Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:120

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp) được biên soạn dùng cho chương trình dạy nghề Điện công nghiệp đáp ứng cho hệ đào tạo Trung cấp. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: tính toán tổn thất trong mạng điện; ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện; chọn thiết bị điện và nâng cao hệ số công;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Cung cấp điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRONG MẠNG ĐIỆN Giới thiệu: Tính toán các loại tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng là xác định thông số chế độ của lưới điện. Công việc này đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện. Đề đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật của hệ thống cung cấp điện, xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng điện và thiết bị điện, xác định phương pháp bù công suất phản kháng, biện pháp điều chỉnh điện áp nhằm nâng cao chất lượng điện, chúng ta phải căn cứ vào các số liệu tính toán của phần này. Mục tiêu: - Phân tích được tầm quan trong của các loại tổn thất trong phân phối điện năng. - Tính toán được tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng phân phối. - Chọn vị trí đặt trạm phù hợp theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện. - Đấu và vận hành trạm biến áp theo tiêu chuẩn kỹ thuật. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy tập trung, sáng tạo và khoa học. Nội dung: 1. Thông số cơ bản của các phần tử trong mạch điện 1.1. Điện trở và điện kháng của dây dẫn a. Điện trở của dây dẫn Công thức tính điện trở dây dẫn: l R= () s Trong đó:  (mm2/m) - Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn Cu = 0,018; Al = 0,029; l (m) - Chiều dài dây dẫn; s (mm2) - Tiết diện dây dẫn. Trong tính toán CCĐ, để thuận tiện cho tính toán thông thường người ta tra trong sổ tay kỹ thuật để tìm ra điện trở của 1 km đường dây r 0 (/km) (r0 gọi là điện trở đơn vị). Lúc này điện trở của dây dẫn được tính: R = r0.L () Trong đó: r0 (/km) - Điện trở đơn vị của đường dây. L (km) - Chiều dài đường dây. b. Điện kháng của dây dẫn Điện kháng của dây dẫn đồng và nhôm cũng được tính tương tự: X = x0.l () Trong đó: L (km) - Chiều dài đường dây. x0 (/km) - Điện kháng đơn vị của đường dây. 78
x0 được tra trong sổ tay theo quan hệ cho sẵn x0 = f(s, Dtb), với: s (mm ) - Tiết diện dây dẫn. 2 Dtb (mm) - Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn. Khoảng cách này được tính theo công thức sau: Dtb = 3 D12 .D 23 .D13  Đối với mạng 3 dây đặt trên 3 đỉnh của tam giác đều: 1 D13 D12 Dtb = 3 (D12 )3 = D (mm) 3 D23 2  Đối với mạng 3 dây đặt trên mặt phẳng nằm ngang: D13 D12 D23 3 Dtb = 3 D12 .D 23 .D13 = 3 2(D12 ) = 1,26D 1 2 3 Ở đây D (mm) là khoảng cách giữa hai dây dẫn gần nhất. Lưu ý: Trong thực tế, khi tiết diện dây và cách bố trí dây dẫn thay đổi thì điện kháng của nó thay đổi rất ít, vì vậy trong tính toán