Chương 6 lựa CHỌN dây dẫn TRONG MẠNG điện

CHƯƠNG LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 6.3 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NĨNG DO DỊNG NGẮN MẠCH 6.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ §6.1 KHÁI NIỆM CHUNG Tiết diện dây dẫn lõi cáp phải lựa chọn nhằm đảm bảo làm việc an toàn, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật kinh tế mạng Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây là: - Phát nóng dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn); - Phát nóng dòng điện ngắn mạch (ngắn hạn); - Tổn thất điện áp dây dẫn cáp trạng thái làm việc bình thường cố; - Độ bền học dây dẫn an toàn; -Vầng quang điện §6.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nhận xét: Với điều kiện ta xác định tiết diện, tiết diện dây dẫn bé chúng tiết diện cần lựa chọn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật Tuy nhiên có điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an tồn dây dẫn sau lựa chọn theo điều kiện khác cần phải ý đến điều kiện riêng loại dây dẫn, vị trí mơi trường nơi sử dụng để lựa chọn đơn giản xác hơn: + Yếu tố vầng quang độ bền học ý chọn cáp; + Để đảm bảo độ bền học người ta qui định tiết diện dây dẫn tối thiểu cho loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình mà dây qua…); §6.1 KHÁI NIỆM CHUNG + Yếu tố vầng quang điện đề cập tới điện áp đường dây từ 110 kV trở lên Để ngăn ngừa làm giảm tổn thất vầng quang điện người ta qui định đường kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác Ví dụ: Với cấp điện áp 110 kV d > 9,9 mm tương ứng 70 mm2, với cấp 220 kV d > 21,5 mm tương ứng 120 mm2 + Ngoài yếu tố kỹ thuật an tồn tiết diện dây dẫn lựa chọn theo điều kiện kinh tế cho hàm chi phí tính tốn Z đạt 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NĨNG Sự phát nóng có dòng điện chạy qua Khi có dòng điện chạy qua, hiệu ứng Jun vật dẫn nóng lên Nếu nóng giảm độ bền học, làm giảm tuổi thọ phá hỏng đặc tính cách điện chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp) Vì để hạn chế phát nóng q mức người ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với loại dây, ví dụ: 70ºC với dây dẫn không; 55 ºC với cáp bọc cao su; 80ºC với cáp điện có điện áp đến kV; 65ºC với cáp kV; 60ºC với cáp 10 kV… 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Sự phát nóng có dòng điện chạy qua Q trình phát nóng vật dẫn sau: Năng lượng dùng để phát nóng tính Q = I2.R.t nhiệt độ thiết bị tăng lên không ngừng Tuy nhiên ngồi q trình đốt nóng có trình tỏa nhiệt (phụ thuộc vào mức chênh lệch nhiệt độ dây dẫn) Sự chênh lệch nhiệt độ vật dẫn lớn trình tỏa nhiệt mạnh Vì I=const, nhiệt độ dây dẫn dừng lại mức (sau thời gian ổn định nhiệt) Qcc = Qtoa (cân nhiệt) 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Sự phát nóng có dòng điện chạy qua Q trình phát nóng vật dẫn sau: Như phát nóng dòng điện làm việc dài hạn gây ra, tính cân nhiệt Nhiệt lượng sản đơn vị thời gian dòng điện dây có điện trở tác dụng R lượng nhiệt tỏa từ môi trường xung quanh thời gian đó: Q= I2.R = K.S.(θ-θ0) Trong đó: K - Hệ số tỏa nhiệt (phụ thuộc vào môi trường xung quanh); S - Diện tích mặt ngồi dây dẫn (diện tích tỏa nhiệt) θ, θ0 nhiệt độ dây dẫn nhiệt độ môi trường xung quanh 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Sự phát nóng có dòng điện chạy qua Q trình phát nóng vật dẫn sau: Nếu khống chế để θ = θcp, qui định ứng với loại dây cụ thể (về R) qui định cụ thể θ0, điều kiện làm mát cụ thể thì: K.S.(θ cf − θ ) I cp = R (6.1) Từ (6.1) thấy tính sẵn Icp với loại dây cụ thể ta qui định chi tiết S, R(F), θcp, K, θ0 ứng với điều kiện cụ thể tính Icp hay lập bảng Icp= f(F, loại dây, điều kiện tiêu chuẩn) Cần ý nhiệt độ khơng khí xung quanh thường lấy +25ºC, đất 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Dòng điện chạy đường dây gây phát nóng dây dẫn cách điện dây dẫn Để đảm bảo làm việc lâu dài dây dẫn, nhiệt độ dây dẫn không vượt nhiệt độ cho phép Nhiệt độ cho phép dây dẫn tương ứng với dòng điện cho phép điều kiện định môi trường xung quanh Điều kiện làm lạnh môi trường xấu, dòng điện cho phép chạy qua dây dẫn nhỏ Điều kiện làm lạnh môi trường xét đến hệ số hiệu chỉnh Các hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, số lượng đường dây làm việc song song vị trí đặt đường dây 6.