Ch.4. CCĐ NT
97
Chương 4
Cung cấp điện cho các điểm dân cư nông thôn
và miền núi
4.1. Phụ tải của hệ thống cung cấp điện nông thôn
4.1.1.Đặc điểm của phụ tải điện nông thôn, miền núi
Hệ thống cung cấp điện cho khu vực nông thôn, miền núi có đặc
điểm khác biệt, mà có thể liệt kê một số nét cơ bản sau:
- Mật độ phụ tải thấp và phân bố không đều trên phạm vi lãnh thổ rộng
lớn. Điều đó gây khó khăn cho việc đầu tư có hiệu quả hệ thống cung cấp
điện;
- Phụ tải rất đa dạng, bao gồm các hộ dùng điện trong trong sinh hoạt,
trong sản xuất như: trồng trọt, thủy lợi, chăn nuôi, công nghiệp nhỏ, lò
gạch, chế biến thực phẩm v.v.
- Sự làm việc của rất nhiều thiết bị được thực hiện ở chế độ ngắn hạn với
khoảng thời gian nghỉ khá dài, do đó thời gian sử dụng trong ngày rất
thấp, ví dụ như quá trình chế biến thức ăn gia súc, quá trình vắt sữa v.v.
- Phần lớn phụ tải điện nông nghiệp tác động theo mùa vụ, ví dụ các trạm
bơm, các trạm xử lý hạt giống, các máy thu hoạch (tuốt lúa, làm sạch sản
phẩm v.v.).
- Sự chênh lệch giữa giá trị phụ tải cực đại và cực tiểu trong ngày rất lớn.
Điều đó dẫn đến những khó khăn lớn cho việc ổn định điện áp.
Ngoài những đặc điểm cơ bản của phụ tải, bản thân mạng điện
nông thôn cũng có những nét khác biệt như:
- Do chiều dài đường dây lớn nên giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ, đôi
khi không chênh lệch nhiều so với dòng điện làm việc, điều đó gây khó
khăn cho việc lựa chọn ngưỡng bảo vệ để đảm bảo tính chọn lọc và độ
nhạy cần thiêt của bảo vệ rơle.
Ch.4. CCĐ NT
98

T
sd
,
(h)
k
sd
1 Đèn sợi đốt 75 100 5 0,21
40 85 4,5 0,19
25 37 3,5 0,13
2 Đèn huỳnh quang 40 55 4,5 0,19
20 32 4,5 0,19
Ch.4. CCĐ NT
99
3 Tivi màu 80 82 7,5 0,31
4 Đầu video 60 13 2,5 0,10
5 Radio- Casset 20 45 5 0,21
6 Quạt bàn 60 86 7,5 0,31
40 64 7,5 0,31
7 Quạt trần 100 12 6 0,25
80 28 6 0,25
8 Bàn là 1000 11 0,2 0,01
9 Tủ lạnh 135 8 14 0,58
10 Bếp điện 1000 5 2 0,08
11 Máy bơm nước 750 26 1 0,04
12 370 67 1 0,04
13 Nồi cơm điện 600 73 2 0,08
14 Ấm điện 1000 4 1 0,04
15 Sourvolter 15 25 12 0,50
16 Các thiết bị khác 20 13 1 0,42
Tổng nhu cầu phụ tải sinh hoạt được xác định theo biểu thức:

nghiệp, sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp.
a) Phụ tải công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp
Nhu cầu phụ tải điện công nghiệp địa phương, tiểu thủ công và lâm
nghiệp được xác định trên cơ sở nhu cầu hiện tại và định hướng phát
triển các ngành kinh tế này trên địa bàn. Tham số về phụ tải của một số
thiết bị dùng trong công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông thôn được
thể hiện trong bảng 4.2:
Bảng 4.2. Phụ tải sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nông
thôn
STT Tên thiết bị P
n
(kW) T
sd
(h/ngày)
k
sd
cos
1 Máy hàn 2,8 9 0,38 0,65
2 Máy gia công sắt
1,5  15 615 0,4 0,6
0,80
3 Máy xat xát
4,5 11 6 8 0,3 0,6
0,80
4 Máy nghiền thức ăn
gia súc
2,8  11 3  6 0,350,6
0,80
5 Máy sẻ gỗ
2,8  11 7  9 0,40,65

