VIENIDMY Đăng nhập Vào luyện thi

Trang chủ › Giáo trình › Thợ điện hạng 1 第一種電気工事士 (thi lý thuyết)

Lý thuyết phân phối, Tụ bù & Ngắn mạch

Thợ điện hạng 1 第一種電気工事士 (thi lý thuyết) · 第一種電気工事士(学科試験) · Bài học do Tokutei Pass tự biên soạn dựa trên giáo trình chính thức; không sao chép nguyên văn.

Độ sụt áp đường dây 3 pha 3 dây cao/hạ áp (điện trở r và cảm kháng x) và phụ tải nhiều điểm

Từ câu số 6 đến câu số 9 trong đề thi Kỹ sư công trình điện Hạng 1 là các bài toán tính toán về "Lý thuyết phân phối điện và thiết kế đường dây". Ở Hạng 2 ta bỏ qua cảm kháng x của đường dây, nhưng ở đường dây cao áp của Hạng 1 ta phải tính cả điện trở r (Ω) và cảm kháng XL = x (Ω) trên mỗi dây dẫn.

Trên đường dây 3 pha 3 dây (dòng điện dây I, hệ số công suất phụ tải cosθ, hệ số phản kháng trễ pha sinθ), độ sụt áp dây ΔV (V) được tính bằng công thức "ΔV = Vs − Vr = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ)". Đối với đường dây 1 pha 2 dây, hệ số trước I là 2 thay vì √3: "ΔV = 2 × I × (r × cosθ + x × sinθ)".

Ngoài ra, trong hệ thống 3 pha 4 dây (như 400V/230V) cấp điện cho phụ tải 3 pha cân bằng, vì không có dòng điện chạy trên dây trung tính nên độ sụt áp trên 1 dây (sụt áp pha) là "I × r", còn độ sụt áp dây vẫn giống như mạch 3 pha 3 dây là "√3 × I × r".

Đối với mạch có phụ tải rẽ nhánh tại nhiều điểm (tải tại điểm giữa B và điểm cuối C), cần lưu ý rằng đoạn đường dây từ nguồn đến điểm B phải gánh tổng dòng điện "dòng tải B + dòng tải C"; ta tính riêng độ sụt áp của từng đoạn rồi cộng lại với nhau.

Độ sụt áp đường dây 3 pha 3 dây cao/hạ áp (điện trở r và cảm kháng x) và phụ tải nhiều điểm

Điểm cần nhớ


  • Độ sụt áp dây của đường dây 3 pha 3 dây có xét cảm kháng x là "ΔV = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ) (V)".

  • Áp dụng bộ số 3 : 4 : 5 để tính nhẩm nhanh: khi cosθ = 0,8 thì sinθ = 0,6; khi cosθ = 0,6 thì sinθ = 0,8.

  • Trên đường dây có nhánh rẽ dọc đường, đoạn phía nguồn mang tổng dòng điện của các phụ tải phía sau, tính sụt áp từng đoạn rồi cộng lại.

  • Ví dụ: Đường dây cao áp 3 pha 3 dây có điện trở 1 dây r = 0,6Ω, cảm kháng x = 0,8Ω, dòng dây I = 50A, hệ số công suất cosθ = 0,8 (sinθ = 0,6) → Độ sụt áp ΔV = 1,73 × 50 × (0,6 × 0,8 + 0,8 × 0,6) = 86,5 × 0,96 ≈ 83V
Từ vựngNghĩa
độ sụt áp (ΔV)
cảm kháng đường dây (x)
hệ số phản kháng (sinθ)
hệ thống phân phối điện 3 pha 4 dây

Dòng dây trung tính khi lệch hệ số công suất, đứt dây trung tính 1 pha 3 dây và tổn thất đường dây

Trong mạch điện 1 pha 3 dây (như 210V/105V), khi phụ tải A ở tầng trên và phụ tải B ở tầng dưới có hệ số công suất khác nhau (ví dụ: tầng trên là tải cuộn dây có cosθ = 0,5 và tầng dưới là tải điện trở có cosθ = 1,0), dòng điện dây trung tính IN không còn là phép trừ số học đơn thuần (IA − IB).

Khi dòng điện tầng trên IA và dòng điện tầng dưới IB có cùng độ lớn I nhưng lệch pha nhau một góc 60 độ (cos60° = 0,5), theo tính chất tam giác đều trên giản đồ vector, dòng điện vector hiệu IN chạy trên dây trung tính sẽ có độ lớn đúng bằng dòng điện I ban đầu (IN = I).

