C 1.U2 + 2U + 3= Z(U) (4.6)
Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện.
6.2 Lựa chọn tiết diện dây trên không và cáp theo ĐK phát nóng:
2- Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn).
3- Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình th−ờng và sự cố.
4- Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn. 5- Vần quang điện.
Với 5 điều kiện trên ta xác định đ−ợc 5 tiết diện, tiết diện dây dẫn nào bé nhất trong chúng sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật. Tuy nhiên có những điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó dây dẫn sau khi đã đ−ợc lựa chọn theo các điều kiện khác vẫn cần phải chú ý đến điều kiện riêng của từng loại dây dẫn, vị trí và môi tr−ờng nơi sử dụng để có thể lựa chọn đ−ợc dơn giản và chính xác hơn. Ví dụ:
+ Yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học chỉ đ−ợc chú ý khi chọn tiết diện dây dẫn trên không .
+ Điều kiện phát nóng do dòng ngắn mạch chỉ đ−ợc chú ý khi chọn cáp.
+ Để đảm bảo độ bền cơ học ng−ời ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho từng loại dây ứng với cấp đ−ờng dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình mà dây đi qua…).
+ Yếu tố vầng quang điện chỉ đ−ợc đề cập tới khi điện áp đ−ờng dây từ 110 kV trở lên. Để ngăn ngừa hoặc làm giảm tổn thất vầng quang điện ng−ời ta cũng qui định đ−ờng kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau.
VD: với cấp 110 kV thì d > 9,9 mm → t−ơng ứng 70 mm2. 220 kV thì d > 21,5 mm → t−ơng ứng 120 mm2.
+ Ngoại yếu tố kỹ thuật và an toàn tiết diện dây dẫn còn đ−ợc lựa chọn theo các điều kiện kinh tế để sao cho hàm chi phí tính toán Ztt→ min. Phần d−ới sẽ trình bầy một số ph−ơng pháp chính.
6.2 Lựa chọn tiết diện dây trên không và cáp theo ĐK phát nóng: nóng:
1) Sự phát nóng khi có dòng điện chạy qua:
Khi có dòng điện chạy qua, do hiệu ứng Jun vật dấn sẽ nóng lên. Nếu nóng quá sẽ giảm độ bền cơ học, sẽ làm giảm tuổi thọ hoặc phá hỏng các đặc tính cách điện của các chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp). Vì vậy để hạn chế phát nóng quá mức ng−ời ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép t−ơng ứng với từng loại dây là: 700C với thanh trong và dây dẫn trên không; 550C với cáp bọc cao su. 800C với cáp điện có điện áp đến 3 kV và 650C với cáp 6 kV, 600C với cáp 10 kV… Từ đấy có thể xác định đ−ợc dòng điện làm việc lâu dài cho phép.
Qúa trình phát nóng vật dẫn nh− sau:
Năng l−ợng dùng để phát nóng tính bằng: Q = ∆P.t = I2R.t . Nh− vậy lúc đầu mhiệt độ của thiết bị sẽ nóng lên không ngừng. Tuy nhiên ngoài quá trình đốt nóng còn có quá trình toả nhiệt (phụ thuộc vào mức chênh nhiệt độ của dây). Sự chênh nhiệt độ của vật dẫn càng lớn thì quá trình toả nhiệt càng mạnh. Vì vậy nếu I=conts. nhiệt độ của dây dẫn sẽ dừng lại ở một mức nào đó (sau thời gian ổn định nhiệt) khi đó Qcc = Qtoa→ cân bằng nhiệt.
Qdốt (lớn) Qdôt (nhỏ) Qdot = 0 Qcc
Qtoa (nhỏ) Qtoa (lớn) Qtoa = Qcc
Quá độ nhiệt t0 =f(t, I, R) ổn định nhiết t0 = const. Nh− vậy sự phát nóng do dòng điện làm việc dài hạn gây ra, đ−ợc tính khi đã cân bằng nhiệt. Nhiệt l−ợng sản ra trong một đơn vị thời gian do dòng điện trong dây có điện trở tác dụng R bằng l−ợng nhiệt toả ra môi tr−ờng xung quanh trong thời gian đó: (lúc này không xét tới yếu tố thời gian nữa).