n
k
kk




1
k
sd
- hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm tải, xác định theo biểu thức
(2.31).
b) Phụ tải thủy lợi
Phụ tải điện thủy lợi chủ yếu là các trạm bơm tưới và tiêu úng. Các
loại động cơ dùng ở các trạm bơm thường là loại không đồng bộ công
suất đặt từ 10  75 kW.
Phụ tải thủy lợi được xác định theo nhu cầu tưới và tiêu.
P
tuoi
= p
0tuoi
.F
tuoi
; (4.3)
P
tieu
= p
0tieu
.F
tieu

M
, h/năm
Loại cây trồng Tưới Tiêu
Cây lúa
12001800
Cây ăn quả
1000  1500
Cây công nghiệp
1500  2000
700  920
Ch.4. CCĐ NT
102
4.1.4. Tổng hợp phụ tải
4.1.4.1. Xác định phụ tải tính toán của mạng điện
a) Phương pháp số gia
Phụ tải của mạng điện được tổng hợp trên cơ sở các số liệu điều tra
và đo đếm. Phương pháp thông dụng nhất để tổng hợp phụ tải của mạng
điện được thực hiện theo trình tự đã được trình bày ở mục 2.3. Phụ tải
tổng hợp của nhóm sản xuất được xác định theo phương pháp số gia
(xem mục 2.3 chương 2).
b) Phương pháp 2
Phương pháp 2 cho phép xác định một cách gần đúng phụ tải tính
toán có xét đến các hệ số đồng thời của các nhóm tải khác nhau:
P
M
= k
kV
( k
sh
.P

= k
đt
.P
i
, (4.7)
Trong đó:
P
i
- công suất của điểm tải thứ i.
k
đt
- hệ số đồng thời của các phụ tải khu vực, có thể lựa chọn như
sau :
+ k
đt
= 0,6 khi P
sh
 0,5 P
i
+ k
đt
= 0,7 khi P
sh
= 0,7 P
i
+ k
đt
= 0,9 khi P
sh
= P

tải điện năng bằng mạng điện đơn giản, tức là mạng điện ít dây dẫn, có
thể là hai (2D) hoặc một pha (1D). Ở các loại mạng điện này người ta sử
dụng đất làm một dây dẫn. Để có thể truyền dẫn điện trong đất cần phải
xây dựng ở trạm phát và trạm thu các hệ thống tiếp địa (HTTĐ). Dòng
điện được truyền từ trạm phát đến trạm thu bằng dây dẫn và trở về qua
các HTTĐ và vùng đất giữa hai trạm trong mạng điện 1D, dòng điện 2
pha đi theo đường dây trên không, còn pha còn lại dòng điện đi trong đất
(mạng 2D), (hình 4.1).
Ch.4. CCĐ NT
104
Do sự tác động điện từ, đường đi qua của dòng điện trong đất lặp
lại hoàn toàn hành vi của tuyến đường dây trên không. Độ sâu thâm nhập
của dòng điện trong đất phụ thuộc vào điện trở suất, tần số dòng điện, có
thể xác định theo biểu thức:
m
f
h
đ
,10.08,5
2


; (4.8)
Trong đó : 
đ
- điện trở suất của đất ,.m; f - tần số dòng điện, Hz.
Đối với dòng điện tần số công nghiệp thì:
mh
đ
,842,71

x
- bán kính hay khoảng cách từ điểm tính đến vị trí tiếp địa, m.
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạng dùng đất làm một dây dẫn:
a) sơ đồ mạng điện 2D và b) Sơ đồ mạng điện 1D
Dây đ
ất

Dòng
điện sơ và
th
ứ cấp

Dòng
điện chạy
trong đ
ất
H
ệ thống nối đất
H
ệ thống nối đất
Dây trung tính
Dây đ
ất
Dây trung
tính
Điểm phân phối
trung tâm
Dây pha
Hình 4.2
. Sơ đ



