Giáo trình thiết kế hệ thống điện

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HỊ CHÍ MINH

KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

GIÁO TRÌNH

THIET KE HE THONG DIEN

TP HO CHi MINH 2008


Trường Đại Học Công Nghiệp

Khoa Diện
CHUONG

1

TONG QUAN VE THIET KE HE THONG ĐIỆN
1.1 GIỚI THỊ
Thiết kế hệ thống là quá trình xem xét hệ thống như một tổng thể và lựa chọn

các phần tử của hệ thống sao cho các phần tử này đáp ứng yêu cẩu kỹ thuật. vận
hành an tồn và kinh tế.
Trong tình huống như vậy, tồn hệ thống đều có tính kinh tế khơng loại trừ một
phan tử nào (sản xuất, truyền tải và phân phối). Các yêu cầu vận hành hệ thông điện
được xem xét và thực hiện trên nền tảng của các phần tử trong hệ thống điện.
Can nghiên cứu các yếu tố sau trong hệ thống điện
1. Dữ liệu về tải, độ lớn và tỷ lệ phát
. thiết kế chỉ tiết các

bị nhà máy

te
. Thiết kế đường dây và lưới truyền tải để truyền cơng suất qua một khoảng
đích cho trước, thỏa mãn điều kiện kỹ thuật và các đặc tính điện yêu cầu.
3. Thi
lệ thống phân phối

4. Nối kết hệ thống

5. Chọn điện áp: điều khiển hệ thống gồm có điều khiển điện áp. diểu khién tai
tác dụng và tải kháng. tổn hao hệ thông.
6. Bù đường dây , các nghiên cứu về sự ổn định và độ tỉn cậy của hệ thống
7. Phác họa lưới điện và kết hợp chúng để có thiết kể tốt hơn.
8. Chọn cầu trúc hệ thống thanh cái
9. Thiết kế bảo vệ hệ thống: bảo vệ sự cố, bảo vệ chồng sét

Sử dụng máy tính và các cơng cụ phân tích lưới điện AC để tính tốn các chế dơ
vận hành hệ thơng nhà máy và đưa ra chế độ vận hành hiệu quả nhất
Ngoài

các yếu tố kỹ thuật

vận hành đáng tin cậy và kinh

thống còn được thiết kế và lên kế họach đề cỏ sự.

1.2. CHỌN CƠNG ST VÀ VỊ TRÍ NHÀ MÁY ĐIỆN

1.2.1. Cơng suất tổ máy phát điện

Khi trong nhiệm vụ thiết kế phải chọn số lượng và công suất máy phát điện. cản.

chúý

các điểm sau đây:

-_ Máy phát điện có cơng suất càng lớn thì vốn đầu tư. tiêu hao nhiên liệu dẻ
sản xuất ra một đơn vị điện năng. và chỉ phí vận hành hằng năm càng nhỏ
~_ Để thuận tiện cho việc xây dựng cũng như vận hành về sau, nên chọn các
máy phát điện cùng loại.

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

-1-


Trường Đại Học Công Nghiệp

~

Khoa Điện

Chọn điện áp định mức của máy phát lớn thì dịng điện định mức, dịng điện

ngắn mạch ở cấp
điện lớn hơn.

Do đó, ngày nay
thống điện lớn. Cơng
cơng suất phát ra, và

có thể thiết kế cơng

điện

áp này

sẽ nhỏ

và do đó sẽ dễ dàng

chọn

các

khí cụ

có khuynh | hướng tăng công suất tổ máy để phù hợp với hệ
suất của mỗi tổ máy lớn sẽ làm giảm giá thành trên mỗi đơn vị
hiệu suất nhà máy tăng lên trong hệ thống diện có tổn thất lớn
suất tổ máy lớn hơn, công suất tổ máy lớn nhất không được

vượt quá 5% tải đỉnh của hệ thống.
Hình bên

giới thiệu quan

với điện thế truyền tải.

hệ giữa công

suất tố máy

lớn nhất

đặt theo

hệ thống

Hình
1.2.2 Vị trí các nhà máy điện
4

Vị trí các nhà máy

điện được quyết định bởi các nguồn

Các

điện phải

nước,

nhiên

liệu. hệ

thống giao thơng có sẵn.. và chỉ phí của nhà máy, Các nhà máy cỡ lớn khó đặt hoặc
xây dựng ở gần hoặc ngay trung tâm tải. Nhà máy hơi nước thường đặt gần ở các
mỏ than và truyền điện năng đi xa nhờ đường dây cao áp. Điều này làm phát triển
đường dây cao áp

nhà

máy

thủy

được

đặt ở những

nơi

có trữ lượng

nên cũng cẩn hệ thông truyền tải để đưa công suất về trung tâm tải.

nước

củo.

1.3. CHỌN DUONG DAY VA DAC TINH KY THUAT DUONG DAY
Thiết kế đường dây cần chon cấp điện áp phù hợp để truyền công suất cân
thiết qua khoảng cách cho trước, duy trì độ sụt áp và tổn hao trong giới hạn cho

phép.

