Bài giảng mạng lưới điện 1 (đại học chính quy)

Trong những năm gần đây máy biến áp tự ngẫu được sử dụng rộng rãi do những đặc tính ưu việt của chúng như sau: - Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp tự ngẫu nhỏ h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NGUYỄN THỊ THÙY DƯƠNG

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

MẠNG LƯỚI ĐIỆN 1

(ĐẠI HỌC CHÍNH QUY)

HƯNG YÊN 2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Chương 1 5

THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 5

1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 5

1.1.1.Sơ đồ đẳng trị của đường dây 5

1.1.2 Điện trở tác dụng 5

1.1.3 Điện kháng của đường dây 6

1.1.4 Điện dẫn tác dụng của đường dây 9

1.1.5 Điện dẫn phản kháng của đường dây 12

1.2 MÁY BIẾN ÁP 13

1.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây 13

1.2.2 Máy biến áp ba dây quấn 17

1.2.3 Máy biến áp tự ngẫu 20

1.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ THIẾT BỊ BÙ 24

1.4 PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN PHỤ TẢI KHI TÍNH CHẾ ĐỘ CÁC MẠNG VÀ HỆ THỐNG 25

1.4.1 Phụ tải được biểu diễn bằng dòng điện không đổi về modul và góc pha (hình 1.10,a) 25

1.4.2 Phụ tải được cho bằng công suất không đổi về giá trị 27

1.4.3 Phụ tải được biểu diễn bằng tổng trở hay tổng dẫn không đổi (hình 1.10 c,d) 27

1.4.4 Phụ tải được cho bằng các đường đặc tính tĩnh 28

1.4.5 Phụ tải được biểu diễn bằng các dòng điện ngẫu nhiên 28

Chương 2 29

PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA MẠNG ĐIỆN 29

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 29

2.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY THEO DÒNG ĐIỆN PHỤ TẢI 30

2.2.1 Cho điện áp ở cuối đường dây 2 U = const 30

2.2.2 Cho điện áp ở đầu đường dây 1 U =const 34

2.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÔNG SUẤT PHỤ TẢI 35

2.3.1 Cho điện áp ở cuối đường dây U2  = const 35

2.3.2 Cho điện áp ở đầu đường dây U  1 = const 36

2.4 ĐIỆN ÁP GIÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 38

2.4.1 Điện áp giáng 38

2.4.2 Tổn thất điện áp 38

2.5 TÍNH CHẾ DỘ MẠNG ĐIỆN THEO CÔNG SUẤT CÁC PHỤ TẢI 41

2.5.1 Cho điện áp ở cuối đường dây 41

2.5.2 Cho điện áp của nút nguồn cung cấp 44

2.6 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN CÓ NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH KHÁC NHAU 45

2.6.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp 45

2.6.2 Tính các thông số chế độ của trạm biến áp 46

2.6.3 Tính chế độ mạng điện có nhiều cấp điện áp 48

2.7 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG PHÂN PHỐI HỞ ĐIỆN ÁP U ≤ 35 kV 50

2.8 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY CÓ PHỤ TẢI PHÂN PHỐI ĐỀU 53

2.9 TÍNH CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN KÍN 55

2.9.1 Phụ tải tính toán của trạm biến áp 55

2.9.2 Tính các dòng công suất khi không xét đến tổn thất công suất 57

2.10 TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 64

Chương 3 70

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 70

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 70

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 71

3.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN 73

3.4 CHỌN CÁC ĐẦU ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 74

3.4.1 Thiết bị chuyển đầu điều chỉnh điện áp của máy biến áp 74

3.4.2 Máy biến áp không điều chỉnh dưới tải 74

3.4.3 Máy biến áp điều chỉnh dưới tải 78

3.4.4 Máy biến áp ba cuộn dây 81

3.4.5 Máy biến áp tự ngẫu 82

3.4.6 Máy biến áp điều chỉnh đường dây 89

3.5 ĐIỀU CHỈNH MẠNG ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠNG ĐIỆN 91

3.6 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỒI DÒNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 94

3.6.1 Máy bù đồng bộ 95

3.6.2 Tụ điện 96

Chương 4 98

CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN 98

4.1 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO ĐIỀU KIỆN KINH TẾ 98

4.2 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY THEO TỔN THẤT CHO PHÉP CỦA ĐIỆN ÁP 100

4.2.1 Xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây có một phụ tải 100

4.2.2 Xác định tiết diện dây dẫn cho đường dây có nhiều phụ tải 101

4.3 CHON TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 103

4.4 CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA MẠNG ĐIỆN ÁP DƯỚI 1000V KẾT HỢ VỚI CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 104

4.4.1 Chọn các thiết bị bảo vệ 104

4.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn 107

Chương 5 109

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 109

5.1.KHÁI NIỆM CHUNG 109

5.2 TỐI ƯU HÓA CÔNG SUẤT CỦ CÁC THIẾT BỊ BÙ 109

5.3 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 113

5.4.CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KINH TẾ CỦA CÁC MÁY BIẾN ÁP 120

5.5 TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CỦA MẠNG ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 122

