Hệ thống điện (Tập 1): Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Hệ thống điện (Tập 1) tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Lựa chọn dây dẫn trong lưới điện; Điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện; Bù công suất phản kháng; Độ tin cậy của lưới điện; Tính toán kinh tế lưới điện. Mời các bạn cùng tham khảo.

6 LỰA CHỌN DÂY DAN lưới điện

6.1 TIẾT DIỆN TỐI ƯU VÀ CÁC Đ1ỀU KIỆN KỸ THUẬT

Tiết diện tối tru là tiết diện cho chi phí vòng đời của đường dây nhỏ nhất Chi phí này bao gồm chi phí vốn đầu tư xây dựng đường dây và chi phí vận hành trong suốt thời gian sống của nó V

AVốn đầu tư cho dây dẫn và

tổn thất trên dây có sự biến thiên

ngược nhau theo độ lớn của tiết

diện dây dẫn Nếu tiết diện dây

dẫn lớn thì vốn đầu tư lớn nhưng

dòng điện kinh tế của dây dẫn,

tương ứng với tiết diện tối ưu:

Imax là dòng điện lớn nhất đi qua dây dẫn trong năm

Tuy nhiên trong thực tế không phải hao giờ cũng được phép sử dụng tiết diện

tối ưu cho đường dây Có những hạn chế kỹ thuật phải tuân theo khi lựa chọn dây

dẫn, nếu không lưới điên sẽ không hoạt động được

Các hạn chế kỹ thuật đó là:

1) Dòng điện lớn nhất cho phép theo điều kiện phát nóng trong chê' độ làm việc bình thường và sự cố

2) Điều kiện phát nóng khi ngắn mạch (chỉ cho lưới cáp)

3) Tổn thất điện áp lớn nhất cho phép trong lưới điện

4) Độ bền cơ học của đường dây (chí cho đường dây trên không)

5) Tổn thất điện năng do vầng quang điện (chỉ cho đường dây trên không)

Các hạn chế trên làm cho không phải lúc nào cũng có thể dùng được tiết diện tối ưu cho lưới điên, song người ta cố gắng để tiết diện sử dụng gần với tiết diện tối ưu

6.2 MẬT ĐỘ KINH TẾ DÒNG ĐIỆN

Trong các tài liệu tiếng Việt hiện hành [1,2,3,4,5] đã trình bày phương pháp xác định mật độ kinh tế của dòng điện của Liên Xô cũ, ở đây sẽ trình bày phương pháp của Pháp để bạn đọc tham khảo

6.2.1 Giá tiền tổn thất còng suất và tổn thất điện năng

Tổn thất công suất trong lưới điện gây ra ba loại chi phí:

1- Chi phí cho nguồn điện để bù vào tổn thất công suất tác dụng trong giờ cao điểm

Chi phí này có đơn vị là Cp [đ/kW] và có thể được tính theo 2 cách [22][23]: - Chi phí thêm trước hạn cho nguồn điện, hoặc là - Nếu coi nguồn điện là cô' định thì

độ tin cậy sẽ giảm đi làm tăng chi phí cho nguy cơ thiếu điên năng ở nguồn điện, gọi là chi phí cho độ tin cậy Chi phí cho tổn thất công suất phụ thuộc vào chi phí biên cho độ tin cậy, chi phí này lại phụ thuộc loại lưới điên và từng thời kì trong năm

2- Chi phí nhiên liêu do tổn thất điện năng CA [đ/kWh] phụ thuộc vào chi phí biên cho sản xuất điện năng, chi phí này phụ thuộc loại lưới điện và từng thời kỳ trong nãm

3- Chi phí vốn đầu tư trước hạn cho lưới điện, thành phần này nhỏ (cỡ 4 %) tổng chi phí cho tổn thất, hơn nữa nó được xét đến khi lựa chọn lưới điện nên không được xét đến khi tính chi phí cho tổn thất

Với giả thiết là chế độ max của đường dây điện trùng với chế độ max hệ thống, ta có chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng c là:

c = Cp.APmax + c AA = Cp.APmax + cA.APmax T (6.2)Chi phí cho 1 kW tổn thất công suất là:

Y biến đổi theo thời gian theo hướng đắt lên và khác nhau cho từng lọai lưới điện

Ví dụ : Bảng 6.1 cho giá trị của Ỵ cho lưới điên Pháp [23] F/kW, bảng này lập năm

1988, riêng ở dòng đầu có 2 hàng cho năm 1995-1996 và 1997-1998 và các năm sau đó, để bạn đọc thấy sự biến đổi theo thời gian của giá tổn thất

Bảng 6.1 Giá trị Y cho lưới điện của Pháp

T"max Cho năm Nguồn điện Lưới Tr tải LPP Trung áp LPP Hạ áp

6.2.2 Tổng chi phí vốn cho đường dây diện

Tổng chi phí vốn cho đường dây điện gồm 2 phần : a)Chi phí vốn đầu tư xây dựng; b)Chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điên năng trong suốt thời gian hoạt động của đường dây (chi phí chuyển thành vốn-vốn hoá)

a) Chí phí vốn đẩu tưxây dụng

Chi phí vốn đầu tư cho đường dây là :

trong đó : u - điện áp; f - tiết diện dây; A, B, c - các hệ số

Nếu điện áp Ư đã cho thì:

trong đó K là thành phần không phụ thuộc, K’ phụ thuộc độ dài đường dây còn K"

là giá tiền dây dẫn phụ thuộc tiết diện f và độ dài đường dây L

b) Chi phí vốn hoá do tổn thất công suất và tổn thất diện năng trong thòi gian hoạt dộng của đường dây

Ta đặt:

Ú - điện áp [kV]

p - công suất max không đổi theo thời gian [MW]

Imax- dòng điện max [A],Imax2 = p2( 1+tgcp2)/( 3U2)

p điện trở xuất của dây dẫn |ílmm:/km]

f - tiết diện dây dẫn [mm2]

r - xuất tăng trưởng công suất năm [ %]

Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất [ 103.h|

Y = a.Tmax2 + b - giá 1 kw tổn thất công suất ở cao điểm năm

i - hệ số hiện thời hoá, là lãi suất trung bình khi đầu tư vào ngành điện [%],

Chi phí vốn hoá cho 1 kW tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong thời gian

hoạt động n năm của đường dây quy về nãm đầu là

Ví dụ : Nếu n = 40, i = 9 % thì r = 10,8 Ỵ Chi phí vốn hoá cho tổn thất công suất Cf> khi dòng điện là hằng số trên toàn đường dây:

Cp = APmax r = 3PImạXLr = p^ (1+ r [đ]

f fu2Nếu phụ tải phân bố đều thì thêm 3 vào mẫu sô' vì tổn thất công suất lúc này giảm 3 lần so với khi phụ tải tập trung ở cuối đường dây

c) Chi phí vòng đời của đuờng dây

Cho đường dây truyền tải

VT = V + Cp = A + BU + c L f + 3pIỴLr (6.9a)

Hay cho đường dây phân phối :

VT = K + K’ L+ K” Lf + 3pI™xLr (6.9b)

6.2.3 Quy tắc Kelvin và mật độ kinh tê dòng điện - Jkt

Điều kiện thoả hiệp tối ưu là

Quy tắc Kelvin phát biểu như sau: khi dây dẫn có tiết diện tối ưu, phần giá cà

phụ thuộc tiết diện dây dẫn hằng chi phí hiện thời hoá do tổn thất công suất và tổn thất diện năng trong thời gian sống của đường dây.