Lựa chọn cỡ dây, cách bố trí, khỏang cách các dây dẫn pha, lọai sứ, phối hợp

cách điện.. . phải được xét trước. Các đặc tính nêu trên sẽ là van đề cần xem

trong việc thiết kế đường dây truyền tải EHV

và UHV

xét

khi truyền công suất lớn.

kỹ

1.4. CONG SUAT VÀ VỊ TRÍ CÁC TRAM BIEN AP
Vị trí của trạm truyền tải, trạm nhận và trạm phân phối được quyết định bơi
công suất được phân phối trên từng đọan cho trước, điện áp hệ thống, điện áp rơi và
độ sụt áp. Công suất máy biến áp được quyết định bởi công suất của mỗi mạch.
1.4.1 Chọn máy biến áp:
Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng, Trong hệ thống điện. tông công
suất các máy biến áp rất lớn và bằng khỏang 4 đến 5 lần tổng công suất các máy
phát điện.
vi vay, vốn dầu tư cho máy biến áp cũng vất, nhiều. Người ta mong, muốn
chọn số lượng máy biến áp ít và cơng suất nhỏ mả vẫn đảm bảo an toàn cung cấp
điện cho các hộ tiêu thụ.
Chọn

máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp là chọn loại. số lượng.

công suất định mức và hệ số máy biến áp.
1.4.2 Vị trí các trạm phụ

Giáo Trình Thiết KẾ Hệ Thơng Diện

-2-


Trường Đại Học Công Nghiệp

Khoa Điện

Các điểm sau cần phải được xem xét khi chọn vị trí trạm:

1. Càng gần trung tâm tải càng tốt
2. Đặt ở vị trí sao cho các tải tiềm năng trong tương lai được đưa đến thuận lợi.
không phụ thuộc vào độ sụt áp

3. Tiếp cận đễ dàng với đường dây truyền đến và đường dây phân phối đi ra
4. Cho phép mở rộng

$5, Gia đất xây dựng trạm
6. Tải của trạm phải trong một giới hạn sao cho có một khu. vực lớn hay một số
các hộ tiêu thụ không bị ảnh hưởng trong trường hợp trạm bị cắt.
Vị trí các trạm có thể là trong nhà, ngoài trời hoặc ngâm dưới đất. Các trạm
ngâm dành cho các trạm thành phố lớn, đông đúc và khơng gian có giới hạn. Các
trạm trong nhà cần xây dựng nhà để chứa thiết bị.
Các trạm ngoài trời thì hd biến, các thiết bị sắp xếp bên ngịai và có thể chịu
được thời tiết xấu nhất. Ưu điểm của chúng chỉ phí các thiết bị máy cắt và máy biến
áp rẻ hơn các trạm trong nhà. Ngoài ra, các điều kiện kiểm tra và bảo trì của trạm
ngịai trời phải tốt hơn trạm trong nhà.
1.4.3 Các thiết bị chính ở các trạm

- Đường dây đến: cung cắp điện năng cho các trạm lấy từ nguồn máy phát hay các
đường dây cao áp.

- Thiết bị đồng cắt cách a cách ly các đường dây, cho phép sữa chữa, bảo trì hay
kiểm tra thiết bị khi cần thiết. Dao cách li được khóa liên động với máy cắt dẻ ngăn
hoạt động có tải. dao cách li vận hành bằng tay từ mặt đất.
- Thanh

cái ngoài trời: làm bằng các ống nhôm

doan dây dẫn mềm

được sử dụng làm thanh cái.

hay đồng

rồng ruột. Đơi

khi các

- Máy cắt: Có thể là máy cắt nén khí hay máy cắt đầu. các máy cắt có thế là máy cát
một pha, được kết

nối về cơ

mạch điều khiển điện áp DC

khí và họat động

đồng

thời bởi

một

cuộn

dây

từ tính

115V hay 230V. Trong một SỐ trường hợp. máy cắt 3

pha được sử dụng cho các cấp điện áp thấp hơn.

- Máy biển áp: là 3 méy bién ap 1 pha hay chỉ một máy. biến áp 3 pha phụ thuộc vào
công suất và yêu cầu của trạm. Có thể sử dụng máy biến áp làm mát bằng dầu hoặc
bằng, khơng khí. Sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây hay 3 cuộn dây tùy thuộc vào
yêu cầu.
- Máy biến áp nối đất và tự aang

có cuộn thứ ba dành
áp được nối đất. Máy

may bién áp có cuộn nối sao nối vào các pha va

cho các thiết bị tự dùng trong trạm. Trung tính cao áp hay hạ
biến áp được nối nhu vậy để tạo ra điểm nồi đất hệ thông.

- Các máy BŨ và BỊ: dùng đề sử dụng đo lường và bảo vệ role.
- Đường dây ra: sau khi hạ áp xuống cấp điện áp yêu cầu, các đường dây sẽ di ru
khỏi trạm. Với các trạm trong nhà, việc đóng cắt sẽ qua các thiết bị đóng cắt cao áp

và hạ áp, các đường vào và ra phải là đường dây cáp.

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thơng Điện

-3-


Trường Đại Học Cơng Nghiệp

.

Khoa

- Phịng điều khiển: có các bàng thiết bị, điều khiển các mạch

họat động khác

nhau.

Điện

- Bộ chống sét: bảo vệ các thiết bị điện chính khỏi các ảnh hưởng nguy hiểm từ các
xung bất thường trong hệ thống và các động sét.

