[1] TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1
KHOA XÂY DỰNG – BỘ MÔN MÁY XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG CHUNG
KỸ THUẬT ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT VLXD Hà nội 5.2013 [2]
LỜI MỞ ĐẦU
I. Tổng quan về hệ thống điện:
Ngày nay khi nói đến hệ thống năng lượng, thông thường người ta thường
hình dung nó là hệ thông điện, đó không phải là hiện tượng ngẫu nhiên mà nó
chính là bản chất của vấn đề. Lý do là ở chỗ năng lượng điện đã có ưu thế trong
sản xuất, khai thác và truyền tải, cho nên hầu như toàn bộ năng lượng đang khai
thác được trong tự nhiên người ta đều chuyển đổi nó thầnh điện năng trước khi
sử dụng nó. Từ đó hình thành một hệ thống điện nhằm truyền tải, phân phối và
cung cấp điện năng đến từng hộ sử dụng điện.
1. Một số đặc điểm của điện năng:
+ Dễ chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác (quang, nhiệt, cơ
năng…).
+ Dễ truyền tải và truyền tải với hiệu suất khá cao.
+ Không có sắn trong tự nhiên, đều được khai thác rồi chuyển hoá thành
điện năng. Ở nơi sử dụng điện năng lại dễ dàng chuyển thành các dạng năng
lượng khác. Ngày nay phần lớn năng lượng tự nhiên khác được khai thác ngay
tại chỗ rồi được đổi thành điện năng (Ví dụ Nhà máy nhiệt điện thường được
xây dựng tại nơi gần nguồn than; nhà máy thủy điện gần nguồn nước…). Đó
cũng chính là lý do xuất hiện hệ thống truyền tải, phân phối và cung cấp điện
năng mà chúng ta thường gọi là hệ thống điện.
+ Điện năng sản xuất ra, nói chung không tích trữ được. Vì vậy tại mọi
thời điểm luôn luôn phải đảm bảo cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với
điện năng tiêu.
+ Quá trình về điện xảy ra rất nhanh.
+ Điện năng là nguồn năng luợng chính của các ngành: CN nặng, CN
nhẹ và là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư.
2. Định nghĩa:
[4]
Diezel
(1,2%)
NĐ Dầu
(5,26%)
TBK Dầu
(4,96%)
TBK Gas
(10,29%)
[5]
2. Nhà máy thủy điện Hòa Bình
1. Hồ thượng lưu. 2. Hồ hạ lưu. 3.Đập ngăn
4. Đường ống dẫn nước áp lực. 5. Hợp bộ tuốc bin – Máy phát.
6. Cửa xả nước sau tuốc bin.
quán sinh họat, lao động và văn hóa của các quần cư trong lưu vực.
-Khai thác công suất phụ thuộc vào thủy chế của hồ chứa, thời tiết khí
hậu trong năm.
-Hoạt động của nhà máy phụ thuộc nhiều vào các ngành liên quan và thụ
động.
III. Mạng lưới điện
Điện năng sau khi sản xuất ra từ các nguồn phát sẽ được truyền tải - cung
cấp - phân phối tới các hộ tiêu thụ điện nhờ mạng lưới điện.
Hệ thống điện bao gồm toàn bộ các khâu phát điện - truyền tải - cung cấp
- phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Mạng lưới điện bao gồm hai bộ phận chủ yếu: Đường dây tải điện và các
trạm biến áp khu vực.
Mạng điện xí nghiệp có một phạm vi nhỏ, chỉ bao gồm có trạm biến áp
và mạng phân phối điện đến các thiết bị dùng điện trong xí nghiệp.
Cấp điện áp định mức của mạng điện được chọn càng cao thì công suất
truyền tải và độ dài truyền tải càng lớn.
Cấp điện áp định mức càng cao thì vốn đầu tư xây dựng cũng như chi phí
vận hành và tính phức tạp của mạng điện cũng tăng theo.
Do đó ứng với một lượng công suất và khoảng cách truyền tải nhất định,
để chọn cấp điện áp định mức cho hợp lý ta phải giải quyết bài toán so sánh cả
về kinh tế và kỹ thuật.
