Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Chọn dây dẫn

CHƯƠNG VI CHỌN DÂY DẪN 10/10/2015 1 Chương VI 1. Đặc thù của lưới điện trung hạ thế 2. Tính toán chọn dây dẫn cho mạng điện hạ thế . 3. Tính toán chọn dây dẫn cho mạng điện trung thế . 10/10/2015 2 6.1 Đặc thù tính toán lưới điện trung hạ thế 1. Công suất phụ tải tương đối thấp (vài kW đến vài MW) 2. Chiều dài đường dây dẫn điện ngắn ( vài mét đến dưới vài chục mét , mạng trung thế chỉ vài km ) 3. Các phương pháp đi dây hạ thế thường khiến điều kiện tản nhiệt bị hạn chế đối với dây dẫn . 4. Mạng hạ thế nối trực tiếp tới thiết bị , cần chú ý các điều kiện làm việc , vận hành và an toàn cho người . 5. Mạng điện phân phối do nhiều phụ tải mắc trực tiếp không qua máy biến áp nên yêu cầu về chất lượng điện áp rất chặt chẽ, mặt khác khả năng điều chỉnh điện áp trong mạng phân phối cũng hạn chế so với mạng truyền tải. 6. Khi thiết kế mạng phân phối trung thế thường căn cứ vào mức tổn thất điện áp cho phép để chọn tiết diện dây. 10/10/2015 3 Tính phụ tải điện - KVA được cung cấp 6.2 . Tính toán lưới - Dòng tải tối đa Ilvmax=I tt điện hạ thế Xác định kích cỡ dây dẫn - Chọn loại dây dẫn và loại cách điện - Chọn các phương pháp lắp đặt - Chọn yếu tố hiệu chỉnh theo điều kiện môi trường - Xác định tiết diện dây dẫn , tra dây dẫn theo dòng cho phép Tính sụt áp tối đa - Điều kiện ổn định , vận hành bình thường - Điều kiện động cơ khởi động Sơ đồ khối Tính toán dòng ngắn mạch các bước - Dòng ngắn mạch phía nguồn chọn tiết - Giá trị dòng NM lớn nhất diện cáp và - Giá trị tối thiểu INMmin ở cuối dây dẫn đánh giá thiết bị bảo Lựa chọn các thiết bị bảo vệ vệ với một - Dòng định mức mạch cho - Khả năng cắt - Bảo vệ ghép tầng sẵn 10/10/2015 - Kiểm tra tính chọn lọc 4 6.2 . Chọn dây dẫn trong lưới điện hạ thế 6.2.1. Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) là nhiệt độ lớn nhất mà khi làm việc ở nhiệt độ này , dây dẫn và cáp vẫn còn giữ được đúng đặc tính nhiệt và cơ của nó . 0 • Đối với dây trần : cp  70 C . cp dựa trên đặc tính của mối nối _ đây là chỗ tiếp xúc kém nhất khi có dòng đi qua ,sẽ gây nên hiện tượng phát nóng nhiều nhất _ Khi nhiệt độ tăng quá giá trị cho phép , chỗ tiếp xúc sẽ bị oxy hóa mạnh làm tăng điện trở tiếp xúc và ngày càng nóng lên cho tới khi đường dây không làm việc được nữa . 5 10/10/2015 6.2. 1. Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) • Dây có bọc cách điện : bộ phận chịu nhiệt kém nhất là lớp cách điện bọc quanh dây dẫn như cao su , PVC. Tính cách điện của dây chỉ được đảm bảo khi nhiệt độ của lõi dây không vượt quá cp của vật liệu cách điện đó . cp của dây có bọc phụ thuộc vật liệu cách điện của nó . 0 0 Cách điện bằng cao su , PVC có cp = 60 C  80 C ; cách điện bằng 0 0 sợi amiang , sợi thủy tinh cp = 100 C  120 C . • Cáp ngầm có vỏ bọc kim loại bằng chì hoặc nhôm , cách điện bằng giấy tẩm dầu , khi bị nóng lên vật liệu cách điện này sẽ dãn nở và khi nguội đi thì co lại nhiều hơn vỏ bọc chì . Do đó sẽ hình thành khoảng trống không khí giữa cách điện và vỏ bọc , dưới tác dụng của điện trường , không khí ở đây sẽ bị ion hóa đủ mạnh và gây nên hiện tượng chọc thủng cáp . 