5.5.1 Phân phối tự nhiên và kinh tế của công suất trong mạng điện kín không đồng nhất 122

5.5.2 Chọn các thông số của các máy biến áp có điều chỉnh nối tiếp – song song 125

5.5.3.Chọn thông số của thiết bị bù nối tiếp 129

5.5.4 Hở các mạch vòng của mạng điện kín 130

Chương 6 132

PHỤ TẢI TÍNH TOÁN VÀ CHIẾU SÁNG 132

6.1 PHỤ TẢI TÍNH TOÁN TRONG MẠNG PHÂN PHỐI 132

6.1.1 Khái niệm chung 132

6.1.2 Biểu đồ phụ tải 134

6.1.3 Các phương pháp tính toán phụ tải điện 135

6.2 PHỤ TẢI CHIẾU SÁNG 140

6.2.1 Khái niệm chung 140

6.2.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng 144

CÂU HỎI, BÀI TẬP VÀ ĐÁP ÁN MÔN CHƯƠNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN 1 155

Chương 1 THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

1.1.1.Sơ đồ đẳng trị của đường dây

Mỗi đường dây đều có điện trở R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G và điện dẫn phản kháng B Thực tế các tham số R, X, G, B phân bố đều đặn dọc theo đường dây Nhưng với mạng điện chiều dài nhỏ hơn 300km, ta có thể dùng tham số tập trung để tính toán thì rất đơn giản mà sai số nhỏ có thể chấp nhận được Vậy đối với mạng điện địa phương, mạng khu vực ta đều dùng tham số tập trung để tính trừ đường dây siêu cao áp

Ta coi tham số của đường dây là tập trung để tính và có sơ đồ đẳng trị của đường dây như sau (hình 1.1)

G và B ta thường chia làm đôi, một nửa tập trung ở đầu đường dây, một nửa tập trung ở cuối đường dây

Đối với đường dây điện áp thấp ( 35kV) công suất nhỏ ta chỉ cần xét R và X (bỏ qua ảnh hưởng của G và B) Đối với đường dây điện áp lớn hơn 110kV ta phải xét cả R,

X, G, B đôi khi cũng có thể bỏ qua ảnh hưởng của G không cần xét tới

1.1.2 Điện trở tác dụng

Điện trở tác dụng trên một km chiều dài dây dẫn đối với dòng điện 1 chiều ở nhiệt

độ tiêu chuẩn (  = 200C) xác định theo công thức:

F F

F – Tiết diện dây dẫn

Hình 1- 1 Sơ đồ đẳng trị của đường dây

Chú ý: Điện trở tác dụng của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ của dây

rt = r0{1+( - 20)} (/km) (1.2)

Trong đó: l là chiều dài đường dây

1.1.3 Điện kháng của đường dây

Dây dẫn mạng điện xoay chiều, xung quanh mỗi sợi dây xuất hiện từ trường xoay chiều, có từ thông biến đổi nên phải xét đến từ trường xoay chiều nghĩa là phải xét tới tự cảm L; dây dẫn của ba pha đặt gần nhau nên có hỗ cảm M Như vậy ta phải xét tới cảm kháng X của đường dây

a Khi dây dẫn bố trí đối xứng trên 03 đỉnh của tam giác đều

Điện kháng của đường dây được xác định như sau:

-  là hệ số từ dẫn của nguyên liệu chế tạo dây dẫn

Nếu dòng điện xoay chiều có tần số f = 50Hz, dây dẫn là kim loại màu có 1 thì:

x0 = 0,144 log

r

D

b Khi dây dẫn bố trí không đối xứng

Khi dây dẫn bố trí trên cột không đối xứng thì điện kháng mỗi dây không giống nhau (tự cảm thì đều giống nhau, còn hỗ cảm thì khác nhau) và do đó mặc dù phụ tải của mỗi pha đều giống nhau, nhưng điện áp giáng U trên mỗi pha thì khác nhau (vì Za Zb Zc)

DDD

Để giải quyết ta dùng phương pháp hoán vị (hình 1-2) Sau một khoảng l nào đó lại hoán vị một lần, như vậy điện kháng x của ba pha đều giống nhau Với đường dây 110,

220 kV thường khoảng 100 km thì hoán vị một chu kỳ, tức là l có độ dài là 30 km

Điện kháng của một km đường dây đã hoán vị vẫn tính bằng biểu thức (1.4) nhưng thay D bằng Dtb, trong đó Dtb là trị số trung bình hình học của ba khoảng cách giữa các pha (hình 1-3)

Dtb = 3

31 23

/km để tính sơ bộ thiết kế mặc dầu chưa biết tiết diện của dây dẫn

Hình 1-2 Sơ đồ hoán vị dây dẫn

A

B

C

Từ biểu thức tính x0 (1.4), ta thấy muốn giảm điện kháng x0 (để tăng khả năng tải điện) thì làm giảm D, như vậy không cho phép do các điện của đường dây Tăng r, như vậy gây ra lãng phí Có thể dùng cách phân nhỏ dây dẫn của các pha (hình 1-4) Kinh nghiệm cho thấy:

Ta thấy rằng phân nhỏ dây dẫn thì điện kháng càng giảm nhưng cấu tạo đường dây lại phức tạp rất nhiều vì vậy cần chọn số lượng dây phân nhỏ một cách hợp lý Điện kháng của đường dây có n dây mỗi pha (dây phân nhỏ) được xác định theo biểu thức

Bán kính đẳng trị rdt của dây dẫn được xác định như sau: rdt = n

tb

a

Trong đó:

- n là số dây phân nhỏ của 1 pha

- r là bán kính thực của dây dẫn

các dây dẫn quá nhỏ Vậy việc xác định điện kháng của dây cáp bao giờ cũng tiến hành theo các số liệu của nhà máy

Có thể tính theo biểu thức trên hoặc tra bảng

1.1.4 Điện dẫn tác dụng của đường dây

Ở các mạng điện cao áp, khi cách điện không tốt gây ra tổn thất do rò điện trên mặt sứ xuống đất và sự iôn hoá không khí gây ra tổn thất do hiện tượng vầng quang điện

a Hiện tượng vầng quang điện

Khi thời tiết ẩm ướt, ban đêm có thể thấy ở xung quanh mỗi dây dẫn cao áp có một vầng sáng xanh Vì khi không khí ẩm, dưới tác dụng của cường độ điện trường đủ lớn, tầng không khí xung quanh dây dẫn bị iôn hoá và trở thành dẫn điện, một phần năng lượng sẽ thoát theo đường đó, vì vậy tổn thất lượng điện năng là A

Hiện tượng vầng quang điện xuất hiện khi trị số điện áp U của đường dây lớn hơn

Khi cường độ điện trường E trên mặt ngoài của dây dẫn vượt quá (1719)kV/cm

sẽ xuất hiện vầng quang điện

Cường độ điện trường E chủ yếu do đường kính d của dây dẫn và điện áp U của đường dây quyết định và xác định theo biểu thức sau:

180sin.2

Trong đó:

- U là điện áp dây của đường dây, kV

- n là số dây phân nhỏ của 1 pha

- r là bán kính của mỗi dây, cm

a

0 (cm)

Với:

- a là khoảng cách giữa các dây phân nhỏ trong 1 pha, cm

- n là số dây phân nhỏ của 1 pha

Nếu mỗi pha chỉ dùng một dây dẫn thì cường độ điện trường bằng:

Emax =

r

Dlg.r

U.354,0

tb (kV/cm) (1.14)

Nếu dây dẫn bố trí trên mặt phẳng ngang thì biểu thức trên cho ta trị số cường độ điện trường cực đại của các pha bên Còn cường độ điện trường của pha giữa thì lớn hơn

là 10%

Phân tích biểu thức (1.12) ta thấy muốn giảm E phải sử dụng các phương pháp sau:

- Tăng D, như vậy không kinh tế vì cột phải làm rộng hơn và khi tăng D thì E giảm được ít vì D đứng sau dấu log

- Tăng r, thì tương đối tốt vì gần như là r tỷ lệ nghịch với E Chính vì thế nên đã quy định:

+ Với điện áp 110kV thì đường kính dây dẫn d > 9,9 mm

+ Với điện áp 150kV thì d > 13,9 mm

+ Với điện áp 220kV thì d > 21,5 mm

Với mục đích chống vầng quang điện mà dùng dây lớn quá thì lại lãng phí về mặt dẫn điện Để giải quyết vấn đề này có dùng dây rỗng, nhưng về mặt chế tạo cũng như lúc xây dựng bảo quản gặp nhiều khó khăn Để thể nâng cao điện áp phát sinh vầng quang điện bằng cách phân nhỏ dây dẫn của mỗi pha, vì nó làm giảm được cường độ điện trường xung quanh dây phân nhỏ đó Đường dây 500kVtừ nhà máy thuỷ điện trên sông Đà cũng phân mỗi pha làm 4 dây nhỏ với mục đích để hạn chế phát sinh vầng quang điện

Thường điện áp vận hành từ 60kV trở lên mới phải xét đến tổn thất do vầng quang điện gây nên

b Hiện tượng rò điện

Ngoài tổn thất công suất do phát sinh vầng quang điện, đường dây trên không còn có tổn thất công suất tác dụng do rò điện, hiện tượng rò điện sinh bởi các nguyên nhân sau:

- Bản thân lớp men sứ không nhẵn, cường độ điện trường phân bố không đều trên mặt sứ

- Mặt sứ bị bẩn do bụi, các sợi bông, chất hoá học, mưa phùn do đó mặt sứ trở lên dẫn điện và dòng điện sẽ rò xuống đất Ban đêm ta sẽ thấy sáng xanh và nghe tiếng lạch tách trên đường dây (110500)kV, tổn thất công suất tác dụng do dòng diện rò trên mặt sứ cách điện

và tổn thất trong chất điện môi của sứ thường rất nhỏ, vì vậy không xét đến

Khi tính toán mạng điện, tổn thất công suất tác dụng do vầng quang điện được

đường dây tính trên 1km chiều dài, được xác định từ biểu thức:

0U

dây Tra trong các bảng tra

U là điện áp định mức của đường dây, kV

Ngoài ra ở đường dây cáp cao áp, cũng có tổn thất điện năng do dòng điện chạy rò chạy qua chất cách điện của dây cáp Dòng điện đó gồm có thành phần tác dụng do dòng điện rò qua điện dẫn và sự định hướng của các phân tử lưỡng cực Tổn thất công suất tác dụng trong chất điện môi của cáp phụ thuộc vào kết cấu của cáp và điện áp định mức của cáp, đối với cáp (110220) kV thì tổn thất đó khoảng vài kW trên 1km đường dây

1.1.5 Điện dẫn phản kháng của đường dây

Điện dẫn phản kháng (hay còn gọi là dung kháng) của đường dây do trị số điện dung giữa các dây dẫn với nhau và trị số điện dung giữa các dây và đất xác định

