Giáo tình Hệ thống điện truyền tải và phân phối (Phần 1) - Hồ Văn Hiến

Nội dung text: Giáo tình Hệ thống điện truyền tải và phân phối (Phần 1) - Hồ Văn Hiến

1. ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA HOÀ VAÊN HIEÁN HEÄ THOÁNG ÑIEÄN TRUYEÀN TAÛI vaø PHAÂN PHOÁI (Taùi baûn laàn thöù nhaát coù söûa chöõa, boå sung) NHAØ XUAÁT BAÛN ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH - 2005
2. 3 MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu 13 Chöông 1 CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 15 1.1 Môû ñaàu 15 1.2 Caáp phaân phoái cuûa heä thoáng ñieän 16 1.3 Heä thoáng phaân phoái hình tia 17 1.4 Heä thoáng maïch voøng thöù caáp 19 1.5 Maïch voøng sô caáp 20 1.6 Heä thoáng maïng ñieän phaân phoái thöù caáp 21 1.7 Heä thoáng maïng ñieän sô caáp 23 1.8 Caáùp truyeàn taûi phuï cuûa heä thoáng ñieän 24 1.9 Traïm bieán aùp phaân phoái 26 1.10 Caáp truyeàn taûi cuûa heä thoáng ñieän 29 1.11 Caáp lieân hôïp heä thoáng 32 1.12 Caùc baøi toaùn chính cuûa heä thoáng ñieän 33 1.13 Giôùi thieäu heä thoáng ñieän Vieät Nam 34 Chöông 2 THOÂNG SOÁ ÑÖÔØNG DAÂY VAØ CAÙP 38 2.1 Caùc ñaëc tính cuûa daây daãn 38 A. ÑIEÄN CAÛM CUÛA DAÂY TRUYEÀN TAÛI ÑIEÄN 45 2.2 Caùc heä thöùc cô baûn cuûa ñieän caûm 45 2.3 Ñieän caûm vaø baùn kính trung bình nhaân cuûa daây daãn 48 2.4 Ñieän caûm cuûa ñöôøng daây moät pha 50 2.5 Ñieän caûm cuûa ñöôøng daây ba pha 51 2.6 Ñöôøng daây ñôn ba pha ñoái xöùng 52 2.7 Ñöôøng daây ñôn ba pha hoaùn vò 53 2.8 Ñöôøng daây ba pha loä keùp 54 2.9 Duøng baûng ñeå tra caûm khaùng cuûa daây daãn 55 B. ÑIEÄN DUNG CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN 60 2.10 Ñieän tröôøng ñoái vôùi baûn cöïc song song, ñieän tích ñieåm vaø daây daãn hình truï 60 2.11 Ñieän dung cuûa ñöôøng daây moät pha 62 2.12 Ñieän dung cuûa ñöôøng daây ba pha ñoái xöùng 63
3. 4 2.13 Ñieän dung cuûa ñöôøng daây loä keùp 65 C. TOÅN HAO VAÀNG QUANG CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN - ÑIEÄN DAÃN TAÙC DUÏNG CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY 67 2.14 Hieän töôïng vaàng quang vaø toån hao do vaàng quang 67 D. ÑIEÄN TRÔÛ CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN 70 2.15 Ñieän trôû daây daãn 70 2.16 Khaû naêng mang taûi cuûa daây daãn treân khoâng 71 E. CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY CAÙP NGAÀM 72 2.17 Ñieän trôû vaø caûm khaùng cuûa caùp ngaàm 73 2.18 Ñieän dung cuûa ñöôøng daây caùp 77 BAØI TAÄP CHÖÔNG 2 81 Chöông 3 MOÂ HÌNH ÑÖÔØNG DAÂY TAÛI ÑIEÄN VAØ KHAÛO SAÙT VAÄN HAØNH 84 3.1 Môû ñaàu 84 3.2 Truyeàn taûi ñieän ba pha 84 3.3 Ñöôøng daây truyeàn taûi ngaén 85 3.4 Ñöôøng daây coù chieàu daøi trung bình 86 3.5 Ñöôøng daây taûi ñieän daøi 88 3.6 Maïch töông ñöông cuûa ñöôøng daây daøi 94 3.7 Caùch tính haèng soá maïch ABCD,,,, cuûa ñöôøng daây taûi ñieän 96 3.8 Moâ hình maïch ñieän moät ñöôøng daây daøi 101 3.9 Tính toaùn vaän haønh ñöôøng daây taûi ñieän ngaén 102 3.10 Tính toaùn ñöôøng daây bieåu dieãn theo sô ñoà hình π 110 3.11 Phöông trình coâng suaát cuûa ñöôøng daây 114 BAØI TAÄP CHÖÔNG 3 118 Chöông 4 BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 122 4.1 Bieåu dieãn maùy phaùt ñieän ñoàng boä 122 4.2 Thanh caùi voâ haïn 125 4.3 Bieåu dieãn maùy bieán aùp 125 4.4 Sô ñoà moät sôïi (ñôn tuyeán) 136 4.5 Bieåu dieãn caùc phaàn töû cuûa maïng ñieän trong heä ñôn vò coù teân 137 4.6 Bieåu dieãn caùc phaàn töû cuûa maïng ñieän trong heä ñôn vò töông ñoái 139
4. 5 4.7 So saùnh ñôn vò coù teân vaø ñôn vò töông ñoái 145 BAØI TAÄP CHÖÔNG 4 146 Chöông 5 PHAÂN BOÁ COÂNG SUAÁT TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 151 5.1 Môû ñaàu 151 5.2 Ma traän toång daãn thanh caùi (YBUS hay YTC) vaø ma traän toång trôû thanh caùi (ZBUS hay ZTC) 151 5.3 Caùc pheùp bieán ñoåi ma traän trong maïng ñieän 153 5.4 Caùc phöông phaùp toaùn soá choïn loïc 168 5.5 Ñònh nghóa baøi toaùn phaân boá coâng suaát 179 5.6 Phaân bieät caùc loaïi ñieåm nuùt trong heä thoáng ñieän 180 5.7 Caùc phöông trình cô baûn 180 5.8 Khaûo saùt phaân boá coâng suaát duøng ma traän YTC baèng pheùp laëp Gauss – Seidel 185 5.9 Phaân boá coâng suaát duøng ma traän ZBUS baèng pheùp laëp Gauss–Zeidel 189 5.10 Phaân boá coâng suaát vaø phöông phaùp Newton– Raphson 190 5.11 Phöông phaùp phaân laäp Jacobi 199 BAØI TAÄP CHÖÔNG 5 204 Chöông 6 AÙP DUÏNG MATLAB VAØO HOÄP COÂNG CUÏ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN (POWER SYSTEM TOOLBOX) 210 6.1 Giôùi thieäu 210 6.2 Tính toaùn thoâng soá ñöôøng daây 212 6.3 Moâ hình ñöôøng daây 215 6.4 Toùm taét caùc ñaëc tröng cuûa ñöôøng daây taûi ñieän 218 6.5 Buø ñöôøng daây 224 6.6 Caùc chöông trình vaän haønh ñöôøng daây 228 6.7 Caùc chöông trình phaân boá coâng suaát 237 6.8 Chöông trình thaønh laäp ma traän toång trôû thanh caùi 250 6.9 Chöông trình tính toaùn ngaén maïch khoâng ñoái xöùng 256 BAØI TAÄP CHÖÔNG 6 266 Chöông 7 TÍNH TOAÙN MAÏNG PHAÂN PHOÁI 275 7.1 Môû ñaàu 275
5. 6 7.2 Tính toaùn maïng ñieän hôû vaø maïng ñieän kín ñôn giaûn 275 7.3 Ñöôøng daây coù phuï taûi phaân boá ñeàu 294 7.4 Ñöôøng daây coù phuï taûi phaân boá taêng daàn 301 7.5 Caùc ñaëc tröng cuûa ñoà thò phuï taûi 302 7.6 Toån thaát coâng suaát trong maùy bieán aùp 308 7.7 Toån thaát ñieän naêng trong traïm bieán aùp 310 7.8 Choïn tieát dieän daây trong maïng phaân phoái 314 BAØI TAÄP CHÖÔNG 7 321 Chöông 8 TÍNH TOAÙN KINH TEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 327 8.1 Söï phaùt trieån kinh teá cuûa Heä thoáng ñieän 327 8.2 Suaát chi phí coá ñònh haøng naêm 331 8.3 Chi phí ñaàu tö 332 8.4 Chi phí vaän haønh haøng naêm 332 8.5 Haøm muïc tieâu trong so saùnh phöông aùn 337 8.6 AÙp duïng tính tieát dieän kinh teá cuûa ñöôøng daây treân khoâng vaø daây caùp 338 8.7 Löïa choïn tieát dieän daây daãn ñöôøng daây truyeàn taûi treân khoâng theo phaïm vi kinh teá 340 BAØI TAÄP CHÖÔNG 8 343 Chöông 9 GIAÛM TOÅN THAÁT ÑIEÄN NAÊNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 345 9.1 Môû ñaàu 345 9.2 Toån thaát heä thoáng tieâu bieåu 346 9.3 Nguyeân taéc phaân tích toån thaát 347 9.4 Söï phaân taùn, coâng suaát döï tröõ vaø toån thaát treân toån thaát 348 9.5 Tính kinh teá cuûa vieäc giaûm toån thaát, lôïi ích cho coâng ty 349 9.6 Caùc bieän phaùp giaûm toån thaát ñieän naêng 350 9.7 Naâng cao cosϕ ñöôøng daây 352 9.8 Heä soá coâng suaát kinh teá 359 9.9 Vaän haønh kinh teá traïm bieán aùp 361 9.10 Buø kinh teá trong maïng ñieän 362 9.11 Tính toaùn buø kinh teá baèng phöông phaùp ma traän 366 9.12 Buø coâng suaát khaùng treân ñöôøng daây phaân phoái 372
6. 7 9.13 Phaân boá dung löôïng buø trong maïng ñieän xí nghieäp 379 9.14 Phaân boá kinh teá coâng suaát trong maïng ñieän kín 383 BAØI TAÄP CHÖÔNG 9 388 Chöông 10 ÑIEÀU CHÆNH ÑIEÄN AÙP TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 391 10.1 Khaùi nieäm chung veà ñieàu chænh ñieän aùp 391 10.2 Ñieän aùp söû duïng 391 10.3 Ñoä traûi ñieän aùp 392 10.4 Nhöõng phöông tieän ñeå ñieàu chænh ñieän aùp trong heä thoáng 393 10.5 Buø ngang treân maïng ñieän hình tia 394 10.6 AÛnh höôûng chính cuûa tuï ñieän tónh buø ngang 497 10.7 Giaûm ñieän khaùng cuûa ñöôøng daây - Buø doïc baèng tuï ñieän tónh 403 10.8 Ñieàu chænh ñieän aùp heä thoáng phöùc taïp baèng caùch ñöa coâng suaát khaùng vaøo thanh caùi 409 10.9 Ñaàu phaân aùp cuûa maùy bieán aùp 414 10.10 Choïn ñaàu phaân aùp cuûa maùy bieán aùp 416 10.11 Maùy bieán aùp ñieàu khieån ñieän aùp vaø goùc pha 421 10.12 Caùc loaïi ñieàu chænh ñieän aùp 423 10.13 Baûo veä quaù kích thích boä maùy phaùt - maùy bieán aùp 435 BAØI TAÄP CHÖÔNG 10 436 Chöông 11 CAÂN BAÈNG COÂNG SUAÁT TAÙC DUÏNG VAØ PHAÛN KHAÙNG TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 438 11.1 Söï phuï thuoäc cuûa taàn soá vaø ñieän aùp vaøo caân baèng coâng suaát 438 11.2 Söï caân baèng vaø döï tröõ coâng suaát taùc duïng trong heä thoáng ñieän 442 11.3 Söï caân baèng vaø döï tröõ coâng suaát phaûn khaùng trong heä thoáng 443 11.4 Phaân boá thieát bò buø cöôõng böùc trong maïng ñieän 443 11.5 Tính toaùn thöïc duïng buø cöôõng böùc baèng phöông phaùp ma traän 445 Chöông 12 VAÄN HAØNH KINH TEÁ MAÙY PHAÙT 453 12.1 Môû ñaàu 453 12.2 Caùc raøng buoäc veà vaän haønh 453 12.3 Döï baùo taûi ngaén haïn 454
7. 8 12.4 Söï phaân boá kinh teá taûi giöõa caùc maùy phaùt beân trong nhaø maùy 455 12.5 Kyõ thuaät thöøa soá phaït coù xeùt toån thaát ñöôøng daây 459 12.6 Xaùc ñònh phöông trình toån thaát 460 12.7 Quaù trình giaûi baøi toaùn vaän haønh kinh teá 465 12.8 Bieán ñoåi moät heä thoáng coù m phuï taûi thaønh moät heä thoáng coù moät phuï taûi toång hôïp 473 12.9 Ñònh thôøi bieåu huy ñoäng cuûa caùc toå maùy phaùt 475 BAØI TAÄP CHÖÔNG 12 478 Chöông 13 XAÙC ÑÒNH NHU CAÀU ÑIEÄN 479 13.1 Môû ñaàu 479 13.2 Ñoà thò phuï taûi ñieän 480 13.3 Caùc ñònh nghóa vaø kyù hieäu caùc ñaïi löôïng cô baûn 480 13.4 Caùc heä soá ñaëc tröng cho caùc thieát bò tieâu thuï ñieän vaø ñoà thò phuï taûi 483 13.5 Soá thieát bò hieäu quaû vaø caùch xaùc ñònh 497 13.6 Caùc phöông phaùp xaùc ñònh phuï taûi tính toaùn 501 13.7 Xaùc ñònh phuï taûi ñænh nhoïn 505 13.8 Trình töï tính toaùn phuï taûi ñieän ôû caùc caáp trong heä thoáng 507 13.9 Söï phaùt trieån cuûa phuï taûi ñieän 509 BAØI TAÄP CHÖÔNG 13 509 Chöông 14 TRUYEÀN TAÛI ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU CAO AÙP (HVDC) 510 14.1 Giôùi thieäu 510 14.2 Caáu hình heä thoáng HVDC vaø caùc phaàn töû 511 14.3 Caùc phaàn töû cuûa heä thoáng truyeàn taûi HVDC 512 14.4 Thuaän lôïi vaø khoâng thuaän lôïi cuûa heä thoáng HVDC 514 14.5 Boä bieán ñoåi vaø caùc phöông trình 515 14.5 Boä bieán ñoåi nhieàu caàu 525 14.7 Ñieàu khieån heä thoáng HVDC 528 14.8 Ngaén maïch treân ñöôøng daây DC 533 14.9 Moâ hình heä thoáng HVDC 534 14.10 So saùnh veà kinh teá cuûa hai ñöôøng AC vaø DC 543 14.11 Caùc döï kieán trong töông lai 545
8. 9 PHAÀN PHUÏ LUÏC PHUÏ LUÏC 1 Baûng PL1.1. Ñaëc tính cô lyù cuûa daây daãn 546 Baûng PL1.2. Caùc soá lieäu tính toaùn cuûa daây ñoàng vaø daây nhoâm 547 Baûng PL1.3. Soá lieäu tính toaùn cuûa daây nhoâm loõi theùp 548 Ω.10−3 Baûng PL1.4. Caûm khaùng cuûa ñöôøng daây treân khoâng 549 km 1 Baûng PL1.5. Dung daãn cuûa ñöôøng daây treân khoâng .10−6 550 Ωkm Baûng PL1.6. Ñieän trôû vaø ñieän khaùng cuûa thanh caùi phaúng 550 Baûng PL1.7. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa daây nhoâm do haõng LENS (Phaùp) cheá taïo 551 Baûng PL1.8. Thoâng soá kyõ thuaät daây nhoâm loõi theùp do haõng LENS (Phaùp) cheá taïo . 552 Baûng PL1.9. Daây caùp nhoâm loõi theùp 553 Baûng PL1.10. Caùp hôïp kim cuûa nhoâm loõi theùp 554 Baûng PL1.11. Caùp ñoàng chaát baèng nhoâm hôïp kim 555 Baûng PL1.12. Caûm khaùng ñöôøng daây treân khoâng 556 Baûng PL1.13. Dung daãn ñöôøng daây treân khoâng 558 PHUÏ LUÏC 2 Baûng PL 2.1. Caùp 6 – 10 kV caùch ñieän XLPE coù ñai theùp voû PVC do haõng ALCATEL (Phaùp) cheá taïo 560 Baûng PL2.2. Caùp 12 – 24 kV caùch ñieän XLPE coù ñai theùp, voû PVC do haõng Alcatel cheá taïo 561 Baûng PL2.3. Caùp nhoâm haï aùp caùch ñieän PVC do haõng LENS cheá taïo 562 Baûng PL 2.4. Caùp ñoàng haï aùp 1, 2, 3 loõi caùch ñieän PVC do LENS cheá taïo 563 Baûng PL 2.5. Caùp ñoàng haï aùp 3, 4 loõi caùch ñieän PVC do LENS cheá taïo 564 Baûng PL 2.6. Caùp ñoàng 3 loõi 1,8 – 3 kV caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA (Nhaät) cheá taïo 565 Baûng PL 2.7. Caùp ñoàng 3 loõi 3,6 – 6 kV caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA cheá taïo 566 Baûng PL 2.8. Caùp ñoàng 6 – 10 kV, 3 loõi caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA cheá taïo 567 Baûng PL 2.9. Caùp ñoàng 8,7 – 1,5 kV, 3 loõi, caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA cheá taïo 568
9. 10 Baûng PL 2.10. Caùp ñoàng 3 loõi 12 – 24 kV caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA cheá taïo 569 Baûng PL 2.11. Caùp ñoàng 3 loõi, 18 – 36 kV, caùch ñieän XLPE, ñai theùp, voû PVC do haõng FURUKAWA cheá taïo 570 PHUÏ LUÏC 3 Baûng PL 3.1. Doøng ñieän cho pheùp cuûa daây khoâng boïc (daây traàn), A 571 Baûng PL 3.2. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa daây daãn vaø daây chuøm ruoät ñoàng coù caùch ñieän baèng cao su vaø policlovinin, A 571 Baûng PL 3.3. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa daây daãn ruoät nhoâm coù caùch ñieän baèng cao su vaø policlovinin, A 572 Baûng PL 3.4. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa caùp ruoät ñoàng coù caùch ñieän baèng giaáy taåm nhöïa thoâng vaø nhöïa khoâng chaûy coù voû chì hay nhoâm ñaët trong ñaát, A 572 Baûng PL 3.5. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa caùp ruoät ñoàng coù caùch ñieän baèng giaáy taåm nhöïa thoâng vaø nhöïa khoâng chaûy, voû chì hay nhoâm ñaët trong khoâng khí, A 573 Baûng Pl 3.6. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa caùp ruoät nhoâm coù caùch ñieän baèng giaáy taåm nhöïa thoâng vaø nhöïa khoâng chaûy, voû chì hay nhoâm ñaët trong ñaát, A 573 Baûng PL 3.7. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa caùp ruoät nhoâm coù caùch ñieän baèng giaáy taåm nhöïa thoâng vaø nhöïa khoâng chaûy, voû chì hay nhoâm ñaët trong khoâng khí, A 574 Baûng PL 3.8. Doøng ñieän phuï taûi cho pheùp cuûa caùp coù caùch ñieän baèng giaáy taåm nhöïa caùch ñieän, voû baèng chaát policlovinin (maõ hieäu BM, BM, ABM, ABM) ñaët trong ñaát, A 574 Baûng PL 3.9. Doøng ñieän phuï taûi laâu daøi cho pheùp cuûa thanh caùi baèng ñoàng vaø baèng nhoâm (nhieät ñoä tieâu chuaån cuûa moâi tröôøng xung quanh laø +25o C ) 575 Baûng PL 3.10. Heä soá hieäu chænh k1 veà nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng xung quanh ñoái vôùi phuï taûi cuûa caùp, daây daãn caùch ñieän vaø khoâng caùch ñieän 576 Baûng PL 3.11. Heä soá hieäu chænh k2 veà soá daây caùp cuøng ñaët trong moät haàm caùp hoaëc moät raõnh döôùi ñaát 576 PHUÏ LUÏC 4 Baûng PL 4.1. Daây ñoàng cöùng - AWG theo ñôn vò MKS - Ñoä daãn ñieän 100% 577 Baûng PL 4.2. Caùp ñoàng quaán ñoàng taâm - CM vaø AWG theo ñôn vò MKS - Ñoä daãn ñieän 100% 578 Baûng PL 4.3. Daây nhoâm cöùng - AWG theo ñôn vò MKS - Ñoä daãn ñieän 61% 579 Baûng PL 4.4. Ñaëc tính cuûa daây ñoàng keùo cöùng, ñoä daãn ñieän 97,3% 580 Baûng PL 4.5. Daây nhoâm loõi theùp (ACSR) 582 Baûng PL 4.6. Ñaëc tính cuûa daây caùp nhoâm loõi theùp (ASCR) 584
