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

PHẦN II. MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP
Chương 5
MẠNG ĐIỆN
5.1. Phân loại mạng điện
5.1.1. Phân loại mạng điện
Có 3 cách phân loại sau:
- Theo cấp quản lý người ta chia ra các mạng sau:
+ Mạng điện khu vực
+ Mạng điện dịa phương
+ Mạng điện đơ thị
+ Mạng điện nơng thơn hoặc xí nghiệp
- Theo hình dạng kết cấu:
Mạng hở, mạng kín, mạng hình tia hoặc mạng rẽ nhánh v.v …
- Theo cấp điện áp có thể chia thành:
Mạng hạ thế, mạng trung thế, mạng cao thế, mạng siêu cao thế và mạng cực cao.
Ngồi ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng
một chiều, mạng xoay chiều v.v…
5.2. Sơ đồ cung cấp điện
5.2.1. Mạng cao áp
Để cung cấp điện từ nguồn đến phụ tải thường sử dụng một số loại sơ đồ chính
sau đây:
Cung cấp điện theo sơ đồ hình tia (Hình 5.1)
138


Sơ đồ hình tia là sơ đồ mà ở đó điện năng từ nguồn cung cấp truyền thẳng đến
các trạm biến áp phân xưởng. Nguồn cung cấp có thể là trạm biến áp chính, trạm phân
phối hay nhà máy điện tự dùng.
Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ
một đường dây do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau. Độ tin cậy cung cấp điện tương đối
cao, dễ vận hành và bảo quản. Nhược điểm là vốn đầu tư lớn. Do vậy nó được dùng để

cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại I, II.
CDCL

CDCL
35110kV

MCPĐ
MCLL

6-10kV

Hình 5.1. Sơ đồ cung cấp điện hình tia
- Cung cấp điện theo sơ đồ mạch vịng kín (Hình 5.2)

6/0,4kV
35/6kV

6/0,4kV

Hình 5.2. Sơ đồ cung cấp điện mạch vịng kín
Trong chế độ vận hành bình thường thì vịng sẽ được hở ra tại một trạm nào đó
phía cao áp. mỗi phụ tải được lấy trên các phân đoạn 6 kV khác nhau. Khi sự cố một
139


nhánh các phụ tải cần thiết sẽ chuyển sang lấy điện ở phân đoạn 6 kv còn lại. Sơ đồ này
thường dùng cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại II,III ở các mỏ lộ thiên.
- Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính (Hình 5.3)

Hình 5.3. Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính

Ở sơ đồ này mỗi trạm được trang bị tối thiểu 2 máy biến áp, thanh cái phân đoạn
ở cả 2 cấp điện áp hoặc chỉ ở thanh cái điện áp thấp, đồng thời được cung cấp từ hai
đường dây chính.
5.2.2. Mạng điện áp thấp
Thường sử dụng các sơ đồ nối dây chính sau:
Sơ đồ hình tia: (Hình 5. 4, a,b)

a) Cung cấp điện cho
các phụ tải tập trung

b) Cung cấp điện cho
các phụ tải phân tán
Hình 5.4. Sơ đồ hình tia
140


- Sơ đồ dạng phân nhánh (sơ đồ dạng trục chính). (Hình 5.5. a, b)

6/0,4kV

Hình 5.5. a. Sơ đồ phân nhánh có thanh cái

Hình 5.5. b. Sơ đồ phân nhánh máy biến áp - trục chính
Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, thì có nhiều điểm tiêu thụ hay nhiều điểm phân
phối được cung cấp từ các vị trí khác nhau trên trục chính này.
5.3. Tính tốn tổn thất điện áp trong mạng điện
Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ thì mỗi phần tử của mạng
điện do có tổng trở đều gây nên tổn thất cơng suất và tổn thất điện áp.
5.3.1. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có một phụ tải tập trung.
Giả thiết mạng điện làm việc ở chế độ đối xứng, do đó ta có thể tách một pha ra

để nghiên cứu. Trên hình vẽ biểu diễn một đường dây có tổng trở Z = R+j X[] và một