Khi tính toán kỹ thuật của đường dây trên không thường bỏ qua ảnh hưởng của điện dung đối với đất, sai số của kết quả tính toán không vượt quá 5%

Điện dung của 1 km đường dây trên không, tải điện xoay chiều ba pha có thể tính được bằng biểu thức

tb

10.r

Dlg

024,

Dlg

58,

nhưng phải thay r bằng rdt, rdt được xác định theo biểu thức (1.9)

Biểu thức (1.18) có thể áp dụng cho cả những đuờng dây kép trên cùng một cột Dung kháng của dây cáp phụ thuộc vào kết cấu của cáp và người ta thường lấy theo số liệu của xưởng chế tạo

Đường dây trên không khi có điện áp đặt vào bao giờ cũng có một dòng điện dung

I0 ngay cả lúc không tải Dòng điện diện dung I0 vuợt trước điện áp một góc 900 Khi trị

số điện áp dọc theo toàn bộ đường dây không đổi thì dòng điện điện dung bằng:

1

bằng MVAr

Đối với đường dây trên không chỉ khi nào U > 110kV, đối với đường dây cáp chỉ

mạng cáp (610)kV cũng có khi phải xét điện điện dung Ic trong trường hợp cần phân tích tình trạng vận hành không bình thường của mạng như một pha chạm đất Đối với đường dây trên không điện áp 110kV thì cứ 100 km đường dây, công suất phản kháng

do điện dung đường dây sinh ra khoảng 3.5MVAr

Giá trị b0 có thể tính theo biểu thức trên hoặc tra trong các bảng tra

Điện dẫn phản kháng trên đường dây:

1.2.1 Máy biến áp hai cuộn dây

1.2.1.1 Sơ đồ thay thế của máy biến áp 2 dây quấn

Trong mạng điện gồm nhiều cấp điện áp, các cấp điện áp được liên hệ với nhau qua các máy biến áp vì vậy số lượng máy biến áp trong mạng điện khá lớn Máy biến áp

khiến cho điện áp của hộ dùng điện bị thay đổi nhiều

Sơ đồ thay thế của máy biến áp, sau khi đã quy về sơ cấp (hình 1-5a), trong đó:

Hình 1- 5 Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai dâyquấn

- R1, X1 là điện trở và cảm kháng của cuộn sơ cấp

- R'1, X'2 là điện trở cảm kháng của cuộn thứ cấp đã quy đổi về bên sơ cấp

- Tổn thất công suất phản kháng ở cuộn sơ và thứ do từ thông rò (X1, X'2)

- Tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của máy biến áp do dòng điện Foucault sinh ra (GB)

Máy biến áp lúc vận hành bị nóng lên vì:

- Tổn thất về đồng (R1, R'2)

- Tổn thất về thép (GB)

Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc điện áp

Sơ đồ thay thế hình T ở trên không tiện lợi cho việc tính toán Nếu ta bỏ qua không xét tới dòng điện không tải chạy trong cuộn sơ cấp thì ta có thể dùng sơ đồ (hình 1-5b), trong đó các tham số của máy biến áp có thể coi như không đổi, sai số gây ra rất nhỏ, nhưng tính rất tiện lợi

Trong sơ đồ này RB = R1 + R'2 và XB = X1+ X'2

định trong mọi trường hợp (không tải, quá tải ) và bằng lúc không tải PFe = P0 và có thể dựa vào bảng số liệu của nhà chế tạo cho Ta cũng thấy tổn thất công suất phản kháng

đối với mỗi máy biến áp nhất định Vì vậy có thể thay tổng dẫn của máy biến áp bằng công suất không tải của nó để vẽ sơ đồ thay thế trong lúc tính toán (hình 1-5c)

SFe = PFe + jQFe

Trong các mạng điện địa phương và ngay cả trong các mạng điện khu vực đôi khi không cần chú ý tới tổng dẫn của máy biến áp, tất nhiên có sai số, lúc đó sơ đồ thay thế biến áp trong mạng điện đến sức đơn giản (hình 1-5d)

1.2.1.2 Tham số của máy biến áp hai dây quấn

Các tham số của máy biến áp gồm: RB, XB, GB, BB

Thường với máy biến áp nhà chế tạo cho ta 4 tham số sau:

thời cũng bằng PN khi làm thí nghiệm ngắn mạch tức là khi IN = Idm)

3U

Udm N

điện định mức Iđm

I

Idm 0

- PFe là tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép, và nó bằng tổn thất không tải

PFe = P0

Dựa vào 4 tham số nhà chế tạo cho ta, ta sẽ xác định được thông số của máy biến áp

Tổn thất đồng trong 3 pha của máy biến áp

PCu = PN = 3.I2đm RBVậy: RB =

2 dm

2 dm N 2

dm

2 dm Cu 2

dm 2 dm

2 dm Cu 2

dm

Cu

S

U.PS

U.PU

.I.3

U.PI

.3

dm

2 dm NS

U.P



áp dây, Sdm là của 3 pha)

Theo định nghĩa có:

3U

U

dm

3U

ZIdm

B dm

3U

XI

dm

B dm

Nếu xét chính xác: UN = Idm.ZB nhưng vì trong máy biến áp XBbằng RB do đó điện

Từ biểu thức trên ta rút ra:

XB =

100.I.3

dm dm N

U.100.I.3

U.U

%

U

=

100.S

Thì: XB =

dm

2 dm N

Ta có biểu thức xác định tổn thất công suất tác dụng không tải là:

Ta có biểu thức xác định tổn thất công suát phản kháng là:

QFe = Q0 = BB U2đm Nên: BB =

2 dm

S

nên: i0% =

dm dm 0

U3S

S

IU3

= dm

0

SS

Trong đó: S0 là công suất không tải (còn gọi là tổn thất công suất không tải S0



1.2.2.1 Sơ đồ thay thế của máy biến áp 3 dây quấn

Nếu máy biến áp ba dây quấn thì sơ đồ thay thế như (hình 1-6):

Chú ý: Trong sơ đồ bao giờ cũng vẽ tổng dẫn ở chỗ dòng điện đi vào (về phía trước cuộn sơ)

1.2.2.2 Tham số của máy biến áp ba dây quấn

Máy biến áp ba dây quấn có ba loại

- Loại 1: Ba dây quấn đều có dung lượng bằng dung lượng định mức 100/100/100%

Điện trở của ba cuộn dây đó đều bằng nhau

RB(C ) = RB(T ) = RB(H ) = RB[100]

Theo qui định: Tổn thất đồng phải tính ở trường hợp bất lợi nhất trong lúc vận hành tức là lúc một cuộn dây không làm việc, còn lại hai cuộn dây làm việc với phụ tải định mức Lúc đó tình trạng giống hệt như máy biến áp 2 dây quấn Vậy ta có:

RB(C ) = RB(T ) = RB(H) = 2

dm

2 dm N

S.2

U.P



103 = RB[100]

(chia cho 2 vì 2 nhánh làm việc nối tiếp, ở đây ta tính cho 1 nhánh)

Hình 1-6 Sơ đồ thay thế của máy biến áp ba dây quấn

- Loại 2: Dung lượng 3 cuộn là 100/100/66,7%

Nếu dung lượng của 1 trong 3 cuộn dây chỉ bằng 66,7% và như đã biết cuộn dây

có dung lượng nhỏ thì tiết diện dây quấn nhỏ cho nên điện trở lớn Vậy điện trở dây quấn tỷ lệ nghịch với dung lượng

RB[66,7] =  

7,66

100

T ( B 2 dm )

C ( B 2

3

1R

.I3

2R

.I

T ( B 2 dm )

C ( B 2

3

1R

.5,1.I3

2R

.I

Tính ra có:

dm

2 dm NS.83,1

U.P

U.P



103 () còn RB(T)= RB(H) = 1,5 RB(1)

UN(T-H)%, UN(C-H)%

Trong đó:

- UN(C-T)% là điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa là khi ngắn mạch cuộn T, cuộn H hở mạch, cuộn C đặt vào một điện áp sao cho dòng trong cuộn C và T là định mức thì điện áp trên cuộn C là trị số đó

- UN(T-H)% là điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa là khi ngắn mạch

cuộn H, cuộn C hở mạch, cuộn T đặt vào một điện áp sao cho dòng trong cuộn T và H là định mức thì điện áp trên cuộn T là trị số đó

- UN(C-H)% là điện áp ngắn mạhc so với điện áp định mức, nghĩa là khi ngắn mạch cuộn H, cuộn T hở mạch, cuộn C đặt vào một điện áp sao cho dòng trong cuộn C và H là định mức thì điện áp trên cuộn C là trị số đó

điện áp giáng trên cảm kháng của máy biến áp có thể lấy bằng điện áp ngắn mạch

%U

%U

%U

1.2.3 Máy biến áp tự ngẫu

1.2.3.1 Đặc điểm của máy biến áp tự ngẫu

Trong những năm gần đây máy biến áp tự ngẫu được sử dụng rộng rãi do những đặc tính ưu việt của chúng như sau:

- Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp tự ngẫu nhỏ hơn máy biến áp 3 cuộn dây cùng công suất Ví dụ, máy biến áp tự ngẫu một pha 220/110kV dung lượng là 40MVA có tổn thất công suất trong lõi thép và cuộn dây là 210 kW, còn trong máy biến áp thường công suất như thế thì tổn thất là 373 kW

- Máy biến áp tự ngẫu giá tiền rẻ hơn

- Trọng lượng máy biến áp tự ngẫu nhỏ hơn Trọng lượng phần ruột của máy biến

áp tự ngẫu 1 pha 220/110kV dung lượng 40MVA là 27 000 kg, còn máy biến áp thường

là 58 000 kg

Bởi vậy máy biến áp tự ngẫu cùng kích thước sẽ có dung lượng lớn hơn

- Máy biến áp tự ngẫu, trung điểm của nó phải nối đất nên nó được sử dụng trong các mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất Ở mạng trung điểm cách điện hay nối đất qua thiết bị bù lên máy biến áp tự ngẫu không dùng được

Máy biến áp tự ngẫu có liên hệ về điện giữa cuộn cao và trung áp nên làm phức tạp bảo vệ rơ le và điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện, những khó khăn này làm hạn chế việc dùng rộng rãi máy biến áp tự ngẫu trong hệ thống điện Hiện nay máy biến áp tự ngẫu được dùng rộng rãi trong lưới điện 110 kV trở lên với công suất lớn

a) Sơ đồ thay thế của máy biến áp tự ngẫu

Sơ đồ cuộn dây một pha máy biến áp tự ngẫu 3 dây quấn được trình bày trên (hình 2-7) Cuộn dây giữa các đầu ra C và T gọi là cuộn nối tiếp, còn giữa T và O gọi là cuộn chung

