Chơng Tổn thất công suất v điện mạng điện Đ 3-1 Tổn thất công suất đờng dây ý nghĩa việc xác định tổn thất công suất Để Truyền tải điện đến hộ tiêu thụ ngời ta dùng dây dẫn máy biến áp Khi có dòng điện chạy qua, chúng có điện trở điện kháng nên gây tổn thất công suất tác dụng P công suất phản kháng Q ta tiến hành xét mạng điện chế độ xác lập chế độ thông số không thay đổi thay đổi không đáng kể Từ làm sở cho việc thiết kế, quản lý vận hành lới điện cách hợp lý Năng lợng tổn thất dòng điện truyền tả (A) biến thành nhiệt làm nóng dây dẫn máy biến áp, cuối toả môi trờng xung quanh Trong mạng điện có chiều dài ngắn, công suất bé tổn thất công suất lợng không nhiều; nhng mạng điện truyền tải công suất lớn xa tổn thất công suất lín ( chiÕm tõ 10 -15 % c«ng st trun tải ) Lợng điện bị tổn thất trình truyền tải nhà máy điện cung cấp Nh công suất nguồn phát phải tăng lên để bù váo phần công suất bị tổn thất, lợng nhiên liệu tăng làm cho giá thành điện tăng cao Mặt khác tổn thất công suất phản kháng không ảnh hởng đến chi phí nhiên liệu nhng phải dùng thêm thiết bị nh tụ điện, máy bù đồng làm vốn đầu t mạng tăng lên Nh việc nghiên cứu tổn thất công suất lợng có ý nghĩa quan trọng Trên sở đề biện pháp làm giảm tổn thất hạ giá thành điện Tổn thất công suất đờng dây có phụ tải Trong mạng điện địa phơng, tính hao tổn công suất, mức độ xác cho phép, tổn thất công suất đợc tính theo điện áp định mức mạng Tổn thất công suất tác dụng đờng dây dòng điện xoay chiều pha đợc xác định theo công thức: P = 3I2R = 3(Ia2 + Ip2 ) R ( 3-1 ) đó: I - dòng điện toàn phần truyền tải đờng dây; Ia - thành phần dòng điện tác dụng; Ia = Icos (3-2 ) Ip - thành phần dòng điện phản kháng; Ip = Isin ( 3-3 ) R - điện trở dây dẫn Thay dòng điện công suất pha ( S = 3U.I ) ta cã: http://www.ebook.edu.vn S ΔP = ( )2 R = 3U S2 P + Q2 R= R U2 U2 ( 3-4 ) Tæn thất công suất phản kháng có giá trị là: Q = 3I2X =3(Ia2 + Ip2 ) X ( 3-5 ) P2 + Q2 S2 ΔQ = X = X U U2 hay (3-6 ) U - điện áp điểm nút, mạng điện địa phơng lấy điện áp định mức Udm Nếu P kW; Q kVAr; U V; R, X P W Q VAr Khi yêu cầu tính toán chi tiết đại lợng công suất , điện áp phải lấy điểm đờng dây Tổn thất công suất đờng dây có nhiều phụ tải Nếu đờng dây có nhiều phụ tải tổn thất công suất đờng dây tổn thất công suất đoạn cộng lại Giả sử đờng dây có n phụ tải ( hình 3-1 ) A S1 = P1 + jQ1 S2 = P2 + jQ2 R1, X1 R2, X2 s1 = p1 + jq1 S3 = P3 + jQ3 Sn = Pn + jQn R3, X3 s2 = p2 + jq2 n Rn, Xn s3 = p3 + jq3 sn = pn + jqn Hình 3-1 Đờng dây có nhiều phụ tải Ký hiệu sơ đồ: s1, s2, sn - công suất phụ tải điểm 1, 2, n; S1, S2, Sn - công suất truyền tải đoạn 1,2 n; R1, R2, Rn ; X1, X2, Xn - điện trở tác dụng phản kháng đoạn 1, 2, n Công suất truyền tải đờng dây không kể đến hao tổn công suất là: S1 = P1 + jQ1 = s1 +s2 + + sn S2 = P2 +jQ2 = s2 + s3 + + sn Sn = Pn + jQn = sn Hao tổn công suất đoạn là: P1 = P12 + Q12 P12 + Q12 ; X1 Δ = R Q 1 2 U dm U dm http://www.ebook.edu.vn P22 + Q22 P22 + Q22 ; X2 Δ = R Q 2 2 U dm U dm 2 P2 + Q2 P +Q ΔPn = n n Rn ; ΔQn = n n X n U dm U dm ΔP2 = Hao tỉn c«ng st tỉng céng lµ: ΔS∑ = ΔP∑ + jΔQ∑ = ΔS1 + ΔS2 + + ΔSn = n ∑ ΔS i =1 ( 3-7 ) i ΔS∑ = ( ΔP1 + ΔP2 + + ΔPn ) + j (ΔQ1 + ΔQ2 + + ΔQn ) ΔS∑ = n Pi + Qi2 Pi + Qi2 R j Xi + ∑ ∑ i 2 U dm U dm i =1 i =1 ( 3-8 ) n ( 3-9 ) Nếu đờng dây nhiều phụ tải có tiết diện không đổi hao tổn công suất tính theo biÓu thøc: n Pi + Qi2 Pi + Qi2 ΔS∑ = R ∑ + jX ∑ 2 U dm U dm i =1 i =1 n (3-10) R, X - điện trở tác dụng phản kháng đờng dây Tổn thất công suất đờng dây dòng điện pha dòng điện chiều Hao tổn công suất trờng hợp đợc tính tơng tự nh nhng thay pha pha dây + Với mạch điện xoay chiỊu mét pha th×: ΔP = 2I2R = 2( S P2 + Q2 ) R=2 R U dm U dm (3-11) S P2 + Q2 ) X =2 X U dm U dm (3-12) ΔQ = 2I2X = 2( đây: Udm - điện áp pha định mức + Đối với mạng điện chiều hao tổn công suất là: P P2 P = 2I R = 2( ) R=2 R U dm U dm (3-13) Tổn thất công suất đờng dây có phụ tải phân bố Những mạng điện có phụ tải phân bố nh mạng điện thành phố khu dân c mà quÃng ngắn có phụ tải gần đấu vào ta coi nh mạng có phụ tải phân bố ( hình 3-2 ) Một cách gần ta coi dòng điện biến thiên dọc theo chiều dài đờng dây Lấy vi phân chiều dài dây dl điểm B Tơng ứng có dòng điện là: http://www.ebook.edu.vn I.l L L, l - chiều dài đờng dây chiều kể từ ®iĨm xÐt B ®Õn ci ®−êng d©y IB = A B dl C I Hình 3-2 Đờng dây có phụ tải phân bố l l L Tổn thất công suất P đoạn vi phân chiều dài dl có điện trở dr: dP = 3IB2.dr = 3IB2.r0.dl Il dΔP = 3( ( ) r0 dl L (3-14) r0 - điện trở đơn vị chiều dài đờng dây dr = r0dl Lấy tích phân ( 3-14 ) ta đợc toàn hao tổn công suất đờng dây từ A đến C: L ΔP = ∫ 3( I 2r L I r L3 I l ) r0 dl = ∫ l dl = 20 L L L ΔP = I2.r0.L = I2R (3-15) So sánh ta thấy hao tổn công suất đờng dây phân bố 1/3 hao tổn công suất phụ tải tập trung cuối đờng dây Đ 3-2 Tổn thất công suất máy biến áp Tổn thất công suất máy biến áp gồm thành phần tổn thất lõi thép cuộn dây máy biến áp Tổn thất công suất cuộn dây máy biến áp Khi có dòng điện chạy cuộn dây máy biến áp, sinh hao tổn công suất gọi hao tổn đồng ( Scu ) Hao tổn đồng gồm thành phần hao tổn công suất tác dụng (Pcu ) hao tổn công suất phản kháng ( Qcu ) Các thành phần hao tổn phụ thuộc vào dòng điện tải nên giá trị thay đổi theo dòng điện phụ tải Ta xét chế độ tải định mức, tổn thất công suất tác dụng cuộn dây máy biến áp lấy tổn thất công suất thí nghiệm ngắn mạch: PCudm = PK = 3Idm2RB (3-16) Tổn thất công suất phản kháng tải định møc lÊy b»ng tỉn thÊt t¶n tõ: http://www.ebook.edu.vn ΔQCudm = u p % S dm (3-17) 100 ®ã: up% - điện áp phản kháng ngắn mạch % cuộn dây máy biến áp; RB - điện trở tác dụng cuộn dây pha máy biến áp Đối với máy biến áp công suất lớn, điện trở RB nhỏ so với điện kháng XB nên QCu tải định mức xác định theo điện áp ngắn mạch ( uK%) QCudm = u K % S dm = 3I dm XB 100 (3 -18) Khi máy biến áp làm việc với tải khác định mức tổn thất công suất tác dụng phản kháng tính theo biểu thức: PCu = 3I2RB; QCu = 3I2XB (3-19) : I - dòng điện phụ tải; RB, XB - điện trở tác dụng phản