Giáo trình Cung cấp điện: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Cung cấp điện" tiếp tục giới thiệu những kiến thức cơ bản về mạng điện, nguyên tắc lựa chọn thiết bị và kỹ thuật bảo vệ rơ le trong hệ thống cung cấp điện, kỹ thuật chiếu sáng trong mỏ, phương pháp và đặc điểm cung cấp điện cho tàu điện cần vẹt và ắc quy, cũng như các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp. 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: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

PHẦN II. MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương V. MẠNG ĐIỆN V.1. Phân loại mạng điện - những yêu cầu kinh tế kỹ thuật của mạng điện V.1.1. Phân loại mạng điện: Có 3 cách phân loại sau: - Theo cấp quản lý người ta chia ra các mạng sau: + Mạng điện khu vực + Mạng điện dịa phương + Mạng điện đô thị + Mạng điện nông thôn hoặc xí nghiệp - Theo hình dạng kêt cấu: Ta có mạng hở, mạng kín, mạng hình tia hoặc mạng rẽ nhánh v.v … - Theo cấp điện áp có thể chia thành: Mạng hạ thế, mạng trung thế, mạng cao thế, mạng siêu cao thế và mạng cực cao. Ngoài ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng một chiều, mạng xoay chiều v.v… V.1.2. Những yêu cầu kinh tế kỹ thuật của mạng điện - Điện áp phải phù hợp - Cung cấp điện liên tục đầy đủ cho các loại hộ dùng điện. - Đảm bảo chất lượng điện năng - Kinh tế phải hợp lý. V.2. Các loại sơ đồ cung cấp điện thông dụng V.2.1. Mạng cao áp Để cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải thường sử dụng một số loại sơ đồ chính sau đây: - Cung cấp điện theo sơ đồ hình tia (hình V.1) 72
CDCL CDCL 35110k MCPĐ v MC MC MC MCLL MC 6-10kv MC MC MC MC MC MC Hình V-1: Sơ đồ cung cấp điện hình tia Sơ đồ hình tia là sơ đồ mà ở đó điện năng từ nguồn cung cấp truyền thẳng đến các trạm biến áp phân xưởng. Nguồn cung cấp có thể là trạm biến áp chính, trạm phân phối hay nhà máy điện tự dùng. Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau. Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ vận hành và bảo quản. Nhược điểm là vốn đầu tư lớn. Do vậy nó được dùng để cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại I, II. - Cung cấp điện theo sơ đồ mạch vòng kín (hình V-2) 6/0,4kv 35/6kv 6/0,4kv 73
Hình V-2: Sơ đồ cung cấp điện mạch vòng kín Trong chế độ vận hành bình thường thì vòng sẽ được hở ra tại một trạm nào đó phía cao áp. Mỗi phụ tải được lấy trên các phân đoạn 6 kV khác nhau. Khi sự cố một nhánh các phụ tải cần thiết sẽ chuyển sang lấy điện ở phân đoạn 6 kv còn lại. Sơ đồ này thường dùng cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại II,III ở các mỏ lộ thiên. - Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính (hình V-3) A A A Hình V-3: Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính Ở sơ đồ này mỗi trạm được trang bị tối thiểu 2 máy biến áp, thanh cái phân đoạn ở cả 2 cấp điện áp hoặc chỉ ở thanh cái điện áp thấp, đồng thời được cung cấp từ hai đường dây chính. V.2.2. Mạng điện áp thấp Thường sử dụng các sơ đồ nối dây chính sau: - Sơ đồ hình tia:(hình V- 4.a,b) a- Cung cấp điện cho b- Cung cấp điện cho các phụ tải tập trung các phụ tải phân tán Hình V- 4: Sơ đồ hình tia 74
