Đang tải... (xem toàn văn)
Ch−¬ng 5 M¹ng ®iÖn kÝn § 5 1 Ph©n bè c«ng suÊt trong m¹ng ®iÖn kÝn 1 Kh¸i niÖm chung vÒ m¹ng ®iÖn kÝn Trong m¹ng ®iÖn hë c¸c thô ®iÖn ®−îc cung cÊp ®iÖn n¨ng tõ mét phÝa Do ®ã khi ®o¹n ®Çu ®−êng d©y b[.]
Chơng Mạng điện kín Đ 5-1 Phân bố công suất mạng điện kín Khái niệm chung mạng điện kín Trong mạng điện hở thụ điện đợc cung cấp điện từ phía Do đoạn đầu đờng dây bị cố thụ điện phía sau bị cắt điện Để khắc phục nhợc điểm ngời ta dùng đờng dây mà phụ tải đợc cung cấp từ phía, mạng điện kín Mạng điện kín mạng điện mà phụ tải đợc nhận điện từ hay nhiều nguồn cung cấp Mạng điện kín đơn giản gồm đờng dây làm việc song song cung cấp cho phụ tải Cả đờng dây hàng cột riêng cột Mạng điện kín nhng nhận điện từ nguồn cung cấp gọi mạng điện kín hình vòng Tại điểm có số đờng dây lớn hay (n 3) gọi điểm nút mạng điện Mạng điện kín có điểm nút gọi mạng điện kín phức tạp ( hình 5-1 ) ~B Hình 5-1 Mạng điện kín phức tạp A, B, C - lµ nguån cung cÊp; a, b - điểm nút; c, d,e, f, g - phụ tải d c A ~ a b e ~C f g Việc tính toán mạng điện kín tơng đối phức tạp công suất truyền tải đoạn đờng dây phụ thuộc vào điện trở, điện kháng đoạn đờng dây trị số phụ tải điểm nút Do ngời ta phải có phơng pháp riêng để tính toán mạng kín, trớc tiên phải xác định đợc trị số dòng cung cấp từ nguồn u điểm mạng điện kín là: - Bảo đảm cung cấp điện thờng xuyên liên tục cho phụ tải Các thụ điện loại I thờng đợc cung cấp mạng điện kín Mỗi hộ tiêu thụ nhận điện tõ hay nhiÒu nguån cung cÊp http://www.ebook.edu.vn - Chi phí vận hành tơng đối thấp: tổn thất công suất thấp mạng điện hở, tổn thất điện áp nhỏ - Tính linh hoạt cao: mạng điện kín thích ứng tốt kịp thời với trạng thái làm việc khác mạng điện Khi phụ tải thay đổi đột ngột điện áp đặt vào phụ tải biến đổi Nhợc điểm mạng điện kín: - Vận hành mạng điện phức tạp, yêu cầu chặt chẽ - Bảo vệ rơ le cố phức tạp Thờng dùng bảo vệ có hớng bảo vệ khoảng cách - Khi cố đứt nhánh đầu nguồn mạng điện kín trở thành mạng điện hở Tổn thất công suất điện áp vợt qua giá trị cho phép Dới trình bày phơng pháp tính toán phân bố công suất mạng điện kín Sự phân bố công suất mạng điện kín Sự phân bố công suất truyền tải mạng điện kín phụ thuộc vào tiết diện, chiều dài đoạn mà phụ thuộc vào độ lớn vị trí phụ tải mạng điện Do để tính toán mạng điện kín ngời ta phải dùng phơng pháp gần liên tiếp Phơng pháp cho kết đủ xác với yêu cầu thực tế Muốn tìm phân bố công suất mạng điện kín trớc hết giả thiết điện áp điểm lấy Uđm bỏ qua tổn thất công suất đoạn đờng dây Sau biết đợc công suất truyền tải đoạn chuyển sang bớc tính xác công suất điện áp nút mạng điện Để đơn giản sơ đồ tính toán ngời ta đa vào khái niệm phụ tải tính toán công suất tính toán nhà máy điện Phụ tải tính toán đại lợng quy ớc bao gồm phụ tải thực, tổn thất công suất máy biến áp công suất phản kháng nửa đờng dây đóng vào trạm điện sinh Công suất tính toán nhà máy điện công suất thực tế mà nguồn phát cung cấp cho mạng điện Nó công suất phát máy phát, trừ công suất tự dùng, tổn hao công suất máy tăng áp cộng với công suất phản kháng nửa đờng dây đấu vào trạm tăng áp sinh Khi sơ đồ thay mạng điện kín đơn giản Trong sơ đồ tính toán cần quan tâm đến điện trở r điện kháng x đoạn đờng dây Sau tìm phân bố công suất mạng điện kín đơn giản có đầu cung cấp điện A B với điện áp nguồn khác ( hình 5-2) Giả sử chiều quy ớc dòng điện nh hình vẽ Ta nhận thấy phụ tải i2 nhận lợng từ phía Viết biểu thức điện áp rơi cho phụ tải nguồn A B: http://www.ebook.edu.vn Z Z1' Z1'' Z2'' Z2' Z3'' Z3' A ZA1 IA Z12 I12 i1 Z23 I23 i2 ZB3 IB B i3 Hình 5-2 Mạng điện kín hai nguồn