kháng cuộn dây máy biến ¸p Tõ ( 3-16 ) vµ ( 3-19 ) suy : S S S ΔPCu = ΔPCudm ( ) = ΔPK ( ) =( ) RB S dm S dm U dm (3-20) Tõ ( 4-17 ) vµ ( 4-19 ) suy ra: S u K %S S ΔQCu = ΔQCudm ( ) = =( ) XB S dm 100 S dm U dm Hao tổn công suất máy biến áp là: S S ΔSCu = ΔPCu + jΔQCu = ( ) RB + j ( ) XB U dm U dm (3-21) (3-22) Udm - điện áp định mức cuộn sơ cấp máy biến áp Tổn thất công suất lõi thép máy biến áp Tổn thất công suất lõi thép máy biến áp gồm thành phần thành phần hao tổn công suất tác dụng ( PFe ) hao tổn công suất phản kháng ( QFe ) Các giá trị không phụ thuộc vào dòng phụ tải mà phụ thuộc vào cấu tạo vật liệu máy biến áp, đợc xác định theo thông số kỹ thuật m¸y biÕn ¸p: ΔSFe = ΔPFe + jΔQFe (3-23) Hao tổn công suất tác dụng lõi thép máy biến áp dòng điện xoáy từ trễ gây ra, xác định theo biểu thức: PFe = P0 (3- 24) http://www.ebook.edu.vn Hao tổn công suất phản kháng lõi thép m¸y biÕn ¸p tỉn hao tõ sinh tÝnh theo c«ng thøc: ΔQFe = I % S dm 100 (3-25) Các giá trị PK, P0, uK%, I0 đợc cho lý lịch máy biến áp theo Sdm Hao tổn công suất tổng cộng máy biến ¸p lµ: ΔSB = ΔPB + jΔQB ΔSB = (ΔPFe + ΔPCu) + j(ΔQFe + ΔQCu) ΔSB = [ΔP0 + ΔPK ( I % S dm u %.S S + K ] ) ]+j[ S dm 100 100.S dm (3-26) Đ 3-3 Tổn thất điện đờng dây Phần lợng điện bị trình truyền tải gọi tổn thất điện Nếu khoảng thời gian t phụ tải mạng điện không thay đổi tổn thất điện là: A = P.t Thực tế phụ tải đờng dây luôn biến thiên theo thời gian, biến đổi theo thay đổi phụ tải đại lợng ngẫu nhiên nên tính toán theo biểu thức không xác Khi tính toán, dòng điện hay công suất phụ tải biến thiên theo thời gian dạng đồ thị phức tạp Ngời ta sử dụng dạng đờng cong phụ tải phải biểu diễn gần đờng cong i(t); s(t) dới dạng bậc thang hoá để tính toán tổn thất lợng với điện áp lấy định mức dA = 3i2r.dt Tõ biÓu thøc: ta cã: S (t ) P (t ) + Q (t ) = dt r ∫0 U (t ) dt U (t ) t t t ΔA = ∫ 3r.I (t ).dt = r ∫ hay ΔA = r U dm n ∑S i =1 n i Δt i = 3r ∑ I i2 Δt i (3-27) i =1 Tuy nhiên, tính toán thờng đồ thị I(t), S(t) Để tính hao tổn lợng ta phải dùng phơng pháp gần dựa theo mét sè kh¸i niƯm quy −íc nh− thêi gian sử dụng phụ tải cực đại ( Tmax ), thời gian hao tổn công suất cực đại ( ) dòng điện trung bình bình phơng ( Itbbp ) Thời gian sử dụng công suất cực đại http://www.ebook.edu.vn Giả sử phụ tải biến thiên năm (t = 6760 h) có đồ thị phụ tải nh hình vẽ 3-3 Xét đơn vị thời gian bé dt, dòng điện có giá trị i coi nh không đổi, lợng truyền tải khoảng thêi gian dt lµ: - dA = Pdt = I (A) A Imax U.i.cos dt Năng lợng truyền tải đờng dây suốt thời gian t là: t A= ∫ (h) 3.U i cos ϕ dt o Tmax 8760 t Hình 3-3 Đồ thị phụ tải hàng năm Nếu coi hệ số công suất không đổi điện áp mạng không đổi lấy điện áp định mức U = Udm t A= U cos ϕ ∫ i.dt = o t Udm cos i.dt o t idt = S - diện tích giới hạn đờng cong biểu diễn i(t) trục toạ độ Vẽ hình chữ nhật có chiều cao phụ tải cực đại Imax ( điểm A ) diện tích diện tích giới hạn đờng biểu diễn i(t) trục toạ độ đáy hình chữ nhật gọi thời sử dụng phụ tải cực đại, ký hiệu Tmax