Bài giảng môn học cung cấp điện-Chương 5 potx

http://www.ebook.edu.vn Chơng V Tính toán điện trong mạng điện. Mục đích l để xác định điện áp tại tất cả các nút, dòng v công suất trên mọi nhánh của mạng (giải bi toán mạch) nhằm xác định tổn thất công suất, điện năng trong tất cả các phần tử của mạng điện, lựa chọn tiết diện dây dẫn, thiết bị điện, điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng. .v.v 5.1 Sơ đồ thay thế mạng điện: Mạng điện gổm 2 phần tử cơ bản tạo thnh (đờng dây v máy biết áp) chúng ta cần thiết lập các mô hình tính toán đó chính l sơ đồ thay thế: 1) Sơ đồ thay thế đờng dây trên không v cáp: Đặc điểm: mạng xí nghiệp đợc CCĐ bằng đờng dây điện áp trung bình v thấp, chiều di không lớn lắm trong tính toán có thể đơn giản coi hiệu ứng mặt ngoi v hiệu ứng ở gần l không đáng kể Điện trở của dây dẫn lấy bằng điện trở 1 chiều. Để mô tả các quá trình năng lợng xẩy ra lúc truyền tải ngời ta thờng hay sử dụng sơ đồ thay thế hình . Y Tổng dẫn phản ánh lợng năng lợng bị tổn thất dọc theo tuyến dây (thông số dải) đó l lợng tổn thất dò qua sứ hoặc cách điện v vầng quang điện. Y = G + jB G; B - điện dẫn tác dụng v điện dẫn phản kháng. Trong đó G - đặc trng cho tổn thất công suất tác do dò cách điện (qua sứ hoặc cách điện), còn B phản ánh hiện tợng vầng quang điện, đặc trng cho lợng công suất phản kháng sinh ra bởi điện dụng giữa dây dẫn với nhau v giữa chungs với đất. Ta có: Z = R + jX = (r 0 + jx 0 ).l Y = G + jB = (g 0 + jb 0 ).l Trong đó: r 0 ; x 0 - in trở tác dụng v phản kháng trên 1 đơn vị chiều di dây [ /km]. g 0 ; b 0 - điện dẫn tác dụng v phản kháng trên một đơn vị chiều di dây [km/ ]. r 0 - Có thể tra bảng tơng ứng với nhiệt độ tiêu chuẩn l 20 0 C. Thực tế phải đợc hiệu chỉnh với môi trờng nơi lắp đặt nếu nhiệt độ môi trờng khác 20 0 C. r 0 = r 0 [ 1 + ( - 20)] r 0 Trị số tra bảng. = 0,004 khi vật liệu lm dây l kim loại mầu. = 0,0045 khi dây dẫn lm bằng thép. r 0 có thể tính theo vật liệu v kích cỡ dây. F r 0 = F [mm 2 ] - tiết diện dây dẫn. [mm 2 /km] điện trở suất của vật liệu lm dây. Al = 31,5 [ mm 2 /km]. Cu = 18,8 [ mm 2 /km]. r 0 đối với dây dẫn bằng thép không chỉ phụ thuộc vo tiết diện m còn phụ thuộc vo dòng điện chạy trong dây không tinhd đợc bằng các công thức cụ thể tra bảng hoặc tra đờng cong. x 0 - Xác định theo nguyên lý kỹ thuật điện thì điện kháng 1 pha của đờng dây tải điện 3 pha: 4 tb 0 10 5,0 d D.2 log6,4.x += [ /km]. Trong đó: = 2 f - tần số góc của dòng điện xoay chiều. D tb [mm]. khoảng cách trung bình hình học giữa các dây. d [mm] - đờng kính dây dẫn. - hệ số dẫn từ tơng đối của vật liệu lm dây. Với kim loại mầu khi tải dòng xoay chiều tần số 50 Hz thì: = 1 Ta có: 016,0 d D.2 log144,0x tb 0 += [ /km]. Xác định D tb : D tb = D D26,12DD 3 tb == 3 312312tb DDDD = 2 Y 2 Y Z Z Tổng trở đờng dây phản ánh tổn thất công suất tác dụng v công suất phản kháng trên đờng dây. 1 2 3 D D D 1 2 3 DD 1 2 3 D 31 D 23 D 12 http://www.ebook.edu.vn Với dây dẫn lm bằng thép > > > 1 v lại biến thiên theo cờng độ từ trờng = f(I) lúc đó x 0 xác định nh sau: x 0 = x 0 + x 0 x 0 = d D.2 log144,0 tb - Thnh phần cảm kháng gây bởi hỗ cảm giữa các dây. x 0 = 2 f.0,5 .10 -4 -Thnh phần cảm kháng liên quan đến tự cảm nội bộ của dây dẫn. x 0 - thờng đợc tra bảng hoặc theo đờng cong. Để tính Y: Từ đặc điểm lợng điện năng tổn thất do rò qua sứ v điện môi (với cáp) l rất nhỏ (vì U nhỏ) có thể bỏ qua (bỏ qua G). Nó chỉ đáng kể với đờng dây có U 220 kV. Nh vậy trong thnh phần của tổng dẫy chỉ còn B. Điện dẫn phản kháng của 1 km đờng dây xác định bằng biểu thức sau: (phụ thuộc vo đờng kính dây, khoảng cách giữa các pha). 