than và vành trượt, có thể nối dây quấn rôto với điện trở phụ bên ngoài để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi làm việc bình thường, dây quấn rôto được nối ngắn mạch. Hình 2.9a,b,c là hình vẽ rôto dây quấn, cách nối dây rôto dây quấn với điện trở bên ngoài và ký hiệu của nó trong các sơ đồ điện. +. Loại rôto lồng sóc: kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stato. Loại rôto lồng sóc công suất >100kW, trong các rãnh của lõi thép đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc như hình 2.10b. ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rôto, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cách làm mát (hình 2.10c). Động cơ điện rôto lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và có ký hiệu như hình 2.10d. a) b) d) c) Hình 2.10: Lá thép rô to(a); Lồng sóc (b); Rô to lồng sóc(c); Ký hiệu rô to lồng sóc(d). Cũng như các máy điện khác, máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy. Các trị số này do nhà máy thiết kế chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các trị số định mức của động cơ điện tải định mức như sau: Pđm (W, kW) : công suất định mức ở đầu trục là công suất cơ định mức máy đưa ra ở đầu trục. Iđm (A) : dòng điện dây định mức nđm (vg/ph) : tốc độ định mức của rôto cách đấu Y hay D v.v 2. Từ trường của máy điện không đồng bộ 2.1. Từ trường đập mạch của dây quấn một pha Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian được gọi là từ trường đập mạch. Để đơn giản ta xét dây quấn một pha đặt trong bốn rãnh của stato (hình 2.11 và hình 2.12). Hình 2.11 ứng với số đôi cực p = 1. Hình 2.12 ứng với số đôi cực p = 2 Hình 2.11. Từ trường dây quấn 1 pha có p = 1 Hình 2.12. Từ trường dây quấn 1 pha có p = 2 Khi cho dòng điện i = Imaxsinwt vào cuộn dây, ở nơi dòng đi vào ta ký hiệu dấu Ä, đi ra ta ký hiệu , căn cứ vào chiều dòng điện, ta vẽ được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai (hình 2.11, hình 2.12). Đó là chiều ứng với một nửa chu kỳ của dòng i, ở nửa chu kỳ sau, chiều dòng điện và từ trường sẽ ngược lại. ở hình 2.11 là từ trường một đôi cực, hình 2.12 là từ trường hai đôi cực. 2.2. Từ trường quay Dòng điện ba pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong các máy điện xoay chiều. a) Sự tạo thành từ trường quay Để hiểu được từ trường quay chúng ta nghiên cứu một máy điện ba pha đơn giản có 6 rãnh, trong đó đặt ba dây quấn ba pha AX, BY, CZ và lệch nhau 1200 điện trong không gian như hình 2.13. wt=900 wt=900+1200 wt=900+2400 a) b) c) Hình 2.13. Từ trường dây quấn 3 pha có p = 1 Giả sử, dòng điện ba pha đưa vào 3 dây quấn của máy điện là đối xứng và có biểu thức iA = Imaxsinwt iB = Imaxsin(wt - 1200) iC = Imaxsin(wt - 2400) = Imaxsin(wt + 1200) và đồ thị tức thời của chúng như hình 2.13a. Khi dòng ba pha đi vào các cuộn dây AX, BY, CZ như hình 2.13b, trên đó ta quy định như sau: Dòng điện pha nào dương có chiều từ đầu đến cuối pha, thì đầu được ký hiệu Ä, cuối được ký hiệu (ã). Dòng điện pha nào âm thì ký hiệu ngược lại. Xét từ trường tại 3 thời điểm khác nhau như sau: + Thời điểm wt = 900: tại thời điểm này, dòng điện pha A cực đại và dương còn dòng pha B và C âm (hình 2.13a). Theo quy định trên, dòng điện pha A dương nên đầu A ký hiệu Ä còn cuối X ký hiệu . Dòng điện các pha B và C âm nên đầu B và C ký hiệu còn Y và Z ký hiệu Ä Dùng quy tắc vặn nút chai sẽ xác định được chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra ở trường hợp này (hình 2.13b). Từ trường tổng có một cực S và một cực N, là từ trường một đôi cực (p = 1). Chiều của từ trường tổng trùng với chiều của từ trường pha A, đó là pha có dòng điện cực đại (hình 3.8c). Độ lớn của từ trường tổng bằng tổng các véctơ từ trường các pha. + Thời điểm wt =900 + 1200: là thời điểm ứng với dòng pha B cực đại và dương còn các pha A và C âm. Làm tương tự trường hợp trên, ta xác định được chiều từ trường tổng trùng với chiều của từ trường pha B, tức đã quay đi một góc 