Xỏc ủịnh tiết diện dõy dẫn trong mạng ủiện kớn

5.3. TỔN THẤT ðIỆN ÁP VÀ CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ðIỆN KÍN 1. Tổn thất ủiện ỏp trong mạng ủiện kớn

5.3.2. Xỏc ủịnh tiết diện dõy dẫn trong mạng ủiện kớn

Việc lựa chọn tiết diện dõy dẫn trong mạng ủiện kớn khụng thể tớnh trực tiếp giống như mạng hở. Ta gặp khú khăn do sự phõn bố cụng suất hay dũng ủiện trong mạng kớn xỏc ủịnh ủược sau khi tỡm ủược cụng suất hay dũng ủiện ủi ra từ một nguồn. Giỏ trị của nú phụ thuộc vào phụ tải của mạng tổng trở cỏc ủoạn ủường dõy và ủiện ỏp hai nguồn. Khi chưa biết tiết diện dõy dẫn, ta chưa xỏc ủịnh ủược tổng trở thỡ cũng chưa tỡm ủược phõn bố cụng suất; ngược lại khi chưa rừ phõn bố cụng suất thỡ cũng khụng thể tớnh ủược tiết diện dõy dẫn. Vỡ vậy, muốn tỡm tiết diện dõy dẫn ta phải dựng phương phỏp gần ủỳng ủể xỏc ủịnh phõn bố cụng suất, sau ủú mới tớnh tiết diện. Khi chọn tiết diện dõy dẫn ta tớnh cho ủiều kiện làm việc bỡnh thường của mạng, sau ủú kiểm tra trong trường hợp sự cố nghiêm trọng nhất.

Phương phỏp tớnh chọn tiết diện dõy dẫn trong mạng ủiện kớn cũng giống như ủối với mạng ủiện hở. Tiết diện dõy dẫn cú thể chọn theo phương phỏp mật ủộ dũng ủiện kinh tế ủối với mạng ủiện khu vực và chọn theo tổn thất ủiện ỏp cho phộp hoặc theo ủốt núng ủối với mạng ủiện ủịa phương.

a. ðối với mạng ủiện khu vực

Sự phõn bố cụng suất trong mạng ủiện khu vực hoàn toàn cú thể dựa vào chiều dài ủường dõy ủể tớnh toỏn. Nguyờn nhõn là vỡ trong mạng ủiện khu vực cụng suất truyền tải rất lớn, tiết diện dõy dẫn lớn do ủú ủiện trở thường nhỏ. ðiện khỏng của ủường dõy cũng thay ủổi khụng nhiều và hệ số cosϕ cao nờn ta cú thể ủưa về tryường hợp ủặc biệt của mạng ủiện kớn: coi là mạng ủiện ủồng nhất cùng tiết diện.

s3

SA S12 S23 B

s1 s2

A 1 2 3

s3

B SB

S12 S23

s1 s2

A 1 2 3

Phõn bố cụng suất trong mạng ủiện phụ thuộc vào chiều dài, cú dạng (5-19):

SA = PA + jQA =

Σ Σ

∑

∑ + l

l j q l

l

pi i i i

"

''

Từ SA cú thể tỡm ủược cụng suất truyền tải trờn tất cả cỏc ủoạn cũn lại.

Tiết diện dõy dẫn của mạng ủược tớnh theo mật ủộ dũng ủiện kinh tế (theo tiết diện khụng ủổi hoặc thay ủổi tuỳ thuộc ủặc ủiểm của mạng). Sau khi chọn xong dõy dẫn, kiểm tra dũng ủiện sự cố trờn cỏc ủoạn (thường chỉ cần kiểm tra ủoạn ủầu nguồn) xem cú ủảm bảo ủiều kiện phỏt núng cho phép hay không :

ISC ≤ [ I ]cp (5-20)

trong ủú:

ISC - là dũng ủiện khi sự cố nặng nề nhất trờn ủoạn ủầu ủường dõy;

Icp - là dũng ủiện lõu dài cho phộp của dõy dẫn theo ủiều kiện ủốt núng.