141


phụ tải tập trung đặt ở cuối đường dây S = P+j Q[KVA], và đồ thị véc tơ điện áp của
đường dây nêu trên.
Z=R+jX

i , cos
S = P+j Q

Hình 5.6
U =

P.R  Q.X
, V
U dm

(5.1)

Để dễ so sánh ta thường tính theo trị số phần trăm so với định mức:
U% =

P.R  Q. X 100
.
;
2
1000
U dm

(5.2)

Trong đó:
P,Q - là phụ tải tác dụng và phụ tải phản kháng của đường dây (kW),(kVAR);
R,X- là điện trở và điện kháng của đường dây ();
Uđm- điện áp định mức của lưới điện (kV).
Yêu cầu: phải đảm bảo đường dây làm việc bình thường, tức là:
U%  Ucp%
5.3.2. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có nhiều phụ tải tập trung
P

P1

i1, cos1

Hình 5.7
142

i2, cos2


U =

1
U dm

n

 Pi ri  Q i x i  ,V

(5.3)

i 1

Để so sánh, ta thường tính theo phần trăm so với định mức, do vậy:
U% =

1
2
100.U dm

n

 P r  Q x  ,
i i

i 1

i

i

(5.4)

Trong đó:
Pi , Qi- công suất chạy trên đoạn thứ i [kW, kVAR];
ri, xi - điện trở và điện kháng của đoạn dây thứ i []
Uđm- điện áp dây định mức của lưới điện[kV].
Nếu tính tổn thất điện áp khơng xuất từ dịng điện chạy trên đường dây (I 1, I2,...,

In) mà theo dịng điện phụ tải: i1, i2,.., in thì ta sẽ được:
n

U = 3 .  ( ii.Ri.cosi + ii.Xi.sini ),V

(5.5)

i 1

Nếu tính theo phần trăm so với định mức, ta được:
1
U% =
2
100.U dm

n

p R
i 1

i

i

 qi X i  ,

(5.6)

Trong đó:
pi , qi - Cơng suất của phụ tải tại điểm đấu thứ I, (kW, kVAR);

Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đường dây kể từ đầu nguồn đến điểm
thứ I, ();
Uđm- điện áp dây định mức của lưới điện, (kV).
5.3.3. Trường hợp đặc biệt
Nếu đường dây đồng nhất: tức là đường dây có các đoạn dây dẫn cùng loại, cùng
tiết diện, cùng cách lắp đặt (có r0, x0 như nhau). Khi đó tổn thất điện áp trên sẽ là:
143


U% =

100 . 3
.
U dm

n



( ii.Ri.cosi + ii.Xi.sini ),

(5.7)

( ii.r0.Li .cosi + ii.x0.Li .sini ),

(5.8)

i 1

do r0 và x0 của các đoạn dây như nhau nên:

U% =

n

100 . 3
.
U dm


i 1

n
100 . 3
U% =
. ( r0.costb + x0.sintb ).  ii.Li ;
U dm
i 1

hay:

trong đó:

p i .10 3

ii =

3 .U dm . cos  tb

U% =

nên ta có:

;

(5.9)

(5.10)

10 3.10 2

n

2
U dm
cos  tb

. ( r0.costb + x0.sintb ).  pi.Li ;

(5.11)

i 1

nếu: điện trở và điện kháng (r0,x0) trên một đơn vị chiều dài của dây dẫn, (/km);
pi - Công suất của phụ tải thứ i, (kW);
Li - Chiều dài dây dẫn từ đầu nguồn đến phụ tải thứ i, (km);
Uđm - điện áp dây định mức, (kV).
Thì ta có:
U% =

1

2
100.U dm
cos  tb

n

. ( r0.costb + x0.sintb ).  pi.Li ;

(5.12)

i 1

Trong đó:
cos  tb 

 Pi . cos i ;
 Pi

(5.13)

Nếu đường dây cung cấp cho phụ tải có cos = 1 (đèn sợi đốt ,lị điện trở,..) hoặc
nếu đường dây cáp ở mạng điện áp thấp có (r0x0) thì khi tính tổn thất điện áp ta có thể
bỏ qua thành phần điện kháng, khi đó:
144


U% =

n
1

.
r
.
0  pi.Li
2
100.U dm
i 1

(5.14)

