BÁO cáo hệ THỐNG điện 1 CHƯƠNG III các THÔNG số của ĐƯỜNG dây

BÁO CÁO HỆ THỐNG ĐIỆN I Chương III: CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY CBHD:TS. Trần Trung Tính SVTH: Nhóm 8 1.Thạch Hoàng Vũ MSSV:1081089 2.Bùi Thị Ái MSSV:1081090 3.Phạm Quốc Tiến MSSV:1081149 4.Chu Văn Tùng MSSV:1081157 5.Phạm Trung Lý MSSV:1081124 6.Trần Minh Nhựt MSSV:1081058 Giới Thiệu Đường Dây 330, 400, 500,765 kV Nhiệm vụ chính của hệ thống truyền tải điện là vận chuyển điện năng từ nhiều nguồn điện khác khau đến nơi tiêu thụ cuối cùng trong HTĐ. Giới Thiệu Đường Dây 4 thông số cần lưu ý:  Điện trở nối tiếp là nguyên nhân gây ra tổn thất (RI 2) trên đường dây với đơn vị là Ohmic (Ω)  Điện kháng nối tiếp là nguyên nhân gây ra sụt áp dọc theo đường dây  Điện dung là nguyên nhân làm triệt tiêu một phần dòng điện cảm ứng (của phụ tải) chạy trong dây dẫn  Điện dẫn là nguyên nhân gây ra tổn thất (V2G) do những dòng điện rò giữa các dây dẫn hoặc giữa dây dẫn với đất. Dung dẫn trên đường dây trên không thì thường được bỏ qua. Giới Thiệu Đường Dây Đường dây truyền tải đơn giản Giới Thiệu Đường Dây Một vài loại trụ đỡ đường dây truyền tải Giới Thiệu Đường Dây Dây dẫn được dùng phổ biến trên không là dây nhôm vì có chi phí thấp, trọng lượng nhẹ, tiết diện mặt cắt ngang và công suất truyền tải lớn ACSR (Aluminum Conductors Steel Reinforced) AAC (All-Aluminum Conductor) AAAC (All-Aluminum-Alloy Conductor) ACAR (Aluminum Conductor Aluminum - Alloy Reinforced) ACSR 26/7 Tính Toán Điện Trở Của Dây Dẫn  Điện trở của dây dẫn đối với dòng điện DC Rdc ,T ρ T .l = A Ω Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào    1) Hình xoắn ốc các sợi dây 2) Nhiệt độ 3) Tần số (hiệu ứng bề mặt) 4) Cường độ dòng điện  Những sợi dây dẫn được quấn theo hình xoán ốc thì nó làm thay đổi hướng, tăng chiều dài dây dẫn từ 1-2% so với chiều dài thực tế. Do đó, điện trở dc của sợi dây dẫn có giá trị lớn hơn thực tế 1-2%  Điện trở dây dẫn tăng khi nhiệt độ tăng T + t2 R2 = R1 T + t1  R1, R2: điện trở dây dẫn tại nhiệt độ t1, t2 (0C)   T: nhiệt độ không đổi phụ thuộc vào vật liệu chế tạo dây dẫn Tính Toán Điện Trở Của Dây Dẫn  Điện trở của dây dẫn đối với dòng điện AC Rac = Ploss I 2 Ω  Dòng điện dc phân bố đều trên diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Tuy nhiên, dòng điện ac phân bố không đều trên diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn. Mật độ dòng điện ở tâm dây nhỏ hơn bề mặt dây dẫn do hiệu ứng bề mặt (skin effect).  