Nếu ủiều kiện theo biểu thức (5-20) khụng thoả món thỡ phải tăng tiết diện dõy dẫn.

b. ðối với mạng ủiện ủịa phương

Trong mạng ủịa phương, tiết diện dõy dẫn ủược chọn tuỳ thuộc vào ủặc ủiểm và phõn bố phụ tải trờn ủường dõy, ta xột cho cả hai trường hợp là chọn tiết diện dõy dẫn khụng ủổi và thay ủổi trờn chiều dài ủường dõy:

* Khi ủường dõy cú phụ tải phõn bố dày, gần nhau

Trường hợp này nờn chọn phương ỏn tiết diện khụng ủổi trờn suốt chiều dài ủường dõy. Khi ủú coi mạng ủiện là ủồng nhất, tiết diện khụng ủổi vỡ ủiện khỏng x0 trờn ủường dõy khỏc nhau khụng nhiều, sự phõn bố cụng suất chỉ phụ thuộc vào chiều dài ủường dõy. Sau khi tỡm ủược cụng suất truyền tải trờn tất cả cỏc ủoạn ta xỏc ủịnh ủược ủiểm phõn cụng suất. Tỏch mạng ủiện kớn thành 2 mạng ủiện hở tại ủiểm phõn cụng suất. Trỡnh tự tiến hành tớnh toỏn cho mỗi mạng hở như sau:

- Sơ bộ chọn một giỏ trị trung bỡnh của x0, tớnh tổn thất ủiện ỏp phản khỏng ∆Up từ nguồn ủến ủiểm phõn cụng suất.

- Xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp tỏc dụng cho phộp: ∆Uacp = ∆Ucp - ∆Up . - Tìm tiết diện dây dẫn: Ftt =

acp

dm U

U Pl

∆ Σ γ

- Chọn tiết diện quy chuẩn Fqc ≥ Ftt, tra bảng tỡm r0 và x0, tớnh tổn thất ủiện ỏp thực tế, so sỏnh với tổn thất ủiện ỏp cho phộp ủỏp ứng ủiều kiện ∆Utt ≤ ∆Ucp. Trường hợp khụng thoả món thỡ nõng cấp tiết diện lên một cấp và tính lại.

Vỡ tiết diện dõy dẫn khụng ủổi trờn toàn mạng nờn sau khi tớnh ta chọn ủược hai tiết diện từ phớa nguồn A và nguồn B ủến ủiểm phõn cụng suất. Vỡ ủường dõy cú cựng tiết diện nờn so sỏnh ủể chọn chung một tiết diện duy nhất cho mạng kín.

Kiểm tra tiết diện dây dẫn khi sự cố mất một nguồn cung cấp:

- Giả thiết sự cố ủứt ủoạn dõy gần một trong hai nguồn (lần lượt tớnh cho cả hai trường hợp là mất một trong hai nguồn và so sỏnh), cỏc phụ tải ủược cấp ủiện từ một phớa. Khi ủú mạng ủiện kớn trở thành mạng hở và ỏp dụng cỏc phương phỏp tớnh tổn thất ủiện ỏp của mạng hở:

- Tớnh lại cụng suất truyền tải trờn ủường dõy mạng hở 1 nguồn cung cấp.

- Xỏc ủịnh tổn thất ủiện ỏp thực tế của mạng hở tớnh từ ủầu nguồn cũn lại ủến phụ tải cuối cựng (∆USC).

