Giáo trình thiết kế hệ thống điện phân phối Công nghệ kỹ thuật điện - đện tử

Nên cần phải được xem một cách toàn diện trong việc lựa chọn các phần tử của hệ thống sao cho các phần tử này đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế-kỹ thuật, Vì vậy đòi hỏi việc lựa chọn c

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

GIÁO TRÌNH

HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THÔNG ĐIỆN PHÂN PHỐI

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIÊN-ĐIỆN TỬ

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày tháng….năm

của………

MỤC LỤC

TRANG

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh

sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Thiết kế hệ thống điện phân phối đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá trình đưa nguồn điện từ nơi sản xuất đến các hộ tiêu thụ điện Nên cần phải được xem một cách toàn diện trong việc lựa chọn các phần tử của hệ thống sao cho các phần tử này đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế-kỹ thuật, Vì vậy đòi hỏi việc lựa chọn các phần tử trong hệ thống điện như nhà máy điện, máy biến áp, đường dây, phụ tải điện phải thoả mãn được các chỉ tiêu về kinh tế -kỹ thuật…

Những năm gần đây, nước ta đã đạt được những thành tựu to lớn trong phát triển kinh tế, xã hội Số lượng các nhà máy công nghiệp, các hoạt động thương mại, dịch vụ… gia tăng nhanh chóng, dẫn đến sản lượng điện sản xuất và tiêu dùng

ở nước ta tăng lên đáng kể và dự báo sẽ tiếp tục tăng nhanh trong những năm tới

Do đó mà hiện nay chúng ta đang rất cần đội ngũ những người am hiểu về hệ thống điện để làm công tác thiết kế cũng như vận hành, cải tạo và sửa chữa lưới điện nói chung, trong đó có khâu thiết kế hệ thống điện

Giáo trình Thiết kế hệ thống điện phân phối được trình bày qua năm chương

ứng với các nội dung cô động và tóm tắc nhất:

Chương 1: Tổng quan về thiết kế hệ thống điện

Chương 2: Các thông số về đường dây truyền tải

Chương 3: Thiết kế mạng phân phối

Chương 4: Thiết kế lưới điện xí nghiệp

Chương 5: Thiết kế đường dây và trạm biến áp trong thực tế

Mặc dù quy mô giáo trình không lớn lắm, nhưng trong thời gian thực hiện

các tác giả đã gặp một số khó khăn nhất định về kiến thức chuyên môn cũng như

sư phạm Vì thời gian cũng như kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên không tránh được những thiếu sót, nên các tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quý Thầy/Cô và các bè bạn Xin chân thành cảm ơn đến những bạn bè đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ về mặt tinh thần để các tác giả có thể hoàn thành cuốn giáo trình này

Tp.HCM, ngày….tháng năm 2018

Tham gia biên soạn Lại Hoàng Hải -Tôn NgọcTriều

B DANH MỤC BIỂU BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1: Hệ số nhiệt điện trở và điện trở suất của một vài vật liệu dẫn điện kim loại ở 200C

15

Bảng 2.2: Điện cảm GMD tự thân hay GMD của dây dẫn nhiều sợi 24 Bảng 3.1: Giá trị tổn thất công suất với hệ số phụ tải trung bình 55 Bảng 3.2: Bảng so sánh giữa các sơ đồ trạm 77 Bảng 4.1: Giá trị điện áp nguồn cho các xí nghiệp ở Pháp 112 Bảng 4.2: Kiểu lắp đặt dây hạ thế 121 Bảng 4.3: Kiểu lắp đặt dây trung thế 121 Bảng 4.4: Bảng tra về dung lượng KVAR cần đặt cho mỗi KW để cải thiện hệ số công suất lưới 133

Bảng 4.5: Bảng giá trị thông số kỹ thuật của một số loại tụ bù hệ số công suất 135

C DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Mật độ từ thông theo khoảng cách 17 Hình 2.2: Điện cảm mạch 2 dây dẫn song song 18 Hình 2.3: Điện cảm mạch nhóm dây dẫn song 20

Hình 2.4: Sự phân bố điện cảm bộ dây dẫn song song bất kỳ 21

Hình 2.5: Điện cảm đường dây đơn pha mạch kép 23 Hình 2.6: Điện cảm cáp ba sợi và bảy sợi 24

Hình 2.7: GMD tự thân của dây phức hợp hai sợi và bảy sợi 25 Hình 2.8: Điện dung 2 dây dẫn song song chỉ có mạch đi và về 33 Hình 2.9: Điện dung đường dây 3 pha bố trí dây đối xứng 33

Hình 2.10: Vị trí 3 đường dây không đối xứng 34

Hình 2.11: Điện dung đường dây đơn phá có đường về là đất 34 Hình 2.12: Điện dung đường dây 3 pha và dây dẫn ảo 35 Hình 2.13: Điện dung đường dây 3 pha đa mạch 36

Hình 2.15: Cáp có nhiều lớp cách điện 38 Hình 2.16: Phân bố điện trường theo bán kính r 38 Hình 2.17: Cáp có lớp màng phân cách 39

Hình 2.19: Điện dung tương đương của cáp 3 lõi 42

Hình 2.21: Mạch tương đương tổn thất cáp 43 Hình 3.1: Sơ đồ sơ tuyến hệ thống phân phối 45 Hình 3.2: Sơ đồ mạng truyền tải trung gian hình tia 46 Hình 3.3: Sơ đồ mạng truyền tải trung gian hình tia cải tiến 46 Hình 3.4: Sơ đồ mạng trung gian loại mạch vòng 47 Hình 3.5: Sơ đồ mạng trung gian dạng lưới 47 Hình 3.6: Sơ đồ mạng phân phối sơ cấp hình tia 47 Hình 3.7: Sơ đồ tuyến sơ cấp hình tia và hệ thông giao cách ly 48 Hình 3.8: Sơ đồ mạch hình tia với một dây chính và một dây 49 Hình 3.9: Sơ đồ tuyến dây cùng cấp hình tia tải cho từng khu vực 49 Hình 3.10: Sơ đồ tuyến dây trung thế mạch vòng 50 Hình 3.11: Sơ đồ mạng phân phối sơ cấp lưới 50 Hình 5.12: Các yếu tố ảnh hưởng đến cáp điện tuyến dây sơ cấp 52 Hình 3.13: Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn tuyến dây trung thế 53 Hình 3.14: Các yếu tố ảnh hưởng đến số lượng tuyến dây 53 Hình 3.15: Các yếu tố ảnh hưởng đến chọn lựa cỡ dây 53 Hình 3.16: Mô hình đường dây có tải tập trung 68 Hình 3.17: Phụ tải phân bố đều 69 Hình 3.18: Mô hình đường dây bố đều 69 Hình 3.19: Mô hình đường dây tải tăng dần 70 Hình 3.20: Sơ đồ một pha tập trung tương đương 72

Hình 3.23: Sơ đồ hai thanh cái có máy cắt liên lạc MC 76 Hình 3.24: Sơ đồ hai thanh cái chính và phụ 76 Hình 3.25: Sơ đồ hai thanh cái hình vuông 77

