Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của đường dây truyền tải điện lạnh và siêu dẫn trong hệ thống điện

Nếu sử dụng hệ thống dây điện thông thường hiện nay thì một mặt gây mất mỹ quan và mặt khác quan trọng hơn là nó gây thất thoát nhiều điện năng trên đường truyền tải có thể tới 14% điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM TIẾN CHIẾN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH

VÀ SIÊU DẪN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

HÀ NỘI - 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TS PHAN ĐĂNG KHẢI

HÀ NỘI - 2011

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè, những người luôn kề vai sát cánh bên tôi, động viên tôi trong suốt khóa học và quá trình làm luận văn

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi thực hiện, chưa từng được ai công

bố Các số liệu dùng để tính toán và kết quả là xác thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan trên

Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2011

Tác giả

Phạm Tiến Chiến

Mục lục

Lời cảm ơn I Lời cam đoan II Mục lục III Danh mục các ký hiệu và các từ viết tắt VI Danh mục các bảng biểu VII Danh mục các hình vẽ và đồ thị VIII

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 3

1.1.TỔNG QUAN 3

1.2 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN 5

1.3 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH 8

1.4 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN SIÊU DẪN 10

CHƯƠNG 2:CÁC SƠ ĐỒ VÀ CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 14

2.1 TỔNG QUÁT 14

2.2 CÁC SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CHẾ ĐỘ NGƯỢC PHA 15

2.3 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ CÁC PHA GHÉP ĐÔI 18

2.4 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ LIÊN KẾT ĐIỆN DUNG 19

2.5 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY ĐA MẠCH 21

2.6 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC 23

2.7 SƠ ĐỒ CÁC ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN SIÊU DẪN MỘT CHIỀU 28

CHƯƠNG 3: CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 32

3.1 KHÁI NIỆM 32

3.2 QUY TẮC XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI MỀM 34

3.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN CỨNG 42

3.4 XÉT SỰ PHÂN BỐ CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN 52

3.5 ĐỘ DÀI TỚI HẠN CỦA ĐƯỜNG DÂY SIÊU DẪN 55

CHƯƠNG 4: TỐI ƯU HÓA CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI ĐIỆN CÓ TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 58

4.1.GIỚI THIỆU CHUNG 58

4.2 MỨC TIÊU HAO CÔNG SUẤT TỰ DÙNG TRONG CÁC ĐƯỜNG DÂY LẠNH 59

4.3 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI CÓ CÁC ĐƯỜNG DÂY THÔNG THƯỜNG VÀ ĐƯỜNG DÂY LẠNH 61

4.4 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LƯỚI CÓ CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI THÔNG THƯỜNG VÀ LOẠI SIÊU DẪN 64

4.5 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI CÓ DÂY DẪN LẠNH VÀ SIÊU DẪN 68

4.6 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN DỌC - NGANG TRONG CÁC LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN THÔNG THƯỜNG VÀ LẠNH 69

4.7 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG BÙ DỌC ĐỐI VỚI PHÂN PHỐI KINH TẾ CÁC CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI CÓ DÂY DẪN LOẠI THƯỜNG VÀ LOẠI LẠNH 73

4.8 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG 78

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN 92

PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ VỀ THIẾT BỊ HẠN CHẾ

SỰ CỐ 93

SIÊU DẪN 94

Danh mục các ký hiệu và các từ viết tắt

STT Từ viết tắt Diễn giải

Danh mục các bảng biểu

Bảng 3.1 Giá trị các thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp k U = 2 37

Bảng 3.2 Giá trị các thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp k U = 3 38

Bảng 3.3 Giá trị các thông số của đường dây trên không thông thường 41

Bảng 3.4 Giá trị các thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp k U = 2 47

Bảng 3.5 Giá trị các thông số ứng với hệ số dự trữ điện áp k U = 3 48

Bảng 3.6 Tính toán thông số rải của đường dây siêu dẫn theo chiều dài 53

Bảng 3.7 Bảng tính toán độ dài tới hạn của đường dây siêu dẫn mềm (Nb) và siêu dẫn cứng (Nb 3 Sn) 56

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 1.1 Các phương án kết cấu cáp siêu dẫn dòng điện xoay chiều 6

Hình 1.2.- Các phương án cấu trúc cáp dẫn điện lạnh 9

Hình 2.1 Sơ đồ đường dây truyền tải với các pha đồng trục có các cuộn dây máy biến áp nối hình sao 15

Hình 2.10 Các phương án của truyền tải điện kiểu tự bù có một máy biến áp lắp tại điểm tiếp nhận theo điện áp pha 27

Hình 2.11 Các đồ thị véc tơ của truyền tải điện kiểu tự bù 28

Hình 2.12 Sơ đồ đường dây truyền tải dòng một chiều 29

Hình 2.13 Các sơ đồ đường dây dòng một chiều 30

Hình 2.2-Sơ đồ đường dây truyền tải chế độ ngược pha với các dây dẫn đồng trục của các pha khác tên 16

Hình 2.3 Đường dây truyền tải chế độ ngược pha được thiết lập với sự hỗ trợ của máy phát 17

Hình 2.4 Hệ thống truyền tải điện có góc lệch giữa các hệ thống 3 pha của các máy phát là 60 0 18

Hình 2.5 Sơ đồ đường dây ghép đôi có số máy cắt được giảm bớt 19

Hình 2.6 Các sơ đồ đường dây có liên hệ điện dung 21

Hình 2.7 Truyền tải dây dẫn mạch có nhiều cấp điện áp 22

Hình 2.8 Đường dây truyền tải điện có điều khiển 24

Hình 2.9 Đường dây truyền tải điện tự bù có một máy biến áp được mắc vào đầu nhận có điện áp pha gấp đôi 25

Hình 3.1 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của x 0 theo công suất tính toán của đường dây siêu dẫn Nb khi k U = 3 39

Hình 3.10 Đồ thị thể hiện sự sai số điện dẫn tính toán theo thông số tập trung và thông số rải của đường dây siêu dẫn mềm Nb và siêu dẫn cứng Nb 3 Sn 54 Hình 3.2 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của b 0 theo công suất tính toán của đường dây siêu dẫn Nb khi k U = 3 39

