Nghiên cứu thiết kế hệ thống lưới điện hiện đại

CHƯƠNG 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 Khái niệm về mạng và hệ thống điện
Điện năng là dạng năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các
lĩnh vực hoạt động kinh tế và đời sống của con nguời.
Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện. Căn cứ vào nguồn năng
lượng sơ cấp dùng để sản xuất điện năng, các nhà máy điện được phân thành:
các nhà máy nhiệt điện, nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện nguyên tử Nguồn
năng lượng sơ cấp dùng trong các nhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hữu cơ
(than, dầu ), trong các nhà máy thuỷ điện là sức nước, còn trong nhà máy điện
nguyên tử là năng lượng hạt nhân.
Ngoài các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử còn có các loại
nhà máy điện khác với năng lượng sơ cấp là: gió, mặt trời, địa nhiệt, thuỷ
triều, tuy nhiên công suất của các nhà máy này thường không lớn.
Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị chính và phụ. Các thiết bị
chính như: Các máy phát điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các thiết bị
đóng cắt, các dao cách ly và các thiết bị tự dùng. Các thiết bị chính được dùng
để sản xuất và phân phối điện năng, đóng và cắt các mạch điện
Các thiết bị phụ được sử dụng để thực hiện các chức năng đo lường, phát
tín hiệu, bảo vệ, tự động
Hệ thống điện gồm có các nhà máy điện, các mạng điện và các hộ tiêu thụ
điện, được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện quá trình sản
xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng.
1
Hệ thống điện (HTĐ) là một phần của hệ thống năng lượng. Trên hình 1-
1 là sơ đồ nguyên lý của một hệ thống điện.
Mạng điện là một tập hợp gồm có các trạm biến áp, trạm đóng cắt, các
đường dây trên không và các đường dây cáp. Mạng điện được dùng để truyền
tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ. Đường dây
truyền tải có điện áp lớn hơn 1 kV là đường dây điện áp cao, đường dây có
điện áp nhỏ hơn 1 kV là đường dây điện áp thấp.
Truyền tải điện năng từ các nhà máy điện được thực hiện bằng các đường

dây truyền tải điện áp từ 100kV trở lên, các trạm được sử dụng để biến đổi điện
áp và phân phối điện năng. Trong các trạm có các máy biến áp, các thanh góp,
các thiết bị đóng cắt, và các thiết bị phụ để bảo vệ, tự động hoá, đo lường. Các
2
10 kV
~
MF
18 kV
B
220 kV 110 kV 20 kV
0,4 kV
0,4 kV
Hình 1-1: Sơ đồ của hệ thống
trạm điện được dùng để liên kết các máy phát điện và các hộ tiêu thụ điện với
các đường dây truyền tải điện và cũng như để liên kết các phần riêng biệt của
hệ thống điện.
Hộ tiêu thụ điện bao gồm các thiết bị sử dụng điện riêng biệt hay là tập
hợp tất cả các thiết bị đó. Thiết bị sử dụng điện là các động cơ điện đồng bộ,
động cơ không đồng bộ, các lò điện cảm, máy hàn điện, các thiết bị chiếu
sáng Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các hộ
dùng điện. Dựa vào yêu cầu liên tục cung cấp điện, các hộ tiêu thụ được phân
thành 3 loại:
Hộ loại I: Là những hộ tiêu thụ điện quan trọng, nếu như ngừng cung cấp
điện có thể gây ra nguy hiểm đến tính mạng và sức khoẻ của con người, gây
thiệt hại nhiều về nền kinh tế quốc dân, hư hỏng thiết bị, làm hỏng hàng loạt
sản phẩm, rối loạn các quá trình công nghệ kỹ thuật phức tạp (ví dụ như các lò
luyện kim, thông gió trong hầm lò và trong các nhà máy sản xuất hoá chất độc
hại ).
Hộ loại II: Là các hộ tiêu thụ nếu như ngừng cung cấp điện chỉ gây thiệt
hại kinh tế do qúa trình sản xuất bị gián đoạn (ví dụ như các nhà máy công cụ,

