Bài giảng Cung cấp điện - Chương 5: Tính toán về điện trong hệ thống cung cấp điện - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST)
* Tính toán lưới điện hở có xét đễn dung dẫn đường dây
- Các giả thiết tính toán:
+ Sơ đồ thay thế có xét thành phần điện trở, điện kháng và dung dẫn (đường dây trên không U=110kV và cáp U=2236kV )
+ Khi xác định phân bố dòng công suất, coi điện áp các nút bằng điện áp định mức của lưới điện.
- Trình tự tính toán:
+ Tính phân bố công suất trên các nhánh
+ Xác định tổn thất điện áp và điện áp tại các nút.
30 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 20/02/2024 | Lượt xem: 58 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Cung cấp điện - Chương 5: Tính toán về điện trong hệ thống cung cấp điện - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Lê Việt Tiến
EPSD, SEE, HUST
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1. Giới thiệu chung
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
NỘI DUNG
3. Tính toán về điện trong các lưới điện hở.
4. Tính toán về điện trong lưới điện kín đơn
giản
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1. Giới thiệu chung
• Chúng ta làm gì? Xác định các thông số chế độ của hệ
thống cung cấp điện và tính toán ảnh hưởng đến các
hệ thống cung cấp điện và trong thiết kế.
• Tính toán cái gì?
– Tính toán điện áp tại các nút và dòng công suất trên tất cả
các nhánh của sơ đồ cung cấp điện.
– Tính toán lựa chọn thiết diện dây dẫn và cáp.
– Kiểm tra tổn thất điện áp, điều chỉnh điện áp và bù công suất
phản kháng trong lưới và các bài toán khác.
• Sơ đồ thay thế hệ thống và đáng giá các thông số chế
độ.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
2.1. Sơ đồ thay thế dây dẫn
• Thông số đường dây đặc trưng cho quá trình vật lý xảy
ra trong dây dẫn khi có điện áp đặt lên hoặc dòng điện
xoay chiều đi qua.
– Phát nóng do hiệu ứng Joule: Điện trở
– Dòng điện XC gây nên từ trường tự cảm của từng dây
dẫn và hỗ cảm giữa các dây dẫn với nhau. Điện kháng
– Điện áp cao áp gây ra điện trường lớn trên bề mặt dây
dẫn (hiện tượng ion hóa không khí quanh dây dẫn, hiện
tượng vầng quang) gây ra tổn hao: Điện dẫn
– Điện áp xoay chiều gây nên điện trường giữa các dây dẫn
với nhau và với đất như các bản tụ điện: Dung dẫn.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
2.1. Sơ đồ thay thế dây dẫn
• Điện trở
– Điện trở một chiều (Ω):
F
ρ
Rdc =
ρ : Điện trở suất của dây dẫn
(Ω.m)
– Điện trở thay đổi theo nhiệt độ:
– Điện trở xoay chiều: mật độ dòng điện phân bố không đều do
hiệu ứng bề mặt, Rxc > Rdc. Ở tần số 50Hz, sự khác nhau
không đáng kể (~1%) nêu coi Rxc~Rdc
F : Thiết diện dây dẫn (m2)
)]tα(t[1RR 00t −+=
t0 : Nhiệt độ thiết kế(20oC)
R0 : Điện trở khi t0 (Ω)
α : Hệ số nhiệt của điện trở
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Điện kháng
0.779r
D
ln102
r
D
4ln1
8
µ
L m4m0 −×=
+
pi
=
µ0 : Hệ số dẫn từ của vật liệu chế tạo dây (4pi.10-4H/km)
r: Bán kính ngoài của dây dẫn (m)
0.779r
D
ln0.1213fL2X mL ×=pi=
(H/km)
(Ω/km)
Dm : Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn(m)
Dab, Dbc, Dac : Khoảng cách pha với pha
( )1/3acbcabm DDDD ××=
r
Dbc
a
b c
r
Dbc
cba
Dab
Dac
DDDm 26.123 ==
DDm =
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Dung dẫn
r
D
ln18
10
r
D
ln
ε2
C
m
9
m
0
×
=
pi
=
−
ε0 : Khoảng cách không gian ( F/m)
r: Bán kính ngoài của dây dẫn (m)
fC2
1
Xc
pi
=(F/km) ; (Ω/km)
90 1036
1
ε
×pi×
=
Dm : Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dân (GMD) (m)
• Điện dẫn
2
0
n
c
U
PG ∆=
∆Pc0 : Suất tổn thất vầng quang (W/km)
Un : Điện áp định mức (kV)
(1/Ωkm)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
2.1. Sơ đồ thay thế dây dẫn
• Các dạng sơ đồ thay thế của dây dẫn
– Mạng 2 cửa hình pi
Hình pi
Tổng trở: Z=R+jX=(r0+jx0).l
R L
G
2
G
2
C
2
C
2
Tổng dẫn: Y=G+jB=(g0+jb0).l; (l: Chiều dài, km)
– Hệ thống phân phối (ngắn hơn 80km)
Đường dây trên không hoặc cáp U≤22kV, l≤5km: Dung dẫn và
điện dẫn có thể bỏ qua. Sơ đồ thay thế bởi tổng trở nối tiếp.
