luận văn thạc sĩ nghiên cứu ĐƯỜNG dây tải điện

Hiện tại, mạch phân phối đơn giản được cung cấp từ một trạm phân phối trạm biến áp, phụ tải của những mạch được giữ đủ nhỏ sao cho một mạch như vậy có thể bị cắt điện, chẳng hạn do sự c

Chương 1: LÝ THUYẾT VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

1.1 Điện trở của đường dây tải điện

Điện trở của dây dẫn dung đơn vị là Ω/km và có thể tra bảng tìm điện trở của các loại dây dẫn

Nếu biết điện trở Rt1 của dây dẫn ở nhiệt độ t10C thì điện trở Rt2 ở nhiệt độ t20C

có thể tính được từ biểu thức sau:

Biểu thức này suy ra từ quan hệ : Rt  R0(1  0t ) (1.2) Trong đó Rt là điện trở ở t 0C, R0 là điện trở ở 0 0C và α0 là hệ số nhiệt độ ở

00C của dây dẫn, với đồng 0

0 0, 0041 C

0 0, 0038 C

 

1.2 Điện cảm của đường dây tải điện

1.2.1 Các hệ thức cơ bản của điện cảm:

Định luật Ohm áp dụng cho mạch mạch từ

1

1

t t

t R

Luận văn thạc sĩ Trang 2







Hình 1.1: Từ thông trong mạch từ Hình 1.2

Hình 1.1 cho thấy qui tắc của cái vặn nút chai để xác định chiều của từ thông,

có thể dùng quy tắc bàn tay phải để tìm từ thông

Hình 1.2 áp dụng quy tắc bàn tay phải cho dây dẫn thẳng bằng cách cho ngón tay cái chỉ theo dòng điện các ngón tay khác nắm chắc quanh dây dẫn, chiều từ

thông là chiều nắm của bàn tay từ cổ tay đến đầu ngón tay

Phương trình điện áp cảm ứng viết cho đường dây đơn là:



 (henry) (1.6)

Với  là từ thông móc vòng tính theo weber-vòng,  Li  N , trong đó i

tính bằng ampe, L: henry, : weber,  : weber-vòng

Điện kháng X ở điện xoay chiều tần số f cho bởi:

Với hd và Ihd là các giá trị hiệu dụng

Điện áp cảm ứng trên đoạn dây ab

Hình 1.3: Tiết đện của dây dẫn hình trụ

Xét dây dẫn hình trụ (Hình 1.3), tiết diện đặc dài vô hạn tải dòng điện I Giả thiết mật độ dòng phân bố đều trên toàn thể tiết diện dây Dòng điện chạy lên từ bên trong tờ giấy sẽ tạo nên từ thông chạy theo ngược chiều kim đồng hồ trong mỗi

Luận văn thạc sĩ Trang 4

Từ thông móc vòng bên trong:

Lấy một ống hình trụ có bề dày vi cấp dx, từ thông móc vòng bên trong tr là

tổng của các từ thông móc vòng vi cấp ở bên trong

Từ thông mỗi mét chiều dài của hình ống có bề dày dx là

I H

3 4

r tr

dx r



   (1.9) Cho hệ số từ thẩm tương đối của môi trường dây dẫn bằng 1, trong hệ thống

tr

L   (henry/mét) (1.10)

Từ thông móc vòng bên ngoài

Xét ống hình trụ bán kính x với x > r, bề dày dx bao bọc bên ngoài dây dẫn (Hình

1.4)

Hình 1.4

r

dx

x

Luận văn thạc sĩ Trang 6

D L

kể để có thể bỏ qua từ thông bên trong

Đối với dây cáp bện nhiều sợi, ảnh hưởng của từ thông móc vòng bên trong được xét đến bằng cách dùng bán kính trung bình hình học, hay bán kính trung bình nhân kí hiệu là GMR hay Ds

Luận văn thạc sĩ Trang 8









Hình 1.6: Đường dây một pha hai dây

Gọi 1 là từ thông móc vòng chỉ móc vòng dòng điện Ia

Điện cảm tương ứng với từ thông móc vòng này là:

