Mạng điện nông nghiệp - Chương 3 pps
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (421.59 KB, 27 trang )
Chơng 3
Tổn thất công suất v điện năng trong mạng điện
Đ 3-1. Tổn thất công suất trên đờng dây
1. ý nghĩa của việc xác định tổn thất công suất
Để Truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ ngời ta dùng dây dẫn và các máy biến
áp. Khi có dòng điện chạy qua, do chúng có điện trở và điện kháng nên gây ra tổn thất công
suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. ở đây ta tiến hành xét mạng điện ở chế độ
xác lập là chế độ các thông số không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Từ đó làm cơ
sở cho việc thiết kế, quản lý và vận hành lới điện một cách hợp lý nhất.
Năng lợng tổn thất do dòng điện truyền tả (A) biến thành nhiệt năng làm nóng dây
dẫn và máy biến áp, cuối cùng toả ra môi trờng xung quanh. Trong mạng điện có chiều dài
ngắn, công suất bé thì tổn thất công suất và năng lợng không nhiều; nhng trong những
mạng điện truyền tải công suất lớn và đi xa thì tổn thất công suất rất lớn ( chiếm từ 10 -15
% công suất truyền tải ).
Lợng điện bị tổn thất trong quá trình truyền tải do nhà máy điện cung cấp. Nh vậy
công suất nguồn phát phải tăng lên để bù váo phần công suất bị tổn thất, lợng nhiên liệu
cũng tăng làm cho giá thành điện tăng cao. Mặt khác tổn thất công suất phản kháng tuy
không ảnh hởng đến chi phí nhiên liệu nhng phải dùng thêm các thiết bị nh tụ điện, máy
bù đồng bộ cũng làm vốn đầu t của mạng tăng lên. Nh vậy việc nghiên cứu tổn thất công
suất và năng lợng có ý nghĩa rất quan trọng. Trên cơ sở đó đề ra các biện pháp làm giảm
tổn thất và hạ giá thành điện năng.
2. Tổn thất công suất trên đờng dây có một phụ tải
Trong mạng điện địa phơng, khi tính hao tổn công suất, trong mức độ chính xác cho
phép, tổn thất công suất đợc tính theo điện áp định mức của mạng. Tổn thất công suất tác
dụng trên đờng dây dòng điện xoay chiều 3 pha đợc xác định theo công thức:
P
= 3I
2
R = 3(I
a
2
+ I
p
2
) R ( 3-1 )
trong đó:
I - là dòng điện toàn phần truyền tải trên đờng dây;
I
a
- là thành phần dòng điện tác dụng; I
a
= Icos (3-2 )
I
p
- là thành phần dòng điện phản kháng; I
p
= Isin ( 3-3 )
R - là điện trở của dây dẫn.
Thay dòng điện bằng công suất 3 pha ( S =
IU.3
) ta có:
P = 3 (
U
S
3
)
2
R =
S
U
R
PQ
U
R
2
2
22
2
=
+
( 3-4 )
Tổn thất công suất phản kháng có giá trị là:
Q = 3I
2
X =3(I
a
2
+ I
p
2
) X ( 3-5 )
hay Q =
X
U
QP
X
U
S
2
22
2
2
+
=
(3-6 )
U - là điện áp điểm nút, mạng điện địa phơng lấy bằng điện áp định mức U
dm
.
Nếu P là kW; Q là kVAr; U là V; R, X là
thì P là W và Q là VAr.
Khi yêu cầu tính toán chi tiết hơn thì các đại lợng công suất , điện áp phải lấy cùng
một điểm trên đờng dây.
3. Tổn thất công suất trên đờng dây có nhiều phụ tải
Nếu đờng dây có nhiều phụ tải thì tổn thất công suất của cả đờng dây bằng tổn thất
công suất của các đoạn cộng lại.
Giả sử đờng dây có n phụ tải ( hình 3-1 )
Hình 3-1. Đờng dây có nhiều phụ tải
Ký hiệu trên sơ đồ:
s
1
, s
2
, s
n
- là công suất phụ tải tại các điểm 1, 2, n;
S
1
, S
2
, S
n
- là công suất truyền tải trên các đoạn 1,2 n;
R
1
, R
2
, R
n
; X
1
, X
2
, X
n
- là điện trở tác dụng và phản kháng trên các đoạn 1, 2, n.
Công suất truyền tải trên đờng dây khi không kể đến hao tổn công suất là:
S
1
= P
1
+ jQ
1
= s
1
+s
2
+ + s
n.
S
2
= P
2
+jQ
2
= s
2
+ s
3
+ + s
n
.
. . . .
S
n
= P
n
+ jQ
n
= s
n
Hao tổn công suất trên các đoạn là:
P
1
=
1
2
2
1
2
1
11
2
2
1
2
1
; X
U
QP
QR
U
QP
dmdm
+
=
+
A S
1
= P
1
+ jQ
1
1 S
2
= P
2
+ jQ
2
2
S
3
= P
3
+ jQ
3
3 S
n
= P
n
+ jQ
n
n
R
1
, X
1
R
2
, X
2
R
3
, X
3
R
n
, X
n
s
1
= p
1
+ jq
1
s
2
= p
2
+ jq
2
s
3
= p
3
+ jq
3
s
n
= p
n
+ jq
n
P
2
=
2
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2
2
; X
U
QP
QR
U
QP
dmdm
+
=
+
. . . . . . .
P
n
=
n
dm
nn
nn
dm
nn
X
U
QP
QR
U
QP
2
22
2
22
;
+
=
+
Hao tổn công suất tổng cộng là:
S
= P
+ jQ
= S
1
+ S
2
+ + S
n
=
=
n
i
i
S
1
( 3-7 )
S
= ( P
1
+ P
2
+ + P
n
) + j (Q
1
+ Q
2
+ + Q
n
) ( 3-8 )
S
=
i
n
i
dm
ii
i
n
i
dm
ii
X
U
QP
jR
U
QP
==
+
+
+
1
2
22
1
2
22
( 3-9 )
Nếu đờng dây nhiều phụ tải có tiết diện không đổi thì hao tổn công suất tính theo
biểu thức:
S
=
==
+
+
+
n
i
dm
ii
n
i
dm
ii
U
QP
jX
U
QP
R
1
2
22
1
2
22
(3-10)
R, X - là điện trở tác dụng và phản kháng của cả đờng dây.
4. Tổn thất công suất trên đờng dây dòng điện một pha và dòng điện một chiều
Hao tổn công suất trong trờng hợp này đợc tính tơng tự nh trên nhng thay 3 pha
bằng một pha 2 dây.
+ Với mạch điện xoay chiều một pha thì:
P = 2I
2
R = 2(
R
U
QP
R
U
S
dm
dm
2
22
2
2)
+
=
(3-11)
Q = 2I
2
X = 2(
X
U
QP
X
U
S
dm
dm
2
22
2
2)
+
=
(3-12)
ở đây: U
dm
- là điện áp pha định mức.
