Chương 6:TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN

KHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ ViỄN THÔNGBM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo Châu

Nội dung

1. Khái quát

2. Sơ đồ thay thế của lưới điện

3. Tổn thất khi truyền tải

4. Tính toán tổn thất ở mạng điện hở khu vực

5. Tính toán tổn thất ở mạng điện kín đơn giản

6. Tính toán mạng điện có nhiều cấp điện áp

7. Sử dụng đại số ma trận để xác định các thôngsố trạng thái làm việc của mạng điện

8. Các bài toán ứng dụng

1. Khái quát:

Tính toán về điện là xác định thông số chếđộ của lưới điện.

Tính toán về điện bao gồm tính các loạitổn thất trong hệ thống như tổn thất điệnáp, tổn thất công suất, tổn thất điện năngcũng như các tính toán về phân bố côngsuất, lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp,các chế độ vận hành…

Tính toán điện phục vụ cho công tác đánh giácác chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện,xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạngđiện, xác định phương án bù công suất phảnkháng…

Tùy mục đích sử dụng mà độ chính xác của cáctính toán đòi hỏi khác nhau. Để khối lượng tínhtoán giảm bớt có thể sử dụng các biểu đồ, bảngtính có sẵn trong các sách tra cứu.

Các bước thực hiện lần lượt: xử lý các dữ kiệnban đầu (cấp điện áp, loại dây dẫn, sơ đồmạng…), xây dựng sơ đồ thay thế, thực hiện tínhtoán và xử lý kết quả.

2. Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện

Thành lập sơ đồ thay thế cho một lưới điệnbất kỳ gồm có: lựa chọn sơ đồ tính toán chomỗi phần tử của lưới và tính toán các thông sốcủa chúng, sau đó lắp các sơ đồ thay thế theođúng trình tự trong lưới, cuối cùng là quy đổicác thông số trên sơ đồ về cùng cấp điện áp.

Sơ đồ thay thế của đường dây và máy biếnáp sẽ được lần lượt trình bày, đây là hai thànhphần chính của lưới truyền tải và phân phối.

2. 1. Sơ đồ thay thế đường dây:A. Các thông số của đường dây:Điện dẫn G: là thông số phản ánh hiện tượng tổn thất côngsuất tác dụng trong sứ và điện môi. Phần công suất tổn haotrong sứ của đường dây trên không ở mọi cấp điện áp rấtbé và có thể bỏ qua. Một phần tổn thất công suất nữa là tổnthất do vầng quang, thường chỉ xảy ra ở cấp điện áp ≥110kV trong một số điều kiện nhất định. Đối với dây cáp cóthể bỏ qua điện dẫn.Dung dẫn B: dung dẫn đường dây thể hiện điện dung giữacác dây dẫn. Dung dẫn này tỷ lệ với dòng điện chuyển dịch(hay là dòng điện nạp của đường dây), sinh ra công suấtphản kháng trên đường dây. Dòng điện điện dung của cápthường lớn hơn đường dây trên không, do vậy đối với cáptừ 20kV trở lên phải xét đến dung dẫn khi lập sơ đồ thaythế.

Điện trở R: điện trở đường dây, phụ thuộcchiều dài và thường được cho bởi nhà chế tạo.

Điện kháng X: thể hiện hiện tượng tản từ. Khitải dòng điện xoay chiều ba pha sẽ xuất hiệnxung quanh các dây dân một từ trường, tạo ralực điện động trong mỗi dây dẫn và phụ thuộckhoảng cách tương hỗ giữa các dây dẫn. Đốivới các đường dây từ 330kV trở lên, để giảmđiện kháng người ta thường áp dụng kỹ thuậtphân pha.

B. Sơ đồ thay thế:

Các thông số của đường dây: điện trở,điện kháng, điện dẫn và dung dẫn hầunhư phân bố dọc theo đường dây. Để dễdàng trong tính toán, tùy theo loại đườngdây một số thông số có thể xem là tậptrung hay bỏ qua. Các sơ đồ thay thế vàtrường hợp áp dụng được tóm tắt trongbảng bên dưới.

C. Tính thông số đường dây:

. . .o oZ R j X r x l

ro và xo điện trở và điện cảm kháng trênđơn vị chiều dài (km).

. . .o oY G j B g b l

go và bo điện dẫn và dung dẫn trên đơn vịchiều dài (km).

Điện dẫn G: được xác định theo tổn thấtcông suất tác dụng

2U

vqPG

Trong đó là tổn thất vầng quang xácđịnh theo công thức kinh nghiệm.

vqP

Dung dẫn bo:

Trong đó: Dtb khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn, R là bán kính dây dẫn, [mm].

Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ,thì trị số R được thay thế bằng

Trong đó:Rđt: bán kính đẳng trị của các dây dẫn trong một pha.n: số dây dẫn trong một pha.atb: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn trong một pha.R: bán kính thực của mỗi dây phân nhỏ.

6

10

7,58 1.10.

log .o

tb

bkmD

R

312 13 23. . ,tbD D D D mm

1. nndt tbR R a

Điện trở ro: thường được cho bởi nhà chếtạo hay tính theo

Trong đó: rt: điện trở ở nhiệt độ t.r20: điện trở ở nhiệt độ 20oC, được tra ở các bảng cho sẵn.α: hệ số nhiệt điện trở, được tra ở các bảng cho sẵn, đối

với đồng, nhôm, nhôm lõi thép α= 0,004.