- Sơ đồ dạng phân nhánh (sơ đồ dạng trục chính). (Hình V-5. a, b) 6/0,4kv Hình V-5: a- Sơ đồ phân nhánh có thanh cái 6/0,4kv Hình V-5: b- Sơ đồ phân nhánh máy biến áp - trục chính Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, thì có nhiều điểm tiêu thụ hay nhiều điểm phân phối được cung cấp từ các vị trí khác nhau trên trục chính này. V. 3. Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ thì mỗi phần tử của mạng điện do có tổng trở đều gây nên tổn thất công suất và tổn thất điện áp. Tổn thất công suất gây ra tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém. Tổn thất điện áp tạo nên điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng đến chất lượng điện. V3.1. Tổn thất công suất trên đường dây a. Tổn thất công suất trên đường dây có một phụ tải tập trung. A B P,Q,cos Hình V-6 75
Giả sử có một đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho một phụ tải tập trung có công suất (P,Q) và hệ số công suất cos. Như ta đã biết: Khi có dòng điện 3 pha chạy qua dây dẫn có tổng trở Z = R+j X thì tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng là: S2 P2  Q2 P = 3.I R = 2 .R.R  (V-1) U2U2 S2 P2  Q2 Q = 3.I X = 2 .X  2 .X (V-2) U U2 trong đó: P- Tổn thất công suất tác dụng, [MW]; Q- Tổn thất công suất phản kháng, [MVAR]; S - Công suất biểu kiến truyền tải trên đường dây, [MVA]; U- Điện áp định mức của lưới điện,[KV]; R, X- Tương ứng là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây,[]; b. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều I 2 1 dl l I0 L Hình V- 6 Nếu đường phân phối có phụ tải phân bố đều như đường dây chiếu sáng ngoài đường chẳng hạn thì để tính tổn thất, ta xét một vi phân phân tố chiều dài dây dẫn dl (như hình vẽ ) cách điểm cuối của đường dây là l thì tổn hao công suất trên nó là dP được xác định theo công thức: dP = 3.(I0l)2dr = 3. (I0l)2 r0dl; (V-3) với: I0 = I/L thì L P = 3.  I 0 l 2 .r0 .dl = I 02 . r0 .L3; (V-4) 0 hay P =(I0 L )2. r0 L = I2.R (V-5) Rõ ràng tổn thất trên đường dây có phụ tải phân bố đều, bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có phụ tải tập trung nhưng đặt ở cuối đường dây. 76
V.3.2. Tổn thất công suất trong máy biến áp (chủ yếu khảo sát trong máy biến áp hai cuộn dây) Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất trong lõi thép hay tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn hao đồng). * Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng tổn thất không tải. S0 = P0+j Q0; (V-6) I 0 %.Sdm với Q0= ; (V-7) 100 I %.S do đó : S0 = P0+j 0 dm ; (V-8) 100 trong đó: P0 = PFe- Tổn thất công suất tác dụng không tải chính bằng tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép. *Tổn thất công suất trong máy biến áp khi mang tải là định mức: - Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi tải là định mức: Pcd đm= Pk; - Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây khi tải là định mức: U pk %.S dm Qcd đm= Qk= ; (V-9) 100 trong đó: Upk%- Thành phần điện áp phản kháng của điện áp ngắn mạch, % - Đối với máy biến áp có công suất Sđm  1000 KVA do xba  rba thì tổn thất công suất phản kháng định mức trong dây quấn máy biến áp được xác định: U N %.Sdm Qcd đm= ; (V-10) 100 Vì khi máy biến áp làm việc thì phụ tải của máy biến áp (S pt) thường khác với dung lượng định mức của máy biến áp, nên khi xác định tổn thất trong máy biến áp cần chu ý đến hệ số mang tải: kmt= Spt/ Sđm = Ipt/ Iđm; (V-11) Khi đó tổn thất trong các cuộn dây là: U pk %.S dm Scuộndây = k mt2 .Pk+j k mt2 ; (V-12) 100 - Do vậy, tổn thất công suất trong máy biến áp khi phụ tải bất kỳ sẽ được xác định theo công thức: I 0 %.Sdm U pk %.S dm ST = ( P0 + k mt2 .Pk)+j ( + k mt2 ); (V-13) 100 100 Vậy: ST = PT+j QT; (V-14) với : PT = P0 + k mt2 .Pk; (V-15) QT = Q0 + k mt2 .Qk; (V-16) 77