5.3.4. Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải phân bố đều
Trong thực tế ta có thể gặp một số đường dây có phụ tải phân bố đều (như hình
dl

vẽ)

P0

L

Hình 5.8
Với phụ tải S0 phân bố đều (S0=S/L) thì tổn thất điện áp trên đường dây là:
U 

P.R  Q.X
;
2.U dm

(5.15)

Từ đây ta có nhận xét là: Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều
sẽ bằng một nửa tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung ở cuối đường dây.
Nếu trên đường dây chỉ có những đoạn mà phụ tải phân bố đều (như hình vẽ).
L2

L1

P1
P=Pi

P2

Hình 5.9
Khi đó, ta có thể coi các phụ tải phân bố đều tương đương với một phụ tải tập
trung đặt tại điểm giữa các đoạn có phụ tải phân bố đều và có trị số bằng tổng các phụ
tải tập trung.
145


5.3.5. Mạng chiếu sáng
Nếu trên đường dây trang bị các đèn chiếu sáng loại dây tóc (cos = 1) thì đường
dây này được coi là bỏ qua điện kháng của đường dây. Tổn thất điện áp trên đường dây
sẽ được tính theo cơng thức:
U% =

n
1
.
r
.

pi.Li
0

2
100.U dm
i 1

(5.16)

Nếu thay: r0=1/ .F với  = 1/  - gọi là điện dẫn xuất của vật liệu làm dây dẫn
Đối với vật liệu bằng đồng cu = 53,4, (m/.mm2);
Đối với vật liệu bằng nhôm Al = 31,5, (m/.mm2);
F- tiết diện của dây dẫn mm2;
n

 p .L
i 1

i

i

= M - gọi là mô men phụ tải, (kW.m).

5.3.6. Tổn thất điện áp trong máy biến áp
Tương tự như trường hợp tính tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung,
tổn thất điện áp trong máy biến áp là:
UT% =

P.R  Q. X 1

.
;
2
100
U dm

(5.17)

Trong đó:
P, Q - cơng suất tác dụng và công suất phản kháng do máy biến áp truyền tải
[kW, kVAR];
R, X - là điện trở và điện kháng của máy biến áp [].
5.4. Tính tốn tổn thất cơng suất trong mạng điện
Tổn thất cơng suất gây ra tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng
giá thành truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém.
5.4.1. Tổn thất cơng suất trên đường dây có một phụ tải tập trung

P,Q

Hình 5.10
Giả sử có một đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho một
phụ tải tập trung có cơng suất (P,Q) và hệ số công suất cos.
146


Như ta đã biết: khi có dịng điện 3 pha chạy qua dây dẫn có tổng trở Z = R+j X
thì tổn thất cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng là:
P = 3.I2R =

S2

P2  Q2

U

U2

.R 
2

Q = 3.I X =
2

S2
U2

.X 

(5.18)

.R

P2  Q2
U2

.X

(5.19)

Trong đó:

P- tổn thất cơng suất tác dụng, (MW);
Q- tổn thất công suất phản kháng, (MVAR);
S - công suất biểu kiến truyền tải trên đường dây, (MVA);
U- điện áp định mức của lưới điện, (kV);
R, X- tương ứng là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây, ().
b. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều

I

dl

I0

Hình 5.11
Khi tính tốn tổn thất cơng suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều, ta thay
phụ tải phân bố đều bằng một phụ tải tập trung đặt ở 1/3 đường dây tính từ nguồn.
5.5. Tổn thất cơng suất trong máy biến áp
Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất trong
lõi thép hay tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn hao đồng).
S  S 0  S cu

Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng
tổn thất không tải.
147


S0 = P0+j Q0;

(5.20)

I 0 %.S dm
;
100

(5.21)

với

Q0=

do đó :

S0 = P0+j

I 0 %.S dm
;
100

(5.22)

Trong đó:
P0 -tổn thất cơng suất tác dụng không tải;
Tổn thất công suất trong máy biến áp khi mang tải là định mức:
Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi tải là định mức:
Pcd đm= Pk;
- Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây khi tải là định mức:
Qcd đm= Qk=

U pk %. S dm
100

;

(5.23)