Hình 2-7 Sơ đồ của máy biến áp tự ngẫu

IH

Int

Ich

CTH

b) Công suất định mức, công suất tiêu chuẩn

và công suất tiêu chuẩn Stc

Công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu là công suất giới hạn lớn nhất cho phép qua cuộn cao áp của máy biến áp tự ngẫu Gọi Iđm(C), Iđm(T), Iđm (H) là các dòng điện định mức của máy biến áp tự ngẫu trên các cuộn dây cao áp, trung áp, hạ áp Trị số đó

Iđm(C) =

  C dm

dm

U3S

áp, thì dòng điện đi qua cuộn nối tiếp là Iđm(C) và công suất của cuộn nối tiếp đó là:

Đồng thời lúc đó trong cuộn chung cũng có dòng điện Ich đi qua (Ich = IT – IC) và công suất của cuộn chung là:

) C ( dm

U

U

Tóm lại, công suất tính toán của cuộn dây Cao và Trung của máy biến áp tự ngẫu

Hệ số

H H

1.2.3.2 Tham số của máy biến áp tự ngẫu

Với máy biến áp tự ngẫu nhà sản xuất cho ta tổn thất công suất khi ngắn mạch giữa các cuộn dây

P N(C-T),P’N(C-H), P’N(T-H)

Hình 2-8.Sơ đồ thay thế của máy biến áp tự ngẫu

tự ngẫu Điện trở của các nhánh đẳng trị phải tính theo cùng một công suất P’N(C-H),

P’N (T-H) phải được tính đổi theo công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu

PN(C-H) = P’N(C-H)

 

2 H C N 2

tc

dm P'S

tc

dm P'S

2 dm C N

S

U.P

S

U.P

S

U.P



Với máy biến áp tự ngẫu, nhà sản xuất cũng cho ta các điện áp ngắn mạch

UN(C-T)%, U'N(C-H)%, U' N(T-H)%

Điện áp ngắn mạch UN(C-T)% được tính theo dung lượng định mức Sđm của máy biến áp tự ngẫu, còn U'N(C-H)% và U'N(T-H)% tính theo dung lượng của cuộn dây hạ áp nghĩa là theo dung lượng tiêu chuẩn Stc

Để tính được điện áp ngắn mạch của từng nhánh của hình sao ta phải tính đổi U'N(C-H)% và U'N(T-H)% theo dung lượng định mức của máy biến áp tự ngẫu

Tương tự như trong máy biến áp ba dây quấn, điện áp ngắn mạch của từng nhánh hình sao của sơ đồ đẳng trị máy biến áp tự ngẫu là:

UN(C )% =      

2

%U

%U

%U

%U

%

UNCH  NTH  NCT

=UN(C-H)% - UN(C )%

Điện kháng của từng cuộn dây là:

XB(C ) =

dm

2 dm ) C ( N

Để bù công suất phản kháng do các phụ tải và các phần tử của mạng điện tiêu thụ, cũng như để bù các thông số phản kháng của đường dây có thể sử dụng các thiết bị

bù, ví dụ các bộ tụ, các máy bù đồng bộ, các kháng điện…

Các bộ tụ, các máy bù đồng bộ được sử dụng để phát công suất phản kháng vào các nút của mạng lưới điện Các thiết bị bù này được nối vào thanh góp của các trạm và được gọi là các thiết bị bù song song hay bù ngang Trong các sơ đồ thay thế các thiết bị

bù công suất phản kháng thường được biểu diễn như nguồn cung cấp Trong các trường hợp này sơ đồ thay thế các thiết bị bù công suất phản kháng do các thiết bị bù phát ra được cho ở các sơ đồ thay thế

Các thiết bị bù công suất phản kháng của mạng điện là các bộ tụ mắc nối tiếp với đường dây (bù dọc), các kháng điện nối song song… Trong các sơ đồ thay thế các thiết

bị bù này được biểu diễn bằng các thông số phản kháng tương ứng: dung kháng của các

bộ tụ, điện dẫn phản kháng của kháng điện

Dung kháng của các bộ tụ đặt nối tiếp vào đường dây () được xác định theo công thức

2 3 dd dd

1

.10

t C

t

U X



C- điện dung của bộ tụ

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý mắc nối tiếp Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý nối kháng

Điện dẫn phản kháng của kháng điện bù song song (hình 1.9) được xác định theo công thức:

3 dd

2 dd

.10 ;

K K

Tổn thất công suất tác dụng trong các thiết bị bù không được phản ánh trong sơ

đồ thay thế Tính đến ảnh hưởng của tổn thất công suất tác dụng chỉ yêu cầu trong khi đánh giá hiệu quả kinh tế của mạng điện

1.4 PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN PHỤ TẢI KHI TÍNH CHẾ ĐỘ CÁC MẠNG

biến áp khu vực Thường giả thiết rằng, điện áp của các nguồn cung cấp đã biết Khi cho phụ tải ở dạng dòng điện không đổi (1.55) chế độ xác lập của mạng được mô tả bằng hệ phương trình đại số tuyến tính

Hình 1.10 Các phương pháp cho phụ tải trong khi tính các chế độ

a Dòng không đổi về modul và góc pha, b Công suất không đổi về modul

b Tổng dẫn và tổng trở không đổi ; e Các đặc tĩnh tính của phụ tải theo điện áp

g Dòng điện ngẫu nhiên

1.4.2 Phụ tải được cho bằng công suất không đổi về giá trị

Ppt= const; Qpt=const .