V.3.3. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp a. Xác định thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax và thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất  . Điện năng tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải và thời gian vận hành. Song trong quá trình vận hành, phụ tải luôn biến đổi, vì vậy để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta giả thiết phụ tải luôn không thay đổi và bằng phụ tải lớn nhất. Do vậy thời gian dùng điện lúc này là thời gian tuơng đương về phưong diện tiêu thụ điện năng. Với giả thiết như trên thì thời gian dùng điện ở phụ tải lớn nhất này (thường lấy bằng phụ tải tính toán ) đựơc gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, ký hiệu là Tmax. Từ đồ thị vẽ đường cong phụ tải hình V-7, ta định nghĩa: I I(t) I2(t) 2 I tbbp 2 I max Imax 0 t  Tmax t Hình V-7 t 8760 h t 8760 h  It .dt  It .dt  Tmax= 0 Imax.Tmax= ; (V-17) 0 I max Vậy: Nếu ta giả thiết rằng ta luôn sử dụng phụ tải lớn nhất và không đổi thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ tải đó tiêu thụ một lượng điện năng bằng lượng điện năng do phụ tải thực tế ( biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc được gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Đối với xí nghiệp làm việc một ca: Tmax= 1500  2000 h Đối với xí nghiệp làm việc hai ca: Tmax= 3000  4500 h Đối với xí nghiệp làm việc ba ca: Tmax= 5000  7000 h + Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất  là thời gian nếu trong đó mạng điện 78
mang tải lớn nhất sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên mạng điện trong một năm. Cũng từ đồ thị trên ta định nghĩa: t 8760 h  I t .dt 2 0 = ; (V-18) I 2 max từ  ta có thể xác định dòng điện trung bình phương I tbbp. Dòng điện trung bình bình phương được xác định như sau: t 8760 h  I t .dt 2 t 8760h  I t .dt 0 2 I tbbp .t  2 , do đó : I tbbp  ; (V-19) 0 t  8760h từ trên ta cũng có: 2 I max .  I tbbp 2 .t ; (V-20)   vậy: I tbbp  I max .  I max . ; (V-21) t 8760 trị số  có thể xác định theo đồ thị quan hệ: từ  = f(Tmax,cos ) như hình vẽ:  cos = 0,7 3 cos = 0,8 2 1 cos =1 Tmax Hình V- 8 Và cũng có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của Kezevit sau:  = (0,124+ Tmax.10-4)2.8760. (V-22) b. Tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp. * Tổn thất điện năng trên đường dây: Tổn thất điện năng trên đường dây đựơc xác định như sau: Add= Pdd.  , [kW.h]; (V-23) trong đó: Pdd- Là tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây với phụ tải tính toán.  - Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất. 79