Trong đó:
Upk%- thành phần điện áp phản kháng của điện áp ngắn mạch, %.
Đối với máy biến áp có cơng suất Sđm  1000 kVA do xba  rba thì tổn thất cơng
suất phản kháng định mức trong dây quấn máy biến áp được xác định:
Qcd đm=

U N %.S dm
;
100

(5.24)

Vì khi máy biến áp làm việc thì phụ tải của máy biến áp (Spt) thường khác với
dung lượng định mức của máy biến áp, nên khi xác định tổn thất trong máy biến áp cần
chu ý đến hệ số mang tải:
kmt= Spt/ Sđm
Khi đó tổn thất trong các cuộn dây là:
148

(5.25)


Scuộndây = k mt2 .Pk+j k mt2

U pk %.S dm

100

;

(5.26)

Do vậy, tổn thất công suất trong máy biến áp khi phụ tải bất kỳ sẽ được xác định
theo công thức:
ST = ( P0 + k mt2 .Pk)+j (

U pk %.S dm
I 0 %.S dm
+ k mt2
);
100
100

(5.27)

5.6. Tổn thất điện năng trong mạng điện
Tổn thất điện áp dẫn đến điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng
đến chất lượng điện
Tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp
Tổn thất điện năng trên đường dây:
Tổn thất điện năng trên đường dây đựơc xác định như sau:
Add= Pdd.  , [kW.h];

( 5.28)

Trong đó:

Pdd- là tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây với phụ tải tính tốn.

 - thời gian chịu tổn thất cơng suất lớn nhất.
Tổn thất điện năng trong máy biến áp:
Đối với trạm biến áp có một máy biến áp thì tổn thất điện năng được xác định theo
công thức:
AT = P0.t + Pk(

S pt max
S dm

)2.  , [kw.h];

(5.29)

Nếu máy biến áp làm việc liên tục trong một năm t =8760h;
Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song thì tổn thất
điện năng đựợc tính theo cơng thức:
149


AT = n.P0.t +

S
1
Pk( pt max )2.  , [kW.h];
n
S dm

(5.30)

với t- thời gian vận hành thực tế của máy biến áp, h;
Nếu bình thường máy biến áp ln đóng vào mạng thì t = 8760 h.
Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi số
lượng máy biến áp tuỳ theo mức phụ tải (như hình vẽ) lúc ấy tổn thất diện năng của trạm
trong một năm được xác định:
m

m

i 1

i 1

AT = P0.  ni .t i + Pk. 

S
1
.( i )2.ti , [kW.h];
ni S dm

(5.31)

Ở đây: số máy biến áp làm việc trong thời gian t i
S(kVA)
t1
t2

S2

t3

Hình 5.12

8760 t(h)

5.7. Các phương pháp lựa chọn các dây dẫn, cáp trong mạng điện
Dây dẫn và cáp thường được chọn theo 2 điều kiện chủ yếu sau đây:
Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dịng nung nóng cho phép
Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép
Khi lựa chọn dây dẫn và cáp có thể dựa vào một trong 2 điều kiện trên và kiểm
tra theo điều kiện cịn lại. Ngồi ra, cịn có thể chọn dây dẫn và cáp theo mật độ dòng
điện kinh tế của mạng điện.
150


5.7.1. Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dịng nung nóng cho phép
Khi có dịng điện chạy qua dây dẫn hoặc dây cáp thì dây dẫn sẽ bị nóng nên, nếu
nhiệt độ của dây dẫn hoặc cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hoặc giảm tuổi thọ.
Mặt khác, độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống. Do vậy nhà chế tạo
qui định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn và cáp.
Do đó tiết diện dây dẫn và cáp được chọn phải thoả mãn điều kiện sau:
k1.k2.Icp  Ilvmax

(5.32)

Trong đó:
Ilvmax - Dịng làm việc cực đại của dây dẫn.;
Icp - Dòng cho phép ứng với dây dẫn chọn;
k1- Là hệ số kể tới nhiệt độ môi trường làm việc của dây dẫn và cáp khác với nhiệt