10. 11 Baûng PL4.7. Thaønh phaàn caûm khaùng phaân caùch ( xik = 0,00466f log Dik Ω/mile vôùi Dik , feet, ôû 60 Hz) 587 41, Baûng PL4.8. Thaønh phaàn dung khaùng phaân caùch ( xD′ = log MΩ mile vôùi ikf ik Dik , feet, ôû 60 Hz) 589 Baûng PL 4.9. Ñaëc tính cuûa caùp ba loõi, coù ñai caùch ñieän, caùch ñieän baèng giaáy, ôû 60 Hz 591 Baûng PL 4.10. Ñaëc tính cuûa caùp 3 loõi, coù maøn chaén, caùch ñieän baèng giaáy, ôû 60 Hz 593 Baûng PL 4.11. Ñaëc tính cuûa caùp moät loõi, sôïi quaán ñoàng taâm, caùch ñieän baèng giaáy, ôû 60 Hz 594 Baûng PL 4.12. Doøng ñieän cho pheùp cuûa caùp ba loõi, ñai caùch ñieän, caùch ñieän baèng giaáy 597 Baûng PL 4.13. Doøng ñieän cho pheùp cuûa caùp ba loõi, coù maøn chaén, caùch ñieän baèng giaáy 600 Baûng PL 4.14. Doøng ñieän cho pheùp cuûa caùp moät loõi, caùch ñieän baèng giaáy 603 PHUÏ LUÏC 5 Baûng PL 5.1. Maùy bieán aùp ba pha hai cuoän daây do Nga cheá taïo 610 Baûng PL 5.2. Thoâng soá kyõ thuaät maùy bieán aùp phaân phoái do ABB cheá taïo 611 Baûng PL 5.3. Traïm bieán aùp troïn boä do SIEMENS cheá taïo 612 Baûng PL 5.4. Maùy bieán aùp ba pha hai cuoän daây do Vieät Nam cheá taïo 612 Baûng PL 5.5. Maùy bieán aùp ba pha hai cuoän daây ñaët ngoaøi trôøi 613 Baûng PL 5.6. Maùy bieán aùp ba pha ba cuoän daây coù ÑDT ñaët ngoaøi trôøi 614 Baûng PL 5.7. Maùy bieán aùp ba pha loaïi hai cuoän daây ñaët trong nhaø 615 Baûng PL 5.8. Maùy bieán aùp hai cuoän daây Thoâng soá kyõ thuaät cuûa maùy bieán aùp daàu hai cuoän daây 617 Baûng PL 5.9. Maùy bieán aùp ba cuoän daây Thoâng soá kyõ thuaät cuûa maùy bieán aùp ba cuoän daây 624 Baûng PL 5.10. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa maùy bieán aùp moät pha 629 Baûng PL 5.11. Maùy bieán aùp töï ngaãu Thoâng soá kyõ thuaät cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu . 630 Baûng PL 5.12. Ñieän khaùng maùy bieán aùp vaø toång trôû (phaàn traêm treân cô baûn coâng suaát ñònh möùc) 635 PHUÏ LUÏC 6 BAÛNG PL 6.1. MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 636
11. 12 Baûng PL 6.2. Moät vaøi soá lieäu kyõ thuaät cuûa caùc maùy phaùt ñieän tuoác bin nöôùc kieåu BΓC 640 Baûng PL 6.3. Moät vaøi soá lieäu kyõ thuaät cuûa caùc maùy phaùt ñieän tuoác bin nöôùc kieåu CB 641 Baûng PL 6.4. Moät vaøi soá lieäu kyõ thuaät cuûa caùc maùy phaùt ñieän tuoác bin hôi hai cöïc kieåu T2 vaø TB 462 Baûng PL 6.5. Caùc thoâng soá tieâu bieåu cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 3 pha 643 PHUÏ LUÏC 7 Baûng PL 7.1. Thoâng soá kyõ thuaät cuûa tuï ñieän buø cosϕ do Nga cheá taïo 644 PHUÏ LUÏC 8 Baûng PL 8.1. Tính toaùn caùc haèng soá A, B, C, D ñoái vôùi nhieàu caùch boá trí maïng ñieän 646 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 649
12. 13 Lôøi noùi ñaàu HEÄ THOÁNG ÑIEÄN TRUYEÀN TAÛI VAØ PHAÂN PHOÁI trình baøy caùc vaán ñeà chính cuûa heä thoáng ñieän trong cheá ñoä xaùc laäp bao goàm: 1- Thoâng soá ñöôøng daây, moâ hình vaø tính toaùn vaän haønh ñöôøng daây 2- Khaûo saùt phaân boá coâng suaát 3- Tính toaùn maïng phaân phoái 4- Toån thaát ñieän naêng vaø giaûm toån thaát ñieän naêng 5- Ñieàu chænh ñieän aùp trong heä thoáng ñieän 6- Vaän haønh kinh teá trong heä thoáng 7- Xaùc ñònh phuï taûi ñieän 8- Truyeàn taûi ñieän moät chieàu cao aùp (HVDC). Moät trong nhöõng khoù khaên cuûa vieäc daïy vaø hoïc giaûi tích heä thoáng laø khoâng coù ñöôïc moät heä thoáng thöïc ñeå khaûo saùt trong phoøng thí nghieäm, vì vaäy quyeån saùch naøy ñöôïc bieân soaïn theâm phaàn öùng duïng MATLAB vaøo heä thoáng ñieän trong ñoù moät soá chöông trình ñöôïc höôùng daãn ñeå tính toaùn thoâng soá ñöôøng daây, khaûo saùt vaän haønh ñöôøng daây, tính toaùn phaân boá coâng suaát, thaønh laäp ma traän toång trôû thanh caùi duøng trong tính toaùn ngaén maïch, ñieàu chænh ñieän aùp, ñieàu ñoä kinh teá heä thoáng. HEÄ THOÁNG ÑIEÄN TRUYEÀN TAÛI VAØ PHAÂN PHOÁI ñöôïc bieân soaïn theo ñeà cöông moân hoïc “Heä thoáng ñieän” - Khoa Ñieän - Ñieän töû, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa - Ñaïi hoïc Quoác gia TP.HCM, ñeå cho sinh vieân ngaønh kyõ thuaät ñieän, chuyeân ngaønh heä thoáng ñieän vaø cung caáp ñieän, coù theå duøng taøi lieäu tham khaûo cho caùc chuyeân vieân, kyõ sö, hoïc vieân cao hoïc ngaønh ñieän. Quyeån saùch naøy mong muoán cung caáp cho ngöôøi ñoïc caùc kieán thöùc caàn thieát veà heä thoáng ñieän trong cheá ñoä xaùc laäp vaø coù ñöôïc keát quaû toát trong hoïc taäp vaø nghieân cöùu. Noäi dung cuoán saùch goàm coù 9 chöông. Trong laàn taùi baûn naøy, taùc giaû coù söûa chöõa vaø boå sung nhieàu nhieàu trang, raát mong tieáp tuïc nhaän ñöôïc söï ñoùng goùp yù kieán cuûa caùc ñoàng nghieäp vaø quyù ñoäc giaû ñeå quyeån saùch ñöôïc hoaøn chænh hôn. Moïi ñoùng goùp yù kieán xin göûi veà Boä moân Heä thoáng Ñieän, Khoa ñieän - Ñieän töû, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch khoa - Ñaïi hoïc Quoác gia TP.HCM 268 Lyù Thöôøng Kieät, Q.10. Taùc giaû TS. Hoà Vaên Hieán
13. 14 Chöông 1 CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN 1.1 MÔÛ ÑAÀU Taát caû caùc coâng ty ñieän löïc ñeàu hoaït ñoäng gaàn nhö theo hôïp ñoàng vôùi khaùch haøng. Noùi chung, nhöõng hôïp ñoàng naøy qui ñònh soá löôïng vaø chaát löôïng cuûa ñieän naêng ñöôïc cung caáp. Chaát löôïng ñieän naêng bao goàm: a) Taàn soá vaø caùc giôùi haïn trong ñoù taàn soá ñöôïc giöõ khoâng ñoåi; b) Ñieän aùp vaø caùc giôùi haïn trong ñoù ñieän aùp coù theå giöõ khoâng ñoåi. c) Lieân tuïc cung caáp ñieän. Caùc yeâu caàu ngaøy caøng taêng moät beân laø ñeå caûi thieän vieäc cung caáp ñieän coøn beân kia laø vieäc vaän haønh kinh teá, caû hai ñeàu khuyeán khích vieäc lieân keát caùc nhaø maùy ñieän vaøo trong moät heä thoáng lieân keát vaø hôn theá nöõa laø lieân keát nhieàu heä thoáng thaønh heä thoáng hôïp nhaát. Ñaõ coù nhieàu heä thoáng hôïp nhaát bao phuû nhieàu vuøng cuûa nhieàu nöôùc thaønh heä thoáng ñieän lieân quoác gia. ÔÛ Vieät Nam, löôùi ñieän quoác gia ñaõ ñöôïc lieân keát hai löôùi ñieän mieàn Baéc vaø mieàn Nam qua ñöôøng daây sieâu cao aùp 500 kV cuõng nhaèm muïc ñích thoûa maõn caùc yeâu caàu noùi treân. Baát kyø cô caáu roäng lôùn naøo cuõng ñeàu coù tính phöùc taïp. Tuy vaäy, vieäc vaän haønh heä thoáng ñieän khoâng phaûi laø khoâng theå ñieàu haønh ñöôïc. Caáu truùc coù theå thay ñoåi töø heä thoáng naøy sang heä thoáng khaùc, nhöng söï bieán ñoåi khoâng ñeán noãi quaù lôùn ñeán noãi laøm trôû ngaïi cho vieäc nghieân cöùu xeùt veà cô baûn. Caáu truùc cuûa heä thoáng ñieän ñieàu haønh ñöôïc ñaët treân cô sôû cuûa söï phaân chia theo haøng doïc vaø theo haøng ngang nhö ñöôïc minh hoïa trong H.1.1. Theo chieàu doïc, heä thoáng lieân hôïp ñöôïc chia laøm boán caáp: a) Caáp phaân phoái; b) Caáp truyeàn taûi phuï; c) Caáp truyeàn taûi (cuøng vôùi caáp truyeàn taûi phuï vaø caáp phaân phoái coù lieân keát vôùi noù taïo ra moät heä thoáng ñieän); d) Heä thoáng ñöôøng daây noái (lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän vôùi nhau vaøo trong moät heä thoáng ñieän lieân hôïp). Theo chieàu ngang, moãi caáp laïi ñöôïc chia thaønh moät soá caùc heä thoáng (soá heä thoáng truyeàn taûi phuï trong moãi heä thoáng truyeàn taûi hay soá heä thoáng phaân phoái trong moãi heä thoáng truyeàn taûi phuï thöïc teá coù theå nhieàu hôn con soá treân hình veõ). Caùc heä thoáng con naøy caùch ly vôùi nhau veà maët ñieän (vaø cuõng thöôøng laø veà maët ñòa lyù) vôùi caùc heä thoáng laân caän trong cuøng moät caáp nhöng chæ ñöôïc noái keát veà ñieän vôùi nhau qua caùc heä thoáng ôû caáp cao hôn.
14. 15 Hình 1.1: Sô ñoà khoái caáu truùc cô baûn cuûa heä thoáng ñieän Caáp ñieän aùp vaø löôïng coâng suaát duy trì trong moãi heä thoáng rieâng leû taêng daàn töø caáp naøy ñeán caáp cao hôn vaø moät phuï taûi tieâu thuï coù theå ñöôïc cung caáp töø baát cöù caáâp naøo cuûa heä thoáng tuøy theo qui moâ vaø tính chaát cuûa phuï taûi. Caùc muõi teân trong H.1.1. chæ chieàu coâng suaát vaø vì taát caû caùc nhaø maùy ñieän ñeàu ñöôïc gaén vaøo ôû heä thoáng truyeàn taûi neân moïi heä thoáng ôû caáp thaáp hôn ñeàu phuï thuoäc vaøo caáp cao hôn (vaø cuoái cuøng laø phuï thuoäc vaøo caáp truyeàn taûi) ñeå cung caáp ñieän naêng cho chuùng. Theo ñoù, chieàu cung caáp coâng suaát giöõa caáp truyeàn taûi vaø caáp phaân phoái laø ñi töø caáp treân xuoáng caáp döôùi. Muïc ñích cuûa vieäc lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän vôùi nhau baèng caùc ñöôøng daây noái laø ñeå taäp trung khaû naêng saün coù cuûa caùc heä thoáng nhaèm hoã trôï cho nhau vaø haäu quaû laø coâng suaát treân ñöôøng daây noái coù tính hai chieàu. Coù khuynh höôùng laø taäp trung doøng ñieän naêng ñi vaøo baát kyø heä thoáng naøo chæ ôû moät ñieåm duy nhaát (nhö ñaõ thaáy ôû caáp truyeàn taûi vaø phaân phoái) nghóa laø ôû moät traïm trung chuyeån hay traïm phaân phoái, nhöng ñeå cho vieäc cung caáp tin caäy hôn thöôøng nhöõng traïm ñoù coù theå ñöôïc cung caáp töø hai nguoàn ñi ñeán. Söï phaân caáp theo haøng doïc vaø haøng ngang cuûa moät heä thoáng ñieän laøm cho vieäc vaän haønh vaø ñieàu chænh trong heä thoáng laø coù hieäu quaû. 1.2 CAÁP PHAÂN PHOÁI CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Caáp phaân phoái bieåu dieãn cho caáp caáu truùc thaáp nhaát cuûa heä thoáng ñieän, thöôøng goàm coù hai caáp ñieän aùp. a) Ñieän aùp sô caáp hay ñieän aùp phaùt tuyeán töông ñoái cao (chaúng haïn 15 kV, 22 kV); b) Ñieän aùp thöù caáp hay ñieän aùp tieâu thuï laø ñieän aùp thaáp (chaúng haïn 110 V, 220 V, 380 V). Nhieäm vuï cuûa caáp phaân phoái laø phaân phoái ñieän naêng cho caùc phuï taûi nhoû (sinh hoaït) vaø caùc
15. 16 phuï taûi töông ñoái nhoû (thöông maïi vaø coâng nghieäp nhoû), caùc phuï taûi lôùn thöôøng ñöôïc cung caáp tröïc tieáp töø caáp cao hôn (nhö caáp truyeàn taûi vaø caáp truyeàn taûi phuï). Maëc duø phaàn lôùn ñieän naêng saûn xuaát ñöôïc thöôøng ñöôïc baùn cho caáp phaân phoái nhöng caáp naøy laïi ñöôïc chia thaønh moät soá lôùn caùc maûng ñoäc laäp vaø moãi phaàn nhoû naøy chæ tieáp nhaän moät löôïng coâng suaát vöøa phaûi vaø chæ lieân keát veà ñieän vôùi nhau thoâng qua caáp truyeàn taûi phuï. Moät phaàn phaân chia cuûa caáp phaân phoái ñöôïc goïi laø maïch phaân phoái. Thöôøng thì caùc maïch phaân phoái ñöôïc caùch bieät nhau veà ñòa lyù nghóa laø moãi maïch phaân phoái cung caáp rieâng bieät cho moät khu vöïc. Tuy vaäy, trong moät soá tröôøng hôïp vaãn coù söï ñan xen nhau giöõa caùc vuøng cuûa maïch phaân phoái, chaúng haïn maïng ñieän moät chieàu vaø maïng ñieän xoay chieàu coù theå phuïc vuï cho cuøng moät khu vöïc. Hieän taïi, maïch phaân phoái ñôn giaûn ñöôïc cung caáp töø moät nguoàn rieâng goïi laø traïm phaân phoái (traïm bieán aùp), phuï taûi cuûa nhöõng maïch naøy ñöôïc giöõ ñuû nhoû sau cho moät maïch nhö vaäy coù theå bò caét ñieän, chaúng haïn do söï coá, coù theå ñöôïc taùi laäp laïi sau ñoù maø khoâng gaây bieán ñoäng trong caùc phaàn maïch coøn laïi. Ñieàu naøy laøm giôùi haïn khoái coâng suaát coù theå ñöôïc duy trì bôûi töøng maïch phaân phoái ñeán möùc töông ñoái nhoû so vôùi khoái coâng suaát duy trì trong caáp truyeàn taûi. Heä thoáng phaân phoái thoâng duïng coù theå ñöôïc phaân loaïi nhö sau: 1) Heä thoáng hình tia 2) Heä thoáng voøng kín: a) Voøng kín sô caáp hay voøng kín caùc phaùt tuyeán; b) Voøng kín thöù caáp. 3) Heä thoáng maïng ñieän: a) Maïng ñieän sô caáp vaø thöù caáp hình tia; b) Maïng ñieän thöù caáp vôùi daây phaùt tuyeán hình tia. Nhöõng heä thoáng naøy theo thöù töï taêng daàn theo chi phí, tính linh hoaït vaø ñoä tin caäy trong vaän haønh. Do vaäy, chuùng ñöôïc duøng trong nhöõng vuøng maø maät ñoä phuï taûi taêng daàn theo thöù töï neâu treân. Quan troïng hôn heát coù leõ laø heä thoáng hình tia (duøng trong vuøng noâng thoân, thaønh phoá hay ngoaïi oâ) vaø heä thoáng maïng thöù caáp (duøng cho caùc khu vöïc thöông maïi ôû nhöõng thaønh phoá lôùn). 1.3 HEÄ THOÁNG PHAÂN PHOÁI HÌNH TIA Kieåu heä thoáng phaân phoái naøy chuû yeáu ñöôïc duøng trong nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi thaáp nhö ôû noâng thoân hay thò traán nhoû vaø coøn ñöôïc duøng roäng raõi ôû nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi trung bình nhö ôû ngoaïi oâ vaø ñoâ thò (khu daân cö ôû ñoâ thò vaø thò traán lôùn). Noù coù chi phí xaây döïng thaáp nhaát nhöng tính linh hoaït vaø lieân tuïc cung caáp ñieän bò haïn cheá. Hình 1.2 minh hoïa moät heä thoáng phaân phoái hình tia goàm coù moät maïch ñöôøng daây nhaùnh vaø caùc maïch thöù caáp lieân keát vôùi noù. Ñieän naêng ñöôïc cung caáp vaøo ñöôøng daây nhaùnh taïi ñieåm noái vôùi thanh caùi cuûa traïm bieán aùp phaân phoái. Ñoaïn thöù nhaát cuûa maïch sô caáp giöõa thanh goùp cuûa traïm vaø ñieåm noái ñaàu tieân vôùi maùy bieán aùp phaân phoái goïi laø ñieåm cung caáp ñöôïc goïi laø maïch nhaùnh coøn goïi laø phaùt tuyeán hay laø phaàn “toác haønh” cuûa maïch sô caáp. Caùc nhaùnh reõ cuûa ñöôøng daây nhaùnh laø daây nhaùnh phuï hay nhaùnh reõ. Teân goïi ñöôøng daây sô caáp ñöôïc duøng ñeå goïi chung cho daây nhaùnh vaø daây nhaùnh phuï.
