tài liệu Thiết kế hệ thống Điện - nguyễn hoàng việt PDF tài liệu cho anh em kỹ sư thiết kế ngành điện
CHON ĐƯỜNG DÂY VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT DUONG DAY
Thiết kế dường dây cẩn chọn cấp điên áp phù hợp để truyền công suất cần thiết qua khoảng cách cho trước, duy trì độ sụt áp va ton hao trong giới hạn cho phép
Lựa chọn cỡ dây, cách bổ trí, khoảng cách các day dản pha, loại sứ, phối hợp cách điện phải được xét trước Các đặc tính trên sẽ là vấn để cần xem xét kỹ trong việc thiết kế đường đây truyền tải EHV và UHV khi truyền cóng suất lớn Cỡ dây và cột lớn hơn, yêu câu về thẩm mỹ, thiết kế để làm tối thiểu chỉ phí và lực cơ tương ứng, giảm thiếu độ én âm thanh, radio và vùng an toàn Cẩn giảm tối thiếu dong nạp với người và thiết bị dưới đường dây
Các vấn dé khác là tối thiểu độ chấn động, tránh phóng điện trên sứ do không khí ô nhiễm và các vấn đề thiết kế khác
CÔNG SUẤT VÀ VỊ TRÍ CÁC TRẠM BIẾN ÁP
Vị trí cúa trạm truyền tải, trạm nhận và trạm phan phối được quyết định bởi công suất được phân phổi trên từng đoạn cho trước, điện áp hệ thong, dién dp rơi và độ sụt áp Cong suất máy bien áp được quyết định bơi công suất cua mỗi mạch
1- Vị trí các trạm phụ Các mạch truyền tải đặt càng gần tải càng tốt và thực tế là để tận dụng các ưu điểm của điện áp các mạch phụ trước khi ha áp Tuy nhiên, se không thiết kế khi mở rộng các mạch này tới vị trí mà chỉ phí phụ thêm lại vượt quá chỉ phí tiết kiệm của mạch phân phối Sự cân bang bi anh hương lớn bởi công suất và mật bảng các trạm phụ cũng như bởi sự khác nhau về điện áp
Các điểm sau phải được xem xét khi chọn vị tri tram 1- Càng gần trung tâm tải càng tốt
2- Dat ở vị trí sao cho các tải tiêm năng trong tương lai được đưa đến thuận lợi,không phụ thuộc vào độ sụt áp
3- Đường dây truyền đến và đường dây phân phổi di ra được cho phép tiếp cận 4- Cho phép mở rộng
5- Giá đất xây dựng trạm
6- Tải của trạm phải trong một giới hạn sao cho có một khu vực lớn hay một số các hộ tiêu thụ không bị ảnh hưởng trong trường hợp trạm bị cắt
Vị trí các trạm có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc ngắm dưới đất Chúng có thể ở trong các nhà hay trên trụ các trạm phân phối nhỏ Các trạm ngảm dành cho các trạm thành phi lớn, dong duc va không gian có giới hạn Các trạm trong nhà cản xây dựng nhà để chứa thiết bị tiết xấu nhất Ưu điểm là chúng không cần các tòa nhà, ở các trạm ngoài trời, chi phí các trạm ngoài trời thì phổ biến, các thiết bị sắp xếp bên ngoài và có thể chịu được thời máy cất và máy biến áp rẻ hơn các trạm trong nhà Ngoài ra, các điều kiện kiểm tra và bảo trì của trạm ngoài trời tốt hơn trạm trong nhà
Trong trường hợp các trạm ở nhà máy điện để nâng điện áp máy phát lên điện áp truyền tải thì các trạm được đặt ngoài trời Thiết bị bảo vệ và điều chỉnh được đặt trong các
12 CHUONG 1 tòa nhà ở gần trạm
Các trạm phụ phân phối công nghiệp được đặt trong khu vực của nhà máy công nghiệp
8- Các thiết bị chính ở các trạm
* Đường dây đến: cung cấp điện năng cho các trạm lấy từ nguồn máy phát hay từ các đường dây cao áp
* Thiết bị đóng cắt cách ly: cách ly các đường dây, cho phép sửa chữa, bảo trì hay kiểm tra thiết bị khi cần thiết Dao cách ly được khóa liên động với máy cắt để ngăn hoạt động có tải Dao cách ly vận hành bằng tay từ mặt đất
* Thanh cái ngoài trời: làm bằng các ống nhôm hay đồng g ruột Thỉnh thoảng các đoạn dây dẫn mềm được sử dụng làm thanh cái Có lúc thanh cái được sắp xếp thành các doạn và máy cất phân đoạn được dùng để cách ly một đoạn nào đó khi cần
* Máy cắt: có thế là máy cắt nén khí hay máy cắt dầu Các máy cắt có thể là các máy cắt 1 pha được kết nối về cơ khí và hoạt động đồng thời bởi một cuộn dây từ tính mạch điều khiển điện áp DC 115 hay 230 V Trong một số trường hợp, máy cắt 3 pha được sử dụng cho các cấp điện áp thấp hơn
* Máy biến áp là ba máy biến áp 1 pha hay chỉ một máy biến áp 3 pha phụ thuộc vào công suất và yêu cầu của trạm Máy biến áp đến 10 MVA thường có chế độ làm mát dấu tự nhiên Máy biến áp có công suất lớn hơn dùng chế độ làm mát không khí cưỡng bức Sơ đổ đấu dây Y/A hay A/Y được sử dụng Nếu máy biến áp chính nối Y/Y thì cẩn có cuộn thứ ba nối
A Cuộn này có tác dụng tránh ảnh hưởng cảm ứng và tần số cao và giảm các hài điện áp
Thỉnh thoảng các MBA có cuộn thứ ba để tạo ra điện áp cung cấp khác nhau Cuộn thứ ba có thể được dùng để cấp cho máy đồng bộ hay tụ bù
* Máy biến áp nổi đất và tự dùng: máy biến áp cuộn nổi sao nối vào các pha và có cuộn thứ ba dành cho các thiết bị tự dùng trong trạm Trung tính cao áp hay hạ áp được nối đất,
Máy biến áp được nối như vậy để tạo ra điểm nối đất hệ thống Kháng trở X của các cuộn nôi
Y thấp do đó tạo đường dẫn tống trở thấp cho dòng sự cố chạm đất 1 pha Do sự kết nối ở phía thứ cấp, điện áp không bị ảnh hưởng của dòng hài bậc ba và có thể cấp điện cho tải không cân bằng với điện áp không cân bằng
Với MBA nối đất, có thể sử dụng các MBA 1 pha với một cuộn cao áp và hai cuộn hạ áp được nối song song hay nối tiếp hoặc các MBA 3 pha nổi A/Y hay Y/Y và có tỉ số biến áp phù hợp Trong trường hợp hệ thống 3 pha bổn dây thì sử dụng các MBA 3 pha A/Y để phân phối
* Các máy BI va BU có hai mục đích - Đo lường
* Đường dây ra: sau khi hạ áp xuống cấp điện áp yêu cầu, dù là cấp phân phối sơ cấp hay truyền tải trung gian, các đường dây sẽ đi ra khỏi trạm
Với các trạm trong nhà, việc đóng cắt sẽ qua các thiết bị đóng cắt cao áp và hạ áp, các đường dây vào và ra phải là dây cáp
LIÊN KẾT CÁC HỆ THỐNG BIEN
Nói kết một số nhà máy điện tạo ra nhiều ưu điểm Nổi kết hai hay nhiều nhà máy diện làm giảm công suất phát yêu cẩu so với công suất yêu cẩu khi không nối kết Các ưu điểm này được vận dung tốt khi toàn bộ hệ thông được nổi kết, đặc biệt khi đỉnh tải mỗi hệ thông xảy ra vào nhưng thời điểm khác nhau
Khi các hệ thống điện năng trở nên lớn hơn, cần phải kết nối chúng để hoạt động kinh tế hơn Khi đó có thể góp chung các điều kiện thuận lợi trong việc sản xuất, truyền tải, phân phối của các hệ thống điện cũng như thị trường của chúng (thường là toàn nền kinh tế)
Những ưu điểm của việc nối kết 1- Tiết kiệm công suất dự trữ (công suất này thường rất lớn trong từng hệ thống riêng) 9- Trao đổi điện năng giữa một hệ thống với các hệ thống khác khi có sự thay đổi về yêu cầu của tải trong từng vùng tương ứng, làm cho việc truyền tải điện kinh tế hơn
3- Tận dụng tốt hơn các điểu kiện và các nguồn tài nguyên có sẵn trong mỗi hệ thống nổi kết làm việc kinh tế
4- Có thế có những phát triển kinh tế trong tương lai bằng cách chọn các thiết bị cỡ lớn đối với sự phát triển chung của hệ thống liên kết u thụ nhiều hơn
5- Nối kết các hệ thống đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các
“Trong trường hợp sự cố hay mất kết nối của một hệ thông, công suất có thể được cung cấp lại từ một hệ thống kết nối khác một cách nhanh chóng mà khóng làm mất tải hoàn toàn
Khi quy hoạch và thiết kế hệ thống điện, cần nghiên' cứu hiệu quả của việc nổi kết hệ thống như: chọn cấp điện áp liên kết, truyền tải kinh tế, khoảng cách liên kết, điều khiển điện áp, ổn định hệ thông và đặc biệt là độ tin cậy.
SU BUNG MAY TÍNH VÀ CÁC CONG CỤ PHAN TICH LUGI AC
Thiết kế hệ thống bao gém viée chon lựa các phan tử hệ thống đề có đặc tính và cỡ thích hợp nhất để có tính vận hành kinh tế - kỹ thuật tốt nhất
Tính toán vận hành hệ thống với tải và việc kết nổi các phần tử hệ thống cho trước, các phân tích chỉ tiết được tính toán nhanh chóng do sử dụng máy vi tính và các công cụ phân tích lưới AC Các công cụ này giúp tải vận hành hệ thống trong các điều kiện hoạt động với các loại thiết bị của hệ thống,
Sau khi chọn cỡ NM đường dây mạng lưới hệ thống hệ thông được mô hình bằng mạng tổng trở thứ tự thuận, nghịch và thứ tự zero
1- Dòng tải trong các điều kiện khác nhau
9- Tính toán dòng sự cố với các sự cố khác nhau 3- Dat rale
4- Nghiên cứu độ ổn định và tin cậy hệ thống 5- Nghiên cứu phan phối tải ở các nhà máy khác nhau và các máy phát khác nhau đối với hoạt động kinh tế
Phân phối tải kinh tế được thực hiện nhanh chóng trên máy vi tính
Khi phân tích chính xác vẻ hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau, phản ứng của hệ thống được nghiên cứu sao cho bất kỳ sự cải thiện nào trong thiết kế hệ thông có liên quan đến các vị trí khác nhau có ảnh hưởng đến hệ thống cũng đều có thế quy hoạch có hiệu quả Với các thiết bị (công cụ) hiện đại để điều khiển hệ thống và trợ giúp tính toán nhanh, hệ thống được vận hành với các ưu điểm tốt nhất và hoạt động tốt đến toàn nền kinh tế
"Thiết kế hệ thông điện là một chủ đẻ lớn và ở dây chỉ đẻ cập một vài vấn đề chủ yếu là tính toán đường dây Các nghiên cứu kinh tế và kỹ thuật được thực hiện để giải bài toán mạng; chọn các điều kiện thay đổi pha, dòng, áp, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng tại các m trên lưới Khi thay đổi hay bổ sung trên lưới, việc vận hành được cải th cường mạch ở các nơi thích hợp Các nghiên cứu kinh tế cũng được thực hiện đối với hệ ở một mức mong muốn nào đó Ví dự: thêm vào bù nổi tiếp hay bù shunt, hoặc tăng thống bằng máy tính để tìm ra cách phân phối tải kinh tế nhất, lựa chọn kinh tế các phần tử hệ thống.
ĐẶC TINH PHU TAI
CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ CÁC HỆ SỐ TÍNH TOAN THƯỜNG GAP
1- Công suất định mức Công suất định mức thường được các nhà chế tạo ghi sẵn trên lý lịch hoặc nhãn hiệu máy Đối với động cơ diện, công suất định mức là công suất trên trục động cơ Đứng về mặt cung cấp điện, ta chi quan tam đến công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt
Công suất đặt động cơ được tỉnh như sau trong đó P„- công suất đặt của dong co
P¿„ - công suất định mức của động cơ nụ - hiệu suất định mức của động cơ
Hiệu suất định mức của dộng cơ tương đối cao (đổi với động cơ đồng bộ rôto lỏng sóc, Nac = 0,8 + 0,95) người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất nên
Pa = Pam Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn han lap lai,khi tinh phy tải điện của chúng, ta phải quy đổi về cong suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là quy đổi vẻ chế độ làm việc có hệ số tiếp điện e = 100;công thức quy đổi như sau Đối với động cơ điện Pạ„ = Pạ„ Ea, Đối với máy hàn — Pạy =S¿„ cos@VjEz,, trong đó Pz„ - công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn
Pam, Sctms CO8@tow Em ~ các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy
2 Phu tai trung bình Pry
Phụ tải trung bình là đạc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó
Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị điện cho ta cơ sở đề đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán.