Từ (6.11) ta rút ra tiết diện kinh tế của dây dẫn :

ta có mật độ kinh tế:

Jkt

Imax f

Bảng 6.2 fOp và Jkt cho lưới điện Pháp cho lưới trung hạ áp

Lưới TA thành phô' - cáp AL

Lưới TA nông thôn - trên không AMELEC

pựo,36T7ax + l P=[kW]

Dưới đây là công thức tính jkt theo tài liệu Liên xô cũ -xem [1,2,3]),cách dẫn xuất khác với Pháp :

Bảng 6.3 Giá trị Jkt của Liên Xô cũ

2,5 1,4

2,0 1,2

6.3 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DAN trong thiết kê ' quy hoạch

LƯÓI ĐIỆN

Nguyên tắc chung đê’ lựa chọn tiết diện dây dẫn là : Trong các tiết diện dây dẫn thoả mãn điều kiện kỹ thuật, chọn dây dẫn cho hiệu quả kinh tế cao nhất Đối với các loại lưới điện, nguyên tắc trên được áp dụng khác nhau

6.3.1 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới hệ thống cao và siêu cao thế

Có ba loại đường dây điên : -Đường dây truyền tải công suất phát của nhà máy điện lên hệ thống;- Đường dây tải công suất cấp điện cho các khu vực lớn; - Đường dây liên lạc hệ thống nối giữa các vùng của hệ thống điên chì tải công suất cân bằng giữa các vùng Các đường dây này có thể là cô lập, không liên quan đến các đường dây khác, cũng có thể nằm trong mạng lưới chung liên quan chặt chê với nhau

Những yến tố ảnh hưởng đến tiết diện :

- Vốn tổng của dây dẫn thể hiện qua mật độ kinh rê'là yếu tố chính

Ví dụ, theo [22] - Cho đường dây phát công suất nhà máy điện vận hành cỡ 5000-

6000 h/năm là 0,65-0,7 A/mm2 - Cho đường dây cung cấp điện cho các khu vực dân cư lớn 0,55 A/mm2, -Cho đường dây liên lạc hệ thống chỉ tải công suất câr bằng giữa các vùng : 0,7 A/mm2

Vùng tối ưu của dây dẫn khá phảng, tiết diện có thê’ biến đổi khoảng 20-30%

Trong tổn thất phải kể đến tổn thất vầng quang.

- Tổn thất vầng quang và nhiễu thông tin Theo [9] dây dẫn tối thiểu được xác địnl sao cho không xảy ra vầng quang trong thời tiết xấu

Emax < 0,9 Eo, Emax cường độ điện trường ở pha giữa; Eo cường độ điên trường bắ đầu có vầng quang

Về nhiễu thõng tin : Emax < ECp

ECp là cường độ cho phép theo điều kiện nhiễu thông tin

- Công suất chịu đựng cực đại của dây dẫn theo điều kiện phát nóng cho phép th hiện qua mật độ cho phép Nếu chọn dây dẫn bé thì khi sự cố trong hệ thống, đê’ 0 thể đảm bảo giới hạn công suất tải phải cắt bớt phụ tải gây tổn thất kinh tế hoặ nếu có thể phân bô' lại công suất nguồn gây tăng chi phí nhiên liêu Nếu chọn dâ dẫn to thì vốn cao

Mật độ kinh tế thấp hơn mật độ cho phép

Dòng điện max để kiểm tra dây dẫn xảy ra trong chế độ sự cố hoặc bảo quản hệ thống I„ < ICp

- Sự phát triển hàng năm của lưới điện dó phụ tải tăng trong thời gian và không gian

Phụ tải tãng dẫn đến nhu cầu tăng công suất tải từ khu vực này sang khu vực khác (ngoại trừ đường dây phát công suất của nhà máy điện lên lưới) Muốn chi phí vốn hiện thời hoá nhỏ thì phải phân bố tốt nhất vốn, nghĩa là chọn dây nhỏ sau đó làm thêm đường dây mới thường xuyên hơn Dẫn đến đất bị che phủ bởi nhiều đường dây, không hợp lý Để giảm độ che phú đất đai, có thể chọn đây dẫn to hơn, dù đát nhưng lâu phải cải tạo hơn Thoả hiệp giữa vốn tức thời và độ che phủ sau này là vấn đề xã hội quan tâm, độ che phủ của đường dây ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây dẫn

- Độ dài đường dây cũng ảnh hướng đến chọn dây dẫn

Trên lưới siêu cao áp, tổn thất điện áp phụ thuộc rất ít vào tiết diện dây dẫn Nhưng nếu độ dài lớn mà chọn dây dẫn lớn thì sẽ dẫn đến tải cóng suất lớn, trong đó thành phần công suất công suất phản kháng cũng lơn Chính công súất công suất phản kháng này dẫn đến sụt áp lớn quá mức cho phép và dẫn đến phải bù công suất công suất phản kháng, làm tăng vốn đầu tư Mỗi độ dài dường dây có một tiết diện cho vốn nhỏ nhất

- Vị trí của đường dây trong lưới điện cũng có ảnh hưởng đến chọn dây dẫn Trong lưới điện kín phải chọn dây sao cho cân đối tránh gây mất đồng nhất cao gây phân

bố công suất không hợp lý giữa các đường dây

- Trong lưới điện có điều áp dưới tải điện áp không phải là yếu tô' để chọn dây dẫn Trên đường dây 35 kV trở lên, AU phụ thuộc ít vào dây dẫn, nên người ta không tăng dây dẫn đê’ đảm bảo AUCp

Đường dây phân pha có các lợi ích :

Các đường dây siêu cao 220 kV trở lên đều phân pha, nhằm các lợi ích :

- Chống hồ quang, giảm nhiễu thông tin

- Tăng khả năng tải theo nhiệt độ do làm mát dây tốt hơn

- Tăng công suất tự nhiên, (do giảm tổng trở sóng)

- Giảm X do đó giảm AU và AQ

- Giảm được điện trở so với dây không phân pha, do giảm được hiệu ứng bề mặt, giảm được AP Tính chất này có ý nghĩa khi tiết diện dây lớn (cỡ 570 mnr trở lên)Dây phân pha cũng có các hạn chế:

- Tăng chi phí vốn

- Tăng bũ.tăng Qc gây khó khăn cho chế độ không tải nếu đường dây dài

- Khả năng sự cố cao hơn không phân pha

Bảng 6.4 là ví dụ cho đường dây 500 kV

Bảng 6.4 Ví dụ thông số đường dây 500 kV phân pha

Chọn dây dần được chia làm 2 giai đoạn : lúc đầu xét riêng đường dây, độc lập

với hệ thống, sau đó mới xét đến đường dây trong quan hệ chung của toàn lưới điện, trong đó đường dây được thiết kế còn có nhiệm vụ liên lạc hệ thống và cóng suất tải của nó rất khác nhau Phải xét đến quá tải có thể do sự cố hệ thống, đánh giá lại dây đã chọn và phương án có thể thay đổi

Đối với đường dây cô lập, trước hết phải đưa ra nhiều phương án tiết diện &

số dây trong 1 pha khác nhau, xét đến khả năng phải bù dọc đê đảm bảo tổn thất

điện áp cho phép cho từng phương án, nếu quá dài thì còn phải xét đến các thiết bị

bù nhằm giảm độ tăng áp trong chế độ không tải Sau đó lập quan hệ giữa tổng vốn

đầu tư (vốn xây dựng + tổn thất) và công suất tải, cho tất cả các phương án và đưa

lên đồ thị Ta sẽ thấy rõ trong từng khoảng công suất tải sẽ có phương án cho tổng vốn nhỏ nhất Đây chính là phương pháp khoảng chia kinh tế Trên cơ sở đó chọn

được phương án tối ưu.

Trong [9] có các bảng cho khoảng chia kinh rê'của các đường dây điện áp 110 kV

trở lên, tính theo dòng điện Nếu đường dây tải cóng suất cô' định suốt đường dây thì dòng điện lấy là dòng max của nó Nếu là đường dây phân phối cấp điện cho nhiều phụ tải phân bô' dọc đường dây thì lấy dòng điện ở thời điểm max hệ thống:

1(1 = I5 aiaT

trong đó : I5 là dòng điện năm thứ 5 sau khi đường dây vận hành; oq là hệ sô' phụ thuộc độ tăng trưởng phụ tải theo năm; aT là hệ sô' phụ thuộc Tmax và hệ sô' tham gia vào đỉnh hệ thống của các phụ tải

Đối với đường dây trong lưới chung, công suất tải trên đường dây này có tính ngẫu nhiên cao Công suất tải max cho phép yêu cầu (khi có sự cô' hệ thống) lớn hơn nhiều công suất max kinh tê' (là công suất cao nhất trong khoảng chia kinh tế của

1 tiết diện) điều này ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây

Đối với đường dây liên lục hệ thống dài ngoài thiết bị bù cho chế độ max và min còn có thể phải bù để nâng cao khả năng tải theo ổn định tĩnh Phải xét nhiều phương án bù khác nhau để chọn phương án tối ưu.

Dây dẫn phải được chọn trong quy hoạch dài hạn (20-30 năm), sự phát triển của

lưới điện được mô phỏng để đáp ứng yêu cầu của phụ tải Có nhiều phương án phát triển lứơi điện, các phương án được so sánh kỹ thuật - kinh tế để chọn ra phương án

tối ưu.

