Nghiên cứu thiết kế hệ thống lưới điện hiện đại

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực hoạt động kinh tế và đời sống của con nguời.Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện. Căn cứ vào nguồn năng lượng sơ cấp dùng để sản xuất điện năng, các nhà máy điện được phân thành: các nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử...Nguồn năng lượng sơ cấp dùng trong các nhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hữu cơ (than, dầu...), trong các nhà máy thuỷ điện là sức nước, còn trong nhà máy điện nguyên tử là năng lượng hạt nhân.Ngoài các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử còn có các loại nhà máy điện khác với năng lượng sơ cấp là: gió, mặt trời, địa nhiệt, thuỷ triều,...tuy nhiên công suất của các nhà máy này thường không lớn.Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị chính và phụ. Các thiết bị chính như: Các máy phát điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các thiết bị đóng cắt, các dao cách ly và các thiết bị tự dùng. Các thiết bị chính được dùng để sản xuất và phân phối điện năng, đóng và cắt các mạch điện...Các thiết bị phụ được sử dụng để thực hiện các chức năng đo lường, phát tín hiệu, bảo vệ, tự động...Hệ thống điện gồm có các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu thụ điện, được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng.

CHƯƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Khái niệm về mạng và hệ thống điện

Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả cáclĩnh vực hoạt động kinh tế và đời sống của con nguời

Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện Căn cứ vào nguồn nănglượng sơ cấp dùng để sản xuất điện năng, các nhà máy điện được phân thành:các nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử Nguồnnăng lượng sơ cấp dùng trong các nhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hữu cơ(than, dầu ), trong các nhà máy thuỷ điện là sức nước, còn trong nhà máy điệnnguyên tử là năng lượng hạt nhân

Ngoài các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử còn có các loạinhà máy điện khác với năng lượng sơ cấp là: gió, mặt trời, địa nhiệt, thuỷtriều, tuy nhiên công suất của các nhà máy này thường không lớn

Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị chính và phụ Các thiết bịchính như: Các máy phát điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các thiết bịđóng cắt, các dao cách ly và các thiết bị tự dùng Các thiết bị chính được dùng

để sản xuất và phân phối điện năng, đóng và cắt các mạch điện

Các thiết bị phụ được sử dụng để thực hiện các chức năng đo lường, pháttín hiệu, bảo vệ, tự động

Hệ thống điện gồm có các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu thụ

Hệ thống điện (HTĐ) là một phần của hệ thống năng lượng Trên hình

1-1 là sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điện

Mạng điện là một tập hợp gồm có các trạm biến áp, trạm đóng cắt, cácđường dây trên không và các đường dây cáp Mạng điện được dùng để truyềntải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ Đường dâytruyền tải có điện áp lớn hơn 1 kV là đường dây điện áp cao, đường dây có điện

áp nhỏ hơn 1 kV là đường dây điện áp thấp

Truyền tải điện năng từ các nhà máy điện được thực hiện bằng các đườngdây truyền tải điện áp từ 100kV trở lên, các trạm được sử dụng để biến đổi điện

áp và phân phối điện năng Trong các trạm có các máy biến áp, các thanh góp,các thiết bị đóng cắt, và các thiết bị phụ để bảo vệ, tự động hoá, đo lường Các

trạm điện được dùng để liên kết các máy phát điện và các hộ tiêu thụ điện vớicác đường dây truyền tải điện và cũng như để liên kết các phần riêng biệt của

hệ thống điện

Hộ tiêu thụ điện bao gồm các thiết bị sử dụng điện riêng biệt hay là tậphợp tất cả các thiết bị đó Thiết bị sử dụng điện là các động cơ điện đồng bộ,động cơ không đồng bộ, các lò điện cảm, máy hàn điện, các thiết bị chiếusáng Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các hộdùng điện Dựa vào yêu cầu liên tục cung cấp điện, các hộ tiêu thụ được phânthành 3 loại:

Hộ loại I: Là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu như ngừng cung cấpđiện có thể gây ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ của con người, gâythiệt hại nhiều về nền kinh tế quốc dân, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạtsản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ kỹ thuật phức tạp (ví dụ như các lòluyện kim, thông gió trong hầm lò và trong các nhà máy sản xuất hoá chất độchại )

Hộ loại II: Là các hộ tiêu thụ nếu như ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệthại kinh tế do qúa trình sản xuất bị gián đoạn (ví dụ như các nhà máy công cụ,nhà máy dệt )

Hộ loại III: Là tất cả các hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên (ví dụ nhưsinh hoạt dân dụng, các phân xưởng sản xuất không theo dây chuyền )

Mỗi mạng điện được đặc trưng bằng điện ỏp danh định Udđ, điện ỏp danhđịnh là điện ỏp chuẩn mực để thiết kế lưới điện và cỏc thiết bị phõn phối cũngnhư cỏc thiết bị dựng điện (mỏy biến ỏp, mỏy phỏt điện, đường dõy )

Điện ỏp danh định đảm bảo cho cỏc thiết bị hoạt động bỡnh thường vàđem lại hiệu quả kinh tế tốt nhất

Vỡ phụ tải tiờu thụ luụn luụn thay đổi, cho nờn điện ỏp ở bất kỳ điểm nàotrong mạng đều cú thể lệch khỏi giỏ trị danh định

