Ứng dụng phần mềm ETAP trong công nghệ lưới điện thông minh

60
NGUYỄN NHÂN BỔN
LÊ VĂN ĐẠI

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP
TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
*******************

TS. NGUYỄN NHÂN BỔN
TS. LÊ VĂN ĐẠI

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP
TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2020


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP
TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH
NGUYỄN NHÂN BỔN, LÊ VĂN ĐẠI
Chịu trách nhiệm xuất bản và nội dung
TS ĐỖ VĂN BIÊN

Biên tập
NGUYỄN THỊ NGỌC ANH
Sửa bản in
PHƯỚC HUỆ
Trình bày bìa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
Website:
Đối tác liên kết – Tổ chức bản thảo và chịu trách nhiệm tác quyền
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
Website:
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Phịng 501, Nhà Điều hành ĐHQG-HCM, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh

ĐT: 028 6272 6361 - 028 6272 6390
E-mail:
Website: www.vnuhcmpress.edu.vn
VĂN PHÒNG NHÀ XUẤT BẢN
PHÒNG QUẢN LÝ DỰ ÁN VÀ PHÁT HÀNH
Tòa nhà K-Trường Đại học Khoa học Xã hội & Nhân văn, số 10-12 Đinh Tiên Hoàng, phường Bến Nghé,
Quận 1, TP Hồ Chí Minh

ĐT: 028 66817058 - 028 62726390 - 028 62726351
Website: www.vnuhcmpress.edu.vn
Nhà xuất bản ĐHQG-HCM và tác giả/ đối tác liên kết giữ bản quyền©
Copyright © by VNU-HCM Press and author/
co-partnership. All rights reserved.

ISBN: 978-604-73-7792-3
Xuất bản lần thứ 1. In 250 cuốn, khổ 16 x 24 cm, XNĐKXB số: 2442-2020/CXBIPH/453/ĐHQGTPHCM. QĐXB số 116/QĐ-NXB ĐHQGTPHCM, cấp ngày 29/6/2020.
In tại: Cơng ty TNHH In & Bao bì Hưng Phú. Đ/c: 162A/1, KP1A, P. An Phú, TX. Thuận An,

Bình Dương. Nộp lưu chiểu: Quý III/2020.


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP
TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

NGUYỄN NHÂN BỔN,
LÊ VĂN ĐẠI

.

Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM, NXB
ĐHQG-HCM và TÁC GIẢ.
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật Xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt
Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có
sự đồng ý của Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM và Tác giả.
ĐỂ CÓ SÁCH HAY, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!


2


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời buổi được xem là thời kỳ Cách mạng công nghiệp lần 4 hiện
nay, vai trò của những ứng dụng tự động, phần mềm hỗ trợ con người trong
việc tính toán, thiết kế kỹ thuật càng trở nên cần thiết hơn. Điểm ưu việt dễ
nhận thấy hơn cả là máy tính sẽ tính nhanh hơn con người và độ chính xác rất
cao. Có những phần mềm hỗ trợ những bài toán đơn giản, có những phần mềm
lại có rất nhiều ứng dụng chuyên sâu và quy mô rộng rãi trên nhiều dạng bài
toán phức tạp đặt ra.