Do đó điện trở đối với dòng điện ac lớn hơn đối với dòng điện dc chiều. Tuy nhiên với tần số 50 Hz và dây dẫn kim lọai màu với tiết diện không lớn thì sự khác nhau đó không đáng kể (cỡ 1%). Điện Dẫn (conductance)  Điện dẫn là lượng mất mát công suất tác dụng giữa các dây dẫn với nhau chủ yếu do dòng điện rò qua các cách điện và hiện tượng corona  Dòng điện rò qua cách điện là do số lượng dơ bẩn, bụi, muối hoặc các chất gây ô nhiễm khác mà nó bám vào vật cách điện, ẩm độ trong không khí.   Tổn thất corona phụ thuộc vào:     Hiện tượng corona: khi cường độ điện trường lớn sẽ ion hóa các điện tích trong không khí.  Điều kiện khí tượng  Mưa  Tính không đồng đều bề mặt dây dẫn Tổn thất do dòng điện rò và corona thì luôn nhỏ hơn tổn thất RI 2 Giới Thiệu Về Từ Tính  Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn thì sẽ sinh ra điện từ trường xung quanh dây dẫn. Điện từ trường này được đặc trưng bởi điện cảm L do từ trường gây ra và điện dung C do điện trường gây ra. F = ∫ Η.dl = ie Γ Giới Thiệu Về Từ Tính  H và dl là vector trong không gian Η • dl = H .dl. cosθ Trong đó θ là góc giữa H và dl. Chúng ta bỏ khái niệm vector để chỉ giá trị vô hướng. Hướng dòng điện ie có quan hệ hướng của vòng kín Γ được xác định theo quy tắc bàn tay phải.  Mật độ từ trường cách tâm dây một đoạn là x được xác định I H= 2π x  [Ampere-vòng/m ] Mật độ từ cảm dọc theo dây dẫn được xác định Β=µΗ [webers/m2 ] Trong đó µ là độ từ thẩm trung bình Giới Thiệu Về Từ Tính  Tổng thông lượng cảm ứng từ B gửi qua một diện tích A được gọi là từ thông φ = ∫ Β ⋅ da [Webers] A Trong đó da là vector có hướng vào bề mặt da và có độ lớn bằng với da  Nếu B vuông góc và đồng đều trên diện tích A φ = BA Giới Thiệu Về Từ Tính  Nếu tất cả từ thông nối tất cả N vòng dây của cuộn thì λ = Nφ Trong đó λ là từ thông móc vòng với đơn vị là webers-vòng  Từ thông tổng bằng tổng của từ thông móc vòng thành phần của từng vòng dây N λ = ∑ φi i =1 Trong đó φi là từ thông nối vòng thứ i của cuộn dây Giới Thiệu Về Từ Tính Điện cảm được xác định là quan hệ tuyến tính giữa từ thông móc vòng và dòng điện. Bởi vì, từ thông móc vòng sinh ra trên đoạn dây dẫn tỉ lệ thuận với từ cảm B. Mặt khác, từ cảm B được sinh ra và tỉ lệ thuận với dòng điện và được xác định như sau λ = Li Từ Thông Móc Vòng Của Dây Dẫn Thẳng Dài Vô Hạn  Giả sử dây dẫn thẳng dài vô hạn có bán kính r, mật độ điện phân bố đều trong dây dẫn và có tổng dòng điện là i . Theo tính chất vật lý cơ bản chúng ta biết những đường từ thông có dạng những đường tròn đồng tâm. Giả sử dòng điện trong dây dẫn đi ra ngoài của mặt trang giấy. Trường hợp 1: x>r điểm nằm ngoài dây dẫn ⇒H = H . dl = H . 2 π x = i ∫ P1 Trường hợp 2: x≤r i 2πx điểm nằm trong dây dẫn πx H .2πx = ie = 2 i πr 2 Hoặc x H= i 2 2πr Từ Thông Móc Vòng Của Dây Dẫn Thẳng Dài Vô Hạn  Có 2 phần tử từ thông móc vòng đó là những từ thông móc vòng bên ngoài dây dẫn và những từ thông móc vòng bên trong dây dẫn Từ thông móc vòng trên một mét chiều dài của dây bằng tổng từ thông móc vòng bên ngoài và bên trong dây dẫn λ = λng + λtr = µ 0i  µ r R R −7  µ r + ln = 2 . 