Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp - Chapter 1: Các thông số đường dây truyền tải trên không cung cấp cho người học các kiến thức: Các phần tử chính của đường dây, điện trở, điện cảm, điện dung, mô hình đường dây. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1Chapter 1
CÁC THÔNG SỐ DƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI TRÊN KHÔNG
1.1 Các phần tử chính của đường dây
Trang 22/58 1.1 Các phần tử chính của đường dây
Dây chống sét
Cách điệnDây dẫn
Trụ điện
* Thông số đường dây: R, L, C
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 33/53 1.2 Điện trở
o Các loại dây dẫn
ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced)
ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced)
AAAC (All Aluminium Alloy Conductor)
Trang 44/53 1.2 Điện trở
( )
DC
l R
Trang 55/53 1.2 Điện trở
o Điện trở AC
Hiệu ứng mặt ngoài của dây dẫn do tần số
R
R DC điện trở DC trên 1 m chiều dài dây
Khi dòng điện xoay chiều đi qua dây dẫn, mật
độ dòng điện ở mặt ngoài sẽ cao hơn mật độ
dòng điện ở trung tâm dây dẫn
Trang 66/53 1.2 Điện trở
Khi một dây dẫn mang điện, nhiệt độ của nó sẽ đạt đến
giá trị ổn định theo phương trình sau:
( Nhiệt lượng sinh ra do I 2 R )+( Nhiệt lượng hấp thụ từ bức
xạ mặt trời ) = ( Nhiệt lượng tỏa ra do quá trình đối lưu
không khi ́)+( Nhiệt lượng tỏa ra do bức xạ )
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 77/53 1.2 Điện trở
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
( Nhiệt lượng sinh ra do I 2 R ) (W/m)
2 20
( Nhiệt lượng hấp thụ từ bức xạ mặt trời ) (W/m)
d m : đường kính dây dẫn
s a : hệ số hấp thụ (1 cho vật đen, 0.6 cho dây dẫn mới)
Is : cường độ bức xạ mặt trời (W/m 2 ), 1000-1500 W/m 2
Trang 88/53 1.2 Điện trở
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
( Nhiệt lượng tỏa ra do đối lưu không khí ) (W/m)
Δt = t-t môi trường : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường
p: áp suất khí quyển (atmorpheres)
v m : vận tốc gió (m/s)
Trang 99/53 1.2 Điện trở
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
( Nhiệt lượng tỏa ra do bức xạ ) (W/m)
a r : hệ số bức xạ bề mặt (1 cho vật đen, 0.5 cho oxit nhôm
hoặc đồng)
Trang 1010/53 1.2 Điện trở
o Ảnh hưởng của điện trở đường dây
-Tổn thất trên đường dây RI 2
-Giảm khả năng mang dòng của đường dây, đặc biệt ở các vùng
có nhiệt độ cao
-Làm giảm các quá điện áp do sét hoặc hoạt động đóng cắt
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 1111/53 1.3 Điện cảm
o Xem xét một dây dẫn bán kính r mang dòng điện I, mật độ từ
thông (Wb/m2) bên trong và bên ngoài dây dẫn:
7 2 7
Trang 1212/53 1.3 Điện cảm
o Từ thông móc vòng tổng trên mỗi đơn vị chiều dài trong dây dẫn
Với r’ = re-0,25 = 0,779r là bán kính tự thân của dây dẫn
(GMR-Geometric Mean Radius) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 1313/53 1.3 Điện cảm
o GMD tự thân của dây dẫn bện nhiều sợi với số sợi khác
Trang 1414/53 1.3 Điện cảm
o Trường hợp 1: đường dây 1 pha 2 dây dẫn bán kính r cách