* Tổn thất điện năng trong máy biến áp: - Đối với trạm biến áp có một máy biến áp thì tổn thất điện năng được xác định theo công thức: S pt max AT = P0.t + Pk( )2.  , [kw.h]; (V-24) S dm nếu máy biến áp làm việc liên tục trong một năm t =8760h; - Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song thì tổn thất điện áp đựợc tính theo công thức: 1 S pt max 2 AT = n.P0.t + Pk( ) .  , [kW.h]; (V-25) n S dm với t- Thời gian vận hành thực tế của máy biến áp, h; nếu bình thường máy biến áp luôn đóng vào mạng thì t = 8760 h. - Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi số lượng máy biến áp tuỳ theo mức phụ tải (như hình vẽ) lúc ấy tổn thất diện năng của trạm trong một năm được xác định: m m 1 S AT = P0.  ni .t i + Pk.  .( i )2.ti , [kW.h]; (V-26) i 1 i 1 ni S dm ở đây: Số máy biến áp làm việc trong thời gian ti S(kvA) t1 S1 S2 t 2 S3 t 3 0 8760 t(h) Hình V- 9 V.4. Tính toán tổn thất điện áp trong mạng điện V.4.1. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có một phụ tải tập trung. Giả thiết mạng điện làm việc ở chế độ đối xứng, do đó ta có thể tách một pha ra để nghiên cứu. Trên hình vẽ biểu diễn một đường dây có tổng trở Z = R+j X[] và một phụ tải tập trung đặt ở cuối đường dây S = P+j Q[KVA], và đồ thị véc tơ điện áp của đường dây nêu trên. Z=R+jX U1 U2 i , cos S = P+j Q 80
Hình V-10 Đồ thị véc tơ điện áp: c U1 Iz 1  Ix d U 0 f a U2 Ir b 2 2 I U Tổn thất điện áp Hình V-11 Véc tơ oa biểu diễn điện áp U2 ở cuối đường dây. Góc 2 tương ứng với cos2 của phụ tải hộ tiêu thụ. Tổn thất điện áp trên đường dây sẽ xác định bằng tam giác tổn thất điện áp abc, ở đây véc tơ ab trùng pha với véc tơ dòng điện i và là tổn thất điện áp trên điện trở của đường dây, còn véc tơ bc là tổn thất điện áp trên điện kháng của đường dây, véc tơ ac biểu diễn tổn thất điện áp tổng trên đường dây. Đó là hiệu của hai véc tơ ở đầu và cuối đường dây, tức là: U p  U p1  U P 2 ; (V-27) đoạn ad là hình chiếu của véc tơ tổn thất điện áp tổng trên trục của U 2được gọi là thành phần tổn thất điện áp dọc trục. Đối với lưới điện công nghiệp khi điện áp chỉ đến 35 kV thì góc  giữa U1và U2 rất bé. Do vậy tổn thất điện áp tổng có thể lấy gần đúng bằng thành phần tổn thất điện áp dọc trục này để tính toán chọn tiết diện dây dẫn. Như vậy, một cách gần đúng về giá trị ta có: U= ad = af+fd và 1 2=  (vì  rất bé ) ở đây: af = I.R.cos ; fd = I.X.sin Vậy tổn thất điện áp dây sẽ là: U = 3 .U= 3 .( I.R.cos + I.X.sin ),V hay P.R  Q.X U = ,V (V-28) U dm để dễ so sánh ta thường tính theo trị số phần trăm so với định mức: 81
P.R  Q. X 100 U% = 2 . ; (V-29) U dm 1000 trong đó: P,Q - Là phụ tải tác dụng và phụ tải phản kháng của đường dây [kW],kVAR]; R,X- Là điện trở và điện kháng của đường dây [] Uđm- Điện áp định mức của lưới điện[kV]; Yêu cầu: Phải đảm bảo đường dây làm việc bình thường, tức là: U%  Ucp%, đối với điện áp cao hơn 35 kV, ta phải xét đến thành phần tổn thất điện áp ngang trục: P. X  Q.R U  3.U P  3 .( I.X.cos - I.R.sin ) = , U dm do vậy: .  U  U  j.U ; (V-30) điện áp dây ở đầu và cuối đường dây (tính bằng kV) trong thực tế bằng công thức: 2 2  P .R  Q 2 .X   P2 .X  Q 2 .R  U1   U 2  2     ; (V-31)  U2   U2  V.4.2. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có nhiều phụ tải tập trung P1+j Q1 1 P2+j Q2 2 0 r1, x1 I1 r2, x2 I2 i1, cos1 i2, cos2 Hình V-12 Trên hình vẽ trình bày đồ thị véc tơ điện áp của đường dâycó hai phụ tải tập trung i1và i2. Điện áp ở cuối đường dây của phần tử thứ 2 ký hiệu là U2, còn ở cuối phần tử thứ nhất là U1, điện áp đầu tuyến đường dây là U. U1 UpA e 2 1 2 U c d 0 b’ i1 c d a 1 ’ ’ U2 b U i2= I2  I1 82
