Bài giảng Cung cấp điện: Chương 6 - Phạm Khánh Tùng

Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Xác định tiết diện dây dẫn cung cấp cho người học các kiến thức: Lựa chọn theo điều kiện phát nóng, lựa chọn theo điều kiện phát nóng do ngắn mạch, lựa chọn theo tổn thất điện áp cho phép,... Mời các bạn cùng tham khảo.

BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN Biên soạn: Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật hnue.edu.vn\directory\tungpk CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Những vấn đề chung - Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây + Phát nóng dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn) + Phát nóng dịng 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 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN - Với điều kiện ta xác định tiết diện dây dẫn tương ứng, tiết diện dây dẫn lớn tiết diện cần lựa chọn thoả 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 (đặc thù) loại dây dẫn, vị trí mơi trường nơi sử dụng… - Một số trường hợp đặc biệt, qua lựa chọn tiết diện dây dẫn cách đơn giản xác CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Yếu tố vầng quang điện độ bền học ý chọn tiết diện dây dẫn không + Điều kiện phát nóng dịng ngắn mạch ý chọn cáp + Để đảm bảo độ bền học người ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình …) + Ngồi yếu tố kỹ thuật an tồn tiết diện dây dẫn cịn lựa chọn theo điều kiện kinh tế để cho hàm chi phí tính tốn Ztt nhỏ CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + 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 có qui định đường kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác Ví dụ: Cấp 110 kV d > 9,9 mm → tương ứng 70 mm2 Cấp 220 kV d > 21,5 mm → tương ứng 120 mm2 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN LỰA CHỌN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 1.1 Sự phát nóng có dịng điện chạy qua Tác động dịng điện làm vật dẫn nóng lên nhiệt độ cao làm giảm độ bền học, giảm tuổi thọ phá hỏng đặc tính cách điện chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp) Để hạn chế phát nóng mức, có qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với chủng loại dây CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép với loại: Loại dây dẫn điện Nhiệt độ Thanh dẫn dây dẫn không 70oC Cáp bọc cao su 55oC Cáp điện có điện áp đến kV 80oC Cáp kV 65oC Cáp 10 kV 60oC Từ xác định dịng điện làm việc lâu dài cho phép CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Quá trình phát nóng vật dẫn Năng lượng dùng để phát nóng: Q cc  P.t  I R.t Ban đầu nhiệt độ thiết bị tăng lên, nhiệt độ vật lớn nhiệt độ môi trường xung quanh xuất trình toả nhiệt Qtoa  K S     Sự chênh nhiệt độ vật dẫn lớn trình toả nhiệt mạnh CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Nếu I = conts, nhiệt độ dây dẫn dừng lại mức (sau thời gian ổn định nhiệt) Khi Qcc = Qtoa → trạng thái cân nhiệt I R  K S     Khống chế để θ = θcp, ứng với loại dây cụ thể Qui định θ0 , hay điều kiện làm mát cụ thể I cp  K S ( cp   ) R CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Icp tính sẵn với loại dây cụ thể ta qui định chi tiết S; R(F); θcp; K; θ0 Lập bảng Icp = f(F; loại dây; điều kiện tiêu chuẩn) Chú ý nhiệt độ khơng khí xung quanh (tính trung bình) thường lấy +25oC ; đất thường lấy +15oC CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 3.2 Khi đường dây dùng tiết diện khác Trong mạng hạ áp, phân phối có độ dài lớn, cấp điện cho số phụ tải, dùng đường dây tiết diện không hợp lý: Tốn nhiều kim loại mầu cho đường dây Tổn thất công suất điện Trong trường hợp đường dây chọn theo phương pháp mật độ dịng điện khơng đổi CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Cho biết ∆Ucp mạng U cp  U '  U '' Chọn giá trị x0 x0 U  U đm '' (x0 thay đổi theo tiết diện)  Qijlij CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN P01l 01 P12 l12 U  U cp  U    F01U đm  F12 U đm ' 1 R  F  F '' P  3U.I cos 3.I 01l 01 cos 01 3.I12 l12 cos12 U    F01  F12 ' CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Mật