Hộ tiêu thụ điện hạ thế

  • Ở châu Âu, chu kỳ chuyển đổi điện áp đến “230V/400V +10% / – 10%” đã được gia hạn 5 năm đến năm 2018.
  • Hộ tiêu thụ điện hạ thế định nghĩa là các hộ tiêu thụ được cung cấp từ hệ thống điện hạ thế tại địa phương.
  • Điện áp mạng điện hạ thế có thể là 120/208V hoặc 240/415V, có nghĩa là các giá trị biến của dải điện áp 3 pha thông thường, hoặc có một trong các giá trị trung gian trong hình.
  • Tiêu chuẩn quốc tế IEC 60038 khuyến cáo về điện áp cho lưới hạ thế 3 pha 4 dây là điện áp 230/400V.
  • Tải có giá trị đến 250kVA có thể được cấp nguồn từ điện hạ thế. Tuy nhiên, nhà cung cấp thường đề nghị cấp điện trung thế cho các tải có giá trị lớn khi điện áp hạ thế không hoàn toàn phù hợp.

1

2

3

4

5

6

7

8

Hộ tiêu thụ dân dụng và thương mại

  • Chức năng của dây phân phối hạ áp “chính” (bằng cáp ngầm hoặc đường dây trên không) là cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ dọc theo lộ trình của mình.
  • Yêu cầu về dòng điện định mức của dây được ước tính từ số lượng hộ tiêu thụ và công suất trung bình của từng hộ tiêu thụ
  • Hai thông số giới hạn cho đường dây là:
    • Dòng điện lớn nhất mà dây có thể tải được trong thời gian dài vô hạn, và
    • Chiều dài lớn nhất của dây dẫn, để khi mang tài lớn nhất, độ sụt áp không vượt giá trị cho phép quy định.
  • Các ràng buộc trên cho thấy giá trị của tài kết nối vào dây phân phối hạ áp chính phải CỔ giới hạn. Với dải điện áp hạ thế được đề cập trong mục (11) thì: với điện áp 220V cho một pha tới 240/415V cho ba pha, tái định mức lớn nhất nối vào dây phân phối hạ thế” có thể là hình dưới.

9

  • Trong thực tế, không có các giá trị “chuẩn cứng nhắc”, các giá trị này có thể thay đổi tùy theo công ty điện Các yếu tố cần được xem xét:
    • Kích thước của lưới phân phối hiện hữu mà một tải mới được nối vào.
    • Tổng tải đã được nối vào lưới phân phối
  • Vị trí của tôi mới trong lưới phân phối, ví dụ nằm gần trạm hay ở cuối của lưới…
  • Nói tóm lại, cần phải khảo sát cho môi trường hợp riêng biệt
  • Các mức tải được liệt kê ở trên phù hợp với hộ tiêu thụ dân dụng bình thường và cũng có thể áp dụng cho nhiều tòa nhà hành chính và thương mại.

Các xí nghiệp có công suất vừa và nhỏ (sử dụng dây hạ thế riêng biệt trực tiếp từ trạm biến thế trung/hạ công cộng)

  • Các xí nghiệp có công suất vừa và nhỏ có thể được cấp điện hạ thế. Khi tải vượt giá trị cho phép của đường dây phân phối, có thể sử dụng cáp thông từ tủ phân phối hạ thổ (cầu chì hoặc máy cắt) của trạm nguồn công cộng.
  • Nói chung, ngưỡng trên của tải được xác định bởi khả năng mang thi của máy biến áp trong trạm. Tuy nhiên trong thực tế:
    • Tài lớn (lớn hơn 300 kVA) yêu cầu cáp án tương ứng. Do vậy, ngại trừ khi lâm phụ tải nằm gần trạm, phương pháp này không lợi về mặt kinh tế
    • Nhiều nhà cung cấp đề xuất sử dụng điện áp trung thế cấp cho các tài lớn hơn 200kVA (giá trị này có thể thay đổi phụ thuộc vào nhà cung cấp).
  • Vì vậy, đường dây hạ áp chuyên dụng thường sử dụng cho tài có giá trị từ 80 kVA đến 250 kVA (cho cấp điện áp từ 220/380V đến 240/415V Các hộ tiêu thụ điện hạ thể thông thường bao gồm:
    • Khu dân cư, nhà ở
    • Các cửa hàng và các tòa nhà thương mại
    • Các nhà máy nhỏ, nhà xưởng và trạm xăng
    • Nhà hàng
    • Nông trại,…