Đối với đường dây dài U>22kV: Chỉ bỏ qua điện dẫn.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
2.1. Sơ đồ thay thế máy biến áp
• Sơ đồ thay thế của máy biến áp
– Tổng dẫn máy biến áp (ZT)
– Sơ đồ thay thế
2
2
.
r
lT S
UPR ∆=
r
rI
r
I
TT S
Uu
I
uZX
2%.
==≈
RT XT 2
0
c I
PR ∆=
I
UX rm =
r
RcXm
ZT= RT+ jXT
∆S0
r 0
RT, XL: Điện trở và điện kháng vòng dây
Rc: Điện trở do tổn thất trong các cuộn dây
Xm: Điện kháng do từ trường
Sr , Ur: Dung lượng MBA và điện áp
∆PI, ∆P0: Tổn thất có tải và không tải
uI: Điện áp ngắn mạch (%)
I0: Dòng điện không tải (từ trường)
rUjIPQjPS 00000 +∆=∆+∆=∆
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Máy biến áp 3 cuộn dây
– Sơ đồ thay thế
ZP
∆S0
ZS1
ZS2
)ZZ(ZZ
)ZZ(ZZ
)ZZ(ZZ
SPSSSPS
SSSPSPP
22111
2121
1
2
1
2
1
−−−
−−−
−−−
−+=
−+=
−+=
Tổng trở cuộn dây
SPSSSPS 12122 2
r
rSP
r
rSP
SPSPSP S
%.Uuj
S
.U∆PjXRZ
2
1
2
2
1
111
−−
−−−
+=+=
RP-S1, XP-S1: Tổng trở cuộn sơ cấp – thứ cấp thứ 1
Sr , Ur: Dung lượng MBA và điện áp
∆PI, uI : Tổn thất có tải và điện áp có tải khi cuộn sơ cấp và thứ
cấp thứ 1 kết nối với hệ thống. Cuộn thứ cấp thứ 2 mở.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất điện áp
• Tổn thất điện áp trên đường dây
)Im()Re().(3 ZIjZIjXRIVVV LS +=+=−=∆ &&&&
V
QXPR
V
QXPRXRIZIV +≅+=θ+θ=≅∆ )sincos(3)Re(
rL
R, X: Tổng trở một pha
Vr: Điện áp dây (L-L)
VS: Điện áp nguồn (L-L)
VL: Điện áp phụ tải (L-L)
I: Dòng tải
P, Q: công suất tải 3 pha kW và kVar
PL+jQL
R+jX VLVS
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất điện áp
• Hệ số tổn thất Kd : Tổn thất điện áp phần trăm (∆V%) trên
đường dây tính với 1 km đường dây và cấp cho tải 3 pha 1 kVA.
)sincos(100100 2 θθ XRVV
VKd +≅×
∆
=
kmkVA.
