Bài giảng Hệ thống cung cấp điện: Chương 5 - Tính toán về điện trong hệ thống cung cấp điện

175

5.1 Khái niệm chung
5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
5.4 Tổn thất điện áp trên mạng điện
5.5 Tổn thất công suất trên mạng điện
5.6 Tổn thất điện năng trên mạng điện


5.1 Khái niệm chung
176

Nội dung chính chương 5

Truyền tải điện năng
gây tổn thất điện áp

Sau khi thiết kế, cần kiểm tra xem các thông số chế độ của hệ thống cung cấp
điện bao gồm điện áp tại các nút và dịng cơng suất trên tất cả các nhánh của sơ
đồ cung cấp điện có đảm bảo yêu cầu chất lượng điện năng hay không?


5.1 Khái niệm chung
177

Nội dung chính chương 5 (tiếp)
Tính tốn các thông số của mạng điện trong chế độ xác lập

.
U1

-

.
S1

I. 12
.
∆U12

.
S2 .
U2

.
∆S12 ∆A12

Xác định dịng cơng suất (chiều và trị số) → xác định được mức độ
mang tải của thiết bị (quá tải hay không)
Xác định tổn thất điện áp (∆U) và U tại các nút trên mạng điện →
chất lượng điện áp tại các nút.
Xác định tổn thất công suất (∆P) và tổn thất điện năng (∆A) trên
mạng điện

Chế độ xác lập: là chế độ tồn tại lâu dài, các thông số chế độ (U, I, P, Q, f,
…) biến đổi chậm quanh giá trị trung bình.

→ Thành lập sơ đồ thay thế của mạng điện để tính tốn các

thơng số chế độ xác lập

5.1 Khái niệm chung
178

Bài tốn đặt ra
•

•

Số liệu ban đầu
–

Sơ đồ lưới điện,

–
–
–

Các thông số của đường dây và máy biến áp,
Điện áp nguồn Uo
Công suất các nút phụ tải.

Nhiệm vụ tính tốn
–
–

Dịng điện và cơng suất chạy trên các nhánh
Tổn thất công suất trên các nhánh

–

–

Tổn thất điện áp các nhánh và điện áp các nút trên lưới.
Tổn thất điện năng trên lưới điện.


179

5.1 Khái niệm chung
5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
5.3 Tổn thất điện áp trên mạng điện
5.4 Tổn thất công suất trên mạng điện
5.5 Tổn thất điện năng trên mạng điện


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
180

1. Sơ đồ thay thế đường dây
Thông số đường dây đặc trưng cho quá trình vật lý xảy ra trong dây dẫn
khi có điện áp đặt lên hoặc dịng điện xoay chiều đi qua.
–

Phát nóng do hiệu ứng Joule: Điện trở (r0)

–

Dòng điện XC gây nên từ trường tự cảm của từng dây dẫn và hỗ
cảm giữa các dây dẫn với nhau. Điện kháng (x0)

–

Điện áp cao áp gây ra điện trường lớn trên bề mặt dây dẫn (hiện
tượng ion hóa khơng khí quanh dây dẫn, hiện tượng vầng quang)
gây ra tổn hao: Điện dẫn (go)

–

Điện áp xoay chiều gây nên điện trường giữa các dây dẫn với
nhau và với đất như các bản tụ điện: Dung dẫn (b0)


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
181

1. Sơ đồ thay thế đường dây
Sơ đồ thay thế và cách xác định các thông số
– Mạng 2 cửa hình 


Tổng trở: Z=R+jX=(r0+jx0).l



Tổng dẫn: Y=G+jB=(g0+jb0).l



(l: Chiều dài, km)

Dung dẫn

Điện trở

C
2

Điện kháng

R

L

G

C

2

2

G
2

Điện dẫn


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
182

1. Sơ đồ thay thế đường dây
Sơ đồ thay thế và cách xác định các thơng số
•

C

Điện trở

2

–

Điện trở một chiều (/m):

–

Điện trở thay đổi theo nhiệt độ:

R t  R 0 [1  α(t  t 0 )]

R

L

G

C

2

2

2

 : Điện trở suất của dây dẫn (.m)

F : Thiết diện dây dẫn (m2)

t0 : Nhiệt độ thiết kế (20oC)

R0 : Điện trở ở t0 ()
 : Hệ số nhiệt của điện trở
–

G

Điện trở xoay chiều: mật độ dòng điện phân bố không đều do hiệu
ứng bề mặt, Rxc > Rdc. Ở tần số 50Hz, sự khác nhau khơng đáng
kể (~0÷2%) nêu coi Rxc~Rdc