1 2.10 ln7

'

a

D L

r



1.2.4 Điện cảm của đường dây ba pha

Cho đường dây ba pha bốn dây (H.1.7)

Hình 1.7: Đường dây ba pha bốn dây

Áp dụng công thức (1.13), từ thông móc vòng từ dây pha a đến điểm p do

  cũng có thể viết được Cộng tất cả các từ thông móc vòng

này sẽ được từ thông móc vòng tổng từ pha a đến điểm p như sau:

Luận văn thạc sĩ Trang 10

Khi điểm P ra xa dây dẫn, ba số hạng cuối ở trong dấu ngoặc của phương trình trên tiến đến 0 Từ đó các phương trình đối với từ thông móc vòng các pha a,

Biểu thức điện áp cảm ứng trên mỗi km chiều dài cho pha a trở thành:

1.2.5 Đường dây đơn ba pha đối xứng

Đối với đường dây ba pha đối xứng, bán kính các dây dẫn bằng nhau:

Luận văn thạc sĩ Trang 12

Đặt xo  ( xs xm) là cảm kháng pha tương đương mỗi km của đường dây ba pha đối xứng Tóm lại:

1.3 Điện dung của đường dây tải điện

1.3.1 Điện dung của đường dây một pha

Xét điện trường giữa hai dây dẫn song song (Hình 1.8)

Hình 1.8

Để xác định điện thế giữa hai dây dẫn a và b có thể chồng chất hai điện thế từ a đến b:

 Một điện thế chỉ do điện tích của dây a tạo ra;

 Một điện thế chỉ do điện tích của dây b tạo ra

Với điện tích dương trên a, điện thế giữa dây a và b (dây b không mang điện tích) là:

D r

  F km / (1.45)

Điện dung từ một dây đến điểm trung tính bằng hai lần Cab

0, 0242 2

log

D r

c

D X



r M  . km (1.47)

Luận văn thạc sĩ Trang 14

Q   Q    Q  (1.50)

3 ln 2

Suy ra:

2 ln

a an

an

Q C

D U

  F km / (1.52)

Ở tần số 50Hz; dung kháng trên nữa km:

1 0,1315.log

an

an

D x

Dòng điện dung I’ mỗi pha của đường dây tải điện được tính ra ampe/km (hoặc

Luận văn thạc sĩ Trang 16

Đối với tần số 50Hz, dung dẫn mỗi km đường dây:

Q : công suất ba pha nếu U là điện áp dây

1.4 Truyền tải điện ba pha

Một máy phát điện ba pha có thể dùng để cung cấp cho ba phụ tải một pha riêng

rẽ nhau và như thế có tất cả sáu đường dây nối giữa nguồn và tải (Hình 1.12)

Ba điện áp tạo ra ở cuộn dây của máy phát bằng nhau về biên độ và lệch nhau

1200 Sự phân phối công suất theo cách này là không thực tế là vì đối với phụ tải

cân bằng luôn luôn có I 1 I 2  I 3  0 và do đó các dây nối giữa O và n có thể

dùng chung một dây, dây này không tải dòng điện nào cả và có thể bỏ luôn trong

một hệ thống ba pha ba dây không có trung tính Phụ tải giờ đây được mắc ∆ hay Y,

cả hai cách mắc này đều có thuận lợi như: ít tốn dây dẫn, ít tốn tổn hao Joule, sụt áp

từ nguồn đến tải ít hơn so với cách nối ba pha riêng rẽ, đó là chưa nói tới những

thuận lợi về kích thước, giá thành và hiệu suất của các máy điện ba pha

Tình trạng này được giả thiết trong nhiều bài toán về hệ thống ba pha cân bằng

Vì lý do đó, có nhiều thuận tiện để đơn giản mạch điện bằng cách thay thế nó trên

cơ sở một pha và như vậy cách nối Y dễ hình dung nhất (Hình 1.13)

Luận văn thạc sĩ Trang 18

1.4.1 Đường dây truyền tải ngắn

Hiện tại chưa có một ranh giới rõ rệt cho đường dây ngắn, trung bình và dài vì

còn phụ thuộc vào mức độ chính xác bài toán Về mặt giải tích, mô hình tương

đương một đường dây ngắn áp dụng tốt cho đường dây dưới 50 km

Mạch tương đương của đường dây ngắn chỉ gồm tổng trở nối tiếp đường dây và

I R

Có thể kiểm tra tính chất A D - B C = 1

Đồ thị vectơ cho trường hợp tải có tính dung (Hình 1.15)

f

UN.

