Ứng dụng phần mềm ETAP trong công nghệ lưới điện thông minh

NGUYỄN NHÂN BỔN LÊ VĂN ĐẠI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH... TỔNG QUÁT VỀ PHẦN MỀM ETAP ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc OTI.. Phâ

NGUYỄN NHÂN BỔN

LÊ VĂN ĐẠI

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

NGUYỄN NHÂN BỔN, LÊ VĂN ĐẠI

Chịu trách nhiệm xuất bản và nội dung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

Website: http://hcmute.edu.vn NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Phòng 501, Nhà Điều hành ĐHQG-HCM, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

ĐT: 028 6272 6361 - 028 6272 6390 E-mail: vnuhp@vnuhcm.edu.vn

Website: www.vnuhcmpress.edu.vn VĂN PHÒNG NHÀ XUẤT BẢN PHÒNG QUẢN LÝ DỰ ÁN VÀ PHÁT HÀNH

Tòa nhà K-Trường Đại học Khoa học Xã hội & Nhân văn, số 10-12 Đinh Tiên Hoàng, phường Bến Nghé,

Quận 1, TP Hồ Chí Minh

ĐT: 028 66817058 - 028 62726390 - 028 62726351 Website: www.vnuhcmpress.edu.vn

Nhà xuất bản ĐHQG-HCM và tác giả/ đối tác liên kết giữ bản quyền©

Copyright © by VNU-HCM Press and author/

co-partnership All rights reserved

sự đồng ý của Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM và Tác giả

ĐỂ CÓ SÁCH HAY, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời buổi được xem là thời kỳ Cách mạng công nghiệp lần 4 hiện nay, vai trò của những ứng dụng tự động, phần mềm hỗ trợ con người trong việc tính toán, thiết kế kỹ thuật càng trở nên cần thiết hơn Điểm ưu việt dễ nhận thấy hơn cả là máy tính sẽ tính nhanh hơn con người và độ chính xác rất cao Có những phần mềm hỗ trợ những bài toán đơn giản, có những phần mềm lại có rất nhiều ứng dụng chuyên sâu và quy mô rộng rãi trên nhiều dạng bài toán phức tạp đặt ra

Đối với các ngành kỹ thuật nói chung, trong cả quá trình học tập hay làm việc thì việc tính toán hầu như là xuyên suốt Đối với những bài toán đơn giản thì sẽ dễ dàng kiểm định lại tính chính xác, độ tin cậy của thông số tính toán được Còn đối với những bài toán nhiều số liệu liên kết với nhau và quy mô phức tạp hơn thì việc “sai một ly, đi một dặm” là điều không hiếm, và việc kiểm tra tính chính xác cũng mất nhiều thời gian Trong bộ môn Điện Công nghiệp có rất nhiều bài toán như thế

Chính vì lý do đó mà có nhiều phần mềm ra đời hỗ trợ trong tính toán thiết kế điện như Matlab, Ecodial, PowerSim, Etap,… và ETAP là phần mềm mà chúng tôi thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu các tiện ích trong đó ETAP là một trong những phần mềm ưu việt trong tính toán thiết kế hệ thống điện và nhiều ứng dụng khác được thiết kế bởi tập đoàn Operation Technology Inc ở thành phố Irvine, California, Mỹ Phần mềm này có thể hỗ trợ truy xuất kết quả tính toán để người thiết kế có thể căn cứ áp dụng hoặc đối chiếu với kết quả tính toán bằng phương thức tự tính toán TS Nguyễn Nhân Bổn phụ trách chương 1, 2, 3, 6, 7 TS Lê Văn Đại phụ trách chương 4, 5 Quá trình tìm hiểu phần mềm này trong cuốn sách chúng tôi chỉ tập trung vào một số ứng dụng trong rất nhiều ứng dụng được tích hợp trong đó cùng với những kiến thức đã học được trong môn học cung cấp điện và hệ thống điện, sau đó là kết luận những gì rút ra được trong quá trình nghiên cứu đó Chính vì vậy sẽ không thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được đóng góp của quý thầy, cô để chúng tôi có thể hoàn thiện hơn kiến thức và khai thác hiệu quả hơn các ứng dụng này trong tương lai.Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về:

TS Nguyễn Nhân Bổn; TS Lê Văn Đại

Email: bonnn@hcmute.edu.vn; lvd160178@gmail.com

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP 1 Tổng quát về phần mềm ETAP 9

2 Các thành phần và giao diện của ETAP 9

3 Quản lý dữ liệu trong ETAP 11

CHƯƠNG 2: CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP 1 Cơ sở lý thuyết 13