Trong thực tế công thức dùng đề tính phụ tải trung bình là
Py = — (2.1) trong đó W - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát £ - thời gian khảo sát (h)
Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được tính theo công thức sau
Po -ŸS„ a Biết phụ tải trung bình, chúng ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị Phụ tải trung bình là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng
Thông thường phụ tải trung bình được xác dịnh ứng với thời gian khảo sát là một ca làm việc, một tháng hoặc một năm
3- Phụ tải cực đại Pmax Phụ tải cực đại có hai dạng a) Phu tải eve dai Pro Phu tải cực dai Pia: 1a phụ tải trung bình lớn nhất tính trọng khoảng thời gian tương đối ngấn ‹ (thường lấy trong khoảng thời gian từ 10 + 30 phút) Trị số này có thể dùng để chọn các thiết bị điện theo điều kiện phát nóng Nó cho phóp đánh giá giới hạn trên của phụ tải tính toán
Người ta dùng phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị, chon day dẫn và đây cáp theo điều kiện mật độ dòng kinh tế b) Phụ tải đình nhọn Pạ„
Phụ tải đỉnh nhọn ỉz„ là phụ tải cực đại xuất trong khoảng thời gian từ 1-2 giõy Phụ tải đỉnh nhọn dùng để kiếm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ nóng lên đến nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra
Như vậy, nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đổ trong mọi trạng thái vận hành
Quan hệ giữa phụ tải tính toán với các phụ tải khác
Phụ tải tính toán còn gọi là phụ tải nửa giờ Pao vì người ta thường lấy trị số trung bình của phụ tải lớn xuất hiện trong khoảng thời gian 30 phút để làm phụ tải tính toán
Hình 2.1: biểu diễn đường cong mức tiêu thụ công suất phụ tải thay đổi trong ngày Sự lựa chọn 4# và khoảng thời gian £ là tùy ý Công suất tiêu thụ của tải được biểu diễn bằng đơn vị tương đối, công suất tối đa của tải là một
+ Từ H.3.1 nhận thấy phụ tải cực đại 15 phút là 0,98 đơn vị tương đối (dvtd), phụ tải cực đại 30 phút là 0,94 đvtđ, phụ tải cực đại P„a„ 1 giờ là 0,884 dvtd Trong khi đó nhu cầu sử dụng phụ tải trung bình trong 1 ngày là 0,254 Dữ liệu cho bởi đường cong trong H.2.1 Có thể biểu diễn ở H.2.2 Ở hình này thời gian được biểu diễn bằng đơn vị tương đối Đường
DAC TINH PHU TAL 17 cong biéu dién sự hiên hệ giữa công suất tiêu thụ cực đại với khoảng thời gian sử dụng công suất (H.3.2) Đường cong biểu diễn khoảng thời gian sử dụng công suất có thể hằng ngày, hàng tuan, hàng tháng hoạc hăng nám Trong thiết kế, người ta thường sử dụng đồ thị phụ tải mô hình k
Tải của hệ thống thay đổi từng giờ trong phạm vi rộng, tải cũng thay đổi theo tháng, mùa Để tính toán nhu cầu tiêu thụ công suất trung bình Pz„¿ cần tính diện tích của vùng dưới đường cong phụ tải Đồ thị phụ tải eó thê mỏ phóng từ các dữ liệu tiêu biểu
0 phụ tải cực đại 15 phút phụ tải cực đại 30 phút phụ tải cực đại 1 gid
Hình 3.1: Đường cong phụ tải ngày Đình tải (avid)
Hình 3.3: Đường cong phụ tải theo thời khoảng
Ví dụ 2.1 Các dữ liệu tiêu biểu ngày của một tuyến dây được cho ở bảng 9.1 Từ đó vẽ được đường cong phụ tải ngày lý tưởng của tuyến dây này ở H.2.3
Chiếu sáng Dân cự “Thương mại
'Từ đường cong phụ tải có thể xác định các hệ số định nghĩa sau:
+ Hệ số nhu cầu của phụ tải là tỷ số của công suất tiêu thụ tải cực đại trên tổng cong suất định mức nối với hệ thống Hệ số nhu cầu tiêu thụ của phụ tải có thể tính từng phần của hệ thống; như trong phụ tải công nghiệp và thương mai, Kne < 1
K,, = DF -——+— a ne Tổng phụ tải hệ thống + Hệ số sử dụng là tỉ số của nhu cầu sử dụng công suất cực đại trên công suất định mức
XP, #0) X Pp tnt 6, XP,
Những trường hợp đặc biệt THỊ: P; = P, hay
TH: c¡= c2 hay ô Hệ số tổn thất là tỉ số tổn thất cụng suất trung bỡnh trờn tổn thất cụng suất tực đại trong cùng một khoảng thời gian
+ Hệ số cực đại K„„-¿ K„„, là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình (có giá trị lén hơn một) Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả và hệ số sử dụng K,g Tra bang giá tri cua Kay theo số thiết bị hiệu quả nạ¿ và K;„ Số thiết bị hiệu quả nạ„ được định nghĩa là số thiết bị có cùng ché do
Ví dụ 9.3 Công suất tải cực đại hãng năm trên một tuyến dây sơ cấp là 2000 kW Ton that dong trén 3 pha là 80 kW, hè số tôn thất hằng năm 0,15 Xác định a) Tổn thất công suât trung bình hằng năm b) Tén thất điện năng của đường dây (trong đồng)
Giải: Tổn thất công suất trung bình
Tổn thất công suất cực dai x Ky, = 80 x 0,15 = 12 kW
Ton that dién nang hang nam
12 x 8760 = 105,120 kWh Vi dy 2.3 Mé hình gồm sáu hộ tiêu thụ được cung cấp bởi một MBA phân phối (H.2.4) Hộ
E4, có hai nhánh nối với phát tuyến F4
Có bảy MBA phân phối trên mỏi nhánh, có sáu phụ tải được nối vào MBA phân phối
Tồn thất công suất trung bình x 8760 giời năm tiêu thụ có số mã là 4276, có ý nghĩa bốn tuyến #'
DT 427 nhánh LA2
Hình 9.4 Công suất mỗi phụ tải là 9 kW Hệ số yêu cầu (K;c) và hệ số phân tán (Ấz;) của nhóm sáu phụ tải được cho trong số tay lần lượt là 0,65 và 1,1 Xác định công suất cực đại của nhóm sau hộ tiêu thụ của MBA phân phéi DT 427.
P Ihe S9 kWx0.65 fat mm i 11 so SAO W069 | sou 11
Vi du 2.4 Giả thiết tuyến dây bốn, có công suất đỉnh là 3000kVA trên 1 pha và tôn thất đồng bằng 0,5% công suất đỉnh hệ thống Xác dinh a) Tổn thất đồng trên mỗi nhánh (mỗi pha) b) Tổng tôn thất đồng trên 3 pha
Giải a) Tổn thất g trên ¡ pha của mỗi nhánh
=IR=0.5% x công suất cực đại của hệ thống
,005 x 3000 kW = 15 kW/pha b) Tổng tổn thất đồng trên 3 pha
AP ba pho = 31°R = 3x15 E kW !3pha pha
Ví dụ 3.5 Có hai tuyến dây sơ cấp được cung cấp bởi một
MBA 3 pha (H.2.5) Một tuyến dây cung cấp cho tải công nghiệp với tải cực đại là 2000 kW lúc 5 giờ chiểu Một tuyến day phụ tải hộ dân cư, với công suất cực đại là 2000 kW lúc 9 „iờ chiều (H.2.6) Xác định: a) Hệ số phân tán của tải nối với MBA — T3; Dự trữ cho
5 phụ tải tương lại b) Sai lệch giữa tổng các công suất cực đại với công phutải phụ tải dân cu suat cực đại của phụ tải tổng công nghiệp, c) Hé số đồng thời của tải nổi voi MBA Hình 2.5
Gidi: a) Hệ số phản tán K aia AO SAND \( 3000 1,33 b) Dé chénh lech cong suat_ AP=Ÿ)P,- P, = 4000-3000 = 1000 kW 2 e) Hệ số đồng thời : =0.752
Ví dụ 3.6 Dùng dư liệu ở bảng 2.1 và đường cong tải (H.2.3)
Chú ý: công suất tải cực đại xảy ra lúc 5 giờ chiều, xác định a) Hệ số phân bố của các lớp cho mỏi loại tải b) Hệ số phân tán của tuyên sơ cấp e) Nhu cầu công suát cực dai phát tuyến của nhóm phụ tải đ) Hệ số đồng thời
Giải a) Hệ số phân bố cua các loại phụ tải (dây chiếu sáng, tuyến dân cư, tải thương mại):
0EW | Smen sing F100 BW
CÁC PHƯƠNG PHAP XÁC ĐỊNH PHU TAI TINH TOAN
Xác định phụ tải tính toán hiện nay có nhiều phương pháp Những phương pháp đơn giản tính toán thuận tiện thường cho sai số lớn, ngược lại nếu độ chính xác cao thì phương pháp phức tạp Vì vậy tùy theo giai đoạn thiết kế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp thích hợp Sau đây là một số phương pháp xác định phụ tái tính toán thường dùng nhất
1- Xác định phụ tải tính toán Pụy theo công suất đặt Pạ oà hệ số như cầu Kye Công thức tính
Vì hiệu suất của các thiết bị điên tương đối cao nên có thể lấy gần đúng: P„ = Pam, khi cos đó phụ tải được tỉnh toán là
Pam, Pam, - công suất dat và công suất định mức của thiết bị điện thứ i, don vi tinh kW
Pu Qu Su - công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến của nhóm thiết bị có thứ nguyên lần lượt là kW, kVAr, kVA n - số thiết bị trong nhóm
Trong một nhóm thiết bị nếu một hệ số cosọ của các thiết bị không giống nhau thì phải tính hệ số trung bình
Các thiết bị khác nhau thì thường có các hệ số nhu cầu khác nhau thường cho trong các
COS, = sổ tay íu điểm: đơn giản thuận tiện nên nó là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi.
Nhược điểm: chủ yếu là kộm chớnh xỏc vỡ hệ số nhu cầu kiểm tra trong sử tay là một số liệu cho trước cố định không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm
Theo công thức xác định nhu cầu
3- Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện nang
Cho một đơn vị sản phẩm
Lea MW, (2.16) trong dé M - số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong một năm
W, - suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đơn vị sản phẩm
T„;a„ - thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h Ưu điểm: cho kết quả tương đối chính xác
Nhược điểm: chỉ giới hạn cho một số thiết bị điện như: quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân
#- Xác dịnh phụ tải toán cực đại theo phương pháp K„„ oà công suất trung bình P„
(phương pháp số thiết bị hiệu quả nạ„) Khi cần phụ tải có độ chính xác cao và không có các số liệu cần thiết dê áp dụng các phương pháp đơn giản thì nên sứ dụng phương pháp này
Ta có công thức Py = huaa x Eầu Đầm, (217) trong đó Pz„ - công suất định mức, đơn vị W
Kma„, Kạa - hệ số cực đại và hệ số sử dụng Ưu điểm: phương pháp này cho kết quả có độ chính xác cao vì khi xác định số thiết bị điện hiệu quả chúng ta đã xét tới một loại các yếu tố quan trọng như: ảnh hưởng của các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như số thiết bị khác nhau về chế độ làm việc của chúng Trong phương pháp này có thể dùng công thức gần đúng đề áp dụng cho một số trường hợp
Trường hợp 1 N $3, n,, < 4: phu tai tinh toán được tính theo công thức
Khi thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
N > 3, nrg < 4: Py => PiniK pi Qe = Ÿ PanK ato a = (2.19) với K„ là hệ số phụ tải của từng máy , Hệ số phụ tải K,, 6 thé lay gan dung nhu sau
Ky = 0,9 déi véi thiét bi lam việc ở chế độ dài hạn K„, = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
Trường hợp 3: đối với các thiết bị có dé thị phụ tải bằng phẳng (máy bơm, quạt nén
DAC TINH PHU TAI 27 khi, ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tai trung bình
Trưởng hợp 4: hệ số cực đại Kax phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả nạ và hệ số sử dụng Kya
Knnaz = figs Kea) + Khi nny >10: Py =Kyux Kua Pim: 7
Py = Ko Koa Y Pann Qn Qe ĩ
4- Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn o‡ diện tích sản xuất
Pụ = Pạ x6 (2.21) trong dé P - suất phụ tải trên 1m? dién tich san xuat, kW/m?