I

.

U.P

IR

1.4.2 Đường dây có chiều dài trung bình

Khi chiều dài của đường dây tăng lên, nếu chỉ dùng sơ đồ đường dây ngắn sẽ không chính xác vì như vậy đã bỏ qua tổng dẫn rẽ (dung dẫn) của đường dây Ranh giới giữa đường dây dài và trung bình thường vào khoảng từ 200-250 km

Đường dây trung bình có thể thay thế gần đúng bằng mạch tương đương 

hoặc T

 Mạch  chuẩn:

- Tổng trở nối tiếp Z = z0l = (r0 + jx0).l

0

z : tổng trở của một đơn vị chiều dài dây;

l: chiều dài đường dây

Luận văn thạc sĩ Trang 20

Hình 1.16 : Mạch π-chuẩn của đường dây có chiều dài trung bình

Y Z Y

 U N



+ . 12

Phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận:

Với UN là điện áp đầu nhận khi đường dây đầy tải

Phần trăm thay đổi điện áp đầu nhận được hiểu là độ tăng điện áp tính theo phần trăm của điện áp đầu nhận ứng với đường dây đầy tải khi đường dây trở nên không tải

Y Z

C=Y

tìm được theo phương pháp tương tự như mạch 

Luận văn thạc sĩ Trang 22

Mạch π chuẩn và T chuẩn không tương đương nhau trong phép biến đổi Y-∆ vì chỉ là biểu diễn gần đúng

Chương 2: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI

2.1 Cấp phân phối của hệ thống điện

Cấp phân phối của hệ thống điện, thường gồm có 2 cấp điện áp: Điện áp sơ cấp

và điện áp phát tuyến tương đối cao (15kV, 22kV), điện áp thứ cấp hay điện áp tiêu thụ là điện áp thấp (110V, 220V, 380V)

Nhiệm vụ của cấp phân phối là phân phối điện năng cho các phụ tải nhỏ (sinh hoạt) và các phụ tải tương đối nhỏ (thương mại và công nghiệp nhỏ) Mặc dù phần lớn điện năng sản xuất được bán cho cấp phân phối nhưng cấp này lại được chia thành một số lớn các mảng độc lập và mỗi phần nhỏ này chỉ tiếp nhận một lượng công suất vừa phải và chỉ liên kết về điện với nhau thông qua cấp truyền tải phụ

Một phần phân chia của cấp phân phối được gọi là mạch phân phối Thường thì

các mạch phân phối được cách biệt nhau về địa lý Tuy vậy, trong một số trường hợp vẫn có sự đan xen nhau giữa các vùng của mạch phân phối Hiện tại, mạch

phân phối đơn giản được cung cấp từ một trạm phân phối (trạm biến áp), phụ tải của

những mạch được giữ đủ nhỏ sao cho một mạch như vậy có thể bị cắt điện, chẳng hạn do sự cố, có thể được tái lập lại sau đó mà không gây biến động trong các phần mạch còn lại

Hệ thống phân phối thông dụng có thể được phân phối như sau:

 Hệ thống hình tia

 Hệ thống vòng kín

Luận văn thạc sĩ Trang 24

theo thứ tự nêu trên Quan trọng hơn hết có lẽ là hệ thống hình tia (dùng trong vùng nông thôn, thành phố hay ngoại ô) và hệ thống thứ cấp (dùng cho các khu vực thương mại ở những thành phố lớn)

2.2 Hệ thống phân phối hình tia:

Kiểu hệ thống phân phối này chủ yếu được dùng trong những vùng có mật độ phụ tải thấp như ở nông thôn hay ở thị trấn nhỏ và còn được dùng rộng rải ở những vùng có mật độ phụ tải trung bình như ở ngoại ô và đô thị Nó có chi phí xây dựng thấp nhất nên tính linh hoạt và liên tục cung cấp điện bị hạn chế