- So sỏnh tổn thất ủiện ỏp trong 2 trường hợp ∆USC = max (∆USC A1, ∆USC B3)

- So sỏnh tổn thất ủiện ỏp khi sự cố ∆USC và tổn thất ủiện ỏp cho phộp khi sự cố ∆UcpSC. Thụng thường khi sự cố người ta cho phộp tăng tổn thất ủiện ỏp cho phộp lờn 5-8 % so với

Hỡnh 5-7. Sơ ủồ tớnh tiết diện mạng ủiện kớn cú ủoạn dõy phõn nhỏnh lúc bình thường nghĩa là: ∆USC ≤ ∆UcpSC = ∆Ucp + (5 - 8) %.

Nếu mạng ủiện kớn cú nhỏnh rẽ như hỡnh 5-7, thỡ cỏch lựa chọn tiết diện như sau:

- Coi phụ tải của nhỏnh dõy 4 tập trung tại ủiểm rẽ 3.

- Tiết diện dõy dẫn của ủường dõy chớnh tớnh như phương phỏp nờu trờn.

- Tỡm tổn thất ủiện ỏp thực tế với tiết diện ủó chọn từ nguồn ủến ủiểm rẽ 3.

- Căn cứ vào tổn thất ủiện ỏp cho phộp, tỡm tổn thất ủiện ỏp cho phộp cũn lại của ủoạn nhỏnh rẽ:

∆U cp3-4 = ∆U cp - ∆U B3

- Tớnh tiết diện dõy dẫn của ủoạn nhỏnh rẽ (khi ủú sơ ủồ là một ủoạn ủường dõy cú 1 phụ tải) với tổn thất ủiện ỏp cho phộp cũn lại của mạng là ∆U cp3-4.

- Kiểm tra mạng ủiện theo ủiều kiện ủốt núng và theo tổn thất ủiện ỏp cho phộp khi sự cố.

ISC ≤ I cp ; ∆USC ≤ ∆U cpSC .

- Khi một trong 2 ủiều kiện trờn khụng ủảm bảo thỡ phải tăng tiết diện dõy dẫn.

* Trường hợp ủường dõy dài và cỏc phụ tải phõn bố xa nhau

Khi ủú mỗi ủoạn ủường dõy nờn chọn tiết diện dõy dẫn khỏc nhau ủể ủỏp ứng yờu cầu kinh tế.

Sự phõn bố cụng suất khụng căn cứ theo chiều dài ủường dõy mà nú phụ thuộc vào tổng trở của dõy dẫn. Bài toỏn trở nờn phức tạp do dõy dẫn lại là yếu tố cần tỡm, ủể tớnh ủược người ta sử dụng phương phỏp gần ủỳng trờn cơ sở cỏc giả thiết.

Xột một ủoạn ủường dõy cung cấp cho một phụ tải, tiết diện dõy và thể tớch kim loại ủược xỏc ủịnh:

F =

acp

dm U

U Pl

γ ∆ ; V = 3Fl =

acp

dm U

U Pl γ ∆

3 2

.

Ta thấy thể tớch kim loại làm dõy dẫn tỷ lệ với bỡnh phương chiều dài ủường dõy. Muốn cho khối lượng kim loại màu làm dõy dẫn ớt nhất thỡ khoảng cỏch cấp ủiện từ nguồn ủến phụ tải phải là gần nhất.

Xột một mạng ủiện cú sơ ủồ như hỡnh vẽ, O là ủiểm giữa của ủường dõy.

Hỡnh 5-8. Mạng ủiện kớn phụ tải xa nhau, mỗi ủoạn dự kiến chọn một tiết diện

B

SA S12 S23 SB

s1 s2 s3

A ∇

s4

1

O

A B

s1 s2 s3

F1 F2 2 F3 3 F4

Muốn cho khoảng cỏch dẫn ủiện từ nguồn ủến phụ tải là ngắn nhất, nghĩa là lượng kim loại màu chi phớ cho ủường dõy là ớt nhất thỡ:

- Phụ tải 1 và 2 phải do nguồn A cung cấp, - Phụ tải 3 phải do nguồn B cung cấp.