Trong thiết kế, tra điện trở đơn vị r0 do nhà sản xuất cung cấp.
RD = r0l


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
183

1. Sơ đồ thay thế đường dây

R

L

G

C

Sơ đồ thay thế và cách xác định các thơng số
•

Điện kháng

Trong thiết kế, tra điện kháng đơn vị x0 do nhà
sản xuất cung cấp.
XD = x0l

C
2

2

2

G
2


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
184

1. Sơ đồ thay thế đường dây
Sơ đồ thay thế và cách xác định các thơng số

Dung dẫn

•

C
2

2 ε 0
10 9
C

Dm
D
ln
18  ln m
r
r

(F/km) ;

1
Xc 
2fC

R

L

G

C

2

2

(/km)

1
( ε0 
F/m)
9
36    10
Bán kính ngồi của dây dẫn (m)

0 : Khoảng cách khơng gian
r:

Dm : Khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn (GMD) (m)
•

Điện dẫn

Pc 0
G 2
Un

(1/km)

Pc0 :

Suất tổn thất vầng quang (W/km)

Un :

Điện áp định mức (kV)

G
2


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
185

1. Sơ đồ thay thế đường dây

Tổng trở của đường dây có n mạch song song:


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
187

2. Sơ đồ thay thế MBA
Sơ đồ thay thế
RB

Cấu tạo:

1.
2.
3.
4.

Cuộn dây
Lõi thép
Dầu MBA
Vỏ máy

Đặc trưng vật lý của các thông số MBA
ZB : đặc trưng cho tổn thất trên cuộn dây của MBA
(phát nóng, từ hóa 2 cuộn dây)
∆S0: Tổn thất trong Lõi thép (tổn thất không tải)
Rb, Xb:
Rc:
Xm:

Điện trở và điện kháng vòng dây
Điện trở do tổn thất trong lõi thép
Điện kháng do từ trường

Xm

XB

Rc

Sơ đồ thay thế gần đúng
UC ZB = RB + jXB

UH

S0

MBA lý tưởng
đ
đ


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
188

2. Sơ đồ thay thế MBA
Sơ đồ thay thế và cách xác định các thông số
Các số liệu kỹ thuật của MBA 2 cuộn dây
- Điện áp định mức: Ucđm/ Uhđm (kV)
- Công suất định mức: Sđm (kVA)
- Các thông số kỹ thuật thí nghiệm MBA
+ Thí nghiệm ngắn mạch (∆PN , UN%)
+ Thí nghiệm khơng tải (∆P0 , I0%)

 được cung cấp bởi nhà sản xuất
𝑏

đ
đ
đ
đ
đ

INM = Iđm

TN ngắn mạch

∆P0

TN khơng tải

PN, P0: Tổn thất có tải và khơng tải
UN%:
Điện áp ngắn mạch (%)
I0:
Dịng điện khơng tải (từ trường)

Sơ đồ m MBA làm việc //

,


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
189

3. Ví dụ
Lập sơ đồ thay thế của mạng điện sau
- Uđm = 22kV (Dtb = 2,5m)
- B1: Sđm = 2500 kVA; Uđm 22/ 0,4kV
- B2: Sđm = 1000 kVA; Uđm 22/0,4kV

∆P0

∆PN
(kW) (kW)

I0%

U N%

0,396

Sđm
MBA
(kVA)

0,379

1000

1,57

9,5

1,3

5

2500

3,3

20,41

0,8

6

Loại dây

ro (Ω/km) xo (Ω/km)

AC-70

0,46

AC-120

0,24


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
190

3. Ví dụ
Giải
0

Z01

Z12

1

.
ΔS01

Z13

3
.
S1

2
.
ΔS02

Z24

4
.
S2


5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
191

3. Ví dụ
Kết quả
Z01 = 0,72 +j 1,137 (Ω)

∆S01 = 6,6 +j 40 (kVA)

Z12 = 1,84 +j 1,584 (Ω)

∆S02 = 1,57 +j 13 (kVA)

Z13 = 0,79 +j 5,81 (Ω)

S1 = 800 +j 600(kVA)

Z24 = 4,6 +j 24,2 (Ω)

S2 = 300 +j 400 (kVA)


192

5.1 Khái niệm chung
5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
5.4 Tổn thất điện áp trên mạng điện
5.5 Tổn thất công suất trên mạng điện
5.6 Tổn thất điện năng trên mạng điện


5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
193

Trong lưới cung cấp điện, cho phép Bỏ qua tổn thất công suất khi
tính tốn dịng cơng suất chạy trong mạng điện
* Mạng điện hở → đã biết chiều dịng cơng suất
193 Ngun tắc chung: Tính từ phía phụ tải về

phía nguồn và áp dụng định luật Kirchoff I tại
các nút:

6

.
S6

Tổng dịng cơng suất vào bằng tổng dịng
cơng suất ra

.
S5

5

.
7 S7

Dịng cơng suất trên các nhánh:

0
V0

1

2

S 24  S 4
S 23  S 3

S 56  S 6
S 57  S 7
S 12  S 2  S 22  S 24  S 2  S 3  S 4

S 15  S 5  S 56  S 57  S 5  S 6  S 7
S 01  S 1  S 12  S 15  S 1  S 2  S 3  S 4  S 5  S 6  S 7

.
S1

.
S2

.
3 S3

.
S4
4


5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
194

Trong lưới cung cấp điện, cho phép Bỏ qua tổn thất công suất khi tính
tốn dịng cơng suất chạy trong mạng điện
0
* Mạng điện kín→ chưa biết chiều dịng cơng suất
194

Bài tốn→ Biết

1,

2

cần tìm

01,

02,

S 01

12

Nguyên tắc chung: Áp dụng định luật Kirchoff
I, II để tìm dịng cơng suất chảy trên các nhánh

(1)

S 02  S 12  S 2  0

(2)

S 12

1

Định luật Kirchhoff I tại nút phụ tải 1 và 2

S 01  S 12  S 1  0

S 02

S 1

S 2

Định luật Kirchhoff II cho mạch vịng
Trong đó




S 01
S 01
I01 


3 U0
3 Ur



I12 

S12
3 Ur



I02 

S 02
3 Ur

2

(3)






 S 01 .Z 01  S12 .Z12  S 02 .Z02  0 (3’)


5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
195

0

Giải hệ 3pt, 3 ẩn số suy ra nghiệm

S 01

195

∗

∗

S 02

S 12

∗

1

S 1

2

S 2

.

1

Điểm phân công suất


5.3 Phân bố cơng suất trên mạng điện
196

Lưới kín dạng tổng quát có n nút, trong đó n-1 nút là nút phụ tải, nút 0≡n là
nút nguồn

196

Công suất trên hai nhánh đầu tiên nối với nút nguồn
n 1
Si .Zˆi,n

S0,1  i 1
Zˆ 
n 1

S0,n 1 

 S .Zˆ
i 1

i

Zˆ 


0,i


5.3 Tổn thất điện áp trên mạng điện
197

Bài tập
Tính phân bố dịng cơng suất trên mạng điện sau
Hai phụ tải 1 và 2 lấy điện từ lưới 35kV
S1 = 25+j20 MVA

S2 = 15+j12 MVA
Thông số đường dây:
- Đoạn 01: AC-120, 30km
- Đoạn 12: AC-95, 30km
- Đoạn 02: AC-95, 40km


199

5.1 Khái niệm chung
5.2 Sơ đồ thay thế của hệ thống cung cấp điện
5.3 Phân bố công suất trên mạng điện
5.4 Tổn thất điện áp trên mạng điện
5.5 Tổn thất công suất trên mạng điện
5.6 Tổn thất điện năng trên mạng điện


5.4 Tổn thất điện áp trên mạng điện
200

a. Công thức tổng quát
Biểu diễn véc tơ

Sơ đồ thay thế
R+jX

VS

VL
PL+jQL

P+jQ
.
I

.
U1

.
U2

.
∆U12
)

I* →
S* = P - jQ
=

(

Coi

)(
∗

)

đ𝑚

=

(

∗
. ∗

)

+j

(

)

(

)

=

(

)

→ Số thực


5.4 Tổn thất điện áp trên mạng điện
201

a. Công thức tổng quát
* Một số giả thiết gần đúng khi tính tổn thất điện cho lưới CCĐ

1. Khi tính tổn thất ∆V coi điện áp lưới bằng Vđm
2. Bỏ qua tổn thất cơng suất → dịng cơng suất là dịng cung cấp cho các phụ tải
3. Trong biểu thức tính ∆ bỏ qua thành phần ảo do có giá trị nhỏ

Kết luận

=
V

R, X:
V1:
V2:
V:

Điện trở và điện kháng
Điện áp nút 1 (điện áp dây)
Điện áp nút 2 (điện áp dây)
Điện áp định mức của mạng điện (điện
áp dây)
I:
Dòng tải ( trên 1 pha)
P, Q: công suất tải 3 pha kW và kVAr chạy
trên đoạn đường dây giữa hai nút
( cần phân biệt với công suất phụ tải – xem
slide tiếp theo)