Bài giảng Cung cấp điện - Chương 4: Tính toán tổn thất điện áp trên mạng điện

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN MẠNG ĐIỆN 05/10/2015 1 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP Dòng điện chạy qua các phần tử dẫn điện sẽ tạo nên điện áp rơi dọc theo các phần tử này nên điện áp tại các nút trên hệ thống điện thường khác nhau và khác định mức . Các thiết bị điện được chế tạo để làm việc với một giá trị Uđm , nếu điện áp đặt lên đầu cực của thiết bị khác định mức sẽ gây nên những hậu quả như :  Đối với đèn , khi U giảm 5% , quang thông có thể giảm tới 18% , nếu giảm hơn nữa có thể đèn không làm việc ví dụ với đèn huỳnh quang . Khi điện áp tăng cao quá 5% , tuổi thọ đèn giảm một nửa , tăng đến hơn 10% , tuổi thọ chỉ còn dưới 1/3 .  Các tải điện trở có P = RI2 = U2/R , khi điện áp giảm , công suất tải giảm .  Các động cơ điện có moment quay tỉ lệ với bình phương điện áp , khi điện áp giảm , moment quay giảm , tốc độ động cơ giảm có thể dẫn đến ngừng quay Vì vậy , đảm bảo chất lượng điện áp là một trong những yêu cầu cơ bản khi vận hành hệ thống điện . Chất lượng điện áp bao gồm nhiều chỉ tiêu , trong đó có chỉ tiêu đảm bảo giá trị điện áp . Do đó , cần phải nắm vững các phương pháp tính toán xác định điện áp tại các nút để có thể kiểm tra và đề ra các biện pháp thích hợp nhằm đảm bảo giá trị điện áp theo yêu cầu . 05/10/2015 2 4.2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG PHÂN PHỐI 1. Đặc điểm của mạng phân phối  U=15,22,35 kV và 220/380(V) được cấp nguồn từ các trạm biến phân phối ( ví dụ trạm giảm áp 110/22 (kV)) và các máy biến áp phân phối giảm áp cung cấp điện cho mạng hạ áp, ví dụ máy biến áp 22 / 0,4 (kV).  Mạng phân phối có cấu trúc hình tia, mạch vòng kín (thường vận hành hở) và khi vùng cung cấp lớn với nhiều loại phụ tải , sơ đồ mạng phức tạp với yêu cầu tính liên tục cung cấp điện cao.  Trong mạng phân phối, phải đảm bảo chất lượng điện áp, do đó khi thiết kế đường dây phải đảm bảo độ sụt áp cho phép.  Trong tính toán tổn thất điện áp trong mạng phân phối cần chấp nhận một số giả thiết sau : + Do điện áp thấp , chiều dài đường dây tương đối ngắn nên bỏ qua ảnh hưởng của điện dung đường dây. Tuy vậy, đối với cáp ngầm có chiều dài lớn thì công suất kháng do điện dung phát ra có thể khá lớn nên cũng cần phải xét đến. + Dùng điện áp định mức Uđm trong công thức tính sụt áp và tổn thất công suất. 05/10/2015 3 4.2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG PHÂN PHỐI 2. Tính tổn thất điện áp trên đường dây Đường dây trong lưới U1 R+jX U2 trung hạ chỉ có R và X Để xác định tổn thất i i điện áp trên đường dây P+jQ điện 3 pha sử dụng sơ đồ thay thế 1 sợi . . . . . . U1  U2  Itai Z  U2  Itai .