Độ lệch điện ỏp làm giảm chất lượng điện năng, và do đú gõy ra thiệt hạikinh tế Đồng thời trong nhiều trường hợp điện ỏp đầu đường dõy U1 cú thể lớnhơn điện ỏp cuối đường dõy U2, bởi vỡ dũng điện trờn đường dõy gõy ra tổn thấtđiện ỏp

U = U1-U2 (hỡnh 1-2a) Do đú để cho điện ỏp ở hộ tiờu thụ U2 gần với điện ỏpdanh định của mạng điện Udd và để đảm bảo chất lượng điện ở cuối đường dõy,điện ỏp danh định của mỏy phỏt UddF phải lớn hơn 5% so với điện ỏp danh địnhcủa mạng (hỡnh 1-2b)

Điện ỏp danh định cuộn dõy thứ cấp của mỏy biến ỏp cao hơn từ (5

10)% điện ỏp danh định của mạng điện Đối với đường dõy dài siờu cao ỏp,điện ỏp cuối đường dõy cú thể cao hơn điện ỏp đầu đường dõy, điều đú phụthuộc vào chế độ làm việc, cỏc tham số và điện ỏp của đường dõy Đối với cỏcmạng điện ỏp thấp (U<1000 V) điện ỏp danh định giữa cỏc pha và điện ỏp phađược dựng cho cỏc mạng điện và thiết bị tiờu thụ: 220/127 V, 380/220 V,660/380 V; đối với cỏc nguồn: 230/133 V, 440/230 V, 690/400 V.~

Các giá trị điện áp danh định và điện áp làm việc lớn nhất của mạng trung

áp (6 35 kV); cao áp (110  220 kV) và siêu cao áp (từ 330 kV trở lên) cho ởbảng 1

Bảng 1: Điện áp danh định của các phần tử trong mạng điện ba pha

(theo tiêu chu n Liên Xô c ) ẩn Liên Xô cũ) ũ)

Máy biến áp lực và máy biến áp tự

ngẫu

Điện áp làm việc lớn nhất ( kV )

Không điều chỉnh dưới tải

Điều chỉnh dưới tải

Cuộn

sơ cấp ( kV )

Cuộn thứ cấp ( kV )

Cuộn sơ cấp ( kV )

Cuộn thứ cấp ( kV )

6

10

6,310,5

6;6,310;10,5

6,3; 6,610,5; 11

6; 6,310;10,5

6,3;6,610,6;11

7,212

-121242347525787

110;115220; 230330500750

115;121230;242330

126252363525

Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện (HTĐ) gồm các đường dây tảiđiện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện Trên hình 1-3 là sơ đồ cấu trúcHTĐ HTĐ có cấu trúc phức tạp gồm nhiều loại nhà máy điện, nhiều loại lướiđiện có điện áp khác nhau trải rộng trong không gian HTĐ phát triển khôngngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng củaphụ tải Để nghiên cứu qui hoạch và phát triển HTĐ cũng như để quản lý, vậnhành, HTĐ được phân chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập vớinhau

Về mặt quản lý và vận hành, HTĐ được phân thành:

- Các nhà máy điện do các nhà máy điện tự quản lý

- Lưới hệ thống siêu cao (U 220 kV) và trạm khu vực do các công ty

truyền tải quản lý

- Lưới truyền tải và phân phối do các công ty lưới điện quản lý, dưới nó làcác điện lực

Về mặt qui hoạch, HTĐ chia thành 2 cấp:

- Nguồn điện, lưới hệ thống, các trạm khu vực được qui hoạch trong tổng sơđồ

- Lưới truyền tải và lưới phân phối được qui hoạch riêng

HA 0,4 kV

Hình 1-3: Sơ đồ cấu trúc HTĐ

- Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực,điều độ các công ty điện.

- Điều độ các điện lực

Về mặt nghiên cứu tính toán, HTĐ được chia thành:

- Lưới hệ thống

- Lưới truyền tải (35; 110 ; 220)kV

- Lưới phân phối trung áp (6; 10; 15; 22; 35)kV

- Lưới phân phối hạ áp (0,4 / 0,22)V

Điện áp 35kV có thể dùng cho lưới truyền tải và lưới phân phối Mỗi loạilưới điện có các tính chất vật lý và qui luật hoạt động khác nhau, do đó cácphương pháp tính được sử dụng khác nhau, các bài toán đặt ra để nghiên cứucũng khác nhau

1.3.2 Lưới điện

1.3.2.1 Lưới hệ thống:

Lưới hệ thống bao gồm các đường dây truyền tải và trạm biến áp khu vực,nối liền các nhà máy điện tạo thành HTĐ, có đặc điểm:

- Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi ngắt điện sửa chữa đường dây hay

sự cố 1 hoặc 2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống

- Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa cácnhà máy điện với nhau và với phụ tải

- Điện áp từ 110kV đến 500kV

- Lưới được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không

- Phải bảo dưỡng định kỳ hàng năm.