1.5. LIÊN KÉT TRONG HỆ THÓNG ĐIỆN
Nối kết một

số nhà máy

tạo ra nhiều ưu điểm. Nối

kết hai

hay nhiều nhà máy

điện làm giảm công suất phát yêu ‹ cầu so với công suất yêu cầu khi khơng nối kết.

Các ưu điểm này

được

vận dụng tốt khi tồn bộ hệ thống được

khi đỉnh tải mỗi hệ thống xảy ra vào những thời điểm khác nhau.

nối kết đặc biệt hơn

Những ưu điểm của việc liên kết trong hệ thống
1

iét kiệm công suất dự trữ.

2. Trao đổi điện năng giữa một hệ thống và các hệ thống khác khi có sự thay
đổi về yeu cầu của tải trong từng vùng tương ứng, làm cho việc truyền tái điện

kinh tế hơn.

3. Tận dụng tốt hơn các điều kiện và các ngudn tai nguyên

thống nối kết,

có sẵn trong mỗi

hệ

4. Nối kết các hệ thống đảm bảo độ tin cậy cun cấp điện cho các hộ tiêu thụ
nhiều hon, Trong trường hợp sự cô hay mất kết nối của một hệ thống. công

suất có thể được cung cắp từ hệ thống kết nối khác.

Khi quy họach và thiết kế hệ thống điện cần nghiên cứu hiệu quả của việc kế
nỗi hệ thông như: chọn cấp điện áp liên kết, truyền tải kinh tế, khỏang cách liên kết.
điều khiển điện áp, ôn định hệ thống. độ tin cậy.

1.6 SỬ DỤNG MÁY TÍNH VÀ CƠNG CỤ PHÂN TÍCH LƯỚI AC
Tính tốn vận hành hệ thống với tải và việc kết nối các phần tử hệ thống cho

trước, các phân tích chỉ tiết được tính tốn nhanh chóng do sử dụng máy vi tính và
các cơng cụ phân tích lưới AC. Các cơng cụ này giúp tải vận hành hệ thống trong.
các điều kiện hoạt động với các lọai thiết bị của hệ thống.

Với các thiết bị công cụ hiện đại để điều khiển

nhanh, hệ thống

nền kinh tê.

Thiết
đường dây.
mang, bằng

phân tử của

được

hệ thống và trợ giúp tính tốn

vận hành với các ưu điểm tốt nhất và họat động tốt đến toàn

kế hệ thống là một chủ đề lớn, phạm vì giáo trình chủ yếu là tính toán
Các nghiên cứu kinh tế và kỹ thuật được thực hiện đề giải bài Joan
máy tính để tìm ra cách phân phối tải hợp lí nhất, lựa chọn kinh tế các
hệ thống

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thơng Điện

-4-


Trường Đại Học Công Nghiệp.

Khoa Điện
CHƯƠNG

2

DAC TINH PHY T.
2.1 PHAN TICH PHY TAI

Phy tai dign 1a s6 liệu ban đầu để giải quyết những vấn đề tổng hợp kinh t

kỹ thuật phức

tạp khi thiết kế mạng điện. Xác định phụ tải điện là

giai đọan dầu tiên

khi thiết kế hệ thống nhằm mục đích vạch ra sơ đồ. lựa chọn và kiêm tra các phân tứ
của mạng điện như: máy phát, đường dây, máy biển áp và các chỉ tiêu kinh tế kỳ
thuật.
Phụ tải phân thành 3 loại:

~ Loại một: bao gồm các phụ tải quan trọng. Việc ngưng cung cấp diện cho các phụ
tải loại này có thẻ nguy hiểm cho tính mạng con người, thiệt hại đến sản xuất.ảnh
hưởng đến an ninh quốc phòng.
~ Loại hai: Bao gồm những phụ tải tuy quan trọng nhưng việc mắt điện chỉ gây
giảm sút về số lượng sản phẩm.
- Loại ba: bao gồm các phụ tải không quan trọng. việc mắt điện không gây ra hậu

quá nghiêm trọng.
Tủy theo yêu cầu sử dụng mà ta có các loại đồ thị phụ tái khác nhau: đỗ thị phụ !
tác dụng P(), đồ thị công suất phản kháng Q(). đồ thị điện năng tiêu thụ A(). Nếu
phân theo thời gian để khảo sát thì ta có đỗ thị phụ tải hằng ngày. hang thang, hing
năm.

2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG VÀ HỆ SO TÍNH TỐN THƯỜNG GẠP.
2.2.1 Công suất định mức:

Công suất định mức của thiết bị thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch hoặc

trên thẻ máy. Đối với động cơ, công suất định mức ghỉ trên thẻ máy chính là cơng

suất cơ ghỉ trên trục của động cơ. Mỗi liên hệ giữa công suất định mức vả công suất
đầu ra của động cơ được liên hệ với nhau qua biểu thức:
Pam = Page - Nee

Pay: La cong suat dat cia dong co.

Tạ. : Là hiệu suất của động cơ
2.2.2 Phụ tải trung bình P„,

Phụ tải trung bình là một đặc trưng của phụ tải trong một khoảng thời gian
nào đó. Tơng của phụ tải trung bình của các thiết bị sẽ được đánh giá giới hạn của
phụ tải tính tốn. Cơng thức đùng để tính phụ tài trung bình là:
W
Po t
Trong đỏ: W là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát
+ là thời gian khảo sát (h)

—ễ———_——————
Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thông Điện


Trường Đại Học Cơng Nghiệp.