6 tb 0 10. d D2 log 58,7 b = [ 1/ km ]. Trong thực tế b 0 đợc tính sẵn trong các bảng tra (theo F, D tb ). Riêng với đờng cáp còn phụ thuộc vo cách điện buộc phải tra trong các ti liệu riêng. Từ tham số ny ta xác định đợc lợng công suất phản kháng phát sinh ra do dung dẫn của đờng dây nh sau; Q C = U 2 . b 0 .l = U 2 .B Thực tế chỉ quan tâm đến b 0 v Q c khi U > 20 kV v mạng cáp hoặc mạng đờng dây trên không có điện áp U > 35 kV Sơ đồ thay thế của đờng dây trên không lúc ny sẽ nh HV. sau: 2) Sơ đồ thay thế máy biến áp: Khi lm việc máy BA gây ra những tổn thất sau: + Tổn thất do hiệu ứng Jun, v từ thông dò qua cuộn sơ cấp, thứ cấp. Tổn thất do dòng Phu-cô gây ra trong lõi thép Với máy BA 2 cuộn dây thờng sử dụng các sơ đồ thây thế sau: a) Sơ đồ thay thế máy BA hai cuộn dây: + Sơ đồ hình T: Z 1 phản ánh tổn thất công suất dây cuốn sơ cấp Z 2 - phản ánh tổn thất công suất dây cuốn thứ cấp, còn gọi l tổng trở th cấp qui về so cấp. + Sơ đồ hình : trong tính toán hệ thông điện thờng sử dụng loại sơ đồ ny nhiều hơn. Trong đó các lợng tổn thất không thay đổi (thay đổi ít) đợc mô tả nh một phụ tải nối trực tiếp nh HV. Trong đó: Z B = Z 1 + Z 2 = (r 1 + r 2 ) + j(x 1 + x 2 ) = r B + jx B Để xác định các thông số của sơ đồ thay thế ta dựa vo các thông số cho trớc của máy biến áp bao gồm: P cu hay P N - Tổn thất công suất tác dụng trên dây cuốn với mức tải định mức, thu đợc qua thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp. P fe hay P 0 - Tổn thất công suất tác dụng trong lói thép của máy BA, còn gọi l tổn thất không tải của máy BA (thu đợc từ thí nghiệm không tải máy BA). u N % - Điện áp ngắm mạch % so với U dm . I 0 % - Dòng không tỉa % so với I dm . Xuất phát từ nhng thông số ny chung ta sẽ xác định đợc các thông số của sơ đồ thay thế máy biêns áp. Tính R B ?: Xuất phát thí nghiệm ngắn mạch máy BA ta có: P Cu = 3.I 2 dm .R B (nhân cả 2 vế với U 2 dm ) P Cu .U 2 dm = 3.I 2 dm .U 2 dm .R B (S dmB = 3.U dm .I dm 3 2 dm 2 dmCu B 10. S U.P R = Cũng từ thí nghiệm ngắn mạch máy BA ta có: 100. 3/U Z.I 100. 3/U U %u dm Bdm dm N N == Trên thực tế vì x B > >> r B một cách gần đúng ta có thể lấy x B z B lúc đó ta có: 100.S U%.u 100.I3 U%.u x dm 2 dmN dm dmN B = Z 2 Q j c 2 Q j c Y 1 2 Z 1 Z 2 Z B S B = P fe + j Q fe R B [ ]. P CU [ kW ]. U dm [ kV ]. S dm [ kVA ]. http://www.ebook.edu.vn 10. S U%.u x dm 2 dmN B + Trờng hợp máy BA có công suất nhỏ S dm < 1000 kVA thì R B l đáng kể khi đó ta có: 2 3 2 dm 2 dmCu 2 dm 2 dmN 2 B 2 BB 10. S U.P 10. S U%.u RZx == Tính Q fe : Căn cứ vo I 0 % (từ thí nghiệm không tải máy BA) 100. S S 100. U3 S I 100. I I %I dm 0 dm dm 0 dm 0 0 === S 0 - gọi l công suất không tải S 0 = P fe + j Q fe . Thực tế vì Q fe >> P fe lấy 100 S%.I SQ dm0 0fe = b) Sơ đồ thay thế máy BA ba cuộn dây: S dm ; U 1dm ; U 2dm ; U 3dm ; I 0 % ; P 0 . Ngoi ra tham số ngắn mạch lại cho nh sau: P 12 ; U 12 - Tổn thất ngắn mạch v điện áp ngắn mạch. Trong đó P 12 có đợc khi cho cuộn 2 ngắn mạch, cuộn 3 để hở mạch, đặt điện áp vo cuộn 1 sao cho dòng trong cuộn 1 v 2 bằng định mức thì dừng lại. Khi đó ta có: (3.10) P 12 = P 1 + P 2 U 12 = U 1 + U 2 Tơng tự ta có: P 13 ; U 13 (ngắn mạch cuộn 3, đặt vo cuộn 2 một điện áp). (3.11) P 23 = P 2 + P 3 U 23 = U 2 + U 3 (3.12) P 13 = P 1 + P 3 U 13 = U 1 + U 3 Giải hệ PT (3.10); (3.11); (3.12) Tìm đợc: (3.13) P 1 = 1/2( P 12 + P 13 + P 23 ) P 2 = P 12 - P 1 P 3 = P 13 - P 1 (3.14) U 1 = 1/2(U 12 + U 13 +U 23 ) U 2 = U 12 - U 1 U 3 = U 13 - U 1 Sau khi đã có tổn thất ngắn mạch v điện áp ngắn mạch riêng cho từng cuộn dây thì việc xác định tổng trở của từng cuộn dây có thể sử dụng công thức nh của máy biến áp 2 cuộn dây. 5.2 Tính tổn thất công suất và điện năng trong mạng điện: 1. Tổn thất công suất trên đờnd dây: a) Với đờng dây cung cấp: Trong tính toán đờng dây tải điện, ngời ta sử dụng sơ đồ thay thế hình (đối với mạng 110 kV, đôi khi ngay cả với mạng 220 kV ngời ta thờng bỏ qua phần điện dẫn tác dụng của đờng dây. Tức l trên sơ đồ chỉ còn lại thnh phần điện dẫn phản kháng Y = jB do dung dẫn của đờng dây v thờng đợc thay thế bằng phụ tải phản kháng jQ c . Chú ý: S = 3.I 2 dm .Z (m U3 S I = ) Z. U S S 2 2 = + Công suất cuối đờng