Giáo trình Mạng điện - Phần 1

Caïc maïy phaït âiãûn âæåüc näúi våïi âäüng cå så cáúp laì caïc tuäúc-bin.Tuìy thuäüc daûng nàng læåüng laìm quay tuäúc-bin ngæåìi ta phán nhaì maïy âiãûn thaình caïc loaûi nhaì maïy k[r]

(1)

TRƯỜNG ĐẠ

I BÁCH KHOA

ĐÀ NẴNG

-

GIÁO TRÌNH MẠNG ĐIỆN

(2)

Giáo trình mạng điện

Khoa Điện - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Trang

CHỈÅNG

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG ĐIỆN

1.1.1 Hệ thống điện

Định nghĩa: Hệ thống điện tập hợp nhà máy điện, mạng điện,trạm biến áp , trạm đóng cắt,hộ tiêu thụ điện

Nhà máy điện xí nghiệp cơng nghiệp có nhiệm vụ sản xuất điện để cung cấp cho hộ tiêu thụ điện thông qua đường dây tải điện trạm biến áp Các máy phát điện nối với động sơ cấp tuốc-bin.Tùy thuộc dạng lượng làm quay tuốc-bin người ta phân nhà máy điện thành loại nhà máy khác nhà máy nhiệt điện,nhà máy thủy điện, nhà máy điện nguyên tử Điện nhà máy phát truyền tải theo đường dây không hay dây cáp mạng điện với chiều dài khác nhau,điện áp khác tùy thuộc vào khoảng cách từ nhà máy đến hộ tiêu thụ Các trạm biến áp có nhiệm vụ tăng áp để tải điện xa giảm áp để cung cấp điện cho hộ tiêu thụ

1.1.2 Định nghĩa Mạng điện:

Định nghĩa:Mạng điện tập hợp đường dây không,đường dây cáp, trạm biến áp thiết bị đóng cắt Mạng điện có nhiệm vụ truyền tải phân phối điện đến hộ tiêu thụ điện

Yêu cầu mạng điện phải đảm bảo tiêu : Độ tin cậy cung cấp điện,chất lượng điện năng, kinh tế, an tồn, tiện lợi vận hành, có khả phát triển

Hệ thống lượng bao gồm hệ thống điện hệ thống nhiệt

1.1.3 Điện áp định mức

Định nghĩa: Điệûn áp định mức giá trị điện áp quy định ứng với cấp khác nhau, điện áp dùng để tính toán lựa chọn thiết bị điện máy phát, máy biến áp, thiết bị điện, cách điện đường dây

(3)

Do phụ tải điện luôn thay đổi dẫn đến điện áp U ≠ Uđm tạo nên

độ lệch điện áp Độ lệch điện áp xác định theo biểu thức:

U U U

U − dm

=

δ

Do có độ lệch điện áp làm cho chất lượng điện năng,giảm gây thiệt hại mặt kinh tế cho hộ tiêu thụ điệnú Do đường dây có tổn thất điện

áp ∆U =U1−U2 nên để đảm bảo điện áp hộ tiêu thụ nằm giới hạn

cho phép cần phải có biện pháp điều chỉnh điện áp Thường U1 điện

áp đầu đường dây lớn U2 điện áp cuối đường dây (U1 >U2),

đường dây siêu cao áp U1 nhỏ U2 điều phụ thuộc vào chế độ

làm việc mạng điện, tham số, điện áp đường dây 1.1.4 Hộ tiêu thụ:

Là tập hợp thiết bị sử dụng điện Phụ tải điện đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ hộ dùng điện.Tùy theo mức độ yêu cầu đảm bảo cung cấp điện chia làm loại hộ tiêu thụ

- Hộ loại hộ tiêu thụ ngừng cung cấp điện gây nguy hiểm cho người,gây thiệt hại đáng kể cho kinh tế,làm rối loạn q trình cơng nghệ phức tạp,phá hoại hoạt động khâu kinh tế đặc biệt quan trọng

- Hộ loại hai hộ tiêu thụ ngừng cung cấp điện gây thiệt hại hàng loạt sản phẩm,công nhân phải nghỉ việc,cản trở sinh hoạt bình thường số lớn dân cư thành thị

- Hộ loại ba hộ tiêu thụ khơng thuộc nhóm loại loại hai ví dụ như: phân xưởng phụ,những xóm nhỏ

Tuy nhiên việc phân loại hộ tiêu thụ khơng cịn ý nghĩa tương lai hệ thống điện phát triển phụ tải đảm bảo cung cấp điện với độ tin cậy cao

1.1.5 Cấu trúc đường dây

Chia làm : Đường dây không, dây cáp, đường dây nhà - Các loại cột : Sắt, Bêtông, gỗ

- Cạc loải dáy: AC, Al, Cu , Fe

(4)

$1-2 PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN

Mạng điện phân loại theo nhiều cách khác như: theo dòng điện, theo điện áp,theo hình dáng,theo chức truyền tải,cung cấp,phân phối, mạng kín,mạng hở

