Chương 3 "Thông số các phần tử trong mạng điện" thuộc bài giảng Hệ thống cung cấp điện trình bày về các thông số của dây dẫn, cáp nguồn, điện kháng của đường dây dẫn điện,... Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Điện - Điện tử.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Hệ thống cung cấp điện: Chương 3 - Thông số các phần tử trong mạng điện
- Chương 3
Thông số các phần tử
trong mạng điện
28/09/2015 1
- 3.1 Dây dẫn
3.1.1 Cấu tạo của đường dây tải điện trên không
Đường dây cao áp hầu như sử dụng dây nhôm vì lý do kinh tế .
Phần lớn dây dẫn làm bằng nhôm lõi thép(AC, ACSR) , almelec (hợp
kim của nhôm) và bằng almelec lõi thép , ít khi sử dụng nhôm tinh chất .
Dây nhôm được chế tạo dưới dạng cáp nhiều sợi vặn xoắn.
Cáp 1+ 6 sợi = 7 sợi đường kính ngoài 3d
Cáp 7 + 12 sợi = 19 sợi đường kính ngoài 5d
Cáp 19 + 18 sợi = 37 sợi đường kính ngoài 7d
Cáp 37 + 24 sợi = 61 sợi đường kính ngoài 9d
Cáp 61+ 30 sợi = 91 sợi đường kính ngoài 11d ...
với d là đường kính của một sợi.
Tiết diện lớn hơn thường dùng cáp có sợi nhôm và sợi thép không
cùng đường kính, cho phép thay đổi tỷ lệ giữa tiết diện phần nhôm với tiết
diện phần thép để đảm bảo sức bền cơ và độ dẫn điện của dây dẫn . Phần
thép tăng cường sức bền cơ còn phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện .
28/09/2015 2
- 3.1.2 Ký hiệu dây dẫn
a) Dây của Pháp
Dây hợp kim nhôm có tên Almelec được chuẩn hóa bằng ký hiệu AGS/L
Bảng số liệu dây cho biết về tiết diện định mức , số sợi nhôm , sợi thép
b) Dây của Nga
Ký hiệu : M: đồng ; A: nhôm ; AC: nhôm lõi thép ; ACY: nhôm lõi thép tăng
cường ; C: thép.
Ví dụ : AC-120 là dây nhôm lõi thép , tiết diện phần nhôm dẫn điện là 120
mm2.
c) Dây theo hệ của Mỹ
Tiết diện dây được đo bằng Circular mil (cmil hay CM)
1 inch = 2,54 cm; 1 mil = 0,001 inch = 2,54xl0-3 cm
1 cm = 0,3937 inch = 393,7 mil
1 mile = 1609 m = 1,609 km; 1 km = 0,6214 mile (dặm )
1 foot = 30,48 cm = 3,048 dm; 1 m = 3,281 foot ; 1 foot = 12 inch
Circular mil (CM) ứng với tiết diện tròn có đường kính bằng 1 mil
1 CM = 5,067x10-4 mm2 ~ 5xl0-4 mm2 ; 1 MCM = 1000 CM = 0.5 mm2
Ví dụ : Dây nhôm lõi thép tăng cường ACSR-759 MCM có tiết diện
759.000 CM ; 759x0,5 = 379,5 mm2 tương đương với
28/09/2015 dây ACO-400 hay ACY-400 3
- 3.1.3 .Cáp ngầm
Cáp ngầm có một hay nhiều lõi có vỏ bọc bảo vệ (thường là vỏ chì hay vỏ
nhôm). Các dây dẫn pha đươc cách điện với nhau và cách điện với vỏ
Lõi cáp được làm bằng dây đồng hay nhôm nhiều sợi vặn xoắn . Cáp 1 lõi
có tiết diện tròn , cáp nhiều lõi có các dây pha có tiết diện hình quạt hay
bầu dục để tận dụng khoảng không gian trong vỏ cáp
Cáp một lõi cách điện bằng giấy , vỏ chì
28/09/2015 4
- 3.1.4. Sơ đồ thay thế pha - đất của đường dây tải điện
U>110 kV
1kV
- 3. 1.5 . Điện kháng của đường dây dẫn điện
a. Điện kháng đường dây một pha
D
D
L (4,6 log 0,5μ )10 4 ( H / km)
r
D
Xpha ωL 0,145 log r (Ω / km)
r : bán kính dây (mm)
D: khoảng cách pha (mm)
: hệ số từ dẫn của vật liệu chế tạo dây(~1)
28/09/2015 6
- b. Điện kháng đường dây đơn ba pha đối xứng
A
Dtb
D D
x o 0,145 log (Ω / km)
r
C B
D r
Dtb
x o x s x m 0,0029f log (Ω / km)
r
dây dẫn có bán kính bằng nhau : ra = rb = rc = r và khoảng
cách giữa các pha bằng nhau : Dab= Dbc= Dac= D .
