Giáo trình Kỹ thuật lưới điện (Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Điện lực miền Bắc

ay tay vặn của bộ điều chỉnh đặt trên nắp máy về vị trí đã định. a) b) Việc thay đổi đầu phân áp phức tạp và máy biến áp phải ngừng cung cấp điện cho phụ tải nên người ta phải tính toán chọn trước một đầu phân áp nào đó sao cho trong các chế độ vận hành của lưới điện (chế độ có phụ tải lớn nhất và bé nhất) điện áp đầu ra của máy biến áp dao động trong phạm vi cho phép. Khi ta biết các tham số của máy biến áp, phụ tải cực đại (Smax), cực tiểu (Smin), điện áp trên thanh góp sơ cấp trong các tình trạng đó là U1(max) và U1(min). Cho độ lệch điện áp cho phép so với định mức trên thanh góp thứ cấp của máy biến áp. Cần chọn hệ số biến đổi của máy biến áp. Biết phụ tải cực đại (Smax), cực tiểu A X a x -5%Uđm +5%Uđm Hình 3.10: Bộ điều chỉnh điện áp không tải X a x -5%Uđm -2,5%Uđm +2,5%Uđm +5%Uđm A 59 (Smin) và tổn thất trong cuộn dây của máy biến áp ta xác định được phụ tải ở cuộn dây sơ cấp (Smax1) và (Smin1). Điện áp trên cuộn dây sơ cấp U1(max) và U1(min) nên tổn thất điện áp trong máy biến áp và điện áp bên thứ cấp 2(max) và 2(min) quy đổi về cuộn dây cao áp: 2(max)= U1(max)- UB (max)= 1(max)- 2(min)= U1(min)- UB (min)= 1(min)- Trong đó: rB, xB - điện trở, điện kháng của máy biến áp quy về cuộn dây sơ cấp. Điện áp thực U2(max) và U2(min) ở phía thứ cấp của máy biến áp: U2(max) = ; U2(min) = (3.14) Với kB = Trong đó: UB1.pa - điện áp nấc chọn được của cuộn dây sơ cấp. UBđm2 - điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp. Nấc điện áp cần thiết của cuộn dây máy biến áp chọn bằng cách đúng dần. Cho trị số điện áp nấc nào đó UB1.pa và thử lại xem các trị số điện áp thực U2(max) và U2(min) có phù hợp với trị số yêu cầu không. Nếu không phù hợp thì thay đổi nấc điện áp và tính lại. Ví dụ: Chọn nấc của máy biến áp giảm áp công suất 560 kVA, có hệ số biến đổi 10 5%/ 0,4 kV sao cho độ lệch điện áp so với định mức của mạng 380V là nhỏ nhất. Điện áp phía sơ cấp của máy biến áp khi phụ tải cực đại U1(max)= 10,6 kV, khi phụ tải cực tiểu U1(min) = 9,9 kV. Phụ tải cực đại 500 - j200 kVA, cực tiểu 180 - j90 kVA. Điện trở tác dụng của máy biến áp rB= 3, điện trở phản kháng xB= 9,84. . U . U . U . U (max)1 B1maxB1max U x.Qr.P + . U . U (min)1 B1minB1min U x.Qr.P + Bk U . (max)2 . B . (min)2 . k U 2Bdm pa.1B U U  (3.13) 60 Lời giải: Máy biến áp có 3 nấc điều chỉnh điện áp ở cuộn dây sơ cấp. Ta chọn nấc giữa của cuộn dây, khi đó: kB = = 25 Điện áp phía thứ cấp quy đổi về phía sơ cấp được tính theo 3.12: Khi phụ tải cực đại: 2(max)= 10,6 - = 10,6 – 0,33 = 10,27 kV Khi phụ tải cực tiểu: 2(min)= 9,9 - = 9,9 – 0,44 = 9,76 kV Điện áp thực tế phía thứ cấp máy biến áp tính theo 3.13: U2(max) = = 410 V ; U2(min) = = 391 V Độ lệch điện áp của mạng điện so với định mức: U12(max) = = + 7,9%; U12(min) = = + 2,9% Điện áp ở phía thứ cấp quá cao,vì vậy ta tăng hệ số biến đổi bằng cách dùng nấc +5% của cuộn dây sơ cấp: kB= = 26,2 Như vậy, điện áp thực tế phía thứ cấp: 4,0 10 . U 310. 6,10 84,9.2003.500 −+ . U 310 9,9 84,9.903.180 −+ 3 . 10. 25 27,10 3 . 10. 25 76,9 2 . 10. 380 380410 − 2 . 10. 380 380391− 4,0 5,10 61 U2(max) = = 392 V ; U2(min) = = 370 V Độ lệch điện áp của mạng điện so với định mức: U12(max) = = + 3,16% ; U12(min) = = - 2,64%. Kết luận: Như vậy ta chọn hệ số kB= 26,2 là thoả mãn điều kiện đặt ra. 3.3. Thay đổi kích từ của máy phát điện trong các nhà máy điện Trong lưới điện nhỏ chỉ có một nhà máy điện, ta có thể dựa vào việc thay đổi điện áp của các máy phát điện để điều chỉnh điện áp sao cho phù hợp với yêu cầu của các hộ tiêu thụ. Khi phụ tải tăng lên người ta nâng cao điện áp ở các máy phát điện lên và ngược lại. Do đó điện áp ở phía phụ tải luôn được giữ ở phạm vi cho phép. Khả năng nâng cao điện áp ở thanh cái máy phát điện nhiều hay ít lúc phụ tải cực đại là do phụ tải ở gần nhà máy điện nhất quyết định, mức điện áp hạ thấp cho phép ở thanh cái máy phát điện lúc phụ tải cực tiểu là do phụ tải ở xa nhà máy điện nhất quyết định. Nhưng việc nâng cao hay hạ thấp điện áp máy phát điện lúc vận hành có giới hạn UđmF 5% UđmF. Điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi điện áp của máy phát điện trong nhà máy điện chỉ phù hợp với các lưới điện nhỏ, còn đối với lưới điện lớn khoảng cách dẫn điện lớn, nhiều cấp điện áp, nhiều nhà máy điện thì không thể cùng lúc nâng cao hay hạ thấp điện áp ở tất cả các cực máy phát điện. Vì vậy người ta dùng các biện pháp khác để điều chỉnh. 3 . 10. 2,26 27,10 3 . 10. 2,26 76,9 2 . 10. 380 380392 − 2 . 10. 380 380370 − 62 CHƯƠNG 4: TỔN THẤT CÔNG SUẤT, ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN Giới thiệu Trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng, một lượng công suất, điện năng bị tổn thất chủ yếu trên đường dây và các trạm biến áp. Trong phần này chúng ta tìm hiểu sơ bộ cách tính tổn thất công suất, điện năng trên đường dây và trong trạm biến áp. Mục tiêu: Học xong chương này, người học có khả năng: - Tính toán tổn thất công suất, điện năng trên đường dây và TBA. Nội dung chương: 1. Tổn thất công suất trên đường dây và trạm biến áp Trong qua trình truyền tải, điện năng bị tổn thất trên đường dây và trong các máy biến áp. Điện năng tổn thất đó làm cho dây dẫn và máy biến áp phát nóng. Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và trong các máy biến áp được bù bởi các máy phát điện của nhà máy điện. Trong hệ thống điện bé, tổn thất công suất nhỏ thì chỉ tăng thêm công suất của máy phát. Còn trong hệ thống điện lớn, tổn thất công suất lớn thì người ta phải đặt thêm máy phát điện. Như vậy tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện làm tăng vốn đầu tư xây dựng hệ thống điện. Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây và trong các máy biến áp được bù bởi các thiết bị chuyên phát ra công suất phản kháng như tụ điện, máy bù đồng bộ. Tổn thất công suất phản kháng trong lưới điện lớn hơn tổn thất công suất tác dụng vài lần. Để giảm tổn thất công suất và điện năng trong lưới điện người ta thực hiện nhiều biện pháp như nâng cao điện áp làm việc của lưới, tăng tiết diện dây dẫn đường dây, đặt thiết bị bù công suất phản khángVấn đề chính là khi thiết kế lưới điện ta phải tìm biện pháp để giảm tổn thất công suất và điện năng để đảm bảo cho 63 hệ thống làm việc tốt nhất đảm bảo chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Vì vậy ta phải tính được tổn thất công suất, điện năng trên lưới để có biện pháp giảm tổn thất hợp lý. 1.1.Tổn thất công suất trên đường dây 1.1.1. Đường dây có một phụ tải Xét đường dây tải điện xoay chiều 3 pha cung cấp điện cho phụ tải S=P+jQ đặt cuối đường dây: Hình 4.1a Tổn thất công suất tác dụng, phản kháng trên đường dây được xác định theo công thức: P = 3I2R = 3(I2p + I2q ).R (4.1) Q = 3I2X = 3(I2p + I2q ).X (4.2) Trong đó: I - dòng điện toàn phần. Ip- dòng điện tác dụng. Iq - dòng điện phản kháng. R - điện trở dây dẫn của đường dây. X- điện kháng dây dẫn của đường dây. Thay trị số của công suất toàn phần S, công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q vào (4.1), (4.2) ta có: P = R ; Q = X (4.3) Khi tính toán theo công thức (4.3), công suất và điện áp phải lấy ở cùng một điểm trên đường dây. Nếu không đòi hỏi mức chính xác cao thì có thể lấy Uđm của lưới điện. Khi chỉ có một vài phụ tải thì tổn thất công suất trên đường dây P bằng tổng tổn thất trên các đoạn riêng biệt trên đường dây. 1.1.2. Đường dây có phụ tải phân bố đều 2 22 U QP + 2 22 U QP + S=P+jQ 64 Mạng điện phân phối trong thành phố có trị số phụ tải gần bằng nhau và cách nhau những khoảng cách như nhau. Tất cả phụ tải này có thể thay bằng phụ tải liên tục phân bố đều trên dọc đường dây. Hình 4.1b Người ta tính được tổn thất công suất trong đường dây dẫn điện xoay chiều 3 pha mang phụ tải đều có chiều dài L, phụ tải tổng là I, điện trở trên đơn vị chiều dài của dây dẫn là r0 như sau: P = I2 r0.L = I2R (4.4) Như vậy khi phụ tải phân bố đều thì tổn thất công suất nhỏ hơn 3 lần so với khi có một phụ tải tập trung với giá trị tương đương đặt cuối đường dây. Do vậy trong thực tế người ta cố gắng phân bố phụ tải trên đường dây cho đều nhau. 1.2. Tổn thất công suất trong máy biến áp 1.2.1. Tổn thất công suất trong máy biến áp hai cuộn dây Tổn thất công suất trong máy biến áp có thể chia ra làm hai phần: phần phụ thuộc vào phụ tải và phần không phụ thuộc vào phụ tải. Thành phần không phụ thuộc vào phụ tải là thành phần tổn thất trong lõi thép của máy biến áp, còn gọi là tổn thất không tải. Nó không phụ thuộc vào công suất phụ tải của máy mà chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của máy biến áp. Tổn thất không tải được xác định theo các số liệu kỹ thuật của máy biến áp: S0 = PFe - jQFe (4.5) Với: QFe = I0%. Sđm/100 Trong đó: PFe - tổn thất công suất tác dụng lúc không tải (được tra trong lý lịch máy); QFe - tổn thất công suất phản kháng lúc không tải; i i i i i i i i i i I L i 65 I0%- dòng điện không tải của máy biến áp tính theo % dòng điện định mức. Thành phần tổn thất thứ hai phụ thuộc vào công suất tải qua máy biến áp, còn gọi là tổn thất đồng trong cuộn dây máy biến áp. Tổn thất đồng SCu cũng gồm hai thành phần là tổn thất công suất tác dụng PCu và tổn thất công suất phản khángQCu thay đổi theo phụ tải: SCu = PCu - jQCu Khi tải định mức, tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây máy biến áp lấy bằng tổn thất công suất tác dụng lúc thí nghiệm ngắn mạch, còn tổn thất công suất phản kháng thì lấy bằng tổn thất tản từ: PCuđm = PN ; QCuđm =UN%. Sđm/100 (4.6) Nếu máy biến áp không làm việc với tải định mức Sđm mà chỉ làm việc với phụ tải S thì: PCu = 3.I2.Rb = PCuđm = . Rb. (4.7) QCu = 3.I2.Xb = QCuđm = . Xb. (4.8) Trong đó: Sđm, S - lần lượt là công suất định mức và công suất tải của máy biến áp; PN - tổn thất ngắn mạch cho trong lý lịch của máy biến áp. Trong (4.7),(4.8), Rb và Xb phải tương thích với U. Nghĩa là khi tính Rb, Xb theo điện áp nào thì phải sử dụng điện áp đó. Như vậy tổng tổn thất công suất trong máy biến áp: P = PFe + PCuđm ; Q = QFe +QCuđm (4.9) S = P - jQ 1.2.2. Tổn thất công suất trong máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu 2       dmS S 2       U S 2       dmS S 2       U S 2       dmS S 2       dmS S 66 Tổn thất công suất trong máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu cũng gồm hai thành phần: thành phần không phụ thuộc phụ tải và thành phần có phụ thuộc phụ tải. Tổn thất không tải cũng được xác định theo các số liệu kỹ thuật của chúng: PFe - tra bảng; Q Fe = I0%.Sđm/100; S0 = PFe - jQFe Tổn thất trong các cuộn dây được xác định theo công suất tải của mỗi cuộn dây. Tổng trở các cuộn dây quy đổi về phía cao áp nên tổn thất công suất trong các cuộn dây phải tính theo điện áp cao Uc. Tổn thất công suất trong cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp được xác định như sau: SCuH = . ZH ; SCuT = . ZT ; SCuC = . ZC (4.10) Trong đó: , , - phụ tải của các cuộn cao áp, trung áp, hạ áp. 2. Tổn thất điện năng trên đường dây và trạm biến áp 2.1. Tổn thất điện năng trên đường dây Trong thời gian t nếu phụ tải của lưới điện không thay đổi thì tổn thất điện năng sẽ bằng: A = P.t (4.11) Nhưng thực tế phụ tải của lưới điện luôn luôn thay đổi theo thời gian nên phải dùng phương pháp tích phân để tính tổn thất điện năng. Tuy nhiên, P là một 2         C H U S 2         C T U S 2         C C U S CS TS HS 67 hàm số phức tạp nên việc tính toán này rất khó khăn. Vì vậy, trên thực tế người ta phải dùng các phương pháp khác. Khi thiết kế sơ bộ và trong vận hành, nếu thiếu các đồ thị phụ tải chính xác người ta dùng một phương pháp đơn giản và thuận tiện nhất đó là tính tổn thất điện năng trên đường dây theo thời gian tổn thất công suất cực đại  và phụ tải cực đại Pmax: A = Pmax.  (4.12) * Thời gian tổn thất công suất cực đại (): Thời gian tổn thất công suất cực đại  là số giờ mà trong đó nếu mạng điện liên tục tải công suất lớn nhất Pmax thì sẽ gây ra một tổn thất điện năng trong mạng điện bằng tổn thất điện năng thực tế theo đồ thị phụ tải của mạng điện trong một năm. Thời gian tổn thất công suất cực đại  phụ thuộc thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax và cos của phụ tải (tra bảng, tra theo đường cong đồ thị hoặc dùng công thức tính gần đúng). Tmax (h) Hệ số cosφ 1 0,8 0,6 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 800 1000 1300 1600 2000 2500 2900 3500 2000 2150 2750 3300 3650 4150 2700 3000 3400 3750 4150 4600 68 6000 6500 4200 5000 4600 5300 5000 5500 Công thức tính gần đúng:  = (0,124 + Tmax .10-4)2.8760 (h) (4.13) * Thời gian sử dụng công suất cực đại (Tmax) : Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là thời gian mà trong đó nếu tất cả các hộ tiêu thụ điện sử dụng điện với công suất lớn nhất Pmax thì năng lượng điện chuyên chở trong lưới điện trong thời gian đó bằng năng lượng điện thực tế chuyên chở trong lưới điện sau một năm vận hành. Tmax là như nhau đối với các hộ tiêu thụ có cùng đồ thị phụ tải, thường được cho trong các sổ tay kỹ thuật. Đối với đồ thị phụ tải dạng bậc thang như hình dưới ta có công thức tính Tmax như sau: Tmax = (4.14) * Như vậy, biết Tmax sẽ xác định được  Khi đã xác định được  ta tính được tổn thất điện năng: A = Pmax.  (kWh) (4.15) 2.1.1. Đường dây có 1 phụ tải S A = Pmax.= 3I2R = R. (kWh) (4.16) max 1 P tP ii n i  = . 2         U S P P2 = Pmax P3 P1 t t3 t2 t1 0 69 2.1.2. Đường dây có nhiều phụ tải * Trường hợp cos của phụ tải như nhau : Giả sử các phụ tải a,b,c (hình 4.3) có cos như nhau, Tmax như nhau thì  của chúng bằng nhau. Tổn thất điện năng trên đường dây là tổng tổn thất điện năng trên các đoạn riêng biệt: A = A1 +A2 +A3 A = (4.17) * Trường hợp cos của phụ tải khác nhau Nếu các phụ tải có cos, Tmax khác nhau nhiều thì  cũng khác nhau, khi đó: A= (4.18) Nếu các phụ tải có cos, Tmax khác nhau không nhiều thì ta tính giá trị trung bình: costb = (4.19) Tmaxtb= 𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑎𝑚𝑎𝑥 + +𝑃𝑏𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑏𝑚𝑎𝑥 + 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥+𝑃𝑏𝑚𝑎𝑥+ 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥 =   = = n i Pi n i PiPi 1 max 1 maxmax (4.20) Khi tính được costb và Tmaxtb ta tra được , khi đó ta tính được tổn thất trên đường dây theo (4.17).  ..... 1 2 1 2 2 2 3 2 3 r U S r U S r U S abc       +      +      11 2 a 1 22 2 b 2 33 2 c 3 .r U S .r. U S .r. U S       +      +        = =  = ++ ++ n 1i i n 1i ii cba ccbbaa S cos.S SSS cos.Scos.Scos.S 0 r1 r2 r33 a b c Sa Sb Sc S1 S2 S3 Hình 4.3: Đường dây có ba phụ tải 70 2.2. Tổn thất điện năng trong trạm biến áp 2.2.1. Trạm biến áp có một máy biến áp * Khi không biết đồ thị phụ tải của máy biến áp A = PFe.t+ (4.21) Trong đó: Smax- Tổng phụ tải cực đại trong năm của máy biến áp; PCuđm – Tổn thất đồng định mức của máy biến áp; t - Thời gian máy biến áp vận hành trong năm (thường lấy t = 8760h);  - Thời gian tổn thất công suất cực đại. * Khi biết đồ thị phụ tải của máy biến áp Nếu biết đồ thị phụ tải của máy biến áp. Giả sử đồ thị phụ tải của máy biến áp có n cấp thì tổn thất điện năng được tính theo công thức tổng quát sau: A = PFe (4.22) 2.2.2. Trạm biến áp có nhiều máy biến áp vận hành song song * Các máy biến áp có tham số giống nhau - Nếu có n máy biến áp vận hành song song suốt cả năm thì tổn thất điện năng của trạm biến áp được xác định theo công thức: A = n. PFe.t+ (4.23) - Các trạm biến áp có phụ tải thay đổi nhiều, để giảm tổn thất điện năng, người ta cho các máy biến áp làm việc song song với số lượng khác nhau tuỳ đồ thị phụ tải. Nếu trong thời gian t1 có phụ tải S1 dùng n1 máy biến áp vận hành song song, trong thời gian t2 có phụ tải S2 dùng n2 máy biến áp vận hành song song, trong thời gian t3 có phụ tải S3 dùng n3 máy biến áp vận hành song songthì tổn thất điện năng của trạm biến áp được xác định theo công thức:        . S S P 2 dm max Cudm i n i dm i Cudm n i i t S S Pt . 2 11  ==       +        . S S P n 1 2 dm max Cudm 71 A=PFe (4.24) * Các máy biến áp có dung lượng khác nhau Các máy biến áp làm việc song song cần phải có một số điều kiện nhất định như cùng tổ đấu dây, tỷ số biến (K), điện áp ngắn mạch (UN%). Khi UN% bằng nhau thì phụ tải phân bố giữa các máy biến áp tỷ lệ với công suất định mức của chúng. Khi phụ tải toàn trạm là S thì các máy biến áp có dung lượng Sđm1, Sđm2, Sđm3thì phụ tải đặt vào chúng lần lượt là: ; ; (4.25) Với = Tổn thất điện năng trên các máy biến áp : A1 = PFe1.t+ ; A2 = PFe2.t + (4.26) A3 = PFe2.t+ Tổn thất điện năng trong trạm bằng tổng tổn thất trong các máy biến áp: A = A1 +A2 +A3 (4.27) 3. Giảm tổn thất điện năng trong lưới điện 3.1. Tăng điện áp định mức của lưới điện Như đã biết, tổn thất điện năng trong lưới điện có thể giảm xuống bằng cách tăng điện áp định mức của lưới điện. Trong giới hạn nhất định, điều đó có thể đảm i n i dm i i Cudmi n i i t S S n Ptn . 1 2 11  ==       +  = dm 1dm 1 S S SS  = dm dm S S SS 22  = dm 3dm 3 S S SS dmS  = n i dmiS 1        . S S P 2 1dm 1 1Cudm        . S S P 2 2dm 2 2Cudm        . S S P 2 3dm 3 3Cudm 72 bảo bằng cách tăng điện áp trên đầu cực của các máy phát điện, cũng như chọn đúng nấc ở các máy biến áp. Đôi khi chỉ cần chuyển nấc của các máy biến áp cũng có thể hạ thấp tổn thất công suất và điện năng trong lưới điện. Hiện nay ở nước ta người ta đang thay những đường dây có Uđm= 6 kV, Uđm= 10 kV bằng những đường dây có điện áp cao hơn như Uđm= 22 kV, hoặc Uđm= 35 kV. Nói chung người ta giảm số cấp điện áp nhằm làm giảm tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải, phân phối. 3.2. Nâng cao hệ số công suất của phụ tải 3.2.1. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên: Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được lượng CSPK mà chúng cần có ở nguồn cung cấp. - Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất. - Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn. - Hạn chế động cơ chạy không tải. - Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ. - Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn. 3.2.2. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo: Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù CSPK ở các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù CSPK bao gồm : Máy bù đồng bộ : chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải. * Ưu điểm : máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra CSPK, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ CSPK của mạng điện. * Nhược điểm : máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dung lượng lớn. 73 Tụ bù điện : làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra CSPK cung cấp cho mạng điện. * Ưu điểm : - Công suất bé, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành. - Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ theo sự phát triển của tải. - Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ. * Nhược điểm : - Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn. 3.2.3. Phương pháp tính đơn giản lựa chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất Cos φ: *Phương pháp tính theo hệ số công suất phụ tải Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất P và hệ số Cos φ Hệ số công suất của tải trước khi bù là Cos φ1 → tg φ1 Hệ số công suất sau khi bù là Cos φ2 → tg φ2. Công suất phản kháng cần bù là QC = P (tgφ1 – tgφ2 ). Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù. *Ví dụ Giả sử ta có công suất tải là P = 270 (KW). Hệ số công suất trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88 Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33 Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P ( tgφ1 – tgφ2 ) Qbù = 270( 0.88 – 0.33 ) = 148.5 (KVAr) *Phương pháp lựa chọn theo hệ số cần bù: Phương pháp tính dung lượng cần bù theo cách 1 thường rất mất thời gian và phải có máy tính có thể bấm được hàm arcos, tan. Để quá trình tính toán nhanh, người ta thường dùng bảng tra hệ số để tính dung lượng tụ bù theo công thức : Qb = P.k Với k là hệ số cần bù tra trong bảng phụ lục 3. 74 Ví dụ: -Ở bài toán như trên, từ cosφ1 = 0.75 và cosφ2 = 0.95. Ta gióng theo hàng và theo cột sẽ gặp nhau tại ô có giá trị k=0.55. Từ k = 0.55 Dung lượng bù: Qb = P.k = 270. 0,55 = 148.5 (KVAr) 3.3. Vận hành kinh tế trạm biến áp Máy biến áp vận hành sẽ bị tổn thất công suất trong lõi thép và trong các cuộn dây. Tổn thất công suất trong lõi thép không phụ thuộc phụ tải của máy biến áp, tổn thất trong các cuộn dây phụ thuộc vào phụ tải. Khi phụ tải lớn, tổn thất công suất trong các cuộn dây lớn hơn tổn thất công suất trong lõi thép rất nhiều. Khi phụ tải nhỏ thì tổn thất trong lõi thép lại lớn hơn tổn thất trong các cuộn dây. Vì vậy nếu có nhiều máy biến áp vận hành song song, người ta cắt bớt một số máy biến áp khi phụ tải nhỏ. Đối với trạm biến áp quan trọng để nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện, người ta đặt 2, 3 hoặc nhiều máy biến áp làm việc song song, khi phụ tải thay đổi thì cũng thay đổi số lượng máy biến áp cho phù hợp. Chế độ vận hành này được gọi là chế độ vận hành kinh tế trạm biến áp. Giả thiết 1 trạm biến áp có n máy biến áp làm việc song song với phụ tải S thì tổn thất công suất trong trạm biến áp là: P = n + (4.28) Trong đó: PFe - Là tổn thất sắt trong một máy biến áp. PCuđm - Là tổn thất đồng định mức trong một máy biến áp. Ta thấy tổn thất công suất chung trong toàn trạm phụ thuộc vào số lượng máy biến áp (n) và công suất phụ tải tiêu thụ (S). Phụ tải S mà ứng với giá trị trên nó cần đóng thêm máy biến áp vào làm việc để đảm bảo kinh tế được xác định theo điều kiện cân bằng tổn thất công suất khi có n và n+1 máy biến áp. Khi có n máy biến áp đấu vào phụ tải S thì tổn thất công suất là: Pn = n + (4.29) PFe 2 1        dmB Cudm S S P n PFe 2 dmB Cudm ) S S (P n 1  75 Khi có n+1 máy biến áp đấu vào phụ tải S thì tổn thất công suất là: Pn+1 = (n+1) + (4.30) Cân bằng phương trình (4.29) và (4.30) ta được công suất S để chuyển từ n máy sang n+1 máy biến áp làm việc:  S = SBđm (4.31) Trong vận hành người ta thực hiện cắt các máy biến áp theo biểu đồ phụ tải của chúng. PFe 2 dmB Cudm ) S S (P 1n 1  + Cu Fe P P )1n(n   + 76 CHƯƠNG 5: CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN Giới thiệu: Chọn tiết diện dây dẫn là một khâu rất quan trọng trong tính toán thiết kế cũng như trong cải tạo, sửa chữa lưới điện vì nó mang tính chất kinh tế, kỹ thuật của lưới điện. Nếu tiết diện dây dẫn quá lớn thì vốn đầu tư xây dựng tăng vì tăng kim loại màu, tăng kết cấu cột, móng cột, xà, sứcủa lưới điện mặt khác chi phí vận hành, sửa chữa, hao mòn cũng tăng lên. Tuy nhiên tổn thất điện năng, điện áp trên lưới điện lại giảm xuống. Thực tế người ta không tăng tiết diện dây dẫn quá lớn vì khi dây quá lớn dẫn điện sẽ phát sinh hiệu ứng mặt ngoài, kết cấu lưới điện phức tạp. Ngược lại nếu tiết diện dây dẫn quá nhỏ sẽ không đảm bảo khả năng dẫn điện, tổn thất điện năng, điện áp trên lưới điện rất lớn. Vì vậy người ta phải chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với từng cấp điện áp cũng như công suất truyền tải trên đường dây để đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật. Mục tiêu: Học xong chương này, người học có khả năng: - Tính toán chọn tiết diện dây dẫn và kiểm tra theo tổn thất điện áp cho phép và theo điều kiện phát nóng cho phép. Nội dung chương: 1. Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện khu vực Trong lưới điện khu vực người ta căn cứ chủ yếu vào mật độ kinh tế của dòng điện để chọn tiết diện dây dẫn. Vì vậy phần này chúng ta tìm hiểu cách chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện. Mật độ kinh tế của dòng điện là tỷ số của dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây với tiết diện kinh tế. 77 (5.1) Nước ta chưa quy định Jkt, nên hiện nay vẫn áp dụng theo quy định của Liên Xô (cũ). Mật độ kinh tế của dòng điện cho ở bảng 5.1 sau: Bảng quy định mật độ dòng điện kinh tế. Loại dây Thời gian sử dụng công suất cực đại (h) 1000 - 3000 3000 - 5000 > 5000 Dây nhôm và dây nhôm lõi thép trần 1,3 1,1 1,0 Dây đồng trần 2,0 2,1 1,8 Dây cáp bọc cao su lõi đồng 3,5 3,1 2,7 Dây cáp bọc giấy và dây dẫn bọc cao su lõi: - Đồng - Nhôm 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 1.1. Đường dây có một phụ tải Trường hợp đường dây có một phụ tải như ở hình 6.1 Dựa vào loại dây dẫn và Tmax ta tra được Jkt. Mặt khác: Imax= ax 3. mS U = ax 3. . os mP U c  (A) kt max kt F I J = Fkt a b Smax= Pmax+jQmax Hình 5.1 78  (mm2) (5.2) Dựa vào Fkt vừa tính được ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn gần giá trị Fkt nhất. Kiểm tra việc lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng: - Icp Imax (đối với đường dây đơn); Icp- tra bảng. - Icp Isc (đối với đường dây kép khi đứt một sợi, Isc = 2Imax). Ví dụ 1. Đường dây Uđm= 110 kV, dùng dây AC, dài 60km cấp điện cho một phụ tải có Smax= 25 MVA, cos = 0,8, Tmax= 4500h/năm. Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây. Lời giải: Đường dây dùng dây AC, có Tmax= 4500h/năm  tra bảng 5.1 ta có: Jkt= 1,1 A/mm2 Mà Imax= (A).  (mm2). Tra bảng thấy Ftc= 120(mm2) gần với Fkt nhất nên ta chọn dây dẫn có Ftc= 120 (mm2). Dây được chọn là: AC-120. Tra bảng 1 trong phụ lục ta thấy dây AC-120 có Icp= 380 (A) > Imax . Kết luận: Chọn dây dẫn AC-120 thỏa mãn yêu cầu. Ví dụ 2. Đường dây lộ kép Uđm= 110 kV, dùng dây AC, dài 80km cấp điện cho một phụ tải có 80 - j40 MVA, Tmax= 4500h/năm. Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây. Lời giải: Đường dây dùng dây AC, có Tmax= 4500h/năm  tra bảng 5.1 ta có: Jkt= 1,1 A/mm2 Dòng điện cực đại chạy trên một mạch của đường dây là: kt max kt J I F = 37,131 110.3 10.25 .3 3 max == U S 42,119 1,1 37,131 J I F kt max kt === 79 Imax= (A)  (mm2) Tra bảng thấy Ftc= 240 (mm2) gần với Fkt nhất nên ta chọn dây dẫn có Ftc= 240 (mm2). Dây được chọn là: AC-240. Tra bảng 1 trong phụ lục ta thấy dây AC-240 có Icp= 610 (A) Trong chế độ sự cố (khi cắt một đường dây) dòng điện làm việc chạy trên đường dây còn lại là: Isc= 2.Imax= 2.232= 464 (A).  Icp Isc. Kết luận: Chọn dây dẫn AC-240 thỏa mãn yêu cầu. 1.2. Đường dây có nhiều phụ tải Nếu đường dây cấp điện cho nhiều phụ tải cách xa nhau, để kinh tế người ta chọn tiết diện dây dẫn ở mỗi đoạn là khác nhau, vẫn căn cứ vào mật độ dòng điện kinh tế và kiểm tra theo điều kiện phát nóng. 1.2.1 Trường hợp các phụ tải có Tmax như nhau Tiết diện mỗi đoạn đường dây được xác định như sau: Fkti = ; (5.6) Trong đó: - Dòng điện lớn nhất chạy trên đoạn đường dây thứ i trong chế độ vận hành bình thường. Các đoạn dây được chọn theo cùng một trị số jkt vì tổn thất công suất tác dụng trên đường dây sẽ nhỏ nhất. Tuỳ điều kiện cụ thể ta tính được Fkt rồi tra bảng chọn Ftc gần nhất, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng. Giả sử xét đường dây có ba phụ tải đặt cách xa nhau, mỗi đoạn đường dây dùng một tiết diện dây dẫn khác nhau. 23210 110.3.2 4080 .3.2 3 2222 = + = + U QP 211 1,1 232 J I F kt max kt === kt i J I max maxiI 80 Tiết diện kinh tế của từng đoạn: F1 = ; F2 = ; F3 = (5.3) 1.2.2. Trường hợp các phụ tải có Tmax khác nhau Mật độ kinh tế của dòng điện được xác định theo giá trị trung bình của thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất. Tmaxtb = (5.4) Trong đó: pi - công suất tác dụng lớn nhất của phụ tải thứ i. Ti -thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải thứ i. n -số lượng các phụ tải trên đường dây. Nếu chọn dây dẫn trên các đoạn dây có cùng tiết diện, thì dòng điện tính toán để xác định tiết diện dây dẫn như sau:  Fkt= ; (5.5) Trong đó: Ij - dòng điện chạy trên đoạn dây thứ i; lj -chiều dài của đoạn dây thứ i; m -số lượng các đoạn đường dây; L - chiều dài của toàn bộ đường dây. kt max1 J I kt max2 J I kt max3 J I   = = n 1i i n 1i ii p T.p L lI I m j jj tt  = = 1 2. kt tt J I a b c d pb + jqb pc + jqc pd + jqd I1 I2 I3 F1 F2 F3 Hình 5.2 81 Ví dụ. Đường dây Uđm= 110 kV, dùng dây AC, cấp điện cho ba phụ tải công suất các phụ tải như ở hình 5.3, Tmax= 4500h/năm. Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây đó. Hình 5.3 Lời giải: Đường dây dùng dây AC,có Tmax= 4500h/năm  tra bảng 6.1 ta có: Jkt= 1,1 A/mm2 Dòng điện trên các đoạn đường dây: Icd= I3= (A); Ibc= I2= (A) Iab= I1= (A) Tiết diện dây dẫn trên các đoạn đường dây: (mm2); (mm2) (mm2) Tra bảng ta chọn dây dẫn có tiết diện tiêu chuẩn như sau: F1 = 120 mm 2, dây được chọn là AC-120 có Icp= 380 (A)  Icp I1 . F2 = 95 mm 2, dây được chọn là AC-95 có Icp= 330 (A)  Icp I2 . F3 = 70 mm 2, dây được chọn là AC-70 có Icp= 265 (A)  Icp I3 . 71 110.3 10.5,13 U.3 S 33 == 3,98 110.3 10).2,55,13( U.3 S 32 = + = 48,123 110.3 10).8,42,55,13( U.3 S 31 = ++ = 3,112 1,1 48,123 J I F kt 1 1 === 5,64 1,1 71 J I F kt 3 3 === 5,89 1,1 3,98 J I F kt 2 2 === 4,8 MVA a b c d S1 S2 S3 F1, I1 F2, I2 F3, I3 5,2 MVA 13,5 MVA 82 Kết luận: Chọn tiết diện dây dẫn trên các đoạn đó là: F1 = 120 mm2, F2 = 95 mm2, F3=70 mm 2 đều thoả mãn các điều kiện phát nóng và vầng quang điện. 2. Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện địa phương Trong lưới điện phân phối, khả năng điều áp rất hạn chế, yêu cầu về chất lượng điện năng rất cao, vì vậy việc chọn dây dẫn phải thỏa mãn điều kiện bắt buộc: Tổn thất điện áp lớn nhất trên lưới phải nằm trong giới hạn cho phép. Đó là căn cứ cơ bản để tính chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện phân phối, ngoài ra tùy trường hợp cụ thể mà có thể xét thêm điều kiện phụ như: cùng tiết diện dây dẫn, mật độ dòng điện không đổi hay phí tổn kim loại màu ít nhất(Người ta cũng có thể dùng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế, nhưng phải kiểm tra thêm điều kiện tổn thất điện áp). 2.1. Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp Xét đường dây có công suất của phụ tải, chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.4. Giả thiết đường dây cùng tiết diện. Giả thiết này phù hợp đối với mạng điện thành phố. Vì trong mạng điện thành phố số lượng phụ tải trên từng phát tuyến rất nhiều và phân bố gần nhau. Do đó, chọn đường dây cùng tiết diện là hoàn toàn hợp lý, có nhiều ưu điểm trong xây dựng, thi công cũng như quản lý vận hành. Tổn thất điện áp trên đường dây được xác định theo các công thức sau: U = hoặc U = U = Ur + Ux dm n 1i n 1i ii0ii0 U l.Q.xl.P.r   = = + dm n 1i n 1i ii0ii0 U L.qxL.pr   = = + a b c d pb + jqb pc + jqc pd + jqd P1 +jQ1 P2 +jQ2 P3 +jQ3 Hình 5.4 l1 l2 l3 83 Trong đó: Ur- tổn thất điện áp do công suất tác dụng P và điện trở r; Ux- tổn thất điện áp do công suất phản kháng Q và điện kháng x - chiều dài đoạn đường dây thứ i; - chiều dài đoạn đường dây từ nguồn (đầu đường dây) đến phụ tải thứ i. Đường dây trên không có dây dẫn bằng kim loại màu thì x0 của 1km đường dây ít thay đổi dù tiết diện dây lớn hay bé (x0= 0,3  0,43 /km), do đó có thể lấy một trị số trung bình x0 nào đó để tính Ux. Thông thường đường dây cao áp trên không có x0= 0,35  0,43 /km, đường dây hạ áp trên không có x0  0,25 /km. Khi biết x0 ta có thể tính Ux = hoặc Ux = (5.7) Mặt khác ta biết Ucp theo điều kiện đầu bài (Ucp = ), nên: Ur = Ucp- Ux Ta cũng có: Ur = hoặc Ur = (5.8) Thay r0 = vào (5.8) ta được: F = hoặc F = (5.9) Trong đó: - Điện dẫn suất của vật liệu chế tạo dây dẫn; F - Tiết diện của dây dẫn. il iL dm n i ii U lQx  =1 0 .. dm n i ii U Lqx  =1 0 . dm cp U 100 %U dm n 1i ii0 U l.P.r  = dm n 1i ii0 U L.pr  = F 1  dmr n i ii UU lP .. . 1   =  dmr n i ii UU Lp .. . 1   =   84 Căn cứ vào trị số F vừa tính được ta tra bảng chọn tiết dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất rồi xác định chính xác r0, x0 ứng với dây dẫn đã chọn. Tiếp theo tính tổn thất điện áp U với dây dẫn đó rồi so sánh với Ucp . Nếu chưa thoả mãn yêu cầu thì phải tăng tiết diện dây dẫn lên một cấp và tính lại, rồi kết luận. Ví dụ. Hai phụ tải được cung cấp điện bằng đường dây trên không, điện áp định mức 22kV, dùng dây nhôm, các dây được bố trí đi trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 2m. Tổn thất điện áp cho phép Ucp = 5%. Công suất và chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.5. Đường dây có cùng tiết diện, xác định tiết diện của dây dẫn biết điện trở suất của nhôm là  = 31,5 Ωmm2/km. Lời giải: Trị số cảm kháng trung bình của đường dây cao áp trên không x0= 0,38 /km. Ux = = = (V) Mặt khác tổn thất điện áp cho phép trên toàn bộ đường dây là: Ucp = = = 1100 (V) Ur = Ucp- Ux= 1100 – 278,09 = 821,91 (V) Tiết diện dây dẫn cần thiết của đường dây: F = = = ).(42,44)9.15004.3000( 3,984.22 5,31 2mm=+ dm n i ii U Lqx  =1 0 .. dm accabb U LqLqx )...(0 + 09,278 22 )9.9004.2000.(38,0 = + dm cp U 100 %U 310.22. 100 5 dmr n i ii UU Lp .. . 1   =  dmr accabb UU LpLp .. ..  +  a b c 3000 -j2000 kVA 5 km Hình 5.5 1500 - j900kVA 4 km 85 Tra bảng chọn Ftc= 50 (mm2) dây đã chọn là A-50 có r0= 0,64/km; x0= 0,398/km. Tổn thất điện áp trên đường dây: U = = 08,1033 22 )9.9004.2000.(398,0)9.15004.3000.(64,0 = +++ (V) Ta thấy U <Ucp Kết luận: Chọn dây A-50 thoả mãn các điều kiện đầu bài. 2.2. Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu nhỏ nhất Điều kiện chọn dây này được sử dụng cho mạng điện nông thôn có phụ tải ít và thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax không lớn lắm, nên việc tiết kiệm kim loại màu quan trọng hơn việc tiết kiệm tổn thất điện năng trong mạng điện. Mặt khác, khi xây dựng một đường dây, để kinh tế thì nên chọn mỗi đoạn dây dẫn một tiết diện khác nhau, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu về tổn thất điện áp. Như vậy, bài toán đặt ra là mỗi đoạn sẽ chọn tiết diện là bao nhiêu để vừa đảm bảo khối lượng kim loại màu dùng cho toàn bộ đường dây là nhỏ nhất, vừa đảm bảo Umax của đường dây nhỏ hơn Ucp. Xét đường dây không cùng tiết diện, công suất của phụ tải, chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.6. Tổn thất điện áp cho phép trong lưới điện là Ucp%. dm n 1i n 1i ii0ii0 U L.qxL.pr   = = + a b c Pb + jqb P1 +jQ1 P2 +jQ2 Hình 5.6 F1 F2 Pc + jqc F1 , r1 , r2 86 Khi biết x0 ta có thể tính Ux theo (5.7), ta biết Ucp theo điều kiện đầu bài nên: Ur= Ucp- Ux Mặt khác: Ur= Urab+ Urbc Nếu biết: Urab, Urbc thì ta tính được Fab và Fbc Fab = ; Fbc = (5.10)  Khối lượng kim loại màu trên đường dây: V = 3.Fab.l1+ 3.Fbc.l2 = = (5.11) Điều kiện để chi phí kim loại màu bé nhất là lấy đạo hàm của V theo biến Urab rồi cho bằng không. Cuối cùng ta được: Fab= ; Fbc = (5.12) Căn cứ vào trị số Fab, Fbc vừa tính được ta tra bảng chọn tiết dây dẫn tiêu chuẩn. Nhưng phải lưu ý đối với đoạn đầu nguồn công suất truyền tải lớn nên chọn tiết diện dây dẫn gần nhất lớn hơn tiết diện tín toán, các đoạn dây cuối nguồn nên chọn tiết diện gần nhất bé hơn tiết diện tính toán rồi xác định chính xác r0, x0 ứng với từng đoạn dây dẫn đã chọn. Tiếp theo tính tổn thất điện áp U với dây dẫn đó rồi so sánh với Ucp. Nếu chưa thoả mãn yêu cầu thì phải tăng tiết diện dây dẫn lên một cấp và tính lại, rồi kết luận. Ví dụ: Đường dây 35 kV, dùng dây nhôm lõi thép, ba pha bố trí trên một mặt phẳng có Dtb= 3,5 m, Ucp = 5%. Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu nhỏ nhất, biết x0 = 0.4 Ω/km, = 31, m/Ωmm2 rabdm 11 U.U. l.P  )(. . .. . 2222 rabrdmrbcdm UUU lP UU lP − =   ) U l.P U l.P ( U. 3 rbc 2 22 rab 2 11 dm  +  ) UU l.P U l.P ( U. 3 rabr 2 22 rab 2 11 dm − +  )P.lP.l( U.U. P 2211 rdm 1 +  )P.lP.l( U.U. P 2211 rdm 2 +   7 87 Lời giải: Trị số cảm kháng trung bình là: x0 = 0.4 Ω/km Ux = = = (V) Mặt khác tổn thất điện áp cho phép trên toàn bộ đường dây là: Ucp = = = 1750 (V) Ur = Ucp- Ux= 1750 – 820 = 930 (V) F2 = Trong đó: P1 = pa + pb = 4000 + 2000 = 6000 (kW) P1 = pb = 2000 (kW) F2= Tra bảng chọn dây AC- 70 có: r0= 0,46 /km, x0= 0,415 /km. F1 = = F2. = 64. Tra bảng chọn dây AC- 120 có: r0= 0,27 /km, x0= 0,39 /km. dm i ii U Lqx  = 2 1 0 .. dm accabb U LqLqx )...(0 + 820 35 )24.150012.3000(4,0 = + dm cp U 100 %U 310.35. 