0 0 cp = 50 C – 80 C 6 10/10/2015 6.2.2. Hiện tượng phát nóng của dây dẫn Khi có dòng điện chạy qua , dây dẫn sẽ nóng lên , sự biến thiên nhiệt độ trong dây dẫn theo thời gian được biểu diễn bằng hàm số  t / T Δθ  θ  θ0  (θmax  θ0 )(1 e ) T   : độ chênh nhiệt độ của  max dây dẫn so với môi trường chung quanh ( 0 C).  : nhiệt độ của dây dẫn sau 1 khi có dòng điện chạy qua t giây ( 0 C). 2 0 : nhiệt độ môi trường chung quanh ( 0 C). 0 max : nhiệt độ giới hạn lớn t nhất đối với dây dẫn ( 0 C). T : hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn (s). 10/10/2015 7 6.2.2. Hiện tượng phát nóng của dây dẫn I=const I=const chạy qua , dây dẫn bị đốt nóng , nhiệt lượng phát ra chia làm 2 phần : một phần làm nóng dây dẫn , phần còn lại tỏa ra môi trường chung quanh .  Nhiệt lượng tỏa ra môi trường theo 3 đường : bức xạ , đối lưu và truyền dẫn . Vì hệ số truyền dẫn không khí rất thấp nên chỉ xét đến hiện tượng đối lưu và bức xạ .  Ở giai đoạn đầu , dòng điện làm cho nhiệt độ dây dẫn tăng tuyến tính theo đường thẳng , do hiện tượng đối lưu và bức xạ , một phần nhiệt lượng tỏa ra môi trường chung quanh .  Khi đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt , nhiệt độ của dây dẫn bằng với nhiệt độ môi trường chung quanh , nhiệt lượng phát sinh sẽ tỏa hết ra môi trường chung quanh, dây dẫn đạt nhiệt độ xác lập  Dây dẫn đạt nhiệt độ xác lập khi t = (3  4)T 10/10/2015 8 6.2.3. Dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp Dòng điện cho phép ( Icp ) là dòng điện chạy qua dây dẫn lâu dài làm cho dây nóng lên tới nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ cho phép .  Dòng điện I chạy qua dây dẫn có điện trở r trong một đơn vị thời gian sẽ phát sinh nhiệt lượng l Q  K .I2 .r  K .I2 .ρ. 1 1 F K1 : hệ số qui đổi công suất điện ra nhiệt  : điện trở suất của dây dẫn ; l : chiều dài dây ; F : tiết diện dây (mm2)  Lượng nhiệt tỏa ra môi trường chung quanh Q  K 2 (θ  θ0 )S 2 K2 : hệ số tỏa nhiệt ( W/cm .độC ) là nhiệt lượng tỏa ra trong 1giây từ 1cm2 bề mặt dây dẫn khi độ chênh nhiệt giữa dây dẫn và môi trường là 10C ; S =.d.l : diện tích bề mặt tản nhiệt (cm2 ) , d : đường kính dây dẫn (cm) . 0 : nhiệt độ dây dẫn và của môi trường chung quanh Hệ số truyền nhiệt của dây dẫn phụ thuộc vào : •nhiệt độ ban đầu của dây dẫn . •tốc độ chuyển động của không khí gần dây dẫn . 10/10/2015 9 6.2.3. Dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp l Ở trạng thái cân bằng nhiệt , nhiệt lượng phát ra trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt d lượng tỏa ra môi trường chung quanh S d l 2 2 l Q  K .I .r  K .I .ρ.  