Hình 2.1 minh họa một hệ thống phân phối hình tia gồm một mạch đường dây nhánh và các mạch thứ cấp liên kết với nó Điện năng được cung cấp vào đường dây nhánh tại điểm nối với các thanh cái của trạm biến áp phân phối Đoạn thứ nhất của mạch sơ cấp giữa thanh góp của trạm và điểm nối đầu tiên với máy biến áp phân

phối gọi là điểm cung cấp được gọi là mạch nhánh còn gọi là phát tuyến hay là phần

“tốc hành” của mạch sơ cấp Các nhánh rẽ của đường dây nhánh là dây nhánh phụ

hay nhánh rẽ Tên gọi đường dây sơ cấp được dùng để gọi chung cho dây nhánh và

dây nhánh phụ

Hình 2.1: Hệ thống phân phối hình tia

Trạm phân phối thường thuộc loại ba pha bốn dây Do vậy, đường nhánh và một số đường nhánh phụ là loại ba pha bốn dây trong khi đó vẫn có một số ít đường nhánh phụ là một pha hai dây Điện áp của đường dây nhánh sơ cấp được xác định chủ yếu bởi khảo sát kinh tế, thường yêu cầu điện áp cao hơn khi mật độ phụ tải tăng hay chiều dài đường dây tăng Trong các khu vực đô thị hay ngoại ô, ở đó

Luận văn thạc sĩ Trang 26

tại trạm phân phối, nhưng có thể nối đất trung tính lập lại Điều này làm giảm chi phí xây dựng đường dây vì giảm dược phí tốn của máy biến áp và các thiết bị khác Máy cắt chính đường dây nhánh dùng để cắt đường dây khi sửa chữa và còn để bảo vệ ngắn mạch Máy cắt này có trang bị rơle dòng điện để cắt đường dây ngay lập tức khi có ngắn mạch xảy ra ở bất cứ điểm nào trên đường dây nhánh Khi máy cắt mở ra, sự cố được giải trừ nhưng việc cung cấp cho phụ tải bị gián đoạn

Việc cắt điện như vậy rõ ràng là điều không mong muốn nếu nó kéo dài trong một khoảng thời gian sau khi mỗi tác động của máy cắt, và những tác động như vậy

có thể xảy ra thường xuyên khi có sấm sét hay dông bão Do vậy khi có thiết kế máy cắt phải xét đến việc phần lớn sự cố của đường dây trên không (80-90%) là sự

cố thoáng qua và chúng sẽ biến mất (do tác dụng khử ion hoá của hồ quang) trong khoảng 10 chu kỳ sau khi dòng điện hồ quang bi dập tắt Theo đó, máy cắt đường dây nhánh còn được trang bị thêm thiết bị tự đóng lại ¼ đến ¾ giây sau khi máy cắt

mở ra và một phần lớn các trường hợp việc tự đóng lại để tái lập là thành công Phần lớn các máy cắt cho phép tự đóng lại từ 2 đến 3 lần trước khi cắt dứt khoát trong thường hợp sự cố tiếp tục duy trì Một khi bị khoá lại ở vị trí mở do sự cố có duy trì, đội sửa chữa đường dây sẽ xác định nơi sự cố bằng cách quan sát hoặc là

mở các dao cách ly trên từng phân đoạn một và thử đóng lại đường dây Vì phải mất thời gian di chuyển từ dao cách ly này đến dao cách ly khác nên một số công ty điện

ở nước ngoài thao tác đóng cắt dao cách ly bằng điều khiển từ xa và từ văn phòng trung tâm Tuy vậy, việc cách ly đường dây có thể thực hiện bằng một cách tự động bằng cách dùng cầu chì tự rơi thay cho dao cách ly và dễ dàng tìm được nơi xảy ra

sự cố

Việc sửa chữa các phân đoạn đường dây bị sự cố có thể kéo dài, do đó để cải thiện nhiều điều kiện cung cấp điện, cần xây dựng thêm các đường dự trữ còn gọi là đường nối khẩn cấp Đó là những đoạn đường dây sơ cấp có thể chuyển hệ thống hình tia thành ra một mạng điện kín ngoại trừ khi các mạch vòng của mạng điện được giữ như một mạng hở bằng cách mở dao cách ly lúc bình thường và chỉ đóng lại lúc khẩn cấp Đường dây khẩn cấp thường được dùng trong mạng điện cung cấp

trong thành phố đặc biệt là là nếu hệ thống cung cấp được xây dựng một phần hay toàn phần bằng cáp ngầm