cung cấp IA, I12, I23,IB - dòng điện truyền tải; i1, i2, i3 - dòng điện phụ tải; Z'1, Z'2, Z'3 - tổng trở từ phụ tải 1, ,3 đến nguồn A; Z"1, Z'2, Z'3 - tổng trở từ phụ tải 1, 2, đến nguồn B; Z - tổng trở đờng dây Phơng trình cân điện áp là: UA - U2 = ( I A Z A1 + I 12 Z 12 ) (5-1) UB - U2 = ( I B Z B3 + I 23 Z 23 ) (5-2) Gi¶ thiÕt UA > UB, lÊy hiƯu sè cđa (5-1) (5-2) ta đợc: UA - UB = ( I A Z A1 + I 12 Z 12 − I B Z B3 − I 23 Z 23 ) (5-3) Theo định luật Kirchoff 1, với mạng điện cho hình (5-2) ta có: I12 = IA - i1 ; IB = i3 - I23; I23 = IA - i1 - i2; IB = i1 + i2 + i3 - IA; i23 = i1 - I12 = i2 + i1 - IA (5-4) Thay (5-4) vào (5-3) đợc: UA - UB = ( I A Z A1 + I A Z 12 − i Z 12 − i Z B3 − i Z 3B − i Z B3 + I A Z B3 − I Z B3 − i Z B3 − I A Z B3 ) = 3[ I A ( Z A1 + Z 12 + Z 23 + Z B3 ) − i ( Z 12 + Z 23 + Z B3 ) − i ( Z 23 + Z B3 ) − i Z B3 ] Đặt Z = ZA1 + Z12 + Z23 + ZB3; Z"1 = Z12 + Z23 + ZB3; Z"2 = Z23 + ZB3; Z"3 = ZB3; Rót ra: IA = i1 Z 1" + i Z 2" + i3 Z 3" U A − U B + Z 3Z (5-5) Trờng hợp tổng quát, mạng ®iƯn kÝn hai ngn cung cÊp cã n phơ t¶i: i1, i2, , in, th×: http://www.ebook.edu.vn n ∑i Z i =1 IA = " i i + ZΣ U A −UB (5-6) 3Z Σ T−¬ng tù nh− vËy, ta cã thể xác định đợc dòng điện từ nguồn B: n ∑i Z IB = i i =1 ' i U A −UB + ZΣ (5-7) 3Z Σ Tõ (5-6) (5-7) ta thấy dòng điện từ nguồn A nguồn B có hai thành phần: - Thành phần dòng điện phụ tải chủ yếu, (IA, IB ), phụ thuộc vào phụ tải tổng trở cđa m¹ng: n n ∑i Z ∑ ii Z i" IApt = i =1 ; IBpt = ZΣ i i =1 ' i (5-8) Z - Thành phần dòng điện cân (IAB IBA) phụ thuộc vào chênh lệch điện áp nguồn cung cấp tổng trở mạng điện mà không phụ thuộc vào phụ t¶i: IAB = U A −UB 3Z Σ = -IBA; C«ng st SAB = 3UI AB (5-9) Ta cịng cã thể tìm đợc dòng điện IB dòng điện truyền tải lại biết IA: IB = IA - ii (5-10) Khi phụ tải cho công suất s1, s2, , sn, nhân hai vế (5-6) với 3U dm công suất truyền tải là: n ∑s Z SA = i i =1 " i ZΣ + (U A − U B )U dm 3Z Σ (5-11) Nếu điện áp hai nguồn trị sè vµ trïng pha ( U& A = U& B ) th× IAB = 0, ta cã: n ∑i Z IA = i =1 i ZΣ n ∑s Z " i ; SA = i =1 i ZΣ " i (5-12) Nhận xét: mạng điện kín hai nguồn cung cấp, công suất (hay dòng điện) từ nguồn tỷ lệ với tổng tích công suất phụ tải với tổng trở phụ tải tơng ứng đến nguồn http://www.ebook.edu.vn Chiều công suất (hay dòng điện) với giả thiết tính đợc giá trị công suất (hay dòng điện) dơng Nếu giá trị công suất ( hay dòng điện) có dấu âm chiều ngợc lại với chiều giả thiết ban đầu Sau xác định đợc chiều trị số công suất, ta thấy có điểm mà phụ tải nhận công suất từ hai phía gọi điểm phân công suất (hay điểm phân dòng điện) Vì phụ tải gồm có công suất tác dụng phản kháng nên điểm phân công suất điểm, riêng rẽ hai điểm Nếu có hai điểm phân công suất, điểm phân công suất tác dụng (ký hiệu là) điểm phân công suất phản kháng ( ký hiệu ) Trờng hợp có điểm phân công suất sơ đồ có ký hiệu điểm phân công suất chung đó, ngời ta có ký hiệu giống nh điểm phân công suất tác dụng (ký hiệu là) Căn vào dòng điện, công suất điện áp nguồn, ngời ta tiến hành xác định thông số chế độ mạng kín để thuận tiện cho việc tính toán, biết điểm phân công suất hay dòng điện, ta tách mạng điện kín thành hai mạng điện hở điểm phân công suất (hình 5-3) A S12 SA S23 s1 A s2 s1 S23 s12 B s3 S12 SA SB SB s23 B s3 Hình 5-3 Tách mạng điện kín thành mạng điện hở điểm phân công suất Công suất phụ tải cuối mạng vừa tách lấy công suất truyền tải đoạn đờng dây VÝ dơ: s12 = S12, s23 = S23 §ång thời tổng công suất phụ tải điểm cuối hai mạng hở phải công suất phụ tải điểm phân công suất mạng điện kín, ví dụ: s12 + s23 = s2 Trờng hợp mạng điện kín có hai điểm phân