S - diện tích sản xuất, m” Đối với từng loại nhà máy sản xuất thì giá trị P¿ khác nhau và có thể tìm nó từ các sổ tay do kinh nghiệm vận hành thống kê lại Phương pháp này cho kết quả gần đúng, nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và được dùng để tính phụ tải tính toán ở các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối đều
MOI QUAN HE GIGA TAI VA HE SỐ TON THAT
R x Ề vọ, |_ tổn thất cực đại a) ờ ap tổn thất cực tiểu b)o t_théigian T I
“Thông thường hệ số tổn thất không được xác định bởi hệ số phụ tải, tuy nhiên quan hệ này có thể tìm được Giả thiết tuyến dây sơ cấp được biểu diễn bởi H.2.8a cung cấp cho phụ tải có đường cong phụ tải như H.2.8.b Đường cong này không tượng trưng cho đường cong phụ tải ngày.
Giá thiết công suất tổn thất nhỏ nhất ÁP, ứng với tải P¿, công suất tôn thất lớn nhất
AP, ứng với tải Po
Thay (2.23) vào (229) Ky =F,p = 2+ AT BE (2.24)
Hệ số tổn thất Kun = Fig =— "+= (2.26)
APnax APo với A P„, - tổn thất công suất trung bình A Pa - tổn thất công suất cực đại AP¿ - tồn thất công suất lớn nhất của tải đỉnh
Thé (2.27) vao (2.26) AP,=AÐ2Xf†+ABxŒ~0 (598)
AP, xT trong đó AP; - tổn thất công suât thấp nhất t- thời gian tổn tại công suất tải cực đại 7 - +- khoảng thời gian tổn tại công suất tải cực tiếu
'Tổn thất đồng là hàm số của tải, nên có thể viết,
'Tổn thất công suất tải cực đại Pp = k.Pz? (299)
'Tổn thất công suất tải cực tiểu Pị=k.Pj? (2.30) với k là hằng số
"Từ đây tính hệ số tổn thất bằng cách thay phương trình (2.29) và (2.30) vao phương trình (2.28)
(RPE yt + (RPP (Tt) wn = Fs = Tar (2.31)
'Từ các phương trình trên hệ số phụ tải liên quan đến hệ số tổn thất theo ba trương hợp khác nhau sau
Công suất tải ở mức thấp là 0
Từ (2.25, và (239) Ky = Ky = Fup = (2.33) š ˆ * 2
Hệ sở phụ tải tương đương với hệ số tổn thất va bang hang so 7 Trường hợp 9:
Nếu thời gian của công suất tiêu thụ ở mức cao rất nhỏ t — 0
Từ (2.25) và (2.32) 7! 41 din dén Ky 22 va Ky, {2 7 2, - P,| nhu vay Kin (Ky) hay [Fis 9 Fo)” | (2.34)
Nghĩa là trị số của hệ số tôn thất gần bằng hệ số phụ tải bình phương
Trường hợp 3 Tải ổn định t2?
Sự chênh lệch giữa công suất tải mức cao với công suất tại mức thấp không đáng kể Từ (2.25) và (2.32) Ky, >K, hay | Frys > Fp) š (2.35)
Do đó, giá trị hệ số tồn thất tiến tới giá trị hê sở tải Tổng quát Kin sKun V¿ -› quá điện áp đâu nhận
P= 3500 MW P> SIL
THIẾT KẾ PHAN ĐIỆN CUA ĐƯỜNG DAY TRUYEN TAI
Thiết kế phần điện của đường dây truyền tải được khảo sát ở các chương trước Thiết kế mẫu một đường dây truyền tải trên không sẽ được làm sáng tỏ bằng các ví dụ sau
Vi du 5.4 Thiết kế đường dây ba pha 50Hz truyền công suất 85.000 kW có eoso = 0,9 trễ qua khoảng cách 160 km Độ sụt áp đường dây nhỏ hơn 12,5% điện thế đầu nhận, hiệu suất 95% và tổn thất vầng quang không quá 0,6 kW/km a) Chọn điện thế, bán kính dây dẫn và khoảng cách giữa các dây b) Tính các hằng số đường dây và độ sụt áp c) Tim hiệu suất khi đầy tải d) Tính tổn thất quảng quang mỗi km đường dây và toàn bộ đường dây e) Tìm dòng điện điện dung khi đường dây không tải f) Chon sé bat s ứ) Tỡm cụng suất t: tìm điện áp trên mỗi bát sứ đa có thể truyền trên đường dây từ tải tổng trở sóng h) Tim dung lượng bù cần thiết tại đầu nhận để nâng cosọ đường dây lên 0,93 trễ Giải Tải trên đường dây 85.000 160 = 13,6x10° kW.km Từ bảng 5.1, điện thế đáp ứng cho tải này từ 132 kV trở lên Từ bang 5.2, khi chiều dài của đường dây là 160 km, thì điện thế đường dây phải lớn hơn 132 kV Do đó điện thế sẽ được chọn từ 132 kV, 166 kV hay nếu cân thiết 230 kV để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật Đối với đường day 132 kV, dong điện ở đầu nhận
Từ H.5.3: khoảng cách giữa các dây dẫn đối với đường day 132 kV la D,, = 6m Đối với đường dây cao thế chọn dây ACSR
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 111
Tut H.5.2 hoac bang 5.5 day dan ACSf với tiết diện đóng tương đương 1,6125 cm” có khả nang tại dòng diện 505 A thoa man cho dòng điện tính l„ Từ bảng 5.4, kích cỡ day ACSR phù hợp là 300,
2,347 em Tông số sợi là 37 và tiết diện đồng tương đương là 1.613 cm” dây nhóm va 7/0335 thép, đường kính bên ngoài là Điện trơ đường dây mỗi km ở 20°C = 0,1091 Q/km Điện trở đường dây 160 km mỗi pha = 17,456 © Điện thế đầu nhận Vạ mỗi pha = 132/J3 kV = 76,4⁄0' kV được chọn là vectơ điện thế có góc pha chuẩn
Khoảng cách tương dương giữa các dây Dy, = 6m = 600 em
GMD ty than day 37 soi = 0,768 r (tit bang 3.2)
2,347/2 em = 1,1735 em 0,768 x 1,1735 = 0,9 em Bán kính ngoài dây dẫn: — z
Dz Điện cảm mỗi pha mỗi mét í = 2 x 10” x mộn Him Điện cảm mỗi pha của đường day 160 km
Cảm kháng mỗi pha X = 2n/L = 3,14 x 0,208 = 65,4 2 Tổng trở mỗi pha Z = 17,456 + j65,4 = 67,8 /75° Điện dung mỗi pha mỗi mét
= = ——— — Fim 9 1 600 18.10” In ˆ OF tn 18.10° h 8.10? In na Điện dung mỗi pha của 160 km đường dây
Cy = 1601800, —— = 1,425 x 10°F © 18x10°x2,3%2, 7084 Dung dẫn mỗi pha
Yindt pha = 2nƒCN = 314 x 1,425 x 10 ° = 0,000448 290° (Siemens)(1/2) Để quyết định chọn cấp diện thế, cỡ dây dẫn cần thiết phải kiểm tra độ sụt áp Vì thế cần tính các hằng số đường dây Ả,B.C và Ð
Vp méi pha = 76,420 kV ip = 414 2-25.83 ° A
Tìm điện thế đầu gửi và độ sụt áp Ý, = ÄVạ + BÍ,
Nhu thé điện thế đầu gửi mỗi pha là 96.200 V và điện thế mỗi pha đầu nhận là 76.400 V Độ sụt áp AU% = Met &/100z - 26200 —78400 - gu „ 25,9%
Trị số này cao hơn trị số cho phép, vì thế phải chọn cấp điện thế cao hơn Tổng kết số liệu tính toán đường dây 132 kV Điện thể đây 6V) Dang điện (A) sien (A) Khoảng cách (m) tướng đương (cm) Tiết diện đồng Đồng tải (A) | Độ sụt áp (%) tatải (A) | Bộ sựt áp (6)
Tính với đường dây điện thế 166 kV và dây có cùng kích cỡ, khoảng cách tương đương giữa các pha
Vee mdi pha = 166/3 = 95,5 20° kV Ti méi pha = SON = 329 Z-25.83°A
1660.90 ôV3 Vì dây dẫn cùng kích cỡ nên D, s 0,9 em
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI
Kháng trơ X mỗi pha = 314 x 0,217 = 68,3 Q Điện trở mỗi pha = 17,456 © (như trước)
Dy _ 800 _ age r 11735 jo XE 18x2.3x10xiog682 1 Crm pha =——100% 1000 18x 10° x2.3x2.8338 _1 565x10°°F ¥ mci pha = 314 X 1.365 x 10°= 0,000429 290 4
Tp = 329 Z-25.83°A va Vg = AVy + Bly
CHUONG 5 Độ sụt áp này vẫn còn cao hơn mức cho phép, do đó cẩn thiết tiếp tục tính với mức điện thế cao hơn
Tom tắt kết quả tính đối với cấp 166 kV Điện thế dã K (ey) Y | pang aign (A) | Khoảng cách (m) “Tiết diện đồng lương đi "diện tem), đồng lương đướNG | nàng tải (A) Đồ sụtáy oe ®)
Bây giờ tính cấp điện thế 230 kV va day có tiết điện nhỏ hơn chọn đây có tiết điện dây đồng tương đương 0,805 cm” Đường kính dây dẫn = 1,654 cm
Dong dién tai 300 A Điện trở mỗi km 0,22 Q
85.000 Điện trở đường dây mỗi km = 0,22 @ Điện trở đường đây mỗi pha = 160 x 0,22 = 35,2 Q
Khoảng cách giữa dây dẫn D„ = 10,2m
THIET KE DUONG DAY TRUYỀN TÀI
= 0,99514 + j0,002317 = 0,9951 20.13° (bé qua hai số hạng cuối) B= 82 264.43" x 0,9951 20.13° = 81,5 264.56° c= tim at | 0.000394 ⁄90°x 0,9951 ⁄0.13° = 0,00039 ⁄90.13°
3,000 100% = 10.5% 000 Độ sụt áp Như vậy độ sụt áp nằm trong giới hạn cho phép 12,5% Bước kế tiếp là kiểm tra tổn thất vầng quang
Với dây dẫn bán kính 0,827 cm, khoảng cách dây 10,2 m diện thế phá vỡ môi trường Ea được tính từ phương trình 5.3 là
Ea = 21.1 x 0.82 x 0.827 x 23 x ge kV - pha đến trung tính
Tỉ số Bi Tg 31 tỉ số này nhỏ hơn 1,8
E, 1015 Từ bảng ở phần 5.5.1, đối với trị số & này hằng số F = 0,2; bằng công thức Peterson phương trình 5.9; tổn thất vắng quang ba pha được tính lá
Pc = 1,167 kW mỗi km (3 pha) Dây dẫn này có độ tổn thất vẳng quang lớn hơn tổn thất vằng quang cho phép 0,6 kW mỗi
116 CHƯƠNG 5 km Do đó, dây này không thích hợp và cần thiết cho dây lớn hơn để giảm tồn thất vắng quang
Bảng tóm tắt kết quả đường dây 230 kV Điện thê dây | Dòng điện Khả năng Tiết diện dây đồng Khoảng | (k) (AI dang dign (A) tương đương (cm')_ | cách D„ (m)
Nhận thấy rằng cấp điện thế thì hợp lý nhưng cỡ dây dẫn cần chọn lớn hơn để giảm tôn thất vắng quang Chọn dây dẫn 37 sợi đường kính mỗi sợi 0,259 cm Đường kinh ngoài là
1,814 em (bán kính 0,907 em) Điện thế đường dây là 230 kV như trước Đầu tiên kiểm tra tồn thất vắng quang và kế đó tính lại độ sụt áp Điện thế phá vỡ môi trường
Bạ= 91/1 Xm xr xôx In D kV r
= 21,1 x 0,82 x 0,907 x 2,3 x 3,0512 = 110 kV Điện thế pha E,„„ = 133 kV
= _182 121, Tí số này nhỏ hơn 1,8
'Từ bảng ở mục 5.5.2, hằng số công thức Peterson F = 0,08 và tổn thất vâng quang 3 pha là
Pc = 0,48 kW mỗi km đường dây 3 pha
Tỉ số này nhỏ hơn giá trị cho phép 0,6 kW, như vậy, cỡ dây này được chọn Tổng số tổn thất vắng quang của đường dây = 0,48x160 = 76,8 kW với loại dây này Chúng ta kiểm tra lại độ sụt áp Đường dây 230 kV, dây ACSR đường kính 1,814 cm, 30/0,259 sợi nhôm, 7/0,259 sợi thép và tiết diện đồng tương đương 0,968 em” Điện trở dây dẫn mỗi km = 0,1832 ©/km
1„ = 237⁄~2B,83° A (như trước) Điện trở đường dây 160 km = 160 x 0,1832 = 29,4
Dm = 10,2m; D, = 0,768 X r = 0,768 x 0,907 = 0,695 m Kháng trở mỗi pha:
THIẾT KE DUONG DAY TRUYEN TAI 117 mái pha = 29.4 + j = 79 268.1° Q
Dé sụt áp = 145;9008.000 133.000 5 dog: = 9,26% Độ sụt áp này nhỏ hơn độ sụt áp cho phép là 12,5%, như thế cỡ dây dẫn và cấp điện thế thích hợp cho đường day