+ Đối với mạng điện một chiều hao tổn công suất là:
P = 2I
2
R = 2(
R
U
P
R
U
P
dm
dm
2
2
2
2) =
(3-13)
5. Tổn thất công suất trên đờng dây có phụ tải phân bố đều
Những mạng điện có phụ tải phân bố đều nh mạng điện thành phố hoặc khu dân c
mà cứ mỗi quãng ngắn có một phụ tải gần bằng nhau đấu vào ta có thể coi nh mạng có
phụ tải phân bố đều ( hình 3-2 ). Một cách gần đúng ta có thể coi dòng điện biến thiên dọc
theo chiều dài đờng dây. Lấy một vi phân chiều dài dây là dl tại điểm B. Tơng ứng tại đó
có dòng điện là:
I
B
=
L
lI.
L, l - là chiều dài cả đờng dây và chiều kể từ điểm xét B đến cuối đờng dây
Hình 3-2.
Đờng dây có phụ tải phân bố đều
Tổn thất công suất
P trên một đoạn vi phân chiều dài dl có điện trở là dr:
d
P = 3I
B
2
.dr = 3I
B
2
.r
0
.dl.
d
P = 3( dlr
L
Il
)(
0
2
(3-14)
r
0
- là điện trở của một đơn vị chiều dài đờng dây. dr = r
0
dl
Lấy tích phân ( 3-14 ) ta đợc toàn bộ hao tổn công suất trên đờng dây từ A đến C:
P =
3
33)
.
(3
3
0
2
0
2
2
0
2
0
2
0
2
L
L
rI
dll
L
rI
dlr
L
lI
LL
==
P = I
2
.r
0
.L = I
2
R (3-15)
So sánh ta thấy hao tổn công suất trên đờng dây phân bố đều bằng 1/3 hao tổn công
suất khi phụ tải tập trung ở cuối đờng dây.
Đ 3-2. Tổn thất công suất trong máy biến áp
Tổn thất công suất trong máy biến áp gồm 2 thành phần là tổn thất trong lõi thép và
trong cuộn dây của máy biến áp.
1. Tổn thất công suất trong cuộn dây của máy biến áp
Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây của máy biến áp, sinh ra hao tổn công suất gọi
là hao tổn đồng (
S
cu
). Hao tổn đồng gồm 2 thành phần là hao tổn công suất tác dụng
(
P
cu
) và hao tổn công suất phản kháng ( Q
cu
). Các thành phần hao tổn này phụ thuộc vào
dòng điện tải nên giá trị của nó cũng thay đổi theo dòng điện phụ tải.
Ta xét ở chế độ tải định mức, tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây máy biến áp
lấy bằng tổn thất công suất khi thí nghiệm ngắn mạch:
P
Cudm
= P
K
= 3I
dm
2
R
B
(3-16)
Tổn thất công suất phản kháng khi tải định mức lấy bằng tổn thất tản từ:
A B dl C
I
0 l l
L
Q
Cudm
=
100
%
dmp
Su
(3-17)
trong đó: u
p
% - là điện áp phản kháng ngắn mạch % trong cuộn dây máy biến áp;
R
B
- là điện trở tác dụng trong cuộn dây 1 pha của máy biến áp.
Đối với máy biến áp công suất lớn, điện trở R
B
rất nhỏ so với điện kháng X
B
nên Q
Cu
ở tải định mức có thể xác định theo điện áp ngắn mạch ( u
K
%).
Q
Cudm
=
Bdm
dmK
XI
Su
2
3
100
%
=
(3 -18)
Khi máy biến áp làm việc với tải khác định mức thì tổn thất công suất tác dụng và
phản kháng tính theo biểu thức:
P
Cu
= 3I
2
R
B
; Q
Cu
= 3I
2
X
B
(3-19)
trong đó :
I - là dòng điện phụ tải;
R
B
, X
B
- là điện trở tác dụng và phản kháng trong cuộn dây của máy biến áp.
Từ ( 3-16 ) và ( 3-19 ) suy ra :
P
Cu
= P
Cudm
(
B
dmdm
K
dm
R
U
S
S
S
P
S
S
222
)()() ==
(3-20)
Từ ( 4-17 ) và ( 4-19 ) suy ra:
Q
Cu
= Q
Cudm
(
B
dmdm
K
dm
X
U
S
S
Su
S
S
2
2
2
)(
100
%
) ==
(3-21)
Hao tổn công suất trong máy biến áp là:
S
Cu
= P
Cu
+ jQ
Cu
= (
B
dm
B
dm
X
U
S
jR
U
S
22
)() +
(3-22)
U
dm
- là điện áp định mức của cuộn sơ cấp máy biến áp.
2. Tổn thất công suất trong lõi thép của máy biến áp
Tổn thất công suất trong lõi thép của máy biến áp gồm 2 thành phần là thành phần
hao tổn công suất tác dụng (
P
Fe
) và hao tổn công suất phản kháng ( Q
Fe
). Các giá trị
này không phụ thuộc vào dòng phụ tải mà phụ thuộc vào cấu tạo và vật liệu của máy biến
áp, đợc xác định theo thông số kỹ thuật của máy biến áp:
S
Fe
= P
Fe
+ jQ
Fe
(3-23)
Hao tổn công suất tác dụng trong lõi thép máy biến áp do dòng điện xoáy và từ trễ
gây ra, xác định theo biểu thức:
P
Fe
= P
0
(3- 24)
Hao tổn công suất phản kháng trong lõi thép máy biến áp do tổn hao từ sinh ra tính
theo công thức:
Q
Fe
=
100
%
0 dm
SI
(3-25)
Các giá trị
P
K
, P
0
, u
K
%, I
0
đợc cho trong lý lịch của máy biến áp theo S
dm
.
Hao tổn công suất tổng cộng trong máy biến áp là:
S
B
= P
B
+ jQ
B
S
B
= (P
Fe
+ P
Cu
) + j(Q
Fe
+ Q
Cu
)
S
B
= [P
0
+
2
)(
dm
K
S
S
P
] + j [
100
%
0 dm
SI
+
dm
K
S
Su
.100
%.
2
] (3-26)
Đ 3-3. Tổn thất điện năng trên đờng dây
Phần năng lợng điện bị mất đi trong quá trình truyền tải gọi là tổn thất điện năng.
Nếu trong khoảng thời gian t phụ tải của mạng điện không thay đổi thì tổn thất điện năng
là:
A = P.t.
Thực tế phụ tải của đờng dây luôn luôn biến thiên theo thời gian, nó biến đổi theo sự
thay đổi của phụ tải và là một đại lợng ngẫu nhiên nên tính toán theo biểu thức trên sẽ
không chính xác. Khi tính toán, dòng điện hay công suất phụ tải biến thiên theo thời gian và
dạng đồ thị rất phức tạp. Ngời ta có thể sử dụng dạng đờng cong của phụ tải hoặc phải
biểu diễn gần đúng đờng cong i(t); và s(t) dới dạng bậc thang hoá để tính toán tổn thất
năng lợng với điện áp lấy bằng định mức.