; (4.11)
kmf
H
h
fx
oe
/,10) 7,15lg 29(
4


; (4.12)
Trong đó:
h- chiều sâu thâm nhập vào lòng đất của dòng điện, m;
H- chiều cao treo dây dẫn trên không, m;
f - tần số dòng điện, Hz.
Đối với dòng điện tần số công nghiệp:


kmHr
đoe
/,10 832,05,492
4



; (4.13)
km
H

107
Theo số liệu tính toán năng lượng bức xạ Mặt Trời trên Trái Đất
khoảng 1,210
14
kW, tính trung bình trên một đầu người là gần 30
MW/ng. [40]. Tuy nhiên hiện tại tỷ lệ sử dụng năng lượng này còn quá ít.
Công suất phát xạ của Mặt Trời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như vị trí,
thời gian trong ngày, thời gian trong năm, các điều kiện khí hậu, thời tiết
v.v. Trong đó có nhiều yếu tố tác động ngẫu nhiên.
kính
l
ớp bán dẫn P
lớp chống phản xạ
tia nắng
ti
ếp xúc mặt tr
ư
ớc
modul quang điện
m
ạch điện
một chiều
a)
Bộ chuyển đổi
năng lượng
Bộ nghịch lưu
Tuabin
Tia nắng
Máy phát
M

lượng Mặt Trời thành điện năng, không qua bước trung gian về nhiệt.
Hiện nay, người ta đã chế tạo tế bào quang điện Mặt Trời có đường
kính cỡ vài đề xi mét, cho công suất cỡ 1W trong điều kiện bức xạ Mặt
Trời là 1kW/m
2
. Tuỳ theo nhu cầu phụ tải của hộ tiêu thụ mà người ta
ghép các tế bào pin Mặt Trời thành các bộ, tổ hợp.
Năng lượng điện do pin Mặt Trời sản xuất ra nếu không dùng hết,
thì có thể được tích trữ bằng ắc qui. Nhìn chung cho đến nay Pin Mặt
Hình 4.4. Năng lượng Mặt Trời
a) Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện Mặt Trời; b) Sơ đồ thiết hệ thống bị điện
M
ặt Trời; c)
Sơ đ
ồ nguy
ên lý Pin M
ặt Trời
l
ớp bán dẫn n
ti
ếp xúc mặt sau
đường tiếp giáp
công tơ
s
ản xuất
thi
ết bị gia dụng
m
ạng điện công cộng
m

.
2
.
3
.
k
.F.
h
3
(4.15)
Trong đó:
P - công suất động cơ gió, kW;
F - bề mặt quét gió của cánh, m
2
;

k
- khối lượng riêng của không khí, (
k
= 1,2kg/m
3
);
C
p
- hệ số công suất cực đại, (C
p
= 0,59);

1
,


h
= 0,1.h
g.
b, (4.16)
Trong đó:

h
- tốc độ gió ở độ cao h, m/s;
 – tốc độ gió theo số liệu đo của trạm khí tượng ở độ cao 10m,
m/s;
h
g
– chiều cao trục gió, m;
b – hệ số thực nghiệm, đối với khu vực mở b=0,14 [40].
Dòng năng lượng gió có mật độ ban đầu thấp, bởi vậy đòi hỏi công
nghệ cao, tức là giá thành của cơ cấu đắt, điều đó làm cho giá thành điện
năng gió cao. Nhược điểm cơ bản của điện năng từ trạm phong điện là
không ổn định, chất lượng điện thay đổi, nhưng nó có ưu điểm là không
cần nhiên liệu, không gây ô nhiễm môi trường.
Giá thành điện năng của trạm phong điện được xác định theo biểu
thức:
A
Z
g
g
g

(4.17)
Trong đó:

Chi phí cho các việc xây dựng các thiết bị gió được đánh giá theo các
thành phần, %:
TT Chi phí cho các
phần tử
Tỷ lệ,
%
TT Chi phí cho các phần
tử
Tỷ lệ,
%
1 Thiết bị gió
6070
5 Cơ sở hạ tầng
(đường xá)
5 7
2 Nền móng
4 6
6 Các trang thiết bị
tạm thời
2 5
3 Thiết bị điện
3 5
7 Máy phát
11 12
4 Nhà trạm
2 3
8 Các chi phí khác
2 3
module
quang điện