Tóm tắt kết quả đường dây 230 kV với dây dẫn này Điếnthế | Dòngđiện | Khanangtai | Tiếtdiệndấyđổng | Khoảng | Đ@sutáp | Tổn thấtvấng day (kv) a đồng điện (A) | tướng đương(cmj | _eaeh (m) () quang (kW/km)
Việc chọn lựa điện thế và cỡ dây dẫn đã xong Phỏng đoán hiệu suất đường dây khi cấp điện thế, cỡ dây dẫn đã chọn và các dữ liệu ở đầu nhận đã biết Các số liệu ở đầu gửi sẽ được
118 CHƯƠNG 5 tính, khi biết các hằng số của mạch đường dây
'Tổng kết kết quả các phương án đã tính Điện thế | Dòngđiện | Khảnăngtải | Tiếtdiện dấyđống | Khoảng | Độsutáp day (kv) (A) dòng điện (A) | tương đương(cm) | cách (m) ca
Các dữ liệu cho trường hợp đã chọn tính toán Ủy = 133⁄0° kV Vg = 145 25,23° kV Ip = 237 2-25,83A
Ton that vang quang = 0,48 x 160 = 76,8 kW
Hệ số công suất đầu gửi coso; = cos (5,25 + 12,73) = cos 17,96° = 0,952 trễ
Cụng suất đầu gửi P, = 3V,ẽ; cosọ;
Hiéu suat truyén tai = SP 000, 2 x100% = 95% 85.000+768 Dòng điện điện dung mỗi pha = VY = 133.000 x 0,000398 = 53 A
Công suất dung mỗi pha = 133 x 53 = 7050 kVAr
= = 4400 kVAr/ pha Công suất dung mỗi 100 km của đường dây
Tái tổng trở sóng mỗi pha SIL = 2,5 x (133)? = 44200 kw
12,5% của tải tổng trở sóng ng *.44200= 5525 kVA! pha Như thế công suất dung của đường dây mỗi pha 100 km thì nhỏ hơn 12,5% tải tổng trở
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI e 119 sóng mỗi pha Điều này thỏa mãn yêu cầu thực tế
Chúng ta dùng 16 bát sứ treo, mỗi đĩa sứ đường kính 25 em Nếu điện dung dẫn giữa các sứ và đất là 0,125 lần điện dung dẫn giữa các sứ, nghĩa là , = 0,125 C hay C, = 0,125, thi điện thế E¡ của sứ cách điện gần dây dẫn nhất là
2sinh(1/2J(0 125) cosh(/0,125(16 ~ 1/3) sinh(16 0,125) với E là điện thế cực đại (đỉnh) giữa dây dẫn với đất Từ đó, tỉ số > và hiệu suất chuỗi sứ
= œ thể tìm được ne, e\ _ Đsinh(0.5x0.354)cosh(0.854x15.5) _ 2sinh(0.17)cosh(5.49) _ 2x0,178x121
= 0,3 = 30% và hiệu suất Foot ne, 16x0.3 20.8%
Hiệu suất này cần phải gia tăng Điều này có thế thực hiện được bằng cách dùng sứ treo có chắn và có nác Điện the phân bố dọc theo các bát sứ của chuỗi có thể được cải thiện do gia tăng trị số K với Œ = KC, Nếu K = 16; C, = 0,0625C Đặt vòng chấn làm giảm điện áp trên bát sứ có nối với dây dẫn, bởi vì bát sứ này có sự phân hố điện thế tôi đa qua no Dung dân đất thực tế có thể bỏ qua bằng cách dùng dây dẫn chắn antena từ đây dẫn teas 1 _ 2sinh(O.5,/0,0625 cost /0.0625(16 - 1/2)
NHỮNG ĐIỂM CHÍNH KHI THIẾT KE PHAN CO BUGNG DAY TRUYEN TAI
Đường dây truyền tải trên không phải được thiết kế có khả năng chịu được lực cơ học trong liều kiện thời tiết thay đổi Lực căng dây dẫn treo trên cột không được vượt quá giới hạn clo phép Hệ số an toàn đứt đây phải được chon từ 2 đến 5 Đặc tính dây dẫn, độ võng, khoảng cách trên không do ảnh hưởng của nhiệt độ phải được khảo sát trong quá trình thiết kế,
1-Sức chịu tài của dây dẫn
Tsi cua day dan gam 1- trọng lượng dây - tai dọc
3- lực gió tác động lên bề mặt dây dẫn - lực ngang
3- Khoảng oượt, độ uõng uà sức căng
Khoảng vượt hay là khoảng cách giữa các cột được chọn phụ thuộc vào điện thẻ, cỡ dây dẫn được dùng cho đường dây Khi dây dẫn được treo trên trụ, dây dẫn sẽ chùn xuống và có độ võng do trọng lượng dây dẫn Cần thiết phải có khoảng cách tối thiểu giữa điểm thấp nhất dây dẫn và mặt đất Dây dẫn có lực kéo gọi là ức căng Do đó có quan hệ giữa khoảng vượt, độ võng và sức căng
Nếu khoảng vượt tăng lên, độ võng sẽ tăng và để giữ khoảng trông tối thiểu trên mặt đất, chiều cao cột phải tăng lên Điều này làm giá thành đầu tư tăng lên Chọn lựa khoáng vượt tùy thuộc vào cỡ dây dẫn và lực tải cơ trên day dan, phải tính đến tính kinh tế
Khoảng vượt thông dụng cho ở bảng 5.8
Bign thé, kV | — Khoảng vugt, m mm | Khoảng cách tối thiểu
33 400 Điện thé thap (nhd hon 650 7 58 |
230 300 — Giữa 110 kV va 166 KV 67 co có Trên 166 kV — 70
3- Khoảng khéng trên mặt đất
Khi đường dây truyền tải được xây dựng, cản thiết phải có khoảng cách tối thiếu từ điểm thấp nhất của đường dây tới mặt đất Khoảng cách này phụ thuộc vào cấp điện thế đường day Gần đúng, khoảng cách này 1a 6 + 0,01 m méi kV That ra, khoảng cách này phụ thuộc vào điều kiện cụ thê Khoảng cách này tới thiểu 6 m ở cấp điện thế thấp và tăng lên ở cấp điện thế cao
Bảng 5.9 cho khoảng cách tối thiểu thường dùng Đặc tính một vài loại dây dẫn cho ở bảng 5.10
_ Đồng cứng ẽ —_ Nhụm —_— Thếp _ — Độ dẫn điện tương đổi 0.97 061 0.09 tới 0,16
Hệ số nhiệt, dân nở mỗi đội 16.5x 10° 23x 108 96x 102 tới 14.1 105 C.ở20°
Giới hạn độ đàn hổi kg/cmP” 1750 tdi 2100 1750 tai 2100 2800 tdi 10.500 Ứng suất đứt dây kg/cm” 3000 tới 4500 1620 161 2100 4920 tới 17875
Mụdun dõn hồi E kg/em” 7 ô10° tdi 12,65 x 10° 7x10” 16,85 x 10° t6i 24.10 10°
SUC CANG - 80 VONG
Độ võng dây dẫn phụ thuộc vào khoảng vượt, diéu kién tai trén day dan, ste cang bi hạn chế bởi lực đứt dây và hệ số an toàn Néu biét luc cang day cho phép, khoảng vượt cũng như vị trí của trụ, độ chênh lệch giữa các trụ có thể tính được độ võng.
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 121
1- Phụ tải cơ giới của dạy dân ca đây chống sét
Day dan va day chong sét chịu tác dụng của:
Trọng lượng của dây theo phương thắng đứng, Tac dung cua gió theo phương nằm ngang,
‘Tinh toán lực căng dây dựa tren giá thiết phụ tải cơ giới phân bố đều dọc theo đây dẫn và dây chống sét,
Tải trọng của gió tác dụng lên mọt mét dây cho bởi công thức
= PRR 16x 1000) iin “(6.18) trong đó a - hệ số không đồng đều của gió phụ thuộc vào tốc độ của gió 0 Khi v < 20 m/s a=1
20 30 m/s a= 0,70 k - hé sé động lực của không khí phụ thuộc vào đường kính dây, k trong khoảng từ 1,1 đến 1,2 d - đường kính day, mm
Công thức khác để tính Œ,
G, = 0.0010,6xpXd kgm (5.14) trong do d - duéng kinh day, mm p - ap luc gid trên một đơn vị diện tích bể mật cản gió, kg/m”
(5.15) trong đó W - trọng lượng của một mét dây ie jh Ỉ là hệ số gia trọng (6.16)
Từ công thức (5.15) chia hai vế cho tiết diện dây F m
122 CHƯƠNG 5 với ự = S - tỷ tải do trọng lượng của dây dan, kg/mx mm*
#ứ a - tỷ tải do tải trọng của gió kgmx mm” ứ" tỷ tải tổng hợp
Tỷ tải được định nghĩa là phụ tái cơ giới tác dụng lên một đơn vị chiều đài (1 mét) có tiết diện bằng một đơn vị diện tích mm”) Tý tải có đơn vi kg/mx mm*
3- Các quan hệ uễ độ uõng, sức căng A
Hình 5.10 chi một đây dẫn được T1 cảng gida hai tru A va B va O la điểm h BỊ og thấp nhất của đây đấn Điểm này cách ts Ky tru B mét khoang x, và cách trụ A một N hàn is 2 khoảng (2/~x¿), 9! là chiéu dai khoang H TH vượt Độ cao giữa hai trụ A và B khác nhau khoảng ủ Khảo sỏt điểm P bất kỳ |T — #5) gi trên đây dẫn Đặt: Hình 5.10: Khoảng uượt tiêu biểu của đường
H - thành phần ngang của lực cảng
T - lực căng dây tại P 7, - thành phần ngang của lực căng tại P
7y - thành phần dọc của lực căng tai P ©® - góc tiếp tuyến với dây đẫn tại P so với trục ngang
OP = s - chiểu dài dây dẫn từ điểm thấp nhất O đến P ds - gia số chiều đài đây dẫn dy - thành phần ngang của ds dz - thành phần dọc của đs £- đô võng từ điểm thấp nhất tới đầu trụ 8 f+ h - độ võng từ điểm thấp nhất tới đầu trụ A œ - trọng lượng dây trên đơn vị chiều dài ws - trong lugng dây dẫn đoạn OP Trọng lượng này tác động lực hướng xuông đất tại tâm của đoạn OP
Khi cân bằng, thành phần dọc 7y tại P cân bằng với trọng lượng 2s và thành phần ngang 7, tại P cân bằng với thành phần ngang của lực căng H đặt tại điểm thấp nhất O
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 123
AT 2 ga n frie) với C¡ là hằng số w \H}
Tại điểm, x = 0, s = 0 vi thé C; = 0 va phuong trinh tré thanh awl sing wo | \ | (5.22) dy _ws
Tích phân phương trình vi phân trên y= foinh| a Jax wx (5.24) eon T © (5.25)
Day là phương trình của đường dây xích Lực căng T được tính
Nếu chiều cao hai trụ bằng nhau, khoảng vượt là 2/ và nửa khoảng vượt là /
Chiều dài dây trong nửa khoảng vượt
(wl \ s #m| a | ứ` LH D6 von| ộ võng fey =— Hi cosh ¡
Sức căng ở đầu trụ T=/fcosh a |
Suy ra chiều dài day trong cả khoảng vượt
Nếu chiều cao trụ không bằng nhau như H.5.8 và điểm thấp nhất cách B khodng x, khoảng cách y, hay ở được tính từ phương trình (5.26), thay thế trị số của x bằng x;
Khoang cach thang diing tir O dén tru A duoc tinh
3; =yi th=^—| cosh Hí mi |
Nếu biết chênh lệch độ cao là h, suy ra x, kế age he „ | w | 2H sinh TẾ int wl x= J
Biết |, H va ðð và độ chênh lệch chiều cao trụ h, tìm xị nghĩa là khoảng cách từ trụ thấp hơn đến điềm thấp nhất của dây dẫn, ké do tim y, hay d và yị + h thay y;) Như thế độ võng sẽ được tìm
3- Tính sức căng oà độ uõng theo dạng phương trình parabol của đường cong treo dây Giả thiết dây treo giữa hai điểm có độ cao bằng nhau (H.5.11)
Chọn lại hệ trục Oxy với gúc O' cỏch điểm thấp nhất ỉ một khoảng h,
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAL 125
Phương trình đường dây xích — y= h„.cosh ~ h,
Chieu dai day seh, cosh > ty
Gia thiết ở điểm treo 8 khụng cú ma sỏt trũng rọc ly tương) thỡ trọng lượng đoạn ệe bang đúng sức cảng dây tại điềm
T =g.yuF = ty vdig - ty tai; F - tiét dien day
Tương tự, sức cang 6 diém thap nhat O:
H=g h,.F=w h, véi y, =/+ h,, suy ra T = wif + h,) = wf+wh, = wf+H
Chia hai vé cho tiét dién F =—+ ee SE FoR F
Goi oy là ứng suất dây ở diêm B va , a ung suat day 6 O
Suy ra On = 6, + 8f Khai triển phương trình cơ bán của đường dây xích có được độ võng
Lay gan dung bậc hai f trong dé dat S = 9/ là khoảng vượt.