Xs : cảm kháng tự thân của 1 dây
Xm : cảm kháng hỗ cảm giữa các pha
28/09/2015 7
- c . Điện kháng đường dây đơn ba pha hoán vị
Nếu đường dây ba pha bố trí không đối xứng , xaa , xbb , xcc
và xab , xbc , xca sẽ không đối xứng . Điều này sẽ khiến sụt áp
trên các pha Uao, Ubo , Uco cũng sẽ không đối xứng và điện
áp ba pha phía tải là không đối xứng.
Để khắc phục hiện tượng này , cần thực hiện việc hoán vị .
Điều này làm cho điện áp cảm ứng trên toàn bộ chiều dài đường
dây là đối xứng .
b c
a a
c a
b b
a b
c c
L/3 L/3 L/3
Đường dây 3 pha hoán vị
28/09/2015 8
- c . Điện kháng đường dây đơn ba pha hoán vị
3 Dab .Dbc .Dca
x o = 0,0029f log ( / km)
r'
Dtb
x o = 0,145 log ( / km)
r'
D tb 3
D .D .D
ab bc ca
f : tần số (Hz); r’ : bán kính trung bình nhân của 1 dây
Dtb : khoảng cách trung bình hình học giữa các pha
Trường hợp ba pha bố trí nằm ngang cách nhau khoảng D
D D
Dtb 3
Dab . Dbc . Dca 3
D.D.2D 1,26D
28/09/2015 9
- 3. 1.5 . Điện kháng của đường dây dẫn điện
Để tăng bán kính dây dẫn của 1 pha , có thể
chia nhỏ dây pha thành nhiều sợi , giải pháp
này gọi là phân pha
1 dây dẫn phân pha gồm nhiều sợi ,
ảnh hưởng của từ thông mắc vòng bên
trong được xét đến bằng cách dùng
bán kính trung bình hình học ký hiệu
là GMR hay Ds
• Bán kính trung bình hình học của 1 dây dẫn phân pha
16
( r '
. D. D.D 2 ) 4
Ds
• Mỗi dây dẫn có bốn khoảng cách
r’ : bán kính trung bình nhân của 1 dây
D ; D2 : Khoảng cách đến ba dây còn lại
- Bốn dây dẫn nên có 4 x 4 =16 khoảng cách
28/09/2015 10
- e. Dùng bảng tra cảm kháng đường dây
D tb
x o 0,0029f log ( Ω / km) : 1pha ,3pha
Ds
D tb
x o 4,657.10 f log
3
( Ω / mile )
Ds
Dtb : khoảng cách trung bình nhân giữa các dây dẫn (GMD)
Ds: bán kính trung bình nhân giữa các nhóm dây cùng một pha (GMR)
Ví dụ
Một đường dây ba pha dùng dây ACSR 300 MCM bố trí trên mặt phẳng
ngang, khoảng cách giữa các pha là 4m , tần số lưới điện 50 Hz. Tính
cảm kháng đơn vị của đường dây
ACSR 300 MCM AC-150 ; d=2r = 15.8 mm
Tra bảng tìm X0
D=4m D=4m
Hoặc tính theo công thức
Dtb = 3 D .D .2D = 1,26D = 1,26.4 = 5(m )
28/09/2015 11
- 3.1.6 . Điện dung của đường dây tải điện
a. Điện dung đơn vị đường dây một pha
r 0,0242
D
C0 Can (μF / km)
D
log
r
ra = rb =r : bán kính dây dẫn
1 D
XC 1,315.10 log (Ω / km)
5
2 πfCab r
D
X C 0,1315. log (MΩ / km)
r
28/09/2015 12
- b.Điện dung của đường dây ba pha đối xứng
• Tần số 50 Hz , dung kháng trên một đơn vị chiều dài
1 D D
XC 1,315.105 log tb (Ω / km) 0,1315. log tb (MΩ / km)
2 πfCab r r
• Dung dẫn đường dây
1 7,6.10 -6
b0 ωCan (1 / Ω.km)
Xc D
log
r
• Công suất kháng do điện dung sinh ra trên toàn đường dây
Qc = U 2 .b 0 .l(MVar)
1
U(kV), b 0 ( )
28/09/2015
Ω.km 13
- c.Tóm tắt trị số gần đúng của đường dây ba pha đơn, 50 Hz
1- XL0 = 0,4 / km đối với đường dây trên không , U ≥ 110 kV
2- XC0 khoảng 0,350,4 M/km, C0 0,008 đến 0,01 F/km,
1
dung dẫn bo khoảng 2,5.10-6
.km
3- Công suất kháng do điện dung phát ra trên ba pha mỗi 100 km đường
dây
(
q c = 0,25U 2 K var 100km )
U là điện áp dây (kV)
Đường dây 110 KV , qc khoảng 3 MVAr mỗi 100 km.
Đường dây 220 KV , qc khoảng 13 MVAr mỗi 100 km.
L
đường dây dài L (km) Qc = 0,25.U 2
(K var )
100
28/09/2015 14
- 3.1.7.Điện trở của đường dây tải điện
a. Điện trở dây dẫn
ρL
R (F là tiết diện dây )
F
R của các loại dây có thể tra ở các bảng số liệu về dây dẫn .