3
/s ;
g – gia tốc trọng trường, m/s
2
, (hoặc N/kg) (g=9,81) ;
h – chiều cao cột nước, m.
Tùy theo quy mô của các trạm thủy điện nhỏ, đơn giá của trạm
thủy điện nhỏ dao động trong khoảng 280  800 $/kW.
h
đ
ập
ống dẫ
n
turbine
máy phát
bi
ến áp
m
ạng điện
th
ế năng
đ
ộng năng
cơ năng
đi
ện năng
Hình 4.7. Sơ đồ trạm thủy điện nhỏ
Ch.4. CCĐ NT
113
Giá thành sản xuất điện năng của trạm thủy điện nhỏ được xác định theo

90% khí methan (CH
4
), 10 40% khí dioxyde carbone (CO
2
), khoảng
0,1% khí hydro sulfure (H
2
S) và hơi nước. Biogas có thể sinh nhiệt và
điện năng. Điện năng được sản xuất bằng máy phát chạy bằng gas. Các
loại máy phát này thường được chế tạo với công suất nhỏ khoảng vài
kW, đủ để cung cấp cho một hộ gia đình. Đơn giá của máy phát điện
chạy gas dao động trong khoảng 8001200 $/kW. Sơ đồ cung cấp điện
bằng khí biogas được thể hiện trên hình 4.8.
4.2.2. So sánh các phương án cung cấp điện
Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện trong điều kiện kinh tế thị
trường, đặc trưng bởi nhiều thành phần sở hữu cần phải được thực hiện
trên cơ sở các nguyên lý và phương pháp phù hợp với các điều kiện này.
Để đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương án ta sử dụng chỉ tiêu
chi phí quy dẫn, được xác định theo biểu thức (3.1), (xem chương 3). Đối
với các vùng ở độ xa trung bình so với lưới điện quốc gia, thì có thể so
sánh các phương án cung cấp điện bằng lưới ba pha thông thường với
phương án cung cấp điện bằng lưới đơn pha, còn đối với các vùng nông
thôn xa trung tâm, nơi không thể đưa điện đến từ lưới quốc gia, thì việc
cung cấp điện chỉ có thể thực hiện trên cơ sở khai thác các nguồn năng
lượng tại chỗ. Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất đối với việc sử dụng các nguồn
năng lượng tái tạo là vốn đầu tư ban đầu cao. Mặt khác, việc so sánh kinh
tế-kỹ thuật của các phương án cũng gặp nhiều khó khăn, do một số trở
ngại chính, làm giảm đi tính cạnh tranh của các nguồn năng lượng tái tạo
như:
- Giá điện từ các nguồn điện truyền thống hiện nay, do nhiều nguyên

f
- Hệ số hình dạng của lưới điện, phụ thuộc vào địa hình.
b) Khối lượng kim loại màu của đường đây dài l:
G = 3.F
d
.L.d (4.21)
Trong đó:
d – khối lượng riêng của kim loại làm dây dẫn;
F
d
- diện tích của tiết diện dây dẫn;
L - chiều dài đường dây.
Nếu tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện J, tức là:
J
I
F
d

J – mật độ dòng điện;
Thì ta có thể xác định:
Hình 4.9. Sơ đồ lý
tưởng của mạng điện
2r
Ch.4. CCĐ NT
116

J
ILd
G
3

cos
3
cos.
.3
3
UJ
rd
JU
Md
G 
c) Tiết diện dây dẫn đẳng trị
Từ biểu thức (4.19) ta suy ra thiết diện của dây dẫn F
dt
có thể xác định:

ld
G
F
dt
3


cos.3
.
3
lJU
r
; (4.24)
d) Vốn đầu tư của đường dây phân phối:
V

R.L=
dt
F
LI .3
2

=3J.I.L=
3
10.cos
3


U
JLP
=
3
10.cos
3


U
JM
=
3
3
10.cos
3


U

cos.3
.
(
3


JU
rb
Lap
d
dd




 c
U
Jr
.
10cos
3
3
3



(4.28)
4.2.2.1. So phương án cấp điện cho khu vực thưa dân cư bằng mạng
điện đơn pha
Đối với các vùng nông thôn miền núi không quá xa hệ thống điện

nghiệm:
- Đối với mạng điện ba pha thông thường :
V
nd
= 2+0,025.S, triệu đ ; (4.29)
S – công suất tính toán của mạng điện, kVA.
A
3f
– tổn thất điện năng ở mạng điện ba pha thông thường, được xác
định theo biểu thức:
Ch.4. CCĐ NT
118
32
10 3
3