Từ biểu thức: d
A = 3i
2
r.dt ta có:
A =
dt
tU
tQtP
rdt
tU
tS
rdttIr
ttt
+
==
000
2
22
2
2
2
)(
)()(
)(
)(
).(.3
hay
A =
i
n
i
n
i
iii
dm
tIrtS
U
r
=
==11
22
2
3
(3-27)
Tuy nhiên, trong tính toán thờng không biết đồ thị I(t), S(t). Để tính hao tổn năng
lợng ta phải dùng phơng pháp gần đúng dựa theo một số khái niệm quy ớc nh thời gian
sử dụng phụ tải cực đại ( T
max
), thời gian hao tổn công suất cực đại ( ) và dòng điện trung
bình bình phơng ( I
tbbp
).
1. Thời gian sử dụng công suất cực đại
Giả sử một phụ tải biến thiên trong một năm (t = 6760 h) có đồ thị phụ tải nh trên
hình vẽ 3-3.
Xét một đơn vị thời gian khá bé là dt,
dòng điện có giá trị là i coi nh không đổi,
năng lợng truyền tải trong khoảng thời
gian dt là:
- dA = Pdt =
3
U.i.cos
dt.
Năng lợng truyền tải trên đờng dây
trong suốt thời gian t là:
A =
t
o
dtiU .cos 3
Nếu coi hệ số công suất là không đổi
và điện áp của mạng không đổi và lấy bằng điện áp định mức U = U
dm
A = 3 U. cos
t
o
dti.
= 3 U
dm
. cos
t
o
dti.
ở đây
idt
t
0
= S - chính là diện tích giới hạn bởi đờng cong biểu diễn i(t) và các trục
toạ độ.
Vẽ một hình chữ nhật có chiều cao bằng phụ tải cực đại I
max
( điểm A ) và diện tích
bằng diện tích giới hạn bởi đờng biểu diễn i(t) và các trục toạ độ thì đáy hình chữ nhật này
gọi là thời sử dụng phụ tải cực đại, ký hiệu là T
max
. Ta có :
A =
3
U. cos
t
o
dti.
=
3
U
dm
I
max
cos T
max
= P
max
.T
max
(3-28)
Từ đó tìm đợc thời gian sử dụng phụ tải cực đại:
T
max
=
max
max
.cos.3 IU
A
P
A
dm
=
=
max
1
max
.
I
ti
I
dti
n
i
ii
t
o
=
=
(3-29)
Vậy, Thời gian sử dụng công suất cực đại là thời gian cần thiết để toàn bộ năng lợng cả
năm truyền tải trên đờng dây với dòng điện không đổi bằng dòng điện cực đại.
2. Thời gian hao tổn công suất cực đại
Ta vẽ một đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa bình phơng dòng điện phụ tải với biến
thiên theo thời gian nh hình 3-4.
0 T
max
8760 t
A
(h)
I (A)
I
ma
x
Hình 3-3. Đồ thị phụ tải hàng năm
Xét một đơn vị thời gian khá bé dt, dòng
điện i coi nh không đổi, hao tổn năng lợng
trong khoảng thời gian dt là:
d
A = 3.r.i
2
dt
Hao tổn năng lợng trong khoảng thời gian
t là
A =
t
o
dttir ).( 3
2
.
Diện tích giới hạn bởi đờng cong biểu
diễn i
2
(t) với hệ trục toạ độ là:
S =
t
o
dtti ).(.
2
=
2
max
I
Ta vẽ một hình chữ nhật có chiều cao bằng bình phơng dòng điện cực đại và diện tích
bằng S thì đáy hình chữ nhật gọi là thời gian hao tổn công suất cực đại, ký hiệu là
.
A = 3.r
t
o
dtti ).(.
2
= 3.r.
2
max
I
(3-30)
=
2
maxmax
.3 rI
A
P
A
=
=
2
max
1
2
2
2
.
I
ti
I
dti
n
i
ii
mx
t
o
=
â
=
(3-31)
Thời gian hao tổn công suất cực đại
là thời gian cần thiết để dòng điện phụ tải cực đại
truyền tải trên đờng dây gây ra hao tổn năng lợng bằng hao tổn năng lợng thực tế trong
cả năm.
Từ ( 3-31 ) cho thấy, nếu biết đồ thị phụ tải hoặc I
max
và tổng trở đờng dây thì chỉ cần
xác định
là ta tìm đợc A.
Giữa
và T
max
có mối quan hệ với nhau tuỳ thuộc vào hệ số cos. Để vẽ đờng cong biểu
diễn mối quan hệ
= f(T
max
) ta làm nh sau:
Thu thập các đồ thị phụ tải của các hộ dùng điện khác nhau và phân loại chúng thành
từng nhóm với cos
khác nhau, vẽ thành các đuờng cong. Dựa vào đờng cong này ứng với
mỗi giá trị của T
max
ta có một giá trị của . Căn cứ vào đó vẽ đợc đờng cong = f( T
max
)
nh trên hình 3-5.
Từ đồ thị hình 3-5, khi biết T
max
và cos ta có thể tìm đợc và ngợc lại. Mỗi nhóm thụ
điện có một giá trị T
max
đặc trng, ví dụ mạng điện chiếu sáng trong nhà, T
max
=1500 - 2000
h. Nhà máy làm việc 1 ca, T
max
= 2000 - 3000 h, 2 ca T
max
= 3000 - 5000 h, 3 ca, T
max
=
I
2
( A) A
0
8760 t ( h )
Hình 3-4.Đồ thị của bình phơng dòng
điện phụ tải với thời gian
5000 - 7000 h. Khi không biết đồ thị phụ tải,nếu biết T
max
thì có thể đợc xác định bằng
công thức thực nghiệm của KeZevít:
= ( 0,124 + T
max
.10
- 4
)
2
.8760 (3-32)
Đối với các đờng dây điện áp cao
nhất là từ 330 kV trở lên, ngoài tổn thất
điện năng do phát nóng dây dẫn còn có
tổn thất điện năng do vầng quang điện
gây ra. Nh vậy đối vối đờng dây siêu
cao áp hao tổn điện năng có giá trị là:
A = P
max
+ P
vq
.T.
P
vq
- là tổn thất do vầng quang điện
gây ra. Trong các bảng tra, ngời ta cho
các giá trị cực đại và cực tiểu của hao
tổn vầng quang để tính giá trị trung bình
hao tổn
P
vqtb
.
T - là thời gian xuất hiện vầng quang
điện. Khi tính theo
P
vqtb
thì thời gian
tính hao tổn là một năm (t = 8760 h).
3. Dòng điện trung bình bình
phơng
Trên đồ thị biểu diễn bình phơng dòng điện phụ tải với thời gian ( hình 3-6 ), ta dựng
một hình chữ nhật có đáy là 8760 h và có diện tích bằng diện tích giới hạn bởi đờng cong
i
2
(t) và các trục toạ độ thì chiều cao của hình chữ nhật gọi là dòng điện trung bình bình
phơng, ký hiệu là I
tbbp
.
Hình 3-6.