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Điều kiện lựa chọn dây dẫn: Ilvmax ≤ Icp.k1.k2 (6.2) Trong đó: Ilvmax dòng điện cực đại lâu dài dây dẫn; Icp dòng cho phép tra bảng (theo điều kiện tiêu chuẩn); k1, k2 hệ số hiệu chỉnh: k1 ý đến nhiệt độ môi trường khác tiêu chuẩn; k2 hệ số xét tới điều kiện làm mát (tỏa nhiệt) khác tiêu chuẩn (phụ thuộc vào số lượng đường cáp cạnh nhau) 10 6.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP Bước 2: Mặc dù tiết diện đoạn đường dây khơng x0 thay đổi theo tiết diện nên ta có: P01 l01 P12 l12 ' " ΔUΔUΔU = = + cf − γ.F.Uγ.F.U dm dm Tính theo I ta có: 3.I 01.l01 cos ϕ01 3.I12 l12 cos ϕ12 ∆U ' = + γ F01 γ F12 Để có ΔP, ΔA đạt j=const I 01 I12 j= = F01 F12 24 6.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP Thay vào biểu thức trên: ∆U ' = j.( I 01 cos ϕ01 + I12 cos ϕ12 ) γ γ ∆U ' j= ( I 01 cos ϕ01 + I12 cos ϕ12 ) Tổng quát cho lưới n phụ tải: j= γ ∆U ' ∑ I ij cos ϕij (6.11) Bước 3: Từ biểu thức (6.11) ta dễ dàng tính tiết diện đoạn: F01=I01/j; F12=I12/j… Bước 4: Kiểm tra so sánh hao tổn điện áp thực tế với hao tổn điện áp cho phép j >j 25 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Dây dẫn dây cáp phần tử chủ yếu mạng điện Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn dây cáp tiêu chuẩn kỹ thuật thỏa mãn tiêu kinh tế, góp phần định vào chất lượng mạng điện thiết kế, bảo đảm điều kiện cho việc cung cấp điện an toàn, liên tục có chất lượng, đồng thời góp phần khơng nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải điện năng, mang lại lợi ích lớn khơng cho ngành điện mà có lợi cho tất ngành kinh tế quốc dân Tiết diện dây dẫn dây cáp lựa chọn theo tiêu chuẩn khác nhau: tiêu chuẩn kinh tế, tiêu chuẩn kỹ thuật Tùy theo loại mạng điện cấp điện áp mà ta phải theo tiêu chuẩn chính, bắt buộc tiêu chuẩn phụ, để kiểm 26 tra 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Do cán kỹ thuật phải nắm vững chất phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn dây cáp để sử dụng chỗ có hiệu Tiết diện dây dẫn ảnh hưởng nhiều đến vốn đầu tư để xây dựng đường dây chi phí vận hành đường dây Tăng tiết diện dẫn đến tăng chi phí xây dựng vận hành đường dây, giảm tổn thất điện chi phí tổn thất điện Vì cần phải chọn tiết diện để hàm chi phí tính tốn có giá trị nhỏ 27 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Đối với đường dây không đường dây cáp hàm chi phí tính tốn xác định theo công thức l Z = (a tc + a vh )K + 3I ρ τ.c F ln (6.12) Trong đó: atc hệ số định mức hiệu vốn đầu tư; avh hệ số khấu hao hao mòn, sửa chữa thường kỳ phục vụ đường dây năm, tính theo phần trăm vốn đầu tư K; K vốn đầu tư để xây dựng đường dây; Iln dòng điện lớn chạy đường dây chế độ bình thường, A; 28 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Trong (Tiếp): ρ điện trở suất vật liệu dây dẫn, Ω.mm2/km; l chiều dài đường dây, km; F tiết diện dây dẫn, mm2; τ thời gian tổn thất lớn nhất, h; c giá thành điện tổn thất, đ/kWh 29 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Vốn đầu tư cho đường dây phụ thuộc vào tiết diện chiều dài đường dây Vốn đầu tư để xây dựng đường dây xác định theo công thức: K= [k0 + n(a+bF)].l (6.13) Trong đó: k0 giá km đường dây, không phụ thuộc vào tiết diện dây (thăm dò, khảo sát…), đ/kWh; n số mạch đường dây; a hệ số phụ thuộc vào điện áp đường dây, đ/km; b hệ số tỷ lệ với tiết diện dây dẫn, đ/km.mm2 Sau thay (6.13) vào (6.12) nhận được: l Z = (a tc + a vh )[k + n(a + bF)].l + 3Iρτ.c F ln (6.14) 30 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Sau lấy đạo hàm Z theo tiết diện dây dẫn cho khơng, tìm điều kiện nhỏ hàm chi phí Z: ∂Z l = (a tc + a vh )nbl − 3I ln ρ τc = (6.15) ∂F Fkt Từ phương trình (6.15) nhận 3.