dây: ) 2 Q Q(jP 2 Q jSS 2c 22 2c 2 . " 2 ++== + Tổn thất công suất có thể xác định theo công suất ở cuối đờng dây: X. U S .jR. U S Z. U S QjPS 2 2 2" 2 2 2 2" 2 2 2 " 2 . += =+= + Công suất ở cuối đờng dây: x B [ ]. U dm [ kV ]. S dm [ kVA ]. Z 3 1 2 Z 1 Z 2 3 S B = P fe + j Q fe Z 1 ; Z 2 ; Z 3 - Tổng trở các cuộn dây đã qu i đổi về cùng 1 cấp điện áp. Với máy 3 cuộn dây nh chế tạo thờng cho trớc các thông số sau: Z 2 Q j c 2 Q j c 1 2 S 1 S 2 S 2 = P 2 + jQ 2 S 1 http://www.ebook.edu.vn . " 2 ' 1 SSS += + Tổn thất công suất có thể xác định theo công suất chạy ở đầu đờng dây: X. U S .jR. U S Z. U S QjPS 2 1 2' 1 2 1 12 1 2 1 ' 1 . += =+= Khi đó công suất chạy ở cuối đờng dây sẽ l: . 1 . 2 . S'S"S = + Công suất đi vo đờng dây sẽ l: 2 Q j'SS 1c 1 . 1 . = Trong đó phụ tải phản kháng của đờng dây có thể tính theo điện dẫn phản kháng theo công thức sau: 2 B .U 2 Q 2 1 1c = 2 B .U 2 Q 2 2 2c = b) Đờng dây mạng phân phối: Đối với đờng dây mạng phân phối ( 6; 10 kV) có thể bỏ qua Y trên sơ đồ. Hơn nữa trong tính toán tổn thất công suất lại có thể bỏ qua sự chênh lệch điện áp giữa các điểm đầu v cuối đờng dây, nghĩa l coi U 2 = U 1 = U dm . Đồng thời bỏ qua sự chênh lệch dòng công suất giữa điểm đầu v điểm cuối đờng dây. Có nghĩa l coi S = S = S 1 = S 2 Điều ny cho phép xác định dễ dng luồng công suất chạy trên các đoạn dây của mạng phân phối. Ví dụ để tính luồng công suất chạy trên đoạn 01 HV. + Công suất chạy trên đoạn 01: = = n 1i i01 SS S 23 = S 3 + S 10 + S 11 Nh vậy để tính tổn thất công suất trong một phần tử no đó của mạng phân phối nằm giữa nút i v j ta có thể tính: )jXR.( U S QPS ijij 2 dm ij ijijij + =+= c) Đờng dây có phu tải phân bố đều: Trong thực tế thờng gập loại mạng phân phối có thể xem nh có phụ tải phân bố đều. Đó l các mạng thnh phố, mạng điện sinh hoạt ở khu vực tập thể, hoặc mạng phân xởng có kết cấu thanh dẫn. Để tính toán mạng ny ngời ta giả thiết dòng điện biến thiên dọc dây theo luật đờng thẳng v dây dẫn có tiết diện không đổi (HV). 12 m m l l.I I = Gọi d P l tổn thất công suât trong vi phân chiều dai dl tại điểm m (HV). d P = 3.I 2 m .dr Trong đó: dr = r 0 .dl d P = 3.I 2 m .r 0 .dl = dlr. l l.I .3 0 2 12 m === 12 l 0 2 12 2 120 2 m 2 2 12 0 IRI.lrdllI l r.3 P Ta thấy rằng P đúng bằng 1/3 tổn thất công suất khi phụ tải I đặt ở cuối đờng dây ( Khi phụ tải tập chung ta có P = 3.I 2 .r 0 .l 12 = 3I 2 R 12 ) tìm qui tắc chung. + Nguyên tắc: Để xác định tổn thất công suất trên đờng dây có phụ tải phân bố đều ta thờng chuyển về sơ đồ phụ tải tập chung tơng đơng. Trong đó phụ tải tập chung tơng đơng bằng tổng tất cả phụ tải v đợc đặt ở khoảng cách tơng đơng bằng 1/3 khoảng cách của sơ đồ thực tế. 2. Tổn thất công suất trong máy biến áp: 0 1 2 3 4 5 6 10 11 7 9 8 S 1 S 4 S 5 S 6 S 10 S 11 S 9 S 7 S 8 S 3 0 1 2 3 4 5 6 10 11 7 9 8 S 1 S 4 S 5 S 6 S 10 S 11 S 9 S 7 S 8 S 3 I 1 2 m l m l 12 I m dl + Tại điểm m no đó của mạng, ta có dòng điện tại điểm đó l I m (Xét tam giác vuông đồng dạng sẽ tính đợc I m ) l 12 1 2 l 12 = 1/3 l 12 1 2 == 120td l.iiI http://www.ebook.edu.vn Khác với đờng dây, khi máy biến áp lm việc, ngoi tổn thất công suất trên 2 cuộn dây sơ v thứ cấp, còm một lợng tổn thất nữa trong lõi thép của máy biến áp. Để tính toán thông thờng ngời ta thờng sử dụng sơ đồ thay thế: a) Máy biến áp 2 cuộn dây: Tổn thất công suất trên 2 cuộn dây (tức trên tổng trở Z B ). B 2 2 " B 2 2 " cucucu X. U S jR. U S QjPS + =+= Trong đó: S = S 2 - Công suất của phụ tải. Ton bộ tổn thất công suất trong máy biến áp sẽ l: . . B 2 2 " feB 2 2 " fecu fe . B X. U S QjR. U S PSSS ++ +=+= (5.15) + Từ đấy ta thấy rằng công suất đầu vo máy biến áp l: S 1 = S fe + S = S B + S 2 + Trong thực tế ngời ta có thể xác định tổn thất công suất trên cuộn dây của máy BA bằng những thông số cho trớc của máy BA. Xuất phát từ công thức tính R B v X B ta có: 2 dm 2 dmN B S U.P R = ; 2 B 2 BB RZX = trong đó: dm 2 dmN