Máy biến áp phân phối trên hệ thống điện hình tia thường là loại treo trên trụ

hay đặt trên giàn và một số các máy biến áp phân phối hiện đại khi xuất xưởng đều

có trang bị thêm các phụ kiện cần cho vận hành và bảo vệ, điều này cũng có ý nghĩa

là máy biến áp có tự trang bị các bảo vệ tương đương với một trạm biến áp hoàn chỉnh

Tổng quát, máy biến thế phân phối thuộc loại một pha hay ba pha Phía sơ cấp thường có đầu phân áp cho phía thứ cấp Những đầu này chỉ có thể được thay đổi nếu máy biến áp được cắt điện và nắp máy được mở ra Máy biến áp phân phối thường trang bị thêm cầu chì ở phía sơ cấp để bảo vệ ngắn mạch

2.3 Hệ thống mạch vòng thứ cấp

Khi càng có nhiều phụ tải điện sử dụng động cơ điện thì phát sinh vấn đề nhấp nháy ánh sáng đến việc cần thiết phải sửa đổi hệ thống phân phối hình tia trong đó mỗi đường dây cái thứ cấp được cung cấp từ một máy biến áp riêng và không quan

hệ về điện với các đường dây thứ cấp khác Trong một hệ thống như vậy, dòng điện khởi động của động cơ là lớn so với dòng phụ tải bình thường của máy biến áp sẽ gây sụt áp đột ngột và gây chớp đèn Tuy vậy, nếu các dây cái thứ cấp đuợc nối vòng như trong hình 2.2 thì dòng khởi động từ một trong ba dây cái thứ cấp sẽ được phân chia trên ba máy biến áp và giảm được độ sụt áp

Luận văn thạc sĩ Trang 28

và đường rẽ vẫn giữ nguyên như trong mạch hình tia (hình 2.3) Mục đích của việc

bố trí này là để cân bằng phụ tải trên hai đường nhánh nhờ vào đường dây nối

thường trực và do dó làm bằng phẳng quan hệ điện áp theo thời gian đặt biệt là khi

có sự khác biệt về thời gian giữa các phụ tải đỉnh của các phụ tải Trong trường hợp

có sự cố, máy cắt đường dây mở tức thời và tách rời hai đường dây nhánh

Hình 2.3: Phát tuyến nối vòng bằng máy cắt thường đóng trên đường nối khẩn cấp Một dạng khác của mạch vòng đường dây nhánh được vẽ trong (hình 2.4) dùng chủ yếu cho một số phân đoạn có phụ tải công nghiệp Mục đích là để cải thiện độ sụt áp và độ tin cây cung cấp điện Để đạt được điều này, một số máy cắt có trang bị bảo vệ quá dòng có hướng, trong trường hợp sự cố xảy ra ở bất kì phân đoạn nào, hai máy ở hai đầu phân đoạn mở ra và loại trừ được sự cố mà không bị mất điện ở bất cứ phụ tải nào

Luận văn thạc sĩ Trang 30

Hình 2.4: Phát tuyến nối mạch vòng

2.5 Hệ thống phân phối mạng điện thứ cấp

Hệ thống mạng điện thứ cấp là hệ thống tin cậy nhất của hệ thống phân phối và

có đặc tính điện áp cũng như chống nhấp nháy ánh sáng tốt nhất Mạng điện này có giá thành xây dựng cao và do đó chủ yếu là dùng cho các khu vực có mật độ phụ tải lớn như các khu dân cư và thương mại trong thành phố Nó còn được áp dụng rộng rãi cho các khu công nghiệp mà yêu cầu về điện áp, sự linh hoạt và liên tục cung cấp điện là ưu tiên hàng đầu như hình 2.5