Đối với các ngành kỹ thuật nói chung, trong cả quá trình học tập
hay làm việc thì việc tính toán hầu như là xuyên suốt. Đối với những
bài toán đơn giản thì sẽ dễ dàng kiểm định lại tính chính xác, độ tin cậy
của thông số tính toán được. Còn đối với những bài toán nhiều số liệu liên
kết với nhau và quy mô phức tạp hơn thì việc “sai một ly, đi một dặm” là
điều không hiếm, và việc kiểm tra tính chính xác cũng mất nhiều thời gian.
Trong bộ môn Điện Công nghiệp có rất nhiều bài toán như thế.
Chính vì lý do đó mà có nhiều phần mềm ra đời hỗ trợ trong tính toán
thiết kế điện như Matlab, Ecodial, PowerSim, Etap,… và ETAP là phần mềm
mà chúng tôi thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu các tiện ích trong đó. ETAP là một
trong những phần mềm ưu việt trong tính toán thiết kế hệ thống điện và
nhiều ứng dụng khác được thiết kế bởi tập đoàn Operation Technology Inc.
ở thành phố Irvine, California, Mỹ. Phần mềm này có thể hỗ trợ truy xuất
kết quả tính toán để người thiết kế có thể căn cứ áp dụng hoặc đối chiếu
với kết quả tính toán bằng phương thức tự tính toán. TS. Nguyễn Nhân
Bổn phụ trách chương 1, 2, 3, 6, 7. TS. Lê Văn Đại phụ trách chương 4, 5.
Quá trình tìm hiểu phần mềm này trong cuốn sách chúng tôi chỉ tập
trung vào một số ứng dụng trong rất nhiều ứng dụng được tích hợp trong
đó cùng với những kiến thức đã học được trong môn học cung cấp điện
và hệ thống điện, sau đó là kết luận những gì rút ra được trong quá trình
nghiên cứu đó. Chính vì vậy sẽ không thể tránh khỏi sai sót. Rất mong
nhận được đóng góp của quý thầy, cô để chúng tôi có thể hoàn thiện hơn
kiến thức và khai thác hiệu quả hơn các ứng dụng này trong tương lai.
Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về:
TS. Nguyễn Nhân Bổn; TS. Lê Văn Đại
Email: ;
3


4

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP
1. Tổng quát về phần mềm ETAP..............................................................9
2. Các thành phần và giao diện của ETAP.................................................9
3. Quản lý dữ liệu trong ETAP................................................................. 11
CHƯƠNG 2: CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP
1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................13


1.1. Khái nhiệm chung........................................................................13



1.2. Cáp mạng phân phối....................................................................13



1.3. Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp..........14

2. Chủng loại cáp (CADIVI)....................................................................15


2.1. Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC.......................................................15

2.2. Dây cáp điện lực CV....................................................................15



2.3. Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV...............................................15



2.4. Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC......................................................15

3. Phương pháp lựa chọn.........................................................................15


3.1. Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng................................16

3.1.1. Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất......................16
3.1.2. Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất.........................16


3.2. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ............................17

3.2.1. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB.....................................17


3.3. Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt...........17

3.3.1. Kiểm tra theo tổn thất điện áp..............................................17
3.3.2. Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch......................................19
4. Ứng dụng trong phần mềm ETAP........................................................20

4.1. Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP.............................................21
5




4.2. Tiêu chuẩn áp dụng......................................................................21



4.3. Trang thông tin . ..........................................................................22



4.4. Mơ phỏng ví dụ trong ETAP . .....................................................22

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI TRÊN KHƠNG
1. Các tính tốn cần thiết..........................................................................28
2. Ứng dụng phần mềm ETAP tính toán lựa chọn dây dẫn cho
đường dây truyền tải trên khơng..............................................................28
CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT TUABIN GIĨ
1. Tổng quan về năng lượng gió..............................................................37


1.1. Thực trạng năng lượng và mơi trường.........................................37

1.2. Ưu điểm năng lượng gió..............................................................39



1.3. Nhược điểm năng lượng gió........................................................39



1.4. Sự liên quan giữa công suất và độ cao.........................................40

2. Mô phỏng máy phát tuabin gió trong ETAP........................................41


2.1. Phân tích ổn định động................................................................41



2.2. Thanh cơng cụ phân tích ổn định động........................................42



2.3. Mơ phỏng ví dụ trong ETAP........................................................44

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP
1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................54
1.1 Tính tốn cơng suất phụ tải...........................................................54
1.2. Tính tốn dung lượng máy biến áp theo sơ đồ phân bố phụ
tải trong mạng điện..................................................................................54
1.3. Tính tốn dung lượng máy biến áp theo đồ thị phụ tải................55
2. Lựa chọn máy biến áp..........................................................................58