độ tiêu chuẩn +250C và mặt đất là +150C;
k2- Là hệ số kể tới số lượng cáp đặt cùng trong một rãnh.
Dòng điện cho phép Icp là dịng điện lớn nhất có thể chạy qua dây dẫn trong thời gian
không hạn chế và khơng làm cho nhiệt độ của nó vượt q trị số cho phép.
5.7.2. Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép
Đối với mạng trung và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải điện nên
vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng.
Vì vậy người ta lấy điều kiện tổn thất điện áp làm điều kiện đầu tiên để chọn tiết
diện dây dẫn và cáp. Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện dịng nung nóng cho phép.
Điều kiện tổn hao điện áp cho phép là:
Umax%  Ucp%
Trong đó:
151

(5.33)


Ucp% - Tổn thất điện áp cho phép (5% hoặc 2,5% tuỳ thuộc vào loại phụ tải)
Umax% - Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng.
5.7.2.1. Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện
ta xét một mạch điện đơn giản như hình vẽ:
P2

P1 -

pa- j qa

pb- j qb

Hình 5.13

theo cơng thức tính tổn thất điện áp trên đường dây ta có:
U =

1
U dm

n

 Pi ri  Q i x i  ,V

(5.34)

i 1

nếu toàn bộ đường dây cùng một tiết diện, cùng một vật liệu:
n

U 

r0  pi .Li
i 1

U dm

n



x0 . qi .Li
i 1

U dm

 U   U , V

(5.35)

Trong đó:
U’- Tổn thất điện áp do công suất tác dụng và điện trở của đường dây
gây nên;
U” - Tổn thất điện áp do công suất phản kháng và điện kháng của đường
dây gây nên.
Trong biểu thức trên nếu biết được x0, ta sẽ tính được thành phần tổn thất
điện áp U” nhờ biểu thức:
152


n

U” =

x0 . Qi .li
i 1

U dm

(5.36)

Giá trị điện kháng trên một km đường dây x0 nói chung ít thay đổi dù dây lớn hay
bé (x0= 0,3  0,43 /km). Do vậy có thể lấy một trị số trung bình nào đó để tính tốn

U”. Đối với đường dây trên khơng thì x0 trung bình có thể lấy bằng 0,4 /km, cịn đối
với đường dây cáp thì x0 = 0,07 /km.
Trị số tổn thất điện áp cho phép Ucp từ nguồn đến phụ tải xa nhất đã cho theo
yêu cầu của mạng điện. Do vậy ta tính U’ theo cơng thức:
U’ = Ucp - U”;

(5.37)

n

biết: U ' 

r0  p i .L i
i 1

U dm

thay r0 =1/F với  - điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn.

Do vậy, ta tính được tiết diện F như sau:
n

F

 Pi .l i
i 1

.U ' .U dm

(5.38)

Căn cứ vào trị số tính toán F, ta tra bảng chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần
nhất. đồng thời xác định được r0 và x0 ứng với dây dẫn đã chọn, tính lại tổn thất điện áp
sau cùng so sánh với Ucp. Nếu chưa đạt yêu cầu, ta hãy tăng một cấp và tính lại.
5.7.2.2. Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dịng khơng đổi
Khi xây dựng đường dây cùng một tiết diện trên tồn bộ chiều dài của nó sẽ đưa
đến việc sử dụng một khối lượng kim loại màu lớn. Do đó, nếu thời gian sử dụng cơng
suất cực đại Tmax là lớn, thì đối với mạng điện trung và hạ áp ta nên chọn dây dẫn theo
mật độ dòng khơng đổi. Lúc đó tổn thất cơng suất và điện năng sẽ bé nhất.
153


Ta xét đường dây có hai phụ tải như hình vẽ:
l2 ,

l 1 , F1

pa- j qa

pb- j qb

Hình 5.18
U’ = Ucp - U”,V

Ta biết:

Cho x0 một giá trị tuỳ ý trong khoảng giá trị của nó, ta tính được thành phần tổn
thất U” theo công thức:
n

U =
”

x0 . Qi .li
i 1

U dm

,

Với đường dây có hai phụ tải như trên ta có:
'
U '  U oa'  U ab


3.I 1 .l1 . cos 1
3.I 2 .l 2 . cos  2
;

 .F1
 .F2

(5.39)