Khoa Điền

Đối với một nhóm thiết bị, phụ tải trung bình của nhóm thiết bị tính theo

công thức sau:

ty ~Šb,

_ Từ các giá trị của phụ tải trung bình ta có thể xác định dược phụ tai tinh toán.
tinh tổn thất điện năng. Phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca lam việc.
một tháng hoặc một năm.
2.2.3 Phụ tải cực đại P„.,

Phụ tải cực đại chia ra làm 2 nhóm:

a> Phụ tải cực đại P„„„

: Là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời

sian tương đối ngắn, thời gian được tính khoảng 5-10 đến 20 phút tương ứng với
một ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày. Phụ tải cực đại đơi khi cũng dược.
dùng như phụ tải tính tốn
Phụ tải cực đại dùng để tính tốn thất cơng suất lớn nhất, để chọn thiết

đây dẫn.

n. chọn

b> Phụ tải đình nhọn Pạ, : Là phụ tải cực đại xuất hiện từ 1-2s. Phụ tải định nhọn

được dùng để kiểm tra điều kiện tự khởi động của động cơ. dùng dé kiém tra cau

chì. Phụ tài định nhọn thường xây ra khi động cơ khởi động.
2.2.4 Phụ tải tính tốn P„

Là thành phần chủ yếu để chọn thiết bị trong cung cấp điện
Phụ tải tính tốn là phụ tải giả thiết không đổi và được xem như là tương.

đương với phụ tải thực tế. Khi chọn phụ tải tính tốn phải đảm bảo an toàn.

Sự phát nhiệt của các thiết bị thường dao động trong khoảng 30 phút vì vậy

thường lấy trị số trung bình của phụ tải lớn nhất trong khoảng thời gian 30 phút đẻ

làm phụ tải tính tốn ( cịn gọi là phụ tải nửa giờ)
>

Hệ

Hệ số sử dụng K„„

số K„¿ là tỉ số giữa nhu cầu sử dụng công suất cực đại trên công suất dịnh

mức của hệ thơng.

Cơng suất định mức của hệ

Thư

thống có thể được chọn theo trị số nhỏ nhất trong

các công suất tính theo điều kiện phát nóng và điều

kiện sụt áp.

> Hé sé phy tai ky

Hệ số phụ tải là tỉ số giữa cơng suất tải trung bình trên cơng suất tải cực dại

trong khoảng thời gian khảo sát
Vì vậy
kp = Pup/ Pines

k,
me

Pray XT

T cé thé [a ngay, tuan, thang , nim.
> Hệ số cực đại kmex

=——————————Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thông Điện

-6-


Khoa Đi
Nghiệp. ——————
Công NEC
Học —
Đại Hoc
Trườngg Dai
—
Cbg
—
—
Truon

XÉL
Là tỉ số giữa phụ tải tính tốn và phụ tải trung bình trong khoảng thời gianthuộc

Hệ số cực đại phụ
Hệ số cực đại tính với một ca làm việc có phụ tải lớn nhất.
bị hiệu quả được dịnh
bị hiệu quả và hệ số sử dụng Kạ¿. Số thiết
là số thiết bị có củng chế độ.
Kms= Pu/P
.

>_ Hệ số nhu cầu kạc

Hệ số nhụ cầu là tỉ số giữa công suất tiêu thụ tải cực đại trên

nghĩa

tổng công suat dink

mức nổi với hệ thống. Hệ số nhu cẩu tiêu thụ của tải có thể tính từng phần của hệ
thống như trong phụ tải cơng nghiệp và thương mại. Kạc < Ì
Kpe= Keav.kai

3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐI
2.3.1 Xác định phụ tải h tốn P„ theo cơng suất đặt và hệ số nhu cầu :

P=

Cơng thức tính:

Pu tro

S, a =/P? ++93Qi

Py
me.

Mat cach gan ding c6 thé lay Pa =Pam

Do dé

Py ake DP

phải tính
Nếu trong nhóm thiết bị mà hệ số cos của các thiết bị khác nhau thì ta

coso trung bình theo công thức sau:

0; + + P, COSỢ,

những phương pháp được
Uu diém: don giãn. thuận tiện nên nó là một trong
sử dụng rộng rỉ
nhu cầu kiểm tra trong số (ax
số
Nhược điểm: chủ u là kém chính xác vì hệ chế
độ vận hành và số thiết bị
1ä một số liệu cho trước cố định, không phụ thuộc vào
cầu: K„; = Ka « Kins
trong nhóm. theo cơng thức xác định như

vị diện
2.3.2 Xác định phụ tải tính tốn theo sơng suất phụ tải rên một đơn
tích sản xuất
Cơng thức :

Trong đó

|

Po : suat tiéu thy dign nang trén | mẺ sản xuất(KwW/mẺ )

E: diện tích sản xuất (m’) ( là diện tích để lắp đặt may)

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thơng Điện


Truong Đại Học Cơng Nghiệp

Khoa Điện

Giá trị Po có thể tra trong số tay. Giá trị Pạ của từng hộ tiêu thụ do kinh nghiệm
vận hành thống kê lại mà có.