Trờn cơ sở ủú, mạng ủiện kớn ủược chia thành hai mạng hở là A-1-2 và B-3. Tiết diện dõy dẫn mỗi mạng hở ủược chọn theo phương phỏp tớnh bỡnh thường của mạng ủiện hở ủịa phương. Tuỳ theo tính chất phụ tải mà có thể chọn dây dẫn theo một trong hai phương pháp. Ví dụ, với mạng ủiện mà cỏc phụ tải cú thời gian sử dụng cụng suất cực ủại thấp (Tmax = 2000 - 4000 h), thỡ chọn tiết diện dõy dẫn cỏc ủoạn khỏc nhau theo tổn thất ủiện ỏp cho phộp và chi phớ kim loại cực tiểu.

Mạng ủiện khi cỏc phụ tải cú thời gian sử dụng cụng suất cực ủại cao (Tmax = 4500 - 6000 h), thỡ chọn theo ủiều kiện tổn thất ủiện ỏp và tổn thất ủiện năng nhỏ nhất (phương phỏp j = const).

ðoạn ở giữa (ủoạn 2-3) bị cắt, thực tế khi vận hành sẽ cú dũng ủiện tương ủối nhỏ ủi qua. ðể chọn tiết diện cho ủoạn này, ta so sỏnh tiết diện của hai ủoạn F2 và F4, chọn tiết diện F3 theo một trong hai tiết diện ứng với ủoạn cú tiết diện bộ hơn.

Sau cựng thử lại xem ở ủiều kiện làm việc bỡnh thường và sự cố nghiờm trọng nhất dõy dẫn cú ủảm bảo hay khụng.

5.4. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ðỔI MẠNG ðIỆN KÍN

Trong quỏ trỡnh tớnh toỏn mạng ủiện kớn, ta sẽ gặp mạng ủiện kớn phức tạp cú nhiều ủiểm nỳt hoặc nhiều nguồn cung cấp. Việc xỏc ủịnh sự phõn bố cụng suất gặp nhiều khú khăn, người ta phải tỡm cỏch biến ủổi mạng ủiện kớn phức tạp trở thành ủơn giản. Dưới ủõy sẽ trỡnh bày một số phương phỏp biến ủổi mạng ủiện và khử nỳt nhằm ủưa mạng kớn phức tạp về mạng ủiện kớn ủơn giản hai nguồn cung cấp. Từ ủú dễ dàng tỡm ủược sự phõn bố cụng suất trờn cỏc ủoạn mạng. Tiếp theo, hoàn nguyờn trở lại sơ ủồ ban ủầu theo cỏc bước ủó biến ủổi ủể tỡm cụng suất trong mạng ủiện thực tế. Như vậy, với mạng ủiện càng phức tạp, cú nhiều nhỏnh nhiều nỳt thỡ cỏc bước biến ủổi cũng nhiều, quỏ trỡnh hoàn nguyờn ủể tỡm cỏc thụng số chế ủộ trong sơ ủồ thực cũng trở nờn phức tạp. Ngày nay với sự ra ủời của mỏy tớnh, việc tớnh toỏn mạng ủiện kớn phức tạp ủó trở nờn dễ dàng, phương phỏp biến ủổi mạng vẫn cũn hữu ớch trong một số trường hợp.

Biến ủổi mạng kớn phức tạp về mạng ủiện kớn ủơn giản dựa vào cỏc phương phỏp biến ủổi trong cơ sở kỹ thuật ủiện như hợp nhất cỏc nhỏnh ủồng quy, dịch chuyển phụ tải (khử nỳt), biến ủổi sao tam giỏc và ngược lại. Yờu cầu khi biến ủổi mạng, dũng ủiện và ủiện ỏp (ở chế ủộ xỏc lập) trong mạng ban ủầu và mạng biến ủổi phải phự hợp nhau khi giải hệ phương trỡnh tuyến tớnh của chế ủộ xác lập.