Hình 3.3 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của P TN và Z S theo công suất tính toán của

đường dây siêu dẫn Nb khi k U = 3 40 Hình 3.4 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của công suất phản kháng theo công suất

tính toán và hệ số dự trữ điện áp k U của đường dây siêu dẫn Nb 40 Hình 3.5 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của x 0 theo công suất tính toán của đường

dây siêu dẫn cứng Nb 3 Sn khi k U = 3 49 Hình 3.6 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của b 0 theo công suất tính toán của đường

dây siêu dẫn cứng Nb 3 Sn khi k U = 3 49 Hình 3.7 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của P TN và Z S theo công suất tính toán của

đường dây siêu dẫn cứng Nb 3 Sn khi k U = 3 50 Hình 3.8 Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của công suất phản kháng theo công suất

tính toán của đường dây siêu dẫn Nb 3 Sn khi k U = 3 50 Hình 3.9 Đồ thị thể hiện sự sai số điện kháng tính toán theo thông số tập trung và

thông số rải của đường dây siêu dẫn mềm Nb và siêu dẫn cứng Nb 3 Sn 54 Hình 4.1 Đặc tính tiêu hao của máy lạnh (tuyến tính hóa) 61 Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện gồm đường dây thường và đường dây lạnh song song 79 Hình 4.3 Đồ thị sự phụ thuộc của công suất kinh tế theo hệ số đặc tính tiêu hao của

các máy lạnh h L 81

Hình 4.4 Sơ đồ tạo ra sức điện động cưỡng bức trong mạch vòng và giản đồ véctơ

tương ứng 83 Hình 4.5 Đồ thị sự phụ thuộc của sức điện động yêu cầu theo chiều dài truyền tải.

84

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong hệ thống truyền tải điện năng một vấn đề luôn được quan tâm là khả năng tải và tổn thất trong hệ thống Các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để tìm ra các phương pháp nâng cao khả năng truyền tải và giảm tổn thất điện năng Sang thế kỷ 20 khoa học kỹ thuật đã có nhiều bước tiến lớn quan trọng, trong đó phải kể đến sự khám phá ra hiện tượng siêu dẫn của nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes vào năm 1911 Đây là một một trong những khám phá vĩ đại nhất trong lịch sử nghiên cứu khoa học của nhân loại Khó khăn nhất trong việc tạo

ra hiện tượng siêu dẫn là nhiệt độ yêu cầu rất thấp và duy trì nhiệt độ đó Các khám phá gần đây liên tục tìm ra các vật liệu siêu dẫn mới với nhiệt độ yêu cầu ngày càng cao Con người đang từng bước tiếp cận một lĩnh vực khoa học vô cùng quý giá cho nhân loại bởi tính ứng dụng và thiết thực của nó Tuy nhiên để ứng dụng công nghệ mới này vào việc truyền tải điện năng vẫn còn nhiều thách thức với các nhà khoa học.Hiện nay chi phí để sản xuất và vận hành cáp siêu dẫn vẫn còn cao nên việc ứng dụng gặp nhiều khó khăn Nhưng với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật thì con người sẽ sớm làm chủ công nghệ, đưa vào ứng dụng rộng rãi trên thực tế và sẽ dần thay thế toàn bộ hệ thống truyền tải đang có hiện nay

Theo xu hướng phát triển đó, việc nghiên cứu và tìm hiểu về truyền tải điện lạnh và siêu dẫn trong hệ thống điện có vai trò rất quan trọng và cấp thiết Đề tài

“Đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của đường dây truyền tải điện lạnh và siêu dẫn” trình bày trong luận văn có thể sẽ đóng góp một phần hữu ích vào việc đưa

công nghệ mới này vào ứng dụng thực tế trong một tương lại không xa

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là đường dây truyền tải điện lạnh và siêu dẫn Phạm vi nghiên cứu là xem xét đánh giá hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật của đường dây này trong hệ thống điện

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đưa ra các khái niệm và cái nhìn chung nhất về hệ thống truyền tải điện lạnh

và siêu dẫn Một số chế độ truyền tải của đường dây điện lạnh và siêu dẫn Xem xét đánh giá các thông số cơ bản của một số loại vật liệu siêu dẫn thông dụng Thực hiện phân phối tối ưu về kinh tế dòng công suất truyền tải trên đường dây lạnh khi ghép chung với đường dây thường Qua đó chúng ta có thể đánh giá được hiệu quả

về kinh tế - kỹ thuật của đường dây này trong hệ thống điện

Chương 1: Tổng quan về truyền tải điện lạnh và siêu dẫn

Chương 2: Các sơ đồ và chế độ truyền tải của đường dây điện lạnh và

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH VÀ SIÊU DẪN

1.1.TỔNG QUAN

Mùa xuân năm 1987 đã diễn ra một trong những hội nghị khoa học lớn nhất lịch sử được biết đến với tên gọi Woodstock of Physics Ba nghìn nhà vật lý đã nhóm họp tại New York Hilton để thảo luận về hiện tượng siêu dẫn, tức là khả năng truyền tải năng lượng với trở kháng gần như bằng 0 Siêu dẫn hứa hẹn những ứng dụng tuyệt vời, từ hệ thống máy tính cực nhanh đến các mô-tơ điện có công suất cực lớn hay đơn giản là hệ thống truyền tải điện năng không gây tỏa nhiệt lãng phí trên đường đi

