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

( 2 2,2 −+ == + Hình 1.14b.Khi đặt tụ điện Hình 1.14a.Khi chưa đặt tụ điện B B A P, Q P, Q Qb P, Q P,(Q - Qb) A 30 , = U QQP U S b .3 )( 3 22, −+ = (1.4) Từ kết quả trên ta thấy:  U’ < U ( chưa đặt tụ điện )  A' < A (chưa đặt tụ điện) I' < I (chưa đặt tụ điện) So sánh kết quả trên ta thấy tổn thất điện áp, tổn thất điện năng trên đường dây khi có đặt thiết bị bù nhỏ hơn khi chưa đặt thiết bị bù, do đó dòng điện chuyên tải trên đường dây cũng nhỏ đi. 3.5.2. Các loại tụ điện Có nhiều loại tụ điện được dùng để bù công suất phản kháng, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Chẳng hạn ta xét loại tụ điện CM và CB được chế tạo tại Liên Xô trước đây: - Loại CM: Là loại tụ điện có dung môi là dầu cách điện loại tụ này có nhược điểm là kích thước lớn, nếu cách điện bị chọc thủng tụ sẽ bị nổ, buồng đặt tụ điện dễ bị hoả hoạn - Loại CB : Là tụ điện, dung môi là dầu Cobal vì hằng số điện môi của cobal lớn nên kích thước của tụ giảm nhỏ. Khi tụ điện làm việc công suất phản kháng phát ra của tụ là : Qb = U X dm c 2 ; mà Xc = fCC  = 2 11  (1.5) Trong đó: C- điện dung của tụ;  - vận tốc góc; f- tần số của lưới điện (f = 50Hz). Như vậy công suất Q phát ra tỷ lệ thuận với bình phương điện áp. Vì vậy khi điện áp giảm tụ non tải, khi điện áp cao tụ lại quá tải. cho nên trong quá trình vận hành, phải theo dõi để đóng hoặc cắt bớt số tụ trong lưới điện. * Chú ý: - Tụ điện làm việc là mang tải ngay.Vì vậy phải dùng máy cắt để đóng điện. 31 - Sau khi đã cắt tụ điện vẫn còn điện tích với điện áp 2Udm . Vì vậy trước khi làm việc trên tụ điện nhất thiết phải triệt tiêu điện tích đó. - Tụ điện khi làm việc cũng phát nhiệt nên buồng đặt tụ phải thoáng mát. - Tụ điện với điện áp dưới 525V được chế tạo 3 pha, điện áp cao hơn chế tạo 1 pha. 3.5.3. Ưu, nhược điểm của tụ điện a. Ưu điểm Tụ điện tĩnh tiêu tốn một lượng công suất tác dụng P = (03÷ 0,5%)Qbđm. Giá thành mua mỗi kVAr tụ điện tĩnh ít phụ thuộc vào công suất đặt. Vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ điện ra nhiều tổ nhỏ, tuỳ ý đặt vào nơi cần thiết. Tụ điện tĩnh vận hành đơn giản ít phát sinh sự cố, ở những trạm bù phân tán không cần người trực. Khi công suất bù tăng lên ta chỉ việc lắp thêm số lượng tụ điện là được. b. Nhược điểm Tụ điện chỉ có khả năng phát công suất phản kháng vào lưới điện. 32 CHƯƠNG 2: TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN Giới thiệu Chất lượng điện năng được đánh giá thông qua điện áp, nếu điện áp tăng cao hoặc giảm thấp quá phạm vi cho phép thì các thiết bị trên lưới điện làm việc kém hiệu quả hoặc bị hư hỏng. Vì vậy trong tính toán thiết kế cũng như trong quản lý vận hành người ta phải tính toán được tổn thất điện áp của lưới điện. Việc tính toán tổn thất điện áp giúp ta đề ra được các biện pháp giảm tổn thất điện áp, nâng cao chất lượng điện năng. Tuy nhiên việc tính tổn thất điện áp trong lưới điện khu vực phức tạp và vượt ra ngoài phạm vi giáo trình này, ở đây chúng ta chỉ tính tổn thất điện áp trong lưới điện địa phương. Mục tiêu: Học xong chương này, người học có khả năng: - Tính toán được tổn thất điện áp trong lưới điện. Nội dung chương: 1. Độ sụt áp và tổn thất điện áp Xét đường dây có điện trở R(Ω), điện kháng X(Ω), cung cấp điện cho 1 phụ tải ở S = P + jQ(kVA). Điện áp ở đầu đường dây cuối đường dây là U1 và ở cuối đường dây là U2. Dòng điện chạy trên đường dây là I. Ta có đồ thị véc tơ điện áp của đường dây như hình 2.1. 