Bài giảng hệ thống điện

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: BIỂU DIỄN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG 1.1 Dòng sin áp sin - 1.2 Ký hiệu hai chữ số - 1.3 Công suất mạch sin pha 1.3.1 Công suất tức thời, phản kháng biểu kiến 1.3.2 Áp phức, dịng phức, tổng trở phức, cơng suất phức - 1.3.3 Chiều truyền công suất - 1.4 Mạch điện 3pha cân 1.4.1 Mạch điện 3pha Y-Y cân 1.4.2 Mạch điện 3pha Y-  cân - 1.5 Sơ đồ dây 11 1.5.1 Các ký hiệu thiết bị điện 11 1.5.2 Sơ đồ dây 12 1.5.3 Sơ đồ tổng trở sơ đồ điện kháng - 12 1.6 Hệ đơn vị tương đối - 13 1.6.1 Lý sử dụng Định nghĩa - 13 1.6.2 Tập hợp tối thiểu đại lượng sở 14 1.6.3 Cách tính đại lượng sở hệ thống điện - 15 1.7 Đổi sở 19 Bài tập chương - 21 CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 2.1 Điện trở - 24 2.1.1 Điện trở chiều 24 2.1.2 Điện trở xoay chiều - 24 2.1.3 Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ 24 2.2 Điện cảm 25 2.2.1 Đường dây pha hai dây 25 2.2.2 Đường dây ba pha ba dây 27 2.2.3 Đường dây chùm 28 2.2.4 Đường dây ba pha mạch kép - 29 2.2.5 Đưởng dây ba pha cấu tạo từ dây chùm 30 2.3 Điện dung - 31 2.3.1 Đường dây pha hai dây 31 2.3.2 Đường dây ba pha ba dây 31 2.3.3 Anh hưởng đất tới điện dung đường dây ba pha 32 2.3.4 Đường dây ba pha mạch kép - 33 2.3.5 Đường dây ba pha có cấu tạo từ dây chùm 33 Bài tập chương - 35 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 3.1 Biểu diễn đường dây tải điện 38 3.2 Đường dây ngắn - 40 3.2.1 Mạch tương đương Các phương trình hoạt động - 40 3.2.2 Phần trăm thay đổi điện áp - 41 3.2.3 Đồ thị vectơ 41 3.2.4 Hiệu suất tải điện 42 3.3 Đường dây trung bình - 43 3.3.1 Mạch tương đương hình  danh định - 43 3.3.2 Mạch tương đương hình T danh định - 46 3.4 Đường dây dài - 48 3.4.1 Phương trình đường dâydài 48 3.4.2 Dạng Hypebol phương trình đường dây dài 51 3.4.3 Mạch tương đương hình  đường dây dài - 53 3.5 Khảo xác đường dây mạch hai cửa - 54 3.6 Công suất truyền tải đường dây 55 Bài tập chương - 60 Chương 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG QT TÍNH TỐN LƯỚI ĐIỆN 4.1 Phép biến đổi nguồn - 63 4.2 Ma trận tổng dẫn - 63 4.3 Xác định phần tử Ytc 66 Bài tập chương - 68 Chương 5: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRÊN MẠNG ĐIỆN 5.1 Tổng quát - 70 5.2 Công suất truyền đường dây ngắn - 70 5.3 Một quy trình lặp 73 5.4 Phương trình phân bố cơng suất - 74 5.4.1 Phân biệt loại nút hệ thống điện - 74 5.4.2 Ma trận tổng dẫn nút để khảo sát công suất - 75 5.4.3 Giải toán phân bố công suất phép lặp Gauss – Seidel 78 5.4.4 Phương pháp Newton - Raphson để giải phương trình, hệ phương trình phi tuyến 81 5.4.5 Giải tốn phân bố cơng suất dùng phương pháp lặp Newton - Raphson - 84 5.5 Quy định điều chỉnh điện áp - 88 Bài tập chương - 92 BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN Chương BIỂU DIỄN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG 1.1 DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP HÌNH SIN Điện áp dòng điện xoay chiều có dạng sin với tần số không đổi Phương trình dạng sin: (V) (1.1) (A) (1.2) - Trị hiệu dụng phức biểu diễn: (V) (1.3) (A) (1.4) Trong đó:   tầ số góc (rad/s) với ) góc pha ban đầu điện áp dòng điện ( Trong tần số f (Hz) chu kỳ T có mối quan hệ công thức    áp phức (V) dòng phức (A) áp cực đại, V áp hiệu dụng, dòng cực đại, I dòng hiệu dụng, v áp tức thời, i dòng tức thời  Nếu điện áp sinh máy phát điện, ta gọi sức điện