nhiều khi cho phép lấy các giá trị gần đúng sau: - Đối với đường dây điện cao áp (Uđm 1000V) : x0 = 0,4 (/km) - Đường dây điện hạ áp (U < 1000V): x0 = 0,25  0,3 (/km) - Đường dây hạ áp luồn trong ống và các loại cáp: x0 = 0,07  0,08 (/km) 1.2. Điện trở và điện kháng của MBA Điện trở và điện kháng của MBA có thể tra trong sổ tay hoặc tính theo các công thức gần đúng sau: PN U 2dm 3 RBA = 2 10 () Sdm 2 U N %.U dm XBA = .10 () Sdm Trong đó: PN (kW) - Tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch MBA, được tra trong lý lịch máy. UN% - Trị số tương đối của điện áp ngắn mạch MBA. 79
Uđm (kV) - Điện áp định mức của MBA. Muốn tính điện trở, điện kháng của MBA quy đổi về phía cao áp thì lấy Uđm1, về phía hạ áp thì lấy Uđm2. Sđm (kVA) - Dung lượng định mức của MBA. 1.3. Thông số của các phần tử khác Điện trở và điện kháng của cầu dao, cầu chì, áptômát, thanh góp, máy biến dòng v.v... được tra trong sổ tay. Ví dụ 1: Tính điện trở và điện kháng của áptômát có IđmA = 600 A. Giải: Ta có: RA = rcdA + rtxA; XA = xcdA Tra bảng ta có: rcdA = 0,094 m; rtxA = 0,25 m  RA = 0,094 + 0,25 = 0,344 (m); XA = 0,12 m Ví dụ 2: Tìm điện trở của cầu dao có IđmCD = 400 A (cầu dao không có điện kháng) Tra bảng ta có RCD = rtxCD = 0,2 m Ví dụ 3: Tính điện trở và điện kháng của thanh góp đồng có kích thước 40 x 4 mm, dài 2 m, khoảng cách trung bình hình học giữa các pha a = 300 mm. Giải: Ta có: RTG = r0tg.L; XTG = x0tg.L Tra bảng: rotg = 0,125 m/m; x0tg = 0,214 m/m  RTG = 0,125.2 = 0,25 (m); XTG = 0,214.2 = 0,428 (m) 2. Tổn thất điện áp trên đường dây 2.1. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải tập trung ở cuối đường dây Giả sử mạng điện làm việc ở chế độ đối 1 2 U Z=R+jX U xứng nên ta chỉ cần xét trên 1 pha của đường dây và cũng giả sử đường dây có sơ đồ nguyên lý như S=P+jQ hình 2.4. Tổng trở của đường dây là Z=R+jX () Hình 2.4 và phụ tải tập trung ở cuối đường dây S=P+jQ (kVA). Hình 2.5 là đồ thị véc tơ điện áp của đường dây. 80
U p1 c 2  p2 U IX o  a f d e 2 1 2 IR g b I 2 Uf Up Tổn thất điện áp Hình 2.5.  p 2 ở cuối đường dây. Góc 2 Trên hình vẽ, véc tơ oa biểu diễn điện áp U  p2 tương ứng với cos2 của phụ tải hộ tiêu thụ điện. Véc tơ oc biểu diễn điện áp U ở đầu đường dây. Tổn thất điện áp trên đường dây xác định bằng tam giác tổn thất điện áp abc. Ta thấy véc tơ ab trùng pha với véc tơ dòng điện I và chính là biểu 2 diễn tổn thất điện áp trên điện trở của đường dây (IR), còn véc tơ bc biểu diễn tổn thất điện áp trên điện kháng của đường dây (IX). Véc tơ ac biểu diễn tổn thất điện áp  tổng  trên đường dây. Đó là hiệu của 2 véc tơ điện áp ở đầu và cuối đường dây: U p  U p1  U p 2  p 2 và Đoạn ad là hình chiếu của véc tơ tổn thất điện áp tổng trên trục của U gọi là thành phần tổn thất điện áp dọc Uf. Thông thường thì góc dịch pha  giữa U p1 và U  p 2 là rất bé nên bỏ qua thành phần tổn thất điện áp ngang Up và người ta coi tổn thất điện áp tổng Up gần đúng bằng thành phần tổn thất điện áp dọc Uf . Up = Uf = ad = af + fd Lúc này coi 12 =  (vì  rất bé) Ta thấy: af = I2Rcos; fd = I2Xsin Do đó: Up = I2Rcos + I2Xsin Tổn thất điện áp dây sẽ là: U = 3 Up = 3 (I2Rcos + I2Xsin) (*) S Ta lại có: I2 = 3U 2 S Nếu coi U2 là điện áp định mức của đường dây, U2 = Uđm thì: I2 = 3U dm 81