LrIA
o
f
, kWh ; (4.30)
r
0
– điện trở tác dụng của 1km đường dây ;
L – chiều dài đường dây, km ;
 – thời gian hao tổn cực đại, h.
c

- giá thành tổn thất điện năng, đ/kWh ;

d1
– vốn đầu tư của đường dây đơn pha;
V
nđ1
– vốn đầu tư cho hệ thống nối đất tăng cường,phục vụ cho việc dẫn
điện trong đất, có thể xác định theo biểu thức thực nghiệm sau :
V
nđ1
= (3,5+0,015.S+0,003.S
2
)/R
tđ1
, triệu đ ;
(4.32)
R
tđ1
– điện trở của hệ thống nối đất của mạng điện đơn pha, .
R
tđ1
= R
td
-(0,0025.S+5.10
-5
S
2
); (4.33)
R
tđ
– điện trở của hệ thống nối đất bảo vệ ở mạng điện ba pha thông
thường.

I
d

1
(4.35)
r
0e
– điện trở của “dây đất”, xác định theo biểu thức (4.13).
4.2.2.3. So phương án cấp điện cho khu vực thưa dân cư bằng nguồn
điện tại chỗ
Đối với các khu vực nông thôn xa trung tâm, phương án kinh tế
nhất là sử dụng các nguồn điện tại chỗ. Cho đến nay nguồn phát điện tại
chỗ chủ yếu là các trạm điesel.
Chi phí cho trạm điesel được xác định theo biểu thức:
Z
die
=p
die
V
die
+C
nl
+C
vh
;
(4.36)
Trong đó:
p
die
– hệ số sử dụng hiệu quả và khấu hao vốn đầu tư của trạm điesel: p=

b
nl
– suất chi phí nhiên liệu kg/kWh;
Ch.4. CCĐ NT
120
P – công suất tiêu thụ (phụ tải), kW;
T
M
– thời gian sử dụng công suất cực đại, h/năm;
C
vh
– chi phí vận hành.
Khi so sánh các phương án ta coi chi phí vận hành là như nhau,
nên không cần xét đến thành phần này trong chi phí tính toán, như vậy
chi phí tính toán cho trạm điesel sẽ là:
Z
die
= p
die
V
die
+g
nl
b
nl
.P.T
M
(4.38)
Giả dụ cần cung cấp điện cho một khu vực gồm N điểm tải. Ta so sánh 2
phương án:

2
4

(4.40)
Z
1
= N(p
die
V
1
+g
nl
b
1
N
r
2
4

T
M
)
(4.41)
Trong phương án 2
Z
2
= Z
die
+Z
pp

c
U
Jr
.
10cos
3
3
3



(4.42)
Xác định vùng cấp diện tối ưu
Ch.4. CCĐ NT
121
Đặt Z
1
= Z
2
và sau một vài biến đổi ta có phương trình:
(


cos.3JU
bp
dp

3
10cos
3

Đặt: A=(




cos.3
.
JU
bp
dp
3
10cos
3


U
cj


); (4.44)
B=4g
nl.
 T
M
(b
2
-b
1
) (4.45)
C= 2 Nap

các khu vực nông thôn dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật như độ tin cậy
cung cấp điện, chất lượng điện và sự hiện diện của các nguồn năng lượng
tái sinh. Bài toán này được bắt đầu từ kết quả tính toán phụ tải ở các điểm
nút, sau đó giải bài toán chọn cấp điện tối ưu, chọn vị trí, công suất và số
lượng máy biến áp.
Đối với các điểm tải mới, việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện được
thực hiện trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án khả thi.
Trong sơ đồ mạng điện phát triển cần phải giải bài toán tổng hợp cung
cấp điện cho các hộ hiện tại và các hộ dùng điện mới theo các phương án
phát triển mạng điện có xét đến quy hoạch phát triển điện lực nói chung
của vùng và quốc gia. Việc xây dựng sơ đồ cung cấp điện phải đáp ứng

Trích đoạn Mạng điện phân phố

---