3. Ứng dụng ETAP chọn máy biến áp......................................................58
3.1. Thẻ Rating (thông số cơ bản của biến áp)...................................58
3.2. Thẻ thông số trở kháng máy biến áp (Impedance).......................62
3.3. Thẻ nối đất (Grounding)..............................................................63

6

3.4. Thẻ định kích thước biến áp (Sizing)...........................................65


CHƯƠNG 6: TỐI ƯU LẮP ĐẶT TỤ BÙ
1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................69


1.1. Lợi ích của việc bù cơng suất phản kháng...................................69



1.2. Lý thuyết bù kinh tế.....................................................................70

2. Tổng quan chức năng tính tốn lắp đặt tụ bù của ETAP......................72


2.1. Tởng quan về chế độ tính toán tối ưu tụ bù của ETAP................73



2.2. Chỉnh sửa Study Case của chế độ OCP.......................................73

2.2.1. Thẻ Info................................................................................74

2.2.2. Thẻ Voltage Constraint.........................................................75
2.2.3. Thẻ Capacitor.......................................................................76


2.3. Phương thức tính toán..................................................................77

3. Ví dụ - áp dụng mơ phỏng ETAP.........................................................78
CHƯƠNG 7: PHỐI HỢP VÀ BẢO VỆ QUÁ DÒNG MẠNG


ĐIỆN

1. Phối hợp bảo vệ các relay quá dòng....................................................82


1.1. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (chức năng 50 hay 50N)..........82



1.2. Bảo vệ quá dòng điện cực đại (chức năng 51 hay 51N)..............84

1.2.1. Phối hợp thời gian các đặc tính độc lập...............................85
1.2.2. Phối hợp thời gian các đặc tính phụ tḥc...........................86


1.3. Ứng dụng ETAP vào tính tốn bảo vệ mạng điện........................87

1.3.1. Tổng quát chức năng tính toán phối hợp bảo vệ..................87
1.3.2. Thanh công cụ......................................................................87
1.3.3. Chỉnh sửa Study Case..........................................................89

2. Ví dụ - áp dụng mô phỏng ETAP.........................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................95

7


8


Chương 1
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP

1. TỔNG QUÁT VỀ PHẦN MỀM ETAP
ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI).
ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi máy tính điện tốn bắt
đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc. Ban đầu, ETAP là một phần mềm
chun về thiết kế lưới điện, tính tốn các thông số của một lưới điện tĩnh
(Off-line). Năm 1992, ETAP cũng giới thiệu mảng thứ hai, toàn diện và
thiết thực hơn, đó là quản lý lưới điện trong thời gian thực (Real-time) với
khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong kho vận
hành thực tế. Kể từ đó, ETAP phát triển rất nhanh với việc độc quyền trên
nền tảng thời gian thực, ETAP thu hút được số lượng người dùng đông đảo
và ngày càng được tin dùng.
Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chính là ETAP Off-line
và ETAP Real-time. ETAP Off-line cung cấp cái nhìn đầu tiên, mô phỏng hệ
thống điện cần quy hoạch trên mơ hình và kiểm tra trước khi thi cơng dự
án. ETAP Real-time hướng đến một hệ thống điện tự hành, bao gồm thu
nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến cố có thể xảy ra, quy
hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành. Bên cạnh
đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của q

trình tính tốn, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các
khâu hay bảo trì, vận hành dễ dàng do sử dụng nền tảng, ngôn ngữ chung.
2. CÁC THÀNH PHẦN VÀ GIAO DIỆN CỦA ETAP
ETAP là một giải pháp toàn diện cho việc thiết kế, mơ phỏng, phân
tích hệ thống điện trong quá trình phát điện, truyền tải, phân phối và điện
công nghiệp. ETAP tổ chức công việc trên một nền tảng dự án. Mỗi dự án
được tạo ra, ETAP cung cấp tất cả những dụng cụ cần thiết và hỗ trợ cho
việc mơ hình hóa và phân tích một hệ thống điện. Với giao diện và các
thành phần trực quan, dễ sử dụng, ETAP phù hợp cho tất cả các đối tượng
học tập, nghiên cứu và vận hành.
9