Dòng điện trung bình bình
phơng
Theo đồ thị ta có:
.10
3
( h)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 8760
Hình 3-5.
Đờng cong biểu diễn quan hệ
= f(T
max
)
cos
= 0,6
cos
= 0,8
cos
= 1
4
5
6
7
8
8,7
2
3
1
T (h)
I
2
(A)
I
tbbp
t (h)
0 8760
A = 3r
=
8760
0
2
dti
3r.I
2
tbbp
.8760 (3-33)
I
tbbp
=
876087608760
max
2
max
8760
0
2
I
I
dti
==
(3-34)
Nếu thời gian truyền tải trong khoảng thời gian t thì:
I
tbbp
=
t
dti
T
0
2
(3-35)
Nếu đồ thị phụ tải cho bằng công suất thì tổn thất điện năng xác định theo biểu thức
A = tr
U
S
rt
U
S
t
U
S
t
U
S
dm
tbbp
n
dm
n
dmdm
.].) ()()[(
2
2
2
2
2
2
1
2
1
=++ (3-36)
trong đó:
S
1
, S
2
, S
n
- là công suất truyền tải ứng với thời gian t
1
, t
2
, t
n ;
S
tbbp
- là công suất trung bình bình phơng.
r - điện trở đờng dây.
4. Tổn thất điện năng trên đờng dây có nhiều phụ tải
+ Khi các phụ tải có hệ số cos giống nhau thì tổn thất điện năng trong đờng dây
có nhiều phụ tải là:
A =
=
=++
n
i
ii
dm
nn
dm
rS
U
rSrSrS
U
1
2
2
2
2
2
21
2
1
2
) (
(3-37)
trong đó:
S
1
, S
2
, S
n
- là công suất truyền tải trên các đoạn;
r
1
, r
2
, r
n
- là điện trở của các đoạn.
+ Khi cos
và T
max
trên các đoạn đờng dây khác nhau thì tổn thất năng lợng lấy
bằng tổng tổn thất năng lợng của các đoạn:
A =
nn
dm
n
dmdm
r
U
S
r
U
S
r
U
S
2
22
2
11
2
1
) (()( ++ (3-38)
Nếu cos
và T
max
của các phụ tải khác nhau không nhiều ( 500 h) ta dùng trị số
cos
bq
và T
maxbq
để tính. Từ
T
maxbq
và cos
bq
ta xác định giá trị của
bq
và thay vào biểu thức
(3-37) để tính hao tổn năng lợng. Trờng hợp các giá trị khác nhau nhiều (
500 h), ta phải
tính giá trị bình quân trên từng đoạn và thay vào biểu thức (3-38) để tính hao tổn năng
lợng.
cos
bq
=
n
nn
sss
sss
+++
+++
cos coscos
21
2211
=
=
=
n
i
i
n
i
ii
s
s
1
1
cos
Và T
maxbq
=
=
=
=
+++
+++
n
i
i
n
i
ii
n
nn
p
Tp
ppp
TpTpTp
1
max
1
maxmax
maxmax2max1
maxmaxmax2max2max1max1
Trong đó:
s
i
- công suất phụ tải thứ i
cos
i
- hệ số công suất của phụ tải thứ i
p
imax
- công suất tác dụng của phụ tải thứ i
T
imax
- thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải thứ i
Đ 3-4. Tổn thất điện năng trong máy biến áp và trạm biến áp
Tổn thất trong máy biến áp gồm 2 thành phần: một thành phần phụ thuộc vào phụ
tải và một thành phần không phụ thuộc vào phụ tải . Vì vậy tổn thất năng lợng trong máy
biến áp cũng có 2 thành phần: thành phần không phụ thuộc vào phụ tải, xác định theo thời
gian làm việc của máy biến áp, thành phần phụ thuộc tải xác định theo thời gian tổn thất
công suất cực đại
. Sau đây ta xét tổn thất năng lợng trong trạm biến áp có một máy và
trong trạm có nhiều máy làm việc song song.
1. Tổn thất điện năng trong trạm biến áp có một máy biến áp
+ Nếu không biết đồ thị phụ tải: Khi biết công suất tiêu thụ và thì ta có thể tính
đợc năng lợng tổn thất theo biểu thức:
A
B
= A
Fe
+ A
cu
.
A
B
= P
Fe
.t + P
cu
. = P
0
.t + P
k
(
2
)
dm
S
S
(3-39)
trong đó:
t,
- là thời gian vận hành và thời gian hao tổn công suất cực đại của máy biến áp;
S, S
dm
- là công suất phụ tải cực đại và công suất định mức của máy biến áp.
+
Trờng hợp biết phụ tải của máy biến áp:
Giả sử biết S
dm
và đồ thị phụ tải hàng năm của máy biến áp ( hình 3-7 ).
Hình 3-7.
Đồ thị phụ tải hàng năm
trong đó:
S
1
, S
2
, S
4
- là phụ tải của máy biến áp;
T
1
, T
2
, T
4
- là thời gian xảy ra tơng ứng với phụ tải S
1
, S
2
, S
4 .
Tổn thất điện năng trong máy biến áp với t = 8760h là:
A
B
= P
0
.t + P
k
(
4
2
4
2
2
2
1
2
1
)( )() T
S
S
PT
S
S
PT
S
S
dm
k
dm
k
d
++
(3-40)
trong đó:
P
k
- là tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp;
T
1
= t
1
; T
2
= t
2
- t
1
; T
3
= t
3
- t
2
, T
4
= 8760 - t
3
.
2. Tổn thất năng lợng trong trạm biến áp có nhiều máy biến áp làm việc song
song.
+ Các máy biến áp có các thông số giống nhau:
Các máy biến áp làm việc song song nhiều hay ít là do phụ tải tăng hay giảm và tuỳ
thuộc vào chế độ vận hành của trạm.
Giả sử trạm biến áp có đồ thị phụ tải hàng năm nh hình 3-7. Trong thời gian T
1
phụ
tải của trạm biến áp là S
1
và dùng n
1
máy làm việc song song. Thời gian T
2
phụ tải là S
2
có
n
2
máy làm việc song song
Tổn thất điện năng của trạm biến áp khi điện áp bằng điện áp định mức là:
A
T
= n
1
P
0
T
1
+ n
2
P
0
T
2
+ n
n
P
0
T
n
+ n
1
P
k
+
1
2
1
1
T
Sn
S
dm
n
2
P
k
2
2
2
2
+
T
Sn
S
dm
+ n
2
P
k
n
dmn
n
T
Sn
S
2
S ( kVA )
S
1
S
2
S
3
S
4
T
1
T
2
T
3
T
4
t
(h)
A
T
= P
0
( n
1
T
1
+ n
2
T
2
+ n
n
T
n
) + P
k
2
dm
1
1
1
S
S
n
T
+
++
2
dm
n
2
dm
2
2
2
S
S
S
S
n
n
n
T
n
T
(3-41 )
Tổng quát:
A
T
= P
0
==
+
n
i
dm
i
i
i
k
n
i
ii
S
S
n
T
PTn
1
2
1
(3-42 )
Nếu có n máy biến áp làm việc song song vận hành suốt cả năm, S
max
là công suất
cực đại của phụ tải trạm thì:
A = n P
0
.t +
2
max
1
dm
k
S
S
P
n
(3-43)
+ Đối với các máy biến áp ghép song song có dung lợng khác nhau (điều kiện phải
đảm bảo là các máy có u
k
% nh nhau) thì phụ tải phân bố giữa chúng tỷ lệ với công suất
định mức của mỗi máy:
S
1
= S.
dmi
dm
S
S
1
, , S
n
= S.
dmi
dmn
S
S
Trong đó: S
1
S
n
là phụ tải các máy biến áp nhận đợc,
S
dm1
, s
dmn
là công suất định mức của các máy biến áp.