10 i + ln     2π  4 r r  4 Từ Thông Móc Vòng Đối Với Dây Cáp Nhiều Sợi  Khảo sát tính toán từ thông móc vòng của sợi 1 tới bán kính R1 từ góc tọa độ. Sợi 1 bị ảnh hưởng bởi sợi 2, 3, …, n. Tất cả từ thông tạo ra bởi dòng điện ik đi qua giữa điểm b và điểm c của trục x  Từ thông móc vòng của sợi 1 chịu ảnh hưởng bởi dòng điện ik được xác định như sau µ 0 ik Rk λ1k = ln 2π d1k  Tổng từ thông móc vòng của cuộn 1 tới bán kính R1 từ sợi 1 µ0 λ1 = 2π   µr R1  R2 Rn  +  +i n ln i1  + ln  +i 2 ln  4 r d d 1  12 1n    Từ Thông Móc Vòng Đối Với Dây Cáp Nhiều Sợi  Trong trường hợp tổng quát λ1 → ∞ khi R1 → ∞ , nhưng trong trường hợp thực tế, chúng ta quan tâm đến những dòng điện tức thời trong dây dẫn µ0 λ1 = 2π  1 1 1   i1 ln , +i 2 ln  +  +i n ln r1 d12 d1n   Trong đó bán kính đẳng trị của dây dẫn r1, = r1e − µ r / 4  Từ thông móc vòng trên một mét chiều dài của sợi thứ k là µ0 λk = 2π  1 1 1   i1 ln  +  + ik ln , +  + in ln d1k rk d kn   Đường Dây Truyền Tải Phân Pha  Đặc điểm:  Thay thế 1 sợi cáp trên 1 pha thành 2,3,4…sợi.  Những sợi cáp này được định vị trên cùng 1 khung với khoảng cách bằng nhau giữa các sợi.  Mục đích:  Giảm tổn thất vầng quang.  Giảm điện kháng X0.  Tăng khả năng tải đường dây. Đường Dây Truyền Tải Phân Pha  Đường dây phân pha với 4 sợi cáp trong 1 búi (khung định vị). Trong đó: • D: khoảng cách giữa các sợi cáp trên cùng 1 búi. r • r: bán kính của sợi cáp (tất cả các sợi cáp đều có cùng bk r) Hình 3.15. Phân pha thành 4 dây của mạng 3 pha Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Xét từ thông móc vòng của sợi cáp 1 trong búi pha a: giả định dòng điện trong mỗi pha được chia đều cho từng sợi cáp song song trong búi.  Áp dụng biểu thức: µ0 λ1 = 2π  1 1 1   i1 ln + i2 ln  + ... + in ln r '1 d12 d1n   Ta có: µ0 λ1 = 2π   1 1 1 + ib ln + ic ln ia ln 1/ 4 1/ 4 1/ 4  (r ' d12 d13d14 ) (d15 d16 d17 d18 ) (d19 d1,10 d1,11d1,12 )   µ0  1 1 1  =  ia ln + ib ln + ic ln  2π  Rb D1b D1c  Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Trong đó:        - Bk hình học (GMR) của búi dây phân pha 4 cáp Rb = (r’d12d13d14)1/4 - Kc hình học (GMD) từ cáp 1 tới pha b: D1b = (d15d16d17d18)1/4 - Kc hình học (GMD) từ cáp 1 tới pha c: D1c = (d19d1,10d1,11d1,12)1/4 µ0 D • D1b ≈ D1c ≈ D ⇒ λ1 = ia ln Chú ý:  2π Rb • ia + ib + ic = 0  Công thức xác định hỗ cảm: la = Nếu trong búi có b sợi dây, thì: µ0 D D ln = 2 ×10 −7 ln 2π Rb Rb Rb=(r’d12,…,d1b)1/b, b ≥ 2 Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Nhận xét:  Nếu xem 1 búi dây tương đương 1 dây cáp rỗng thì ta dễ dàng tăng bán kính của cáp.  