K (θ  θ0)S 2 1 1 F 2 S  πd.l(cm ) F(θ  θ )S 0 K 2 I  K 3 ; K 3  ρ.l K1 F(θ - θ )S I  K cp 0 cp 3 ρ.l 10/10/2015 10 6.2.3. Dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp 1. Dòng điện cho phép tỉ lệ với Δθ  θ  θ0 Khi nhiệt độ môi trường chung quanh là ’0 khác nhiệt độ tiêu chuẩn 0 F(θ - θ' )S I'  K cp 0 cp 3 ρ.l Icp (θcp - θ0 ) Δθ1 Δθ2   ⇒;I'cp  Icp I'cp (θcp - θ'0 ) Δθ2 Δθ1 1 2. Icp tỉ lệ với ρ Icp1 2 1 = ⇒Icp2 = Icp1 Icp2 1 2 10/10/2015 11 6.2.3. Dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp 3. Dây cùng loại nhưng có đường kính khác nhau 3 I F .S d3  d  2 cp1  1 1  I  I 2  I  2  cp2 cp1 3 cp1   Icp2 F2S2 d1  d1  2 d 3 / 2 4. I tỉ lệ với F.S  π. .π.d.l  d cp 4 Dòng cho phép sẽ tăng khi đường kính dây tăng hay tiết diện dây tăng 5. Mật độ dòng điện cho phép theo điều kiện phát nóng 3/ 2 I d -1/ 2 1 J  cp   d  θ F d2 d Mật độ dòng cho phép sẽ giảm khi tiết diện dây tăng ,dây càng to thì mật 10/10/2015 độ dòng cho phép càng thấp 12 6.2.4 Chọn dây dẫn và cáp hạ thế theo điều kiện phát nóng và và phối hợp với thiết bị bảo vệ 1. Theo điều kiện phát nóng: dây dẫn được lựa chọn theo dòng điện tính toán của tải sao cho nhiệt độ dây dẫn không lớn hơn nhiệt cho phép của dây dẫn với mọi giá trị dòng điện tải ở chế độ dài hạn Icp  Ilvmax Giá trị Icp tra được thường ứng với điều kiện thử nghiệm nơi sản xuất , ví dụ nhiệt độ 0 , dây chỉ một sợi Cần qui đổi dòng cho phép theo điều kiện tản nhiệt cụ thể nơi lắp đặt như theo nhiệt độ môi trường , phương pháp lắp đặt , số dây đi song song ' Ilvmax Icp  Icp .k hc  Ilvmax  Icp  k hc Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn (A) _tra theo catalog. I lvmax -dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn (A) Khc - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào cách lắp đặt ,số mạch đi kề ....... 10/10/2015 13 a. Xác định cỡ dây đối với cáp không chôn dưới đất Khc= K1.K2.K3 Xác định mã chữ cái phụ thuộc : - dạng của mạch (1 pha, 3 pha ...) - dạng lắp đặt. Mã đi Dạng của dây Cách lắp đặt dây -dưới lớp nắp đúc, có thể lấy ra được hoặc không, bề mặt đổ lớp vữa hoặc nắp bằng. B -dưới sàn nhà hoặc sau trần giả Dây 1 lõi và nhiều lõi -trong rãnh, hoặc ván lát chân tường -khung treo có bề mặt tiếp xúc với tường hoặc trần C -trên những khay cáp không đục lỗ -thang cáp, khay có đục lỗ hoặc trên congxom đỡ E Cáp có nhiều lõi -treo trên tấm chêm -cáp móc xích tiếp nối nhau F Cáp 1 lõi 10/10/2015 14 Xác định các hệ số Hệ số K1 thể hiện ảnh hưởng của cách thức lắp đặt Đối với cáp không chôn trong đất, hệ số K đặc trưng cho điều kiện lắp đặt và gồm 3 hệ số thành phần K = K1 x K2 x K3 Mã chữ Ví dụ K1 Cáp đặt thẳng trong vật liệu 0,70 B cách điện chịu nhiệt Ống dây đặt trong vật liệu 0,77 cách điện chịu nhiệt Cáp đa lõi 0,90 Hầm và mương cáp kín 0,95 Cáp treo trên trần 0,95 C Các trường hợp khác 1 B, C, E, F 10/10/2015 15 Hệ số K2 thể hiện ảnh hưởng của số lượng dây đặt kề nhau Hai mạch đặt kề nhau khi khoảng cách L giữa 2 dây nhỏ hơn 2 lần đường kính của 2 cáp nói trên. Khi số lớp cáp nhiều hơn 1 , K2 cần được nhân với các hệ số sau 2 lớp : 0,8 ;3 lớp : 0,73 ;4 hoặc 5 lớp : 0,7 Mã Hệ số K2 chữ Cách thức đặt gần nhau Số lượng mạch hoặc cáp đa lõi cái 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 16 20 Lắp hoặc chôn trong B,C 1,0 0,8 0,7 0,65 0,60 