Khi tính toán chế độ làm việc của lưới hệ thống có thể mở rộng phạm vitính toán tới các trạm trung gian

1.3.2.2 Lưới truyền tải.

Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạmtrung gian (TTG)

1.3.2.3 Lưới phân phối.

Làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm khuvực, hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải

1.4 Các yêu cầu đối với mạng điện

1.4.1 Đảm bảo liên tục cung cấp điện

Tuỳ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ mà mức độ đòi hỏi cao hay thấp

Ví dụ với hộ phụ tải loại I, yêu cầu tính cung cấp điện liên tục cao vì nếu mấtđiện sẽ gây thiệt hại về người hoặc thiệt hại lớn đối với nền kinh tế quốc dân ,với hộ phụ tải loại II, nếu cung cấp điện không liên tục gây nguy hiểm đến tínhmạng con người hoặc làm ngưng trệ sản xuất gây thiệt hại cho nền kinh tế quốcdân , với phụ tải loại III, gây gián đoạn sản xuất, không ảnh hưởng nhiều đếntính mạng con người

1.4.2 Đảm bảo chất lượng điện năng

Gồm có chất lượng điện áp và chất lượng về tần số

- Độ lệch tần số so với tần số danh định: f% =

f

100 ).

f f (

® d

® d

1.4.2.2 Chất lượng điện áp :

Chất lượng điện áp gồm bốn chỉ tiêu:

- Độ lệch điện áp so với điện áp danh định của lưới điện

U

U - U

® d

® d

% 100

_ minmax

U U

Udđ

U 



Tốc độ biến thiên từ Umax đến Umin không nhỏ hơn 1% / s

Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, gây hại mắt người lao động,gây nhiễu radio, ti vi và các thiết bị điện tử

- Độ không đối xứng

Phụ tải các pha không đối xứng là một nguyên nhân dẫn đến điện áp cácpha không đối xứng, sự không đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ

tự nghịch U2 của điện áp Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác

và tuổi thọ của thiết bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổnthất điện năng

- Độ không sin

Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như máy biến áp không tải,

bộ chỉnh lưu làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không là hình sinnữa và xuất hiện các sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao này góp phầnlàm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt

từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lướiđiện và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống cung cấpđiện, gây nhiễu sóng radio, TV và các thiết bị điện tử, điều khiển khác

1.5 Cấu trúc đường dây truyền tải điện năng

1.5.1 Đường dây trên không

Các phần tử chủ yếu của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét,cột, cách điện và phụ kiện của đường dây Dây dẫn dùng để dẫn điện Dâychống sét dùng để bảo vệ dây dẫn khỏi quá điện áp khí quyển Cột dùng để treodây dẫn và dây chống sét Cách điện dùng để cách ly các dây dẫn và dây chốngsét với cột Phụ kiện đường dây dùng để kẹp các dây dẫn vào cách điện và cáccách điện vào cột

Phổ biến nhất hiện nay là sử dụng các đường dây một mạch và hai mạch.Hai mạch của đường dây trên không có thể bố trí trên cùng một cột

1.5.1.1 Dây dẫn và dây chống sét.

Các dây dẫn không bọc cách điện (dây dẫn trần) được sử dụng cho đườngdây trên không Các dây nhôm, dây nhôm lõi thép và dây hợp kim nhôm đượcdùng phổ biến nhất ở các đường dây trên không

Các dây dẫn cần phải có điện trở suất nhỏ đồng thời phải có độ bền cơgiới tốt, chịu được các tác động của khí quyển và của các tạp chất hoá họctrong không khí, đặc biệt khi đường dây đi qua vùng ven biển, hồ nước mặn vàkhu công nghiệp hoá chất

Các vật liệu để chế tạo dây dẫn là đồng, nhôm, thép và hợp kim của nhôm(nhôm-magiê-silic) Đồng là vật liệu dẫn điện tốt nhất, sau đó là nhôm và cuốicùng là thép

Đồng có điện trở suất nhỏ, ở nhiệt độ 20oC dây đồng có điện trở suất  =18,8 .mm2/Km Ứng suất kéo của dây đồng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo.Ứng suất kéo của dây đồng kéo nguội có thể đạt từ (38  40)kG/mm2 Bề mặtcủa dây đồng được bao bọc một lớp oxit đồng, do đó dây đồng có khả năngchống ăn mòn tốt Nhưng đồng là kim loại quý và đắt tiền, vì vậy các dây đồngchỉ được dùng cho các mạng đặc biệt (ví dụ như hầm mỏ, khai thác quặng ).Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong thiên nhiên, điện trở suất của nhômlớn hơn điện trở suất của đồng khoảng 1,6 lần Điện trở suất của nhôm  = 31,5

.mm2/Km ở nhiệt độ 20o C Lớp oxit bao bọc xung quanh dây nhôm có tácdụng bảo vệ cho dây nhôm không bị ăn mòn trong khí quyển Nhược điểm lớn

một sợi Dây nhôm nhiều sợi được dùng cho các mạng phân phối có điện ápđến 35 kV.

