Tài liệu Hệ thống điện (Tập 3) phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Các thông số của đường dây; Độ từ cảm và điện kháng của đường dây trên không; Dung dẫn của đường dây trên không; Điện trở và điện dẫn; Đường dây dài siêu cao áp và hệ thống tải điện;... Mời các bạn cùng tham khảo.
TRẦN BÁCH Lưới THỐNG Tập • Các thơng số đtrịng dây • Oirịng dây dài siêu cao áp hệ thống tải diện • Tính tốn co học dưịng dây tải diện khơng NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT LỊI NĨI ĐẤU Trong tập tác giả trình bày nội dung: /- Các thơng sơ' đường dây khơng Trong chương trình bày cống thức tính diện kháng dung dẫn dường dãy sớ cấu trúc đường dãy: bố trí dây cột, độ cao dây dối với đất Đối với đường dây diện áp I/O kV trở xuống dùng thơng số tra báng tra cứu Nhưng từ 220 kv trà lén, 500 kv phái tính riêng thông sổ cho dường dây cụ khơng tính tốn gặp sai sơ lớn Dung dẫn dối với đất cùa đường dây trung áp có trung tính cách đất phải tinh theo cơng thức chương này, bâng tra cứu chi cho biết dung dẫn dây dần với với giả thiết dường dãy đảo pha Trường hợp đường dây không đảo pha phải tinh cụ thể Các thông số dường dây cáp dược nhà sán xuất cho sẵn sở thực nghiệm, dùng phép tính nén khơng trình bày dây 2- Dường dây siêu cao hệ thống tải diện siêu cao áp Trong chương trình bày lý thuyết dường dây siêu cao áp, phương pháp giói tích, phương hướng dặt thiết bị hù 3- Thiết kê dường dây khơng Trong chương trình bày lý thuyết vé - lý cùa dường dây không, phương pháp thiết kế đường dây Các thông số liêu chuẩn thiết kế chương đủ dê’ bạn đọc làm tập thiết kế giáo học Khi thiết kế dường dây thật phục vụ sản xuất bạn dọc phải áp dụng quy phạm tiêu chuẩn quốc gia tiêu chuẩn ngành hành Tái lần có sửa tiêu chuẩn thiết kế theo Quy phạm trang bị diện Việt Nam Tác giả PGs., Ts Trần Bách Chương CÁC THÒNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY 1.1 ĐỘ TỪ CÁM VÀ ĐIỆN KHÁNG CŨA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG Trong tập trình bày điện trớ, điện kháng, dung dẫn, điện dẫn cùa đường dây Đối với đường dây siêu cao áp, thông sô' tra cứu không cho độ xác cần thiết Do cần phải tính thông số từ sô liệu thực tê' đường dây thiết kê' vận hành Vì tập sách trình bày chi tiết điện kháng dung dân đường dây không 1.1.1 Các công thức sỏ độ tự cảm hỗ cảm 1.1.1.1 Tự cảm Nếu dây dẫn (dây dẫn /) có dịng điện xoay chiều i) qua gây từ trường biến thiên bên bao quanh dây dẫn (móc vịng với dây dẫn) Từ trường cám ứng dây dẫn sức