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0.38 tường Hàng đơn trên tường hoặc nền nhà, hoặc trên khay 1 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7 0,7 C cáp không đục lỗ Hàng đơn trên trần 0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,61 0,61 Hàng đơn nằm ngang hoặc E,F 1 0,88 0,82 0,77 0,75 0,73 0,73 0,72 0,72 0,72 trên máng đứng Hàng đơn trên thang cáp, 1 0,87 0.82 0,8 0,8 0,79 0,79 0,78 0,78 0,78 công xom 10/10/2015 16 Hệ số K3 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện Nhiệt độ Cách điện môi trường Cao su (chất PVC butyl polyethylene dẻo) (XLPE), cao su có ethylene propylene (EPR) 10 1,29 1,22 1,15 15 1,22 1,17 1,12 20 1,15 1,12 1,08 25 1,07 1,07 1,04 30 1,00 1,00 1,00 35 0,93 0,93 0,96 40 0,82 0,87 0,91 45 0,71 0,79 0,87 50 0,58 0,71 0,82 55 - 0,61 0,76 60 - 0,50 0,71 65 - - 0,65 70 - - 0,58 75 - - - 80 - - - 10/10/2015 17 Ví dụ chọn dây không chôn dưới đất Cáp 3 pha 3 lõi XLPE đặt trên khay đục lỗ có 3 mạch cáp khác gồm: - 1 cáp 3 pha 3 lõi (ký hiệu 1) - 3 cáp một pha (ký hiệu 2) -6 cáp một pha (ký hiệu 3) ;mạch cáp số 3 chứa 2 cáp cho mỗi pha. Vậy sẽ có 5 cáp 3 pha có trong hàng Nhiệt độ môi trường là 400C. Mã chữ cái theo phương pháp đi dây Ilvmax là E. Icpdd Khc  Ilvmax  Icpdd  K1 = 1, K2 = 0,75, K3 = 0,91 Khc K= K1 x K2 x K3 = 1 x 0,75 x 0,91 25 = 0,68  Icpdd   36,8A Chọn dây dẫn XLPE này khi I =25A 0,68 lvmax Tiết diện dây sẽ được tìm như sau: ở cột PR3 ứng với mã chữ cái E và giá trị gần nhất và lớn hơn 36,8A : 2  Chọn dây đồng với tiết diện 4mm , Icp=42A 2  Dây nhôm sẽ là 6mm có Icp = 43A 10/10/2015 18 Cách điện và số dây Cao su hoặc PVC Butyl hoặc XLPE hoặc EPR Mã B PVC3 PVC2 PR3 PR2 B Mã chữ chữ cái C PVC3 PVC2 PR3 PR2 C cái E PVC3 PVC2 PR3 PR2 E F PVC3 PVC2 PR3 PR2 F Tiết 1,5 15,5 17,5 18,5 19,5 22 23 24 26 1,5 Tiết diện 2,5 21 24 25 27 30 31 33 36 2,5 diện cắt 4 28 32 34 36 40 42 45 49 4 cắt ngang 6 36 41 43 48 51 54 58 63 6 ngang dây 10 50 57 60 63 70 75 80 86 10 dây đồng 16 68 76 80 85 94 100 107 115 161 16 đồng (mm2) 25 89 96 101 112 119 127 138 149 200 25 (mm2) 35 110 119 126 138 147 158 169 185 35 Tiết 2,5 16,5 18,5 19,5 21 23 25 26 28 2,5 Tiết diện cắt 4 22 25 26 28 31 33 35 38 4 diện ngang 6 28 32 33 36 39 43 45 49 6 cắt dây 10 39 44 46 49 54 59 62 67 10 ngang nhôm 16 53 59 61 66 73 79 84 91 16 dây (mm2) 25 70 73 78 83 90 98 101 108 121 25 nhôm 35 86 90 96 103 112 122 126 135 150 35 (mm2) 50 104 110 117 125 136 149 154 164 184 50 10/10/2015 19 b.Xác định cỡ dây cho dây chôn dưới đất Khc = K4xK5xK6xK7 Cách lắp đặt K4 Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rãnh đúc 0,8 Trường hợp khác 1 Số dây K5 đặt kề nhau số mạch hoặc cáp nhiều lõi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 16 20 Chôn ngầm 1 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 0 Nếu cáp được đặt thành nhiều t đất cách điện 0 lớp, K5 được nhân với: 2 lớp C PVC XLPE, EPR :0,8 ; 3 lớp : 0,73 10 1,10 1,07 15 1,05 1,04 20 1,00 1,00 Tính chất của đất K6 25 0,95 0,96 rất ướt (bão hòa) 1,21 30 0,89 0,93 