Lưới phân phối hạ thế

  • Ở châu Âu, cấp điện áp chuẩn lưới phân phối 3 pha 4 dây là 230/400V. Nhiều quốc gia đang chuyển đổi điện áp định mức lưới hạ áp 230/400 theo tiêu chuẩn IEC (IEC 60038).
  • Các thành phố và thị xã kích cỡ trung bình và lớn thường sử dụng cáp ngầm cho hệ thống phân phối. Các trạm biến áp trung/ hạ thường đặt cách nhau là 500-600m và thường được trang bị:
    • Tủ đóng cắt trung thế hoặc 4 đường dây và thường chứa máy cắt tải lộ vào và ra tạo mạch vòng, một hoặc hai máy cắt trung thế hoặc tổ hợp cầu chì/máy cắt tải cho mạch và biến thế.
    • Một hoặc hai máy biến áp trung/hạ 1000kVA.
    • Một hoặc hai tủ phân phối hạ thế chứa cầu chì 3 pha 4 dây và có 6 hoặc 8 đường dây ra, hoặc tủ CB dạng đúc, để điều khiển và bảo vệ cáp phân phối 4 lõi – thường được gọi là dây “phân phối”.
  • Đầu ra của biến thế được nối với thanh góp hạ thế bằng máy cắt phụ tải hoặc 9 bằng dao cách ly. Ở những vùng mật độ tải lớn, kích cỡ của dây phân phối được chuẩn hóa để hình thành mạng điện. Thông thường, một cáp đặt dọc theo vỉa hè và hộp nối 4 đầu đặt ở góc phố, nơi có 2 cáp giao nhau. Khuynh hướng là dùng các cacbin có mái che đặt trên mặt đất, cạnh tường hoặc treo – liên kết được đặt sao cho các dây phân phối tạo nên các mạch hình dưới. Khi hộp nối liên kết dây phân phối từ trạm này tới một trạm khác thì được giữ nguyên. dây pha sẽ được tháo bỏ hoặc thay thế bằng các cầu chì, còn liên kết dây pha sẽ được tháo bỏ hoặc thay thế bằng các cầu chì, còn liên kết dây trung tính sẽ được giữ nguyên.