16. 17 Hình 1.2: Heä thoáng phaân phoái hình tia Traïm phaân phoái thöôøng thuoäc loaïi ba pha boán daây. Do vaäy, ñöôøng nhaùnh vaø moät soá ñöôøng nhaùnh phuï laø loaïi ba pha boán daây trong khi ñoù vaãn coù moät soá ít caùc ñöôøng nhaùnh phuï laø moät pha hai daây. Ñieän aùp cuûa ñöôøng daây nhaùnh sô caáp ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu bôûi khaûo saùt kinh teá, thöôøng yeâu caàu ñieän aùp cao hôn khi maät ñoä phuï taûi taêng hay chieàu daøi ñöôøng daây taêng. Trong caùc khu vöïc ñoâ thò hay ngoaïi oâ, ôû ñoù ñöôøng daây ngaén (khoaûng vaøi km) nhöng maät ñoä phuï taûi laïi lôùn caùc caáp ñieän aùp thöôøng duøng laø 4160 V ba pha boán daây, 2400 V moät pha hai daây hay ba pha 22000/12700 V, 15000/8860 V, 10 kV, 6 kV. Caùc maïch ñöôøng daây nhaùnh noâng thoân (ñöôøng daây treân khoâng) coù chieàu daøi toång khoaûng vaøi chuïc km neân maëc duø maät ñoä phuï taûi laø thaáp nhöng caáp ñieän aùp töông ñoái cao, caùc caáp ñieän aùp tieâu chuaån laø 15 kV, 20 kV, (Ghi chuù: caáp ñieän aùp ñònh möùc cuûa ñöôøng daây ñöôïc qui ñònh laø ñieän aùp daây). Phaàn lôùn caùc ñöôøng daây nhaùnh phaân phoái laø ñöôøng daây treân khoâng nhaát laø ôû nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi thaáp thò traán hay ven ñoâ. Trong thaønh phoá, khuynh höôùng ôû caùc nöôùc tieân tieán laø söû duïng caùp ngaàm treân ñöôøng nhaùnh vaø moät soá lôùn caùc ñöôøng nhaùnh phuï. Thöôøng trung tính cuûa maïch nhaùnh ñöôïc noái ñaát taïi traïm phaân phoái, nhöng coù theå coù noái ñaát trung tính laëp laïi. Ñieàu naøy laøm giaûm chi phí xaây döïng ñöôøng daây vì giaûm ñöôïc phí toån veà caùch ñieän cuûa maùy bieán aùp vaø caùc thieát bò khaùc. Maùy caét chính ñöôøng daây nhaùnh duøng ñeå caét ñöôøng daây khi söûa chöõa vaø coøn ñeå baûo veä ngaén maïch. Maùy caét naøy coù trang bò rôle doøng ñieän ñeå caét ñöôøng daây ngay laäp töùc khi coù ngaén maïch xaûy ra ôû baát cöù ñieåm naøo treân ñöôøng daây nhaùnh. Khi maùy caét môû ra, söï coá ñöôïc giaûi tröø nhöng vieäc cung caáp ñieän cho phuï taûi bò giaùn ñoaïn. Vieäc caét ñieän nhö vaäy roõ raøng laø ñieàu khoâng mong muoán neáu noù cöù keùo daøi trong moät khoaûng thôøi gian sau khi moãi taùc ñoäng cuûa maùy caét vaø vì nhöõng taùc ñoäng nhö vaäy coù theå xaûy ra
17. 18 thöôøng xuyeân khi coù saám seùt hay gioâng baõo. Do vaäy maø khi coù thieát keá maùy caét ñöôøng daây nhaùnh thöôøng phaûi xeùt ñeán vieäc phaàn lôùn söï coá cuûa ñöôøng daây treân khoâng (80 – 90%) laø söï coá thoaùng qua vaø chuùng seõ bieán maát (do taùc duïng khöû ion hoùa cuûa hoà quang) trong khoaûng 10 chu kyø sau khi doøng ñieän hoà quang bò daäp taét. Theo ñoù, maùy caét ñöôøng daây nhaùnh coøn ñöôïc trang bò 1 3 theâm thieát bò töï ñoùng laïi ñeán giaây sau khi maùy caét môû ra vaø moät phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp 4 4 vieäc töï ñoùng laïi ñeå taùi laäp laø thaønh coâng. Phaàn lôùn caùc maùy caét cho pheùp töï ñoùng laïi töø 2 ñeán 3 laàn tröôùc khi caét döùt khoaùt trong tröôøng hôïp söï coá tieáp tuïc duy trì. Moät khi maùy caét bò khoùa laïi ôû vò trí môû do söï coá coù duy trì, ñoäi söõa chöõa ñöôøng daây seõ xaùc ñònh nôi söï coá baèng caùch quan saùt hoaëc laø môû caùc dao caùch ly treân töøng phaân ñoaïn moät vaø thöû ñoùng laïi ñöôøng daây. Vì phaûi maát thôøi gian di chuyeån töø dao caùch ly naøy ñeán dao caùch ly khaùc neân moät soá coâng ty ñieän ôû nöôùc ngoaøi thao taùc ñoùng caét dao caùch ly baèng ñieàu khieån töø xa töø vaên phoøng trung taâm. Tuy vaäy, vieäc caùch ly ñöôøng daây coù theå thöïc hieän moät caùch töï ñoäng baèng caùch duøng caàu chì töï rôi thay cho dao caùch ly vaø deã daøng tìm ñöôïc nôi xaûy ra söï coá. Vieäc söûa chöõa caùc phaân ñoaïn ñöôøng daây bò söï coá coù theå keùo daøi, do ñoù ñeå caûi thieän ñieàu kieän cung caáp ñieän, caàn xaây döïng theâm caùc ñöôøng döï tröõ coøn goïi laø ñöôøng noái khaån caáp. Ñoù laø nhöõng ñoaïn ñöôøng daây sô caáp coù theå chuyeån heä thoáng hình tia thaønh ra moät maïng ñieän kín ngoaïi tröø khi caùc maïch voøng cuûa maïng ñieän ñöôïc giöõ nhö moät maïng hôû baèng caùch môû dao caùch ly luùc bình thöôøng vaø chæ ñoùng laïi luùc khaån caáp. Ñöôøng daây khaån caáp thöôøng ñöôïc duøng trong maïng ñieän cung caáp trong thaønh phoá ñaëc bieät laø neáu heä thoáng cung caáp ñöôïc xaây döïng moät phaàn hay toaøn phaàn baèng caùp ngaàm. Maùy bieán aùp phaân phoái treân heä thoáng ñieän hình tia thöôøng laø loaïi treo treân truï hay ñaët treân giaøn vaø moät soá caùc maùy bieán aùp phaân phoái hieän ñaïi khi xuaát xöôûng ñeàu coù trang bò theâm caùc phuï kieän caàn cho vaän haønh vaø baûo veä, ñieàu naøy cuõng coù yù nghóa laø maùy bieán aùp coù töï trang bò caùc baûo veä töông ñöông vôùi moät traïm bieán aùp hoaøn chænh. Toång quaùt, maùy bieán theá phaân phoái thuoäc loaïi moät pha hay ba pha. Phía sô caáp thöôøng coù ñaàu phaân aùp duøng ñeå ñieàu chænh ñieän aùp cho phía thöù caáp. Nhöõng ñaàu naøy chæ coù theå ñöôïc thay ñoåi neáu maùy bieán aùp ñöôïc caét ñieän vaø naép maùy ñöôïc môû ra. Maùy bieán aùp phaân phoái thöôøng trang bò theâm caàu chì ôû phía sô caáp ñeå baûo veä ngaén maïch. 1.4 HEÄ THOÁNG MAÏCH VOØNG THÖÙ CAÁP Khi caøng coù nhieàu phuï taûi ñieän söû duïng ñoäng cô ñieän thì phaùt sinh vaán ñeà nhaáp nhaùy aùnh saùng daãn ñeán vieäc caàn thieát phaûi söûa ñoåi heä thoáng phaân phoái hình tia trong ñoù moãi ñöôøng daây caùi thöù caáp ñöôïc cung caáp töø moät maùy bieán aùp rieâng vaø khoâng coù quan heä veà ñieän vôùi caùc ñöôøng daây caùi thöù caáp khaùc. Trong moät heä thoáng nhö vaäy, doøng ñieän khôûi ñoäng cuûa ñoäng cô laø lôùn so vôùi doøng phuï taûi bình thöôøng cuûa maùy bieán aùp seõ gaây suït aùp ñoät ngoät vaø gaây chôùp ñeøn. Tuy vaäy, neáu caùc daây caùi thöù caáp ñöôïc noái voøng nhö trong H.1.3.a,b,c thì doøng khôûi ñoäng töø moät trong ba daây caùi thöù caáp seõ ñöôïc phaân chia treân ba maùy bieán aùp vaø giaûm bôùt ñöôïc ñoä suït aùp.
18. 19 Hình 1.3: Maïch voøng thöù caáp 1.5 MAÏCH VOØNG SÔ CAÁP Maïch voøng sô caáp ñöôïc duøng ôû caùc khu vöïc coù maät ñoä phuï taûi trung bình vaø lôùn. Coù hai daïng cuûa maïch voøng caùc ñöôøng daây nhaùnh. Daïng thöù nhaát laø ñoùng thöôøng xuyeân moät nhaùnh noái khaån caáp treân hình tia vôùi moät maùy caét b ñoùng thöôøng xuyeân vaø taùc ñoäng khi quaù doøng. Caùc ñöôøng nhaùnh phuï vaø ñöôøng reõ vaãn giöõ nguyeân nhö trong maïch hình tia (H.1.4). Muïc ñích cuûa vieäc boá trí naøy laø ñeå caân baèng phuï taûi treân hai ñöôøng nhaùnh nhôø vaøo ñöôøng daây noái thöôøng tröïc vaø do ñoù laøm baèng phaúng quan heä ñieän aùp theo thôøi gian ñaëc bieät laø khi coù söï khaùc bieät veà thôøi gian giöõa caùc phuï taûi ñænh cuûa caùc phuï taûi. Trong tröôøng hôïp coù söï coá, maùy caét ñöôøng daây môû töùc thôøi vaø taùch rôøi hai ñöôøng daây nhaùnh.
19. 20 Hình 1.4: Phaùt tuyeán noái voøng baèng maùy caét thöôøng ñoùng treân ñöôøng noái khaån caáp Moät daïng khaùc cuûa maïch voøng ñöôøng daây nhaùnh ñöôïc veõ trong H.1.5 duøng chuû yeáu cho moät soá phaân ñoaïn coù phuï taûi coâng nghieäp. Muïc ñích laø ñeå caûi thieän ñoä suït aùp vaø ñoä tin caäy cung caáp ñieän. Ñeå ñaït ñöôïc ñieàu naøy, moät soá maùy caét coù trang bò baûo veä quaù doøng coù höôùng, trong tröôøng hôïp söï coá xaûy ra ôû baát kyø phaân ñoaïn naøo, hai maùy ôû hai ñaàu phaân ñoaïn môû ra vaø loaïi tröø ñöôïc söï coá maø khoâng bò maát ñieän ôû baát cöù phuï taûi naøo. Hình 1.5: Phaùt tuyeán noái maïch voøng 1.6 HEÄ THOÁNG MAÏNG ÑIEÄN PHAÂN PHOÁI THÖÙ CAÁP Heä thoáng maïng ñieän thöù caáp laø heä thoáng tin caäy nhaát cuûa heä thoáng phaân phoái vaø coù ñaëc tính ñieän aùp cuõng nhö choáng nhaáp nhaùy aùnh saùng toát nhaát. Maïng ñieän naøy coù giaù thaønh xaây döïng cao vaø do ñoù chuû yeáu laø duøng cho caùc khu vöïc coù maät ñoä phuï taûi lôùn nhö caùc khu daân cö vaø thöông maïi trong thaønh phoá. Noù coøn ñöôïc aùp duïng roäng raõi cho caùc khu coâng nghieäp maø yeâu caàu veà ñieän aùp, söï linh hoaït vaø lieân tuïc cung caáp ñieän laø öu tieân haøng ñaàu (H.1.6).
20. 21 Ñieän aùp cuûa maïng phaân phoái thöù caáp laø 380/220 V hay 220/127 V ba pha boán daây vaø caùc ñöôøng daây caùi thöù caáp noái vôùi nhau thaønh maét löôùi gaàn nhö ñi theo ñöôøng phoá. Moãi phaân ñoaïn cuûa löôùi laø moät ñöôøng 3 pha boán daây ñi doïc theo ñöôøng phoá goïi laø daây caùi thöù caáp coù theå laø ñöôøng treân khoâng hay ñöôøng caùp. Hình 1.6: Nhöõng neùt chính cuûa heä thoáng maïng phaân phoái thöù caáp Caùc ñoaïn daây vaøo nhaø duøng ñieän ñöôïc laáy doïc treân ñöôøng daây caùi vaø chuùng ñöôïc trang bò caàu dao, baûo veä vaø thieát bò ño. Caùc ñöôøng daây caùi töï noù khoâng ñöôïc gaén caàu chì baûo veä vì theo kinh nghieäm thì baát kyø söï coá ngaén maïch treân maïng löôùi ñieän aùp thaáp ñeàu “chaùy giaûi tröø” vaø vaãn ñeå cho ñöôøng daây laøm vieäc lieân tuïc bình thöôøng neáu nhö doøng ngaén maïch ñuû lôùn. Trong moät soá maïng ñieän hay treân moät soá phaân ñoaïn cuûa maïng ñieän doøng ngaén maïch coù theå khoâng ñuû lôùn ñeå chaùy giaûi tröø söï coá, trong nhöõng tröôøng hôïp nhö vaäy, ngaén maïch duy trì coù theå laøm hö hoûng daây daãn cuûa caùc phaân ñoaïn ñoù. Ñeå khaéc phuïc tình traïng naøy, ngöôøi ta duøng caùc boä “haïn cheá” maéc chen vaøo ñöôøng daây caùi ôû nhöõng ñieåm noái. Boä haïn cheá laø moät loaïi caàu chì ñaëc bieät coù ñaëc tính thôøi gian trì hoaõn vaø chæ ñöùt neáu ngaén maïch duy trì.