%
Kd Tra cứu trong sổ tay tra cứu (hệ số công suât).
rr
• Tổn thất điện áp trên đường dây đối với đường dây
nhiều phụ tải
( )∑
=
+=∆
n
i
iiii
r
XQRP
V
V
1
1 Ri Xi: Tổng trở trên đoạn đường dâythứ i
Vr: Điện áp (L-L)
Pi, Qi: Công suất tác dụng kW và phản
kháng kVar chạy trên đoạn
đường dây thứ i.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất điện áp
• Tổn thất điện áp đối với đường dây có phụ tải phân bố
đều
Xác định tổn thất điện áp do công
suất tác dụng gây trên đoạn đường
dây dx tại chiều dài đường dây x
từ cuổi
l
xdx
dxrxPdRP ....
Nguồn
L / 2 L / 2
P = P0.l
rr
xx
Px VV
Vd 00==∆
rr
l
r
P V
RP
V
lrP
V
dxxrPV
.2
.
.2
.....
2
00
0
00
===∆ ∫
Tổng tổn thất điện áp do công suất tác dụng
Tương tự,
r
Q V
XQV
.2
.
=∆
r
QP V
XQRPVVV
.2
.. +
=∆+∆=∆⇒
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tổng thất công suất trên đường dây
R
V
SRIP
L
L
L ×
×=≅∆
2
2
3
3..3
PL+jQL
R+jX VLVS
– Tổn thất công suất tác dụng:
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
X
V
QPQ
r
LL ×
+
=∆ 2
22
R, X: Tổng trở 1 pha
Vr: Điện áp dây
VS: Điện áp nguồn
VL: Điện áp tải
IL: Dòng điện tải
P, Q: Công suất tác dung và
phản kháng của phụ tải 3
pha
R
V
QPR
V
S
r
LL
L
L ×
+
≅×= 2
22
2
2
– Tổn thất công suất phản kháng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
• Tổn thất công suất của đường dây có phụ tải phân bố
đều
Mật độ phụ tải I0 (A/m), chiều dài l (m)
– Tổn thất công suất trên vi phân dx của đường dây
dxrxIRIPd xxx ..)..(3..3)( 0202 ==∆
– Tổn thất trên toàn tuyến:
RIlrIdxxrIP
l
.......3 230
2
0
0
2
0
2
0 ===∆ ∫
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Phân bố tải trên lưới
– Dòng điện ( ) và tổng trở (Z=z0.l)
– Phân bố hình chữ nhật :
Tải phân bố tại vị trí 1/3 chiều
×=∆ 2
3
13 TIZP
r
T .V3
D.l.w
I =
dài đường dây
– Phân bố hình tam giác :
Tải phân bố tại vị trí 8/15 trong
khoảng cách từ đỉnh đến dáy của
tam giác.
×=∆ 2
15
83 TIZP
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tổn thất công suất trong máy biến áp
– Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng
I
r
P
S
S
n
PnP ∆×
×+∆×=∆
2
max
0
1
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
r
IT
S
Su
n
SI
nQ
100
%1
100
% 2max0 ××+××=∆
Sr : Dung lượng máy biến áp
Smax: Công suất tải cực đại của trạm biến áp.
