Trong hệ thống ủiện, người ta phải giải quyết vấn ủề cõn bằng cụng suất giữa nguồn và thụ ủiện. Cụng suất toàn phần S cú 2 thành phần là cụng suất tỏc dụng P và phản khỏng Q. Chỳng liờn quan chặt chẽ với nhau bởi hệ số công suất cosϕ:
cosϕ =
2
2 Q
P P S
P
= + .
Cụng suất toàn phần là cụng suất thiết kế của thiết bị nú ủó ủược khống chế. Vỡ vậy việc tăng hay giảm P hoặc Q khụng thể tuỳ tiện ủược. Trong mạng ủiện cụng suất tỏc dụng P cú liờn quan ủến quỏ trỡnh ủộng lực mụ men quay ủộng cơ, truyền lực ủến mỏy cụng cụ, làm núng dõy dẫn và lừi thộp. Tại nguồn ủiện cụng suất tỏc dụng liờn quan trực tiếp ủến tiờu hao than, nước và nhiờn liệu. Cụng suất phản khỏng liờn quan chủ yếu ủến suất ủiện ủộng của mỏy phỏt hay dũng ủiện kớch từ. Ở mạng ủiện cụng suất phản khỏng liờn quan ủến quỏ trỡnh từ hoỏ trong lừi thộp, mỏy biến ỏp, ủộng cơ ủiện, gõy ra biến ủổi từ thụng, tạo ra suất ủiện ủộng phớa thứ cấp và gõy ra tản từ trong mạng ủiện.
ðể ủỏp ứng yờu cầu của thụ ủiện, cụng suất tỏc dụng phải ủược lấy từ nguồn phỏt là thuỷ ủiện, nhiệt ủiện qua cỏc mỏy biến ỏp và ủường dõy ủến phụ tải. Cụng suất phản khỏng cú thể lấy từ nguồn (nhà mỏy ủiện) hoặc từ thiết bị bự ủặt ngay tại phụ tải. Ở ủõy, người ta phải giải bài toỏn kinh tế và kỹ thuật là: ủặt thiết bị bự như thế nào là kinh tế nhất.
Bự cụng suất phản khỏng ủặt tại phụ tải cú thể sử dụng tụ ủiện tĩnh hay mỏy bự ủồng bộ.
Tụ ủiện tĩnh cú ưu ủiểm là: vận hành ủơn giản, giỏ thành tương ủối rẻ, cú thể chia nhỏ thành cỏc bộ ghộp nối tiếp hoặc song song , cú thể ủặt ở mạng ủiện cao ỏp bằng cỏch ghộp nối tiếp
cỏc tụ với nhau hoặc trong mạng hạ ỏp; tổn hao cụng suất tương ủối nhỏ so với mỏy bự ủồng bộ.
Nhược ủiểm của tụ bự là cụng suất phản khỏng phỏt ra tỷ lệ với bỡnh phương ủiện ỏp (Qtd = U2/xc ) cho nờn nếu ủiện ỏp giảm quỏ và kộo dài cú thể gõy ra thỏc sụt ỏp, làm mất ổn ủịnh trong mạng ủiện. Ngoài ra cũn nhược ủiểm nữa là khi phụ tải nhỏ cần tiờu thụ cụng suất phản khỏng của mạng ủiện thỡ nú khụng giải quyết ủược. Lưu ý rằng trong mạng ủiện khi cần sử dụng bự ủể nõng cao hệ số cosϕ thỡ người ta chỉ sử dụng tụ bự tĩnh mà khụng dựng mỏy bự ủồng bộ do chi phớ thấp, cú thể chia thành cỏc nhúm nhỏ, vận hành ủơn giản.
Mỏy bự ủồng bộ là loại ủộng cơ ủiện ủồng bộ chạy khụng tải tiờu thụ cụng suất tỏc dụng từ mạng ủiện. Nú cú thể phỏt ra hoặc tiờu thụ cụng suất phản khỏng tuỳ theo dũng ủiện kớch từ của nú. Ưu ủiểm cơ bản của mỏy bự ủồng bộ là cú thể ủiều chỉnh cụng suất phản khỏng phỏt ra. Do ủú ủiều chỉnh ủược ủiện ỏp một cỏch linh hoạt và cú thể giữ cho ủiện ỏp ở cỏc nỳt ủược ổn ủịnh.
Nhược ủiểm của mỏy bự là vận hành phức tạp và giỏ thành cao.