ướt 1,13 35 0,84 0,89 ẩm 1,05 40 0,77 0,85 khô 1 45 0,71 0,8 50 0,63 0,76 rất khô 0,86 55 0,55 0,71 10/10/2015 60 0,45 0,65 20 Ví dụ Dây 1 pha, 220V đặt với 4 dây khác trong ống ngầm. Nhiệt độ đất 200C. Dây bọc PVC và cấp cho tải chiếu sáng 5kW. K4 =0,8 ;K5 = 0,6 ;K6 = 1,0 ;K7 = 1,0 K = K4 x K5 x K6 x K7= 0,48 5000 Ilvmax   22,73A 220 Ilvmax 22,73 Icpdd    47,35A Khc 0,48 Tiết diện dây dẫn  Ở cột PVC, 2 dây, dòng 54A thích ứng với dây đồng 4 mm2. 2  Nếu dùng dây nhôm, từ Icpdd chọn tiết diện 10mm với dòng cho phép lâu dài là 68A. 10/10/2015 21 Cách điện và số dây Cao su hoặc PVC Bytyl hoặc XLPE, hoặc EPR 3 dây 2dây 3 dây 2 dây 1,5 26 32 31 37 2,5 34 42 41 48 4 44 54 53 63 6 56 67 66 80 Tiết 10 74 90 87 104 diện 16 96 116 113 136 dây 25 123 148 144 173 đồng 35 147 178 174 208 (mm2) 50 174 211 206 247 70 216 261 254 304 95 256 308 301 360 120 290 351 343 410 10 57 68 67 80 16 74 88 87 104 Tiết 25 94 114 111 133 diện 35 114 137 134 160 dây 50 134 161 160 188 nhôm 70 167 200 197 233 (mm2) 95 197 237 234 275 10/10/2015 120 224 270 266 314 22 6.2.4 Chọn dây dẫn trong mạng hạ thế theo điều kiện phát nóng và phối hợp với thiết bị bảo vệ 2. Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện được lựa chọn phải thỏa điều kiện bảo vệ ' Icpdd  KhcIcpdd  IBVnhiet IBVnhiet - dòng ngưỡng bảo vệ nhiệt ( chống quá tải ) của các thiết bị bảo vệ (CB/CC) Khc – hệ số hiệu chỉnh khi chọn tiết diện dây Chọn dây dẫn thỏa mãn cả hai điều kiện, nếu theo điều kiện 2 không có trong cataloge thì chọn giá trị không nhỏ hơn điều kiện 1 10/10/2015 23 6.2.4 Chọn dây dẫn trong mạng hạ thế theo điều kiện phát nóng và phối hợp với thiết bị bảo vệ 3.Kiểm tra điều kiện sụt áp  Chọn dây theo điều kiện phát nóng chưa xét đến tổn thất điện áp trên mạng điện  Tổng tổn thất max điện áp trên mạng điện không vượt quá giá trị tiêu chuẩn Tiêu chuẩn vềUcp% . Đường dây điện áp 6-10kV: ±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 thiết bị ΔU ΔU%  100 Uđm 10/10/2015 24 6.2.5 . Dây trung tính a. Tiết diện dây trung tính (SN) phụ thuộc vào : - dạng của sơ đồ nối đất, TT, TN,.v.v; - phương pháp bảo vệ chống chạm điện gián tiếp. 2 2 b. Mạch một pha có Spha  16mm (Cu) hoặc 25mm (Al) : SN=Spha 2 2 c. Hệ thống 3 pha Spha  16mm (Cu) hoặc 25mm (Al) : Chọn SN + bằng với dây pha hoặc + nhỏ hơn với điều kiện : a) dòng chạy trong dây trung tính trong điều kiện làm việc bình thường nhỏ hơn giá trị cho phép Icpdd. Ảnh hưởng của hài bậc 3 cần đặt biệt chú ý . b) công suất tải 1 pha nhỏ hơn 10% so với tải 3 pha cân bằng, hoặc c) dây trung tính có bảo vệ chống ngắn mạch. 10/10/2015 25 6.3 Chọn dây dẫn trong mạng trung thế 6.3.1 Chọn dây theo cùng tiết diện và thỏa điều kiện sụt áp cho phép 1. Đường dây có một phụ tải PR  QX PR QX ΔU     ΔU'  ΔU'' Udm Udm Udm Tổn thất điện áp trên đường dây bằng trị số cho phép Ucp ’ ’’ Ucp = U + U ; Chọn x0  0,33  0,43 /km '' QX Qx0 .l ' '' ΔU    ΔUcp  ΔUcp  ΔU Udm Udm PR Pr l ρPl ρPl ΔU'   0   F  cp U U FU ' dm dm dm UdmΔUcp 10/10/2015 26 6.3.1 CHỌN DÂY THEO