Q = I2.R = K.S.(θ - θ0) Trong đó:
K - hệ số toả nhiệt (phụ thuộc môi tr−ờng xung quanh). S - diện tích mặt ngoài dây dẫn (diện tích toả nhiệt). θ; θcf - Nhiệt độ dây dẫn và nhiệt độ môi tr−ờng xung quanh.
Nếu khống chế để θ = θcf , qui định ứng với từng loại dây cụ thể ( R = ρ . l/F) và nếu qui định cụ thể về θ0 , về điều kiện làm mát cụ thể thì:
R ) ( S . K I cf 0 cf θ θ − = (6.1)
Từ (6.1) cho ta thấy rằng có thể tính sẵn đ−ợc Icf với từng loại dây cụ thể nếu ta qui định chi tiết về S; R(F); θcf ; K; θ0 ứng với các điều kiện cụ thể này ta tính đ−ợc Icf→
Lập bảng Icf = f(F; loại dây; các điều kiện tiêu chuẩn). cần chú ý rằng nhiệt độ không khí xung quanh (tính TB) th−ờng lấy bằng +250C ; trong đất th−ờng lấy là +150C. 2) Chọn dây dẫn theo ĐK. phát nóng:
Thực chất là chúng ta sẽ chọn 1 loại dây có sẵn với Ftc và Icf sao cho khi lắp đặt vào với dòng thực tế thì nhiệt độ của nó sẽ không v−ợt quá nhiệt độ cho phép (thực tế ít biết đ−ợc θcf mà th−ờng chỉ biết đ−ợc Icf) → vậy để chọn dây ta có:
Ilvmax ≤Icf.K1.K2 (6.2) Trong đó:
Ilvmax - dòng điện cực đại lâu dài đi trong dây dẫn. Icf - dòng cho phép tra bảng (theo ĐK. tiêu chuẩn). K1; K2 - các hệ số hiệu chỉnh.
K1 - Chú ý đến nhiệt độ môi tr−ờng xung quanh khác tiêu chuẩn. K2 - Hệ số sét tới điều kiện làm mát (toả nhiệt) khác tiêu chuẩn (phụ thuộc vào số l−ợng các đ−ờng cáp cạnh nhau).
Riêng với đ−ờng cáp và dây dẫn Udm≤ 1 kV đ−ợc bảo vệ bằng cầu chì hoặc Aptomát. Cần chú ý hiện t−ợng sau. Khi quá tải không lớn lắm (Kqt < 2) thì sau một thời gian
khá lâu thiết bị bảo vệ ch−a cắt, dây dẫn bị phát nóng mạnh → làm cách điện già cỗi mau chóng, điều đó không cho phép. Vì vậy để thoả mãn điều kiện phát nóng, dây dẫn và cáp chọn không những chỉ cần đảm bảo (6.2) mà còn phải phối hợp với thiết bị bảo vệ theo những ĐK sau:
+ Khi mạng đ−ợc bảo vệ bằng cầu chì: αdc cf I I ≥ (6.3) Trong đó:
Idc – dòng điện định mức của dây chẩy cầu chì.
α - Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lý mạng điện.
α = 3 qui định với mạng điện động lực.
α = 0,8 với mạng sinh hoạt (chiếu sáng). + Khi mạng đ−ợc bảo vệ bằng Aptômát:
(1) 5 , 1 I I kdnhit cf ≥ (2) 5 , 4 I I kd dientu cf ≥ − (6.4)
Tuỳ theo aptômát có mach cắt nhiệt và cắt nhanh hay chỉ có 1 loại (có thể chính định đ−ợc hay không). Với mạng chiếu sáng đ−ợc boả vệ bằng aptômát.
8 , 0 I I kdnhiet cf ≥ (6.5)