Cung cấp điện Quyền Huy Ánh Chương 4

Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN ĐIỆN MẠNG PHÂN PHỐI 4.1 Khái quát Điện tải từ phía thứ cấp trạm biến áp phân phối cấp truyền tải phụ hay trạm biến áp trung gian cấp truyền tải đến máy biến áp phân phối qua phát tuyến sơ cấp điện áp từ 10kV đến 69kV Máy biến áp phân phối giảm áp để cung cấp cho mạng phân phối thứ cấp (hạ áp) điện áp từ 110 V đến 660 V Mạng phân phối có cấu trúc hình tia, mạch vòng kín (thường vận hành hở) phức tạp cấu trúc lưới hay cấu trúc mạng phân phối sơ cấp thứ cấp vùng cung cấp lớn với nhiều loại phụ tải yêu cầu tính liên tục cung cấp điện Mạng phân phối sơ cấp thứ cấp phải phân phối đến tận nơi tiêu thụ nên tổng chiều dài lớn nên vấn đề chất lượng điện áp quan tâm chủ yếu thiết kế đường dây phải đảm bảo độ sụt áp cho phép Trong tính toán mạng phân phối, cần đưa số giả thiết sau:  Do điện áp thấp so với điện áp truyền tải, chiều dài đường dây ngắn nên không xét ảnh hưởng điện dung đường dây Ngoại trừ, cáp ngầm có chiều dài lớn lúc công suất kháng điện dung phát lớn PX  QR công thức tính sụt áp thành phần  Bỏ qua thành phần vuông góc U không đáng kể điện trở lớn hệ số công suất thấp  Dùng điện áp đònh mức m công thức tính sụt áp tổn thất công suất 4.2 Sơ đồ thay lưới điện Đường dây Mô hình đầy đủ đường dây phân phối đặc trưng thông số như: điện trở, điện kháng, điện dung điện dẫn Điện kháng điện dung ảnh hưởng từ trường điện trường quanh dây dẫn Điện dẫn shunt giải thích dòng rò chảy qua cách điện ion hóa không khí Tính toán xác mức độ ảnh hưởng thông số đường dây phức tạp nên thực tế tùy theo yêu cầu mức độ xác mô hình mục đích nghiên cứu mà sử dụng mô hình đường dây hình  (Hình 4.1.a) hay mô hình đường dây đơn giản hoá Zl  rl  jx l  ro  jx o .l  Yl  g l  jb l  g o  jb o .l (4.1) Ở đây: rl, xl, gl bl điện trở, cảm kháng, điện dẫn dung dẫn đường dây; ro, xo, go bo điện trở, cảm kháng, điện dẫn dung dẫn đơn vò chiều dài (km); l chiều dài dây dẫn (km) Số liệu đònh hướng cho xo bo trình bày bảng 4.1 D x  0.145 lg( )  0.0157 (/km) r D=0,5; 1,5; 2,5; 5; 8; 14m (0,4; 15; 22; 110; 220; 500kV) H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 41 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Đối với mạng điện khu vực điện áp đến 110kV ý đến tiết diện tối thiểu hạn chế vầng quang điện, sơ đồ thay thường bỏ qua thông số điện dẫn gl (Hình 4.1.b), mạng điện đòa phương chiều dài đường dây không vượt 100km điện áp đường dây không vượt 69 kV thường bỏ qua tổng dẫn (Hình 4.1.c) Riêng với đường dây cáp điện áp d từ (6 ÷ 10) kV thấp mạng điện chiều (xo= 0, bo= 0) nên sơ đồ thay trở (Hình 4.1.d) Bảng 4.1 Số liệu đònh hướng cho xo bo Điện áp, kV 22 - Trên không - Cáp 35 - Trên không - Cáp 110 - Trên không - Cáp xl rl bl gl rl xo /km 0.40 0.11 0.40 0.125 0.40 0.17 2.75 xl rl bl bl