Mặt khác, nếu dây trung tính của mạch 1 pha 3 dây bị đứt, hai phụ tải 105V là RA và RB ở hai tầng sẽ bị mắc nối tiếp trực tiếp vào điện áp 210V giữa hai dây ngoài. Khi đó, phần lớn điện áp 210V sẽ phân bố dồn lên phụ tải có điện trở lớn hơn (công suất W nhỏ hơn), gây quá áp làm cháy hỏng thiết bị.

Trong bài toán tính tổn thất công suất đường dây Pl (W) rất hay ra ở câu số 7, trước hết phải tính ngược dòng điện dây I từ công suất tải P (W) và hệ số công suất cosθ. Với mạch 3 pha 3 dây, thay "I = P ÷ (√3 × V × cosθ)" vào công thức tổn thất 3 dây "Pl = 3 × I² × r", ta thu được "Pl = (P² × r) ÷ (V² × cos²θ)".

Điểm cần nhớ


  • Trong mạch 1 pha 3 dây có tầng trên cosθ = 0,5 (trễ) và tầng dưới cosθ = 1,0 cùng mang dòng điện I, vì góc lệch pha là 60° nên dòng dây trung tính IN cũng bằng "I".

  • Khi đứt dây trung tính mạch 1 pha 3 dây, điện áp 210V chia lên hai tải theo tỷ lệ thuận với điện trở, làm thiết bị có điện trở lớn bị quá áp nghiêm trọng.

  • Tổn thất công suất đường dây Pl khi cấp cho tải có hệ số công suất cosθ tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số công suất "cos²θ" (do dòng I tỷ lệ nghịch với cosθ).

  • Ví dụ: Mạch 1 pha 3 dây (100V/200V, điện trở 1 dây r = 0,2Ω) có cả tầng trên và tầng dưới đều gắn tải cùng loại 100V - 1,6kW - cosθ = 0,8 → Dòng dây I = 1.600 ÷ (100 × 0,8) = 20A, dòng trung tính bằng 0 A, tổng tổn thất đường dây Pl = 2 × 20² × 0,2 = 160W
Từ vựngNghĩa
dòng điện dây trung tính (IN)
quá áp do đứt dây trung tính
tổn thất công suất đường dây (Pl)
tổng hợp vector

Tụ bù cao áp (SC), cuộn kháng nối tiếp (SR) và cải thiện hệ số công suất

Vì các động cơ không đồng bộ trong nhà máy và tòa nhà vận hành với hệ số công suất trễ pha, người ta mắc song song "tụ bù cao áp (SC)" vào trạm nhận điện để cung cấp công suất phản kháng sớm pha, nâng hệ số công suất tổng cosθ tiến gần về 1 (100%).

Khi ghép 3 tụ điện có điện dung mỗi pha C (F) theo "đấu sao (Y)" vào nguồn 3 pha có điện áp dây V (V) và tần số f (Hz), vì điện áp pha là V ÷ √3 nên dòng điện nạp là "I = (2πfCV) ÷ √3 (A)", và công suất phản kháng 3 pha (dung lượng tụ) là "Q = √3 × V × I = 2πfCV² (var)" (nếu đấu Δ thì cả I và Q đều lớn gấp 3 lần).

Ngoài ra, khi mắc nối tiếp "cuộn kháng nối tiếp (SR: cảm kháng XL)" để khử sóng hài vào bộ tụ bù đấu Y (dung kháng XC), kháng điện tổng hợp của mỗi pha giảm xuống còn "XC − XL", nên dung lượng 3 pha Q của cụm thiết bị được tính bằng công thức "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

Hơn nữa, với bài toán tìm tổng công suất biểu kiến S (kVA) khi ghép thêm tải điện trở (cosθ = 1,0) hoặc tụ bù vào một phụ tải P (kW) đang có, ta tính riêng tổng công suất tác dụng "ΣP (kW)" và tổng công suất phản kháng "ΣQ (kvar)", rồi áp dụng định lý Pythagore "S = √((ΣP)² + (ΣQ)²) (kVA)".

Tụ bù cao áp (SC), cuộn kháng nối tiếp (SR) và cải thiện hệ số công suất

Điểm cần nhớ


  • Bộ tụ bù 3 pha đấu Y (điện dung mỗi pha C) có dòng điện là "I = 2πfCV ÷ √3 (A)" và dung lượng 3 pha là "Q = 2πfCV² (var)".