6.3.2 Chọn tiết diện dây dẫn trong lưới phân phối

Về mặt chọn tiết diên dây dẫn, lưới phân phối được chia thành :

- Lưới cáp trung áp,

- Lưới cáp hạ áp,

- Lưới trên không trung áp,

- Lưới trên không hạ áp,

- Lưới điện xí nghiệp

Trong mỗi loại lưới lại phân ra : trục chính và các nhánh

Tiêu chuẩn chính để chọn tiết diện dây là vấn đề kinh tê' tức là tối ưu theo quan hệ

“Vốn-Tổn thất”, được sét trong sự phát triển của phụ tải và lưới điện Đường dây phải có hiệu quả kinh tế cao nhất trong thời gian phục vụ 30-40 năm của nó

Các hạn chế về mặt kỹ thuật như phát nóng, tổn thất điện áp cho phép là các hạn chế được xem sét khi nghiên cứu chọn tiết diên dây dẫn Các hạn chế do độ bền cơ học của dây, vầng quang đương nhiên phải đảm bảo

Gọi po là công suất tải tối ưu theo điều kiện kinh tế, Pị là công suất tải max theo điều kiện nhiệt độ và Pu là công suất tải max theo tổn thất điện áp cho phép cho dây dẫn chọn theo JKT

Xét đường dây có phụ tải phân bố đều[22] :

p là tổng công suất yêu cầu max của đường dây Từ công thức này rút ra Pu nếu thay AU = AUCp f = fop:

-Jĩ> được thêm vào do phụ tải phân bố đều.

Còn p, thì tra bảng theo loại dây dẫn hoặc tính Pị = V5 Udm.ICP.coscp; ICp tra bảng.Khảo sát các công thức trên cho các loại dây dẫn và cho Tmax khác nhau có thể rút

ra quan hệ giữa các công suất này trong các loại lưới điện như sau :

- Trong lưới cáp trung áp đô thị (mật độ phụ tải cao): đường dây có khoảng cách ngắn nên : po < Pị < Pu, do đó trong lưới này không cần quan tâm đến hạn chê' về AUCp Lưới sẽ tài công suất đến phát nóng cho phép max mà AU vẫn đảm bảo Dây dẫn được chọn theo điều kiện kinh tế

- Trong lưới trên không trung áp nông thôn (mật độ phụ tải thấp):

Nếu đường dây ngắn thì po < Pu < Pị Còn nếu đường dây dài thì Pu< po < Pị

Nếu đường dây rất ngắn thì có thể Po < Pj < Pu giống như cáp

Đường trục chính ngắn thì có thể chọn tiết diện dây theo điều kiện kinh tế Nếu đường dây dài (do mật độ phụ tải thưa) thì phải chọn dây theo AUCp Còn các nhánh rẽ ngắn nếu chọn tiết diện theo JKT thì rất bé, nên thường phải chọn tiết diện tối thiểu theo điều kiện cơ học

- Lưới cáp hạ áp đô thị: Nếu mật độ phụ tải lớn ( cỡ 10 MVA/km2trở lên) thì Po <

Pu < p„ dây dẫn chọn theo JKT

Nếu mật độ phụ tải thấp thì Pu< po < Pị, dây dẫn phải chọn theo AUCp

- Lưới dây vặn soắn nông thôn (mật độ phụ tài thấp) Pu< po < Pj Với lưới này chọn dây theo điều kiện AUCp

Trục chính của đường dây loại liên nguồn hoặc K/H được chọn cùng 1 tiết diện

dây dẫn do đường dây phải tải điện theo cả 2 chiều Còn đường nhánh chọn nhỏ hơn theo điều kiện độ bền cơ học hoặc AU

Với lưới hình tia,chủ yếu là lưới hạ áp thì không nhất thiết phải chọn cùng một tiết diện trên trục chính Dây vặn soắn cho phép dễ dàng thay đổi tiết diện trên các đoạn lưới để đạt hiệu quả kinh tế cao Nếu dùng dây trên không thì nên chọn cùng tiết diện để tránh nhiều mối nối Lưới điện trong các khu nhà ở, nhà cao tầng có thể chọn theo AUCpkết hợp với khối lượng kim loại mầu ít nhất [8],

Trong lưới điện mà phụ tải hầu như không thay đổi theo thời gian như lưới điện trung áp xí nghiệp, việc chọn dây dẫn theo điều kiện kinh tế rất dễ dàng Đối với lưới hạ áp xí nghiệp nếu Tmax lớn (cỡ 4000 h -5000 h trở lên) thì nên chọn dây theo điều kiện kinh tế, còn lại thì có thể chọn dây theo điều kiện phát nóng, phát nóng kết hợp với bảo vệ; phát nóng kết hợp với khối lượng kim loại mầu ít nhất và kiểm tra theo AUCp [13], hoặc theo AUCp kết hợp với kim loại mầu ít nhất (lưới chiếu sáng)

Sở dĩ lượng kim loại mầu nhỏ nhất

được dùng để chọn dây dẫn vì: ở phần

lưới điện càng gần phụ tải thì Tmax càng CT

nhỏ,tổn thất điện năng rất nhỏ Phân

tích quan hệ ”vốn-tổn thất” rất khó )'

chính xác Dây dẫn được chọn trong sự I x'C

tăng trưởng không ngừng hàng năm của ■ ;

phụ tải và sự phát triển liên tục của ; 1

lưới điện Dây dẫn phải đạt được hiệu 1 ^2 I ■ ^3

của chúng Cách giải quyết tốt nhất vấn

đề này là chọn dây theo khoảng chia Hình 6.2

Đối với lưới cáp, do hầm cáp rất đắt tiền nên có xu thế chọn tiết diện lớn để làm chậm cải tạo lưới

Một cách khác để giải quyết vấn đề là [7] : Chọn dây theo phụ tải năm thứ 5:

Trong [18] trình bày các đồ thị để chọn dây dẫn cho cấp điện áp từ 500 kv trở xuống, xây dựng trên cơ sở khoảng chia kinh tế

Một vấn đề nữa cần quan tâm là khi chọn củng một tiết diện dây cho một đường

trục.

Theo cách của Pháp thì chỉ cần thêm

V3 vào vế phải công thức (6.14) là

tính được tiết diện tối ưu Còn theo L, 1 L2 2 n-2 Ln.i n-1 Ln n

Liên Xô cũ thì phải tính dòng tính _toán quy đổi cho toàn đường trục

6.4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DAN

Dưới đây trình bày cách tính chọn dây dẫn cụ thể theo chỉ tiêu kinh tế và các hạn chê' kỹ thuật

6.4.1 Chọn dây dẫn theo Jkt

Biết loại dây dẫn và Tmax có thể tính fOp trực tiếp hoặc từ Jkl theo các công thức

đã trình bầy ở mục trên Trong trường hợp lưới điện có nhiều phụ tải có Tmax khác nhau thi phải tính Tmax trung bình cho toàn lưới để chọn Jkl:

Nhiệt độ cho phép của dây dẫn - 0Cp (°C) cho trong bảng 6.5.

Bảng 6.5 Nhiệt độ cho phép của dây dẫn 0cp, (°C)

Dây dẫn Nhiệt độ cho

phép lâu dài

Nhiệt độ cho phép ngắn hạn

Nhiệt độ cho phép lớn nhất khi ngắn mạch Thanh dẫn và dây trần

Ta có thể tính được dòng điện cho phép từ nhiệt độ cho phép:

Nếu có dòng điện I chạy trong dây dẫn thì nhiệt do nó sinh ra là :

F = nd|L; r = L/f.y = 4L/(y 7t d2)

vào (6.20) ta được :

trong đó : L - độ dài dây[m]; d, - đường kính dây dẫn [m]; f - tiết diện dây[mm2];

y - điện dẫn xuất của dây [m/(mm2fì)]

Nếu thay 0D bằng nhiệt độ cho phép của dây dẫn 9Cp ta tính được dòng điên cho phép ICp của dây dẫn :

Công thức trên cũng cho phép tính nhiệt độ dây nếu dòng điện là I :

(9d“ ®mt )/ ($cp- ®mt) = I’/Icp" (6.24)

K chính là hệ số hiệu chỉnh dòng điện cho phép khi nhiệt độ môi trường thay đổi

so với điều kiện tính toán ICp của các loại dây dẫn được cho trong các bảng tra cứu.Trong các bảng tra cứu của Nga (xem phụ lục), ICp được tính sẩn cho các loại dây dẫn đặt ở nhiệt độ tiêu chuẩn: nhiệt độ không khí là 25 °C, của đất là 15°c đối với cáp thì tính cho 1 sợi cáp đặt trong đất hoặc hầm cáp

Tài liệu [22] cho dòng điện cho phép dưới dạng mật độ dòng điện cho phép JCp

(hình 6.4)

Dây dẫn phải được chọn sao cho dòng điên làm việc I phải nhỏ hơn dòng điện cho phép Icp:

Nếu nhiệt độ thực tế khác nhiệt độ chuẩn hoặc nhiều sợi cáp đạt cạnh nhau thì ICp phải được hiệu chinh bằng cách nhân với hệ số hiệu chình cũng được cho trong các bảng tra cứu Dòng điện cho phép đã hiệu chinh là:

sự cố trong khoảng thời gian ngắn, khi đó đây dẫn có được phép quá tải ngắn hạn

1 Dây vặn xoắn nhôm hạ áp

Công thức trên cũng cho phép tính nhiệt độ dây nếu dòng điện là I :

(Od'®mt )/ (0cp- ®mt) = I'/Icp' (6.24)

K chính là hệ số hiệu chỉnh dòng điện cho phép khi nhiệt độ môi trường thay đổi

so với điều kiện tính toán ICp của các loại dây dẫn được cho trong các bảng tra cứu.Trong các bảng tra cứu của Nga (xem phụ lục), ICp được tính sẵn cho các loại dây dẫn đặt ở nhiệt độ tiêu chuẩn: nhiệt độ không khí là 25 °C, của đất là 15°c đối với cáp thì tính cho 1 sợi cáp đặt trong đất hoặc hầm cáp

Tài liệu [22] cho dòng điện cho phép dưới dạng mật độ dòng điện cho phép JCp

(hình 6.4)

Dây dẫn phải được chọn sao cho dòng điên làm việc I phải nhỏ hơn dòng điện cho phép Icp:

Nếu nhiệt độ thực tế khác nhiệt độ chuẩn hoặc nhiều sợi cáp đặt cạnh nhau thì ICp phải được hiệu chỉnh bằng cách nhân với hệ sô' hiệu chỉnh cũng được cho trong các bảng tra cứu Dòng điện cho phép đã hiệu chinh là:

sự cố trong khoảng thời gian ngắn, khi đó đây dẫn có được phép quá tải ngắn hạn

1 Dây vặn xoắn nhôm hạ áp

Bảng 6.6 Giá trị Kql trong 5 ngày đêm liền của cáp cách điện giấy uđm< 10kV.

mm, mỗi sợi tải 78 A thì k2 = 0,9 ICp của cáp 25 mm2 được hiệu chỉnh lại là:

ICp' = 0,94.0,9.90 = 76,14 A không đạt yêu cầu, phải chọn cáp nhôm 35 mm2

có Cp - 115 A, sau hiệu chính có:

ICp' = 0,94.0,9.115 = 97,29 A đạt yêu cầu

Đó chí là tiết diện tối thiểu phải chọn theo điều kiện phát nóng bình thường Cần phải kiểm tra điều kiện sự cố: khi 1 mạch bị cắt thì sợi kia phải mang tải của cả 2

là 156 A trong 1 giờ mỗi ngày

Trước khi sự cố 1 sợi cáp có hệ số tải K, = I/ICp = 78/97 = 80% Tra bảng 6.6 ta được Kq, = 1,35 tức là có thể tải 1,35.115 = 131 A < 156 A không đạt yêu cầu

Ta chọn dây cáp 50 mm2 có ICp = 140 A và

ICp= 0,94.0,9.140 = 118,44 A

Hệ số tải trước khi sự cố là K, = 78/118,44 = 0,658, cho phép quá tải 1,5 lần trong

1 giờ trong 5 ngày đêm tức là 1,5x118,44 =177,6 A Khi sự cố 1 sợi cáp phải mang tải 156 A < 177,6 A, đạt yêu cầu Kết lụân là phải chọn cáp nhôm 50 mm2

Lưới điện trong các nhà ở, công sở, phân xưởng của xí nghiệp được chọn theo điều kiên phát nóng kết hợp với thiết bị bảo vệ rồi kiểm tra AUCp, Cách chọn này làm cho lưới có khối lượng kim loại mầu nhỏ nhất

6.4.3 Chọn dây cáp theo phát nóng khi ngắn mạch

Đối với dây cáp trung áp, khi xảy ra ngắn mạch nếu thời gian cắt ngắn mạch chậm (vì lí do đảm bảo độ chọn lọc) thì dây dẫn sẽ bị phát nóng đáng kể, có nguy

cơ vượt quá khả năng chịu đựng của cáp Vì thế sau khi chọn cáp theo các diều kịên khác phải kiểm tra cáp theo điều kiện ngắn mạch, nếu cáp không chịu nổi thì phải tăng tiết diện cáp hoặc dùng các biện pháp hạn chê dòng điên ngắn mạch.Với mỗi trạng thái ngắn mạch bao gồm: dòng ngắn mạch xung kích I", dòng ngắn mạch duy trì L, thời gian cắt của bảo vệ tc, và với mỗi loại cáp lõi đồng hoặc nhôm có tồn tại 1 tiết diện gọi là tiết diện ổn định nhiệt fMn, tức là tiết diện tối thiểu chịu được phát nóng do ngắn mạch gây ra Tiết diện này được tính như sau:

thời gian tương đương, trong đó dòng

L gây phát nóng giống như dòng điện

thực tế gây ra trong thời gian tồn tại

ngắn mạch bằng thời gian cắt của bảo

vệ tc.tlđ phụ thuộc tỷ sô' p” = I”/Iw và

thời gian cắt tc (hình 6.5)

Sau khi tính được f^j,, thì chọn dây dẫn

tiết diện bằng hoặc lớn hơn tiết diện

này

Từ công thức (2.27) người ta lập

ra cho các điều kiện thực tế của lưới

điện bảng giá trị lớn nhất của dòng

điên ngắn mạch xác lập Ik.max mà 1

dây cáp có thể chịu được, dòng điện

này phụ thuộc tiết diện dây cáp và

thời gian cắt ngắn mạch tc của bảo vệ

(bảng 6.8 cho Ik.max của cáp nhôm đặt

trong đất điện áp 6-10 kV)

Nếu thời gian cắt ngắn mạch rất ngắn (cỡ 0,01 s) thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Ví dụ 6.4.4: Cho biết đường dày 10 kV dùng cáp nhôm đặt trong đất, tc = 1,5 s;

I" = 9 kA, 1«, = 6 kA

Giải

P" = 9/6 =1,5, tra đường cong hình 6.5 được ttđ = 1,58 s

Theo bảng trên có a = 12 Theo (6.27):

f(xin = 12.6.1,58 = 90 mm;, chọn cáp chuẩn tối thiểu A 95

Theo bảng 6.8 ta thấy cáp nhôm 95 mm2 với tc = 1,5 s chịu được 7,5 kA

Bảng 6.8 Dòng ngắn mạch cho phép theo điều kiện ổn định nhiệt của cáp lk.max

tc[s] k-max kA] cho tiết diện dây dẫn là, mm2

0,50 3,45 4,80 6,90 9,65 43,00 16,50 20,00 25,45 34,25 0,75 2 80 3 95 5,60 7,90 10,65 13,50 16,90 20,50 27,20

1 00 2,44 3,40 4 85 6,80 9,25 11,80 14,60 18,00 23,50 1,50 2,00 2,80 4 00 5,55 7,55 9,55 11,90 14,75 19,30

4 00 1,72 2,40 3,-45 4,80 6,55 8,25 10,30 12,75 16,65

Với các loại cáp PR (cách điên chất tổng hợp) và PI (cách điên giấy tẩm dầu) của

6.4.4 Chọn dây dẫn đường dây trên không theo điều kiện

độ bền cơ học

Để bảo đảm độ bền cơ học, tiết diện của đường dây trên không được chọn bằng hoặc lớn hơn tiết diện tối thiểu trong bảng 6.9 (Liên Xô cũ)

Bảng 6.9 Tiết diện nhỏ nhất (mm2) cho dãy trần nhiều sợi

Dây trần Loại dây Nơi không dân CƯ Nơi đông dân

>35kV 1-20kV < 1 kV >35 kV 1-20kV <1 kV

EDF dùng dây trên không ALMELEC tiết diện tối thiểu 34 mnr

6.4.5 Chọn dây dẫn theo điều kiện vầng quang điện

Tổn thất vầng quang là do điện năng từ dây dẫn phóng ra ngoài không khí dưới tác dụng của điện trường của dây dẫn khi có điện áp Tổn thất vầng quang phụ thuộc vào điện áp vận hành, cấu trúc dây dẫn và vào thời tiết [33],

Muốn không xảy ra vầng quang (trong thời tiết tốt) thì phái thoá mãn điều kiện (2.21), trong đó đã kể đến yếu tô' thời tiết và mói trường :

E< 16,15 kV/cm

Cường độ điện trường phụ thuộc vào điện áp vận hành u và bô' trí dây trên cột như

đã trình bày trong chương 2:

V3r.ln ± 0,231

rNếu 3 pha đặt trên tam giác thì không có thành phần 0,231, nếu đặt trên mặt phẳng thì dấu + cho 2 pha bên, dấu - cho pha giữa

Đặt E = 16,15 ta tính được r, D giới hạn để không xảy ra vầng quang:

u r> -—— -

VJx 16,15.In—±0,231

r

r min là tiết diện nhỏ nhất thoả mãn điều kiện trên,

tìr rmi„ tính được tiết diên tối thiểu fmill:

(6.28)

fmin = It.rmịn2 [mm2,mm]

Để hạn chế vầng quang dây dẫn cúa đường dây trên không được chọn bằng hoặc lớn hơn tiết diện tối thiểu cho trong báng 6.10[ 14].