Phương pháp này chỉ cho kết qủa gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong
giai đoạn thiết kê Sơ bộ. Nó cũng được dùng để tính phụ tái các phân xưởng có mật

độ máy móc sản xuất tương đối đều,
Vidu

Xác định phụ tải tính tốn của phân xưởng gia cơng nguội của nhà máy

cơ khí. Cho biết sọ= 0.3 KVA/mể, diện tích phân xưởng F = 13.000m”
Phụ tải tính toán: S„= Sạ.F = 03 x 13.000 = 3900kva.

2.3.3 Xác định phụ

tải tính tốn theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn

sản phẩm

vị

Cơng thức tính:
Mw,

Trong dé

aon

M số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm(sản lượng).
wụ suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh
Tinax thoi gian sử dụng công suất lớn nhất, giờ

Ứ điểm: cho kết quả tính tương đối chính xác.
Nhược điểm: chỉ giới hạn cho một số thiết bị điện. Phương pháp này dược

tính tốn cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió. bơm

„máy nén khí..

2.3.4 Xác định oun

nước.

tải theo hé sé cure dai kmay Va công suất định mức Pạ„,

Khi không có các số liệu cần

thiết để áp dụng các phương pháp tương dối don

giản đã nêu ở trên, hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính tốn thi nên

dùng theo phương pháp tính theo hệ số cực đại
Cơng thức tính
Trong đó

Pu = Kinax + kya» Pam

Pam công suất định mức, kW;
Kmax Ksa hé 86 cực đại và hệ số sử dụng,

Ưu điểm: Phương pháp này cho kết quả có độ chính xác cao vì khi xác định
số thiết bị điện hiệu quả chúng ta đã xét tới một loạt các yếu tố quan trọng như: ảnh
hưởng của các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như số

thiết bị khác nhau về chế độ làm việc.

Hệ số kạu trong số tay hoặc tỉnh bằng công thức đã được nêu ở phản trước,
Khi sử dụng công thức này trong một số trường hợp cụ thể ta có thể sử dụng cơng
.thức gần đúng sau:

Trường hợp l: ` Khin

<3 và mạ <4

P, ee Pay
Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì
Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

-§-


Trường Đại Học Công Nghiệp

how Di

0.875
Trường hgp2: n >3 vé mq <4 phu tải tính tốn được xác định theo cơng thức

Py DP

Trong đó: kụ, là hệ số phụ tải từng may .
Nếu khơng có số
liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như.

v

bị làm việc ở chế độ dài hạn

Kp = 0.75 d6i với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

-9-


Trường Đại Học

Công

Nghiệp

Khoa Di
CHUONG

3

CAC THONG SO DUONG DAY TRUYEN
3.1.

TA!

ĐƯỜNG DAY TRUYEN TAI TREN KHONG

Một đường day truyền tải trên. không bao gồm một bộ dây dẫn kích thước

thích hợp được bố trí hợp lí trong khơng gian, được cách điện, treo trên cột hoặc
trên trụ điện. Phần chính của đường dây là dây dẫn điện.
Dây dẫn điện thường dùng để truyền tải điện là dây đồng hay dây ACSR
(dây nhôm lõi thép). Đơi khi dây dẫn tịan nhơm được dùng làm dây pha. cỏn dây
thép được dùng như đây nỗi dat

Các thơng số chính của đường dây được u câu tính là điện trở, diện cảm và

kháng trở tương đương, điện dung và dung trở tương ứng. Từ đó có thế mơ hình
đường dây để giải quyết các bai tốn dưới những điều kiện vận hành khác nhau.
3.1.1.

Điện trở đường dây truyền tải trên khong

Điện trở là thông số quan trọng của đường dây, nó ảnh hưởng dến hiệu quả
tài, nó là nguyên nhân sinh nhiệ

Điện trở của dây dẫn tròn đồng nhất được xác định theo biểu thức
với:

p: là điện trở suất của dây dẫn.
1: Chiều dài dây dẫn.
A: Tiết diện dây dẫn.
Điện trở của dây dẫn chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: tân số, mức độ xoắn vả nhiệt
độ.

Khi dẫn dòng điện xoay chiều điện trở của dây dẫn tăng lên so với dẫn dòng diện
một chiều; điều này là do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngồi. Ví dụ ở tẫn số 60H.
điện trở tăng 2% do với dòng điện một chiều.
Điện trở của dây cũng tăng lên khi nhiệt độ tăng với mỗi liên hệ như sau:
Vi:

Ry, Rạ là điện trở ứng với nhiệt độ tụ tạ.

T là hằng số nhiệt phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn,
ví dụ với nhơm T gần bằng 228.