xl Q0 kVar/km 100 100 35 140 2.75 gl a bo 10-6, 1/ km 2.8 c Hình 4.1 Mô hình đường dây thông số tập trung bl rl b d Máy biến áp Các máy biến áp thường sử dụng trạm máy biến áp hai cuộn dây, máy biến áp ba cuộn dây máy biến áp tự ngẫu Đôi mạng điện có máy biến áp điều chỉnh bổ sung Các máy biến áp sử dụng để tối ưu hoá chế độ làm việc mạng hệ thống điện a Mô hình máy biến áp hai cuộn dây Đối với máy biến áp ba pha hai cuộn dây tính toán thường dùng sơ đồ thay hình  với bốn thông số đặc trưng cho trình tải điện qua điện trở rT, cảm kháng xT, điện dẫn gT cảm dẫn bT, đó: Tổng trở máy biến áp ZT phản ánh tượng tổn thất công suất tác dụng hiệu ứng Joule tượng tổn thất công suất phản kháng tổn từ hai cuộn dây: Ở đây: ZT = rT + jxT (4.2) rT = r1 + r’2; (4.3) xT = x1 + x’2; (4.4) Với: r’2 x’2 điện trở cảm kháng cuộn thứ cấp qui đổi cuộn sơ cấp Tổng dẫn YT phản ánh tượng tổn thất công suất lõi thép máy biến áp: phát nóng dòng Foucault tổn hao gông từ H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 42 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh YT = gT + jbT (4.5) Với: gT bT điện dẫn dung dẫn máy biến áp kT ZT xT rT kT   S0 YT a b Hình 4.2 Mô hình máy biến áp tuyến tính hai cuộn dây  Có thể thay tổng dẫn YT phụ tải  S   S0  P0  jQ Với: P0 tổn hao không tải dòng Foucault Q0 tổn hao gông từ Các thông số nêu máy biến áp, xác đònh từ thí nghiệm ngắn mạch (với dòng đònh mức), thí nghiệm không tải (với áp đònh mức), bao gồm: tổn thất ngắn mạch  PN, tổn thất không tải  Po, điện áp ngắn mạch UN dòng điện không tải Io S 2đm PN  3I rT  rT U đm đm (4.6) Suy ra: rT  PN [kW].U 2đm [kV ].10 [] S 2đm [kVA ] (4.7) Đối với máy biến áp rT 0 Q12 >0 chiều thực P12 Q12 chiều qui ước Hình 4.11 giá trò công suất âm chiều thực công suất ngược với chiều qui ước lựa chọn ban đầu Trường hợp, mạng kín có n phụ tải, công suất S A1 xác đònh theo biểu thức: n SA1  PA1  jQ A1  n  Si (  l j ) i 1 j  i 1 n l i 1 H S ph m K thu t Tp HCM (4.62) i feee.hcmute.edu.vn 53 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Sau xác đònh công suất S A1 đầu nguồn tính công suất đoạn lưới cách áp dụng đònh luật Kirchoff dòng điện nút Nút có luồng công suất đến từ hai phía gọi điểm phân công suất, ký hiệu  Đây điểm có điện áp thấp đường dây (trên Hình 4.11, điểm phân công suất nút 2) Sụt áp lớn mạng điện kín trường hợp là: P R  Q A2 X3 U max  U  A U Tuy nhiên, cần lưu ý điểm phân công suất công suất tác dụng công suất phản kháng khác Trường hợp cần phải kiểm tra sụt áp hai điểm để xác đònh điểm có điện áp thấp Sau tính luồng công suất đoạn lưới, tổn thất công suất tổn thất điện đoạn lưới xác đònh theo công thức (4.31), (4.32) (4.33) Tổng tổn thất công suất điện toàn mạng kín: k P   Pm m 1 A   P  Ở đây: m số đoạn lưới mạng kín Ví du 4.2: Xét mạng kín 22kV (Hình 4.11) cung cấp từ nguồn A