Khai 1 lển phương trình chiều đài dây và lấy gần dúng bậc hai có được chiều dài dây
Pe 5 Sag Bf
Ca hai công thức tính dộ vong ƒ và chiều đài dáy L đều dựa vào dang đường cong treo day có dạng gân đúng parabol Tính toán gần dúng theo parabol đối với khoảng vượt nhỏ, sai số không đáng kể
Phương trình của đường dây treo có dạng gần đúng parabol với trục hoành đi qua điểm thấp nhất O, gần đúng 7 = H get wx 2ứ 27
Ví dụ 5.5 Tính độ võng tối thiểu cho phép đối với khoảng vượt 200 m, dáy đồng có đường kính 1 em, ứng suất cho phép 2000 kg/cmỂ Áp lực gió theo phương nằm ngang 40 kg/cm” của dây và khối lượng riêng của đồng là 8,9 g/em`”
Giải Trọng lượng của 1 m dây
Ap luc của gió lên 1 m dây
“Tải trọng tổng hợp (H.5 12) w'= Qu? +6? = J0.72 +0.42 =0.808 kg/m
Tiết diện dây F = "a? = "x10? x.54 mm? a4 Hinh 5.12: Hinh ve vi du 5.5 _
Tỷ tải tổng hợp g = 0.01025 kg/mm?m Độ võng trong mát phẳng nghiéng
Hi với 6, kg/mm? Độ võng trong mặt phẳng đứng
Vi dụ 5.6 Một khoảng vượt 150 m, điểm treo dây ở dọ cao bằng nhau Dây dẫn có tiết diện 110 mmŠ Hãy tính hệ số an toàn trong các điều kiện sau: Độ võng theo phương thẳng đứng: 2.4 m: ứng suất kéo đứt 42 kg/mmŸ; áp lực gió 1.19 kg/m (cho 1 m day); khối lượng riêng của dây 8,9 g/em” G
Giải Trọng lượng của 1 m day w=(110x10?)x100 emx8.9 g/cmŠ 9 g!m = 0.919 kg !m
“Tải trọng tổng hợp (H.5.13) w w w= fw? +G,? = 0.979? +1.19? = 1.54 kg/m Hinh 5.13: Hinh vé vi du 5.6 Độ võng trong mặt phẳng nghiêng
Ty tai tong hop =0.014 kg/mm?m
‘Tir cong thức tính độ võng
Suy ra ứng suất của dây Sgt 100 x0.014 — T0 41 kgm? Bf 8x8.78 Hệ số an toàn ứ meas Hi S, 10.41
Với nhiệt độ khác nhau, phụ tải cơ giới cũng khác nhau (gió, băng) thì ứng suất và độ
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 127 võng của day dan trong một khoảng vượt cũng khác nhau
Giả thiết tại nhiệt độ 9„ dõy dẫn cú tỷ tải ứ„, ứng suất ơ„, độ dài dõy dan trong
Sat 246;, khoang vust cho bi Ly, = S +
Hãy tìm ứng suất của dây dẫn trong điều kiện khí hậu mới nhiệt độ 0„, tỷ tải g„ Ở trang thái mới, chiều dài dây dẫn trong khoảng vượt cho bởi
Gọi ơ là hệ số nở dai theo nhiệt độ của kim loại cau tao day dan, E la modun dan héi của kim loại, 8 = 1/E là hệ số dàn hồi Chiều dài đây L„ được tính theo L„, Œ, 8„, Sms On
Vi a va f la cdc hé so rat nho nên tích sé @ coi như gần bằng không, do đó
Chia ca hai vé cho BS
2480, B 0, + Se Sae 9, Sm Bn 2g? aE 24007 aE 24007,
Phương trình trên gọi là phương trình trạng thái của dây dẫn Với phương trình trên, khi biết ứng suất ỉ„,, tỷ tai g„„ nhiệt độ 6„ cú thể tớnh được ứng suất ơ, trong điều kiện mới ứng với tỷ tải g, và nhiệt độ @, Phuong trình trên là phương trình bậc ba và được giải bằng phương pháp gần đúng
5- Tinh ứng suất cà độ công bằng cách giải phương trình trạng thái bộc ba
'Từ phương trình trạng thái của dây dẫn treo trong khoảng vượt S, độ cao điểm treo dây bằng nhau cho biết trạng thỏi ban đầu gồm cỏc tham số đ, ứ\ ơĂ f Hóy tớnh ứng suất ơ; ở trạng thái mới ứng với 9; và gs
Suy ra ơ, là nghiêm của phương trình bậc ba
Phuong trinh nay duoc giai gan dung dé tim ơ, Từ đó suy ra độ võng /
Ví dụ 5.7 Cho đường đáy cáp đồng tiết điện 38 mm” treo trên khoảng vượt 300 m, trong dieu kiện nạng nề nhất ứ nhiệt độ 15C, cú giú với hờ số gia trọng m = 1,94, ứng suất đạt cực đại
10 kg/mm” Hay: a) Xde dinh ứng suat lúc thì công ở nhiệt độ 15°C không gió: b) Độ võng lớn nhất ở 60°C Cáp déng 38 mm có các thông sở sau: ty tải do trong lượng = 0,00906 kg/mx mm? hệ số nở đài a = 0,000016 1 médun dan hồi E = 10.000 kg/mm?
Giải a) Số liệu ban đầu
Giải phương trình bậc ba theo ơ„
63 (62 +51.48-10) = 1368 Được giải gần đúng như sau
Cho ơạ = 5, tính được vẽ trái của phương trình
Vậy chấp nhận kết quả ơ; = 5,4 kg/em? b) Số liệu ban đầu 6, °C 81= 1,94 0,00906 kg/mm*m 6, = 10 kg/mm?
Phương trình trạng thái khác với câu a/ ở số hạng ơ E(9;~6, )# 0 ơ E(8; =0, ) = 0,000016(60 ~15) = 7,2
THIET KE DUONG DAY TRUYEis [AI 129
6; (6, +48,68) = 1368 với ứ,= 5,1 kg/mm cú dược — 5.12(ð,1+48,68) = 1398
Chọn ơạ= 5,1 kgmm”, suy ra f
6- Khoảng vugt tai han Ung sudt day dan thay doi tay theo diéu kién khi hau va phụ tải cơ giới tác dụng lên nó Ứng suất lớn nhất có thể xuất hiện khi nhiệt độ thấp nhất hoặc khi phụ tải cơ giới tác dụng lên dây dẫn lớn nhất (lúc bão)
Khoảng vượt tới hạn là khoảng vượt mà ở đó ứng suất lớn nhất của dây dẫn xuất hiện đồng thời cả hai trường hợp lúc lạnh cũng như lúc bão Sau đây đưa ra cách xác định khoảng vượt tới hạn
Goi Sự - khoảng vượt tới hạn
8n =8 - tỷ tải của dây lúc nhiệt đô thấp nhất
&m = 8b - tỷ tải tổng hợp của dây lúc bão ©, = 0, - nhiệt độ lúc lạnh 6„ = 6, - nhiệt độ lúc bão Úng với khoảng vượt tới hạn thỡ ứng suất ơ„ = ơ, = ỉ„ (ứng suất cho phộp)
Sau khi tỉnh khoảng vượt tới hạn, suy ra điều kiện sau
Khi khoảng vượt S < S„„, ứng suất lớn nhất xuất hiện lúc lạnh;
Khi khoảng vượt S > S,,, ứng suất lớn nhất xuất hiện lúc bão
7 Tính tốn sức căng, độ õng dùng đồ thị Blondel Đồ thị Blondel được xây dựng dựa trên cơ sở của phương trình trạng thái ứng với từng loại vát liệu làm dây (nhôm, đồng, nhôm lõi thép)
Eai trục tọa độ đô thị có ý nghĩa sau:
Trục hoành: ghi khoảng vượt S
Trục tung: ghỉ nhiệt độ, thang đo nhiệt độ chỉ ghi nhiệt độ giả định không dùng, chỉ để ý đến độ thay đổi nhiệt đô trong một khoảng chia Ví dụ i dé thi của dây đồng một khoảng chia tag với 10°C, đồ thị ứng của dây nhôm một khoảng chia ứng với 5°C
Fồ thị gồm hai họ đường cong: họ thứ nhất không có thông số là độ võng ƒ, họ thứ hai cú thờng số là ứng suất ứ Cú bốn đại lượng liờn quan đến phương trỡnh trạng thỏi: vượt €, nhiệt độ 9, độ võng /, ứng suất ơ (hay sức căng 7), nếu biết ba đại lượng có thể tìm khoảng
130 CHUONG 5 đại lượng thứ tư băng cách dùng đồ thị Sau đây trình bày cách sử dụng dé thi để sử dụng trạng thái của đây ứng với tình trạng khảo sát
Ví dụ 5.8 Dây dẫn là đồng, khoảng vượt 50 m, độ võng 0,4 m, nhiệt độ lúc thi công là 20°C
Hãy xác định ứng suất lúc căng dây
Giải Từ khoảng vượt 50 m trên trục hoành vẽ đường thẳng đứng cắt đường độ võng 0,4 m tại điểm A Từ
A vẽ đường nằm ngang cắt trục nhiệt độ và chọn nhiệt độ tại điểm cắt trục tung là 20°C (đến đây mới định được gốc nhiệt độ 20° làm chuẩn cho trạng thái ban đầu, không
Hệ số nở đài a =17,28.10° =
Xác định độ cao trụ với khoảng cách an toàn đến mặt đất là 15,24 m tron; mọi điều kiện Tìm sức căng dây ở 21,11°C (70°F) h Đổi đơn vị 1ft = 0/3048 m
Ub = 0,4536 kg 1 CM = 5,067.10 em? = 5,067.10 * mm* lin = 2,54 em uF = 2c 9 t= 2(tF 32) “9 v \ w
1 mile = 1,609 km Hình 5.16: Hình uẽ uí dụ õ.11
Giải Giả thiết sức căng lớn nhất trong điều kiện có tuyết, có gió ở nhiệt độ -29°C và là trạng thái ban đầu để tính toán các trạng thái khác
Tai trong theo phương thẳng đứng v = 1,1652 + 2,2322 = 3,3974 kg/m;
Tải trọng theo phương nằm ngang A = 1,637 kg/m;
Tải trọng tổng hợp wVới chiều dài khoảng vượt 21 = 609,6 m;
Theo (5.33), chiéu dài dây lúc treo L = 612,2182 m;
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 133
“Theo (5.36), chiêu dai day luc chưa treo ở ~29°G
Suy ra chiéu dai day hic chua treo 60°C L, = 610,882(1 + 000001728 29) = 611,18 m 6 2c Ly = 610,882(1 + 0,00001728 50) = 611,41 m
Sau đây tìm độ vong ở 0°C không gió, có tuyết w = 0 = 3,3974 kg/m Giá thiết độ võng d = 15.25 mm (ứng với 50 ft), từ (5.31) va (5.34) có được
L„ = 608,69 m < 611,18 m tải trọng tương ứng tình trạng này
Gần đúng độ vòng có kết quá như sau d = 100 ft = 30.48 m > Ly = 612,67 m > 611,1868 m d ft = 24,38 m — L, = 610,98 m < 611,1868 m d = 82,4 ft = 15,11 m > L, = 611,1758 m
Kiểm tra độ võng ở 49°C không gió (di nhién khéng cé tuyét);
'Tải trọng ở tình trang nay la w = v = 1,1652 kg/m;
Giả thiết độ võng d = 80 ft = 24,38 m, suy ra L, = 611,78 m > 611,7031 m;
Nhu vậy, độ võng thực tế phải nhỏ hơn 80 ft, từ đó suy ra độ võng lớn nhất xảy ra ở 0°C có tuyết, không gió và dô cao trụ bằng 15,24 + 25,15 = 40,39 m
Bây giờ tìm sức căng ở chỗ treo dây 7„ 6 21°C không gió ứng với w = v = 1,1652 kg/m và chiều dai day chưa treo được biết trước H„ = 611,41 m Cũng áp dụng phép gần đúng và áp dụng các công thức (5.33) va (5.36) Lan lugt cho T,, cac tri số sau
Tn = 10.000 Ib = 4536 kg —› L„ = 609,78 m Tyằ = 8000 Ib = 3628.8 kg —> L, = 609,9 m T„, = 6000 Ib = 2721,6 kg + L, = 610,86 m Tụ, = 5500 Ib = 2494.8 kg — L, = 611,28 m
Tiếp tục đần đúng có được T„ = 5340 lb = 2422,2 kg h
B- Điểm treo dây không cùng độ cao
Gọi: Khoảng vượt theo phương nằm ngang: 2!