Từ đó đến nay hơn hai thập kỷ đã trôi qua nhưng chất siêu dẫn vẫn chưa thể dành được vị trí xứng đáng như khả năng hứa hẹn của nó Lý do một phần bởi những vật liệu siêu dẫn được tìm ra cuối những năm 1980 còn nhiều điểm hạn chế khiến nó khó ứng dụng vào thực tế hơn các nhà khoa học tưởng, và một phần khác còn do khả năng tiết kiệm năng lượng của vật liệu siêu dẫn vẫn chưa phải một đề tài thực sự hấp dẫn trong hầu như suốt thập niên 90 của thế kỷ trước Nhưng ngày nay, tình hình đã thay đổi khi tiết kiệm năng lượng trở thành một giải pháp chiến lược trong cuộc chiến chống lại quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu Thêm vào đó, nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa xung quanh công nghệ siêu dẫn đã được các nhà khoa học tìm ra lời giải, mà một trong số đó chính là thành công của một nhóm các nhà nghiên cứu và kỹ sư của châu Âu, Mỹ và Nhật Bản khi họ tìm ra cách biến các chất siêu dẫn vốn rất giòn và dễ vỡ thành những dây cáp tương đối mềm dẻo Nhờ đó, những hoài nghi trước đây về khả năng ứng dụng thực sự của công nghệ siêu dẫn vào cuộc sống đã đang dần tan biến

Gần đây, công nghệ siêu dẫn này đã được ứng dụng cho tàu thủy, tuốc-bin gió và xe hơi chạy bằng điện Nhưng thách thực lớn nhất trước mắt chính là làm sao ứng dụng nó vào hệ thống truyền dẫn điện năng, bởi nhu cầu về một hệ thống đường dây truyền điện đường dài để đưa điện từ những nguồn năng lượng thay thế như sức gió và năng lượng mặt trời đang ngày một bức thiết Chẳng hạn như tại Mỹ,

khu vực tối ưu nhất để thu sức gió là một dải kéo dài từ bắc Texas đến Dakotas, trong khi năng lượng mặt trời lại có thể được tận dụng tốt nhất tại Arizona và New Mexico, còn khu vực tiêu thụ năng lượng điện nhiều nhất, tức là các khu đô thị, lại tập trung dọc theo các bờ biển hoặc quanh vùng Hồ Lớn Nếu sử dụng hệ thống dây điện thông thường hiện nay thì một mặt gây mất mỹ quan và mặt khác quan trọng hơn là nó gây thất thoát nhiều điện năng trên đường truyền tải (có thể tới 14% điện năng nếu đường cáp được làm bằng đồng) trong khi chi phí cho hệ thống này cũng không hề rẻ.

Và chính điều này đã tạo ra điểm vượt trội của các sợi cáp siêu dẫn Một bó dây cáp truyền dẫn được 5GW – tương đương với sản lượng của 5 nhà máy điện hạt nhân – có thể nằm gọn trong một đường ống với đường kính chỉ 3 feet (90cm) chôn được dưới lòng đất Một phần đường ống này sẽ được nối với hệ thống làm lạnh – hiện tượng siêu dẫn chỉ có thể diễn ra khi nhiệt độ của vật liệu siêu dẫn được hạ xuống mức rất thấp Trước đây người ta sử dụng Heli hóa lỏng ở nhiệt độ -269OC

để làm lạnh, nhưng ngày nay các nhà khoa học đã tạo ra loại vật liệu có thể đạt được tính năng siêu dẫn chỉ với việc làm lạnh bằng Nitơ lỏng, tức là ở nhiệt độ khoảng -70O C Đây là một bước tiến có ý nghĩa kinh tế lớn bởi chi phí sản xuất và làm lạnh nitơ rẻ hơn so với chi phí này đối với heli Hệ thống làm lạnh sẽ tiêu hao một phần năng lượng từ dây cáp nhưng ở mức nhỏ hơn rất nhiều nếu so với lượng thất thoát điện năng khi sử dụng đường dây điện bằng đồng

Hiện nay, hệ thống cáp điện siêu dẫn đã được lắp đặt thử nghiệm tại đảo Long Island, California và tiếp theo sẽ là thành phố New York Nếu thành công,

dự kiến mạng lưới truyền tải điện của Mỹ sẽ được nâng cấp bằng loại cáp điện mới này Trong tương lai không xa, với sự phát triển vượt bậc về khoa học và công nghệ, hệ thống truyền tải này sẽ được phổ biến rộng rãi và ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Các thiết bị điện lạnh được chia thành loại siêu dẫn và truyền tải điện lạnh Siêu dẫn là trường hợp lý tưởng của truyền tải điện lạnh Truyền tải điện lạnh là truyền tải điện trong môi trường có nhiệt độ rất thấp để điện trở của vật dẫn điện giảm

xuống giá trị rất nhỏ làm giảm hao phí và tăng khả năng tải điện của nó Nếu điện trở của vật dẫn giảm đến 0 thì nó trở thành siêu dẫn

Các ứng dụng siêu dẫn trong truyền tải điện bao gồm:

- Các đường dây truyền tải siêu dẫn

- Các thiết bị điện siêu dẫn (máy phát điện siêu dẫn, máy biến áp siêu dẫn, động cơ điện siêu dẫn, )

- Các khí cụ điện siêu dẫn (máy cắt siêu dẫn, cầu chì siêu dẫn, cầu dao siêu dẫn, )

1.2 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI SIÊU DẪN

Các đường dầy truyền tải siêu dẫn theo loại dòng điện có thể chia thành các đường dây xoay chiều, một chiều Vật liệu cách nhiệt có thể dùng cách nhiệt chân không, cách nhiệt bột - chân không, vật liệu siêu cách nhiệt Chất làm lạnh chủ yếu

là Hêli hoặc Nitơ lỏng, đôi khi có thể sử dụng Hydro lỏng

Theo cấu trúc chung, cáp siêu dẫn được chia thành loại cứng có phần dẫn dòng và ống bao lạnh được làm từ các ống cứng; loại bán cứng gồm phần dẫn dòng dẻo và vỏ bao lạnh cứng trong đó cả hai đầu có thể uốn được; loại mềm hoàn toàn

có cả phần dẫn điện và phần vỏ bao lạnh đều uốn được Các cáp siêu dẫn có thể là loại một pha, ba pha và nhiều pha

Theo quan điểm làm việc của đường dây siêu dẫn dòng xoay chiều trong hệ thống điện, quan trọng nhất là phải xét tới kếu cấu pha, sự sắp xếp các pha và loại cách điện được sử dụng Các dây pha thường thấy gồm dây dẫn có dạng tròn đơn, đặt đồng trục gồm hai hay nhiều ống tròn hơn