1.1 Khái nhiệm chung 13

1.2 Cáp mạng phân phối 13

1.3 Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp 14

2 Chủng loại cáp (CADIVI) 15

2.1 Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC 15

2.2 Dây cáp điện lực CV 15

2.3 Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV 15

2.4 Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC 15

3 Phương pháp lựa chọn 15

3.1 Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng 16

3.1.1 Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất 16

3.1.2 Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất 16

3.2 Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ 17

3.2.1 Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB 17

3.3 Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt 17

3.3.1 Kiểm tra theo tổn thất điện áp 17

3.3.2 Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch 19

4 Ứng dụng trong phần mềm ETAP 20

4.1 Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP 21

4.2 Tiêu chuẩn áp dụng 21

4.3 Trang thông tin .22

4.4 Mô phỏng ví dụ trong ETAP .22

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG 1 Các tính toán cần thiết 28

2 Ứng dụng phần mềm ETAP tính toán lựa chọn dây dẫn cho đường dây truyền tải trên không 28

CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT TUABIN GIÓ 1 Tổng quan về năng lượng gió 37

1.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 37

1.2 Ưu điểm năng lượng gió 39

1.3 Nhược điểm năng lượng gió 39

1.4 Sự liên quan giữa công suất và độ cao 40

2 Mô phỏng máy phát tuabin gió trong ETAP 41

2.1 Phân tích ổn định động 41

2.2 Thanh công cụ phân tích ổn định động 42

2.3 Mô phỏng ví dụ trong ETAP 44

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1 Cơ sở lý thuyết 54

1.1 Tính toán công suất phụ tải 54

1.2 Tính toán dung lượng máy biến áp theo sơ đồ phân bố phụ tải trong mạng điện 54

1.3 Tính toán dung lượng máy biến áp theo đồ thị phụ tải 55

2 Lựa chọn máy biến áp 58

3 Ứng dụng ETAP chọn máy biến áp 58

3.1 Thẻ Rating (thông số cơ bản của biến áp) 58

3.2 Thẻ thông số trở kháng máy biến áp (Impedance) 62

3.3 Thẻ nối đất (Grounding) 63

3.4 Thẻ định kích thước biến áp (Sizing) 65

CHƯƠNG 6: TỐI ƯU LẮP ĐẶT TỤ BÙ

1 Cơ sở lý thuyết 69

1.1 Lợi ích của việc bù công suất phản kháng 69

1.2 Lý thuyết bù kinh tế 70

2 Tổng quan chức năng tính toán lắp đặt tụ bù của ETAP 72

2.1 Tổng quan về chế độ tính toán tối ưu tụ bù của ETAP 73

2.2 Chỉnh sửa Study Case của chế độ OCP 73

2.2.1 Thẻ Info 74

2.2.2 Thẻ Voltage Constraint 75

2.2.3 Thẻ Capacitor 76

2.3 Phương thức tính toán 77

3 Ví dụ - áp dụng mô phỏng ETAP 78

CHƯƠNG 7: PHỐI HỢP VÀ BẢO VỆ QUÁ DÒNG MẠNG ĐIỆN 1 Phối hợp bảo vệ các relay quá dòng 82

1.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (chức năng 50 hay 50N) 82

1.2 Bảo vệ quá dòng điện cực đại (chức năng 51 hay 51N) 84

1.2.1 Phối hợp thời gian các đặc tính độc lập 85

1.2.2 Phối hợp thời gian các đặc tính phụ thuộc 86

1.3 Ứng dụng ETAP vào tính toán bảo vệ mạng điện 87

1.3.1 Tổng quát chức năng tính toán phối hợp bảo vệ 87

1.3.2 Thanh công cụ 87

1.3.3 Chỉnh sửa Study Case 89

2 Ví dụ - áp dụng mô phỏng ETAP 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Chương 1

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP

1 TỔNG QUÁT VỀ PHẦN MỀM ETAP

ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI) ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi máy tính điện toán bắt đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc Ban đầu, ETAP là một phần mềm chuyên về thiết kế lưới điện, tính toán các thông số của một lưới điện tĩnh (Off-line) Năm 1992, ETAP cũng giới thiệu mảng thứ hai, toàn diện và thiết thực hơn, đó là quản lý lưới điện trong thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong kho vận hành thực tế Kể từ đó, ETAP phát triển rất nhanh với việc độc quyền trên nền tảng thời gian thực, ETAP thu hút được số lượng người dùng đông đảo và ngày càng được tin dùng

Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chính là ETAP Off-line và ETAP Real-time ETAP Off-line cung cấp cái nhìn đầu tiên, mô phỏng hệ thống điện cần quy hoạch trên mô hình và kiểm tra trước khi thi công dự án ETAP Real-time hướng đến một hệ thống điện tự hành, bao gồm thu nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến cố có thể xảy ra, quy hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành Bên cạnh đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của quá trình tính toán, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các khâu hay bảo trì, vận hành dễ dàng do sử dụng nền tảng, ngôn ngữ chung