Phương pháp biểu diễn công suất bằng phụ tải không đổi là khá chính xác đối với các hệ thống điện có đủ các thiết bị điều chỉnh điện áp Trong các hệ thống điện này, điện áp ở các hộ tiêu thụ giữ không đổi nhờ các máy biến áp và máy biến áp tự ngẫu điều chỉnh điện áp dưới tải, cũng như các máy biến áp điều chỉnh đường dây Ngoài ra, còn sử dụng rộng rãi các phương tiện điều chỉnh điện áp tại chỗ (các bộ tụ điều khiển, các máy bù đồng bộ…) Trong các điều kiện này, điện áp thực tế ở các hộ phụ tải không thay đổi khi thay đổi chế độ và công suất toàn phần của phụ tải không thay đổi

Trong khi tính các mạng phân phối điện áp thấp, phụ tải được cho bằng công suất không đổi

1.4.4 Phụ tải được cho bằng các đường đặc tính tĩnh

Công suất tác dụng và công suất phản kháng là các đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của phụ tải tiêu thụ điện năng Công suất tiêu thụ của phụ tải phụ thuộc vào điện áp và tần số Đồ thị đặc trưng cho sự phụ thuộc vào điện áp hay tần số trong chế độ xác lập được gọi là đường đặc tính tĩnh của phụ tải

Các đặc tính tĩnh của phụ tải theo

điện áp (hình 1 10,e) phản ánh đầy đủ

hơn các tính chất của phụ tải so với

trường hợp cho bằng dòng điện, công

suất hay tổng trở không đổi, song sử

dụng phương pháp này dẫn đến sự phức

tạp trong quá trình tính toán Trong

nhiều trường hợp các đường đặc tính

tĩnh này không biết và chỉ có thể sử

dụng các đường đặc tính điển hình Xét

đến các đường đặc tính tĩnh theo điện áp

ảnh hưởng chủ yếu đến các kết quả tính

chế độ xác lập sau sự cố khi điện áp

khác nhiều so với điện áp danh định

Các đường đặc tính tĩnh theo điện áp đối

với các phương pháp biểu diễn khác

nhau của phụ tải cho trên hình 1.11

Đường 1- tương ứng với

*pt( )

1.4.5 Phụ tải được biểu diễn bằng các dòng điện ngẫu nhiên

Phụ tải được cho bằng các đại lượng ngẫu nhiên được sử dụng trong khi tính toán chế độ của các hệ thống điện có tỷ lệ phụ tải kéo lớn Điện khí hóa giao thông là một dạng đặc biệt của phụ tải điện, phụ tải này thay đổi theo thời gian về giá trị và vị trí nối Các phụ tải kéo được biểu diễn dưới dạng I.pt  q trong đó q- là đại lượng ngẫu nhiên (hình 1.10g) Phân tích chế độ có xét đến tính chất ngẫu nhiên của phụ tải được áp dụng

để tính các chế độ của hệ thống và đặc biệt cho các hệ thống cung cấp điện cho đường sắt Trong khi tính có thể xét đến tính chất ngẫu nhiên của phụ tải

Chương 2 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA MẠNG ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Chế độ làm việc của mạng điện được đặc trưng bằng các thông số chế độ, ví dụ công suất, điện áp, dòng điện…

Chế độ xác lập của mạng điện, là chế độ, trong có các thông số chế độ có thể coi

là không đổi

Phân tích chế độ của mạng điện và hệ thống điện có ý nghĩa quan trọng đối với các cơ quan vận hành cũng như các cơ quan nghiên cứu và thiết kế trong ngành năng lượng Vị trí đặc biệt của nó thể hiện ở các thông số chế độ Các giá trị công suất, điện

áp, tần số và tổn thất công suất tính được trong chế độ xác lập không những chỉ phụ thuộc vào công tác vận hành, mà còn là các số liệu ban đầu để giải quyết các bài toán tối

ưu hóa chế độ và tính các quá trình quá độ trong mạng và hệ thống điện

Mục đích tính chế độ xác lập là biến đổi thông tin về các thông số của mạng và các thông số đã cho của chế độ thành thông tin về các thông số chế độ Các thông số của mạng có thể là:

1 Hình dáng và các thông số các phần tử trong mạng điện

2 Công suất tác dụng và phản kháng của các phụ tải

3 Tỷ số biến đổi điện áp của các máy biến áp

4 Công suất tác dụng và công suất phản kháng của các nút nguồn hoặc có thể là công suất tác dụng và modul điện áp của một số nút nguồn, trừ nút cân bằng công suất trong mạng

5 Modul và góc pha điện áp của nút cân bằng

Các số liệu phụ có thể là các giới hạn cho phép thay đổi của các thông số, mức độ thay đổi của các tỷ số biến áp và thông tin khác

Thông tin về các thông số chế độ gồm:

1 Sự phân phối các dòng công suất trong mạng

2 Điện áp ở tất cả các nút

3 Tổn thất công suất trên các nhánh hay tổng tổn thất công suất trong mạng

4 Công suất tác dụng và công suất phản kháng của nút cân bằng

Chế độ làm việc của mạng được xác định bằng các định luật Ohm và Kirchhoff Các định luật này là cơ sở của các phương pháp tính chế độ Có thể chia các phương pháp tính thành 02 nhóm chính: phương pháp dòng điện vòng và phương pháp điện áp nút