Ta có : t A= U cos ϕ ∫ i.dt = UdmImaxcos Tmax = Pmax.Tmax (3-28) o Từ tìm đợc thời gian sử dụng phụ tải cực đại: t ∫ i.dt A A Tmax = = o = = I max Pmax 3.U dm cos ϕ I max n ∑ i Δt i =1 i I max i (3-29) Vậy, Thời gian sử dụng công suất cực đại thời gian cần thiết để toàn lợng năm truyền tải đờng dây với dòng điện không đổi dòng điện cực đại Thời gian hao tổn công suất cực đại Ta vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ bình phơng dòng điện phụ tải với biến thiên theo thời gian nh hình 3-4 Xét đơn vị thời gian bé dt, dòng I2 điện i coi nh không đổi, hao tổn lợng khoảng thời gian dt là: dA = 3.r.i2dt Hao tổn lợng khoảng thời gian t lµ ( A) A t ΔA = ∫ 3.r.i (t ).dt o DiƯn tÝch giíi h¹n bëi ®−êng cong biĨu diƠn i (t) víi hƯ trục toạ độ là: 8760 t(h) Hình 3-4.Đồ thị bình phơng dòng điện phụ tải với thời gian t τ S = ∫ i (t ).dt = I max o Ta vẽ hình chữ nhật có chiều cao bình phơng dòng điện cực đại diện tích S đáy hình chữ nhật gọi thời gian hao tổn công suất cực đại, ký hiƯu lµ τ t ΔA = 3.r ∫ i (t ).dt = 3.r I max τ (3-30) o t ∫ i dt ΔA ΔA τ= = o = = ΔPmax 3.rI max I ©mx n ∑i i =1 i Δt i I max (3-31) Thời gian hao tổn công suất cực đại thời gian cần thiết để dòng điện phụ tải cực đại truyền tải đờng dây gây hao tổn lợng hao tổn lợng thực tế năm Từ ( 3-31 ) cho thấy, biết đồ thị phụ tải Imax tổng trở đờng dây cần xác định ta tìm đợc A Giữa Tmax có mối quan hƯ víi t thc vµo hƯ sè cosϕ §Ĩ vÏ ®−êng cong biĨu diƠn mèi quan hƯ τ = f(Tmax) ta làm nh sau: Thu thập đồ thị phụ tải hộ dùng điện khác phân loại chúng thành nhóm với cos khác nhau, vẽ thành đuờng cong Dựa vào đờng cong ứng với giá trị Tmax ta có giá trị Căn vào vẽ đợc đờng cong = f( Tmax ) nh hình 3-5 Từ đồ thị hình 3-5, biết Tmax cos ta tìm đợc ngợc lại Mỗi nhóm thụ điện có giá trị Tmax đặc trng, ví dụ mạng điện chiếu sáng nhà, Tmax=1500 - 2000 h Nhà máy làm việc ca, Tmax = 2000 - 3000 h, ca Tmax = 3000 - 5000 h, ca, Tmax = 5000 - 7000 h Khi đồ thị phụ tải,nếu biết Tmax đợc xác định công thøc thùc nghiƯm cđa KeZevÝt: τ = ( 0,124 + Tmax.10- )2.8760 Đối với đờng dây điện áp cao từ 330 kV trở lên, tổn thất điện phát nóng dây dẫn có tổn thất điện vầng quang điện gây Nh đối vối đờng dây siêu cao áp hao tổn điện có giá trị là: A = Pmax τ + ΔPvq.T (3-32) τ.10 ( h) 8,7 Pvq - tổn thất vầng quang điện gây Trong bảng tra, ngời ta cho giá trị cực đại cực tiểu hao tổn vầng quang để tính giá trị trung bình hao tỉn ΔPvqtb T - lµ thêi gian xt hiƯn vầng quang điện Khi tính theo Pvqtb thời gian tính hao tổn năm (t = 8760 h) cosϕ = 0,6 cosϕ = 0,8 cosϕ = T (h) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 8760 Hình 3-5 Đờng cong biểu diễn quan hệ = f(Tmax) Dòng điện trung bình bình phơng Trên đồ thị biểu diễn bình phơng dòng điện phụ tải với thời gian ( hình 3-6 ), ta dựng hình chữ nhật có đáy 8760 h vµ cã diƯn tÝch b»ng diƯn tÝch giíi hạn đờng cong i2(t) trục toạ độ chiều cao hình chữ nhật gọi dòng điện trung bình bình phơng, ký hiệu Itbbp I Hình 3-6 (A) Itbbp Dòng điện trung