2 CÁC THÀNH PHẦN VÀ GIAO DIỆN CỦA ETAP

ETAP là một giải pháp toàn diện cho việc thiết kế, mô phỏng, phân tích hệ thống điện trong quá trình phát điện, truyền tải, phân phối và điện công nghiệp ETAP tổ chức công việc trên một nền tảng dự án Mỗi dự án được tạo ra, ETAP cung cấp tất cả những dụng cụ cần thiết và hỗ trợ cho việc mô hình hóa và phân tích một hệ thống điện Với giao diện và các thành phần trực quan, dễ sử dụng, ETAP phù hợp cho tất cả các đối tượng học tập, nghiên cứu và vận hành

Hình 1.1 Giao diện phần mềm ETAP

Khi một dự án được khởi tạo, ETAP sẽ cung cấp dự liệu của dự án trong file có phần mở rộng là *.OTI Cơ sở dữ liệu được lưu trong một tập tin cơ sở dữ liệu ODBC (Open Data Connectivity – kết nối cơ sở dữ liệu mở) như Microsoft Access (*.MDB) Các file của dự án được lưu trong một thư mục có tên là tên của dự án ETAP cũng lưu trữ các báo cáo trong thư mục này

ETAP được thiết kế và phát triển bởi đội ngũ kỹ sư để giải quyết các vấn đề của hệ thống điện sử dụng gói phần mềm được tích hợp sẵn với nhiều giao diện như: mạng điện AC và DC, mương cáp, cáp ngầm, lưới nối đất, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phối hợp thiết bị bảo vệ, sơ đồ hệ thống điều khiển AC và DC,…

Hình 1.2 Các công cụ chính ETAP cung cấp

ETAP cung cấp tất cả các hệ thống và các giao diện để giúp người sử dụng có thể mô hình hóa và phân tích tất cả các vấn đề của hệ thống điện,

từ các hệ thống điều khiển đến các bảng điều khiển, cũng như các lưới điện truyền tải và phân phối lớn Các giao diện được hiển thị đồ họa hoàn chỉnh và các đặc tính kỹ thuật của mỗi thành phần mạng điện có thể được điều chỉnh trực tiếp Các kết quả tính toán của ETAP được hiển thị trực quan và thuận tiện cho người sử dụng

Tất cả hệ thống ETAP tận dụng lợi thế của việc sử dụng chung một

cơ sở dữ liệu ETAP cũng chưa một thư viện tích hợp sẵn và có thể truy cập từ các tập tin dự án Người dùng có thể tạo ra thư viện mới hoặc hiệu chỉnh lại thư viện hiện tại để thêm dữ liệu của nhà sản xuất

Giao diện và hệ thống ETAP có thể được kết nối bằng cách sử dụng thanh công cụ hệ thống

3 QUẢN LÝ DỮ LIỆU TRONG ETAP

ETAP thiết lập một hệ thống điện trong một dự án riêng Trong dự án này, ETAP tạo ra ba thành phần chính của hệ thống

Hình 1.3 Giao diện hệ thống quản lý dữ liệu

- Hiển thị (Presentation): thiết lập số lượng không bị giới hạn, hiển

thị đồ học độc lập của sơ đồ đơn tuyến mà nó mô tả dữ liệu thiết kế hoặc bất kỳ mục đích nào khác (ví dụ: sơ đồ trở kháng, các kết quả nghiên cứu hoặc đồ thị)

- Cấu hình (Configuration): Thiết lập với số lượng không bị giới hạn,

hệ thống cấu hình độc lập có thể nhận dạng tình trạng của các khóa điện (mở hoặc đóng), động cơ và tải (liên tục, gián đoạn và dự trữ), các chế độ vận hành của máy phát ( cân bằng, điều khiển điện áp, điều khiển công suất phản kháng, điều khiển hệ số công suất) và MOVs (Mở, đóng, điều tiết và dự trữ)

- Dữ liệu hiệu chỉnh (Revision Data): Dữ liệu cơ sở được thiết lập

với số lượng không bị giới hạn với các dữ liệu hiệu chỉnh để theo dõi các thay đổi và điều chỉnh các đặc tính kỹ thuật

Ba thành phần hệ thống này được tổ chức ở dạng trực giao để cung cấp khả năng và độ linh hoạt cao cho việc xây dựng và thao tác dự án ETAP Sử dụng khái niệm Hiển thị, Trạng thái cấu hình và Dữ liệu hiệu chỉnh, người sử dụng có thể tạo vô số sự kết hợp các lưới điện từ các cấu hình đa dạng và các tính chất kỹ thuật khác nhau, cho phép khảo sát và nghiên cứu đầy đủ các tính chất của lưới điện dựa trên một dữ liệu ban đầu Điều này có nghĩa là người dùng không cần sao chép dữ liệu cho các cấu hình hệ thống khác nhau