CÙNG TIẾT DIỆN VÀ THỎA ĐIỀU KIỆN SỤT ÁP CHO PHÉP ρPl 1. Đường dây có một phụ tải F  ' ' ΔUcp (V) UdmΔUcp 2 2  là điện trở suất của kim loại : Al = 31,5 .mm /km; Cu = 18,8 .mm /km 2 P(kW); l(km); Uđm(kV); F(mm ) 2. Đường dây liên thông nhiều phụ tải  x n  r n ΔU''   0 Q l   ΔU'  0 P l  ΔU  ΔU''   i i  cp  i i cp  Udm i1  Udm i1 ρ n F  '  Pili ΔUcpUdm i1 10/10/2015 27 Mạng điện 3 pha 35 kV , hãy xác định tiết diện dây dẫn cho mạng điện nếu toàn bộ mạng điện dùng dây nhôm. Cho tổn thất điện áp cho phép Ucp% = 6% A 8 km b 5 km c 3 km d 4000+j3000 3000+j2000 2000+j2000 Hình 7.1 (KVA) (KVA) (KVA) ’’ , 1. Lấy x0 = 0,4 /km , tính U Ucp 0,4 ΔU''  3  2  2.103.8  3  2103.5  2.103.3 940V 35 ' 2. ΔUcp  6%.35000  940  1160V 31,5 3. F  4  3  2.103.8  3  2.103.5  2.103.3 80mm 2 1160.35 4. Chọn dây nhôm A-70 10/10/2015 28 Kiểm tra Với dây A-70, khoảng cách trung bình giữa các pha D = 1,25 m , có r0 = 0,45 /km x0 = 0,355/km. Tổng trở mỗi đoạn đường dây Z1  0,45  j0,355.8  3,6  j2,84Ω Z1  0,45  j0,355.5  2,25  j1,775Ω Z1  0,45  j0,355.3  1,35  j1,065Ω Kiểm tra tổn thất điện áp trên toàn bộ đường dây 9.3,6  5.2,25  2.1.35 7.2,84  4.1,775  2.1,65 ΔU %  .100 Ad 352 ΔUAd %  6,16% 10/10/2015 Chọn dây A-70 là chấp nhận được 29 3. Trường hợp đường dây phân nhánh ΔU'' được xác định theo đường đi bắt đầu từ nguồn và rẽ qua nhánh nào có trị số tính được lớn nhất. • Trường hợp cho phụ tải dòng điện thay q pi i  3i cosφ  3ii sinφi i i Udm Udm với ii và cosi là dòng điện và hệ số công suất của phụ tải i hoặc thay pm  3Im cosφm Udm với Im và cosm là dòng điện và hệ số công suất của đoạn m 10/10/2015 30 6.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi và thỏa điều kiện sụt áp cho phép 1. Đối với mạng điện cung cấp cho phụ tải tiêu thụ có thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax lớn thì thành phần tổn thất điện năng chiếm ti trọng lớn trong hàm chi phí tính toán. 2. Trong trường hợp này, tiết diện tối ưu của mạng điện được lựa chọn theo tiêu chuẩn tổn thất điện áp không vượt quá trị số cho phép , kết hợp với điều kiện tổn thất điện năng trong mạng là ít nhất. 3. Với một lượng kim loại màu của dây dẫn cho trước, tổn thất điện năng trong mạng điện sẽ nhỏ nhất khi mật độ dòng điện trên các đoạn đường dây không đổi. 4. Có thể chứng minh điều này bằng cách lấy đạo hàm riêng của tổn thất công suất một pha theo tiết diện dây dẫn và cho bằng không 10/10/2015 31 6.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi và thỏa điều kiện sụt áp cho phép '' 1. Cho một trị số cảm kháng trung bình x0 và tính thành phần sụt áp ΔU 2. Tính ' '' ΔUcp  ΔUcp  ΔU ' ΔUcp  3r1I1 cosφ1  r2I2 cosφ2  r3I3 cosφ3   I I I  '  1 2 3  3. ΔUcp  ρ 3 l1 cosφ1  l2 cosφ2  l3 cosφ3   F1 F2 F3  ' ΔUcp  ρ 3jl1 cosφ1  l2 cosφ2  l3 cosφ3  4. Tính mật độ dòng j (A/mm2) cho toàn bộ đường dây ΔU' j  cp 3.ρl1 cosφ1  l 2 cosφ2  l 3 cosφ3  cosφ1 ,cosφ2 ,cosφ3 là hệ số công suất trên từng đoạn đường dây, 32 10/10/2015  là điện trở suất; li là chiều dài các đoạn đường dây 6.