B S U%.u Z = 2 2 dm 2 dmN 2 dm 2 dmN B S UP S U%.u X = = () 2 N 2 dmN 2 dm 2 dm PS%.u S U Thay R B ; X B vo (5.15) v coi U 2 = U dm (lấy gần đúng). P Cu = N 2 dm P S "S N 2 dm 2 N 2 dm 2 N 2 dm Cu Q. S "S PS%.u. S "S Q = = ++ += 2 dm Nfe 2 dm Nfe . B S "S QQj S "S .PPS (5.16) Chú ý: Trong công thức trên tổng trở v điện áp phải đợc qui về cùng một cấp điện áp. Trong nhiều trờng hợp khi cha biết U 2 ngời ta vẫn có thể lấy U 2 = U dm . b) Với máy biến áp 3 cuộn dây: việc tính toán hon ton tơng tự nh ở máy biến áp 2 cuộn dây (phần tổn thất trong dây cuốn cuả từng cuộn dây). + Công thức tổng quát cho việc xác định tổn thất công suất trên các cuộn dây: )jXR.( U S S ii 2 dmi " i i . + = + Tổn thất công suất ton bộ máy BA. . . 3 1i iFeB SSS = += + Công suất đầu vo: . . . B3 2 . fe . ' 1 1 . SSSSSS ++=+= 3. Tổn thất điện năng trong mạng điện: (l đặc thù của ttổn thất công suất), tuy nhiên ngời ta chỉ quan tâm đến P A = P.t + Nếu trong thời gian t phụ tải điện không thay đổi, thì công suất l hắng số v tổn thất điện năng sẽ đợc tính nh sau: A = P.t + Thực tế phụ tải lại biến thiên liên tục theo thời gian nên A phải lấy tích phân hm P trong suốt thời gian khảo sát. == t 0 2 t 0 dt).t(I.R.3dt.PA + Vì I(t) không tuân theo một dạng hm no không thể xác định đợc tổn thất điện năng theo công thức trên. Để tính tổn thất điện năng ngời ta đa ra khái niệm T max v . S fe = P fe + j Q fe S 1 1 2 S S Z 3 1 2 Z 1 Z 2 S Fe = P fe + j Q fe S 2 S 2 S 1 S 1 S 3 S 3 3 S 2 S 3 S 1 P P max T max 0 8760 t [h] ĐN T max : Thời gian trong đó nếu giả thiết l tấ t cả các hộ dùng điện đều sử dụng công suất lớn nhất P max để năng lợng điện chuyên chở trong mạng điện bằng với lợng điện năng thực tế m mạng chuyên chở trong thời gian t. (t = 8760 giờ = thời gian lm việc 1 năm). == 8760 0 maxmax T.Pdt).t(PA http://www.ebook.edu.vn max max P A T = Khi niệm về :: Để tính điện năng ngới ta cũng đa ra một khải niệm tng tự nh T max . ĐN : L thời gian m trong đó nếu mạng luôn chuyên trở với mức tổn thất công suất lớn nhất thì sau một thời gian lợng tổn thất đó bằng lợng tổn thất thực tế trong mạng sau 1 năm vận hnh + Tổn thất điện năng trên đờng dây: .I.R.3dt).t(I.R.3A 2 max 8760 0 2 == 2 max 8760 0 2 I dt).t(I = Thực tế thì đờng cong phụtải (tiêu thụ) v đờng cong tổn thất không bao giờ lại hon ton trùng nhau, tuy nhiên giữa T max v lại có quan hệ khá khăng khít với nhau = f(T max ;cos ). Quan hệ giữa T max v thờng cho dới dạng bảng tra hoặc đờng cong. + Với đờng dây có nhiều phụ tải với cos v T max khá khác nhau. = = n 1i iimax PA + Khi cos v T max của phụ tải khác nhau ít có thể tính A từ P max v tb từ cos tb v T maxtb . = i ii tb S cosS cos ; = imax imaximax tbmax P T.P T + Tổn thất điện năng trong máy biến áp: tính tơng tự. Cần chú ý trong máy BA có 2 phần tổn thất P fe không thay đổi theo phụ tải; P Cu thay đổi theo phụ tải. + Tổn thất điện năng trong trạm biến áp trong 1 năm (khi không biết đồ thị phụ tải): .P8760.PA maxCufe += + Nếu có đồ thị phụ tải theo bậc thang (HV). Trong đó phụ tải bằng hằng số tại mỗi đoạn t i . Thì tổn thất điện năng của trạm trong 1 năm: i n 1i CuiFe t.PP.8760A = += + Trờng hợp trạm có nhiều máy vận hnh song song, có tham số giống nhau: Khi không có đồ thị phụ tải: A = 8760. P Fe .n + n. P Cu max . Khi biết đồ thị phụ tải: ++ ++++= nn 2 dmn n 11 2 dm1 1 Cudmnn2211Fe tn Sn S tn Sn S P)tn tntn(PA Dạng tổng quát cho tram có n máy: += 2 dm i i i CudmiiFe S S n t Ptn.PA Ví dụ 1: Cho mạng cung cấp nh (HV). Biết U dm = 110 kV. Hãy xác định công suất nguồn cung cấp cho mạng (công suất đầu vo của mạng? Đờng dây l AC-120; D tb = 4m ; chiều di 80 km. Trạm có 2 máy biến áp có tham số nh sau: S dm = 31,5 MVA; P Fe = 86 kW ; P Cu đm = 200 kW; u N % = 10,5 %; i 0 % = 2,7 %. Biết U 0 = 116,7 kV; U 1 = 109,3 kV; U 2 = 10,5 kV. Xác định công suất đầu vo của mạng. Giải: Trớc tiện vẽ sơ đồ thay thế: + Xác định các thông số của sơ đồ thay thế: T max 0 cos = 0,6 0, 7 0,9 + Trong trờng hợp không có bảng tra hoặc đờng cong chúng ta có thể sử dụng công thức gần đúng để tính đợc theo T max nh sau: () 8760.T.10124,0 2 max 4 += S t[giờ] 0 S 2 t 1 t 2 t 3 S 1 S 3 S max = 40+j20 MVA 2 1 0 80 km A C-120 Z 2 Q j 1c 0 1 S 01 S 01 S 0 2 Q j 0c S Fe Z B 2 S max =40 + j2 0 http://www.ebook.edu.vn S Fe = P Fe + j Q Fe Trạm có 2 máy P Fe = 2x P 0 = 2x86 =172 MVar7,1 100 5,31x7,2x2 100 S%.i.2 Q dm0 Fe === Vì S dm > 1000 kVA () () 22,110. 