cho phụ tải (công suất tính MVA, chiều dài tính km) Toàn mạng điện sử dụng dây nhôm trần A-95 có khoảng cách trung bình pha Dtb = 1,5m Tính sụt áp lớn mạng lúc bình thường cố (  U%) Giải: Tổng trở km đường dây: z0= 0,33 + j0,332/km Do mạng kín tiết diện nên phân bố luồng công suất đoạn lưới xác đònh theo chiều dài với phụ tải tập trung nút 1: A 1+j1 3 3+j2 1+j1  2+j2 1+j1 Hình 4.11 Mạng điện kín với phụ tải 4 + j36 + + 6 + 1 + j13 + 6 + 2 + j26 S A1 = 3+ 6+3+ = 4.5+j3.67 (MVA) H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 54 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh 2 + j23 + + 3 + 1 + j13 + 6 + 4 + j33 S A3 = 3+ 6+3+ = 2,5+j2,33 (MVA) Từ giá trò SA1 , SA xác đònh luồng công suất đoạn lưới lại Kết tính toán ghi Hình 4.11 Nút điểm phân công suất (tác dụng phản kháng) nên nút có điện áp thấp mạch vòng khả nút có điện áp thấp toàn mạng Tổn thất điện áp đoạn A -1: 4,5 × 0.33x3 + 3,67 × 0,332x3 100 0  1,68% U A1 0 = 22 Tổn thất điện áp đoạn -2: 0,5 × 0.33 × + 0,67 × 0,332 × U 12 0 = 100 0  0,48% 22 Tổn thất đoạn 1-4: U 14 0 = × 0.33x3 + × 0,332x3 100 0  0,42% 22 Tổn thất điện áp lớn toàn mạng: U A2 % = 1,68% + 0,48% = 2,16% Trường hợp cố, sụt áp lớn xảy đứt đoạn lưới A1, mạng trở thành hở cung cấp theo đường A–3–2–1-4 (Hình 4.12), nút có điện áp lớn nhất: A 6km 7+j6 3km 4+j3 5+j4 2+ j2 6km 1+j1 3km 1+j1 3+ j2 1+j1 Hình 4.12 Sơ đồ phân phối đứt đoạn lưới A-1  7  0,33    0,33x3   0,33x6   0,33x1 U A 0   22  6  0,332    0,332x3   0,332    0,332x3 .100%   22   10,4% H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 55 [...]... 0,33  4  0,166  1  0,6 64  0,5  0,332 10  0 ,41 3kV  Tổn thất điện áp từ A đến phụ tải 4: 1 U A4   6  0,165  2  0,66   4  0,166  2  0,6 64  10 = 0 ,43 (kV) Như vậy, tổn thất điện áp lớn nhất U A4  0 ,43 kV và điểm 4 có điện áp thấp nhất: U4 = UA -  UA4 = 11 – 0 ,43 = 10,57 (kV) 4 Trường hợp đường dây có phụ tải phân bố đều Xét đường dây có phụ tải phân bố đều (Hình 4. 9) Is U... 0  0 ,42 % 22 2 Tổn thất điện áp lớn nhất trong toàn mạng: U A2 % = 1,68% + 0 ,48 % = 2,16% Trường hợp sự cố, sụt áp lớn nhất xảy ra khi đứt đoạn lưới A1, mạng trở thành hở cung cấp theo đường A–3–2–1 -4 (Hình 4. 12), trong đó nút 4 có điện áp lớn nhất: A 6km 3 7+j6 3km 2 1 4+ j3 5+j4 2+ j2 6km 1+j1 3km 4 1+j1 3+ j2 1+j1 Hình 4. 12 Sơ đồ phân phối khi đứt đoạn lưới A-1  7  0,33  6  5  0,33x3  4  0,33x6... trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Tổn thất công suất trên toàn mạng điện: 1  S  6 2  4 2 0,165  j0,166   2 2  1 2 0,66  j0,6 64  2 10  1 2  0,5 2 0,33  j0,332   2 2  2 2 0,66  j0,6 64  ] S  0,175 j0,180 MVA Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng tính theo phần trăm: P 0,175 P%   100%   100%  2,92% pi 6 Q%  Q 0,180 100%  100%  4, 5% qi 4 Tổn thất điện. .. tập trung về nút 1: A 3 1+j1 4 6 1 3 3 3+j2 1+j1 3 6  2+j2 2 1+j1 Hình 4. 