Hình 1.1. Giao diện phần mềm ETAP
Khi một dự án được khởi tạo, ETAP sẽ cung cấp dự liệu của dự án
trong file có phần mở rộng là *.OTI. Cơ sở dữ liệu được lưu trong một tập
tin cơ sở dữ liệu ODBC (Open Data Connectivity – kết nối cơ sở dữ liệu
mở) như Microsoft Access (*.MDB). Các file của dự án được lưu trong
một thư mục có tên là tên của dự án. ETAP cũng lưu trữ các báo cáo trong
thư mục này.
ETAP được thiết kế và phát triển bởi đội ngũ kỹ sư để giải quyết các
vấn đề của hệ thống điện sử dụng gói phần mềm được tích hợp sẵn với
nhiều giao diện như: mạng điện AC và DC, mương cáp, cáp ngầm, lưới
nối đất, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phối hợp thiết bị bảo vệ, sơ đồ hệ
thống điều khiển AC và DC,…

10


Hình 1.2. Các cơng cụ chính ETAP cung cấp

ETAP cung cấp tất cả các hệ thống và các giao diện để giúp người sử
dụng có thể mơ hình hóa và phân tích tất cả các vấn đề của hệ thống điện,
từ các hệ thống điều khiển đến các bảng điều khiển, cũng như các lưới điện
truyền tải và phân phối lớn. Các giao diện được hiển thị đồ họa hoàn chỉnh
và các đặc tính kỹ thuật của mỗi thành phần mạng điện có thể được điều
chỉnh trực tiếp. Các kết quả tính tốn của ETAP được hiển thị trực quan và
thuận tiện cho người sử dụng.
Tất cả hệ thống ETAP tận dụng lợi thế của việc sử dụng chung một
cơ sở dữ liệu. ETAP cũng chưa một thư viện tích hợp sẵn và có thể truy
cập từ các tập tin dự án. Người dùng có thể tạo ra thư viện mới hoặc hiệu
chỉnh lại thư viện hiện tại để thêm dữ liệu của nhà sản xuất
Giao diện và hệ thống ETAP có thể được kết nối bằng cách sử dụng
thanh công cụ hệ thống.
3. QUẢN LÝ DỮ LIỆU TRONG ETAP
ETAP thiết lập một hệ thống điện trong một dự án riêng. Trong dự án
này, ETAP tạo ra ba thành phần chính của hệ thống.
11


Hình 1.3. Giao diện hệ thống quản lý dữ liệu
-Hiển thị (Presentation): thiết lập số lượng không bị giới hạn, hiển
thị đồ học độc lập của sơ đồ đơn tuyến mà nó mơ tả dữ liệu thiết kế hoặc
bất kỳ mục đích nào khác (ví dụ: sơ đồ trở kháng, các kết quả nghiên cứu
hoặc đồ thị).
-Cấu hình (Configuration): Thiết lập với số lượng không bị giới hạn,
hệ thống cấu hình độc lập có thể nhận dạng tình trạng của các khóa điện (mở
hoặc đóng), động cơ và tải (liên tục, gián đoạn và dự trữ), các chế độ vận hành
của máy phát ( cân bằng, điều khiển điện áp, điều khiển công suất phản kháng,
điều khiển hệ số công suất) và MOVs (Mở, đóng, điều tiết và dự trữ).
-Dữ liệu hiệu chỉnh (Revision Data): Dữ liệu cơ sở được thiết lập

với số lượng không bị giới hạn với các dữ liệu hiệu chỉnh để theo dõi các
thay đổi và điều chỉnh các đặc tính kỹ thuật.
Ba thành phần hệ thống này được tổ chức ở dạng trực giao để cung
cấp khả năng và độ linh hoạt cao cho việc xây dựng và thao tác dự án
ETAP. Sử dụng khái niệm Hiển thị, Trạng thái cấu hình và Dữ liệu hiệu
chỉnh, người sử dụng có thể tạo vơ số sự kết hợp các lưới điện từ các cấu
hình đa dạng và các tính chất kỹ thuật khác nhau, cho phép khảo sát và
nghiên cứu đầy đủ các tính chất của lưới điện dựa trên một dữ liệu ban đầu.
Điều này có nghĩa là người dùng khơng cần sao chép dữ liệu cho các cấu
hình hệ thống khác nhau.
ETAP dựa trên khái niệm cơ sở dữ liệu ba chiều để thực hiện tất cả
Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh. Việc sử dụng khái niệm
dữ liệu nhiều chiều cho phép người dùng lựa chọn tùy ý như Hiển thị, Cấu
hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh cụ thể với cùng một dữ liệu dự án.
12