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi và thỏa điều kiện sụt áp cho phép ΔU' j  cp (A / mm 2 ) 3.ρl1 cosφ1  l2 cosφ2  l3 cosφ3  5. Tính tiết diện cho từng đoạn đường dây I I I F  1 ;F  2 ;F  3 (mm 2 ) 1 j 2 j 3 j 6.Chọn dây tiêu chuẩn và kiểm tra sụt áp thực tế 7. Trường hợp mạng điện có phân nhánh, tính ΔU'' theo đường đi bắt đầu từ nguồn rẽ qua nhánh nào có tổng lớn nhất Qmlm và tính mật độ dòng theo đường bắt đầu từ nguồn rẽ qua nhánh nào có tổng lớn nhất  li cosφi 2 8. Khi tính mật độ dòng j cần so sánh với jktế. Chọn j(A/mm ) min Nếu j < jkt thì chọn tiết diện dây theo mật độ dòng j Nếu j > j thì chọn tiết diện dây theo mật độ j 10/10/2015 kt kt 33 6.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi và thỏa điều kiện sụt áp cho phép 2 Ví dụ 3km 600+j450kVA A 3km 1 4km 1000+j750kVA Hình 7.3 3 800+j600kVA Mạng điện 10 kV cung cấp cho ba xí nghiệp bằng đường dây trên không, dây dẫn bằng nhôm, công suất kVA của phụ tải và chiều dài đường dây cho trên hình, tất cả phụ tải có hệ số công suất bằng 0,8. Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 4500 giờ/năm. Hãy xác định tiết diện dây dẫn nếu tổn thất điện áp cho phép là 6%. 10/10/2015 34 '' theo tuyến A.1.3 1. Cho x0 = 0,35 /km, xác định ΔU 1 ΔU''  600.0,35.4 600  450  750.0,35.3  274(V) A13 10 ' ' '' ΔUcp  ΔUA13  ΔUcp  ΔUA13  6%.10000  274  326(V) ΔU' j  cp 3ρl1 cosφ1  l3 cosφ3  326 j   1,06(A / mm 2 ) 3.31,6.3.0,8  4.0,8 2 Dây nhôm Tmax = 4500 giờ  jkt =1,1 A/mm , j < jkt nên dùng j = 1,06 A/mm2 để xác định tiết diện 10/10/2015 35 j = 1,06 A/mm2 I1 P1 1 0,8  0,6 3 2 F1    .10  163,59mm j 3.j.Udm .cosφ1 3.1,06.10.0,8 I 0,8.103 F  3   54,53mm 2 3 j 3.1,06.10.0,8 chọn tiết diện đoạn 1 là A-150 và đoạn 3 là A-50 I2 P2 600 2 F2     40,9mm j 3.j.Udm .cosφ2 3.1,06.10.0,8 chọn dây A-50 Kiểm tra lại tổn thất điện áp với những tiết diện vừa chọn 10/10/2015 36 6.3.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại màu ít nhất và điều kiện sụt áp cho phép Khi mạng điện có Tmax nhỏ, ví dụ mạng điện nông nghiệp thành phần vốn đầu tư cho dây dẫn chiếm tỉ trọng lớn hơn thành phần tổn thất điện năng trong hàm chi phí tính toán. Đối với mạng điện này tiết diện được chọn sao cho phí tổn về kim loại màu là ít nhất. A I1 ,F 1, l 1 1 I2 ,F 2, l 2 2 I3 ,F 3, l 3 3 Hình 7.4 n ρ Pk Fk  '  li Pi Udm .ΔUcp i1 10/10/2015 37 Bài tập Mạng điện 10 kV cung cấp cho hai tải, chiều dài đường dây và công suất cho trên hình, tổn thất điện áp cho phép bằng 6%. Hãy lựa chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại màu ít nhất, dây nhôm, khoảng cách D = 1m. A 4 km 1 5 km 2 1670+j1942(KVA) 493+j162(KVA) Cho x = 0,36 /km, tính U’’ 1177+j880(KVA) 493+j162(KVA) 0 0,36 ΔU''  162  880.4  162.5  179V 10 6 ΔU  10000  600(V);ΔU'  600  179  421(V) cp 100 cp 31,5 1670 2 FA1  4 1670  5 493 93,92mm 10.421 Chọn dây AC-95 cho đoạn A-1 ; dây 31,5 493 AC-50 cho đoạn 1-2 F  4 1670  5 493 45,59mm 2 12 10.421 10/10/2015 38 6.3.4 Chọn tiết diện đường dây trên không và cáp ngầm theo điều kiện kinh tế Vốn đầu tư của đường dây gồm hai phần: • Phần ti lệ với tiết diện F của dây liên quan đến phí tổn dây dẫn. • Phần gần như không phụ thuộc vào tiết diện như chi phí thăm dò, sứ cách điện, cột điện ... Vốn đầu tư cho một đơn vị chiều dài đường dây : M = aF + b trong đó a,b là các hằng số. Tổn thất điện năng trên một đơn vị chiều dài trong một năm : 2 2 ΔA  3Imax .r0 .K tt .8760  3Imax .r0 .