Chênh lệch độ cao: p Thành phản thắng đứng của tải trọng: ứ Thanh phan nằm ngang của tải trọng: #
Chénh léch dé cao trong mat phang biéu kién: g b
Tacó q= TT cús8 4 cò Hinh 5.17: Cac thanh phén tdi trong b= mi (b là tg của góc hợp bởi đường nối giữa hai điểm treo dây và phương nằm ngang trong mặt phẳng biểu kiến (H.5.18)
Hình 5.19: Mô hình dây treo có cao độ khác nhau không kể ảnh hưởng của gió
Với khoảng vượt có độ cao treo dây khác nhau và nếu dây ở trong mặt phẳng thẳng đứng (giả thiết không gió) có các phương trình sau (H.5.19)
H Từ đó trong đó x; là khoảng cách theo phương nằm ngang từ chỗ thấp nhất đến trụ thấp
2! là khoảng vượt theo phương nằm ngang
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI 135 p la chênh lệch độ cao treo dây
Tương tự, khi dây ở trong mặt phẳng nghiêng (mặt phẳng biểu kiến khi có gió) ee we San (5.37)
Dat qu = 2bkw vdi b=-2- va khai thức có được
[E[s-t +2 — 5 7 | loi T6” “407 mạ”) k(tbk (, 1,3 3,s ak-) ~2{ MEY 5-253 4 S05 ) | (5.38 n H | gt tS | )
H)j\12 24 Khoảng cách m = 3k - n hoặc bằng & cộng với biểu thức trong dấu |] của (5.38)
Có thể tính m theo 7, thay vì theo W
Sau khi xác định mœ và a, mỗi bên của khoảng vượt có thể được tính toán riêng rẽ ding các công thức của điểm treo dây cùng cao độ Coi m là phân nửa khoảng vượt lớn và n là phân nửa khoảng vượt nhỏ
Ví dụ 5.12 Một đường dây vượt sông có khoảng vượt theo phương nằm ngang 2! = 4279 ft =
1304,24 m; chênh lệch độ cao điểm treo day p = 185,5 ft = 56,54 m Trong điều kiện nặng nể nhất tải trọng gỏm các thành phản v = 3,9035 kg/m; h = 3,02995 kg/m Sức căng dây ở điểm cao nhất T„„ = 33.000 /b = 14.968,8 kg Cho khối lượng day 1a 2,506 kg/m Tìm độ võng so với điểm treo cao trong điều kiện khí hậu ứng với 0°E và 0,5 in bể dày tuyết
Giải Tải trọng tỏng hợp w= 3.9088? +8,02996” =4,9438 kg /m Chênh lệch độ cao trong mật phẳng biểu kiến ạ=? ,698 m i
2k Tir (5.39) tinh duge m = 810,4632 mét; suy ra: n = 493,0353 mét
Tir (5.29) dùng m thay cho / co duge dé vong d = 113,3856 mét
3.9035 Độ võng theo phương thẳng đứng = 13.3856 mét = 89,526 mét
Vớ dụ 5.13 Tỡm độ vừng của đường dõy vượt sụng núi trờn ở 49°C, khụng giú Cho mửđun đàn hồi E = 30000000lb/in” = 21092,44 kgmm, hệ số nở dài a,6.10° 2.5 tiết điện đây
Giải Trong tình trạng nặng nể nhất của ví dụ trên, chiều dài dây chưa treo cho bởi công thức (5.31) và (5.34) Độ võng ứng với phân nửa khoảng vượt lớn d„ 3,3856 mét và đối với phân nửa khoảng vugt nhé d, = 113,3856 — 71,628 = 41,7576 mét
Chiều dài dây chưa treo
| _wm® — 2AED,| Tư TH 5d 4di, 3m” 9m°
Chiểu dài day chưa treo ở 120°F ứng với độ thay đổi nhiệt độ (At = 120°F -0°F = 66,6667°C )
Bây giờ tính gần đúng để có tình trạng mới với 2È = 2! = 130423 mét và to = 0 = 9,506 kg/m Các khoảng cỏch m và ứ được xỏc định gần đỳng ứng với mỗi giỏ trị thử cho trước của sức căng JJ tại điểm thấp nhất và tính thử chiểu đài dây chưa treo /„ Kết quả chấp nhận khi nao Ly q_ 56,54 gần với giá tri 1313,889 m C6 duge 6 = += 2b 1304,23 =0,04335
Thử cho Ởf = 18.000 Ib = 8164,8 kg -ằ ẫ~ 3:596x652.1Hỗ _ọ 2002
“Theo công thức (5.38) m = 2k - n = k+ = 792,35 mét whY 4 2084808 Hi 2) *8
Tu cong thie (5.32) va (5.35) chiéu dài dây chưa treo L„ tương ứng với giá trị của H được wm wn tinh theo ‘inh theo [> ——=0,2433 va — =0,1570 và
THIET KE DUONG DAY TRUYEN TAI
= 1311,658 mét < 1313,889 mét Thu cho Hf = 15.000 Ib = 6904 kg tinh duoc wh _ 0.2402; H mv8.645 mét; n = 535,595 mét; - Lụ = 1815,404 mét > 1313.889 mét Nội suy giữa hai giá trị của Lụ có được
19 (wn | tal 1/wn um? 19 i "` a) wow)" | ag] aa) “sl a
Tương ứng với m và n này, độ võng so với điểm treo cao theo công thức (3) d = 104,126 mét,
Ví dụ 5.14 Tính độ võng tối thiểu cho phép đổi với khoảng vượt 200m Dây đồng đường kính 1 em, ứng suất cho phép 2000 kg/em®, trên bể mặt hình chiếu của đây, khối lượng riêng của đồng
8,9 g/cm” p lực gió theo phương nằm ngang 40 kg/m?
Giải Trọng lượng 1m day: d = 1 cm = 0.01 m; khối lượng riêng 8,9 kg/cmŸ = 8,9x 10” kg/mỔ w =2 xdx1x8,9 = 10.01 x1x8.9%10? =0.7hg im
Ap lực gió lên 1 m dây
G, = 0,01.1.40 = 0,4 kg/m Tai trong téng hop
Hinh 5.20: Hinh ve vi du 5.14 w’ = [w? +G? = J0.7? +0.4? =0.805 kg/m Tiết diện dây
78.54 Độ võng trong mặt phẳng nghiêng ứS) _ 0.01025x200°
F— 8x20 =2.56 m với ơ, 00kg/cm? = 90 kg! mm” Độ võng trong mặt phẳng thẳng đứng
Vi du 5.15 Một khoảng vượt 150 m, điểm treo dây có cùng cao độ Dây có tiết diện 110 mm”
Hãy tính hệ số an toàn của sức căng dây trong các điều kiện sau: Độ võng theo phương thẳng đứng: 2,4 m Ứng suất kéo đứt: 42 kg/mm? Áp lực gió: 1,19 kg/m (cho 1 m day) Khối lượng riêng của dây: 8,9 g/em”
W = (110.107 cm?) x (100 cm) x (8,9 g/em®) = 979 gim = 0,979 kg/m
Tai trong tong hop = W’= JW? +G? = 0,979? +1.19" =1.54 kg/m Độ võng trong mặt phẳng nghiêng f 1.54
Ty tai téng hop 8 + = 454 -0.014 kgimm?.m
Từ công thức tính độ võng e's?
Suy ra ứng suất của dây
9, Ví dụ 5.16 Một đường dây truyền tải vượt sông được treo trên hai trụ cao 30 m va 60 m so với mặt nước Khoảng cách tính theo phương nằm ngang giữa hai trụ là 240 m Tìm khoảng cách từ mặt nước đến dây ở khoảng giữa hai trụ trong điều kiện khí hậu bình thường Cho sức căng cho phép của dây là 1800 kg và trọng lượng 1 m dây là 0,75 kg/m
Hinh 5.21: Hinh vé vi du 5.16
THIẾT KẾ DUONG DAY TRUYEN TAI 139 Đây là trường hợp dây treo ơ độ cao khác nhau Phương trình đường đây treo
2 uy? y= 8" vei tai trong w = gF va site cing T = oF 3% 37 Theo hinh ve d, =" va a, 2 2
Neu 5>— 5m >0: diém 0 6 trén dây dẫn trong khoảng vượt tớ Š < 7ˆ ¡ —= 0~800 =~180 m 9,9 mm (dây AC - 70) Với điện áp 150 kV _ d > 13,9 mm (dây AC - 120) Với điện áp 920 kV d > 21,5 mm (dây AC 340)
Theo tài liệu của Westinghouse, nếu lấy độ cao bằng mực nước biển, thời tiết tốt và giới hạn ở mức tổn thất vắng quang 1 kW/3pha/1,6 km (1 mil = 1,6 km) hay 0,625 kW/3 pha/kin thì đường kính dây tối thiểu ở cấp điện áp
Với điện áp 190 kV d > 1,02 cm ứng với Dây đồng; 2/0 AWG (133.100 CM ~ 65 mm?) Dây ACSR 1/0 AWG (108.535 CM ~ 59,5 mm”) Với điện áp 220 kV _ d > 2,23 cm ứng với
Day ACSR 500 MCM ~ 250 mm? Ở độ cao 1800 m cách mực nước biển;
Với điện áp 120 kV_ đ > 1,15 em ứng với
Với điện áp 220 kV_ d > 2.8 em ứng với
Ghi chu: CM: Cireular MII - đơn vị tiết điện của dây dân
1 MCM = 1000 CM 1 CM = 5.10 mm”)
'Tổng quát việc chọn dây dẫn: kích thước dây dẫn có thê được chon lua theo kha aang tai cua day dan va dp dung định luật Kelvin Phát tuyến dây sơ cấp (dây trung thế) có thé dat trên không hoặc cáp ngảm Kích thước dây dẫn được cho ơ các bảng tra ở phụ lục Ở Việt
Nam mạng phân phối thường có định mức từ 10 kV đến 22 kV phía trung thế, công siất định mức phát tuyến từ 500 kVA đến 1500 kVA Vì vậy, công suất lắp đặt máy biến áp được dùng tính dòng tính toán trong dây dân và độ sụt áp
Một hệ thống phân phối được thiết kế cho tổng độ sụt áp 8% - 10 % dược chỉa ra như sau: điện áp rơi từ dây trung thế đến máy biến áp là 2 - 2,5 mang ha thé, điệa áp rơi trong máy biến áp và dây phán phối là 62; điện áp rơi trên dây nối là 0,õ ~ 1
* Chọn dây dẫn theo điều kiện sụt áp
Xác định tiết diện dây dẫn theo tổn thát điện áp cho phép
Toàn đường dây chọn cùng một tiết diện
Mạng điện phân phối do nhiều phụ tai mắc trực tiếp không qua máy biến áp nên yêu cầu vẻ chất lượng điện áp rất chặt che, mặt khác,khả năng điều chỉnh điện áp troig mang phân phối cũng hạn chế so với mạng truyền tải Vì vậy, khi thiết kế mạng phân phíi thường căn cứ vào mức áp cho phép đê chon tiết diện dây Đối với đường đây có một phụ tải, tôn thất điện áp được tính theo công thức
AU = tin trong đó AU“- thành phần tôn thất điện áp do công suất tác dụng gây ra
AU” - thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây ra
Nếu lấy tổn thất điện áp trên đường dây bằng trị số cho phép
Vì cảm kháng đường dây trên không thay đổi trong phạm vi hep x, = 0,33+ 0,43 Ykm, vi thế gần đúng có thể lấy một trị số cảm kháng trung bình x„ = 0,36 + 0,4 Q/km va tinh gan đúng thành phan AU”
‘tm Đối với cáp ngầm chon x, = 0.08Q/km Từ đó xác định trị số cho phép của thành phần AU’
THIET KE MANG PHAN PHOI 175
Từ đó xác định tiết điện đây dẫn cần tìm, Tim
Chon tiết điện dây dân tiêu chuẩn gần với tiết diện tỉnh toán Với tiết điện này, tra bang tim z„ và x„ và tỉnh toán kiểm tra tòn thất điện áp tren đường dây
Trường hợp dường dây liên thông cung cấp cho một số phụ tải, tương tự cũng cho một trị số trung bình z„ và xác định được if v
Từ đó suy ra tri số thành phần AU/„ do điện trở dây đần và trên cơ sở của công thức: xác định tiết diện dây: AU’, hi a Yat fim 2ù a ee ia Là
AU Ua Pa 1.5Qmm7/km: pe, 8Q.mm?/km
Ví dụ 7.2 Mạng điện 35 kV cung cấp cho ba phụ tải Hãy xác định tiết diện dây dẫn cho mạng điện nếu toàn bộ mạng điện dùng dây nhôm Cho tổn thất điện áp cho phép là À ` hẠ, với p điện trở suất của kim loại làm ra dây a
‘aa 1 [TT] s+j7 si 2+i2 ae 3+42 2 +ịp MVA
Lấy trị số trung bình x„ = 0,4 ©/km, xác định thành phản tổn thất điện áp do cảm kháng và công suất kháng trên toàn đường dây AU”
Suy ra A2, = 6%.35000-940 = 1160V =1,16 kV Tiết diện của toàn bộ đường dây cho bởi
Chon day nhém A-70 (p = 31,5 Omm”/km!
