Chuyên đề CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Chuyên đề CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

* Đại Học Điện Lực *

Khoa Hệ Thống Điện

Chuyên đề : CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Giáo viên hướng dẫn: Trần Thanh Sơn -Lớp Đ3H3 – Nhóm

1

I.Điều kiện của dây dẫn:

 Tiết diện tối ưu là tiết diện cho chi phí vòng đời của

đường dây nhỏ nhất Nếu tiết diện dây dẫn lớn thì vốn đầu tư lớn nhưng tổn thất nhỏ và ngược lại.Bài toán đặt

ra ở đây là tìm tiết diện của dây dẫn mà ở đó tổng của vốn và tổn thất là min, đó chính là tiết diện tối ưu

 Tuy nhiên trong thực tế không phải bao giờ cũng được phép sử dụng tiết diện tối ưu cho đường dây.Có những hạn chế kỹ thuật phải tuân theo khi lựa chọn dây dẫn, nêu không lưới điện sẽ không hoạt động được.Các hạn chế kỹ thuật đó là:

1.Tổn thất điện áp do vầng quang điện

(chỉ cho đường dây trên không)

 - Nguyên nhân: Do điện trường xung quanh dây dẫn lớn

(điện áp cao) khi gặp thời tiết ẩm thấp.Lúc này thành phần

không khí xung quanh dây dẫn sẽ bị ion hóa gây ra hiện tượng phóng điện vầng quang làm tổn thất điện năng

- Thường xảy ra ở cấp điện áp U ≥ 22kV do hiệu ứng mặt

ngoài dòng điện không chạy giữa mà thường phân bố ở bề

mặt ngoài của dây dẫn và chính dòng điện này gây ra sự ion hóa khi trời mưa hay trời ẩm ướt làm giảm điện trở của

không khí, các ion được không khí cung cấp năng lượng và phân li, dạng năng lượng này gây ra hiện tượng phát quang hay năng lượng được chuyển qua năng lượng ánh sáng

 -Vầng quang điện phụ thuộc các yếu tố: điện áp lưới, tiết diện dây dẫn, điều kiện khí quyển(chỉ xét ở điện áp U ≥ 110kV)

Cường độ dòng điện bề mặt dây dẫn 20 kV/lúc này điện trở

xung quanh sẽ bị ion hóa rất mạnh và sẽ dẫn điện đặc biệt là khi thời tiết xấu.Đây chính là lí do xuất hiện vầng quang điện

 - Cũng là để tránh hiện tượng vầng quang điện gây tổn thất

trên lưới truyền tải người ta quy ước với U = 110 kV thì tiết

diện dây dẫn F70, với điện áp U = 220kV thì tiết diện dây dẫn F

2.Điều kiện phát nóng khi ngắn

mạch (chỉ cho lưới cáp)

 - Để đảm bảo sự làm việc lâu dài của dây dẫn ,nhiệt độ của dây dẫn không vượt quá nhiệt độ cho phép Nhiêt độ cho phép của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.Điều kiện làm lạnh của môi trường càng xấu thì dòng chạy trong dây dẫn càng bé

 - Khi thiết kế cần tính toán đến dòng điện khi có ngắn mạch xảy

ra và dòng điện khi có dòng công suất cực đại đi qua trong thời gian Tmax

3.Độ bền cơ học của đường dây

(chỉ cho đường dây trên không)

 - Dây dẫn phải chịu được lực căng dây với dây treo trên không, sức gió…

II.Các ph ươ ng pháp chọn tiết

diện dây dẫn

 Có 3 phương pháp thường được sử dụng để giải quyết bài toán này đó là:

1.Chọn tiết diện dây dẫn theo phát

nóng:

 Khi có dòng điện chạy trên đường dây gây ra phát nóng dây dẫn

và cách điện của các dây dẫn.Để đảm bảo dây dẫn làm việc lâu dài, nhiệt độ của dây dẫn không được vượt quá nhiệt độ cho

phép

 Khi nhiệt độ môi trường thay đổi và có nhiều đường dây làm

việc song song, dòng điện cho phép của dây dẫn cũng thay đổi và được tính theo công thức:

+Trong đó:

-I’cp: dòng điện cho phép thực tế của dây dẫn

song song và khoảng cách giữa chúng)

 Để cho nhiệt độ dây dẫn không vượt quá giá trị cho phép, dòng điện làm việc của đường dây trong chế độ bình thường cần phải nhỏ hơn dòng cho phép thực I’-cp của dây dẫn:

I'cp ≥ I hay Icp.k1.k2 ≥ I Icp ≥I/k1.k2hay Icp.k1.k2 ≥ I Icp ≥I/k1.k2→→

Trong đó : I- dòng điện làm việc của đường dây trong chế độ

bình thường

 Khi chỉ có 1 đường dây làm việc ở nhiệt độ môi trường bằng

nhiệt độ tiêu chuẩn (trong không khí là +250C và trong đất là

+150C), các hệ số hiệu chỉnh k1=k2=1.

Do đó Icp ≥ I

 Dựa vào giá trị tính toán được ta tra bảng chọn tiết diện tiêu

chuẩn có dòng điện cho phép lớn hơn gần nhất

2.Chọn tiết diện dây theo tổn thất

cho phép của điện áp:

 Trong nhiều trường hợp tiết diện của dây dẫn và dây cáp trong mạng điện phân phối và mạng 0.38kV được chọn theo tổn thất cho phép của điện áp ∆Ucp(∆Ucp = 4 - 6%Udđ)

 Tổn thất lớn nhất trong mạng điện ∆Uln phải luôn nhỏ hơn hoặc bằng tổn thất cho phép của điện áp ∆Ucp:

 Vì điện kháng đơn vị của các đường dây trên không thay đổi trong giới hạn hẹp (xo=0.36÷0.42 Ω/Km), do đó có thể lấy một giá trị trung bình của xo

 Tổn thất điện áp trên thành phần điện kháng:

 Tổn thất trên điện trở tác dụng:

(2-1)

 Do đó:

 Trong đó:

γ: điện dẫn suất của vật liệu dây dẫn

ρ: điện trở suất của vật liệu dây dẫn

 Chọn tiết diện tiêu chuẩn Ftc gần nhất với tiết diện tính được sau đó tính tổn thất điện áp trên đường dây:

(với ro; xo là thông số của dây dẫn có Ftc)

 So sánh giữa ∆U và ∆Ucp:

+ Nếu ∆U ≤ ∆Ucp : tiết diện dây chọn là hợp lý + Nếu ∆U ≥ ∆Ucp : cần chọn tiết diện chuẩn lớn hơn

 Đối với đường dây nhiều phụ tải, tiết diện các đoạn đường dây được chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép và kết hợp với các điều kiện phụ khác.Các điều kiện này có thể

là :

a,Chọn tiết diện bằng nhau đối với tất cả các

đoạn đường dây:

 Chúng ta lấy 1 giá trị trung bình của xo và tính tổn thất điện áp phụ thuộc vào điện kháng xo và công suất phản kháng trên các đoạn đường dây theo:

(2-2)

 Trong đó:

xo : giá trị trung bình của điện kháng đơn vị

li: chiều dài đoạn đường dây i

Qi: công suất phản kháng trên đoạn đường dây i

 Tiếp theo tính ∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux và Tiết diện dây dẫn

 Trong đó Pi :Công suất tác dụng trên đoạn đường dây thứ i

 Chọn tiết diện tiêu chuẩn Ftc gần nhất với tiết diện tính được

ở trên

 Tính tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng:

 Kiểm tra tổn thất điện áp theo điều kiện sau:

 Nếu như điều kiện này không thỏa mãn cần chọn Ftc lớn

hơn

b,Mật độ dòng không đổi với tất cả các đoạn

đường dây:

 Chọn một giá trị nào đó của xo và tính theo (2-2) và (2-1)

 Mật độ dòng điện được tính:

(2-3)

- Cosφi: hệ số công suất trên đoạn đường dây thứ i

-Tiết diện dây dẫn thứ i được tính theo:

Ii : dòng điện chạy trên đoạn thứ I của mạng điện

 Chọn các tiết diện tiêu chuẩn gần nhất với các tiết diện tính

được và kiểm tra điều kiện: nếu không được thỏa mãn cần chọn tiết diện lớn hơn

c,Chọn tiết diện theo chi phí nhỏ nhất của vật

liệu dây dẫn:

 Sau khi tính ∆Ux ,∆Ur tiết diện của dây dẫn được tính theo công thức:

 Trong đó Pm công suất chạy trên đoạn cuối cùng của mạng

 Tiết diện dây dẫn của các đoạn còn lại:

 Chọn các tiết diện tiêu chuẩn gần nhất với các tiết diện tính được và kiểm tra điều kiện nếu không thỏa mãn thì cần phải tăng tiết diện tiêu chuẩn

 Điện kháng xo của các đường dây cáp có giá trị khá nhỏ xo= 0.07÷0.10 Ω/Km nên có thể lấy xo=0

3.Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện

kinh tế:

 Tiết diện dây dẫn Fkt gọi là tiết diện kinh

tế.Người ta thường dùng công thức sau để tính Fkt:

 (3-1)

 Trong đó : jkt mật độ dòng kinh tế (A/mm2)

 Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, Tmax, và cho ở bảng sau:

Bảng 3.1.Mật độ kinh tế của dòng điện

A/ mm2

 Nếu đường dây có nhiều phụ tải nhưng có Tmax khác nhau khi

đó jkt được xác định theo giá trị Tmax trung bình của các phụ tải:

(3-2)

(3-3)

Trong đó : Ij max :Dòng cực đại chạy trên đoạn j

 Nếu tất cả các đoạn đường dây chọn cùng một tiết diện khi đó dòng điện tính toán dùng để chọn tiết diện dây sẽ là:

 (3-4)

 Trong đó :

-m : số lượng các đoạn đường dây trong mạng

-Ij :dòng điện chạy trên đoạn thứ j

-lj : chiều dài đoạn thứ j

-L : tổng chiều dài toàn bộ đường dây

không cho ta nhận được Zmin

3.2.Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo

khoảng chia kinh tế:

diện theo khoảng chia kinh tế ta thành lập hàm chi phí tính toán Zi ứng với các tiết diện Fi khác nhau theo dòng điện (công suất truyền tải) chạy trên đường dây.

Trong đó:

-Ki: Vốn đầu tư đường dây ứng với tiết diện Fi

-Ri: Điện trở của đường dây ứng với tiết diện Fi

thị hình 2 biểu diễn quan hệ Z với F1 ;F2 ;F3

thức:

Z1 = Z2 (3-8)

 Trong đó :

-Z1: Chi phí của đường dây ứng với tiết diện F1 -Z2: Chi phí của đường dây ứng với tiết diện F2

 Trong đó:

-K1; K2 : Vốn đầu tư đương dây ứng với F1 ;F2

-R1; R2 : Điện trở đường dây ứng với F1; F2

 Sau khi thay các giá trị Z1; Z2 vào (3-12) ta có được Ikt

(3-14)

Hình 2 Quan hệ của Z= f(I)

tiết diện tính toán và tiến hành kiểm tra điều kiện phát nóng , vầng quang và độ bền cơ học của dây dẫn

điều kiện phát nóng và theo tổn thất cho phép của điện áp Để chọn tiết diện của dây dẫn trong mạng điện kín cần xác định sự phân bố công suất theo chiều dài đường dây,sau đó chọn tiết diện dây dẫn

theo các phương pháp trên.