Sau khi xác định đợc công suất phụ tải đi qua từng máy biến áp,
ta tính đợc hao tổn công suất và điện năng của từng máy biến áp. Hao tổn công suất của trạm bằng tổng các
hao tổn của các máy cộng lại
S
max
=
+++ )()(
max0max0 icuiicui
QQjPP
Hao tổn điện năng của trạm đợc tính theo thời gian làm việc của các máy biến áp và
phụ tải tơng ứng đi qua các máy biến áp. Nếu thời gian làm việc song song của các máy
biến áp trong suốt cả năm thì tính theo công suất cực đậi đi qua từng máy và
của đồ thị
phụ tải.
Đ 3-5. ảnh hởng của tổn thất điện năng đến giá thnh
truyền tải
Tổn thất điện năng có ảnh hởng đến giá thành truyền tải. Để nâng cao tính kinh tế
trong vận hành mạng điện, trớc hết ta đề ra một số biện pháp giảm tổn thất điện năng.
1. Các biện pháp làm giảm tổn thất điện năng trong mạng điện
+ Nâng cao hệ số công suất của phụ tải:
S
1
S
n
S
Sử dụng các thiết bị điện một cách hợp lý, không để chúng làm việc non tải là cách
tốt nhất để nâng cao hệ số cos
. Đối với các động cơ không đồng bộ ngời ta có sử dụng
các biện pháp sau:
- Chọn công suất động cơ phù hợp với công suất của máy công tác.
- Chuyển đổi dây quấn động cơ từ đấu
sang đấu Y ( động cơ rôto dây quấn ) khi
động cơ mang tải dới 40%.
- Hạn chế động cơ làm việc không tải.
- Thay động cơ không đồng bộ bằng động cơ đồng bộ.
+ Giảm công suất phản kháng truyền tải trong mạng điện.
Khi đặt tụ điện hay máy bù đồng bộ tại hộ dùng điện phát ra công suất phản kháng
là Q
B
thì công suất phản kháng cần thiết để truyền tải trên đờng dây sẽ giảm xuống bằng
(Q - Q
B
). Do đó tổn thất công suất giảm đi:
P
=
X
U
QQP
QR
U
QQP
BB
2
22
2
22
)(
;
)( +
=
+
(3-44 )
+ Nâng cao điện áp vận hành của hệ thống điện:
Nếu điện áp của mạng điện nâng cao hơn a% thì tổn thất công suất sẽ giảm đi một
lợng là:
P =
R
a
U
S
R
a
U
S
R
U
S
+
=
+
2
2
2
2
2
2
2
)
100
1(
1
1
]
100
[
(3-45 )
Nâng cao điện áp của mạng điện có thể thực hiện bằng cách nâng cao cấp điện áp
định mức của mạng điện, điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp hay nâng cao điện áp
của máy phát điện và dùng các biện pháp bù.
+ Thay đổi số lợng máy biến áp vận hành song song.
Tuỳ mức độ phụ tải thay đổi mà số lợng máy biến áp làm việc song song cũng thay
đổi.
Ta biết rằng tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp là:
P = P
Fe
+ P
cu
= P
0
+
B
R
U
S
2
2
(3-46 )
Hình 3-8
Quan hệ giữa công suất S và tổn
thất công suất tác dụng trong máy biến
áp
1- một máy làm việc;
2 - hai máy làm việc song song;
3. ba máy làm việc song song.
S
1
, S
2
- là công suất giới hạn.
Dựa vào biểu thức (3-46),
ngời ta lập đờng cong biểu diễn
mối quan hệ giữa
P và S. Sau đó
vẽ quan hệ
P = f(S) khi có 1, 2, 3 máy làm việc song song nh trên hình 3-8.
Căn cứ vào phụ tải của máy biến áp ta chọn đợc số lợng máy biến áp làm việc
song song phù hợp để có
P
min
. Theo giải tích ngời ta cũng tìm đợc công suất giới hạn để
chuyển từ n máy làm việc song song về n - 1 máy vận hành song song:
S =
== =
=
=
=
1
11 1
1
1
22
1
1
1
22
])).([(]).)([(
)()(
n
i
n
i
n
i
n
i
dmiKidmiKi
n
i
n
i
dmidmiFen
SPSP
SSP
(3-47 )
Nếu trạm biến áp có n máy dung lợng giống nhau bằng S
dm
thì công suất giới hạn
của n máy là:
S = S
dm
K
Fe
P
P
nn
)1(
(3-48 )
Công suất giới hạn của một máy là:
S
1
=
K
Fe
dm
P
P
n
n
S
n
S
=
)1(
(3-49 )
2. ảnh hởng của tổn thất điện năng đến giá thành truyền tải
Giá thành truyền tải điện năng gồm có vốn đầu t cơ bản K và chi phí vận hành
hàng năm Y.
+ Vốn đầu t cơ bản K: vốn đầu t cơ bản gồm 2 phần, một phần để mua sắm các
thiết bị và tài sản (K
t
) và phần đầu t xây dựng, lắp đặt thiết bị ( K
x
).
K = K
t
+ K
x
.
P ( kW )
0 S
1
S
2
S ( kVA )
1
2
3
Đối với mạng điện thì tuỳ thuộc vào kiểu nhà máy điện. Với nhà máy nhiệt điện giá
trị K
t
= 60%, nhà máy thuỷ điện K
t
= 28 - 30%, với đờng dây thì K
t
= 85 - 90%.
+ Chi phí vận hành hàng năm Y: chi phí vận hành gồm có khấu hao, hao mòn thiết
bị, chi phí phục vụ sửa chữa định kỳ và chi phí tổn thất điện năng hàng năm.
- Khấu hao hao mòn thiết bị dùng để thay thế thiết bị h hỏng và lạc hậu, ký hiệu là
B
a
%, nó đợc tính theo % so với vốn đầu t cơ bản:
B
a
% =
KC
TK
.
100
(3-50 )
trong đó:
T - là thời gian thu hồi vốn đầu t của công trình;
C - giá thành đào thải của công trình sau T năm.
- Chi phí sửa chữa định kỳ và phục vụ ( B
p
%) để trả công cho cán bộ quản lý, vận
hành, mua sắm các thiết bị thí nghiệm và sửa chữa công trình, nó đợc tính theo % so với
vốn đầu t cơ bản.