11 Mạng điện kín với 4 phụ tải 4 + j36 + 3 + 6 + 1 + j13 + 6 + 2 + j26 S A1 = 3+ 6+3+ 6 = 4. 5+j3.67 (MVA) H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 54 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh 2 + j23 + 6 + 3 + 1 + j13 + 6 + 4 + j33 S A3 = 3+ 6+3+ 6 = 2,5+j2,33 (MVA) Từ giá trò SA1 , SA 3 xác đònh... điểm có điện áp thấp nhất Sau khi tính được luồng công suất trên các đoạn lưới, tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên các đoạn lưới được xác đònh theo các công thức (4. 31), (4. 32) và (4. 33) Tổng tổn thất công suất và điện năng trong toàn mạng kín: k P   Pm m 1 A   P  Ở đây: m là số đoạn lưới trong mạng kín Ví du 4. 2: Xét mạng kín 22kV (Hình 4. 11) cung cấp từ nguồn A cho 4 phụ tải... trên Hình 4. 11 Nút 2 là điểm phân công suất (tác dụng và phản kháng) nên nút 2 có điện áp thấp nhất trong mạch vòng và khả năng nút 4 có điện áp thấp nhất trong toàn mạng Tổn thất điện áp trên đoạn A -1: 4, 5 × 0.33x3 + 3,67 × 0,332x3 100 0 0  1,68% U A1 0 0 = 22 2 Tổn thất điện áp trên đoạn 1 -2: 0,5 × 0.33 × 6 + 0,67 × 0,332 × 6 U 12 0 0 = 100 0 0  0 ,48 % 22 2 Tổn thất trên đoạn 1 -4: U 14 0 0 = 1... dấu * chỉ số phức liên hợp (4. 51) SA1Z1  S12 Z2  SA2 Z3  0 Vì bỏ qua tổn thất công suất nên : S  S  S 12 A1 (4. 52) 1 (4. 53) S A2  S1  S2  S A1 H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 52 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Thay (4. 52) và (4. 53) vào (4. 51):         S A1 Z1   S A1  S1  Z 2   S1  S2  S A1  Z 3  0     Hay: Nên:    S A1 Z1  Z... dây ứng với x=l; 1 U l  I s zxl 2 H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn (4. 49) 51 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Ở đây: n n i 1 i 1 ( p i ) 2  ( q i ) 2 Is  3U Tổn thất công suất vi cấp: x dP  I 2x rdx  [I s (1  )]2 rdx l Tổn thất công suất trên toàn đường dây: l 1 P   dP  I s2 rl 3 0 (4. 50) Như vậy, đối với đường dây có phụ tải phân bố đều thì độ sụt áp tương tương... trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy nh Sau khi xác đònh được công suất S A1 đầu nguồn có thể tính được công suất trên các đoạn lưới bằng cách áp dụng đònh luật Kirchoff về dòng điện tại các nút Nút có luồng công suất đi đến từ hai phía gọi là điểm phân công suất, ký hiệu  Đây chính là điểm có điện áp thấp nhất trên đường dây (trên Hình 4. 11, điểm phân công suất là nút 2) Sụt áp lớn nhất trong mạng điện. .. S2=P2+jQ2 2 Z2 Hình 4. 10 Mạng điện kín cung cấp từ một nguồn Tách đầu nguồn A làm hai đầu nguồn cung cấp A1 và A2, có điện áp bằng nhau về trò số và góc pha Qui ước chiều công suất trên đường dây như hình vẽ, theo đònh luật Kirchoff, viết được phương trình cân bằng điện áp: I A1Z1  I12 Z2  I A2 Z3  0 * * * SA2 S12 Z3  0 Z2  3U đm 3U đm SA1 Z1  3U đm Ở đây: dấu * chỉ số phức liên hợp (4. 51) SA1Z1