21. 22 Löôùi thöù caáp ñöôïc cung caáp töø heä thoáng phaân phoái sô caáp qua caùc maùy bieán aùp phaân phoái hay bieán aùp maïng ñieän thöôøng laø bieán aùp ba pha coâng suaát töø 150 kVA ñeán 1500 kVA vaø moät soá caùc maùy bieán aùp moät pha. Chuùng ñöôïc phaân boá ñeàu treân maïng ñieän. H.1.6 cho thaáy moät tröôøng hôïp trong ñoù moät maùy bieán aùp ñöôïc ñaët ôû moãi ñieåm noái cuûa ñöôøng daây caùi. Thöïc teá, tuøy theo maät ñoä phuï taûi maø caùc maùy bieán aùp ñöôïc phaân boá daøy hôn hay thöa hôn. Caùc maùy bieán aùp ñöôïc cung caáp töø caùc phaùt tuyeán sô caáp coù ñieän aùp cao töø 4 kV ñeán 20 kV vaø thöôøng laø hình tia nghóa laø caùc phaùt tuyeán naøy khoâng noái keát vôùi nhau ngoaïi tröø ôû thanh goùp cuûa traïm bieán aùp phaân phoái. Phaùt tuyeán thöôøng laø ñöôøng daây ba pha ba daây hoaëc boán daây, treân khoâng hoaëc caùp ngaàm, caùc ñöôøng naøy chæ ñoùng caét duy nhaát töø maùy caét taùc ñoäng theo baûo veä quaù doøng ñaët ôû ñaàu ñöôøng daây ôû thanh caùi traïm bieán aùp phaân phoái vaø môû ra khi coù ngaén maïch treân phaùt tuyeán. Maùy caét naøy töï noù khoâng giaûi tröø ñöôïc söï coá vì ngaén maïch vaãn coøn toàn taïi (sau khi maùy caét ñaàu ñöôøng daây môû) töø phía maïng thöù caáp xuyeân qua maùy bieán aùp phaân phoái. Tình traïng naøy ñöôïc khaéc phuïc baèng “boä baûo veä maïng ñieän” thöïc chaát laø moät maùy caét ñieän aùp thaáp maø seõ töï ñoäng môû khi coù doøng coâng suaát chaïy ngöôïc nghóa laø ñi töø maïng haï aùp ngöôïc trôû laïi maùy bieán aùp. Dao caùch ly thuaàn tuùy thao taùc baèng tay khi khoâng coù doøng ñieän ñöôïc ñaët giöõa phaùt tuyeán vaø maùy bieán aùp. Dao caùch ly ñöôïc môû ra khi söûa chöõa ñöôøng daây vaø dao thöôøng ñöôïc noái ñaát ñeå baûo veä an toaøn khi söûa chöõa ñöôøng daây. 1.7 HEÄ THOÁNG MAÏNG ÑIEÄN SÔ CAÁP Hình 1.7: Heä thoáng maïng phaân phoái sô caáp
22. 23 Heä thoáng phaân phoái maïng ñieän sô caáp ñöôïc duøng trong khu vöïc thaønh phoá. Toång quaùt, heä thoáng naøy yeâu caàu moät soá löôïng lôùn caùc traïm bieán aùp coâng suaát nhoû vaø nhieàu maïch truyeàn taûi phuï ñi ñeán caùc traïm naøy hôn laø trong heä thoáng hình tia. Nhöõng heä thoáng naøy coù ñaëc tính ñieän aùp toát hôn, coù tính lieân tuïc cung caáp ñieän cao vaø kinh teá hôn heä thoáng hình tia khi maät ñoä phuï taûi cao hôn khoaûng 1000 kVA/km2. Caáu truùc cuûa maïng sô caáp gioáng nhö maïng thöù caáp ngoaïi tröø chuùng bao goàm caùc ñöôøng daây nhaùnh thay vì laø caùc ñöôøng daây caùi thöù caáp. H.1.7 trình baøy moät phaàn cuûa maïng sô caáp. Maùy bieán aùp phaân phoái ñöôïc maéc doïc theo daây caùi sô caáp vôùi nhöõng ñoaïn cung caáp vaøo nhaø doïc theo daây caùi cuûa maïng thöù caáp. Caùc maïch thöù caáp ôû ñaây ñeàu coù daïng hình tia. 1.8 CAÁÙP TRUYEÀN TAÛI PHUÏ CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Heä thoáng truyeàn taûi phuï thöôøng ñöôïc cung caáp töø thanh caùi cuûa traïm bieán aùp khu vöïc (hay traïm trung gian) vaø phaân phoái ñieän naêng ñeán caùc traïm bieán aùp phaân phoái. Theo nguyeân taéc phaân chia theo haøng, caùc heä thoáng truyeàn taûi phuï laân caän chæ lieân keát veà ñieän vôùi nhau thoâng qua heä thoáng truyeàn taûi. Vai troø cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï hoaøn toaøn gioáng vai troø cuûa heä thoáng phaân phoái, ngoaïi tröø noù duy trì moät khoái löôïng coâng suaát lôùn hôn, caáp ñieän aùp cao hôn vaø soá caùc traïm bieán aùp phaân phoái cung caáp bôûi heä thoáng truyeàn taûi phuï thöôøng ít hôn soá maùy bieán aùp phaân phoái trong heä thoáng phaân phoái. Heä thoáng truyeàn taûi phuï ñöôïc phaân bieät vôùi heä thoáng truyeàn taûi ôû choã laø khoâng coù söï lieân keát giöõa caùc nhaø maùy qua caáp truyeàn taûi phuï. Hình 1.8: Heä thoáng truyeàn taûi phuï Hình 1.9: Heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia vôùi hình tia ñöôøng chuyeån maïch Moät vaøi phaàn cuûa heä thoáng ñieän truyeàn taûi phuï vöøa cung caáp cho traïm bieán aùp phaân phoái vöøa noái vôùi caùc nhaø maùy ñieän thì ñuùng hôn nhöõng phaàn naøy coù theå ñöôïc xem laø moät phaàn cuûa heä
23. 24 thoáng truyeàn taûi maëc duø caáp ñieän aùp cuûa noù thöôøng ñöôïc duøng cho heä thoáng truyeàn taûi phuï. Caáp ñieän aùp cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï thay ñoåi töø 35 kV ñeán 69 kV, ñieän aùp cao hôn öùng vôùi maät ñoä phuï taûi lôùn hoaëc khoaûng caùch taûi ñieän töông ñoái xa. Ñöôøng daây truyeàn taûi phuï laø ñöôøng daây ba pha, ba daây. Caáu truùc cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï thay ñoåi töø daïng hình tia ñeán daïng maïng ñieän. Chi phí xaây döïng cuõng taêng töø daïng hình tia sang daïng maïng ñieän, theo ñoù caàn phaûi tieán haønh so saùnh kinh teá kyõ thuaät ñeå coù söï keát hôïp giöõa moät phí toån hôïp lyù vaø ñoä tin caäy cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø heä thoáng phaân phoái. Roõ raøng seõ khoâng hôïp lyù khi cung caáp moät maïng ñieän thöù caáp coù ñoä tin caäy cao töø moät heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia khoâng tin caäy hay ngöôïc laïi, xaây döïng moät maïng ñieän truyeàn taûi phuï tin caäy, toán keùm chæ ñeå cung caáp cho caùc ñöôøng daây hình tia trong caáp phaân phoái cuõng seõ khoâng hôïp lyù. Hình 1.8 trình baøy moät heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia ôû noâng thoân. Moãi traïm bieán aùp phaân phoái ñöôïc cung caáp baèng moät ñöôøng daây ñôn vaø nhö vaäy khi coù söï coá ñöôøng daây, vieäc cung caáp ñieän bò giaùn ñoaïn cho ñeán khi ñöôøng daây ñöôïc söûa chöõa laïi. Ñeå caûi tieán heä thoáng hình tia, H.1.9 ñöa ra sô ñoà coù tính lieân tuïc cung caáp cao hôn baèng caùch cung caáp cho caùc traïm baèng hai ñöôøng daây, neáu moät maïch truyeàn taûi cung caáp cho moät traïm phaân phoái bò söï coá, vieäc cung caáp cho traïm naøy ñöôïc phuïc hoài baèng caùch chuyeån maïch sang ñöôøng daây coøn laïi. Söï chuyeån maïch naøy coù theå laøm töï ñoäng neáu ñaët maùy caét ôû hai phía cuûa traïm phaân phoái (xem caùc traïm beân döôùi cuûa hình veõ) nhöng neáu chæ thao taùc baèng dao caùch ly nhö traïm treân cuøng thì vieäc chuyeån maïch baèng tay phaûi toán thôøi gian vì tröôùc khi thao taùc dao caùch ly, taát caû caùc phaùt tuyeán cuûa traïm bieán aùp phaân phoái phaûi ñöôïc môû ra ñeå traùnh vieäc ñoùng dao caùch ly khi coù taûi. Caùc ñöôøng daây keùp (hai loä) cuûa maïch truyeàn taûi phuï khoâng nhaát thieát ñi cuøng treân moät tuyeán. Vò trí cuûa hai loä naøy coù theå caùch xa nhau vì hai ñöôøng daây rieâng bieät ít khi naøo coù söï coá xaûy ra. Heä thoáng ñieän cuûa sô ñoà H.1.9 ñöôïc xaây döïng vôùi caùc ñöôøng daây truyeàn taûi phuï maïch kín nhöng chuùng vaän haønh hôû. Vieäc ñoùng thöôøng tröïc caùc maùy caét thöôøng môû seõ bieán thaønh moät heä thoáng kín nhö trong H.1.10. Heä thoáng maïch voøng loaïi tröø Hình 1.10: Heä thoáng truyeàn taûi phuï maïch voøng kín
24. 25 vieäc ngöøng cung caáp ñeán caùc traïm phaân phoái khi coù söï coá treân maïch truyeàn taûi phuï. Tuy nhieân, yeâu caàu baûo veä phöùc taïp vaø caàn nhieàu döï tröõ treân maïch truyeàn taûi phuï laøm cho heä thoáng naøy caøng ñaét tieàn. 1.9 TRAÏM BIEÁN AÙP PHAÂN PHOÁI Traïm bieán aùp phaân phoái laø ñieåm chuyeån ñieän naêng giöõa heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø heä thoáng phaân phoái. Tröôùc ñaây thöôøng taäp trung moät soá lôùn caùc phaùt tuyeán ñöôïc cung caáp töø moät soá löôïng nhoû caùc traïm phaân phoái coù ngöôøi tröïc nhaät. Caùc traïm naøy thöôøng ñöôïc xaây döïng rieâng leû neân möùc tieâu chuaån hoùa veà caùch boá trí caùc thieát bò khoâng cao. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, khuynh höôùng môùi laø phaân raûi vieäc chuyeån coâng suaát cho moät soá lôùn caùc traïm phaân phoái nhoû chæ cung caáp moät soá löôïng vöøa phaûi caùc phaùt tuyeán. Nhöõng traïm naøy thöôøng khoâng coù ngöôøi tröïc maëc duø ñoâi khi phaûi giaùm saùt, thöôøng laø loaïi hôïp boä, boïc kim loaïi ñöôïc cheá taïo töø nhaø maùy vaø coù ñoä tieâu chuaån hoùa raát cao. Loaïi traïm phaân phoái ñôn giaûn nhaát ñöôïc cung caáp töø moät ñöôøng daây loä ñôn truyeàn taûi phuï, moät maùy bieán aùp vaø coù theå coù moät hay nhieàu ñaàu ra phaùt tuyeán phía thöù caáp (H.1.11a vaø b). Hình 1.11: Traïm bieán aùp phaân phoái ñôn giaûn Sô ñoà naøy giaù thaønh khoâng cao vaø ñoä tin caäy thaáp vaø chæ duøng ôû noâng thoân hay ñoâ thò coù maät ñoä phuï taûi thaáp. Trong heä thoáng maïng phaân phoái sô caáp, caùc traïm naøy ñöôïc duøng ôû nhöõng nôi coù maät ñoä phuï taûi cao (H.1.7) vaø caùc caáu truùc maïng ñieän phaûi coù ñoä tin caäy caàn thieát. Moät phöông aùn khaùc cuûa maïch truyeàn taûi phuï, coù caùch boá trí khí cuï coù theå thao taùc baèng tay hay töï ñoäng nhö trong H.1.12.
25. 26 Hình 1.12: Traïm bieán aùp phaân phoái ñôn giaûn vôùi caùch boá trí chuyeån maïch phía sô caáp Hai sô ñoà ñaàu a) vaø b) giaûi thích töông töï nhö ôû H.1.9 vaø H.1.10, sô ñoà thöù ba c) ñaét tieàn hôn nhöng ñöôïc chuoäng hôn khoâng nhöõng vì chuyeån maïch töï ñoäng khi coù söï coá treân ñöôøng daây truyeàn taûi phuï maø bôûi vì noù vaãn hoaït ñoäng trong tröôøng hôïp moät maùy bieán aùp bò hö hoûng. Khi noái vôùi ñöôøng daây loä keùp H.1.9, moät trong hai maùy caét cuûa H.1.12c) (thay dao caùch ly baèng maùy caét) ôû vò trí thöôøng môû vaø noù chæ ñoùng laïi neáu maùy caét kia môû ra khi khoâng coù ñieän aùp veà phía noái vôùi ñöôøng daây truyeàn taûi phuï. Maët khaùc, khi maéc vôùi sô ñoà heä thoáng maïch kín hay heä thoáng maïng ñieän (nhö H.1.10) caû hai maùy caét ñeàu thöôøng ñoùng. Söï chuyeån ñoåi dao caùch ly töï ñoäng cuøng vôùi vieäc giaûm bôùt soá maùy caét coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng caùch duøng maùy caét noái phaân ñoaïn ôû thanh goùp ñieän aùp thaáp (H.1.13). Hình 1.13: Traïm bieán aùp phaân phoái vôùi maùy caét noái phaân ñoaïn phía ñieän aùp thaáp
26. 27 Trong H.1.13a maùy caét phaân ñoaïn coù theå thöôøng ñoùng hay thöôøng môû tuøy theo sô ñoà baûo veä. H.1.13b laø söï phaùt trieån cuûa sô ñoà H.1.13a cho traïm coù nhieàu phaùt tuyeán, moãi maùy bieán aùp thöôøng cung caáp cho hai phaùt tuyeán vaø neáu moät trong caùc maùy bieán aùp bò maát ñieän töø phía truyeàn taûi phuï thì hai phaùt tuyeán ñöôïc chuyeån sang caùc phaân ñoaïn laân caän qua maùy caét phaân ñoaïn. Ñeå yù raèng chæ coù 50% quaù taûi söï coá ñöôïc phaân boá treân moãi maùy bieán aùp coøn laïi. Caùc heä thoáng ñaëc bieät tin caäy chaúng haïn heä thoáng maïng thöù caáp cuõng ñoøi hoûi ñöôïc cung caáp töø caùc traïm bieán aùp phaân phoái ñaëc bieät tin caäy. Sô ñoà H.1.14 duøng heä thoáng hai thanh goùp phía ñieän aùp thaáp. Hình 1.14: Traïm bieán aùp phaân phoái vôùi thanh goùp ñoâi phía thöù caáp Sô ñoà naøy tin caäy vì khoâng nhöõng chuyeån maïch töï ñoäng cho caùc phaùt tuyeán trong tröôøng hôïp coù söï coá treân heä thoáng truyeàn taûi phuï hay maùy bieán aùp maø ngay caû khi coù söï coá treân thanh goùp. Trong tröôøng hôïp söï coá thanh goùp treân, taát caû caùc phaùt tuyeán vaø maùy bieán aùp ñöôïc chuyeån veà thanh goùp döôùi duøng laøm döï tröõ. Heä thoáng naøy cuõng taïo söï deã daøng ñeå baûo trì, söûa chöõa thanh goùp. Veà phía truyeàn taûi phuï coù theå coù hay khoâng coù thanh goùp phuï (veõ ñöùt neùt trong H.1.14) duøng ñeå cung caáp cho maùy bieán aùp khi ñöôøng daây truyeàn taûi phuï noái vôùi maùy bieán aùp
27. 28 naøy bò söï coá. Coøn nhieàu sô ñoà phöùc taïp hôn cuõng ñöôïc duøng beân phía truyeàn taûi phuï ngay caû duøng heä thoáng thanh goùp ñoâi nhö ôû phía ñieän aùp thaáp. Vì söï coá maùy bieán aùp ít khi xaûy ra cho heä thoáng truyeàn taûi phuï neân söï coá maùy bieán aùp khoâng laø vaán ñeà quan taâm, maùy bieán aùp ñöôïc baûo veä nhö moät phaàn cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi phuï vaø seõ khoâng coù maùy caét hay caàu chì ôû phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp tröø khi doøng ngaén maïch gaây ra bôûi söï coá maùy bieán aùp quaù nhoû ñeán noãi khoâng taùc ñoäng maùy caét ñöôøng daây. 1.10 CAÁP TRUYEÀN TAÛI CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Heä thoáng truyeàn taûi khaùc vôùi heä thoáng truyeàn taûi phuï veà tính chaát vaø veà vaän haønh. Söï khaùc bieät naøy moät phaàn laø do khoái coâng suaát duy trì trong heä thoáng truyeàn taûi lôùn hôn nhieàu. Söï khaùc bieät chuû yeáu laø trong khi caùc heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø phaân phoái nhaän ñieän naêng töø moät nguoàn duy nhaát vaø chuyeån taûi cho caùc phuï taûi rieâng bieät hay cho caùc traïm bieán aùp phaân phoái thì heä thoáng truyeàn taûi lieân keát taát caû caùc nguoàn phaùt ñieän trong heä thoáng vaø do vaäy, ngoaøi vieäc chuyeån taûi coâng suaát ñeán caùc traïm trung gian vaø caùc phuï taûi lôùn, heä thoáng truyeàn taûi coøn ñieàu ñoä vieäc trao ñoåi hay söï tham gia hoã töông giöõa caùc nhaø maùy ñöôïc lieân keát. Theo tính chaát cuûa phuï taûi maø heä thoáng truyeàn taûi cung caáp coù hai loaïi heä thoáng ñieän: 1- Heä thoáng ñieän kieåu ñoâ thò Heä thoáng naøy cung caáp cho khu vöïc ñoâ thò töông ñoái nhoû nhöng coù maät ñoä phuï taûi raát cao. Trong moät soá tröôøng hôïp caùc nhaø maùy ñieän ñöôïc ñaët trong vuøng phuï taûi cuûa heä thoáng ñieän, trong caùc tröôøng hôïp khaùc thì phaàn chuû yeáu cuûa caùc nguoàn phaùt laø nhaø maùy thuûy ñieän ñöôïc ñaët ôû caùch xa thaønh phoá. Trong tröôøng hôïp sau naøy ñieän naêng ñöôïc taûi ñeán thaønh phoá töø caùc nhaø maùy thuûy ñieän qua caùc ñöôøng daây truyeàn taûi daøi. 2- Heä thoáng ñieän kieåu khoâng taäp trung Teân heä thoáng ñieän noâng thoân thöôøng duøng ñeã goïi heä thoáng naøy ñoâi luùc khoâng thích hôïp vì coù heä thoáng cung caáp moät vuøng laõnh thoå roäng lôùn trong ñoù coù theå coù caùc ñòa phöông taäp trung phuï taûi lôùn (caùc thò xaõ, thò traán, khu coâng nghieäp) cuõng nhö caùc vuøng noâng thoân coù phuï taûi nhoû. Treân cô sôû veà phöông caùch lieân keát vaø vaän haønh song song caùc nhaø maùy ñieän duy trì beân trong heä thoáng coù theå chia laøm ba kieåu caên baûn maëc duø heä thoáng thöïc teá coù theå coù söï ña daïng. 3- Heä thoáng ñöôïc ñoàng boä ôû phuï taûi Trong tröôøng hôïp naøy, khoâng coù söï noái tröïc tieáp giöõa caùc nhaø maùy ñieän hoaëc ngay caû giöõa caùc maùy phaùt rieâng leû trong cuøng moät nhaø maùy maø moãi phuï taûi quan troïng ñöôïc cung caáp töø hai hay nhieàu maùy phaùt hay traïm phaùt ñieän sao cho nhöõng maùy phaùt hay traïm phaùt ñieän naøy ñöôïc noái song song ôû phuï taûi. Heä thoáng naøy khoâng tin caäy vaø ñaõ loãi thôøi vì khi moät nguoàn phaùt bò caét ra, caùc nguoàn khaùc phaûi gaùnh taûi, do ñoù chuùng seõ quaù taûi vaø coù theå bò caét ra khoûi löôùi, cuoái cuøng toaøn boä heä thoáng bò caét ñieän vaø söï coá “raõ löôùi” xaûy ra. Heä thoáng cuõ xöa naøy cung caáp cho maïng ñieän thöù caáp lôùn lieân keát chaët cheõ trong thaønh phoá maø caùc phaùt tuyeán ñöôïc cung caáp töø caùc nhaø maùy vaø chính nhöõng nhaø maùy naøy khoâng coøn caùch lieân keát naøo khaùc ngoaïi tröø thoâng qua maïng ñieän haï aùp. Do coù söï coá raõ löôùi maø heä thoáng thöù caáp ñöôïc chia ra laøm nhieàu khu vöïc nhoû tröôùc khi noù coù theå ñöôïc taùi laäp laïi vì khoù loøng maø taùi laäp ñoàng thôøi cho toaøn boä heä thoáng töø taát caû caùc nguoàn phaùt, roõ raøng laø khoâng theå ñöôïc. Kieåu ñoàng boä taïi phuï taûi naøy khoâng coøn söû duïng nöõa nhöng ôû ñaây ñöôïc neâu ra ñeå cho thaáy veà yeâu caàu phaûi coù moät caáu truùc heä thoáng hôïp lyù.