1.2.1 Phân loại theo dòng điện:

* Mạng điện xoay chiều:Sản xuất,truyền tải,phân phối,tiêu thụ dòng điện xoay chiều ba pha

* Mạng điện chiều:Mạng điện chiều sử dụng thiết bị có nhiệm vụ đặc biệt.Mạng điện chiều sử dụng việc tải điện xa,công suất truyền tải lớn, tải điện dịng chiều có nhiều ưu điểm vốn đầu tư xây dựng mạng nhỏ,tổn thất mạng nhỏ,không phải xét đến tính ổn định hệ thống Tuy cịn có nhiều khó khăn chế tạo chỉnh lưu,nghịch lưu công suất lớn,các thiết bị động lực,bảo vệ đắt tiền

1.2.2 Phân loại theo điện áp

Theo cách phân loại người ta phân chia mạng điện thành:mạng điện áp lớn 1000 V(còn gọi mạng cao áp) mạng điện áp nhỏ 1000 V(còn gọi mạng hạ áp)

1.2.3 Phán loi theo hỗnh dng:

Theo cỏch phõn loi người ta phân chia mạng điện thành:

* Mạng điện hở mạng điện hộ tiêu thụ cung cấp điện từ phía Khi đường dây bị cố việc cung cấp điện cho phụ tải bị gián đoạn

* Mạng điện kín mạng điện hộ tiêu thụ cung cấp điện từ hai phía.Khi đường dây bị cố việc cung cấp điện cho phụ tải trì nhờ đường dây cịn lại Đối với mạng điện kín vốn đầu tư xây dựng cao, tổn thất công suất, điện lớn mạng điện hở mức độ đảm bảo cung cấp điện tốt

1.2.4 Phán loải theo khu vỉûc phủc vủ:

(5)

* Mạng truyền tải:U≥ 330KV Truyền tải điện khu

vực, liên lạc hệ thống điện với

* Mạng cung cấp : U ≥ 110KV Cung cấp điện cho khu vực,

chiều dài đường dây lớn, liên kết trạm biến áp trung gian với (gọi mạng khu vực)

* Mạng phân phối : U ≤ 35KV.Có nhiệm vụ cung cấp điện cho

phụ tải, chiều dài đường dây ngắn Mạng phân phối chia làm ba loại:mạng thành phơ ú,mạng xí nghiệp cơng nghiệp, mạng nơng nghiệp (cịn gọi mạng địa phương)

Ngồi cách phân loại người ta phân loại mạng điện theo nhiều cách khác như: mạng điện nhà; mạng điện ngồi trời; mạng điện khơng; mạng cáp ngầm

$1-3 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠNG ĐIỆN Mạng điện phải đảm bảo yêu cầu sau:

1- Chi phí xây dựng vận hành mạng điện đồng thời đảm bảo mức an toàn cần thiết cho việc cung cấp điện, phù hợp với yêu cầu loại hộ tiêu thụ

2- Đảm bảo tốt chất lượng điện

3- Có khả phát triển tương lai phụ tải tăng

Tính kinh tế việc xây dựng mạng điện biểu thị qua vốn đầu tư Tính kinh tế việc vận hành mạng điện biểu thị qua giá thành truyền tải, phân phối điện Giá thành phụ thuộc chi phí vận hành hàng năm mạng điện Chi phí bao gồm chi phí phục vụ, tu sửa mạng điện,tiền khấu hao, tiền tổn thất điện mạng Khi xác định vốn đầu tư chi phí vận hành năm mạng điện cịn phải tính đến thiệt hại kinh tế hộ tiêu thụ việc cung cấp điện bị gián đoạn

$1-4 U CẦU CHUNG ĐỐI VỚI TÍNH TỐN MẠNG ĐIỆN Để xây dựng mạng điện đảm bảo yêu cầu nêu ítrên tiến hành thiết kế mạng điện cần phải thực tính tốn sau:

1/ Chọn điện áp tải điện mạng điện

(6)

3/ Kiểm tra phát nóng dây dẫn chế độ làm việc bình thường

4/ Kiểm tra tổn thất độ lệch điện áp

5/ Kiểm tra phát sinh vầng quang đường dây tải điện 6/ Kiểm tra phát nóng dây dẫn ngắn mạch

Trên sỡ tính tốn kinh tế-kỹ thuật, chọn điện áp tải điện mạng cho vận hành đảm báo tính kinh tế, tiêu chất lượng kỹ thuật cần thiết như:mức điện áp yêu cầu, tổn thấtï công suất điện nhỏ

Tiết diện hợp lý mặt kinh tế dây dẫn, cáp cần chọn cho đảm bảo tính kinh tế vận hành mạng điện có xét đến vốn đầu tư, chi phí vận hành hàng năm,phí tổn kim loại màu nhỏ

