Watt (viết tắt là W) là đơn vị đo công suất P trong hệ đo lường quốc tế, lấy theo tên của James Watt.

Công suất cho biết sự thay đổi năng lượng ΔE trong 1 khoảng thời gian Δt. 1 Watt là sự thay đổi của năng lượng 1 Joule trong 1 giây.

Công suất điện tại thời điểm t được tính theo P(t) = U(t) · I(t), với U(t), I(t) là các giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế và cường độ dòng điện tại t, khi chúng không lệch pha.

Các lũy thừa cơ số 10 thường dùng của Watt:

1 miliwatt (mW) = 0,001 W 1 kilowatt (kW) = 1 000 W 1 megawatt (MW) = 1 000 000 W 1 gigawatt (GW) = 1 000 000 000 W

Các ước số-bội số trong SI

Bội số Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu

100  watt W      

101 đêca watt daW 10–1 đêxi watt dW

102 héctô watt hW 10–2 xenti watt cW

103 kilô watt kW 10–3 mili watt mW

106 mêga watt MW 10–6 micrô watt µW

109 giga watt GW 10–9 nanô watt nW

1012 têra watt TW 10–12 picô watt pW

1015 pêta watt PW 10–15 femtô watt fW

1018 êxa watt EW 10–18 atô watt aW

1021 zêta watt ZW 10–21 zeptô watt zW

1024 yôta watt YW 10–24 yóctô watt yW

Đơn vị đo công suất

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Đơn vị đo công suất là đơn vị đo của đại lượng vật lý công suất.

Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo công suất là Watt (viết tắt là W), lấy tên theo James Watt.

1 Watt=1 J/s

Ngoài ra, các tiền tố cũng được thêm vào đơn vị này để đo các công suất nhỏ hay lớn hơn như mW, MW.

Một đơn vị đo công suất hay gặp khác dùng để chỉ công suất động cơ là mã lực (viết tắt là HP).

1 HP = 0,736 kW

Trong truyền tải điện, đơn vị đo công suất hay dùng là KVA (kilô Volt Ampe):

1 KVA = 1000 VA = 1000 W

Vôn

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

(đổi hướng từ Volt)Bước tới: menu, tìm kiếm

Vôn, Volt, kí hiệu V, là đơn vị đo hiệu điện thế U trong hệ SI, được lấy tên theo nhà Vật lí người Ý Alessandro Volta.

Định nghĩa

Hiệu điện thế U giữa 2 điểm của 1 dây dẫn là 1 vôn khi dòng điện I có cường độ 1 A và cho công suất P bằng 1 W chạy qua.

Các ước số-bội số trong SI

Bội số Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu

100  Vôn V      

101 đêca Vôn daV 10–1 đêxi Vôn dV

102 héctô Vôn hV 10–2 xenti Vôn cV

103 kilô Vôn kV 10–3 mili Vôn mV

106 mêga Vôn MV 10–6 micrô Vôn µV

109 giga Vôn GV 10–9 nanô Vôn nV

1012 têra Vôn TV 10–12 picô Vôn pV

1015 pêta Vôn PV 10–15 femtô Vôn fV

1018 êxa Vôn EV 10–18 atô Vôn aV

1021 zêta Vôn ZV 10–21 zeptô Vôn zV

1024 yôta Vôn YV 10–24 yóctô Vôn yV

Volt-Ampere

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Trong mạch điện xoay chiều, công suất biểu kiến S là véctơ tổng của công suất thực P và công suất phản kháng Q.

Volt-Ampere, còn được viết tắt là VA, là đơn vị đo công suất dòng điện. Nó được tính bằng cách nhân hiệu điện thế tính theo Volt với cường độ dòng điện tính theo Ampere. Đơn vị này thường được sử dụng cho công suất biểu kiến của mạch điện xoay chiều.

Trong mạch điện một chiều (DC), VA tương đương với Watt. Tuy nhiên trong dòng điện xoay chiều, VA thường dùng để tính công suất biểu kiến, còn Watt dùng để tính công suất thực. Trên cùng một mạch điện xoay chiều, công suất biểu kiến thường có độ lớn lớn hơn công suất thực; ví dụ trong bộ lưu điện (UPS), một VA công suất biểu kiến có thể tương đương với khoảng 1,6 Watt công suất thực (hệ số công suất lúc đó là 1/1,6 = 0,625).

Khi thêm các tiền tố SI, chúng ta có các đơn vị như:

kVA = 1.000 VA (tiền tố k nghĩa là kilo) MVA = 1.000.000 VA (tiền tố M nghĩa là mega)

Đơn vị kVA thường được sử dụng trong công nghiệp để tính công suất truyền tải điện năng của các máy biến thế.

Công suất

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Công suất P (từ tiếng Anh Power) là một đại lượng cho biết công được thực hiện ΔW hay năng lượng biến đổi ΔE trong một khoảng thời gian T = Δt.

hay ở dạng vi phân .

Công suất trung bình

Trong hệ SI, công suất có đơn vị đo là watt (W).

Công suất cơ

Trong chuyển động đều, thời gian Δt, khoảng cách ΔS, chuyển dộng với vận tốc v dưới tác dụng của lực F thì công suất được tính:

hay

Trong chuyển động quay, thời gian Δt, góc quay Δφ, vận tốc góc ω dưới tác dụng của mômen M thì công suất là:

Công suất điện

Công suất điện tức thời với u, i là những giá trị tức thời của hiệu điện thế và cường độ dòng điện.

Nếu u và i không đổi theo thời gian (dòng điện không đổi) thì .

Trong điện xoay chiều, có 3 loại công suất: công suất hiệu dụng P, công suất hư kháng Q và công suất biểu kiến S, với S = P + iQ (i: đơn vị số ảo) hay S2

= P2 + Q2

Công suất hiệu dụng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Công suất hiệu dụng, công suất thực P, là phần công suất điện có thể biến đổi thành các dạng công suất khác (cơ, nhiệt, hay hóa). Đơn vị của công suất hiệu dụng P la watt (W).

Khi hiệu điện thế u(t) và cường độ dòng điện i(t) không đổi thì P = U · I.

Nếu u(t) và i(t) là những giá trị biến đổi thì P là giá trị trung bình của công suất tức thời p

Khi u(t), i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì , với U, I: giá trị hiệu dụng u(t), i(t); φ là pha lệch giữa u(t), i(t).

Công suất hiệu dụng P là phần thực của công suất biểu kiến S, S = P + iQ.

Công suất điện xoay chiều là phần năng lượng được chuyển qua mạch điện xoay chiều trong một đơn vị thời gian.

Giới thiệu

Công suất được định nghĩa như là phần năng lượng được chuyển qua một bề mặt trong một đơn vị thời gian. Đối với mạch điện một chiều, công suất, năng lượng mà mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện trong một đơn vị thời gian, được tính bằng:

P = U I

Với:

P là công suất U là hiệu điện thế I là cường độ dòng điện

Trong mạch điện xoay chiều, các thành phần tích lũy năng lượng như cuộn cảm và tụ điện có thể tạo ra sự lệch pha của dòng điện so với hiệu điện thế. Có thể được biểu diễn về mặt toán học hiệu điện thế và dòng điện bằng số phức để thể hiện pha của các đại lượng này cho điện xoay chiều. Lúc này công suất cũng có thể biểu diễn qua số phức, kết quả của phép nhân hai số phức là hiệu điện thế và dòng điện.

Giá trị tuyệt đối của công suất phức là công suất biểu kiến. Phần thực của công suất phức được gọi là công suất thực. Nó là công suất tính trung bình theo toàn chu kỳ của dòng điện xoay chiều, tạo ra sự chuyển giao thực năng lượng theo một hướng. Phần ảo của công suất phức được gọi là công suất phản kháng; do nó là công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng.

Dòng năng lượng

Trong biểu đồ, P là công suất thực, Q là công suất phản kháng, độ dài của S là công suất biểu kiến.

Nhận thức được quan hệ giữa ba thành phần này là vấn đề cốt lõi của nhận thức chung về công nghệ điện xoay chiều. Quan hệ toán học giữa các thành phần này là một tổng vectơ và thông thường được biểu diễn dưới dạng số phức

S = P + iQ

Ở đây i là đơn vị số ảo, căn bậc hai của -1.

Giả sử coi như ta có mạch điện xoay chiều bao gồm một nguồn và phụ tải tổng quát hóa, trong đó cả dòng điện và hiệu đện thế là có dạng hình sin. Nếu phụ tải là điện trở thuần túy hay hai sự phân cực theo hai chiều là cân

bằng, thì chiều của dòng năng lượng không bị thay đổi và chỉ có công suất thực đi qua. Nếu phụ tải là cảm kháng hay dung kháng thuần túy thì hiệu điện thế và dòng điện lệch pha nhau đúng 90 độ (đối với dung kháng thì dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế còn đối với cảm kháng thì dòng điện chậm pha hơn so với hiệu điện thế) và do vậy sẽ không có một năng lượng thực nào qua được. Nguồn năng lượng khi đó sẽ chỉ chuyển tới, chuyển lui và được biết như là công suất phản kháng. Nếu cảm kháng (dơn giản nhất là cuộn cảm) và dung kháng (đơn giản nhất là tụ điện) được mắc song song thì dòng điện sinh ra bởi cảm kháng và dung kháng là lệch pha nhau 180 độ và vì thế chúng một phần nào đó triệt tiêu lẫn nhau hơn là bổ sung cho nhau. Trong thực tế, phần lớn các phụ tải đều có cảm kháng hay dung kháng hoặc cả hai phần này vì thế cả công suất thực và công suất phản kháng đều phải được truyền tới phụ tải.

Hệ số công suất

Tỷ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến trong mạch gọi là hệ số công suất. Khi dòng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, hệ số công suất là côsin của góc lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế của dòng xoay chiều. Do vậy trên thực tế người ta hay ghi hệ số công suất như là " cos φ" vì lý do này.

Hệ số công suất bằng 1 khi hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, và bằng 0 khi dòng điện nhanh hoặc chậm pha so với hiệu điện thế 90 độ. Hệ số công suất phải nêu rõ là nhanh hay chậm pha.

Đối với hai hệ thống truyền tải điện với cùng công suất thực, hệ thống nào có hệ số công suất thấp hơn sẽ có dòng điện xoay chiều lớn hơn vì lý do năng lượng quay trả lại nguồn lớn hơn. Dòng điện lớn hơn trong các hệ thống thực tiễn có thể tạo ra nhiều thất thoát hơn và làm giảm hiệu quả truyền tải điện năng. Tương tự, đoạn mạch có hệ số công suất thấp hơn cũng sẽ có công suất biểu kiến cao hơn và nhiều thất thoát năng lượng hơn với cùng một công suất thực được truyền tải.

Đoạn mạch có dung kháng sinh ra công suất phản kháng với dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế một góc 90 độ, trong khi đó thì đoạn mạch có cảm kháng sinh ra công suất phản kháng với dòng điện chậm pha hơn hiệu điện thế một góc 90 độ. Kết quả của điều này là các thành phần cảm kháng và dung kháng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau. Theo quy ước, dung kháng được coi là sinh ra công suất phản kháng còn cảm kháng thì tiêu thụ công

suất này (điều này có lẽ có nguyên nhân là trên thực tế phần lớn các phụ tải thực trong cuộc sống là có cảm kháng và do đó công suất phản kháng phải được cấp tới chúng từ những tụ bù hệ số công suất).

Trong truyền tải điện năng và phân phối chúng, có cố gắng đáng kể để kiểm soát công suất phản kháng. Điều này thông thường được thực hiện bởi việc tự động đóng/mở các cuộn cảm hay các tụ điện. Các nhà phân phối điện có thể sử dụng các đồng hồ đo điện để đo công suất phản kháng, nhằm hỗ trợ khách hàng tìm biện pháp nâng hệ số công suất lên hay xử phạt các khách hàng để hệ số công suất quá thấp (chủ yếu là các khách hàng lớn).

Công suất biểu kiến được sử dụng để mô tả việc cung ứng điện năng từ nguồn. Nó là tổng vectơ của công suất thực (năng lượng thực tế được truyền từ nguồn tới phụ tải) và công suất phản kháng (là năng lượng lưu thông giữa nguồn và các thành phần lưu trữ năng lượng là cảm kháng và dung kháng của phụ tải. Nó thông thường là điều được chú ý nhiều nhất trong truyền tải và phân phối điện năng.

|S|2 = P2 + Q2

Đơn vị công suất oát (W) nói chung được gắn với công suất thực tế tiêu hao. Công suất phản kháng được đo bằng vôn-ampe phản kháng (VAr) và công suất biểu kiến hay công suất phức hợp được đo bằng vôn-ampe (VA) hay các bội (ước) số của nó, chẳng hạn như kVA.

Watt

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

(đổi hướng từ Oát)Bước tới: menu, tìm kiếm

Watt (viết tắt là W) là đơn vị đo công suất P trong hệ đo lường quốc tế, lấy theo tên của James Watt.

Công suất cho biết sự thay đổi năng lượng ΔE trong 1 khoảng thời gian Δt. 1 Watt là sự thay đổi của năng lượng 1 Joule trong 1 giây.

Công suất điện tại thời điểm t được tính theo P(t) = U(t) · I(t), với U(t), I(t) là các giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế và cường độ dòng điện tại t, khi chúng không lệch pha.

Các lũy thừa cơ số 10 thường dùng của Watt:

1 miliwatt (mW) = 0,001 W 1 kilowatt (kW) = 1 000 W 1 megawatt (MW) = 1 000 000 W 1 gigawatt (GW) = 1 000 000 000 W

Các ước số-bội số trong SI

Bội số Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu

100  watt W      

101 đêca watt daW 10–1 đêxi watt dW

102 héctô watt hW 10–2 xenti watt cW

103 kilô watt kW 10–3 mili watt mW

106 mêga watt MW 10–6 micrô watt µW

109 giga watt GW 10–9 nanô watt nW

1012 têra watt TW 10–12 picô watt pW

1015 pêta watt PW 10–15 femtô watt fW

1018 êxa watt EW 10–18 atô watt aW

1021 zêta watt ZW 10–21 zeptô watt zW

1024 yôta watt YW 10–24 yóctô watt yW

Var

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Var (từ tiếng Pháp Volt-Ampère-réactif), đơn vị đo công suất hư kháng trong điện xoay chiều.

Q = U · I · sinφ -> 1 var = 1 V · 1 A · sinφ, nếu sinφ = 1 (cosφ = 0) thì 1 var = 1 V · 1 A = 1 W.

Công suất phản kháng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

(đổi hướng từ Công suất hư kháng)Bước tới: menu, tìm kiếm

Công suất phản kháng, công suất hư kháng,công suất ảo Q là 1 khái niệm trong ngành kĩ thuật điện dùng để chỉ phần công suất điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế u(t) và dòng điện i(t).

Khi u(t), i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì , với U, I: giá trị hiệu dụng u(t), i(t); φ là pha lệch giữa u(t), i(t).

Công suất hư kháng Q là phần ảo của công suất biểu kiến S, S = P + iQ.

Đơn vị đo Q là var (volt amperes reactive), 1 kvar = 1000 var.