33 Từ đồ thị véc tơ ta thấy: Tổn thất điện áp bao gồm hai thành phần: thành phần tổn thất do điện trở ∆UR = I.R và thành phần tổn thất do điện kháng ∆Ux = I.X. Hình chiếu của véc tơ tổn thất điện áp U lên trục U2 gọi là tổn thất điện áp pha Uf. Quay véc tơ U1 về trùng với véc tơ U2, ta thấy U1 dài hơn U2 một đoạn là AE. AE = AD + DE = Uf + U = US (đó là độ sụt áp trên đường dây). Trong mạng điện địa phương, thông thường góc φ1 và φ2 khác nhau không nhiều (coi như bằng nhau và bằng φ) nên U rất nhỏ, có thể bỏ qua (sai số không vượt quá 5%). Như vậy gần đúng ta có: Uf = AD = I.R.cosφ + I.X.sinφ (2.1) Nếu tính tổn thất điện áp theo điện áp dây thì U= Uf U = I.(R.cosφ + X.sinφ ) (2.2) Thay vào (3.2): U = (R.cosφ + X.sinφ ) = [V] (2.3) 3 3 dmU S I 3 = dmU S dmU QXPR + O Hình 2.1 I U1 U2 U U IR A B D E IX φ1 φ2 34 Đối với lưới điện siêu cao áp và các đường dây dài, góc U có giá trị khá lớn, trong trường hợp này tổn thất điện áp của lưới điện được tính trên máy tính điện tử. 2. Tính tổn thất điện áp trong lưới điện địa phương Mạng điện địa phương là mạng điện cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ nằm cách trung tâm cung cấp điện (nhà máy điện, trạm biến áp) không quá 30 km điện áp Uđm  35kV dùng đường dây trên không hoặc đường cáp. Tổng chiều dài của mạng điện địa phương rất lớn, phí tổn kim loại màu và vật liệu cách điện, tổn thất điện áp, điện năng nhiều. Vì vậy phải chú ý đến các vấn đề liên quan đến việc thiết kế, xây dựng cũng như quản lý vận hành lưới điện địa phương. Khi thiết kế cũng như tính tổn thất điện áp ta phải nắm được một số đặc điểm sau đây: - Điện áp Uđm  35kV nên bỏ qua ảnh hưởng của điện dung đường dây, chỉ tính đến tổng trở Z. Nhưng nếu dùng đường cáp có chiều dài lớn thì vẫn phải xét tới G và B của đường dây. - Thành phần U rất nhỏ nên khi tính toán có thể bỏ qua. - Không cần chú ý tới sự khác nhau của điện áp ở các điểm trên lưới, trong tính toán có thể coi chúng bằng điện áp định mức của lưới. - Không cần chú ý đến tổn thất công suất dọc đường dây. 2.1. Tổn thất điện áp trên đường dây không phân nhánh 2.1.1. Dựa vào công suất trên đường dây Xét sơ đồ mạng điện địa phương có 3 phụ tải tại b,c, d như hình 2.2. Hình 2.2 b c d r2, x2 r3 , x3 r1, x1 P1 + jQ1 P2 + jQ2 P3 + jQ3 pb + jqb pc + jqc pd + jqd 35 Gọi r1, x1, r2, x2, r3, x3 lần lượt là điện trở và điện kháng trên đoạn ab, bc, cd của đường dây. P1 + jQ1, P2 + jQ2, P3 + jQ3 lần lượt là công suất trên đoạn ab, bc, cd của đường dây. Khi đó, tổn thất công suất trên đường dây là tổng công suất trên từng đoạn: U = U1+U2+U3 = + + (2.4) Tổng quát: U = (2.5) 2.1.2. Dựa vào công suất của phụ tải Vẫn xét sơ đồ mạng điện địa phương có 3 phụ tải như hình 2.3. Gọi Rb, Xb, Rc, Xc , Rd, Xd lần lượt là điện trở và điện kháng từ đầu đường dây đến các phụ tải b, c, d tương ứng. Ta có: P3= pd; P2= pd+pc; P1= pd+pc+pb; Rb= r1; Rc= r1+r2; Rc= r1+r2+r3 Thay vào(3.4), ta được: U = + dm 1111 U x.Qr.P + dm 2222 U x.Qr.P + dm 3333 U x.Qr.P + dm n 1i n 1i iiii U x.Qr.P  = = + Hình 2.3 b c d Rb, xb Rc, xc Rd, xd pb +jqb pc +jqc pd +jqd dm 1bcd2cd3d U r).ppp(r).pp(r.p +++++ dm 1bcd2cd3d U x).qqq(x).qq(x.q +++++ 36 = (2.6) Tổng quát: U = (2.7) Ví dụ: Đường dây có Uđm= 35kV, các dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 2 m; phụ tải, hệ số công suất, chiều dài, tiết diện dây dẫn như ở hình 2.4. Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây đó. Lời giải: Tra bảng ta có: - Dây A- 95: r0= 0,34/km, x0= 0,376 /km r1 = rab = r0.l1 = 0,34.2 = 0,68  x1 = xab = x0.l1 = 0,376.2 = 0,752  - Dây A- 70: r0= 0,46 /km, x0= 0,366 /km. r2 = rbc = r0.l2 = 0,46.2 = 0,92  x2 = xbc = x0.l2 = 0,366.2 = 0,732  Mặt khác: - Phụ tải tại b có: pb = 1000kW, cosb= 0,75 nên qb = pb.tgb = 1000.0,882= 882 (kVAr) - Phụ tải tại c có: pc = 2000kW, cosc= 0,6 nên qc = pc.tgc = 2000.1,333 = 2666 (kVAr) * Cách 1: Tính theo công suất trên đường dây : dm n i n i iiii U XqRp  = = + 1 1 ..   a b c 2000 kW cos= 0,6 2km Hình 2.4 A-70 A-95 2km 1000 kW cos= 0,75 dm ddccbbddccbb U X.qX.qX.qR.pR.pR.p +++++ 37 + P1 = pb +pc = 1000 + 2000 = 3000 kW + Q1 = qb +qc = 882 + 2666 = 3548 kVAr + P2 = pc = 2000 kW + Q2 = qc = 2666 kVAr U = = (V) * Cách 2: Tính theo công suất phụ tải: + Rb = r1 = 0,68  + Xb = x1 = 0,752  + Rc = r1 +r2 = 0,68 + 0,92 = 1,6 + Xc = x1 +x2 = 0,752 + 0,732 = 1,484 U = = (V) Vậy, tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây là 242,85 V 2.1.3. Phụ tải cho bằng dòng điện Ta có: P = ; Q = , thay vào (2.6), (2.7): U = = (2.8) Hoặc: U = = (2.9) Trong đó: Ipi, Iqi -thành phần tác dụng, phản kháng của dòng điện trên đoạn i của lưới điện. dm n 1i n 1i iiii U x.Qr.P  = = + 85,242 35 732,0.2666752,0.3548 35 92,0.200068,0.3000 = + + + dm n i n i iiii U XqRp  = = + 1 1 .. 85,242 35 484,1.2666752,0.882 35 6,1.200068,0.1000 = + + + pIUIU .3cos..3 = qIUIU .3sin..3 = )x.sin.Ir.cos.I(3 n 1i iii n 1i iii  == + )..(3 11  == + n i iqi n i iip xIrI ).sin..cos.(3 11  == + n i iii n i iii XiRi  )..(3 11  == + n i iqi n i iip XiRi 38 ipi, iqi - thành phần tác dụng, phản kháng của dòng điện phụ tải tại điểm i của lưới điện. Ví dụ: Đường dây có Uđm= 22 kV, các dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 2m, phụ tải, hệ số công suất, chiều dài, tiết diện dây dẫn như ở hình 2.5. Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây đó. Lời giải: Tra bảng ta có: - Dây AC- 70: r0= 0,46/km, x0= 0,382 /km rab= r1 = 0,46.4 = 1,84 () ; xab= x1 = 0,382.4 = 1,528 () - Dây AC- 50: r0 = 0,65/km, x0 = 0,392 /km  rbc= r2 =0,64.8 = 5,2 () ; xbc= x2 =0,34.8 = 2,8 () Mặt khác: - Dòng điện phụ tải c: ic= 36.0,7 + 36.0,714 = 25,2 + j25,704 (A) (cosφc = 0,7  sinφc = 0,714) - Dòng điện phụ tải b: ib= 8.0,8 + 8.0,6 = 6,4+ j4,8 (A) (cosφb = 0,8  sinφb = 0,6) Ibc= ic= 25,2+ j25,704 (A) , Iab= ib+ic= (6,4+25,2)+ j(4,8+25,704) = 31,6 + j30,504 (A) U = )..(3 11  == + n i iqi n i iip xIrI a b c 8km Hình 2.5 AC-50 AC-70 4km 8 A cos= 0,8 36 A cos= 0,7 39 = (31,6.1,84+25,2.5,2+30,504.1,528+25,704.2,8) = 533,065 (V) Kết luận: Tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây là 533,065 (V). 2.2. Tổn thất điện áp trên đường dây phân nhánh Đối với lưới điện không phân nhánh ta có thể nói ngay tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện là tổn thất điện áp từ đầu nguồn đến phụ tải cuối cùng đường dây. Nhưng trong mạng điện có phân nhánh (hình 2.6) ta chưa biết tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng là tổn thất từ a đến d hay từ a đến c. Vì vậy, ta phải tính Uad và Uac. Sau đó, so sánh với nhau, tổn thất trên đoạn nào lớn hơn thì đó là tổn thất của lưới điện. Ta có: Công suất chạy trên từng đoạn đường dây: P1= pb+ pc+ pd ; Q1 = qb + qc + qd ; P2= pd ; Q2 =qd ; P3= pc ; Q3 = qc Tổn thất điện áp trên từng đoạn đường dây: Uab = = Ubd= = Ubc= = Tổn thất điện áp trên đoạn ac: Uac = Uab + Ubc 3 dmU xQrP 1111 .. + dm dcbdcb U xqqqrppp 11 )().