Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp: Chapter 2 - TS. Nguyễn Nhật Nam, TS. Huỳnh Quốc Việt

Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp - Chapter 2: Thiết kế dường dây truyền tải cung cấp cho người học các kiến thức: Các yêu cầu thiết kế đường dây, chọn cấp điện áp, chọn dây dẫn, bố trí dây dẫn, sứ cách điện,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chapter 2

THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

2.1 Các yêu cầu thiết kế đường dây

Có khả năng chịu được CS

yêu cầu, tải liên tục, không hư

hỏng cơ học

2.2 Chọn cấp điện áp

o Tổn thất và độ sụt áp trên đường dây phụ thuộc rất nhiều vàođiện áp, công suất, và chiều dài đường dây (yêu cầu), thông sốđường dây

o Chọn lựa cấp điện áp theo cấp điện thế chuẩn của từng quốc gia.Các điện áp chuẩn thường được dùng là 11 kV, 22 kV, 35 kV, 66

2.2 Chọn cấp điện áp

o Bảng thống kê cấp điện áp tính theo P.l (kW.km)

U (kV) Tải đường dây P.l

2.2 Chọn cấp điện áp

o Bảng thống kê cấp điện áp và chiều dài đường dây

U (kV) Chiều dài đường dây (km)

Tối thiểu Tối đa

2.3 Chọn dây dẫn

o Dây dẫn có thể là dây đồng, nhôm, hoặc dây nhôm lõi thép(ACSR) Cấp trung thế thường dùng dây đồng có vỏ cáchđiện Cấp cao thế thường dùng ACSR trần

o Dây dẫn được chọn lựa dựa vào khả năng mang tải an toàn,tổn thất, sụt áp, nhiệt độ cho phép, …

o Dây dẫn được chọn cần lấy các thông số như bán kính, sốsợi, dòng điện định mức…

2.4 Bố trí dây dẫn

o Việc bố trí dây dẫn phụ thuộc vào U và khoảng vượt Dâydẫn không được chạm vào nhau do độ võng khi có gió haynhiệt độ thay đổi

o Việc bố trí này cũng ảnh hưởng đến L và C

Mối quan hệ giữa điện áp và

khoảng cách tương đương giữa

các dây pha

2.4 Bố trí dây dẫn

Một số cách bố trí dây dẫn thông dụng trên trụ điện

2.5 Vầng quang điện

o Khi điện thế trên dây dẫn tăng tới giới hạn thì sẽ xuất hiện trên

bề mặt dây dẫn ánh sáng màu tím nhạt và âm thanh Hiệntượng này gọi là vầng quang

2.5 Vầng quang điện

o Ở điện thế giới hạn (điện trường giới hạn), không khí baoquanh dây dẫn bị ion hóa mạnh do vạ chạm và coi như dẫnđiện, làm cho dây dẫn trở nên có điện trở lớn hơn Do đó, tổnhao đường dây tăng lên

o Sự xuất hiện vầng quang phụ thuộc chủ yếu vào cường độđiện trường cục bộ trên bề mặt dây dẫn Điện trường này bịảnh hưởng bởi điều kiện bề mặt của dây dẫn: độ nhám, ẩmướt,…

2.5 Vầng quang điện

3,92 273

b t

2.5 Vầng quang điện

Bài tập 2.1: Tìm tổn hao vầng quang của đường dây 3 pha dài 100

km với dây dẫn đường kính 20 mm và bố trí tam giác đều, khoảngcách trung bình giữa các pha là 8 m Điện áp dây là 240 kV, tần số

50 Hz, dây sạch và nhẵn, áp suất không khí là 75 cmHg và nhiệt độkhông khí là 30ºC

ĐS: U0 = 136,69 kV

Pc = 0,024 kW/pha/km

P = 7,2 kW

2.6 Sứ cách điện

o Sứ cách điện được thiết kế và sản xuất cho cấp điện thế nhất định.

o Điện thế tối đa cho mỗi sứ là 35 kV.

o Các dạng sứ thường gặp: sứ đỡ, sứ treo, sứ căng

2.6 Sứ cách điện

o Sứ đỡ

2.6 Sứ cách điện

o Sứ treo

2.6 Sứ cách điện

o Sứ căng

2.6 Sứ cách điện

o Sự phân bố điện thế của sứ treo : Khi có điện áp xoay

chiều đặt vào chuỗi sứ, thì điện áp trên các bát sứ không bằng nhau do dòng điện dung không bằng nhau trên suốt

chuỗi sứ Ngoài điện dung giữa các bát sứ còn có điện dunggiữa bát sứ với trụ, xà, dây dẫn