Ampe

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

1 Ampe tương ứng 1 culông trên giây

Ampe, Ămpe, kí hiệu A, là đơn vị đo cường độ dòng điện I trong hệ SI, lấy tên theo nhà Vật lí và Toán học người Pháp André Marie Ampère.

[sửa] Định nghĩa

Đơn vị đo cường độ dòng điện A được định nghĩa từ năm 1948 là dòng điện cố định, nếu nó chạy trong hai dây dẫn song song dài vô hạn có tiết diện không đáng kể, đặt cách nhau 1 mét trong chân không, thì sinh ra một lực giữa hai dây này bằng 2×10−7 niutơn trên một mét chiều dài.

1 Ampe tương ứng với dòng chuyển động của 6,24150948 · 1018 điện tử e (1 culông) trên giây qua 1 diện tích dây dẫn.

1 Ampe = 1 culông / giây

1 A = 1 C/s

Các ước số-bội số trong SI

Bội số Tên gọi Ký hiệu Ước số Tên gọi Ký hiệu

100  Ampe A      

101 đêca Ampe daA 10–1 đêxi Ampe dA

102 héctô Ampe hA 10–2 xenti Ampe cA

103 kilô Ampe kA 10–3 mili Ampe mA

106 mêga Ampe MA 10–6 micrô Ampe µA

109 giga Ampe GA 10–9 nanô Ampe nA

1012 têra Ampe TA 10–12 picô Ampe pA

1015 pêta Ampe PA 10–15 femtô Ampe fA

1018 êxa Ampe EA 10–18 atô Ampe aA

1021 zêta Ampe ZA 10–21 zeptô Ampe zA

1024 yôta Ampe YA 10–24 yóctô Ampe yA

Volt-Ampere

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Trong mạch điện xoay chiều, công suất biểu kiến S là véctơ tổng của công suất thực P và công suất phản kháng Q.

Volt-Ampere, còn được viết tắt là VA, là đơn vị đo công suất dòng điện. Nó được tính bằng cách nhân hiệu điện thế tính theo Volt với cường độ dòng điện tính theo Ampere. Đơn vị này thường được sử dụng cho công suất biểu kiến của mạch điện xoay chiều.

Trong mạch điện một chiều (DC), VA tương đương với Watt. Tuy nhiên trong dòng điện xoay chiều, VA thường dùng để tính công suất biểu kiến, còn Watt dùng để tính công suất thực. Trên cùng một mạch điện xoay chiều, công suất biểu kiến thường có độ lớn lớn hơn công suất thực; ví dụ trong bộ lưu điện (UPS), một VA công suất biểu kiến có thể tương đương với khoảng 1,6 Watt công suất thực (hệ số công suất lúc đó là 1/1,6 = 0,625).

Khi thêm các tiền tố SI, chúng ta có các đơn vị như:

kVA = 1.000 VA (tiền tố k nghĩa là kilo) MVA = 1.000.000 VA (tiền tố M nghĩa là mega)

Đơn vị kVA thường được sử dụng trong công nghiệp để tính công suất truyền tải điện năng của các máy biến thế.

Dòng điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

(đổi hướng từ Cường độ dòng điện)Bước tới: menu, tìm kiếm

Trong điện học và điện từ học, dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích. Vì đại lượng đặc trưng cho dòng điện là cường độ dòng điện, từ "dòng điện" thường được hiểu là cường độ dòng điện.

Mục lục

1 Cường độ dòng điện 2 Ví dụ 3 Dòng điện quy ước 4 Từ trường 5 Đo dòng điện 6 Trong định luật Ohm 7 Trên cơ thể người

o 7.1 Nguy hiểm o 7.2 Ích lợi

8 Tốc độ dòng điện 9 Mật độ dòng điện 10 Các đơn vị điện từ trong SI 11 Chú thích 12 Xem thêm

13 Liên kết ngoài

Cường độ dòng điện

Cường độ dòng điện qua một bề mặt được định nghĩa là lượng điện tích di chuyển qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian. Nó thường được ký hiệu bằng chữ I, từ chữ tiếng Đức Intensität, nghĩa là cường độ. Trong hệ SI, cường độ dòng điện có đơn vị ampe.

Cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian được định nghĩa bằng thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và khoảng thời gian đang xét.

Trong đó,

I tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A (ampe)

ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị là C (coulomb)

Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây)

Khi khoảng thời gian được xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời:

Ví dụ Sét là một dòng điện mạnh, gồm các ion hay electron di chuyển bởi

lực Culông giữa các đám mây mang điện trái dấu, hoặc giữa đám mây tích điện và mặt đất,

Gió Mặt Trời , là các điện tích bay ra từ Mặt Trời, khi rơi vào khí quyển Trái Đất có thể gây ra hiện tượng cực quang.

Dòng di chuyển của các electron trong dây kim loại khi nối giữa hai điện cực của một pin.

Trong điện tử học, dòng điện có thể là dòng chuyển động của electron trong dây dẫn điện kim loại, trong các điện trở, hay là dòng chuyển động của các ion trong pin, hay dòng chảy của của các hố điện tử trong vật liệu bán dẫn.

Trong plasma, các electron, ion âm và dương có thể di chuyển tự do, và sẽ di chuyển thành dòng, khi nằm trong điện trường

Trong dung dịch điện phân, các ion âm và dương có thể di chuyển giữa hai điện cực.

Trong nước đá hay một số chất rắn điện phân, các proton có thể di chuyển thành dòng điện.

Dòng điện quy ước

Dòng điện quy ước, vì lý do lịch sử, là dòng chuyển động tương đương của các điện tích dương. Nó được đưa ra để thống nhất quy ước về chiều dòng điện (chiều chuyển động của các điện tích dương) trong các trường hợp phức tạp như:

Trong kim loại, thực tế các proton (tích điện dương) chỉ có các dao động tại chỗ, còn các electron (tích điện âm) chuyển động. Chiều chuyển động của electron, do đó, ngược với chiều dòng điện quy ước.

Trong một số môi trường dẫn điện (ví dụ trong dung dịch điện phân, plasma,...), các hạt tích điện trái dấu (ví dụ các ion âm và dương) có thể chuyển động cùng lúc, ngược chiều nhau.

Trong bán dẫn loại p, mặc dù các electron thực sự chuyển động, dòng điện được miêu tả như là chuyển động của các hố điện tử tích điện dương.

Từ trường

Mọi dòng điện đều sinh ra từ trường, theo định luật Ampere. Khi dòng điện chạy trong một dây dẫn điện, từ trường sinh ra có dạng xoáy vòng quanh dây dẫn.

Mọi dòng điện đều chịu lực tương tác khi nằm trong từ trường. Lý do là các điện tích chuyển động trong từ trường chịu lực Lorentz.

Đo dòng điệnXem thêm bài ampe kế

Cường độ dòng điện có thể được đo trực tiếp bằng Gavanô kế, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải mở mạch điện ra để lắp thêm ampe kế vào.

Cường độ dòng điện có thể được đo mà không cần mở mạch điện ra, bằng việc đo từ trường sinh ra bởi dòng điện. Các thiết bị đo kiểu này gồm các đầu dò hiệu ứng Hall, các kẹp dòng và các cuộn Rogowski.

Trong định luật Ohm

Định luật Ohm nói rằng cường độ dòng điện chạy qua một điện trở (hoặc các thiết bị Ohm) tuân theo:

với

I là cường độ dòng điện, đo bằng ampe U là hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở, đo bằng vôn R là điện trở, đo bằng ohm.

Trên cơ thể người

Nguy hiểm

Độ nguy hiểm của điện giật phụ thuộc vào cường độ dòng điện, vào thời gian dòng điện chạy qua người, và vào đường đi của dòng điện trên cơ thể người. Nói chung:

1 mA gây đau nhói. 5 mA gây giật nhẹ. 50 đến 150 mA có thể giết chết người, bằng các tác động như

rhabdomyolysis (phân hủy cơ), hay làm suy thận cấp (do chất độc của cơ bị phân hủy đi vào máu).

1 đến 4 A gây loạn nhịp tim, và lưu thông máu bị gián đoạn. 10 A gây ngừng tim (cầu chì trong gia đình thường tự ngắt ở cường độ

dòng này).

Dòng điện chạy qua tim và não là nguy hiểm nhất.

Đa phần các nguồn điện nguy hiểm có hiệu điện thế ổn định, nên theo định luật Ohm, cường độ dòng điện phụ thuộc vào điện trở trên đường truyền qua người và điện áp tiếp xúc. Đối với dòng lớn, nó phụ thuộc thêm các hệ thống hạn chế dòng lớn trong mạch điện (như cầu chì). Dòng điện qua người phụ thuộc vào điện trở người. Điện áp tiếp xúc càng cao thì dòng điện qua người càng lớn. Điện trở lớn thì dòng điện nhỏ.

Điện trở của người tùy thuộc vào điều kiện tiếp xúc với dòng điện [1].

Điều kiện Điện trở khi khô ráo

Điện trở khi ẩm ướt

Chạm tay vào dây điện 40.000 Ω - 1.000.000 Ω

4.000 Ω - 15.000 Ω

Cầm vào dây điện 15.000 Ω - 50.000 Ω

3.000 Ω - 5.000 Ω

Cầm vào ống nước 5.000 Ω - 10.000 Ω 1.000 Ω - 3.000 Ω

Chạm gan bàn tay vào đường điện 3.000 Ω - 8.000 Ω 1.000 Ω - 2.000 Ω

Nắm chặt một tay vào ống nước 1.000 Ω - 3.000 Ω 500 Ω - 1.500 Ω

Nắm chặt hai tay vào ống nước 500 Ω - 1.500 Ω 250 Ω - 750 Ω

Nhúng tay vào nước hay chất lỏng dẫn điện tốt - 200 Ω - 500 Ω

Nhúng chân vào nước hay chất lỏng dẫn điện tốt - 100 Ω - 300 Ω

Điện trở cũng thay đổi tùy người, theo giới tính, tuổi, kích thước, điều kiện sức khỏe. Theo bảng trên, nếu xét trường hợp điện trở người trong khoảng 500 Ω đến 1000 Ω thì điện áp khoảng 20 V đến 50 V cũng đủ tạo ra dòng điện cỡ 50 mA và giết chết người.

Tần số dòng điện càng cao (trên 500Hz) càng ít nguy hiểm vì dòng điện chỉ đi ngoài da và không làm co cơ bắp. Dòng điện có tần số từ 25-100Hz là dòng điện nguy hiểm nhất.

Ích lợi

Dòng điện một chiều với cường độ cỡ mA khi truyền qua cơ thể gây nên những tác dụng sinh lý đặc biệt sau:

làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác do đó giảm đau gây giãn mạch ở phần cơ thể giữa hai điện cực tăng cường khả năng dinh dưỡng của vùng có dòng điện đi qua.

Các tác dụng của dòng điện qua cơ thể được ứng dụng trong châm cứu hay điện châm và là cơ sở của liệu pháp Galvani, trong đó người ta đưa dòng điện một chiều cường độ tới hàng chục mA vào cơ thể và kéo dài nhiều phút. Tuy nhiên trong những trường hợp tai biến bất ngờ, điện tác dụng lên cơ thể quá những mức độ mà cơ thể có thể chịu đựng được. Lúc đó điện trở thành một mối nguy hiểm cho sức khoẻ và tính mạng con người.

Đối với những bệnh nhân khi tim đã ngừng đập người ta có thể dùng liệu pháp sốc điện để cố gắng kích thích tim đập lại với hy vọng duy trì sự sống.

Tốc độ dòng điện

Dòng điện chảy theo một hướng, nhưng các điện tích đơn lẻ trong dòng chảy này không nhất thiết chuyển động thẳng theo dòng. Ví dụ như trong kim loại, electron chuyển động zigzag, va đập từ nguyên tử này sang nguyên tử kia; chỉ nhìn trên tổng thể mới thấy xu hướng chung là chúng bị dịch chuyển theo chiều của điện trường.

Tốc độ di chuyển vĩ mô của các điện tích có thể tìm được qua công thức: I=nAvQ với

I là cường độ dòng điện n là số hạt tích điện trong một đơn vi thể tích A là diện tích mặt cắt của dây dẫn điện v là tốc độ di chuyển vĩ mô của các hạt tích điện. Q là điện tích của một hạt tích điện.

Ví dụ, một dây đồng với diện tích mặt cắt bằng 0.5 mm2, mang dòng điện có cường độ 5 A, sẽ có dòng electron di động với tốc độ vĩ mô là vài millimét trên giây. Ví dụ khác, các electron chuyển động trong bóng hình của tivi theo đường gần thẳng với tốc độ cỡ 1/10 tốc độ ánh sáng.

Tốc độ di chuyển vĩ mô của dòng điện không nhất thiết phải là tốc độ truyền thông tin của nó. Tốc độ truyền thông tin của dòng điện trong dây đồng nhanh gần bằng tốc độ ánh sáng. Đó là do, theo lý thuyết điện động lực học lượng tử, các electron truyền tương tác với nhau thông qua photon, hạt chuyển động với vận tốc ánh sáng. Sự di chuyển, có thể là chậm chạp, của một electron ở một đầu dây, sẽ nhanh chóng được biết đến bởi một electron ở đầu dây kia, thông qua tương tác này. Điều này cũng giống như khi đầu tàu hỏa chuyển động với vận tốc nhỏ (ví dụ vài cm/s), gần như ngay lập tức toa cuối cùng của đoàn tàu cũng nhận được thông tin và chuyển động theo.

Chuyển động tổng thể của đoàn tàu là chậm, nhưng thông tin lan truyền dọc theo đoàn tàu rất nhanh (vào cỡ tốc độ âm thanh lan truyền dọc theo tàu).

Mật độ dòng điện

Một cách tổng quát, mật độ dòng chảy bất kỳ là cường độ dòng qua đơn vị diện tích mặt cắt vuông góc với dòng đó, với dòng có thể là dòng điện, dòng nước,... Đối với dòng điện, mật độ dòng được gọi là mật độ dòng điện.

Cường độ dòng tổng quát liên hệ với mật độ dòng tổng quát trên một bề mặt bất kỳ qua công thức:

với

φ là cường độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng ampe A diện tích mà dòng đi qua, đo bằng mét vuông j là mật độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng A/m 2

Cũng có thể biểu diễn mật độ dòng là:

với

n là số hạt mang dòng trong một đơn vị thể tích x là điện tích hay khối lượng hay các tính chất khác đang quan tâm của hạt mang dòng u là vận tốc chuyển động vĩ mô của dòng hạt

Mật độ dòng điện có ý nghĩa trong thiết kế mạch điện, trong điện tử học. Các thiết bị tiêu thụ điện thường bị nóng lên khi có dòng điện chạy qua, và chỉ hoạt động tốt dưới một mật độ dòng điện an toàn nào đấy; nếu không chúng sẽ bị nóng quá, chảy hoặc cháy. Ngay cả trong vật liệu siêu dẫn, nơi điện năng không bị chuyển hóa thành nhiệt năng, mật độ dòng điện lớn quá có thể tạo ra từ trường quá mạnh, phá hủy trạng thái siêu dẫn.