∆PI, ∆P0: Tổn thất ngắn mạch và không tải
uI: Điện áp ngắn mạch (in %)
I0: Dòng điện không tải (%)
n: Số máy biến áp trong trạm (làm việc song song)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tính toán tổn thất điện năng
– Định nghĩa (∆A) :
∫∆=∆
T
dttPA
0
)( ∆P(t) :Tổn thất công suất của lưới điệnT: Khoảng thời gian trên đồ thị phụ tải
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
– Tổn thất điện năng:
τ×∆=∆ maxPA ∆Pmax: Tổn thất công suất cực đại
τ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tính thời gian tổn thất công suất lớn nhất (τ)
– Sử dụng biểu đồ phụ tải cực đại – Tm
Quan hệ giữa τ và Tm
8760)10124.0( 24 ×+=τ −T
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
m
∫==
T
m dttPPP
AT
0maxmax
)(1
1 : Đồ thị phụ tải hệ thống
2 : vùng giao giữa Pmax và Tm
Tm: Tra trong sổ tay thiết kế.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
TTP
A
P
PF avS
τ
=
×∆
∆
=
∆
∆
=
maxmax
∆Pav : Tổn thất công suất
trung bình
– Sử dụng hệ số tổn thất (Fs)
×=τ
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
TFS⇒
– Tính hệ số tổn thất công suất (Fs)
Quan hệ giữa FS và FL
2)1( LLS FcFcF ×−+×= FL : Hệ số phụ tải
c = 0.2 (Anh và Úc)
c = 0.3 (Mỹ, đô thị)
c = 0.16 (Mỹ, nông nghiệp)
FL: Tra trong sổ tay thiết kế.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tổn thất điện năng của đường dây
τ∆=∆ .maxPA ∆Pmax: Tổn thất công suất cực đại
τ : Thời gian tổn thất công suất
lớn nhất
Tổn thất điện năng trong trạm biến áp
3. Tổn thất điện áp và công suất
3.1. Tổn thất công suất và điện năng
TFP s..max∆=
•
TFP
S
S
n
PnP
S
S
n
TPnA sI
r
I
r
∆
+∆=τ∆
+∆=∆ ...1....1..
2
max
0
2
max
0
Sr : Công suất của máy biến áp
Smax: Công suất cực đại của trạm.
∆PI, ∆P0:Tổn thất có tải và không tải
n : Số lượng máy biến áp trong trạm (làm việc song song)
T : Thời gian đóng điện máy biến áp (1 năm: 8760h)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Ví dụ 2. Xét trạm biến áp trung gian có 2 máy biến áp với các thông số
SđmB = 10MVA, cấp điện áp 132/11kV. Tổn thất không tải 18kW và có
tải 60kW, điện áp ngắn mạch % là 10.5%, dòng điện không tải % là
0.9%. Xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng của trạm biến
áp với phụ tải 12+j7.2MVA, Tm=5000h/năm.
Đáp án: Máy biến áp làm việc song song
)(75.9460
10
2.712
2
1182..1. 2
222
max
0 kWPS
S
n
PnP I
r
=×
+
+×=∆
+∆=∆
10)2.712(5.10110109.0%1% 32232 ×+×××.Su.SI
)(1208 kVAr=
341160
10
2.712
2
18760182...1.. 2
222
max
0 ××
+
+××=τ∆
+∆=∆ I
r
P
S
S
n
TPnA
)(34118760)105000124.0(8760)10124.0( 2424 hTm =+=+=τ −− x
)(5083854 kWh=
10.1002100
2
.100100
.
max0 ×+×=+=∆
r
IT
S
.
n
nQ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Đặc điểm lưới điện hở
– Lưới điện có một nguồn cấp,
– Sơ đồ có dạng hình tia, liên thông (phân nhánh) hoặc hỗn
hợp.
• Số liệu ban đầu
4. Tính toán dòng công suất
4.1. Thiết lập bài toán
– Sơ đồ lưới điện,
– Các thông số của đường dây và máy biến áp,
– Điện áp nguồn Uo
– Công suất các nút phụ tải.
• Nhiệm vụ tính toán
– Dòng điện và công suất chạy trên các nhánh
– Tổn thất công suất trên các nhánh
– Tổn thất điện áp các nhánh và điện áp các nút trên lưới.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tính toán lưới điện không xét đến tổng dẫn đường dây (lưới phân
phối điện)
– Các giả thiết tính toán:
Sơ đồ thay thế chỉ xét thành phần điện trở và điện kháng đường
dây (đường dây trên không trung và hạ áp U<110kV, cáp điện hạ
áp U<22kV)
4. Tính toán dòng công suất
4.2. Phương pháp gần đúng
Khi xác định phân bố dòng công suất tác dụng và phản kháng,
không tính đến tổn thất công suất trên các phần tử lưới điện.
Khi xác định tổn thất công suất và tổn thất điện áp, coi điện áp các
nút bằng điện áp định mức của lưới điện.
– Trình tự tiến hành:
Lập sơ đồ thay thế
Tính phân bố dòng công suất trên các nhánh
Tính tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên các nhánh
Tính điện áp tại các nút.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Ví dụ 3.