+ Chi phí tổn thất điện năng hàng năm xác định theo công thức:
c.
A = c.P
max
(3-51 )
c - là giá thành tổn thất điện năng ( đồng /kWh ).
Chi phí vận hành hàng năm của mạng điện có giá trị là:
Y = ( B
a
%+ B
p
%) K + c.A.
Y = a
vh
K + c.A (3-52 )
ở đây a
vh
- là hệ số vận hành, nó là hệ số khấu hao hao mòn, sửa chữa định kỳ phục
vụ mạng điện, tính theo % so với vốn đầu t cơ bản.
Với cột bê tông a
vh
= 4%; cột gỗ a
vh
= 12%; trạm biến áp a
vh
= 14%.
Giá thành truyền tải điện năng là:
=
Y
A
Y
PT
=
max max
.
(3-53 )
A - là điện năng tiêu thụ hàng năm.
Muốn giá thành truyền tải điện năng
min thì ngoài việc a
vh
nhỏ còn phải có A
nhỏ.
3. Tính toán, so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện
Trong thực tế xác định đợc một phơng án tối u thoả mãn cả hai điều kiện có vốn
đầu t ít và chi phí vận hành nhỏ là không thực hiện đợc. Để chọn phơng án tối u,
thờng ngời ta phải so sánh về kinh tế và kỹ thuật. Mục đích của nó là xác định hiệu quả
của các phơng án đã đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sau khi tiến hành so sánh về kinh tế.
Khi so sánh các phơng án ta thờng gặp các tình huống nh sau:
Hai phơng án có: K
1
< K
2
; Y
1
< Y
2
, thì phơng án 1 kinh tế hơn phơng án 2.
Trờng hợp K
1
= K
2
nhng Y
1
> Y
2
thì phơng án 2 kinh tế hơn.
Nếu 2 phơng án có: K
1
< K
2
nhng Y
1
> Y
2
ngời ta không thể so sánh trực tiếp các
phơng án mà phải đánh giá theo thời gian thu hồi vốn đầu t phụ tiêu chuẩn xác định theo
công thức:
T =
21
12
YY
KK
(3-54 )
Sau đó tiến hành so sánh T với thời gian thu hồi vốn đầu t tiêu chuẩn T
tc
.
Nếu T = T
tc
thì 2 phơng án đầu t có giá trị nh nhau.
T < T
tc
, phơng án 2 là phơng án kinh tế hơn.
T > T
tc
, phơng án 1 kinh tế hơn.
Thời gian thu hồi vốn đầu t tiêu chuẩn phụ thuộc vào điều kiện kinh tế của mỗi
nớc. Ví dụ ở Liên Xô ( cũ ) T
tc
= 8 năm, ở Việt Nam T
tc
cha đợc khảo sát kỹ càng,
nhng trong tính toán ngời ta thờng lấy thấp hơn (6 - 8 năm).
Từ ( 3-54 ) ta có:
21
12
YY
KK
= T
tc
hay Y
1
T
tc
+ K
2
= Y
2
T
tc
+ K
2
.
Y
1
+
tctc
T
K
Y
T
K
2
2
1
+=
Đặt z = Y +
tc
T
K
là chi phí tính toán hàng năm.
z = a
tc
.K + Y (3-55 )
trong đó: a
tc
=
tc
T
K
- là hệ số thu hồi vốn đầu t phụ tiêu chuẩn.
Phơng án kinh tế hơn là phơng án có z min:
z = a
tc
K + Y Min. (3-56)
Khi so sánh phơng án, nếu z chênh lệch nhau không quá 5% thì coi tơng đơng về
mặt kinh tế. Nếu các phơng án có độ tin cây cung cấp điện khác nhau thì cần tính toán
thiệt hại cho nền kinh tế do việc ngừng cung cấp điện gây ra.
Đ3-6. Chọn tiết diện dây dẫn v cáp theo chỉ tiêu kinh tế
1. Mật độ dòng điện kinh tế
Đối với đờng dây truyền tải ở mạng điện khu vực, do công suất lớn, điện áp cao,
đờng dây dài nên chi phí vận hành khá lớn. Mặt khác các thiết bị điều chỉnh điện áp khá
tốt nên ít phải chú ý đến tổn thất điện áp. Vì vậy tiết diện dây dẫn và cáp đợc chọn theo
điều kiện kinh tế. Tức là chọn F dây dẫn và cáp sao cho chi phí tính toán là nhỏ nhất. Hàm
chi phí tính toán có giá trị là:
z = ( a
vh
+ a
tc
)K + cA.
z = ( a
vh
+ a
tc
)K + c3I
2
max
F
l.
(3-57 )
Vốn đầu t cơ bản cho đờng dây phụ thuộc vào tiết diện, có thể xác định theo công
thức:
K = K
0
+ n( a + bF ) (3-58 )
trong đó:
K
0
- là giá thành 1 km đờng dây phần không phụ thuộc vào tiết diện ( đồng/km);
n - là số mạch đờng dây đi song song;
a - hệ số phụ thuộc vào điện áp đờng dây ( đồng/ km );
b - là hệ số phản ảnh sự phụ thuộc của giá thành đờng dây vào tiết diện dây dẫn
(đồng/km.mm
2
).
Thay giá trị của K vào z ta có:
z = ( a
vh
+ a
tc
) [ K
0
+ n ( a + bF )] + 3I
2
max
.c.
F
l.
.
(3-59 )
Tiết diện tối u của dây dẫn, ký hiệu là F
kt
đợc xác định khi đạo hàm z = 0
03)(
.
2
2
max
=+=
kt
tcvh
kt
F
l
cInblaa
F
z
hay F
kt
= I
max
nbaa
c
tcvh
)(
3
+
(3-60 )
Tiết diện dây dẫn chọn theo ( 3-60 ) gọi là tiết diện ứng với hàm chi phí z cực tiểu.
Theo ( 3-59 ) ta thấy hàm chi phí z của đờng dây có 2 phần: một phần liên quan đến giá
thành dây dẫn, ký hiệu là z
K
và một phần liên quan đến tổn thất điện năng ký hiệu là z
A
z
(F)
= z
K
+ z
A
(3-61 )
Đờng cong biểu diễn hàm chi phí z
(F)
có dạng nh hình 3-9 .
Hình 3-9.
Sự phụ thuộc giữa giá thành
đờng dây vào tiết diện dây dẫn
Ta thấy đồ thị có điểm thấp nhất
ứng với z
min
có một giá trị F. Tiết diện ứng
với z
min
gọi là tiết diện kinh tế ( F
kt
). Mật
độ dòng điện ứng với F
kt
gọi là mật độ dòng
điện kinh tế, ký hiệu là J
kt
:
J
kt
=
c
nbaa
F
I
tcvh
kt
3
)(
max
+
=
( 3-62 )
Tuỳ thuộc vào thời gian sử dụng công suất cực đại, vật liệu làm dây dẫn, các hệ số,
số mạch nhánh, khu vực và lãnh thổ ta xác định đợc J
kt
theo biểu thức trên. Trong bảng
1 cho giá trị J
kt
của Liên Xô cũ ứng với T
max
và các vật liệu khác nhau làm dây dẫn.