Giảm tổn thất trên đường dây truyền tải, giảm nhiễu radio, bớt gây ồn so với khi ta dùng 1 dây cáp để truyền tải điện cao áp.  Giải nhiệt tốt hơn hệ thống truyền tải dùng 1 cáp. Đảo Pha Đường Dây Truyền Tải  Các dạng đảo pha trên đường dây truyền tải điện Hình 3.16. a. Đảo pha 2 lần đối với đường dây truyền tải dài quá 100km b. Đảo pha 3 lần đối với đường dây dài hơn 100km Đảo pha đường dây truyền tải  Nguyên nhân của việc đảo pha: Trong thực tế bố trí cáp trên các pha không đều nhau. Cáp thường được bố trí nằm ngang hoặc thẳng đứng. Hỗ cảm giữa các dây dẫn khác nhau thì không bằng nhau. Gây ra không đối xứng về dòng và áp trong lưới điện. Đảo pha trong hệ thống truyền tải điện khi đường dây dài hơn 100Km Cân bằng điện kháng của từng pha Đảo pha đường dây truyền tải Xét một đường dây truyền tải có: Từ thông móc vòng trung bình trên 1m chiều dài của pha a    − λ • Mỗi pha đều được đảo pha đồng thời và cùng chiều dài của đường dây. • Đường truyền không phân pha với bán kính của cáp là r. • Dòng điện cân bằng ia + ib + ic = 0 1 = 3 (λ ( 1) a ( 2) ( 3) +λa +λa ) − (i) Với: λ a : từ thông móc vòng trên 1m chiều dài trong tiết diện i(i=1,2,3) Đảo pha đường dây truyền tải − λ Khi đảo pha đầy đủ a = µ0 2π  1 1 1  µ0 D  ia ln + ib ln  = + ic ln ia ln m r' Dm Dm  2π r'  Trong đó: Dm = ( d12 d 23d13 ) 1/ 3 : khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn đảo pha lần 1,2,3. − l Hỗ cảm trung bình trên 1m − Khi phân pha − − a µ 0 Dm = ln 2π r' µ 0 Dm Dm −7 la = lb = lc = l = 2π ln R = 2 × 10 ln R b b − Đảo pha đường dây truyền tải Khi đảo pha Trong đó: Từ thông móc vòng tương của cáp 1 µ0  1 1 1  λ1a =  ia ln + ib ln ( 1) + ic ln ( 1)  2π  Rb d ab d ac  ( 1) d(1)ab: khoảng cách giữa pha a và pha b d(1)ac: khoảng cách giữa pha a và c − [ 1 ( 1) = λ1a + λ1( 2a) + λ1( 3a) 1a 3 λ Từ thông cho toàn đường dây (3 đoạn đảo pha) ] µ0  1 1 1  µ0 Dm   λ 1a = 2π  ia ln Rb + ib ln Dm + ic ln Dm  = 2π ia ln Rb − Trong đó: Dm = ( d ab d ab d ab ) ( 1) ( 2 ) ( 3 ) 1/ 3 = ( d ac d ac d ac ( 1) ( 2 ) ( 3 ) ) 1/ 3 Trở Kháng Của Đường Dây 3 Pha  Sụt áp giữa 2 đầu dây với dây trung tính Va   Z aa V    b  =  Z ba Vc   Z ca    Vn   Z na Z ab Z ac Z an   I a    Z bb Z bc Z bn   I b  Z cb Z cc Z cn   I c    Z nb Z nc Z nn   I n  Trong đó: Vi là vecto sụt áp của pha i (i= a, b, c và n Ii là veccto dòng điện chạy trên pha I Zii= zii x l là trở kháng của dây dẫn I bao gồm ảnh hưởng của đất l là chiều dài của đường dây (m) Khi Vn=0, thì: Vn=0=ZnaIa+ZnbIb+ZncIc+ZnnIn ' Va   Z aa V  =  Z '  b   ba Vc   Z ca' ' Z ab Z bb' Z ' cb Z ac'   I a  '  Z bc   I b  Z cc'   I c  ' Trong đó: Z ii = Z ii − Z in Z ni Z nn ; i = a, b, c Z = Z ij − ' ij Z in Z nj Z nn ; i, j = a, b, c Các Định Luật Cơ Bản Về