– Sơ đồ thay thế
– Dòng công suất trên các nhánh:
V0
S1
.
S2
.
S5
.
S6
.
S7
.
S3
.
S4
.
10 2
3
4
5
6
7
323 SS && = 424 SS && =
4322422212 SSSSSSS &&&&&&& ++=++=
656 SS && = 757 SS && =
7655756515 SSSSSSS &&&&&&& ++=++=
76543211512101 SSSSSSSSSSS &&&&&&&&&&& ++++++=++=
– Tổn thất công suất và điện áp trên các đoạn đường dây:
( ) ( )ijij2
r
2
ij
2
ij
ijij2
r
2
ij
ijijij j.XR.U
QP
j.XR.
U
S
Qj.∆PS∆ +
+
=+=∆+=&
r
ijijijij
ij U
.XQ.RP
∆U
+
=
– Điện áp nút: ijij ∆UUU −=
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tính toán lưới điện hở có xét đến dung dẫn đường dây
– Các giả thiết tính toán:
Sơ đồ thay thế có xét thành phần điện trở, điện kháng và
dung dẫn (đường dây trên không U=110kV và cáp U=22-
36kV)
4. Tính toán dòng công suất
4.2. Phương pháp gần đúng
Khi xác định phân bố dòng công suất, coi điện áp các nút
bằng điện áp định mức của lưới điện.
– Trình tự tính toán:
Tính phân bố công suất trên các nhánh
Xác định tổn thất điện áp và điện áp tại các nút.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Ví dụ 4.
– Sơ đồ thay thế
– Dòng công suất và tổn thất
trên các nhánh
i j
2
Q
j ij
iS& ijS
& '
ijS& jS&
2
Q
j ij
ijS∆ &
ijZ
2
Q
jSS ijj
'
ij −=
&& 2
rijij .UBQ =
ij
'
ijij S∆SS &&& += )j.X.(R
U
QP
)j.X.(R
U
)S(
S∆ ijij2
2
ij
2
ij
ijij2
2'
ij
ij +
+
=+=
&
&
;
;
rr
2
Q
jSS ijiji −= &&
– Tổn thất điện áp trên các nhánh và điện áp tại các nút
0
01010101
0
01010101
01 U
.RQ.XP
j
U
.XQ.RP
U∆
−
+
+
=
&
0101 U∆UU &&& −=⇒
i
ijijijij
i
ijijijij
ij U
.RQ.XP
j
U
.XQ.RP
U∆
−
+
+
=
&
ijij U∆UU &&& −=⇒
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
• Tính toán về điện trong lưới điện kín đơn giản
4. Tính toán dòng công suất
4.2. Phương pháp gần đúng
0.ZI.ZI.ZI 020212120101 =−+ &&&
0101 SSI
∗∗
≅=&
02SI
∗
≅&
12SI
∗
≅&
– Dòng công suất trên các nhánh
Trong đó ; ;
Áp dụng luật Kirchhoff xác định điện áp:
0
1 2
1S& 2S&
01S& 02S&
12S&
r0
01
U3U3
∗
0.ZS.ZS.ZS 020212120101 =−+⇒
∗∗∗
r
02
U3 r
12
U3
0 1 2 0’01
S& 02S&12S&
1S& 2S&
(1)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
0SSS 11201 =−− &&&
0SSS 21202 =−+ &&&
Tính dòng điện theo Kirchhoff tại nút phụ tải 1 và 2
4. Tính toán dòng công suất
4.2. Phương pháp gần đúng
(2)
(3)
021201
02202121
01
ZZZ
ZS)ZZ(S
S
ˆˆˆ
ˆˆˆ
++
×++×
=
&&
&
021201
01112012
02
ZZZ
ZS)ZZ(S
S
ˆˆˆ
ˆˆˆ
++
×++×
=
&&
&
20210112 SSSSS &&&&& +=−=
Từ (1), (2) và (3), ta có
;
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_cung_cap_dien_chuong_5_tinh_toan_ve_dien_trong_he.pdf