nhà máy dệt ).
Hộ loại III: Là tất cả các hộ tiêu thụ không thuộc hai loại trên (ví dụ như
sinh hoạt dân dụng, các phân xưởng sản xuất không theo dây chuyền )
1.2 Điện áp danh định của mạng điện
3
Mỗi mạng điện được đặc trưng bằng điện áp danh định U
dđ
, điện áp danh
định là điện áp chuẩn mực để thiết kế lưới điện và các thiết bị phân phối cũng
như các thiết bị dùng điện (máy biến áp, máy phát điện, đường dây ).
Điện áp danh định đảm bảo cho các thiết bị hoạt động bình thường và
đem lại hiệu quả kinh tế tốt nhất.
Vì phụ tải tiêu thụ luôn luôn thay đổi, cho nên điện áp ở bất kỳ điểm nào
trong mạng đều có thể lệch khỏi giá trị danh định.
Độ lệch điện áp làm giảm chất lượng điện năng, và do đó gây ra thiệt hại
kinh tế. Đồng thời trong nhiều trường hợp điện áp đầu đường dây U
1
có thể lớn
hơn điện áp cuối đường dây U
2
, bởi vì dòng điện trên đường dây gây ra tổn thất
điện áp
∆U = U
1
-U
2
(hình 1-2a). Do đó để cho điện áp ở hộ tiêu thụ U
2
gần với điện áp
danh định của mạng điện U

dd
và để đảm bảo chất lượng điện ở cuối đường dây,
điện áp danh ®Þnh của máy phát U
ddF
phải lớn hơn 5% so với điện áp danh định
của mạng (hình 1-2b).
Điện áp danh định cuộn dây thứ cấp của máy biến áp cao hơn từ (5
÷10)% điện áp danh định của mạng điện. Đối với đường dây dài siêu cao áp,
điện áp cuối đường dây có thể cao hơn điện áp đầu đường dây, điều đó phụ
thuộc vào chế độ làm việc, các tham số và điện áp của đường dây. Đối với các
mạng điện áp thấp (U<1000 V) điện áp danh định giữa các pha và điện áp pha
được dùng cho các mạng điện và thiết bị tiêu thụ: 220/127 V, 380/220 V,
660/380 V; đối với các nguồn: 230/133 V, 440/230 V, 690/400 V.
4
~
~
U
d®F
U
d®
U
d®
=
H×nh 1-2: Sù thay ®æi ®iÖn ¸p däc ®êng d©y.
a,
b,
U
d®F
U’
1

U
1
∆U
Các giá trị điện áp danh định và điện áp làm việc lớn nhất của mạng trung
áp (6 ÷35 kV); cao áp (110 ÷ 220 kV) và siêu cao áp (từ 330 kV trở lên) cho ở
bảng 1.
Bảng 1: Điện áp danh định của các phần tử trong mạng điện ba pha
(theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ)
Mạng
điện và
các thiết
bị điện
( kV )
Máy
phát và
máy bù
đồng
bộ
( kV )
Máy biến áp lực và máy biến áp tự
ngẫu
Điện áp
làm việc
lớn nhất
( kV )
Không điều chỉnh
dưới tải
Điều chỉnh dưới tải
Cuộn
sơ cấp

( kV )
Cuộn thứ
cấp
( kV )
Cuộn sơ
cấp
( kV )
Cuộn
thứ cấp
( kV )
6
10
20
6,3
10,5
20
6;6,3
10;10,5
20
6,3; 6,6
10,5; 11
22
6; 6,3
10;10,5
20; 21
6,3;6,6
10,6;11
22
7,2
12

24
5
35
110
220
330
500
750
21,1
-
-
-
-
-
35
-
-
330
500
750
38,5
121
242
347
525
787
35;36;37
110;115
220; 230
330