Bảng 6.10 Tiết diện tối thiểu của đường dây trên không theo điều kiện hạn chế vầng quang Điện áp, kV Đường kính tối thiểu, mm Tiết diện tối thiểu, mm2

6.4.6 Chọn dây dẫn theo điêu kiện tổn thât điện áp

6.4.6.1 Khái niệm chung

Theo điều kiện này tổn thất điện áp lớn nhất AUmax từ đầu nguồn (thanh cái cao áp của trạm tăng áp, thanh cái hạ áp của trạm khu vực, trạm trung gian, trạm phân phối) đến điểm cuối xa nhất của lưới điện (thanh cái cao áp của trạm khu vực, thanh cái cao áp của trạm trung gian, trạm phân phối hoặc thiết bị dùng điên) có điện áp thấp nhất, trong chế đô làm việc bình thường phải nhỏ hơn giá trị cho phép trong chế độ làm việc bình thường AUCp và trong chế độ sự cô' phải nhỏ hơn giá trị cho phép trong chế độ sự cô' AUcp.se (AUcp .sc > AUcp):

AUmax < AƯCp

AUmax.sc AUcp.se [V,kV hoặc %] (6.29)Chê' độ sự cố là chê' độ trong đó đường dây được xét phải mang tải lớn nhất do sự cô' đường dây song song,các đường dây lân cận, nguồn điện

Tổn thất điện áp lớn nhất trong lưới điện là tổng tổn thất điện áp của các đoạn lưới tham gia vào đường nối từ nguồn đến điểm có điện áp thấp nhất-gọi là đường trục, còn các đoạn lưới đấu vào đường trục gọi là đường nhánh Mỗi đoạn lưới nối giữa 2 phụ tải hoặc nhánh rẽ kề nhau,lại mang tải khác nhau vì thế khi chọn dây dẫn của đường nối này phải phối hợp tiết diện dây dẫn của các đoạn lưới sao cho thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp dồng thời đạt được điều kiện kinh tế

Trong lưới điện trung-hạ áp AU phụ thuộc mạnh vào tiết diện dây dẫn do đó vấn đề chọn tiết diên dây dẫn theo AUCp là rất quan trọng đối với lưới trung hạ áp, nhất là đối với lưới trên không AU trong lưới này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điên áp ở phụ tải.

Trong lưới điện phát triển phụ tải ban đầu của một tiết diên dây dẫn mới rất thấp, nên không có vấn để AU quá lớn, chỉ sau nhiều năm vân hành mới có nguy cơ

AU vượt AUCp Trong trường hợp nếu p„> po thì chọn dây theo điều kiện kinh tế, nếu Pu < po thì phải chọn dây theo điều kiên AUCp, công suất phụ tải dùng để chọn dây dẫn là phụ tải của năm nào đó trong tương lại, ví dụ năm thứ 5

Tuy nhiên cũng có những lưới điện có độ tăng trưởng phụ tải rất thấp hoặc không tăng, ví dụ lưới chiếu sáng 1 đường phô' nhất định, lưới điện cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp, lưới điện cung cấp cho các nhà ở cao tầng, thì ngay từ đầu dây dẫn được chọn theo AUcp

Như đã nói ở trên, có thể chọn cùng một tiết diện cho toàn đường trục, cũng có thể chọn tiết diện khác nhau cho từng đoạn lưới

AUCp trong lưới điện được xác định cùng với hệ thống điều chỉnh điện áp trong MBA trung gian và MBA phân phối và phụ thuộc vào tiêu chuẩn chất lượng điện

áp, sao cho đảm bảo chất lượng điện áp và lưới điện có hiệu quả kinh tế cao Đây là vấn đề kinh tế -kỹ thuật quan trọng và mỗi hệ thống điên đều có cách giải quyết riêng Vấn đề diều chỉnh điện áp sẽ được nói đến ở chương 7 ở đây chỉ đưa ra giá trị AUCp của một số hệ thống điện :

Theo [23] lưới trên không trung áp : AUCp= 7,5 %; lưới trên không hạ áp : AUCp= 11%; lưới cáp hạ áp : AUCp= 5%, trên lưới cáp trung áp hiện tại AU thực tế rất nhỏ cỡ 1%

Theo [9] lưới hạ áp : phần ngoài trời 4-6%, phần trong nhà 1-4%

Theo [21] : lưới trung áp :8%, hạ áp phần ngoài trời : cáp 3%, trên không 5%, phần trong nhà 1% nếu ngắn hơn 35 m, nếu dài hơn thì tính gộp vào lưới ngoài và lấy AUCp chung tăng thêm 1 %

Khi sự cô' cho phép tăng thêm AU từ 1,5 đến 2 lần

6.4.6.2 Đường dây một phụ tải

Trước khi xét lưới điện phức tạp với các điều kiện chọn lựa nói trên ta hãy chọn tiết diện cho 1 đường dây cấp điện cho 1 phụ tải ở cuối như trên hình 6.7

Để đơn giản dưới đây thay vì AUmax hay ÁU^ sẽ chỉ viết AU và AU*, các giá trị của tổn thất điện áp là tuyệt đối [V,kV]

Ta phải chọn dây dẫn theo điều kiện (6.29):

Trong lưới điện trung-hạ áp AU phụ thuộc mạnh vào tiết diện dây dẫn do đó vấn đề chọn tiết diện dây dẫn theo AUCp là rất quan trọng đối với lưới trung hạ áp, nhất là đới với lưới trên không AU trong lưới này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điên áp ở phụ tải.

Trong lưới điện phát triển phụ tải ban đầu của một tiết diên dây dẫn mới rất thấp, nên không có vấn đề AU quá lớn, chỉ sau nhiều năm vân hành mới có nguy cơ

AU vượt AUCp Trong trường hợp nếu Pu > po thì chọn dây theo điều kiện kinh tế, nếu Pu < po thì phải chọn dây theo điêu kiên AUCp, công suất phụ tải dùng để chọn dây dẫn là phụ tải của năm nào đó trong tương lại, ví dụ năm thứ 5

Tuy nhiên cũng có những lưới điện có độ tăng trưởng phụ tải rất thấp hoặc không tăng, ví dụ lưới chiếu sáng 1 đường phô' nhất định, lưới điện cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp, lưới điện cung cấp cho các nhà ở cao tầng, thì ngay từ đầu dây dẫn được chọn theo AUCp

Như đã nói ở trên, có thể chọn cùng một tiết diện cho toàn đường trục, cũng có thể chọn tiết diện khác nhau cho từng đoạn lưới

AUCp trong lưới điện được xác định cùng với hệ thống điều chỉnh điện áp trong MBA trung gian và MBA phân phối và phụ thuộc vào tiêu chuẩn chất lượng điện

áp, sao cho đảm bảo chất lượng điện áp và lưới điên có hiệu quả kinh tế cao Đây là vấn đề kinh tê' -kỹ thuật quan trọng và mỗi hê thống điện đều có cách giải quyết riêng Vấn đề diều chỉnh điện áp sẽ được nói đến ở chương 7 ở đây chỉ đưa ra giá trị AUCp của một sô' hệ thống điện :

Theo [23] lưới trên không trung áp : AUCp= 7,5 %; lưới trên không hạ áp : AUCp= 11%; lưới cáp hạ áp : AUCp= 5%, trên lưới cáp trung áp hiện tại AU thực tê' rất nhỏ cỡ 1%

Theo [9] lưới hạ áp : phần ngoài trời 4-6%, phần trong nhà 1-4%

Theo [21] : lưới trung áp :8%, hạ áp phần ngoài trời : cáp 3%, trên không 5%, phần trong nhà 1% nếu ngắn hơn 35 m, nếu dài hơn thì tính gộp vào lưới ngoài và lấy AUCp chung tăng thêm 1%