độ dịng điện khơng đổi: I 01 I12 J   F01 F12 U '   Jl 01 cos01  l12 cos12  U ' J 3l 01 cos 01  l12 cos12  CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tổng quát : J U '  l ij cos ij Tiết diện đoạn I 01 I12 F01  ; F12  J J CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Ví dụ : Cho đường dây 10 kV cung cấp điện cho phụ tải ∆Ucp = 5% Đường dây nhơm với khoảng cách trung bình hình học Dtb = m Hãy xác định tiết diện dây dẫn CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Giải: + Xác định dòng nhánh: P01 900  500 I 01    101(A) 3U cos 01 3.10.0,8 P12 500 I12    36(A) 3U cos12 3.10.0,8 + Chọn x0 = 0,35 Ω/km Tính ∆U” U ''  3x  I ij l ij sin ij  3.0,35101.4.0,6  36.0,35.2  172(V) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN U '  U cp  U ''  500  172  328(V) + Tính mật độ dòng điện: J U '  l ij cos ij  328.31,7  1,25A / mm  34  2,8 + Tiết diện đoạn 0-1 I 01 101 F01    92(mm ) J 1,1 Chọn dây A-95, dòng điện cho phép Icp = 325 A CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Tiết diện đoạn 1-2 I12 36 F12    33(mm ) J 1,1 Chọn dây A- 35 có dịng điện cho phép Icp = 170 A CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN LỰA CHỌN THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ Mạng điện cung cấp thường có tiết diện lớn (điện trở nhỏ), nên tăng tiết diện không làm tổn thất điện áp giảm nhiều Mặt khác khả điều chỉnh điện áp mạng cung cấp lại lớn (dùng BA điều áp tải, giảm Q đường dây, điều chỉnh nguồn cung cấp…) đồng thời có Tmax lớn Vì mạng cung cấp (phân phối) tốt tiết diện dây dẫn chọn theo tiêu kinh tế, tức phải xây dựng hàm chi phí tính tốn theo tiết diện đường dây Viết phương trình hàm chi phí tính tốn: CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Phương trình hàm chi phí tính tốn: Z  a vh  a tc V  3.I 2maxR C Tương quan vốn đầu tư với tiết diện sau: V  v  b.Fl Trong đó: v0 - vốn đầu tư xây dựng km đường dây thành phần không liên quan đến tiết diện dây (chi phí thăm dị, vạch tuyến đường, mua sứ, cột ) (đ/km) b - giá thành km đường dây với tiết diện mm2 (đ/mm2km) F - tiết diện dây (mm2) l - chiều dài đường dây (km) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Thành phần thứ hàm Z Ta phân tích R   l F Nên cuối cuối ta viết Z = f(F), gồm phần: Z  a vh 3.I 2max. l. C  a tc v  b.F.l  F I → tỉ lệ thuận với F II → tỉ lệ nghịch với F CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tối ưu hóa chi phí Z   Z  Fkt F 3.I 2max. l. C Z  a vh  a tc b.l  0 F F 3. l. C Fkt  I max a vh  a tc b.l Mật độ dòng điện lúc gọi mật độ dòng kinh tế I max J kt  Fkt J kt  a vh  a tc b.l 3. l. C CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Mật độ dòng điện kinh tế (Jkt ) không phụ thuộc vào điện áp mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố (như giá nguyên vật liệu, giá điện năng, chi phí thi cơng, loại dây, tính chất cơng việc phụ tải…) → Jkt phụ thuộc vào tình trạng phát triển kinh tế - kỹ thuật giai đoạn sách kinh tế nước Tuy ứng với nước, vùng lãnh thổ kinh tế cụ thể xác định thơng số vừa nêu Chính lý Jkt thực tế tính sẵn cho số loại đường dây với tính chất phụ tải khác → tra bảng Jkt = f(Tmax; loại dây) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tiết diện dây xác định theo công thức sau: I max F J kt Dựa vào trị số F → chọn Ftc gần Sau cần phải kiểm tra lại theo điều kiện kỹ thuật (phát nóng cho phép; tổn thất điện áp cho phép…) ... 60 0,303 0,11   17 ,6( V) 0,38 0,38 Tổn thất điện áp cho phép đoạn 1-4 U cp14  U cp - U 01  26, 6 - 17 ,6  V CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tính ∆U”14 Chọn x0 = 0,35 Ω/km 10.0,35.0,1... diện đoạn 0-3 xác định vào ∆Ucp (tham số biết trước) Sau tính tổn thất điện áp thực tế đoạn 01 Từ xác định tổn thất điện áp cho phép đoạn rẽ nhánh 1-4 ∆Ucp 1-4 = ∆Ucp - ∆U 0-1 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH... đoạn 0-1 I 01 101 F01    92(mm ) J 1,1 Chọn dây A-95, dòng điện cho phép Icp = 325 A CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Tiết diện đoạn 1-2 I12 36 F12    33(mm ) J 1,1 Chọn dây A- 35