500
750
38,5
115;121
230;242
330
-
-
40,5
126
252
363
525
787
1.3 Sơ đồ mạng và hệ thống điện
1.3.1 Hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải
điện và các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ ).
Đường dây được nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất,
truyền tải và phân phối điện năng.
Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện (HTĐ) gồm các đường dây tải
điện và các trạm biến áp được gọi là lưới điện. Trên hình 1-3 là sơ đồ cấu trúc
HTĐ. HTĐ có cấu trúc phức tạp gồm nhiều loại nhà máy điện, nhiều loại lưới
điện có điện áp khác nhau trải rộng trong không gian. HTĐ phát triển không
ngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của
phụ tải. Để nghiên cứu qui hoạch và phát triển HTĐ cũng như để quản lý, vận
hành, HTĐ được phân chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập với
nhau.
Về mặt quản lý và vận hành, HTĐ được phân thành:
- Các nhà máy điện do các nhà máy điện tự quản lý.

6
- Lưới hệ thống siêu cao (U ≥220 kV) và trạm khu vực do các công ty
truyền tải quản lý.
- Lưới truyền tải và phân phối do các công ty lưới điện quản lý, dưới nó là
các điện lực.

Về mặt qui hoạch, HTĐ chia thành 2 cấp:
- Nguồn điện, lưới hệ thống, các trạm khu vực được qui hoạch trong tổng sơ
đồ.
- Lưới truyền tải và lưới phân phối được qui hoạch riêng.
Về mặt điều độ, HTĐ chia thành 3 cấp:
- Điều độ trung ương (A
0
).
7
TPP
NMĐ
NĐ
TĐ
TBK
TKV
TKV
TKV
TTG
TPP
Phụ tải TA
Phụ tải HA
LTH
110-220-500 kV
LTT

35-110-220 kV
LPP
6-10-15-20- 35
kV
HA
0,4 kV
Hình 1-3: Sơ đồ cấu trúc HTĐ
- Điều độ địa phương: Điều độ các nhà máy điện, điều độ các trạm khu vực,
điều độ các công ty điện.
- Điều độ các điện lực.
Về mặt nghiên cứu tính toán, HTĐ được chia thành:
- Lưới hệ thống.
- Lưới truyền tải (35; 110 ; 220)kV.
- Lưới phân phối trung áp (6; 10; 15; 22; 35)kV.
- Lưới phân phối hạ áp (0,4 / 0,22)V.
Điện áp 35kV có thể dùng cho lưới truyền tải và lưới phân phối. Mỗi loại
lưới điện có các tính chất vật lý và qui luật hoạt động khác nhau, do đó các
phương pháp tính được sử dụng khác nhau, các bài toán đặt ra để nghiên cứu
cũng khác nhau.
1.3.2 Lưới điện
1.3.2.1 Lưới hệ thống:
Lưới hệ thống bao gồm các đường dây truyền tải và trạm biến áp khu vực,
nối liền các nhà máy điện tạo thành HTĐ, có đặc điểm:
- Lưới có nhiều mạch vòng kín để khi ngắt điện sửa chữa đường dây hay
sự cố 1 hoặc 2 đường dây vẫn đảm bảo liên lạc hệ thống.
- Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên và chắc chắn giữa các
nhà máy điện với nhau và với phụ tải.
- Điện áp từ 110kV đến 500kV.
- Lưới được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không.
8