Hình 3.27: Vùng phụ tải hình vuông 79 Hình 3.28: Vùng phụ tải hình lục giác 79 Hình 3.29: Sơ đồ đơn tuyến của một hệ thống thứ cấp hình tia đơn giản 97Hình 3.30: Hai phương pháp mắc nhóm thứ cấp 98 Hình 3.31: Hai phương pháp mắc nhóm thứ cấp 98 Hình 3.32: Sơ đồ đơn tuyến của một phần nhỏ trong mạng thứ cấp 100 Hình 3.33: Sự phân phối hoàn hảo của các thiết bị bảo vệ mạng sơ cấp 102 Hình 3.34: Hệ số sử dụng máy biến áp theo tỉ lệ ZM/ZT và số nhánh được sử dụng 103 Hình 3.35: Phân bố thành phần phản kháng của dòng điện qua điện cảm 105

Hình 4.1: Sơ đồ cấp điện cho một xí nghiệp 113

Hình 4.3: Sơ đồ mạch dạng vòng hở (a) và kín (b) 114 Hình 4.4: Sơ đồ phân loại các chế độ trung tính 114 Hình 4.5 : Lưới trung tính cách ly 115

Hình 4.7: Lưới trung tính nối đất 116 Hình 4.8: Đồ thị xác định vùng quá tải (a) và thời gian quá tải (b) 127 Hình 4.9: Biểu đồ tra cứu về đường cong quá tải của MBA 129 Hình 4.10: Hình cách bố trí tụ bù tập trung cho từng máy có công suất lớn 137 Hình 4.11: Hình cách bố trí tụ bù nhánh cho từng phân đoạn 138 Hình 4.12 Hình cách bố trí tụ bù riêng cho từng máy có công suất lớn 141 Hình 4.13 Hình thể hiện cách lắp tụ bù 141

CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ VỀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI (DẪN)

2.2 Đường dây truyền tải trên không 15

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI

3.3 Thiết kế mạng phân phối thứ cấp 76 3.4 Thiết kế mạng phân phối thứ cấp (hạ thế) 95

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN XÍ NGHIỆP

4.1 Chọn cấu trúc lưới điện xí nghiệp 112

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP TRONG THỰC TẾ

5.3 Trình tự thiết kế trạm máy biến áp 150 5.4 Giới thiệu về một số tiêu chuẩn trong thiết kế-lắp đặt hệ thống điện và nội dung sử dụng phần mền tính toán mô phỏng hệ thống điện 153

E TÀI LIỆU THAM KHẢO

F PHỤ LỤC

GIÁO TRÌNH HỌC PHẦN

Tên học phần: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI

Mã học phần: TNC112040

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của học phần:

- Vị trí: Được bố trí trong học kỳ tốt nghiệp của khoá đào tạo

- Tính chất: Là một trong hai học phần tốt nghiệp của khoá đào tạo

- Ý nghĩa và vai trò của học phần: Là học phần rất quan trọng của chương trình đào tạo, giữ vai trò của một trong hai học phần trong thay thế để tốt nghiệp (nếu sinh viên chọn không thực hiện khoá luận tốt nghiệp) trong khoá đạo tạo

Mục tiêu của học phần:

- Về kiến thức:

+ Biết phân tích và đưa ra được các biện pháp an toàn trong mạng điện

+ Hiểu rõ và phân biệt được phương pháp thiết kế

+ Đọc được các bản vẽ trong hệ thống điện

+ Phân tích được các thông số trong hệ thống điện

- Về kỹ năng:

+ Biết áp dụng được các biện pháp bảo vệ an toàn trong thực tế trong hệ thống điện phân phối

+ Vận dụng các quy trình trong hệ thống điện phân phối và xí nghiệp

+ Vận dụng thiết kế được đường dây và trạm điện trong hệ thống điện phân phối và xí nghiệp

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có tinh thần học tập, rèn luyện và nâng cao kiến thức, kỹ năng một cách tích cực

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

Giới thiệu: Chương này trình bày các nội dung về: Khái quát, chọn công suất và vị trí

của nhà máy, chọn đường dây và đặc tính kỹ thuật đường dây, chọn công suất và vị trí

trạm, liên kết trong hệ thống điện trong thiết kế hệ thống điện

- Về kiến thức:

+ Mô tả khái quát về thiết kế hệ thống điện

+ Phân tích mối liên kết của các phần tử trong hệ thống điện

- Về kỹ năng:

+ Chọn công suất, vị trí của hoạt động nhà máy/khu công nghiệp

+ Tính chọn đường dây, đặc tính kỹ thuật của đường tải dây

+ Tính chọn công suất và vị trí trạm điện

- Về thái độ: Có tinh thần học tập, rèn luyện nâng cao kiến thức/kỹ năng, tự tìm tòi nghiên cứu tài liệu một cách sáng tạo và tích cực

1.1 Khái quát

Thiết kế hệ thống điện phân phối là quá trình xem xét hệ thống như là một tổng thể và lựa chọn các phần tử của hệ thống điện sao cho các phần tử này đáp ứng yêu cầu về kinh tế kỹ thuật,…Mỗi hệ thống điện đều có tính kinh tế nên không loại trừ một phần tử nào từ khâu sản xuất, truyền tải đến khâu phân phối điện năng Nên các yêu cầu vận hành hệ thống điện phải được xem xét và thực hiện dựa trên nền tảng của các phần tử trong hệ thống điện Các nội dung cần nghiên cứu trong hệ thống điện là:

- Dữ liệu về tải, độ lớn, tỷ lệ phát triển, thiết kế chi tiết các thiết bị nhà máy điện

- Thiết kế đường dây và lưới điện truyền tải để truyền công suất qua một khoảng cách cho trước nhưng phải thỏa mãn điều kiện kinh tế-kỹ thuật cũng như các đặc tính điện yêu cầu khác

- Thiết kế, kết nối hệ thống điện phân phối

- Chọn điện áp điều khiển của hệ thống gồm: điều khiển điện áp, điều khiển tải tác dụng, tải phản kháng, tổn hao hệ thống

- Bù đường dây, các nghiên cứu về sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện

- Phác họa lưới điện và kết hợp các phẩn từ trong hệ thống để có thiết kế tốt hơn

- Chọn cấu trúc hệ thống thanh cái

- Thiết kế bảo vệ hệ thống gồm: bảo vệ chống sét, bảo vệ sự cố

Sử dụng máy tính và các công cụ phân tích lưới điện xoay chiều để tính toán các chế độ vận hành hệ thống nhà máy và đưa ra các chế độ vận hành tối ưu Ngoài các yếu tố kỹ thuật, hệ thống còn được thiết kế và lên kế hoạch để có được sự vận hành đáng tin cậy và kinh tế nhất

1.2 Công suất và vị trí của nhà máy

Các loại nhà máy điện thường dùng hiện nay là: nhà máy nhiệt điện, nhà máy

thủy điện, nhà máy nguyên tử…

1.2.1 Công suất máy phát điện

Nhiệm vụ thiết kế phải tính chọn số lượng, công cuất máy phát điện thì cần lưu ý

các điểm sau đây:

- Máy phát điện có công suất càng lớn thì vốn đầu tư, tiêu hao nhiên liệu để sản

xuất ra một đơn vị điện ăng và chi phí vận hành hằng năm càng nhỏ

- Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọn các máy phát điện cùng loại

- Nên chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dòng điện định mức, dòng điện ngấn mạch ổ cấp điện áp này sẽ nhỏ và do đó sẽ dễ dàng chọn các khí cụ điện lớn hơn

Ngày nay có khuynh hướng tăng công suất tổ máy để phù hợp với hệ thống điện lớn Công suất của mỗi tổ máy lớn sẽ làm giảm giá thành trên mỗi đơn vị công suất phát ra, và hiệu nhà máy tăng lên trong hệ thống điện có tổn thất lớn có thể thiết kế công suất tổ máy lớn hơn, công suất tổ máy lớn nhất không được vướt quá 5% tải đỉnh

hệ thống Công suất các tổ máu phụ thuộc vào đường cong tải hệ thống Công suất của các tổ máy lớn hơn thì điện áp truyền tải cũng phải tăng cho phù hợp

1.2.2 Vai trò của các loại nhà máy điện trong hệ thống điện

Kết hợp các nhà máy điện và phối hợp hoạt động của chúng phải thỏa mãn nhu cầu kinh tế quốc dân khai thác các khả năng đáp ứng của hệ năng lượng Xu hướng trong thiết kế và sử dụng các kiểu nhà máy điện khác nhau trong hệ thống cần được nghiên cứu Các nhà máy điện nguyên tử được thiết kế hoạt động ở tải cơ bản có hệ số tải cáo (>90%) Nhà máy hơi nước với các máy phát hiệu suất cao, được sử dụng ở tần tải kế tiếp của đường cong phụ tải của hệ thống điện với hệ số tải cao

Vai trò của các nhà máy thủy điện trong hệ thống điện thường thay đổi Đa số các nhà máy thủy điện được thiết kế hoạt động ở hệ số tải thấp 1530%, một số nhà máy thủy điện có trữ lượng nước lớn được thiết kế với hệ số tải 60% Lựa chọn nhà máy điện được dung ở phần nào của đường cong tải của một hệ thống cụ thể phải được quyết định bởi các điều kiện kinh tế cụ thể

1.2.3 Vị trí các nhà máy điện

Vị trí nhà máy điện được quyết định bởi các nguồn nước, nhiên liệu, hệ thống giao thông có sẵn, và chi phí của nhà máy Các nhà máy cỡ lớn khó đặt hoặc xây dựng

ở gần hoặc tại các trung tâm tải

Nhà máy hơi nước thường đặt gần ở các mỏ than và truyền điện năng đi xa nhờ đường dây cao áp Điều này làm phát triển đường dây truyền tải cao áp Do yêu cầu về lượng nước lớn nên các nhà máy hơi nước lớn có xu hướng ở gần sông hay biển

Các nhà máy thủy điện phải được đặt ở những nơi có trữ lượng nước lớn, nên cũng cần hệ thống truyền tải để đưa công suất lớn về trung tâm tải

1.2.4 Kháng trở và các hằng số máy phát

Khi nghiên cứu thiết kế hệ thống tổng thể, cần tìm ra ảnh hưởng của kháng trở máy phát và của cả máy biến áp khi hệ thống hoạt động trong các điều kiện sự cố và điều kiện ổn định Dòng ngắn mạch ảnh hưởng đến việc lựa chọn máy cắt trong nhà máy Kháng trở thấp hơn sẽ làm tăng tải cho phép trong hệ thống ở điều kiện ổn định Nghiên cứu về đồ thị dao động phải được thực hiện trong điều kiện thử ngắn mạch để tìm ra hằng số thời gian và thiết kế bảo vệ thích hợp

Quán tính của máy phát có vai trò quan trọng trong sự ổn định của hệ thống Hệ thống kích từ máy phát và bộ điều chỉnh điện áp cũng phải được xét để khỏa sát sự ổn định hệ thống Bộ điểu chỉnh điện áp tác động nhanh được dùng để cải thiện giới hạn

ổn định

1.3 Đường dây và đặc tính kỹ thuật đường dây

Việt Nam ta đang phát triển rất nhanh theo xu hướng hội nhập quốc tế, nên nhu cầu về nhà ở tăng ngày càng cao cùng với sự phát triển và đô thị hóa Hiện nay, đầu tư xây dựng mới và nâng cấp cơ sở hạ tầng nhà ở ngày càng tăng cao Việc phát triển và cải tạo nâng cấp hệ thống điện trong các khu công nghiệp, nhà máy/xí nghiệp, các cao

ốc hay troang các hộ nhà dân dụng là việc cần thiết tăng theo nhu cầu thực tiễn

Tuy nhiên, để đảm bảo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn cho sử dụng điện và tiết kiệm chi phí đầu tư lại là vấn đề nhiều người quan tâm Trong hệ thống điện, việc dẫn cấp truyền tải điện là rất quan trọng Tính toán chọn tiết diện dây dẫn phù hợp được rất nhiều người quan tâm, không chỉ tính an toàn, tiết kiệm chi phí đầu tư mà còn giảm tổn hao điện năng truyền dẫn, tiết kiệm điện năng cho người sử dụng cũng như ngành điện

Nên việc thiết kế đường dây cần chọn cấp điện áp phù hợp để truyền công suất cần thiết qua khoảng cách cho trước, duy trì độ sụp áp và tổn hao trong giới hạn cho phép Lựa chọn cỡ dây, cách bố trí, khoảng cách các dây dẫn pha, loại sứ, phối hợp cách điện… phải được xét trước Các đặc tính trên sẽ là vấn đề cần xem xét kỹ trong việc thiết kế đường dây truyền tải EHV (Extra High Voltage: siêu cao áp) và UHV (Ultra High Voltage: cực cao áp) khi truyền công suất lớn

Cỡ dây và cột lớn hơn, yêu cầu về thẩm mỹ, thiết kế để làm tối thiểu chi phí và lực cơ tướng ứng, giảm thiểu độ ồn âm thanh, radio và vùng an toàn Cần giảm tối thiểu dòng nạp với người và thiết bị dưới đường dây Các vấn đề khác là tối thiểu độ chấn động, tránh phóng điện trên sứ do không khí ô nhiễm và các vấn đề thiết kế khác

1.4 Công suất và vị trí các trạm biến áp

Vị trí của trạm truyền tải, trạm nhận và trạm phân phối được quyết định bỡi công suất được phân phối trên từng đoạn cho trước, điện áp hệ thống, điện áp rơi và độ sụt

áp Công suất máy biến áp được quyết định bởi công suất của mỗi mạch

Ngoài ra, công suất của các máy biến áp được chọn phải đảm bảo cung cấp điện trong tình trạng làm việc bình thường tương ứng với phụ tải cực đại khi tất cả các máy biến áp đều làm việc Khi có một máy biến áp nào không làm việc do sự cố hoặc do sửa chữa thì các máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố phải đảm bảo tải đủ công suất cần thiết