Thép có điện trở suất lớn hơn nhiều so với đồng và nhôm Điện trở suấtcủa thép phụ thuộc vào loại thép, công nghệ chế tạo và giá trị dòng điện chạytrong dây thép Dây thép có các đặc tính cơ lý rất tốt Ứng suất kéo của thép cóthể đạt tới (120  180)kG/mm2 Nhược điểm chính của dây thép là bị oxy hoámạnh Để tránh bị phá huỷ cần phải dùng dây thép tráng kẽm Dây thép được

sử dụng ở các khoảng vượt đặc biệt lớn (khoảng 2 km và lớn hơn)

Dây nhôm lõi thép được sử dụng phổ biến nhất ở các đường dây trênkhông điện áp từ 35 kV trở lên

Dây hợp kim nhôm có độ bền cơ giới rất tốt và lớn hơn nhiều độ bền cơcủa dây nhôm Dây hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi ở một số nước trênthế giới, đặc biệt là ở Pháp

Một kiểu mới khác của các dây dẫn là dây nhôm lõi thép và hợp kimnhôm lõi thép chịu nhiệt Dây nhôm lõi thép chịu nhiệt được ủ ở nhiệt độ

400oC, nó có thể làm việc ở nhiệt độ khoảng 140oC mà các thông số của dâydẫn không thay đổi Đặc điểm này cho phép tăng đáng kể dòng điện tải của dâydẫn Ưu điểm khác của dây dẫn kiểu này là giảm biên độ dao động và sức căngcủa dây dẫn trong quá trình vận hành Dây dẫn này được chế tạo ở Mỹ Dâydẫn hợp kim nhôm chịu nhiệt được chế tạo ở Nhật, có thể làm việc ở nhiệt độ(150 230)oC

Dựa vào cấu trúc của dây dẫn có thể phân thành dây dẫn một sợi, dây dẫnnhiều sợi và dây dẫn rỗng Các dây dẫn được ký hiệu khác nhau, đồng thời các

ký hiệu này phụ thuộc vào qui định của các nước chế tạo dây dẫn Các dây dẫnsản xuất tại Liên Xô cũ được ký hiệu bằng các chữ cái và chữ số Các chữ cáichỉ vật liệu của dây dẫn, các giải pháp chống ăn mòn và tăng độ bền cơ, còncác chữ số chỉ tiết diện Ví dụ: A-35 là dây nhôm có tiết diện 35 mm2; AC-150

là dây nhôm lõi thép tiết diện 150 mm2; ACY-300 là dây nhôm lõi thép tăngcường tiết diện phần thép, tiết diện dây dẫn 300 mm2; ACO-400 là dây nhômlõi thép tăng cường tiết diện phần nhôm, tiết diện dây dẫn 400 mm2 Các dâydẫn ở Pháp được ký hiệu bằng các chữ số Ví dụ: 595 là dây nhôm lõi thép tiếtdiện tổng 595 mm2, trong đó tiết diện danh định của dây dẫn là 490 mm2, tiếtdiện thép là 105 mm2 Các dây dẫn sản xuất ở Mỹ, Anh, Thuỵ Sỹ, Phần Lanđược ký hiệu bằng tên các loài chim và động vật quý hiếm Ví dụ: Cardinal,plowerd, zebra, curlew, finch

1.5.1.2 Cột của đường dây trên không.

Phân loại theo chức năng thì có các loại cột: Cột trung gian, cột mốc, cộtgóc, cột vượt Phân loại theo vật liệu làm cột có: Cột gỗ, cột thép, cột bê tôngcốt thép

a Cột gỗ

Nguyên liệu chủ yếu là gỗ, nếu gỗ xử lý hoá học tốt (hấp gỗ, quét hắc ín,tẩm dầu, tẩm chất hoá học ) thì có độ bền lên tới hàng chục năm Cột gỗ có ưuđiểm là rẻ tiền, nhẹ nên dễ vận chuyển nhưng có nhược điểm là dễ mục, mốinhất là với khí hậu Việt Nam ẩm nên ít được dùng Ở các nước khác cột gỗ

Đối với những mạng điện hạ áp ở nông thôn, có thể dùng những cột bằngtre ngâm, dùng loại cột này khá kinh tế vì ở nông thôn tương đối sẵn, rất thuậnlợi cho việc thi công nhanh chóng phục vụ kịp thời cho sản xuất.

rỉ Ngoài ra việc thi công cột thép phức tạp vì phải đổ bê tông móng, thời gianlắp ghép lâu Đối với đường dây dùng loại cột khác, thông thường cũng phảidùng cột thép tại các vị trí dừng, bẻ góc hoặc vượt sông để đảm bảo độ bền cơhọc

c Cột bê tông cốt thép

Cột bê tông cốt thép có lợi là rẻ tiền, không phải bảo quản nhưng nặng nề

Do tình hình khí hậu nước ta và tình hình nguyên vật liệu như xi măng, sỏi, cáttrong nước tương đối sẵn cho nên khi thiết kế có thể quyết định ngay là chọndùng cột bê tông cốt thép cho đường dây tải điện cao áp (không phải so sánhvới phương án dùng cột gỗ hay cột thép nữa) Trên các đường dây dùng cột bêtông cốt thép đã thiết kế từ trước tới nay ở nước ta có tới 15 loại chiều cao: 8,2;8,6; 9,6; 10; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 20 m Bao gồm cột đơn, cột đôi,cột hình , cột A, cột có dây néo