Với dõy A-70 khoảng cỏch trung bỡnh giữa cỏc pha ỉ = 1,25 m cú r„ = 0; x, = 0,355 Q/km Tổng trở mỗi đoạn đường dây
Ton that dién áp trên toàn bộ đường day AU,s# Ag#'=®=———— (9x3.8+5x2.25 + 2.1.35)+ (7x2,84+4x1.775 TT + 2x1.065)
Kết quả này cho thấy chọn đây A-70 là chấp nhận được
Ghi chu: Trường hợp đường day phan nhanh, AU‘ được xác định theo nhánh nào có trị số tính được lớn nhất
* Xác định tiết diện dây Đổi với mạng điện cung cấp cho phụ tải tiêu thụ có thời gian sử dụng công suất cực đại Tay lớn thì thành phần tổn thất điện năng chiếm tỉ trọng lớn trong hàm chỉ phí tính toán
Trong trường hợp này, tiết diện tối đa của mạng điện được lựa chọn theo mục tiêu tổn thất điện năng ít nhất kết hợp với tiêu chuẩn tôn thất điện áp không vượt quá trị số cho phép theo mật độ dòng điện không đổi
Với một lượng kim loại màu của dây dẫn cho trước, tổn thất điện năng trong mạng điện sẽ nhỏ nhất khi mật độ dòng điện trên các đoạn đường dây không đổi Có thể chứng minh điều này bằng cách lấy đạo hàm riêng của tồn thất theo tiết điện dây dẫn và cho bằng 0, lấy ví dụ đường dây cung cấp cho ba phụ tái
Hinh 7.19: Hinh vi du 7.2 AP = RI? + RyT} + Ral (viét cho 1 pha) p
RRR)
Với khối lượng kim loại màu cho trước
V=Ely + Fala + Fals hay Fy=+(V-Fh-Fb) 4
Thay F3 tinh theo F; va Fp vao biéu thiic cua AP va lay dao ham theo F; va Fo
Giải các phương trình đạo hàm riêng có được aaP aap
Alb lh hay mật độ dòng: ARK j= je = js =j = const
THIET KE MANG PHAN PHO! 177 Để chọn tiết diện dây, cần tiên hành các bước như sau
Cho một trị số trung bình x„ và tính thành phần sụt áp AU7
Tinh AU’, =AU,, -AU W4, = VB(RyL, cosepy + Roly cosy + Rly C0895)
= V8] Fh cose, +E i % L cosy +52 Ly e08 5 |= By ‘ ) (d cosip, +2 cop + ly COP)
Tinh mat độ dòng cho toàn bộ đường đây
VB(L, cos, + 1p COS 9s +b; COs 3) BY heoe, Với coso;, cosoz, cosọz - hệ số công suất trên từng doạn đường day a y= Iip - điện dẫn suất
Tính tiết điện cho từng đoạn dường dây:
Chọn tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra sụt áp thực tế
Trường hợp mạng điện có phân nhánh, tổng EÍ,coso, được tính theo nhánh nào mà trị số tính được là lớn nhất
Khi tính mật độ dòng j cần so sánh j với kinh tế, trị số nào nhỏ hơn sẽ được chọn làm mật độ dòng chính thức của bài toán
Ví dụ 7.3 Mạng diện 10 kV cung cấp cho ba xí nghiệp bằng đường dây trên không, dây dẫn bằng nhóm Thời gian sử dụng công suất lớn nhất T„„„ = 4500 giờ /năm Hãy xác định tiết diện dây dân cho mạng điện nếu tồn thất điện áp cho phép là 6 %
Hinh 7.20: Hinh vi du 7.3 Giải Cho x„ = 0,35, xác định AU” theo tuyến A-1-3
Thanh phén AU‘, trén tuyến A-1-3
AU gg = AU cp ~ AU yg = 6% 10.000 - 274 = 326
Mật độ dòng điện không đổi
1.05 A/mm” với Yar = 31,7x 10° knV/Qmm? cose) = cosys = 0.8 Với dây nhôm T„¿; = 4500 h tra được j¿¿ = 1,1 A/mm”
7< j¿ nên dùng / = 1,05 A/mmẺ để xác định tiết diện: h ae 0.8406 _ 104 = 364.95 mum?
=— Ps V3BjU gy, COS, V3X1.05x10x0.8 0.8109 = 54.98 mm?
1, J Ữ J Chọn tiết diện đoạn một là A-150 và đoạn ba la A-50, Gia thiét khoảng cach pha Ð.= 1m, có được thông số dường day
Kiểm tra lai ton thất diện áp với những tiết điện vừa chọn
=0.608 kV `8 V So sánh với AU, = 600 V, kết quả có thề chấp nhận được
Chọn tiết diện doạn 12, tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 12 AU,pys = AU,; - AUAy
Tiết diện đoạn 1-2 p, =BL5%0,6%3 0.232x10 $,5 mm? véi p = 31,50 mm”/km
Chọn dây tiêu chuẩn cho đoạn 1-2 là A-25
* Chọn tiết điện dây dẫn cho mạng điện bín
Vì chưa biết tông trở đường dây nên chưa thể biết phản bô công suất chính xác trong mạng điện kín, vì vậy, chỉ có thể chọn tiết điện dây dẫn trong mạng điện kin bang phương pháp gần đúng Đụi với mạng truyền tải, tiết diện dõy dẫn khỏ lớn, do đú #ôX, mạt khỏc xạ khụng thay đổi nhiều theo tiết diện nên X phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài Từ đó suy ra phương pháp chọn tiết diện cho mạng điện kín như sau
Xác định phân bố công suất theo chiểu dài, căn cứ vào công suát trên ¡mỏi đoạn, xác
THIET KE MANG PHAN PHO! 179 dịnh tiết điền day dan theo mat do dong kinh tế
Riếm tra tiết diện chọn được theo điều kiên kỹ thuật: sụt áp lúc bình thường và sự cỏ dong điện lúc sự cố A7 <
Nó Đối với mạng phản phối, phụ tải tương đổi dày, tốt nhát nên chọn dây cùng tiết diện và như vay cũng tiến hành phân bố công suất theo chiều đài
Vi du 7.4 Mạng điện kín truyền tai 110 10 + j20MVA kV, cung cấp cho hai phụ tại có Tu = 5500 giờ Yêu cầu chọn tiết diện dây dân thỏa mãn tổn thất điện áp cho phép lúc bình thường 10% và lúc sự cô 15%, chọn dây nhôm lôi thép (AC)
Giải Phân bố công suất theo chiều dài
3 (by Hla) Syl _ (20-+10)70+(30-+ j200)30 g, = Seth +la)# Sob _ (20+ /10)70 + 80+ j200)80 _ 03, 13) MVA Lah, 30+30+40
Sy = Sy — Sy = (3+j3) MVA với T„„„, = 5500 gid, day nhom Idi thép, jay = 1 A/mm”
"tiết điện kinh tế một đoạn đường day
V232 +13” a —"_ 10% = 140 mm®, chon day AC-150, In, = 445A 2
Với khoảng cách D = 5 m, ta có
Nút một có điện áp thấp nhất và tổn thất điện áp lúc bình thường
Trường hợp su cé nang né là đứt đoạn A1, mạng trơ thành hở và dòng điện đi trên các đoạn Ƒ› và T; là v50” +30°
Ton that điện áp khi sự cố
Các tiết diện dây chọn như trên là thỏa mãn
* Xác định tiết diện dây dẫn theo chỉ phí bùn loại màu ít nhất x100 ,11% < 15% Đổi với mạng điện có 7„a; nhỏ, ví dụ mạng điện nông nghiệp, chiếu sáng, thành phần vốn đầu tư cho dây dẫn chiếm tỉ trọng lớn hơn thành phần tổn thất điện năng trong hàm chỉ phí tính toán Z Vì vậy đổi với mạng điện này tiết diện được chọn sao cho phí tổn về kim loại màu là ít nhất
Giả thiết mạng điện cung cấp cho một số phụ tải với tổn thất điện áp cho phép AUp
Cho một trị số trung bình x„ sẽ xác định được AU” và AU¿, (H.7.22)
Có thể phân tích AU„ thành ba số hạng
Tiết diện của các đoạn dây được tinh theo các tri sé AU’
“Lm Py © Wan | AU; U3” AU;, - AU; = AU;
Thể tích nhỏ nhất khi og SS 2AU; SAU; tức là khi 5
2 2 hay pA - eA PY (AU3)" (U3)
ALR LR
Tinh duge Fy va F2 theo #;
THIET KE MANG PHAN PHO! 181
Viết lại biêu thức AUZ,
Từ đó suy ra Fy= Ý Tag ati, (VF +P + VPs)
Toóng quát tiết điện đoạn thứ k của đường dây liên thông có n phụ tải
+: điện dẫn suất Yar = 31,7.10 2km/Qmm?
Vi du 7.5 Mang dién’ 10 kV cung cấp cho hai phụ tải, tổn thất điện áp cho phép bằng 6%
Hãy lựa chọn tiết diện đây-dẫn theo chỉ phi kim loại màu ít nhất, đây nhôm (AI)
Hinh 7.23: Hinh vi du 7.5 36 Q/km, tinh AU” oe
Cho x„
Xác định tiết diện dây dẫn
Tổng trở mỗi đơn vị chiều dài đường dây
Kiểm tra tổn thất toàn mạng điện
10.1000 Vậy kết quả chọn tiết diện dây dẫn chấp nhận được
AU% = ô100 =6 AU, b) Khảo sát, tính toán thiết kế đường dây có các dang phân bố tải khác nhau Để tính toán công suất định mức của trạm, độ sụt áp, tốn thất đường dây, ta cần khảo sát các đạng phân bố tải khác nhau trong mạng phân phối
* Đường dây phân phối có tải phân bố tập trung Đường dây phân phối thường có chiều dài / < 80 km nên có thể dùng mô hình đường day đơn giản cho tải tập trung như H.7.24 (đã khảo sát ở mục a)
Hình 17.84: Mô hình đường dây có tải tập trung Độ sụt áp
Sụp áp pha AU =iZ Sut áp day AU = 31(Rcos+ Xsing) Độ sụt áp %
P, Q¿ - công suất 3 pha U; =Uạ„, - điện áp dây
'Tổn thất công suất tác dụng
THIET KE MANCG: PHAN PHO! 183
\P âm Ton that cong suat phan kháng
Cong suất đâu đường day
Py + JQ, = (Py + AP 1+ 706; +AQ)
Tuyển dây hình tia tới phụ tải phán bố đều Tai phan bo đều trên tuyến đường dây như H.7.2ð được mô hình hóa trên H.7.26
Hình 7.25: Phu tat phan b6 déu Hinh \: Mô hình đường dây tải phân bố đều
Goi dI.d¥ lan lượt là vi phan dong điện va vi phản khoảng cách £ chiêu đài của tuyến day x - khoang cách từ điểm (1) dén dau day hoảng cách từ điểm (2) đến dau day la x + dx 1s - dòng đầu đường dây
1r - dòng ở cuối đường dây 1¿.1,; - dồng điện trên tuyến dây chính tại điểm 1 và 9, giả thiết tất cả tải có cùng, hệ số công suất
Giả thiết tải phân bố đều từ x = 0 dén x =/ a =K =hang s6 Doi vei doan dx, dong I, va 1, ¢ dau va cudi doan cho béi
Ty =lgtdl lạ =la d1 tel, _ Re hay gan dung Ta = lạ - Edy
Suy rùng ra cho toàn tuyến đường dây với dòng 1s và Ig
Tự = 1s - KI
Tại khoảng cách x cho trước, dòng I, được tinh theo dong Is dau phát tuyế
(-‡] xX"ẦT, =1, éx=0 Độ sụt áp vi cấp dU = I,zdx = 1,z(1- 7 dx) với z là tổng trở một đơn vị chiều cài đường: đây Độ sụt áp tại điểm x di= hi Jae = taal Ì Độ sụt áp trên toàn bộ đường dây x = /
Ton that cong suat vi cap đP =1 xrdy =| T,| 1-7 || ráx Ẻ
Tổn thất toàn đường dây
Do đó, đối với tải phân bố đều trên đường dây thì độ sụt áp tương đương với tải tập trung tại khoảng cách at ,còn tổn thất công suất thì tương đương với tải tập trung tại
* Phát tuyến có phụ tải tăng dần
Khảo sát phát tuyến có phụ tải phân bố tăng đần như H.7.27
Gọi 1; là dòng điện tổng của phát tuyến;
Diện tích vùng phụ tại Á = 5.1;