28. 29 4- Heä thoáng lieân keát yeáu Trong tröôøng hôïp naøy heä thoáng ñöôïc chia thaønh nhöõng vuøng phuï taûi (H.1.15) ñöôïc bao boïc bôûi caùc maùy caét sao cho chuùng coâ laäp toaøn boä caùc vuøng phuï taûi trong tröôøng hôïp söï coá naëng neà, ñoøi hoûi phaûi coù söï coâ laäp nhö vaäy. Moãi vuøng coù nguoàn phaùt ñieän rieâng hay coù theå moät phaàn cuûa caùc nhaø maùy coù khaû naêng phaùt ñieän ñuû ñeå cung caáp cho phuï taûi neáu vuøng ñoù bò taùch rôøi khoûi phaàn coøn laïi cuûa heä thoáng. Ñeå duy trì vaän haønh moät heä thoáng nhö vaäy ñoøi hoûi phaûi coù söï theo doõi caån thaän vì coù söï chuyeån taûi coù tính cô hoäi giöõa caùc vuøng, vì vaäy tính linh hoaït trong vaän haønh bò haïn cheá. Tuy vaäy, söï coá choàng chaát do maát ñieän khoù coù theå xaûy ra vaø neáu coù xaûy ra thì cuõng deã daøng taùi laëp laïi. Moät daïng khaùc cuûa heä thoáng lieân keát yeáu laø toaøn heä thoáng ñöôïc chia laøm hai heä thoáng ñoäc laäp caùc ñöôøng daây truyeàn taûi cao aùp. Moãi heä thoáng ñöôïc cung caáp khoaûng moät nöûa toång coâng suaát phaùt trong toaøn heä thoáng. Hai heä thoáng naøy ñöôïc lieân keát song song vôùi nhau veà maët ñòa lyù nhöng chuùng ñöôïc ñoàng boä vôùi nhau qua caùc ñöôøng daây lieân keát vaø caùc phuï taûi quan troïng ñöôïc cung caáp lieân laïc nhau giöõa hai heä thoáng. 5- Heä thoáng lieân keát chaët cheõ Trong khi heä thoáng lieân keát yeáu chæ xem caùc ñöôøng daây lieân keát giöõa caùc vuøng coù tính döï tröõ luùc söï coá hay luùc khaån caáp vaø duy trì moät doøng coâng suaát thaáp treân nhöõng ñöôøng daây naøy trong tình traïng bình thöôøng thì heä thoáng lieân keát chaët söû duïng moät maïng ñieän lieân keát vöõng chaéc trong ñoù khoâng coù duïng yù xaùc ñònh caùc vuøng phuï taûi maø hôn theá nöõa caùc ñöôøng daây truyeàn taûi ñöôïc söû duïng tuøy yù ñeå coù theå truyeàn taûi ñieän naêng töø nôi saûn xuaát kinh teá nhaát ñeán nôi maø noù caàn ñöôïc tieâu thuï ñuùng vaøo luùc caàn thieát. Trong tröôøng hôïp xaûy ra söï coá, heä thoáng naøy lieân heä moät caùch tuyeät ñoái ñeán khaû naêng döï tröõ trong heä thoáng sau khi ñaõ loaïi tröø ñöôøng daây hay thieát bò bò söï coá. Vieäc thöïc hieän naøy laøm taêng tính kinh teá cuõng nhö tính vaän haønh linh hoaït cuûa heä thoáng. Söï tin caäy coøn tuøy thuoäc vaøo caùc thieát bò baûo veä vaø khaû naêng döï tröõ saün coù beân trong heä thoáng vaø tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Veà maët caáu truùc coù ba kieåu caên baûn cuûa heä thoáng truyeàn taûi ñöôïc phaân bieät nhö sau: a) Heä thoáng maïng ñieän hoaøn toaøn laø kieåu toång quaùt nhaát noù coù theå ñöôïc lieân keát yeáu hoaëc chaët cheõ. Vì baát kyø phuï taûi naøo cuõng ñöôïc cung caáp baèng nhieàu ñöôøng daây ñöa ñeán neân nhöõng maïng ñieän kieåu naøy phuø hôïp hôn cho heä thoáng ñieän lieân keát chaët. b) Kieåu “xöông soáng” goàm moät soá caùc ñöôøng daây truyeàn taûi maïnh keùo doïc xuyeân suoát heä thoáng (H.1.15). Phuï taûi vaø nhaø maùy ñöôïc phaân boá doïc theo xöông soáng trong ñoù nhaø maùy bieåu dieãn baèng khoái toâ ñaäm.
29. 30 Hình 1.15: Heä thoáng ñieän lieân keát kieåu xöông soáng c) Kieåu vaønh ñai Hình 1.16: Heä thoáng lieân keát kieåu vaønh ñai
30. 31 Hình 1.16 laø moät ví duï veà kieåu vaønh ñai töông töï nhö kieåu xöông soáng ngoaïi tröø xöông soáng kheùp kín thaønh vaønh ñai. Kieåu heä thoáng thöôøng ñöôïc duøng cung caáp cho khu vöïc ñoâ thò. Ñeå yù raèng caùc ñöôøng daây vaønh ñai theo nghóa roäng bieåu dieãn cho heä thoáng hai thanh goùp voøng boïc quanh thaønh phoá. Heä thoáng truyeàn taûi coù ít nhaát hai caáp ñieän aùp chuùng coù theå hoaëc phoái hôïp phuï thuoäc (khi maø caáp ñieän aùp cao choàng leân caáp ñieän aùp thaáp hôn treân khaép vuøng vaø bieåu dieãn cho moät loaïi ñöôøng toác haønh ñeå cuûng coá cho caáp ñieän aùp thaáp hôn ôû moät soá ñieåm thích hôïp hoaëc phoái hôïp ngang caáp nhau trong ñoù hai caáp ñieän aùp coù cuøng chöùc naêng nhö nhau nhöng ôû hai vuøng khaùc nhau. ÔÛ Vieät Nam caùc caáp ñieän aùp tieâu bieåu laø: 110 kV, 220 kV, 500 kV. Caùc ñöôøng daây truyeàn taûi thöôøng laø ñöôøng daây treân khoâng ba pha ba daây, khoâng coù daây trung tính nhöng coù trung tính noái ñaát taïi caùc traïm bieán aùp. 1.11 CAÁP LIEÂN HÔÏP HEÄ THOÁNG Heä thoáng ñieän lieân keát ngaøy nay ñöôïc phaùt trieån vì ngaønh coâng nghieäp naêng löôïng sôùm nhaän thöùc raèng neáu lieân keát taát caû caùc phöông tieän saûn xuaát ñieän naêng cuûa moät coâng ty ñieän löïc seõ phaùt huy ñaùng keå tính kinh teá vaø ñoä tin caäy trong vaän haønh vaø löôïng coâng suaát döï tröõ nhaøn roãi coù theå ñöôïc huy ñoäng ñuùng möùc. Caøng veà sau caøng nhaän thöùc ñöôïc raèng nhöõng thuaän lôïi töông töï cuõng coù theå thöïc hieän treân bình dieän roäng lôùn hôn neáu nhö toå hôïp taát caû caùc phöông tieän cuûa nhieàu coâng ty khaùc nhau treân moät vuøng ñòa lyù roäng lôùn (thöôøng trong phaïm vi lieân bang nhö ôû Myõ, Nga, hay heä thoáng ñieän lieân hôïp ôû chaâu AÂu, Baéc Myõ). Vieäc keát thaønh moät khoái hôïp nhaát naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch lieân keát caùc coâng ty ñieän löïc vôùi nhau qua caùc ñöôøng daây noái. Caùc thuaän lôïi ruùt ra töø phöông thöùc naøy vaø ñöôøng daây noái giöõa caùc nhaø maùy vaø giöõa caùc heä thoáng ñoäc laäp noùi chung ñöôïc xaây döïng vì nhöõng lyù do nhö sau: 1) Ñeå taäp trung vieäc huy ñoäng khaû naêng döï tröõ cuûa toaøn heä thoáng; 2) Cho pheùp trao ñoåi ñieän naêng vôùi chi phí saûn xuaát kinh teá nhaát; 3) Taän duïng ñöôïc söï phaân taùn theo thôøi gian cuûa caùc phuï taûi ñænh cuûa heä thoáng hay cuûa caùc vuøng (söï khoâng ñoàng thôøi giöõa caùc phuï taûi ñænh); 4) Cung caáp khaû naêng truyeàn taûi ñeán caùc traïm bieán aùp phaân phoái ñaët ôû caùc trung taâm phuï taûi (baèng caùch khaùc thì seõ khoâng cung caáp ñieän ñaày ñuû ñöôïc). Vì nhöõng lyù do lieân keát caùc nhaø maùy ñieän beân trong moät heä thoáng ñieän cuõng töông töï nhö lyù do lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän beân trong moät heä thoáng lieân hôïp vaø nhö vaäy heä thoáng lieân hôïp cuõng phaùt sinh ra caùc vaán ñeà töông töï nhö trong heä thoáng ñieän. Tuy vaäy, ñöôøng daây noái trong heä thoáng ñieän lieân hôïp cuõng toàn taïi nhieàu vaán ñeà ñaëc bieät vì coù hai söï khaùc bieät giöõa hai loaïi heä thoáng naøy. 1) Caùc nhaø maùy ñieän lieân keát beân trong heä thoáng ñieän thöôøng thuoäc veà cuøng moät coâng ty hoaëc cuøng chòu söï quaûn lyù chung trong khi caùc ñöôøng daây noái lieân keát caùc heä thoáng ñieän coù chuû quyeàn khaùc nhau. 2) Söï lieân keát beân trong heä thoáng thöôøng laø lieân keát chaët cheõ. Khaû naêng taûi treân caùc ñöôøng daây lieân keát cuõng caân xöùng vôùi khaû naêng phaùt ñieän cuûa caùc nhaø maùy ñöôïc lieân keát. Trong khi ñoù phaàn lôùn caùc ñöôøng daây noái trong heä thoáng lieân hôïp thöôøng laø lieân keát yeáu, khaû naêng taûi cuûa chuùng chæ laø moät phaàn nhoû so vôùi toång coâng suaát cuûa caùc heä thoáng ñöôïc lieân keát.
31. 32 1.12 CAÙC BAØI TOAÙN CHÍNH CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Treân ñaây ñaõ moâ taû sô löôïc caáu truùc cuûa moät heä thoáng ñieän vaø ít nhieàu ñaõ ñeà caäp ñeán caùc vaán ñeà chính cuûa heä thoáng. Trong tình traïng vaän haønh bình thöôøng (ôû cheá ñoä xaùc laäp) cuûa heä thoáng, muïc tieâu laø saûn xuaát ñieän naêng taïi nôi ñöôïc coi laø kinh teá nhaát vaøo thôøi ñieåm ñang xeùt vaø truyeàn taûi, phaân phoái ñieän naêng ñoù ñeán caùc ñieåm caàn ñöôïc cung caáp vôùi ñieän aùp vaø taàn soá ñöôïc duy trì trong giôùi haïn cho pheùp. Söï phöùc taïp cuûa coâng taùc naøy coù theå phaùt sinh do söï lieân keát cuûa caùc nhaø maùy ñieän vaø tính ña daïng cuûa caùc phuï taûi. Khi söï coá xaûy ra, söï coá phaûi ñöôïc loaïi tröø baèng caùch choïn loïc ñoaïn ñöôøng daây hay thieát bò bò söï coá khi caét maùy caét coù noái ñeán phaàn töû bò söï coá. Ñaây laø nhieäm vuï cuûa baûo veä rôle cuûa heä thoáng baûo veä maïng ñieän (coøn goïi laø maïch nhò thöù), heä thoáng baûo veä naøy seõ ra leänh caét ñuùng maùy caét caàn thieát. Trong maïng ñieän roäng lôùn, vieäc choïn ñuùng nhöõng maùy caét naøy laø moät baøi toaùn phöùc taïp theo ñoù phaûi thieát keá moät heä thoáng baûo veä ñeå ñoái phoù vôùi baøi toaùn naøy, caùc khaûo saùt chính xaùc veà söï phaân boá doøng ñieän vaø ñieän aùp laø caàn thieát ñoái vôùi ngaén maïch ñoái xöùng vaø khoâng ñoái xöùng. Caùc khaûo saùt naøy cuõng cho pheùp choïn löïa maùy caét ñieän coù khaû naêng caét thích hôïp. Heä thoáng ñieän xoay chieàu lieân keát hai hay nhieàu nhaø maùy coù caùc giôùi haïn coâng suaát voán coù vaø caùc giôùi haïn naøy coù khaû naêng gaây ra dao ñoäng cô ñieän cuûa roâtor maùy phaùt neáu heä thoáng bò ñoät bieán do ngaén maïch. Moïi cheá ñoä giôùi haïn vöôït quaù coâng suaát hay ñeå cho hình thaønh caùc dao ñoäng quaù möùc ñeàu gaây ra maát ñoàng boä giöõa caùc maùy phaùt ñieän vaø gaây ra söï suïp ñoå toaøn dieän trong vaän haønh heä thoáng (raõ löôùi). Ñieàu naøy phaùt sinh vaán ñeà quan troïng cuûa heä thoáng laø oån ñònh heä thoáng ñieän. Vaán ñeà möùc caùch ñieän bò chi phoái nhieàu bôûi quaù ñieän aùp hôn laø luùc vaän haønh bình thöôøng. Coù theå laø quaù ñieän aùp taàn soá coâng nghieäp (50 Hz) gaây ra bôûi ngaén maïch chaïm ñaát treân ñöôøng daây daøi vaø ngay caû treân ñöôøng daây daøi ñang khoâng taûi nhöng coù mang ñieän aùp, hoaëc coù theå laø quaù ñieän aùp hoaï taàn gaây ra khi coù ngaén maïch khoâng ñoái xöùng treân ñöôøng daây daøi ñöôïc cung caáp töø maùy phaùt ñieän cöïc loài khoâng coù cuoän caûn hoaëc cuõng coù theå laø quaù ñieän aùp quaù ñoä gaây ra do quaù trình ñoùng caét caùc phaàn töû trong heä thoáng (quaù ñieän aùp noäi boä) hay quaù ñieän aùp khí quyeån do seùt ñaùnh vaøo ñöôøng daây hay traïm bieán aùp. Caùc quaù ñieän aùp naøy ñoøi hoûi phaûi coù söï phoái hôïp hôïp lyù caùc möùc caùch ñieän vaø thieát keá caùch ñieän ñöôøng daây, vieäc phaùt trieån caùc loaïi choáng seùt cuõng nhaèm baûo veä caùc phaàn töû choáng quaù ñieän aùp. Coøn nhieàu vaán ñeà khaùc coù lieân quan ñeán vieäc vaän haønh heä thoáng chaúng haïn nhö: phöông phaùp noái ñaát trung tính cuûa maùy bieán aùp vaø maùy phaùt, söï keát hôïp ñöôøng daây ñieän löïc vaø ñöôøng daây thoâng tin ñeå traùnh nhieãu loaïn, caùc phöông phaùp ñoái phoù vôùi tình traïng khaån caáp khi coù söï maát taïm thôøi moät nguoàn phaùt ñieän, löôïng döï tröõ coâng suaát caàn thieát, söï thích nghi vôùi phaùt trieån trong töông lai, qui hoaïch vaø thieát keá heä thoáng ñieän, ñaûm baûo tính linh hoaït vaän haønh caùc thieát bò theo quan ñieåm baûo quaûn caùc thieát bò Giaûi phaùp cuûa baát cöù vaán ñeà naøo cuõng ñaët treân cô sôû keát hôïp caùc nhu caàu kyõ thuaät vaø tính khaû thi veà maët kinh teá. Trong caùc muïc tröôùc ñaõ ñeà caäp ñeán heä thoáng ñieän bao goàm chuû yeáu caùc ñöôøng daây taûi ñieän töø caùc ñöôøng daây noái lieân keát thaønh heä thoáng ñieän lieân hôïp cho ñeán taän caùc ñoaïn daây nhoû cung caáp cho nhaø duøng ñieän. Nhö vaäy, cô baûn cho moïi khaûo saùt heä thoáng ñieän laø vieäc khaûo saùt caùc vaán ñeà cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi. Theo ñoù, moät phaàn cuûa giaùo trình naøy taäp trung vaøo vaán ñeà
32. 33 cuûa ñöôøng daây taûi ñieän. Ñeå khaûo saùt vaän haønh cuûa rieâng moät ñöôøng daây caàn thieát phaûi bieát caùc ñaëc tröng cuûa ñöôøng daây nhö ñieän caûm, ñieän dung vaø xaùc ñònh caùc haèng soá cuûa ñöôøng daây. 1.13 GIÔÙI THIEÄU HEÄ THOÁNG ÑIEÄN VIEÄT NAM Caên cöù vaøo ñaëc ñieåm ñòa lyù kyõ thuaät cuûa nöôùc ta, coù theå chia heä thoáng ñieän toaøn quoác thaønh ba heä thoáng ñieän: - Heä thoáng ñieän mieàn Baéc: bao goàm caùc tænh mieàn Baéc töø Haø Tónh trôû ra. - Heä thoáng ñieän mieàn Trung: bao goàm caùc tænh duyeân haûi mieàn Trung töø Quaûng Bình ñeán Khaùnh Hoøa vaø ba tænh Taây nguyeân: Kon Tum, Gia Lai vaø Ñaéc Laéc. Hieän nay toång coâng suaát laép ñaët cuûa caùc nhaø maùy ñieän laø 5705 MW, trong ñoù thuûy ñieän chieám 54%, nhieät ñieän 22%, diesel vaø tuabin khí 24%. Ñieän naêng saûn xuaát naêm 1999 laø 23763 trieäu kWh. Hieän traïng löôùi ñieän (theo soá lieäu naêm 2000): - Ñöôøng daây 500 kV: 1514 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 2850 MVA. - Ñöôøng daây 220 kV: 3732 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 5817 MVA. - Ñöôøng daây 66–110 kV: 7851 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 7328 MVA. - Ñöôøng daây trung theá: 50464 km vôùi dung löôïng maùy bieán aùp: 10395 MVA. Coâng suaát ñaët (MW) cuûa caùc nhaø maùy ñieän hieän coù goàm: NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT (MW) (MW) (MW) Thuûy ñieän Nhieät ñieän Tuabin khí Hoøa Bình 1920 Phaû Laïi 440 Baø Ròa 271 Thaùc Baø 108 Uoâng Bí 110 Phuù Myõ 2.1 280 Ña Nhim 160 Ninh Bình 100 Phuù Myõ 2.2 720 Trò An 400 Thuû Ñöùc 165 Phuù Myõ 3 720 Thaùc Mô 150 Caàn Thô 33 Thuû Ñöùc 128 Vónh Sôn 66 Hieäp Phöôùc 375 Caàn Thô 75 Yaly 540 OÂ Moân (naêm 2006) 600 Diesel Haøm thuaän 300 Toång coâng suaát 447 Ña Mi 177 Thuûy ñieän nhoû 50 Ñaïi Ninh (naêm 2003) 300 Heä thoáng ñöôøng daây taûi ñieän Baéc Nam laø heä thoáng noái lieàn heä thoáng ñieän caùc mieàn, hình thaønh heä thoáng ñieän thoáng nhaát trong caû nöôùc ñoàng thôøi laø truïc xöông soáng cuûa heä thoáng ñieän Vieät Nam. Töø khi ñöa vaøo vaän haønh, heä thoáng ñaõ truyeàn töø Baéc vaøo Nam khoaûng 13 tyû kWh vaø töø Nam ra Baéc khoaûng 1,5 tyû kWh. Heä thoáng truyeàn taûi 500 kV Baéc Nam thöïc söï laø ñöôøng daây lieân keát heä thoáng hieän nay, truyeàn taûi ñieän theo caû hai chieàu, naâng cao ñoä tin caäy, an toaøn heä thoáng ñoàng thôøi taïo ñieàu kieän khai thaùc toái öu caùc nguoàn cuûa heä thoáng.