bình bình phơng t (h) Theo đồ thị ta có: 8760 8760 ∫i ΔA = 3r dt = 3r.I2tbbp.8760 (3-33) 8760 ∫i dt I max τ τ = = I max 8760 8760 8760 Itbbp = (3-34) NÕu thêi gian trun t¶i kho¶ng thêi gian t th×: T ∫i dt Itbbp = (3-35) t Nếu đồ thị phụ tải cho công suất tổn thất điện xác định theo biểu thức ΔA = [( S S1 S S tbbp ) t1 + ( ) t + ( n ) t n ].r = r.t U dm U dm U dm U dm (3-36) đó: S1, S2, Sn - công suất truyền tải øng víi thêi gian t1, t2, tn ; Stbbp - công suất trung bình bình phơng r - điện trở đờng dây Tổn thất điện đờng dây có nhiều phụ tải + Khi phụ tải có hệ số cos giống tổn thất điện đờng dây có nhiều phụ tải là: A = τ U dm ( S12 r1 + S 22 r2 + S n2 rn ) = τ U n ∑S dm i =1 i i r (3-37) đó: S1, S2, Sn - công suất truyền tải đoạn; r1, r2, rn - điện trở đoạn + Khi cos Tmax đoạn đờng dây khác tổn thất lợng lấy tổng tổn thất lợng đoạn: A = ( S S1 S ) r1τ + ( r2τ + ( n ) rnτ n U dm U dm U dm (3-38) Nếu cos Tmax phụ tải khác không nhiều ( 500 h) ta dùng trị số cosbq Tmaxbq để tính Từ Tmaxbq cosbq ta xác định giá trị bq thay vào biểu thức (3-37) để tính hao tổn lợng Trờng hợp giá trị khác nhiều ( 500 h), ta phải tính giá trị bình quân đoạn thay vào biểu thức (3-38) để tính hao tổn lợng 2 AT = ΔP0( n1T1 + n2T2 + nnTn ) + ΔPk ⎢ T1 ⎛⎜ S1 ⎞⎟ + T2 ⎛⎜ S ⎞⎟ + + Tn ⎛⎜ S n ⎞⎟ ⎥ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎢⎣ n1 ⎝ S dm ⎠ n n ⎝ S dm ⎠ ⎥ ⎦ n ⎝ S dm ⎠ (3-41 ) Tỉng qu¸t: n n ΔAT = ΔP0 ∑ ni Ti + ΔPk ∑ Ti i =1 i =1 ni ⎛ Si ⎜⎜ ⎝ S dm ⎞ ⎟⎟ ⎠ (3-42 ) NÕu có n máy biến áp làm việc song song vận hành suốt năm, Smax công suất cực đại phụ tải trạm thì: S A = n ΔP0.t + ΔPk ⎜⎜ max n ⎝ S dm (3-43) + Đối với máy biến áp ghép song song có dung lợng khác (điều kiện phải đảm bảo máy có uk% nh nhau) phụ tải phân bố chúng tỷ lệ với công suất định mức máy: S1 = S S dm1 ,… , Sn = S ∑ S dmi S dmn ∑ S dmi Sn S1 Trong đó: S1Sn phụ tải máy biến áp nhận đợc, Sdm1, sdmn công suất định mức máy biến áp S Sau xác định đợc công suất phụ tải qua máy biến áp, ta tính đợc hao tổn công suất điện máy biến áp Hao tổn công suất trạm tổng hao tổn máy cộng lại ΔSΣmax = ∑ (ΔP 0i + ΔPcu max i ) + j (ΔQ0i + ΔQcu max i ) Hao tæn điện trạm đợc tính theo thời gian làm việc máy biến áp phụ tải tơng ứng qua máy biến áp Nếu thời gian làm việc song song máy biến áp suốt năm tính theo công suất cực đậi qua máy đồ thị phụ tải Đ 3-5 ảnh hởng tổn thất điện đến giá thnh truyền tải Tổn thất điện có ảnh hởng đến giá thành truyền tải Để nâng cao tính kinh tế vận hành mạng điện, trớc hết ta đề số biện pháp giảm tổn thất điện Các biện pháp làm giảm tổn thất điện mạng điện + Nâng cao hệ số công suất phụ tải: Sử dụng thiết bị điện cách hợp lý, không để chúng làm việc non tải cách tốt để nâng cao hệ số cos Đối với động không đồng ng−êi ta cã sư dơng c¸c biƯn ph¸p sau: - Chọn công suất động phù hợp với công suất máy công tác - Chuyển đổi dây quấn động từ đấu sang đấu Y ( động rôto dây quấn ) động mang tải dới 40% - Hạn chế động làm việc không tải - Thay động không đồng động đồng + Giảm