Theo điều kiện phát nóng, tiết diện dây dẫn chọn cho dòng điện phụ tải qua nhiệt độ dây dẫn, ruột cáp không lớn trị số cho phép để không làm hư hỏng kim loại làm dây dẫn cách điện

Khi tính tốn theo điều kiện tổn thất độ lệch điện áp, chọn tiết diện dây dẫn cho tổn thất đường dây không vượt trị số cho phép.Trong trường hợp đặc biệt cần phải xéút đến phương tiện đặc biệt để điều chỉnh điện áp

Ngoài số trường hợp cần có tính tốn khác như:tính tốn q điện áp, tính ổn định thống điện,tính tốn ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin đường dây điện áp cao

Phần tính toán cho tất mạng biết điện áp tải điện chọn tiết diện dây dẫn hợp lý mặt kinh tế, tính tốn cịn lại tính tốn kiểm tra Đối với loại mạng điện khác , mục tiêu tính tốn khác nhau:mạng khu vực tính chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát sinh vầng quang, mạng phân phối tính chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất độ lệch điện áp cho phép, mạng cáp tính chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng dịng điện phụ tải dịng điện ngắn mạch

$1-5 CÁC CHẾ ĐỘ LAÌM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN 1.5.1.Các hộ tiêu thụ điện

(7)

vng góc, trục hoành biểu diễn thời gian (t) ngày,một năm Trục tung biểu diễn công suất phụ tải tiêu thụ làì cơng suất tác dụng P (KW), cơng suất phản kháng Q (KVAr), cơng suất tồn phần S (KVA)

Phụ tải cực đại ngày (Pmax) giá trị phụ tải lớn ngày

tồn từ trở lên.Với tỷ lệ xích định đồ thị phụ tải biểu diễn công suất tác dụng trở thành đồ thị phụ tải biểu diễn lượng điện tiêu thụ A (KWh) hộ tiêu thụ điện

Phụ tải trung bình hàng ngày hộ tiêu thụ xác định theo biếu thức sau:

Ptbng=

Ang

24 (1-1)

Trong thực tế thường sử dụng đồ thị phụ tải năm Phụ tải cực đại

(Pmax) giá trị phụ tải lớn năm tồn từ nửa trở lên.Với

một tỷ lệ xích định diện tích đồ thị phụ tải biểu diễn công suất tác dụng trở thành đồ thị phụ tải biểu diễn lượng điện tiêu thụ A (KWh)của hộ tiêu thụ điện năm.Phụ tải trung bình hàng năm hộ tiêu thụ xác định theo biếu thức sau:

Ptb=

An

8760 (1-2)

Do đặc điểm làm việc thiết bị nhóm hộ tiêu thụ đồng thời với nhau, giá trị phụ tải cực đại Pmax cúa chúng xác theo biểu thức:

Pmax=kât.kt

∑

Trong đó:-

∑

- Kđt: Hệ số đồng thời làm việc thiết bị Hệ số

phản ánh lượng công suất tiêu thụ thiết bị điện thời gian làm việc với phụ tải cực đại chiếm phần trăm công suất đặt thiết bị điện nối vào mạng

-Kt: Hệ số tải thiết bị điện, biểu diễn mức độ tải chúng

trong thời gian làm việc phụ tải cực đại

Các hệ số Kđt,Kt ≤1 tùy theo chế độ làm việc thiết bị tiêu thụ

điện

Đối với thiết bị tiêu thụ điện biểu thị công suất đặt

(Pđ) xem công suất định mức (Pđm) theo lý lịch máy.Riêng công

suất đặt động điện công suất sinh trục đầy tải

(8)

được xác định theo tổng công suất đặt (định mức)

∑

trung bình (ηtb) theo cơng thức:

Pmax =

k kdt t Pd

tb

∑

η (1-4)

hoặc là: Pmax = Knc.

∑

Trong đó: Knc hệ số nhu cầu nhóm thiết bị tiêu thụ điện Knc =

k kdt t

tb

η (1-6)

1.5.2 Các hệ số biểu thị chế độ làm việc thiết bị điện Mức độ không đồng chế độü làm việc trang bị điện biểu thị hệ số phụ tải ( hệ số điền kín biểu đồ ):

K A

TP

P P

pt

tb

= =

max max

( 1- 7)

Trong âoï:

T - Số làm việc trang bị điện khoảng thời gian xét ngày đêm T = 24 ; năm T = 8760

A - Lượng điện năngü sản xuất tiêu thụ khoảng thời gian ngày đêm hay năm KWh;

Ptb ; Pmax - Phụ tải trung bình cực đại thiết bị

khoảng thời gian ngày đêm hay năm KW

Khi Kpt =1( trị số lớn có ) biểu đồ biến thành đường

thẳng song song với trục hồnh ( đường chấm ngang hình hình 2)

Hệ số phụ tải Kpt rõ lượng điện sản xuất (tiêu thụ) khoảng

thời gian xét nhỏ lần lượng điện sản xuất ( tiêu thụ ) khoảng thời gian đó, với phụ tải trang bị ln đạt giá trị cực

