Mạng điện gổm 2 phần tử cơ bản tạo thành (đờng dây và máy biết áp) → chúng ta cần thiết lập các mô
hình tính toán → đó chính là sơ đồ thay thế:
1) Sơ đồ thay thế đ ờng dây trên không và cáp:
Đặc điểm: mạng xí nghiệp đợc CCĐ bằng đờng dây điện áp trung bình và thấp, chiều dài không lớn lắm → trong tính toán có thể đơn giản coi hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng ở gần là không đáng kể → Điện trở của dây dẫn lấy bằng điện trở 1 chiều. Để mô tả các quá trình năng lợng xẩy ra lúc truyền tải → ngời ta thờng hay sử dụng sơ đồ thay thế hình Π.
Y – Tổng dẫn → phản ánh lợng năng lợng bị tổn thất dọc theo tuyến dây (thông số dải) đó là lợng tổn thất dò qua sứ hoặc cách điện và vầng quang điện.
Y = G + jB
G; B - điện dẫn tác dụng và điện dẫn phản kháng. Trong đó G - đặc trng cho tổn thất công suất tác do dò cách điện (qua sứ hoặc cách điện), còn B phản ánh hiện tợng vầng quang điện, đặc trng cho lợng công suất phản kháng sinh ra bởi điện dụng giữa dây dẫn với nhau và giữa chúng với đất.
Ta cã: Z = R + jX = (r0 + jx0).l Y = G + jB = (g0 + jb0).l Trong đó:
r0 ; x0 - điện trở tác dụng và phản kháng trên 1 đơn vị chiều dài dây [Ω/km].
g0 ; b0 - điện dẫn tác dụng và phản kháng trên một đơn vị chiều dài dây [km/Ω].
r0 - Có thể tra bảng tơng ứng với nhiệt độ tiêu chuẩn là 200C. Thực tế phải đợc hiệu chỉnh với môi trờng nơi lắp đặt nếu nhiệt độ môi trờng khác 200C.
r0θ = r0 [ 1 + α(θ - 20)]
r0 – Trị số tra bảng.
α = 0,004 khi vật liệu làm dây là kim loại mầu.
α = 0,0045 khi dây dẫn làm bằng thép.
r0 – có thể tính theo vật liệu và kích cỡ dây.
r0= Fρ F [mm2] - tiết diện dây dẫn.
ρ [mm2Ω/km] – điện trở suất của vật liệu làm dây.
ρAl = 31,5 [Ωmm2/km].
ρCu = 18,8 [Ωmm2/km].
2 Y 2
Y Z
Z – Tổng trở đờng dây → phản ánh tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đờng dây.
r0 - Đối với dây dẫn bằng thép → không chỉ phụ thuộc vào tiết diện mà còn phụ thuộc vào dòng điện chạy trong dây → không tính đợc bằng các công thức cụ thể → tra bảng; hoặc tra đờng cong.
x0 - Xác định theo nguyên lý kỹ thuật điện thì điện kháng 1 pha của đờng dây tải điện 3 pha:
0 tb 0,5. .10 4 d
D . log2 6 , 4 .
x −
+
=ω à [Ω/km].
Trong đó:
ω = 2πf - Tần số góc của dòng điện xoay chiều.
Dtb [mm]. – Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây.
d [mm] - §êng kÝnh d©y dÉn.
à - Hệ số dẫn từ tơng đối của vật liệu làm dây. Với kim loại mầu khi tải dòng xoay chiều tần số 50 Hz thì: à = 1
Ta cã:
0,016 d
D . log2 144 , 0
x0 = tb + [Ω/km].
Xác định Dtb:
Dtb = D
Dtb =D32 =1,26D
Dtb =3D12D23D31
Với dây dẫn làm bằng thép à > > > 1 và lại biến thiên theo cờng độ từ trờng à = f(I) lúc đó x0 xác
định nh sau:
x0 = x’0 + x”0
x’0 =
d D . log2 144 ,
0 tb - Thành phần cảm kháng gây bởi hỗ cảm giữa các dây.
x”0 = 2πf.0,5à.10-4 -Thành phần cảm kháng liên quan đến tự cảm nội bộ của dây dẫn.
x”0 - thờng đợc tra bảng hoặc theo đờng cong.
Để tính Y: Từ đặc điểm → lợng điện năng tổn thất do rò qua sứ và điện môi (với cáp) là rất nhỏ (vì U nhỏ)
→ có thể bỏ qua (bỏ qua G). Nó chỉ đáng kể với đờng dây có U ≥ 220 kV (đờng dây siêu cao áp). Nh vậy trong thành phần của tổng dẫy chỉ còn B.
Điện dẫn phản kháng của 1 km đờng dây xác định bằng biểu thức sau: (phụ thuộc vào đờng kính dây, khoảng cách giữa các pha).
6
0 tb .10
d D log2
58 ,
b = 7 − [ 1/Ωkm ].
Trong thực tế b0 đợc tính sẵn trong các bảng tra (theo F, Dtb). Riêng với đờng cáp còn phụ thuộc vào cách
điện → buộc phải tra trong các tài liệu riêng. Từ tham số này ta xác định đợc lợng công suất phản kháng phát sinh ra do dung dẫn của đờng dây nh sau:
1
3 2
D D D
→
1 2 3
D D →
1
3 2
D31 D23
→ D12
QC = U2 . b0.l = U2.B
Thực tế chỉ quan tâm đến b0 và Qc khi U > 20 kV và mạng cáp hoặc mạng đờng dây trên không có điện
áp U > 35 kV
Sơ đồ thay thế của đờng dây trên không lúc này sẽ nh HV. sau:
2) Sơ đồ thay thế máy biến áp:
Khi làm việc máy BA gây ra những tổn thất sau:
+ Tổn thất do hiệu ứng Jun, và từ thông dò qua cuộn sơ cấp, thứ cấp. Tổn thất do dòng Phu-cô gây ra trong lõi thép Với máy BA 2 cuộn dây th… ờng sử dụng các sơ đồ thay thế sau:
a)
Sơ đồ thay thế máy BA hai cuộn dây:
+ Sơ đồ hình T:
Z1 – Phản ánh tổn thất công suất dây cuốn sơ cấp.
Z2 - Phản ánh tổn thất công suất dây cuốn thứ cấp, còn gọi là tổng trở thứ cấp qui về sơ cấp.
+ Sơ đồ hình Γ : Trong tính toán hệ thống điện thờng sử dụng loại sơ đồ này nhiều hơn. Trong đó các lợng tổn thất không thay đổi (thay đổi ít) đợc mô tả nh một phụ tải nối trực tiếp nh HV.
Trong đó:
Z B = Z 1 +
Z 2 = (r1 + r’2) + j(x1 + x’2) = rB + jxB
Để xác định các thông số của sơ đồ thay thế ta dựa vào các thông số cho trớc của máy biến áp bao gồm:
∆Pcu hay ∆PN - Tổn thất công suất tác dụng trên dây cuốn với mức tải định mức, thu đợc qua thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp.
∆Pfe hay ∆P0 - Tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của máy BA, còn gọi là tổn thất không tải của máy BA (thu đợc từ thí nghiệm không tải máy BA).
uN% - Điện áp ngắm mạch % so với Udm. I0% - Dòng không tải % so với Idm.
Xuất phát từ những thông số này chúng ta sẽ xác định đợc các thông số của sơ đồ thay thế máy biến áp.
Tính RB ?: Xuất phát từ thí nghiệm ngắn mạch máy BA ta có:
∆PCu = 3.I2dm.RB (nhân cả 2 vế với U2dm) ∆PCu.U2dm = 3.I2dm.U2dm.RB (SdmB = 3 .Udm.Idm)
⇒ 2 3 dm
dm2
B Cu .10
S U . R =∆P
Z
2 j Qc 2
j Qc
Y
1 Z1 Z2 2
ZB
∆SB = ∆Pfe + j∆Qfe
RB [ Ω ].
∆PCU [ kW ].
Udm [ kV ].
Sdm [ kVA ].
Cũng từ thí nghiệm ngắn mạch máy BA. ta có:
.100
3 / U
Z . 100 I 3 . / U
% U u
dm B dm dm
N = N =
Trên thực tế vì xB > >> rB → một cách gần đúng ta có thể lấy xB≈ zB lúc đó ta có:
100 . S
U
%.
u 100 . I 3
U
%.
x u
dm dm2 N dm
dm
B≈ N =
x u S%.U .10
dm dm2 B≈ N
+ Trờng hợp máy BA. có công suất nhỏ Sdm < 1000 kVA thì RB là đáng kể khi đó ta có:
2 3 2
dm 2 dm Cu 2
dm 2 dm 2 N
2 B B
B .10
S U . 10 P
S . U
%.
R u Z
x
−
=
−
= ∆
Tính ∆ Q fe: Căn cứ vào I0% (từ thí nghiệm không tải máy BA)
.100
S 100 S . U 3 S 100 I I .
% I I
dm 0
dm dm 0 dm
0 = 0 = =
S0 - gọi là công suất không tải S0 = ∆Pfe + j∆Qfe . Thực tế vì ∆Qfe >>..∆Pfe → lấy
100 S
%.
S I
Qfe≈ 0= 0 dm
∆
b)
Sơ đồ thay thế máy BA ba cuộn dây:
Sdm ; U1dm ; U2dm; U3dm ; I0% ; ∆P0 . Ngoài ra tham số ngắn mạch lại cho nh sau:
∆P12 ; U12 - Tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch. Trong đó ∆P12 có đợc khi cho cuộn 2 ngắn mạch, cuộn 3 để hở mạch, đặt điện áp vào cuộn 1 sao cho dòng trong cuộn 1 và 2 bằng định mức thì dừng lại. Khi
đó ta có:
(3.10) ∆P12 = ∆P1 + ∆P2
U12 = U1 + U2
Tơng tự ta có: ∆P13 ; U13 (ngắn mạch cuộn 3, đặt vào cuộn 2 một điện áp ).…
(3.11) ∆P23 = ∆P2 + ∆P3
U23 = U2 + U3
(3.12) ∆P13 = ∆P1 + ∆P3
U13 = U1 + U3
Giải hệ PT (3.10); (3.11); (3.12) → Tìm đợc:
(3.13) ∆P1 = 1/2(∆P12 + ∆P13 + ∆P23) xB [ Ω ].
Udm [ kV ].
Sdm [ kVA ].
Z3
1 Z1 Z2 2
3
∆SB = ∆Pfe + j∆Qfe
Z1 ; Z2 ; Z3 - Tổng trở các cuộn dây đ quiã
đổi về cùng 1 cấp điện áp.
Với máy 3 cuộn dây nhà chế tạo thờng cho trớc các thông số sau:
∆P2 = ∆P12 - ∆P1
∆P3 = ∆P13 - ∆P1
(3.14) U1 = 1/2(U12 + U13 +U23) U2 = U12 - U1
U3 = U13 - U1
Sau khi đ có tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch riêng cho từng cuộn dây thì việc xác định tổng trởã của từng cuộn dây có thể sử dụng công thức nh của máy biến áp 2 cuộn dây.