công suất phản kháng truyền tải mạng điện Khi đặt tụ điện hay máy bù đồng hộ dùng điện phát công suất phản kháng QB công suất phản kháng cần thiết để truyền tải đờng dây giảm xuống (Q - QB ) Do tổn thất công suất giảm đi: P = P + (Q Q B ) U2 P + (Q − Q B ) R; ΔQ = U2 X (3-44 ) + Nâng cao điện áp vận hành hệ thống điện: Nếu điện áp mạng điện nâng cao a% tổn thất công suất giảm lợng là: S S S ΔP = R − R = ⎢1 − ⎥R a a 2⎥ U U ⎢ [U + ] (1 + ) ⎢⎣ 100 100 ⎥⎦ 2 (3-45 ) Nâng cao điện áp mạng điện thực cách nâng cao cấp điện áp định mức mạng điện, điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp hay nâng cao điện áp máy phát điện dùng biện pháp bù + Thay đổi số lợng máy biến áp vận hành song song Tuỳ mức độ phụ tải thay đổi mà số lợng máy biến áp làm việc song song thay đổi Ta biết tổn thất công suất tác dụng máy biến áp là: P = PFe + ΔPcu = ΔP0 + S2 RB U2 (3-46 ) P ( kW ) Hình 3-8 Quan hệ công suất S tổn thất công suất tác dụng máy biến áp 1- máy làm việc; - hai máy làm việc song song; ba máy làm việc song song S1, S2 - công suất giới hạn Dựa vào biểu thức (3-46), S1 S2 ng−êi ta lËp ®−êng cong biĨu diƠn mèi quan hệ P S Sau vẽ quan hÖ ΔP = f(S) cã 1, 2, máy làm việc song song nh hình 3-8 S ( kVA ) Căn vào phụ tải máy biến áp ta chọn đợc số lợng máy biến áp làm việc song song phù hợp để có Pmin Theo giải tích ngời ta tìm đợc công suất giới hạn để chuyển từ n máy làm việc song song n - máy vận hành song song: n n −1 i =1 i =1 n ΔPFen (∑ S dmi ) (∑ S dmi ) S= n −1 n n −1 [(∑ ΔPKi )(∑ S dmi ) ] − [(∑ ΔPKi ).(∑ S dmi ) ] i =1 i =1 (3-47 ) i =1 i =1 Nếu trạm biến áp có n máy dung lợng giống Sdm công suất giới hạn n máy là: S = Sdm n(n 1) PFe PK (3-48 ) Công suất giới hạn máy lµ: S1 = S (n − 1) ΔPFe = S dm n n ΔPK (3-49 ) ¶nh h−ëng cđa tổn thất điện đến giá thành truyền tải Giá thành truyền tải điện gồm có vốn đầu t K chi phí vận hành hàng năm Y + Vốn đầu t K: vốn đầu t gồm phần, phần để mua sắm thiết bị tài sản (Kt ) phần đầu t xây dựng, lắp đặt thiết bị ( Kx ) K = Kt + Kx §èi víi mạng điện tuỳ thuộc vào kiểu nhà máy điện Với nhà máy nhiệt điện giá trị Kt = 60%, nhà máy thuỷ điện Kt = 28 - 30%, với đờng dây Kt = 85 - 90% + Chi phí vận hành hàng năm Y: chi phí vận hành gồm có khấu hao, hao mòn thiết bị, chi phí phục vụ sửa chữa định kỳ chi phí tổn thất điện hàng năm - Khấu hao hao mòn thiết bị dùng để thay thiết bị h hỏng lạc hậu, ký hiệu Ba%, đợc tính theo % so với vốn đầu t bản: Ba% = K − C 100 T K (3-50 ) đó: T - thời gian thu hồi vốn đầu t công trình; C - giá thành đào thải công trình sau T năm - Chi phí sửa chữa định kỳ phục vụ ( Bp%) để trả công cho cán quản lý, vận hành, mua sắm thiết bị thí nghiệm sửa chữa công trình, đợc tính theo % so với vốn đầu t + Chi phí tổn thất điện hàng năm xác định theo công thức: c.A = c.Pmax (3-51 ) c - giá thành tổn thất điện ( đồng /kWh ) Chi phí vận hành hàng năm mạng điện có giá trị là: Y = ( Ba%+ Bp%) K + c.