đại, tức Pmax ( Kpt tỷ số diện tích biểu đồ có diện tích A so

Pmax

P P

t t

Pmax

8760

24 Tmax

Tmax

Ptb Ptb

Pmin Pmin

(9)

với diện tích hình chữ nhật Pmax x T - xem hình 1-1 hình 1- ) So

sánh Kpt trang bị khác (tính khoảng thời gian

nhau ) biết trang bị làm việc với biểu đồ phẳng hơn,

biểu đồ phẳng Kpt gần tới 1.Điều nêu

biểu thị thời gian sử dụng phụ tải cực đại:

T A

P

max max

= ( 1- )

Tmax rõ trang bị cần phải làm việc khoảng

thời gian xét ( ngày đêm, năm ) với phụ tải cực đại không đổi để sản xuất ( tiêu thụ ) lượng điện thực tế sản xuất ( tiêu thụ )

trong khoảng thời gian ( Tmax cạnh đáy hình chữ nhật có chiều

cao Pmax diện tích A, tức diện tích đồ thị phụ tải - xem

hình 1-1 hình 1-2 )Hiển nhiên Tmax≤ T

Mức sử dụng công suất đặt trang bị biểu thị hệ số sử dụng công suất đặt

K A

TP P P

sd d

tb d

= = ( 1- )

Hoặc thời gian sử dụng công suất đặt

T A

P

â

d

= ( 1- 10 )

Trong đó:-Pđ : Tổng công suất đặt tất tổ máy kể tổ

mạy dỉû phng, KW

Thời gian sử dụng công suất đặt tất tổ máy đặt ( nhà máy điện - máy phát; trạm - máy biến áp ) cần phải làm việc đầy tải khoảng thời gian xét để sản xuất (tiêu thụ)

lượng điện A thực tế sản xuất thời gian này, thông thường Tđ < T

Thời gian sử dụng phụ tải cực đại hàng năm Tmax nhà máy

điện trạm biến áp phụ thuộc tính chất phụ tải chúng

2000 ÷ 4000 ( Kpt = 0,23 ÷ 0,45) phụ tải thắp sáng

và nhà máy điện làm việc riêng lẻ Đối với trang bị có công suất

lớn, cung cấp chủ yếu cho phụ tải động lực có trị số Tmax lớn

bằng 4000 ÷ 7000 (Kpt = 0,45 ÷ 0,8), số lớn thuộc

(10)

Giáo trình Mạng điện

CHỈÅNG

THAM SỐ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG ĐIỆN

Đường dây tải điện máy biến áp hai phần tử chính, phần tử có tham số đặc trưng cho tính chất chúng tổng trở tổng dẫn

$ 2.1 ĐƯỜNG DÂY

Thực tế tính tốn mạng điện với điện áp ≤ 220KV thông số

mạng phân bố thay thông số tập trung gồm điện trở r,điện kháng x,điện dẫn g,dung dẫn b.Theo quy ước đường dây thay sơ đồ thay hình Π.(Hình 2-1)

2.1.1 Điện trở tác dụng r 0

Trị số điện trở tác dụng 1km chiều dài đường dây nhiệt độ tiêu chuẩn t0=200C xác định theo biểu thức sau:

r

F F

0

1000

= ρ =

γ (Ω/Km) (2-1)

Trong : ρ - Điện trở suất Ω.mm2/Km

ρCu = 18,84 Ω.mm2/Km γCu = 53 m/ Ω.mm2

ρAl = 31,5 Ω.mm2/Km γAl = 31,7 m/Ω.mm2

F: Tiết diện (mm2 )

Khi t0 200C thỗ:

r t = r0 [ + α(t - 20 )] (Ω/Km) (2 - 2)

α : hệ số nhiệt điện trở α Al = α Cu = 0,0040C-1

r0 : Điện trở nhiệt độ tiêu chuẩn

Do hiệu ứng mặt dẫn đến r∼ ≠ r= Nhưng tần số f = 50Hz

sai khác không đáng kể (≈ 1%) nên tính lấy r∼ = r= theo công

thức (2 - 1)

2.1.2 Điện kháng x

Điện kháng 1Km đường dây xoay chiều dây dẫn bố trí xà đối xứng, xác định theo công thức:

x Lf D

R Km

tb

0 =2π =0 144, lg +12500µ( /Ω ) ( - 3)

Hỗnh: -

Y/2 Z

(11)

Trong âọ :

L - Điện cảm (H) f - Tần số (Hz)

Dtb - Khoảng cách trung bình hình học pha (mm )

R - Bán kính dây dẫn (mm ) µ - Hệ số từ thẩm (H/m)

µ kim loại màu khơng thay đổi lấy µkk

µ = µkk = 0,4π10-6 = 1,25.10-6 H/m (2 - 4)

Thay (2 - 4) vo (2 - 3) ta cọ: x D

R Km

tb

0 =0 144, lg +0 016, ( /Ω ) (2 - 5)

Dtb phụ thuộc vào khoảng cách pha xác định theo biểu thức:

Dtb =3 D D D1 2 3 (2 - 6)

* Dây bố trí ngang: Dtb = 1,26 D.Hinh 2-2 * Dây bố trí tam giác : Dtb = D.Hình -3

Ở biểu thức (2 - 3) ta viết:

x0 = x'0 + x''0 (2 - 7) Trong âoï :

R D lg 144 ,

x tb

0 ,

= ; x0,, =12500µ=0,016

Do x'0 phụ thuộc vào khoảng cách pha x'0 lớn so với x''0

Thường x'0 = 0,36 - 0,42 Ω/km

Khi dây dẫn bố trí khơng đối xứng,điện kháng pha không Để khắc phục người ta dùng biện pháp hoán vị dây dẫn để đảm bảo giá trị điện kháng pha (Hình 2-4).Điện kháng pha sau hoán vị xác định theo công thức nêu

Để giảm x0 (giảm ∆Q ∆Q = 3I2x ) giảm D tăng R Do

D phụ thuộc vào điện áp tải điện giảm D khơng đảm bảo khoảng cách cách điện cần phải tăng R dây dẫn cách phân pha

D1 D2

D3

Hỗnh: -

D1 D2

D3

(12)

Khoa Điện - Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Trang 11

Khi bán kính đẳng trị dây dẫn phân pha xác định theo biểu thức sau:

n n

pp t

ât nr R

R −

= (2 - 8) Trong đó: n - Số dây pha

rt - Bán kính thực dây

Rpp - Baïn kênh ca vng trn âi qua cạc âènh l tám ca cạc dáy

phán nh (cạc âènh ca khung âënh vë)

Ví dụ pha phân làm n=4 sợi đặt khung vng cạnh a [cm]

2

a

Rpp = , âoï:

4 2

4r a r a

Rât t  = t

    

= (2 - 9)

Điện kháng dây phân nhỏ xác định theo biểu thức: ( /km)

n 016 , R D lg 144 , x ât tb

0 = + Ω (2 - 10)

2.1.3 Điện dẫn tác dụng g 0

Tổn thất công suất cách điện khơng tốt gây nên khơng lớn bỏ qua mà chủ yếu vầng quang điện.Vầng quang phụ thuộc: điện áp, tiết diện dây dẫn, điều kiện khí Vầng quang xuất đường dây có U ≥ 110KV, cường độ điện trường bề mặt dây dẫn ≥

20KV/cm Để giảm tổn thất vầng quang sử dụng biện pháp sau: tăng tiết diện dây dẫn, phân nhỏ dây, dùng dây dẫn rỗng Quy định tiết diện dây dẫn nhỏ để tránh phát sinh vầng quang ứng với cấp điện áp sau: Với U=110KV F ≥ 70mm2 (d=10-11mm),U = 220KV F ≥

240mm2(d=22mm) Khi tiết diện dây lớn trị số nói tính

tốn bỏ qua điện dẫn g Điện dẫn tác dụng km đường dây: ) km / ( U P g 2 đm k Ω ∆

= (2 - 11)

l Hỗnh: -

(13)

∆Pk - Tổn thất công suất tác dụng vầng quang (W/km)

Uđm - Điện áp định mức đường dây (V) 2.1.4 Điện dẫn phản kháng b 0

Điện dẫn phản kháng điện dung dây dẫn với dây dẫn đối vói đất Tuy nhiên giá trị điện dung dây dẫn đất nhỏ nên tính tốn bỏ qua

Điện dung dây dẫn tính theo biểu thức: C

D R

tb tb

0

6 024

10

= , −

lg

(F/Km) (2 - 12) Điện dẫn phản kháng đường dây:

) km / ( 10 R D lg

58 , C

b

tb tb

0 =ω = − Ω (2 - 13)

Trong âoï : ω = 2πf f = 50 Hz

Dtb: Khoaớng caùch trung bỗnh hỗnh hoỹc caùc pha tờnh theo (2 - 6)

Rđt: Bán kính đẳng trị dây dẫn tính theo cơng thức (2 - 8)

Sự tồn điện dung đường dây nguyên nhân sinh dịng điện điện dung.Cơng suất phản kháng điện dung đường dây sinh là:

Qc = 3IcUp= 3Up2b0l = U2b0l (MVAr) (2 - 14)

Dung dẫn đường dây phụ thuộc vào khoảng cách dây dẫn đường kính dây dẫn Công suất phản kháng đường dây sinh phụ thuộc nhiều vào điện áp đường dây Dây dẫn phân nhỏ làm tăng điện dung đường dây

Đối với đường dây không Uđm ≥ 110KV, đường dây cáp U ≥

20KV cần xét đến giá trị b0 sơ đồ thay tính tốn đường dây

Đối với đường dây có chiều dài l < 300Km, U ≤ 220KV tính tốn

chế độ làm việc mạng dùng sơ đồ thay tham số tập trung Thường dùng sơ đồ hình Π với tham số tập trung sau:

Z = ( r0 + j x0 ).l = R + j X (2 - 15)

Y/2 = 1/2( g0 + j b0 ).l = 1/2(G + j B ) (2 - 16)

Đối với đường dây siêu cao áp (U ≥ 330KV) sử dụng sơ

đồ thay thông số tập trung chiều dài đường dây không lớn (l≤

(14)

VÍ DỤ 2-1: Xác định tham số đường dây không điện áp 110KV, dài 100km, dây AC-150 bố trí đỉnh tam giác cạnh 5m

GIẢI:-Do tổn thất vầng quang đường dây 110KV nhỏ nên bỏ qua điện dẫn g0, Theo bảng B -2,B - 3,B - ta tìm :

r0 =0,21 Ω/Km;

x0 =0,41 Ω/Km;

b0 = 2,74.10-6

1/ Ω.Km;

Từ ta tính tham số đường dây:

R = r0.l = 0,21.100 = 21 Ω

X = x0.l = 0,41.100 = 41 Ω

B = b0.l = 2,74.10-6 100 = 274.10-6 1/ Ω

Sơ đồ thay đường dây cho hình -

VÍ DỤ 2-2: Xác định tham số r0 , x0 ,b0 đường dây không

điện áp 500KV ,dùng dây dẫn phân nhỏ loại ACO-3x500 Biết dây dẫn đặt mặt phẳng nằm ngang, khoảng cách pha 12m, khoảng cách dây dẫn pha a = 40cm

GIẢI:Theo bảng phụ lục B-2 dây dẫn ACO - 500 có r01 = 0,065 Ω/Km, đường kính dây dẫn d = 30,2 mm.Vì dây dẫn pha

phân thành 3, điện trở đơn vị pha bằng: r0 =

r01

0 065

3 0216

= , = , Ω/Km

Bán kính thực tế dây dẫn bằng: Rt =

d

30 2 15

= , = , mm

Bán kính đẳng trị dây dẫn pha bằng:

Rât = 15,1.400 134

3 (31) 3 ) ( = = =       − − a R a

Rt t mm

Khoảng cách trung bình hình học pha:

Dtb = 1,26.D = 1,26.12 = 15,1m = 15100mm Điện kháng km đường dây bằng:

x0 = 0,144lgDR 0,016n 0,144lg15100134 0,0163 0,30

ât ât

= +

=

+ Ω/Km

Điện dẫn phản kháng đơn vị là: b0 = 8510 8510

15100 134 6810 6 , lg , lg , − − − = = D R tb tb Km

Hỗnh: -

j B/2 j B/2

(15)

VÍ DỤ 2-3: Xác định tham số đường dây cáp lõi đồng tiết diện F = 10 mm2 dài km Điện áp định mức kV, nhiệt độ môi trường

200C

GIẢI: Do mạng cáp điện áp kV không cần xét đến tổng dẫn Y Theo phụ lục B-5 ta có :

r0 = 1,84 Ω/Km;

x0 =0,10 Ω/Km;

Do tổng trở dây cáp bằng:

Z = (r0 + j x0 )= (1,84 + j 0,10).4 =7,36 + j 0,40 Ω

Sơ đồ thay hình -

$ 2.2 MÁY BIẾN ÁP

Việc phân tích, tính tốn chế độ làm việc máy biến áp mạng điện thường quy đổi cấp điện áp ( điện áp quy đổi thường làì điện áp phía cao áp, ký hiệu U) Các thông số máy biến áp bao gồm Rb ,Xb điện trở tác dụng điện kháng cuộn dây máy biến áp ;Gb điện dẫn tác dụng gây nên tổn thất công suất tác dụng

lõi thép máy biến áp ; Bb điện dẫn phản kháng gây nên dòng điện từ

hóa.Dịng điện qua Gb Bb nhỏ (khoảng phần trăm dòng điện

định mức) Vì tính tốn mạng điện khu vực thường dùng sơ đồ thay hình Γ (hình 2-7) để làm đơn giản tính tốn mạng

điện,trong đặt mạch tổng dẫn vào đầu cuộn dây sơ cấp máy biến áp, tức cuộn cao áp máy biến áp giảm áp cuộn hạ áp máy biến áp tăng áp.Tính tốn đơn giản điện dẫn máy biến áp thay phụ tải cố định (hình 2-8), phụ tải công suất không tải máy biến áp (điều ứng với xem điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp không đổi)

2.2.1 Máy biến áp cuộn dây

Đối với máy biến áp điện lực Catalog người ta cho sẵn thông số :Sđm ; U1đm ; U2đm ; Tổn thất

công suất tác dụng ngắn mạch

∆PN;dịng điện khơng tải I0% ; Điện

áp ngắn mạch uN% Trong trình tính tốn máy biến áp thay

bằng sơ đồ hình Γ (Hình - 7) với tham số Rb , Xb , Gb , Bb.Trong đó:

Zb= Rb + jXb (2 - 17) Hỗnh: -

Z = R + jX

Hình: - 7:Sơ đồ thay MBA cuộn dây BB

GB

(16)

Yb= Gb + jBb (2 - 18) 2.2.1.1 Điện trở tác dụng R b:

Tổn thất công suất tác dụng máy biến áp xác định từ thí nghiệm ngắn mạch là:

∆Pn = 3I2âmRb (2 - 19)

Trong đó:Rb điện trở tác dụng cuộn dây thứ cấp quy đổi

về phía sơ cấp MBA (Rb = r1 +r'2)

Công suất định mức máy biến áp:

âm âm âm 3U I

S = (2 - 20) Kết hợp (2 - 19) (2 - 20) ta có:

2 âm âm n b S U P

R = ∆ (2 - 21)

2.2.1.2 Điện kháng X b:

Điện áp giáng điện kháng máy biến áp tính theo %Uđm:

100 U X I U f b âm

x = (2 - 22)

Trong âoï Xb = x1 + x'2

Uf: Điện áp pha định mức phía sơ cấp

100 S U U X âm x b =

Biết Un = Ur2+Ux2

Đối với máy biến áp có cơng suất lớn Ur << Ux nên Un ≈Ux suy ra:

100 S U U X âm n

b = (2 - 23)

2.2.1.3 Điện dẫn tác dụng G b:

Tổn thất công suất tác dụng không tải

∆P0 = U2.Gb (2 - 24)

G P

U

b =

∆ 0

2 (2 - 25)

2.2.1.4 Điện dẫn phản kháng B b

Do Gb << Bb cho nãn I0 chè chaûy qua Bb

100 S % I

Q âm

0 =

∆ (2 - 26)

I0%: dòng không tải % so với Iđm

Mặt khác: ∆Q0 = U2.Bb (2 - 27)

Do âoï 100 U S I

B 02 âm

(17)

Khi điện áp mạng giữ khơng đổi dùng sơ đồ thay hình - 8, ∆S0 phụ tải

đặc trưng cho tổn thất không tải hay tổn thất lõi thép máy biến áp:

∆S0 = ∆P0 + j ∆Q0

2.2.2 Máy biến áp cuộn dây

Các số liệu chế tạo cho biết:

Sâm , U1âm , U2âm , U3âm, ∆P0, I0%, ∆Pn, Un12%, Un23%, Un13%

Sơ đồ thay máy biến áp ba cuộn dây biểu diễn hình -

2.2.2.1 Điện trở tác dụng R b1, R b2, R b3 :

Theo lý thuyết máy điện, máy biến áp cuộn dây có:

∆Pn1 = 0,5(∆P n12 + ∆P n13 - ∆P n23)

∆Pn2 = 0,5(∆P n12 + ∆P n23 - ∆P n13)

∆Pn3 = 0,5(∆P n23 + ∆P n13 - ∆P n12)

Nếu cơng suất cuộn dây thì:

∆Pn1 = ∆Pn2 = ∆Pn3 = ∆Pn12/2=∆Pn/2 (2 - 29)

Do âoï: Rb1 = Rb2 = Rb3 = 2

dm âm n

S

U P

∆ (2 - 30)

2.2.2.2 Điện kháng X b1, X b2, X b3:

Điện áp ngắn mạch cuộn dây (tính theo phần trăm) là: Un1 = 0,5(Un12 + Un13 - Un23) (%)

Un2 = 0,5(Un12 + Un23 - Un13) (%) (2 - 31)

Un3 = 0,5(Un23 + Un13 - Un12) (%)

Nhæ trãn ta coï:

Ux1≈ Un1; Ux2≈ Un2; Ux3≈ Un3

GB

Hình - 9: Sơ đồ thay máy biến áp cuộn dây BB

RB2 XB2

RB1 XB1

RB3 XB3

2

3

Z = R + jX

Hỗnh: -

∆S0 = ∆P0 + j∆Q0

(18)

Vậy điện kháng cuộn dây là:

dm âm n b S U U X = dm âm n b S U U

X = (2 - 32)

dm âm n b S U U X =

2.2.2.3 Điện dẫn tác dụng G b điện dẫn phản kháng B b:

Xaïc âënh theo (2 - 25) vaì (2 - 28)

2.2.3 Máy biến áp tự ngẫu

MBA tự ngẫu có đại lượng cơng suất đặc trưng công suất định mức Sđm cơng suất mẫu Smẫu.Hai đại lượng có quan hệ theo biểu thức:

Smẫu = α.Sđm

α:Hệ số có lợi; α = (1 - UT / UC)

Đối với máy biến áp tự ngẫu cho biết thông số: Sđm, S1, S2, S3

công suất cuộn dây tính theo %Sđm

U1âm, U2âm, U3âm, ∆P0 , I0% , Un12 , Un23 , Un13 (%)

∆Pn: Tổn thất công suất cuộn cao trung ngắn mạch Đơi

khi cịn cho biết: ∆Pn12 ; ∆Pn23 ; ∆Pn13

Sơ đồ thay MBA áp tự ngẫu giống MBA ba cuộn dây

2.2.3.1 Điện trở tác dụng R b1; R b2; R b3

Khi biết ∆Pn:

Rb1 = Rb2 = dm âm n S U P

∆ (2 - 33) Rb3 xác định theo quan hệ:

R R S S S S b b dm dm dm dm 1 3 = =

Rb3 =

dm dm b S S R

1 (2 - 34)

Trong S1đm S3đm công suất định mức cuộn cao cuộn

hả, cn S1âm = S2âm = Sâm

Khi biết ∆Pn12 ; ∆Pn23 ; ∆Pn13 tổn thất công suất cuộn dây

là xác định theo biểu thức:

∆Pn1 = 0,5(∆Pn12 + ∆Pn13 - ∆Pn23) ∆Pn2 = 0,5(∆Pn12 + ∆Pn23 - ∆Pn13)

(19)

Từ ta có:

          ∆ = ∆ = ∆ = dm âm n b dm âm n b dm âm n b S U P R S U P R S U P R

(2 - 36)

2.2.3.2 Điện kháng, điện dẫn tác dụng điện dẫn phản kháng

Xác định giống máy biến áp dây quấn

VÍ DỤ - 4: Máy biến áp hai cuộn dây công suất 16MVA, điện áp 38,5/10,5KV Xác định tổng trở tổng dẫn MBA quy điện áp cao

GIẢI: Tra bảng B 14, máy biến áp cho, tìm điện áp ngắn mạch UN% = 8; tổn thất ngắn mạch ∆Pn = 90KW; tổn thất khơng tải

∆P0 = 21KW; dịng điện không tải I0 = 0,75%

Theo công thức (2 - 21) (2 - 23) tính điện trở tác dụng điện kháng máy biến áp sau:

(

)

Rb = 90 38 =

16 10 10 52 3 , , Ω

(

)

Xb = 38 =

1610 100 10

3

3 ,

, Ω

Vậy tổng trở máy biến áp bằng: Zb = 0,52 + j7,4 Ω

Theo biểu thức (2 - 25) (2 - 28) tính được:

Gb = 21 = − 38 102 14 10

6 , , 1/Ω Bb = 751610 = −

100 38 10 8110

2

6 ,

, 1/Ω

Do tổng dẫn máy biến áp là: Yb = (14,2 + j 81)10-6 1/Ω

VÍ DỤ - 5: Một máy biến áp ba cuộn dây công suất 16MVA, điện áp 115/22/11KV Xác định tổng trở tổng dẫn MBA quy điện áp cao

GIẢI: Tra bảng B.16, máy biến áp cho, tìm điện áp ngắn mạch cuộn dây UN12% = 17; UN13% = 10,5; UN23% = 6, tổn

thất ngắn mạch ∆Pn = 105KW; tổn thất khơng tải ∆P0 = 26KW; dịng điện

khäng ti I0 = 1,05%

(20)

(

)

1 = = = x =

x x

x R

R

Rb b b Ω

Theo (2 - 31) xác định điện áp ngắn mạch cuộn dây:

U U U N N N

2 17 10 10 75

2 17 10 25

2 10 17 25

= + − = = + − = = + − = − ( , ) , % ( , ) , % ( , ) , %

Theo (2 - 32) tiến hành xác định điện kháng cuộn dây máy biến áp:

(

)

X x

x x x

b1

2

3 10 75 115

16 10 100 10 88

= , = Ω

(

)

X x

x x x

b2

2

3 25 115

16 10 100 10 51

= , = , Ω

(

)

X x

x x x

b3

2

3 25 115

16 10 100 10

= − , = − , Ω

Theo (2 - 25) (2 - 28) xác định điện dẫn máy biến áp:

G

x x

b = =

− 26

115 102 79 10 , 1/Ω

B x x

x x x

b = =

− 05 16 10

100 115 10 12 10

2

6 ,

, 1/Ω

Do tổng dẫn máy biến áp là: Yb = (1,79 + j 12,4)10-6 1/Ω

$ 2-3 PHỦ TAÍI TÊNH TOẠN

Để tính tốn mạng điện cần biết giá trị phụ tải Những đại lượng cho sẵn công suất tác dụng,công suất phản kháng phụ tải hoặûc dòng điện phụ tải với hệ số cơng suất chúng Trong q trình truyền tải điện có tổn thất cơng suất, điện áp phần tử mạng điện Tổn thất công suất tác dụng tượng đốt nóng dây dẫn đường dây, đốt nóng cuộn dây, lõi thép máy biến áp Tổn thất công suất phản kháng để tạo nên từ trường đường dây, máy biến áp Lượng tổn thất cơng suất thường tính đến tính tốn mạng khu vực