Trong đó:
cos1, cos2- là hệ số cơng suất trên đoạn oa và ab của mạng đang xét.
Ta có định nghĩa về mật độ dịng điện J = I/ F, các đoạn dây đều chọn theo mật
độ dòng điện khơng đổi, nên ta có:
J

I1 I 2

,
F1 F2

(5.40)

Vậy:
U ' 

3
J.l1. cos 1  J.l 2 . cos  2 

154

(5.41)


Từ đây ta rút ra được:
J 

 .U '
3.l1 . cos  1  l 2 . cos  2 

(5.42)

Một cách tổng quát, đối với mạng điện có n phụ tải, thì mật độ được tính như
sau:
J

 .U '

(5.43)

n

3. li . cos i
i 1

Trong đó:
li và cosi - là chiều dài và hệ số công suất của đoạn thứ i;
Từ đây, ta xác định được tiết diện của đoạn dây dẫn thứ i cần chọn là:
Fi = I i / J

(5.44)

Cuối cùng, ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và bé hơn với tiết diện
tính tốn và kiểm tra lại theo điều tổn hao điện áp cho phép, nếu không thoả mãn ta cần
tăng tiết diện của dây dẫn nên một cấp.
5.7.2.3. Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu ít nhất
Khi xây dựng một đường dây, để hợp lý ta nên chọn mỗi đoạn một tiết diện khác
nhau, tất nhiên phải đảm bảo được tổn thất điện áp trên đường dây đó phải bé hơn tổn
thất điện áp cho phép. Do vậy ta sẽ giảm được tiêu tốn khối lượng kim loại màu.
Xét đường dây cung cấp cho hai phụ tải a,b như hình vẽ:
P2

P

r1, l1

r2, l2
pa- j qa

Hình 5.19
155

pb- j qb


Tổn thất điện áp cho phép từ 0 đến điểm cuối b là Ucp ta chọn x0 (/km) một
giá tuỳ ý, ta tính được U” và U’ = Ucp - U”.
Trong đó:
U’ - là tổn thất cơng suất do cơng suất tác dụng và điện trở gây ra trên hai đoạn
oa và ab.
 U '   U 'oa   U 'ab

(5.45)

Nếu ta biết  U oa' và U ab' thì ta sẽ tìm được Foa và Fabtheo hai biểu thức sau:
Foa 

Fab 

P1 .l1
. U 'oa .U dm
P2 .l 2
.U 'ab .U dm

;



(5.46)
P2 .l 2





. U  U 'oa .U dm

(5.47)

Khối lượng kim loại màu trên toàn bộ đường dây ab:
V=3.(Foa.l1+Fab.l2)

(5.48)

hay:
V

3
.U dm

 P1 .l12
P2 .l 22


 U '
U 'ab

oa



 3
  .U dm


 P1 .l12
P2 .l 22


'
'
'
 U oa U  U oa


 ;


(5.49)

Điều kiện để chi phí kim loại màu bé nhất là dậo hàm của V theo biến  U oa' rồi
cho bằng không. sau khi biến đổi và thay thế ta được:
Fab 

Foa 

P2

.U dm .U '
P1
.U dm .U '

. l1 p1  l 2 P2





(5.50)





(5.51)

. l1 p1  l 2 P2

156


Dựa vào tiết diện tính tốn, tra bảng tiết diện tiêu chuẩn, đối với dây dẫn đầu do
công suất truyền tải lớn nên chọn tiết diện gần nhất lớn hơn tiết diện tính tốn. cịn đối
với đoạn dây dẫn cuối nguồn nên chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn tiết diện tính
tốn. cuối cùng, cần kiểm tra xem tổn thất điện áp trên đường dây có bé hơn tổn thất điện
áp cho phép khơng.
5.7.3. Tính tốn mạng cáp hạ áp khu vực
Việc tính tốn mạng cáp cho khu vực hạ bao gồm các cơng việc sau:

Tính chọn cáp để đảm bảo theo điều kiện dịng nung nóng cho phép, điều kiện độ
bền về cơ học, điều kiện tổn hao điện áp cho phép. Sau đó kiểm tra theo điều kiện khởi
động của động cơ có cơng suất lớn nhất và xa nhất.
Chọn mã hiệu cáp để đảm bảo điều kiện vận hành an tồn trong mơi trường tuỳ
theo mỏ. Đối với cáp cao áp 6kv ngoài việc chọn tiết diện và mã hiệu cáp đảm bảo các
điều kiện trên còn cần chọn thêm theo hai điều kiện nữa:
Lựa chọn cáp theo điều kiện kinh tế;
Lựa chọn cáp theo điều kiện ổn định nhiệt.
5.7.3.1. Lựa chọn cáp theo điều kiện theo điều kiện dịng nung nóng cho phép
Điều kiện chọn tương tự như ở phần lựa chọn dây dẫn và cáp.
Vì mỗi một tiết diện của cáp chỉ có thể đảm bảo được điều kiện vận hành an toàn
với điều kiện có một dịng điện nhất định đi qua. Nếu chọn cáp khơng đúng dịng vượt
q giá trị định mức sẽ khơng đảm bảo điều kiện dịng nung nóng tức là cáp sẽ chóng bị
già hố cách điện làm giảm tuổi thọ, cịn chọn dịng q nhỏ sẽ khơng thoả mãn điều
kiện kinh tế.
Trong một số trường hợp dòng tính tốn được tính như sau:
Khi đường dây cung cấp cho một phụ tải thì dịng tính tốn được lấy bằng dòng
định mức của phụ tải:
157


Itt = Iđm =

Pdm .10 3
3.U dm . dm . cos  dm

,A

(5.52)

Trong đó:
Pđm- cơng suất định mức của phụ tải [kW];
Uđm- điện áp định mức của mạng [V];
d - hiệu suất định mức của phụ tải;
cos - hệ số công suất của phụ tải;
Khi đường dây cung cấp cho nhiều phụ tải
Itt =

k yc . Pdmi .10 3
3 .U dm . cos  tb

,A

(5.53)

Trong đó:
Pđmi- cơng suất định mức của phụ tải thứ i [kW];
Uđm - điện áp định mức của mạng [V];
kyc - là hệ số yêu cầu;
costb - hệ số cơng suất trung bình của các phụ tải.
5.7.3.2. Tính tốn mạng điện theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép
Trong quá trình làm việc nếu điện áp trên các cực của phụ tải (MBA, động cơ
điện, thiết bị chiếu sáng …) sai lệch quá nhiều so với định mức, sẽ ảnh hưởng đến khả
năng làm việc.
Trong ngành công nghiệp mỏ, phụ tải điện chủ yếu là các động cơ không đồng bộ,
chúng rất nhạy với sự dao động của điện áp. Vì mơ men quay tỉ lệ với bình phương của
điện áp. Khi tăng điện áp so với định mức, công suất phản kháng của động cơ không
158

đồng bộ tăng, làm cho hệ số công suất cos giảm và do đó tổn hao trong mạng điện
tăng.
Các phụ tải thắp sáng đặc biệt rất nhạy với dao động điện áp. Nếu điện áp tăng
10% so với định mức thì tuổi thọ của bóng đèn sợi đốt giảm đi 74%, còn nếu điện áp
giảm 5% so với định mức thì quang thơng giảm cịn 82,5%.
Trong thực tế vận hành, việc đảm bảo giá trị định mức trên cực phụ tải là khó có
khả năng hoặc khơng hợp lý về kinh tế, vì thế trong mạng điện hạ áp độ lệch điện áp
cho phép trên cực phụ tải là + 10% và - 5% so với định mức. Từ đó tổn hao điện áp cho
phép trong mạng hạ áp (từ máy biến áp đến cực phụ tải) là:
Ucpm = Uđba - 95% Uđm

(5.54)

Trong đó:
Uđba - điện áp định mức phía thứ cấp của máy biến áp khi không tải, với mạng
điện 380V thì:
Ucpm = 400 - 0,95.380 = 39V
5.7.3.3. Tính mạng theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép lúc làm việc bình thường
Trạng thái làm việc bình thường của mạng được xem là trạng thái tất các phụ tải
đang làm việc bình thường mà khơng ở trong chế độ khởi động.
Điều kiện tổn hao điện áp cho phép trong mạng là:
U = Uba+ Ucc+ Ucm Ucp
Trong đó:
Uba - tổn thất điện áp trong MBA, V;
Ucc - tổn thất điện áp trong cáp chính, V;
Ucm - tổn thất điện áp trong cáp mềm, V;
159

(5.55)

Ucp- tổn thất điện áp cho phép trong mạng, V;
Ucp= 5%.Uđm
Uđm- điện áp định mức của phụ tải, V.
Tổn hao điện áp trong MBA được xác định:
Uba= Uba%.