công suất, ta tách mạng kín điểm phân công suất tác dụng Trong mạng điện có điện áp cao (Uđm 220 kV) tính toán, ngời ta phải tính với điện áp điểm nút công suât truyền tải có kể đến hao tổn công suất đoạn đờng dây Sau tách mạng điện kín thành mạng điện hở, qúa trình tính toán mạng đợc tiến hành giống nh mạng điện hở Trờng hợp mạng điện kín có điện áp nguồn khác nhau, ngời ta xác định phân bố dòng hay công suất cách xếp chồng hai chế độ: dòng điện phụ tải dòng điện cân http://www.ebook.edu.vn A IA I12 I23 IB B đoạn Chú ý là, dòng ®iƯn c©n b»ng cã chiỊu ®i tõ ngn cã ®iƯn áp cao sang nguồn có điện áp thấp Xét mạng điện nh hình vẽ ( hình 5-3b) Chế độ 1: Khi điện áp UA = UB đờng dây có phụ tải phụ tải thực mạng Chế độ 2: Khi điện áp UA UB phụ tải, có dòng cân qua từ nguồn có điện áp cao đến nguồn điện áp thấp hơn, dòng không phụ thuộc vào tải đờng dây Sau tìm đợc dòng điện truyền tải hai chế độ, theo chiều dòng điện ta tiến hành xếp chồng dòng điện đoạn để tìm đợc phân bố dòng điện mạng thực ban đầu Ví dụ: theo chiều dòng điện nh h×nh (5-2) th×: IA = IApt + IAB ; I12 = I12pt + IAB ; I23 = I23pt - IAB ; IB = IBpt - IAB Đ 5-2 Các trờng hợp đặc biệt mạng điện kín Ta xét trờng hợp đặc biệt mạng điện kín hai nguồn cung cấp có điện áp Nếu điện áp hai nguồn khác phân bố công suất (hay dòng điện) đợc xếp chồng thêm công suất cân Đờng dây có phụ tải tác dụng Khi thành phần phụ tải phản kháng không (ip =0) thành phần phụ tải tác dụng ia = i phân bố dòng điện là: IA = IaA + jIpA = ∑ i (r i i " rΣ + jx Σ (rΣ − jx Σ )∑ ii (ri + jx i ) " " + jx i ) = " (5-13) rΣ2 + x Σ2 ®ã: r", x"- điện trở tác dụng phản kháng từ phụ tải thứ i đến nguồn B; r, x- tổng điện trở tác dụng phản kháng đờng dây http://www.ebook.edu.vn Ta thấy rằng, đờng dây có phụ tải tác dụng nhng dòng điện truyền tải đoạn có hai thành phần tác dụng phản kháng có mặt điện trở cảm kháng đờng dây Trờng hợp đợc áp dụng cho mạng truyền tải mạng kín điện áp thấp phụ tải có hệ số công suất cao (cos 1) Mạng điện kín kể đến điện trở tác dụng (x = 0) Những mạng điện có tiết diện nhỏ, điện áp thấp mạng cáp có điện áp dới 10 kV, r >> x, th× coi x = 0, ta cã: IA = IaA + jIpA = ∑ (i + ji pi )ri " rΣ ∑i = r j ∑ i pi ri " + i rΣ " (5-14) r Khi phụ tải cho công suất: SA = PA + jQA = ∑pr " + i i rΣ j ∑ q i ri " (5-15) rΣ Sù ph©n bố công suất tác dụng phản kháng không phụ thc vµo mµ chØ phơ thc vµo tỉng trë mạng điện tính theo phần riêng rẽ Trớc tiên xác định phân bố công suất tác dụng sau xác định tiếp công suất phản kháng Mạng điện đồng Mạng điện đồng mạng điện có tỷ số điện trở phản kháng điện trở tác dụng đoạn gièng (x0 / r0 = const), ta cã: IA = IA = ∑ ii Z i " " = ZΣ ∑i r i rΣ " ∑ ii (ri + jxi" ) rΣ + jx Σ ∑i +j r = ∑ ii (1 + (1 + x i" ri " )ri" xΣ )rΣ rΣ " pi i (5-16) rΣ Viết dới dạng công suất: SA = PA + jQA = ∑(p i + jq i )ri" rΣ = ∑pr i i rΣ " + j ∑ q i ri r " (5-17) Đối với mạng điện đồng phân bố công suất tác dụng phản kháng không phơ thc vµo vµ chØ phơ thc vµo tỉng trở mạng điện Chú ý mạng điện đồng không thiết phải có tiết diện nh đoạn Nếu tiết diện khác nhng bố trÝ cho (r0 / x0 ) = const th× có mạng điện đồng Ngợc lại mạng điện có tiết diện dây dẫn nh đoạn cha thể coi mạng điện đồng phụ thuộc vào điện trở phản kháng Nếu mạng điện đồng mà tất đoạn tiết diện (r0 =const) phân bố công suất phụ thuộc vào chiều dài đờng dây: IA i (r = i + jx )l i" (r0 + jx )l Σ ∑i = " i l lΣ ∑i +j " pi i l lΣ (5-18) Khi phụ tải cho công suất: SA = PA + jQA = ∑ p l '' + j ∑ q l i i lΣ " i i lΣ (5-19) đó: li'' - chiều dài từ phụ tải thứ i đến nguồn B; l - chiều dài toàn đờng dây; iai, ipi - thành