(R  jX) . P2  Q2  Q  Itai  Iφ;I  ;φ  artg  3U2  P  05/10/2015 4 2. Tính tổn thất điện áp trên đường dây Tổn thất điện áp trên 1 dây dẫn điện U1  dU U  B  U2 A U C   jIX IR I . . . . . U1  U2  I(R  jX)  U2  dU 05/10/2015 5 2 Tính tổn thất điện áp trên đường dây Giản đồ vector điện áp D U1  dU U  B  U2 A U C   jIX IR I Thành phần dọc trục U AC  ΔU  AB  BC  IR cosφ2  IXsinφ2 Tính trên mạng 3 pha , xét sụt áp dây ΔU  3I(Rcosφ2  Xsinφ2 ) 05/10/2015 6 2 Tính tổn thất điện áp trên đường dây D U Xây dựng giản đồ vector điện áp 1  dU U  B  U2 A U C   jIX IR I E Thành phần ngang trục U CD  δU  ED  EC  IXcosφ2  IR sinφ2 Tính trên mạng 3 pha , xét sụt áp dây δU  3I(Xcosφ2  Rsinφ2 ) 05/10/2015 7 2 Tính tổn thất điện áp trên đường dây  Biến đổi công thức tính sụt áp theo P , Q trên đường dây P R  Q X P R  Q X P X  Q R P X  Q R ΔU  1 1  2 2 δU  1 1  2 2 U1 U2 U1 U2  Đường dây điện áp U  35kV có thể bỏ qua U P2R  Q2X P1R  Q1X U1  U2  ; U2  U1  U2 U1  Đường dây một pha có dây đi và về giống hệt nhau , cùng dòng điện I P1R  Q1X P2R  Q2X ΔU  2I(R cosφ2  Xsin φ2 ); ΔU  2  2 U1 U2 05/10/2015 8 4.3 Xác định tổn thất điện áp trên đường dây lưới trung thế 1 Đường dây có 1 tải  Đường dây mạng trung thế chỉ có R và X  Để xác định tổn hao điện áp trên đường dây điện 3 pha sử dụng sơ đồ thay thế 1 sợi U1 R,X U2 I cos 2 P R  Q X P R  Q X ΔU  1 1  2 2 U1 U2 P2R  Q2X P1R  Q1X U1  U2  ; U2  U1  U2 U1 05/10/2015 ΔU  3I(Rcosφ2  Xsinφ2 ) 9 4.3 Xác định tổn thất điện áp trên đường dây lưới trung thế 1. Đường dây có một phụ tải PR  QX Đối với đường dây ba pha ΔU  Udm PR  QX Phần trăm sụt áp ΔU%  2 *100% Udm R= r0.l; X = x0.l () ; P(W)=Scos ,Q = Ssin (VAr),S(VA), Uđm(V) Sr0cosφ  x0sinφ*l ΔU%  2 100.% Udm Hằng số phần trăm sụt áp r0 cosφ  x0 sinφ K%  2 100%/ VA.km Udm 05/10/2015 10 2. Tổn thất điện áp trên đường dây liên thông p1+jq1 p2+jq2 p3+jq3 r1+jx1 r2+jx2 r3+jx3 p +jq p2+jq2 3 3 p1+jq1 P1=p1+p2+p3 ; Q1= q1 + q2 +q3 P2= p2+p3 ; Q2= q2 +q3 P3= p3 ; Q3= q3 1 n ΔU  . P r  Q x  max U  i i i i 05/10/2015 dm i1 11 3. Tổn thất điện áp trên đường dây phân nhánh 3 p3+jq3 A 2 r1+jx1 1 r2+jx2 r4+jx4 4 P +jQ P1+jQ1 P2+jQ2 4 4 p1+jq1 p2+jq2 p4+jq4 ΔU A3  ΔU A1  ΔU12  ΔU23 ΔU A4  ΔU A1  ΔU12  ΔU24 U4  U A  ΔU A4;U3  U A  ΔU A3 ΔUmax  MaxΔU24 ,ΔU23 ΔU A1  ΔU12 ΔUmax ΔUmax %  100%  ΔUcp % Udm 05/10/2015 12 4. Tính sụt áp trên đường dây có tải phân bố đều a b I I i  (A / m) l L L I  i.dx  iL  x L/2 I x Hình 5.13 x L I RI dr = r0.dx ΔU  I .r dx  r .L  du= dr.Ix = r0.dx.Ix  x 0 0 0 2 2 RI ΔUtt ΔUpb   05/10/2015 2 2 13 Ví dụ Một đường dây một pha hai dây dài 250m được cung cấp từ một đầu đường dây. Phụ tải phân bố đều trên suốt chiều dài đường dây với mật độ phụ tải 1,6 A/m. Điện trở mỗi mét dây là0,0002 /m. Tìm điện áp đầu nguồn để