Các đơn vị điện từ trong SI

Tên Ký hiệu Thứ nguyên Đại lượng đo

ămpe (đơn vị cơ bản của SI) A A Dòng điện

culông C A·s Điện tích, Điện lượng

vôn V J/C = kg·m2·s−3·A−1 Điện thế, Hiệu điện thế

ôm Ω V/A = kg·m2·s−3·A−2

Điện trở, Trở kháng, Điện kháng

ôm mét Ω·m kg·m3·s−3·A−2 Điện trở suất

fara F C/V = kg−1·m−2·A2·s4 Điện dung

fara trên mét F/m kg−1·m−3·A2·s4 Điện môi

fara nghịch đảo 1/F hay F−1 kg·m2·A−2·s−4 Elastance??

siêmen S Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2

Độ dẫn điện, Độ dẫn nạp

siêmen trên mét S/m kg−1·m−3·s3·A2 Suất dẫn điện

weber Wb V·s = Từ thông

kg·m2·s−2·A−1

tesla T Wb/m2 = kg·s−2·A−1 Mật độ từ thông

ămpe trên mét A/m A·m−1 Cảm ứng từ

ămpe trên weber A/Wb kg−1·m−2·s2·A2 Từ trở

henry H V·s/A = kg·m2·s−2·A−2 Tự cảm

henry trên mét H/m kg·m·s−2·A−2 Độ từ thẩm

(Phi thứ nguyên) - - Cảm từ

Thủy điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Tuốc bin nước và máy phát điện

Mặt cắt ngang đập thuỷ điệnHình:Stwlan.dam.750pix.jpg

Hồ chứa nước trên cao và đập của Hệ thống Bơm-Chứa Ffestiniog miền bắc xứ Wales. Nhà máy điện tại hồ chứa nước phía dưới có bốn tuốc bin có thể sản xuất 360 megawatt điện trong vòng 60 giây từ khi có nhu cầu.

Chủ đề Energy

Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước. Đa số năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một turbine nước và máy phát điện. Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực của nước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều. Thuỷ điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục.

Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc không chỉ vào thể tích mà cả vào sự khác biệt về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra. Sự khác biệt về độ cao được gọi là áp suất. Lượng năng lượng tiềm tàng trong nước tỷ lệ với áp suất. Để có được áp suất cao nhất, nước cung cấp cho một turbine nước có thể được cho chảy qua một ống lớn gọi là ống dẫn nước có áp (penstock).

Ngoài nhiều mục đích phục vụ cho các mạng lưới điện công cộng, một số dự án thuỷ điện được xây dựng cho những mục đích thương mại tư nhân. Ví dụ, việc sản xuất nhôm đòi hỏi tiêu hao một lượng điện lớn, vì thế thông thường bên cạnh nhà máy nhôm luôn có các công trình thuỷ điện phục vụ riêng cho chúng. Tại Cao nguyên Scotland đã có các mô hình tương tự tại Kinlochleven và Lochaber, được xây dựng trong những năm đầu thế kỷ 20. Tại Suriname, đập hồ van Blommestein và nhà máy phát điện được xây dựng để cung cấp điện cho ngành công nghiệp nhôm Alcoa.

Ở nhiều vùng tại Canada (các tỉnh bang British Columbia, Manitoba, Ontario, Québec và Newfoundland và Labrador) thuỷ điện được sử dụng rất rộng rãi tới mức từ "hydro" đã được dùng để chỉ bất kỳ nguồn điện nào phát ra từ nhà máy điện. Những nhà máy phát điện thuộc sở hữu nhà nước tại các tỉnh đó được gọi là BC Hydro, Manitoba Hydro, Hydro One (tên chính thức "Ontario Hydro"), Hydro-Québec và Newfoundland và Labrador Hydro. Hydro-Québec là công ty sản xuất thuỷ điện lớn nhất thế giới, với tổng công suất lắp đặt năm 2005 đạt 31.512 MW.

Mục lục 1 Tầm quan trọng

2 Ưu điểm 3 Nhược điểm 4 Các số liệu về thuỷ điện

o 4.1 Cũ nhất o 4.2 Các nhà máy thuỷ điện lớn nhất o 4.3 Đang tiến hành o 4.4 Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất

5 Tham khảo 6 Xem thêm

7 Liên kết ngoài

Tầm quan trọng

Thuỷ điện, sử dụng động lực hay năng lượng dòng chảy của các con sông hiện nay chiếm 20% lượng điện của thế giới. Na Uy sản xuất toàn bộ lượng điện của mình bằng sức nước, trong khi Iceland sản xuất tới 83% nhu cầu của họ (2004), Áo sản xuất 67% số điện quốc gia bằng sức nước (hơn 70% nhu cầu của họ). Canada là nước sản xuất điện từ năng lượng nước lớn nhất thế giới và lượng điện này chiếm hơn 70% tổng lượng sản xuất của họ.

Ngoài một số nước có nhiều tiềm năng thuỷ điện, năng lực nước cũng thường được dùng để đáp ứng cho giờ cao điểm bởi vì có thể tích trữ nó vào giờ thấp điểm (trên thực tế các hồ chứa thuỷ điện bằng bơm – pumped-storage hydroelectric reservoir - thỉnh thoảng được dùng để tích trữ điện được sản xuất bởi các nhà máy nhiệt điện để dành sử dụng vào giờ cao điểm). Thuỷ điện không phải là một sự lựa chọn chủ chốt tại các nước phát triển bởi vì đa số các địa điểm chính tại các nước đó có tiềm năng khai thác thuỷ điện theo cách đó đã bị khai thác rồi hay không thể khai thác được vì các lý do khác như môi trường.

Ưu điểm

Những ngôi nhà đã bị ngập chìm từ năm 1955, tái xuất hiện sau một thời gian dài khô hạn

Hồ chứa nước thuỷ điện Vianden, Luxembourg (tháp)

Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, khí gas tự nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.

Các nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày. Việc vận hành cách nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm cải thiện năng lực cung cấp (load factor) của hệ thống phát điện.

Những hồ chứa được tạo thành bởi các nhà máy thuỷ điện thường là những cơ sở thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch. Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thuỷ điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập.

Nhược điểmHình:Hydro Warning.JPG Một biển cảnh báo những người bơi thuyền tại Đập O'Shaughnessy

Trên thực tế, việc sử dụng nước tích trữ thỉnh thoảng khá phức tạp bởi vì yêu cầu tưới tiêu có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầu điện lên mức cao nhất. Những thời điểm hạn hán có thể gây ra các vấn đề rắc rối, bởi vì mức bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêu cầu sử dụng. Nếu yêu cầu về mức nước bổ sung tối thiểu không đủ, có thể gây ra giảm hiệu suất và việc lắp đặt một turbin nhỏ cho dòng chảy đó là không kinh tế.

Những nhà môi trường đã bày tỏ lo ngại rằng các dự án nhà máy thuỷ điện lớn có thể phá vỡ sự cân bằng của hệ sinh thái xung quanh. Trên thực tế, các nghiên cứu đã cho thấy rằng các đập nước dọc theo bờ biển Đại Tây Dương và Thái Bình Dương của Bắc Mỹ đã làm giảm lượng cá hồi vì chúng ngăn cản đường bơi ngược dòng của cá hồi để đẻ trứng, thậm chí ngay khi đa số các đập đó đã lắp đặt thang lên cho cá. Cá hồi non cũng bị ngăn cản khi chúng bơi ra biển bởi vì chúng phải chui qua các turbine. Điều này dẫn tới việc một số vùng phải chuyển cá hồi con xuôi dòng ở một số khoảng thời

gian trong năm. Các thiết kế turbine và các nhà máy thuỷ điện có lợi cho sự cân bằng sinh thái vẫn còn đang được nghiên cứu.

Sự phát điện của nhà máy điện cũng có thể ảnh hưởng đến môi trường của dòng sông bên dưới. Thứ nhất, nước sau khi ra khỏi turbine thường chứa rất ít cặn lơ lửng, có thể gây ra tình trạng xối sạch lòng sông và làm sạt lở bờ sông. Thứ hai, vì các turbine thường mở không liên tục, có thể quan sát thấy sự thay đổi nhanh chóng và bất thường của dòng chảy. Tại Grand Canyon, sự biến đổi dòng chảy theo chu kỳ của nó bị cho là nguyên nhân gây nên tình trạng sói mòn cồn cát ngầm. Lượng oxy hoà tan trong nước có thể thay đổi so với trước đó. Cuối cùng, nước chảy ra từ turbine lạnh hơn nước trước khi chảy vào đập, điều này có thể làm thay đổi số lượng cân bằng của hệ động vật, gồm cả việc gây hại tới một số loài. Các hồ chứa của các nhà máy thuỷ điện ở các vùng nhiệt đới có thể sản sinh ra một lượng lớn khí methane và carbon dioxide. Điều này bởi vì các xác thực vật mới bị lũ quét và các vùng tái bị lũ bị tràn ngập nước, mục nát trong một môi trường kỵ khí và tạo thành methane, một khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Methane bay vào khí quyển khí nước được xả từ đập để làm quay turbine. Theo bản báo cáo của Uỷ ban Đập nước Thế giới (WCD), ở nơi nào đập nước lớn so với công suất phát điện (ít hơn 100 watt trên mỗi km2 diện tích bề mặt) và không có việc phá rừng trong vùng được tiến hành trước khi thi công đập nước, khí gas gây hiệu ứng nhà kính phát ra từ đập có thể cao hơn những nhà máy nhiệt điện thông thường. Ở các hồ chứa phương bắc Canada và Bắc Âu, sự phát sinh khí nhà kính tiêu biểu chỉ là 2 đến 8% so với bất kỳ một nhà máy nhiệt điện nào.

Một cái hại nữa của các đập thuỷ điện là việc tái định cư dân chúng sống trong vùng hồ chứa. Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù đắp được sự gắn bó của họ về tổ tiên và văn hoá gắn liền với địa điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ. Hơn nữa, về mặt lịch sử và văn hoá các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất, như dự án Đập Tam Hiệp ở Trung Quốc, đập Clyde ở New Zealand và đập Ilisu ở đông nam Thổ Nhĩ Kỳ.

Một số dự án thuỷ điện cũng sử dụng các kênh, thường để đổi hướng dòng sông tới độ dốc nhỏ hơn nhằm tăng áp suất có được. Trong một số trường hợp, toàn bộ dòng sông có thể bị đổi hướng để trơ lại lòng sông cạn. Những ví dụ như vậy có thể thấy tại Sông Tekapo và Sông Pukaki.

Những người tới giải trí tại các hồ chứa nước hay vùng xả nước của nhà máy thuỷ điện có nguy cơ gặp nguy hiểm do sự thay đổi mức nước, và cần thận trọng với hoạt động nhận nước và điều khiển đập tràn của nhà máy.

Việc xây đập tại vị trí địa lý không hợp lý có thể gây ra những thảm hoạ như vụ Đập Vajont tại Ý, gây ra cái chết của 2001 người năm 1963.

Các số liệu về thuỷ điện

Hồ chứa nước Vianden, Luxembourg Cragside , Rothbury, Anh Quốc hoàn thành năm 1870. Appleton , Wisconsin, Hoa Kỳ hoàn thành năm 1882, một bánh xe

nước trên sông Fox cung cấp nguồn thuỷ điện đầu tiên để thắp sáng cho hai nhà máy giấy và một ngôi nhà, hai năm sau Thomas Edison đã trưng bày đèn sợi đốt trước công chúng. Chỉ trong khoảng vài tuần sau sự kiện này, một nhà máy phát điện cũng đã đi vào hoạt động thương mại tại Minneapolis.

Duck Reach , Launceston, Tasmania. Hoàn thành năm 1895. Nhà máy thuỷ điện sở hữu nhà nước đầu tiên tại Nam Bán Cầu. Cung cấp điện thắp sáng đường phố cho thành phố Launceston.

Decew Falls 1, St. Catharines, Ontario, Canada hoàn thành 25 tháng 8, 1898. Thuộc sở hữu của Ontario Power Generation. Bốn tổ máy vẫn đang hoạt động.

Các nhà máy thuỷ điện lớn nhất

Hình:Itaipu2.jpg Đập ItaipuHình:Power Station of Aswan dam.jpg Nhà máy phát điện Đập Aswan, Ai Cập

Tổ hợp La Grande tại Québec, Canada, là hệ thống nhà máy thuỷ điện lớn nhất thế giới. Bốn tổ máy phát điện của tổ hợp này có tổng công suất 16.021 MW. Chỉ riêng nhà máy Robert Bourassa có công suất 5.616 MW. Tổ máy thứ chín (Eastmain-1) hiện đang được xây dựng và sẽ cung cấp thêm 480 MW. Một dự án khác trên Sông Rupert, hiện đang trải qua quá trình đánh giá môi trường, sẽ có thêm hai tổ máy với tổng công suất 888 MW.

Mọi người cho rằng Nhà máy thuỷ điện cổ nhất Hoa Kỳ nằm tại Claverack Creek, ở Stottville, NY 11721. Chiếc tuốc bin, do Morgan Smith sản xuất, được hoàn thành năm 1869 và lắp đặt 2 năm sau đó. Đây là việc lắp đặt một trong những bánh xe nước sớm nhất trong lịch sử Hoa Kỳ. Ngày nay nó thuộc sở hữu của Edison Hydro.

Itaipú Brasil/Paraguay 1984/1991/2003 14,000 MW

93.4 TW-hours

Guri Venezuela 1986 10,200 MW

46 TW-hours

Grand Coulee Hoa Kỳ 1942/1980 6,809 MW

22.6 TW-hours

Sayano Shushenskaya Nga 1983 6,721

MW23.6 TW-hours

Robert-Bourassa Canada 1981 5,616 MW

Thác Churchill Canada 1971 5,429 MW

35 TW-hours

Yaciretá Argentina/Paraguay 1998 4,050 MW

19.1 TW-hours

Iron Gates Romania/Serbia 1970 2,280 MW

11.3 TW-hours

Aswan Ai Cập 1970 2,100

MW

Các nhà máy trên được xếp hạng theo công suất tối đa.

Đang tiến hành

Đập Ilısu , một trong những Đập thuộc Dự án Đông Nam Anatolia tại Thổ Nhĩ Kỳ, Việc xây dựng đã được bắt đầu ngày 5 tháng 8 năm 2006.

Đập Tam Hiệp , Trung Quốc. Phát điện lần đầu tháng Bảy 2003, dự kiến hoàn thành 2009, 18.200 MW.

Các nước có công suất thuỷ điện lớn nhất

Canada , 341.312 GWh (66.954 MW đã lắp đặt) Hoa Kỳ , 319.484 GWh (79.511 MW đã lắp đặt) Brasil , 285.603 GWh (57.517 MW đã lắp đặt) Trung Quốc , 204.300 GWh (65.000 MW đã lắp đặt) Nga , 169.700 GWh (46.100 MW đã lắp đặt) (2005) Na Uy , 121.824 GWh (27.528 MW đã lắp đặt) Nhật Bản , 84.500 GWh (27.229 MW đã lắp đặt) Ấn Độ , 82.237 GWh (22.083 MW đã lắp đặt) Pháp , 77.500 GWh (25.335 MW đã lắp đặt)

Đây là những số liệu của năm 1999 và gồm cả những nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng máy bơm.