Khi sự cố cho phép tăng thêm AU từ 1,5 đến 2 lần

6.4.6.2 Đường dây một phụ tải

Trước khi xét lưới điện phức tạp với các điều kiện chọn lựa nói trên ta hãy chọn tiết diện cho 1 đường dây cấp điện cho 1 phụ tải ở cuối như trên hình 6.7

Để đơn giản dưới đây thay vì AUmax hay sẽ chỉ viết AU và AUsc, các giá trị của tổn thất điện áp là tuyệt đối [V,kV]

Ta phải chọn dây dẫn theo điều kiện (6.29):

(Thứ nguyên của từng đại lượng được viết từ trái sang phải, từ trên xuống dưới đúng theo trình tự của đại lượng trong công thức)

I (km) P-jQ

I - - -• •

P-JQ-Hình 6.7

Trong trường hợp này p = P’, Q=Q’

AU = ProJ + QxÁ' < AUCP [V,kW,kVAr,Q/km,km,kV]

Ta lấy điểu kiện giới hạn trên làm điều kiện chọn tiết diện dây dẫn:

AU = AUr + AUX = AUcp [V,kV hoặc %] (6.31)Trình tự tính chọn tiết diện dây dẫn như sau:

Ta nhận thấy điện kháng đơn vị của dây dẫn x0 thay đổi không nhiều theo tiết diện dây dẫn (x0 = 0,36 -0,42 Q/km cho lưới trên không và 0,9-1,1 với cáp), do đó có thể lấy trước giá trị thích hợp của x0 rồi tính thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây ra theo (6.30):

Sau đó giá trị cho phép của thành phần tổn thất điện áp phụ thuộc công suất tác dụng sẽ là:

Pr Ị PỊbiết rằng AUr = *T° ■ = -—ỴỤ— ta rút ra tiết diện dây dẫn :

^dm f‘Y-UdmPl

f= [mm2,kW,m,m/Q mnr,kV,V] (6.33)Y-ƯdmAUr

trong đó: p là công suất tác dụng của phụ tải, 1 là chiều dài đường dây, y là điện dẫn xuất của dây dẫn, Uđm là điện áp định mức của đường dây Nếu f nhỏ hơn tiết diện tính theo Jkl thì ta chọn dây dẫn theo tiết diện kinh tế Nếu f lớn hơn thì ta chọn tiết diện định mức gần nhất, sau đó tra chính xác xo,ro rồi tính AU

AU = Pfy 1+—X—- = 5/3 I.l.(ro.cos(p + xo.sincp)

13 dmNếu AU tính được nhỏ hơn hoặc bằng AUcp thì là được, nếu không phải tăng tiết diện dây dẫn lên cho đến khi đạt yêu cầu

Cũng có thể tính r0 rồi tra bảng chọn dây fic có r0 gần nhất, chứ không cần tính trực tiếp f

Ví dụ 6.5.

Chọn dây dẫn của đường dây trên không dài 10 km cấp điện cho 1 phụ tải có P' = 1200 kW, Q’=800 kVAr,điện áp 10 kV Dây nhôm lõi thép AC, có y = 32 m/Q mm2, khoảng cách trung bình giữa các pha là 1 m, AUcp = 7,5 % Trước hết tính giá trị tuyệt đối của tổn thất điện áp cho phép:

Áu,= Ua"±% = l(IO”X7^=750V

Tính f theo (6.33), phải đổi AUr ra kV = 0,446 kV:

P'l 1200x10 Ojl ,

yUdmAUr 32x10x0,446Chọn dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất là AC 95, có r0 =0,33 Q/km và x0 =0,332 Q/km Tính tổn thất điện áp chính xác:

ATT P'rol + Q'xol 1200x0,33x10 + 800x0,332x10

AU = - - - = - - - = 661,6 V

Giá trị này nhỏ hơn AUcp = 750 V, dây dẫn chọn đúng

6.4 Ổ.3 Chọn dây dẫn theo diêu kiện cùng tiết diện dây dẫn

cho toàn dường trục

Xét lưới điện trên hình 6.8

Pj.Qvh 1 P2,Q2,I2 2 P3.Q3.I2 3 P4.Q4.I4 4

Hình 6.8

Trình tự chọn dây dẫn như sau:

1) Chọn x0 trung bình của cấp điện áp, tính AUX:

AUX = =V3xoễlili sincpj [V,kVAr,Q/km,km,kV] (6.3

trong đó Qị là công suất phản kháng trên đoạn lưới thứ i được tính như đã trình b trong chương 4, lị là chiều dài đoạn lưới i, m là số đoạn lưới của đường trục.2) Tính AƯr cho phép :

Aưr = AUCp - AUX

3) Tính tiết diện dây dẫn:

AUr= -r-ZPjli = —7— ỀPịlị [V,kW,Q/km,km,kV] (6.3 Udm i=l yíưdm i=l

1 msuy ra f= —Ì^Pịlị [mm1 2,kW,km,V,km/ Qmnr.kV] (6.3<

AUrYưdm i=itrong đó Pị là công suất tác dụng trên đoạn lưới i

4) Chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất, có thể nhỏ hơn, tra r0, x0

AUSC íSU^

nếu không đạt yêu cầu, phải tăng tiết diện dây dẫn

8) Tiết diện các đường nhánh được chọn theo điều kiên sao cho tổn thất điện áp t đầu nguồn đến điểm có điện áp thấp nhất của nhánh nhỏ hơn AUcp Phần tổn thồ

điện áp trên đường trục từ đầu nguồn đến điểm rẽ nhán AU™ đã được xác định bởi tiết diện đường trục đã chọn ở trên Phần tổn thất điện áp còn lại dùng để chon dây dẫn của nhánh rẽ là:

△ unh = AUcp - AU™

Tiết diên dây dẫn nhánh rẽ được chọn theo trình tự giống như đường trục, nhưng thay vì AUcp trong công thức (6.36) phải dùng AUnh và không có mục thứ 7

(6.39) là điều kiện để chọn dây dẫn theo điều kiện khối lượng kim loại mầu nk nhất.

Sau đó tính tiết diện các đoạn lưới còn lại theo công thức sau:

fi2 fỉ

^- = 37- = = ^- [mm2,kW] (6.41)P| p2 pm

Sau đó chọn tiết diện chuẩn gần nhất rồi kiểm tra tổn thất điện áp

500+j270 kVA

180 +j120 kVA

Hình 6.11

6.4.7 Chọn dây dẫn lưới hạ áp kết hợp với thiết bị bảo vệ

6.4.7.1 Bảo vệ bằng cẩu chì

Cầu chì được chọn theo các điều kiện sau :

1 Dòng định mức của dây

chảy Iqc không được nhỏ hơn

dòng điện làm việc lớn nhất ILV

(trong thiết kế thì là dòng điện

tính toán Itt)

Idc — Ilv (6.42)

2 Để tránh quá nhiệt, ô xy hoá

bề mặt, chóng già hoá dẫn đến

cắt sai của dây chảy, thì trong

thời gian khởi động động cơ

hoặc đỉnh của quá trình công

nghệ, dòng điên quá tải qua

cầu chì Iqt không được lớn hơn

1/2 dòng điện chảy Ich của dây

chảy Dòng Ich được xác định

trên đặc tính của cầu chì (hình

6.12), đó là quan hệ giữa thời

gian cắt trung bình của cầu chì

Iqt 0,5 Ich (6.43)Điều này được giải thích trên đặc tính của cầu chì trên (hình 6.12) có loo =60 A:Trên đặc tính ta thấy : nếu bị quá tải gấp 2 dây chảy sẽ chảy sau 2 phút, gấp 3 sau

15 s và gấp 5 sau 2 s Ta cũng biết rằng độ lệch giữa thời gian cắt thực tế so với thời gian cắt trung bình đến ± 50 %

Giả thiết rằng một thiết bị dùng điện được bảo vệ bằng cầu chì 60 A này, có dòng quá tải ngắn hạn kéo dài 2 s Trên đặc tính cầu chì ta thấy : dòng điên làm cho cầu chỉ chảy trong 2 s là dòng Ich = 5.1oo Áp dụng (6.43) ta tính được dòng quá tải:

Đối với các động cơ thì dòng quá tải là dòng khởi động IKĐ

- Nếu động cơ khởi động nhẹ, tần xuất khởi động nhỏ và thời gian khởi động nhỏ hơn 8-10 s thì dòng định mức của dây chảy chọn theo điều kiện :

IdC “ (6-44)

- Nếu động cơ khởi động năng, tần suất khởi động lớn và thời gian khởi động đến

40 s thì dòng định mức của dây chảy chọn theo điều kiện :

