Bài giảng Khí cụ điện - Chương 1.1: Hệ thống điện và khí cụ điện

Page 1
1nxuong-BMTBD-KCD
2nxuong-BMTBD-KCD
Page 2
3nxuong-BMTBD-KCD
Sản xuất,Truyền tải và Phân Phối Điện Năng
4nxuong-BMTBD-KCD
Sản xuất,Truyền tải và Phân Phối Điện Năng
220-500 kV
35-110 kV
6-22 kV
1-22 kV
10-22 kV
400 V
380/ 
220V
400/ 
220V
380 V
Page 3
5nxuong-BMTBD-KCD
Sơ đồ khối các cấp điện áp của một hệ thống điện
LV: Low Voltage – Hạ thế
MV: Medium Voltage – Trung thế
HV: High Voltage – Cao thế
EHV: Extra High Voltage – Siêu cao thế
6nxuong-BMTBD-KCD
SB6 from 72 to 245 kV GM6 from 12 to 40.5 kV
Trạm Phân Phối Điện Công Cộng HV / MV
Loä vaøo Loä ra
Page 4
7nxuong-BMTBD-KCD
Trạm Phân Phối Điện HV/MV 
trong công nghiệp
MCset from 7 to 24 kV
Lộ vào
Lộ ra
8nxuong-BMTBD-KCD
Trạm Phân Phối Điện Công Cộng MV / LV
M2S 24 kV switch
Page 5
9nxuong-BMTBD-KCD
Trạm Phân Phối Điện Công Cộng MV / LV
10nxuong-BMTBD-KCD
Trạm Phân Phối Điện MV / LV Trong Công nghiệp
MV/LV Kiosk 
Page 6
11nxuong-BMTBD-KCD
Ví dụ sơ đồ lưới phân phối điện trung thế
Hai loại cơ bản thường gặp: loại hình tia (radial) và loại 
mạch vòng hở (open loop)
12nxuong-BMTBD-KCD
Utility company incomers
C LV metering
Main LV switchboard
UPS
Priority switchboard
Secondary
LV
switchboard
Terminal enclosure
G
MV
LV
Terminal enclosure
MV delivery substation
Ví dụ sơ đồ lưới phân phối điện trung thế/hạ thế
Page 7
13nxuong-BMTBD-KCD
Structure of LV Distribution
Level 1 General LV
= incomer Switchboard 
Level 2
= feeders Main switch 
Board ( MSB)
Distribution 
Level 3 Board
= power or
distribution Motor
Control Center
Level 4 Final 
= final Distribution Board
distribution
Loads
E6
26
49
Ví dụ sơ đồ lưới phân phối điện hạ thế trong một nhà máy:
Các cấp độ và thuật ngữ
14nxuong-BMTBD-KCD
Page 8
15nxuong-BMTBD-KCD
Các thành phần truyền tải
• Dây dẫn (Conductors): truyền tải năng lượng từ nơi này đến nơi 
khác
• Cách điện (Insulators): cách ly dây dẫn với môi trường xung quanh
• Máy biến áp (Transformers): truyền tải năng lượng qua những 
phần khác nhau của lưới điện
• Khí cụ điện (Electromechanical devices): đóng, cắt và bảo vệ mạng 
điện
• Thiết bị điện tử công suất (Power electronics components): biến đổi 
năng lượng điện cho những mục đích sử dụng riêng
• Các nguồn điện phụ (Auxiliary sources); máy phát điện, UPS
• Nguồn phát và tiêu thụ công suất phản kháng (Reactive energy 
sources and consumers) 
16nxuong-BMTBD-KCD
Máy biến áp lực (power transformers)
Biến đổi năng lượng điện từ điện áp này sang 
điện áp khác
• MBA tăng áp
(10-20 kV) Æ (200-500 kV)
• MBA giảm áp
(60-200 kV) Æ MV (10-36 kV) Æ LV (0.4-6kV) 
Page 9
17nxuong-BMTBD-KCD
Khí cụ điện (electromechanical devices)
• Dao cách ly (Isolator)
• Máy ngắt phụ tải (Switch)
• Công Tắc Tơ (Contactor)
• Cầu chì (Fuse)
• Máy ngắt (Circuit-breaker)
18nxuong-BMTBD-KCD
Dao cách ly (Isolator= disconnector )
Cách ly mạng điện với nguồn điện
• chịu được quá điện áp nội bộ và khí quyển
• không thể ngắt được dòng điện tải
• Yêu cầu ngắt được dòng điện dung ký sinh 
trong một số trường hợp
• đóng cắt được vài ngàn lần
Page 10
19nxuong-BMTBD-KCD
Máy ngắt phụ tải (switch)