Tham khảo

Máy phát điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếmHình:Mp1.jpg Sơ đồ máy phát điện

Chủ đề Energy

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động

cơ tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác.

Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thiết bị cung cấp điện. Nó thực hiện ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp.

Mục lục[ẩn]

1 Lịch sử phát triển o 1.1 Faraday o 1.2 Dynamo o 1.3 Jedlik dynamo o 1.4 Gramme dynamo

2 Khái niệm 3 Thuật ngữ 4 Mạch tương đương

o 4.1 Công suất tối đa o 4.2 Công suất định mức o 4.3 Công suất khả dụng

5 Máy phát điện công suất thấp 6 Máy phát điện - động cơ nổ 7 Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bình 8 Máy phát điện tua bin nước 9 Máy phát điện tua bin hơi và tua bin khí 10 Một số kỹ thuật mới 11 Các chế độ vận hành 12 Các bằng sáng chế 13 Tài liệu tham khảo

14 Liên kết ngoài

Lịch sử phát triển

Early 20th century alternator made in Budapest, Hungary, in the power generating hall of a hydroelectric station

Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụng nguyên lý tĩnh điện. Máy phát điện Wimshurst đã sử dụng cảm ứng tĩnh điện. Máy phát Van de Graaff đã sử dụng một trong hai cơ cấu sau:

Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao Điện tích tạo ra bởi sự ma sát

Máy phát tĩnh điện được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học yêu cầu điện áp cao.Vì sự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máy phát tạo điện áp cao, cho nên máy phát tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp và không bao giờ được sử dụng cho mục đích phát điện thương mại.

Faraday

Portable generator side view showing gasoline engine

Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điện thế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vuông góc với một từ trường. Ông ta cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa. Nó đã tạo ra một điện áp DC nhỏ và dòng điện lớn.

Dynamo

Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho công nghiệp. Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ học thành dòng điện xoay chiều. Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộn dây quay. Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường được tạo ra bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam châm điện.

Máy phát dynamo đầu tiên dựa trên nguyên lý Faraday được chế tạo vào năm 1832 do [[Hippolyte Pixii]- một nhà chế tạo thiết bị đo lường. Máy này đã sử dụng một nam châm vĩnh cửu được quay bằng một tay quay. Nam châm quay được định vị sao cho cực Nam và cực Bắc của nó đi ngang qua một mẫu sắt được quấn bằng dây dẫn. Pixii phát hiện rằng nam châm quay

đã tạo ra một xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngang qua cuộn dây. Ngoài ra, các cực Bắc và Nam của nam châm đã tạo ra một dòng điện có chiều ngược nhau. Bằng cách bổ sung một bộ chuyển mạch, Pixii đã có thể biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Không giống như đĩa Faraday, nhiều vòng dây được nối nối tiếp được sử dụng trong cuộn dây chuyển động của dynamo. Điều này cho phép điện áp đầu cực của máy cao hơn so với đĩa Faraday tạo ra, do đó điện năng có thể phân phối ở mức điện áp thích hợp.

Mối quan hệ giữa chuyển động quay cơ học và dòng điện trong dynamo là quá trình thuận nghịch, nguyên lý về mô tơ điện đã được phát hiện khi người ta thấy rằng một máy dynamo có thể tạo ra cho một máy dynamo thứ hai quay nếu cấp dòng điện qua nó.

Jedlik dynamo

Ányos Jedlik's single pole electric starter (dynamo) (1861)

Năm 1827, Anyos Jedlik bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính mà ông gọi là các rotor tự từ hóa. Trong mẫu vật đầu tiên của một bộ khởi động đơn cực, (đã được hoàn tất trong khoảng 1852 và 1854) cả phần tĩnh lẫn phần quay đều là nam châm điện. Ông đã trình bày nguyên lý của dynamo ít nhất là 6 tháng trước Ernst Werner von Siemens và Charles Wheatstone. Trên thực chất nguyên lý của nó là thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, thì dùng 2 nam châm điện đối xứng nhau để tạo ra từ trường bao xung quanh rotor.

Gramme dynamo

Cả hai thiết kế trên đều tồn tại một vấn đề như nhau: Chúng tạo ra những xung dòng điện nhọn đầu không mong muốn. Antonio Pacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách thay các cuộn dây tròn bằng các cuộn dây hình xuyến, tạo ra bằng cách quấn trên một vòng

thép. Như vậy luôn có một số vòng của cuộn dây sẽ thông qua từ trường, và làm cho điện áp, dòng điện có dạng phẳng hơn. Zénobe Gramme đã thực hiện lại thiết kế này vài năm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điện ở Paris trong thập niên 1870. Thiết kế này bây giờ được gọi là Gramme dynamo. Những phiên bản khác nhau đã được phát triển, và chế tạo từ dây, nhưng nguyên lý cơ bản về những cuộn dây xếp theo vòng đã trờ thành trái tim của tất cả các dynamo hiện nay.

Khái niệm

Máy phát điện làm di chuyển dòng điện nhưng không tạo ra điện tích. Những điện tích này sẵn có trong trong phần dẫn điện của dây quấn. Một cách nào đấy, nó có thể ví với một cái bơm, tạo ra dòng nước chảy nhưng không tự tạo ra nước.

Cũng có những máy phát điện kiểu khác, dưa trên những hiện tượng điện tự nhiên khác như hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ thủy động. Kết cấu của dynamo tương tự với các động cơ điện, và các loại dynamo thông dụng đều có thể hoạt động như một động cơ.

Thuật ngữ

Các bộ phận của máy phát điện và các thiết bị liên quan có thể được gọi bằng những thuật ngữ cơ khí hoặc thuật ngữ điện. Mặc dù đã được phân loại riêng biệt, hai bộ thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế lẫn nhau hoặc kết hợp một thuật ngữ cơ với một thuật ngữ điện. Điều này gây ra những xáo trộn lớn khi làm việc với những máy hỗn hợp như máy phát xoay chiều kích từ không chổi than, hoặc khi trao đổi với những người đã thường làm việc với những máy được chế tạo theo kiểu khác.

Cơ học Rotor: rô to, phần quay của một máy phát điện, dynamo hay động cơ

điện. Stator: sta to, phần tĩnh của một máy phát điện, dynamo hay động cơ

điện. Điện học Armature: cuộn dây phần ứng, thành phần sản xuất ra điện năng trong

máy phát điện, dynamo hoặc động cơ. Cuộn dây phần ứng có thể đặt trên rô to hoặc sta to.

Field: cuộn dây phần cảm: thành phần tạo ra từ trường của máy phát điện dynamo hay động cơ điện. Phần từ trường này có thể ở trên rô to hay sta to, và có thể là từ

trường của nam châm vĩnh cửu hay từ trường của nam châm điện. [sửa] Mạch tương đương

Mạch tương đương của máy phát điện và tải.G = Máy phátVG=Điện thế hở mạch của máy phátRG=Nội trở của máy phátVL=Điện thế mang tải của máy phátRL=điện trở tải

Mạch tương đương của máy phát và tải được hiển thị trên hình bên phải. Để có thể xác định được những thông số VG và RG của máy phát, vần thực hiện theo những bước dưới đây:

Trước khi khởi động máy phát điện, đo điện trở giữa các đầu cực của nó bằng một ôm kế (ohmmeter). Đây là điện trở nội một chiều của máy RGDC.

Khởi động máy phát. Trước khi nối máy phát vào tải RL, đo điện thế giữa các đầu cực máy phát. Ta có được điện thế hở mạch VG.

Nối máy phát với tải như hình vẽ Đo điện áp trên các đầu cực của máy phát khi máy đang chạy. Đây là điện thế mang tải của máy VL.

Đo điện trở tải RL, nếu bạn chưa biết.

Tính toán tổng trở nội xoay chiều của máy phát RGAC theo công thức

sau:

Lưu ý 1: Tổng trở nội xoay chiều của máy phát điện khi đang chạy thường hoi cao hơn tổng trở nội một chiều của nó khi tĩnh. Nguyên lý trên cho phép

bạn đo được cả hai giá trị. Khi tính toán thô, người ta có thể bỏ qua bước đo RGAC và giả định rằng RGAC và RGDC bằng nhau.

Lưu ý 2: Nếu máy phát là máy phát điện xoay chiều thì phải dùng vôn kế xoay chiều để đo.

Công suất tối đa

Máy phát điện luôn có một tổng trở nội Z = R + jX do cấu tạo của nó. Do đó khi máy phát cung cấp dòng điện cho tải, nó đồng thời cấp dòng cho nội trở và tiêu tán một phần công suất. Nguyên lý truyền công suất cực đại qua mạng một cửa nêu lên rằng: tải nhận được công suất cực đại khi tổng trở tải bằng chính nội trở nguồn. Tuy nhiên lúc đó hiệu suất của máy phát chỉ đạt 50%. Điều đó có nghĩa là một nửa công suất phát ra đã bị thất thoát thành nhiệt năng bên trong máy phát. Vì thế, những máy phát thực thụ thường không được thiết kế để vận hành ở công suất tối đa, mà ở mức công suất thấp hơn nhiều, thuộc khu vực có hiệu suất cao hơn.

Công suất định mức

Công suất định mức là công suất mà máy phát điện có thể phát ra an toàn liên tục mà không gây xáo trộn trong máy. Thông thường công suất định mức của một máy phát điện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Tổng trở trong của phần dẫn điện Lượng nhiệt năng sinh ra khi có dòng điện đi qua phần dẫn điện Nhiệt độ làm việc an toàn liên tục của phần cách điện Chế độ làm mát của phần dẫn điện

Công suất khả dụng

Công suất khả dụng là công suất tối đa mà máy phát có thể phát được an toàn liên tục mà không vi phạm các thông số kỹ thuật khác. Thông thường, công suất định mức được tính toán ở các điều kiện tiêu chuẩn. Trong thực tế, các điều kiện vận hành của thiết bị có thể không đúng với điều kiện tiêu chuẩn. Vì thế công suất khả dụng thường thấp hơn công suất định mức.

Các điều kiện ảnh hưởng đến công suất khả dụng của máy là:

Nhiệt độ môi trường Sự thay đổi chế độ làm mát của máy phát

Sự lão hóa của chất cách điện, làm cho nhiệt độ chịu đựng của máy phải giảm xuống

Những giới hạn của động cơ sơ cấp kéo nó Những giới hạn của các thiết bị lắp phía sau nó: máy cắt, máy biến áp,

đường dây...

Máy phát điện công suất thấp

Những chiếc xe có gắn động cơ đầu tiên có khuynh hướng lắp đặt các máy phát điện một chiều với bộ điều hòa điện thế bằng cơ khí. Kiểu này không được tin cậy hoàn toàn, và hiệu suất thấp, nên sau này đã được thay thế bằng các máy phát điện xoay chiều với những mạch chỉnh lưu lắp trong. Công suất của hệ thống điện này trên xe sẽ nạp lại cho các bình ắc quy sau khi khởi động. Ngõ ra định mức của nó thường trong khoảng 50-100 A ở điện thế 12 V, tùy thuộc vào thiết kế tải phần điện bên trong xe. Một số xe hiện nay có hệ thống trợ động dùng điện, và hệ thống điều hòa nhiệt độ cũng bằng điện. Những thiết bị này này làm tăng tải của hệ thống điện. Các xe tải nặng hơn sẽ sử dụng nguồn 24 volt để có đầy đủ lực cho động cơ khởi động để có thể quay được các động cơ diesel lớn, mà không cần những sợi cáp điện lớn hơn, vốn ít tin cậy hơn. Các máy phát của xe thường không sử dụng nam châm vĩnh cửu; chúng có thể đạt được hiệu suất đến 90% ở trong một dải tốc độ rất rộng bằng cách điều khiển điện áp kích từ. Các máy phát dùng trong xe hai bánh lại sử dụng nam châm vĩnh cửu. Phần cảm của nó là các nam châm đất hiếm, vì thế có thể chế tạo nhỏ và nhẹ hơn các loại khác.

Một số máy phát điện nhỏ nhất có thể thấy là các máy phát điện cho đèn xe đạp. Các máy này thường là các máy phát nam châm vĩnh cửu, 0,5 A, cung cấp một công suất 3 đến 6 w ở điện thế 6 đến 12 V. Để có thể quay được bằng sức nguòi đạp, vấn đề hiệu suất phải đặt ra hàng đầu, và phải được thiết kế và chế tạo rất tinh xảo, với những nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Tuy nhiên, hiệu suất của nó chỉ có thể đạt được đến 60% với những máy phát tốt nhất, và 40% với loại thông thường, do phải ử dụng nam châm vĩnh cửu. Nhưng nếu muốn dùng máy phát điều chỉnh được kích từ, lại phải dùng bình ắc quy. Điều này không thể chấp nhận được, vì nó làm tăng trọng lượng và kích thước.

Những thuyền buồm thường sử dụng các máy phát kéo bằng sức nước hoặc sức gió, để nạp điện từ từ cho các bình ắc quy. Những chiếc chân vịt, các tua bin gió hoặc các bánh xe công tác sẽ được kết nối với các máy phát công suất thấp và bộ chỉnh lưu để có dòng điện đến 12 A ở tốc độ nhỏ nhất.

Máy phát điện - động cơ nổ

Máy phát điện - động cơ của một trạm thu phát vô tuyến. (nhà bảo tàng quân sự Dubendorf). Máy phát chỉ phát điện khi cần phát tín hiệu vô tuyến. Còn phía máy thu thì dùng nguồn ắc quy

Máy phát điện quay tay của trạm thu phát vô tuyến (nhà bảo tàng quân sự Dubendorf)

Một máy phát điện - động cơ nổ là tổ hợp một máy phát điện và một động cơ nổ kéo nó thành một khối thiết bị. Tổ hợp này có khi được gọi là bộ máy phát điện - động cơ (engine-generator set) hoặc bộ máy phát (gen-set). Trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, người ta có thể quên đi cái động cơ nổ, mà chỉ gọi đơn thuần cả tổ hợp là máy phát điện (generator).

Đi kèm với máy phát điện và động cơ nổ, các bộ máy phát điện - động cơ nổ thường có kèm theo một bồn chứa nhiên liệu, một bộ điều tốc cho động cơ nổ và một bộ điều thế cho máy phát điện. Nhiều khối máy còn kèm theo bình ắc quy và bộ động cơ điện khởi động. Những tổ máy dùng làm máy phát dự phòng thường bao gồm cả hệ thống tự động khởi động và một bộ

chuyển mạch đảo nguồn transfer switch để tách tải ra khỏi nguồn điện dịch vụ và nối vào máy phát.

Các bộ máy phát điện - động cơ nổ cung cấp công suất điện xoay chiều sao cho nó có thể được sử dụng thay thế nguồn điện lưới thường phải mua từ các trạm phân phối của công ty điện lực. Các thông số diện áp (volt), tần số (Hz) và công suất (watt) định mức của máy phát được lựa chọn sao cho phù hợp với tải cần nối vào máy phát. Có cả hai loại máy một pha và ba pha. Rất ít loại máy ba pha là máy xách tay di động. Thường máy xách tay người ta chỉ làm máy một pha và hầu hết các máy ba pha là loại máy lớn dùng trong công nghiệp.