10.5,31x2 110x200 10. xS2 U.P R 3 2 3 2 3 2 dm 2 dmCudm B === () 16,2010x 10x5,31x2 110.5,10 10. xS2 U%.u X 3 2 dm 2 dmN B === Với đờng dây AC-120 v D tb = 4m tra bảng ta đợc r 0 = 0,27 [ /km]. x 0 = 0,408 [ /km]. b 0 = 2,79. 10 -6 [ 1/ km]. Vì đờng dây l lộ kép ta có: R 01 = 1/2xr 0 xl = 1/2x0,27x80 = 10,8 . X 01 = 1/2xx 0 xl = 1/2x0,409x80 = 16,32 . Tính điện dung của đờng dây: () 03,380.10.79,2.7,116xlxbU 2 B xxU2 2 Q 6 2 0 2 0 2 0 0c ==== MVAr () 66,280.10.79,2.3,109xlxbU 2 B xxU2 2 Q 6 2 0 2 0 2 1 1c ==== MVAr Tính tổn thất công suất trong dây cuốn của máy biến áp theo S max tức l phải lấy theo điện áp tại điểm 2 (trong phần trên R B v X B đợc tính theo điện áp sơ cấp của BA) vậy điện áp điểm 2 cần phải đợc qui đổi về phía cao áp. U 2 = KxU 2 = 110/11x10,5 = 105 kV. K Tỉ số biến áp đợc tính theo điện áp trung bình định mức của lới. Để tính đợc tổn thất công suất trên đờng dây đoạn 01 cần phải xác định đợc công suất ở cuối đoừng dây: S 01 = S max + S Fe + S Cu jQ c1 /2 . 2 22 2 22 B 2 2 max B 2 2 max Cu 16,20x 105 2040 j22,1x 105 2040 X U S .jR U S S + + + = + = S 01 = 66,2j16,20x 105 2040 j22,1x 105 2040 )7,1j172,0()20j40( 2 22 2 22 + + + ++++ = 40,4 + j22,7 MVA + Công suất đầu vo đờng dây: S 0 chính l công suất când cung cấp cho mạng 2 Q jSSS 0c 01 . " 01 . 0 += () () 32,16j8,10 3,109 7,224,40 jXR U "S S 2 22 0101 2 1 01 01 + + =+ = S 0 = () 6,22j34,4203,3j32,16j8,10 32,109 7,224,40 7,22j4,40 2 22 +=+ + ++ MVA Ví dụ 2: Hãy xác định tổn thất điện năng trong một năm của mạng phân phối 10 kV (HV). Tính theo A%. Biết: S max1 = 2 + j 1 MVA S max2 = 1 + j0,5 MVA T max = 2700 giờ Giải: Vì l lới phân phối nên ta có sơ đồ thay thế nh sau: Tra bảng A 150 r 0 = 0,21 /km A 50 r 0 = 0,63 /km + Tổn thất công suất cực đại trong mạng: 12 2 dm 12 01 2 dm 01 1201max R U S R U S PPP + =+= S 01 = S max1 + S max2 = (2 + j1) + (1 + j0,5) S 01 = ()( ) 22 5,0112 +++ S 12 = S max2 = 1 +j0,5 S 12 = () ( ) 22 5,01 + ( ) ( ) 1,5510x1x63,0x 10 5,01 10x2x21,0x 10 5,0112 P 6 2 22 6 2 22 max = + + +++ = kW + Tổn thất điện năng trong 1 năm: A = P max . Cả 2 đoạn đều có cùng cos v T max = 2700 h tra bảng ta đợc = 1500 h A = 55,1 x 1500 = 82 500 kWh + Điện năng các hộ nhận từ lới trong một năm: 2 S max2 1 0 S max1 A - 15 0 A - 5 0 2 km 1 km 2 1+j0, 5 1 0 2+j1 S 01 S 1 2 Z 1 2 Z 01 + Để tính đợc tổn thất điện năng của lới. Trớ c tiên ta phải xác định đợc P max của lới. Cần chú ý rằng A chỉ liên quan đến P m thôi http://www.ebook.edu.vn A = P max .T max = (2000+1000)x2700 = 8 100 000 kWh + Tổn thất điện năng tính theo %: A% = 02,1100x 8100000 82500 100x A A == % 5.3 Tính tổn thất điện áp trong mạng điện: 1) Tổn thất điện áp trên đờng dây cung cấp: có thể dùng phơng pháp đồ thị hoặc phơng pháp giải tích để tính. Xét đờng dây 110; hoặc 220 kV bỏ qua điện dẫn tác dụng thì sơ đồ thay thế có dạng. a) Phơng pháp đồ thị: Trình tự các bớc xây dụng đồ thị vectơ + Dựng: Từ A xây dựng các đoạn thẳng: AB = I 2 R song song với I 2 BC = I 2 X vuông góc với I 2 U I2 = AC (điện áp dáng do dòng I 2 gây trên Z) Từ C ta tiếp tục xây dựng các đoạn thẳng: (các thnh phần điện áp dáng do I c2 gây nên trên Z). CD = I c2 R song song với I c2 DE = I c2 X vuông góc voí I c2 U Ic2 = CE U I2 - điện áp dáng trên Z do I 2 gây ra U Ic2 - điện áp dáng trên Z do I c2 gây ra U = U I2 + U Ic2 U 1 = U 2 + U = U 2 + U i2 + U Ic2 Đoạn AE chính l U, còn OE chính l U 1 = U 2 + U Nh vậy với U 2 biết trớc cùng các dòng I 2 ; I c2 ta đã xác định đợc U 1 lúc đó tổn thất điện áp trên đờng dây sẽ chính l: DUUU . 