  • Khi mắc nối tiếp cuộn kháng XL với tụ bù XC đấu Y, dung lượng 3 pha của thiết bị là "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

  • Tổng công suất biểu kiến S (kVA) của nhiều phụ tải được tính từ tổng công suất tác dụng ΣP và tổng công suất phản kháng ΣQ theo công thức "S = √((ΣP)² + (ΣQ)²)".

  • Ví dụ: Phụ tải có công suất tác dụng 90kW và công suất phản kháng trễ 120kvar được ghép thêm bếp điện 70kW có hệ số công suất 1,0 → Tổng công suất tác dụng ΣP = 90 + 70 = 160kW, tổng phản kháng ΣQ = 120kvar, công suất biểu kiến tổng hợp S = √(160² + 120²) = 200kVA
Từ vựngNghĩa
tụ bù cao áp (SC)
cuộn kháng nối tiếp (SR)
công suất phản kháng (kvar) và công suất biểu kiến (kVA)
cải thiện hệ số công suất

Tính toán phần trăm tổng trở (%Z) và dòng điện ngắn mạch 3 pha (Is)

Chủ đề quan trọng bậc nhất luôn xuất hiện ở câu số 8 là "phần trăm tổng trở (percent impedance: %Z)" và "dòng điện ngắn mạch 3 pha Is". Máy cắt cao áp (như VCB) trong trạm nhận điện bắt buộc phải có dung lượng cắt đủ lớn để cắt an toàn dòng điện cực lớn Is khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha tại điểm nhận điện.

Gọi điện áp dây định mức là Vn (V), dòng điện định mức là In (A), dung lượng định mức (dung lượng cơ sở) là Pn = √3VnIn (VA) và tổng trở mỗi pha là Z (Ω), thì tỷ lệ phần trăm giữa độ sụt áp tổng trở InZ so với điện áp pha Vn ÷ √3 được gọi là "%Z".

Rút gọn biểu thức ta có công thức định nghĩa: "%Z = (√3 × In × Z ÷ Vn) × 100 = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100 (%)". Khi cần quy đổi giá trị %ZA đang tính theo dung lượng PA (kVA) về một dung lượng cơ sở chung PB (ví dụ: 10MVA = 10.000kVA), ta nhân theo tỷ lệ thuận của dung lượng: "%ZB = %ZA × (PB ÷ PA)".

Khi đã biết phần trăm tổng trở tổng hợp %Z (%) tính đến điểm nhận điện, dòng điện ngắn mạch 3 pha Is (A) bằng "100 ÷ %Z lần" dòng điện định mức In: "Is = (100 ÷ %Z) × In (A)". Đặc biệt, với dung lượng cơ sở chuẩn 10MVA (10.000kVA) và điện áp dây V (kV) thì "Is = 1.000 ÷ (√3 × V × Z) (kA)".

Tính toán phần trăm tổng trở (%Z) và dòng điện ngắn mạch 3 pha (Is)

Điểm cần nhớ


  • Công thức định nghĩa phần trăm tổng trở là "%Z = (√3 × In × Z ÷ Vn) × 100 = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100 (%)".

  • Công thức quy đổi %Z từ dung lượng cơ sở PA sang dung lượng cơ sở PB là nhân với tỷ số dung lượng: "%ZB = %ZA × (PB ÷ PA)".

  • Dòng ngắn mạch 3 pha Is tính bằng "Is = (100 ÷ %Z) × In (A)"; dòng cắt định mức của máy cắt phải chọn lớn hơn giá trị Is này.

  • Ví dụ: Phía lưới điện có %Z1 = 3,0% ở cơ sở 10MVA, nối với máy biến áp 500kVA (0,5MVA) có %Z2 = 4,0% theo dung lượng bản thân → Quy đổi máy biến áp về cơ sở 10MVA được %Z2' = 4,0 × (10 ÷ 0,5) = 80%, tổng %Z = 3,0 + 80 = 83%
Từ vựngNghĩa
phần trăm tổng trở (%Z)
dung lượng cơ sở (10MVA)
dòng điện ngắn mạch 3 pha (Is)
dung lượng cắt

Hệ số nhu cầu, hệ số đồng thời, hệ số phụ tải và điều chỉnh điện áp nấc phân áp (tap) máy biến áp

Để thiết kế dung lượng máy biến áp của trạm nhận điện một cách kinh tế, người ta sử dụng 3 chỉ số là "hệ số nhu cầu", "hệ số đồng thời (không đồng thời)" và "hệ số phụ tải", bởi vì rất hiếm khi toàn bộ thiết bị điện cùng chạy 100% công suất vào cùng một thời điểm.