Điện áp của mạch phân phối thứ cấp là 380/220 V hay 220/127 V ba pha bốn dây và các đường dây cái thứ cấp nối thành mắt lưới gần như đi theo đường phố Mỗi phân đoạn của lưới là một đường 3 pha bốn dây đi dọc theo đường phố gọi là dây cái thứ cấp có thể là đường trên không hay đường cáp

Luận văn thạc sĩ Trang 32

điện áp thấp đều “cháy giải trừ” và vẫn đễ cho đường dây làm việc liên tục bình thường nếu như dòng ngắn mạch đủ lớn

Trong một số mạng điện hay trên một số phân đoạn của mạng điện dòng ngắn mạch có thể không đủ lớn để cháy giải trừ sự cố, trong những trường hợp như vậy, ngắn mạch duy trì có thể lảm hư hỏng dây dẫn của các phân đoạn đó Để khắc phục tình trạng này, người ta dùng các bộ phận “hạn chế” mắc chen vào giữa dây cái ở những điểm nối Bộ hạn chế là một loại cầu chì đặt biệt có đặc tính thời gian trì hoãn và chỉ đứt nếu ngắn mạch duy trì

Lưới thứ cấp được cung cấp từ hệ thống phân phối sơ cấp qua các máy biến áp phân phối hay biến áp mạng điện thường là máy biến áp ba pha công suất 150 kVA đến 1500 kVA và một số các máy biến áp một pha Chúng được phân bố đều trên mạng điện Hình.2.5 cho thấy một số trường hợp trong đó một máy biến áp được đặt

ở mỗi điểm nối của đường dây cái Thực tế, tuỳ theo mật độ phụ tải mà các máy biến áp được phân bố dày hơn hay thưa hơn

Các máy biến áp được cung cấp từ các tuyến sơ cấp có điện áp cao từ 4 kV đến

20 kV và thường là hình tia nghĩa là các tuyến này không nối kết với nhau ngoại trừ

ở thanh góp của trạm biến áp phân phối Phát tuyến thường là đường dây ba pha ba dây hoặc bốn dây, trên không hoặc cáp ngầm, các đường dây này chỉ đóng cắt duy nhất từ máy cắt tác động theo bảo vệ quá dòng đặt ở đầu đường dây ở thanh cái trạm biến áp phân phối và mở ra khi có ngắn mạch trên phát tuyến Máy cắt này tự

nó không giải trừ được sự cố vì ngắn mạch vẫn còn tồn tại (sau khi máy cắt đầu đường dây mở) từ phía mạng thứ cấp xuyên qua máy biến áp phân phối Tình trạng này được khắc phục bằng “bộ bảo vệ mạng điện” thực chất là một máy cắt điện áp thấp mà sẽ tự động mở khi có dòng công suất chạy ngược nghĩa là đi từ mạng hạ áp ngược trở lại máy biến áp

Dao cách ly thuần tuý thao tác bằng tay khi không có dòng điện được đặt giữa phát tuyến và máy biến áp Dao cách ly được mở ra khi sửa chữa đường dây và dao thường được nối đất để bảo vệ an toàn khi sửa chữa đường dây

2.6 Hệ thống mạng điện sơ cấp

Hình 2.6: Hệ thống mạng phân phối sơ cấp

Hệ thống mạng điện sơ cấp được dùng trong khu vực thành phố Tổng quát hệ

thống này yêu cầu một lượng lớn các trạm biến áp công suất nhỏ và nhiều mạch

truyền tải phụ đi đến các trạm này hơn là trong hệ thống hình tia Nhưng hệ thống

này có đặt tính tốt hơn, có tính điện áp tốt hơn, có tính liên tục cung cấp điện cao và

Luận văn thạc sĩ Trang 34

2.7 Trạm biến áp phân phối

Trạm biến áp phân phối là điểm chuyển điện năng giữa hệ thống truyền tải phụ

và hệ thống phân phối Trước đây thường tập trung một số lớn các tuyến được cung cấp từ một số lượng nhỏ các trạm phân phối có người trực nhật Các trạm này

thường được xây dựng riêng lẻ nên mức tiêu chuẩn hoá về cách bố trí các thiết bị không cao