( +++++ dmU xQrP 2222 .. + dm dd U xqrp 22. + dmU xQrP 3333 .. + dm cc U xqrp 33. + a pd + jqd b d r2, x2 r1, x1 P1 + jQ1 P2 + jQ2 P3 + jQ3 pb + jqb pc + jqc Hình 2.6 r3, x3 c 40 Tổn thất điện áp trên đoạn ad : Uad = Uab + Ubd Tổn thất điện áp trên từng đoạn cũng có thể được tính theo công suất của phụ tải hoặc khi phụ tải cho bằng dòng điện thì cách tính cũng tương tự như cách tính tổn thất trong lưới điện không phân nhánh. 2.3. Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều Xét đường dây có phụ tải phân bố đều từ a đến b như hình 2.7 Hình 2.7 Gọi p0 là công suất phụ tải tác dụng phân bố trên một đơn vị chiều dài của đường dây (W/m). Tổng công suất phụ tải tác dụng của toàn bộ đường dây sẽ là: P = p0.L (2.10) Giả thiết phụ tải có cos = 1, gần đúng với đường dây cung cấp cho phụ tải sinh hoạt. Người ta tính được tổn thất điện áp trên đường dây : U = (2.11) Như vậy, để xác định tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều ta có thể thay các phụ tải đó bằng một phụ tải tập trung đặt tại chính điểm giữa của đoạn đường dây có phụ tải phân bố đều, phụ tải tập trung đó bằng tổng phụ tải phân bố đều. Cũng từ đây ta thấy, tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều nhỏ hơn tổn thất điện áp của cùng đường dây đó nhưng có phụ tải tập trung đặt ở cuối đường dây.Vì vậy trong quản lý vận hành lưới điện người ta luôn tìm biện pháp để phân bố đều phụ tải trên đường dây. dmU PLr 2 ..0 L/2 a b a L P 41 Bài tập: 1. Đường dây có Uđm= 22kV, các dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 1,5m, phụ tải là hệ số công suất, chiều dài, tiết diện dây dẫn như ở hình 2.2. Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây đó. ĐS: 383 (V) 2. Đường dây có Uđm= 35kV, các dây dẫn được bố trí trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 2m, phụ tải, hệ số công suất, chiều dài, tiết diện dây dẫn như ở hình 2.4. Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây đó theo (2.9). ĐS: 528,3 (V) 3. Hai phụ tải được cung cấp điện bằng đường dây trên không, điện áp định mức 22kV, dùng dây A-95, các dây được bố trí đi trên ba đỉnh của một tam giác đều có cạnh 1,5m. Công suất và chiều dài các đoạn dây như ở hình 2.8. Đường dây có cùng tiết diện, biết điện trở suất của nhôm là  = 31,5 mm2/km. Tính tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây. ĐS: 192,5 (V) 5 km 500 - j300(kVA) a b c 3 km d 4 km 800 - j600 (kVA) Hình 2.8 42 CHƯƠNG 3: 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 43 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 3.1a Tổn thất công suất tác dụng, phản kháng trên đường dây được xác định theo công thức: P = 3I2R = 3(I2p + I2q ).R (3.1) Q = 3I2X = 3(I2p + I2q ).X (3.2) 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 (3.1), (3.2) ta có: P = R ; Q = X (3.3) Khi tính toán theo công thức (3.3), 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. 