1200 so với thời điểm trước . + Thời điểm wt =900 + 2400: là thời điểm dòng pha C cực đại và dương còn dòng điện pha A và B âm. Tương tự làm cách trên, xác định được từ trường tổng trùng với chiều từ trường pha C (pha có dòng điện cực đại) và đã quay đi một góc 1200 so với trường hợp thứ 2 hoặc 2400 so với trường hợp thứ nhất. Nếu lấy nhiều điểm liên tục, sẽ thấy từ trường tổng của dòng điện ba pha là từ trường quay. Từ trường quay này móc vòng với cả 2 dây quấn stato và rôto, đó là từ trường chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. Với cách cấu tạo dây quấn như đã nêu trong trường hợp này, ta có từ trường quay một đôi cực. Thay đổi cách đấu dây của stato để thay đổi số đôi cực, tương ứng ta có từ trường 2, 3 hay 4 v.vđôi cực. b) Đặc điểm của từ trường quay Từ trường quay của hệ thống dòng điện ba pha đối xứng có ba đặc điểm sau: + Tốc độ từ trường quay: Tốc độ của từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p. Thật vậy, ở hình 2.13, khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, do đó trong một giây dòng điện stato biến thiên f chu kỳ, từ trường quay được f vòng. Khi từ trường có một đôi cực, tốc độ quay của từ trường là n1 = f vòng/giây. Khi từ trường có 2 đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được 1/2 vòng (từ cực NđSđN), do đó tốc độ từ trường quay là . Tổng quát, khi từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay là: (vòng/giây) (3.1a) hay (vòng/phút) (3.1b) + Chiều quay của từ trường: Hình 2.14. Đổi chiều quay của từ trường quay Chiều quay của từ trường phụ thộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường, ta thay đổi thứ tự hai pha cho nhau (hình 2.14). Điều này dễ nhận thấy, vì nếu thứ tự pha lần lượt là AđBđC một cách chu kỳ thì từ trường quay quay như đã xét ở trên. Nhưng khi đổi pha A và B cho nhau, tức cho dòng iB vào dây quấn AX, dòng iA vào dây quấn BY từ trường sẽ quay theo chiều từ BđAđC tức ngược với chiều như đã xét. + Biên độ của từ trường quay: Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn. Xét từ thông của từ trường xuyên qua dây quấn AX; ta thấy dây quấn pha B và C lệch với pha A một góc 1200 và 2400. Từ thông tổng xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha tạo ra là: F = FA + FBcos(-1200) + FCcos(1200) (2.3) Vì hệ thống dòng điện ba pha đối xứng tức FA + FB + FC = 0 hay FB + FC = - FA, do đó (2.4) Dòng iA = Imaxsinwt, nên từ thông của dòng điện pha A là: FA = FAmaxsinwt nên Vậy từ thông của từ trường quay xuyên qua các dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại một pha: (2.5) Tổng quát, nếu máy có m pha thì: (2.6) Kết luận: Khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối xứng, từ trường quay quay tròn có biên độ không đổi và tốc độ không đổi. Từ trường quay tròn sẽ cho đặc tính của máy tốt. Khi không đối xứng, từ trường quay elíp có biên độ và tốc độ quay biến đổi. 3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha Khi cho dòng điện ba pha tần số f đi vào ba dây quấn stato của động cơ không đồng bộ, trong máy sẽ có từ trường quay p đôi cực quay với tốc độ . Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng trong dây quấn sđđ. Vì dây quấn rôto khép kín mạch nên sđđ cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với dòng điện chạy trong thanh dẫn rôto, kéo rôto quay với tốc độ n cùng chiều với từ trường quay và n <n1. Để minh hoạ cho điều đó, hình 2.15 vẽ từ trường quay tốc độ n1 có chiều thuận kim đồng hồ, chiều sđđ và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto và chiều lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn. Để xác định được chiều của sđđ cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiều chuyển động tương đối giữa thanh dẫn với từ trường n1, sau đó áp dụng quy tắc bàn tay phải để xác định chiều sđđ và chiều dòng điện rôto (hình 2.15). Biết chiều dòng điện rôto, áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định được chiều lực điện từ Fđt . Kết