ΔA Y = avhK + c.A (3-52 ) avh - hệ số vận hành, hệ số khấu hao hao mòn, sửa chữa định kỳ phục vụ mạng điện, tính theo % so với vốn đầu t Với cột bê tông avh = 4%; cột gỗ avh = 12%; trạm biến áp avh = 14% Giá thành truyền tải điện là: = Y Y = A Pmax Tmax (3-53 ) A - điện tiêu thụ hàng năm Muốn giá thành truyền tải điện việc avh nhỏ phải có A nhỏ Tính toán, so sánh tiêu kinh tế kỹ thuật mạng điện Trong thực tế xác định đợc phơng án tối u thoả mÃn hai điều kiện có vốn đầu t chi phí vận hành nhỏ không thực đợc Để chọn phơng án tối u, thờng ngời ta phải so sánh kinh tế kỹ thuật Mục đích xác định hiệu phơng án đà đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sau tiến hành so sánh kinh tế Khi so sánh phơng án ta thờng gặp tình nh sau: Hai phơng án có: K1 < K2 ; Y1 < Y2, phơng án kinh tế phơng ¸n Tr−êng hỵp K1 = K2 nh−ng Y1 > Y2 phơng án kinh tế Nếu phơng án có: K1 < K2 nhng Y1 > Y2 ngời ta so sánh trực tiếp phơng án mà phải đánh giá theo thời gian thu hồi vốn đầu t phụ tiêu chuẩn xác định theo công thøc: T= K − K1 Y1 − Y2 (3-54 ) Sau tiến hành so sánh T với thời gian thu hồi vốn đầu t tiêu chuẩn Ttc Nếu T = Ttc phơng án đầu t có giá trị nh T < Ttc , phơng án phơng án kinh tế T > Ttc , phơng án kinh tế Thời gian thu hồi vốn đầu t tiêu chuẩn phụ thuộc vào điều kiện kinh tế nớc Ví dụ Liên Xô ( cũ ) Ttc = năm, Việt Nam Ttc cha đợc khảo sát kỹ càng, nhng tính toán ngời ta thờng lấy thấp (6 - năm) Từ ( 3-54 ) ta có: K − K1 = Ttc hay Y1Ttc + K2 = Y2Ttc + K2 Y1 − Y2 K1 K = Y2 + Ttc Ttc Y1 + Đặt z = Y + K Ttc chi phí tính toán hàng năm z = atc.K + Y ®ã: atc = (3-55 ) K - hệ số thu hồi vốn đầu t phụ tiêu chuẩn Ttc Phơng án kinh tế phơng án có z min: z = atcK + Y Min (3-56) Khi so sánh phơng án, z chênh lệch không 5% coi tơng đơng mặt kinh tế Nếu phơng án có độ tin cung cấp điện khác cần tính toán thiệt hại cho kinh tế việc ngừng cung cấp điện gây Đ3-6 Chọn tiết diện dây dẫn v cáp theo tiêu kinh tế Mật độ dòng điện kinh tế Đối với đờng dây truyền tải mạng điện khu vực, công suất lớn, điện áp cao, đờng dây dài phí vận hành lớn Mặt khác thiết bị điều chỉnh điện áp tốt nên phải ý đến tổn thất điện áp Vì tiết diện dây dẫn cáp đợc chọn theo điều kiện kinh tế Tức chọn F dây dẫn cáp cho chi phí tính toán nhỏ Hàm chi phí tính toán có giá trị là: z = ( avh + atc )K + cΔA z = ( avh + atc )K + c3I2max τ ρ l (3-57 ) F Vốn đầu t cho đờng dây phụ thuộc vào tiết diện, xác định theo công thức: K = K0 + n( a + bF ) (3-58 ) đó: K0 - giá thành km đờng dây phần không phụ thuộc vào tiết diện ( đồng/km); n - số mạch đờng dây song song; a - hệ số phụ thuộc vào điện áp đờng dây ( đồng/ km ); b - hệ số phản ảnh phụ thuộc giá thành đờng dây vào tiết diện dây dẫn (đồng/km.mm2 ) Thay giá trị K vào z ta có: z = ( avh + atc ) [ K0 + n ( a + bF )] + 3I2maxτ.c ρ l F (3-59 ) TiÕt diƯn tèi −u cđa d©y dÉn, ký hiƯu Fkt đợc xác định đạo hàm z = ∂z l = (a vh + atc )nbl − 3I max τcρ = ∂Fkt Fkt hay Fkt = Imax ρτc (a vh + a tc )nb (3-60 ) TiÕt diƯn d©y dÉn chän theo ( 3-60 ) gäi lµ tiÕt diƯn øng víi hµm chi phÝ z cùc tiÓu Theo ( 3-59 ) ta thÊy hàm chi phí z đờng dây có