Chương 2
CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP

1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Khái nhiệm chung
Dây dẫn và cáp là một trong các thành phần chính của mạng cung
cấp điện. Vì vậy, việc lựa chọn dây dẫn và cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và
thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp
điện an tồn và liên tục, đồng thời góp phần khơng nhỏ vào việc hạ thấp
giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích khơng chỉ cho
ngành điện mà còn cho cả các ngành kinh tế quốc dân.
Tùy theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng
vai trị quyết định và điều kiện kỹ thuật đóng vài trị quan trọng hay ngược

lại. Do đó, cần phải nắm vững bản chất của mỗi phương pháp lựa chọn dây
dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả.
1.2. Cáp mạng phân phối
Cáp mạng phân phối được chế tạo chắc chắn, có thể đặt trong đất
hoặc trong hầm dành riêng cho cáp nên tránh được va đập, tránh được ảnh
hưởng trực tiếp của khí hậu.
- Cáp ở cấp điện áp U < 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu ba pha
bọc chung một vỏ chì.
- Cáp ở cấp điện áp U > 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu bọc rẽ
từng pha.
Cáp thường dùng lõi nhôm một sợi hoặc nhiều sợi, chỉ sử dụng lõi
đồng ở những nơi đặc biệt như dễ cháy nổ, trong hầm mỏ, nguy hiểm do
khí và bụi.
Lõi cáp có thể làm bằng một sợi hoặc nhiều sợi xoắn lại, các sợi có
dạng trịn, ơ van, cung quạt, có thể ép chặt hoặc khơng ép chặt.
13


Cáp nhiều ruột thường là loại 3 hay 4 ruột. Với cáp 4 ruột, ruột trung
tính thường có tiết diện bé hơn.
Các ruột dẫn có bọc cách điện để bọc từng pha với nhau bên ngoài
được bao một lớp vỏ bằng chì, nhơm, cao su hoặc nhựa tổng hợp để ngăn
ngừa lớp vỏ bị ăn mịn hoặc bị hỏng, phí bên ngoài cũng được phủ một lớp
bảo vệ gồm:
- Lớp bảo vệ tránh ăn mòn, thường là bitum quét lên vỏ cáp và một lớp
băng giấy tẩm sulfat, trên đó lại quét một lớp bitum thứ hai.
- Lớp đệm phủ, để tránh cho vỏ cáp không bị hư khi đặt một lớp bọc
thép. Nó gồm lớp dây tẩm hoặc giấy tẩm sulfat và phủ ngoài một lớp
bitum.
- Lớp vỏ bọc thép bảo vệ cho vỏ không bị hỏng cơ học làm bằng thép

hoặc dây thép mạ kẽm.
1.3. Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp
Nguyên tắc chung chọn dây/cáp là phải đảm bảo yêu cầu về chỉ tiêu
kinh tế và kỹ thuật. Tuy nhiên, thường hai chỉ tiêu này mang tính đối lập
cho nên căn cứ vào đặc điểm của mạng phân phối, truyền tải điện được
xem xét và các yếu tố ảnh hưởng khác mà việc lựa chọn dây/cáp sẽ được
tiến hành trên cơ sở kinh tế hay kỹ thuật là chính. Tuy nhiên, dù được chọn
dựa trên cơ sở nào thì cũng phải kiểm tra cơ sở còn lại.
Các phương pháp chọn cáp trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế bao gồm:
- Phương pháp chọn cáp theo mật độ dòng kinh tế
- Phương pháp chọn dây cáp theo khối lượng kim loại màu cực tiểu
Các phương pháp chọn cáp theo cơ sở chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm:
- Phương pháp chọn cáp theo điều kiện phát nóng
- Phương pháp chọn cáp theo điều kiện tổn thất điện áp
- Phương pháp xem xét đồng thời cả hai chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là
phương pháp mật độ dịng điện J khơng đổi.
14