100 5 )P.lP.l( U.U. P 2211 rdm 2 +   )mm(64)2000.126000.12( 930.35.7,31 10.2000 2 3 =+ )P.lP.l( U.U. P 2211 rdm 1 +  2 1 P P )mm(110 2000 6000 2= Hình 5.7 a b c 4000 - j3000kVA 12km F1 F2 12km 2000 - j1500kVA 88 Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây: U = = UUcp , dây dẫn đã chọn đạt yêu cầu. Kết luận: Chọn F1 = 120 mm2, F2 = 70 mm2. 2.3. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi Khi chọn tiết diện dây dẫn theo cùng một mật độ dòng điện thì tổn thất công suất là cực tiểu. Vì vậy, phương pháp này được sử dụng để chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện xí nghiệp công nghiệp. Bởi mạng điện này có đường dây tương đối ngắn, nhưng phụ tải lại lớn, nghĩa là chi phí kim loại màu ít, nhưng chi phí về tổn thất điện năng lại nhiều. Xét đường dây không cùng tiết diện, công suất của phụ tải, chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.8 Khi biết x0 ta có thể tính Ux, ta biết Ucp theo điều kiện đầu bài nên tổn thất: Ur = Ucp- Ux Mặt khác: Pi = ; (5.13) Ur = Urab + Urbc = = (5.14) dm i i iiii U xQrP  = = + 2 1 2 1 .. )V(1700 35 12.1500.415,012.4500.39,0 35 12.2000.46,012.6000.27,0 = + + + iidm cos.I.U.3  i i F r . 1  = dmdm U rP U rP 2211 .. + 2 222 1 111 F. cos.l.I.3 F. cos.l.I.3   +   a b c Pb + jqb P1 +jQ1 P2 +jQ2 Hình 5.8 F1 I2 , F2 Pc + jqc I1 , F1 89 Để đảm bảo tổn thất công suất trên đường dây nhỏ nhất thì tiết diện dây dẫn của từng đoạn đường dây phải được chọn theo cùng một mật độ dòng điện, tức là hay , thay vào (5.14) ta được: Ur = (5.15)  (tổng quát với n phụ tải: ) (5.16) Từ Tmax tra bảng ta có Jkt rồi so sánh với mật độ dòng điện Jtt vừa tính được: - Nếu Jtt Jkt thì dùng ngay Jtt để tính tiết diện dây dẫn. - Nếu Jtt Jkt thì dùng Jkt để tính chọn tiết diện dây dẫn. Từ đó ta tiết diện dây dẫn trên các đoạn đường dây sẽ được tính như sau: (5.17) Với Jc là mật độ dòng điện đã được chọn theo điều kiện trên. Căn cứ vào trị số Fi vừa tính được ta tra bảng chọn tiết dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất rồi xác định chính xác r0, x0 ứng với từng đoạn dây dẫn đã chọn. Cuối cùng tính tổn thất điện áp U với dây dẫn đó rồi so sánh với Ucp. Nếu chưa thoả mãn yêu cầu thì phải tăng tiết diện dây dẫn lên một cấp và tính lại, rồi kết luận. Ví dụ. Đường dây 22 kV, dùng dây nhôm, ba pha bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có Dtb= 1m, Ucp = 5%, Tmax= 3500h/năm. Phụ tải và chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.9. Xác định tiết diện dây dẫn. Biết = 31, m/Ωmm2 const F I Jtt == 2 2 1 1 F I F I J tt == )cos.cos.( .3 2211   ll J tt + )cos.cos..(3 . 2211   ll U J rtt +  =  =  = n i ii r tt l U J 1 cos..3 .   cc J I F J I F 22 1 1 ; ==  7 a b c 1100 kVA cos= 0,8 7km Hình 5.9 I2, F2 I1, F1 4km 2000 kVA cos= 0,8 90 Lời giải: Ta có: - Trị số cảm kháng trung bình của đường dây cao áp trên không x0= 0,4 /km. - Công suất của phụ tải qb = sb.sinb = sb. = 2000. = 1200 (kVAr) qc = sc.sinc = 1100. = 660 (kVAr) pb = sb.cosb = 2000.0,8 = 1600 (kW) pc = sc.cosc = 1100.0,8 = 880 (kW) Ux = = = Mặt khác tổn thất điện áp cho phép trên toàn bộ đường dây là: Ucp = = = 1100(V) Ur = Ucp- Ux= 1100 – 219,3 = 880,7(V) Mật độ dòng điện không đổi trên đường dây là: = Dòng điện trên các đoạn dây là: ; Phụ tải có Tmax= 3500 h/năm, dây nhôm  Jkt= 1,1 A/mm2. Vì J  Jkt  Dùng Jkt để chọn tiết diện dây dẫn. ;  Tra bảng chọn dây A- 95 và A- 35. 2 cos1 b− 28.01− 28.01− dm i ii U Lqx  = 2 1 0 .. dm accabb U LqLqx )...(0 + )(3,219 22 )11.6604.1200.(4,0 V= + dm cp U 100 %U 310.22. 100 5 )cos.cos..(3 . 2211   ll U J r +  = )./(83,1 )8,0.78,0.4(.3. 10.7,880.7,31 2 3 mmA= + − ).(35.81 22.3 11002000 .3 1 1 A U S I dm = + == ).(9,28 22.3 1100 .3 2 2 A U S I dm === == kt 1 1 j I F )(95,73 1,1 35,81 2mm= == kt 2 2 j I F )(3,26 1,1 9,28 2mm= 91 Dây A- 95 có: r0 = 0,34 /km, x0 = 0,332 /km. Dây AC- 35 có: r0 = 0,92 /km, x0 = 0,366 /km. Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây: U = = UUcp , dây dẫn đã chọn đạt yêu cầu. Kết luận: Chọn dây A- 95 và A- 35. 2.4. Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện dòng phát nóng cho phép Khi có dòng điện chạy qua, do hiệu ứng Jun, dây dẫn sẽ nóng lên. Nếu nóng quá sẽ giảm độ bền cơ học, sẽ làm giảm tuổi thọ hoặc phá huỷ các đặc tính cách điện của các chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp). Vì vậy, để hạn chế phát nóng quá mức, người ta quy định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép đối với từng loại dây dẫn. Từ Bảng dòng điện lâu dài cho phép của các loại dây dẫn, tìm tiết diện trong bảng bằng với tiết diện F vừa chọn ở trên, dóng theo hàng ngang ta chọn được dòng điện lâu dài cho phép ICP. Dòng điện lâu dài cho phép này ICP, phải thoả mãn điều kiện: ILVmax ≤ ICP .K1.K2. Trong đó: ILVmax là dòng điện lớn nhất lâu dài đi trong dây dẫn ICP là dòng điện cho phép tra trong bảng (theo điều kiện tiêu chuẩn). K1 là hệ số hiệu chỉnh khi nhiệt độ môi trường khác tiêu chuẩn. K2 là hệ số hiệu chỉnh khi điều kiện làm mát khác tiêu chuẩn. dm i i iiii U xQrP  = = + 2 1 2 1 .. )(05,600 22 7.660.366,04).6601200.(332,0 22 7.880.92,04).8801600.(34,0 V= ++ + ++ 92 Ví dụ: Ta tính toán được I lv.max = 119 A, tra bảng ta thấy dây A-25 có I cp = 135 A, chọn tạm thời dây A-25. Kiểm tra : I LVmax ≤ I CP .K 1 .K 2 (nếu nhiệt độ môi trường khác tiêu chuẩn) Nếu thỏa mãn chọn dây dẫn A-25, nếu không thỏa mãn chọn tăng tiết diện dây lên và kiểm tra lại. Bài tập: 1. Đường dây kép Uđm= 110 kV, dùng dây AC, dài 60km cấp điện cho một phụ tải có 65 - j30 MVA, Tmax= 4500h/năm. Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây đó. ĐS: AC-185 2. Đường dây 35 kV, dùng dây nhôm, ba pha bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có Dtb= 1m;Ucp = 5%, Tmax= 3500h/năm. Phụ tải và chiều dài các đoạn dây như ở hình 6.10. Xác định tiết diện dây dẫn. ĐS: A-35,A-16 3. Đường dây 35 kV, dùng dây AC, ba pha bố trí trên một mặt phẳng có Dtb= 3,5 m;Ucp = 5%. Phụ tải và chiều dài các đoạn dây như ở hình 5.11. Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu bé nhất. ĐS:AC-25, AC-16 a b c 1000 - j800 kVA 8km Hình 5.11 F1 F2 F1 14km 800 - j500 kVA a b c 800 kVA cos= 0,7 7km I2, F2 I1, F1 4km 1000 kVA cos= 0,8 Hình 5.10 93 PHỤ LỤC Phụ lục 1. Đặc tính dây nhôm trần và dây nhôm lõi thép Mác dây Dòng điện tải lâu dài cho phép, A Đường kính tính toán, mm Điện trở khi nhiệt độ +20oC, Ω/km Khối lượng tính toán của dây dẫn, kg/km Đặt ngoài trời Đặt trong nhà Dây dẫn Lõi thép A A-16 105 75 5,1 1,98 44 A-25 135 105 6,4 1,28 68 A-35 170 130 7,5 0,92 95 A-50 215 165 9,0 0,64 136 A-70 265 210 10,7 0,46 191 A-95 320 155 12,4 0,34 257 A-120 375 300 14 0,27 322 A-150 440 355 15,8 0,21 407 A-185 500 410 17,5 0,17 503 AC AC-10 80 50 4.4 12 3.12 36 AC-16 105 75 5.4 18 2.06 62 AC-25 130 100 6.6 2.2 1.38 92 AC-35 175 135 8.4 2.8 0.85 150 AC-50 210 165 9.8 3.2 0.65 196 94 AC-70 265 210 11.4 3.8 0.46 275 AC-95 330 260 13.5 4.5 0.33 386 AC-120 380 305 15.2 6 0.27 492 AC-150 445 365 17 6.6 0.21 617 AC-185 510 425 19 7.5 0.17 771 AC-240 605 505 21.6 8.4 0.13 937 AC-300 690 580 24.2 9.6 0.108 1098 AC-400 825 710 28 110 0.08 1501 ACY ACY-120 375 15.5 6.6 0.28 530 ACY-150 450 17.5 7.5 0.21 678 ACY-185 515 19.6 8.4 0.17 850 ACY-240 610 22.4 9.6 0.131 1111 ACY-300 705 25.2 11 0.106 1390 ACY-400 850 29 12.5 0.079 1840 Phụ lục 2. Cảm kháng của đường dây trên không - dây dẫn nhôm, xo (Ω/km) Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn, m Mã hiệu dây dẫn A-16 A-25 A-35 A-50 A-70 A-95 A-120 A-150 A- 185 0,4 0.333 0.319 0.308 0.297 0.283 0.274 - - - 95 0,6 0.358 0.345 0.336 0.325 0.309 0.3 0.292 0.287 0.28 0,8 0.377 0.363 0.352 0.341 0.327 0.318 0.31 0.305 0.298 1,0 0.391 0.377 0.366 0.355 0.341 0.332 0.324 0.315 0.313 1,25 0.405 0.391 0.38 0.369 0.355 0.346 0.338 0.333 0.327 1,5 0.416 0.402 0.391 0.38 0.366 0.357 0.349 0.344 0.338 2,0 0.435 0.421 0.41 0.398 0.385 0.376 0.368 0.363 0.357 2,5 0.449 0.435 0.424 0.413 0.399 0.39 0.382 0.377 0.371 3,0 0.46 0.446 0.435 0.423 0.41 0.401 0.393 0.388 0.382 3,5 0.445 0.433 0.42 0.411 0.403 0.398 0.392 4,0 0.428 0.419 0.411 0.406 0.4 4,5 - 0.435 0.426 0.418 0.413 0.407 5, - - 0.442 0.433 0.425 0.42 0.414 5,5 - - - 0.431 0.426 0.42 Dây nhôm lõi thép, xo (Ω/km) Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn, m Mã hiệu dây dẫn AC-35 AC-50 AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 2,0 0.403 0.392 0.382 0.371 0.365 0.358 2,5 0.417 0.406 0.396 0.385 0.379 0.372 96 3,0 0.429 0.418 0.408 0.397 0.391 0.384 3,5 0.438 0.427 0.417 0.406 0.4 0.398 4,0 0.435 0.425 0.414 0.408 0.401 4,5 - - 0.433 0.422 0.416 0.409 5,0 0,440 0,429 0,423 0,416 5,5 - - 0.429 0.422 Phụ lục 3: Bảng tra hệ số K trong tính toán tụ bù theo hệ số công suất: Cosφ2 Cosφ1 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00 0.50 1.19 1.22 1.25 1.28 1.31 1.34 1.37 1.40 1.44 1.48 1.53 1.59 1.73 0.51 1.15 1.17 1.20 1.23 1.26 1.29 1.32 1.36 1.39 1.44 1.48 1.54 1.69 0.52 1.10 1.13 1.16 1.19 1.22 1.25 1.28 1.31 1.35 1.39 1.44 1.50 1.64 0.53 1.06 1.09 1.12 1.14 1.17 1.20 1.24 1.27 1.31 1.35 1.40 1.46 1.60 0.54 1.02 1.05 1.07 1.10 1.13 1.16 1.20 1.23 1.27 1.31 1.36 1.42 1.56 0.55 0.98 1.01 1.03 1.06 1.09 1.12 1.16 1.19 1.23 1.27 1.32 1.38 1.52 0.56 0.94 0.97 1.00 1.02 1.05 1.08 1.12 1.15 1.19 1.23 1.28 1.34 1.48 0.57 0.90 0.93 0.96 0.99 1.02 1.05 1.08 1.11 1.15 1.19 1.24 1.30 1.44 0.58 0.86 0.89 0.92 0.95 0.98 1.01 1.04 1.08 1.11 1.15 1.20 1.26 1.40 0.59 0.83 0.86 0.88 0.91 0.94 0.97 1.01 1.04 1.08 1.12 1.17 1.23 1.37 0.60 0.79 0.82 0.85 0.88 0.91 0.94 0.97 1.00 1.04 1.08 1.13 1.19 1.33 0.61 0.76 0.79 0.81 0.84 0.87 0.90 0.94 0.97 1.01 1.05 1.10 1.16 1.30 0.62 0.73 0.75 0.78 0.81 0.84 0.87 0.90 0.94 0.97 1.01 1.06 1.12 1.27 0.63 0.69 0.72 0.75 0.78 0.81 0.84 0.87 0.90 0.94 0.98 1.03 1.09 1.23 0.64 0.66 0.69 0.72 0.74 0.77 0.81 0.84 0.87 0.91 0.95 1.00 1.06 1.20 97 0.65 0.63 0.66 0.68 0.71 0.74 0.77 0.81 0.84 0.88 0.92 0.97 1.03 1.17 0.66 0.60 0.63 0.65 0.68 0.71 0.74 0.78 0.81 0.85 0.89 0.94 1.00 1.14 0.67 0.57 0.60 0.62 0.65 0.68 0.71 0.75 0.78 0.82 0.86 0.90 0.97 1.11 0.68 0.54 0.57 0.59 0.62 0.65 0.68 0.72 0.75 0.79 0.83 0.88 0.94 1.08 0.69 0.51 0.54 0.56 0.59 0.62 0.65 0.69 0.72 0.76 0.80 0.85 0.91 1.05 0.70 0.48 0.51 0.54 0.56 0.59 0.62 0.66 0.69 0.73 0.77 0.82 0.88 1.02 0.71 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.60 0.63 0.66 0.70 0.74 0.79 0.85 0.99 0.72 0.42 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.60 0.64 0.67 0.71 0.76 0.82 0.96 0.73 0.40 0.42 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.61 0.64 0.69 0.73 0.79 0.94 0.74 0.37 0.40 0.42 0.45 0.48 0.51 0.55 0.58 0.62 0.66 0.71 0.77 0.91 0.75 0.34 0.37 0.40 0.43 0.46 0.49 0.52 0.55 0.59 0.63 0.68 0.74 0.88 0.76 0.32 0.34 0.37 0.40 0.43 0.46 0.49 0.53 0.56 0.60 0.65 0.71 0.86 0.77 0.29 0.32 0.34 0.37 0.40 0.43 0.47 0.50 0.54 0.58 0.63 0.69 0.83 0.78 0.26 0.29 0.32 0.35 0.38 0.41 0.44 0.47 0.51 0.55 0.60 0.66 0.80 0.79 0.24 0.26 0.29 0.32 0.35 0.38 0.41 0.45 0.48 0.53 0.57 0.63 0.78 0.80 0.21 0.24 0.27 0.29 0.32 0.35 0.39 0.42 0.46 0.50 0.55 0.61 0.75 0.81 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30 0.33 0.36 0.40 0.43 0.47 0.52 0.58 0.72 0.82 0.16 0.19 0.21 0.24 0.27 0.30 0.34 0.37 0.41 0.45 0.49 0.56 0.70 0.83 0.13 0.16 0.19 0.22 0.25 0.28 0.31 0.34 0.38 0.42 0.47 0.53 0.67 0.84 0.11 0.13 0.16 0.19 0.22 0.25 0.28 0.32 0.35 0.40 0.44 0.50 0.65 0.85 0.08 0.11 0.14 0.16 0.19 0.22 0.26 0.29 0.33 0.37 0.42 0.48 0.62 0.86 0.05 0.08 0.11 0.14 0.17 0.20 0.23 0.26 0.30 0.34 0.39 0.45 0.59 0.87 0.03 0.05 0.08 0.11 0.14 0.17 0.20 0.24 0.28 0.32 0.36 0.42 0.57 0.88 0.00 0.03 0.06 0.08 0.11 0.14 0.18 0.21 0.25 0.29 0.34 0.40 0.54 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Giáo trình Lưới điện của Trường ĐHBK Hà Nội. [2]. Cung cấp điện - NXB Khoa học Kỹ thuật. [3]. Lưới điện và Hệ thống điện - Trần Bách – NXB Khoa học kỹ thuật [4]. Mạng lưới điện - Nguyễn Văn Đạm – NXB Khoa học kỹ Thuật