Hình V-13 Giá trị tổn thất điện áp chung chính là tổng tổn thất điện áp ở cả 2 phần. Do đó ta có: U= I2.r2.cos2 + I2.x2.sin2 + I1.r1.cos1 + I1.x1.sin1, V; (V-32) Vì vậy, đối với đường dây có nhiều phụ tải tập trung i1, i2,..,in thì ta sẽ có tổn thất điện áp trên toàn bộ đường dây của lưới là: n U = 3 .U= 3 .  ( Ii.ri.cosi + Ii.xi.sini ),V; (V-33) i 1 n 1 hay: U = U dm  Pi ri  Qi x i  ,V (V-34) i 1 Để so sánh, ta thường tính theo phần trăm so với định mức, do vậy: n 100 U% = 2 1000.U dm  Pi ri  Q i x i  , (V-35) i 1 trong đó: Pi , Qi- Công suất chạy trên đoạn thứ i [kW, kVAR]; ri, xi - Điện trở và điện kháng của đoạn dây thứ i [] Uđm- Điện áp dây định mức của lưới điện[kV]; Nếu tính tổn thất điện áp không xuất từ dòng điện chạy trên đường dây (I1, I2,..., In) mà theo dòng điện phụ tải: i1, i2,.., in thì ta sẽ được: n U = 3 .  ( ii.Ri.cosi + ii.Xi.sini ),V (V-36) i 1 Nếu tính theo phần trăm so với định mức, ta được: n 100 U% = 2 1000.U dm  p i R i  q i X i  , (V-37) i 1 trong đó: pi , qi- Công suất của phụ tải tại điểm đấu thứ i[kW, kVAR]; Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đường dây kể từ đầu nguồn đến điểm thứ i [] Uđm- Điện áp dây định mức của lưới điện[kV]; V.4.3. Trường hợp đặc biệt a. Nếu đường dây đồng nhất: Tức là đường dây có các đoạn dây dẫn cùng loại, cùng tiết diện, cùng cách lắp đặt (có r0 ,x0 như nhau). Khi đó tổn thất điện áp trên sẽ là: 83
n 100. 3 U% = U dm .  i 1 ( ii.Ri.cosi + ii.Xi.sini ), (V-38) do r0 và x0 của các đoạn dây như nhau nên: n 100. 3 U% = U dm .  i 1 ( ii.r0.Li .cosi + ii.x0.Li .sini ), (V-39) n 100. 3 hay: U% = . ( r0.costb + x0.sintb ).  ii.Li ; (V-40) U dm i 1 trong đó: p i .10 3 ii = ; (V-41) 3.U dm . cos  tb 10 3.10 2 n nên ta có: U% = 2 . ( r0.costb + x0.sintb ).  pi.Li ; (V-42) U dm cos  tb i 1 Nếu: Điện trở và điện kháng (r0,x0) trên một đơn vị chiều dài của dây dẫn [/km] pi- Công suất của phụ tải thứ i [kW]; Li- Chiều dài dây dẫn từ đầu nguồn đến phụ tải thứ i[km]; Uđm - Điện áp dây định mức [kV]; Thì ta có: n 100 U% = 2 . ( r0.costb + x0.sintb ).  pi.Li ; (V-43) 1000.U dm cos  tb i 1 trong đó: cos  tb   Pi . cos i ; (V-44)  Pi b. Nếu đường dây cung cấp cho phụ tải có cos = 1(đèn sợi đốt ,lò điện trở,..) hoặc nếu đường dây cáp ở mạng điện áp thấp có (r0x0) thì khi tính tổn thất điện áp ta có thể bỏ qua thành phần điện kháng, khi đó: n 100 U% = 2 1000.U dm . r 0 .  i 1 pi.Li (V-45) V.4.4. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải phân bố đều. a. Trong thực tế ta có thể gặp một số đường dây có phụ tải phân bố đều (như hình vẽ) dl P0 l L 84
Hình V-14 Ở đó p0 là công suất trên một đơn vị chiều dài. Tại một tiết diện cách đầu cuối của đường dây là l sẽ có một lượng công suất p 0.l đi qua. Giả thiết đường dây có r0, thì vi phân chiều dài dl sẽ có một điện trở là r0.dl. Tổn thất điện áp trên một đoạn vi phân chiều dl sẽ là: p 0 .l.r0 .dl dU  , (V-46) U dm Tổn thất trên toàn bộ đường dây là: r0 .L L L p 0 .L. r .p 2  P.R ; U   dU   0 0 .l.dl  (V-47) 0 0 U dm U dm 2.U dm Q.X Tương tự khi phụ tải là q0 ta sẽ có: U  . Do vậy, với phụ tải S0 phân bố 2.U dm đều (S0=S/L) thì tổn thất điện áp trên đường dây là: P.R  Q.X U  ; (V-48) 2.U dm Từ đây ta có nhận xét là: Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều sẽ bằng một nửa tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung ở cuối đường dây. b- Nếu trên đường dây chỉ có những đoạn mà phụ tải phân bố đều (như hình vẽ). L2 L L1 pi pi P1 P2 P=pi Hình V-15 Khi đó, ta có thể coi các phụ tải phân bố đều tương đương với một phụ tải tập trung đặt tại điểm giữa các đoạn có phụ tải phân bố đều và có trị số bằng tổng các phụ tải tập trung. V.4.5. Mạng chiếu sáng 85