nhau một khoảng D
* Điện cảm hai dây dẫn: dây dẫn thứ hai được xem như đường đi về,
điện cảm sinh ra bởi dây dẫn tăng gấp đôi
Trang 1515/53 1.3 Điện cảm
o Trường hợp 2: đường dây 3 pha đối xứng DAB = DBC = DCA
Điện cảm ba pha giống nhau và điện cảm một pha (thí dụ pha
Trang 1616/53 1.3 Điện cảm
o Trường hợp 3: đường dây 3 pha không đối xứng, dây dẫn phải
được hoán vị đầy đủ để điện cảm ba pha giống nhau Điện
Trong đó D m là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây
dẫn (GMD- Geometric Mean Distance)
Trang 1717/53 1.3 Điện cảm
o Trường hợp 4: đường dây 3 pha lộ kép gần nhau (có hoán vị)
Mạch tương tương với một pha có 2 dây
Trang 1818/53 1.3 Điện cảm
Trang 1919/53 1.3 Điện cảm
Trang 2020/53 1.3 Điện cảm
o Trường hợp 5: đường dây 3 pha có phân pha, mỗi pha có 4
dây (Trên đường dây phân pha hoặc dây chùm, một pha gồm
nhiều dây dẫn bố trí theo một đa giác đều để tăng khả năng
truyền tải và giảm hiệu ứng vầng quang)
Trang 2121/53 1.3 Điện cảm
o Chú ý: công thức tổng quát tính điện cảm của đường dây
truyền tải trên không:
Trang 2222/53 1.3 Điện cảm
Trang 2323/53 1.3 Điện cảm
o Bài tập 1: cho đường dây 3 pha hoán vị đầy đủ được bố trí
như hình vẽ Mỗi dây dẫn được bện từ 7 sợi và đường kính
ngoài là của dây dẫn là 15 mm Tính điện cảm trên từng km
Trang 2424/53 1.3 Điện cảm
o Bài tập 2: cho đường dây lộ kép 3 pha có hoán vị được cho
như hình vẽ Bán kính mỗi dây là 1,25 cm Tính toán cảm
kháng trên 1 km mỗi pha biết tần số của hệ thống là 50 Hz
Trang 2525/53 1.3 Điện cảm
o Bài tập 3: cho đường dây 3 pha lộ kép có hoán vị được cho
như hình vẽ Đường kính mỗi dây là 5 cm Tính toán cảm
kháng trên 1 km mỗi pha biết tần số của hệ thống là 50 Hz
30 cm
5 m
Trang 2626/53 1.4 Điện dung
o Điện trường không tồn tại bên trong dây dẫn như từ trường
o Nếu dây dẫn mang điện tích q (C/m) trên đơn vị chiều dài, thì
mật độ điện thông D ở khoảng cách x là
( ) 2
P r
Trang 2727/53 1.4 Điện dung
o Trường hợp 1: đường dây 1 pha 2 dây dẫn bán kính r cách
Trang 2828/53 1.4 Điện dung
o Trường hợp 2: đường dây 1 pha với đường về là đất
* Điện dung giữa dây dẫn và đất
9
1
( F m) 2
18 10 ln
AN
C
h r
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 2929/53 1.4 Điện dung
o Trường hợp 4: đường dây 3 pha không đối xứng có hoán vị
Trang 3030/53 1.4 Điện dung
o Chú ý: công thức tổng quát tính điện dung của đường dây
truyền tải trên không:
1
( m) 2
• Dm: giống với trường hợp tính điện cảm
• Ds cách tính giống với trường trường hợp tính điện cảm
nhưng dùng bán kính thật r thay cho r’.
D D
o Dung dẫn YC 2 fCAN (1/ m)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 3131/53 1.4 Điện dung
o Chú ý: Sự phụ thuộc của điện dung C với đường kính dây dẫn,
Trang 3232/53 1.5 Mô hình đường dây
o Đầu đường dây: công suất SP, dòng điện IP, điện áp UP.
o Cuối đường dây: công suất SN, dòng điện IN, điện áp UN.
o Đường dây: các thông số đường dây trên một đơn vị chiều
dài, điện trở r, cảm kháng x, dung dẫn b, điện dẫn rò g.