1.4.1 Vị trí các trạm phụ

Các mạch truyền tải đặt càng gần tải càng tốt và thực tế là để tận dụng các ưu điểm của điện áp các mạch phụ trước khi hạ áp Tuy nhiên, sẽ không thiết kế khi mở rộng các mạch này tới vị trí mà chi phí phụ thêm lại vượt quá chi phí tiết kiệm của mạch phân phối Sự cân bằng bị ảnh hưởng lớn bởi công suất và mặt bằng các trạm phụ cũng như bởi sự khác nhau về điện áp

Các điểm sau phải được xem xét khi chọn vị trí trạm:

- Càng gần trung tâm tải càng tốt

- Đặt vị trí sao cho các tải tiềm năng trong tương lai được đưa đến thuận lợi, không phụ thuộc vào độ sụt áp

- Đường dây truyền đến và đường dây phân phối đi ra được cho phép tiếp cận

- Cho phép mở rộng trạm về sau

- Phí tiền mua đất xây dựng trạm

- Tải của trạm phải trong một giới hạn sao cho có một khu vực lớn hay một số các bộ tiêu thụ không bị ảnh hưởng trong trường hợp trạm bị cắt

Vị trí các trạm có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc hầm dưới đất Chúng có thể ở trong các nhà hay trên trụ các trạm phân phối nhỏ Các trạm ngầm dành cho các trạm thành phố lớn, đông đúc và không gian có giới hạn Các trạm trong nhà cần xây dựng nhà để chứa thiết bị Các trạm ngoài trời thì phổ biến, các thiết bị sắp xếp bên ngoài và

có thể chịu được thời tiết xấu nhất Ưu điểm là chúng không cần các tòa nhà, ở các trạm ngoài trời, chi phí các máy cắt và máy biến áp rẻ hơn các trạm trong nhà Ngoài

ra, các điều kiện kiểm tra và bảo trì của trạm ngoài trời tốt hơn trạm trong nhà

Trong trường hợp các trạm ở nhà máy điện để nâng điện áp máy phát lên điện áp truyền tải thì các trạm được đặt ngoài trời Thiết bị bảo vệ và điều chỉnh được đặt trong các tòa nhà ở gần trạm còn các trạm phụ phân phối công nghiệp được đặt trong khu vực của nhà máy công nghiệp

1.4.2 Các thiết bị chính ở các trạm

- Đường dây đến: cung cấp điện cho các trạm biến áp từ máy phát hay các đường dây

cao áp

- Thiết bị đóng cắt cách ly: thiết bị có chức năng tạo khoảng hở nhìn thấy được nhằm

tăng cường ổn định về tâm lý cho công nhân sửa chữa đường dây và thiết bị Dao cách

ly chỉ có thể đóng cắt dòng không tải Dao cách ly thường được bố trí trên cột Trong lưới điện cao áp, dao cách ly ít khi đặt riêng rẽ, mà thường được kết hợp với cầu chì và máy cắt điện Dao cách ly được chế tạo nhiều chủng loại, kiểu cách khác nhau, có dao cách ly ngoài trời, trong nhà; dao cách ly một, hai, ba trụ sứ; dao cách ly lưới chém thẳng, quay ngang; dao cách ly một cực (cầu dao một lửa), ba cực (cầu dao liên động) Dao cách ly thường được đóng mở bằng tay thông qua cơ cấu chuyển động đặt trên

cột

- Thanh cái ngoài trời: Thanh cái là từ ngữ qui ước trong ngành điện để chỉ phần dây

dẫn (hay thanh dẫn) đặt ngoài trời trong các trạm biến áp từ 35kV đến 500kV (22kV trở xuống thường dùng các tủ phân phối trọn bộ - nhưng cũng có người gọi các thanh dẫn cứng trong các tủ 22kV, 380kV là thanh cái tùy theo số lượng các thiết bị đầu nối vào đó) có nhiệm vụ chính để đấu nối với các phần tử trong hệ thống điện như: đường dây, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, biến điện áp, biến dòng,… Như vậy, thanh cái của 1 cấp điện áp trong 1 TBA dài hay ngắn, nhiều ngăn hay ít ngăn phụ thuộc vào số

lộ đường dây và thiết bị đấu nối vào thanh cái đó

- Máy cắt: Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt điện áp cao ngay khi có dòng điện phụ tải

hoặc dòng điện ngắn mạch chạy qua Ngoài khả năng đóng cắt máy cắt điện bằng tay, bao giờ đi kèm với nó cũng có một mạch điện điều khiển cho máy có thể tự động cắt dòng điện ngắn mạch đường dây Vì vậy máy cắt điện không những là một thiết bị đóng cắt thông thường mà còn là thiết bị bảo vệ đường dây khi bị ngắn mạch Khi đóng cắt mạch điện áp cao hồ quang sinh ra ở các tiếp điểm rất lớn, mặc dầu công suất đóng cắt rất nhỏ Do đó vấn đề kỹ thuất chủ yếu cần phải giải quyết trong máy cắt điện

là việc dập tắt hồ quang ở các tiếp điểm Muốn vậy người ta thường cho các tiếp điểm đóng cắt trong môi trường dầu, hoặc dùng không khí nén thổi vào dòng hồ quang

- Máy biến áp: là ba máy biến áp 1 pha hay chỉ một máy biến áp 3 pha phụ thuộc vào

công suất và yêu cầu của trạm Máy biến áp đến 10 MVA thường có chế độ làm mát dầu tự nhiên Máy biến áp có công suất lớn hơn dùng chế độ làm mát không khí cưỡng bức Sơ đồ đấu dây Y/∆ hay ∆/Y được sử dụng Nếu máy biến áp chính nối Y/Y thì cần có cuộn thứ ba nối  Cuộn này có tác dụng tránh ảnh hưởng cảm ứng và tần số cao và giảm các hài điện áp Thỉnh thoảng các MBA có cuộn thứ ba để tạo ra điện áp cung cấp khác nhau Cuộn thứ ba có thể được dung để cấp cho máy đồng bộ hay tụ bù

- Máy biến áp nối đất và tự dùng: máy biến áp cuộn nối sao nối vào các pha và có

cuộn thứ ba dành cho các thiết bị tự dung trong trạm Trung tính cao áp hay hạ áp được nối đất Máy biến áp được nối như vậy để tạo ra điểm nối đất hệ thống Kháng trở X của các cuộn nối Y thấp do đó tạo đường dẫn tổng trở thứ cấp cho dòng sự cố chạm đất 1pha Do sự kết nối ở phía thứ cấp, điện áp không bị ảnh hưởng của dòng hài bậc ba và có thể cấp điện cho tải không cân bằng với điện áp không cân bằng

Với MBA nối đất, có thể sử dụng MBA 1 pha với một cuộn cao áp và hai cuôn

hạ áp được nối song song hay nối tiếp hoặn các MBA 3 pha nối ∆/Y hay Y/Y và có tủ

số MBA phù hợp Trong trường hợp hệ thống 3 pha bốn dây thì sử dụng các MBA 3 pha ∆/Y để phân phối

Các máy BI và BU có hai mục đích:

- Đo lường

- Bảo vệ role

- Đường dây ra: sau khi hạ áp xuống cấp điện áp yêu cầu, dù là cấp phân phối sơ cấp

hay truyền tải không gian, các đường dây sẽ đi ra khỏi trạm Với các trạm trong nhà, việc đóng cắt sẽ qua các thiết bị đóng cắt cao áp và hạ áp, các đường dây vào và ra phải là dây cáp

- Phòng điều khiển: có các thiết bị, điều khiển các mạch hoạt động khác nhau, thiết bị

thông tin, thiết bị bảo vệ như các loại rơle nhiệt… thiết bị điều khiển giám sát, điện thoại pin và thiết bị nạp pin

- Bộ chống sét: bảo vệ các thiết bị điện chính khỏi các ảnh hưởng nguy hiểm từ các

xung bất thường trong hệ thống và các dòng sét

1.4.3 Sơ đồ các trạm

Bố trí các trạm được thực hiện sao cho thiết bị có tính năng động, số mạch được giới hạn do yêu cầu của tải và số máy cắt giảm Các thanh cái có phân đoạn được sử dụng khi cần thiết và phải chọn cở thiết bị thích hợp Bố trí thiết bị trong trạm sao cho tránh được các hư hỏng nguy hiểm khi có sự cố và cần phải bảo vệ Sơ đồ tốt sẽ dễ dàng cho việc kiểm tra và bảo trì thiết bị Các màn chống lửa và chống nổ, tường gạch

để tách riêng các phần thiết bị cho yêu cầu an toàn củng được sử dụng

Với các trạm cao áp, đa số các thiết bị được đặt ngoài trời (các đường dây đến và

đi, máy cắt, thanh góp, dao cách ly, MBA, BU…) các thiết bị điều khiển chính được đặt trong phòng Khi bố trí thiết bị, khoảng cách giửa các dây và đất hay giửa các dây

và các phần khác nhau phải được thực hiện và duy trì cho yêu cầu an toàn

1.5 Liên kết các hệ thống điện

Nối kết một số nhà máy điện tạo ra nhiều ưu điểm Nối kết hai hay nhiều nhà máy điện làm giảm công suất phát yêu cầu so với công suất yêu cầu khi không nối kết Các ưu điểm này được vận dụng tốt khi toàn bộ hệ thống được nối kết, đặc biệt khi đỉnh tải mỗi hệ thống xảy ra vào những thời điểm khác nhau

Khi các hệ thống điện năng trở nên lớn hơn, cần phải kết nối chúng để hoạt động kinh tế hơn Khi đó có thể góp chung các điều kiện thuận lợi trong việc sản xuất,

truyền tải, phân phối của các hệ thống điện cũng như thị trường của chúng (thường là toàn nền kinh tế)

Những ưu điểm của việc nối kết của hệ thồng điện:

- Tiết kiệm công suất dự trữ (công suất này thường rất lớn trong từng hệ thống riêng)

- Trao đổi điện năng giữa một hệ thống với các hệ thống khác khi có sự thay đổi về yêu cầu của tải trong từng vùng tương ứng, làm cho việc truyền tải điện kinh tế hơn

- Tận dụng tốt hơn các điều kiện và các nguồn tài nguyên có sẵn trong mỗi hệ thống nối kết làm việc kinh tế

- Có thể có những phát triển kinh tế trong tương lai bằng cách chọn các thiết bị cỡ lớn đối với sự phát triển chung của hệ thống liên kết

- Nối kết các hệ thống đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ nhiều hơn Trong trường hợp sự cố hay mất kết nối của hệ thống, công suất có thể được cung cấp lại từ một hệ thống kết nối khác một cách nhanh chóng mà không làm mất tải hoàn toàn

Khi quy hoạch và thiết kết hệ thống điện, cần nghiên cứu hiệu quả của việc nối kết hệ thống như: chọn cấp điện áp liên kết, truyền tải kinh tế, khoảng cách liên kết, điều khiển điện áp, ổn định hệ thống và đặc biệt là độ tin cậy

Câu hỏi ôn tập Chương 1

Nội dung 1.1: Trình nội dung chính về thiết kế hệ thống điện?

Nội dung 1.2: Trình bày khái quát cách chọn công suất và vị trí của nhà máy trong thiết kế hệ thống điện?

Nội dung 1.3: Mô tả đặc tính kỹ thuật đường dây, cách chọn công suất và vị trí trạm trong thiết kế hệ thống điện?

Nội dung 1.4: Liệt kê các phần tử chính trong liên kết của hệ thống điện?

CHƯƠNG 2 CÁC THÔNG SỐ VỀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

Giới thiệu: Chương này trình bày các nội dung về: Các thông số đặc trưng của phụ tải

điện, đường dây truyền tải trên không, cáp truyền tải trong mạng điện phân phối

- Về kiến thức:

+ Mô tả các thông số đặc trưng của phụ tải điện

+ Phân tích các thành phần chính của đường dây truyền tải trên không, cáp truyền tải điện

- Về kỹ năng:

+ So sánh các thành phần chính của đường dây truyền tải trên không

+ Lựa chọn cáp dẫn điện cho hệ thống điện

- Về thái độ: Có tinh thần học tập, rèn luyện nâng cao kiến thức/kỹ năng, tự tìm tòi nghiên cứu tài liệu một cách sáng tạo và tích cực

2.1 Phụ tải điện

2.1.1 Các đại lượng, hệ số thường dùng để tính toán

- Công suất định mức: của thiết bị thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch hoặc

trên thẻ máy Đối với động cơ, công suất định mực ghi trên thẻ máy chính là công suất

cơ ghi trên trục của động cơ Mối liên hệ giữa công suất định mức và công suất đầu ra của động cơ được liên hệ với nhau qua biểu thức:

Pdm = đặ (2.1)

: Là hiệu suất của động cơ

Pđặt: Là công suất đặt của động cơ

- Phụ tải trung bình P tb : là một đặc trưng của phụ tải trong một khoảng thời gian nào

đó Tổng của phụ tải trung bình của các thiết bị sẽ được đánh giá giới hạn của phụ tải tính toán Công thức dung để tính phụ tải trung bình là:

Pdm = (2.2)

W là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát

T là thời gian kháo sát (h)

Đối vời một nhóm thiết bị, phụ tải trung bình của nhóm thiết bị tính theo công thức sau:

Ptb = ∑ (2.3)

Từ các giá trị của phụ tải trung bình ta có thể xác định được phụ tải tính toán, tính tổn thất điện năng Phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca làm việc, một tháng hoặc một năm

- Phụ tải cực đại P max :

+ Phụ tải cực đại Pmax: là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn, thời gian được tính khoảng 5-10 đến 20 phút tương ứng với một ca làm việc

có phụ tải lớn nhất trong ngày Phụ tải cực đại đôi khi cũng được dung như phụ tải tính toán phụ tải cực đại dùng để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn thiết bị điện, chọn dây dẫn

+ Phụ tải đỉnh nhọn Pdn: là phụ tải cực đại xuất hiện từ 1-2s Phụ tải đỉnh nhọn được dung để kiểm tra điều kiện tự khởi động cy3a động cơ, dung để kiểm tra cầu chì Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi động cơ khởi động