Nếu trên đường dây trang bị các đèn chiếu sáng loại dây tóc (cos = 1) thì đường dây này được coi là bỏ qua điện kháng của đường dây. Tổn thất điện áp trên đường dây sẽ được tính theo công thức: n 100 U% = 2 . r0.  pi.Li (V-49) 1000.U dm i 1 Nếu thay: r0=1/ .F với  = 1/  - Gọi là điện dẫn xuất của vật liệu làm dây dẫn - Đối với vật liệu bằng đồng cu = 53[m/.mm2]; - Đối với vật liệu bằng nhôm Al = 32[m/.mm2]; F- Tiết diện của dây dẫn mm2; n  p .L i 1 i i = M - Gọi là mô men phụ tải [kW.m] Uđm - Điện áp dây định mức của mạng tính bằng (v) thì công thức trên có thể viết: 100 M U% = . ; (V-50) 2 U dm .F 1000. 2 1000  .U 2 Nếu đặt: c = dm 5 và U% = [Ucp%] thì từ biểu thức trên ta tính được tiết diện 10 dây dẫn thoả mãn điều điều kiện tổn thất điện áp là: M F , mm2 (V-51) c.[U cp %] V.4.6. Tổn thất điện áp trong máy biến áp Tương tự như trường hợp tính tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung, tổn thất điện áp trong máy biến áp là: P.R  Q.X 100 UT% = 2 . ; (V-52) U dm 1000 trong đó: P, Q - Công suất tác dụng và công suất phản kháng do máy biến áp truyền tải [kW, kVAR]; R, X - Là điện trở và điện kháng của máy biến áp []; V.5. Các phương pháp lựa chọn dây dẫn, cáp trong mạng điện Dây dẫn và cáp thường được chọn theo 2 điều kiện chủ yếu sau đây: - Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dòng nung nóng cho phép - Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Khi lựa chọn dây dẫn và cáp có thể dựa vào một trong 2 điều kiện trên và kiểm tra theo điều kiện còn lại. Ngoài ra, còn có thể chọn dây dẫn và cáp theo mật độ dòng điện kinh tế của mạng điện. 86
V.5.1. Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dòng nung nóng cho phép Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc dây cáp thì dây dẫn sẽ bị nóng nên, nếu nhiệt độ của dây dẫn hoặc cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hoặc giảm tuổi thọ. Mặt khác, độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống. Do vậy nhà chế tạo qui định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn và cáp. Do đó tiết diện dây dẫn và cáp được chọn phải thoả mãn điều kiện sau: k1.k2.Icp  Ilvmax (V-53) trong đó: Ilvmax- Dòng làm việc cực đại của dây dẫn. Icp- Dòng cho phép ứng với dây dẫn chọn. K1- Là hệ số kể tới nhiệt độ môi trường làm việc của dây dẫn và cáp khác với nhiệt độ tiêu chuẩn +250C và mặt đất là +150C K2- Là hệ số kể tới số lượng cáp đặt cùng trong một rãnh. Dòng điện cho phép Icp là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua dây dẫn trong thời gian không hạn chế và không làm cho nhiệt độ của nó vượt quá trị số cho phép. V.5.2. Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Đối với mạng trung và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải điện nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng. Vì vậy người ta lấy điều kiện tổn thất điện áp làm điều kiện đầu tiên để chọn tiết diện dây dẫn và cáp. Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện dòng nung nóng cho phép. Điều kiện tổn hao điện áp cho phép là: Umax%  Ucp% (V-54) trong đó: Ucp%- Là tổn thất điện áp cho phép (5% hoặc 2,5% tuỳ thuộc vào loại phụ tải) Umax%- Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng. a. Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện Ta xét một mạch điện đơn giản như hình vẽ: P1 - j Q1 a P2 - j Q2 b 0 pa- j qa pb- j qb Hình V-15 Theo công thức tính tổn thất điện áp trên đường dây ta có: n 1 U = U dm  Pi ri  Qi x i  ,v (V-55) i 1 nếu toàn bộ đường dây cùng một tiết diện, cùng một vật liệu: 87