10

  • Cách bố trí trên làm cho hệ thống rất linh hoạt, trong đỏ trạm biến áp có thể dừng hoạt động, khi đó vùng được nó cung cấp sẽ nhận nguồn từ các trạm lân cận thông qua các hộp nối.
  • Hơn thế nữa, mạng có chiều dài nhỏ (giữa hai hộp nối) có thể được cô lập để cách ly sự cố hoặc sửa chữa.
  • Khi mật độ tải lớn đòi hỏi các trạm phải nằm gần nhau hơn, khi đó có thể cần thiết sử dụng máy biến áp công suất 1,500 kVA
  • Dạng khác của lưới phân phối hạ áp thành phố, dựa trên các cột phân phối tự do đặt ở những điềm “chiến lược” của mạng, được dùng rộng rãi ở những vùng tải có mật độ thấp. Sơ đồ này khai thác nguyên lý mạng hình tia, trong đó kích cỡ của dây cáp giảm dần khi sổ khách hàng ở phía sau giảm theo khoảng cách rời xa trạm. Trong sơ đồ này, một số lộ lớn của hệ hạ thể hình tia từ tủ phân phối trong trạm sẽ cấp nguồn cho thanh góp của cột phân phối, từ đây các dây phân phối nhỏ hơn sẽ cấp điện cho các khách hàng nằm quanh cột phân phối này.
  • Trong nhiều năm, lưới phân phối trong thị xã, thị trấn, làng mạc và vùng nông thôn thường sử dụng dây đồng trần treo trên các cột gỗ, cột bê tông hoặc cột thép. Các biến thế phân phối đặt trên đất hoặc treo trên cột.
  • Trong những năm gần đây, dây hạ thế kép bọc cách điện (2 hoặc 4 lõi) (dây duplex) được phát triển và sử dụng rộng rãi cho lưới trên không và được coi là an toàn hơn dây đồng trần. Đặc biệt ứng dụng này rất tiện lợi khi các dây cặp dọc theo tường nơi người ta khó nhận biết chúng. Hiện nay, cách tương tự cũng được áp dụng cho cấp điện áp cao hơn, trong đó dây cáp dạng “bỏ”, bọc cách điện được lắp đặt cho lưới trung thế trên không cấp điện áp 24kV.
  • Khi có nhiều trạm cung cấp điện cho một xã (làng), cần bố trí kết lưới hạ thế trên các cột sao cho các dây hạ thế từ các trạm khác nhau sẽ được nối với nhau và tương thích về pha.
  • Khác với các nước châu Âu, ở Bắc và Trung Mỹ không tồn tại mạng hạ thế và việc dùng lưới ba pha cấp điện cho tòa nhà dân dụng là rất hiếm.
  • Phân phối điện áp trung thế được thực hiện theo cách cũng rất khác với tiêu chuẩn Âu châu. Lưới trung thế thực tế là hệ 3 pha 4 dây, từ đó lưới phân phối một pha (dây pha và dây trung tính) sẽ cấp điện cho các máy biến áp một pha, cuộn thứ của các máy biến áp này có điểm giữa để tạo điện áp 120/240V cho 1 pha-3 dây.
  • Dây giữa là dây trung tính hạ thế cùng với dây trung tính của lưới trung thế sẽ được tiếp đất kiên cố và nhiều lần dọc theo chiều dài của chúng.
  • Thông thường, mỗi máy biến áp phân phối cung cấp điện cho một hoặc vài tòa nhà trực tiếp từ trạm bằng các dây cáp hình tia hoặc đường dây trên không.
  • Có rất nhiều hệ hệ thống tồn tại ở các quốc gia này, tuy nhiên dưới đây sẽ chỉ mô tả hệ thống phổ biến nhất, hình dưới cho thấy các tính năng chính của hai hệ thống.

11

Kết lưới khách hàng.

  • Trước đây, các cáp ngầm hoặc dây bọc men theo tường từ các dây trên không thường kết thúc ở bên trong địa phận khách hàng, ở đó các hộp đầu cáp bọc kín, cầu chì (khách hàng không thể tiếp cận được) và các công tơ đo đếm được lắp đặt.
  • Theo khuynh hướng mới (xa nhất có thể lắp đặt các bộ phận nói trên trong nhà chịu đá ng được thời tiết ở ngoài tòa nhà.
  • Ranh giới ngành điện khách hàng thường là ở đầu ra của công tơ, hoặc đôi khi ở đầu ra của CB tổng của lưới (phụ thuộc vào thực tế), kết lưới được thực hiện bởi nhân viên ngành điện sau khi kiểm tra và thử nghiệm lắp đặt đạt yêu cầu. Kiều bố trí trới điển hình được thể hiện trên hình.

12

  • Lắp đặt MCCB – máy cắt dạng đúc kết hợp thiết bị bảo về dòng điện rò là bắt buộc tại điểm đầu của bất kỳ lưới hạ thế nào Có hệ thống nối đất TT. Nguyên nhân và mức dòng rò tác động sẽ được trình bày ở bài khác.
  • Một nguyên nhân nữa cho việc lắp đặt MCCB là khách hàng không thể vuột quá tải đã đăng ký, đo thiết bị tác động quá tải được niêm kín bởi nhà cung cấp sẽ cắt nguồn cung cấp khi tải vuột quá giá trị đăng ký. Việc đóng ngắt MCCB do khách hàng tự do thực hiện, như vậy nếu MCCB bất chợt tác động đo quá tảu hay sự cố, nguồn cung cấp sẽ được phục hồi nhanh chóng sau khi sự cố được khắc phụ.
  • Để thuận tiện cho cả người đọc công tơ lẫn khách hàng, công tơ ở ngoài nhà nên đặt:
    • Tại các cột to đứng tự do như trong 2 hình dưới.