"Hệ số nhu cầu (%)" là tỷ lệ giữa công suất nhu cầu cực đại so với tổng công suất lắp đặt của các thiết bị: "Công suất nhu cầu cực đại = Tổng công suất lắp đặt × Hệ số nhu cầu". Hệ số nhu cầu thông thường nhỏ hơn hoặc bằng 100%.

"Hệ số đồng thời (不等率)" biểu thị mức độ lệch nhau về thời điểm đạt đỉnh công suất giữa các nhóm tải, được định nghĩa bằng "Tổng các công suất cực đại của từng nhóm tải ÷ Công suất cực đại tổng hợp" (luôn lớn hơn hoặc bằng 1,0). Còn "hệ số phụ tải (%)" bằng "Công suất tiêu thụ trung bình ÷ Công suất cực đại × 100".

Mặt khác, cuộn dây sơ cấp của máy biến áp nhận điện cao áp có các "đầu phân áp (tap điều chỉnh số vòng dây: 6.750V, 6.600V, 6.450V, 6.300V...)". Vì điện áp thứ cấp V2 tỷ lệ nghịch với điện áp nấc sơ cấp Vt, nên khi hạ nấc sơ cấp từ 6.600V xuống 6.300V thì điện áp thứ cấp sẽ tăng lên theo tỷ lệ "6.600 ÷ 6.300 lần".

Điểm cần nhớ


  • Công suất nhu cầu cực đại tổng hợp tính bằng "Tổng của (Công suất lắp đặt × Hệ số nhu cầu) ÷ Hệ số đồng thời" (hệ số đồng thời luôn ≥ 1).

  • Hệ số phụ tải (%) bằng "Công suất trung bình ÷ Công suất cực đại × 100", cho biết mức độ sử dụng điện đều đặn trong ngày/tháng.

  • Khi đổi nấc phân áp sơ cấp máy biến áp từ Vt1 sang Vt2, điện áp thứ cấp V2 biến thiên theo tỷ lệ nghịch: "V2' = V2 × (Vt1 ÷ Vt2)".

  • Ví dụ: Máy biến áp đang cho điện áp thứ cấp 200V ở nấc sơ cấp 6.600V, khi chuyển sang nấc sơ cấp 6.300V → Điện áp thứ cấp mới là V2' = 200 × (6.600 ÷ 6.300) ≈ 210V (tăng thêm khoảng 10V)
Từ vựngNghĩa
hệ số nhu cầu và công suất nhu cầu cực đại
hệ số đồng thời / không đồng thời (từ 1,0 trở lên)
hệ số phụ tải và công suất trung bình
điện áp nấc phân áp (tap) của máy biến áp

Tính lực căng ngang dây chằng cột, thiết kế mạch nhánh hạ áp và điện áp đối đất khi chạm đất hoàn toàn

Ở câu số 9 thường ra bài toán tính "lực căng dây chằng cột điện", chọn "tiết diện và chiều dài dây rẽ nhánh" từ đường dây chính hạ áp, hoặc tính "điện áp đối đất của vỏ thiết bị" khi xảy ra sự cố chạm đất hoàn toàn phía hạ áp.

Khi dây chằng cột điện (lực kéo đứt TS, hệ số an toàn K) được căng tạo với thân cột một góc θ (thường cho 30°), lực căng theo phương ngang tối đa T mà dây chằng chịu được bằng lực kéo cho phép "TS ÷ K" nhân với "sinθ": "T = (TS ÷ K) × sinθ" (với sin30° = 0,5).

Khi rẽ nhánh từ đường dây chính hạ áp được bảo vệ bởi aptomat có dòng định mức IB, nguyên tắc là phải lắp thiết bị bảo vệ trong phạm vi 3m từ điểm rẽ nhánh; nhưng nếu dòng cho phép Iw của dây nhánh đạt "từ 35% IB trở lên thì kéo dài được đến 8m", và đạt "từ 55% IB trở lên thì không giới hạn chiều dài".

Ngoài ra, trong mạch thứ cấp máy biến áp (điện áp dây V = 210V...) có 1 dây được nối đất loại B (điện trở RB) và vỏ kim loại của thiết bị tải được nối đất loại D (điện trở RD), nếu dây pha không nối đất chạm hoàn toàn vào vỏ thiết bị thì điện áp đối đất VA của vỏ máy được tính theo phân áp trên RD: "VA = V × RD ÷ (RB + RD) (V)".