2 22 U QP + 2 22 U QP + S=P+jQ 44 1.1.2. Đường dây có phụ tải phân bố đều 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 3.1b 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 (3.4) 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 (3.5) Với: QFe = I0%. Sđm/100 Trong đó: PFe - tổn thất công suất tác dụng lúc không tải (được tra trong lý lịch máy); i i i i i i i i i i I L i 45 QFe - tổn thất công suất phản kháng lúc không tải; 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 (3.6) 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. (3.7) QCu = 3.I2.Xb = QCuđm = . Xb. (3.8) 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 (3.7),(3.8), 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 (3.9) S = P - jQ 2       dmS S 2       U S 2       dmS S 2       U S 2       dmS S 2       dmS S 46 1.2.2. Tổn thất công suất trong máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu 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 (3.10) 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 (3.11) 2         C H U S 2         C T U S 2         C C U S CS TS HS 47 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 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.  (3.12) * 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 800 1000 1300 1600 2000 2500 2900 2000 2150 2750 3300 3650 2700 3000 3400 3750 4150 48 5500 6000 6500 3500 4200 5000 4150 4600 5300 4600 5000 5500 Công thức tính gần đúng:  = (0,124 + Tmax .10-4)2.8760 (h) (3.13) * 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 = (3.14) * Như vậy, biết Tmax sẽ xác định được  Khi đã xác định được  ta tính được tổn thất điện năng: A = Pmax.  (kWh) (3.15) 2.1.1. Đường dây có 1 phụ tải S A = Pmax.= 3I2R = R. (kWh) (3.16) max 1 P tP ii n i  = . 2         U S P P2 = Pmax P3 P1 t t3 t2 t1 0 49 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 3.3) 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 = (3.17) * 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= (3.18) Nếu các phụ tải có cos, Tmax khác nhau không nhiều thì ta tính giá trị trung bình: costb = (3.19)  ..... 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 3.3: Đường dây có ba phụ tải 50 Tmaxtb= 𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑎𝑚𝑎𝑥 + +𝑃𝑏𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑏𝑚𝑎𝑥 + 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥.𝑇𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑎𝑚𝑎𝑥+𝑃𝑏𝑚𝑎𝑥+ 𝑃𝑐𝑚𝑎𝑥 =   = = n i Pi n i PiPi 1 max 1 maxmax (3.20) Khi tính được costb và Tmaxtb ta tra được , khi đó ta tính được tổn thất trên đường dây theo (3.17). 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+ (3.21) 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 (3.22) 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+ (3.23)        . 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 51 - 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: A=PFe (3.24) * 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: ; ; (3.25) Với = Tổn thất điện năng trên các máy biến áp : A1 = PFe1.t+ ; A2 = PFe2.t + (3.26) A3 = PFe2.t+ Tổn thất điện năng trong trạm bằng tổng tổn thất trong các máy biến áp: 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 52 A = A1 +A2 +A3 (3.27) 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 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 53 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. 