Điện Trường Định luật Gauss ∫ D ⋅ da = q A e Trong đó D là véctơ mật độ từ thông, C/m2 da là vi phân trên diện tích nhỏ da với hướng ra khỏi bề mặt, m 2 A là tổng diện tích bề mặt, m2 qe là tổng đại số của điện tích trên diện tích bề mặt A, C Điện Dung Của Dây Dẫn  Xác định điện dung 1 C = 2πε [ F / mi] Dm ln r  Xác đinh dung kháng 1 1 Dm 6 X C = = × 1,779 ×10 ln [Ω − mi] B f r Xác Định Những Thông Số Đường Dây Bằng Cách Sử Dụng Bảng  Các giá trị GMR của búi dây, bán kính cáp, cảm kháng, dung kháng và điện trỏ cáp được cung cấp bởi nhà sản xuất Cảm kháng µ0 Dm Dm −7 l= ln = 2 ×10 ln [H/m] 2π Rb Rb  Điện kháng trên 1 pha của dây dẫn trụ có bán kính r: Dm X L = 0,222 ×10 f ln ' r −3 D = 0,022 ×10 × f ln m [ Ω / mi ] GMR −3 Trong đó r ' = r × e − µr / 4 [...]... thức: µ0 1 = 2π  1 1 1   i1 ln + i2 ln  + + in ln r '1 d12 d1n   Ta có: µ0 1 = 2π   1 1 1 + ib ln + ic ln ia ln 1/ 4 1/ 4 1/ 4  (r ' d12 d13d14 ) (d15 d16 d17 d18 ) (d19 d1 ,10 d1 ,11 d1 ,12 )   µ0  1 1 1  =  ia ln + ib ln + ic ln  2π  Rb D1b D1c  Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Trong đó:        - Bk hình học (GMR) của búi dây phân pha 4 cáp Rb = (r’d12d13d14 )1/ 4 - Kc hình... (GMD) từ cáp 1 tới pha b: D1b = (d15d16d17d18 )1/ 4 - Kc hình học (GMD) từ cáp 1 tới pha c: D1c = (d19d1 ,10 d1 ,11 d1 ,12 )1/ 4 µ0 D • D1b ≈ D1c ≈ D ⇒ 1 = ia ln Chú ý:  2π Rb • ia + ib + ic = 0  Công thức xác định hỗ cảm: la = Nếu trong búi có b sợi dây, thì: µ0 D D ln = 2 10 −7 ln 2π Rb Rb Rb=(r’d12,…,d1b )1/ b, b ≥ 2 Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Nhận xét:  Nếu xem 1 búi dây tương đương 1 dây cáp rỗng... thông móc vòng của cuộn 1 tới bán kính R1 từ sợi 1 µ0 1 = 2π   µr R1  R2 Rn  +  +i n ln i1  + ln  +i 2 ln  4 r d d 1  12 1n    Từ Thông Móc Vòng Đối Với Dây Cáp Nhiều Sợi  Trong trường hợp tổng quát 1 → ∞ khi R1 → ∞ , nhưng trong trường hợp thực tế, chúng ta quan tâm đến những dòng điện tức thời trong dây dẫn µ0 1 = 2π  1 1 1   i1 ln , +i 2 ln  +  +i n ln r1 d12 d1n   Trong... kính của cáp  Giảm tổn thất trên đường dây truyền tải, giảm nhiễu radio, bớt gây ồn so với khi ta dùng 1 dây cáp để truyền tải điện cao áp  Giải nhiệt tốt hơn hệ thống truyền tải dùng 1 cáp Đảo Pha Đường Dây Truyền Tải  Các dạng đảo pha trên đường dây truyền tải điện Hình 3 .16 a Đảo pha 2 lần đối với đường dây truyền tải dài quá 10 0km b Đảo pha 3 lần đối với đường dây dài hơn 10 0km Đảo pha đường dây. .. pha a và pha b d (1) ac: khoảng cách giữa pha a và c − [ 1 ( 1) = λ1a + 1( 2a) + 1( 3a) 1a 3 λ Từ thông cho toàn đường dây (3 đoạn đảo pha) ] µ0  1 1 1  µ0 Dm   λ 1a = 2π  ia ln Rb + ib ln Dm + ic ln Dm  = 2π ia ln Rb − Trong đó: Dm = ( d ab d ab d ab ) ( 1) ( 2 ) ( 3 ) 1/ 3 = ( d ac d ac d ac ( 1) ( 