CHƯƠNG 4 mô HÌNH ĐƯỜNG dây tải điện

Những Ảnh Hưởng Của Sự Thay Đổi Phụ Tải Trên Đường Dây ~G L Q của phụ tải chậm pha được đưa vào đầu cuối của đường dây  điện áp đầu cuối giảm đáng kể Hệ số công suất = 1  điện áp đầu c

Chương IV:

MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY

TẢI ĐIỆN

GIỚI THIỆU

Nhiệm vụ của đường dây: vận chuyển điện năng từ NMĐ đến nơi tiêu thụ

Đường dây siêu cao áp: truyển tải công suất lớn với đường dây dài

 Các thông số quan tâm nhất đường dây: P, Q và góc lệch điện áp giữa 2 đầu dây

Các thông số của đường dây như sau:

Điện trở đơn vị R0 [/km]; Điện trở toàn đường dây km]; Điện trở toàn đường dây R = R0 x l []

Điện dẫn đơn vị G0 [1/km]; Điện trở toàn đường dây .km]; Điện dẫn toàn đường dây km]; Điện dẫn toàn đường dây G = G0 x l [1/km]; Điện trở toàn đường dây ]

Điện kháng đơn vị X0 = .km]; Điện dẫn toàn đường dây L0 [/km]; Điện trở toàn đường dây km]; Điện kháng toàn đường dây X = X0 x l

[]

Điện dẫn phản kháng đơn vị B0 = C0 [1/km]; Điện trở toàn đường dây .km]; Điện dẫn toàn đường dây km]

Điện dẫn phản kháng toàn đường dây: B = B0 x l [1/km]; Điện trở toàn đường dây ]

Tổng trở phức đơn vị của đường dây

Tổng trở phức của đường dây

Tổng dẫn đơn vị của đường dây

Tổng dẫn của đường dây

0 0

l Z

Z   0.

0 0

l Y

Y   0 .

Phân loại chiều dài đường dây

 Chưa có ranh giới rõ rệt phân loại: đường dây

dẫn) của đường dây, 80 km < l <250 km

 Đường dây dài: dùng thông số tập trung không còn chính xác, xét thông số rải trên toàn đường dây

Quan hệ giữa V và I trên đoạn vi cấp

l j r

c j g

 Giả sử tổng trở nối tiếp trên đơn vị chiều dài

 Điện dẫn trên đơn vị chiều dài đối với dây trung tính

Quan hệ giữa V và I (tt)

Xét đoạn dây có chiều dài dx, có tổng trở zdx và tổng dẫn ydx

Áp dụng định luật Kirchhoff voltage (KVL) và (KCL)

dx z

I

dV 

dx y

V dx

y dV

y

z dx

V

d

.

Quan hệ giữa V và I (tt)

Xét đoạn dây có chiều dài dx, có tổng trở zdx và tổng dẫn ydx

Áp dụng định luật Kirchhoff voltage (KVL) và (KCL)

dx z

I

dV 

dx y

V dx

y dV

V

dI  (  ) 

Quan hệ giữa V và I như sau

x Z

V x

I I

x I

Z x

V V

sinh cosh

22

1

22





Quan hệ giữa V và I (tt)

Bỏ qua thuần trở

lc j

) ( 1 2 1 2

2 1

x x

x

x x

k k

e

e k

k e

k e

k V

)

(

x x

e e

Quan hệ giữa V và I (tt)

Thế vào ta có

x K

x K

x

K dx

2 2

2

z I

y z

z I

Quan hệ giữa V và I (tt)

Tổng quát chúng ta có

x Z

V x

I I

x I

Z x

V V

sinh cosh

22

1

22

C

C



sinh 1

MA TRẬN CỦA ĐƯỜNG DÂY

1

2 2

1

DI CV

I

BI AV

B A

T

MA TRẬN CỦA ĐƯỜNG DÂY (tt)

Quan hệ giữa đầu gửi và đầu nhận là

C

B

A I

12

21

1

1

I

V T

T I

V T

I

V

CÁC THÔNG SỐ KHÁC NHAU CỦA

/ ( P R P S





MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY NGẮN

Là đường dây có chiều dài < 80 km

Z   (   )

Các thông số ABCD của đường dây ngắn

Điện dẫn không đáng kể, giả sử điện dẫn = 0

R R

S

I

V

Z I

V

1 0

D A

Mô Hình Đường Dây Trung Bình (Mô

Z   (   )

2

2

l y

R R

.