33. 37 Chöông 2 THOÂNG SOÁ ÑÖÔØNG DAÂY VAØ CAÙP 2.1 CAÙC ÑAËC TÍNH CUÛA DAÂY DAÃN 2.1.1 Caáu taïo daây daãn taûi ñieän treân khoâng Ñeå xaây döïng caùc ñöôøng daây cao aùp, haàu nhö duøng öu tieân daây daãn baèng nhoâm vì lyù do kinh teá vaø deã thöïc hieän. Phaàn lôùn caùc daây daãn laøm baèng nhoâm loõi theùp, almelec (hôïp kim cuûa nhoâm) vaø baèng almelec loõi theùp, ít khi duøng caùp baèng nhoâm tinh chaát. Daây choáng seùt hoaëc baèng theùp maï keõm hoaëc laø baèng almelec loõi theùp. Caùp goàm nhieàu sôïi daây theùp coù boïc nhoâm beân ngoaøi (nhoâm keùo treân theùp) söû duïng toát Hình 2.1 cho daây noái ñaát, daây naøy cuõng thay cho loõi theùp maï cuûa daây nhoâm loõi theùp, tuy nhieân giaù thaønh coøn ñaét. Taát caû daây nhoâm ñöôïc duøng döôùi daïng caùp nhieàu sôïi vaën xoaén. Caùp ñoàng nhaát ñöôïc cheá taïo baèng nhieàu sôïi coù cuøng ñöôøng kính. Chuùng goàm moät sôïi daây trung taâm ôû giöõa bao boïc beân ngoaøi baèng nhieàu lôùp daây quaán vaën xoaén. H.2.1 trình baøy caùp nhoâm 7 sôïi. Ngoaøi ra coù moät soá caùc caùc loaïi caùp nhö sau: Caùp Soá löôïng sôïi Ñöôøng kính ngoaøi 1 ÷ 6 7 3d 7 ÷ 12 19 5d 19 ÷ 18 37 7d 37 ÷ 24 61 9d 61 ÷ 30 91 11d d laø ñöôøng kính cuûa 1 sôïi. Hình 2.2. trình baøy moät soá caùp vaën xoaén: Hình 2.2 Caùc daây caùp phöùc hôïp nhö caùp nhoâm loõi theùp (AC, ACSR) hay almelec–theùp goàm caùc sôïi coù ñöôøng kính baèng nhau, tieát dieän coù theå ñeán 250 mm2 ñeán 300 mm2 (H.2.3). Tieát dieän lôùn hôn thöôøng duøng caùp coù sôïi nhoâm vaø sôïi theùp khoâng cuøng ñöôøng kính, cho pheùp thay ñoåi tyû soá giöõa tieát dieän phaàn nhoâm vôùi tieát dieän phaàn theùp ñeå ñaûm baûo vöøa söùc beàn cô vaø tính daãn ñieän cuûa daây daãn. Phaàn theùp duøng taêng cöôøng söùc beàn cô khí, phaàn nhoâm duøng ñeå daãn ñieän.
34. 38 Hình 2.3: Moät soá daây nhoâm loõi theùp ACSR Daây Hình 2.4: Daây caùp roãng
35. 39 Moät soá ñöôøng daây taûi ñieän sieâu cao aùp do yeâu caàu phaûi taêng ñöôøng kính daây daãn ñeå giaûm toån thaát vaàng quang vaø caûm khaùng cuûa ñöôøng daây neân coù theå duøng daây roãng (H.2.4), loaïi daây naøy ít ñöôïc söû duïng vì laép ñaët khoù vaø söùc beàn cô cuõng keùm. Moät daïng khaùc cuûa daây daãn ñöôøng daây sieâu cao aùp laø moãi pha cuûa daây daãn ñöôïc phaân laøm nhieàu daây ñaët ôû caùc ñænh cuûa moät ña giaùc ñeàu (tam giaùc, hình vuoâng, luïc giaùc, ) goïi laø daây phaân pha. Daây daãn baèng ñoàng ít thaáy duøng ôû ñöôøng daây cao aùp do ñoàng laø kim loaïi maøu quí hieám, ñaét tieàn chæ duøng ôû ñöôøng daây haï aùp vaø trung aùp nhöng daàn daàn cuõng coù khuynh höôùng thay baèng daây nhoâm. 2.1.2 Kyù hieäu daây daãn Daây Phaùp Daây hôïp kim nhoâm duøng ôû Phaùp coù teân Almelec ñöôïc tieâu chuaån baèng kyù hieäu AGS/L. Baûng daây cho bieát caùc soá lieäu veà tieát dieän ñònh möùc cuûa daây, soá sôïi nhoâm vaø theùp. Daây Nga Caùc loaïi daây daãn ñöôïc kyù hieäu baèng chöõ caùi vaø chöõ soá: Chöõ caùi duøng ñeå chæ vaät lieäu laøm ra daây ñoù. Caùc chöõ caùi nhö sau: M: ñoàng ; A: nhoâm ; AC: nhoâm loõi theùp ; ACY: nhoâm loõi theùp taêng cöôøng ; ΠC: theùp. Chöõ soá chæ tieát dieän cuûa daây (mm2). Ví duï: Daây AC–120 laø daây nhoâm loõi theùp vaø tieát dieän phaàn nhoâm daãn ñieän laø 120 mm2. Muoán bieát theâm chi tieát phaûi tra baûng. Daây Myõ Vì ñôn vò ño löôøng cuûa Myõ khaùc vôùi ñôn vò ño löôøng quoác teá neân sau ñaây giôùi thieäu moät soá ñôn vò lieân quan ñeán daây daãn giuùp ngöôøi ñoïc coù theå tham khaûo caùc baûng daây saûn xuaát ôû Myõ. Circular mil (cmil hay CM) ñöôïc duøng laøm ñôn vò cuûa tieát dieän daây vì haàu heát caùc daây daãn hay sôïi daây cuûa caùp coù tieát dieän troøn. Sau ñaây laø caùc ñôn vò veà chieàu daøi: 1 mil = 0,001 inch = 0,001 × 2,54 = 2,54 × 10–3 cm 1 inch = 2,54 cm; 1 cm = 0,3937 inch = 393,7 mil 1 mile = 1609 m = 1,609 km; 1 km = 0,6214 mile 1 foot = 30,48 cm = 3,048 dm; 1 m = 3,281 foot 1 foot = 12 inch Veà ñôn vò tieát dieän circular mil (CM) ñöôïc ñònh nghóa laø tieát dieän troøn coù ñöôøng kính baèng 1 mil hay 0,001 in. 1 CM = 5,067× 10–4 mm2 ≈ 5× 10–4 mm2. Boäi soá cuûa CM laø MCM: 1 MCM = 1000 CM ≈ 0,5 mm2 Ví duï: Daây nhoâm loõi theùp taêng cöôøng ACSR tieát dieän 759.000 CM hay 759 MCM = 759× 0,5 = 379,5 mm2 töông ñöông vôùi daây ACO-400 hay ACY-400 cuûa Nga. 2.1.3 Caùc loaïi caùp ngaàm Caùp ngaàm coù moät hay nhieàu loõi coù voû boïc baûo veä (thöôøng laø voû chì hay voû nhoâm). Caùc daây daãn ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau vaø caùch ñieän vôùi voû.
36. 40 CHÖÔNG 2 Loõi caùp ñöôïc laøm baèng daây ñoàng hay nhoâm nhieàu sôïi vaën xoaén. Caùp moät loõi daây daãn coù tieát dieän troøn, trong caùp nhieàu loõi daây daãn coù tieát dieän hình quaït (hay baàu duïc) ñeå taän duïng khoaûng khoâng gian beân trong voû caùp (H.2.5). Hình 2.5: Moät vaøi kieåu tieát dieän duøng trong caùp ngaàm Daây daãn roãng ôû giöõa ñöôïc duøng cho loaïi caùp ñaày daàu. Caùch ñieän ñöôïc duøng laø giaáy taåm daàu, cao su, vaûi taåm verni, ñoái vôùi caùp ngaàm cao aùp caùch ñieän chuû yeáu laø giaáy taåm daàu. ÔÛ ñieän aùp cao vöøa phaûi (ñeán 30 kV) caùch ñieän ñöôïc duøng coù keát caáu raén chaéc (H.2.6), caùch ñieän naøy laø moät baêng giaáy quaán thaät chaët quanh loõi. Sau khi quaán giaáy, caùp ñöôïc taåm chaân khoâng baèng daàu caùch ñieän coù ñoä nhôùt cao. Vì caùch ñieän raén coù khuynh höôùng toàn taïi caùc khe hôû (chöùa ñaày hôi cuûa chaát taåm caùch ñieän) laø nôi gaây ra phoùng ñieän trong chaát khí (vaàng quang) neân caùch ñieän loaïi naøy khoâng duøng cho ñieän aùp cao. Hình 2.6: Caùp moät loõi, caùch ñieän baèng giaáy, voû chì ÔÛ caùp cao aùp, hôïp chaát taåm coù ñoä nhôùt cao ñöôïc thay baèng chaát coù ñoä nhôùt thaáp (caùp ñaày daàu) hoaëc thay baèng khí trô thöôøng laø khí nitô (caùp ñaày khí) ñöôïc duy trì ôû aùp suaát cao ñeå laáp kín caùc khe hôû nhaèm taêng cöôøng ñoä caùch ñieän.
37. 41 Caùp moät loõi coù daây daãn ñaët ñoàng truïc beân trong voû chì, voû chì bao boïc beân ngoaøi lôùp caùch ñieän. Neáu caùp moät loõi thuoäc loaïi ñaày daàu hay ñaày khí (loaïi coù aùp suaát thaáp) thì daàu hay khí ñöôïc daãn vaøo töø bình chöùa xuyeân qua phaàn ruoät roãng cuûa daây daãn hay qua caùc ñöôøng oáng ñaët giöõa lôùp voû chì vaø giaáy caùch ñieän. Caùc loaïi caùch ñieän duøng trong cheá taïo caùp ñieän: a) Caùch ñieän baèng giaáy taåm daàu Giaáy caùch ñieän ñöôïc saûn xuaát töø xô goã ñaõ sulfat hoùa. Trong saûn xuaát daây caùp ñieän, giaáy caùch ñieän ñöôïc laøm thaønh baêng vaø quaán nhieàu lôùp leân ruoät daãn ñieän. Caùc lôùp quaán phaûi thaám ñöôïc daàu caùch ñieän. Giaáy caùch ñieän cho caùp thöôøng ñöôïc duøng cho loaïi caùp cao aùp. Ngaøy nay ít duøng giaáy ñeå laøm caùch ñieän cho daây caùp vì tính chaát cô lyù cuûa giaáy khoâng cao vaø caùc chaát caùch ñieän cao phaân töû ñaõ ñöôïc laøm deã daøng vaø giaù thaønh reû. b) Caùch ñieän polyetylene (PE) Polime toång hôïp töø etylen, coâng thöùc chung [–CH2–CH2–CH2]n. Polyetylen laø chaát nöûa trong suoát, khoâng maøu. Tuøy theo phöông phaùp ñieàu cheá maø nhieät ñoä noùng chaûy thay ñoåi töø 130 ñeán 1500C. Neáu toång hôïp döôùi aùp suaát cao seõ ñöôïc polyetylen tyû troïng thaáp LDPE, neáu toång hôïp nhôø caùc chaát xuùc taùc döôùi aùp löïc thaáp seõ cho polyetylen tyû troïng cao HDPE. PE coù caû tính beàn keùo cao laãn tính deûo, caùch ñieän toát, beàn ñoái vôùi kieàm vaø axit höõu cô, bò clor vaø fluor phaân huûy. ÔÛ nhieät ñoä 80oC tan trong hydrocarbon, keå caû caùc daãn xuaát clor hoùa. PE haàu nhö khoâng bò phaân huûy bôûi caùc hoùa chaát ôû nhieät ñoä thöôøng, beàn döôùi taùc duïng cuûa tia phoùng xaï, voâ haïi veà maët sinh lyù. Polyetylen laø moät trong caùc polyme reû tieàn nhaát, chieám vò trí quan troïng trong saûn xuaát chaát deûo. Polyetylen coù caáu taïo tinh theå khoâng phaân cöïc neân coù ñaëc tính caùch ñieän toát. Nhöôïc ñieåm cuûa PE laø deã bò nöùt gaûy döôùi taùc duïng cuûa aùnh saùng maët trôøi. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy ngöôøi ta cho vaøo PE chaát choáng nöùt gaõy, choáng tia cöïc tím. c) Caùch ñieän polyvynilclorit (PVC) Polyme ñöôïc toång hôïp töø vynil clorua, coâng thöùc chung [–CH2–CHCl–]n, laø chaát raén maøu traéng. Khi ñun treân 100oC bò phaân huûy roõ reät. PVC tan trong dicloetan, nitrobenzen. PVC beàn vôùi taùc duïng cuûa hôi aåm, axit, kieàm, dung dòch muoái, hydrocarbon, daàu moû. Tuøy thuoäc vaøo phöông phaùp cheá taïo, löôïng chaát hoùa deûo, chaát oån ñònh nhieät vaø caùc loaïi chaát ñoän theâm vaøo, tính chaát cô lyù cuûa PVC taêng leân, giaù thaønh haï. Nhöïa PVC ñöôïc duøng laøm chaát caùch ñieän cho daây caùp ñieän nhôø coù nhieàu tính chaát toát nhö deã gia coâng nhieät ñeå taïo daïng, beàn veà hoùa hoïc, döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao noù töï phaân huûy thaønh khí Cl, HCl coù taùc duïng daäp taét löûa Nhöïa PVC coù caáu taïo tinh theå daïng phaân cöïc neân noù thöôøng duøng ñöôïc ôû ñieän aùp thaáp vaø taàn soá coâng nghieäp. d) Caùch ñieän cao su Cao su ñöôïc duøng raát nhieàu laøm vaät lieäu caùch ñieän nhaát laø cho caùc loaïi daây caàn meàm deûo. Tuøy theo caùc phöông phaùp toång hôïp, caùc chaát phuï gia theâm vaøo, caùc caùch ñieän löu hoùa maø coù nhöõng loaïi cao su khaùc nhau nhö cao su acrylat, cao su butadien, cao su butyl, cao su etylen– propylen. Trong saûn xuaát daây caùp ñieän ôû Vieät Nam, cao su thieân nhieân laø loaïi ñöôïc duøng nhieàu chuû yeáu. Cao su thieân nhieân ñöôïc löu hoùa vaø troän theâm nhieàu hoùa chaát nhö chaát hoùa deûo, chaát ñoän, boät maøu
38. 42 CHÖÔNG 2 e) Caùch ñieän polyetylen khaâu maïch (XLPE) XLPE laø loaïi nhöïa PE ñöôïc taïo theâm lieân keát ngang. Quaù trình taïo thaønh lieân keát ngang ñöôïc thöïc hieän treân maùy chuyeân duïng vaø ñöôïc kieåm soaùt caùc cheá ñoä veà nhieät ñoä, tyû leä xuùc taùc, quaù trình khaâu maïch. Veà maët hoùa hoïc, phaân töû PE goàm caùc chuoãi carbon thaúng vôùi hai nguyeân töû hydro lieân keát vôùi hai nguyeân töû carbon. Döôùi taùc duïng cuûa naêng löôïng cao, moät soá nguyeân töû hydro bò taùch ra khoûi maïng nhôø chaát peroxit laøm chaát xuùc taùc, khi aáy lieân keát phaân töû carbon vôùi carbon theo haøng ngang ñöôïc hình thaønh taïo ra lieân keát ngang goïi laø khaâu maïch. Nhôø lieân keát ngang, nhöïa XLPE coù tính cô, hoùa hoïc toát: tính chòu va chaïm cao, tính chòu maøi moøn cao, tính beàn moûi cao, chòu tia cöïc tím toát, khoâng bò caùc loaïi daàu vaø hoùa chaát thoâng thöôøng phaù hoaïi. Ñoä chòu nhieät cao, cho pheùp laøm vieäc laâu daøi ôû 900C, nhieät ñoä nung noùng cho pheùp khi quaù taûi laø 1300C khoâng quaù 4 giôø, nhieät ñoä cöïc ñaïi khi coù doøng ngaén maïch ñeán 2500C vôùi thôøi gian khoâng quaù 5 giaây. Maøn chaén ñieän töø cho daây vaø caùp ñieän: Trong caùp trung aùp vaø cao aùp, ñieän tröôøng phaân boá theo haøm baäc hai raát khoâng ñeàu trong phaàn caùch ñieän. Ñeå san baèng bôùt phaàn ñieän tröôøng quaù cao (caùc muõi nhoïn) ngöôøi ta ñöa vaøo lôùp maøn chaén ñieän töø (H.2.6bis), bao goàm: - Maøn chaén ñieän töø ruoät laø lôùp baùn daãn eùp saùt ruoät daãn ñieän; - Maøn chaén caùch ñieän goàm hai lôùp: + Maøn chaén baùn daãn oâm saùt lôùp caùch ñieän; + Maøn chaén kim loaïi oâm ngoaøi lôùp baùn daãn. Hình 2.6bis: Maøn chaén ñieän töø Tuøy theo loaïi chaát caùch ñieän (giaáy caùch ñieän giaáy PE, PE, PVC, XLPE) ngöôøi ta cheá taïo caùc loaïi baùn daãn töông öùng. Thoâng thöôøng caùc loaïi vaät lieäu baùn daãn ñöôïc cheá taïo baèng caùch troän theâm boät than vaøo chaát caùch ñieän. Lôùp maøn chaén ñieän töø ñöôïc aùp duïng cho caùc loaïi daây caùp ñieän coù ñieän aùp truyeàn taûi lôùn hôn 6 kV. Caùp ba loõi hay nhieàu loõi coù hai loaïi cô baûn: 1. Caùp coù ñai caùch ñieän Trong loaïi naøy, ba daây daãn sau khi ñöôïc boïc caùch ñieän cho rieâng moãi daây, chuùng ñöôïc beän chung laïi vôùi nhau vaø caùc keõ hôû ñöôïc laáp ñaày baèng giaáy caùch ñieän ñeå laøm troøn maët ngoaøi cuûa
39. 43 ba daây ñöôïc beän xoaén. Beân ngoaøi laø moät lôùp ñai caùch ñieän boïc caû ba daây laïi coù ñoä daøy vaø vaät lieäu gioáng nhö caùch ñieän cuûa moãi daây daãn. Cuoái cuøng beân ngoaøi laø lôùp voû chì boïc baûo veä. Caùp coù ñai caùch ñieän thuoäc loaïi caùp raén chaéc (H.2.7). Hình 2.7: Caùp coù ñai caùch ñieän 2. Caùp coù ñai kim loaïi Loaïi naøy khoâng duøng ñai caùch ñieän maø thay vaøo ñoù, lôùp caùch ñieän cuûa moãi daây daãn ñöôïc boïc beân ngoaøi baèng moät baêng baèng kim loaïi daãn ñieän ñeå loaïi tröø doøng ñieän xoaùy. Caùc baêng kim loaïi naøy ñöôïc noái ñaát qua tieáp xuùc vôùi voû chì nhôø vaäy söï phaân boá ñieän tröôøng beân trong lôùp ñieän moâi ñöôïc ñoàng ñeàu hôn ôû loaïi caùp coù ñai caùch ñieän. Loaïi caùp coù ñai kim loaïi thích hôïp vôùi ñieän aùp cao. Caùp coù ñai kim loaïi coù theå raén chaéc, ñaày daàu hay ñaày khí. Daàu hay khí ñi trong caùc oáng laép kín khoaûng troáng beân trong caùp (H.2.8). Hình 2.8: Caùp coù ñai kim loaïi Moät loaïi caùp nöõa laø caùp oáng hay caùp ñaày khí hoaëc ñaày daàu coù aùp suaát cao thöôøng duøng ôû ñieän aùp cao vaø coù tieát dieän lôùn (H.2.9). Caùp naøy goàm ba hay nhieàu sôïi caùp moät loõi thöôøng ñöôïc beän chung laïi vôùi nhau vaø ñaët trong moät oáng theùp. Caùc daây caùp moät ruoät coù caáu taïo nhö caùp moät ruoät thoâng thöôøng nhöng thay vì boïc baèng voû chì thì voû boïc nhöõng sôïi caùp naøy goàm caùc baêng kim loaïi vaø daây quaán voøng quanh lôùp caùch ñieän. Kieåu voû boïc naøy coù cuøng taùc duïng maøn chaén nhö voû chì nhöng noù cho pheùp daàu hay khí tieáp xuùc vôùi chaát caùch ñieän cuûa daây caùp, daàu hay khí bôm vaøo beân trong oáng vôùi aùp suaát cao (khoaûng 150 N/cm2). Caùc loaïi caùp aùp löïc coù thuaän lôïi laø baát kyø choã nöùt naøo treân oáng daãn ñeàu laøm cho khí hay daàu xì ra ngoaøi maø khoâng laøm cho aåm hay moác thaám ñöôïc vaøo beân trong. Phaàn lôùn caùc caùp ñöôïc keùo ñi trong haàm caùp, tuy vaäy neáu caùp ñöôïc choân tröïc tieáp döôùi ñaát thì voû chì ñöôïc baûo veä veà maët cô hoïc baèng lôùp giaùp saét. Thöôøng giaùp saét laø caùc baêng baèng theùp quaán treân moät lôùp baèng sôïi ñai laø lôùp ñeäm quanh voû chì. Sau cuøng lôùp baèng theùp cuõng ñöôïc boïc quanh ngoaøi cuøng baèng moät lôùp sôïi ñai coù taåm chaát choáng ræ.