IV. Hệ dẫn điện.
Hệ dẫn điện là tập hợp các dây dẫn điện, cáp điện với các kết cấu, chi tiết
kẹp, đỡ và bảo vệ liên quan tới chúng, được lắp đặt theo quy phạm. Hệ dẫn điện
được phân loại như sau:
1. Hệ dẫn điện hở là hệ dẫn điện lắp đặt trên bề mặt tường, trần nhà, vì
kèo và các phần kiến trúc khác của toà nhà và công trình, trên cột điện Đối
với hệ dẫn điện hở, áp dụng các phương pháp lắp đặt dây dẫn hoặc cáp điện
hơn giá trị thực, thì sẽ dẫn đến sự làm việc quá tải của các thiết bị, không sử
dụng hết khả năng của các thiết bị công nghệ, làm giảm năng suất, làm tăng tổn
thất điện năng và giảm tuổi thọ của các thiết bị điện. Như vậy bài toán xác định
[8]
phụ tải là giai đoạn tối quan trọng của quá trình thiết kế cung cấp điện. Tuy
nhiên, việc xác định chính xác giá trị phụ tải là không thể, vì có rất nhiều nhân
tố ảnh hưởng đến chệ độ tiêu thụ điện, trong dó có cả các nhân tố tác động ngẫu
nhiên. Nhìn chung sai số cho phép của bài toán này khoảng ± 10%.
Các tham số quan trọng tham gia trong quá trình tính toán phụ tải là:
- Công suất định mức là công suất thiết bị ứng với với các điều kiện
chuẩn do nhà máy chế tạo ghi trên hộ chiếu của thiết bị. Đối với động cơ điện,
công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy, chính là công suất cơ trên trục cơ.
Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tính toán, công suất
định mức được quy về chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ số tiếp điện định mức
ε
n
:
P’
n
= P
n
n
ε
Ở đây P’
n
là công suất định mức quy về chế độ làm việc dài hạn;
ε
[9]
phụ tải đỉnh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện nó, nếu tần số
xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các
thiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẽ càng cao.
- Công suất tính toán là công suất giả định lâu dài không đổi, tương
đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Các thiết bị điện được
chọn theo công suất này sẽ đảm bảo được an toàn trong mọi trạng thái vận hành.
Trong thực tế công suất tính toán thường được lấy bằng công suất cực đại ổn
định (P
tt
=P
M
).
Đơn giản nhất, phụ tải điện là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi
điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang
năng…
Tất cả các thiết bị điện được phân loại theo các đặc điểm vận hành và kỹ
thuật cơ bản sau: thiết bị sản xuất; điều khiển sản xuất; chế độ dùng điện; công
suất và điện áp; loại dòng điện; mức độ tin cậy cung cấp điện v.v.
1. Phân loại theo cấp điện áp.
Theo cấp điện áp tất cả các thiết bị điện được phân thành hai loại: thiết bị
hạ áp (có U≤1000 V) và thiết bị cao áp (U>1000 V).
2. Phân loại theo loại dòng điện.
- Thiết bị làm việc ở mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz);
- Thiết bị làm việc ở mạng điện tần số cao hoặc thấp;
- Thiết bị làm việc ở mạng điện một chiều.
3. Phân loại theo chế độ làm việc.
- Thiết bị làm việc với chế độ dài hạn: Các thiết bị này có phụ tải không
năng thành nhiệt năng thường làm việc theo các nguyên lý: điện trở, cảm ứng,
hồ quang và nguyên lý hổn hợp.
Các lò nhiệt điện trở thường được cung cấp bởi mạng điện 380/220V tần
số công nghiệp 50Hz. Tồn tại loại lò điện một pha hoặc ba pha công suất từ vài
chục đến hàng ngàn kW. Hệ số công suất của các thiết bị này khá cao (sấp sỉ 1,
đối với lò gián tiếp và 0,7 ÷ 0,9 đối với lò trực tiếp).
Các lò điện cảm ứng được chế tạo có hoặc không có lõi thép. Loại lò cảm
ứng có lõi thép làm việc với tần số công nghiệp, điện áp 380/220 V hoặc cao
[11]
hơn, phụ thuộc vào công suất. Chúng có thể là thiết bị một, hai hoặc ba pha
công suất đến 2000 kVA. Hệ số công suất của các loại thiết bị này dao động
trong phạm vi rộng: cosϕ = 0,2 ÷ 0,8.