Trong những năm gần đây, khuynh hướng mới là phân rải việc chuyển công suất cho một số lớn các trạm phân phối nhỏ chỉ cung cấp một số lượng vừa phải các phát tuyến Những trạm này thường không có người trực mặc dù đôi khi phải giám sát, thường là loại hợp bộ, bọc kim loại được chế tạo từ nhà máy và có độ tiêu chuẩn hoá rất cao Loại trạm phân phối đơn giản nhất được cung cấp từ một đường dây lộ đơn truyền tải phụ, một máy biến áp và có thể có một hay nhiều đầu ra phát tuyến phía thứ cấp như hình 2.7

Sơ đồ này giá thành không cao và độ tin cậy thấp và chỉ dùng ở nông thôn hay

đô thị có mật độ tải thấp Trong hệ thống mạng phân phối sơ cấp, các trạm này được dùng ở những nơi có phụ tải cao (hình 2.6) và các cấu trúc mạng điện phải có độ tin cậy cần thiết Một phương án khác của mạch truyền tải phụ, có cách bố trí khí cụ có thể thao tác bằng tay hay tự động như trong hình 2.8

Sơ đồ thứ ba đắt tiền hơn hai sơ đồ đầu nhưng được chuộng hơn không những

vì chuyển mạch tự động khi có sự cố trên đường dây truyền tải phụ mà bởi vì nó vẫn hoạt động trong trường hợp máy biến áp bị hư hỏng

Hình 2.7: Trạm biến áp phân phối đơn giản

Luận văn thạc sĩ Trang 36

khi không có điện áp về phía nối với phía đường dây tải phụ Mặt khác, khi mắc với

sơ đồ hệ thống mạch kín hay hệ thống mạng điện cả hai máy cắt đều thường đóng

Sự chuyển đổi dao cách ly tự động cùng với việc giảm bớt số máy cắt có thể được

thực hiện bằng cách dùng máy cắt nối phân đoạn ở thanh góp điện áp thấp như hình

2.9

Hình 2.9: Trạm biến áp phân phối với máy cắt nối phân đoạn phía điện áp thấp

Trong hình 2.9.a máy cắt phân đoạn có thể thường đóng hay thường mở tuỳ

theo sơ đồ bảo vệ hình 2.9.b) là sự phát triển của sơ đồ hình 2.9.a) cho trạm có

nhiều phát tuyến, mỗi máy biến áp thường cung cấp cho hai phát tuyến và nếu một

trong các máy biến áp bị mất điện từ phía truyền tải phụ thì hai phát tuyến được

chuyển sang các phân đoạn lân cận qua máy cắt phân đoạn, chỉ có 50% quá tải sự

cố được phân bố trên máy biến áp còn lại Các hệ thống đặc biệt tin cậy chẳng hạn

hệ thống mạng thứ cấp cũng đòi hỏi được cung cấp từ các trạm biến áp phân phối

đặc biệt tin cậy Sơ đồ Hình 2.10 dùng hệ thống hai thanh góp phía điện áp thấp

Luận văn thạc sĩ Trang 38

phụ có thể có hay không có thanh góp phụ (vẽ đứt nét trong hình 2.10) dùng để cung cấp cho máy biến áp khi đường dây truyền tải phụ nối với biến áp này bị sự

cố Còn nhiều sơ đồ phức tạp hơn cũng được dùng bên phía truyền tải phụ ngay cả khi dùng hệ thống thanh góp đôi như ở điện áp thấp Vì sự cố máy biến áp ít khi xảy

ra cho hệ thống truyền tải phụ nên sự cố máy biến áp không là vấn đề quan tâm, máy biến áp được bảo vệ như một phần của đường dây truyền tải phụ và sẽ không

có máy cắt hay cầu chì ở phía cao áp của máy biến áp trừ khi dòng ngắn mạch gây

ra bởi sự cố máy biến áp quá nhỏ đến nổi không tác động máy cắt đường dây

Chương 3: CÁC THIẾT BỊ FACTS

3.1 Mô tả và Định Nghĩa :

Flexible AC transmission system (FACTS) : Các hệ thống truyền dẫn xoay chiều sử dụng các thiết bị chuyển đổi điện từ công suất và các bộ điều khiển thích hợp nhằm nâng cao khả năng điều khiển và tăng cường khả năng truyền tải công suất trên lưới điện