Biện phỏp bự dung lượng phản khỏng trong mạng ủiện cú thể thực hiện theo 2 hướng là bự theo ủiều kiện kinh tế tức là giải bài toỏn ủặt thiết bị bự tại nguồn hay phụ tải thỡ cú lơị. Bự theo ủiều chỉnh ủiện ỏp nhằm giải quyết yờu cầu về chất lượng ủiện.
ðối với mạng ủiện ủịa phương hoạt ủộng trong một phạm vi khụng rộng lắm và gần thụ ủiện hạ ỏp, cho nờn dựng mỏy bự là khụng cú lợi. Vỡ vậy người ta thường bự theo ủiều kiện ủiều chỉnh ủiện ỏp bằng tụ ủiện tĩnh. Sau ủõy chỉ nờu 2 phương phỏp: bự ngang và bự dọc bằng tụ ủiện.
6.7.2. Bự ngang bằng tụ ủiện tĩnh
Khi cụng suất phản khỏng ủi trờn ủường dõy thay ủổi thỡ tổn thất ủiện ỏp cũng thay ủổi theo. Vỡ vậy cú thể ủiều chỉnh ủược ủiện ỏp ở cực cỏc phụ tải bằng cỏc thiết bị bự phản khỏng theo phương phỏp bự ngang. Sơ ủồ bự ngang bằng tụ ủiện (Qb) theo phương phỏp ủiều chỉnh ủiện ỏp ủối với mạng ủiện ủịa phương như trờn hỡnh vẽ (hỡnh 6-7).
Hỡnh 6-7. Bự theo ủiều chỉnh ủiện ỏp
Qb - là bự ngang bằng tụủiện; xc - là bự dọc bằng tụủiện.
Tụ ủiện tĩnh phỏt ra cụng suất phản khỏng nờn khi ủặt ở phụ tải, nú cú tỏc dụng làm giảm cụng suất phản khỏng ủi trờn ủường dõy. Gọi Qb là dung lượng của tụ ủiện cần thiết ủể nõng ủiện ỏp từ U2 ủến U2b là giỏ trị ủiện ỏp cần ủạt ủược, cũn ủiện ỏp ủầu ủường dõy coi như khụng ủổi.
Khi chưa ủặt tụ ủiện ta cú:
U2 = U1 - Udm
+Qx
Pr (6-34)
trong ủú:
P, Q - là công suất tác dụng và phản kháng truyền tải của dường dây;
r, x- là ủiện trở tỏc dụng và phản khỏng của ủường dõy nơi ủặt tụ ủiện.
Khi ủặt tụ ủiện Qb, ủiện ỏp ủược nõng từ U2 lờn ủến U2yc cú giỏ trị là:
P1 + jQ1 r x xc
P2 + jQ2 Qb
U2yc = U1 - Udm
+Qx
Pr +
yc b
U x Q
2
(6-35)
So sỏnh (6-34) và (6-35) ta thấy khi cú tụ bự, cụng suất phản khỏng giảm ủi một lượng là Q - Qb. Tổn thất ủiện ỏp giảm ủi một lượng do dũng ủiện dung ủi ngược trờn ủường dõy.
Lấy (6-35) trừ ủi (6-34) ta ủược:
∆Ub = U2yc - U2 =
yc b
U x Q
2
(6-36)
suy ra: Qb = yc
b yc
yc U
x U U x
U U
2 2
2
2 ∆
− =
(6-37)
Trong ủú x là ủiện khỏng từ nguồn ủến nơi ủặt tụ bự ngang.
Muốn chọn số lượng tụ ủiện, ta phải căn cứ vào số liệu của mỗi tụ ủiện và thụng số của ủường dõy.
Số tụ ủiện mắc nối tiếp là:
n =
c yc
U U2
(6-38) U2yc, Uc- là ủiện ỏp yờu cầu của mạng ủiện và ủiện ỏp cho phộp của tụ ủiện.
Số tụ ủiện mắc song song là:
m = Ic
I (6-39)
I, Ic- là dũng ủiện truyền tải của ủường dõy và dũng ủiện cho phộp ủi qua tụ ủiện.