2 ) ( 3 ) ) 1/ 3 Trở Kháng Của Đường Dây 3 Pha  Sụt áp giữa 2 đầu dây với dây trung tính Va... d12 d 23d13 ) 1/ 3 : khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn đảo pha lần 1, 2,3 − l Hỗ cảm trung bình trên 1m − Khi phân pha − − a µ 0 Dm = ln 2π r' µ 0 Dm Dm −7 la = lb = lc = l = 2π ln R = 2 × 10 ln R b b − Đảo pha đường dây truyền tải Khi đảo pha Trong đó: Từ thông móc vòng tương của cáp 1 µ0  1 1 1  λ1a =  ia ln + ib ln ( 1) + ic ln ( 1)  2π  Rb d ab d ac  ( 1) d (1) ab: khoảng cách... Tăng khả năng tải đường dây Đường Dây Truyền Tải Phân Pha  Đường dây phân pha với 4 sợi cáp trong 1 búi (khung định vị) Trong đó: • D: khoảng cách giữa các sợi cáp trên cùng 1 búi r • r: bán kính của sợi cáp (tất cả các sợi cáp đều có cùng bk r) Hình 3 .15 Phân pha thành 4 dây của mạng 3 pha Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Xét từ thông móc vòng của sợi cáp 1 trong búi pha a: giả định dòng điện trong mỗi... từ thông nối tất cả N vòng dây của cuộn thì λ = Nφ Trong đó λ là từ thông móc vòng với đơn vị là webers-vòng  Từ thông tổng bằng tổng của từ thông móc vòng thành phần của từng vòng dây N λ = ∑ φi i =1 Trong đó φi là từ thông nối vòng thứ i của cuộn dây Giới Thiệu Về Từ Tính Điện cảm được xác định là quan hệ tuyến tính giữa từ thông móc vòng và dòng điện Bởi vì, từ thông móc vòng sinh ra trên đoạn dây. .. trị của dây dẫn r1, = r1e − µ r / 4  Từ thông móc vòng trên một mét chiều dài của sợi thứ k là µ0 λk = 2π  1 1 1   i1 ln  +  + ik ln , +  + in ln d1k rk d kn   Đường Dây Truyền Tải Phân Pha  Đặc điểm:  Thay thế 1 sợi cáp trên 1 pha thành 2,3,4…sợi  Những sợi cáp này được định vị trên cùng 1 khung với khoảng cách bằng nhau giữa các sợi  Mục đích:  Giảm tổn thất vầng quang  Giảm điện. .. bình trên 1m chiều dài của pha a    − λ • Mỗi pha đều được đảo pha đồng thời và cùng chiều dài của đường dây • Đường truyền không phân pha với bán kính của cáp là r • Dòng điện cân bằng ia + ib + ic = 0 1 = 3 (λ ( 1) a ( 2) ( 3) +λa +λa ) − (i) Với: λ a : từ thông móc vòng trên 1m chiều dài trong tiết diện i(i =1, 2,3) Đảo pha đường dây truyền tải − λ Khi đảo pha đầy đủ a = µ0 2π  1 1 1  µ0 D  ... 1   i1 ln + i2 ln  + + in ln r '1 d12 d1n   Ta có: µ0 1 = 2π   1 + ib ln + ic ln ia ln 1/ 1/ 1/  (r ' d12 d13d14 ) (d15 d16 d17 d18 ) (d19 d1 ,10 d1 ,11 d1 ,12 )   µ0  1  = ... D1b D1c  Đường Dây Truyền Tải Phân Pha Trong đó:        - Bk hình học (GMR) búi dây phân pha cáp Rb = (r’d12d13d14 )1/ 4 - Kc hình học (GMD) từ cáp tới pha b: D1b = (d15d16d17d18 )1/ 4 -. .. tới pha c: D1c = (d19d1 ,10 d1 ,11 d1 ,12 )1/ 4 µ0 D • D1b ≈ D1c ≈ D ⇒ 1 = ia ln Chú ý:  2π Rb • ia + ib + ic =  Công thức xác định hỗ cảm: la = Nếu búi có b sợi dây, thì: µ0 D D ln = 10 −7 ln