- Phụ tải tính toán P tt : Là thành phần chủ yếu để chọn thiết bị trong cung cấp điện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết không đổi và được xem như là tương đương với phụ tải thực tế Khi chọn phụ tải tính toán phải đảm bảo an toàn Sự phát hiện của các thiết bị thường dao động trong khoảng 30 phút để làm phụ tải tính toán (còn gọi là phụ tải nửa giờ)

- Hệ số sử dụng K sd : Hệ số Ksd là tỉ số giữa nhu cầu sử dụng công suất cực đại trên công suất định mức của hệ thống

Công suất định mức của hệ thống có thể được chọn theo trị số nhỏ nhất trong các công suất tính theo điều kiện phát nóng và điệu kiện sụt áp

- Hệ số phụ tải K pt : Hệ số phụ tải là tỉ số giữa công suất tải trung bình trên công suất

tải cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

- Hệ số cực đại K max : Là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong khoàng

thời gian xét Hệ số cực đại tính với một ca làm việc có phụ tải lớn nhất Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả và hệ số sử dụng Ksd Số thiết bị hiệu quả được định nghĩa là số thiết bị có cùng chế độ

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

- Xác định phụ tải tính toán P tt theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:

Nhược điểm: chủ yếu là kém chính xác vì hệ số nhu cầu kiểm tra trong sổ tay là một số

liệu cho trước cố định, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong

- Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất:

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường được dung trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Nó cũng được dung để tính phụ tải các phân xưởng có mặt độ máy móc sản xuất tương đối đều

Ví dụ: xác định phụ tải tính toán của phân xưởng gia công nguội của nhà máy cơ khí

Cho biết S0=0.3 KVA/m2, diện tích phân xưởng F=13.000m2

M số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng)

W0 suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh

Tmax thời gian sử dụng công suất lớn nhất, giờ

Ưu điểm: cho kết quả tính tương đối chính xác

Nhược điểm: chỉ giới hạn cho một số thiết bị điện Phương pháp nảy được tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biển đổi như: quạt gió, bơm nước, máy khí nén,

- Xác định phụ tải theo hệ số cực đại K max và công suất định mức P đm :

Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên, hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng theo phương pháp tính theo hệ số cực đại

Hệ số Ksd trong sổ tay hoặc tính bằng công thức đã được nêu ở phần trước Khi

sử dụng công thức này trong một số trường hợp cụ thể ta có thể sử dụng công thức gần đúng sau:

Trong đó: Kpt là hệ số phụ tải từng máy

Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như

Kpt=0.9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

Kpt=0.75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Trường hợp 3: đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải phẳng (máy bơm, quạt nén khí, )

phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình

Phương pháp này cho kết quả gần đúng, nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ

bộ và được dùng để tính phụ tải tính toán ở các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối đều

2.2 Đường dây truyền tải trên không

Một đường dây truyền tải trên không bao gồm một bộ dây dẫn kích thước thích hợp được bố trí hợp lý trong không gian, được cách điện và treo trên cột hoặc trên trụ điện Tùy theo điện thế mà dây dẫn được treo trên mặt đất có khoảng cách an toàn Đường dây được bảo vệ bởi dây dẫn nối đất có các bộ phận nối đất của trụ, có chống sét và các bộ phận bảo vệ khác Trụ hay cột điện được cách điện hình thành một phần của cấu trúc đường đây Tuy nhiên phần chính của đường dây là dây dẫn điện

Dây dẫn điện thường dùng để truyền tải điện là dây đồng hay dây ACSR (dây nhôm lõi thép) Đôi khi dây dẫn toàn nhôm được dùng làm dây pha, còn dây thép được dùng như đây nối đất

Đường dây truyền tải có thể được mô hình bằng một mạch tương đương để giải những bài toán dưới những điều kiện vận hành khác nhau, khi các thông số đường dây được tính hay được biết theo đơn vị chiều dài, những thông số chính của đường dây được yêu cầu tính là điện trở, điện cảm và kháng trở tương ứng, điện dung và dung trở tương ứng Những thông số này phụ thuộc vào loại dây dẫn đã được dùng và khoảng cách giữa các dây dẫn với nhau

2.2.1 Điện trở của đường dây truyền tải trên không

Điện trở một chiều của các dây dẫn được cho bởi định luật Ohm

Trong đó: R: điện trở (Ω); l: chều dài (m); A: tiết diện dây dẫn (m2); ρ: điện trở suất (Ω.m)

Đối với dây đồng thường, dẫn điện 100% , ρ=1,724 x 10-8 (Ω.m) ở 200C

Đối với dây đồng kéo cứng, dẫn điện 9,3%, ρ=1,724 x 10-8 (Ω.m) ở 200C

Đối với dây nhôm dẫn điện 61%, ρ=2,86 x 10-8 (Ω.m) ở 200C

Đối với dây sắt hoặc thép, ρ=12,2 x 10-8 (Ω.m) ở 200C

- Ảnh hưởng của nhiệt độ lên dây dẫn:

Điện trở của dây dẫn tăng theo nhiệt độ nên đường dây chịu sự thay đổi nhiệt độ

đo vị trí, của mỗi dây dẫn trên đơn vị chiều dài

Hệ số nhiệt điện trở đối với dây đồng thường: αo=0,00426 (1/0C) ở 00C

Hệ số nhiệt điện trở đối với dây đồng nung cứng: αo=0,0041 (1/0C) ở 00C

Hệ số nhiệt điện trở đối với dây nhôm: αo=0,0038 (1/0C) ở 00C

Hệ số nhiệt điện trở đối với dây sắt: αo= 0,00657 (1/0C) ở 00C

Nếu điện trở dây dẫn là RT1 ở nhiệt độ t10C biết trước, điện trở RT2 ở nhiệt độ

Trong đó: Rt là điện trở của dây dẫn ở toC

Ro là điện trở của dây dẫn ở toC

αo là hệ số nhiệt điện trở của dây dẫn 0oC

với αo ở 200C được cho ở bảng 2.1 Bảng 2.1: Hệ số nhiệt điện trở và điện trở suất của một vài vật liệu dẫn điện kim loại ở 200C

12 – 88 1,53 6,4 – 8,4

0,0039 0,00382 0,00393 0,0050 0,001 – 0,005 0,0038 0,0020

- Hiệu ứng mặt ngoài của dây dẫn do tần số:

Khi dòng điện xoay chiều đi qua dây dẫn, dòng điện sẽ phân bố không đều trên tiết diện dây dẫn, mật độ dòng điện ở mặt ngoài sẽ cao hơn mật độ dòng điện ở trung tâm dây dẫn Điều này sẽ tạo ra tổn thất công suât lớn hơn khi dòng điện qua dây dẫn

là dòng điện một chiều có cùng cường độ dòng điện

Điện trở hiệu dụng xoay chiều của dây dẫn được tính như là tổn that công suất trung bình trong dây dẫn chia cho dòng điện bình phương hay mức sụt áp pha chia cho dòng điện cùng pha:

R= tổn thất công suất trung bình / I2 (2.30)

Hình 2.1: Mật độ từ thông theo khoảng cách Trong mỗi trường hợp diện cảm sẽ khác nhau và có công thức gần đúng để tính, ứng với cách bố trí khác nhau Theo định nghĩa thì điện cảm, khoảng cách trung bình hình học tự thân (self-GMD), bán kính trung bình hình học (GMR) và khoảng cách trung bình hình học (GMD) giữa các dây dẫn và tìm được biểu thức tổng quát cho điện cảm đường dây

Từ trường H ở một khoảng cách x tính từ trung tâm của dây dẫn mang dòng I (A) là:

=

Và mật độ từ thông dọc trong bề mặt tự do là

= . . ( ⁄ ) (2.34) Mật độ từ thông giảm dần khi đi ra xa dây dẫn, nếu từ thông bên trong dây dẫn cũng xuyên qua tâm, một phần dòng điện khép kín bởi vòng tròn bán kín x bên trong dây dẫn, từ trường này được tính:

Sự phân bố mật độ từ trường bên trong và bên ngoài dây dẫn cho bằng hình 2.1

dây dẫn song song:

Hình 2.2: Điện cảm mạch 2 dây dẫn song songTrong hình 2.2 chỉ một mạch có hai dây dẫn song song, mỗi dây có bán kính r và cách nhau một khoảng D Từ thông trên mỗi đơn vị chiều dài của mỗi dây dẫn bao gồm từ thông trong dây dẫn và từ thông ngoài tạo bởi dây dẫn, từ thông trên mỗi đơn

vị chiều dài trong một vòng xuyến có bề dày dx và bán kính x được tính bằng

Từ thông tổng/m = 10 I(2ln + ) (2.39) Điện cảm được định nghĩa là từ thông tổng trên 1 Ampere, điện cảm L trên mỗi đơn vị chiều dài dây dẫn được tính:

Nếu dây dẫn là dẫn từ và có độ từ thẩm thấu là µ, thì độ từ thẩm tương đối là μ

μo, là tỉ số giữa từ thẩm thực sự của dây dẫn (μ) và từ thẩm trong chân không (µo) Điện cảm L một dây dẫn được tính:

Nếu điện cảm được xem xét cho cả hai dây dẫn và dây dẫn thứ hai được xem như đường đi về, điện cảm sinh ra bởi dây dẫn tăng gấp đôi Do đó điện cảm của hai dây dẫn được tính:

μ (H m)⁄ (2.42) Với vật liệu không dẫn từ cho µ = µo

Bán kính trung bình hình học (GMR) hay khoảng cách trung bình hình học tự thân của một dây dẫn và điện cảm tự thân:

Phương trình (2.40) xác định điện cảm của dây dẫn trên đơn vị chiều dài Số hạng từ thông bên trong dây dẫn sinh ra Biểu thức có thể được viết dưới dạng đơn giản hơn bằng cách thay thế dây dẫn rắn bằng dây hình ống có độ dày rất nhỏ, xem như không có từ thông nội Phương trình (2.40) có thể viết

Biểu thức tổng quát tính điện cảm của một nhóm dây dẫn song song:

Khảo sát một nhóm n dây dẫn song song mang dòng điện Điện cảm của chúng

có thể tìm bằng cách xem xét từ thông móc vòng dây dẫn, do dòng trong bản thân dây

.μ + 2 I ln (2.46) Với ra là bán kính dây dẫn a tính bằng mét (m) và DaX là khoảng cách tính cách giữa dây dẫn a và điểm X trên trục x Tương tự, từ thông móc vòng dây dẫn a do các dòng của các dây dẫn khác sẽ được tính Ví dụ từ thông móc vòng dây a do dòng Ik

trong dây dẫn k được sinh ra bởi từ thông móc vòng khoảng giữa điểm gốc và điểm X (trên mỗi mét chiều dài dây)

Tổng từ thông móc vòng dây dẫn a do những dòng điện trong các dây dẫn a, b,…j, k, … n gây ra được tính là tổng các phương trình (2.46) và các phương trình tương tự (2.47)

Khi các dây tạo thành mạch kín thì tổng dòng điện bằng không (0)

Ia + Ib + … + Ij + Ik + … + In = 0 (2.49) Dùng phương trình (2.48) và (2.49), kết quả từ thông được tính như sau:

Vậy điện cảm L của dây dẫn a là:

= Từ thông móc vòng của dây dẫn a do vòng trong tất cả dây dẫn

Hình 2.4: Sự phân bố điện cảm bộ dây dẫn song song bất kỳ

Nếu dây dẫn không đồng nhất, điện cảm vẫn có thể tính được bằng phương pháp gần đúng dung khoảng cách trung bình hình học H 2.4 chỉ hai dây dẫn có hình dáng bất kì Các dây dẫn song song, khi có một dây dẫn mang dòng +I thì dây khác mang dòng -I Để tiện lợi, mỗi dây dẫn chia làm n phần tử

Khi dòng trong mỗi dây dẫn là I và có n phần tử trong dây dẫn, mỗi phần tử trong dây dẫn sẽ mang dòng I/n, ký hiệu với dây dẫn bên trái là 1, 2, 3, …, n và bên phải là

A, B, C, …, N Từ thông móc vòng phần tử nhỏ I/n số 1 có thể được viết từ phương trình (2.51) trên mỗi mét:

Tương tự, biểu thức có thể được viết cho từ thông các phần tử của dây dẫn 1, 2,

3, …n Tổng của tất cả các từ thông móc vòng cho từ thông móc vòng dây dẫn hình dạng bất kỳ Nếu từ thông móc vòng được xét đối với toàn bộ dây dẫn nghĩa là tổng các móc vòng ứng với các phần tử mang dòng I/n thì biểu thức phải được nhân cho 1/n Như vậy, từ thông móc vòng toàn bộ dây dẫn cho bởi

. → 0 Số hạng ở tử số của logarit gần bằng khoảng cách trung bình hình học từ tất cả các phần của một dây dẫn tới tất cả các dây dẫn khác, hay khoảng cách trung bình hình học giữa hai dây dẫn Số dưới mẫu số gần bằng khoảng cách trung bình hình học giữa các phần tử bên trong dây dẫn trên trái Như vậy, đây là khoảng cách trung bình hình học của bản thân dây dẫn, nghĩa là “khoảng cách trung bình hình học tự thân (self-MD) Các khoảng cách này được kí hiệu Dm và Ds, biểu thức từ thông được viết lại dưới dạng đơn giản sau :

hệ thống có dạng bất kì Ghi chú: GMD tự thân còn gọi là GMR hay Ds

Điện cảm của hai đường dây song song của mạch 1 pha:

Dùng biểu thức tổng quát của điện cảm trong phương trình (2.57) có thể viết biểu thức cho điện cảm của mạch một pha bao gồm hai dây dẫn song song

Nếu khoảng cách giữa hai dây dẫn song song là D thì GMD hỗ tương trong trường hợp này cũng là D Nếu bán kính của mỗi dây dẫn là r, GMD tự thân là r.e-0,25 Nếu biểu thức này được thay cho Ds thì phương trình (2.58) trở thành phương trình (2.44) và cho điện cảm của mỗi dây dẫn trên đơn vị chiều dài