 S S  Thay I2 vào (*) ta có: U = 3  R cos   X sin    3U dm 3U dm  Từ tam giác công suất ta có: Scos = P; Ssin = Q 1 Vậy: U = (PR + QX) = 1 (P.r0.L + Q.x0.L) (V) U dm U dm Trong đó: P (kW); Q (kVAr) - Phụ tải tác dụng và phản kháng của đường dây. R, X () - Điện trở và điện kháng của đường dây. L (km) - Chiều dài của đường dây. Uđm (kV) - Điện áp định mức của đường dây. Để thuận tiện cho việc so sánh, đánh giá, thường người ta tính tổn thất điện áp theo phần trăm so với điện áp định mức: U% = U . 100 U dm 1000 Yêu cầu để đường dây làm việc bình thường là U%  [U%]. Ví dụ: Một mạng điện có sơ đồ như hình vẽ sau: A B C l 100+j90 (kVA) MBA Đường dây 3 pha: l = 300 m có r0BC = 0,2 /km; x0BC = 0,25 /km Điện áp định mức của đường dây Uđm = 0,38 kV Xác định tổn thất điện áp trên đường dây BC. Giải: - Điện trở và điện kháng của đường dây BC: RBC = r0BC.l2 = 0,2.0,3 = 0,06 () XBC = x0BC.l2 = 0,25.0,3 = 0,075 () - Tổn thất điện áp trên đường dây BC: UBC = PBC .R BC  Q BC .X BC  100.0,06  90.0,075 = 33,553 (V) U dml 2 0,38 Hay UBC = 0,033 kV 2.2. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có nhiều phụ tải tập trung Giả sử đường dây có nhiều phụ tải tập trung có sơ đồ nguyên lý mô tả trên hình 2.6 A r1 + jx1 B r2 + jx2 C rn + jxn n 82 p1 + jq1 p2 + jq2 pn + jqn
Hình 2-6 Như vậy có thể coi đường dây có nhiều phụ tải tập trung gồm nhiều đường dây có 1 phụ tải tập trung ghép lại, do đó có thể áp dụng công thức tính tổn thất điện áp đã biết tính cho từng đoạn đường dây, mỗi đoạn coi là 1 đường dây có 1 phụ tải tập trung và cuối cùng xếp chồng kết quả lại. Từ nguyên tắc trên hình thành 2 cách tính: a. Tính tổn thất điện áp trên đường dây theo công suất của phụ tải Ta coi từng phụ tải riêng rẽ chạy từ đầu nguồn đến điểm tiêu thụ gây ra từng lượng tổn thất tương ứng. Mô tả sơ đồ như sau: r1 + jx1 p1+jq1 r1 + jx1 r2 + jx2 p2+jq2 r1 + jx1 r2 + jx2 rn + jxn pn+jqn Hình 2.7 Ta có: U = U1 + U2 + .... + Un 1 1 U1 = [p1r1 + q1x1] = (p1R1 + q1X1) (V) U dm U dm 1 U2 = [p2(r1+r2) + q2(x1+x2)] = 1 (p2R2 + q2X2) (V) U dm U dm .... 1 Un = [pn(r1+r2+ ... +rn) + qn(x1+x2+ ... +xn)] = 1 (pnRn+qnXn) (V) U dm U dm 83
Vậy: U= 1 [(p1R1+q1X1)+(p2R2+q2X2)+...+(pnRn+qnXn)] U dm 1 n =  p i R i  q i X i  (V) U dm i 1 Trong đó: Uđm (kV) - Điện áp định mức của đường dây. pi (kW), qi (kVAr) - Phụ tải tác dụng và phản kháng tại điểm thứ i của đường dây. Ri, Xi () - Điện trở và điện kháng tính từ đầu nguồn đến điểm thứ i. b. Tính tổn thất điện áp theo công suất chạy trên đường dây Theo cách này, ta coi công suất truyền tải trên từng đoạn đường dây gây ra tổn thất điện áp trên đoạn đường dây đó. r1 + jx1 P1+jQ1 r1 + jx1 r2 + jx2 P2+jQ2 r1 + jx1 r2 + jx2 rn + jxn Pn+jQn pn+jqn Hình 2.8 Tính toán tương tự ta có: 1 1 U1 = [(p1+p2+....+pn)r1 + (q1+q2+....+qn)x1] = (P1r1 + Q1x1) (V) U dm U dm 1 U2 = [(p2+p3+...+pn).r2 + (q2+q3+...+qn).x2] = 1 (P2r2 + Q2x2) (V) U dm U dm .... 1 Un = [pn.rn + qn.xn]= 1 (Pnrn+Qnxn) (V) U dm U dm Vậy: 84