Trong tất cả các dạng cấu trúc hiện nay được đề cập đến người ta thiên về cấu trúc có dạng các ống dẫn điện được đặt đồng trục (Hình 1.1) Chính vì lẽ đó chúng ta chỉ quan tâm xem xét cấu trúc loại này

Hình 1.1 Các phương án kết cấu cáp siêu dẫn dòng điện xoay chiều

a- Cáp 3 pha; b- Cáp 6 pha 1- Dây siêu dẫn có vỏ đệm; 2- Cách điện (vật liệu); 3- Chất làm lạnh;

4- Vật liệu cách nhiệt; 5- Chất làm lạnh trung gian

Dạng ống dẫn điện cho phép sử dụng chính chúng để lưu thông chất làm lanh, kết quả là đảm bảo được quá trình làm lạnh một cách thuận tiện đảm bảo được tính compact của kết cấu cáp Do các cáp siêu dẫn cho phép tăng dòng làm việc một cách đáng kể, vấn đề quan trọng hơn là san bằng được từ trường phát sinh do chính các dòng điện này Khi bố trí các ống dẫn pha đồng trục và có chiều dòng điện ngược nhau trong chúng vấn đề này được giải quyết bởi từ trường chỉ nằm giữa các dây dẫn đồng trục

Khả năng tăng cao dòng điện làm việc cho phép đạt được ngay cả trong các đường dây siêu dẫn điện áp không lớn lắm, tuy nhiên trong trường hợp này có sự hạn chế mức độ ổn định tĩnh Việc phân bố các dây pha kiểu đồng trục và có chiều dòng điện ngược nhau cho phép nâng cao giới hạn công suất truyền tải do điện kháng giảm một cách đáng kể

Cách điện trong các cáp siêu dẫn sử dụng chân không, chất làm lạnh chủ đạo, vật liệu cách điện tổng hợp cứng được tẩm chất làm lạnh, giấy cách điện Độ bền điện của cách điện và tổn hao điện môi trường vật liệu cách điện có ảnh hưởng mạnh tới các thông số về điện và chế độ làm việc của các đường dây siêu dẫn trong

hệ thống

Vật liệu siêu dẫn có ảnh hưởng quyết định tới khả năng tải và các chỉ số kinh

tế - kỹ thuật của đường dây truyền tải điện Hiện nay vật liệu siêu dẫn thường được

dùng với đường dây truyền tải siêu dẫn là: Các kim loại Nb ( Ni-ô-bi), chì, hợp chất Nb-Sn, Nb-Ge, hợp kim Nb-Ti, Nb-Zr (Ziriconi)

Không phải tất cả các vật liệu và thiết bị cần cho đường dây siêu dẫn hiện nay đều có đặc tính xác định Gắn liền với vấn đề này việc quan trọng là phải làm

rõ ảnh hưởng của tính bất định trong bài toán tìm cách nâng cao hiệu quả kinh tế của các đường dây siêu dẫn Cần phải thiết lập được các điều kiện ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ tiêu kinh tế của các đường dây siêu dẫn như giá thành vật liệu cách điện, thiết bị làm lạnh, chất làm lạnh và dây siêu dẫn, còn ảnh hưởng của việc thay đổi giá thành của các lớp vỏ bao lạnh là không đáng kể

Khi xác định các thông số cấu trúc của cáp siêu dẫn, người ta sử dụng một loại hệ số dự trữ, việc tìm ra trị số định lượng chính xác của chúng gặp rất nhiều khó khăn Đối với các hệ số này, đầu tiên là các hệ số dự trữ về dòng điện: kI, điện áp: kU Kết quả phân tích sự ảnh hưởng của hệ số dòng điện kI tới chi phí qui dẫn cho thấy rằng trong trường hợp sử dụng dây siêu dẫn mềm loại Niobi mức độ ảnh hưởng đó là đáng kể Điều này được giải thích như sau: trong dây siêu dẫn mềm để tải dòng điện thường chỉ sử dụng một lớp mỏng bề ngoài vì vậy đường kính dây dẫn pha và các kích thước cấu trúc hình học khác tỷ lệ thuận với trị số kI thể hiện khác được nghiên cứu trong trường hợp sử dụng dây siêu dẫn cứng kết hợp với việc

sử dụng ở chế độ công tác của khả năng truyền tải của đường dây, ở đây dự phòng theo dòng điện ít ảnh hưởng đến giá thành của cáp

Ảnh hưởng của sự thay đổi kU lên các chỉ tiêu kinh tế của đường dây là đáng

kể Chi phí qui dẫn đối với đường dây siêu dẫn 110kV tăng 40 - 50% khi kU tăng

từ 2 - 5 Trong trường hợp này chủng loại dây siêu dẫn có ảnh hưởng đáng kể đến các kết quả

Giá trị tuyệt đối của chi phí đối với đường dây siêu dẫn truyền tải dòng xoay chiều cao và chi phí cho các đường dây truyền tải trên không tăng tương ứng với khả năng tải từ 5 đến 10 lần So sánh với chi phí cho các đường cáp dầu thì chi phí cho các đường dây siêu dẫn có thể so sánh được với mức công suất dưới 1,5 - 2GW

Vấn đề được nêu ra là việc thực hiện tối ưu hóa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống có các trang thiết bị điện siêu dẫn có thể đạt được bằng những cách sau: Nghiên cứu sử dụng trong các hệ thống điện không chỉ có các cáp siêu dẫn mà còn có cả thiết bị siêu dẫn điện khác (Các thiết bị đổi nối, các máy biến áp…) Nghiên cứu các sơ đồ đấu nối có hiệu quả của các đường dây siêu dẫn trong

hệ thống điện có sử dụng cách sắp xếp cơ bản (đồng trục) của các dây dẫn và các đặc điểm làm việc của từng dạng, nghiên cứu các đường dây truyền tải siêu dẫn đa mạch, nghiên cứu việc truyền tải siêu dẫn xoay chiều kết hợp với sự sử dụng các loại hình cáp khác nhau, nghiên cứu dựa trên cơ sở truyền tải điện siêu dẫn của các

hệ thống tích lũy và phân phối năng lượng

1.3 CÁC ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LẠNH

Các đường dây truyền tải điện lạnh về mặt nguyên lý cũng giống như các đường dây truyền tải điện siêu dẫn, có thể dùng cho cả dòng một chiều hoặc xoay chiều Tuy nhiên về cơ bản dựa vào việc nghiên cứu các đường dây truyền tải điện lạnh dòng xoay chiều Việc cách điện và cách nhiệt của chúng cũng giống như các đường dây siêu dẫn Chất làm lạnh được sử dụng chủ yếu là Nitơ dưới dạng lỏng và hơi, Hydro lỏng và hơi… Các màn chắn nhiệt trung gian thường được lựa chọn phù hợp với từng loại