40. 44 CHÖÔNG 2 Hình 2.9: Caùp daàu hay khí aùp löïc cao Kích thöôùc cuûa caùp ñaõ ñöôïc tieâu chuaån hoùa vaø coù theå tham khaûo ôû phaàn phuï luïc. A. ÑIEÄN CAÛM CUÛA DAÂY TRUYEÀN TAÛI ÑIEÄN 2.2 CAÙC HEÄ THÖÙC CÔ BAÛN CUÛA ÑIEÄN CAÛM Ñònh luaät Ohm aùp duïng cho maïch töø NI Φ= (weber) (2.1) ℜ Ñònh luaät naøy phaùt bieåu raèng töø thoâng beân trong maïch töø (H.2.10) coù töø trôû ℜ thì tyû leä thuaän (vaø cuøng pha) vôùi söùc töø ñoäng vaø tyû leä nghòch vôùi töø trôû ℜ Hình 2.10 cho thaáy qui taéc quen thuoäc cuûa caùi vaën nuùt chai ñeå xaùc ñònh chieàu cuûa töø thoâng, coù theå duøng qui taéc baøn tay phaûi ñeå tìm töø thoâng. Hình 2.10: Töø thoâng trong maïch töø Hình 2.11 AÙp duïng qui taéc baøn tay phaûi ñoái vôùi moät daây daãn thaúng baèng caùch cho ngoùn tay caùi chæ theo doøng ñieän caùc ngoùn tay khaùc naém chaéc quanh daây daãn, chieàu töø thoâng laø chieàu naém cuûa baøn tay töø coå tay ñeán ñaàu ngoùn tay (H.2.11). Phöông trình ñieän aùp caûm öùng vieát cho ñöôøng daây ñôn laø: −Ldi dN()Φ e ==−ab (2.2) ab dt dt
41. 45 dN()Φψ d () Töø ñoù töï caûm L cho bôûi L == (henry) vôùi i = iab (2.3) di di Neáu moâi tröôøng töø tính tuyeán tính (quanh daây daãn laø khoâng khí) ψ L = (henry) (2.4) i vôùi Ψ laø töø thoâng moùc voøng tính theo weber–voøng, Ψ = Li = NΦ, trong ñoù i tính baèng ampe, L: henry, Φ: weber, Ψ: weber–voøng. Ñieän khaùng X ôû ñieän xoay chieàu taàn soá f cho bôûi 2fLπ ψ X2fL=π = hd (ohm) (2.5) Ihd vôùi Ψhd vaø Ihd laø caùc giaù trò hieäu duïng. Ñieän aùp caûm öùng treân ñoaïn daây ab: − . . ⎛⎞j2πψ f hd EIZIjXIab== ab ab() = ab ⎜⎟ ⎝⎠Iab . Ej2fab =πψhd (volt) (2.6) Ñeå ñôn giaûn veà sau, kyù hieäu Ψ vaø I laø caùc trò soá hieäu duïng phöùc. Xeùt daây daãn hình truï (H.2.12)ï, tieát dieän ñaëc daøi voâ haïn taûi doøng ñieän I. Giaû thieát maät ñoä doøng phaân boá ñeàu treân toaøn theå tieát dieän daây. Doøng ñieän chaïy leân töø beân trong tôø giaáy seõ taïo neân töø thoâng chaïy theo ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà trong moãi phaàn töû vi caáp dx nhö ñaõ trình baøy ôû treân H.2.12. Töø thoâng moùc voøng toång goàm töø thoâng moùc voøng beân ngoaøi Ψng, töø thoâng naøy moùc voøng caû doøng ñieän vaø töø thoâng moùc voøng töøng phaàn hay moùc voøng beân trong Ψtr, töø thoâng naøy chæ moùc voøng moät phaàn cuûa ψ doøng ñieän. Vaäy thì trong phöông trình L = , Ψ ñöôïc I chia laøm hai phaàn sao cho Ψ = Ψtr + Ψng Töø thoâng moùc voøng beân trong: Laáy moät oáng hình truï coù beà daøy vi caáp dx, töø Hình 2.12: Tieát dieän cuûa daây daãn hình truï thoâng moùc voøng beân trong Ψtr laø toång soá cuûa caùc töø thoâng moùc voøng vi caáp ôû beân trong. Töø thoâng moãi meùt chieàu daøi cuûa hình oáng coù beà daøy dx laø: dBABdxφxxxx==⋅l vôùi l =1 meùt dHdxφxx= μ Ix vôùi Hx = laø töø tröôøng caùch taâm daây daãn moät khoaûng caùch x. 2xπ I ddxφ=μ x x 2xπ Ix laø taát caû doøng ñieän chaïy phía trong cuûa oáng. Neáu giaû thieát maät ñoä doøng ñieän baèng nhau treân toaøn tieát dieän thì Ix laø moät phaàn cuûa doøng ñieän toång:
42. 46 CHÖÔNG 2 ⎛⎞⎛⎞πxx22 III== x ⎜⎟⎜⎟22 ⎝⎠⎝⎠πrr Ix Töø ñoù: ddxφ=μx 2rπ 2 Nhöng töø thoâng (dφx) chæ moùc voøng moät phaàn cuûa doøng ñieän toaøn phaàn chaïy trong daây daãn, nhö vaäy: 2 Ix xIxμ ddψ= φx = dx I r2r22π μIx3 ddxψ= 2rπ 4 Coäng taát caû caùc töø thoâng moùc voøng vi caáp naøy töø taâm daây x = 0 cho ñeán maët ngoaøi cuûa daây x = r r μμIx3 I ψ=tr dx = (2.7) ∫ 2rπ 4 8π 0 Cho heä soá töø thaåm töông ñoái cuûa moâi tröôøng daây daãn baèng 1, trong heä thoáng MKS μ=410 π. −7 I Nhö vaäy: ψ=⋅10−7 (weber.voøng/meùt) tr 2 Nhaän xeùt Ψtr khoâng phuï thuoäc kích thöôùc daây 1 Suy ra: L10=⋅ −7 (henry/meùt) (2.8) tr 2 Töø thoâng moùc voøng beân ngoaøi Xeùt oáng hình truï baùn kính x vôùi x > r, beà daøy dx bao boïc beân ngoaøi daây daãn (H.2.13) Hình 2.13 I Cöôøng ñoä töø tröôøng ôû vò trí x: H = (2.10) x 2xπ μI Maät ñoä töø thoâng trong oáng naøy laø: BH=μ = (2.11) xx2xπ Töø thoâng moùc voøng töø beà maët daây cho ñeán khoaûng caùch D beân ngoaøi daây daãn laø: DD ⎛⎞μI ψ=trBdx x =⎜⎟ dx ∫∫⎝⎠2xπ rr μID ψ= ln vôùi μ=410 π. −7 ng 2rπ
43. 47 D ψ=⋅210−7 Iln (weber.voøng/meùt) ng r D L210=⋅.ln−7 (henry/meùt) (2.12) ng r Phöông trình vieát cho ψng vaø Lng coù theå aùp duïng ñeå tính töø thoâng moùc voøng vaø ñieän caûm öùng vôùi töø thoâng ñi giöõa hai ñieåm 1 vaø 2 neáu thay D baèng D2 vaø r baèng D1 (2 xa hôn 1) (H.2.14). Hình 2.14 −7 D2 ψ=12 210.ln I ⋅ (2.13) D1 −7 D2 L210l12 =⋅ ⋅n (henry/meùt) (2.14) D1 2.3 ÑIEÄN CAÛM VAØ BAÙN KÍNH TRUNG BÌNH NHAÂN CUÛA DAÂY DAÃN Töø thoâng moùc voøng toång coäng ψt laø: μμIID ψ=ψ+ψ= + ln (2.15) ttrng82ππ r μμD vaø Ll=+ n (2.16) t 82ππ r Neáu μ=410 π⋅ −7 1D L210=+(ln) ⋅−7 (henry/meùt) (2.17a) t 2r 1D L2=+.( ln ) ⋅ 10−7 (henry/meùt) (2.17b) t 4r −−714⎛⎞⎛⎞/ DD 7 L210et =+=.lnln.ln⎜⎟⎜⎟ 210 (henry/meùt) ⎝⎠⎝⎠r re−14/ −7 D L210t = .ln (henry/meùt) (2.18) r' trong ñoù r’ = e–1/4 ⋅ r = 0,779r (2.19) r’ goïi laø baùn kính töï thaân töôïng tröng baùn kính cuûa moät daây roãng thay theá cho daây ñaëc khi keå ñeán töø thoâng moùc voøng beân trong. Daây roãng coù beà daøy khoâng ñaùng keå ñeå coù theå boû qua töø thoâng beân trong. Ñieàu naøy coù theå ñöôïc neáu haèng soá töø thaåm cuûa daây daãn vaø khoâng khí laø nhö nhau.
44. 48 CHÖÔNG 2 Ñoái vôùi daây caùp beän nhieàu sôïi, aûnh höôûng cuûa töø thoâng moùc voøng beân trong ñöôïc xeùt ñeán baèng caùch duøng baùn kính trung bình hình hoïc, hay baùn kính trung bình nhaân kyù hieäu laø GMR hay Ds. Ví duï 2.1 Daây daãn goàm baûy sôïi gioáng nhau beän laïi (H.2.15), moãi sôïi coù baùn kính r. Tìm thöøa soá nhaân vôùi r ñeå coù baùn kính trung bình nhaân. Giaûi Tröôùc heát tính caùc khoaûng caùch D12, D13 vaø D14 D12 = D16 = 2r, D14 = 4r 22() 2 () 2 DD13== 15 DD 14 −= 12 4r2r2r3 − = Hình 2.15: Daây D17 = 2r beän baûy sôïi Baùn kính trung bình nhaân laø caên baäc 49 cuûa 49 khoaûng caùch: 49 ' 722 6 6 drDDDD2rs12131417= ()( )( ) trong ñoù (r’)7 laø tích soá cuûa caùc baùn kính töï thaân cuûa moãi sôïi daây nhoû (baûy khoaûng caùch). 2 2 6 (D12 D13 D14D17) laø tích soá caùc khoaûng caùch töø moät sôïi daây beân ngoaøi ñeán saùu sôïi daây coøn laïi (6 x 6 = 36 khoaûng caùch) (2r)6 laø tích caùc khoaûng caùch töø daây trung taâm ñeán moãi sôïi daây beân ngoaøi (saùu khoaûng caùch) 7 7 49 22 62r 3(, 0 7788 ) ds =⋅ r'( 4r ⋅ 12r ⋅⋅⋅= 4r 2r 2r ) = 2 , 177r 49 6 Ñeå tieän lôïi trong tính toaùn, baùn kính trung bình nhaân (GMR) hay GMD töï thaân hay ds cuûa moät soá daây caùp beän vôùi soá sôïi khaùc nhau ñöôïc cho trong baûng: Loaïi daây daãn GMR (GMD töï thaân, ds) Daây troøn ñaëc ruoät 0,779 R Daây beän nhieàu sôïi: 7 sôïi 0,726 R 19 sôïi 0,758 R 37 sôïi 0,768 R 61 sôïi 0,772 R 91 sôïi 0,774 R 127 sôïi 0,776 R trong ñoù: R laø baùn kính ngoaøi cuûa toaøn boä daây daãn. Ví duï 2.2 Moät pha cuûa ñöôøng daây phaân pha, moãi pha goàm boán daây daãn beän (H.2.16.), moãi daây daãn coù baùn kính trung bình nhaân ds vaø ñaët ôû boán ñænh cuûa hình vuoâng theo H.2.16 döôùi ñaây. Tính baùn kính trung bình nhaân cuûa toaøn boä heä daây phaân pha. Giaûi
45. 49 4 16 DdDD2Dss=⋅⋅⋅() Moãi daây daãn coù boán khoaûng caùch - Baùn kính trung bình nhaân cuûa chính noù ds - Ba khoaûng caùch ñeán ba daây coøn laïi: D, D vaø 2 D - Vì boán daây daãn neân coù 4 × 4 = 16 khoaûng caùch 2.4 ÑIEÄN CAÛM CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY MOÄT PHA Ñieän caûm cuûa moät daây daãn ñôn cho bôûi phöông trình D L210=⋅ −7 ln , phöông trình naøy coù theå aùp duïng cho ñöôøng r ' Hình 2.16 daây moät pha goàm moät daây daãn ñi vaø moät daây daãn veà (Ia = –Ib) (H.2.17). Hình 2.17: Ñöôøng daây moät pha hai daây Goïi Ψ1 laø töø thoâng moùc voøng chæ moùc voøng doøng ñieän Ia. Ñieän caûm töông öùng vôùi töø thoâng moùc voøng naøy laø: D L210=⋅ −7 ln (H/m) Ψ1 ' ra Töông töï, Ψ3 laø töø thoâng moùc voøng doøng ñieän Ib vaø ñieän caûm töông öùng: D L210=⋅ −7 ln (H/m) Ψ3 ' rb Ψ2 vaø Ψ4 bieåu dieãn caùc töø thoâng moùc voøng caû hai doøng Ia vaø Ib (toång baèng 0). Ñieän caûm töông öùng vôùi Ψ2 vaø Ψ4 baèng khoâng. Ñieän caûm cuûa ñöôøng daây hai daây baèng toång soá L vaø L hay Ψ1 Ψ3 DD D L210=+=.−−77 (ln ln ) 410 . ln (henry/meùt) (2.20) rr'' '' ab rrab tröôøng hôïp r’a = r’b = r’: D L = 4.10-7 ln (H/m) r'
46. 50 CHÖÔNG 2 2.5 ÑIEÄN CAÛM CUÛA ÑÖÔØNG DAÂY BA PHA Cho ñöôøng daây ba pha boán daây (H.2.18): Hình 2.18: Ñöôøng daây ba pha boán daây AÙp duïng coâng thöùc (2.12), töø thoâng moùc voøng töø daây pha a ñeán ñieåm p do doøng Ia laø: D Ψ=.n−7 l ap apa 210 I a ' (2.21) ra Töø thoâng moùc voøng töø daây pha a ñeán ñieåm b do doøng Ib (theo phöông trình (2.14)) laø: −7 Dbp Ψ=apb 210.n I b l (2.22) Dab Ψ Ψ Töông töï ap c , ap n cuõng coù theå vieát ñöôïc. Coäng taát caû caùc töø thoâng moùc voøng naøy seõ ñöôïc töø thoâng moùc voøng toång töø pha a ñeán ñieåm p nhö sau: DDDD Ψ=⋅−7 (nllllap + n bp + n cp + n np ) ap210 I a' I b I c I n (2.23) ra DDDab ac an Bieát raèng Inabc =− (I +I + I). Do ñoù: 11 1 1DDD Ψ=⋅++++++−7 (nll n l n l n l nap l n bp l n cp ) ap210 I a' I b I c I n I a I b I c ra DDDab ac an D np DD np np Khi ñieåm p ra xa daây daãn, ba soá haïng cuoái ôû trong daáu ngoaëc cuûa phöông trình treân tieán ñeán khoâng. Töø ñoù caùc phöông trình ñoái vôùi töø thoâng moùc voøng caùc pha a, b, c laø: 11 1 1 Ψ=⋅210−7 (n Ill + I n + I l n + I l n ) (2.23) aabcn' ra DDDab ac an 11 1 1 Ψ=⋅210−7 (n Ill + I n + I l n + I l n ) (2.24) bbacn' rb DDDba bc bn 11 1 1 Ψ=210 ⋅−7 (n Ill + I n + I l n + I l n ) (2.25) ccabn' rc DDDca cb cn Neáu bieát caùc giaù trò phöùc cuûa I a, I b, I c thì coù theå tìm ñöôïc caùc ñieän caûm La, Lb, Lc ngay caû ñoái vôùi ñöôøng daây khoâng hoaùn vò. Chaúng haïn:
47. 51 Ψ1I 1 I 1 I 1 ==⋅abcn−7 (nll + n + l n + l n ) (2.26) L210a ' r DDDab ac an IIIIaaaaa hoaëc laø tính ñieän aùp caûm öùng treân pha a baèng caùch laáy ñaïo haøm cuûa bieåu thöùc Ψ a theo t: d ψ 11 1 1 Δ=Uj210jIIII a =ωψ= .[nn−7 ωll + + l n + l n] (2.27) ao a ab' c n dtra Dab D ac D an Neáu doøng ñieän ba pha caân baèng thì In = 0 11 1 Δ=⋅ωU210jI −7 [nll + I n + I l n ] (2.28) ao ab' c ra DDab ac r’a, Dab, Dbc ñoåi ra cuøng moät ñôn vò, ví duï laø meùt. Caùc kyù hieäu sau ñaây ñöôïc giôùi thieäu: 1 =⋅−7 ωln x210aa ' (Ω/m): caûm khaùng daây daãn ôû khoaûng caùch 1 meùt neáu r’a tính ra meùt (2.29) ra −7 x210Dab=⋅ ωln ab (Ω/m): caûm khaùng phaân caùch (2.30) Neáu tính theo logarit thaäp phaân: 1 = ,log xaa 0 0029f ' (Ω/km) (2.31) ra xab= 0,log 0029f D ab (Ω/km) (2.32) vôùi f laø taàn soá cuûa heä thoáng. Bieåu thöùc ñieän aùp caûm öùng treân moãi km chieàu daøi cho pha a trôû thaønh: Δ=UjxIjxIjxIao aaabc − ab − ac (2.33) Töông töï: Δ=−+UjxIjxIjxIbo ab abb b − bc c (2.34) Δ=−−UjxIjxIjxIbo acabc bc + cc (2.35) Trò soá veà caûm khaùng daây daãn vaø phaân caùch coù theå tính tröïc tieáp töø coâng thöùc hay baèng caùch duøng baûng. 2.6 ÑÖÔØNG DAÂY ÑÔN BA PHA ÑOÁI XÖÙNG Ñoái vôùi ñöôøng daây ba pha ñoái xöùng, baùn kính caùc daây daãn baèng nhau: ra = rb = rc = r, vaø khoaûng caùch daây baèng nhau Dab = Dbc = Dca = D. 1 Nhö vaäy: xaa=== x bb x cc xs 0,log 0029f ' (Ω/km) (2.36) ra xab=== x bc x ca xm 0,log 0029f D (Ω/km) (2.37) Khi ñoù caùc ñieän aùp caûm öùng treân daây daãn trôû thaønh: Δ=UjxIjxIIjxxIao smabc −()() +=+ sm a (2.38) vôùi I a + I b + I c = 0 Töông töï: Δ=+UjxxIbo() s m b (2.39)