2. CHỦNG LOẠI CÁP (CADIVI)
2.1. Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC
Đây là loại cáp được bọc cách điện bằng XPLE, thường cáp này có
2,3 hoặc 4 ruột, ruột dẫn được làm bằng nhồm xoắn ép chặt lại. Tiết diện
danh định nằm trong khoảng từ 16 150mm2, được dùng với cấp điện áp
0,6/1 kV và làm việc lâu dài ở nhiệt độ bằng 90oC.
Do cấu tạo được xoắn chung thành chùm nên có nhiều chắc năng ưu
việt, an tồn khi sử dụng, bảo đảm mỹ quan thành phố thuận tiện khi lắp
đặt và sửa chữa.
2.2. Dây cáp điện lực CV
Cáp điện lực CV là loại cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC,

ruột dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi xoắn chặt lại với nhau. Tiết diện
danh định từ 11 400 mm2. Cáp điện lực CV thường dùng cho mạng điện
phân phối khu vực có điện áp 660V. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép
là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời
gian 24 giờ.
2.3. Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV
Đây là cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, gồm 2, 3, 4 lõi. Ruột
dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi nhỏ xoắn chặt lại với nhau. Tiết diện
danh định từ 2 50 mm2. Cáp điện lực CVV thường dùng để cấp điện cho
các động cơ điện 2 pha hoặc 3 pha. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép
là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời
gian 24 giờ.
2.4. Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC
Đây là dây điện được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột dẫn được
làm bằng đồng một sợi. Tiết diện danh định từ 1oC 7 mm2. Dây VC
thường dùng trong thiết bị đường dẫn điện chính trong nhà. Nhiệt độ làm
việc dài hàn ở 70oC và khi gặp sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ.
3. PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN
Do mạng phân phối hạ áp tải công suất nhỏ và cự ly truyền tải ngắn
15


nên chỉ tiêu kinh tế chỉ đóng vài trị quan trọng mà khơng đóng vai trị
quyết định như chỉ tiêu kỹ thuật. Chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm khi chọn
cáp bao gồm:
- Nhiệt độ cáp không được vượt quá nhiệt độ cho phép quy định bởi
nhà chế tạo trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong chế
độ vận hành sự cố khi xuất hiện ngắn mạch.
- Độ sụt áp không được vượt quá độ sụt áp cho phép.
3.1. Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép sẽ đảm
bảo cho cách điện của dây dẫn không bị phá hỏng do nhiệt độ dây dẫn đạt
đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây. Điều này được thực hiện khi
dịng điện phát nóng cho phép của cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu
dài cực đại chạy trong dây dẫn.


3.1.1. Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất

Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dịng phát nóng cho phép của cáp
khơng chơn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ
số thành phần:
- Hệ số K1 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt
- Hệ số K2 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn
- Hệ số K3 xét đến nhiệt độ môi trường khác 30oC
K = K1 x K2 x K3


(2.1)

3.1.2. Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất

Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dịng phát nóng cho phép của cáp
chơn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ số
thành phần:
- Hệ số K4 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt
- Hệ số K5 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn
- Hệ số K6 xét đến tính chất của đất
- Hệ số K7 xét đến nhiệt độ đất khác 20oC
K = K4 x K5 x K6 x K7

16

(2.2)


3.2. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ
Trong mạng hạ áp, thường sử dụng máy cắt (CB) hay cầu chì để bảo
vệ quá tải thiết bị tiêu thụ điện và cáp. Do đó, việc chọn cáp trong mạng hạ
áp liên quan chặt chẽ với việc chọn thiết bị bảo vệ.