Về cấu tạo thì cột có kiểu chữ H (8,212) m, kiểu cột chữ K (8,218) m,

và kiểu cột ly tâm (1620) m Cần phải tiến tới tiêu chuẩn hoá một số chiềucao của cột bê tông cốt thép để có thể sản xuất hàng loạt dễ dàng, việc thiết kế

và thi công được thuận tiện, đỡ phức tạp Cột bê tông kiểu chữ H thì dễ thicông nhưng chịu lực yếu Cột bê tông chữ K chịu lực khoẻ hơn cột chữ Hnhiều Cột ly tâm hiện nay được sử dụng khá phổ biến, cột này chịu được lực

từ mọi phía như nhau nên rất lợi cho những đường dây phải xét đến lực đứtdây, sản xuất lại nhanh Ở nước ta đã có nhà máy sản xuất cột loại này, sảnxuất từng đoạn 6; 8; 10 m tiện lợi cho việc vận chuyển (vì rỗng giữa, thể tíchnhỏ, đoạn gốc có thể tích 0,66 m3 và nặng 1,2 tấn, đoạn ngọn có thể tích 0,35

m3 và nặng 0,91 tấn) Giá thành của cột này tương đối cao vì phải dùng bê tôngmác cao

Cột có néo ngày càng được dùng phổ biến vì rất kinh tế, nó có thể thaythế được một số cột sắt Dây néo có thể dùng thép tròn và tăng đơ kiểu chữ U.Cột có thể néo dọc theo đường dây, néo góc theo đường phân giác ngoài, néohai dây theo đường kéo dài của hướng dây ở góc ngoài Cột có dây néo thicông đơn giản nhưng có nhược điểm là tốn diện tích, nhất là ở những vùngcanh tác và những nơi dễ bị phá hoại thì phải cân nhắc kỹ

1.5.1.3 Xà

Là nơi để gắn sứ cách điện, tạo phân bố lực đều đặn cho cột và cho bảnthân xà, vị trí lắp đặt xà sẽ quyết định hình dáng của dây dẫn và khoảng cách

a Xà sắt

Rất tiện lợi, dễ chế tạo, thi công nhanh, độ bền cơ học tốt, thông thườnghay dùng sắt chữ U hay chữ L để làm xà Loại xà sắt không mạ kẽm hàng nămphải sơn chống rỉ, han rỉ là nhược điểm cơ bản của sắt

b Xà gỗ

Làm bằng gỗ nên ít xảy ra hiện tượng gãy gục do chịu lực mà chỉ có một

số trường hợp bị mục, mọt do phương pháp xử lý gỗ chưa tốt, một số đườngdây việc tiếp địa chưa đảm bảo nên khi sét đánh, xà bị chẻ và gây ra sự cố.Thực tế xà gỗ cách điện tốt, tránh được hiện tượng rò điện và có khả năng tăngcường chống sét Nếu gỗ được xử lý bằng các phương pháp tiên tiến và nghiêncứu dùng rộng rãi các loại gỗ thông thường thì có ý nghĩa về mặt kinh tế rất lớn

và có tác dụng phục vụ tích cực rộng rãi cho việc phát triển lưới điện nôngthôn

c Xà bê tông cốt thép

Được coi là ưu việt hơn cả vì xà bê tông chịu lực rất tốt, bền, quản lý vậnhành dễ dàng nhưng có khuyết điểm là nặng nề, chế tạo và thi công khó vì kíchthước xà chưa được tiêu chuẩn hoá và xà thường được bắt vào nhiều loại cộtkhác nhau

1.5.1.4 Sứ cách điện

Sứ cách điện được chế tạo từ vật liệu gốm cách điện có tráng một lớp menbên ngoài và thuỷ tinh nung Hình dạng bên ngoài không làm dạng hình trụthẳng mà gồm nhiều lớp sứ có gợn hoặc nhiều bát sứ đặt chồng lên nhau nhằmtạo đường phóng điện bề mặt từ đầu đến cuối sứ là dài nhất

Sứ cách điện đường dây có hai kiểu chính:

20, VHD-35, B-24 thực tế làm việc không đảm bảo cách điện tốt trong các tìnhtrạng vận hành Để đảm bảo tình trạng vận hành an toàn có đường dây đã phảidùng sứ VHD-45, tuy về vốn đầu tư có tăng hơn dùng sứ VHD-35 khoảng(45)% nhưng vẫn kinh tế hơn vì thực tế thiệt hại do sự cố của sứ gây ra dẫnđến việc ngừng cung cấp điện giảm đi rõ rệt

b Sứ treo

Gồm nhiều bát sứ ghép lại với nhau thành chuỗi, số lượng bát sứ nhiềuhay ít tuỳ theo cấp điện áp và tuỳ loại sứ Loại sứ này được sử dụng nhiều ở cácđường dây có điện áp  35 kV Ví dụ như đường dây 35 kV thì mỗi chuỗi sứgồm 3 bát sứ, đường dây 110 kV thì mỗi chuỗi gồm 7 bát sứ (nếu khu vực nào

có nhiều sét thì tăng thêm 1 bát sứ)

Các đường dây đi qua khu vực có bụi, hoá chất phải dùng loại sứ chốngbụi Việc ghép bát sứ làm cho chuỗi sứ có hình dáng linh động hơn, vừa chịu