phần dòng điện tác dụng phản kháng đoạn thứ i; r0, x0 - điện trở tác dụng phản kháng km đờng dây; pi, qi - thành phần công suất tác dụng phản kháng phụ tải thứ i Khi toàn phụ tải đờng dây đồng có hệ số công suất ta cần xác định phân bố công suất tác dụng công suất toàn phần đủ Vì biết cos công suất toàn phần ta suy công suất tác dụng phản kháng Với mạng điện có tiết diện không phạm vi định ta biến thành mạng điện đồng phơng pháp nhân tạo Đ 5-3 Tổn thất điện áp v tiết diện dây dẫn mạng điện kín Tổn thất điện áp mạng điện kín Đối với mạng điện kín tổn thất điện áp cần đợc xác định vận hành bình thờng cố Tổn thất điện áp đoạn mạng điện kín đợc xác định theo công thức: U = Pr + Qx U dm Khi tính toán gần đúng, bỏ qua tổn thất công suất đờng dây điện áp lấy Udm Nếu cần phải tính toán xác tính cho mạng truyền tải công suất đợc tính tơng ứng với điện áp điểm nút Giả sử có mạng điện kín cung cấp cho phụ tải nh hình 5-4 Điểm điểm phân công suất, có điện áp thấp nhất, hao tổn điện áp mạng tổng hao tổn từ nguồn đến điểm có điện ¸p thÊp nhÊt NÕu UA = UB th× tỉn thÊt điện áp lớn có giá trị là: Umax = ΔUA2 = ΔUB2 ΔUmax = PA rA1 + Q A x A1 + P12 r12 + Q12 x12 PB rB + Q B x B + P32 r32 + Q32 x32 = U dm U dm SA A S12 ▼2 S23 s2 s1 SB B s3 Hình 5-4 Mạng điện kín để tính tổn thất điện áp Nếu UA UB tổn thất điện áp từ A đến điểm từ B đến điểm không Hiệu số giá trị chênh lệch điện áp nguồn A B Trờng hợp điểm phân công suất tác dụng khác phản kháng phải tính thành phần tổn thất điện áp đến điểm ®ã råi so s¸nh víi míi cã thĨ x¸c định đợc điểm có điện áp thấp Nếu mạng điện kín có đờng dây phân nhánh nh hình 5-5, ta cha thể kết luận đợc điểm phân công suất (điểm 2) điểm có điện áp thấp mà phải tính toán đợc tổn thất điện áp từ nguồn A tới điểm từ nguồn B đến điểm so sánh giá trị t×m ΔUmax s4 A S12 SA ∇ s1 S23 SB s2 B s3 Hình 5-5 Mạng điện kín có đờng dây phân nhánh Trong mạng điện kín việc tính Umax lúc vận hành bình thờng phải tính hao tổn điện áp cố UmaxSC Sự cố thờng xét ngắn mạch đứt dây, thiết bị bảo vệ cắt đoạn dây cố khỏi lới, mạng điện kín trở thành mạng hở phụ tải nguồn cung cấp Khi tính toán, ngời ta gây cố cho đoạn đờng dây cung cấp từ nguồn (ví dụ đoạn B-3 hình 5-4), toàn phụ tải mạng đợc cấp từ nguồn lại (nguồn A), hao tổn điện áp mạng UA3 Để tính hao tổn điện áp cố, ta phải gây cố cho mạng hai trờng hợp: nguồn A nguồn B, tìm hao tổn UA3 UB1 sau so sánh chọn giá trị lớn lấy hao tổn ®iƯn ¸p ΔUmaxSC ΔUmaxSC = max (ΔUA3, ΔUB1) A SA S12 A s1 S23 s2 s1 S12 s2 B s3 S23 s3 SB B Khi cố, cần kiểm tra cho đoạn đầu đờng dây mạng hở (A-1 B-3 đoạn có dòng truyền tải lớn nhất) xem dòng truyền tải có vợt dòng cho phép theo điều kiện đối nóng hay không Xác định tiết diện dây dẫn mạng điện kín Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn mạng điện kín tính trực tiếp giống nh mạng hở Ta gặp khó khăn cha biết tiết diện dây dẫn, cha biết tổng trở cha tìm đợc phân bố công suất; ngợc lại cha rõ phân bố công suất tính đợc tiết diện dây dẫn Vì vậy, muốn tìm tiết diện dây dẫn ta phải dùng phơng pháp gần để xác định phân bố công suất, sau míi tÝnh tiÕt diƯn Khi chän tiÕt diƯn d©y dÉn ta tính cho điều kiện làm việc bình thờng mạng, sau kiểm tra trờng hợp cố nghiêm trọng Tiết diện dây dẫn chọn theo phơng pháp mật độ dòng điện kinh tế mạng điện khu vực chọn theo tổn thất điện áp cho phép theo đốt nóng mạng điện địa phơng tuỳ thuộc vào đặc điểm mạng a Đối với mạng điện khu vực Sự phân bố công suất mạng điện khu vực hoàn toàn dựa vào chiều dài đờng dây để tính toán Nguyên nhân mạng điện khu vực công suất truyền tải lớn, tiết diện dây dẫn lớn điện trở