13

14

    • Bên trong tòa nhà, song đầu cáp và cầu chì do ngành điện quản lý theo trong cabin chịu đựng thời tiết từ đường đi công cộng như trong hình.

15

    • Với các biến thế thuộc khách hàng, các thiết bị trong cabin được lắp đặt trong cabin chịu đựng thời tiết treo trên một khung kim loại ở vườn trước, hoặc treo trong tường bao để nhân viên ngành điện dễ dàng tiếp cận từ vỉa hè. Hình dưới chỉ các bố trí chung trong đó cầu chì có thể tạo cách ly.

16

  • Các đầu cáp bố trí trong tủ tường nằm ngang có chứa cầu chì cách ly, cho phép tiếp cận từ đường công cộng. Phương pháp phù hợp về thẩm mỹ, khi có thể mạng tiện lợi cho khách hàng trong việc thực hiện một đo lượng và ngắt nguồn.
  • Trong lĩnh vực đo lường điện tử, kỹ thuật đã phát triển làm cho việc dẫn bởi các tiện ích đo điện và cho mục đích thanh toán. Việc tự do hóa của thị trường điện lực làm tăng nhu cầu về dữ liệu thu thập từ các công tơ điện. Ví dụ đo điện tử cũng có thể giúp hiểu đặc tính tiêu dùng của khách hàng. Cũng bằng các hữu ích trong ứng dụng đường truyền năng lượng cũng như trong tần số vô tuyến.
  • Trong lĩnh vực này, hệ thống thanh toán trước ngày càng được sử dụng lý về mặt kinh tế. Chúng được dựa trên thực tế là cho phép người tiêu thanh toán của họ tại các trạm tự động, tạo ra các thẻ để chuyển các thông đến khoản thanh toán này sang thiết bị đo lường. Vấn đề chính ở đây là tính khả năng liên kết hoạt động. Hiện nay, các vấn đề này có vẻ như đã được giải quyết thành công. Thực tế, sức hấp dẫn của các hệ thống này là nó không chỉ thay thế thiết bị đo lường mà còn là hệ thống thanh toán, đọc công tơ và quản lý doanh thu.

Chất lượng điện áp nguồn cung cấp

  • Chất lượng điện áp của lưới hạ thể theo nghĩa rộng nhất của nó thể hiện: 
    • Tuân thủ các giới hạn quy định của biên độ và tần số.
    • Mức dao động nằm trong giới hạn nói trên,
    • Tính liên tục cung cấp điện, ngoại trừ việc cắt điện cho sửa chữa định kỳ hoặc khi có sự cố hệ thống hoặc trường hợp khẩn cấp khác.
    • Đảm bảo duy trì tính sin.
  • Trong phần này chỉ thảo luận về việc duy trì biên độ điện áp. Trong hầu hết các quốc qua, ngành điện có bổn phận duy trì điện áp cho khách hàng ở mức 15% (hoặc trong một số trường hợp 46% hoặc lớn hơn như ở bảng đầu bài) trị định mức.
  • Tiêu chuẩn IEC và của hầu hết quốc gia khuyến cáo rằng các thiết bị hạ thế được thiết kế và thử nghiệm để thực hiện tốt trong phạm vi + 10% điện áp định mức. Đây là giá trị ngưỡng theo các điều kiện tồi tệ nhất (ví dụ, trừ 5% ở vị trí kết nối vào lưới) và 5% sụt áp cho phép trong dây dẫn.
  • Sụt áp trong lưới phân phối điển hình xảy ra như sau: điện áp tại đầu trung thế của máy biến áp trung/hạ thường ở mức 42% nhờ bộ điều áp dưới tải của máy biến áp tại trạm phân phối trung gian lấy điện từ lưới phân phối phụ có cấp điện áp cao hơn. Nếu máy biến trung hạ đặt gần trạm phân phối trung gian, thì 2% dải điều áp này có thể cho cấp điện áp lớn hơn giá trị điện áp trung thế định mức. Ví dụ: điện áp có thể là 20,5kV+2% trên hệ 20kV. Khi ấy, máy biến áp phân phối trung/hạ cần có đầu phân áp không tải ở vị trí +2,5%. Ngược lại, nếu máy biến áp ở xa trạm phân phối, điện áp sẽ là 19,5kV;2% và đầu phân áp không tải cần chọn là vị trí –5%.
  • Có nhiều mức điện áp khác nhau trong hệ thống là điều bình thường, và phụ thuộc vào luồng công suất của hệ thống. Hơn thế nữa, sự khác biệt điện áp này là nguyên nhân cho sử dụng từ “ định mức” khi nói đến điện áp của hệ thống.