Chính vì những ảnh hưởng như vậy nên trong thực tiễn tốt nhất là dựa vào thông số

của nhà sản xì
3.1.2 __ Điện cảm và cảm kháng của đường dây TTTK
+ Điện cảm của dây đơn
Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thông Điện

~10-


Trường Đại Học Công Nghiệp,

Khoa Bién

Trong phần nảy chủ yếu chúng ta đi tìm biểu thức xác định điện cảm L của
đường dây đơn. Điện cảm của đường dây dơn gồm điện cảm trong và điện cảm
ngồi (do từ thơng móc vịng giữa các đây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ cảm)
“Xét một dây dẫn hình trụ, tiết điện đặc dài võ hạn tai dòng điện I. Tự cám L. cho
bởi:
ae
di

Từ thơng móc vịng tổng gồm từ thơng móc vịng bên ngồi uy và từ thơng móc
vong bén trong Yr
Bang các chứng mỉnh đơn giản ta có được:

Điện cảm bên trong:
Lig He = 1 107 (Him)
Sr

2

Điện cảm bên ngoài:
Leg 210" In (Hm).
Điện cảm tổng cộng của đây dẫn là:

1=[1xanÐD:

Hay

1Z2.10”In 2 (H/m).

Với r° là bán kính trung bình hình học tự thân của dây dẫn.
r=0779r

Nếu xác định theo bán kính trang bình nhân giữa các đây cùng pha (GAR) và qui

về điện cảm trên một km chiều dai day thì:

Le 2 p(t.

Trong trường hợp nay D,=r
Đối với dây cáp bên nhiều sợi, trong công thức trên sử dụng bán kinh trung binh
nhan ki higu GMR (Geometric Mean Radius). Ds - hay can gọi là khoảng cách
trưng bình hình học tự thân

Tom Iai: Biểu thức tổng quát để tính điện cảm của một dây dẫn trên một dơn vị

chiễu dai,

LE2.10”In oe (Him),
Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thơng Dién

i


Truong Dai Học Cơng Nghiệp

Dn,

Khua Điện

là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn. (kí hiệu GMD)

GMD hỗ tương
GMD tự thân hay GMR của dây dẫn nhiều sợi;

Stt |Số sợi trong một bó dây

gọi là

GMR

1

|1 sợi (Dây trịn đặc ruột)

0.779R

2

[7 sgi

0.726R

3

{19 soi

0.758R

4

37 soi

0.768R

5

61 soi

0.772R

6

91 soi

0,774R

7

{127 soi

0.776R

Với R là bán kính ngồi của dây dẫn bện nhiều sợi
Điện cảm của đường dây một pha:
> Đường đây một pha gồm một dây dẫn đi và một dây dẫn về.
- Nếu rị= rạ= r thì Lị=Lạ=L

L=2.107In 2»5 ” (H/m).
Trong đó:

D_

là khoảng cách giữa hai dây dẫn.

D, la bán kinh

trung bình nhân.

(tuỳ theo số sợi trong một dây )

- Nếu rị #r; thì Lị # Lạ

> Điện cảm của mạch một pha với nhiều dây dẫn.
Đề

tăng khả pang tai dong điện, dùng, dây có nhiều sợi. Một đường

gồm2 dây dẫn cung cấp ti v 2 dõy dn cho mch v.
a

Dax

Dav
Â

x

Duy
b

Dy

Ơ

in cm ca dây dẫn cho bởi công thức trên 1 m chiều dài là:

L=2.1077In

Với :

D„

(H/m).

=4(D„D„D,, a

p= {em

Da De «Da

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thông Điện

-12-

dây đơn pha bao


Trường Đại Học Công Nghiệp

Khoa Điện

===

> Nếu X lớn ảnh hưởng khơng tốt đến q trình tải điện và làm giảm khả năng tải
nên Để giảm X người ta tăng bán kính dây dẫn bằng cách phân dây dẫn của } pha
thành nhiều sợi đặt trên một khung định vị. Như vậy tiết diện đây khơng thay dồi
mà bán kính dây dẫn tăng lên.

Aaah 28

tnhgG¡2Ð

Hình 3.2: Mơ

>)
Hình 3.2

hình đường dây pha kép (một pha đi nhiều sợi)

Một số giá trị GMR tương đương của đường dây một pha được tạo từ nhiều bó dây
phổ biến trong thực tiễn (hình 3.2).

nếu gọi d, là bán kính trung bình nhân tự thân của mỗi dây và D, là bán kính trung
bình nhân lộ đây thì:

ở hình 3.2a:

D.=4, xe

ở hình 3.2b:

D,=4,xa?

ở hình 3.2c:

Dy= 1,1094/d, xd?

s*

Diện cắm của đường dây ba pha:

»> Ba pha đặt đối xứng tại ba đỉnh của tam giác đều
Nếu một đường dây truyền tải 3 pha cân bằng, điện thế giữa mỗi pha bằng nha
khơng có sự chênh lệch nào. Một trong những cách bố trí thơng dụng nhất là bế trí
hình tam giác đều.

Hình 3.3: Mơ hình đường dây ba pha lắp đối xứng

Điện cảm
Với

L=2.10”In oe (H/m).
D„ =Dạ, Dụ Dạ, =

D.= = 0.7798

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

-13-


Trường Đại Học Công Nghiệp

Khoa Di

> Ba pha dat không đối xứng trong khơng gian

Khi đó
D,=r`=

0.779r

Điện cảm phụ thuộc vào khoảng cách giữa các dây dẫn. Nếu bổ trí khoảr
cách dây dẫn của đường dây truyền tải không đối xứng, từ thông của các dây dẫn
khác nhau dẫn đến điện thế khơng cân bằng khi có tải
Do đó để đâm bảo cân bằng điện cảm trên các dây, trong thực
người
thực hiện việc hốn đổi pha như sai

Hình 3.5: Đường dây ba pha có hốn đổi pha
$* Điện cảm của đường dây ba pha lộ kép:

Hình 3.6: Đường dây ba pha lộ kép
Đường dây 3 pha lộ kép chứa 2 dây dẫn song song trong mỗi pha của dườn,

dây và dòng điện trong mỗi pha được chia đều nhau giữa 2 đây dẫn song song
pha đó. Đồng thời để cho sụt áp cảm ứng trên toàn bộ chiều dải đường day duge dé
xứng ở cả ba pha thì các pha phải hoán vị lẫn nhau và hoán vị đẩy đủ trên cả chiết
dai đường đây.