Các bộ máy phát điện - động cơ nổ thường được chế tao trong một dải công suất khá rộng. Nó có thể bao gồm từ các máy di động quay tay có thể cấp điện cỡ vài trăm watt, loại xách tay như hình vẽ trên, có thể cấp điện cỡ vài nghìn watt và loại tĩnh hoặc loại đặt trên rơ moóc có thể cấp điện đến vài triệu watt. Các máy nhỏ thường dùng nhiên liệu là xăng, và các máy lớn hơn sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau, từ dầu diesel, khí tự nhiên hay khí propane.

Khi sử dụng máy phát điện - động cơ nổ, bạn có thể phải quan tâm đến chất lượng của dạng sóng ra của nó. Điều này rất quan trong khi sử dụng những thiết bị điện tử nhạy cảm. Một bộ điều hòa điện năng power conditioner có thể lấy những sóng vuông do máy phát điện - động cơ nổ phát ra, và làm cho nó đẹp đẽ lại bằng cách cho nó chạy qua một mạch điện trong đó có phần trung gian là một bình ắc quy. Sử dụng một bộ nghịch lưu cao cấp thay thế máy phát điện có thể tạo ra điện áp có dạng sóng thuần sin hơn. Một vài loại nghịch lưu chạy rất êm, tạo ra điện áp sin rất sạch sẽ, phù hợp với máy tính điện tử và các thiết bị điện tử nhạy cảm. Tuy nhiên một số bộ nghịch lưu rẻ tiền không phát ra được điện áp sin hoàn hảo, và có thể làm hư hỏng một số thiết bị điện tử.

Các máy phát điện động cơ nổ thường được sử dụng để cung cấp điện cho các vùng mà nguồn điện lưới không kéo đến được, và trong những tình huống phải cấp điện ngắn hạn tạm thời. Các máy phát nhỏ đôi khi có thể dùng để cấp điện cho các dụng cụ tại các công trường xây dựng. Các máy phát điện loại rơ moóc có thể dùng cấp điện cho chiếu sáng, và các trò chơi giải trí trong các hội chợ di động.

Các máy phát điện dự phòng thường được lắp đặt cố định và luôn sẵn sàng hoạt động để cấp điện cho những tải quan trọng khi nguồn điện lưới bị gián đoạn. Bệnh viện, các cơ sở thông tin liên lạc, các trạm bơm và rất nhiều các dịch vụ quan trọng đều được lắp đặt máy phát điện dự phòng.

Các máy phát điện cỡ nhỏ hoặc cỡ trung đặc biệt phổ biến ở các nước trong thế giới thứ ba, nơi nguồn điện lưới không tin cậy. Các máy phát điện đặt trên rơ moóc có thể được kéo đến những vị trí thiên tai khi nguồn điện lưới bị gián đoạn.

Máy phát điện cũng có thể được vận hành bằng sức người để tạo ra nguồn điện tức thời trong lĩnh vực thông tin liên lạc.

Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bìnhHình:Big boy.jpg Side view of a large Perkins diesel generator, manufactured by F&G Wilson Engineering Ltd. This is a 100 kVA set

Máy phát điện - động cơ nổ công suất trung bình như hình vẽ dưới đây là một bộ máy có công suất 100 kVA cấp điện áp 415 V với dòng điện khoảng 110 A per phase. Nó được kéo bằng một máy Perkins Phaser, sê ri 1000 dung tích xy lanh 6,7l có hệ thống nạp gió kiểu turbo. Máy này tiêu thụ khoảng 27l nhiên liệu mỗi giờ, có bồn chứa 400 l. Các máy phát điện tĩnh có thể được thiết kế đến hàng nghìn kW và thường quay ở tốc độ 1500 vòng/phút với tần số 50 Hz, và 1800 vòng/phút với tần số 60 Hz. Các bộ máy sử dụng động cơ diesel ở công suất tối ưu có thể phát được khoảng 3 kWh với mỗi kG nhiên liệu, và có thể có hiệu suất thấp hơn khi làm việc ở các tải khác.

Máy phát điện tua bin nước

Thông thường, các tua bin nước có tốc độ thấp. Vì thế các máy phát điện kéo bằng tua bin nước cũng có tốc độ rất thấp. Các máy này thường có nhiều đôi cực, trục ngắn, đường kính lớn, chế tạo theo kiểu cực lồi. Tùy theo thể loại, và tùy theo tốc độ của tua bin nước, các máy này có thể được đặt đứng hay nằm ngang.

Đối với những máy phát điện nhỏ, có đường kính ngoài nhỏ hơn 1 m, mạch từ của stator chỉ là một khối hình xuyến làm bằng các lớp lá thép kỹ thuật

điện có sơn cách điện ghép lại. Đối với các máy có đường kính lớn hơn 1 m, thường phải làm từ nhiều khối dạng vòng cung.

Rotor của máy phát điện thường làm bằng nhiều khối thép rèn ghép lại với nhau thành nhiều cực từ. Trên mỗi cực từ có các cuộn dây kích thích quấn tập trung.

[sửa] Máy phát điện tua bin hơi và tua bin khí

Máy phát điện kéo bằng Tua bin hơi nước

Các tua bin hơi và tua bin khí có tốc độ cao hơn tua bin nước. Các máy phát điện tua bin hơi hoặc tua bin khí thường được chế tạo với tốc độ cao nhất (3000 vòng/phút đối với máy có tần số 50 Hz, và 3600 vòng/ phút đối với máy 60 Hz). Hầu hết các máy phát điện tua bin hơi và máy phát điện tua bin khí là loại trục nằm ngang, chế tạo theo kiểu cực ẩn. Loại này có rotor dài hơn nhiều so với đường kính.

Stator của máy cũng giống như máy phát cực lồi. Thông thường với đa số các máy có đường kính lớn hơn 1 m, lõi thép stator được chế tạo thành nhiều cung, bằng thép silicon cao cấp, có tính định hướng, phủ chất cách điện để giảm thiểu tổn thất điện năng. Người ta thường không ghép thành một khối như các máy điện cỡ nhỏ, mà làm thành nhiều lớp, có khe hở ở giữa để thông gió làm mát.

Các đầu dây Stator của một máy phát điện sau khi tháo nắp máy phát

Cuộn dây stator được làm từ các thanh dẫn đồng xếp nằm trong các rãnh, hai đầu nối lại với nhau thành các vòng dây. Các thanh dẫn thường không phải là thanh đặc nguyên khối, mà được làm từ các dây dẹp quấn bện theo kiểu Roebel, sao cho mỗi thanh nhỏ trong bó đều có một chiều dài bằng nhau, dù có phải uốn lượn theo nhiều hướng khác nhau. Các dây nối ra ngoài và dây nối giữa các pha, các vòng dây với nhau được cố định chắc chắn hai đầu bằng các vật liệu cách điện có độ bền điện và độ bền cơ học cao.

Điện áp ra của stator thường nằm trong khoảng vài kV đến 14,4 kV. Muốn truyền đi xa hơn, người ta thường phải dùng một máy biến áp tăng áp. Để lấy điện đưa xuống sử dụng cho các thiết bị điện phụ vụ cho tổ máy vận hành, người ta dùng một máy biến áp hạ áp, trong trường hợp này gọi là máy biến áp tự dùng.

Rotor của một máy phát điện tua bin khí sau khi được rút ra ngoài, và chuẩn bị cầu về cơ xưởng

Rotor của nó có dạng trụ có xẻ rãnh, quấn nhiều cuộn dây kích từ đồng tâm. Hai đầu chỗ các mối hàn nối các thanh và các cuộn dây với nhau được bảo vệ bằng một vòng thép hình trụ, gọi là vòng hộ hoàn. Các dây dẫn ra ngoài được dẫn xuyên qua dọc theo trục máy để đưa ra phía đầu rotor. Từ đó có thể nối vào các vành nhận điện, để có thể đưa dòng điện từ bên ngoài vào qua các chổi than. Dòng điện đưa vào rotor máy phát điện thường là dòng điện một chiều, gọi là dòng kích thích.

Thông thường, hai đầu của rotor đều có lắp đặt cánh quạt để thổi chất khí đi vào theo các dường dẫn đặt sẵn, để làm mát máy. Chất khí đó có thể là không khí tự nhiên, thông với môi trường bên ngoài, hoặc khí hydrogen, tuần hoàn kín. Trong trường hợp tuần hoàn kín, có thể phải lắp đặt thêm một số bộ trao đổi nhiệt, để làm mát chất khí đó bằng nước.

Các máy phát điện tua bin hơi và máy phát điện tua bin khí có thể chế tạo từ một vài MW đến 700 MW.

Một số kỹ thuật mới

Trong khoảng 40, 50 năm gần đây, có nhiều kỹ thuật mới được sử dụng để chế tạo máy phát điện. Có thể kể như sau:

Hệ thống kích thích không chổi than, còn gọi là hệ thống kích thích xoay chiều. Thay máy phát kích thích một chiều bằng máy xoay chiều, và sử dụng hệ thống chỉnh lưu quay. Điều này cho phép loại bỏ hệ thống chổi than kềnh càng, không tin cậy.

Hệ thống kích thích tĩnh. Không dùng máy kích thích cả một chiều lẫn xoay chiều. thay bằng một biến thế kích thích, và hệ thống chỉnh lưu công suất.

Hệ thống máy phát điện áp cao: Thay các dây quấn Stator bằng hệ thống dây cáp điện lực cao áp. Nhờ đó giảm được công chế tạo dây quấn máy phát, và có thể nâng điện áp ra đến 70 kV.

Các chế độ vận hành

Máy phát điện có thể có các chế độ vận hành khác nhau như sau:

Phát điện độc lập, cung cấp điện cho một nhóm tải tập trung Phát điện song song. Hòa đồng bộ với các máy khác, cung cấp cho

một nhóm tải. Hòa đồng bộ với lưới. Cung cấp công suất lên lưới điện. Phát vô công, làm máy bù đồng bộ.

Hòa đồng bộ

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Các máy phát điện khi hoạt động ở chế độ làm việc song song với một máy khác, hoặc nhiều máy cùng nối chung vào một mạng lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện. Một trong các điều kiện đó là các máy phải hoạt động đồng bộ với nhau.

Khi bắt đầu khởi động một máy phát điện, tốc độ của máy, tần số máy và điện áp của máy luôn bắt đầu từ 0. Sau khi thỏa các điều kiện tần số và điện áp của máy bằng với trị số định mức, phải có động tác đấu nối các máy lại với nhau. Động tác này gọi là Hòa đồng bộ.

Người ta có thể hòa đồng bộ một máy phát điện với một máy khác, một máy phát điện với một lưới đang có điện, hoặc 2 lưới cùng đang có điện với nhau.

Mục lục[ẩn]

1 Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện o 1.1 Điều kiện về tần số o 1.2 Điều kiện về điện áp o 1.3 Điều kiện về Pha

2 Các biện pháp để kiểm tra các điều kiện đồng bộ o 2.1 Đồng vị pha trong máy phát o 2.2 Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới

3 Các sơ đồ hòa đồng bộ o 3.1 Hòa đồng bộ máy phát vào thanh cái o 3.2 Hòa đồng bộ máy phát vào lưới thông qua máy biến áp

3.2.1 Máy biến áp đấu nối sao / tam giác 1 giờ 3.2.2 Máy biến áp đấu nối Sao / tam giác 11 giờ

4 Thao tác hòa đồng bộ o 4.1 Hòa đồng bộ máy phát điện hạ áp bằng tay

4.1.1 Kiểm tra thứ tự pha 4.1.2 Kiểm tra điện áp 4.1.3 Kiểm tra tần số

4.1.4 Kiểm tra góc lệch pha

Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện Điều kiện về tần số: 2 máy phải bằng tần số với nhau, hoặc tần số máy

phải bằng tần số lưới. Điều kiện về điện áp: 2 máy phải cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp

máy phải bằng điện áp lứoi. Điều kiện về pha: 2 máy phải cùng thứ tự pha, và góc pha phải trùng

nhau.

Ta thấy điều kiện 1 và điều kiện 3 có vẻ như mâu thuẫn với nhau. Vì nếu muốn cho góc pha của 2 phía trùng nhau, thì phải điều chỉnh tần số. Mà đã điều chỉnh tần số thì tần số không thể bằng nhau. Còn nếu muốn giữ nguyên cho 2 tần số bằng nhau, thì mãi mãi chằng thể điều chỉnh được góc pha. Do đó điều kiện thực tế là:

Điều kiện về tần số

Tần số của 2 máy xấp xỉ bằng nhau. Sai biệt nằm trong khoảng Delta f cho phép. df này là bao nhiêu tùy thuộc vào việc chỉnh định bộ điều tốc và rơ le hòa điện tự động, hoặc rơ le chống hòa sai.

Thông thường, người ta điều chỉnh sao cho df có trị số >0 một chút, nghĩa là tần số máy cao hơn tần số lưới một chút. Như vậy khi hòa vào lưới, máy phát sẽ bị tần số lưới ghì lại, nghĩa là máy phát sẽ phát một công suất be bé ra lưới ngay thời điểm đóng máy cắt.

Một số rơ le cho phép đóng cả khi tần số máy phát thấp hơn tần số lưới. Nhưng Vận hành viên thường vẫn điều chỉnh sao cho tần số máy cao hơn. Nếu tần số máy thấp hơn lưới, thì sau khi đóng máy cắt, máy phát sẽ bị tần số lưới kéo cho chạy nhanh lên, công suất sẽ bị âm một ít, mát phát làm việc ở chế độ động cơ.

Thông thường, các bộ điều tốc sẽ chỉnh định tốc độ FSNL (full speed no load) bằng 100,3 % định mức. Và đây cũng là tần số ban đầu để đưa hệ thống hòa đồng bộ vào vận hành. Với df nhỏ hơn df cho phép, thì khi hòa đòng bộ, công suất phát ra hoặc thu vào rất bé, không ảnh hưởng gì đến hệ thống.

Điều kiện về điện áp

Người ta cũng cho phép điện áp có sai biệt chút ít so với điện áp lưới. Và thường người ta cũng chỉnh định sao cho điện áp máy phát bằng hoặc hơn U lưới một chút, để khi đóng điện thì công suất vô công của máy nhỉnh hơn 0 một chút. Đối với điện áp thì có thể điều chỉnh cho U máy = U lưới chính xác mà không có vần đề gì.

Điều kiện về Pha

Đây là điều kiện bắt buộc, và phải tuyệt đối chính xác. Thứ tự pha, thường chỉ kiểm tra một lần đầu tiên khi lắp đặt máy. Từ đó về sau, không ai kiểm lại làm gì, ngoại trừ nếu có công tác gì đó phải tháo nhiều thứ ra và lắp lại.

Vì phải điều chỉnh tần số, nên 2 tần số không bằng nhau. Do đó góc pha sẽ thay đổi liên tục theo tần số phách = hiệu của 2 tần số. Các rơ le phải dự đoán chính xác thời điểm góc pha bằng 0, biết trước thời gian đóng của máy cắt, và phải cho ra tín hiệu đóng MC trước thời điểm đồng bộ bằng đúng thời gian đó. Thường khoảng dưới 100 ms đến vài trăm ms.