Các bộ biến đổi công suất cơ bản :

- Bộ nghịch lưu áp

- Bộ nghịch lưu dòng

3.2 Cấu trúc chính :

Có 4 loại cấu trúc chính sau :

- Thiết bị điều khiển nối tiếp (Series Controller)

- Thiết bị điều khiển song song (Shunt Controller)

- Thiết bị kết hợp nối tiếp-nối tiếp (Combined series-series controller)

- Thiết bị kết hợp nối tiếp-song song (Combined series-shunt controller)

3.2.1 Thiết bị điều khiển nối tiếp:

Thiết bị điều khiển nối tiếp có thể là trở kháng chỉnh được như tụ, cuộn kháng hay thiết bị biến đổi bán dẫn công suất có khả năng điều khiển nguồn ở tần số lưới hoặc tần số các sóng hài bậc cao Về nguyên lý, thiết bị điều khiển nối tiếp sẽ áp đặt một điện áp nối tiếp với điện áp lưới Điện áp thiết lập nối tiếp cũng có thể tạo nên

Luận văn thạc sĩ Trang 40

chung Thiết bị điều khiển song song dạng đơn giản có thể chỉ là một trở kháng biến thiên đặt tại nhánh rẽ của lưới Phụ thuộc quan hệ giữa dòng qua nhánh rẽ và điện

áp tại điểm đấu dây, thiết bị điều khiển song song có thể chỉ tiêu thụ công suất phản kháng hoặc cả công suất tác dụng

3.2.3 Thiết bị kết hợp điều khiển nối tiếp - nối tiếp:

Thiết bị kếp hợp điều khiển nối tiếp - nối tiếp có thể dạng kết hợp các thiết bị điều khiển nối tiếp của các đường dây nằm trong hệ thống phát tuyến (multiline transmission system) và chúng được điều khiển năng lượng phức hợp (unified controller), trong đó các thiết bị điều khiển nối tiếp sẽ cung cấp công phản kháng độc lập cho từng đường dây đồng thời tạo điều kiện trao đổi công suất tác dụng giữa các đường dây qua cấu trúc liên kết công suất trong thiết bị (power link)

3.2.4 Thiết bị kết hợp điều khiển nối tiếp – song song:

Thiết bị điều khiển nối tiếp – song song có thể là sự kết hợp thiết bị điều khiển nối tiếp – song song, được điều khiển phối hợp hoặc thiết bị điều khiển phức hợp gồm 2 phần tử nối tiếp và song song Về nguyên lý, thiết bị kết hợp nối tiếp – song song tạo nên dòng điện rẽ nhánh tại mạch nhánh tạo bởi phần tử song song của thiết

bị và áp đặt một điện áp nối tiếp trên đường dây trên chính phần tử nối tiếp của thiết

bị Khi các phần tử nối tiếp và song song kết hợp với nhau, chúng có thể trao đổi công suất thực với nhau thông qua phần tử liên kết công suất

3.2.5 Các tính chất:

Cần nhấn mạnh là thiết bị điều khiển mắc nối tiếp có ảnh hưởng việc biến đổi điện áp và do đó tác động trực tiếp lên dòng điện và công suất Vì thế nếu mục tiêu chính của ứng dụng là điều khiển dòng điện, công suất và dập tắt dao động thì các thiết bị điều khiển công suất hàng MVA có tác dụng hiệu quả gấp nhiều lần so với thiết bị điều khiển song song

Thiết bị điều khiển song song hoạt động như nguồn dòng điện đi vào nhánh rẽ của đường dây có tác dụng điều khiển tốt điện áp tại điểm đấu dây chung hoặc vùng lân cận nó, bằng cách điều khiển dòng điện phản kháng hoặc cả dòng điện phản