U= 1 [(P1r1+Q1x1)+(P2r2+Q2x2)+...+(Pnrn+Qnxn)] U dm 1 n =  Pi ri  Q i x i  (V) U dm i 1 Trong đó: Uđm (kV) - Điện áp định mức của đường dây. Pi (kW), Qi (kVAr) - Phụ tải tác dụng và phản kháng truyền tải trên đoạn đường dây thứ i. ri, xi () - Điện trở và điện kháng của đoạn đường dây thứ i. Lưu ý: Trường hợp phụ tải cho bằng dòng điện chạy trên các phần tử của P Q đường dây, ta có:  3.I cos;  3.I.sin  U dm U dm 1 n Vậy: U=  p i R i  q i X i  = 3 n (ii R i cosi  ii Xi sin i ) (V) U dm i 1 i 1 1 n  Pi ri  Qi x i  = 3  (Ii ri cosi  Ii x i sin i ) (V) n Hay: U= U dm i 1 i 1 Ví dụ 1: Xác định tổn thất điện áp trên đường dây sau: C A-95 B A-70 C 2km km 4km km k k k km m m m 1000 kW, cos=0,75 2000 kW, cos=0,8 Biết điện áp định mức của mạng là 10 kV Dây A-95 có r0 = 0,34 (/km); x0 =0,35 (/km); Dây A-70 có r0 = 0,45 (/km); x0 =0,36 (/km) Phụ tải và hệ số công suất cho trên sơ đồ. Giải: Ta có pb = 1000 kW, cos = 0,75  tg = 0,88  qb = pb.tg = 880 (kVAr) pc = 2000 kW, cos = 0,8  tg = 0,7588  qb = pb.tg = 1500 (kVAr) Tính theo cách thứ nhất: 1 n UAC =  p i R i  q i X i  U dm i 1 = 1 1000.0,34.2  2000.(0,34.2  0,45.4)  880.0,35.2  1500(0,35.2  0,36.4) 10 = 940 (V) 85
Tính theo cách thứ hai: 1 n UAC =  Pi ri  Q i x i  U dm i 1 = 1 (1000  2000).0,34.2  2000.0,45.4  (880  1500)0,35.2  1500.0,36.4 10 = 940 (V) Ví dụ 2: Tính tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có sơ đồ như sau: M-50, 400m M-50, 100m M-35, 50m 20+j25 kVA 10+j15 kVA 7+j9 kVA Điện áp định mức của đường dây Uđm=0,4 kV. Dây dẫn bằng đồng có khoảng cách trung bình hình học giữa các pha a=400mm. Giải: - Tra bảng: Dây M-50 có r0=0,39 /km; x0=0,297 /km Dây M-35 có r0=0,54 /km; x0=0,308 /km - Tổn thất điện áp trên đường dây là: 1 n * Tính theo công suất của phụ tải: UAC =  p i R i  q i X i  U dm i 1 1 20.0,39.0,4  10.(0,39.0,4  0,39.0,1)  7.(0,39.0,4  0,39.0,1  0,54.0,05)   =  0,4  25.0,297.0,4  15(0,297.0,4  0,297.0,1)  9.(0,297.0,4  0,297.0,1  0,308.0,05) = 33,24 (V) 1 n * Tính theo công suất chạy trên đường dây: UAC =  Pi ri  Q i x i  U dm i 1 1 (20  10  7).0,39.0,4  (10  7).0,39.0,1  7.0,54.0,05   0,4  (25  15  9).0,297.0,4  (15  9).0,297.0,1  9.0,308.0,05 = = 33,24 (V) Ví dụ 3: Xác định tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có U đm = 380 V, biết dây dẫn làm bằng nhôm, có khoảng cách giữa các pha là 600 mm; chiều dài, tiết diện, phụ tải và góc lệch pha  cho trên hình vẽ. A 95 mm2 b 50 mm2 c 35 mm2 d 250 m 200 m 100 m 86 50A 450 30A 00 25A 370