2 . 1 = Nếu chiếu U trên trục thực (trùng với U 2 ) v trục ảo (vuông góc với U 2 ) ta gọi l: + Thnh phần dọc trúc của điện áp dáng: XIsinXIcosRIAFU 2c2222 +== + Thnh phần ngang trục của điện áp dáng: 22222c sinRIcosXIRIFEU +== + Trong phần lớn các trờng hợp , để phán đoán sự lm việc của hệ thống điện không cần biết trị số điện áp rơi. Sự lm việc của các phụ tải điện chỉ phụ thuộc vo điện áp đặt vo nó, m không phụ thuộc vo pha của nó. Sự lệch pha của các vectơ điện áp đầu v cuối đờng dây (góc 1 ) chỉ có giá trị khảo sát các vấn đề ổn định lm việc của HTĐ. Cho nên ở đây chỉ cần xác định hiệu đại số của điện áp đầu v cuối đờng dây (sự chênh điện áp hiệu dụng ở đầu v cuối đờng dây). Định nghĩa về tổn thất điện áp DU = U 1 U 2 + Khi biết U 1 ; 2 , I 2 v các thông số của đờng dây ta có thể xác định đợc U 2 DU. Phơng pháp đồ thị đòi hỏi phải vẽ chính xác, dúng tỷ lệ kết quả sẽ kém chính xác. b) Phơng pháp giải tích tính tổn thất điện áp: Trong phơng pháp ny thông thờng ngời ta hay tính toán the phụ tải ở cuối đờng dây I 2 . V nếu mạng ngắn thờng bỏ qua I c2 . v trong tính toán thờng sử đụng điện áp dây nên ta có thể viết lại các thnh phần điện áp dáng: U = U + j U U = 3( I 2 R.cos 2 + I 2 X.sin 2 ) U = 3 ( I 2 X.cos 2 - I 2 R.sin 2 ) + Vì phụ tải thờng cho dới dạng công suất (nhân 2 vế ôứi U 2 ). 2 22 U X"QR"P U + = v 2 22 U R"QX"P U = + Điện áp đầu đờng dây có thể đợc xác định thông qua biểu thức sau: UUU 21 += Từ đồ thị vectơ U 1 = () 2 2 2 UUU ++ 21 UUDU = + Tơng tự nếu biết U 1 ; I 1 (P 1 ; Q 1 ) ta cũng xác định đợc U Z 1 2 I 01 I 2 I 2 I c2 I c1 + Gỉa thiết:: biết U 2 ; I 2 v các thông số của đờng dây Z = R + jX bằng phơng pháp đ ồ thị ta có thể xác định đợc U ở đầu nguồn, điều đó cũng có nghĩa l ta sẽ xác định đợc tổn thấ t điện áp trên đờng dây. U 1 U 2 I 2 I C2 I 2 0 1 2 C A I 2 R B I 2 X I c2 R D I c2 X E F U + Từ o dựng đoạn OA = U 2 (tìm điểm A). + Từ o dựng I 2 ; I c2 ; I 2 ( biết 2 ; I c2 U 2 ) cả 3 dòng điện ny đều gây nên các điện áp dáng trên R v X. Cần chú ý rằng các thnh phần điện áp dáng trên R sẽ trùng p ha với I, còn trên X sẽ với I. http://www.ebook.edu.vn 1 11 1 11 U R'QX'P j U X'QR'P U + + = Điện áp cuối nguồn: UUU 12 = UUUAFOFOAU 22 12 === 21 UUDU = 2) Tổn thất điện áp trên đờng dây mạng phân phối (6 ữ 20 kV): a) Đặc điểm chung của mạng phân phối: + Có điện áp thấp v đờng dây ngắn bỏ qua tổng dẫn của sơ đồ thay thế. + Tổn thất công suất nhỏ có thể bỏ qua trong tính toán (coi không có sự chênh công suất đầu v cuối đờng dây). + Sự chênh điện áp giữa các điểm nút không đáng kể có thể dùng điện áp định mức để tính. + Thnh phần ngang trục của điện áp dáng rất nhỏ có thể bỏ qua. Với những giả thiết nh vậy việc tính tổn thất điện áp mạng phân phối trở nên khá đơn giản DU = U. b) Tính tổn thất điện áp cho đờng dây có nhiều phụ tải tập trung: + Xét mạng PP cung cấp cho 3 phụ tải tâph chung nh (HV). + Sơ đồ thay thể của mạng sẽ có dạng: + Công suất trên các đoạn: S 01 = S 3 + S 2 + S 1 = (p 1 + p 2 + p 3 ) + j(q 1 + q 2 + q 3 ) S 12 = S 2 + S 3 = (p 2 + p 3 ) + j(q 2 + q 3 ) S 23 = S 3 = p 3 + jq 3 Tính U theo công suất chạy trên các đoạn: dm 23232323 dm 12121212 dm 01010101 2312013 U xQrP U xQrP U xQrP UUUU + + + + + =++= Tổng quát cho mạng có n phụ tải: dm ijijijij U xQrP U + = +== )xQrP(. U.1000 100 100. U U %U ijijijij 2 dm dm Trong đó: U - [V]. P ij ; Q ij - [kW] ; [kVAr]. U dm - [kV]. r ij ; x ij - [ ]. Tính U theo công suất của từng phụ tải: dm 3333 dm 2222 dm 1111 0302013 U XqRp U XqRp U XqR.p UUUU + + + + + =++= Tổng quát: ( ) dm iiii U XqRp U + = +== )XqRp(. U.1000 100 100. U U %U iiii 2 dm dm Trong đó: p i ; q i - phụ tải tác dụng v phản kháng [kW]; [kVAr]. R i ; X i - điện trở v điện kháng từ phụ tải i về nguồn [ ]. Chú ý: BBiểu thức tổng