Các lò điện cảm ứng không lõi thép được chế tạo để làm việc với tần số
công nghiệp hoặc với tần số cao từ 500 Hz đến 40 Mz. Các thiết bị này được
cung cấp bởi mạng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Hệ số công suất của
thiết bị tương đối thấp (0,06 ÷ 0,25).
Các lò điện hồ quang, theo nguyên lý đốt nóng được phân thành các thiết
bị đốt nóng trực tiếp, gián tiếp hoặc hỗn hợp.
Ở lò hồ quang đốt nóng trực tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt năng
tao ra giữa điện cực với chính kim loại xử lý. Loại lò này được cung cấp bởi
mạng điện xoay chiều 6÷ 110 kV qua máy hạ áp. Hệ số công suất có giá trị trong
khoảng 0,8 ÷ 0,6.
Ở loại lò hồ quang đốt nóng gián tiếp, kim loại được làm chảy bởi nhiệt
năng sinh ra giữa các điện cực của thiết bị. Công suất của loại lò này không lớn
lắm. Lò được cung cấp bởi mạng điện tần số công nghiệp qua máy biến áp đặc
biệt.
Ở loại lò hổn hợp, kim loại được làm nóng bởi nhiệt năng sinh ra do dòng
điện đi qua chất liệu và cả do hồ quang. Lò hổn hợp được cung cấp bởi mạng
2. An toàn.
Sơ đồ CCĐ phải đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành trong mọi
trạng thái vận hành. Ngoài ra còn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như đơn
giản, thuận tiện vận hành, có tính linh hoạt cao trong việc sử lý sự cố, có biện
pháp tự động hoá
3. Kinh tế.
Sơ đồ phải là sự lựa chọn tối ưu, hợp lý nhất về vốn đầu tư và chi phí vận
hành.
VIII. Những tiêu chuẩn cơ bản của hệ thống cung cấp điện (CCĐ).
1. Tiêu chuẩn điện áp.
Điện áp đặt lên đầu cực thiết bị điện (TBĐ) so với điện áp định mức của
nó không được vượt quá giới hạn cho phép. Quy định như sau:
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị động lực: [∆U%] = ± 5%.
[13]
- Đối với mạng cung cấp cho các thiết bị chiếu sáng: [∆U%] = ± 2,5%.
Trong trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng đang ở trong tình trạng
sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới - 10%U
đm
.
2. Tiêu chuẩn tần số.
Độ lệch tần số cho phép được qui định là ± 0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của
hệ thông điện được ổn định công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của hệ
thống. Vậy ở phụ tải lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm thiết bị tự
động đóng thêm máy phát điện dự trữ hoặc thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo
tần số.
3. An toàn cung cấp điện (CCĐ).
Hệ thống CCĐ phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị.
Muốn vậy phải chọn sơ đồ CCĐ hợp lý, rõ ràng mạch lạc để tránh nhầm lẫn
- Mạch từ là các lá thép kỹ thuật mỏng từ 0.35 - 0.5mm được ghép lại với
nhau để tránh dòng điện xoáy, mạch từ được ghép hình chữ Ø, U, mạch từ được
chia ra làm hai phần: Phần được kẹp chặt đứng yên gọi là phần tĩnh; Phần được
nối với từ thông tiếp điểm động qua hệ thống tay đòn cách điện được gọi là phần
động (ứng).
- Cuộn dây có điện trở bé, dòng điện chạy trong cuộn dây phụ thuộc vào
khe hở lõi thép phần ứng và phần tĩnh.
- Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ. Phần ứng
được hút chặt lại với phần tĩnh. Tiếp điểm 6 đóng lại với tiếp điểm cố định 5.
2. Rơ le dòng điện và rơle điện áp
a. Rơle dòng điện
- Dùng để bảo vệ mạch điện bị quá tải hoặc ngắn mạch và điều khiển sự
làm việc của động cơ điện.