Khi ủặt tụ ủiện, người ta phải tớnh toỏn ở lỳc phụ tải cực ủại, cũn khi phụ tải cực tiểu phải cắt tụ ủiện ra khỏi mạng ủiện ủể trỏnh khụng cho cụng suất bự ủi ngược về nguồn cú thể gõy tăng ủiện ỏp nguy hiểm hoặc tăng tổn thất cụng suất. Vỡ vậy phải kết hợp giữa bự bằng tụ ủiện với chọn nấc của mỏy biến ỏp sao cho khi phụ tải cực tiểu ủiện ỏp ủạt giỏ trị yờu cầu là nhờ nấc mỏy biến ỏp chọn hợp lý (vỡ tụ ủiện ủó ủược cắt ra). Cỏch khỏc, người ta sử dụng phương phỏp bự ứng ủộng.
Dung lượng bự cố ủịnh ủươc tớnh toỏn ứng với khi phụ tải cực tiểu, khi tải tăng lờn sẽ ủúng thờm tụ bự vào lưới (bự ứng ủộng). Theo kinh nghiệm, cụng suất tổng của cả tụ bự cố ủịnh và phần bự ứng ủộng ≥ 0,7 lần so với cụng suất lớn nhất của phụ tải phản khỏng.
6.7.3. Bù dọc
Sơ ủồ bự dọc thực hiện bằng tụ ủiện (xc) cho trờn hỡnh 6-7.
Khi ủặt tụ bự dọc trờn ủường dõy, tổn thất ủiện ỏp giảm ủi một lượng là:
∆U = 3I[rcosϕ+(x−xc)sinϕ] (6-40) trong ủú: x, xc- là ủiện khỏng của ủường dõy và ủiện khỏng của bộ tụ ủiện bự.
ðối với mạng ủiện khu vực, thỡ cụng suất phản khỏng truyền tải nhỏ, hệ số cụng suất cao nờn hiệu quả bự rất thấp. Lý do là tổn thất ủiện ỏp phụ thuộc rất nhiều vào cosϕ, nếu cosϕ cao thỡ tổn thất ủiện ỏp do cụng suất phản khỏng rất ớt nờn hiệu quả bự cũng khụng ủỏng kể.
ðối với mạng ủiện ủịa phương và nhất là mạng ủiện nụng nghiệp, hệ số cosϕ tương ủối thấp nên bù dọc rất có hiệu quả.
Khi chưa ủặt tụ ủiện bự dọc, tổn thất ủiện ỏp trờn ủường dõy xỏc ủịnh theo biểu thức:
∆U% = Pr 100 U2
+Qx
(6-41)
Khi cú ủặt tụ bự tổn thất ủiện ỏp là:
∆Utb% = Pr ( )100 U2
x x Q − b
+ (6-42)
Do ủặt tụ bự dọc, tổn thất ủiện ỏp giảm ủi một lượng là:
∆Ub% = ∆U% - ∆Utb% = 2 100 U
Qxb (6-43)
suy ra: xb =
100 .
% 100
.
% 2 2
ϕ Ptg
U U Q
U
Ub ∆ b
∆ =
(6-44)
ðiện ỏp mỗi pha ủặt lờn bộ tụ ủiện là:
Ub = I.xb (6-45)
Căn cứ vào tham số của tụ ủiện: dung lượng Qc, dung khỏng xc, ủiện ỏp Uc và dũng ủiện cho phộp ủi qua tụ ủiện (Ic =Qc / Uc), ta cú thể chọn ủược số tụ ủiện mắc nối tiếp và song song:
n =
c b
U
U ; m = Ic
I (6-46)
Khi tớnh m và n ta phải làm trũn cho ủến số nguyờn gần nhất do ủú dung lượng thực của bộ tụ ủiện trờn 3 pha sẽ là:
Qb= 3.m.n.Qc (6-47)
Dung kháng bù thực tế là:
xbt =
c c c
Q m
U n m
x n
. .
. 2
= (6-48)
ðộ giảm tổn thất ủiện ỏp thực tế cú giỏ trị là:
∆Ubt% = .2 100 U
x Ptgϕ bt
(6-49) Vị trớ tụ ủiện ủược ủặt ở trạng thỏi ủường dõy làm việc bỡnh thường và cú tớnh ủến hạn chế dũng ủiện khi xảy ra ngắn mạch. Nếu ủường dõy cú 1 phụ tải thỡ nờn ủặt tụ ủiện ở cuối ủường dõy (vỡ khi ủú nếu xảy ra ngắn mạch thỡ dũng ủiện qua tụ ủiện bộ). Nếu ủường dõy cú nhiều phụ tải thỡ nờn ủặt tụ ủiện bự ở giữa trung tõm phụ tải.