1.5.2 Đường dây cáp

Đường dây cáp khác đường dây trên không ở chỗ: Dây cáp có tiết diệnlớn vì có nhiều lớp cách điện, có vỏ bọc chắc chắn, có nhiều lõi để dẫn điệnđược nhiều pha trong cùng một vỏ bọc, thường được đi ngầm dưới đất

Đường dây trên không có nhược điểm là tốn nhiều không gian, nhiều diệntích và đường đi ngang dọc làm mất mỹ quan, mất an toàn, đặc biệt là trongthành phố Do đó hiện nay ở các thành phố lớn trên thế giới, người ta có xuhướng dùng đường dây cáp ngầm thay cho đường dây trên không Tuy nhiên ởnước ta hiện nay đường dây cáp chưa được phổ biến vì các lý do sau:

- Đường dây cáp rất đắt tiền (gấp 23) lần so với đường dây trên không

từ 35 kV trở xuống và gấp (58 ) lần so với đường dây trên không 110 kV trởlên

- Việc sửa chữa, nối đầu cáp khó khăn, đòi hỏi thiết bị tốt và kỹ thuật cao.Khi thi công đường dây cáp ngầm phải chú ý đặc biệt vấn đề khoảng cách antoàn và dự phòng sửa chữa, một số vấn đề chú ý như sau:

• Khi đặt cáp trong đất đường dây cáp phải cách móng công trình ít nhất

là 0,6m, cách các ống dẫn ít nhất là 1m, cách cây cối ít nhất là 2m

• Trong thành phố có đường ôtô hoàn chỉnh thì đường dây cáp được đặtdưới các vỉa hè Dây cáp không được đặt dưới chỗ xe cộ đi lại vì sẽ nhanh bịhỏng, khi đào lên gây cản trở giao thông

• Hai dây cáp bắt chéo nhau phải để cách nhau ít nhất là 350 mm, nếukhông đủ thì một cáp phải đặt trong ống

Hai dây cáp đi song song thì cáp cao áp phải đặt xa nhà, cáp hạ áp đặt gầnnhà vì để an toàn và lấy điện vào nhà dễ dàng hơn.

• Dây cáp không được đặt song song với đường ray tàu điện vì vỏ cáp cóthể bị ăn mòn

• Dây cáp được đặt trong các hào ở độ sâu 0,7 m

• Dây cáp được rải ngoằn ngoèo để có chiều dài dự trữ bù lại sự di chuyểncủa đất và sự biến dạng do nhiệt độ của chính dây cáp

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Nêu khái niệm về hệ thống điện và mạng điện?

2 Kể tên điện áp danh định của các phần tử trong mạng điện ba pha?

3 Trình bày sơ đồ mạng điện và hệ thống điện?

4 Nêu các yêu cầu đối với mạng điện?

5 Trình bày cấu trúc của đường dây tải điện?

CHƯƠNG 2 TỔNG TRỞ, TỔNG DẪN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG

sự phân bố đều của các thông số, đồng thời có thể dùng thông số tập trung làđiện trở tác dụng R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G và điện dẫn phản kháng

B của đường dây trong khi phân tích chế độ xác lập của mạng điện

Các đường dây điện áp 110kV và lớn hơn thường được biểu diễn bằng sơ

đồ thay thế hình  (hình 2.2,a) Trong đó tổng trở .

Đối với các đường dây trên không điện áp (110 – 220)kV thường khôngxét đến điện dẫn tác dụng do đó sơ đồ thay thế của đường dây có dạng nhưhình (2.2,b)

Trên hình (2.2c) là sơ đồ thay thế của đường dây trên không điện áp Udđ 35kV Các đường dây cấp điện áp Udđ  1 kV có sơ đồ thay thế như hình(2.2,d)

Để phân tích chế độ xác lập của các đường dây điện áp siêu cao (Udđ  330kV)

có chiều dài lớn hơn 250 km cũng có thể dùng sơ đồ thay thế hình  nhưng khixác định các tham số của sơ đồ thay thế cần phải xét đến sự phân bố đều của

2.1.2 Tổng trở, tổng dẫn của đường dây

2.1.2.1 Điện trở tác dụng

Điện trở tác dụng của một km đường dây (điện trở đơn vị) đối với dòngđiện một chiều ở nhiệt độ tiêu chuẩn (t = +20o C) được xác định theo côngthức:

ro =E

ρ.1000γF /km (2-1)

Trong đó:

: Là điện trở suất của vật liệu dây dẫn, .m2/km (đối với dây đồng  =18,8 m2/km, đối với dây nhôm  = 31,5 m2/km)

F : Là tiết diện dây dẫn, mm2

 : Là điện dẫn suất của vật liệu dây dẫn (đối với đồng có:  = 53 m/

.mm2; đối với nhôm có:  = 31,7 m /.mm2

Bởi vì điện trở của dây dẫn thay đổi theo nhiệt độ, do đó khi nhiệt độ của môitrường thay đổi khác với nhiệt độ tiêu chuẩn (+20oC), điện trở đơn vị của dâydẫn ở nhiệt độ t được tính theo biểu thức:

rot = ro[ 1+ (t - 20)] , /km

(2-2)

Trong đó:

- Hệ số nhiệt của điện trở, 1/oC

(Đối với dây nhôm và dây đồng thì  = 0,0041 1/oC)

ro : Điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ tiêu chuẩn.