động(s đ đ) thường dùng ký hiệu ( dạng phức), (hiệu dụng) Ví dụ 1.1: Cho điện áp dòng điện biểu diễn phương trình: (V) (A) Ta biểu diễn dạng phức: (V) TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN Trang BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN (A) Với:   tầ số góc (rad/s) với  (V), V=2(V) , (A), (A) Giá trị phức ta viết dạng cực dạng đại số: (V) (A) 1.2 KÝ HIỆU HAI CHỈ SỐ Xét mạch cửa (hay hai cực ) hình 1.1a với điện áp v=v(t)(V) dòng (A) i ab i + v a M - a v ab M b v ab b a) + M - b) c) Hình 1.1 Ký hiệu hai chữ số  Nếu v > đầu ( + ) có điện thực tế cao đầu ( - )  Nếu v < đầu ( + ) có điện thực tế thấp đầu ( - )  Nếu i > dòng thực tế chạy chiều mũi tên  Nếu i < dòng thực tế chạy ngược chiều mũi tên Bây giờ, gọi hai đầu mạch cửa a b (hình 1.1b) dùng ký hiệu hai số nhau:  vab =va – vb = điện a b  iab = dòng chạy qua mạch cửa từ a đến b TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN Trang BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN Mặc dù ta không cần vẽ dấu ( + ) ,( - ) v mũi tên i lên hình 1.1b, ta xác định rõ ràng Vab iab hình 1.1c Đây ưu điểm ký hiệu hai số, đặc biệt mạch điên ba pha 1.3 CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN HÌNH SIN PHA 1.3.1 Công suất tức thời, tác dụng, phản kháng biểu kiến Nếu hình 1.1a với M thiết bị điện có mạch tương đương tổ hợp phần tử gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điên C Ta gọi M mạch cửa thụ động Các biểu thức áp dòng điện theo biểu thức: (V) (1.5) (A) (1.6) Ta biểu diển v i vectơ pha vectơ V va vectơ I hình 1.2 y  v    I  o x Hình 1.2 Biểu diễn vectơ pha dòng áp Ta có mối quan hệ: góc lệch pha dòng áp Công suất tức thời p , công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q công suất biểu kiến S tiêu thụ M là: p (t) = v (t) i (t) (W) TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN (1.7) Trang BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN P = V I cos (W) (1.8) Q= V I sin( (VAR) (1.9) S = V I (VA) (1.10) 1.3.2 Áp phức dòng phức, tổng trở phức công suất phức Im  o v I Z  Z  R  j.X X Z  (M) I     o a) Z b) Re o c) R Hình 1.3 a: Mạch phức thụ động, b: Áp phức dòng phức, c: Tổng trở phức  Áp phức dòng phức Phương trình dạng sin: - (V) (1.11) (A) (1.12) Áp phức dòng phức biểu diễn: (V) (1.13) (A) (1.14)  Tổng trở phức (mạch R,L,C nối tiếp) Tổng trở phức ký hiệu R L C Hình 1.4: Mạch R,L,C nối tiếp TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN Trang BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN Ta có Với (1.15) (1.16) ( ) ( ) (1.17) Ta viết dạng cực: dạng đại số Với R điện trở X điện kháng mạch Công thức định luật Ohm: (1.18)  Công suất phức Im o S  S  P  jQ Q S S Q   o a) P b) P Re Hình 1.5: a) Công suất phức b)Tam giác công suất Công suất phức viết hạng cực đại số: (1.19) Trong đó: S: công suất biểu kiến (V.A) P: công suất tác dụng (W) Q: công suất phản kháng (VAR) góc pha công suất : hệ số công suất Với S=VI, P=Scosφ, Q=Ssinφ , TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN (1.20) Trang BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐIỆN Mối quan hệ công suất phức, áp phức dòng phức: Trong liên hiệp ( (1.21) ) 1.3.3 Chiều truyền công suất o I + o M V o S  P  jQ - Hình 1.6: Chiều truyền công suất P Q Trên hình 1.6 M mạch cửa (gồm nguồn, điện trở ,cuộn cảm ,tụ điện) Ta phát biểu sau  Nếu P>0,mạch M tiêu thụ công suất tác dụng  P0, mạch M tiêu thụ công suất phản kháng  Nếu Q