Cấu trúc phần dẫn dòng có thể là 3 pha thông thường hoặc 6 pha với các dây dẫn dạng ống, mỗi pha được làm từ hai ống siêu dẫn đặt đồng tâm (Hình 1-2)

Hình 1.2.- Các phương án cấu trúc cáp dẫn điện lạnh 1- Dây dẫn ; 2- Cách điện ; 3- Chất làm lạnh ; 4- Chân không ;

5- Siêu cách điện ; 6- Chất làm lạnh trung gian

Việc lựa chọn vật liệu dẫn điện là quan trọng nhất, vật liệu được dùng có thể

là nhôm, đồng và bêrin (Be3Al2(Si03)6) có độ tinh khiết khác nhau Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tối ưu của đường dây truyền tải điện lạnh phụ thuộc vào cấu trúc cáp, vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, loại chất làm lạnh, các thông số kích thước của chúng và các yếu tố khác

Đánh giá công bằng các dạng cách nhiệt đã xem xét cho thấy siêu cách nhiệt

ưu việt hơn đối với cả cáp Nitơ lỏng va Hydro lỏng Chi phí cho cáp dẫn điện lạnh

có vỏ bao cách nhiệt gồm hai lớp chân không với lớp chất làm lạnh trung gian phân cách là cao hơn so với các cấu trúc đã được xem xét khác

Nitơ lỏng và Hydro lỏng được sử dụng làm chất làm lạnh cho cáp dẫn điện lạnh Các kết quả có được đối với các cấu trúc cáp đã xét với điện áp định mức khác nhau cho thấy cáp Nitơ lỏng có các chỉ tiêu kinh tế tốt hơn cáp Hydro lỏng

So sánh các cấu trúc 3 pha, 3 pha đồng trục và 6 pha mạch kép (Hình 1-2) cho thấy thế mạnh của cấu trúc 6 pha mạch kép, điều này được lý giải bằng sự lấp đầy vùng làm lạnh tốt nhất, kết quả giá thành của lớp vỏ bao lạnh cho một đơn vị công suất truyền dẫn giảm thấp

1.4 CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN SIÊU DẪN

Ngày nay, các công trình nghiên cứu và các phát minh sáng chế kỹ thuật đã chỉ ra rằng người ta đang tích cực tiến hành nghiên cứu chế tạo thiết bị điện siêu dẫn nhiều loại để dùng cho truyền tải điện lạnh và hệ thống điện lạnh, đó là: Máy phát, máy biến áp, thiết bị biến đổi, thiết bị đấu nối và các thiết bị bảo vệ, kháng điện hạn chế dòng điện, các thiết bị tích năng… Những giải pháp kỹ thuật có được cho thấy có thể chế tạo được tổ hợp trang thiết bị điện siêu sẫn dùng cho việc sản xuất và truyền tải điện năng :

- Máy phát siêu dẫn :

Việc sử dụng siêu dẫn mở ra khả năng nâng cao các đặc tính kinh tế kỹ thuật của máy phát tuabin Các khảo sát nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm chỉ ra rằng về mặt nguyên lý có thể chế tạo các máy phát siêu dẫn dòng xoay chiều với các cuộn dây stato va roto loại siêu dẫn Giải pháp này cho phép chế tạo máy phát công suất vài chục GW, hiệu suất của chúng đạt 99,5 - 99,8% Cùng với sự gia tăng công suất của máy phát đồng bộ loại siêu dẫn hiệu suất sử dụng của nó so với máy phát thông thường cũng được tăng lên

- Đường dây truyền tải siêu dẫn :

Trong các đường dây truyền tải điện siêu dẫn với dòng xoay chiều và một chiều, các chỉ tiêu kinh tế tốt nhất thể hiện ở các đường dây một chiều do không gây

ra tổn thất tần số trong các dây siêu dẫn Chính vì vậy xuất hiện mối quan tâm đặc biệt đến việc nghiên cứu các hệ thống truyền tải điện siêu dẫn có các máy phát điện một chiều loại siêu dẫn

- Máy biến áp siêu dẫn :

Các máy biến áp siêu dẫn có thể chế tạo một hoặc hai cuộn dây siêu dẫn Ưu điểm chủ yếu của máy biến áp siêu dẫn là có thể giảm khối lượng và kích thước, đồng thời nâng cao hiệu suất sử dụng

- Các bộ biến đổi siêu dẫn :

Trong các hệ thống truyền tải siêu dẫn với dòng điện một chiều về nguyên tắc có thể sử dụng các thiết bị biến đổi Thyristor thông thường hoặc các loại thiết bị biến đổi khác, tuy vậy các thiết bị biến đổi loại siêu dẫn lạnh ưu việt hơn cả Bản chất của thiết bị biến đổi loại này được thể hiện ở chỗ quá trình biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều được thực hiện có xét tới việc điều khiển bằng mối gián tiếp siêu dẫn để chuyển đổi từ chế độ siêu dẫn sang chế độ thông thường và ngược lại Quá trình điều khiển này được thực hiện bằng tác động nhiệt làm tăng nhiệt độ của vật siêu dẫn lên cao hơn nhiệt độ làm lạnh hay điều khiển bằng từ trường lớn hơn từ trường tiêu chuẩn

- Các thiết bị chuyển mạch siêu dẫn:

Các thiết bị chuyển mạch cho các đường dây truyền tải siêu dẫn được đề xuất

là số lượng lớn các cấu trúc máy cắt, dao cách ly, dao chuyển đổi đóng cắt và cầu chì siêu dẫn Nguyên lý hoạt động của máy cắt và dao cách ly đấu nối dựa trên tính chất chuyển đổi của các vật siêu dẫn từ trạng thái siêu dẫn về trạng thái thông thường dưới tác dụng của từ trường hoặc nhiệt độ

Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất cho phép chế tạo các thiết bị chuyển mạch dùng cho truyền tải điện siêu dẫn với dòng và điện áp cần thiết Các hệ thống điện có lắp đặt truyền tải siêu dẫn sẽ được đặc trưng bởi các dòng ngắn mạch lớn,

để giảm thấp chúng cần có thiết bị hạn chế dòng Có nhiều thiết bị hạn chế dòng điện làm việc dựa theo nguyên tắc chuyển đổi các phần tử siêu dẫn sang trạng thái bình thường và khi đó điện kháng của các thiết bị tăng lên Các thiết bị khác sử dụng nguyên lý từ hóa, các cuộn dây được mắc vào mạch lực tại thời điểm xuất hiện dòng ngắn mạch Tương tự như vậy, các cáp siêu dẫn có cảm kháng tăng cao được

đề xuất sử dụng trong chế độ có dòng điện siêu quá độ chạy qua để hạn chế dòng ngắn mạch

- Thiết bị bù siêu dẫn:

Trong truyền tải điện siêu dẫn các thiết bị bù được chế tạo bằng chất siêu dẫn

để giảm số đầu vào dòng điện là hợp lý hơn cả Tuy vậy hiện nay thực tế chưa có giải pháp kỹ thuật cho các thiết bị bù loại siêu dẫn Chỉ có một số cấu trúc thiết bị hạn chế dòng điện loại siêu dẫn có thể được sử dụng làm điện kháng phân dòng để khi thay đổi các thông số cho phù hợp

- Thiết bị tích năng siêu dẫn:

Mối quan tâm đặc biệt liên quan đến việc tạo ra được các thiết bị tích năng bằng điện cảm dùng để phủ phụ tải đỉnh của hệ thống năng lượng Như đã biết các dạng tích lũy năng lượng dùng trong hệ thống năng lượng kiểu truyền thống là kho chứa than, kho dầu, hồ chưa nước, kho chứa khí Các nhà máy thủy điện tích năng

có các đặc tính riêng cho phép san bằng đồ thị phụ tải của hệ thống Giá trị của chúng đặc biệt tăng lên gắn liền với việc tăng tỷ lệ sản xuất điện năng ở các nhà máy điện nguyên tử làm việc ở phần đáy của đồ thị phụ tải

Tuy vậy các nhà máy thủy điện tích năng không thể giải quyết được hoàn toàn các vấn đề san bằng đồ thị phụ tải vì chúng được xây dựng ở nơi có địa hình nhất định và ở xa không phải lúc nào cũng xây dựng được đúng theo công suất yêu cầu Chính vì lẽ đó các phương pháp tích trữ năng lượng khác có các đặc điểm nổi trội và có thể mang lại ích lợi kinh tế lớn đang được xem xét nghiên cứu Một trong những biện pháp này là tích trữ năng lượng trong các bộ tích năng siêu dẫn (dạng ắc quy siêu dẫn) Các điểm mạnh của loại này là ở chỗ: năng lượng tích trữ trong nó có thể giữ bao lâu cũng được, không gây tổn thất năng lượng trong mạch siêu dẫn, hiệu suất đạt 97 - 98% (trong khi hiệu suất của nhà máy thủy điện tích năng chỉ khoảng

60 - 70%), thời gian tích năng cho các bộ tích năng có thể tiến hành lâu dài và có thể thay đổi tùy theo nhu cầu của hệ thống, bộ tích năng có thể lắp đặt gần cạnh hộ tiêu thụ, nhờ có sự tác động nhanh nó ảnh hưởng tích cực đến độ ổn định của hệ thống năng lượng điện, không cần tăng khả năng cắt của các máy cắt vì dòng ngắn mạch không tăng Người ta chia thành hai loại tích trữ năng lượng là phân tán và tập

trung Đã có nhiều dự án về bộ tích trữ năng lượng loại tập trung với 1013 -1014 Jun, thành phần cơ bản là Xolenoit siêu dẫn Bộ tích năng siêu dẫn có thể lắp đặt ngay gần các hộ tiêu thụ, điều này làm tăng độ tin cậy cung cấp điện và cho phép giảm khả năng tải của lưới điện Việc lắp đặt các bộ tích năng gần các nhà máy điện cho phép sử dụng chúng để nâng cao tính ổn định của các máy phát Các bộ tích năng cảm kháng có hiệu suất cao tính ổn định của các máy phát Các bộ tích năng cảm kháng có hiệu suất cao hơn (97 - 98%) so với các nha máy thủy điện tích năng nên rất tiết kiệm nhiên liệu

Như vậy việc phân tích của các nghiên cứu về các trang thiết bị điện siêu dẫn chứng tỏ rằng đã có các giải pháp kỹ thuật cần thiết cho việc hình thành việc truyền tải siêu dẫn với các phần tử siêu dẫn từ nhà máy điện đến các trung tâm tiêu thụ điện

đề cập các kinh nghiệm nghiên cứu phát triển theo các hướng đã được nêu ra và nghiên cứu các nguyên lý mô tả một số sơ đồ các phương án của các đường dây truyền tải điện và các hệ thống cáp