Điểm cần nhớ


  • Lực căng ngang tối đa T mà dây chằng hợp với cột góc θ chịu được là "T = (Lực kéo đứt TS ÷ Hệ số an toàn K) × sinθ" (sin30° = 0,5).

  • Khoảng cách rẽ nhánh từ aptomat đường dây chính IB: nguyên tắc ≤ 3m; nếu dòng cho phép dây nhánh "Iw ≥ 0,35 × IB thì ≤ 8m", nếu "Iw ≥ 0,55 × IB thì không giới hạn".

  • Khi chạm đất hoàn toàn vào vỏ thiết bị (điện trở đất RD) ở mạch thứ cấp V (V), điện áp đối đất của vỏ thiết bị là "VA = V × RD ÷ (RB + RD) (V)".

  • Ví dụ: Mạch thứ cấp V = 210V có điện trở nối đất loại B là RB = 10Ω, vỏ thiết bị có điện trở nối đất loại D là RD = 40Ω bị chạm đất hoàn toàn → Điện áp đối đất của vỏ máy VA = 210 × 40 ÷ (10 + 40) = 168V (cẩn thận bẫy lấy RB làm tử số ra 42V!)
Từ vựngNghĩa
lực căng ngang của dây chằng cột và hệ số an toàn
quy tắc rẽ nhánh 3m và 8m của đường dây chính
chạm đất hoàn toàn và điện áp đối đất
dòng điện cho phép (Iw)

Điểm hay ra thi & cách nhớ

Ở câu số 6 về mạch 1 pha 3 dây, nếu gặp đề bài cho "tầng trên có hệ số công suất cosθ = 0,5, tầng dưới có cosθ = 1,0 và dòng điện hai tầng đều bằng I (A)", bạn không cần đặt bút tính mà chọn ngay dòng dây trung tính IN bằng "chính giá trị I (A) đó" (ví dụ cả hai tầng đều 20A thì dây trung tính cũng là 20A vì tạo thành tam giác đều 60 độ).

Ở câu số 7 hỏi công thức chữ của tổn thất công suất đường dây 3 pha 3 dây, khi thay dòng điện dây "I = P ÷ (√3Vcosφ)" vào công thức "Pl = 3I²r", số 3 ở tử số và (√3)² = 3 ở mẫu số triệt tiêu nhau hoàn toàn, chỉ còn lại công thức gọn đẹp không có hệ số: "Pl = P²r ÷ (V²cos²φ)".

Ở câu số 8 và câu số 9, công thức dòng ngắn mạch 3 pha "Is = (100 ÷ %Z) × In", dung lượng tụ bù cao áp đấu sao "Q = 2πfCV²" và dung lượng khi có thêm cuộn kháng nối tiếp "Q = V² ÷ (XC − XL)" được lặp lại y hệt qua nhiều kỳ thi, hãy thuộc lòng để khoanh ngay.

Điểm cần nhớ


  • Sụt áp 3 pha 3 dây: "ΔV = √3 × I × (r × cosθ + x × sinθ)"; Tổn thất công suất 3 pha: "Pl = 3I²r = P²r ÷ (V²cos²φ)".

  • Phần trăm tổng trở và dòng ngắn mạch: "%Z = (Pn × Z ÷ Vn²) × 100", dòng ngắn mạch 3 pha "Is = (100 ÷ %Z) × In".

  • Tụ bù cao áp đấu sao (Y): "I = 2πfCV ÷ √3 (A)" và "Q = 2πfCV² (var)"; nếu mắc nối tiếp cuộn kháng SR thì "Q = V² ÷ (XC − XL) (var)".

  • Hệ số nhu cầu, đồng thời, phụ tải: Cực đại = Lắp đặt × Hệ số nhu cầu; Cực đại tổng hợp = Tổng các cực đại ÷ Hệ số đồng thời; Trung bình = Cực đại × Hệ số phụ tải.

  • Điện áp đối đất của vỏ máy khi chạm đất hoàn toàn: "VA = V × RD ÷ (RB + RD)" (tử số bắt buộc là điện trở đất loại D của vỏ máy RD).
Từ vựngNghĩa
vector tam giác đều (lệch pha 60°)
công thức tổn thất đường dây 3 pha (P²r ÷ V²cos²φ)
quy đổi dung lượng cơ sở
điện áp chạm đất theo định luật phân áp

Phân phối điện & thiết kế đi dây

Luyện câu hỏi chương này trong app

Tài liệu tham khảo chính thức

Zalo