Giải: - Tra bảng ta có: Dây A-95 có r0 = 0,34 /km; x0 = 0,303 /km Dây A-50 có r0 = 0,64 /km; x0 = 0,325 /km Dây A-35 có r0 = 0,92 /km; x0 = 0,336 /km - Xác định các thành phần tác dụng và phản kháng của dòng điện tại các hộ tiêu thụ: iaAb = 50.cos450 = 35 (A); irAb = 50.sin450 = 35 (A) iaAc = 30.cos00 = 30 (A); irAc = 30.sin00 = 0 (A) iaAd = 25.cos370 = 20 (A); irAd = 25.sin370 = 15 (A) - Xác định dòng điện chạy trên từng đoạn đường dây: Iacd = 20 (A); Ircd = 15 (A) Iabc = 30+20 = 50 (A); Irbc = 0+15 = 15 (A) IaAb = 35+30+20 = 85 (A); IrAb = 35+0+15 = 50 (A) - Tổn thất điện áp trên đường dây là: 1 n  Pi ri  Qi x i  = 3  (I ai ri cosi  I ri x i sin i ) n U= U dm i 1 i 1 = 3 [(85.0.34.0,25+50.0,303.0,25)+(50.0,64.0,2+15.0,325.0,2)+ +(20.0,92.0,1+15.0,336.0,1)] = 35,9 (V) Với Ia1=aaAb+iaAc+iaAd=35+30+20 = 85 (A) Ia2= iaAc+iaAd=30+20 = 50 (A) Ia3= iaAd=20 = 20 (A) Ir1=arAb+irAc+irAd=35+0+15 = 50 (A) Ir2= irAc+irAd=0+15 = 15 (A) Ir3=irAd=15 = 15 (A) 2.3. Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều a. Toàn bộ đường dây có phụ tải phân bố đều Trong thực tế ta có thể gặp những đường dây có tải phân bố đều, chẳng hạn đường dây CCĐ cho các nhà ở liền nhau, cho hệ thống chiếu sáng đường phố v.v... dl p0 l L Hình 2.9. 87
Giả sử đường dây có chiều dài L với điện trở đơn vị là r 0. Xét một vi phân chiều dài đường dây dl, ta có điện trở của đoạn dl là rdl = r0.dl.. Tại tiết diện cách đầu cuối đường dây một đoạn l sẽ có một dòng công suất p0l đi qua. Tổn thất điện áp trên vi phân dl là 1 d(U) = p 0 l.r0 .dl U dm Tổn thất điện áp trên toàn bộ đường dây là: L L 1 1 L 1 l2 U =  d(U)   p 0 l..r0 .dl  p 0 r0  l.dl  0 L p 0 r0 . 0 U 0 dm U dm 0 U dm 2 1 1 1 = p 0 L.r0 L  P.R U dm 2 2U dm 1 Tương tự, khi phụ tải là q0 ta sẽ có U = QX 2U dm Từ đây ta thấy: tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều bằng một nửa tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung ở cuối đường dây. b. Trên đường dây chỉ có những đoạn mà phụ tải phân bố đều L2 L1 dl D A C B p0 l LD P Hình 2.10. Giả sử phụ tải có cos = 1 và công suất phân bố trên một đơn vị dài đường dây ở đoạn có phụ tải phân bố đều là p0; điện trở đơn vị của đường dây là r0. Xét một vi phân chiều dài đường dây ở đoạn phân bố đều dl, ta có công suất truyền tải trên vi phân này là dp = p0dl Công suất dp đặt cách A một đoạn l và gây ra tổn thất điện áp là: 1 1 d(U) = dp.r0 .l  p 0 .r0 .l.dl U dm U dm Tổn thất điện áp từ điểm A đến điểm C của mạng điện là: 88
L2 L2 L2 1 1 UAC =  d(U)   p 0 .r 0 .l.dl  p 0 .r0  ldl L1 L1 U dm U dm L1 1 l2 1 L22  L21 1 L  L1 = p 0 r0 L2 L1  p 0 r0  p 0 r0 2 .L 2  L1  U dm 2 U dm 2 U dm 2 1 L  L1 = p 0 (L 2  L1 ).r0 . 2 U dm 2 Gọi D là điểm giữa của đoạn đường dây có phụ tải phân bố đều, ta thấy: L 2  L1 = LD 2 Ta có: r0.LD = RD là điện trở tính từ A đến D. p0.(L2 - L1) = P là tổng công suất của toàn đoạn đường dây có phụ tải phân bố đều. 1 L  L1 1 Vậy UAC = p 0 (L 2  L1 ).r0 . 