τ r0 điện trở một đơn vị chiều dài dây dẫn Phí tổn do tổn thất điện năng: CΔA  c0 .ΔA Hàm mục tiêu ρ Z  a  a .a.F  b c .3.I2 . .τ vh tc 0 max F 10/10/2015 39 6.3.4 Chọn tiết diện đường dây trên không và cáp ngầm theo điều kiện kinh tế ρ Z  a  a .a.F  b c .3.I2 . .τ vh tc 0 max F dZ ρ d2Z  a  a .a  3I2 τ  0 vaø  0 dF vh tc max F2 dF 3τρc0  Fkt  Imax avh  atc a Mật độ dòng điện kinh tế Imax avh  atc a 2 jkt   (A / mm ) Fkt 3τρc0 10/10/2015 40 Bảng số liệu mật độ dòng điện kinh tế theo Tmax và loại dây dẫn Tên dây dẫn Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax (giờ/năm) 1000-3000 3000-5000 >5000 Dây đồng trần 2,5 2,1 1,8 Nhôm và nhôm lõi thép 1,3 1,1 1,0 Cáp bọc giấy và dây dẫn bọc cao su lõi: - Đồng 3,0 2,5 2,0 - Nhôm 1,6 1,4 1,2 10/10/2015 41 Ví dụ Mạng điện 110 kV cung cấp cho hai tải bằng 2 đường dây song song , chiều dài đường dây và công suất cho trên hình . Hãy lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế cho phép , biết dây nhôm lõi thép trần , Tmax = 4000h/năm . A L1=30 km 1 L2=20 km 2 25 MW 35 MW Các bước tínhtoán : cos=0,8 cos=0,8 1. Tính dòng làm việc max bình thường trên mỗi đường dây . 2. Tra bảng chọn j kt . 3. Tính tiết diện kinh tế , chọn dây có tiết diện gần nhất . 4. Kiểm tra lại điều kiện sự cố khi 1 dây ngừng làm việc , dây còn lại gánh toàn bộ tải . 25  35 I  103  196,83A lvmaxbt _ A1 2 3.110.0,8 3 35 Ilvmaxbt _12  10  114,81A 10/10/2015 2 3.110.0,8 42 2 2. Tra bảng chọn j kt : dây nhôm lõi thép , Tmax =4000h/năm nên jkt=1,1 (A/mm ) Ilvmax 196,83 2 Fkt _ A1    178,93(mm ) jkt 1,1 Ilvmax 114,81 2 Fkt _12    104,37(mm ) jkt 1,1 3. Tính tiết diện kinh tế , chọn dây có tiết diện gần nhất . Chọn F_A-1 : AC-185 ; Icp= 500A F_1-2 : AC -100 ; Icp = 335 A 4. Kiểm tra lại điều kiện sự cố khi 1 dây ngừng làm việc , dây còn lại gánh toàn bộ tải . Đứt 1 dây , đoạn A-1 có Ilvmax = 2.196,83 = 393,66 A < Icp =500 A : đạt yêu cầu Đứt 1 dây , đoạn 1-21 có Ilvmax = 2.114,81 = 229,62 A < Icp =335 A : đạt yêu cầu 10/10/2015 43 Bài tập 1. Mạng điện 22 kV cung cấp cho 3 phụ tải, cho trên hình . Hãy xác định tiết diện dây dẫn nếu toàn bộ mạng điện dùng dây nhôm lõi thép . Cho tổn thất điện áp cho phép Ucp% = 5% A 2 km b 3 km c 3 km d 4000+j2000 3000+j1000 2000+j2000 (KVA) (KVA) (KVA) 2. Một đường dây một pha hai dây AG dài 1200 m, được cung cấp điện từ đầu A ở điện áp 250 V. Phụ tải ampe và chiều dài các đoạn đường dây cho trong hình . Điểm G không có phụ tải. Nếu điện áp ở G là 210 V, 2 tìm tiết diện dây, cho biết dùng dây đồng có điện trở suất ρCu  17Ω.mm / km 250V 400A B 320A C 250A D 150A E 60A F G 250m 150m 200m 200m 300m 100m 80A 70A 100A 100A 60A 10/10/2015 44