Nếu có 1 động cơ thì dòng ỈQT = IKĐ

Nếu là nhóm n động cơ thì

Iqt= max [ Z(ILVi) + Ikđj] (6.46)

J i=l.i*j

j là đông cơ khởi động, j = i, , n

Giả thiết chí khởi động 1 động cơ trong khi các động cơ khác làm việc bình thường với dòng điện ILV:

Ilv = k| Jđm

nv3Udm cos ọ

Ikđ = Kkđ Idm

trong đó : Id,n - dòng điện định mức của động cơ; Pdm là công suất định mức của động cơ; k, là hệ số tải của động cơ i, k, =0,8 - 1; T| là hiệu xuất của động cơ bằng 0,85 - 0,9; kkd là hệ số khởi động - động cơ lồng sóc : kkd = 4-7,5, động cơ dây cuốn :kkd=l,5-2,5

Cầu chì của bậc trên phải có Idct lớn locoCÙa bậc dưới trực tiếp 1-2 bậc dây chảy chuẩn

Chọn dây dãn kết hợp với cầu chì đã chọn theo động cơ :

Ta thấy, giả thiết dây dẫn có dòng phát nóng cho phép ICp đúng bằng IDC,nếu dòng điện quá tải lớn gấp 2 lần IDC trở lên thì cầu chì sẽ chảy rất nhanh, không làm hại dây dẫn vì không kịp phát nóng Nhưng nếu dòng điện chỉ gấp 1,6 lần thì cầu chì sẽ chảy rất chậm, dây dẫn sẽ đạt nhiệt độ xác lập lớn gấp 2,5 lần bình thường

Do đó để bảo vệ quá tải dây dẫn, cần phải làm sao cho dòng quá tải cho phép của dây dẫn bằng hoặc lớn hơn 2 lần dòng định mức của dây chảy : IqTD > 2 Idc

Nếu lấy IqTD= 1,6.ICp thì ta có điều kiện

16 0,82

Hệ sô' quá tải trên chỉ cho phép khi bình thường dòng điện tải < 80%.ICp Như vậy nếu dòng quá tải ngắn hạn đạt 1,6.ICp thì dây chảy sẽ cắt sau 2 phút, trong khi hằng sô' thời gian phát nóng của dây dẫn cỡ 10 phút, dây sẽ không bị quá nóng nguy hiểm Nếu quá tải thấp hon thì dây chảy sẽ cắt sau thời gian cho phép quá tải.Tuy nhiên, dây dẫn không được tận dụng, gây kém hiệu quả kinh tế, do đó người ta chỉ chọn dây dẫn theo điều kiện quá tải khi lưới điện không được theo dõi thường xuyên trong vận hành và có khả năng quá tải cao như lưới điện sinh hoạt

Còn ở các lưới điện có theo dõi, kiểm tra thường xuyên như lưới điện xí nghiệp, dây dẫn chỉ được bảo vệ chống ngắn mạch, dây dẫn được sử dụng cao hơn

Điều kiện chọn dây cho lưới điện xí nghiệp là

Điều kiện (6.48) được giải thích như sau : Theo (6.44) dây chảy phải thoả mãn điều kiện Idc > IKĐ/2,5 mà IKĐ = 7,5 Idm tức là Idc > 3.1đn„ nếu chọn dây dẫn có ICp đúng bằng Idm thì ta có điều kiên (6.48)

Dây dẫn cho lưới sinh hoạt chọn theo (6.47), Nhưng dây dẫn cho chiếu sáng xí nghiệp, do không có khả năng xảy ra tăng đột biến phụ tải thì có thể chọn theo điều kiện:

Điều kiện này cho phép tân dụng dây dẫn

Ngoài ra tất cả các loại dây dẫn đều phải thoả mãn điều kiện (x.6.4.2):

ILV là dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất của dây dẫn

Chọn dây dẫn kết hợp với bảo vệ bằng Aptomat:

Dòng điện khởi động của role nhiệt được chọn theo điều kiện :

Dòng điện khởi động của role điện từ được chọn theo điểu kiện :

1,25 là hệ sô' dự trữ tính đến tác động không chính xác của role

Dòng điện cho phép của dây dẫn được chọn theo điểu kiện:

Nếu Aptomat có rơle nhiệt:

Ví dụ áp dụng : Xét lưới điện 380/220 V trên hình 6.12 :

Đường dây 1 cấp điện từ trạm phân phối cho tủ điện T-l bằng cáp nhôm 4 sợi đặt trong đường dẫn trên tường phân xưởng

Từ tủ điên 1 có 8 đường dây 2 cấp điện cho 4 động cơ lồng sóc ĐC-1 và 4 động cơ dây cuốn ĐC - 2, có đường dây 3 cấp điện cho tủ chiếu sáng T-2 có công suất tổng 20 kW, (coscp =1) Đường dây 2 bằng dây cách điện đặt trong ống thép, đường dây 3 bằng dây cách điện đặt trên sứ Hệ số đồng thời của phụ tải trên đường dây 1 là 0,8

Thông sô' các động cơ trong bảng sau :

- Chọn cầu chì CC-2 cấp điện cho các động cơ ĐC-1 :

Idc — kv = 26,5 A

đồng thời Idc > 192/2,5 = 76,8 A (điều kiện (6.42) và (6.44))

Ta chọn I[>c= 80 A (dẫy tiêu chuẩn của dây chảy : 6-10-15-20-25-30-40-50-60-80- 100-120-150-200-225-250-300-400-500-600 A)

Dây dẫn 2 cấp điên cho ĐC-1 được chọn theo tiêu chuẩn :

ICp > 26,5 A đổng thời ICp > 80/3 = 26,7 A (điều kiện (6.48) và (6.50) với k|k: = 1)

dây dẫn 2 cấp điện cho ĐC-2 được chọn theo tiêu chuẩn :

ICp >41,1 đổng thời ICp > 60/3 = 20 A (điều kiện (6.48) và (6.50) với k|k2=l) Chọn dây 10 mnr có ICp = 47 A

- Chọn dây dẫn 3 :

ILV= 20/(73 0,38)= 30,4 A

đây là đường dây cho chiếu sáng nên cầu chì chỉ cần chọn theo điều kiện (6.42)

^>30,4 A

Chọn I[X= 35 A.

Dây dẫn chọn theo điều kiện (6.49): ICp > 35 A, chọn dây 6 mnỷ có ICp= 40 A

- Chọn cầu chì 1 trên đường dây 1 :

Dây dẫn chọn theo điều kiện :

ICp > 242 A đồng thời ICp > 260/3 - 87 A (điều kiện (6.48) và (6.50) với k|k2=l)chọn 1 dây cáp 185 mm: có ICp= 26Ọ A

hoặc 2 dây cáp 70 mm2 có ICp= 2.140=280 A

7 ĐIỂU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THÒNG ĐIỆN

7.1.1 Ảnh hưởng của điện áp đến hoạt động của HTĐ

Điên áp trong HTĐ luôn biến đổi trong thời gian do :

Sự biến đổi không ngừng của phụ tải - trước hết là công suất phản kháng, đây là các biến đổi tự nhiên và chậm

Các biến đổi nhanh do: - Sự dao động thường xuyên hoặc ngẫu nhiên của phụ tải, -

Sự cố trong HTĐ gây ra quá trình quá đô điện từ và có thể làm cho 1 hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột, - Sự thay đỏi cấu trúc lưới, - Hoạt động của các bảo vệ và tự động, - Khởi động hoặc ngừng các tổ máy

Sự biến đổi điện áp dẫn đến hâu quả :

- chất lượng điện năng ở các thiết bị dùng điên không đạt yêu cầu

- Ảnh hưởng đến công tác của HTĐ: -Điện áp tãng quá cao gây nguy hiểm cho thiết bị HTĐ, ví dụ điện áp trên đường dây dài trong chê' độ không tải điện áp tăng rất cao gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện; -Điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải điện, giảm khả năng ổn định động và ổn định tổng quát và nếu thấp quá quá có thể gây mất ổn định phụ tải

Mức điện áp trong HTĐ ảnh hưởng lớn đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong HTĐ nhất là trên lưới cao và siêu cao áp

Vì thế cần phải thực hiện điều chinh điện áp (ĐC ĐA) liên tục trong quá trình vân hành HTĐ HTĐ phải được trang bị các thiết bị để thực hiện nhiệm vụ này

7.1.2 Nhiệm vụ của điều chỉnh điện áp

- Đảm bảo chất lượng điện năng cho thiết bị dùng điện

- Đảm bảo hoạt động của hệ thống trong chế độ bình thường cũng như sự cố Nếu điện áp cao quá giới hạn cho phép sẽ làm thiết bị hỏng hoặc già hoá nhanh Nếu thấp quá sẽ gây quá tải đường dây và MBA, ảnh hưởng đêh tự dùng (nhất là với nhà máy điện nguyên tử), đến ổn định của nhà máy điện và phụ tải

- Đạt hiệu quả kinh tế, giảm AP và AA

7.1.3 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp.