n n r0  Pi .l i x 0 . Q i .l i i 1 i 1 U   ; (V-56) U dm U dm hay: n n r0  pi .Li x0 . qi .Li U  i 1  i 1 = U’ + U”; (V-57) U dm U dm trong đó: U’- Tổn thất điện áp do công suất tác dụng và điện trở của đường dây gây lên. U” - Tổn thất điện áp do công suất phản kháng và điện kháng của đường dây gây lên. Trong biểu thức trên nếu biết được x0, ta sẽ tính được thành phần tổn thất điện áp U” nhờ biểu thức: n n x0 . Qi .li x 0 . q i .L i U = ” i 1 , hay U = ” i 1 (V-58) U dm U dm Giá trị điện kháng trên một km đường dây x 0 nói chung ít thay đổi dù dây lớn hay bé (x0= 0,3  0,43 /km) do vậy có thể lấy một trị số trung bình nào đó để tính toán U”. Đối với đường dây cao thế trên không thì x 0 trung bình có thể lấy bằng 0,35  0,4 /km. Đối với đường dây hạ áp trên không thì x0 trung bình có thể lấy bằng 0,25 /km, còn đối với đường dây cáp thì x0 = 0,07 /km. Trị số tổn thất điện áp cho phép Ucp từ nguồn đến phụ tải xa nhất đã cho theo yêu cầu của mạng điện. Do vậy ta tính U’ theo công thức: U’ = Ucp - U”; (V-59) n r0  p i .L i biết: U '  i 1 thay r0 =1/F với  - điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn. U dm Do vậy, ta tính được tiết diện F như sau: n n  p i .L i  Pi .l i i 1 i 1 F ' , hay F (V-60) .U .U dm .U ' .U dm Căn cứ vào trị số tính toán F, ta tra bảng chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần nhất. Đồng thời xác định được r0 và x0 ứng với dây dẫn đã chọn, tính lại tổn thất điện áp sau cùng so sánh với Ucp. Nếu chưa đạt yêu cầu, ta hãy tăng một cấp và tính lại. 88
b. Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng không đổi Khi xây dựng đường dây cùng một tiết diện trên toàn bộ chiều dài của nó sẽ đưa đến việc sử dụng một khối lượng kim loại màu lớn. Do đó, nếu thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là lớn, thì đối với mạng điện trung và hạ áp ta nên chọn dây dẫn theo mật độ dòng không đổi. Lúc đó tổn thất công suất và điện năng sẽ bé nhất. Ta xét đường dây có hai phụ tải như hình vẽ: l1, F1 a l2, F2 b 0 pa- j qa pb- j qb Hình V-16 Ta biết: U’ = Ucp - U”; Cho x0 một giá trị tuỳ ý trong khoảng giá trị của nó, ta tính được thành phần tổn thất U” theo công thức: n x 0 . Q i .l i U” = i 1 , U dm với đường dây có hai phụ tải như trên ta có: 3.I1.l1. cos 1 3.I 2 .l 2 . cos  2 U '  U 'oa  U 'ab   ; (V-61) .F1 .F2 trong đó: cos1, cos2- Là hệ số công suất trên đoạn oa và ab của mạng đang xét. Ta có định nghĩa về mật độ dòng điện J = I/ F, các đoạn dây đều chọn theo mật độ dòng điện không đổi, nên ta có: I1 I 2 J  , (V-62) F1 F2 Vậy: 3 U '  J.l1. cos 1  J.l 2 . cos  2  (V-63)  Từ đây ta rút ra được:  .U ' J (V-64) 3.l1 . cos  1  l 2 . cos  2  Một cách tổng quát, đối với mạng điện có n phụ tải, thì mật độ được tính như sau: 89