Các biện pháp để kiểm tra các điều kiện đồng bộ

Các điều kiện về điện áp và điều kiện về tần số, có thể kiểm tra bằng các dụng cụ đo trực tiếp như Vôn kế, Tần số kế. Nhưng các điều kiện về pha: thứ tự pha và đồng vị pha (góc lệch pha) cần phải kiểm tra nghiêm nhặt hơn.

Đồng vị pha trong máy phát

Đối với máy phát được hòa đồng bộ vào hệ thống lưới, điều kiện tiên quyết là thứ tự pha phải hoàn toàn chính xác. Như vậy chỉ cần 1 pha của máy phát có goác lệch so với pha tương ứng của lưới =0 thì đã đạt điều kiện về đồng vị pha. Trong trường hợp này, đồng vị pha sẽ được xác định khi máy phát đã quay đến đủ tốc độ định mức và điện áp cũng đạt đến giá trị định mức. Khi đó, do tần số của máy phát và tần số của lưới thường luôn dao động trong phạm vi nhỏ, nên rất khó bằng nhau trong một thời gian dài, mà sẽ có sai lệch nhỏ. Với sự khác biệt về tần số như thế, nên góc lệch pha giữa hai máy sẽ thay đổi liên tục.

Vì thế các thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ vào lưới rất có nhiều rủi ro không đúng góc pha. Khi đóng máy cắt ở trạng thái góc pha không đúng, dòng điện máy phát sẽ rất lớn và có dạng xung. Mo men điện từ trong máy phát cũng thay đổi đột ngột, rất dễ gây hư hỏng cho máy, và gây mất ổn định cho lưới.

Để bảo đảm đồng vị pha, ngoài việc dùng các hệ thống đo lường chính xác, trên mạch điều khiển máy cắt cần có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai (Ký hiệu 25).

Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới

Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế. Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa 2 đầu máy cắt có thể khác 0. Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn. Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải.

Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng 1 đường duy nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ

không còn 0 nữa. Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì 2 tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau. Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện. Và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát. Vì muốn thay đổi tần số của một trong 2 hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà phải liên hệ từ xa.

Để bảo đảm đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai (Ký hiệu 25)

Đối với trường hợp thứ nhất, rơ le có thể chỉnh định với khoảng cho phép khá rộng: góc pha có thể sai từ 5 đến 10 độ, điện áp cho phép sai từ 5 đến 10%. Có thể cho phép hoặc không cho phép đóng trong trường hợp live line dead bus, live bus dead line... một số máy cắt còn cho phép đóng cả trong trường hợp dead line dead bus.

Đối với trường hợp thú hai, thì yêu cầu có lẽ sẽ nghiêm nhặt hơn.

Các sơ đồ hòa đồng bộ

Các sơ đồ hòa đồng bộ theo như sách lý thuyết thì rất đơn giản(nhu dan ro), dùng đèn tối, đèn sáng, đèn quay... hoặc thêm vài đồng hồ đo...

Hòa đồng bộ máy phát vào thanh cái

Sơ đồ hòa một máy phát vào thanh cái có hình như dưới đây (đã lọc bỏ hết các mạch xung quanh, những mạch nào không dính đến mạch hòa đồng bộ)

Trong hình trên, phía dưới nối vào 3 pha ABC của máy phát. Phía trên nối vào ABC của thanh cái. Giả sử thanh cái máy phát và máy phát đều được đo lường bằng một máy biến thế đo lường nối hình V/V. (Sơ đồ này có thể nhầm lẫn với sơ đồ nối tam giác hở, nhưng không phải).

Người ta chỉ cần nối đất pha b phía thứ cấp của cả 2 phía, và nối a1, b1 vào một phía của cột đồng bộ, a2, b2 vào phía kia của cột đồng bộ. Như vậy b1 và b2 đương nhiên được nối với nhau.

Có thể thấy khi máy phát đồng bộ với nhau thì:

- điện áp a1 bằng với a2, (V1 = V2)

- tần số a1 bằng với a2, (Hz1 = Hz2)

- Góc pha a1 trùng với a2, (SS chỉ 12 giờ)

- 2 bóng đèn trên cột đồng bộ tắt.

Rơ le đồng bộ, có 2 loại, là rơ le tự động đồng bộ và rơ le kiểm soát đồng bộ (chống hòa sai). Khi 3 điều kiện trên thỏa thì rơ le sẽ xuất ra một lệnh đi đóng máy cắt.

Hòa đồng bộ máy phát vào lưới thông qua máy biến áp

Tuy nhiên, trong thực tế hiện nay, ít khi người ta nối nhiều máy phát vào một thanh cái máy phát. Khuynh hướng chung là thiết kế hợp bộ máy phát - máy biến thế. Hình dưới đây cho thấy máy phát nối với máy biến thế lực qua máy cắt đầu cực.

Máy biến áp đấu nối sao / tam giác 1 giờ

Trong trường hợp này, để tiết kiệm, người ta sẽ không đặt bộ biến thế đo lường trung thế ở giữa máy cắt và máy biến thế. Mà sử dụng luôn bộ biến áp phía cao thế để so sánh.

Tương tự, hình dưới, cũng máy biến thế sao tam giác 1 giờ. Nhưng máy phát được nối trực tiếp với máy biến áp. Máy cắt hòa điện đặt phía cao thế. Người ta cũng không đặt biến thế đo lường giữa máy cắt và máy biến thế. Mà sử dụng luôn biến thế đo lường của máy phát để so sánh.

Khi đặt mạch so sánh như vậy, lợi điểm là tiết kiệm được một bộ biến áp đo lường, vốn rất đắt, và chiếm chỗ. Nhưng sẽ nảy sinh ra 2 vấn đề là pha và biên độ.

Về pha, máy biến áp lực thường có tổ đấu dây sao / tam giác 1 giờ hoặc 11 giờ. Nghĩa là khi đồng bộ, điện áp phía cao thế và trung thế sẽ lệch nhau 30 độ. Vì thế, phải lấy tín hiệu sao cho phù hợp.

Như hình trên, là phía cao thế lấy điện áp a2-n và phía hạ thế lấy tín hiệu điện áp dây a1-b1. Cách lấy như vậy sẽ bù trừ pha sao cho dù điện áp sơ cấp lệch nhau 30 độ, nhưng điện thế thứ cấp đưa vào hệ thống hòa cũng đồng pha.

Về biên độ, do phía cao thế lấy điện thế pha, nên bị suy giảm đi căn 3 lần. Hơn nữa, các tỳ số biến thế đo lường không hoàn toàn phối hợp với tỷ số biến thế lực. Do đó phải sử dụng thêm một bộ biến thế đo lường phụ ở 1 trong 2 phía. Thường là đặt ở phía lấy điện thế pha, và tăng thế lên cho đủ định mức rơ le.

Máy biến áp đấu nối Sao / tam giác 11 giờ

Các hình dưới đây tương tự như 2 hình trên, nhưng nối với máy biến thế lực sao / tam giác 11 giờ.

Điện thế phía cao thế được lấy điện thế pha, c2-n2, và phía trung thế lấy điện áp dây c1-b1

Thao tác hòa đồng bộ

Hòa đồng bộ máy phát điện hạ áp bằng tay

Hiện nay hầu hết các máy phát điện đề có hệ thống hòa đồng bộ tự động. Phần giai thích các thao tác hòa đồng bộ bằng tay chỉ để tham khảo nhằm làm rõ các nguyên lý hòa đồng bộ.

Trường hợp cần hòa đồng bộ một máy phát diesel vào lưới. Máy phát này và lưới đều có trung tính nối đất.

Kiểm tra thứ tự pha

Đầu tiên, phải bảo đảm cả hai phía đều đúng thứ tự pha. Bạn có thể kiểm tra thứ tự pha bằng các cách như sau:

1/. Đồng hồ đo thứ tự pha.

2/. kiểm chiều quay của 1 động cơ trên thanh cái khi dùng điện lưới. Sau đó mở điện lưới ra, đóng điện máy phát vào, và kiểm lại thứ tự pha.

3/. Dùng 2 volt kế đo và so sánh khi chưa hòa đồng bộ (Dùng volt kế kim). Một cái đo giữa pha A của máy và pha A của lưới. Cái còn lại đo lần lượt giữa B máy và B lưới, rồi đến C máy và C lưới. Khi máy chạy, các đồng hồ này sẽ thay đổi từ 0 đến 2 lần Upha đm. Nhưng điều kiện bắt buộc là chúng phải tăng và giảm đồng thời. Thật chính xác là phải tăng lên max cùng lúc, và giảm xuống 0 cùng lúc. Khi đó thì hai đầu cầu dao sẽ đúng thứ tự pha với nhau. Trong trường hợp không đồng thời, bạn thử đổi lại: Một đồng hồ vẫn đo A và A. Đồng hồ còn lại đo B máy và C lưới, hoặc C máy và B lưới. Nếu trong trường hợp này nó lại lên xuống đồng đều, thì chắc chắn là ngược thứ tự phase hai đầu.

Sau khi kiểm tra đúng thứ tự pha, có thể đấu nối chắc chắn mạch nhất thứ, và không phải lo lắng gì về thứ tự pha sau này nữa.

Kiểm tra điện áp

Việc này thì đơn giản, chỉ cần 2 đồng hồ Volt lắp ở hai đầu. Tuy nhiên có thể dùng một đồng hồ volt đo giữa pha a của máy và phase A của lưới. Khi điện thế xuống thấp nhất ứng với góc lệch pha = 0. Nếu điện thế 2 đầu bằng nhau thì sẽ xuống đến 0V. Nếu có sai biệt thì sẽ khác 0V.

Kiểm tra tần số

Thông thường tần số máy và lưới đều có đồng hổ đo. Nhưng để biết được chính xác 2 tần số lệch nhau bao nhiêu thì không thể dựa và 2 đồng hồ đó được. Người ta có thể xác định độ lệch tần số bằng nhiều cách:

1/. Dựa vào đồng bộ kế, nếu có. Đồng bộ kế thực chất là một đồng hồ đo góc lệch pha giữa 2 nguồn điện. Nếu 2 tần số hoàn toàn bằng nhau thì kim sẽ đứng yên. Vì góc lệch pha sẽ cố định. Nếu có lệch tần số thì kim sẽ chuyển động. Tùy vào độ lệch tần số bao nhiêu, mà kim sẽ chuyển động nhanh hay

chậm. Giả sử 2 tần số lệch nhau 1Hz, thì kim sẽ quay 1 vòng hết 1 giây. (Tần số phách =1 Hz) Nếu tốc độ máy cao, tần số máy cao hơn tần số lưới, thì kim sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Nếu tần số máy thấp hơn, kim sẽ quay ngược lại.

2/. Dựa vào đèn. (Sơ đồ lắp đèn sẽ vẽ sau, nhưng cũng giống như sơ đồ trong sách giáo khoa).

Nhìn vào tốc độ sáng tắt của đèn, mà biết được độ lệch tần số. Tuy nhiên, cách này không cho thấy tần số nào cao hơn. Bạn có thể đoán biết tần số nào cao hơn bằng cách nhìn đáp ứng của đèn theo thao tác. Bạn thao tác tăng hay giảm tần số của máy thế nào cho tốc độ sáng tắt đèn càng thấp thì càng đưa tần số lại gần nhau. Tốt nhất là điều chỉnh sao cho tần số phách khoảng 0,2 đến 0,1 Hz, nghĩa là tốc độ chớp đèn từ 5 đến 10 giây.

3/. Dựa vào hiệu ứng hoạt nghiệm. Đây là kinh nghiệm khi hòa đồng bộ ngay trên máy. Điện lưới cấp cho đèn neon (ngày xưa thường hay có đèn stroboscope cầm tay). Nếu không có thì dùng đèn huỳnh quang hoặc đèn thủy ngân. Khi đèn này chiếu vào một trục quay, sẽ có cảm giác trục đó quay chậm hơn, hoặc đứng nguyên, hoặc quay theo chiều ngược lại. Tùy thuộc vào độ lệch tần số lưới và tốc độ máy. Khi độ lệch tần số= 0 thì thấy có vẻ như trục đang đứng yên. Tần số máy thấp hơn thì có vẻ như trục quay ngược chiều. Tần số máy cao hơn thì có vẻ như trục quay thuận chiều. Tuy nhiên đây chỉ là kinh nghiệm, và không khuyến khích sử dụng, do các vấn đề về bảo hộ lao động.

Kiểm tra góc lệch pha

Góc lệch pha có thể nhận biết bằng:

1/. vị trí kim của đồng bộ kế. Khi kim ở vị trí cao nhất thường gọi là vị trí 12 giờ, là lúc góc pha bằng 0. 2/. độ sáng tối của đèn: khi đèn tắt hẳn, hoặc sáng mờ nhất, là lúc góc phase bằng 0. Tuy nhiên đây là cách rất không chính xác, vì quán tính nhiệt của dây tóc bóng đèn, và khả năng phân biệt sáng tối của mắt người. 3/. trị số của volt kế đo phách. Trị số lúc min là góc pha = 0.

Sau khi kiểm tra tất cả các điều kiện:

U máy xấp xỉ bằng U lưới. Tần số máy xấp xỉ bằng tần số lưới, nhưng hơi cao hơn. (Kim đồng bộ

kế quay theo chiều kim đồng hồ, và quay rất chậm).

Góc pha tiến dần đến 0: đèn tắt hết, đồng bộ kế trên đường từ 11 giờ đến 12 giờ volt kế đang trên đường về min, thì có thể thao tác đóng cầu dao.

Thông thường người ta có thể cho phép đóng sớm một chút, để bù trừ cho thao tác chậm của VHV, và bù trừ cho tốc độ đóng của máy cắt, cầu dao. Cố gắng không để đóng trễ hơn thời điểm đồng bộ.

Tự động hóa đồng bộ

Module by: ThS. Đoàn Ngọc Minh Tú

Summary: Tự động hòa đồng bộ

Các phương pháp hòa đồng bộ: Việc đóng các máy phát điện vào làm việc trong mạng có thể tạo nên dòng cân bằng lớn và dao động kéo dài. Tình trạng không mong muốn đó xảy ra là do:* Tốc độ góc quay của máy phát được đóng vào khác với tốc độ góc quay đồng bộ của các máy phát đang làm việc trong hệ thống điện.* Điện áp ở đầu cực của máy phát được đóng vào khác với điện áp trên thanh góp của nhà máy điện.

Điều kiện để các máy phát điện đồng bộ có thể làm việc song song với nhau trong hệ thống điện là:

- rôto của các máy phát phải quay với một tốc độ gần như nhau. - điện áp ở đầu cực các máy phát phải gần bằng nhau. - góc lệch pha tương đối giữa các rôto không được vượt quá giới hạn

cho phép.

Vì vậy để đóng máy phát điện đồng bộ vào làm việc song song với các máy phát khác của nhà máy điện hay hệ thống, cần phải sơ bộ làm cho chúng đồng bộ với nhau. Hòa đồng bộ là quá trình làm cân bằng tốc độ góc quay và điện áp của máy phát được đóng vào với tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc và điện áp trên thanh góp nhà máy điện, cũng như chọn thời điểm thích hợp đưa xung đi đóng máy cắt của máy phát.Có 2 phương pháp hòa đồng bộ : hòa đồng bộ chính xác và hòa tự đồng bộ.