điện động e có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên dòng điện có hướng chống lại biến thiên Nếu dịng điện có giá trị tức thời i I , ta có quan hệ: d\|/ , di e'= A -L'a °” T từ thơng móc vịng với dây dẫn có thứ ngun Wb-vịng: T = L,.i (1.2) L, hệ sơ tỷ lệ, độ tự câm cùa dây dẫn Đơn vị cùa L, H (henry), dịng điện có tốc độ biến thiên A/s cảm ứng dây dẫn sức điện động V (H = V.s/A = Wb/A) Công thức (1.2) với giá trị tức thời dòng điện từ thông ỉ.ỉ.1.2 Hỗ cảm Từ trường dịng điện dây dẫn gây có thê móc vịng với dây dẫn khác cảm ứng chúng sức điện động Nếu dây dẫn thứ hai có dịng điện i2 cám ứng dây dẫn / sức điện động eh: T2| từ thơng dịng điện i2 dây dẫn gây móc vịng với dây dẫn ỉ M hỗ cám dây dẫn dây dẫn Đơn vị hỗ cảm giống cúa độ tự cảm 1.1.1.3 Độ từ cảm điện kháng dây dẫn Độ từ cám dây dẫn L tổng độ tự cảm hỗ cảm: L = L| + M (1.4) Độ từ cảm đặc trưng quan trọng dây dẫn lưới điện ba pha có dịng điện xoay chiều dối xứng qua Trong hệ thống điện, dịng điện có đồ thị hình sin: i = V2 Isin(cot), dây dẫn có độ tự cám L, , có sức điện động cảm ứng: e, = dt = - L, “ = -coL1 V2Icos(wt)- xV2Isin(tt)t - 90°) dt Ta thấy e, lệch pha với dịng điện góc 90° có giá trị hiệu dụng: E = X,.I Sức điện động làm suy giảm điện áp nguồn nén gọi tốn thất diện áp AU đường dây Xr = Cứ.L gọi điện kháng dây dẫn độ tự cảm gây Tổng quát kể hỗ cảm, ta có điện kháng dây dần: X = CO.L = 2tif.L = 314L (1.5) f tần sô' định mức hệ thống điện, Việt Nam f = 50 Hz 1.1.2 Các công thức sở độ tự cảm hỗ cảm Xét dây dẫn có dịng điện xoay chiều i qua Giả thiết dây trở cùa dịng điện xa dây xét, từ trường cúa hai dây không ảnh hưởng đến Từ thơng dịng điện i gây gồm hai phần: phần bên dây dãn V|7tr phần bén ngồi dây dẫn \|/ng Ta tính từ thơng áp dụng ' 2) để tính độ tự cảm 1.1.2.1 Thành phần từ thông bẽn dây dẫn Xét tiết diện ngang dây dẫn hình l.la Hình 1,1 Ta có thê’ xem cuộn dây, dây ống có tiết diện ds.dx, dây xếp quanh tâm o cúa dây Xét vành có bán kính X rộng dx Theo định luật Amper: c^Hx.ds = ix (1.5’) Hx cường độ từ trường; Hx.ds tích cùa hình chiếu Hx lên đường tiếp tuyến với vành ds; ix dòng điện dây bên vành: 2nx.Hx = ix Giả thiết dịng điện phân bơ' tiết diện dây, nên: 7ĨX X ix=^-.i=^ i Ttr r (1.6) ,, (1.7) đó: Hx=4~ = —(1.8) 2kx 2nr2 Hx có thứ ngun A-vịng/m Biết Hx ta tính từ thơng Bx mặt phẳng vng góc với đường sức từ cách tâm dây dẫn X (hình 1.1b): Bx = ụ.Hx = 7^4’ [Wb/m2] 27t.r2 (1.9) Bx biến thiên theo X hình l.lc Từ thơng diện tích hình