quát trên chỉ đợc dùng để tính tổn thất điện áp từ nguồn đến điểm cuối cùng cuả lới. Khi áp dụng để tính U từ nguồn đến một điểm bất kỳ sẽ dẫn đến sai (không sử dụng đợc). c) Tính U khi đờng dây có phụ tải phân bố đều: = ii0 2 dm Lpr U.1000 100 %U (Đờng dây thờng cùng 1 tiết diện) Gọi p 0 Công suất phân bố đều trên 1 đơn vị chiều di dl. Tại điểm x cách nguồn 1 khoảng l x . Trên vi phân chiều di dl có một lợng công suất l dp = p 0 .dl. Công suất ny gây ra trên đoạn l x một tổn thất điện áp l d U = r 0 .l x .dp/U dm dm x00 U dllpr Ud = 2 1 0 S 1 = p 1 + j q 1 S 2 = p 2 + j q 2 3 S 3 = p 3 + j q 3 2 S 2 1 0 S 1 S 01 S 1 2 3 S 23 S 3 2 1 0 r 01 + jx 01 3 r 12 + jx 12 r 23 + jx 23 P 01 + j Q 01 P 12 + j Q 12 P 23 + j Q 23 2 1 0 p 1 + j q 1 p 2 + j q 2 3 R 3 + j X 3 R 1 + j X 1 R 2 + j X 2 p 3 + j q 3 + Vì coi mạng l tuyến tính nên chúng ta có thể sử dụng nguyên tắc xếp chồng. Tức l tổn thất điện áp đến điểm cuố i cùng của mạng (điểm 3) bằng tổng tổn thất điện áp gây ra bởi 3 phụ tải trên các đoạn từ phụ tải đến đầu nguồn: l 01 0 l x l 02 1 2 x + Đờng dây bỏ qua điện kháng: ở những trờng hợp sau: (đờng dây C C cho phụ tải có cos = 1.) - mạng hạ áp r 0 > > > x 0 http://www.ebook.edu.vn Tổn thất trên ton bộ đoạn dây: 2 ll . U pr dl U lpr UdU 2 01 2 02 dm 00 l l l l dm x00 12 02 01 02 01 === = )ll.( 2 ll . U pr 0102 0102 dm 00 + Ta có: p 0 (l 02 l 01 ) = l 12 .p 0 = P ' 2 0201 l 2 ll = + 2 l điểm giữa đoạn 1-2 dm ' 2 dm ' 20 12 U R.P U l.Pr U == + Sơ đồ thay thế tơng đơng (HV) trong đó l 12 = l 12 /2 + Từ sơ đồ thay thế tơng đơng cách tính nh một phụ tải tập chung với P = p i đặt cách xa nguồn 1 khoảng l 2 = l 01 + 1/2. l 12 Ví dụ 3: Cho một đờng dây cung cấp nh hình vẽ. Chiều di đờng dây l 60 km; D tb = 5m , cung cấp điện cho một khu công nghiệp có phụ tải cho trên sơ đồ. Biết U 2 = 110 kV. Hãy xác định U 1 v góc lệch giữa chúng Giải: Với dây M 120 (D tb = 5 m) tra bảng: r 0 = 0,158 /km. x 0 = 0,426 /km. b 0 = 2,75 . 10 -6 1/ .km () 1 2 60.b x110 2 B .U 2 Q 0 2 2 2 2c === MVAr R 12 = r 0 .60 = 0,158x60 = 9,48 X 12 = x 0 .60 = 0,426x60 =25,6 29j401j30j40 2 Q jS"S 2c 22 =+== Điện áp dáng: 2 122122 2 2122 U R"QX"P j U "QR"P UjUU + + =+= = 8,6j10 110 48,9x296,25x40 j 110 6,25x2948,9x40 += + + kV Điện áp đầu nguồn: ()()()() 2222 21 8,610110UUUU ++=++= 120,19 kV 120 kV Nếu bỏ qua U U 1 = U 2 + U = 110 + 10 = 120 kV + Xác định góc lệch giữa 21 U;U Xuất phát từ (HV) UU U tg 2 + = 0567,0 10110 8,6 tg + = DU = U 2 U 1 = 120 110 = 10 kV 3 0 15 Ví dụ 4: Cho mạng điện phân phối nh HV. Dây dẫn trong mạng l dây A 50; D tb = 1 m; U dm = 10 kV. Hãy xác định U max = ? sơ đồ thay thế Tra bảng: A=50 r 0 = 0,63 /km x 0 = 0,355 /km 522,0j945,0 2 355,0x3j63,0x3 Z 01 += + = Z 12 = 4x0,63 + j4x0,355 = 2,52 + j1,420 Z 13 = Z 12 = 2,53 + j1,420 Điểm 2 sẽ có U max (vì Z 12 = Z 13 nhng S 3 < S 2 ) ( ) ( ) dm 2222 dm 32101321 1201max U XQRP U QQQRPPP UUU + + + + + + + =+= Thay các tham số với U dm = 10 kV U max = 571 V l 2 0 1 2 1 2 M - 120 60 km S 2 = 40 +j30 MVA 1 2 S 2 S 2 = 40 + j30 U 1 U 2 1 U U 2 0 1 3 800+j500 kVA 3 km 4 km 4 km 1000+j1000 500 kW kVA 2 0 1 3 Z 13 Z 01 Z 12 S 1 S 2 S 3 [...]... ta có sơ đồ tính toán nh HV 5. 4 Tính toán mạng điện kín: 1) Khái niệm chung: Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngời ta thờng sử dụng mạng điện kín L mạng điện m mỗi hộ dùng điện đợc cung cấp ít nhất từ 2 phía Mạng điện kín đơn giản nhất l đờng dây kép CCĐ cho 1 phụ tải Ngoi ra mạng điện kín có thể l mạng vòng do một nguồn cung cấp hoặc mạch đờng dây chính có 2 nguồn cung cấp S01 0 S12 1 Z01 S20 0... P12 R12 + Q12 X 12 + U dm U dm 21x 0 ,27 x 8 + 14 x 0 ,4 x 8 10 x 0 ,27 x 4 + 10 x 0 ,4 x 4 + = 3 , 35 kV 35 35 b) Xét khi đứt đoạn A-2: mạng có dạng A SA1 = 21-j14 1 S12 = 11-j4 S1 = 10-j10 UA2 = 2 S2 = 11-j4 21x 0 ,27 x 8 + 14 x 0 ,4 x 8 11x 0 ,27 x 4 + 4 x 0 ,4 x 4 + = 3 ,1 kV 35 35 Vậy Umax sụ cố = 3, 35 kV c) Trờng hợp mạng có rẽ nhánh (HV): 1 S1 SA1 1 A S1 SA1 A SA2 SA2 2 S23 S2 S23 2 3 S2 3 S3 S3... j7,6 [10 - j10] = 0,4 + j 2,4 PA1 R A1 + Q A1 X A1 10 ,4 x 0 ,27 x 8 + 7 ,6 x 0 ,4 x 8 = = 1,3 45 kV U dm 35 U A2 = SA2 = 10,6 + j6,4 Thử lại: PA2 R A2 + Q A2 X A2 P R + Q A1 + P12 R12 + Q12 X 12 = A1 A1 U dm U dm PA2 R A2 + Q A2 X A2 10 ,6 x 0 ,27 x 8 + 6 ,4 x 0 ,4 x 8 = = 1,2 45 kV U dm 35 Vậy Umax = 1,3 45 kV v điểm có điện áp thất nhất l điểm 1 2 ta có P12 đi từ điểm 1 2 21 còn Q12 Vậy ta có 2 điểm... viết: (5. 