thờng nhỏ Điện kháng đờng dây thay đổi không nhiều hệ số cos cao nên ta coi mạng điện đồng tiết diện Phân bố công suất mạng điện phụ thuộc vào chiều dài, có dạng (5-19): SA = PA + jQA = ∑ p l '' + j ∑ q l i i lΣ " i i l Từ SA tìm đợc công suất truyền tải tất đoạn lại Tiết diện dây dẫn mạng đợc tính theo mật độ dòng điện kinh tế (theo tiết diện không đổi thay đổi) Sau chọn xong dây dẫn, kiểm tra dòng điện cố đoạn (thờng cần kiểm tra đoạn đầu nguồn) xem có đảm bảo điều kiện phát nóng cho phép hay không : ISC [ I ]cp (5-20) đó: ISC - dòng điện cố nặng nề đoạn đầu đờng dây; Icp - dòng điện lâu dài cho phếp dây dẫn theo điều kiện đốt nóng Nếu điều kiện (5-20) không thoả mÃn phải tăng tiết diện dây dẫn b Đối với mạng điện địa phơng Trong mạng địa phơng, tiết diện dây dẫn đợc chọn tuỳ thuộc vào đặc điểm phân bố phụ tải đờng dây, ta xét cho hai trờng hợp chọn tiết diện dây dẫn không đổi thay đổi chiều dài đờng dây: + Khi đờng dây có phụ tải phân bố dày, gần Trờng hợp nên chọn phơng án tiết diện không đổi suốt chiều dài đờng dây Khi coi mạng điện đồng nhất, tiết diện không đổi điện kháng x0 đờng dây khác không nhiều, phân bố công suất phụ thuộc vào chiều dài đờng dây Sau tìm đợc công suất truyền tải tất đoạn ta xác định đợc điểm phân công suất Tách mạng điện kín thành mạng điện hở Trình tự tiến hành tính toán nh sau: - Cho x0 giá trị trung bình, tính tổn thất điện áp phản kháng Up từ nguồn đến điểm phân công suất - Xác định tổn thất điện áp tác dông cho phÐp: ΔUacp = ΔUcp - ΔUp - Tìm tiết diện dây dẫn: F= Pl U dm U acp - Chọn tiết diện quy chuẩn, tra bảng tìm r0 x0, tính hao tổn điện áp thực tế, so sánh với hao tổn điện áp cho phép đáp ứng điều kiện Utt Ucp Trờng hợp không thoả mÃn nâng cấp tiết diện lên cấp tính lại Vì tiết diện dây dẫn không đổi nên tiÕt diƯn tÝnh tõ phÝa ngn A cịng gièng nh− tÝnh tiÕt diÖn tõ phÝa nguån B, ta chän chung mét tiÕt diƯn nhÊt KiĨm tra tiÕt diƯn d©y dÉn sù cè mÊt mét nguån cung cÊp: - Giả thiết cố đứt dây gần hai nguồn (lần lợt tính cho hai nguồn), mạng kín trở thành mạng hở, tính toán với trờng hợp cố nặng nề - Tính lại công suất truyền tải đờng dây mạng hở nguồn cung cấp - Xác định tổn thất điện áp thực tÕ cđa m¹ng hë (ΔUSC) cã ngn cung cấp - So sánh tổn thất điện áp thực tế tổn thất điện áp cho phép cố ΔUcpSC Th«ng th−êng sù cè ng−êi ta cho phÐp tăng tổn thất điện áp cho phép lên 5-8 % so với lúc bình thờng nghĩa là: USC UcpSC = Ucp + (5 - 8) % Nếu mạng điện kín có nhánh rẽ nh hình 5-5, cách lựa chän tiÕt diÖn nh− sau: s4 A S12 SA ∇ s1 S23 s2 SB B s3 - Coi phơ t¶i nhánh dây tập trung điểm rẽ - Tiết diện dây dẫn đờng dây tính nh phơng pháp nêu - Tìm hao tổn điện ¸p thùc tÕ ®Õn ®iĨm rÏ theo tiÕt diƯn tiêu chuẩn đà chọn - Căn vào hao tổn điện áp cho phép, tìm hao tổn điện áp cho phép lại nhánh rẽ: U cp3-4 = U cp - ΔU B3 - TiÕt diƯn d©y dÉn cđa nhánh rẽ chọn theo hao tổn điện áp cho phép lại U cp3-4 - Kiểm tra mạng điện theo điều kiện đốt nóng theo hao tổn điện áp cho phÐp sù cè ISC ≤ [ I ]cp ; ΔUSC ≤ [ ΔU ]cpsc - Khi mét điều kiện không đảm bảo phải tăng tiết diện dây dẫn + Trờng hợp đờng dây dài phụ tải phân bố xa Khi đoạn đờng dây nên chọn tiết diện dây dẫn khác để đáp ứng yêu cầu kinh tế, phân bố công suất xác định không phụ thuộc vào chiều dài đờng dây mà phụ thuộc vào tổng trở dây dẫn Bài toán trở nên phức tạp dây dẫn lại yếu tố cần tìm, để tính đợc ngời ta sử dụng phơng pháp gần sở giả thiết Xét đoạn đờng dây cung cấp cho phụ tải, tiết diện dây thể tích kim loại đợc xác định: F= Pl ; γU dm ΔU acp V = 3Fl = 3Pl γU dm ΔU acp Ta thÊy thÓ tích kim loại làm dây dẫn tỷ lệ với bình phơng chiều