Hòa đồng bộ chính xác :

Khi đóng máy phát bằng phương pháp hòa chính xác cần phải thực hiện những công việc sau :

- San bằng về trị số của điện áp máy phát được )UHT UFđóng vào UF và điện áp mạng UHT (- San bằng tốc độ góc quay của máy phát được đóng HT). F HT (F và tốc độ góc quay của các máy phát trong hệ thống vào - Làm cho góc pha của các véctơ điện áp máy phát và điện áp mạng trùng nhau vào lúc đóng máy cắt (Góc lệch pha giữa các véctơ 0) điện áp máy phát và điện áp mạng

Như vậy trình tự thực hiện hòa đồng bộ chính xác như sau: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó phải được kích từ trước, khi tốc độ quay và điện áp của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay và điện áp của các máy phát khác cần chọn thời điểm thuận lợi để đóng máy phát sao cho lúc đó độ lệch điện áp giữa các máy phát gần bằng không, nhờ vậy dòng cân bằng lúc đóng máy sẽ nhỏ nhất.

Hòa tự đồng bộ:

Khi đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ phải tuân theo những điều kiện sau :- Máy phát không được kích từ (kích từ của máy phát đã được cắt ra bởi aptomat diệt từ ).- Tốc độ góc quay của máy phát đóng vào phải gần bằng tốc độ góc quay của các máy phát đang làm việc trong hệ thống.

Trình tự thực hiện: Trước khi đóng một máy phát vào làm việc song song với các máy phát khác thì máy phát đó chưa được kích từ, khi tốc độ quay của máy phát đó xấp xỉ với tốc độ quay của các máy phát khác thì máy phát đó được đóng vào, ngay sau đó dòng kích từ sẽ được đưa vào rôto và máy phát sẽ đươc kéo vào làm việc đồng bộ.

phương pháp hòa đồng bộ chính xác:

Điện áp phách và dòng cân bằng:

Điện áp phách: Giả thiết điện áp ở đầu cực của máy phát và ở thanh góp của hệ thống

là: HTtFt và uHT = U sin uF = U sin

U là hiệu hình học của điện ápĐiện áp phách US = máy phát cần hòa và điện áp hệ thống, điện áp phách xuất hiện khi tốc độ góc quay của các vectơ điện áp này khác nhau (hình 10.1a).

Hình 1trong đó :HT : tốc độ góc trượtF - S = << đbHT)/ 2 : tốc độ góc trung bình F + tb = ( đbS.t : góc lệch pha giữa các véctơ điện = Đặt áp.tb.t = 1 thì:Khi cosuS = US = /2) là đường bao các giáĐường cong US = 2Usin( trị biên độ của điện áp phách, biến thiên theo tần số phách fS :

trong đó: TS là chu kỳ trượt, tức là thời gian của một chu kỳ thay đổi biên độ điện áp phách.Hình 10.1: Điện áp phácha) đồ thị vectơ b) sự thay đổi trị số tức thời của điện áp pháchc) sự thay đổi biên độ của điện áp pháchTheo dõi sự biến thiên của điện áp phách (hình 10.1), ta nhận thấy:

* TS càng lớn thì tốc độ tương đối giữa hai máy phát càng nhỏ. Trên hình 10.1c là 2 chu kỳ thay đổi biên độ điện áp phách ứng với 2 giá trị tốc S1S2 , trong đó S1 và độ góc trượt > S2 .

* Lúc US = 0 là thời điểm hai vectơ điện áp uF và uHT chập nhau rất thuận lợi để đóng máy.

Dòng cân bằng: Dòng cân bằng là dòng chạy vòng qua các máy phát làm việc song

song với nhau khi vectơ áp của chúng không bằng nhau.

Nếu hòa đồng bộ hai máy phát và khi sức điện động của chúng bằng nhau (E1 = E2 = E-”o) thì theo sơ đồ thay thế hình 10.2, dòng cân bằng sẽ được xác định bởi biểu thức:

Hình 4

Hình 5

Hình 10.2: Sơ đồ mạng và sơ đồ thay thế tính toándòng cân bằng khi hòa đồng bộ = 180o thì:Khi

Hình 6Nếu hòa máy phát vào hệ thống có công suất vô cùng 0) thì:lớn (tức x”d1 + x12

Hình 7(10.2)trong các biểu thức trên:1,8 : hệ số kể đến thành phần không chu kỳ trong dòng siêu quá độ.x”d1, x”d2 : điện kháng siêu quá độ của các máy phát.x12 : điện kháng đường dây liên lạc giữa hai máy phát.iN(3) : dòng ngắn mạch 3 pha tại đầu cực máy phát.

Thiết bị tự động hòa đồng bộ chính xác:

Nguyên tắc chung:Các thiết bị hòa đồng bộ tự động bao gồm các bộ phận thực hiện việc tự động điều chỉnh tần số và điện áp của máy phát đóng vào so với tần số và điện áp của hệ thống và bộ phận kiểm tra việc thực hiện tất cả các điều kiện hòa đồng bộ.Để đóng máy phát đúng vào thời điểm thuận lợi (điểm 1 trên hình 10.1c) cần phải đưa xung đến máy cắt trước thời điểm này, bởi vì máy cắt có thời gian đóng riêng. Thời gian đóng trước tđt phải bằng thời gian đóng của máy cắt tĐMC. Thời điểm đưa xung đến máy cắt tương ứng với điểm 2 trên hình 10.1c, lúc này điện áp phách khác 0, trị số của nó được xác định bằng vị trí của điểm 2’. Góc giữa các vectơ điện áp máy phát và hệ thống tương ứng với đt.tđt gọi là góc đóng trước s. tđt (10.3)đt = Tùy thuộc vào việc thực hiện bộ phận đóng trước, người ta chia ra 2 loại thiết bị hòa đồng bộ :* Thiết bị hòa đồng bộ có góc đóng trước không đổi đạt được một giá trị xác định khôngđt = const.), đưa xung đi đóng khi góc ( đổi.

* Thiết bị hòa đồng bộ có thời gian đóng trước không đổi (tđt = const.), đưa xung đi đóng với thời gian đóng trước không đổi, bằng thời gian đóng tĐMC của máy cắt.Thiết bị hòa đồng bộ chính xác có thời gian đóng trước không đổi được áp dụng rộng rãi hơn.

Thiết bị hòa đồng bộ có thời gian đóng trước không đổi:Ta xét một loại thiết bị hòa đồng bộ theo phương pháp hòa chính xác có thời gian đóng trước tđt = const., thiết bị gồm có 6 bộ phận chính (hình 10.3).- Bộ phận nguồn: đảm bảo cung cấp cho các phần tử trong thiết bị hòa, đồng thời tạo nên điện áp phách US.- Bộ phận đóng trước: đưa xung đi đóng máy cắt của máy phát trước thời điểm các vectơ UF và UHT chập nhau một khoảng thời gian tđt = const.- Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số của máy phát và hệ thống: đảm bảo cho tín hiệu của bộ phận đóng trước thông qua đi đóng máy cắt khi độ lệch tần số không vượt quá giá trị cho phép.- Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp của máy phát và hệ thống: cho phép tín hiệu đi đóng máy cắt thông qua khi điện áp của máy phát và hệ thống không lệch quá giá trị cho phép.- Bộ phận điều chỉnh tần số: thực hiện việc điều chỉnh tần số của máy phát cần hòa so với tần số của các máy phát đang làm việc bằng cách tác động đến cơ cấu điều khiển turbine.- Bộ phận đóng: tạo nên một độ dài nhất định của xung đi đóng MC.

Hình 8Hình 10.3: Sơ đồ cấu trúc của máy hòa đồng bộ có tđt = const.Dưới đây ta sẽ khảo sát chi tiết một số bộ phận của thiết bị:

a) Bộ phận đóng trước:Bộ phận đóng trước (hình 10.4a) bao gồm máy biến áp trung gian B4, phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, phần tử vi phân VP, cơ cấu không P1 3RG làm nhiệm vụ thay đổi trị số đặt về thời gianvà các rơle trung gian 1RG đóng trước.Phần tử chính của bộ phận đóng trước là cơ cấu không P1, tín hiệu ở đầu ra của nó xuất hiện khi dòng điện ở 2 đầu vào đạt được giá trị bằng nhau (tại điểm a1 và a2 trên hinh 10.4c). Tín hiệu ở đầu ra của bộ phận đóng trước là điện áp Uđt dạng xung chữ nhật tồn tại đến cuối chu kỳ trượt.Dòng i1 ở đầu vào thứ nhất của cơ cấu không P1 được R3:xác định bằng giá trị điện áp phách US và điện trở R1

Hình 9(10.4)trong đó: R bằng R1, R2 hoặc R3.K1 là hệ số tỷ lệ. Dòng i2 ở đầu vào thứ hai của cơ cấu không P1 được xác định bằng điện áp ở đầu ra VP (hình 10.4b). Phần tử vi phân tạo nên điện áp tỷ lệ với đạo hàm điện áp phách. Đầu vào của VP nhận được điện áp phách US. Điện áp ở đầu ra VP bằng:Ura = RC

Hình 10(10.5)Phần tử vi phân VP được nối như thế nào để dòng i2 tạo nên bởi điện áp Ura có dạng:

i2 = - K2 (10.6)trong đó: Uvào là điện áp đầu vào của phần tử vi phân (Uvào = US)K2 là hệ số tỷ lệTừ hình 10.4c ta thấy, vào thời điểm t = TS - tđt thì i1 = i2 (vào thời điểm này phần tử không P1 sẽ cho tín hiệu đi đóng máy phát). Do vậy:

Hình 10.4: Bộ phận đóng trước của máy hòa đồng bộa) Sơ đồ khối chức năng ; b) Sơ đồ phần tử vi phân VP; c) Đồ thị thời gian làm việc= const.

Như vậy, thời gian đóng trước tạo nên bởi cơ cấu không P1 là một đại lượng không đổi không phụ thuộc vào tốc độ góc trượt (trên hình 10.4c, ta thấy rằng tđt1 = tđt2).Để hiệu chỉnh cơ cấu không P1 có thời gian đóng trước bằng với thời gian đóng của máy cắt, dùng khóa chuyển mạch K1 điều khiển R3 (hình 10.4a). 3RG để thay đổi điện trở R1 các rơle trung gian 1RG b) Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số:Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số (hình 10.5a) gồm máy biến áp trung gian B5, phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, phần tử rơle P2, trigơ P3 và P5, phần tử thời gian P4 và P6.Ở đầu vào của bộ phân kiểm tra độ lệch tần số, cũng như ở đầu vào của bộ phận đóng trước, là điện áp phách uS. Điện áp này sau khi chỉnh lưu để có US được đưa vào phần tử rơle P2. Tín hiệu ở đầu ra của phần tử P2 xuất hiện khi điện áp phách US đạt tới trị số điện áp khởi động UkđP2 của phần tử P2. Tín hiệu này tồn tại đến khi nào điện áp phách giảm xuống nhỏ hơn điện áp trở về UtvP2. Điện áp khởi động và trở về có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R4 và R5. Trên đồ thị hình 10.5b, thời điểm khởi động của phần tử P2 tương ứng tại các điểm a1, a2, a3; thời điểm trở về - điểm b1, b2, b3. Độ dài tín hiệu ở đầu ra của phần tử P2 tỷ lệ thuận với chu kỳ trượt. Để kiểm tra độ dài của chu kỳ trượt (hoặc độ lệch tần số), trong sơ đồ dùng 2 phần tử thời gian P4, P6 được điều khiển bởi các trigơ P3, P5.Trigơ là một phần tử chuyển mạch được đặc trưng bằng 2 trạng thái cân bằng điện ổn định co hoặc không có tín hiệu ở đầu ra của nó. Trigơ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác khi có tín hiệu đưa đến một trong những đầu vào của nó. Sau khi mất tín hiệu điều khiển, trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái của mình.Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số làm việc như sau :s1* Khi tốc độ góc trượt > scp là tốcscp ( độ góc trượt lớn nhất cho phép lúc hòa đồng bộ): phần tử rơle P2 khởi động (tại điểm a1) chuyển trigơ P3 sang trạng thái có tín hiệu, đảm bảo sự khởi động của phần tử thời gian P4. Ứng với tốc độ trượt này phần tử P4 có thời gian duy trì t1 sẽ không tác động được, vì trước đó tại điểm b1 phần tử P2 đã trở về và đồng thời phần tử logic KHÔNG đưa tín hiệu đi giải trừ trigơ P3. Điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số UKf trong trường hợp này bằng không, làm ngăn cản tác động của thiết bị hòa đồng bộ.scp: s2 * Trong phạm vi tốc độ trượt cho phép scp, chu kỳ trượt lớn hơn trường hợp thứ nhất. Trong khoảngs2 = ví dụ khi thời gian giới hạn giữa 2 điểm a2 và b2, phần tử thời gian P4 làm việc thành công. Tín hiệu ở đầu ra của nó chuyển trigơ P3 sang trạng thái không tín hiệu, chuyển trigơ P5 sang trạng thái có tín hiệu.

Hình 17Hình 10.5: Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số của máy hòa đồng bộ a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việcTrigơ P5 là phần tử đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số, điện áp UKf ở đầu ra của nó được đưa đến bộ phận đóng của thiết bị hòa đồng bộ. Độ dài của tín hiệu đầu ra được xác định bằng thời gian duy trì t2 của phần tử thời gian P6. Độ dài của tín hiệu đầu ra có thể nhỏ hơn khoảng thời gian t2 nếu sau khi bộ phận kiểm tra độ lệch tần số làm việc, quá trình trượt tần số vẫn chưa chấm dứt. Tín hiệu đầu ra mất đi khi phần tử rơle P2 khởi động trong chu kỳ trượt kế tiếp (điểm a3 trên hình 10.5b).

Trong vùng tốc độ trượt cho phép, điện áp UKf ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số và điện áp Uđt ở đầu ra của bộ phận đóng trước có một vùng trùng nhau (vùng gạch chéo), tại vùng đó khi đảm bảo tuân theo đúng những điều kiện hòa đồng bộ còn lại sẽ xuất hiện tín hiệu đi đóng máy cắt.