Nếu bán kính của hai dây dẫn không bằng nhau hay khác nhau về kích cỡ, bán kính của một dây dẫn là ra và của dây khác là rb (m), điện cảm của mạch một pha có thể tìm bằng cách tính điện cảm của mỗi dây dẫn riêng lẻ dung phương trình (2.58) và thay thế trị số đúng của GMD Điện cảm của mạch bao gồm hai dây dẫn a và b được cho bởi tổng điện cảm của hai dây dẫn, nghĩa là

Điện cảm của mạch 1 pha với nhiều dây dẫn:

Khi khả năng tải dòng điện

của đường dây được mở rộng, một

trong những cách làm là dung dây

có nhiều sợi Nghĩa là một đường

dây đơn pha có thể bao gồm hai

dây dẫn cung cấp tải và hai dây

dẫn cho mạch về Điều này được

coi như là một đường dây 1 pha

mạch kép Hình 2.5 chỉ một cách bố trí hai dây dẫn a và b cung cấp tải, khi đó hai dây dẫn x và y tạo mạch về Nếu ra, rb, rx, ry là bán kính trung bình hình học của các dây dẫn tương ứng, và khoảng cách giữa các dây dẫn khác nhau được chỉ trên hình, biểu thức GMD, Dm giữa các dây dẫn và GMD tự thân Ds giữa các dây dẫn song song có thể tính được Từ đó điện cảm của mạch có thể được tính bằng cách dùng phương trình tổng quát (2.58)

GMD tự thân của dây dẫn phía bên trái D = r r D D

GMD tự thân của dây dẫn bên phải D = r r D D

Hình 2.5: Điện cảm đường dây đơn pha mạch kép

Nếu r = r = r → D = r D

Nếu Dab = Dxy thì Ds các dây dẫn bên trái và bên phải giống nhau

Nếu khoảng cách giữa các dây dẫn đã biết thì Dm tính được, điện cảm của dây dẫn cho bởi công thức

Cách bố trí của đường dây 1 pha đa mạch có thể khác hình vẽ, các dây dẫn có thể

bố trí theo hình khác nhau Điện cảm tìm được bằng quá trình tính toàn tương tự Nếu

có hơn hai dây dẫn ở mỗi phía đi và về, áp dụng quá trình tính tương tự để tính điện cảm của đường dây đa dây dẫn

Điện cảm của dây dẫn bện nhiều sợi :

Dây dẫn bện thường được dung cho

đường dây trên không Điện cảm của các dây dẫn

như thế có thể được tính bằng cách áp dụng quá

trình tính tương tự điện cảm của mạch 1 pha với

nhiều dây dẫn, H.2.6a chỉ cáp ba sợi và H.2.6b

chỉ cáp bảy sợi GMD tự thân của cáp ba sợi là :

với r là bán kính mỗi sợi

GMD tự thân của cáp bảy sợi có thể tính bằng cách xem khoảng cách giữa các sợi dây dẫn như GMR của mỗi dây dẫn (H.2.6.b), nếu bán kính mỗi sợi là r, khi xem xét khoảng cách ta có: 24 số hạng của giá trị 2r, 12 số hạng của 2 √3r , 6 số hạng của 4r và bảy số hạng của r GMD tự thân của mỗi sợi r.e-0,25 là và biểu thức cho GMD là

Nếu bán kính ngoài của cáp bảy sợi là R, với R = 3r thì GMD tự thân của cáp bảy sợi

là

Ds = 0,726R Điện cảm của cáp nhiều sợi khi đó có thể tính được GMD tự thân của nhiều sợi với số sợi khác nhau cho ở bảng 2.2, với R là bán kính ngoài của dây dẫn bện nhiều sợi Bảng 2.2: Điện cảm GMD tự thân hay GMD của dây dẫn nhiều sợi

Hình 2.6: Điện cảm cáp ba sợi và

bảy sợi

GMD tự thân của dây dẫn nhiều sợi phức tạp:

Dây dẫn hỗn hợp bằng đồng hoặc đồng đỏ

hoặc dây phức hợp nhôm lõi thép Trong trường

hợp thứ nhất kim loại không từ hóa GMD tự

thân tùy thuộc vào độ dẫn tương đối của vật liệu

Trong trường hợp dây ACSR, phải kể đến sự

thay đổi điện cảm do dòng điện trong lõi thép,

ảnh hưởng đến sự khác nhau do độ cẫn của hai

kim loại Hình 2.7a chỉ dây dẫn phức hợp gồm hai loại vật Hình 2.7b chỉ dây dẫn phức hợp khác bao gồm sáu dây cùng kim loại còn dây trung tâm là một loại kim loại khác Nếu độ dẫn của một kim loại được chọn là đơn vị và độ dẫn của dây dẫn trung tâm chọn là C, mật độ dòng điện được giả sữ tỉ lệ theo độ dẫn điện của nó, thì GMD tự thân của dây dẫn hỗn hợp được tính đồi với trọng số khoảng cách giữa các sợi tùy theo dòng trong các sợi, ví dụ nếu một sợi mang dòng đơn vị và sợi khác mang dòng C, trọng số khoảng cách là C Và nếu một sợi mang dòng C và sợi khác mang dòng C thì trọng số khoảng cách của chúng là C2

GMD tự thân đối với bố trí H.2.7a được tính

Số hạng cuối diễn tà GMD của mỗi dây dẫn với chính nó

Tìm GMD tự thân của cáp ACSR, tìm tỉ số phân bố dòng điện giữa dây dẫn thép

và các sợi dây dẫn nhôm Khảo sát điện trở hoặc điện dẫn của nhôm và sau đó tính toàn như trường hợp dây dẫn hộn hợp Thép có độ dẫn khoảng 16% độ dẫn của nhôm

Hình 2.7: GMD tự thân của dây phức

hợp hai sợi và bảy sợi

Điện cảm của đường dây 3 pha:

Nếu một đường dây truyền tải 3 pha cân

bằng, điện thế giữa mỗi pha bằng nhau và

không có sự chênh lệch nào Một trong những

cách bố trí thông dụng nhất là bố trí hình tam

giác đều Hình 2.8 chỉ cách bố trí đường dây

truyền tải 3 pha ABC bố trí theo tam giác đều

có khoảng cách giữa các pha là D

Từ thông móc vòng dây dẫn a là

λ = 2 10 [I ln (1 D ) + I ln (1 D) + I ln (1 D)]⁄ ⁄ ⁄ (2.65)

với Ds là GMD tự thân của dây dẫn A và Ia, Ib, Ic là dòng pha A, B, C tương ứng Điều này có được do dùng phương trình (2.24) đối với ba dây dẫn Đối với một đường dây 3 pha cân bằng thì Ia + Ib + Ic = 0 và phương trình (2.38) có thể viết

Hình 2.8: Đường dây 3 pha đối xứng

Hình 2.9: Hoán vị đường dây 3 pha Hình 2.10: Ba pha đường dây không đối

xứng