ETAP dựa trên khái niệm cơ sở dữ liệu ba chiều để thực hiện tất cả Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh Việc sử dụng khái niệm dữ liệu nhiều chiều cho phép người dùng lựa chọn tùy ý như Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh cụ thể với cùng một dữ liệu dự án

Chương 2

CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP

1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Khái nhiệm chung

Dây dẫn và cáp là một trong các thành phần chính của mạng cung cấp điện Vì vậy, việc lựa chọn dây dẫn và cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời góp phần không nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích không chỉ cho ngành điện mà còn cho cả các ngành kinh tế quốc dân

Tùy theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trò quyết định và điều kiện kỹ thuật đóng vài trò quan trọng hay ngược lại Do đó, cần phải nắm vững bản chất của mỗi phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả

1.2 Cáp mạng phân phối

Cáp mạng phân phối được chế tạo chắc chắn, có thể đặt trong đất hoặc trong hầm dành riêng cho cáp nên tránh được va đập, tránh được ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu

- Cáp ở cấp điện áp U < 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu ba pha bọc chung một vỏ chì

- Cáp ở cấp điện áp U > 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu bọc rẽ từng pha

Cáp thường dùng lõi nhôm một sợi hoặc nhiều sợi, chỉ sử dụng lõi đồng ở những nơi đặc biệt như dễ cháy nổ, trong hầm mỏ, nguy hiểm do khí và bụi

Lõi cáp có thể làm bằng một sợi hoặc nhiều sợi xoắn lại, các sợi có dạng tròn, ô van, cung quạt, có thể ép chặt hoặc không ép chặt

Cáp nhiều ruột thường là loại 3 hay 4 ruột Với cáp 4 ruột, ruột trung tính thường có tiết diện bé hơn.

Các ruột dẫn có bọc cách điện để bọc từng pha với nhau bên ngoài được bao một lớp vỏ bằng chì, nhôm, cao su hoặc nhựa tổng hợp để ngăn ngừa lớp vỏ bị ăn mòn hoặc bị hỏng, phí bên ngoài cũng được phủ một lớp bảo vệ gồm:

- Lớp bảo vệ tránh ăn mòn, thường là bitum quét lên vỏ cáp và một lớp băng giấy tẩm sulfat, trên đó lại quét một lớp bitum thứ hai

- Lớp đệm phủ, để tránh cho vỏ cáp không bị hư khi đặt một lớp bọc thép Nó gồm lớp dây tẩm hoặc giấy tẩm sulfat và phủ ngoài một lớp bitum

- Lớp vỏ bọc thép bảo vệ cho vỏ không bị hỏng cơ học làm bằng thép hoặc dây thép mạ kẽm

1.3 Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp

Nguyên tắc chung chọn dây/cáp là phải đảm bảo yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Tuy nhiên, thường hai chỉ tiêu này mang tính đối lập cho nên căn cứ vào đặc điểm của mạng phân phối, truyền tải điện được xem xét và các yếu tố ảnh hưởng khác mà việc lựa chọn dây/cáp sẽ được tiến hành trên cơ sở kinh tế hay kỹ thuật là chính Tuy nhiên, dù được chọn dựa trên cơ sở nào thì cũng phải kiểm tra cơ sở còn lại

Các phương pháp chọn cáp trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế bao gồm:

- Phương pháp chọn cáp theo mật độ dòng kinh tế

- Phương pháp chọn dây cáp theo khối lượng kim loại màu cực tiểuCác phương pháp chọn cáp theo cơ sở chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm:

- Phương pháp chọn cáp theo điều kiện phát nóng

- Phương pháp chọn cáp theo điều kiện tổn thất điện áp

- Phương pháp xem xét đồng thời cả hai chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là phương pháp mật độ dòng điện J không đổi

2 CHỦNG LOẠI CÁP (CADIVI)

2.1 Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC

Đây là loại cáp được bọc cách điện bằng XPLE, thường cáp này có 2,3 hoặc 4 ruột, ruột dẫn được làm bằng nhồm xoắn ép chặt lại Tiết diện danh định nằm trong khoảng từ 16 150mm2, được dùng với cấp điện áp 0,6/1 kV và làm việc lâu dài ở nhiệt độ bằng 90oC

Do cấu tạo được xoắn chung thành chùm nên có nhiều chắc năng ưu việt, an toàn khi sử dụng, bảo đảm mỹ quan thành phố thuận tiện khi lắp đặt và sửa chữa

2.2 Dây cáp điện lực CV

Cáp điện lực CV là loại cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi xoắn chặt lại với nhau Tiết diện danh định từ 11 400 mm2 Cáp điện lực CV thường dùng cho mạng điện phân phối khu vực có điện áp 660V Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ

2.3 Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV

Đây là cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, gồm 2, 3, 4 lõi Ruột dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi nhỏ xoắn chặt lại với nhau Tiết diện danh định từ 2 50 mm2 Cáp điện lực CVV thường dùng để cấp điện cho các động cơ điện 2 pha hoặc 3 pha Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ

2.4 Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC

Đây là dây điện được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột dẫn được làm bằng đồng một sợi Tiết diện danh định từ 1oC 7 mm2 Dây VC thường dùng trong thiết bị đường dẫn điện chính trong nhà Nhiệt độ làm việc dài hàn ở 70oC và khi gặp sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ

3 PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN

Do mạng phân phối hạ áp tải công suất nhỏ và cự ly truyền tải ngắn

nên chỉ tiêu kinh tế chỉ đóng vài trò quan trọng mà không đóng vai trò quyết định như chỉ tiêu kỹ thuật Chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm khi chọn cáp bao gồm:

- Nhiệt độ cáp không được vượt quá nhiệt độ cho phép quy định bởi nhà chế tạo trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong chế độ vận hành sự cố khi xuất hiện ngắn mạch

- Độ sụt áp không được vượt quá độ sụt áp cho phép

3.1 Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép sẽ đảm bảo cho cách điện của dây dẫn không bị phá hỏng do nhiệt độ dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây Điều này được thực hiện khi dòng điện phát nóng cho phép của cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn

3.1.1 Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất

Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dòng phát nóng cho phép của cáp không chôn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ số thành phần:

- Hệ số K1 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt

- Hệ số K2 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn

- Hệ số K3 xét đến nhiệt độ môi trường khác 30oC

K = K1 x K2 x K3 (2.1)

3.1.2 Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất

Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dòng phát nóng cho phép của cáp chôn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ số thành phần:

- Hệ số K4 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt

- Hệ số K5 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn

- Hệ số K6 xét đến tính chất của đất

- Hệ số K7 xét đến nhiệt độ đất khác 20oC

K = K4 x K5 x K6 x K7 (2.2)

3.2 Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ

Trong mạng hạ áp, thường sử dụng máy cắt (CB) hay cầu chì để bảo vệ quá tải thiết bị tiêu thụ điện và cáp Do đó, việc chọn cáp trong mạng hạ áp liên quan chặt chẽ với việc chọn thiết bị bảo vệ

F > Fnh (2.8)

3.3 Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt

3.3.1 Kiểm tra theo tổn thất điện áp

Đối với mạng hạ áp, do trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng Vì vậy, thường phải kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Công thức xác định tổn thất điện áp trên cáp trình bày ở bảng sau:

1 pha: pha/pha

1 pha: pha/trung tính

3 pha cân bằng: 3 pha (có

hoặc không có trung tính)

Bảng 2.1 Bảng công thức tính toán tổn thất điện áp

Bảng công thức tính toán tổn thất điện áp cho phép

Trong đó:

• I B là dòng làm việc lớn nhất (A)

• r0 là điện trở của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km)

• x0 là cảm kháng của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km)

• Uđm là điện áp định mức (V)

• L là chiều dài đường dây (km)

• là góc pha giữa điện áp và dòng điện trong dây

• r0 được bỏ qua khi tiết diện lớn hơn 55 mm2

r0 = cho dây đồng và r0 = cho dây nhôm

x0 được bảo qua cho dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn 50 mm2

Nếu không có thông tin nào khác chọn x0 = 0.08Ω/km

Cos được chọn như sau:

- Đối với phụ tải chiếu sáng Cos = 0,6 1

- Đối với phụ tải động cơ

Khi khởi động

Ở chế độ bình thường

Trong thực tế, để đơn giản trong tính toán tổn thất điện áp có thể áp dụng biểu thức sau:

(2.9)Trong đó: Vd là điện áp rơi trên mỗi đơn vị chiều dài đường dây (V/A.km), I là dòng điện phụ tải (A) , L là chiều dài của dây (km)

Khi mà nhà chế tạo cáp cho trước giá trị Vd thì có thể xác định tiết diện dây dẫn đảm bảo tổn thất điện áp qua bảng tra

Điều kiện kiểm tra tổn thất điện áp cho phép:

(2.10)Trong đó: là tổn thất điện áp cho phép ( + 5% hoặc 2.5% tùy loại phụ tải), là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng

Nếu trong mạng có nhiều đoạn, nhiều nhánh thì phải tìm điểm nào có tổn thất điện áp lớn nhất để so sánh

3.3.2 Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch

Khi chưa mang tải, nhiệt độ trong dây dẫn bằng với nhiệt độ môi trường Khi ngắn mạch, nhiệt lượng trong dây dẫn sẽ sinh ra rất lớn và tỏa vào lớp bọc cách điện Nếu các thiết bị bảo vệ không cô lập sự cố kịp thời sẽ dẫn đến cách điện dây dẫn bị phá hủy

Cần phải kiểm tra khả năng chịu nhiệt của cáp khi xuất hiện ngắn mạch theo biểu thức:

(2.11)