phần: phần liên quan đến giá thành dây dẫn, ký hiệu zK phần liên quan đến tổn thất điện ký hiệu zA z(F) = zK + zA (3-61 ) Đờng cong biểu diễn hàm chi phí z(F) có dạng nh hình 3-9 Hình 3-9 Z Sự phụ thuộc giá thành đờng dây vào tiết diện dây dẫn Ta thấy đồ thị có điểm thấp ứng với zmin có giá trị F TiÕt diƯn øng víi zmin gäi lµ tiÕt diƯn kinh tế ( Fkt ) Mật độ dòng điện ứng với Fkt gọi mật độ dòng điện kinh tế, ký hiƯu lµ Jkt: Jkt = I max (a vh + a tc )nb = Fkt ρτc Fkt F ( 3-62 ) Tuỳ thuộc vào thời gian sử dụng công suất cực đại, vật liệu làm dây dẫn, hệ số, số mạch nhánh, khu vực lÃnh thổ ta xác định đợc Jkt theo biểu thức Trong bảng cho giá trị Jkt Liên Xô cũ ứng với Tmax vật liệu khác làm dây dẫn Bảng Mật độ dòng điện kinh tế Jkt Loại dây dẫn Thời gian sử dụng phụ tải cực ®¹i Tmax ( h ) 1000 - 3000 3000 - 5000 5000 - 8760 Dây đồng trần 2,5 2,1 1,8 Dây nhôm thép nhôm trần 1,3 1,1 1,0 - Lõi đồng 3,0 2,5 2,0 - Lõi nhôm 1,6 1,4 1,2 3,5 3,1 2,7 Dây cáp bọc giấy tẩm dây dẫn bọc cao su: Dây cáp bọc cao su lõi đồng Phơng pháp chung tính toán tiết diện d©y dÉn theo Jkt + Khi tiÕt diƯn d©y dÉn thay đổi: sử dụng phụ tải cách xa nhau, đoạn đờng dây ta chọn tiết diện - Xác định dòng điện truyền tải đoạn ®−êng d©y: I1 = S1 = 3U P1 3U cos ϕ S2 ; I2 = 3U P2 = 3U cos ϕ ; I n = Sn 3U = Pn 3U cos ϕ n ®ã: P1, P2, Pn - công suất truyền tải đoạn; U - điện áp lấy điện áp Udm; cos1, cos2, cosn - hệ số công suất đoạn - Căn vào loại dây dẫn Tmax chọn Jkt - Tính tiết diện dây dẫn: F1 = I I1 I ;F2 = ; Fn = n J kt J kt J kt - Lùa chọn tiết diện quy chuẩn - Xác định tổn thất điện áp thực tế so sánh với giá trị cho phép (đối với mạng có điện áp định mức Udm < 35 kV) Đối với mạng có nhiều phụ tải, thời gian Tmax cos khác ta phải sử dụng Tmaxbq costb tính cho đoạn + Trờng hợp tiết diện không đổi suốt chiều dài đờng dây - Xác định dòng điện đẳng trị Iđt Đờng dây truyền tải dòng điện đẳng trị quy ớc tơng đơng mặt tổn thất công suất với đờng dây truyền tải dòng điện thực, ta cã: 3I®t2 ρ l F = 3ρ ( I12l1 + I22l2 + In2ln ) F n ∑I suy Idt = i =1 n i i l l1 + l + l n = 3U dm ∑S i =1 i i l l1 + l + l n (3-63 ) ®ã: I1 , I , I n - dòng điện truyền tải đoạn 1, 2, n ; l1 , l , l n - lµ chiỊu dµi đoạn 1, 2, n - Tính giá trị trung bình thời gian sử dụng phụ tải cực đại: trờng hợp phụ tải có Tmax khác nhau, ta tinh thời gian sử dụng công suất cực đại theo giá trị bình quân cho đoạn đờng dây ... )2 R = 3U S2 P + Q2 R= R U2 U2 ( 3- 4 ) Tổn thất công suất phản kháng có giá trị lµ: ΔQ = 3I2X =3( Ia2 + Ip2 ) X ( 3- 5 ) P2 + Q2 S2 ΔQ = X = X U U2 hay ( 3- 6 ) U - lµ điện áp điểm nút, mạng điện địa... n phụ tải ( hình 3- 1 ) A S1 = P1 + jQ1 S2 = P2 + jQ2 R1, X1 R2, X2 s1 = p1 + jq1 S3 = P3 + jQ3 Sn = Pn + jQn R3, X3 s2 = p2 + jq2 n Rn, Xn s3 = p3 + jq3 sn = pn + jqn Hình 3- 1 Đờng dây có nhiều... - Xác định dòng điện truyền tải đoạn đờng dây: I1 = S1 = 3U P1 3U cos ϕ S2 ; I2 = 3U P2 = 3U cos ϕ ; I n = Sn 3U = Pn 3U cos ϕ n ®ã: P1, P2, Pn - công suất truyền tải đoạn; U - điện áp lấy điện