giữ điện áp bằng 250 V : (a) Cuối đường dây; (b) Giữa đường dây; A B 250m Giả thiết phụ tải có cos = 1, bỏ qua cảm kháng Hình 5.18 1 của đường dây. ΔU  IR AB 2 Tổng dòng điện phụ tải: I = 1,6 x 250 = 400 A . Điện trở của đường dây gồm hai dây: 1 R = 250 x 2 x 0,0002 = 0,1  ΔU  .400.0,1  20V Ab 2 Điện áp đầu nguồn:UA = Ub +UAB UA = 250 + 20 = 270 V* 05/10/2015 14 Một đường dây một pha 250m. Phụ tải phân bố đều mật độ phụ tải 1,6 A/m. Điện trở mỗi mét dây là0,0002 /m. Tìm điện áp đầu nguồn để giữ điện áp bằng 250 V Giữ điện áp ở giữa đường dây là 250 V Giả thiết phụ tải có cos = 1 Sụt áp đến điểm giữa đường dây là sụt áp do phụ tải phân bố đều từ đầu A đến M công với sụt áp do dòng điện cung cấp cho nửa đường dây sau, giả thiết tập trung tại A điểm giữa đường dây b 125m M 125m Tải phân bố đềHìnhu 5.19 1 1 0,1 Áp dụng nguyên lý xếp chồng ΔU'  R i.AM  . 1,6.125 AM 2 AM 2 2 Chỉ có tải phân bố đều 1  .0,05.200  5V 2 Chỉ có phụ tải tập trung '' ΔUAM  0,05.200  10V ' '' Sụt áp tổng: ΔUAM  ΔUAM  ΔUAM  5  10  15V U  U  ΔU  250  15  265V 05/10/2015 A M AM 15 4.4. Xác định tổn thất điện áp trên đường dây lưới điện hạ áp PRQ XP RQ X U 1122 UUdm__ luoidm luoi 100 n UPR%() Q X 2  i ii i Udm_ luoi i1 Trường hợp tính theo dòng tính toán n U 3 ( Ii R i c os i  I i X i sin i ) i1 05/10/2015 16 4.5 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp n  ΔUi  ΔUmax  ΔUcp i1 Tiêu chuẩn tổn hao điện ápU% . Đường dây điện áp 6-22kV: ±5% . Hệ thống chiếu sáng +3%; -2.5%. . Mạng công nghiệp chế độ làm việc bình thường: ±5% . Mạng công nghiệp chế độ khởi động : ±8%  Sụt áp sẽ được tính theo đường dây từ thanh cái của TPPC hoặc đầu MBA đến đầu cực thiết bị 05/10/2015 17 Bài tập 1. Một đường dây tải điện dùng dây AC – 120, dài 90 km, ba pha đặt trên ba đỉnh tam giác đều, mỗi cạnh D = 4 m. Phụ tải cuối đường dây là P2 = 40 MW, cos = 0,8. Điện áp ở phụ tải là U2 = 110 kV. Xác định tổn thất điện áp dọc đường dây và điện áp đầu đường dây. ĐS: U=17,5 kV; U = 7,26 kV; U1 = 127,7 kV 2. Cho đường dây phân phối 15 kV, phụ tải và chiều dài cho trong hình Tìm phần trăm sụt áp . Cho điện trở dây dẫn r0 = 0,27 /km, cảm kháng x0 = 0,332 /km A 4km b 6km c 1000 kVA, cos=0,9 Đs:Hình 5,34 Bt5.10% 3000 kVA, cos=0,9 05/10/2015 18 Bài tập 3 . Một mạng điện ba pha 380 V trên không, dùng dây nhôm cung cấp điện cho một số hộ tiêu thụ. Đường dây chính Ae dùng dây A-50 có r0=0,63 /km, nhánh rẽ bf dùng dây A-16 có r0 = 1,96 /km, x0 = 0,358 /km, nhánh rẽ dg với phụ tải thắp sáng phân bố đều dùng dây A-25 có r0 = 1,27 /km, x0 = 0,345 /km. Tìm sụt áp lớn nhất trên mạng điện. A 50m b 50m c 50m d 50m e A-50 A-50 A-50 A-50 25kW, cos=1 25kW, cos=0,8 A-25 HìnhU BT%5.5 6,4% Af 100m 0,15kW/m, cos=1 15kW, cos=0,8 05/10/2015 19