Và GMD tương đương mỗi pha được xác định:

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thơng Điện

~14-


Trường Đại Học
S
e

Khoa tt
Bi

GMD=\/D,,D,,

Voi

Da

YDiinDanzDan Dears

Dye=YPnaD,

“Tương tự GMR

Pra

Duy Daz Dr2aDira

mỗi pha. trong nhóm là:

Dsa~(DDaus)? = fD.D,
(D.Day:¥ = JŒĐ,Đạu,)
với D, là bán kính trung bình nhân trong mỗi lộ pha.
Khi đó GMR tính tốn trong mỗi dây pha đối với trung tính là:
GMR =YD.,DyDy

liện cảm mỗi pha tính trên mỗi km đường dây được xác định:

** Cảm kháng của đường dây truyền tải:

Cảm kháng mỗi pha cho bởi
X=2mf.L
Với L là điện cảm mỗi pha trong đường dây 3 pha.

Ví dụ 1:

Một đường dây truyền tải được sắp xếp theo. dạng

tam giác đều với
mỗi cạch là 6 em. Đường kinh mỗi dây là 1,27cn, chiều dài hình
đường
dây là 25km.
"Tìm điện

Gi

cảm trên mỗi pha.

.635cm

Tacé:

D,
D=

=D, D,, D, =6(m)
r
0.7797 =

6m’

0,779 . 0,635 = 0,495 (m).

Điện cảm trên một pha với chiều

đài 25km là:

L = 25. 10%,

2.107in
2 (rym)

7;
6
= 25.10°, 2.107In—°
°

"9.495

355. 10 (H) = 35,5 (mH)
Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thông Điện

-15-


›g Đại Học Công Nghiệp.

thoa Diện.

3.1.3. Điện dung và dung kháng của đường dây TTTK
s* Điện dung của đường dây
Một thôngsố đặc trưng của đường dây truyền tải là điện dung C. Điện dung của
đường dây ngắn ảnh hưởng không đáng kể đến sự làm việc của đường dây. Tuy
nhiên khi đường dây dài, điện dung có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất đường dây.
độ sụt áp, và hệ số cơng suất trong điều kiện bình thường cũng như ảnh hưởng đến
sự làm việc quá độ của đường dây.

Điện dung đường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, khoảng cách giữa các

dây dẫn và độ cao của chúng so với đất. Bởi vì điện trường chỉ có từ mặt ngịai cúa
dây dẫn, khơng tồn. ¡ bên trong dây dẫn như trong trường hợp của từ trường. Cho
dung sẽ dùng trị số bản kính thật của dây dẫn r thay vì GMR.

như trường hợp tính tốn điện cảm.

> Dign dưng của đường dây một pha
qa

4

Hình 3.7: Đường dây một pha
Điện dung giữa hai đây dẫn được xác định theo biểu thức:

1H3.8a- Mơ hình điện dung đây đến dây.

'H3.§b:Điện dung day dén trung tinh

Hình 3.8: Mơ hình điện dung đường dây

ở đây e„ là hằng số điện môi của không gian chứa hai dây dẫn.

(

85.L0''F/m).

u thức trên xác định điện dung giữa dây đến dây (line to line). Tuy nhiên với

đường dây tải điện để tiện lợi chúng ta tính điện dung giữa dây đén điêm trung tinh
được minh họa như hình vẽ 3.8b. Lúc này giá trị điện dung dây đến trung tính được
xác định (vì điện áp từ một đây đến trung tính bằng một nữa đến đây cịn lại nên

điện dung tăng lên gắp đơi:

C=2C¡;):

C=””Z- (E/m)

m2

Giáo Trình Thiết

r
Kế Hệ Thông Điện


Trường Đại Học Công Nghiệp

Khoa Điện

thế số vào chúng ta có giá trị tính theo mỗi km đường dây như sau:

C=29556D (wF/km)

:

In

Các biểu thức trên chưa xét đến ảnh hưởng của bó dây. Trong trường hợp xét
dén
ảnh hưởng của bó dây chúng ta cũng xác định tương tự như phân điện cảm. Khi dó:

Oye

(F/m)

c.“.