Điện kháng xo:

Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ, khi đó:

20 1 20tr r t

100,1445.log . 0,0157,tbo

Dx

kmR

10

0,01570,1445.log . ,tb

o

dt

Dx

kmR n

2.2. Sơ đồ thay thế máy biến ápA. Các thông số của máy biến áp:

Tổng trở của máy biến áp: là phản ánhhiện tượng tổn thất công suất tác dụng do hiệu ứngJoule và hiện tượng tổn thất công suất phản kháng dotản từ trong các cuộn dây. Trong đó: là điện trở, làđiện cảm kháng.Tổng dẫn của máy biến áp: phản ánh hiệntượng tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp: tổnhao do dòng Foucault và tổn hao từ. Tổn thất trong lõithép hầu như không phụ thuộc vào tải của máy biến ápvà bằng lúc không tải. Với: là điện dẫn, là cảm dẫn.

Các thông số của máy biến áp có thể tính theo các số liệucủa máy biến áp như: tổn thất ngắn mạch , tổn thất khôngtải , điện áp ngắn mạch , dòng điện không tải . Các số liệu làkết quả của thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải.

.T T TZ R j X

TR TX

.T T TY G j B

TGTB

B. Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp hai cuộn dây:

Máy biến áp ba pha hai cuộn dây là loại được dùng phổ

biến trong hệ thống cung cấp điện. Khi tính toán dùng sơ đồ hình Γ như hình vẽ.

TGTB

T T TS P j Q

C. Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu:

0S

R 2

X 2

R3

X3

Sơ đồ thay thế hình sao có đặt lượng tổn hao trong thép:

0 .Fe Fe FeS S P j Q

Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch vàđiện áp ngắn mạch của máy biến áp ba cuộndây và tự ngẫu được tính theo các dạng ngắnmạch sau:

Khi cuộn 2 bị ngắn mạch, cuộn 3 hở mạch, cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao cho trong cuộn 1 và 2 có dòng định mức. Người ta đo được

và , với:12P 12 %U

12 1 2P P P trong đó và là tổn thất công suất tác dụng trong cuộn 1 và 2.

1P 2P

12 1 2% % %U U U

Cho hở mạch cuộn 2, ngắn mạch cuộn 3 và cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao cho trong cuộn 1 và 3 có dòng định mức ta thu được:

13 1 3P P P

13 1 3% % %U U U

Tương tự khi cho cuộn 1 hở mạch, cuộn 3 ngắn mạch và đặt điện áp vào cuộn 2 saocho trong cuộn 2 và 3 có dòng định mứcta có: 23 2 3P P P

23 2 3% % %U U U

Giải hệ các phương trình trên ta tính được tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch đối với từng cuộn dây theo số liệu đã cho:

1 12 13 23

2 12 1

3 13 1

12

P P P P

P P P

P P P

1 12 13 23

2 12 1

3 13 1 1

1% % % %2

% % %

% % %

U U U U

U U U

U U U

3. Tổn thất khi truyền tải

Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụthì mỗi phần tử mạng điện do có tổng trở nên đềugây tổn thất công suất và điện áp.Tổn thất công suất gây tình trạng thiếu hụt điệnnăng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tảiđiện và làm cho hiệu quả kinh tế kém.Tổn thất điện áp làm cho điện áp tại các hộ tiêu thụbị giảm thấp, ảnh hưởng chất lượng điện.Sau đây lần lượt giới thiệu sơ lược phương pháptính toán tổn thất điện áp, công suất và điện năngtrên mạng phân phối điện.

3.1. Tổn thất công suất trên đường dây: a. Với đường dây cung cấp

Trong tÝnh to¸n ®êng d©y t¶i ®iÖn, ngêi ta sö dông s¬ ®å thay thÕ h×nh (®èi víim¹ng 110 kV, ®«i khi ngay c¶ víi m¹ng 220 kV ngêi ta thêng bá qua phÇn ®iÖndÉn t¸c dông cña ®êng d©y. Tøc lµ trªn s¬ ®å chØ cßn l¹i thµnh phÇn ®iÖn dÉnph¶n kh¸ng Y = jB do dung dÉn cña ®êng d©y vµ thêng ®îc thay thÕ b»ng phô t¶iph¶n kh¸ng –jQc.

Z1 2S’1 S”2

S2 = P2 + jQ2S1

2cQ

j 2

Qj c

U3

SI

ZU

SS .

2

2

Chó ý: S = 3.I2dm.Z mà

RU

SRIP .3

2

22

XU

SXIS .3

2

22

+ Tæn thÊt c«ng suÊt cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng suÊt ë cuèi ®êng d©y:

X.U

S.jR.

U

SZ.

U

SQjPS

22

2"2

22

2"2

2

2

"2

.

RU

QPP

đm

.2

2

2

2

2

+ Đối với đường dây địa phương ta bỏ qua tổng dẫn, khi đó ta xác định tổn thất theo công suất tải

XU

QPQ

đm

.2

2

2

2

2