Các đường dây truyền tải điện lạnh dòng xoay chiều có một loạt các đặc tính đặc biệt về nguyên lý so với các đường dây truyền tải điện truyền truyền thống gồm các đường dây trên không và cáp Các thông số của các đường dây thông thường (tổng trở, tổng dẫn…) được xác định chủ yếu bằng cách sử dụng nguyên lý cấu trúc của đường dây (đường dây trên không hoặc cáp) và ít phụ thuộc vào công suất tính toán cũng như điện áp định mức của nó Trong các đường dây truyền tải điện lạnh, dây dẫn các pha trong đa số các trường hợp được đề xuất sử dụng ở dạng có cấu trúc đồng trục, hơn nữa không nhất thiết phải có các dòng điện có chiều ngược nhau như đã được xét các mối liên hệ trong các cáp đồng trục Với cấu trúc này các thông

số đường dây phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách giữa các phần dọc chiều trục Bản thân khoảng cách này lệ thuộc đáng kể vào điện áp định mức của đường dây Ngoài ra các thông số của đường dây bị thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào đường kính của các phần đồng trục của pha còn các đường kính ấy được xác định theo công suất tính toán của đường dây Kết quả là khi thay đổi công suất tính toán của đương dây và điện áp định mức của nó, các thông số có thể dao động tới vài lần Trong các đường dây truyền tải điện thông thường, việc lựa chọn cấu trúc đường dây và sơ đồ đấu nối của chúng vào hệ thống điện được thực độc lập vì trong thực tế không có sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa hệ thống và cấu trúc Trong truyền tải điện lạnh do có sự phụ thuộc vào sơ đồ đấu nối của các phần riêng rẽ của các pha

đồng trục với thanh cái hệ thống nên điện áp của chúng có thể khác nhau (dưới cùng điện áp đường dây) , kết quả là các thông số đường dây khác nhau

Ngoài các đường dây có các pha đồng trục còn có thể có cả các cấu trúc khác (chẳng hạn hoàn toàn đồng trục, đồng trục kép…) mà khi sử dụng chúng cũng cần phải chọn các sơ đồ hợp lý để đấu nối chúng vào hệ thống năng lượng điện

2.2 CÁC SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG CHẾ ĐỘ NGƯỢC PHA

Trong hình 2.1 mô tả sơ đồ có các pha đồng trục nối với các cuộn dây máy biến áp đấu hình sao

Hình 2.1 Sơ đồ đường dây truyền tải với các pha đồng trục có các cuộn dây

máy biến áp nối hình sao

Sơ đồ này là sơ đồ cơ bản trong quá trình nghiên cứu các sơ đồ có sử dụng các dòng điện ngược chiều nhau trong các dây dẫn được phân bố đồng trục Ưu điểm cơ bản của sơ đồ này là ở chỗ từ trường chỉ xuất hiện giữa các dây đồng trục làm nhiệm vụ là dây trung tính của máy biến áp và không yêu cầu cao về cách điện với vỏ bao lạnh

Hạn chế của sơ đồ này là ở chỗ ở đầu nhận điện của đường dây truyền tải nhất thiết phải được đấu nối với máy biến áp, còn tồn tại điều không rõ ràng là khả năng đổi chiều của luồng công suất trên các đường dây truyền tải này Vì điện áp pha giữa các dây dẫn của dây đồng trục bằng nhau, khi khả năng tải theo yêu cầu lớn, đường kính của các pha và tất nhiên của toàn cáp sẽ rất lớn

Chế độ ngược pha có thể được tạo nên nhờ các máy biến áp có các tổ nối dây, trong đó điện áp giữa cáp pha cùng tên lệch nhau một góc 600 Sơ đồ đường dây loại này được mô tả trong hình 2.2,a Trong sơ đồ này điện áp cấp cho mỗi cặp dây dẫn đồng trục của các pha khác nhau lệch nhau một góc 1800 (Hình 2.2,b)

Hình 2.2-Sơ đồ đường dây truyền tải chế độ ngược pha với các dây dẫn đồng

trục của các pha khác tên

Chế độ ngược pha trong các dây truyền tải điện có các cặp dây dẫn đồng trục

có thể được đảm bảo bởi chính các máy phát có các cuộn dây 6 pha của stato Trên hình 2.3,a mô tả phương án truyền tải điện mạch kép được cấp điện từ một máy phát có 2 hệ thống 3 pha lệch nhau một góc 180 ( Hình 2.3,b)

Hình 2.3 Đường dây truyền tải chế

độ ngược pha được thiết lập với sự

Nhờ các máy phát có thể thiết lập chế độ ngược pha cả trong trường hợp khi

có hai hệ thống 3 pha của các máy phát lệch nhau một góc 600 Để làm được điều này trong mỗi cặp dây dẫn đồng trục cần được mắc vào các điện áp pha khác nhau lệch nhau một góc 1800

Hình 2.4 Hệ thống truyền tải điện có góc lệch giữa các hệ thống 3 pha của các máy phát là

2.3 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ CÁC PHA GHÉP ĐÔI

Ý tưởng xây dựng các dây dẫn có các pha ghép đôi đã được nghiên cứu Chúng ta xem xét các nguyên lý xây dựng các sơ đồ sử dụng đối với các đường dây siêu dẫn.Ý tưởng của tất cả các sơ đồ đường dây có các pha ghép đôi chính là ở chỗ các pha khác nhau được mắc vào các dây dẫn lớp ngoài và lớp trong của dây đồng trục, các véc tơ điện áp của chúng lệch nhau 1200, khi đó giữa các dây dẫn đồng trục mang điện áp dây Một trong các sơ đồ này được nêu trên hình 2.5 Sơ đồ không yêu cầu đấu nối các máy biến áp vào các đầu cuối đường dây truyền tải, đường dây có thể được nối thẳng vào các thanh cái của nhà máy

Nhược điểm của sơ đồ thể hiện ở chỗ là đòi hỏi cần phải tăng chi phí cách điện nên đôi chút vì giữa các dây dẫn đồng trục cách điện phải chịu được điện áp

dây, còn giữa dây dẫn lớp ngoài và lớp vỏ lạnh chịu điện áp pha Ngoài ra, điện áp

và dòng trong phần đồng trục của cáp không ở trạng thái ngược pha hoàn toàn, kết quả là từ trường của dây đồng trục sẽ vượt quá giới hạn một chút

Đường dây có các pha ghép đôi có thể được vận hành với hai điện áp định mức Để giải quyết vấn đề này các dây dẫn lớp trong của các pha đồng trục đấu nối tiếp với các thanh cái có một điện áp định mức, còn các dây dẫn lớp ngoài được nối với thanh cái điện áp định mức khác