- Rơle dòng điện gồm có mạch từ 1 được cuốn cuộn dây dòng điện 2 có
nhiều đầu ra. Khi dòng điện chay qua cuộn dây 2 từ trường sẽ tác dụng một lực
1
3
2
6
5
4
Sơ đồ nguyên lý rơle điện từ
1. Mạch từ hình chữ U
điện. Khác nhau là: Cuộn dòng điện của rơle dòng điện ít vòng, tiết diện dây to
được mắc nối tiếp với mạch điện, còn cuộn áp của rơle điện áp có số vòng nhiều
hơn, tiết diện dây nhỏ và được mắc song song với mạch điện của thiết bị cần bảo
vệ. Rơle điện áp có hai loại:
- Rơle điện áp cực đại: Phần ứng (phần quay) của loại rơle này lúc điện áp
bình thường đứng yên, khi điện áp tăng quá mức quy định lực điện từ thắng lực
cản, rơle tác động.
- Rơle điện áp cực tiểu: Ở điện áp bình thường phần ứng rơle chịu lực
điện từ tác dụng. Khi điện áp hạ xuống dưới mức điện áp quy định, lực cản
thắng phần ứng sẽ đóng hoặc mở các tiếp điểm.
3. Rơle tốc độ
- Rơle kiểm tra tốc độ thường được dùng để thay đổi chế độ làm việc của
động cơ ở một tốc độ nào đó. Khi tốc độ quay đạt một trị số cho trước nào đó,
rơle sẽ tác động đóng mở tiếp điểm của nó trong mạch điều khiển hoặc bảo vệ.
Sơ đồ nguyên lý rơle dòng điện
1. Mạch từ hình chữ C
2. Cuộn dây dòng điện
3. Nắp từ động hình chữ Z
4. Lò xo
[16]
- Phần cảm là nam châm vĩnh cửu 2 được gắn đồng trục với trục quay 1
của động cơ hoặc trục quay nào đó nhận chuyển động từ động cơ.
- Phần ứng 3 gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau thành hình
trụ rỗng, trên đó có đặt các thanh dẫn ngắn mạch tương tự như rôto lồng sóc,
2. Nam châm vĩnh cửu
3. Phần ứng
4. Tay gạt nhựa
[17]
nhau, gắn chặt với nhau) sẽ cong lên và rời khỏi đầu trên của tay đòn 3. Dưới tác
dụng của lò xo 4 kéo tay đòn 3 quay làm tiếp điểm động 6 mở ra cắt điện khỏi
đối tượng cần bảo vệ.
- Sau khi sự cố đã được loại trừ muốn hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban
đầu ta ấn nút phục hồi 5.
5. Rơle thời gian
- Rơle thời gian là khí cụ điện hạ áp được sử dụng trong các mạch điều
khiển để trì hoãn (delay) thời gian tác động của các mạch điện.
5.1. Rơle thời gian kiểu điện từ
- Khi đóng hoặc cắt điện cuộn hút 4, từ thông trong lõi từ biến thiên làm
xuất hiện trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong các
- Chỉnh định thời gian bằng cách: chỉnh độ căng của lò xo nhả 6, chỉnh
độ căng của lò xo 7 tạo ra lực tách nắp từ động 5 khỏi trụ từ 3, hoặc chỉnh khe
hở phụ qua tấm đệm phi từ tính giữa nắp từ động 5 và trụ 3.
II. Áp tô mát (ATM)
- Áptômát nói chung là thiết bị điều khiển và bảo vệ TB khi xảy ra hiện
tượng quá tải hoặc ngắn mạch.
- Áptômát là thiết bị đóng và tự động cắt khi xảy ra hiện tượng quá tải
hoặc ngắn mạch.
- Ngoài ra (riêng) một số Áptômát 3 pha còn có khả năng bảo vệ giảm
điện áp.
[19]
1. ATM kiểu dòng điện cực đại (DĐCĐ)
- Sau khi đóng ATM bằng tay, ATM cấp điện cho mạch cần được bảo vệ.
Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và đòn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm
động tỳ vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt quá chỉ số chỉnh định của ATM
qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch động lực sẽ đủ lực,
thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắp từ động 2 làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò
xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch.
- ATM dòng điện cực đại được dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và
khi ngắn mạch.
- Chỉnh dòng điện cực đại có thể bằng nhiều cách: Chỉnh lực căng của lò
xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà ATM phải cắt.
2. ATM kiểu dòng điện cực tiểu (DĐCT)
2. Nắp từ động
3. Lò xo[20]
- Bình thường dòng điện làm việc lớn hơn dòng cắt tối thiểu (I > Icđ) và
cuộn điện từ 1 sinh đủ lực hút để hút nắp từ động 2 và tiếp điểm được đóng kín.