chữ nhật (hình l.lb) rộng dx, cao m, cách tâm dây X là: (1.10) dO> = Bx.l.dx = -^ịdx , (Wb/m) 2/rr2 Từ thơng móc vịng với nx dây cuộn dây giả tưởng, nx số sợi dây nằm đường tròn tâm X tính tỷ số 7tx2/7tr2 Từ thõng móc vịng với cuộn dây là: ‘f_ 'r™2 ụ.x.i , fu x\i U Í M>., = |nx.d r (hình 1.lc) Do đó: + i — Xét dây dẫn 1: Móc vịng với dây dẫn / có từ thơng t|/ị| dịng điện i| thân gây ra; \|/2| \|Ạ| dòng điện i2 i, dây dẫn gây ra: Vu = [21n(D„/r,) + 0,5] i,.10 (1.20) Vị/|2 = [21n(D ,/Dl2)l i2.10"4 (1.21) v|/,3 = [21n(D„/D|3)] i3.10’4 (1.22 Trong biểu thức (1.21), (1.22), từ thơng móc vịng với dây dẫn / dịng điện dây dẫn gây từ thơng bên ngồi dây dẫn giả tưởng có bán kính D|2 D|3 có dịng điện i2 i3 qua Tổng từ thơng móc vịng với dây dẫn / là: Vb = = 12 ln(D„/r,) + 0,51-i, 10 + [2 ln(D„/D,2)|.i2.10’4 + + 12 ln(D„/D13)J.iv10-4 = Vi = Vil + V12 + = [2 ln(D„).(i, 4- i24- i3).10 + (2 ln( 1/r,) 4-O,5|.i,.IO + 4- [2 ln( 1/D|2)].i2.10'4 + [2 ln( 1/D|,)].iv 10 i| + i2 + i3 = nên: y, = [21n(1/r,) + 0,51 i| 10’4 + [21n( 1/D,,)] i2.10‘4 + [21n( 1/D,,)] i,.IO’4 (1.23) Tương tự cho dây dẫn 3: MẠ = [21n( l/r2) + 0,51 i2.10’4 + 121n( 1/DI2)1 i,.10'4 + [21n( 1/D23)] ij.lQ’4 (1.24) MẠ = [21n(l/r,) 4-0.51 i, 10’4 4- |21n( l/D,,)l iplO’4 + [21n(l/D23)| i2.10 (1.25) Đãt: L,, = [2111(1/1-,) + 0,5).10’4 = [4.6.1g( 1/r,) 4- 0,5Ị 10 L22 = (21n( l/r2) + 0,5].10'4 = [4,6.1g( l/r2) + 0,5) 10’4 L„ = [21n(l/r,) + 0,5) 10’4 = [4,6.1g( 1/r,) + 0,5) 10'4 M12 = M2i = [21n(l/Dl2)].10’4 = [4,6.ĩg(l/D12)].10 (1.26) M.3 = Mji = [21n(l/D|j)].10’4 = [4,6.1g( 1/D,')].1O'4 M21 = M,2 = [2Ìn( 1/D2,)] 10’4 = [4,6.1g( 1/D2,)] 10'4 ta công thức từ thông rút gọn: Ml I — 1|-L|| 4" 4" ivMn MẠ = i|.M2l 4-i2.L22 4-i?.M2, I (1.27) MẠj = i|.M3| 4- i2.MJ2 4- ij.Ljj L||, L-n, Lj3 độ tự cảm dây dần; M|2, M]3, M,, độ hỗ cam dây dẫn Do đối xứng dòng điện (tống chúng 0) nên yếu tố D„ khơng có cơng thức Nếu tổng dịng điện khác chế độ không đối xứng yếu tố tồn Các cơng thức (1.23), (1.24), (1.25) cho phép tính từ thơng móc vịng với dây dẫn, từ tính độ từ cảm chung dây dẫn, bao gồm độ tự cảm độ hỗ cảm Trong trường hợp dịng điên khơng đối xứng thì: M|, = M21 = [21n(D„/Dl2)].10 M|3 = M31 = [21n(Dlt/Dl3)].10~4 M23 = M32 = ị21n(D„/D2,)].10 10 Nếu đường dây đảo pha thì: Mm = M|2 = M13 = M23 = [21n(Dtl/DIb)] 10’4 Dlh = ạ/D|2 D| ,D23 1.1.4 1.1.4.1 Tính độ từ cảm điện kháng hệ thống dây dẫn cụ thể Đường dãy dần điện pha Trên hình 1.3a đường dây điện pha, hình 1.3b hai đường dây điện pha cột Dây dẫn có bán kính r b) Hình 1.3 Dây dẫn màu trắng dây đi, dây sẫm dây vé a- Đường dây dơn pha Trong trường hợp i2 = -iị , \ị/| = \|/2 , theo (1.27): Vị/, = i|.L,| + i2.M12 = i|.