Hình 2.5 Sơ đồ đường dây ghép đôi có số máy cắt được giảm bớt

Hạn chế của sơ đồ này là ở chỗ sự làm việc của các mạch được tạo bởi các dây dẫn lớp trong và lớp ngoài có liên quan với nhau và khi hư hỏng (sự cố) một trong các mạch chúng có thể phải cắt cả hai mạch

Tất cả các sơ đồ có các pha ghép đôi thực ra là các đường dây mạch kép có các dây dẫn được phân bố đồng trục có các pha khác nhau đặt gần nhau đối với các mạch đường dây khác nhau

2.4 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY CÓ LIÊN KẾT ĐIỆN DUNG

Theo các công trình nghiên cứu đã chỉ ra, độ dài của nhánh tự bù của đường dây siêu dẫn hở có các pha đồng trục có thể chỉ vài km hoặc vài chục km Điều này cho phép ứng dụng trong thực tế các đường dây dẫn siêu dẫn hở không phụ thuộc vào khoảng cách giữa các trạm biến áp đầu, cuối

Các hạn chế của sơ đồ loại này thể hiện ở chỗ chúng đòi hỏi phải nâng công suất của các kháng điện song song (bù ngang) Nhằm mục đích để giảm công suất

của các kháng điện song song, theo điều kiện của chế độ phụ tải cực tiểu trong các phân đoạn đường dây có thể đấu nối các thiết bị điều chỉnh đường dây (hình 2.6,a)

Khi cần tăng cường các mối liên hệ điện dung giữa các dây dẫn của dây đồng trục có thể mắc các điện dung tập trung trong một hoặc một vài vị trí của đường dây Các điện dung này cũng có thể được sử dụng cả trong các sơ đồ không có điều khiển sâu Thực tế các tụ loại này có thể được lắp đặt ở các trạm trung gian, trên các đoạn chia đường dây

Bước phát triển tiếp theo của các đường dây hở là sơ đồ đường dây nửa hở (hình 2.6,b,d) Sơ đồ thể hiện trong hình 2.6,d đề xuất việc truyền tải công suất bằng mối liên hệ đóng cắt trực tiếp giữa các trạm biến áp trong một mạch và có xét tới mối liên hệ điện dung giữa các mạch với mạch thứ hai Trong sơ đồ mô tả hình 2.6,c, việc truyền tải công suất được thực hiện theo cả hai mạch có xét tới mối liên

hệ đóng cắt giữa các trạm biến áp trong một mạch lẫn mối liên hệ điện dung giữa các mạch Để tăng cường mối liên hệ điện dung, giữa các mạch được tạo nên bởi các dây dẫn lớp trong và dây dẫn lớp ngoài của các đồng trục, ở một hoặc vài điểm

có thể lắp đặt các tụ điện tập trung (hình 2.6,b,c)

a,

b,

c,

Hình 2.6 Các sơ đồ đường dây có liên hệ điện dung

a Sơ đồ có điều chỉnh sơ bộ điện áp

b Sơ đồ có mối liên hệ điện của các dây dẫn ở đầu cuối và có tụ mắc giữa

c Sơ đồ có mối liên hệ điện của các dây dẫn từ cả 2 đầu và có tụ mắc giữa

2.5 CÁC SƠ ĐỒ ĐƯỜNG DÂY ĐA MẠCH

Hạn chế chung của các sơ đồ sử dụng chế độ ngược pha, các sơ đồ ghép đôi

và sơ đồ đường dây có liên hệ điện dung thể hiện ở chỗ dây dẫn lớp ngoài của đồng trục được sử dụng không hoàn toàn theo điều kiện cường độ điện trường tới hạn.Khi cân bằng các dòng điện làm việc của các dây dẫn lớp trong sẽ luôn luôn đạt tới hạn sớm hơn so với dây dẫn lớp ngoài vì dây dẫn lớp trong có đường kính nhỏ hơn Khi

đó vật liệu của dây dẫn lớp ngoài được sử dụng không hoàn toàn

Hạn chế trên có thể được loại bỏ hoàn toàn hoặc phần nào trong trường hợp xây dựng các đường dây siêu dẫn dây dẫn đa mạch Các đường dây dẫn đa mạch ưu việt hơn vì khi có thêm một số mạch song song chúng vẫn chỉ cần có một lớp vỏ cách nhiệt

Ta xét thêm một khả năng nữa về việc sử dụng hiệu quả lớp vỏ cách nhiệt của cáp và thiết lập các đường dây truyền tải đa mạch có khả năng tải cao trong đó phản ánh được nguyên lý sử dụng nhiều cấp điện áp

Bản chất của các đường dây truyền tải đa mạch có nhiều cấp điện áp thể hiện

ở chỗ các dây dẫn của cáp được tập trung, bỏ dây dẫn lớp ngoài và được đấu nối vào các nguồn có các cấp điện áp khác nhau Khi đó mỗi dây lớp trong được nối với

nguồn có cấp điện áp cao hơn so với dây kề cận lớp ngoài và điện áp đặt trùng pha nhau được đặt vào các dây dẫn đã nêu

Một trong các phương án của đường dây truyền tải điện loại này được tả trong hình 2.7,a, trong đó thể hiện một pha của đường dây truyền tải điện 3 pha Đường dây truyền tải điện 3 pha này gồm cáp siêu dẫn mà trong mỗi pha của nó có

3 dây dẫn phân bố tập trung 1, 2, 3 Tại đầu truyền tải dẫn dây lớp trong 1 được đấu vào nguồn 4 có cấp điện áp U1, dây giữa 2 đấu vào nguồn 5 có cấp điện áp U2 (ví dụ

U1=220kV; U2=110kV) Tại đầu nhận, các dây dẫn 1 và 2 được nối với cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu 6, trung tính 7 của máy biến áp được tập trung cả 3 pha tại đầu truyền dẫn của đường dây nhờ các dây dẫn lớp ngoài 3

Hình 2.7 Truyền tải dây dẫn mạch có nhiều cấp điện áp

a- Sơ đồ với máy biến áp tự ngẫu ở đẩu tiếp nhận

b- Sơ đồ với máy biến áp thường ở đầu tiếp nhận

c- Đồ thị véctơ