Phương thức điều chỉnh điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Ta biết rằng tổn thất điện áp được tính theo công thức sau :

P.R + Q.X P.X-Q.Rg Ư

u u

Khi phụ tải biến đổi làm cho AỤ biến đổi làm cho điện áp trên các nút tải và toàn HTĐ thay đổi Trong đó thành phần dọc trục AU làm biến đổi modul của điện

áp, còn thành phần 8U làm biến đổi góc pha của điện áp Trên lưới hệ thống cấp điện áp 220-500 kV, điện trở R nhỏ hơn nhiều điện kháng X, do đó có thể bỏ qua

Tóm lại trên lưới hệ thống, mức điện áp phụ thuộc vào dòng công suất phản kháng trên các đường dây Để điều chỉnh điện áp do đó phải điều chỉnh dòng công suất phản kháng trong HTĐ

Điều chỉnh dòng công suất phản kháng tức là điều chinh sự cản hằng công suất

phản kháng trong HTĐ.

Trong lưới điện cao thế và nhất là trung-hạ thế, R khá lớn, có thể so sánh với

X, trong lưới cáp còn lớn hơn X nhiều, do đó dòng công suất tác dụng cũng ảnh hưởng đến điên áp Nhưng không thể dùng cách điều chỉnh dòng công suất tác dụng để điều chỉnh điện áp được, vì công suất tác dụng là yêu cầu của phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ có thể đưa đến từ các nhà máy điện Còn công suất phản kháng không sinh công, nó chỉ là dòng công suất gây từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cấp tại chỗ cho phụ tải Do đó trong các lưới này vẫn phải điều chỉnh điện áp hằng cách điều chinh cân hằng công suất phản kháng

Điêu chỉnh điện áp và điều chỉnh cân hằng công suất phản kháng do đó là đồng nhất với nhau Khi điện áp tại một điểm nào đố của HTĐ nằm trong phạm vi cho phép thì cố nghĩa là công suất phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó Nếu điện áp cao thì là thừa công suất phản kháng, còn khi điện áp thấp thì là thiếu công suất phản kháng.

Công suất phản kháng thường thiếu trong chê' độ max cẩn phải có thêm nguồn, còn trong chê'độ phụ tải min lại có nguy cơ thừa do điện dung của đường dây và cáp gây ra, cần phải có thiết hị tiêu thụ.

Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa

phương, điện áp ở các điểm khác nhau có thể rất khác nhau Do đó điều chính cân

bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở cấp hệ thống lẫn ở cấp địa phương,

ở cấp hệ thống điều chỉnh mức điện áp trung hình của hệ thống, còn điều chỉnh địa

phương nhằm đạt được yêu cầu điện áp cụ thể của địa phương.

Điều chỉnh điện áp hay cân hằng công suất phản kháng thực hiện theo hai cách :

1 - Điều chỉnh công suất phản kháng của các nguồn công suất phản kháng (nhà máy điện, máy bù đồng bộ, các bộ tụ bù và kháng điên có điều khiển ), tăng hoặc giảm theo yêu cầu, đối với nhà máy điện và máy bù đồng bộ, công suất phản kháng được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ đối với tụ bù và kháng điện bằng cách thay đổi điên dung của tụ và điện kháng của kháng điện.

2 - Điều chỉnh dòng công suất phản kháng hay là phân bố lại công suất phản kháng trên lưới theo yêu cầu bằng cách điểu chỉnh đầu phân áp ở các MBA, thiết bị bù dọc

Điều chỉnh cân hằng công suất phản kháng được thực hiện một phẩn tự động,

phần còn lại điều khiển bằng tay từ xa hoặc tại chỗ

7 1.4 Quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng và ổn định của HTĐ

Công suất cực đại của hệ thống tải điện đi xa gồm máy phát điện và đường dây dài siêu cao áp có quan hệ sau (5.89):

* -sin(aL + (p)

Zc

Ta thấy Pm„ phụ thuộc vào điện

áp của nguồn điện E, giá trị Pm„ trên

chỉ đạt được khi điện áp máy phát E

được điều chỉnh tự động luôn giữ là

hằng số Điều này thực hiện bằng

cách điều chỉnh dòng điện kích từ

giữ điện áp E không đổi bằng thiết

bị tự động điều chỉnh kích từ (TDK,

AVR) Nếu không có TDK thì khi

công suất tải tăng lên E sẽ giảm đi

làm cho Pmax giảm theo

Thu Q a-Kích từ hằng số

Ta hãy xét tiếp hệ thống trên hình 7.2, trong đó lưới điện có điện kháng X (R=0) và điện áp không tái UL, cấp điên cho phụ tải có tổng trở Z(cp).

Dòng điện I trên đường dây là :

ựx2 + z2 + 2Z.X.sin<pĐiện áp trên cực phụ tải u phụ thuộc dòng điện I và tổng trở z :

ựx2 /z2 + 1 + 2(X / Z).sinọCông suất tác dụng cấp cho phụ tải là :

p = (Ư2/Z) coscp = —-—-— - - (7.4)

X2 /Z + Z + 2XsincpBằng công thức (7.3) và (7.4) ta có thê’ lập được quan hệ giữa cóng suất tác dụng cấp cho phụ tải và điện áp trên cực của nó u = f(P) có dạng như trên hình 7.3

Ta thấy nếu điện áp trên cực phụ tải giảm xuống thấp hơn Ưgh thì phụ tải sẽ mất ổn định, cả công suất tác dụng và điện áp đều giảm xuống, đó là hiện tượng

suy sựp diện áp của HTĐ, nhất thiết phải tránh, Ugh là giới hạn lý thuyết Giới hạn

thực tê' trong vận hành (Ughvh Pghvh) sẽ lớn hơn một chút, điện áp vận hành - Uvh phải giữ khoảng cách an toàn nhất định đến giới hạn này để đề phòng các đột biến về điện áp cũng như phụ tải

Phần trình bày trên cho thấy ý nghĩa quan trọng của diện áp đối với ổn định của HTĐ Ta thấy dể đảm bảo Ổn dinh của HTĐ, điện áp nguồn phải dược giữ

vững trong vận hành, còn diện áp ở phụ tải phải luôn lớn hơn giá trị cho phép thấp nhất.

7 1.5 Điều chỉnh điện áp và tổn thất công suất và tổn thất điện năng

Tổn thất công suất và tổn thất điện năng phụ thuộc mạnh vào mức điện áp (giá trị trung bình) vân hành của HTĐ

Trên lưới cao áp đến 220 kV, tổn thất công suất phụ thuộc dòng điện (tổn thất do

phụ tải) chiếm ưu thế so với tổn thất vầng quang, tổn thất này tỷ lệ nghịch với điện

áp do đó mức điện áp vận hành cao có lợi về kinh tê' do tổn thất nhỏ Lý do là khi điện áp cao, dòng điện trên lưới sẽ nhỏ làm cho AP, AQ và AA nhỏ Công suất phản kháng do đường dây sinh ra sẽ lớn nhất

Theo [15] nên dùng MBA điều áp dưới tải giữa các cấp điện áp, vì lợi ích do giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng nhờ điều chỉnh mức điện áp trên lưới

có thể bù lại vốn đầu tư

Trên lưới siêu cao áp, tổn thất do vầng quang điện là đáng kể, có thể so sánh

được với tổn thất điện năng do phụ tải nhất là khi thời tiết sấu, làm cho việc điều chinh điện áp khá phức tạp Thời tiết trên từng khu vực địa lý có thê’ khác nhau, do

đó điều chinh điện áp có thể thực hiện riêng cho từng khu vực hoặc từng đường dây

Nếu ta chấp nhận rằng tổn thất công suất do phụ tải là

APrr = APpro ( 1- 2.AU + AU*2)

Và tổn thất công suất do vầng quang là

APvq = APvqo ( 1 + a.AU + p.AU.2)

Trong công thức trên ta thấy, khi thời tiết xấu nên giảm điện áp nếu điều kiện

kỹ thuật cho phép Hạn chê' lớn nhất về kỹ thuật là độ ổn định của HTĐ, vì điên áp thấp thì giới hạn công suất bị giảm thấp

Trong lưới phân phối, tổn thất công suất là :

u2