Đóng và ngắt dòng điện định mức và quá tải
• Đóng và ngắt một phần mạng điện
• Khả năng chịu đựng quá điện áp không lớn 
• Có thể dùng kết hợp với cầu chì
disconnecting switch
= isolator + switch 
20nxuong-BMTBD-KCD
Contactor
Đóng và ngắt dòng điện định mức và quá tải
• được điều khiển đóng cắt từ xa
• tuổi thọ điện cao: đến vài trăm ngàn lần
ví dụ: contactor Rollarc CRM 400 7.2 kV có tuổi 
thọ điện là 300 000 C/O ở dòng điện 250A
Page 11
21nxuong-BMTBD-KCD
Cầu chì (fuse)
Ngắt dòng điện sự cố bằng cách tự chảy 
(self-destructing)
• được sử dụng ở hạ thế và cả trung thế
• thường được dùng với máy ngắt phụ tải
22nxuong-BMTBD-KCD
Máy ngắt bảo vệ (Circuit-breaker)
• ngắt bảo vệ các dòng điện sự cố ngắn mạch hoặc quá tải. 
• đóng và ngắt dòng điện định mức. 
• bao gồm rơ le bảo vệ để phát hiện và điều khiển việc ngắt bảo 
vệ trong những trường hợp sự cố ngắn mạch, quá tải hoặc các 
loại sự cố khác. 
• phải chịu được điện áp quá độ phục hồi. 
• tuổi thọ điện: ngắt được khoảng vài chục lần dòng sự cố và vài 
ngàn lần dòng điện tải.
Page 12
23nxuong-BMTBD-KCD
Dao nối đất (earthing switch)
Dao nối đất (earthing switch): nối đất an tòan dây pha 
với đất
24nxuong-BMTBD-KCD
Các khí cụ điện đóng cắt: chức năng và ứng dụng 
Page 13
25nxuong-BMTBD-KCD
Các khí cụ điện đóng cắt: chức năng và ứng dụng 
26nxuong-BMTBD-KCD
Page 14
27nxuong-BMTBD-KCD
Yêu cầu chung của nhà cung cấp điện: ?
no energy storage
Power produced = Power consumed
at any instant
no energy storage
Po er produced = Po er consu ed
at any instant
dependable energy
quality energy
protection of people and property
dependable energy
quality energy
protection of people and property
Yêu cầu của người sử dụng điện: ?
28nxuong-BMTBD-KCD
Lưới Điện Phân phối
THÔNG TƯ Số:32 /2010/TT-BCT
Quy định hệ thống điện phân phối 
Tần số
Tần số định mức trong hệ thống điện quốc gia là 50Hz. Trong điều kiện bình thường, tần số
hệ thống điện được dao động trong phạm vi <0,2Hz so với tần số định mức. Trường hợp hệ
thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi <0,5Hz so với 
tần số định mức.
Điện áp
Điện áp danh định: các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 
110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV và 0,4kV.
Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép 
dao động so với điện áp danh định như sau:
Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là <5%;
Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%.
Cân bằng pha
Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt 
quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110kV hoặc 5% điện áp danh định đối với 
cấp điện áp trung áp và hạ áp.
Page 15
29nxuong-BMTBD-KCD
Lưới Điện Phân phối
%1002
1
2
∗= ∑
V
V iTHD
3,0%6,5%Trung và hạ áp
1,5%3,0%110kV
Biến dạng 
riêng lẻ
Tổng biến dạng 
sóng hàiCấp điện áp
Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy 
định trong Bảng 1 như sau:
Bảng 1: Độ biến dạng sóng hài điện áp
THD: Tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp;
Vi: Thành phần điện áp tại sóng hài bậc i;
V1: Thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz).