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. 3.3. 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. 54 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 + (3.28) 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 + (3.29) Khi có n+1 máy biến áp đấu vào phụ tải S thì tổn thất công suất là: Pn+1 = (n+1) + (3.30) 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 (3.31) Trong vận hành người ta thực hiện cắt các máy biến áp theo biểu đồ phụ tải của chúng. PFe 2 1        dmB Cudm S S P n PFe 2 dmB Cudm ) S S (P n 1  PFe 2 dmB Cudm ) S S (P 1n 1  + Cu Fe P P )1n(n   + 55 CHƯƠNG 4: 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. 56 Mật độ kinh tế của dòng điện là tỷ số của dòng điện lớn nhất chạy trên đường dây với tiết diện kinh tế. (4.1) 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 4.1 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. kt max kt F I J = Fkt a b Smax= Pmax+jQmax Hình 5.1 57 Mặt khác: Imax= ax 3. mS U = ax 3. . os mP U c  (A)  (mm2) (4.2) 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 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 === 58 Dòng điện cực đại chạy trên một mạch của đường dây là: 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 = ; (4.6) 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 59 Tiết diện kinh tế của từng đoạn: F1 = ; F2 = ; F3 = (4.3) 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 = (4.4) 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= ; (4.5) 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 4.2 60 Ví dụ. Đường dây Uđm= 110 kV, dùng dây AC, cấp điện cho ba phụ tải công suất các phụ tải như ở hình 4.3, Tmax= 4500h/năm. Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây đó. Hình 4.3 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 61 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 = 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 4.4 l1 l2 l3 62 U = Ur + Ux 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 = (4.7) Mặt khác ta biết Ucp theo điều kiện đầu bài (Ucp = ), nên: Ur = Ucp- Ux Ta cũng có: Ur = hoặc Ur = (4.8) Thay r0 = vào (5.8) ta được: F = hoặc F = (4.9) 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   =   63 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 4.5. 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: 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 a b c 3000 -j2000 kVA 5 km Hình 4.5 1500 - j900kVA 4 km 64 F = = = ).(42,44)9.15004.3000( 3,984.22 5,31 2mm=+ 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 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. dmr n i ii UU Lp .. . 1   =  dmr accabb UU LpLp .. ..  +  dm n 1i n 1i ii0ii0 U L.qxL.pr   = = + 65 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 4.6. 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 4.7 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 4.6 66 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 67 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 - - - 68 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 69 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 70 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 71 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