 .U ' J n (V-65) 3. li . cos  i i 1 trong đó: li và cosi - Là chiều dài và hệ số công suất của đoạn thứ i Từ đây, ta xác định được tiết diện của đoạn dây dẫn thứ i cần chọn là: Fi = Ii/ J (V-66) Cuối cùng, ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra lại theo điều tổn hao điện áp cho phép, nếu không thoả mãn ta cần tăng tiết diện của dây dẫn nên một cấp. c. Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu ít nhất. Khi xây dựng một đường dây, để hợp lý ta nên chọn mỗi đoạn một tiết diện khác nhau, tất nhiên phải đảm bảo được tổn thất điện áp trên đường dây đó phải bé hơn tổn thất điện áp cho phép. Do vậy ta sẽ giảm được tiêu tốn khối lượng kim loại màu. Ta xét đường dây cung cấp cho hai phụ tải a,b như hình vẽ: P1 a P2 b 0 r1, l1 r2, l2 pa- j qa pb- j qb Hình V-17 Tổn thất điện áp cho phép từ 0 đến điểm cuối b là Ucp ta chọn x0[/km] một giá tuỳ ý, ta tính được U” và U’ = Ucp - U”. trong đó: U’ - Là tổn thất công suất do công suất tác dụng và điện trở gây ra trên hai đoạn oa và ab. U '  U 'oa  U 'ab (V-67) nếu ta biết U oa và U ab thì ta sẽ tìm được Foa và Fabtheo hai biểu thức sau: ' ' P1 .l1 Foa  ; (V-68) .U 'oa .U dm P2 .l 2 P2 .l 2 Fab   (V-69) .U 'ab .U dm   . U  U 'oa .U dm Khối lượng kim loại màu trên toàn bộ đường dây ab: V=3.(Foa.l1+Fab.l2) (V-70) 90
hay:  P1.l12 P2 .l 22   2 P2 .l 22  V 3     3  P1 .l1   ; (V-71) .U dm  U ' U 'ab   .U dm  U ' '  U  U oa  '  oa   oa Điều kiện để chi phí kim loại màu bé nhất là dậo hàm của Vtheo biến U oa' rồi cho bằng không. Sau khi biến đổi và thay thế ta được: Fab  P2  . l1 p1  l 2 P2  (V-72) .U dm .U ' Foa  P1  . l1 p1  l 2 P2  (V-73) .U dm .U ' Dựa vào tiết diện tính toán, tra bảng tiết diện tiêu chuẩn, đối với dây dẫn đầu do công suất truyền tải lớn nên chọn tiết diện gần nhất lớn hơn tiết diện tính toán. còn đối với đoạn dây dẫn cuối nguồn nên chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn tiết diện tính toán. Cuối cùng, cần kiểm tra xem tổn thất điện áp trên đường dây có bé hơn tổn thất điện áp cho phép không. V.6. Tính toán mạng cáp hạ áp khu vực Việc tính toán mạng cáp cho khu vực hạ bao gồm các công việc sau: - Tính chọn cáp để đảm bảo theo điều kiện dòng nung nóng cho phép, điều kiện độ bền về cơ học, điều kiện tổn hao điện áp cho phép. Sau đó kiểm tra theo điều kiện khởi động của động cơ có công suất lớn nhất và xa nhất. - Chọn mã hiệu cáp để đảm bảo điều kiện vận hành an toàn trong môi trường tuỳ theo mỏ. Đối với cáp cao áp 6kv ngoài việc chọn tiết diện và mã hiệu cáp đảm bảo các điều kiện trên còn cần chọn thêm theo hai điều kiện nữa: - Lựa chọn cáp theo điều kiện kinh tế. - Lựa chọn cáp theo điều kiện ổn định nhiệt. V.6.1. Lựa chọn cáp theo điều kiện theo điều kiện dòng nung nóng cho phép Điều kiện chọn tương tự như ở phần lựa chọn dây dẫn và cáp. Vì mỗi một tiết diện của cáp chỉ có thể đảm bảo được điều kiện vận hành an toàn với điều kiện có một dòng điện nhất định đi qua. Nếu chọn cáp không đúng dòng vượt quá giá trị định mức sẽ không đảm bảo điều kiện dòng nung nóng tức là cáp sẽ chóng bị già hoá cách điện làm giảm tuổi thọ, còn chọn dòng quá nhỏ sẽ không thoả mãn điều kiện kinh tế. Trong một số trường hợp dòng tính toán được tính như sau: - Khi đường dây cung cấp cho một phụ tải thì dòng tính toán được lấy bằng dòng định mức của phụ tải: Pdm .10 3 Itt = Iđm = ,A (V-74) 3.U dm . dm . cos  dm trong đó: Pđm- Công suất định mức của phụ tải [kW]; 91