Suy ra mật độ phụ tải ampe trên diện tích
Xét phụ tải của vùng gạch chéo ứng với điểm cách đầu đường dây khoảng cách x, vùng Hình 7.27: Mô hình đường dây tải tángg dẫn
THIẾT LỂ MẠNG PHÁN PHỐI 185 này só liệện tích
4A, =[N+È5 \~x)=#⁄q+se~s=8⁄@#—-aP) el l 1 Dinjg điện trên đường đây tại x
Xet_mét doan vi cap dx tai vi tri x cia dudng day, dong dién I, gay ra sut ap vi cap d AW) =I, Z,.dx (v6i z, la tổng trở một đơn vị chiều dài dây)
Suy ra sụt áp đến cuối đường dây (sụt áp pha) h ai ,
AỮ =[4(AU)=z,1 3 | 3 | với Z = z„ ẽ là tổng trở toàn đường dõy
Tương tự, tổn thất cụng suất vi cấp trờn đoạn đx khi cú dũng ùx đi qua (1 pha) đ(AP)= lận,dx = với r„ là điện trở trên 1 km chiều dài đường dây x=qz a h h ÔN gt
Sty ra wy ra AP= [d(AP)= Ja ) 5Í | I?r, [| 1-4 id= 2 PR voi R = rol 15
Nidn xét: do sut dp cia phát tuyến có tải tăng đần đều tương đương với tải tập trung tại vị trí 2/3 đường dây còn tổn thất công suất tương đương với phát tuyến có tải tập trung tai vj ti 8/16
Ti cac nhan xét nay dua dén khdi niém ding hang sé sut áp K để tính toán tổn thất điện ár của dạng tải phân bố đều và tăng dần giống như tính đối với tải tập trung
Dit AU’ =tKS= đơn vị tương đối en vdi K hang số sụt dp;
+ -clniểu dài hiệu dụng đường dây phụ thuộc sự phân bố tải; §, P,, Q„- công suất 3 pha ở đầu nhận;
U¿ - điện áp cơ bản Tin thất điện năng
Tín thất điện năng trên đường dây có thể được tính theo hai cách
- ùng thời gian tổn thất công suất cực dai tar AA=AP a Tmax
- Đùng hệ số tổn thất AA = K,„AP,.„„ 8760
186 CHƯƠNG 7 với AP„„v là tôn thất công suất eực đại
* Xác dịnh hằng số sựt áp K tới các mó hình phân bó phụ tái khác nhau Từ tổng trở toàn đường dây Z = z„Í với z,- tông trở của đường đây/km: Í- chiều đài đường dây
Xác định tổng trở hiệu dụng của mỗi loại phân bố tai
Tải tập trung ở cuối đường dây Z=z,h0! phay
Tải phân bố đều $= lai phay a ey ge x 2 2
Tai co mat dé phu tai tang dan 2 = 2,|I@/ phay
Dùng mô hình tải tập trung tương duong (H
P, +10, Hinh 7.28: So do mot pha
AU% x100⁄ vai U,, Ù,- điện áp pha đầu gửi và đâu nhân
Nếu tính trong đơn vị tương dối với Ủ, - điện áp cơ bản
U,(cos8+ jsind) =U, 20 +(R+ JX) I (cos jsing)
J, + TReos@+ IX sing) + jUIX cosg- ERsin @)
Cong suat phic dau nhan P.+jQ,=U,1 1
PR+QX PX-QR |, PR+QX
THIET KE MANG PHAN PHOI 187
Sp f8 syettee vt eh AU) đếm Đa
Neu tinh theo cong suat 3 pha ở đầu nhận
- PR+ox Sol Mncrore aie
Al UU, eo = Đ, see hay AU =1 trong đó U,; - điện áp pha cỡ ban CV); U, - điện áp pha đầu nhận (Vì; r„- điện trở trên 1 km day (Q/km); x„- cảm kháng trên 1 km dảy (©/km);
S¡¿ - công suat 3 pha (kVA) + - chiều dài hiệu dụng của đường đây tùy theo sự phản bổ tải (km)
Tại tập trung t
Phân tích vùng phụ tải hình vuông (11.7.38)
Hình 7.38: Vùng phụ tái hình cuông Cụng suất nửi đường dõy cung cấp cho phụ tải
A,D=[;.D với A;- điện tíct tái của một nhanh 1) - mật dộ phụ tải theo diện tích Sụt áp trết đường dây chỉnh
Trong đó hằng số K% sụt áp/kVAxm hay % sụt ápkVAxkm Với giả thiết phụ tải tăng dẫn đều Các máy biến áp phán phối mang tải bằng nhau và đặt cách khoảng bằng nhau
Phân tích vùng phụ tải hình lục giác đều (H.7.39) Ag -“le - diện tích vùng tải của một nhánh ý
Sg = AgD = 0.578 Diz Độ sụt áp AU% =ŠI,R$ = 0,385 KDI ots
Hinh 7.39: Ving phu tdi hinh luc gide déu
3- Trường hợp tổng quát: vùng cung cấp bởi n pháp tuyến (H.7.40)
A, =2tg —ơ S„ = DIỆtg9 Độ sụt áp
THIET KE MANG PHÁN PHỚI 193
Hình 7.40: Sơ đô phụ tải dạng tổng quát
4- 8o sánh trạm bốn đường dây và sáu đường dây ra Tử giác (bốn đường dây ra)
Công suất của một đường 'Tổng công suất toàn vùng Độ sụt áp % của một đường Đồng cung cấp ở đầu đường dây với Ù là điện áp dây
Lục giác (sáu đường dây ra)
Công suất một đường dây
"Tổng công suất toàn vùng Độ sụt áp % ở vùng phụ tải Dòng cung cấp ở đầu đường dây
Việc đánh giá dựa vào các điều kiện sau:
* Điều kiện giới hạn bởi phát nóng
Cho một loại đây dẫn và bỏ qua độ sụt áp
Ty số diện tích toàn vùng vầU 3U ®, =D
Sy Seog == 6 GD ay 3⁄3 Sg „Đi,
Vậy sáu đường dây cung cấp tải gấp 1,5 lần bốn đường dây nếu có cùng điều kiện phát nóng
* Điều kiện giới hạn bởi độ sụt áp, cùng loại dây dẫn
Nhu vậy sáu đường dây có thể cung cấp tải 1,25 lần bốn đường dây nếu có cùng độ sụt áp
5- Giải thích về công thức tính độ sụt áp K:
Dựa vào công thức tính độ sụt áp, Reps đưa ra công thức liên quan đến việc áp dụng cho trạm phân phối cung cấp cho vùng phụ tải
(2,ô 0a, iu } au, m= a M8 " với AU„ % là độ sụt áp % trên mạch sơ cấp K la % sụt áp /KVA.m
31, là chiều dài hiệu dụng của dây đối với phy tai phan bé tang dan
S, là tổng công suất cung cấp cho toàn vùng
Sa là công suất cấp một trong n dây = D.A, =§„x/n n là số đường đây
D là mật độ tải (kVA/mŸ hoặc kVA/km?)
An là diện tích vùng cung cấp của một đường dây Để minh họa cách sử dụng và giải thích công thức này, giả thiết đưa ra 5 trường hợp:
THỊ: Tăng diện tích vùng cung cấp nếu chiều dài phát tuyến tăng gấp đôi (2 x l„) và các đại lượng khác không đổi
Nhân thấy: diện tích vùng phụevụ A„ tăng gấp bốn nên Š„: và A,, tang gap bon lam
AU% tăng gấp tám lần
TH2: Tang mật độ phụ tải dẫn đến S,, tang Gia thiét D tang gap doi lam ®$¡y, S¿> tang gdp déi va AUs% tăng gấp đôi.
THIET KE MANG PHAN PHO! 195
TH3: Them phat tuyén, n tang gấp đôi thì S„ giảm 1⁄2 đưa đến AU% giảm 1/2
?H4 Tiết diện tăng gấp đôi đưa đến K giam 1/2 và AU% giảm 1⁄9
THã- Đổi tô đấu đây máy biến áp A - Y (trung tính nối đất) điện áp tăng V3 lần, K giam 1/3 và AU% giảm 1/3 Các trường hợp trên được tóm tất ở bảng sau str | Trang hep bị & A | Šwy | %] aw
+ | Tang aien tich cung cấp, et] xt x4 | x4T | x4T | x81
2 | Tang mật độ phụ tải xí | xỉ a | et | et | et
3 | Them phát tuyế) a a xi xi | xí † xÍy lxÐy
[ | Chọn dây lại x xỉ [at | xỉ | xit
[ Đổi tổ đấu dây máy biển áp |_ x1 —_ x fot [ty [oat
7.3 CAC vi DY TINH TOAN THIET KE MANG PHAN PHOI SO CAP
Ví dụ 7.10 Cho phụ tải phân bố hình vuông, mỗi cạnh 2 mile = 3,218 km
- Mật độ phụ tải 2000 kVA/ mi” = 778,5 kVA/km” (mi? = mile’);
+ Hệ số phân tán 1,20 (hệ số đồng thời = 3 %
+ Hé so cong suat 0,90 tré
Có hai phương pháp đặt trạm: ở A và ở B al} | nhánh § 5 tuyến chính |
1,609 km: Hình 7.41: Hình vi du 7.10 3,218 km a Đặt tai A: Phat tuyến chính dài 2 mile = 3,218 km = 3.2km
Phát tuyến nhánh dài 2 mile = 3,2 km
(có tất cả 16 nhánh) Đặt tại B Phát tuyến chính dài 3 mile ~ 4,8 km
Phát tuyến nhánh dài 1 mile (có tất cả 32 nhánh)
196 CHƯƠNG Điện áp đường dây 13,2/7,62 kV 3 pha, bốn dây
Phát tuyến chính dùng dây đồng #20 AWG = 67 mm*
Phát tuyến nhánh dùng dây déng # 4 AWG = 21 mm”
Khoảng cách pha Dạ = 37 inch = 0,93 m Chọn phương án đặt trạm tại Á và B? éu cau x Phu tai tor
Một'68iohgitaintlsgroeadraius HỒmbyêucbcx Phụ Vi lộng Hệ số phân tán
Diện tích vùng phụ tải 3,918x3.218.335 Em?
Phụ tải tổng của trạm cung cấp
Hằng số sụt áp của hai loại dây
+ Déi vai day #2/0 AWG = 67,4 mm”, K% = 0,0002486 %/kVAx kin + — Đối với dây #4 AWG = 21,9 mm”; K% = 0,0005904 %/kVAx km
* Nếu đặt tram tai A, sụt áp từ trạm A đến điểm xa nhất của phát tuyến nhánh (điêm a)
AU%= 5 Ki Scio + EK rand Sant Ê x0,0009486 4000+ 52,4, chọn lại dây chính và dây nhánh
Trong tình trạng bình thường các đường nhánh hở ở giữa, cả hai đường chính đều vận hành Trong tình trạng sự cố một đường chính, cầu dao ở giữa đóng lại để chuyển tải cho đường chính còn lại
Sụt áp cho phép lúc bình thường là 4% a) Chọn cỡ dây chính và dây nhánh b) Tính % sụt áp đến đâu cuối của đường nhánh xa nhất trong tình trạng bình thường c) Tinh % sụt áp đến nhanh rẽ xa nhất trong tình trạng sự cỗ
THIET KE MANG PHAN PHO! 199
Giai a) Trong tinh trạng sự cố, đường dây chính còn lại cung cấp gấp đôi số nhánh rẽ
14400 Dòng điện đường chính 7„„ = Anh” 8x15 U4.95 A Chọn day AC-240 có dòng cho phép 610 A ro = 0,132 Q/km Xo = 0,315 Q/km (chon khoang cach trung binh pha D,, = 1,3 m)
“Trong tình trạng sự cố, công suất tổng trên mỏi đường nhánh cũng tăng gấp đôi
"HH Chọn cỏp ngắm XLPE 1/0AWG (53,5 mm cỏp nhụm) cú dũng cho phộp ù„p = 155 A Có ro = 0,208 9/1000ft = 0,682 Q/km
37A b) Tình trạng bình thường Đường day nhánh vận hành hở ở giữa, hai đường chính đều vận hành
MM eninn =1 (1, 6089+, sino) (tinh sut 4p theo pha)
Sụt áp trên đường nhánh
Sụt áp tổng AU%y =1,88+0.47 =
©) Tinh trang sy 06: AU% chink = 2 x 1,88% = 3,16%
Sut áp tổng AU% = 3,76 + 1,88 = 5,64% (có thể chấp nhận)
Ví dụ 7.13 Giả sử sơ đồ bố trí mạng phân phối trên không gồm một phát tuyến và 10 nhánh day noi với phát tuyến đó, trên các nhánh dây có gắn cầu chì, mạng điện này có thể cấp điện có hai phía phụ tải (H.7.44)
Tuyến dây chính là dây 3 pha, hai bên tuyến day này có tối đa 10 nhánh dây hoặc ít hon, các nhánh đây bên hông được bảo vệ bởi các cầu chì, các nhánh day này có thể là 1 pha hoặc dây 3 pha Phụ tải có hệ số công suất cos@ = 0.90