2.6 Sứ cách điện

o Trường hợp 1: bỏ qua ảnh hưởng của điện dung giữa chỗnối bát sứ và dây dẫn

• Gọi điện dung giữa các bát

sứ là C, điện dung giữa chỗ

Xà

Trụ

4 16 64

44164

2.6 Sứ cách điện

o Trường hợp 2

• Gọi điện dung giữa các bát sứ

là C, điện dung giữa chỗ nối

e n



2.6 Sứ cách điện

o Số lượng bát sứ: phụ thuộc vào mức điện áp và sự phân bố điện

áp lên chuỗi sứ Thiết kế có thể dựa vào tiêu chuẩn mỗi bát sứchịu tối đa 35 kV

2.7 Tải tổng trở sóng

o Khi đường dây truyền tải hòa hợp tải (phối hợp trở kháng giữatổng trở tải và tổng trở sóng đường dây) thì dòng điện đầu nhậnlà:

N N

C

U I

Z



o Tải tương ứng với tổng trở sóng ở cấp điện áp định mức gọi là

tải tổng trở sóng (surge impedance loading)

• Tính dòng điện dung khi đường dây không tải

• Chọn số bát sứ, điện áp trên mỗi bát sứ

• Tìm công suất tải tối đa trên đường dây từ tổng trở sóng

• Tính lượng bù cần thiết để nâng cao hệ số công suất

• …

2.8 Thiết kế phần điện

Bài tập 2.2: Thiết kế đường dây ba pha 50Hz công suất tải

85 MW cosφ = 0.9(trễ) có chiều dài 160 km Độ sụt áp nhỏ hơn 12.5% điện áp đầu nhận, hiệu suất 95% và tổn thất vầng quang nhỏ hơn 0.6 kW/km.

2.9 Sức căng – độ võng

2.9 Sức căng – độ võng

o Tải cơ giới: - Trọng lượng dây dẫn theo phương thẳng đứng

- Tác dụng của gió theo phương nằm ngang

o Khoảng vượt: khoảng cách giữa các cột

o Độ võng: độ chùn xuống của dây dẫn do tải cơ giới

o Sức căng: lực kéo tác dụng lên dây dẫn

*** Có mối liên hệ giữa khoảng vượt, độ võng và sức căng

a: hệ số không đồng đều của

gió phụ thuộc vào vận tốc

Tải cơ giới

o Giả thiết phụ tải cơ giới phân bố đều dọc theo dây dẫn

o Tải trọng của gió trên 1 m dây: (gió/m)

(trọng lượng/m)

Tỷ tải do tải trọng của gió

Tỷ tải do trọng lượng dây dẫn

H là thành phần ngang của lực căng

T là lực căng dây tại P

 là góc tiếp tuyến với dây dẫn tại P so với trục hoành

ds là gia số chiều dài dây dẫn

sinh

ds dx

o Các phương trình được đóng khung cho thấy mối quan hệ giữa

chiều dài, lực căng tại P với tọa độ của điểm P và lực căng ngang tại O

x

3 2

2 0

24

S g S

L





2.9 Sức căng – độ võng

o Chú ý: khi có gió thì có tỷ tải do tải trọng gió nên ta phải tính

độ võng trong mặt phẳng nghiêng (f’) sau đó suy ra độ võng

trong phương thẳng đứng

2

0

' '

8

S g f





'cos W cos

2.9 Sức căng – độ võng

Bài tập 2.2: Cho đường dây đồng có khối lượng riêng 8,9 g/cm3 vàđường kính 1 cm Khoảng vượt của đường dây là 200 m và ứngsuất tại O là 2000 kg/cm2 Tính độ võng của đường dây biết tảitrọng của gió là 0,4 kg/m và 2 trụ có cùng độ cao

ĐS: f = 2,23 m

o Giả thiết: tại nhiệt độ θ1 dây dẫn có tỷ tải g1 và ứng suất σ1 nên

độ dài dây khoảng vượt là:

2 3

24



 

2 1

1

2

2 3

2 2

2 1

2 2 2 2

2 2 1

g S E

S g f



2.9 Sức căng – độ võng

Bài tập 2.3: Cho đường dây cáp đồng tiết diện 38 mm2 có khoảngvượt 200 m, trong điều kiện nặng nề nhất ở nhiệt độ 15ºC, có gióvới hệ số gia trọng m =1,94, ứng suất đạt cực đại 10 kg/mm2 Hãy:

a) Xác định ứng suất khi nhiệt độ 15ºC không gió