3.2.1. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB

Khi tính tốn được dịng làm việc cực đại của phụ tải IB, chọn CB có
dịng định mức In thỏa điều kiện:


In > IB

(2.3)

Từ đó, chọn dịng phát nóng cho phép Icp của cáp mà CB có thể có
khả năng bảo vệ:


Icp = In

(2.4)

Từ điều kiện lắp đặt thực tế của cáp tìm được hệ số hiệu chỉnh K. Từ

đây, xác định dịng phát nóng cho phép tính toán Icptt:


I cp


(2.5)
K
Chọn loại cáp và tiết diện phù hợp có dịng phát nóng định mức
(Icpđm) thỏa điều kiện:


Icptt ≥

Icpđm > Icptt

(2.6)

Sau đó, tính sụt áp ∆U và kiểm tra điều kiện sụt áp cho phép:


∆U < ∆Ucp

(2.7)

Nếu điều kiện sụt áp cho phép không thỏa, cần tăng tiết diện dây lên
và kiểm tra lại sụt áp. Nếu thỏa điều kiện sụt áp cho phép thì tiếp tục kiểm
tra độ ổn định nhiệt khi xuất hiện ngắn mạch:

F > Fnh(2.8)

3.3. Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt


3.3.1. Kiểm tra theo tổn thất điện áp

Đối với mạng hạ áp, do trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải nên vấn
đề đảm bảo điện áp rất quan trọng. Vì vậy, thường phải kiểm tra điều kiện
tổn thất điện áp cho phép.
17


Công thức xác định tổn thất điện áp trên cáp trình bày ở bảng sau:
Sụt áp ∆U

Mạch

∆U

∆U%

1 pha: pha/pha
1 pha: pha/trung tính
3 pha cân bằng: 3 pha (có
hoặc khơng có trung tính)
Bảng 2.1. Bảng cơng thức tính tốn tổn thất điện áp
Bảng cơng thức tính tốn tổn thất điện áp cho phép
Trong đó:
• I­B là dịng làm việc lớn nhất (A)

• r0 là điện trở của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km)
• x0 là cảm kháng của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km)
• Uđm là điện áp định mức (V)
• L là chiều dài đường dây (km)
• là góc pha giữa điện áp và dịng điện trong dây
• r0 được bỏ qua khi tiết diện lớn hơn 55 mm2
r0 =

cho dây đồng và r0 =

cho dây nhơm

x0 được bảo qua cho dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn 50 mm2
Nếu khơng có thơng tin nào khác chọn x0 = 0.08Ω/km
Cos

được chọn như sau:

- Đối với phụ tải chiếu sáng Cos
- Đối với phụ tải động cơ
Khi khởi động
18

= 0,6

1


Ở chế độ bình thường
Trong thực tế, để đơn giản trong tính tốn tổn thất điện áp có thể áp

dụng biểu thức sau:


(2.9)

Trong đó: Vd là điện áp rơi trên mỗi đơn vị chiều dài đường dây
(V/A.km), I là dòng điện phụ tải (A) , L là chiều dài của dây (km)
Khi mà nhà chế tạo cáp cho trước giá trị Vd thì có thể xác định tiết
diện dây dẫn đảm bảo tổn thất điện áp qua bảng tra.
Điều kiện kiểm tra tổn thất điện áp cho phép:




Trong đó:
loại phụ tải),

(2.10)

là tổn thất điện áp cho phép ( + 5% hoặc 2.5% tùy
là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng.

Nếu trong mạng có nhiều đoạn, nhiều nhánh thì phải tìm điểm nào
có tổn thất điện áp lớn nhất
để so sánh
3.3.2. Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch
Khi chưa mang tải, nhiệt độ trong dây dẫn bằng với nhiệt độ môi
trường. Khi ngắn mạch, nhiệt lượng trong dây dẫn sẽ sinh ra rất lớn và tỏa
vào lớp bọc cách điện. Nếu các thiết bị bảo vệ không cô lập sự cố kịp thời
sẽ dẫn đến cách điện dây dẫn bị phá hủy.