ρ τ c Fkt = I ln (atc + avh ).n.b (6.16) Tiết diện dây dẫn xác định theo biểu thức (6.16) tiết diện kinh tế Fkt 31 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Có thể nhận thấy, chọn tiết diện dây dẫn theo (6.16) tương đối phức tạp Do thực tế người ta thường dùng giải pháp đơn giản để xác định tiết diện dây dẫn Đó phương pháp chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế dòng điện Mật độ kinh tế dòng điện tỷ số dòng điện lớn chạy đường dây với tiết diện kinh tế: I ln jkt = (6.17) F kt Trong đó: Iln dòng điện lớn chạy đường dây, A; jkt mật độ kinh tế dòng điện, A/mm2 32 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Từ công thức (6.16) (6.17) nhận được: jkt = (a tc + a vh )n.b 3ρ τ c (6.18) Mật độ kinh tế dòng điện phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, thời gian sử dụng phụ tải lớn Tln… Nó chọn theo kiểu dây dẫn thời gian sử dụng phụ tải lớn Các giá trị mật độ kinh tế dòng điện cho bảng 6.1 33 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Bảng 6.1 Trị số mật độ dòng điện kinh tế (A/mm2) Loại dây dẫn Thời gian sử dụng công suất lớn Tmax 1000-3000 h 3001-5000 h > 5000 h Dây trần -Đồng -Nhôm (áp dụng cho dây AC) 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 Dây cáp với cách điện giấy, dây dẫn cách điện cao su vật liệu tổng hợp có lõi: -Đồng -Nhơm 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 Dây cáp lõi đồng cách điện cao su vật liệu tổng hợp 3,5 3,1 2,7 34 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Nếu đường dây có nhiều phụ tải, thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải có giá trị khác nhau, mật độ kinh tế dòng điện xác định theo giá trị trung bình thời gian sử dụng lớn Thời gian sử dụng phụ tải lớn trung bình Tln xác định theo công thức sau: Tlntb n ∑P T = ∑P i =1 iln iln iln (6.19) Trong đó: Piln cơng suất tác dụng lớn phụ tải thứ i; Tiln thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải thứ i; n số lượng phụ tải 35 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Tiết diện kinh tế đoạn đường dây xác định theo công thức sau: Fjkt = I jln (6.20) jkt Trong đó: Ijln dòng điện lớn chạy đoạn đường dây thứ j chế độ làm việc bình thường Trong trường hợp tất đoạn đường dây chọn tiết diện, dòng điện tính tốn đường dây dùng để xác định tiết diện dây dẫn xác định sau: m I L = I l + I l + = ∑ I r tt 1 2 j=1 j j 36 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Do đó: m I tt = I ∑ jlj j=1 L (6.21) Trong đó: Ij dòng điện chạy đoạn đường dây thứ j; lj chiều dài đoạn đường dây thứ j; L chiều dài đường dây; m số lượng đoạn đường dây Tiết diện kinh tế đường dây tính theo cơng thức I tt Fkt = jkt (6.22) Mật độ kinh tế dòng điện áp dụng để chọn tiết diện đường dây không điện áp 6-500 kV đường dây 37 cáp điện áp lớn kV 6.5 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Sau chọn tiết diện tiêu chuẩn cần tiến hành kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện vầng quang, theo điều kiện độ bền theo điều kiện phát nóng Đối với mạng phân phối cần kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện phát nóng theo tổn thất cho phép điện áp ΔUcp 38 ... 6. 2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Dòng điện chạy đường dây gây phát nóng dây dẫn cách điện dây dẫn Để đảm bảo làm việc lâu dài dây. .. DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ Dây dẫn dây cáp phần tử chủ yếu mạng điện Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn dây cáp tiêu chuẩn kỹ thuật thỏa mãn tiêu kinh tế, góp phần định vào chất lượng mạng điện. .. thức (6. 2) có dạng: Icp ≥ I (6. 3) Các biểu thức (6. 2) (6. 3) điều kiện chọn tiết diện dây dẫn theo phát nóng Tra bảng chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn có dòng điện cho phép lớn gần 12 6. 2 CHỌN