2  P.R D U dm 2 U dm * Kết luận: Từ các công thức trên ta thấy: để tính tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều ta có thể thay các phụ tải phân bố đều bằng một phụ tải tập trung đặt ở chính giữa đoạn có phụ tải phân bố đều. Phụ tải này bằng tổng các phụ tải phân bố đều của đường dây. Ví dụ 1: Một mạng điện như sau: A A-50, 4 km 1 A-50, 3 km 2 p0=90 kW/km p1=60 kW p2=15 kW Dây A-50 có r0 = 0,63 (/km); x0 = 0,35 (/km). Điện áp định mức của đường dây Uđm=10,5 kV Giải: Thay các phụ tải phân bố đều bằng 1 phụ tải tập trung, ta có sơ đồ như sau: A A-50, 4 km 1 A-50, 1,5 km A-50, 1,5 km 2 p1=60 kW p3 p2=15 kW Công suất của phụ tải lúc này là: 89
p1=60 kW; q1=0 kVAr p2=15 kW; q2=0 kVAr p3=90.3 = 270 (kW); q3=0 kVAr Tổn thất điện áp toàn mạng là: 1 n U =  pi R i  q i X i  U dm i 1 1 U = [(60.0,63.4+270.0,63(4+1,5)+15.0,63(4+1,5+1,5)+0] = 109,8 (V) 10,5 109,8 100 U%= . = 1,046% 10,5 1000 Ví dụ 2: Một đường dây nhôm CCĐ có sơ đồ như hình vẽ A 50 m b 50 m c 50 m d 50 m e 50 m 25 1 25 0,8 200 m  1 kW/m    100 m  0,15 f 15 0,8  g Các sứ cách điện cố định các dây pha cách nhau 600 mm. Phụ tải (kW) và hệ số công suất (cos) cho trên hình vẽ. Điện áp của mạng điện Uđm = 380 V. Đường dây chính Ae là dây A-50 có r0 = 0,63 (/km); x0 = 0,325 (/km) Đường dây nhánh bf là dây A-16 có r0 = 1,96 (/km); x0 = 0,385 (/km) Đường nhánh dg là dây A-25 có r0 = 1,27 (/km); x0 = 0,345 (/km) có phụ tải phân bố đều từ cách d một khoảng 50 m đến g Xác định tổn thất điện áp từ đầu nguồn đến các nhánh. Giải: Xác định các thành phần tác dụng và phản kháng của phụ tải: p1 = 15 kW, cos = 0,8  tg = 0,75  q1 = 15.0,75 = 11,25 kVAr; p2 = 25 kW, cos = 1  tg = 0  q2 = 0 kVAr; 90
p3 = 25 kW, cos = 0,8  tg = 0,75  q3 = 25.0,75 = 18,75 (kVAr); Phụ tải phân bố đều trên một đoạn của nhánh dg được thay bằng một phụ tải tập trung đặt tại chính giữa đoạn này. pđều = 0,15.100 = 15 (kW); cos = 1  tg = 0  qđều = 0 kVAr; Ta xác định được công suất chạy trên đường dây và sơ đồ lúc này được vẽ lại là: A 50 m b 50 m c 50 m d 50 m e 80 +j30 (kVA) 65 +j18,75 40 +j18,75 (kVA) (kVA) 25 +j0 (kVA) 25+j18,75 100 m (kVA) 200 m 1 n Tổn thất điện áp trên đường dây: U =  Pi ri  Q15i x i+j0  U dm i 1 (kVA) 50 m - Tổn thất điện ápftrên Ae: 15 +j11,25 (kVA) g 1 UAe = [(80.50.0,63)+65.50.0,63)+40.50.0,63)+(25.50.0,63)+ 380 +(30.50.0,325)+(18,75.50.0,325)+ (18,75.50.0,325)+ (18,75.50.0,325)] = 21 (V) - Tổn thất điện áp đến điểm f: 1 UAf = [(80.50.0,63)+(15.200.1,96)+(30.50.0,325)+(11,25.200.0,385)] 380 = 25,68 (V) - Tổn thất điện áp đến điểm g: 1 UAg = [(80+65+40).50.0,63+15.100.1,27+(30+2.18,75).50.0,325] 380 = 23,24 (V) Như vậy tổn thất điện áp lớn nhất là ở đoạn Af: UAf = 25,68 V 25,68 Tính theo phần trăm: UAf% = .100 = 6,76% 380 2.4. Tổn thất điện áp trên đường dây có dây trung tính Đường dây có dây trung tính là đường dây 3 pha có CCĐ cho các phụ tải thắp sáng và sinh hoạt. Mạng gồm có 3 dây pha và 1 dây trung tính với cấp điện áp thông dụng là 380/220 V hay 220/127 V. Đặc điểm của mạng này là cos 1 và phụ tải giữa các pha là không bằng nhau, mặc dù người quản lý điện đã cố gắng phân đều phụ tải ra các pha. Khi đó trên dây trung tính có dòng điện chạy qua và gây ra tổn thất điện áp ở các pha là khác nhau. I A A I B B 91 I C C 