Cần phải kiểm tra khả năng chịu nhiệt của cáp khi xuất hiện ngắn
mạch theo biểu thức:






Hay:

(2.11)


(2.12)

Trong đó: t là thời gian tồn tại dòng ngắn mạch (s), I­N là dòng điện
ngắn mạch (A), F là tiết diện của cáp (mm2), Kcđ là hằng số đặc trưng cho
loại cách điện (A2.s/mm4)
Giá trị Kcđ được tra:
19


Nhiệt độ cực đại
Cách điện

Hằng số Kcđ

Chế độ
xác lập

Chế độ kết thúc
ngắn mạch

Đồng

Nhôm

PVC

70

160

115

76

Cao su
tổng hợp

85

135

135

90

PE, XLPE

90

143

143

94

Bảng 2.2. Hằng số cách điện
4. MƠ PHỎNG VÍ DỤ TRONG ETAP
Phần mềm ETAP cung cấp các tùy chọn khác nhau có thể được sử
dụng cho các yêu cầu thiết kế. Các yêu cầu thiết kế này có thể do người
dùng xác định hoặc tự động xác định từ lưu lượng tải, ngắn mạch và kết
quả tính tốn thiết bị bảo vệ.
Nghiên cứu kích thước cáp ETAP tính tốn kích thước cáp tối ưu và
thay thế cho dây dẫn pha dựa trên các tiêu chí sau:
- Dòng tải
- Sụt áp
- Áp khởi động động cơ tối thiểu
- Dịng ngắn mạch
- Thiết bị bảo vệ
- Sóng hài
Các tính năng chính:
-
-
-
-
-
-
-

20

Tính tốn thơng số cáp
Dựa trên giao diện lưới để sắp xếp, tìm kiếm và lọc
Nhiều bộ lọc để lựa chọn
Cập nhật hàng loạt từ thư viện
Lựa chọn hàng loạt từ thư viện
Truy cập vào biểu mẫu
Báo cáo cá nhân hoặc hợp nhất


4.1. Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP
Trên thanh tiêu đề, ta chọn “Library”, sau đó chọn “Cable” để xuất
hiện hộp thoại thư viện cáp như hình 2.2:
Các thơng số và ký hiệu trong hộp thoại thư viện cáp:
Unit

Đơn vị đo lường theo English hoặc Mertic

Freq

Tần số, đơn vị: Hz

Type

Vật liệu dẫn, Đồng (CU) hoặc Nhôm (AL)

kV

Điện áp dây định mức của cáp ( đơn vị: kV)

%Class

Cấp điện áp phần trăm định mức : 100%, 133%

#/C

Cáp đơn (1/C), cáp 3 lõi (3/C),…

Insul

Loại cách điện: Rubber ( Cao Su ), XLPE, PVC,…

Source

Tiêu chuẩn áp dụng

Instal

Kiểu lắp đặt có từ tính hoặc không
Bảng 2.3. Hộp thoại Cable Library

4.2. Tiêu chuẩn áp dụng
Đối với mạng hạ áp (£ 1 kV): IEEE 399 (under ground installations),
ICEA P-54-440 (above ground trays), NEC, IEC 60364, BS 7671, NF
C15-100. Đối với mạng trung áp (< 35 kV): IEEE 399, ICEA P-54-440,
NEC, IEC 60502.

Hình 2.2. Tiêu chuẩn áp dụng
21

Đối với mạng cao áp (> 35 kV): IEEE 399 (under ground installations),
ICEA P-54-440 (above ground trays)
4.3. Trang thơng tin

Hình 2.3. Thanh AC Elements Editor
4.4. Mơ phỏng ví dụ trong ETAP
Tính tốn lựa chọn cáp hạ áp, cho sơ đồ đơn tuyến như hình sau với
các thông số sau:
-Công suất điện đinh mức của lưới nguồn: 100 MVA
-Máy biện áp hạ áp 4.16/0.48 kV, 120 kVA
-Công suất của Motor1 là 125 HP
22