48. 52 CHÖÔNG 2 Δ=+UjxxIco() s m c (2.40) Ñaët x0 = (xs+ xm) laø caûm khaùng pha töông ñöông moãi km cuûa ñöôøng daây ba pha ñoái xöùng. D Toùm laïi: x=+ xsm x = 0,log 0029f (Ω/km) (2.41) o r ' D hay x2f210=π −4 ln ( Ω/ km ). o r' 2.7 ÑÖÔØNG DAÂY ÑÔN BA PHA HOAÙN VÒ Neáu ñöôøng daây ba pha boá trí khoâng ñoái xöùng, caùc trò soá caûm khaùng daây daãn xaa, xbb, xcc vaø caûm khaùng phaân caùch xab, xbc, xca seõ khoâng ñoái xöùng. Ñieàu ñoù laøm cho suït aùp caûm öùng treân caùc pha ΔUat, ΔUbt, ΔUct cuõng seõ khoâng ñoái xöùng ngay caû khi doøng ñieän chaïy trong caùc daây daãn ba pha laø ñoái xöùng (nghóa laø I&a + I&b + I&c = 0). Ñeå cho ñieän aùp caûm öùng ñöôïc ñoái xöùng treân ñöôøng daây ba pha voán ñaõ boá trí khoâng ñoái xöùng thì caùc pha phaûi ñöôïc hoaùn vò, nghóa laø moãi pha cuûa ñöôøng daây laàn löôït chieám caùc vò trí cuûa ba pha trong moãi 1/3 chieàu daøi ñöôøng daây (H.2.19). Ñieàu naøy laøm cho ñieän aùp caûm öùng treân toaøn chieàu daøi ñöôøng daây ñöôïc ñoái xöùng. Hình 2.19: Ñöôøng daây ba pha hoaùn vò ñaày ñuû Neáu ñöôøng daây coù chieàu daøi l km thì moãi ñoaïn hoaùn vò daøi l/3 km. Caûm khaùng töông ñöông moãi pha cuûa ñöôøng daây ba pha hoaùn vò ñoái xöùng treân moãi km chieàu daøi ñöôøng daây cho bôûi coâng thöùc: 3 DDDab bc ca 11 xo ==+++++ 0,log 0029f() xaa x bb x cc() x ab x bc x ca (Ω/km) (2.42) 3 ''' rrrabc 33 33 DDDab⋅⋅ bc ca−4 DDD ab bc ca Neáu ra’= rb’= rc’ thì xo ==πΩ 0,log 0029f 2 f ln 2 10 / km (2.43) r' r' Neáu duøng daây beän thì thay r’ baèng GMR hay ds, neáu daây phaân pha thay r’ baèng Ds . Coâng thöùc (2.43) duøng ñeå tính tröïc tieáp coøn coâng thöùc (2.42) thích hôïp cho vieäc tra baûng. Caûm khaùng toaøn ñöôøng daây X = x0.l Ñieän aùp caûm öùng cho toaøn ñöôøng daây: Δ=UjXIat .&a (volt) Δ=UjXIbt .&b (volt) (2.44)
49. 53 Δ=UjXIct .&c (volt) 3 Tröôøng hôïp ba pha boá trí naèm ngang caùch nhau khoaûng caùch D thì DDDab⋅⋅ bc ca = 1,26D 2.8 ÑÖÔØNG DAÂY BA PHA LOÄ KEÙP Ñöôøng daây ba pha loä keùp chöùa hai daây daãn song song trong moãi pha cuûa ñöôøng daây vaø doøng ñieän trong moãi pha ñöôïc chia ñeàu nhau giöõa hai daây daãn song song cuûa pha ñoù (muoán vaäy hai daây daãn naøy phaûi ñöôïc boá trí ñoái xöùng hoaëc laø ñöôïc hoaùn vò rieâng cho hai daây naøy). Ñoàng thôøi ñeå cho suït aùp caûm öùng treân toaøn chieàu daøi ñöôøng daây ñöôïc ñoái xöùng ôû caû ba pha thì caùc pha phaûi hoaùn vò laãn nhau vaø hoaùn vò ñaày ñuû treân caû chieàu daøi ñöôøng daây. H.2.20 trình baøy kieåu maãu cuûa moät ñöôøng daây ba pha loä keùp hoaùn vò ñaày ñuû: Hình 2.20: Ñöôøng daây ba pha loä keùp hoaùn vò ñaày ñuû Caûm khaùng töông ñöông cuûa moãi pha ñöôøng daây ba pha loä keùp treân moãi km chieàu daøi ñöôøng daây khi hoaùn vò ñoái xöùng cho bôûi coâng thöùc: Dm xo ==+Ω 0,log 0029f x x ( /km moãi pha) D ms s (2.45) D =π2f210 −4 lnm ( Ω / km ) Ds 3 vôùi Dm= DDDab⋅⋅ bc ca trong ñoù Dab, Dbc, Dca laàn löôït laø khoaûng caùch trung bình nhaân (GMD) giöõa caùc pha vôùi nhau. 4 Dab= DDDD ab'' ⋅⋅⋅ ab ''' ab ''' ab '''' (meùt) (2.46) 4 DDDDDbc=⋅⋅⋅ bc'' bc ''' bc ''' bc '''' (meùt) (2.47) 4 Dca= DDDD ca'' ⋅⋅⋅ ca ''' c ''' a c '''' a (meùt) (2.48) D=12 DDDDDDDDDDDD ⋅⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅ (meùt) (2.49) mababab'' ''' ''' a'' b '' bc ' ' bc ' '' bc '' ' bc '' '' ca ' ' ca ' '' c '' a ' c '' a '' 3 = DDDab bc ca xm = 0,log 0029f Dm (Ω/km) (2.50) 1 x=( xxxx'' ++++ ''' ''' '''' ++xxxxxxxx' ' ' '' + '' ' + '' '' + ' ' + ' '' + '' ' + '' '' ) (Ω/km) m 12 ab ab ab ab bc bc bc bc ca ca c a c a (2.51) 3 DDDDssasbsc=⋅⋅ (2.52) trong ñoù Dsa, Dsb, Dsc laàn löôït laø baùn kính trung bình nhaân (GMR) cuûa nhoùm daây pha a, pha b vaø pha c. 4 '' 2 DrrDsa=⋅⋅ a'''''' a a a (meùt) (2.53) 4 '' 2 DrrDsb=⋅⋅ b'''''' b b b (meùt) (2.54) 4 '' 2 DrrDsc=⋅⋅ c'''''' c c c (meùt) (2.55) 12 ''222 '' '' DrrDrrDrrDsaaaabbbbcccc=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅' '' ' '' ' '' ' '' ' '' ' '' (2.56)
50. 54 CHÖÔNG 2 1 xxxxxxx2xxx=+++++−++⎡⎤()() s12 ⎣⎦ aabbccaabbccaabbcc' ' ' ' ' ' '' '' '' '' '' '' ' '' ' '' ' '' Tröôøng hôïp caùc daây daãn gioáng nhau: '''' ''' rrrrrrraa'''''''''=== bbcc (2.57) 3 DrDDD=⋅6 ' ⋅ ⋅ (2.58) s aa''' bb ''' cc ''' 11 1 x==−++ 0,log 0029f x x x x (Ω/km) (2.59) s aa''() aa ''' bb ''' cc ''' D2s 6 2.9 DUØNG BAÛNG ÑEÅ TRA CAÛM KHAÙNG CUÛA DAÂY DAÃN Baùn kính trung bình nhaân cuûa daây daãn coù theå tính ñöôïc vôùi soá daây beäân baát kyø. Tuy vaäy, thöôøng caùc baùn kính trung bình nhaân (coøn goïi laø baùn kính töï thaân) ñöôïc tính saün trong caùc baûng daây tieâu chuaån. Nhaø cheá taïo cung caáp ñaày ñuû caùc soá lieäu bao goàm baùn kính trung bình nhaân cuûa daây daãn, ñaëc bieät ñoái vôùi daây phöùc hôïp ACSR (daây Myõ) ñeå tieän söû duïng. Khi duøng caùc baûng tra phaûi hieåu roõ caùc soá lieäu trong baûng soá. Caûm khaùng cuûa daây daãn cuûa ñöôøng daây moät pha hay ba pha cho bôûi coâng thöùc: −3 Dm x465710fo =⋅⋅,log (Ω/mile) (2.60) Ds DD =⋅⋅=π0,log ln 0029 fmm 2 f 2 10−4 (Ω/ km) (2.61) DDss trong ñoù Dm: khoaûng caùch trung bình nhaân giöõa caùc daây daãn(GMD) DS: baùn kính trung bình nhaân giöõa caùc nhoùm daây cuøng moät pha (GMR), hay GMR hoaëc ds cuûa daây caùp beän hay r’ cuûa moät daây ñôn trong ñöôøng daây ñôn. ’ Baùn kính trung bình nhaân Ds cuûa rieâng töøng daây daãn (coøn goïi laø r hay ds) ñöôïc tra töø baûng daây, neáu moät pha goàm moät nhoùm daây (nhö ñöôøng daây keùp, ñöôøng daây phaân pha cuûa ñöôøng sieâu cao) thì phaûi tính theâm theo caùc coâng thöùc ñaõ neâu trong (2.58) hay töông töï nhö trong ví duï 2.2. Dm vaø Ds phaûi cuøng moät ñôn vò. Nhieàu baûng daây lieät keâ caùc giaù trò cuûa Ds ñoái vôùi caùc taàn soá 60 Hz, 50 Hz, 25 Hz. Trò soá cuûa Ds thay ñoåi theo taàn soá vì maät ñoä doøng ñieän khoâng coøn phaân boá ñeàu khi taàn soá taêng leân, hieän töôïng naøy goïi laø hieäu öùng maët ngoaøi. Trong caùc coâng thöùc treân giaû thieát doøng ñieän phaân boá ñeàu treân tieát dieän daây vaø boû qua hieäu öùng ôû gaàn vaø hieäu öùng maët ngoaøi. Moät soá baûng tra cho caùc trò soá cuûa ñieän khaùng phaân caùch öùng vôùi khoaûng caùch trung bình nhaân Dm vaø ñieän khaùng daây daãn öùng vôùi baùn kính trung bình nhaân Ds hay r’. Ñeå tra caùc baûng soá cuûa daây Myõ, moät phöông phaùp ñöôïc ñöa ra laø khai trieån coâng thöùc x0 thaønh hai thaønh phaàn: −−331 xom=⋅⋅⋅+ 4,log,.log 657 10 f 4 657 10 ⋅⋅ f D (Ω/mile) (2.62) Ds trong ñoù Ds vaø Dm tính theo foot. Soá haïng thöù nhaát goïi laø ñieän khaùng daây daãn, coøn coù theå hieåu ñoù laø ñieän khaùng cuûa moät daây daãn cuûa moät ñöôøng daây goàm hai daây ñaët caùch nhau 1 foot, vì vaäy soá haïng thöù nhaát ñöôïc goïi laø ñieän khaùng ôû khoaûng caùch 1 foot, noù tuøy thuoäc vaøo baùn kính trung bình nhaân (GMR) vaø vaøo taàn soá. Trò soá cuûa soá haïng naøy ñöôïc tra baûng hay ñöôïc tính tröïc tieáp baèng coâng thöùc nhö trong (2.31), (2.59). Soá haïng thöù hai goïi laø ñieän khaùng phaân caùch ñoäc laäp vôùi côõ daây maø chæ phuï thuoäc vaøo taàn
51. 55 soá vaø khoaûng caùch trung bình nhaân giöõa caùc pha cuûa ñöôøng daây. Deã daøng thaáy soá haïng naøy trieät tieâu khi Dm = 1 foot. Ñieän khaùng phaân caùch ñöôïc laäp thaønh baûng tra ñeå coù theå duøng ñöôïc cho (2.51), caùc soá haïng trong daáu ngoaëc cuûa (2.59). Quaù trình tính toaùn caûm khaùng cuûa ñöôøng daây bao goàm vieäc tra ñieän khaùng phaân caùch 1 foot ñoái vôùi daây daãn ñang xeùt vaø coäng vôùi ñieän khaùng phaân caùch tra ñöôïc ôû moät baûng khaùc. Tröôøng hôïp caùc ñôn vò khoaûng caùch tính ra meùt thì phaûi ñoåi sang foot vôùi 1m = 3,281 foot, baûng tra cho pheùp tính ñöôïc trò soá x0 tính theo ñôn vò Ω/mile vaø phaûi ñoåi ra Ω/km vôùi 1 mile = 1,609 km. Trò soá x0 tính theo caùch tra baûng thöôøng ôû taàn soá 60 Hz cuõng caàn phaûi ñoåi ra 50 Hz bieát raèng x0 tyû leä thuaän vôùi taàn soá f. Baûng tra daây Nga ñôn giaûn hôn, muoán tra caûm khaùng cuûa ñöôøng daây treân khoâng chæ caàn bieát khoaûng caùch trung bình nhaân giöõa caùc pha cuûa daây daãn vaø baùn kính daây daãn maø khoâng caàn phaûi taùch ra caûm khaùng rieâng vaø caûm khaùng phaân caùch nhö ôû baûng tra Myõ. Ví duï 2.3: Moät ñöôøng daây ba pha duøng daây daãn ACSR 300 MCM boá trí treân maët phaúng ngang, khoaûng caùch giöõa caùc pha laø 4m (H.2.21.), taàn soá löôùi ñieän 50 Hz. Tính caûm khaùng cuûa ñöôøng daây Hình 2.21 Daây ACSR 300 MCM töông ñöông vôùi daây AC–150, khoaûng caùch trung bình nhaân giöõa caùc pha: 3 DDD2D126D12645m =⋅⋅=,, = ⋅≈ (m) Ñoåi ra foot: Dm ==⋅ 5 m 5 3,, 281 foot = 16 405 foot = 16 foot 4 , 86 inch (1 foot = 12 inch) - Tra baûng ñieän khaùng daây daãn: 0.377 Ω/mile öùng vôùi taàn soá 50 Hz ôû khoaûng caùch 1 foot. - Tra baûng ñieän khaùng phaân caùch (ôû 60 Hz) ôû khoaûng caùch 16 foot 4, 86 inch : 0,3364 (Ω/mile). Suy ra ñieän khaùng phaân caùch ôû taàn soá 50 Hz: 50 0,, 3364⋅= 0 2803 (Ω/mile) 60 - Ñieän khaùng toång cuûa daây daãn: x0 =+ 0,, 377 0 2803 = 0 , 6573 (Ω/mile) 0, 6573 hay x== 0, 4085 (Ω/km) ôû taàn soá 50 Hz 0 1, 609 Ví duï 2.4: Moät ñöôøng daây daøi 192km coù kích thöôùc trong H.2.22, ñöôøng daây coù daây daãn baèng ñoàng tieát dieän 120mm2, vaän haønh ñieän aùp 110 kV, 50 Hz. Giaû thieát raèng saùu daây daãn hôïp thaønh caùc pha a, b vaø c ; vaø chæù moät beân cuûa ñöôøng daây (a’, b’ vaø c’) ñang vaän haønh. Tìm caûm khaùng moãi km vaø ñieän aùp caûm öùng (suït aùp) toaøn phaàn treân moãi pha trong hai tröôøng hôïp coù hoaùn vò vaø khoâng hoaùn vò. Cho phuï taûi caân baèng, 200 ampe moãi pha. Cho bieát baùn kính trung bình nhaân cuûa moãi daây daãn laø ra’ = 5,44 mm vaø baùn kính cuûa daây daãn laø r = 7,17 mm.
52. 56 CHÖÔNG 2 Giaûi a) Tröôøng hôïp khoâng hoaùn vò Ñieän khaùng daây daãn ôû khoaûng caùch 1 meùt: 1 x=== x x 0,log, 0029 ⋅⋅ 50 = 0 328 (Ω/km) aa bb cc 0, 00544 Töø hình veõ ñoái vôùi chæ vaän haønh moät beân (chaúng haïn a’ b’ c’): 22 D0942429ab''=+=,, , (m) DD429bc''== ab '' , (m) D840ac''= , (m) Caùc caûm khaùng phaân caùch: xab =⋅⋅= 0,log,, 0029 50 4 29 0 092 (Ω/km) xx0092bc== ab , (Ω/km) xac =⋅⋅= 0,log,, 0029 50 8 40 0 134 (Ω/km) Lôøi giaûi ñieän aùp caûm öùng: Δ=⋅−⋅−⋅Uao jxIaaabc jxI ab jxI ac =0,, 328 ∠ 90 °⋅ 200 ∠00 °− 0 092 ∠ 90 °⋅ 200 ∠− 12 °− 0 , 134 ∠ 90 °⋅ 200 ∠− 240 ° =0,, 328 ∠ 90 °⋅ 200 ∠00 °− 0 092 ∠ 90 °⋅ 200 ∠− 12 °− 0 , 134 ∠ 90 °⋅ 200 ∠− 240 ° ==∠°7,6+j88,4 88,6 85 (volt/km) Ñieän aùp caûm öùng toaøn phaàn hay suït aùp toaøn phaàn treân pha a Δ Uat treân toaøn chieàu daøi ñöôøng daây: Δ=Δ=Uat U ao .,l 88 6 ∠°= 85. 192 17011 ∠° 85 (volt) töông töï Δ=−⋅+⋅−⋅=∠−°Ujj83830bo jxab Iabbbcbc x I x I , (volt/km) Δ=Ubt 16090 ∠−° 30 (volt) töông töï: Δ=−−Uco jxIca , a j xI cb b + j xI cc c = 88 6 ∠° 215 (volt/km) Δ=Uct 17011 ∠−° 145 (volt) Chuù yù raèng, maëc duø doøng ñieän caân baèng treân ba pha nhöng ñieän aùp caûm öùng khoâng baèng