Khi I < Icđ, cuộn 1 không đủ từ lực sẽ bị lò xo 3 kéo nắp từ động 2 ra làm mở
tiếp điểm cắt điện vào mạch cần bảo vệ
3. ATM kiểu điện áp - Sau khi đóng ATM bằng tay, cuộn hút 1 có đủ điện áp sẽ hút nắp từ
động 2 để chốt đầu cần 4 và đầu đòn 5 vào nhau, giữ cho các tiếp điểm thông
mạch. Khi điện áp nguồn giảm xuống dưới mức chỉnh định U < Ucđ , cuộn 1
không đủ địên áp sẽ có lực từ yếu, không đủ thắng lực kéo của lò xo 3 và nhả
nắp từ động 2. Chốt móc giữ đầu cần 4 và đầu đòn 5 bật ra làm lò xo 6 kéo rời
tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch.
- ATM điện áp thấp dùng để bảo vệ mạch điện khi điện áp tụt thấp hoặc
mất điện lưới.
4. Cầu dao chống giật ELCB
- ELCB là một cầu dao tự động (CB), ngoài mạch bảo vệ quá tải overload
chốt chặn, đẩy bật các tiếp điểm chính cắt mạch.
- Khi đóng ELCB cung cấp điện cho mạch tiêu thụ, nếu không có dòng
điện rò thì không có gì xảy ra. Nếu có sự rò điện (chạm mát) trên đường dây ở
mạch tiêu thụ thì do dòng điện đi trên đường dây pha và dòng điện về trên dây
trung tính N không bằng nhau, nên dòng điện tổng It = IP – IN > 0 (khoảng trên
250 mA). Vì vậy từ thông tổng Φt của 2 cuộn dây sinh ra trong vòng xuyến sắt
Ferrit, làm phát sinh sức ứng điện động trong cuộn dây cảm ứng, tác động cuộn
dây rơle con hoạt động mở chốt chặn, đẩy bật các tiếp điểm chính nhả ra cắt
mạch chính.
- Ngày nay, các ELCB có thêm vi mạch để khuyếch đại dòng điện cung
cấp cho cuộn dây rơle con. Vì vậy nâng tính chính xác hơn, chỉ cần sai biệt dòng
rò điện i=15 mA thì ELCB đã hoạt động cắt mạch ngay, tránh cho người bị điện
giật không bị tử vong.
- Khi mắc ELCB nên mắc đúng dây pha vào cọc L, còn dây trung tính vào
cọc N và sử dụng cho đúng điện áp có ghi trên ELCB, nếu không dễ hỏng vi
mạch bên trong nó. Nên sử dụng ELCB với dòng rò i = 30 mA thì thích hợp với
điều kiện của Việt Nam. Loại ELCB 3 pha chỉ áp dụng cho động cơ 3 pha mà
thôi.
R¬le nhiÖt
Cuén d©y më chèt gµi
N L
1
7
5
4
6
2
3
1
K K
thuêng
®ãng
thuêng
më
cã buång dËp
hå quang
b)
a)
Sơ đồ nguyên lý của công tắc tơ
[23]
- Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính
trong chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài. Dòng điện định mức của công tắc
tơ hạ áp: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A
- Mạch từ: Là các lõi thép có hình dạng chữ ø, hoặc chữ II. Nó gồm các
lá thép kỹ thuật điện có chiều dầy 0.35 - 0.5 mm ghép lại với nhau để tránh tổn
hao dòng điện xoáy.
- Các kí hiệu của công tắc tơ trên bản vẽ
điều khiển động cơ và bảo vệ quá tải cho động cơ.
- Khởi động từ đơn gồm một công tắc tơ kết hợp với một rơle nhiệt dùng
để điều khiển động cơ quay một chiều.
- Khởi động từ kép gồm hai công tắc tơ kết hợp với một rơle nhiệt dùng
để điều khiển động cơ quay hai chiều.
6. Cầu chì
- Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị sự cố
quá tải hoặc ngắn mạch
- Kí hiệu của cầu chì trên bản vẽ kỹ thuật Cầu chì thông thường Cầu chì tự rơi 3 pha
từng loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa
hình mà dây đi qua…).
Copyright: Tài liệu đại học ©