dài đờng dây Muốn cho khối lợng kim loại màu làm dây dẫn khoảng cách cấp điện từ nguồn đến phụ tải phải gần Xét mạng điện có sơ đồ nh hình vẽ, O điểm đờng dây A F1 s1 F2 F3 s2 O F4 B s3 Muốn cho khoảng cách dẫn điện từ nguồn đến phụ tải ngắn nhất, nghĩa lợng kim loại màu chi phí cho đờng dây thì: - Phụ tải phải nguồn A cung cÊp, - Phơ t¶i ph¶i ngn B cung cấp Trên sở đó, mạng điện kín đợc chia thành hai mạng hở A-1-2 B-3 Tiết diện dây dẫn phần đợc chọn theo phơng pháp tính mạng điện hở địa phơng Tuỳ theo tính chất phụ tải mà chọn dây dẫn theo hai phơng pháp Ví dụ, với mạng điện cã thêi gian sư dơng thÊp Tmax = 2000 - 4000 h , chọn tiết diện dây dẫn đoạn khác theo hao tổn điện áp cho phép chi phí kim loại cực tiểu Mạng có thời gian sư dơng cao Tmax = 4500 - 6000 h, chọn theo điều kiện hao tổn điện áp tổn thất điện nhỏ (phơng pháp j = const) Đoạn (đoạn 2-3) bị cắt, thực tế vận hành có dòng điện tơng đối nhỏ qua Để chọn tiết diện cho đoạn này, ta so sánh tiết diện hai đoạn F2 F4, chän tiÕt diÖn F3 theo mét hai tiÕt diÖn ứng với đoạn có tiết diện bé Sau thử lại xem điều kiện làm việc bình thờng cố nghiêm trọng dây dẫn có đảm bảo hay không Đ 5- Một số phơng pháp biến đổi mạng điện kín Trong trình tính toán mạng điện kín, ta gặp mạng điện kín phức tạp có nhiều điểm nút nhiều nguồn cung cấp Việc xác định phân bố công suất gặp nhiều khó khăn, ngời ta phải tìm cách biến đổi mạng điện kín phức tạp trở thành đơn giản Dới trình bày số phơng pháp biến đổi mạng điện kín phức tạp mạng điện kín đơn giản hai nguồn cung cấp Từ dễ dàng tìm đợc phân bố công suất đoạn mạng Bớc tiếp theo, hoàn nguyên trở lại sơ đồ ban đầu để tìm công suất mạng điện thực tế đà cho Phơng pháp biến đổi mạng điện đồng quy Xét mạng điện đồng quy điểm B nh hình 5-6a Ta cần biến đổi mạng điện thành nhánh đẳng trị nh hình 5-6b Sau thay nhánh đồng quy: A1, A2, A3 thành nhánh đẳng trị, điều kiện sau đợc bảo toàn: - Điện áp điểm đồng quy không thay đổi UB = UB' - Dòng điện mạch không thay đổi I = I' A1 Hình 5-6 Đẳng trị mạng điện đồng quy Y1 a - mạng điện đồng quy; b - mạng điện đẳng trị; A1, A2, A3 - nguồn cung cấp; A - nguồn đẳng trị I1 I2 A2 A3 Y2 I B C a) I3 Y3 C B' A Y®t b) I' Theo điều kiện ta có: Iđt = I1 + I2 + I3 (5-21) Y®t = Y1 + Y2 + Y3 (5-22) Các dòng điện I1 , I2 , I3 xác định theo biểu thức: I1 = (UA1 - UB)Y1; I2 = (UA2 - UB)Y2; I3 = (UA3 - UB)Y3; I®t = (U®t - UB' )Y ®t= (U®t - UB )Y ®t ®ã: UA1, UA2, UA3 - điện áp pha nguồn A1, A2, A3; UB, UB' - điện áp điểm B B'; Uđt - điện áp pha nguồn đẳng trị; Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3 - điện dẫn điện trở nhánh A1, A2, A3; Yđt, Zđt - điện dẫn điện trở nhánh đẳng trị Thay (5-23), (5-24) vào (5-21) ta ®−ỵc: (U®t - UB )Y ®t = (UA1 - UB)Y1 + (UA2 - UB)Y2 + (UA3 - UB)Y3 U®t = U A1Y1 + U A 2Y2 + U A3Y3 Y1 + Y2 + Y3 ( 5-23 ) ( 5-24 ) ( 5-25) (5-26) Tỉng qu¸t cã n nh¸nh: n ∑U U®t = i =1 Y Ai i n ∑Y i =1 (5-27) i Nh biến đổi mạng đồng quy thành nhánh đẳng trị, ta cần xác định điện áp nguồn đẳng trị (Uđt) điện dẫn nhánh đẳng trị (Yđt) Bài toán ngợc lại, cần hoàn nguyên sơ đồ để xác định thông số mạng thực từ sơ đồ đẳng trị, với thông số đà biết Uđt, Iđt Zđt cần xác định thông số cho nhánh đồng quy (thờng dòng I1, I2, I3) ta viết phơng trình cho nút B B' cân Từ ( 5-23 ) ta cã: UB = UA1 - I1Z1; UB = UA2 -I2Z2; UB = UA3 - I3Z3 ( 5-28 ) UB' = U®t - I®tZ®t ( 5-29 ) Vì UB = UB' , nên cân lần lợt ( 5-28 ) víi ( 5-29 ) gi¶i ra: I1 = I®t Z dt + U A1 − U dt ; I2 = I®t Z dt + U A2 − U dt ; I3 = I®t Z dt + U A3 − U dt Z1 Z1 Z2 Z2 Z3 Z3 ( 5-30 ) Viết dới dạng tổng quát: Ii = I®t Z dt + U Ai − U dt Zi Zi ( 