Hình 2.11. Mạng 3 pha 4 dây có phụ tải các pha không đều nhau Vì vậy cần phải tính tổn thất điện áp ở pha chịu tổn thất lớn nhất để kiểm tra chất lượng điện và chọn thiết bị điện. Mạng này có điện kháng tương đối bé và làm việc với phụ tải có cos 1 nên có thể bỏ qua thành phần tổn thất điện áp trên điện kháng của đường dây. Đồ thị véc tơ điện áp và dòng điện của mạng như hình 2.12. Giả sử điện áp pha ở đầu đường dây là đối xứng: U A = UB = UC, nghĩa là các véctơ OA  OB  OC. Ta cũng giả sử phụ tải pha A là lớn nhất. Trên dây trung tính có dòng điện không đối xứng I0 chảy qua. Dòng này bằng tổng hình học các dòng điện pha. I0  I A  I B  IC  Dòng I0 gây ra tổn thất trên dây trung tính: U0 = I0.r0 Hay: U 0 = I A .r0+ I B .r0+ I C .r0 Như vậy: U   U 0 0a   U 0b   U 0c  Trong đó: r0 - Điện trở của dây trung tính U 0a , U  0b , U  0c - Véctơ tổn thất điện áp do các thành phần dòng điện các pha gây lên trên dây trung tính. A  ïA U A U A’ I A  'A U U’oa O’  U0  'B U  'C U O I B I C B’  fC C’  fB U U B B U C C U 92
Hình 2.12. Đồ thị véc tơ điện áp và dòng điện của mạng 3 pha 4 dây, phụ tải không đối xứng A I A 600 I B 600 600 Ioa I C I0  O Hình 2.13. Tổn thất điện áp trên đường dây các pha: UfA = IA.r; UfB = IB.r; UfC = IC.r; Với r - Điện trở của mỗi dây pha.  Các véc tơ O' A'; O' B'; O' C' - là các véc tơ điện áp pha ở cuối đường dây: U 'A ; U  'B ; U  'C  Tổn thất điện áp toàn phần ở mỗi pha: bao gồm tổn thất điện áp trên dây pha và dây trung tính.  Tổn thất điện áp ở pha A: UA = UA - U’A = UfA + U’oa UA IA.r + U’oa Trong đó: UfA - Tổn thất điện áp trên dây pha A U’oa- Hình chiếu của véctơ U  0 lên phương OA 93
Từ đồ thị hình 2.12 ta có: U’oa = U0.cos = I0.r0cos = I0a.r0 Với  là góc hợp bởi véctơ U  0 và phương OA Từ đồ thị hình 2.13, ta có: I0a = IA-IB.cos600-IC.cos600 U’oa = (IA-IB.cos600-IC.cos600).r0 = (IA-0,5IB-0,5IC).r0 Do đó: UA = IA.r + (IA-0,5IB-0,5IC).r0 = IA(r+r0) - 0,5(IB+IC).r0 Khi biểu diễn phụ tải pha bằng công suất tác dụng ta có: UA = p A (r  r0 )  0,5r0 (p B  p C ) U fdm U fdm Nếu biểu diễn r và r0 qua các tiết diện s, s0, chiều dài đường dây L và điện dẫn p .L  1 1  L suất , ta có: UA = A     (p B  p C ) (V) .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0  Tương tự ta có biểu thức tính tổn thất ở các pha B và C: p .L  1 1  L UB = C     (p A  p C ) (V) .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 p C .L  1 1  L UC =     (p A  p C ) (V) .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 Trong đó: Ufđm (V) - Điện áp pha định mức p (W) - Phụ tải pha L (m) - Chiều dài đường dây tính từ đầu nguồn đến phụ tải pha tương ứng s, s0 (mm2) - Tiết diện dây pha và dây trung tính   m  - Điện dẫn suất của vật liệu làm dây.   .mm 2  Khi trên đường dây có nhiều phụ tải mắc vào các vị trí bất kỳ thì tổn thất điện áp ở mỗi pha được tính bằng tổng tổn thất điện áp trên từng đoạn riêng rẽ. n  p Ai .L Ai  1 1 1 n UA = i 1      p Bi .L Bi  p Ci .L Ci  (V) .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 i 1 n  p Bi .L Bi  1 1 1 n UB = i 1      p Ai .L Ai  p Ci .L Ci  (V) .U fdm  s s 0 2 ..U .s fdm 0 i 1 n  p Ci .L Ci  1 1 1 n UC = i 1      p Ai .L Ai  p Bi .L Bi  (V) .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 i 1 94