Trong đó: t là thời gian tồn tại dòng ngắn mạch (s), I N là dòng điện ngắn mạch (A), F là tiết diện của cáp (mm2), Kcđ là hằng số đặc trưng cho loại cách điện (A2.s/mm4)

Giá trị Kcđ được tra:

4 MÔ PHỎNG VÍ DỤ TRONG ETAP

Phần mềm ETAP cung cấp các tùy chọn khác nhau có thể được sử dụng cho các yêu cầu thiết kế Các yêu cầu thiết kế này có thể do người dùng xác định hoặc tự động xác định từ lưu lượng tải, ngắn mạch và kết quả tính toán thiết bị bảo vệ

Nghiên cứu kích thước cáp ETAP tính toán kích thước cáp tối ưu và thay thế cho dây dẫn pha dựa trên các tiêu chí sau:

- Tính toán thông số cáp

- Dựa trên giao diện lưới để sắp xếp, tìm kiếm và lọc

- Nhiều bộ lọc để lựa chọn

- Cập nhật hàng loạt từ thư viện

- Lựa chọn hàng loạt từ thư viện

- Truy cập vào biểu mẫu

- Báo cáo cá nhân hoặc hợp nhất

4.1 Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP

Trên thanh tiêu đề, ta chọn “Library”, sau đó chọn “Cable” để xuất hiện hộp thoại thư viện cáp như hình 2.2:

Các thông số và ký hiệu trong hộp thoại thư viện cáp:

Unit Đơn vị đo lường theo English hoặc Mertic

Freq Tần số, đơn vị: Hz

Type Vật liệu dẫn, Đồng (CU) hoặc Nhôm (AL)

kV Điện áp dây định mức của cáp ( đơn vị: kV)

%Class Cấp điện áp phần trăm định mức : 100%, 133%

#/C Cáp đơn (1/C), cáp 3 lõi (3/C),…

Insul Loại cách điện: Rubber ( Cao Su ), XLPE, PVC,…

Source Tiêu chuẩn áp dụng

Instal Kiểu lắp đặt có từ tính hoặc không

Bảng 2.3 Hộp thoại Cable Library

4.2 Tiêu chuẩn áp dụng

Đối với mạng hạ áp (£ 1 kV): IEEE 399 (under ground installations), ICEA P-54-440 (above ground trays), NEC, IEC 60364, BS 7671, NF C15-100 Đối với mạng trung áp (< 35 kV): IEEE 399, ICEA P-54-440, NEC, IEC 60502

Hình 2.2 Tiêu chuẩn áp dụng

Đối với mạng cao áp (> 35 kV): IEEE 399 (under ground installations), ICEA P-54-440 (above ground trays)

4.3 Trang thông tin

Hình 2.3 Thanh AC Elements Editor

4.4 Mô phỏng ví dụ trong ETAP

Tính toán lựa chọn cáp hạ áp, cho sơ đồ đơn tuyến như hình sau với các thông số sau:

- Công suất điện đinh mức của lưới nguồn: 100 MVA

- Máy biện áp hạ áp 4.16/0.48 kV, 120 kVA

- Công suất của Motor1 là 125 HP

Yêu cầu: Tính toán lựa chọn cáp 1 Lưu ý: ví dụ đang được tính ở

tiêu chuẩn ANSI, để đổi qua IEC người dùng có thể vào phần “Project” sau đó chọn “Standards…”

Hình 2.4 Sơ đồ đơn tuyến mạng trung hạ thế đơn giản

Các bước mô phỏng trong ETAP

Bước 1: Nhập các thông số như trong hình

Hình 2.5 Thông số lưới điện

Máy biến áp T1:

Hình 2.6 Thông số máy biến áp

Động cơ 1

Hình 2.7 Thông số Động cơ 1

Bước 2: Tính toán, nhập thông số cáp

Vào thẻ Rating của máy biến áp T1, ở phần Voltage Rating, dòng định mức ở sơ cấp là 144.3A

Hình 2.8 Thông số điện áp máy biến áp

Tra catalogue ta chọn cáp 3 × 1 × 250 AWG/kcmil AL/Rubber (đơn vị đo lường tiết diện theo tiêu chuẩn ANSI)

Nhấp đúp chuột vào cáp, nhập thông số chiều dài 20ft, chọn Library để mở hộp thoại thư viện ra sau đó chọn cáp

Hình 2.9 Chọn thông số Cáp

- Sau đó điều hướng sang trang Impedance để coi trở kháng

- Điều hướng sang trang Ampacity cài đặt Type

- Qua trang Loading, tích vào ô Operating Current để hiển thị dòng tải hoạt động

Hình 2.10 Chọn phương pháp lắp đặt Cáp

- Điều hướng sang trang Sizing – Phase để xem kết quả

Hình 2.11 Tính toán tối ưu lắp đặt Cáp

Bước 3: Chạy phân bố công suất

- Vào Load Flow Study Case, tích vào ô Cable Load Amp để hiển thị dòng tải trong cáp