Tính điện trở theo công thức thì kết quả không hoàn toàn giống ở bảng mà sẽ có
giá trị bé hơn vì :
1.Hiệu ứng bề mặt khi tải dòng điện xoay chiều ,dòng điện phân bố nhiều hơn ở
quanh bề mặt dây chứ không phân bố đều trên tiết diện như khi tải điện một
chiều . Do đó làm tăng điện trở suất của dây dẫn .
2. Nhiều dây mang tải lớn đặt gần nhau làm cho mật độ dòng điện phân bố trong
dây dẫn không đều. Đó là hiệu ứng gần .
3. Phần lớn các loại dây đều thuộc loại dây vặn xoắn nên chiều dài thực tế lớn
hơn 2%-3.%.
4. Nhiệt độ thay đổi cũng làm điện trở thay đổi . Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của
dây dẫn sẽ tăng và ngược lại .Đối với đường dây trên không, do có đối lưu gió
nên tản nhiệt tốt , thường không cần xét tới yếu tố nhiệt độ
28/09/2015 15
- R t R 20 1 α 0 (t 20)
Rt là điện trở ở t0C, R20 là điện trở ở 200C
0 là hệ số nhiệt độ ở 200C của dây dẫn
0dây đồng = 0,00393/0C và 0dây nhôm = 0,00403 /0C
Các số liệu cần nhớ
Điện một chiều , điện trở suất
Cu = 18 .mm2/ km và Al = 29,5 .mm2/ km
Điện xoay chiều
Cu = 18,8 .mm2/ km và Al = 31,5 .mm2/ km
km km
Điện dẫn suất : = 1/ γ Cu 53 ; γ Al 31,7
Ω.mm 2
Ω.mm 2
Giá trị của điện trở chịu ảnh hưởng nhiều đối với yếu tố 3 , 4 còn yếu
tố 1, 2 không đáng kể .
28/09/2015 16
- b.Tổn hao vầng quang của đường dây tải điện
- Điện dẫn tác dụng đường dây
1. Hiện tượng vầng quang và tổn hao do vầng quang
Vầng quang điện xảy ra khi điện trường quanh bề mặt dây dẫn vượt quá
sức bền về điện của không khí khoảng 21 kV (hiệu dụng) /cm.
Ở điện trường này, không khí bị ion hóa mạnh và độ bền về điện của nó ở
vùng quanh dây dẫn xem như triệt tiêu, vùng không khí này coi như dẫn
điện, điều này làm cho dây dẫn trở nên có điện trở lớn. Do đó, tổn hao
đường dây bị tăng lên.
Vầng quang điện xuất hiện thành các vầng sáng xanh quanh dây dẫn,
nhất là ở chỗ bề mặt dây dẫn bị xù xì và đồng thời có tiếng ồn và tạo ra
khí ozone, nếu không khí ẩm thì phát sinh axit nitric; ozone và axit nitric
ăn mòn kim loại và vật liệu cách điện .
28/09/2015 17
- 2. Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang
(ứng với điện trường tới hạn E = 21KV/cm )
D
U 0 = 21,1.m .0 . .r .2,303 log (kV)
r
D
= 84m 0 .r . log (kV)
r
m0 là hệ số kể đến ảnh hưởng của bề mặt dây
=1 đối với dây dẫn tròn nhẵn .
= 0,93 0,98 đối với dây xù xì
= 0,8 0,87 đối với dây bện .
: thừa số mật độ không khí
3,92b
b : áp suất không khí (cmHg)
=
273 + t
t : nhiệt độ môi trừơng (độ C)
Dây bố trí nằm ngang hay thẳng đứng thì U0 giảm 4% cho dây pha giữa và tăng
6% cho hai pha bìa
28/09/2015 18
- Nâng cao điện áp tới hạn phát sinh vầng quang :
Tăng khoảng cách D giữa các dây dẫn
Tăng bán kính dây hoặc phân pha (phân mỗi dây pha thành nhiều dây
nhỏ )để tăng bán kính biểu kiến của dây pha
Tăng D là không kinh tế vì nhiều lý do như phải tăng kích thước cột ,
nhưng cũng không làm giảm E đáng kể vì D đứng sau dấu log.
Biện pháp thường áp dụng nhất là tăng r .
Bảng giới hạn đường kính dây dẫn ứng với các cấp điện áp để tránh phát
sinh hiện tượng vầng quang
Điện áp định mức (KV) Đường kính dây dẫn cho Mã hiệu dây dẫn
Số dây dẫn trên một pha phép nhỏ nhất (mm)
110 11,3 AC-70
150 1dây/1pha 15,2 AC-120
220 21,6 AC-240
330
1dây/1pha 33,1 ACO-600
2dây/1pha 2x21,6 2xACO-240
500
2dây/1pha 2x37,1 2xACO-700
3dây/1pha 3x27,2 3xACO-400
28/09/2015 19
- b. Điện dẫn tác dụng đường dây
Tổn thất công suất tác dụng do vầng quang điện
được phản ảnh trên sơ đồ thay thế bằng trị số điện
dẫn của đường dây .
ΔP
ΔP U .g 0 (MW / km / 3pha ) ⇒g 0 2
2
U
U : Điện áp dây định mức
g0 : điện dẫn đường dây 1
Ωkm
28/09/2015 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