THÔNG TƯ Số:32 /2010/TT-BCT
Quy định hệ thống điện phân phối 
Sóng hài 
Tổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị
hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%), theo công thức sau: 
30nxuong-BMTBD-KCD
Lưới Điện Phân phối
315031,5110kV
350025Trung áp
Thời gian chịu đựng 
của thiết bị (s)
Thời gian loại trừ
sự cố (ms)
Dòng ngắn mạch 
lớn nhất (kA)Điện áp
THÔNG TƯ Số:32 /2010/TT-BCT
Quy định hệ thống điện phân phối 
Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố
Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự cố được quy định trong 
Bảng 3 như sau:
Bảng 3: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự cố
Yêu cầu về hệ số công suất
Khách hàng sử dụng điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có công suất sử dụng cực đại từ
80kW hoặc máy biến áp có dung lượng từ 100kVA trở lên có trách nhiệm duy trì hệ số công 
suất (cos) tại điểm đấu nối không nhỏ hơn 0,85 trừ trường hợp có thỏa thuận khác. 
Page 16
31nxuong-BMTBD-KCD
Yêu cầu cung cấp điện liên tục
„ Lựa chọn sơ đồ nối đất
„ Lựa chọn nguồn điện
† máy biến áp
† máy phát điện
† UPS 
„ Lựa chọn kỹ thuật bảo vệ chọn lọc
„ Báo động
E
41
10
5
T T
G
Giải pháp?
32nxuong-BMTBD-KCD
Vấn đề bảo vệ chọn lọc (selectivity of protections)
Mục đích: chỉ ngắt phần mạng điện bị sự cố ra khỏi lưới điện, 
bảo đảm vẫn cung cấp điện liên tục cho các phần khác của 
mạng điện.
Các biện pháp ?
• Bảo vệ chọn lọc theo thời gian
• Bảo vệ chọn lọc theo dòng điện
• Bảo vệ chọn lọc bằng khoá logic
• Bảo vệ chọn lọc dòng điện có hướng
Page 17
33nxuong-BMTBD-KCD
Phân loại phụ tải để sa thải khi nguồn cung cấp 
điện không đủ công suất
G
mains/standby
UPS
utility
supply
sheddable nonsheddable
sheddable for 
a few minutes
. non-essential 
loads
. power cut of
some hours
. essential 
loads
. power cut of
some seconds
. vital loads
. no power cut
. essential loads
. power cut of some minutes
non
sheddable
Các loại phụ tải?
34nxuong-BMTBD-KCD
Page 18
35nxuong-BMTBD-KCD
Điều độ hệ thống điện
điều độ Quốc gia điều độ Miền điều độ Lưới điện phân phối 
36nxuong-BMTBD-KCD
Giám sát và điều khiển hệ thống điện (control 
and monitoring system)
MỤC TIÊU :
Cải thiện việc cung cấp điện liên tục,
Tiết kiệm điện.
Page 19
37nxuong-BMTBD-KCD
Giám sát và điều khiển hệ thống điện
Những chức năng tự động chính:
• Chuyển đổi nguồn điện (source changeover),
• Cấu trúc lại mạch vòng (loop reconfiguration),
• Sa thải và phục hồi tải (load-shedding/restoration),
• Quản lý việc tiêu thụ điện năng theo giờ cao và thấp điểm,
• Quản lý quy trình sản xuất (management of internal 
production sets),
• Giám sát và chuẩn đoán (monitoring and diagnosis),
• Điều khiển từ xa (remote control),
• Quản lý về bảo dưỡng (maintenance management) ...
38nxuong-BMTBD-KCD
Ví dụ:
Cấu trúc lại mạch vòng 
I >
1
A1
A2
A3
A4
A5
A6
B1
B2
B3
B4
B5
B6
sous station 1
sous station 2
sous station 3
sous station 4 
sous station 5
ouvert
I >
détecteur de défaut
protection à maximum de courant
source
jeu de barres
I >
Page 20
39nxuong-BMTBD-KCD
Ví dụ một hệ thống được giám sát và điều khiển từ xa
signal synch.
local network
server
computer operator stations
printers
maintenance
station
MV switchboard
LV switchboard
MV switchboard
LV switchboard
substation
internal bus
electrical equipment
substation
central switchboard
unit
bridge to other 
computer systems