3) PA1 = Trong đó Z1A = Z1 v Z2A = Z1 + Z2 Chú ý: + Ngoi ra cần thử lại: P1 R1B + P2 R 2 B ; R Q A1 = Q1 R1B + Q2 R 2 B R + Mạng đồng nhất:: l mạng m ở các nhánh đều có tỷ số x0/r0 = const Từ (5. 5) ta có: IA1 + IB2 = I1 + I2 n + Trong thực tế phụ tải thờng cho dới dạng công suất: S1 = P1 + jQ1 ; S2 = P2 + jQ2 S A1 = S A1 = Từ (5. 3) nhân cả 2 vế với 3U dm Vì: S1 Z1B + S 2 Z 2 B Z (5. 4) + Tổng... S tt1 = S1 + S B1 j ta có Trong đó: Tại nút S tt 2 = S 2 + S B 2 j 1 A A B B S1 S S1 2 A mạng điện kín gồn đờng dây mạch kép S2 3 S2 S3 mạng điện kín gồm 2 nguồn cung cấp ở đây để có 1 ví dụ chung nhất ta chọn một sơ đồ có 2 nguồn cung cấp nh HV A S3 mạng điện kín kiểu mạch vòng (1 nguồn) Khi sự cố, chẳng hạn đứt một nhánh ở đầu nguồn mạng trở thnh hở, tổn thất công suất v điện áp đều lớn, có thể... 3U dm Vì: S1 Z1B + S 2 Z 2 B Z (5. 4) + Tổng quát cho mạng kín có n phụ tải giữa 2 nguồn A; B S A1 = i =1 (5. 5) Z x x Z iB = (r0 + jx 0 )L iB = 1 + j 0 r0 L iB = 1 + j 0 R iB r0 r0 x x Z = Z iB = 1 + j 0 r0 L iB = 1 + j 0 r0 L iB r0 r0 n n S i Z iB S i Z iB i =1 Z (5. 5) + Sau khi xác định đợc công suất đi ra từ 2 nguồn A; B l SA1 v SB2 có thể tìm đợc công suất trên các... phần phức tạp hơn so với mạng hở, thơng phải dùng bảo vệ có hớng hoặc bảp vệ có khoảng cách Tính toán mạng điện kín phúc tạp hơn mạng hở - Z1 SA1 Ưu điểm: Tăng cờng tính liên tục cung cấp điện (vì mỗi hộ đợc 2 nguồn cung cấp) , thờng dùng cho các hộ phụ tải loại 1 Trong vận hnh bình thờng tổn thất điện áp v công suất nhỏ hơn trong mạng hở Nhợc điểm: QC12 Q j C 20' 2 2 Z12 1 S12 S1 Z2 2 B SB2 S2 Trong... ) I 2 Z 2 ] Z 0 Rút ra: 1 3 ( IA1Z1 + (IA1 I1)Z12 (I1 + I2 IA1)Z2) S2 http://www.ebook.edu.vn S2 Z1B Z2B Đặt:: Ví dụ: cho mạng điện nh HV SFe thay vo (5. 1) ta có I A1 = 3 (IA1.Z - I1.Z1B I2.Z2B) I1 Z + I 2 Z 2 B U A U B + Z 3Z (5. 2) (5. 2) Từ (5. 2) ta thấy dòng trên đoạn A 1 gồm có 2 thnh phần: + Thnh phần chủ yếu phụ thuộc vo phụ tải 1 v 2 cùng tổng trở trong mạch + Thnh phần thứ 2 gọi l thnh... (I A1 Z1 + I12 Z12 + I B 2 Z 2 ) (5. 1) Thay dòng điện nhánh bằng các dòng phụ tải I1 ; I2 ta xét nút I12 = IA1 I1 2) Xác định công suất trên các nhánh- Điểm phân công suất: IB2 = I2 - I12 = I2 + I1 IA1 Tính toán mạng điện kín l 1 vấn đề phức tạp ở đây ta chỉ xét mạng điện kín đơn giản nhất Nghĩa l mạng chỉ có 1 mạch vòng hoặc mạng đờng dây chính có 2 nguồn cung cấp Trớc hết phải xác định phân bố... 1 ZA1 Z12 S1 SB2 2 B Z2 S12 3) Các trờng hợp riêng về phân bố công suất trong mạng điện kín: I A1 I Z + I2 Z2B = 1 1B Z (5. 3) + Mạng điện kín chỉ kể đến điện trở tác dụng (x0 = 0: đó l các mạng có tiết diện dây nhỏ, điện áp thấp, mạng cáp dới 10 kV lúc đó (5. 4) có thể viết: Từ (5. 3) cho ta rút ra qui tắc xá định dòng điện đi từ nguồn ra nh sau: Lấy tính các dòng điện phụ tải với cánh tay đòn (tính . Tra bảng: A =50 r 0 = 0,63 /km x 0 = 0, 355 /km 52 2,0j9 45, 0 2 355 ,0x3j63,0x3 Z 01 += + = Z 12 = 4x0,63 + j4x0, 355 = 2 ,52 + j1,420 Z 13 = Z 12 = 2 ,53 + j1,420 . tra bảng ta đợc = 150 0 h A = 55 ,1 x 150 0 = 82 50 0 kWh + Điện năng các hộ nhận từ lới trong một năm: 2 S max2 1 0 S max1 A - 15 0 A - 5 0 2 km 1 km 2 1+j0, 5 1 0 2+j1 S 01 S 1 2 Z 1 2 Z 01 . S max2 = (2 + j1) + (1 + j0 ,5) S 01 = ()( ) 22 5, 0112 +++ S 12 = S max2 = 1 +j0 ,5 S 12 = () ( ) 22 5, 01 + ( ) ( ) 1 ,55 10x1x63,0x 10 5, 01 10x2x21,0x 10 5, 0112 P 6 2 22 6 2 22 max = + + +++ =