quả là chiều rôto quay cùng chiều từ trường. Hình 2.15. Sơ đồ minh hoạ nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha h Nhưng tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì nếu tốc độ n = n1 thì giữa các thanh dẫn rôto và từ trường quay n1 không có sự chuyển động tương đối, do đó trong dây quấn rôto không có sđđ và dòng điện cảm ứng, lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2. n2 = n1 - n (2.7) Người ta đưa ra hệ số trượt tốc độ ký hiệu s, là: (2.8) Khi rôto đứng yên (n = 0), hệ số trượt s =1; khi rôto quay định mức, sđm=0,02 đến 0,06. Tốc độ động cơ là: n = n1(1- s) = vg/ph (2.9) với động cơ, 0 < s < 1. Chương III. Mạng điện sản xuất qui mô nhỏ I. khái niệm chung về mạng điện Điện năng sản xuất tại các nhà máy điện được truyền tải đến các hộ tiêu thụ nhờ mạng lưới điện. 1. Phân loại mạng điện - Theo điện áp người ta phân mạng điện ra các loại: + Mạng điện hạ áp ( LV) : U < 1 kV. +Mạng điện trung áp (MV) : 1 Ê U Ê 66 kV. + Mạng điện cao áp (MV) : 66 Ê U Ê 220 kV + Mạng điện siêu cao áp (EHV) :330 Ê U Ê 750 kV + Mạng điện cực cao áp (VHV) : U ³ 800 kV - Theo chức năng, phạm vi hoạt động và cấp điện áp, có thể phân mạng điện thành 2 loại : mạng cung cấp và mạng phân phối. Mạng cung cấp được dùng để truyền tải điện năng từ các thanh góp điện áp cao từ 110 kV trở lên của các nhà máy điện đến các trạm biến áp khu vực (các trung tâm phân phối) của mạng phân phối. Mạng phân phối được dùng để truyền tải điện năng từ các trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ điện và có điện áp từ 110 kV trở xuống. Dựa vào tính chất của hộ tiêu thụ điện, các mạng điện phân phối được chia thành mạng điện công nghiệp, mạng điện nông nghiệp và mạng điện thành phố. Mỗi một mạng điện được đặc trưng bằng điện áp danh định, điện áp này được sử dụng để tính điện áp danh định của các thiết bị trong mạng điện (máy phát điện, máy biến áp, đường dây v.v...). Các giá trị tiêu chuẩn của điện áp danh định trên thế giới đối với các mạng điện xoay chiều điện áp cao là: 3; 3,3; 6,6; 10; 11; 15; 20; 22; 30; 35; 45; 47; 66; 69; 110; 115; 132; 138; 150; 161; 220; 230; 275; 287; 330; 345; 380; 400; 500; 735; 750; 765; 1050; 1100; 1150; 1300; 1500; ...kV. Đối với các mạng điện điện áp thấp (U< 1 kV) điện áp danh định giữa các pha và điện áp pha là: 220/127; 380/220; 660/380 V. Phần tử chính của mạng điện là các trạm biến áp và đường dây truyền tải. 2. Trạm biến áp: Trạm biến áp có vai trò quan trọng hệ thống nhiều mạng lưới điện. Nó dùng để biến đổi điện áp ( nhưng giữ nguyên tần số) của nguồn điện sao cho phù hợp với nhiệm vụ tải điện đi xa hay phân phối của hệ thống điện và hợp nhất các hệ thống điện. Tuỳ theo chức năng và nhiệm vụ, người ta chia trạm biến áp thành hai loại: 2.1. Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính: Các trạm này nhận điện năng từ hệ thống điện có điện áp cao 110kV, 220kV và tuỳ theo hộ tiêu thụ, chúng sẽ biến đổi điện áp và sau đó phân phối điện năng với các cấp điện áp: 90kV, 66kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV hoặc 6kV. Để thực hiện được điều đó, các trạm này phải gồm có: + Các tuyến dây đưa đến ở điện áp cao 110kV hay 220kV. + Các máy cắt điện và dao cách ly để thực hiện đóng cắt lưới điện cao áp. + Các máy biến áp công suất lớn để biến đổi điện áp. + Các máy cắt điện, dao cách ly trung thế và cầu chì bảo vệ như cầu chì, rơ le để đóng ngắt và bảo vệ đường dây điện từ trạm phân phối đến các trạm hạ thế của các hộ tiêu thụ. 2.2. Trạm biến áp hạ áp Trạm này nhận điện năng từ trạm trung gian, biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp để cấp cho các hộ tiêu thụ với điện áp 220/380V hoặc 660V. Về phương diện cấu trúc, người ta chia các trạm biến áp thành hai loại : + Trạm biến áp ngoài trời: ở trạm này, các thiết bị ở điện áp cao đều đặt ngoài trời, còn phần phân phối điện áp thấp thì đặt trong nhà. +Trạm biến áp trong nhà: ở trạm này tất cả các thiết bị đều đặt trong