Bảng 1. Mật độ dòng điện kinh tế J
kt
Thời gian sử dụng phụ tải cực đại T
max
( h )
Loại dây dẫn
1000 - 3000 3000 - 5000 5000 - 8760
Dây đồng trần
Dây nhôm và thép nhôm trần.
Dây cáp bọc giấy tẩm và dây dẫn bọc
cao su:
- Lõi đồng.
- Lõi nhôm.
Dây cáp bọc cao su lõi đồng.
2,5
1,3
3,0
1,6
3,5
2,1
1,1
2,5
1,4
3,1
1,8
1,0
2,0
1,2
2,7
2. Phơng pháp chung tính toán tiết diện dây dẫn theo J
kt
+ Khi tiết diện dây dẫn thay đổi: sử dụng khi các phụ tải cách xa nhau, mỗi đoạn
đờng dây ta chọn một tiết diện.
- Xác định dòng điện truyền tải trên các đoạn đờng dây:
Z
F
kt
F
I
1
=
1
11
cos33
U
P
U
S
=
; I
2
=
n
nn
n
U
P
U
S
I
U
P
U
S
cos33
;
cos33
2
22
===
trong đó:
P
1
, P
2
, P
n
- là công suất truyền tải trên các đoạn;
U - là điện áp lấy bằng điện áp U
dm
;
cos
1
, cos
2
, cos
n
- là hệ số công suất trên các đoạn.
- Căn cứ vào loại dây dẫn và T
max
chọn J
kt
.
- Tính tiết diện dây dẫn:
F
1
=
kt
n
n
ktkt
J
I
F
J
I
F
J
I
== ;;
2
2
1
- Lựa chọn tiết diện quy chuẩn.
- Xác định tổn thất điện áp thực tế và so sánh với giá trị cho phép (đối với các mạng
có điện áp định mức U
dm
< 35 kV). Đối với mạng có nhiều phụ tải, thời gian T
max
và cos
khác nhau thì ta phải sử dụng T
maxbq
và cos
tb
tính cho từng đoạn.
+ Trờng hợp tiết diện không đổi trên suốt chiều dài đờng dây
- Xác định dòng điện đẳng trị I
đt
.
Đờng dây truyền tải dòng điện đẳng trị quy ớc sẽ tơng đơng về mặt tổn thất
công suất với đờng dây truyền tải dòng điện thực, ta có:
3I
đt
2
F
l.
=
F
3
( I
1
2
l
1
+ I
2
2
l
2
+ I
n
2
l
n
).
suy ra I
dt
=
n
n
i
ii
dm
n
n
i
ii
lll
lS
U
lll
lI
3
1
21
1
2
21
1
2
++
=
++
==
(3-63 )
trong đó:
II I
n12
,, - là dòng điện truyền tải trên đoạn 1, 2, n ;
ll l
n12
,, là chiều dài các đoạn 1, 2, n.
- Tính giá trị trung bình của thời gian sử dụng phụ tải cực đại: trong trờng hợp
các phụ tải có T
max
khác nhau, ta tinh thời gian sử dụng công suất cực đại theo giá trị bình
quân cho các đoạn đờng dây
T
maxbq
=
=
=
=
++
++
n
i
i
n
i
ii
n
nn
p
pT
ppp
pTpTpT
1
1
21
2211
(3-64 )
ở đây:
T
1
, T
2
, T
n
-là thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải 1, 2, n;
p
1
, p
2
, p
n
- là công suất tác dụng cực đại của phụ tải 1, 2, n.
- Căn cứ vào loại dây dẫn và T
maxbq
chọn J
kt
- Tính tiết diện dây dẫn:
F =
kt
dt
J
I
(3-65 )
Đối với các mạng điện có U
dm
< 35 kV, sau khi chọn xong tiết diện dây dẫn, ta xác
định tổn thất điện áp thực tế và so sánh với giá trị cho phép.
Đ3-7. Một số ví dụ tính toán tổn thất năng lợng
Ví dụ 1
Một mạng điện gồm đờng dây cao áp, điện áp 10 kV dài L = 5km cung cấp cho
máy biến áp có công suất định mức S
H
= 180 10/0,4 kV ( hình 3-10 ) phía hạ áp có các đoạn
l
1
= 0,1 km dùng dây dẫn A-50, phụ tải là s
1
= 40 + j30 kVA, đoạn l
2
= 0,1 km dùng 2 dây
A-50 phụ tải s
2
= 66 + j49,5 kVA; Đoạn l
3
= 0,5 km, dùng dây A-35, phụ tải s
3
= 14 + j10,5
kVA, đoạn thứ t l
4
= 0,5 km dùng dây A-50 phụ tải s
4
= 10 + j7,5 kVA. Biết năng lợng
truyền tải hàng năm là 455000 kWh. Tìm tiền chi phí tổn thất năng lợng trong một năm,
cho giá tiền điện c = 600 đ/kWh.
Hình 3-10. Mạng điện có một số phụ tải
s
4
s
1
L
1
L
4
A L L
2
L
3
S
2
S
3
Giải .
1. Tính các thông số của mạng điện:
Tổn thất năng lợng trong mạng điện gồm 3 thành phần: trên đờng dây cao áp,
trong máy biến áp và trên đờng dây hạ áp.
Công suất tiêu thụ cực đại của máy biến áp là:
S = P + jQ = s
1
+ s
2
+ s
3
+ s
4
= 40 + j30 + 66 + j49,5 + 14 + j10,5 + 10 + j7,5
= 130 + j 97,5 = 162,5
0,8 kVA.
Công suất truyền tải trên đoạn l
2
là:
S
2
= P
2
+ jQ
2
= s
2
+ s
3
+ s
4
= 66 + j49,5 + 14 + j10,5 + 10 + j7,5 = 90 + j 67,5.
Thời gian sử dụng tải cực đại là:
T
max
=
)(3500
130
455000
max
h
P
A
==
Tra đờng cong
= f(T
max
) với cos = 0,8 ta đợc = 2300 (h).
Tra bảng phụ lục tìm điện trở dây dẫn và tính điện trở của đờng dây:
R = r
0
.L = 0,65.5 = 3,25 ().
R
1
= r
01
.l
1
= 0,64.0,1 = 0,064 ( ).
R
2
= r
02
.l
2
= 0,5.0,64.0,1 = 0,032 (). (tính cho 2 đờng dây đi song song)
R
3
= r
03
.l
3
= 0,92.0,5 = 0,46 ().
R
4
= r
04
.l
4
= 0,64.0,5 = 0,32 ().
2. Tính tổn thất năng lợng trên đờng dây hạ áp:
A
dh
=
ii
dm
Rp
U
2
22
cos.