5-31 ) Khi phụ tải cho công suÊt: Si = S®t Z dt + 3U dm (U Ai − U dt ) Zi Zi ( 5-32 ) Nếu điện áp nguồn A1, A2, Ai trị số trùng pha thì: UAi = Ut® ta cã: Si =S®t Z dt Zi ( 5-33 ) Phơng pháp dịch chuyển phụ tải Phơng pháp biến đổi mạng điện đồng quy áp dụng đợc đoạn mạng phụ tải Khi có phụ tải ta phải dùng phơng pháp dịch chuyển phụ tải Nghĩa đem phụ tải dịch chuyển hai đầu đoạn mạng điện Đây phơng pháp bổ trợ thờng dùng phục vụ cho phép biến đổi mạng khác nh biến đổi mạng đồng quy, biến đổi - tam giác v.v Giả sử có mạng điện kín nh hình -7a Sơ đồ có phụ tải sb, sc, sd, tổng trở đoạn Z1, Z2, Z3, Z4 Do nhu cầu tính toán ta cần dịch chuyển phụ tải c điểm b, d Sau dịch chuyển nh vậy, phụ tải sc không Trong sơ đồ ( hình 5-7b ), phụ tải sb, sd đợc bổ sung thêm thay sc' sd' Khi dịch chuyển phụ tải yếu tố sau đợc bảo toàn: - Công suất ( hay dòng điện ) đoạn Ab Bd trớc sau dịch chuyển không đổi: SA = SA'; SB = SB' - Tổn thất điện áp đoạn bd không đổi a) SA A Sbc b Z1 Z2 S 'A d SB Z3 sb b) A Sdc c sc Sbd b Z1 B Z4 sd S 'B d Z2 +Z3 B Z4 s 'd s 'b Hình 5-7 Dịch chuyển phụ tải a- mạng điện cha dịch chuyển phụ tải; b- mạng điện đà dịch chuyển phụ tải Giả thiết mạng điện xét có điện áp đầu chiều dòng điện quy ớc nh hình vẽ Khi cha dịch chuyển phụ tải phân bố công suất là: SB = sb Z1 + s c (Z1 + Z ) + s d (Z1 + Z + Z ) Z ∑ ( 5-34 ) Sau dịch chuyển phân bố công suất là: SB' = sb ' Z1 + s d ' (Z1 + Z + Z ) Z ∑ ( 5-35 ) Vì SB = SB' cân ( 5-34 ) , ( 5-35 ) ta đợc: sb Z1 + sc(Z1 + Z2 ) + sd(Z1 + Z2 + Z3 ) = sb'Z1 + sd'( Z1 + Z2 + Z3 ) ( 5-36 ) Mặt khác công suất bảo toàn nªn: SA + SB = SA' + SB'; sb + sc + sd = sb' + sd' ( 5-37 ) Cân ( 5-36 ) ( 5-37 ) gi¶i ra: s b' = s b + s c ®ã: Z = s +s ; b bn Z2 + Z3 s d ' = sd + sc Z2 = s + s d dn Z2 + Z3 ( 5-38 ) sbn , sdn - phụ tải điểm c dịch chuyển điểm b d sbn = sc Z3 ; Z2 + Z3 sbn + sdn = sc sdn = sc Z2 ; Z2 + Z3 ( 5-39 ) ( 5-40 ) NhËn xÐt: theo ( 5-38 ) vµ ( 5-39 ) ta thÊy, phơ tải nhận dịch chuyển có thành phần: thành phần phụ tải cũ thành phần phụ tải dịch chuyển gọi phân lợng phụ tải chuyển dịch Phụ tải chuyển dịch đợc tính toấn giống nh phân bố công suất mạng điện kín ta coi điểm nhận phụ tải chuyển dịch đầu cung cấp Vì dịch chuyển phụ tải không ảnh hởng đến trị số công suất cân bằng, trờng hợp ®iƯn ¸p ngn kh¸c Khi biÕt Sbd '; sbn sdn ( hình 5-7b) ta hoàn nguyên lại phụ tải theo sơ đồ ban đầu (hình 5-7a): Sbc = Sbd' + Sbn; Sdc = sdn - Sbd' ( 5-41 ) NÕu Sbc hc Sdc tÝnh có dấu âm chiều ngợc lại với chiều chọn ban đầu Dịch chuyển phụ tải nhánh đồng quy Xét mạng điện có sơ đồ nh hình vÏ B Sb S2 D D S3 SA S’ b S’2 A S ’4 A S4 B Sd S’c b, Sc a, C S’d C S3 Dịch chuyển phụ tải mạng đồng quy a- Mạng điện thực b- Mạng điện sau chuyển dịch phụ tải Ta cần dịch chuyển phụ tải điểm A điểm B, C, D cho: - Điện áp rơi điểm B, C, D không đổi - Dòng điện công suất phần khác mạng không đổi Ta xác định phân lợng phụ tải dịch chuyển từ A điểm B, C, D, xác định giá trị công suất truyền tải mạng sau biến đổi S2, S3, S4 Xét mạng ban đầu cha biÕn ®ỉi ta cã: UB - UC = I2Z2 - I3Z3; UB - UD = I2Z2 - I4Z4; UC - UD = I3Z3 - I4Z4; Nh©n hai vÕ cđa biĨu thøc víi U®m ta cã 3U®m (UB - UC) = S2Z2 - S3Z3; 3U®m (UB - UD) = S2Z2 - S4Z4; 3U®m(U C - UD) = S3Z3 - S4Z4; Trong sơ đồ mạng điện đà biến đổi, hiệu điện áp đỉnh hình không đổi, ta cã: 3U®m (UB - UC) = S’2Z2 - S’3Z3; 3U®m (UB - UD) = S’2Z2 - S’4Z4; 3U®m(U C - UD) = S’3Z3 - S’4Z4; Tõ hai biÓu thøc trªn ta cã: S2Z2 - S3Z3 = S’2Z2 - S’3Z3; S2Z2 - S4Z4 = S’2Z2 - S’4Z4; S3Z3 - S4Z4 = S’3Z3 - S’4Z4; (S2 - S’2)Z2 = (S3 - S’3)Z3; (S2 - S’2)Z2 = (S4 - S’4)Z4; (S3 - S’3)Z3 = (S4 - S’4)Z4; S2 - S’2 = Sbn; Tõ h×nh vÏ ta thÊy: S3 - S’3 = Scn; S4 - S’4 = Sdn Víi SBn, SCn, SDn lµ phân lợng phụ tải dịch chuyển điểm B, C, D SA = SBn+ SCn+ SDn S’B = SB + SBn; S’C = SC + SCn; S’D = SD + SDn; SBnZ2 = SDnZ4; SCnZ3 = SDnZ4; Thay vào ta có: SBnZ2 = SCnZ3; Giải ta có SCn = SBn VËy: Hay: Y Z2 = SBn ; Z3 Y2 SA = SBn+ SCn+ SDn = SBn = SA Y2 ; Y∑ SDn = SBn SBn+ SBn Z2 Y = SBn ; Z4 Y2 Y3 Y + SBn Y2 Y2 SCn = SA Y3 ; Y∑ = SBn Y Y2 + Y3 + Y4 = SBn ∑ Y2 Y2 SDn = SA Y4 Y∑ Phơng pháp tiết diện chiều dài quy đổi Trên đoạn mạng điện mà tính toán quan tâm đến điện trở tác dụng phân bố công suất mạng với điều kiện hao tổn điện áp đến điểm riêng biệt không thay đổi Ta thay dây dẫn có tiết diện F1, chiều dài l1 điện trở R1 dây dẫn có F2, l2 R2 nhng ®¶m b¶o R2 = R1 Khi ®ã: l1 l = γ F1 γ F2 hay l2 = l1 F2 F1 ( 5-42 ) ®ã: F1 , l1 - tiết diện chiều dài thực dây dẫn; F2, l2 - lµ tiÕt diƯn vµ chiỊu dµi quy đổi Việc quy đổi dây dẫn làm kim loại màu loại vật liệu Phơng pháp biến đổi - tam giác ngợc lại Để biến đổi mạng điện kín ta dùng phơng pháp biến đổi - tam giác ngợc lại Gọi nhánh mang số 1, 2, 3, nh¸nh tam gi¸c mang chØ sè 12, 23 31; đỉnh tam giác ký hiệu 1, 2, nh hình 5-8 S1 b b S12 S31 S3 d c S3 S12 S1 S31 S23 S2 d c S2 S23 a, b, Hình 5-8 Biến đổi - tam giác ngợc lại a- biến đổi tam giác sang sao; b- biến ®ỉi sang tam gi¸c Sư dơng c¸c phÐp biÕn đổi đà trình bày Cơ sở Lý thuyết mạch, ta có Biến đổi từ tam giác sang hình ( ) Tổng trở công suất chuyển từ tam giác sang ( hình 5-8a ) có giá trị là: Z1 = Z 12 Z 31 Z 12 Z 23 ; Z2 = ; Z 12 + Z 23 + Z 31 Z 12 + Z 23 + Z 31 S1 = S12 - S31; S2 = S23 - S12; Z3 = Z 23 Z 31 ; Z 12 + Z 23 + Z 31 S3 = S31 - S23 ( 5-43 ) ( 5-44 ) BiÕn ®ỉi từ hình sang tam giác ( ) Tổng trở chuyển từ hình sang tam giác ( hình 5-8b ) có giá trị là: Z12 = Z1 Z + Z Z + Z Z1 ; Z3 Z31 = Z23 = Z1 Z + Z Z + Z Z1 ; Z1 Z1 Z + Z Z + Z Z1 Z2 ( 5-45 ) Công suất chạy đoạn là: S12 = S1 Z S Z ; Z12 S23 = S2 Z − S3Z ; Z 23 S31 = S Z − S1 Z ; Z 31 § 5-5 Một số ví dụ tính toán mạng điện kín ( 5-46 ) Ví dụ Xác định hao tổn điện áp cực đại mạng điện nguồn cung cấp (hình 5-10a) Trên hình vẽ phụ tải cho kVA cã cïng hƯ sè cosϕ = 0,9, chiỊu dµi đờng dây tính km Mác tiết diện dây dẫn ghi sơ đồ Điện áp nguồn cung cÊp trïng pha b»ng vµ b»ng 35kV C 50 km AC185 4000 50 50 AC150 AC150 A 50 km AC185 120 AC150 5000 H×nh 5-10a 70 km AC185 B 4000 Mạng điện kín nguồn cung cấp Giải Trình tự giải toán qua bớc sau đây: - Dùng phơng pháp tiết diện chiều dài quy đổi để đa mạng điện đồng tiết diện dây dẫn phân bố phụ tải theo chiều dài đờng dây - Biến ®ỉi tõ tam gi¸c sang ®Ĩ ®−a vỊ c¸c nhánh đồng quy - Đẳng trị nhánh đồng quy, ®−a vỊ m¹ng ®iƯn kÝn ngn cung cÊp - Tìm phân bố công suất - Hoàn nguyên mạng điện để tìm phân bố công suất sơ đồ ban đầu - Tìm điểm phân công suất hao tổn điện áp cực đại 1- Tiết diện chiều dài quy đổi Quy đổi toàn mạng điện tiết diện dây dẫn 150 mm2 Vì = γ2 nªn: l1 = l2 F1 F2 Ký hiƯu tiết diện chiều dài quy đổi có dấu phẩy (') ... cã: S2Z2 - S3Z3 = S’2Z2 - S’3Z3; S2Z2 - S4Z4 = S’2Z2 - S’4Z4; S3Z3 - S4Z4 = S’3Z3 - S’4Z4; (S2 - S? ?2) Z2 = (S3 - S’3)Z3; (S2 - S? ?2) Z2 = (S4 - S’4)Z4; (S3 - S’3)Z3 = (S4 - S’4)Z4; S2 - S? ?2 = Sbn;... có giá trị là: Z1 = Z 12 Z 31 Z 12 Z 23 ; Z2 = ; Z 12 + Z 23 + Z 31 Z 12 + Z 23 + Z 31 S1 = S 12 - S31; S2 = S23 - S 12; Z3 = Z 23 Z 31 ; Z 12 + Z 23 + Z 31 S3 = S31 - S23 ( 5-43 ) ( 5-44 ) Biến... x A1 + P 12 r 12 + Q 12 x 12 PB rB + Q B x B + P 32 r 32 + Q 32 x 32 = U dm U dm SA A S 12 ? ?2 S23 s2 s1 SB B s3 Hình 5-4 Mạng điện kín để tính tổn thất điện áp Nếu UA UB tổn thất điện áp từ A đến điểm