INĐường dây
1.5.1 Đường dây truyền tải
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 3333/53 1.5 Mô hình đường dây
o Các đại lượng điện quan tâm: điện áp, dòng điện, công suất,
hệ số công suất ở đầu và cuối đường dây.
o Phần trăm sụt áp: % P N 100%
N
U U U
1.5.1 Đường dây truyền tải
Trang 3434/53 1.5 Mô hình đường dây
Phân loại đường dây
o Ngắn: l < 80 km
o Trung bình: 80 km ≤ l ≤ 240 km
o Dài: l > 240 km
Dường dây có chiều dài l
1.5.1 Đường dây truyền tải
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 3535/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 3636/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 3737/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 3838/53 1.5 Mô hình đường dây
1.5.2 Những biểu thức tổng quát
Tính toán quan hệ giữa 2 điểm P và Q
2
2 2
Trang 39U I
sinhcosh
Trang 4040/53 1.5 Mô hình đường dây
N P
Trang 4141/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 4242/53 1.5 Mô hình đường dây
Đường dây ngắn: bỏ qua điện trở rò và điện dung Y 0
1
01
A
B Z C
Trang 4343/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 4444/53 1.5 Mô hình đường dây
Bên cạnh cách tính thông thường trên số phức cho
mạch tương đương, có thể tính đơn giản bằng số
thực theo phương pháp từng bước từ dữ liệu của
điện áp và công suất tại đầu nhận.
U
P X Q R U
Trang 4545/53 1.5 Mô hình đường dây
Tổn thất công suất phản kháng (3 pha)
Tổn thất công suất tác dụng (3 pha)
Trang 4646/53 1.5 Mô hình đường dây
Công suất tại đầu phát
Trang 4747/53 1.5 Mô hình đường dây
o Bài tập 4: cho l = 10 km, r0 = 0,1 Ω/km, x0 = 0,2 Ω/km
PN = 5000 kW cos N = 0,8 trễ
Trang 4848/53 1.5 Mô hình đường dây
Đường dây trung bình: bỏ qua điện trở rò và điện dung G 0
o Giả sử điện dung đường dây
tập trung ở giữa đường dây
Mô hình hình T
o Giả sử mỗi nửa điện dung đường dây đặt ở mỗi đầuđường dây
Mô hình hình Π
(Được sử dụngphổ biến)CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Trang 4949/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 5050/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 5151/53 1.5 Mô hình đường dây
Phương pháp từng bước cho mô hình hình Π
Trang 5252/53 1.5 Mô hình đường dây
Phương pháp từng bước cho mô hình hình Π
Trang 5353/53 1.5 Mô hình đường dây
Phương pháp từng bước cho mô hình hình Π
B2: Công suất ở cuối tổng trở Z
U
Trang 5454/53 1.5 Mô hình đường dây
Trang 5555/53 1.5 Mô hình đường dây
B6: Công suất ở đầu tổng trở Z
Trang 5656/53 1.5 Mô hình đường dây
Bài tập 5: Giải lại bài tập 4 bằng mô hình hình Π
l = 10 km, r0 = 0,1 Ω/km, x0 = 0,2 Ω/km, b0 = 4×10-6 (1/Ωkm)
PN = 5000 kW cos N = 0,8 trễ
Trang 5757/53 1.5 Mô hình đường dây
Bài tập 6: r0 = 0,1Ω/km, l0 = 1,1mH/km,
c0 = 0,02μF/km, f = 60 Hz.
, %, , cos , ?
Trang 5858/53 1.5 Mô hình đường dây
Bài tập 7: Cho dây AC-70 (7 sợi, đường kính ngoài 11,4 mm) dài 150 km, bố trí trên trụ như hình vẽ, hoán vị đầy
đủ, f = 50 Hz Tải có công suất S = 50+j45 MVA Điện áp đầu nhận là 110kV Tính công suất phát và hiệu suất đường dây Cho r0 = 0,1 Ω/km.