Các phương pháp tính dựa trên cơ sở đại số ma trận và các phần tử của lý thuyết graph được sử dụng phổ biến hiện nay

Để giải các bài toán có thể sử dụng các phương pháp trực tiếp hoặc các phương pháp lặp Các phương pháp trực tiếp sử dụng cho các mạng có cấu trúc đơn giản Các phương pháp lặp đước áp dụng cho các mạng có cấu trúc phức tap Phân tích được chế độ của các mạng và hệ thông điện hiện đại được sử dụng bằng máy tính, đồng thời để giải các

hệ thống phương trình chế đọ xác lập có thế sủ dụng các phương trình chuẩn

Trong chương này chúng ta chỉ phân tích chế độ xác lập của các mạng điện đơn

2.2 TÍNH CHẾ ĐỘ ĐƯỜNG DÂY THEO DÒNG ĐIỆN PHỤ TẢI

Xét đường dây 3pha đối xứng có

một phụ tải (hình 2.1,a) Biết dòng điện

phụ tải I , điện áp cuối đường dây 2 U2

, tổng trở và tổng dẫn của đường dây

;

1

U ở đầu đường dây, dòng điện chạy trên đường

dây, tổn thất công suất trên đường dây và

dòng điện

.

1

thế của đường dây

đó chuyển về điện áp giữa các pha (điện áp dây)

Bởi vì dòng điện và điện áp cuối đường dây đã biết nên tính chế độ được tiến hành

từ cuối đường dây đến đầu đường dây

Dòng điện do điện dung ở cuối đường dây sinh ra (hay dòng điện dung) được xác định theo công thức:

2

1 2

Trong đó

.

2 p

Dòng điện chạy trên đường dây có giá trị

dụng trong điện trở R và tổn thất công suất phản kháng trong cảm kháng X của đường dây

Tổn thất công suất tác dụng trong điện trở R được xác định theo công thức:

điện áp pha ở cuối đường dây

I

bằng tổng hai vecto

2

12

12

I Rvà

12

j I X Dòng điện dung

I

ở đầu đường dây bằng tổng hai vecto

2

đối với điện áp giữa các pha ở đầu đường dây

1

I =0), trên đường dây chỉ có dòng điện dung, do đó

chúng ta có:

2.2.2 Cho điện áp ở đầu đường dây U1=const

Biết điện áp U.1đầu đường dây, dòng điện phụ tải I , tổng trở và tổng dẫn của 2

U ở cuối đường dây, dòng điện chạy trên đường dây

12

12

S

1

2

các nhánh nối giữa nút 1 và nút 2 đồng thời các tổng dẫn chung có giá trị âm

Đối với đường dây đã cho (hình 2.1, a và b ) các tổng dẫn riêng và chung xác định theo công thức:

1 22

thức (2.1), (2.2); (2.4) ; (2.5) và (2.6) tương tự như đối với trường hợp đã xét ở trên

Hình 2.3 Tính chế độ của đường dây truyền tải điện năng

và cuối đường dây theo các số liệu ở cuối đường dây

2.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA ĐƯỜNG DÂY THEO CÔNG SUẤT PHỤ TẢI

, các dòng công suất, tổn thất công suất trên



(hình 2.3,a )

Sơ đồ thay thế của đường dây ở hình 2.3,b

Phân tích chế độ của đường dây được thực hiện từ đầu đến cuối đường dây

Công suất do điện dung ở cuối đường dây sinh ra ( công suất điện dung của đường

dây ) được xác định theo công thức:

* 23

j U B

 ( 2.17 ) Công suất sau tổng trở Z

2 1

Sau đó xác định các dòng công suất và tổn thất công suất trên đường dây theo chiều

từ đầu đến cuối đường dây

Công suất điện dung ở cuối đường dây bằng:

12

Tiến hành tính điện áp U2

 theo điện áp U1



trong giai đoạn 1

 tìm được trong giai đoạn 1

Để nhận được giá trị chính xác hơn của công suất và điện áp cần tiến hành tính lặp các giai đoạn 1 và 2 Thông thường khi thực hiện tính bằng tay, độ chính xác hơn không yêu cầu

2.4 ĐIỆN ÁP GIÁNG VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY

xây dựng theo các số liệu ở cuối đường Đồ thị này tương tự với đồ thị vec tơ ở hình 2.2,a

Như vậy tổn thất điện áp trên đường dây là hiệu đại số giữa các mô đun điện áp ở

hai đầu đường dây

Thông thường tính chế độ của mạng điện được tiến hành theo công suất, vì vậy

cần biểu thị điện áp giáng và các thành phần dọc và ngang của điện áp giáng theo các

dòng công suất trên đường dây

Nếu như tính chế độ được thực hiện theo công suất và điện áp ở cuối đường dây

Sau khi cân bằng các phần thực và ảo trong công thức (2.35) sẽ nhận được các

thành phần dọc và ngang của điện áp giáng

n

P R Q X U

U



  (2.37) Điện áp ở đầu đường dây được xác định theo công thức (2.30)



(hình 2.3,b), khi có điện áp U2



ở cuối đường dây được xác định theo công thức:

'

' 12