Hình 18

Hình 19

Hình 20Hình 10.6: Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp của máy hòa đồng bộ a) Sơ đồ khối chức năng ; b) Sơ đồ nối vào điện áp pháchc) Đồ thị thời gian làm việc

Hình 21Hình 10.7: Đồ thị véctơ giải thích đặc tính thời gian củabộ phận kiểm tra độ lệch điện áp = 1800 ; UF = UHT = 0; UF = UHT b) a) = 0; UFc) < = 1800 ; UFUHT d) < UHTs3* Khi tốc độ góc trượt << scp: Bộ phận kiểm tra độ lệch tần số khóa thiết bị hòa đồng bộ không những khi tần số trượt lớn hơn cho phép mà còn cả khi tốc độ trượt quá bé. Chế độ tốc độ trượt quá bé được đặc trưng bằng hiện tượng “treo” tần số của máy phát. Chế độ này không tốt vì quá trình tiến đến trùng khít vectơ điện áp máy phát và điện áp hệ thống diễn ra chậm chạp làm kéo dài thời gian đóng máy phát. Sự làm việc của các phần tử trong bộ phận này khi tốc độ trượt quá bé được minh họa trên đồ thị thời gian hình 10.5b. Từ đồ thị ta thấy rằng, điện áp UKf ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số và điện áp Uđt ở đầu ra của bộ phận đóng trước không trùng nhau về thời gian, điều này làm cho tín hiệu đi đóng máy cắt ở bộ phận đóng không xuất hiện.c) Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp:Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp (hình 10.6a) bao gồm phần tử chỉnh lưu, bộ lọc L, cơ cấu không P7, trigơ P8 và P9, phần tử thời gian P10. Đầu vào của bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp là điện áp phách lấy giữa điểm giữa

của phân áp R6-R7 với điện áp UB (hình 10.6b). Điện áp phách mà bộ so với điện áp phách từ pha UAF và UAHT. Đường biểuphận này sử dụng lệch 180 diễn sự thay đổi điện áp phách ở đầu vào như trên hình 10.6c. Đồ thị vectơ giải thích tính chất thay đổi của điện áp phách trên hình 10.7. Từ đó ta thấy rằng, , cực tiểu khi = 0điện áp phách mà bộ phận này sử dụng có trị số cực đại khi . Việc kiểm tra độ lệch điện áp máy phát và hệ thống được thực hiện ở vùng=180 , nếu UF = UHT thì điện áp phách bằng 0, = 180. Vào thời điểm 180 có góc UHT thì điện áp phách lớn hơn 0.nếu UF Điện áp phách US đưa đến đầu vào thứ nhất của cơ cấu không P7, ở đầu vào thứ hai của nó là điện áp mẫu Umẫu từ bộ nguồn Ung. Điện áp mẫu có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R8. Điện áp mẫu lấy bằng độ lệch cho 11)% Uđm.phép của điện áp máy phát và hệ thống, vào khoảng (10 Bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp làm việc như sau :* Nếu UF = UHT hay nếu độ lệch UF và UHT không vượt quá giá trị cho phép, thì cơ cấu không P7 khởi động. Tín hiệu ở đầu ra của 1800 khi điện áp phách và điện áp mẫu bằng nhau P7 xuất hiện trong vùng góc (điểm a trên hình 10.6c), tại điểm b tín hiệu này mất đi. Trigơ P8 ghi nhận sự khởi động của phần tử P7, tín hiệu ở đầu ra của P8 là điện áp UKU được đưa đến bộ phận đóng. Độ dài của tín hiệu đầu ra được giới hạn bởi phần tử thời gian P10 điều khiển bằng trigơ P9 theo tín hiệu từ bộ phận đóng trước. Thời gian t3 của P10 được tính toán đủ để đảm bảo cho bộ phận đóng làm việc một cách chắc chắn = 0o (hay 360o).trong vùng góc * Nếu độ lệch điện áp máy phát UF và hệ thống UHT vượt quá giá trị cho phép, điện áp phách luôn luôn lớn hơn điện áp mẫu Umẫu, vì vậy cơ cấu không P7 không khởi động, điện áp đầu ra UKU bằng 0 và bộ phận đóng bị khóa.d) Bộ phận điều chỉnh tần số:Bộ phận điều chỉnh tần số (hình 10.8a) bao gồm các máy biến áp trung gian B6 và B7, phần tử chỉnh lưu và bộ lọc L, phần tử rơle P11 và P12, bộ khuếch đại P13, P14, P17, P18, phần tử thời gian P15 và P16, rơle trung gian 6RG, 7RG và rơle đầu ra 9RG, 10RG. Bộ phận này có hai phần đối xứng: phần thứ nhất gồm các phần tử B6, P11, P13, 6RG, P17, 9RG có nhiệm vụ làm tăng tần số máy phát, phần thứ hai gồm các phần tử B7, P12, P14, 7RG7, P18, 10RG làm giảm tần số máy phát. Phần tử P15 và P16 chung cho cả 2 phần.Đưa vào máy biến áp B6 là điện áp phách tạo nên bởi UAHT và UAF, vào máy biến áp B7 là điện áp phách tạo nên bởi UAHT và UCF. Từ Fđồ thị vectơ trên hình 10.9 ta thấy: khi < HTF - S = HT ( < 0), Fđiện áp UP12 trên phần tử P12 chậm 600 sau điện áp UP11 trên phần tử P11; khi >HTF - S = HT ( > 0), điện áp UP12 trên phần tử P12 vượt 600 trước

điện áp UP11 trên phần tử P11. Tính chất thay đổi điện áp phách như vậy được dùng để xác định dấu của độ lệch tần số máy phát và tần số hệ thống nhằm tạo nên các tác động điều khiển tương ứng.Phần tử rơle P11, P12 được chỉnh định ở cùng một điện áp khởi động và điện áp trở về như nhau, việc chỉnh định được thực hiện nhờ R12. Điện áp trở về được điều chỉnh khá thấp để vào thời điểmcác điện trở R9 trở về của một phần tử (điểm b1 hoặc b2 trên hình 10.8b), điện áp trên phần tử kia sẽ nhỏ hơn điện áp khởi động (điểm c1 hoặc c2). Nhờ vậy loại trừ được khả năng cùng khởi động 2 phần tử rơle P11, P12 trong một chu kỳ trượt.Bộ phận điều chỉnh tần số tác động như sau :F* Nếu < HT thì phần tử rơle P11 khởi động trước (điểm a1 trên hình 10.8). Điện áp xuất hiện ở đầu ra của nó và qua bộ khuếch đại P13 làm rơle trung gian 6RG tác động. Tiếp điểm của 6RG mở ra cắt mạch điện áp đưa đến phần tử P12, khóa phần tác

Hình 22

Hình 23Hình 10.8: Bộ phận điều chỉnh tần sốa) Sơ đồ khối chức năng ; b) Đồ thị thời gian làm việc.

Hình 24Hình 10.9: Đồ thị vectơ giải thích đặc tính của bộ phận điều chỉnhđộng đi giảm tần số. Khóa liên động như vậy có tác dụng cho đến khi phần tử P11 trở về (điểm b1). Khi P11 tác động, phần tử thời gian P16 sẽ khởi động sau thời gian chậm trễ t4 của phần tử thời gian P15, qua phần tử P17

và rơle đầu ra 9RG đưa tín hiệu tác động đến cơ cấu điều khiển turbine theo hướng “tăng tốc độ”.Thời gian t4 cần thiết để loại trừ khả năng tác động đến turbine khi khởi động ngắn hạn phần tử P11và P12 vào thời điểm đóng của máy hòa đồng bộ. Độ dài của tín hiệu đưa đến cơ cấu điều khiển turbine được giới hạn bởi thời gian t5 tạo nên bằng phần tử P16. Trị số đặt của phần tử P16 có thể điều chỉnh được nhờ điện trở R13. Như vậy trong mỗi chu kỳ trượt, bộ phận này tạo nên một xung tác động đưa đến bộ điều chỉnh tần số quay của turbine. Tần số trượt càng lớn thì xung điều chỉnh càng dày, nghĩa là bộ phận điều chỉnh tần số thực hiện một sự điều chỉnh bằng xung tỉ lệ. * Bộ phận điều chỉnh tần số cũng tác động tương tự Fkhi >HT nhưng theo hướng ngược lại và tạo xung tác động làm “giảm tốc độ” của máy phát.

Hình 25Hình 8.10: Sơ đồ khối chức năng của bộ phận đónge) Bộ phận đóng:Bộ phận đóng trên hình 8.10 gồm có phần tử VÀ, trigơ P19, khuếch đại P20 và P22, rơle đầu ra 4RG, phần tử thời gian P21 và rơle giới hạn xung đóng 5RG. Tín hiệu đi đóng máy cắt của máy phát được tạo nên bởi phần tử VÀ khi tồn tại đồng thời 3 tín hiệu ở đầu vào của nó: điện áp ở đầu ra của bộ phận đóng trước Uđt, điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch tần số UKf và điện áp ở đầu ra của bộ phận kiểm tra độ lệch điện áp UKU. Tín hiệu này được ghi nhận bằng trigơ P19 và rơle đầu ra 4RG. Mạch giới hạn tín hiệu đi đóng máy cắt gồm các phần tử P21, P22 và rơle 5RG. Khi tín hiệu đi đóng máy cắt được phát đi thì phần tử thời gian P21 cũng khởi động. Sau thời gian duy trì t6 của P21, rơle 5RG sẽ tác động, tiếp điểm của 5RG mở mạch cung cấp cho bộ phận nguồn của thiết bị hòa đồng bộ. Như vậy sau khi thực hiện thao tác tự động đóng máy phát, thiết bị hòa đồng bộ cũng sẽ được tự động tách ra.

phương pháp hòa TỰ đồng bộ:

Dòng cân bằng:Điểm đặc biệt của phương pháp hòa tự đồng bộ là vào thời điểm đóng máy phát vào hệ thống sẽ kéo theo sự tăng vọt của dòng điện.Theo sơ đồ thay thế hình 8.11b, dòng cân bằng xuất hiện khi đóng máy phát được xác định bằng công thức:

Hình 26(10.7)trong đó:x’’dF : điện kháng siêu quá độ dọc trục của máy phát .xHT : điện kháng của hệ thống.xll : điện kháng của phần tử liên lạc giữa máy phát và hệ thống.Khi đóng máy phát vào hệ thống có công suất vô cùng lớn (xHT = 0; xll = 0) thì:

Hình 27(10.8)Ta thấy dòng cân bằng khi hòa tự đồng bộ xấp xỉ dòng ngắn mạch 3 pha ở đầu cực máy phát và nó nhỏ hơn dòng cân bằng lớn nhất khi hòa đồng bộ chính xác. Đóng máy phát bằng phương pháp tự đồng bộ cũng làm giảm thấp điện áp ở đầu cực của máy phát, ảnh hưởng không tốt đến sự làm việc của các hộ tiêu thụ nối với thanh góp điện áp máy phát của nhà máy điện.

Hình 28Hình 8.11: Sơ đồ hòa tự đồng bộ máy phát điệna) Sơ đồ nối điện b) Sơ đồ thay thếƯu điểm chính của phương pháp tự đồng bộ là có khả năng đóng máy phát vào mạng khá nhanh so với phương pháp hòa chính xác. Điều này đặc biệt quan trọng khi đóng máy phát trong điều kiện sự cố của mạng điện, lúc ấy cần phải đóng nhanh máy phát dự trữ.

Thiết bị hòa tự đồng bộ:Ở các nhà máy nhiệt điện, việc hòa tự đồng bộ được thực hiện nữa tự động do sự phức tạp của quá trình tự động khởi động các phần nhiệt của nhà máy từ trạng thái tĩnh. Ở các nhà thủy điện, người ta áp dụng các thiết bị tự động khởi động các tổ máy phát thủy điện, vì vậy có thể sử dụng thiết bị hòa tự đồng bộ tự động cũng như nữa tự động.Thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động đảm bảo tự động đóng máy cắt của máy phát chưa được kích từ khi tần số quay của máy phát gần bằng tần số quay của các máy phát khác đang làm việc. Việc điều chỉnh tần số quay của máy phát trước khi đóng vào có thể được tiến hành bằng tay bằng cách tác động đến bộ điều chỉnh tốc độ quay của turbin, máy phát được kích từ sau khi đóng máy cắt của nó.Dưới đây, chúng ta khảo sát thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động áp dụng ở các nhà máy nhiệt điện.Phần tử chính của thiết bị (hình 8.12) là rơle hiệu tần số Rf, có nhiệm vụ kiểm tra độ lệch tần số của điện áp máy phát và hệ thống. Cuộn I của Rf nối vào máy biến điện áp 1BU cuả máy phát và nối nối tiếp với điện trở R1. Cuộn II của Rf nối với máy biến điện áp 2BU của hệ thống.Thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động được đưa vào làm việc bằng cách chuyển khóa điều khiển K sang vị trí Đ, đóng mạch 1BU, 2BU, mạch thao tác một chiều và mạch đầu ra.Khi chưa được kích từ, trị số điện áp dư của mỗi máy phát một khác nhau. Để điện áp từ 1BU của các máy phát khác nhau đưa đến cuộn I của rơle Rf gần bằng nhau, mỗi máy phát được hiệu chỉnh với một trị số điện trở R1 khác nhau. Việc điều chỉnh biến trở R1 được thực hiện khi hiệu chỉnh thiết bị.

Hình 29Hình 8.12: Sơ đồ thiết bị hòa tự đồng bộ nữa tự động

a) Mạch xoay chiều ; b) Mạch thao tácVào lúc đưa điện áp đến các cuộn dây của rơle Rf, tiếp điểm của rơle có thể đóng ngắn hạn. Để loại trừ tác động không đúng của thiết bị, cuộn dây I và II của Rf được nối vào 1BU và 2BU không cùng một lúc: trước tiên nối cuộn dây II, sau đó một thời gian (khoảng vài sec) được hiệu chỉnh ở tiếp điểm RT1 của rơle thời gian RT, cuộn dây I được nối vào nhờ rơle trung gian 3RG (qua tiếp điểm 3RG2). Ngoài ra thời gian duy trì của tiếp điểm RT2 trong mạch gồm các tiếp điểm Rf1 và Rf2 cần thiết để loại trừ sự tác động không đúng của rơle vào lúc đưa điện áp đến cuộn I của rơle Rf.Khi tần số trượt bằng tần số khởi động của rơle Rf, rơle đầu ra 1RG của thiết bị sẽ khởi động và tự duy trì bằng tiếp điểm 1RG11. Tiếp điểm 1RG3 khép mạch đóng máy cắt 1MC của máy phát. Sau khi đóng 1MC, aptomat diệt từ ADT của máy phát đóng lại đưa kích từ đến cuộn dây rôto máy phát (trạng thái đóng của máy phát được kiểm tra bằng tiếp điểm phụ 1MC1). Máy phát đã được kích từ và sẽ được kéo vào làm việc đồng bộ.Rơle 1RG tự giữ để đảm bảo đóng chắc chắn 1MC và ADT của máy phát. Rơle trung gian 2RG khi trở về có thời gian chậm trễ nhằm giới hạn độ dài tín hiệu đi đóng 1MC và ADT . Rơle Rf không được tính toán để chịu đựng lâu dài điện áp định mức từ 1BU của máy phát đã được kích từ. Do vậy để loại trừ tác hại đến cuộn dây I của nó, tiếp điểm 3RG2 sẽ mở mạch cung cấp cho cuộn dây I sau khi 3RG trở về do 1RG2 mở ra. Rơle RU nhận điện áp từ 1BU có nhiệm vụ khóa mạch đưa điện áp định mức của máy phát được kích từ đến cuộn I của rơle Rf trong trường hợp xảy ra thao tác nhầm lẫn của nhân viên vận hành (đóng kích từ trước khi đóng máy phát vào hệ thống). Tiếp điểm RU mở mạch cuộn dây RT và nhờ vậy loại trừ khả năng khởi động của 3RG.