(L|| - M|2) = i|.[21n(D„/r) + 0,5 -21n(D„/D)| 10~4 = i|.[21n(D/r) + 0,5] 10’4 = ip^ó.lgíD/r) + 0,5], 10’4 (1.28) Rút độ từ cảm L| L2 dây dẫn: L = L, = ụ = [4,6.1g(D/r) + 0,5|.10’4, [H/km| Điện kháng đơn vị dây dẫn là: XOI = CO.L = 314.[4,6.1g(D/r) + 0,5].10’4 = 0,144.1g(D/r) + 0,0157, |Q/km| (1.29) Vì đường dây có dịng điện nên điện kháng tổng cùa đường dây lần điện kháng dây dẫn: X0 = 2X()ị = 0,288.lg(D/r) + 0,0314 , |Q/km| (1.30) Nếu đường dây có độ dài điện kháng đường dây là: x = xo.l, [Q| (1.31) b Hai dường dày cột A| A2 hai dây (cùng cực) B, B, hai dây (hình l.3b) 1 Giả thiết i| = i3; i2 = i4 i2 4- i4 = -(iị + i3) (hai đường dây làm việc song song), ta có: tị/Ị — t|.L|| * i-».N4ị2 4 * 11-Mp 4" 1j.Mì4 — tp(ỉ_.|Ị 4" N4Ị3 ^4|2 ^4|4) Ta thấy ảnh hưởng cùa dây cực với dương (4-), khác cực âm (-) Thay Lịị, M|2, M|3, M14 theo (1.26) được: ụ, = i|.[21n(l/r) 4- 0,5 4- 21n( 1/D,,)] - 21n( 1/DI2) - 21n( /Dl4) 10’4 = i,.[21n(Dl2.Dl4/(r.DI3)) 4- 0,5], 10’4 L,= (21n(D|2.D|4/(r.D|3)) 4-0,5|.10~4 (1.32) (1.33) Do dây dẫn bơ' trí đối xứng nên L| = L2 = L, = L4 Từ cóng thức (1.33) rút quy luật chung đế viết cơng thức tính từ cảm cho dây dẫn hệ thống pha Trong phân số In, tử số tích khoảng cách từ dây xét đến dây khác cực, mẫu số tích bán kính dây xét với khống cách đến dây cực Ta tính điện kháng cho đường dây theo logarit thập phân: xo = [0,288.lg(Dl2/D|4)/(r.Dl3)) 4-0,0314 , [fì/km[ (1.30) ỉ.1.4.2 Đường dây điện ba pha a Lộ đơn Trên hình 1.4 cách bố trí đường dây ba pha lộ đơn Các pha có thê bơ' trí đinh tam giác đều, tam giác không đường thẳng ngang Hình 1.4 Trong hệ thống ba pha ta có: Ĩ| 4- i2 4- i3 = Trường hợp tổng quát ta có: kị/Ị — 1|.L|| 4" ỉ->.N4|-> 4- 13.M|3 Ta biết biêu thức cho thời diêm, ta chọn thời điếm tính tốn cho i2 = i3 = -i|/2, đó: 12 AQ = Qi - Qọ = sf = Im Dc‘u2+BA * * (DA + BC *).P| * -j(DA * -BC -1).Q, Ur / (2.182) Khi sử dụng sơ đồ thay đường dây đơn giản gồm có tổng trở z - R + j X, thông số A = 1, B = R + j X, c = 0, D = trở lại cơng thức quen thuộc tính mạng điện: ÁP=£Ùị2Ĩ.R ; AQ = -P-T• X Ư2 (2.183) u2 Các công thức (2.179) 4- (2.182) cho phép tính tổn thất đường dây dài có thiết bị bù, thông sô' thiết bị tính vào thơng sơ' mạng cực A, B, C, p 2.7.1.2 Tổn thất công suất máy biến áp a Máy biến áp hai dây quấn: ( AP = APkI + APn s (2.184)