- Chạy phân bố công suất, kiểm tra sụt áp

Hình 2.12 Kết quả phân bố công suất, kiểm tra sụt áp

Bước 4: Xuất file Report Manager

Trang thông tin về cáp như sau:

Hình 2.13 Kết quả thông tin về cáp

Chương 3

TÍNH TOÁN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG

1 CÁC TÍNH TOÁN CẦN THIẾT

Phần mềm ETAP hỗ trợ tính toán lựa chọn dây dẫn cho đường dây truyền tải trên không với các tính toán sau:

- Tính toán thông số của dây dẫn

- Tính toán khả năng tải dòng và phát nóng của dây dẫn

- Tính toán độ võng và độ căng của dây dẫn

- Tính toán thông số của dây dẫn

Phần mềm ETAP cung cấp chức năng tự động tính toán các thông số của dây dẫn như điện trở (R), điện kháng (X), điện dung ký sinh (Y) dựa trên các thông số về dây dẫn, cấu hình trụ, lưới nối đất, các mạch đường dây đi chung với nhau Các giá trị tính toán là giá trị tương đối (Ω hoặc µs/đơn vị chiều dài) hoặc tuyệt đối (Ω hoặc µs) Ngoài ra ETAP còn tự động tính toán ma trận thông số R, X, Y để tham khảo nếu cần

Các tính toán được ETAP thực hiện dựa trên các phương trình trong tiêu chuẩn IEC 60909-3, IEC 60287-1-1 và ICEA P-34-359 và người sử dụng không thể hiệu chỉnh các tính toán này

Các thông số cơ bản của dây dẫn phục vụ tính toán thông số của đường dây truyền tải như điện trở ban đầu, điện kháng lý tưởng, đường kính ngoài dây dẫn, bán kính trung bình hình học,… người dùng có thể sử dụng từ thư viện của ETAP hoặc nhập vào trực tiếp để phù hợp với đường dây khảo sát

2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG

Ví dụ: Cho sơ đồ lưới điện 500 kV như hình dưới và các thông số

lưới điện đã biết như sau:

Hệ thống vô cùng lớn: Isc = 40 kA; X/R = 20;

Máy phát GEN: P = 660 MW; Qmax/min = + 300 Mvar; PF = 0.85;Máy biến áp T1: S = 800 MVA;

Các phụ tải Load 1 = 300 MVA, PF = 0.95; Load 2 = 600 MVA, PF

Vận tốc gió (m/s)

Hướng gió (0)

Nhiệt

độ

(0C)

Độ cao lắp đặt (m) Hỗ cảm

Bảng 3.1 Thông tin về các đường dây truyền tải

Hình 3.1.Sơ đồ lưới điện khảo sát

Các bước thực hiện tính toán chọn dây dẫn cho đường dây A-B như sau:

- Xây dựng sơ đồ lưới điện

- Nhập các thông số cho đường dây A-B

- Trang Info

- Trang Parameter

Lưu ý: Đối với lưới điện 500 kV Việt Nam, tiết diện dây thường sử

dụng là ACSR 330 mm2 và thư viện ETAP hiện tại không có tiết diện dây này nên trong ví dụ lựa chọn dây có tiết diện tương đối để tính toán cho khả năng tải dòng

- Trang Configuration

Lưu ý: Đối với lưới điện 500 kV Việt Nam thường sử dụng dây phân

pha 4, tuy nhiên ở lần tính đầu tiên, ví dụ chọn dây phân pha một 1 để kiểm tra, nếu không đạt sẽ thay đổi cấu hình này

- Trang Grouping

Hình 3.2 Thông tin thiết lập trang Info

Hình 3.3 Thông tin thiết lập trang Parameter

Hình 3.4 Thông tin thiết lập trang Configuration

Hình 3.5 Thông tin thiết lập trang Grouping

- Trang Earth: Hình 3.6

Hình 3.6 Trang Earth

Lưu ý: Trong ví dụ không xem xét ảnh hưởng nhiều của đất nên các

giá trị để mặc định theo ETAP, tuy nhiên trong bài toán thực tế cần cung cấp thông tin ở trang này theo kết quả khảo sát

- Trang Impedance

- Trang Protection

- Trang Sag & Tension

Hình 3.7 Giao diện trang Impedance

Hình 3.8 Giao diện trang Protection

Hình 3.9 Giao diện thiết lập trang Sag & Tension

Lưu ý: Nội dung này nhằm tính toán độ võng đường dây và lực căng

lên trụ điện phục vụ cho công tác thiết kế trụ Ở vị dụ này, mục tiêu là đạt độ võng 3m, tuy nhiên với các khoảng vượt đề ra thì độ võng luôn lớn hơn 3m, để cải thiện điều này, cần giảm độ dài khoảng vượt hoặc tăng cường lực căng của cột