D

In—
A

r° được xác định theo từng trường hợp của hình 3.2 như sau:
ở hình 3.2a:

rhevrxả

ở hình 3.2b;

rơ =W>»x2

ở hình 3.2c:

r= 1,109Vrxa?
với r là bán kính của mỗi sợi dây.
>

Điệu dung của đường dây ba pha

Hình 3.9: Mơ hình đường dây ba pha có hốn đối pha

Trong trường hợp nảy chủ yếu chúng ta xác định điện dung giữa các dây pha
với trung tính (đất). Trở lại với cách chứng minh tương tự ta có cơng thức xác định
điện dung giữa dây
pha với trung tính như sau (chú ý chúng ta xét trong mạng.
đường dây có hốn đơi pha):
c=

In

276,
GMD

(F/m)

Đụ

thế số vào chúng ta có giá trị tính theo mỗi km đường dây như sau:
c

0.0556

In

GMD

(„F/km)

z

Khi mỗi pha là tổ hợp các sợi dây (bó đây) thì điện dung được xác định theo biểu

thức :

Giáo Trình Thiết KẾ Hệ Thơng Điện

-I?-


Trưởng Đại Học C Ông Nghiệp

Khoa Điện
0.0556

C —GMD
In - -,

(uF/km)

F.

>

Điện dung của đường đây ba pha lộ kép

Tương tự như vậy chúng ta xác định điện dung của đường dây ba pha lị kép
như sau:

2£,

C=
In

(F/m)

GMD

GMR,

thể số vào chúng ta có giá trị tính theo mỗi km đường dây như sau:
0.0556

wa „ GMD (pe km)
GAMR,

VỚI:.

ta =r i
x Diss
=

j

Fp Cx?
tc

và

`

x Dy inn

yr’

x Đa

GMRc=t†/r.r„!,

* Dung dẫn trên mỗi đơn vị chiều dài đường dây là:
3
bạ = 0C» = tr

Ví Dụ 2:

(1/ Qu)

Tính tốn điện dung trên một km đường dây, trên một pha của đây chùm

2 sợi như hình vẽ. Đường kính mỗi đây là Š (cm).

Se

Ta

aC9-€)

.

co:

GMRe

=Jrxd=

bC)C)

oy
cOiO

Keo - == 2-2 eens
ee eee Die ----2sses tennessee >
5m

p -:ƒD. Dạy Ø„ —S.10.5 =6.30m)

Sm

(0,025 x 0,3 = 0,0866(m)
sshd.

Vị thê:

C

gre

0.0556

, GMD.
GMD (uF/km)

GMR,

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

_

00556 _
6 s3

0,01296 (uF/km)

0.0866

-18-

f

E


Trường Đại Học Công Nghiệp,

Khoa t

3.2 TINH TOAN CAC THAM SO DUONG DAY TRUYEN TAL
Đường dây truyền tải mang công suất từ các

máy phát điện tới trạm nhận.
hay các trạm truyền tải. Nhiệm vụ chính của đườngnhà đây
là truyền cơng suất qua
a
é
tộ cách kinh tế. Những thơng sổ chính được khảo sát là điện

. công suất và hệ số công suất ở đầu gửi và đâu nhận. Những. yêu câu
đầu nhận sẽ được xác định bởi phụ tải. Sự khác nhau về điện áp giữa đầu
gửi và dâu
nhận được định

nghĩa là độ sụt áp trên đường đây truyền tải.

+ Phần trăm sụt áp cho bởi:

¥,).100 %
¥,

AU%

'Với V, là điện áp đầu gửi và V, là điện áp đầu nhận.
* Tên thất trên đường dây truyền tải la: AP
3PR

Với

1 là dòng
.

R 1a điện trở của đường dây mỗi pha,
điện pha đầu nhận

« Hiệu suất của đường dây = Cơng suất đầu nhận/ công suất đầu gửi
Đường dây truyền tải được chọn để tốn thất thấp nhất và hiệu quả cao trong

điều kiện vận hành. Độ sụt áp pha nằm trong giới hạn cho phép.
„._ Sự làm việc của đường dây phụ thuộc chủ yếu vào
bố trí mạch và thơng
số mạch. Các thông số mạch là điện trở, điện cảm L và cảmcáchkháng
Xí... điện dung C
va dung khang X.
Nếu thơng số được giả định cho toàn thể đường đây và gắn

hợp.
để giải bài tóan mạch, chúng được gọi là thơng số tập trung. Nếuở vịcác trítrị thích
số
khác
nhau của các thơng số này trên từng đơn vị chiều dài từ điểm nảy đến điểm khác

của đường đây gọi là thông số rải.
Đường dây truyền tải phân thành ba loại: đường đây truyền tài ngắn. trung

bình và đường đây truyền tải dải.
Đường dây ngắn hơn 80 km được gọi là đường dây ngắn. Trong trưởng hợp
đường đây truyền tải ngắn, hiệu ứng điện dung được bỏ qua và khơng
cần tinh tốn
lúc làm việc.
Đường dây có chiều đài từ 80 km đến 240km được coi là đường
bình. Trong trường hợp đường dây trung binh, hiệu ứng điện dung được dâykhảotrung

bằng cách giả thuyết điện dung C của đường dây đặt tập trung ở giữa dường dâysát

hay C/2 ở tại mỗi đầu của đường dây.

Đường dây đài hơn 240km được xem như đường dây dài và trong trường hợp
này các thông số rải trên từng đơn vị chiều đài được khảo sát để tính tốn chế độ
lâm việc của đường dây.
‘HUNG BIEU THUC TỎNG QUÁT PHÂN TÍCH DUONG DAY TRUYEN

TAI

Giáo Trình Thiết Kế Hệ Thống Điện

-19-