U dtc
100

(5.56)

Trong đó:
Uđtc - Điện áp định mức phía thứ cấp của MBA khi không tải ;
Uba% -Tổn hao điện áp phần trăm trong máy biến áp;
Uba% = (ua. costb+up.sintb),

(5.57)

 - là hệ số mang tải của máy biến áp, ( = Stt/Sđm);
ua = (Pn/Sđm).100% - thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch máy biến áp;
Pn - tổn hao công suất ngắn mạch của MBA khi tải định mức, kW;
Sđm - công suất định mức của máy biến áp, kVA;
U p% =

U



%   U a %  - thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch

2

N

2

MBA;
Un - điện áp ngắn mạch của máy biến áp, %;
costb - hệ số cơng suất trung bình thực tế của các phụ tải đấu vào MBA.
Từ đó ta có:
Ucc+ Ucm= Ucp- Uba

160

(5.58)


Thông thường chọn tiết diện cáp mềm Scm cung cấp cho động cơ có cơng suất lớn
nhất và xa nhất theo điều kiện dịng nung nóng cho phép hoặc theo điều kiện độ bền về
cơ học.
Từ đó tổn hao trong cáp mềm được xác định như sau:
Ucm = 3 .Iđc(rcm.cosđc + xcm.sinđc ),

(5.59)

Nếu bỏ qua điện kháng của đường dây:
Ucm =

Pdc .Lcm .10 3
;

 .S cm . dc

(5.60)

Trong đó:
Iđc - dòng định mức của động cơ, A;
Lcm- chiều dài của đoạn cáp mềm, m;
đc- hiệu suất của động cơ;
 = 1/  - điện dẫn suất của vật liệu làm lõi cáp, đối với cáp lõi đồng trong mỏ
hầm lò lấy: cu= 50 m/mm2.
Tổn hao điện áp cho phép trên đường cáp chính, được xác định:
Ucc= Ucp- Uba - Ucm

(5.61)

Trên hình vẽ là sơ đồ tính tốn mạng hạ áp theo điều kiện tổn hao điện áp cho
phép.

Ucc
Uba

Hình 5.21
161

Ucm


Do đó tiết diện của cáp chính được xác định theo biểu thức:
S cc 

k .k yc . Pdmi .Lcc .10 3

 .U dm .U cc

, mm2

(5.62)

Trong đó:
k - hệ số kể đến điện kháng của cáp;
kyc- hệ số yêu cầu của các phụ tải nối vào đường cáp chính;
Pđmi- tổng công suất định mức của các phụ tải đấu vào đường cáp chính, kW;
Lcc- chiều dài của đường cáp chính, m.
Như vậy tổn hao điện áp thực trên đường cáp chính được xác định:
U cc 

k .k yc . Pdmi .Lcc .10 3

 .U dm .S cc

,V

(5.63)

Tổn hao điện áp trên đường cáp mềm lúc này được xác định:
Ucm= Ucp- Uba - Ucc, V

(5.64)

Với giá trị Ucm sẽ xác định được tiết diện của cáp mềm, ví dụ của phụ tải thứ i

nào đó:
Pdci .Lcmi .10 3
Scmi =
, mm2
 .U dm .U cm

(5.65)

Từ đó chọn được tiết diện của cáp mềm cho các phụ tải còn lại.
Theo điều kiện vận hành, tiết diện của cáp trong mỏ hầm lò khơng được vượt q
120 mm2. Vì thế nếu Scc  120 mm2 thì chọn tiết diện cáp chính là tối đa và xác định
chiều dài cho phép của cáp chính, nghĩa là xác định được bước dịch chuyển của trạm
biến áp di động theo công thức:
Lcc 

 .S cc .U dm .U cc

k .k yc . Pdmi .10 3

162

,m

(5.66)