- Trang Ampacity

Hình 3.10 Giao diện trang Ampacity

Từ kết quả trang này, ta thấy rằng với các thông số, cấu hình đường dây như đã trình bày, đường dây A-B có khả năng tải dòng lớn nhất là 806.2 A, khi đó nhiệt độ dây dẫn đạt mức tối đa cho phép là 750C Người dùng có thể nhập giá trị dòng tải thực tế vào ô “Operating Ampacity” để kiểm tra nhiệt độ dây dẫn thực tế Trong trường hợp nhiệt độ vận hành dây dẫn lớn hơn nhiệt độ cho phép (750C) người dùng cần lựa chọn lại dây dẫn (chọn dây phân pha, tăng tiết diện dây,…)

Các trang Reliability, Remarks và Comments không ảnh hưởng đến việc lựa chọn dây dẫn nên không đề cập trong ví dụ này

- Nhập các thông số tương tự cho các đường dây B-C và B-D.

- Chạy chương trình tính toán trào lưu công suất, ta có kết quả như hình 3.11

- Từ kết quả trên ta thấy rằng các dây dẫn lựa chọn làm cho sụt áp tại các nút rất lớn nên cần phải lựa chọn lại

Giữ nguyên các thông số khác, thay đổi cấu hình dây dẫn, sử dụng phân pha bốn (4) khoảng cách phân pha là 40 cm, chạy lại chương trình tính toán trào lưu công suất ta có kết quả như hình 3.12

Với sự thay đổi trên,, ta thấy rằng điện áp các nút đã được cải thiện và đảm bảo theo quy đinh (< 5%) Người dùng cũng có thể tiếp tục thay đổi thông số đường dây B-C để cải thiện điện áp tại nút C

Hình 3.11 Kết quả tính trào lưu công suất

với dây dẫn lựa chọn lần 1

Hình 3.12 Kết quả tính trào lưu công suất

với dây dẫn lựa chọn lần 2

Chương 4

MÁY PHÁT TUABIN GIÓ

1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

1.1 Thực trạng năng lượng và môi trường

Năng lượng là một trong các điều kiện thiết yếu của đời sống con người Từ thế kỷ XX, con người đã sử dụng năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân, bước đầu sử dụng năng lượng tái tạo để phát điện nhằm phục vụ sản xuất và cải thiện đời sống cho nhân loại Ngày nay trữ lượng than, dầu, khí đang ngày càng cạn kiệt Mặt khác, khi dùng chúng phát điện sẽ thải khí nhà kính vào khí quyển làm cho Trái Đất ngày càng nóng lên, gây biến đổi khí hậu toàn cầu Xây dựng các nhà máy điện bằng sức gió là một giải pháp nhanh chóng nâng cao sản lượng điện, đáp ứng nhu cầu điện năng trong một thời gian không lâu

Các máy phát điện sử dụng sức gió đã được sử dụng nhiều ở các nước Châu Âu, Châu Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác Sau thảm họa Chernobyl (Ukraine 1986), cuộc đấu tranh đòi hủy bỏ các nhà máy điện nguyên tử tại Đức diễn ra ngày càng mãnh liệt nên điện bằng sức gió phát triển rất mạnh, sản lượng đã vượt xa sản lượng thủy điện và trở thành nguồn năng lượng đáng kể trên cường quốc công nghiệp này

Tại Việt Nam, năm 2004 đầu tư cho đảo Bạch Long Vĩ 800 kW điện gió 414 kW kết hợp điêden hết 938150 USD Đầu tư cho điện gió không lớn so với đầu tư cho các nhà máy điện khác tại Việt Nam: nhà máy điện Uông Bí 890000 USD/MW, Nhà máy điện Ninh Bình 2 gần 1 triệu USD/

MW, Nhà máy điện Khí Phú Mỹ 3: 627784 USD/MW, thủy điện Đại Ninh: 1.45 triệu USD/MW, thủy điện Sơn la 1 triệu USD/MW

Theo bản đồ phân bố các cấp độ gió của tổ chức Khí tượng thế giới và bản đồ phân bố các cấp tốc độ gió của khu vực Đông Nam Á, do tổ chức True Wind Solutions LLC (Mỹ) lập theo yêu cầu của Ngân hàng Thế giới, xuất bản năm 2001 cho thấy: Khu vực ven biển từ Bình Định đến Bình Thuận, Tây Nguyên, dãy Trường Sơn phía Bắc rung Bộ, nhiều nơi có tốc độ gió đạt từ 7.0; 8.0 và 9.0 m/giây, có thể phát điện với công suất lớn (nối lưới điện quốc gia), hầu hết ven biển còn lại trên lãnh thổ, một số nơi, vùng núi trong đất liền