Áp dụng KCL

2 2

Y V Y

V I

R

S   

Mô Hình Đường Dây Trung Bình (Mô

S

I

V YZ

YZ Y

Z YZ

I

V

2

1 4

1

2

YZ D

Z

B 

Trong đó

Đường dây trung bình cũng có thể xấp xỉ với mạch T

ABCD dùng để mô tả biến đổi điện áp dây với tải của đường dây

 Điều chỉnh điện áp: thay đổi điện áp ở đầu nhận của đường dây khi phụ tải biến đổi từ không tải đến đầy tải tại một hệ số công suất xác định

Phần trăm của điện áp đầy tải

100

RFL

RFL RNL

V

V

V VR

Một số thông số ABCD của một số

(

( ) 1

(

2

2 1 2

1 1

YZ Y

Z YZ Z

Z YZ

( ) (

1 (

1 2

1 2

1

2

Z Y Z

Y Y Y

Y

Z Z

) (

) (

) (

2 1 2 1 2 1 2 1

2 1 2 1 2 1 2 1 2

2

2 2 1 1

1 1

D D B C C D A C

D B B A C

B A A D

C

B A D C B A

Các thông số ABCD của đường dây

1

sinhsinh

l zy

l zl

zl

l y

z zl

/

) 2 /

tanh(

2 2

.

) 2 /

tanh(

2 2

'

F

Y l

zy

l

yl yl

y z

l yl

) 2 /

tanh(

2

l

l F







Những Ảnh Hưởng Của Sự Thay Đổi

Phụ Tải Trên Đường Dây

~G

L

Q của phụ tải chậm pha được đưa vào đầu cuối của đường dây  điện áp đầu cuối giảm đáng kể

Hệ số công suất = 1  điện áp đầu cuối đường dây giảm rất ít

Q của phụ tải sớm pha được đưa vào đầu cuối đường dây  điện áp đầu cuối đường dây tăng

.

fl

fl nl

V

V

V

VR   V V nl: điện áp của đường dây không tải

fl: điện áp của đường dây đầy tải

Dòng Công Suất Trên Đường Dây

Công suất tác dụng vào đường dây

S S

V LL,S: điện áp line - line

Công suất tác dụng cuối đường

dây

R R

R out V I

Công suất biểu kiến đầu đường dây

S S

S

in V I

Công suất biểu kiến cuối đường dây

R R

R out V I

Dòng Công Suất Trên Đường Dây (tt)

Công suất biểu kiến đầu đường dây

S S

S  3 Hoặc Sin  3 VLL,S IS

Công suất biểu kiến cuối đường dây

R R out V I

S  3 Hoặc Sout  3 VLL,R IR

 Nếu XL >> R, công suất tác dụng vào đường

dây được xác định như sau



 cos sin X I

L

R S

X

I V

P 3Real power

P





Những Giới Hạn Của Đường Dây

Tại sao phải giới hạn đường dây?

 Dòng điện trạng thái ổn định của đường dây phải được giới hạn  ngăn ngừa quá nhiệt trên đường dây

R I

R V V

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây

SG1 SG2

a

b c

n'

+ -

a

L R

2a

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây

(tt)

a

+ -

a'

+ -

Z   Giải sử:

2 1

12

2 2

1 1

,

j j

e Z

Z

e V V

e V

V

Công suất biểu kiến được định nghĩa như sau

Q

j P

e I V VI

S    j  

Thế vào ta có

12

2 1

2 1 2

1

2 1 2

1 1 1

1 12



j Z j Z

Z

V

V e

Z

V Z

V

V Z

V Z

V

V V I

2 2 21



j Z

j Z

Z

V

V e

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây

(tt)

Nhận xét:

 Nếu Z = const  S S và SR phụ thuộc vào , và V1 V2 12

Điện trường máy phát 1 Điện trường máy phát 2

Sự khác nhau công suất cơ học giữa máy

1 và 2 Tăng 12  tăng công suất cơ máy

1 và giảm công suất cơ máy 2

Lĩnh vực điều khiển

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây



j

Be C

S  

12

212



j

Be C

e Z

V



2 1 1

Z j

e Z

Z je Z

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây

(tt)

1 Nhữnh vòng tròn công suất này

không giao nhau

2

V 

2 Khi tăng 12 từ 0  công suất gửi >

công suất nhận  tổn thất trên

đường dây

Công suất tác dụng giới hạn cuối cùng

tại đầu nhận xuất hiện khi:

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây

(tt)

4.km]; Điện dẫn toàn đường dây Tăng 12 đến giới hạn công xuất truyền tải của đường

dây  Tính đồng bộ giữa 2 máy phát sẽ mất  không

cùng tần số  hiệu quả trao đổi công suất sẽ dừng

3 Hầu hết các đường dây có R  0, Z =

jX  không tổn thất trên đường dây 

P S  P R

12

2

1 21

X

V

V P

P   

12

2 1

2 1

V





Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt)

Q

P

Z Z

V

C  

2 1 1

Z Z

V

C   

2 2 2

Sending-end circle

Receiving-end circle Both circles have radius

Z

V V

Công Suất Biểu Kiến Trên Đường Dây (tt)

5 Tăng khả năng truyền tải của đường dây

 có thể tăng mức điện áp ( )

và giảm X Giảm X  thiết kế đường dây

cẩn thận, giảm chuỗi điện kháng  đưa

công suất tác dụng trái ngược với

công suất phản kháng, dòng công

suất tác dụng thì liên kết mạnh với

12 và công suất phản kháng liên kết

Công Suất Biểu Kiến Của Dây Ngắn

-a' + -

4 1

2 1

Công Suất Biểu Kiến Của Đường Dây

Trung Bình

a +

-a' + -

21

21

'12

2



j

e Z

V

V Z

V V

22

22

'21

2



j

e Z

V

V Z

V V

4.9 bù đường dây

Đường dây truyền tải có nhiệm vụ vận chuyển điện năng từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ với tổn thất tải thấp nhất, hiệu suất cao nhất.do đó ta chọn giá trị công suất truyền tải, chọn điện áp ở đầu dương dây và vận hành các thiết bị bù để giảm tối đa tổn thất

Công suất tổng trở xung:

c

oZ

V SIL

2



Nếu tổng trở của phụ tải ở cuối dây có giá trị bằng tổng trở sóng của đường dây thì công suất trên đường dây bằng công suất tự nhiên

• Nếu Vo là điện áp định mức pha thì SIL của 1 pha

• Nếu Vo là điện áp định mức dây thì SIL của 3 pha

4.9 bù đường dây(tt)

Công suất truyền tải P>SIL thì có hiện tượng sụt áp dọc theo đường dây.km]; Điện dẫn toàn đường dây để duy trì điện áp không đổi và cải thiện hệ số công suất của đường dây ta phải

bù công suất phản kháng do tổn hao trên điện cảm của đường dây bằng

công suất dung kháng thông qua các thiết bị bù như tụ bù ngang, máy bù đồng bộ quá kích từ, máy bù tĩnh SVC hoạt động ở tính dung kháng(bù phát)

Công suất truyền tải P<SIL thì có hiện tượng quá áp trên đường dây.km]; Điện dẫn toàn đường dây Để duy trì điện áp không đổi thì phải bù công suất dung kháng của dây bằng công suất bù với các thiết bị bù như cuộn kháng bù ngang,máy bù đồng bộ thiếu kích từ, máy bù tĩnh hoạt động ở tính cảm?(hút bù)

P=SIL thì đường dây làm việc tại chế độ định mức.km]; Điện dẫn toàn đường dây

4.9 bù đường dây(tt)

4.km]; Điện dẫn toàn đường dây 9.km]; Điện dẫn toàn đường dây 1 bù ngang bằng cuộn cảm(cuối đường dây)

Giả sử ta co các thông số PR, cosφR và VS và điện cảm của cuộn kháng cuối đường dây sao cho điện áp tại đầu nhận không tải Von bằng điện

áp đầu phát.km]; Điện dẫn toàn đường dây

1 cos

Mục tiêu bù k là để điện áp đầu nhận bằng với điện áp

4.9 bù đường dây(tt)

4.km]; Điện dẫn toàn đường dây 9.km]; Điện dẫn toàn đường dây 2 bù ngang bằng tụ(cuối đường dây)

RV V

X

V

V X

R C

Q

C Q

V X

4.9 bù đường dây(tt)

4.km]; Điện dẫn toàn đường dây 9.km]; Điện dẫn toàn đường dây 3.km]; Điện dẫn toàn đường dây bù dọc đường dây bằng tụ(bù nối tiếp)

Công suất truyền trên đường dây:

X

X

Trong đó:

KC<0,5 có thể đặt tụ bù tập trung tại một vị trí ở giưa đường dây.km]; Điện dẫn toàn đường dây