Ứng dụng

  • Với máy biến áp trung/hạ lựa chọn đúng bộ điều áp không tải, điện áp đầu ra máy biến áp khi không tải có thể chỉnh trong dải 12% điện áp không tải.
  • Khi biến thế đầy tải, để bảo đảm điện áp ở mức cần thiết thì điện áp đầu ra khi không tải càng lớn càng tốt nhưng không vượt quá giới hạn trên là +5% (trong ví dụ này).
  • Thực tế hiện nay cho thấy, tỷ số biến áp thường cho điện áp đầu ra khoảng 104% khi không tải (1), khi điện áp phía trung thế là định mức hoặc được hiệu chỉnh bằng các đầu phân áp, như đã trình bày ở trên. Kết quả, trong trường hợp này, dải điện áp từ 102% đến 100%.
  • Máy biến áp phân phối tiêu biểu thường có điện áp kháng ngắn mạch 5%. Nếu giả sử thành phần do điện trở chiếm 1/10 giá trị trên thì sụt áp trong máy biến áp khi đầy tải và cosφ = 0,8 (trễ pha) là
    • V% sụt áp = R% cos Φ + X% sin Φ = 0.5 x 0.8 + 5 x 0.6 = 0.4 + 3 = 3.4%
  • Dải biến thiên điện áp ở đầu ra biến thể mang đầy tải sẽ là (102 – 3.4) = 98.6% to (106 – 3.4) = 102.6%.
  • Sụt áp lớn nhất cho phép trên trục dây phân phối hạ thế do vậy sẽ là 98.6 – 95 = 3.6%. Điều này có nghĩa là, trong thực tế cáp đồng 240mm2 (3 pha 4 dây) ở điện áp 230/400V có thể cung cấp tải 292kVA phân bố đều với hệ số công suất là 0,8 cho khoảng cách là 306m. Như vậy thì cũng với giá trị tài đó cho một hộ tiêu thụ tập trung có thể truyền tải trên khoảng cách 153m từ máy biến áp sẽ cho ra cùng độ sụt áp.
  • Một điều lưu ý là khả năng tải của cáp dựa vào các tính toán theo IEC 60287 (1982) là 290kVA, và do vậy sụt áp lớn nhất 3,6% không vượt quá giới hạn. Có nghĩa là cáp có thể mang đầy tải trên các khoảng cách yêu cầu trong lưới phân phối hạ thế
  • Ngoài ra, hệ số công suất 0,8 trễ pha là đặc trưng cho các tải công nghiệp. Ở những | vùng có tải hỗn hợp, bán công nghiệp thì giá trị 0,85 là phổ biến hơn. Giá trị 0,9 thường dùng tính toán cho các vùng dân cư. Do vậy sụt áp được nêu ở trên có thể được xem như trường hợp xấu nhất.

Trích: Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Bản chính sửa 2019

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !