Giáo trình Mạng điện - Phần 2

Xeït âæåìng dáy maûng phán phäúi coï mäüt nhaïnh chênh vaì 2 âæåìng nhaïnh reî trãn hçnh 5-10.Tiãút diãûn dáy dáùn cuía caïc âoaûn âæåìng dáy cáön âæåüc choün theo âiãöu ki[r]

(1)

Giáo trình mạng điện CHƯƠNG

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

$5-1 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ

Mạng khu vực có điện áp U cao, công suất truyền tải P lớn, chiều dài tải điện L dài vốn đầu tư xây dựng K phí tổn vận hành hàng năm Y lớn Trong mạng điện khu vực có máy biến áp, máy biến áp tự ngẫu,các thiết bị điều chỉnh điện áp với giãi điều chỉnh rộng Do tiết diện dây dẫn cáp mạng khu vực chọn theo điều kiện kinh tế Chỉ tiêu kinh

tế dùng chọn tiết diện dây dẫn hàm chi phí tính tốn Z Các tiêu kinh tế đường dây phụ thuộc nhiều vào tiết diện dây dẫn.Khi tăng tiết diện dây chi phí xây dựng đường dây,chi phí vận hành hàng năm tăng (đường cong hình 5-1),tổn thất điện hàng năm giảm xuống(đường cong hình 5-1) Điểm

cực tiểu chi phí vận hành hàng năm tương ứng với tiết diện -Tiết diện gọi tiết diện kinh tế Fkt.Hay nói cách khác : ứng với tiết diện kinh tế cho ta giá trị nhỏ Z

5.1.1 Chọn tiết diện dây dẫn theo j kt

Hàm chi phí tính tốn đườngdây khơng dây cáp có dạng:

Z a a K I C L

F

vh tc

=( + ) +3 max

2 τ

ρ (5 - 1) Trong âoï:

- K :Vốn đầu tư xây dựng đường dây - C : Giá 1KWh điện tổn thất

Vốn đầu tư K phụ thuộc vào F theo công thức K = K0 + n (a + bF)L (5 - 2)

Hình 5-1 : Quan hệ Z= f (F)

Z

3 3’

2’

2

F(mm2) F’

(2)

Giáo trình mạng điện Trong đó:

- K0 : Giá thành 1Km dây dẫn không phụ thuộc vào F - n : Số mạch đường dây

- a : Hệ số phụ thuộc U đường dây

- b : Hệ số phản ánh phụ thuộc giá thành đường dây vào tiết diện dây dẫn (đ/Km mm2)

- L : Chiều dài đường dây (Km) - F : Tiết diện dây dẫn (mm2) Thay (5 - 2) vào (5 - 1) ta có :

F

L c I } L ) bF a ( n K ){( a a (

Z = vh + tc 0+ + +3 max2 τ ρ (5 - 3)

Tiết diện tối ưu mặt kinh tế xác định theo công thức: δ

δ τ ρ

Z

F avh atc n b l I c L F

kt =( + ) −3 max 2

2 = (5 - 4)

F I C

a a n b

kt

vh tc

=

+

max

( )

3τ ρ (5 - 5)

Tiết diện dây dẫn xác định theo (5-5) gọi tiết diện kinh tế Việc chọn F theo (5 - 5) phức tạp nên người ta dùng phương pháp đơn giản để tính Fkt theo biểu thức:

F I

j

kt kt

= max (5 - 6)

Trong đó: jkt mật độ dịng kinh tế (A/mm2)

Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, Tmax, cho bảng 5-1

Bảng 5-1:Mật độ dòng điện kinh tế (A/mm2)

DÂY DẪN GIÁ TRỊ jkt THEO Tmax

1000-3000 3000-5000 5000-8760 Dây trần cái:

Đồng 2,5 2,1 1,8

Nhäm 1,3 1,1 1,0

Cáp bọc giấy,dây dẫn bọc cao su lõi:

Đồng 3,0 2,5 2,0

Nhäm 1,6 1,4 1,2

(3)

Giáo trình mạng điện Nếu đường dây có nhiều phụ tải có Tmax khác jkt xác định theo giá trị Tmax trung bình phụ tải:

T

P T

P

tb

i i n

i max

max max

max

=

∑ ∑

1 (5 -7)

F I

j

kt j

kt

= max (5 -8)

Trong âọ: Ij max: Doìng cỉûc âải chảy trãn âoản j

Nếu tất đoạn đường dây chọn tiết diện dịng điện tính tốn dùng để chọn tiết diện dây là:

I Lt I l I l I l I lj j

j m

1

2

= + + + =

=

∑

(5 - 9)

Trong âoï:

- m : Số lượng đọan đường dây mạng - Ij : dòng điện chạy đọan thứ j

- lj : Chiều dài đoạn thứ j

- L : Tổng chiều dài toàn đường dây Từ ta có:

I

I l

L

t

j j

=

∑

(5 - 10)

Tiết diện dây dẫn cần chọn là:

F I

j

kt t kt

= (5 - 11)

Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn F theo mật độ dòng điện kinh tế jkt dùng với đường dây U ≤ 220KV Do jkt xác định gần đúng,cho nên dùng jkt không cho ta nhận Zmin

5.1.2 Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo khoảng chia kinh tế

Ở cấp điện áp cao U ≥ 330KV tiết diện dây dẫn chọn

cơ sở so sánh kinh tế -kỹ thuật hàm chi phí tính tốn ứng với tiết diện khác nhau.Phương pháp gọi phương pháp khoảng chia kinh tế

Để xác định tiết diện theo phương pháp khoảng chia kinh tế ,ta thành lập hàm chi phí tính tốn Zi ứng với tiết diện Fi khác theo dịng điện ( cơng suất truyền tải ) chạy đường dây

Z=(avh +atc)Ki+3ImaxRi .c

2

τ (5 - 12) Trong âọ:

(4)

Giáo trình mạng điện

- Ri: điện trở đường dây ứng với tiết diện Fi

Theo biểu thức (5 - 12) vẽ đường cong biểu diễn quan hệ Z với F cho,trên đồ thị hình 5-2 biểu diễn quan hệ Z với F1; F2; F3

Giao điểm đường cong,ví dụ a xác định giá trị dịng điện chuyển từ tiết diện dây sang tiết diện dây khác hợp lý mặt kinh tế(khoảng chia kinh tế ).Ví dụ dịng điện có giá trị từ Ia đến Ib tiết diện F2 tiết diện phải tìm.Gía trị dịng điện giao điểm đường cong gọi Ikt kinh tế Giá trị Ikt giao điểm (ví dụ điểm a ) xác định theo biểu thức:

Z1 = Z2 (5 - 13) Trong âọ:

- Z1 : Chi phí đường dây ứng với tiết diện F1 - Z2 : Chi phí đường dây

ứng với tiết diện F2

Z1 avh atc K1 I R c

2

3

=( + ) + max τ Z2 avh atc K2 I R c

2

3

=( + ) + max τ

Trong âoï:

- K1; K2 : Vốn đầu tư đường dây ứng với F1; F2

- R1; R2: Điện trở đường dây ứng với F1; F2

Sau thay giá trị Z1; Z2 vào (5 - 12) ta có Ikt :

I a a

C

K K

R R

kt

vh tc

= + −

−

τ ( )

2

1

3 (5 - 14)

Sau tính tiết diện F,ta chọn tiết diện tiêu chuẩn gần tiết diện tính tốn tiến hành kiểm tra điều kiện phát nóng,vầng quang độ bền học dây dẫn

Để chọn tiết diện dây dẫn mạng điện kín cần xác định phân bố công suất theo chiều dài đường dây,sau chọn tiết diện dây dẫn theo phương pháp

VÍ DỤ 5-1:Xác định tiết diện dây nhôm lõi thép đường dây kép,điện áp 110KV với phụ tải cuối đường dây Spt = 30+j10 MVA,thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax =4200h

GIẢI:Dòng điện làm việc lớn pha mạch đường dây kép :

Z F

3 F2

F1 b a

F3 F2

F1

I Ib

Ia

(5)

I S

U A

pt dm max

= = + =

2

30 10 10 110 158

2

Theo bảng 5-1đối với dây dẫn AC Tmax = 4200h ta có mật độ dòng điện kinh tế jkt = 1,1 A/mm2.Tiết diện kinh tế dây dẫn là:

F I

j mm

kt kt

= max = = , 158

1 144

2

Tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn dây AC-150.Có Icp = 445A Khi xảy cố đường dây ,dòng điện chạy đường dây lại là:

Isc = x Imax = x 158A = 316A < Icp

Tiết diện dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khơng phát sinh vầng quang đường dây

VÍ DỤ 5-2:Xác định tiết diện dây nhôm lõi thép đường dây cấp điện cho phụ tải,điện áp 110KV,công suất phụ tải (MVA) cho hình 5-3.Thời gian sử dụng cơng suất cực đại phụ tải Tmax =4500h (Giả thiết cosϕ phụ tải nhau)

GII:

- Cơng suất chạy đoạn đường dây bc (đoạn thứ 3) là: S3 = Sc = 13,5 MVA

- Công suất chạy đoạn đường dây ab (đoạn thứ 2) là:

S2 = Sc + Sb = 13,5 + 5,2 = 18,7 MVA

- Công suất chạy đoạn đường dây Aa (đoạn thứ 1) là: S1 = Sc + Sb + Sa = 13,5 + 5,2 + 4,8 = 25,5 MVA Dòng điện làm việc đoạn đường dây là:

I S

Udm A

3

13 510 110 71

= = =

,

I S

Udm A

2

3

18 710

3 110 98

= = =

,

I S

Udm A

1

3

25 510 110 134

= = =

,

Mật độ dòng điện kinh tế dây AC Tmax = 4500h 1,1A/mm2 Tiết diện đoạn đường dây là:

F I

jkt mm

3

3 71

1 64

= = =

, ,

F I

jkt mm

2

2 98

1 89,5

= = , =

,

a

A b c

l3

l1

l

13,5 5,2

4,8

Hỗnh 5-3

(6)

Giỏo trình mạng điện

F I

jkt mm

1

1 134

1 122

= = =

,

Chọn tiết diện tiêu chuẩn:

F3 mm

2

70

= coï Icp =265A F2 mm2

95

= coï Icp =330A F3 mm

2

120

= coï Icp =380A

Các tiết diện chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang phát nóng VÍ DỤ 5-3:Xác định tiết diện dây nhơm lõi thép mạng điện kín,điện áp 110KV,cơng suất phụ tải (MVA),chiều dài (Km) cho hình 5-4.Thời gian sử dụng cơng suất cực đại phụ tải Tmax =4500h

GII:

- Phân bố cơng suất đoạn Aa theo chiều dài đường dây là:

( ) ( )

SAa = j j j MVA

+ + +

= +

33 16 55 22 6

100 25 11 , , 35

, ,

- Phân bố công suất đoạn Ab: SAb = Sa + Sb - SAa

= (33+j16,5)+(22+j6,6)-(25,8+j11,4) = 29,2+j11,7 MVA

- Công suất truyền đoạn ba là:

Sba = Sa - SAa = (33+j16,5)-(25,8+j11,4) = 7,2 + j5,1MVA

Từ kết tính phân bố cơng suất ta thấy điểm a điểm phân cơng suất tồn phần mạng điện Dịng điện chạy đoạn đường dây là:

IAa = A

+

= 25 11

3 110 10 148

2

3

, ,

Iab = A

+

= 7,2

3 110 10 46

2

3

,

IAb= A

+

= 29,2 11

3 110 10 165

2

3

,

Mật độ dòng điện kinh tế dây AC Tmax = 4500h 1,1A/mm2 Tiết diện kinh tế đoạn đường dây là:

F I

j mm

Aa Aa

kt

= =148= 1 135

2

,

F I

j mm

ab ab kt

= = 46 3= 1 42

2

, ,

F I

j mm

Ab Ab kt

= =165= 11 150

2

,

a

A

22+j6,6 33+j16,5

b 20

35 45

(7)

Giáo trình mạng điện Chọn tiết diện tiêu chuẩn:

FAa =150mm

2 coï

Icp =445A Fab= 70mm

2 coï

Icp =275A FAb =150mm

2 coï

Icp =445A

Khi xảy cố đoạn đầu đường dây,dòng điện chạy đoạn lại bằng:

Isc = A

+

= 55 23

3 110 10 310

2

3

,

Dòng điện lớn chạy đoạn ab là:

Iab= 33 +16 = A 110 10 198

2

3

,

Các tiết diện chọn thỏa mãn điều kiện vầng quang phát nóng $5-2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

THEO TỔN THẤT ĐIỆN ÁP CHO PHÉP

Mạng phân phối có nhiều phụ tải phân bố khơng tập trung, thiết bị điều chỉnh điện áp ít,giãi điều chỉnh điện áp máy biến áp phân phối nhỏ việc chọn tiết diện dây dẫn phải quan tâm đến tổn thất điện áp

∆U để đảm bảo chất lượng điện năng.Ở mạng điện phân phối phụ tải có

cơng suất nhỏ ,do tiết diện dây nhỏ dẫn đến điện trở R dây dẫn lớn,điều ảnh hưởng tới tổn thất điện áp.Cho nên thay đổi tiết diện dây dẫn để cải thiện chất lượng điện áp.Tức giữ cho tổn thất điện áp không vượt trị số cho phép ( ∆Utt≤∆Ucp ).Mặt khác dây dẫn đường dây không làm kim loại màu nên trị số điện kháng x0 chúng thay đổi tiết diện thay đổi.Trị số điện kháng x0 thay đổi khoảng x0 = 0,36-0,42 Ω/Km.Trị số trung bình tính tốn lấy

trong khong x0 = 0,38-0,40 Ω/Km

Do tiết diện mạng địa phương chọn theo ∆Ucp Giá trị

∆Ucp tùy thuộc vào yêu cầu điện áp loại hộ tiêu thụ

Sau xét số phương pháp thường sủ dụng để chọn tiết diện dây dẫn mạng điện phân phối theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

(8)

Xét đường dây mạng phân phối có phụ tải hình 5-5.Tiết diện dây dẫn xác định sau:

Từ công thức ∆U PR QX Udm

= +

Đặt :∆Ur = PR/Uđm ; ∆Ux = QX/Uđm Ta có :

∆U = ∆Ur + ∆Ux

Mặt khác theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép ta có:

∆U = ∆Ur + ∆Ux = ∆Ucp (5 -15)

Giá trị điện kháng mạng phân phối nói phần nằm phạm vi x0 = 0,38 ÷ 0,40 Ω/Km Do ta chọn giá trị x0 trung bình để tính thành phần tổn thất điện áp ∆Ux:

∆U Qx L U

x dm

=

Từ thành phần tổn thất điện áp điện trở r xác định theo biểu thức:

∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux Mặt khác ta có:

∆U L

U

PL F U

r

dm dm

= Pr0 =

γ

Do tiết diện dây dẫn xác định theo biểu thức:

F PL

Udm Ur =

γ ∆ (5 - 16)

Từ giá trị tiết diện dây dẫn tính theo (5-16),chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất.Sau tính lại ∆U theo thông số dây dẫn

chọn tiến hành kiểm tra lại điều kiện ∆U ≤∆Ucp

Đối với trường hợp đường dây có nhiều phụ tải.Việc chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép ∆Ucp cần kết hợp với điều kiện phụ khác tùy thuộc vào loại mạng như:tất đoạn đường dây chọn tiết diện; tất đoạn đường dây chọn mật độ dòng điện;chọn tiết diện đường dây theo điều kiện khối lượng kim loại màu nhỏ

b A

L P+jQ

(9)

Giáo trình mạng điện 5.2.2 Tất đoạn đường dây chọn tiết diện

Xét đường dây mạng phân phối hình 5-6.Tiết diện dây dẫn đoạn đường dây cần chọn theo điều kiện tiết diện

Từ cơng thức tính tổn thất điện áp mạng phân phối ta có:

∆U r

U P l

x

U Q l

dm j j j

m

dm j j j

m

= +

= =

∑ ∑

0

0 =∆Ur+∆Ux

Mặt khác theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép ta có:

∆U = ∆Ur + ∆Ux = ∆Ucp

Giá trị điện kháng mạng phân phối nói phần nằm phạm vi x0 = 0,36 ÷ 0,42 Ω/Km Do ta chọn giá trị x0 trung bình để tính thành phần tổn thất điện áp ∆Ux:

∆U x

U Q l

x dm

j j j

m

=

∑

1

(5- 17) Trong âọ:

- Qj : Cơng suất phản kháng đoạn thứ j - lj : Chiều dài đoạn dây thứ j

- m : Số lượng đoạn đường dây Ta có:

∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux Mặt khác:

∆U r

U P l

P L

F U

r dm

j j j

m j j

j m

dm

= =

=

∑ ∑

0

1 γ

Từ tiết diện dây xác định theo biểu thức:

F

Udm Ur P l j j j

m

=

∑

1

γ ∆ (5 - 18)

Từ giá trị tiết diện dây dẫn tính theo (5-18),chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất.Sau tính lại ∆U theo thơng số dây dẫn

Trường hợp đặc biệt phụ tải có cosϕ = lúc thành

phần ∆Ux= ,khi tiết diện dây dẫn chọn theo biểu thức:

F

Udm Ucp P l j j j

m

=

∑

1

γ ∆ F Udm Ucp p L j j j

m

=

∑

1 γ ∆

a

A b c

l3

l1 l2

P3+jQ3 P2+jQ2

P1+jQ1

Pa+jQa Pb+jQb Pc+jQc

(10)

VÍ DỤ 5-4:Hai phụ tải b c cấp điện đường dây không điện áp định mức 35KV.Đường dây dùng dây đồng,bố trí cột theo mặt phẳng nằm ngang,khoảng cách pha D = 3m.Tổn thất điện áp cho phép ∆Ucp = 6%.Toàn đường dây tiết diện.Phụ tải tính A,hệ số cơng suất chiều dài ghi hình 5-7 Xác định tiết diện dây dẫn đường dây, biết điện trở suất đồng ρcu = 18,8 Ω.mm2/km (γcu = 53 m/(Ω.mm2))

GIẢI:Chọn trị số điện kháng trung bình của đường dây x0 = 0,4Ω/Km Giá trị ∆Ux xác định theo công thức:

∆U x

U q L x i L

x dm

j j j

m

j j

n

j j

= =

∑ ∑

0

3

sinϕ

Với cosϕ = 0,8 sinϕ = 0,6

Với cosϕ = 0,7 sinϕ = 0,71

Thay vào cơng thức ta có:

( ) ( )

[ ]

∆Ux x ij L V KV

j n

j j

= = + = =

=

∑

1

3 200 12 70 71 15 1520 52

sinϕ , , , , Tổn thất điện áp cho phép là:

∆Ucp =6%Udm=0 06 35, =2 1, KV

Từ tính giá trị tổn thất điện áp lớn điện trở là:

∆Ur = ∆Ucp−∆Ux =2 1 52, − , =0 58, KV

Tiết diện dây dẫn tính theo công thức:

( ) ( )

[ ]

F

U U p L

i L

U mm

dm r j j j

m j

j n

j

r

= = = + =

=

∑ ∑

1 3 200 12 70 15 53 580 149

1

γ

ϕ γ

∆ ∆

.cos

, ,

Chọn dây đồng tiết diện tiêu chuẩn M-150 Kiểm tra lại kết tính tốn:

Với dây dẫn M-150 có r0 =0,123 Ω/Km; x0 =0,4 Ω/Km Tổn thất điện áp từ nguồn A đến phụ tải c là:

∆UAc r ij L x i L

j n

j j j

j n

j j

=  +



 

 

= =

∑ ∑

3

0

cosϕ .sinϕ

( ) ( )

[ ]

= 123 200 812 , , +70 7115 , +0 200 612, , +70 7115 , = 2085V =2 085, KV

Ta thấy ∆Uac = 2,085KV < ∆Ucp = 2,1KV

Vậy dây dẫn M-150 chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

A 12Km b 3Km c

70∠0,7

200∠0,8

(11)

Giáo trình mạng điện VÍ DỤ 5-5:Hai phụ tải b c cấp điện đường dây không điện áp định mức 10KV.Đường dây dùng dây nhơm,bố trí cột theo đỉnh tam giác đều,khoảng cách pha D = 1m.Tổn thất điện áp cho phép ∆Ucp = 5%.Toàn đường dây chọn tiết diện.Phụ tải tính KVA,chiều dài (Km) ghi hình 5-8 Xác định tiết diện dây dẫn đường dây ,biết điện trở suất nhôm ρAl = 31,5

Ω.mm2/Km

GIẢI:Chọn trị số điện kháng trung bình của đường dây x0 = 0,38Ω/Km Giá trị ∆Ux xác định theo công thức:

∆U x

U q L

x dm

j j j

m

=

∑

1

Thay vào cơng thức ta có:

( )

∆U x

U q L V

x dm

j j j

m

= = + =

=

∑

0

0 38 1000 300 10 255 ,

Tổn thất điện áp cho phép là:

∆Ucp =5%Udm=0 0510, =500V

Từ tính giá trị tổn thất điện áp lớn điện trở là:

∆Ur = ∆Ucp−∆Ux =500−255=245V

Tiết diện dây dẫn tính theo cơng thức:

( ) ( )

[ ]

F

Udm Ur p L mm

j j j

m

= = + =

=

∑

1 31 1000 500

10 245 110

1

2 γ ∆

,

Chọn dây nhôm tiết diện tiêu chuẩn A-95 Kiểm tra lại kết tính tốn:

Với dây dẫn A-95 có r0 = 0,33 Ω/Km; x0 = 0,35Ω/Km Tổn thất điện áp từ nguồn A đến phụ tải c là:

( ) ( )

∆U r

U p L

x

U q L V

Ac dm

j j j

m

dm j j j

m

= + = + + + =

= =

∑ ∑

0

0 33 1000 500 10

0 35 1000 300 10 515 , ,

Ta thấy ∆UAc = 515V > ∆Ucp = 500V.Nhưng sai khác không

lớn (0,15%).Vậy dây dẫn A-95 chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế

5.2.3 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ không đổi dòng điện

Trong mạng điện phân phối thời gian sử dụng cơng suất cực đại lớn tiến hành chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dịng điện khơng đổi

A 4Km b 5Km c

500+j300 1000+j1000

(12)

trên toàn chiều dài đường dây hợp lý.Người ta chứng minh rằng:Chọn dây dẫn theo điều kiện tổn thất cơng suất điện nhỏ nhất.Còn chọn theo điều kiện khác dẫn đến tổn thất cơng suất đường dây tương đối lớn

5-2-3-1: Đường dây không phân nhánh

Xét đường dây mạng phân phối khơng phân nhánh hình 5-9.Tiết diện dây dẫn đoạn đường dây cần chọn theo điều kiện mật độ dòng điện (Mật độ dòng điện khơng đổi)

Giống phần tình bày ta có:

∆U = ∆Ur + ∆Ux = ∆Ucp Giá trị ∆Ux tính ta chọn trước giá trị điện kháng

x0 nằm phạm vi x0 = 0,36 ÷ 0,42 Ω/Km

Thành phần tổn thất điện áp ∆Ux (trong ý sinϕj đường dây):

∆Ux x ij l

j n

j j

=

∑

1

3

sinϕ (5- 19)

hoặc (Ql Q l Q l )

U x U

âm

x = 11+ 2+ 3

∆

Từ ta có : ∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux Mặt khác:

∆U ∆U ∆U ∆U P l FU

P l F U

r r r r

dm dm dm

= 1+ + 3= + +

1 1

2 2

3 3

γ γ γ

Ở ∆Ur1, ∆Ur2 ∆Ur3 tổn thất điện áp P1,P2và P3 gây điện trở đoạn đường dây l1,l2 l3

Ta biết quan hệ cơng suất dịng điện theo biểu thức sau: Pi = cosIi ϕiUdm

Nãn

3 3

2 21 21

1

1 3

3

l F

cos I l

F cos I l F

cos I Ur

γ ϕ γ

ϕ γ

ϕ

+ +

=

∆ (5-20)

Trong cosϕ1, cosϕ2, cosϕ3,là hệ số công suất đoạn đường dây 1,2

Chọn dây dẫn theo điều kiện mật độ dịng khơng đổi ta có:

j I F

I F

I F = = =

1 2

3

(5-21)

Thay (5-21) vo (5-20) ta cọ:

a

A b c

l3

l1 l2

I3 I2

I1

Ia Ib Ic

(13)

∆Ur = j l ++l +l

1 2 3

γ ( cosϕ cosϕ cosϕ )

Từ rút giá trị mật độ dòng điện đường dây là:

j U

l l l

r

=

+ +

γ

ϕ ϕ ϕ

∆

3( cos1 2cos 3cos 3)

(5 - 22)

Đối với đường dây có nhiều phụ tải công thức tổng quát là:

j U

l

r

j j

m

=

∑ γ

ϕ

∆

1

cos

(5 - 23)

Trong âoï:

- li : Chiều dài đoạn đường dây thứ i

- cosϕi : Hệ số cosϕ đoạn đường dây thứ i

Tiết diện đoạn đường dây xác định xác định giá trị mật độ dòng điện j theo biểu thức:

F1=I1/j; F2=I2/j; F3=I3/j (5 - 24)

Từ giá trị tiết diện dây dẫn tính theo (5-24), chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần Sau tính lại ∆U theo thơng số dây dẫn

5-2-3-2: Đường dây có phân nhánh

Xét đường dây mạng phân phối có nhánh đường nhánh rẽ hình 5-10.Tiết diện dây dẫn đoạn đường dây cần chọn theo điều kiện mật độ dịng điện (Mật độ dịng điện khơng đổi).Giá trị tổn thất điện áp từ nguồn đến điểm xa nhánh rẽ biết ,đó ∆Ucp

Phương pháp xác định tiết diện dây tiến hành vừa trình bày trên.Tức chọn trước giá trị x0 tính:

A

l3 l1

l2

I3 I2

I1 a

Ia

b Ib

(14)

∆Ux x ij L

j n

j j

=

∑

1

3

sinϕ

Khi tính ∆Ux cần chọn nhánh rẽ có ∑li cosϕi lớn để tính tóan Sau xác định ∆Ux ta tính được:

∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux

Dùng công thức (5-23) để xác định j,khi ta cần phải chọn đoạn đường dây rẽ nhánh có ∑li cosϕilớn nhất.Mật độ dịng điện tính theo (5-23) cần phải so sánh với mật độ dòng điện kinh tế jkt

- Nếu j < jkt dùng j để chọn tiết diện dây dẫn,vì dùng jkt tổn thất điện áp ∆U > ∆Ucp.mặc dù mặt kinh tế đảm bảo cho ta nhận

hàm chi phí tính tốn Z cực tiểu

- Nếu j > jkt dùng jkt để chọn tiết diện dây dẫn,khi mặt kỹ thuật đảm bảo tổn thất điện áp ∆U < ∆Ucp.còn mặt kinh tế đảm bảo cho ta nhận hàm chi phí tính tốn Z cực tiểu

Từ giá trị tiết diện dây dẫn tính theo (5-24),chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất.Sau tính lại ∆U theo thông số dây dẫn

VÍ DỤ 5-6: Hai phụ tải b c cấp điện đường dây không điện áp định mức 10KV Đường dây dùng dây nhôm, bố trí cột theo đỉnh tam giác đều,khoảng cách pha D = 1m Tổn thất điện áp cho phép ∆Ucp = 5% Toàn đường dây chọn

mật độ dòng điện Phụ tải tính KVA, hệ số cơng suất phụ tải, chiều dài (Km) ghi hình 5-11 Xác định tiết diện dây dẫn đường dây, biết thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 3500h (γAl=31,7 m/(Ω.mm2))

GIẢI:- Tổn thất điện áp cho phép là:

∆Ucp =5%Udm =0 0510, =500V

- Công suất phụ tải là:

p S KW

q S KVAr

b b b

= = =

.cos , sin ,

ϕ ϕ

1000 700 1000 71 710

p S KW

qc S KVAr

c c c

c c

= = =

.cos ,

.sin ,

ϕ ϕ

600 540 600 435 262

SAb = (Pb Pc ) (Qb Qc ) (700 540) (710 262) 1576KVA

2

= +

+ +

= +

+ +

cosϕAb= 7001576540 0,79

S P P

Ab c

b + = + =

A 2Km b 4Km c

600KVA cosϕ = 0,9

1000KVA cosϕ = 0,7

(15)

Giáo trình mạng điện Chọn trị số điện kháng x0 = 0,4Ω/Km

- Giá trị ∆Ux xác định theo công thức:

( )

∆U x

U q L V

x dm

j j j

m

= = + =

=

∑

1

0

10 710 262 120 ,

- Thành phần tổn thất điện áp điện trởí là:

∆Ur =∆Ucp −∆Ux =500 120− =380V

- Xác định mật độ dịng điện theo cơng thức:

( )

j U

l

A mm

r

i i

i m

= =

+ =

=

∑

γ

ϕ

.cos

,

, , , / ∆

3

317 380

3 79 34

1

2

- Với Tmax = 3500h ,dây nhơm tra bảng5-1 ta có jkt= 1,1A/mm2 Ta thấy j > jkt nên ta dùng jkt để tính chọn tiết diện dây dẫn

- Dòng điện đoạn đường dây Ab là:

A 91 10 1576

3 = =

=

U

S I

âm Ab Ab

- Dòng điện đoạn đường dây bc là:

A 34 10 600

3U ,

S I

âm bc

bc = = =

- Tiết diện dây dẫn chọn đoạn Ab là:

2 mm 83 1 91

= = =

, j I F

kt Ab Ab

Chọn dây dẫn tiêu chuẩn AC-95

- Tiết diện dây dẫn chọn đoạn bc là:

2 mm 31 1

6 34

, ,

, j

I F

kt bc

bc = = =

Chọn dây dẫn tiêu chuẩn AC-35

Trong trường hợp không cần kiểm tra lại kết tính tốn ,vì tiết diện dây dẫn chọn theo jkt < j tính tốn nên chắn tổn thất điện áp đường dây đảm bảo điều kiện ∆U < ∆Ucp

5.2.4 Chọn tiết diện dây dẫn theo khối lượng kim loại màu nhỏ

(16)

5-2-4-1 Đường dây không phân nhánh

Xét đường dây mạng phân phối không phân nhánh hình 5-12 Tiết diện dây dẫn đoạn đường dây chọn khác theo điều kiện khối lượng kim loại màu nhất,nhưng phải thõa mãn điều kiện tổn thất điện áp ∆Utt < ∆Ucp

Giống phần trình bày ta có:

∆U = ∆Ur + ∆Ux = ∆Ucp

Giá trị ∆Ux tính ta chọn trước giá trị điện kháng

x0 nằm phạm vi x0 = 0,36 ÷ 0,42 Ω/Km ,và chúng khơng thay đổi với trị số tiết diện khác nhau.Từ ta xác định tổn thất điện trở tòan đoạn đường dây là:

∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux

Thành phần tổn thất điện áp ∆Ur tổng tổn thất gây nên công suất tác dụng tải đoạn đường dây 1,2,3.Ta có:

∆Ur = ∆Ur1 + ∆Ur2 + ∆Ur3

Hay viết:

∆U ∆U ∆U ∆U P l FU

P l F U

r r r r

dm dm dm

= 1+ 2+ = + +

1 1 2 3

γ γ γ (5 - 25)

Tiết diện F1; F2; F3 xác định theo công thức:

F P l

Udm Ur

1 1

=

γ ∆

F P l

Udm Ur

2

2 2

=

γ ∆

F P l

U U

P l

U U U U

dm r dm r r r

3 3 3 = = − − γ ∆ γ (∆ ∆ ∆ )

Khối lượng kim loại màu dùng cho toàn đường dây là:

( )

V F l F l F l U Pl U P l U P l

U U U

dm r r r r

= + + = + + − −      

3 1 2 3 1 2 2 3 2 γ ∆ ∆ (∆ ∆ ∆ )

Điều kiện để khối lượng kim loại màu cực tiểu Vmin là: δ δ γ V U U Pl U P l

U U U

r dm r r r r

∆ ∆ ∆ ∆ ∆

1 2 3 2 = − + − −      

( ) =

δ δ γ V U U P l U P l

U U U

r dm r r r r

∆ ∆ ∆ ∆ ∆

2 2 2 3 2 = − + − −      

( ) =

Từ hai đẳng thức rút ra:

a

A b c

l3, r3,F3 l2, r2,F2

l1, r1,F1

P3,Q3 P2,Q2

P1,Q1

Pa+j Qa Pb+jQb Pc+jQc

(17)

Giáo trình mạng điện Pl U P l U P l U

r r r

1 2 2 2 3

∆ = ∆ = ∆ (5 - 26)

Biết rằng:

∆U P l U F r dm 1 1 =

γ ; ∆U

P l U F r dm 2 2 =

γ ; ∆U

P l U F r dm 3 3 = γ ;

Thay caïc giạ trë ∆Ur1 , ∆Ur2, ∆Ur3 vo (5 - 26) rụt gn ta cọ :

F P F P F P 2 2 3

= = (5 - 27)

Từ biểu thức (5-27) viết lại dạng tổng quát sau:

P

F const

m m

=

Trong Pm cơng suất truyền tải đoạn đường dây tiết diện Fm Biểu thức (5 - 27) điều kiện để chọn tiết diện dây dẫn để có khối lượng kim loại màu nhỏ Từ điều kiện (5 - 27) cần xác định tiết diện dây ta làm sau:

Từ biểu thức:

∆U ∆U ∆U ∆U P L FU

P L F U

r r r r

dm dm dm

= 1+ + 3= + +

1 1 2 3 γ γ γ

Dựa vào quan hệ biểu thức (5-27) ta có:

F F P

P

1

= ; F F P P

2

= ;

Từ ta có:

∆U Pl P

U F P

P l P U F P

P l U F

r

dm dm dm

= 1 + +

3

2 32

2 3 γ γ γ Ruït ra: F P

Udm Ur l P l P l P

3

1 2 3

= + +

γ ∆ ( ) (5 - 28)

F P

Udm Ur l P l P l P

2

1 2 3

= + +

γ ∆ ( ) (5 - 29)

F P

Udm Ur l P l P l P

1

1 2 3

= + +

γ ∆ ( ) (5 - 30)

Công thức tổng quát để xác định tiết diện đoạn đường dây:

F P

U U l P

n n dm r m m m = ∑

γ ∆

(5 - 31)

Hoặc sau xác định tiết diện đoạn đường dây thứ m (đoạn đường dây cuối cùng).Dựa vào quan hệ biểu thức (5-27)û ta xác định tiết diện đoạn đường dây thứ n theo biểu thức sau:

F F P

P

n m n m

(18)

Khi chọn tiết diện tiêu chuẩn đoạn đường dây cần lưu ý: Đoạn đầu đường dây phải tải công suất lớn nên chọn tiết diện gần so với kết tính tốn phía lớn hơn,đoạn cuối đường dây tải công suất nhỏ nên chọn tiết diện gần so với kết tính tốn phía nhỏ

Từ giá trị tiết diện dây dẫn tính theo (5-31),chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần Sau tính lại ∆U theo thơng số dây dẫn

5-2-4-2: Đường dây có phân nhánh

Xét đường dây mạng phân phối có nhánh đường nhánh rẽ hình 5-13.Giả sử tiết diện dây dẫn đoạn đường dây Aa,ab,ac cần chọn theo điều kiện phí tổn kim loại màu bé F1, F2 F3 Trị số tổn thất điện áp từ nguồn đến điểm xa nhánh rẽ biết ,đó ∆Ucp

Chúng ta chọn trước giá trị x0 trung bình tính:

∆U x

U q L

x dm

j j j

m

=

∑

1

(chú ý tính theo đường mà có ∆Ux lớn nhất.)

Sau xác định ∆Ux ta tính được: ∆Ur = ∆Ucp - ∆Ux

Gọi tổn thất điện áp điện trở đoạn đường dây Aa,ab,ac

∆Ur1 , ∆Ur2 , ∆Ur3 ,từ ta có:

∆Ur2 = ∆Ur - ∆Ur1

∆Ur3 = ∆Ur - ∆Ur1 Hay: ∆Ur2 = ∆Ur3 = ∆Ur - ∆Ur1

A

l3 l1

l2

I3 I2

I1 a

Ia

b Ib

(19)

Giáo trình mạng điện Các tiết diện F1; F2; F3 xác định theo công thức (5-16):

F P l

Udm Ur

1 1

=

γ ∆ (5 - 33)

F P l

Udm Ur

2 2

=

γ ∆ (5 - 34)

F P l

Udm Ur

3

3 3

=

γ ∆ (5 - 35)

Khối lượng kim loại màu dùng cho đường dây là: V = 3( F1l1 + F2l2 + F3l3 )

hay

V U

P l U

P l P l

U U

dm r r r

= + +

−

  

  

3 1

1

2 2

3

1

γ ∆ (∆ ∆ ) (5-36)

Để có khối lượng kim loại màu cực tiểu Vmin ,ta lấy đạo hàm biểu thức (5-36) theo ∆Ur1 cho 0, giải ta có kết quả:

∆U ∆U

P l P l P l

r

2 2

3

1

1 =

+ +

(5 - 37)

Thay ∆Ur1 (5 - 37) vào (5 -33) ta xác định tiết diện F1 ; chọn tiết diện F1 tiêu chuẩn tính ∆Ur1 theo tiết diện F1 tiêu chuẩn Sau tính giá trị ∆Ur2 = ∆Ur3 = ∆Ur - ∆Ur1

Thay ∆Ur2 ∆Ur3 vào biểu thức (5 -34); (5 - 35) ta tính F2 ; F3 Chọn F2 F3 tiêu chuẩn kiểm tra lại điềöu kiện ∆U ≤∆Ucp

Chúng ta cần lưu ý rằng:Nếu tiết diện F1 ,F2 , F3 tính tốn gần sát với tiết diện tiêu chuẩn cần tính tốn lần đủ.Khi tiết diện nằm hai tiết diện tiêu chuẩn điều kiện để xác định tiết diện dây dẫn theo khối lượng tổn kim lọai phải tiến hành sau:

(20)

5-2-4-3.Nhận xét ba phương pháp chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép kết hợp với điều kiện phụ

- Cả ba phương pháp chọn tiết diện dây dẫn mạng điện phân phối vừa trình bày dựa điều kiện ràng buộc kỹ thuật cho trước mức độ tổn thất điện áp cho phép

- Phương pháp toàn đường dây chọn tiết diện thực đường dây phụ tải phân bố tương đối gần ,mật độ phụ tải tương đối lớn.Ví dụ mạng điện sinh hoạt,chiếu sáng thành phố ,khi thuận lợi cho công tác vận hành xây lắp lưới điện

- Phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện mật độ dịng điện khơng đổi cần phải có so sánh kinh tế - kỹ thuật định được.Phương pháp tính tốn kinh tế - kỹ thuật tiến hành sau:

+ Thành lập so sánh hàm chi phí tính tốn Z mạng điện theo hai phương pháp chọn dây dẫn khác nhau.Hàm chi phí tính tốn viết sau:

Z=atc(K1+K2)+YΞ Trong âọ:

- YΞ : Phí tổn vận hành hàng năm mạng điện bao gồm:Khấu hao

vốn đầu tư,phí tổn tu sữa định kỳ,sự cố,phí tổn phục vụ mạng điện,tổn thất điện hàng năm mạng điện

- K1 : Vốn đầu tư xây lắp mạng điện

- K2 : Vốn đầu tư lắp đặt thiết bị bù mạng điện - atc : Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn

Khi thời gian sử dụng công suất cực đại Tmaxnhỏ,mật độ phụ tải nhỏ đại lượng để xác định chi phí tính tốn Z chủ yếu tiền khấu hao,sữa chữa,phục vụ mạng điện.Trong trường hợp chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu Vmin hợp lý nhất.Ví dụ mạng điện cung cấp điện cho nông nghiệp