nhà. Xây dựng trạm ngoài trời tiết kiệm hơn các trạm trong nhà. Ngoài ra do điều kiện chiến tranh, người ta còn xây dựng những trạm biến áp ngầm. Loại này kinh phí xây dựng khá tốn kém. 3. Đường dây tải điện Đường dây tải điện có nhiệm vụ tải điện năng phát ra từ các nhà máy điện để cấp cho các hộ tiêu thụ điện. Dựa vào điện áp, người ta chia đường dây tải điện ra làm 2 loại: Đường dây cao áp (từ 6 kV trở lên), và đường dây hạ áp (1 kV trở xuống). Dây dẫn điện thường có các loại: dây đồng, dây nhôm, dây nhôm lõi thép, và dây thép. Đồng dẫn điện tốt hơn nhôm nhưng đắt tiền, hiếm và là kim loại ưu tiên cho quân sự nên chỉ dùng ở môi trường có chất ăn mòn kim loại. Phổ biến nhất là dùng dây nhôm và dây nhôm lõi thép. Dây dẫn trong mạng lưới điện thường được dùng với hai loại kết cấu: đường dây trên không và đường dây cáp. 4. Sơ đồ mạng điện Trong hệ thống cung cấp điện, người ta chia ra hai loại sơ đồ mạng điện là sơ đồ mạng điện cao áp và sơ đồ mạng điện hạ áp . 4.1. Sơ đồ nối dây của mạng cao áp Nói chung có thể phân sơ đồ nối dây của mạng điện cao áp thành hai loại là sơ đồ hình tia (hình 3.1a) và sơ đồ phân nhánh (hình 3.1b). a) b) Hình 3.1. Sơ đồ nối dây hình tia(a) và phân nhánh(b) Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hoá, dễ vận hành, bảo quản. Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn nên thường dùng để cung cấp điện cho các hộ loại I và loại II. Sơ đồ phân nhánh có ưu khuyết điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia. Vì vậy nó thường dùng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II và III. Trên thực tế người ta thường kết hợp hai dạng sơ đồ cơ bản đó thành những sơ đồ hỗn hợp. 4.2. Sơ đồ nối dây của mạng điện hạ áp Mạng điện hạ áp ở đây được hiểu là mạng động lực hoặc chiếu sáng với cấp điện áp là 380/220V hoặc 220/127V. a. Sơ đồ mạng động lực Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh. Hình 3.2a là sơ đồ hình tia dùng để cung cấp cho các phụ tải phân tán. Từ thanh cái của trạm biến áp có các đường dây nối tới các tủ phân phối động lực. Từ tủ phân phối động lực có các đường dây nối tới các phụ tải Hình 3.2. Sơ đồ hình tia dùng cho phụ tải phân nhánh(a) và cho phụ tải tập trung (b) Hình 3.1b là sơ đồ hình tia dùng cung cấp cho các phụ tải tập trung có công suất tương đối lớn như các trạm bơm, lò nung, trạm nén khí v.v.. Hình 3.3 là sơ đồ phân nhánh thường dùng trong các phân xưởng có phụ tải không quan trọng. Hình 3.3. Sơ đồ phân nhánh b. Sơ đồ mạng chiếu sáng Tuỳ theo tính chất chiếu sáng mà người ta phân thành mạng chiếu sáng làm việc và mạng chiếu sáng sự cố. Trong mạng chiếu sáng làm việc người ta lại phân ra mạng chiếu sáng chung và mạng chiếu sáng cục bộ. Sơ đồ mạng chiếu sáng có thể là hình tia hoặc phân nhánh. 5. Hộ tiêu thụ điện Hộ tiêu thụ điện bao gồm các thiết bị sử dụng điện riêng biệt hay là tập hợp tất cả các thiết bị điện đó. Thiết bị sử dụng điện là các động cơ điện đồng bộ, không đồng bộ; các lò điện cảm; máy hàn điện; các thiết bị chiếu sáng v.v.. Dựa vào yêu cầu liên tục cấp điện, các hộ tiêu thụ được phân thành ba loại. 5.1. Hộ loại 1 Là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu ngừng cung cấp điện có thể gây nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, hư hỏng hàng loạt sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp hoặc có ảnh hưởng không tốt về chính trị, ngoại giao. Ví dụ: Các bệnh viện lớn, các trung tâm thông tin quan trọng (đài phát thanh, truyền hình), các lò luyện kim, các nhà máy sản xuất hoá chất độc hại v.v.. Đối với hộ loại 1, phải được cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai nguồn điện đến, đường dây hai lộ đến, có nguồn dự phòng...nhằm hạn chế đến mức thấp nhất việc mất điện. 5.2. Hộ loại 2 Là các hộ tiêu thụ nếu ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệt hại kinh tế do qúa trình sản xuất bị gián đoạn, hư hỏng sản phẩm và lãng phí sức lao động do phải nghỉ việc vì mất điện (ví dụ ở