Điện trở tác dụng của dây dẫn đối với dòng điện xoay chiều lớn hơn điện trởmột chiều Đó là do hiệu ứng bề mặt của dòng điện xoay chiều Nhưng đối vớidòng điện xoay chiều ở tần số 50 Hz và với dây dẫn kim loại màu, sự khácnhau đó không đáng kể (khoảng 1%) vì vậy có thể lấy điện trở xoay chiều bằngđiện trở một chiều Điện trở trên một km chiều dài của các dây dẫn kim loạimàu và dây nhôm lõi thép được xác định theo các tài liệu kỹ thuật về dây dẫn.Điện trở ro phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn

Đối với các đường dây dùng dây dẫn phân pha, điện trở trên một km đường dây

có giá trị:

ro = rođ/n , /km

(2- 3)

Trong đó:

rođ- Điện trở của một km chiều dài của một dây dẫn trong một pha

n- Số dây dẫn trong một pha

Lúc đó điện trở của đường dây là: R = ro.l , 

(2- 4)

2.1.2.2 Cảm kháng.

L0 =

π

μ 8

o.[μμ

o

+ 4.ln(

R

R _

Dtb: Khoảng cách trung bình hình học giữa các pha, mm

Dtb = 3

ac bc

ab. D . D D

(2-6)

Trong đó: Dab, Dbc, Dac: Là khoảng cách giữa dây dẫn của các pha tương ứng(hình 2.1.a)

Khi dây dẫn các pha đặt ngang (hình 2.1.b), khoảng cách trung bình hình họcgiữa các pha có giá trị: Dtb = 1,26.D

a. D . D D

Trong đó các khoảng cách Da, Db ,Dc được xác định theo biểu thức:

Da =

D

D D D D

aa

acacab

ab

,

, ,

D D D

Dba , bc ,

Dc =

D

D D D D

cc

cbcbca

ca

,

, ,

Trong đó:Daa’;Dab’; Dac’; Dba’; Dbb’; Dbc’; Dca’; Dcc’; Dcb: Là khoảng cáchgiữa các dây dẫn các pha a, b, c, a,, b,, c, tương ứng (hình 2.1.d)

Hình 2-1: Bố trí dây dẫn các pha của đường dây trên không

a Dây dẫn đặt trên các đỉnh tam giác; b Dây dẫn đặt nằm ngang;

c Hoán vị các dây dẫn; d Dây dẫn đặt dọc.

Nếu như khoảng cách Dtb lớn hơn rất nhiều bán kính R của dây dẫn (Dtb

>> R) khi đó điện cảm đơn vị của đường dây được tính theo công thức:

L0 =

π

μ 8

o.[μμ

Cảm kháng trên một km đường dây ba pha đối xứngđược xác định theo công

điện áp danh định của đường dây, ví dụ: các đường dây 330 kV thường dùnghai dây dẫn trong một pha, đường dây 500 kV dùng từ 3 đến 5 dây dẫn trongmột pha.

Cảm kháng đơn vị xo của các đường dây phân pha được xác định theo công

tb

).10- 4, /km

(2-14)

Trong đó: n- Số lượng các dây dẫn trong một pha

Rtđ- Bán kính tương đương của các dây dẫn trong một pha và đượcxác định theo công thức:

Rtđ = n (n-1)

R.a

(2-15)

Trong đó: R : Bán kính của mỗi dây dẫn trong một pha

a: Khoảng cách giữa các dây dẫn trong một pha

Khoảng cách giữa các dây dẫn trong một pha thường có giá trị: a =(300600)mm

Đối với tần số của dòng điện xoay chiều f = 50 Hz, cảm kháng đơn vị củađường dây có giá trị:

xo =

n

0157 , 0

+ 0,144.lg

R

D

® t

tb

, /km

(2-16)

Trong đó: n- Số lượng các dây dẫn trong một pha

Cảm kháng đơn vị xo của đường dây không phân pha có thể xác định theo các

số liệu kỹ thuật của dây dẫn Cảm kháng của đường dây xác định theo côngthức:

bề mặt dây dẫn không được vượt quá 0,9 Egh Đối với các dây dẫn có độ bóng

lý tưởng, phóng điện vầng quang sẽ không xảy ra khi E < Egh, nhưng trongthực tế thường có các vết xây xước, bụi bẩn trên bề mặt dây dẫn hoặc do ngưng

tụ các hạt nước (nước mưa, sương, tuyết ) dẫn đến tăng cục bộ cường độ điệntrường và gây ra phóng điện vầng quang ngay khi E < Egh, vầng quang khi E <

Egh gọi là vầng quang cục bộ

Vầng quang điện phụ thuộc vào ba yếu tố: Điện áp của đường dây, đườngkính của dây dẫn, và điều kiện khí quyển Độ ẩm không khí càng lớn, vầngquang điện càng dễ xuất hiện