A
dh
=
22
3
8,0.38,0
10.2300
(40
2
.0,064 + 90
2
.0,032 + 14
2
.0,32 + 10
2
.0,46) = 11755 (kWh).
3. Tổn thất năng lợng trong máy biến áp:
Tra bảng phụ lục đối với máy biến áp 180 10/0,4 kV có
P
0
= 1 kW, P
K
= 4 kW.
A
B
= P
0
.t + P
K
.
2
dm
S
S
= 1.8760 + 4
)(162502300.
180
5,162
2
kWh=
4. Hao tổn năng lợng trên đờng dây cao áp.
Dòng điện truyền tải là:
I =
)(4,9
10.3
5,162
3
A
U
S
dm
==
A
dc
= 3RI
2
= 3.3,25.9,4
2
.2300.10
-3
= 1981 ( kWh ).
Tổn thất năng lợng tổng cộng là:
A = A
dc
+ A
B
+ A
dh
= 11750 + 16250 + 1981 = 29986 ( kWh ).
A% =
%59,6100.
455000
29986
100. ==
A
A
.
5. Giá tiền chi phí cho tổn thất năng lợng trong một năm là:
Y = c
A = 600.29986 = 17.991 10
3
(đồng).
Ví dụ 2
Xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong một năm của trạm biến áp
10/0,4 kV gồm 2 máy biến áp làm việc song song, công suất mỗi máy là S
H
= 560 kVA. Đồ
thị phụ tải hàng ngày của máy biến áp cho trên hình 3-11. Phụ tải cực đại của trạm biến áp
là S
max
= 1000 kVA, cos = 0,8. Hai máy biến áp vận hành trong một năm có 182 ngày mùa
hè, 183 ngày mùa đông.
Hình 3-11.
Đồ thị phụ tải hàng
ngày của máy biến áp
1 - mùa đông;
2 - mùa hè.
Giải.
1. Xác định tổn thất
công suất trong máy biến áp.
Tra loại máy biến áp S
H
= 560 kVA ta có P
0
= 2,5 kW, P
K
= 9,4 kW, u
K
% =5,5%;
i
0
% = 6%.
P
=
)(98,19
560
1000
.4,9.5,05,2.2
1
2
2
0
kW
S
S
P
n
Pn
dm
K
=
+=
+
.
Q =
dm
kdm
Sn
SuSIn
.100.
%.
100
%
2
0
+
=
560.100.2
1000.5,5
100
560.6.2
2
+ )(3,116493,67 kVAr=
+
=
.
S (%)
100 1
90
80 2
60
40
20
0 4 11 14 20 24 t (h)
S
B
= 19,98 + j116,3 ( kVA ).
2. Xác định thời gian sử dụng phụ tải cực đại:
Dựa vào đồ thị phụ tải hàng ngày ta xác định đợc thời gian sử dụng phụ tải cực đại
nh sau:
- Mùa đông: công suất 100% có T
đ1
= 183 ( 7 + 6 ) = 2379 ( h ).
Công suất 95% có T
đ2
= 183 ( 4 + 3 + 4 ) = 2013 ( h ).
- Mùa hè: công suất 90% có: T
h1
= 182 ( 6 + 7 ) = 2366 ( h ).
Công suất 85% có: T
h2
= 182 ( 4 + 3 + 4 ) = 2002 ( h ).
T
max
=
max
.
S
tS
ii
=
==
+
n
i
hi
i
n
i
di
i
T
S
S
T
S
S
1
max
1
max
%
%
%
%
=
)(8120
100
2002.852366.90
100
2013.952379.100
h=
+
+
+
Tra đờng cong
= f(T
max
), ứng với cos = 0,8 ta đợc = 7500 h.
3. Xác định tổn thất năng lợng trong máy biến áp:
A = n P
0
.t + )(1562047500.
560
1000
2
4,9
8760.5,2.2
2
2
kWh
S
S
n
P
dm
K
=
+=
Ví dụ 3
Mạng điện gồm 2 tuyến dây điện áp 35 kV cung cấp cho 2 máy biến áp có đồ thị
phụ tải nh hình 3-12. Chiều dài đờng dây là: L = 15 km, dùng dây dẫn AC-150 ( d = 17
mm; r
0
= 0,21 /km; x
0
= 0,415 /km ). Công suất định mức của một máy biến áp là: S
dm
=
7500 kVA, cos
= 0,9 có P
0
= 24 kW, P
K
= 75 kW, u
k
% = 7,5%, i
0
% = 3,5%. Xác định
tổn thất công suất trong mạng điện khi phụ tải cực đại , tổn thất điện năng khi phụ tải cực
đại và tổn thất điện năng hàng năm của mạng trong các chế độ vận hành khác nhau.
P ( 10
3
kW)
10
L
5
S
t
2,5
t (h)
0 2000 4000 6000 8760
Hình 3-12. Sơ đồ mạng điện và đồ thị phụ tải để tính tổn thất điện năng
Giải.
1. Xác định tổn thất công suất trong trạm biến áp khi tải cực đại: ( lúc đó 2 máy làm
việc song song ).
P
B
= nP
0
+
)(1308248
5,7.9,0
10
2
75
24.2
.cos
1
2
2
kW
S
P
P
n
dm
K
=+=
+=
Q
B
=
)(1142617525
10.5,7.100
10.
9,0
10
2
5,7
100
7500.5,3.2
.100
cos
%
1
100
%
3
3
2
2
0
kVAr
S
P
u
n
Sin
dm
K
dm
=+=
+=
+
.
S
B
= P
B
+ jQ
B
= 130 + j1142 ( kVA )
2. Tổn thất công suất trên đờng dây khi phụ tải cực đại:
P
d
= 0,5 r
0.
L. ).(7,15810
35
9,0
10
.15.21,0
5,0
cos
3
2
2
2
2
kW
U
P
dm
=
=
Q
d
= 0,5 x
0.
L.
).(6,31310
35
9,0
10
.15.415,0
5,0
cos
3
2
2
2
2
kVAr
U
P
dm
=
=
S
d
= P
d
+ jQ
d
= 158,7 + j313,6 ( kVA ).
3. Tổn thất công suất tổng cộng của đờng dây và máy biến áp khi phụ tải cực đại là:
S = P + jQ = S
B
+ Sd = 288,7 + j1455,6 (kVA).
4. Xác định tổn thất năng lợng trên đờng dây:
=
5,2797
10
4760.5,22000.52000.10
2
222
2
max
2
=
++
=
P
tP
ii
( h ).
A
d
= P
d
. = 158,7.2797,5 = 443963 ( kWh ).
5. Xác định tổn thất năng lợng trong máy biến áp:
+ Khi hai máy vận hành song song trong suốt 1 năm, hao tổn năng lợng trong trạm
biến áp là:
A
T
= n.P
0
.t +
n
P
K
2
max
)(
dm
S
S
= 2.24.8760 +
2
75
5,2797)
7500.9,0
000.10
(
2
= 650.726,9 (kWh)
Tổng hao tổn:
A
1
= A
d
+ A
T
= 443963 + 650.726,9 = 1.094.689,9 (kWh)