Trong thực tế nhiều khi phụ tải được cho bằng dòng điện các pha. Với mạng 3 pha 4 dây thì dòng điện này cũng chính là dòng chạy trên các dây. pi Ta có: Ii = (A) U fdm Với pi (W) - Phụ tải pha i Ii (A) - Dòng điện pha i Thay vào công thức trên ta được: n  I Ai .l Ai  1 1 1 n UA = i 1      I Bi .l Bi  I Ci .l Ci  (V)   s s 0  2..s 0 i 1 n  I Bi .l Bi  1 1 1 n UB = i 1      I Ai .l Ai  I Ci .l Ci  (V)   s s 0 2. .s 0 1 i n  I Ci .l Ci  1 1 1 n UC = i 1      I Ai .l Ai  I Bi .l Bi  (V)   s s 0  2..s 0 i 1 Với lij (m) - Chiều dài của đoạn đường dây thứ j mà dòng điện pha i chạy qua. Ví dụ 1: Xác định tổn thất điện áp trong cả 3 pha có các phụ tải 240 W đấu cách nhau 100 m như hình vẽ. Biết dây pha là dây đồng, tiết diện 10 mm2; dây trung tính cũng bằng đồng, tiết diện 6 mm2; điện áp mạng 380/220 V. 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m 100 m A B C O 240 W 240 W 240 W 240 W 240 W 240 W Giải: Tổn thất điện áp ở pha A: 95
n  p Ai .L Ai  1 1 1 n UA = i 1      p Bi .L Bi  p Ci .L Ci  .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 i 1 240.100  240.400 1 1  1 UA=    (240.200  240.500  240.300  240.600) 53.220  10 6  2.53.220.6 =0,89 (V) 0,89 UA% = .100 = 0,7% 127 n  p Bi .L Bi  1 1 1 n UB = i 1      p Ai .L Ai  p Ci .L Ci  .U fdm  s s 0  2..U fdm .s 0 i 1 UB= 240.200  240.500  1  1   1 (240.100  240.400  240.300  240.600) 53.220  10 6  2.53.220.6 =2,8 (V) 2,8 UB% = .100 = 2,2% 127 n  p Ci .L Ci  1 1 1 n UC = i 1      p Ai .L Ai  p Bi .L Bi  .U fdm  s s 0 2 ..U .s fdm 0 i 1 UC= 240.300  240.600  1 1  1    (240.100  240.400  240.200  240.500) 53.220  10 6  2.53.220.6 =5 (V) 5 UC% = .100 = 3,94% 127 Như vậy tổn thất điện áp ở pha C là lớn nhất. Ví dụ 2: Xác định tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện có các phụ tải (A) mắc như trên hình vẽ. Biết rằng các dây pha và dây trung tính làm bằng nhôm A- 16, cos=1 đối với tất cả các phụ tải; điện áp của lưới điện 3800/220 V. A 6A 2 x A-16 150 m B 6A 50 m 4 x A-16 4 x A-16 4 x A-16 3 x A-16 2 x A-16 200 m 200 m 100 m C 150 m 150 m 2 x A-16 B A 9A 3A 15 A C 9A 96
Giải: Từ sơ đồ lưới điện đã cho ta tính được dòng điện chạy trên các pha như hình vẽ: 15 A 9A 6A 150 m 6A 50 m 15 A 6A A 21 A 6A B 12 A 3A C 3A O 9A 150 m 150 m 200 m 200 m 100 m Ta có: n  I Ai .l Ai  1 1 1 n  s  s   2..s  I Bi .l Bi  I Ci .l Ci  = i 1   UA =   0 0 i 1 [15(150  150)  6(200  150)]  1 1  1     [21.150  6(150  200  200  50)  32  16 16  2.32.16  12(150  150  200)  3(200  100)]  12,45 (V) n  I Bi .l Bi  1 1 1 n UB = i 1      I Ai .l Ai  I Ci .l Ci  =   s s 0 2. .s 0 1 i 97