Tổn thất công suất tác dụng do vầng quang điện gây ra ở các đường dây

có điện áp (110220) kV có giá trị rất nhỏ, vì vậy có thể bỏ qua Để giảm tổnthất công suất tác dụng do vầng quang điện gây ra có thể dùng các biện phápsau: Tăng tiết diện dây dẫn, dùng dây dẫn phân pha, dùng dây dẫn rỗng Sửdụng dây dẫn phân pha là giải pháp có hiệu quả để giảm tổn thất do vầng quanggây ra

Các giá trị nhỏ nhất của tiết diện và đường kính dây dẫn theo điều kiệntổn thất vầng quang cho ở bảng B-10 của phụ lục Ví dụ đối với đường dây cấpđiện áp 110kV, tiết diện nhỏ nhất của dây nhôm lõi thép là 70mm2, điện áp220kV là 240mm2

Điện dẫn tác dụng đơn vị của đường dây được xác định theo công thức:

go =

U

P

2 dd

o.10- 3 , s/km

(2-18)

Trong đó: Po: Tổn thất công suất tác dụng do vầng quang điện, kW/km

Udd: Điện áp danh định của đường dây, kV

Tổn thất công suất tác dụng do vầng quang điện gây ra có thể xác định theo các

số liệu kỹ thuật về dây dẫn hoặc có thể tính theo công thức

Điện dẫn tác dụng của đường dây được tính theo biểu thức:

Co =

R

R - D ln

Trong đó: Dtb- Khoảng cách trung bình hình học giữa các pha.

0- Hằng số điện môi của không khí được lấy bằng hằng số điện môi

của chân không (0 =

4

1..9.106,F/km)

Nếu như Dtb >> R thì sẽ có: Co =

R

D ln

® t tb

o

πε

, F/km

(2-22)

Với: Rtđ - Là bán kính tương đương của các dây dẫn trong một pha

Điện dẫn phản kháng trên một km chiều dài đường dây có giá trị:

D lg 3 , 2

1 , 24

58 , 7

58 , 7

® t

) H

D ( + 1 ].

) H 2

D ( + 1 [

1

R

D lg

58 , 7

.10- 6, S/km

(2-27)

Trong đó: D- Khoảng cách giữa các dây dẫn đặt nằm ngang.

Htb- Độ cao trung bình treo dây dẫn, được xác định theo công thức:

fmax:Độ võng lớn nhất của dây dẫn

Điện dẫn đơn vị bo của đường dây không phân pha có thể xác định theo côngthức: B = bo.l ; S

(2-28)

Đối với các đường dây trên không điện áp U  35 kV thường không xét đếnđiện dẫn phản kháng trong khi phân tích chế độ xác lập của mạng điện

Đối với các đường dây cáp điện trở ro và cảm kháng xo được xác định theo các

số liệu kỹ thuật của dây cáp, bởi vì khoảng cách giữa các dây dẫn của dây cáp

có giá trị rất nhỏ Do đó trong khi tính chế độ xác lập đối với các mạng cápđiện áp U  10kV có thể không xét đến cảm kháng của đường dây Tổn thấtcông suất tác dụng trong điện môi của dây cáp rất nhỏ và chỉ tính đến khi điện

áp từ 110kV trở lên Chính vì vậy điện dẫn tác dụng go chỉ được xét đến đốivới các dây cáp điện áp từ 110kV trở lên Dòng điện dung và công suất điệndung ở các đường dây cáp lớn hơn so với các đường dây trên không Vì vậycần phải xét điện dẫn phản kháng b đối với các dây cáp điện áp 20 kV và lớn

2.2 Tổng trở, tổng dẫn và sơ đồ thay thế của máy biến áp

Các máy biến áp thường sử dụng trong các trạm biến áp là các máy biến

áp hai cuộn dây, các máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu Đôi khitrong mạng điện còn có các máy biến áp điều chỉnh bổ xung Các máy nàyđược sử dụng để tối ưu hoá chế độ làm việc của mạng và hệ thống điện

2.2.1 Sơ đồ thay thế của máy biến áp

2.2.1.1 Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây

Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây như hình 2.3a

Trong đó:

r1, x1: Là điện trở và cảm kháng của cuộn dây sơ cấp

r2’, x2’: Là điện trở và cảm kháng của cuộn dây thứ cấp đã qui đổi về phía

Sơ đồ hình 2.3.b là sơ đồ thay thế tính toán của sơ đồ hình 2.3a Khimáy biến áp đầy tải, dòng điện Io rất nhỏ so với dòng I1, I2, và có thể xem như I1

 I2 ( vì lúc đó I1+ I2= 0 ) và lúc đó xem như hai nhánh tổng trở sơ và thứ cấpnối tiếp với nhau để có rB = r1+ r2’ và xB = x1+ x2’, đồng thời nhánh tổng dẫnđược đưa ra phía trước

Sơ đồ hình 2.3c là sơ đồ thay thế tính toán của sơ đồ hình 2.3b, trong đó xemnhư tổn thất do tổng dẫn (tức là tổn thất trong lõi thép) là không đổi và đượcbiểu diễn bởi tổn thất sắt

Sơ đồ hình 2.3d là sơ đồ thay thế cho những máy biến áp có công suất nhỏdùng trong mạng điện địa phương, trong đó có tổn thất sắt không đáng kể sovới công suất truyền tải của máy biến áp

2.2.1.2 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu.

Sơ đồ đã quy đổi hình  hình 2.4

1

32