ðể bảo vệ cho tụ ủiện khi xảy ra ngắn mạch, người ta dựng hệ thống Rơ- le mỏy ngắt như trờn hỡnh 6-8. Khi xảy ra ngắn mạch dũng ủiện qua tụ ủiện C tăng lờn, ủiện ỏp rơi trờn tụ ủiện tăng quỏ giới hạn cho phộp. Khe hở phúng ủiện P mắc song song với tụ C nờn cũng chịu một ủiện ỏp lớn và xảy ra phúng ủiện.
ðoạn AB ủược nối liền mạch. Cuộn dõy ủiện từ (hay cuộn dõy mỏy cắt) cú ủiện và hỳt cụng tắc K, nối tắt mạch CD, hồ quang qua khe hở P tắt. Dũng ủiện sẽ ủi qua K và nối tắt mạch, tụ ủiện ủược bảo vệ an toàn.
Hỡnh 6-8. Sơ ủồ bảo vệ tụ ủiện bự dọc C - bộ tụ ủiện;
P- khe hở phúng ủiện;
K- máy cắt bảo vệ;
W1, W2- cuộn dây Rơ-le.
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 6
1, Khỏi niệm ủộ lệch ủiện ỏp; hóy phõn biệt ủộ lệch ủiện ỏp với tổn thất ủiện ỏp, ủộ rơi ủiện ỏp.
2, Ảnh hưởng của ủộ lệch ủiện ỏp ủến sự làm việc của thiết bị ủiện và ảnh hưởng của thiết bị ủiện tới ủộ lệch ủiện ỏp trờn mạng.
3, Phương phỏp chung xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp cho phộp của mạng ủiện.
4, Phương phỏp phõn chia tổn thất ủiện ỏp cho phộp trờn mạng ủiện cú nhiều cấp ủiện ỏp, trờn một cấp ủiện ỏp cú nhiều ủoạn ủường dõy chọn tiết diện khỏc nhau.
5, Cỏch xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp cho phộp trờn ủoạn mạng ủược cấp trực tiếp từ mỏy phỏt ủiện nhỏ, cỏc mạng ủiện ủược cấp qua mỏy biến ỏp tăng ỏp, ủường dõy trung ỏp và trạm hạ ỏp tới phụ tải;
cho ví dụ.
6, Cỏch xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp cho phộp trờn mạng ủược cấp ủiện từ thanh cỏi trạm trung gian ủiện ỏp 35 kV, ủiện ỏp 10 kV qua ủường dõy trung ỏp và cỏc mỏy biến ỏp tiờu thụ ủến phụ tải;
cho ví dụ.
7, Cỏch xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp cho phộp trờn mạng ủược cấp ủiện từ nhỏnh ủường dõy 35 kV hay 10 kV qua ủoạn ủường dõy trung ỏp và mỏy biến ỏp tiờu thụ tới phụ tải; cho vớ dụ.
8, Cỏch tớnh và kiểm tra sự dao ủộng ủiện ỏp trong mạng ủiện khi khởi ủộng cỏc ủộng cơ cú công suất lớn.
9, Cỏc phương phỏp tớnh bự dung lượng cụng suất phản khỏng trong mạng ủiện.
C W1 P
A B C D
K
W2
Chương 7
TRUYỀN TẢI ðIỆN NĂNG ðI XA
Do ủũi hỏi của phụ tải, cỏc hệ thống ủiện trờn thế giới ủó phỏt triển khụng ngừng với những ủường dõy cú ủiện ỏp ủịnh mức từ hàng chục kV ủến hàng ngàn kV bao gồm cỏc tổ hợp ủường dõy và trạm biến ỏp ở cỏc cấp ủiện ỏp khỏc nhau. ðể tớnh toỏn hệ thống ủiện trong chế ủộ xỏc lập hay quỏ ủộ, ta cần phải biết cỏc hệ số của phương trỡnh hay cỏc tham số của sơ ủồ thay thế với từng phần tử trong hệ thống. Trong nội dung của chương này, ta nghiờn cứu sơ ủồ thay thế của cỏc phần tử ủường dõy, mỏy biến ỏp và cỏch xỏc ủịnh cỏc tham số của sơ ủồ thay thế, làm cơ sở tớnh toỏn cỏc thụng số chế ủộ trong mạng ủiện. Phạm vi chương trỡnh ỏp dụng tớnh toỏn cho những mạng ủiện cú ủiện ỏp ủịnh mức ủến 220 kV.