- Phải bảo dưỡng định kỳ hàng năm.
Khi tính toán chế độ làm việc của lưới hệ thống có thể mở rộng phạm vi
tính toán tới các trạm trung gian.
1.3.2.2 Lưới truyền tải.
Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực đến các trạm
trung gian (TTG).
1.3.2.3 Lưới phân phối.
Làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm khu
vực, hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải.
1.4 Các yêu cầu đối với mạng điện
1.4.1 Đảm bảo liên tục cung cấp điện
Tuỳ thuộc vào tính chất của hộ tiêu thụ mà mức độ đòi hỏi cao hay thấp.
Ví dụ với hộ phụ tải loại I, yêu cầu tính cung cấp điện liên tục cao vì nếu mất
điện sẽ gây thiệt hại về người hoặc thiệt hại lớn đối với nền kinh tế quốc dân ,
với hộ phụ tải loại II, nếu cung cấp điện không liên tục gây nguy hiểm đến tính
mạng con người hoặc làm ngưng trệ sản xuất gây thiệt hại cho nền kinh tế quốc
dân , với phụ tải loại III, gây gián đoạn sản xuất, không ảnh hưởng nhiều đến
tính mạng con người
1.4.2 Đảm bảo chất lượng điện năng
Gồm có chất lượng điện áp và chất lượng về tần số
1.4.2.1 Chất lượng về tần số.
Chất lượng về tần số được đánh giá bằng:
9
- Độ lệch tần số so với tần số danh định: ∆f% =
f
100).
ff
(
®d
®d

-
- Độ dao động tần số: Đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất
của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ hơn 1% s. Ví dụ:
Theo tiêu chuẩn của Nga [9] ( GOCT - 13109 - 67 ), độ lệch tần số trung bình
trong 10 phút phải trong khoảng ± 0,1, ngắn hạn cho phép đến ± 0,2 Hz, còn độ
dao động tần số không được lớn hơn 0,2 Hz. Còn theo tiêu chuẩn [12] ( GOCT
- 13109 - 87 ) thì độ lệch tần số cho phép là ± 0,2 Hz với xác suất 95%, độ lệch
tối đa tần số cho phép là 0,5 Hz và ± 1 Hz cho chế độ sau sự cố.
Theo tiêu chuẩn của Singapo [30], độ lệch tần số cho phép là 1%, tức là ± 0,5
Hz.
1.4.2.2 Chất lượng điện áp:
Chất lượng điện áp gồm bốn chỉ tiêu:
- Độ lệch điện áp so với điện áp danh định của lưới điện
δU =
100
U
U
-
U
®d
®d
% V
Trong đó U là điện áp thực tế trên cực các thiết bị dùng điện. δU phải
thoả mãn điều kiện δU- ≤ δU ≤ δU+ (δU- và δU+ là giới hạn dưới và trên của
độ lệch điện áp).
- Độ dao động điện áp: Sự biến thiên nhanh của điện áp được cho bởi công
thức:
10
%100
_

minmax
U
UU
dđ
U =∆
Tốc độ biến thiên từ U
max
đến U
min
không nhỏ hơn 1% / s.
Dao động điện áp gây dao động ánh sáng, gây hại mắt người lao động,
gây nhiễu radio, ti vi và các thiết bị điện tử
- Độ không đối xứng
Phụ tải các pha không đối xứng là một nguyên nhân dẫn đến điện áp các
pha không đối xứng, sự không đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ
tự nghịch U
2
của điện áp. Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả công tác
và tuổi thọ của thiết bị dùng điện, giảm khả năng tải của lưới điện và tăng tổn
thất điện năng.
- Độ không sin
Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như máy biến áp không tải,
bộ chỉnh lưu làm biến dạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không là hình sin
nữa và xuất hiện các sóng hài bậc cao U
j
, I
j
. Các sóng hài bậc cao này góp phần
làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt
từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới

điện và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống cung cấp
điện, gây nhiễu sóng radio, TV và các thiết bị điện tử, điều khiển khác
1.5 Cấu trúc đường dây truyền tải điện năng
Căn cứ vào cấu trúc của đường dây truyền tải điện năng có thể phân thành
đường dây trên không, đường dây cáp và dây dẫn trong nhà.
11
1.5.1 Đường dây trên không
Các phần tử chủ yếu của đường dây trên không là dây dẫn, dây chống sét,
cột, cách điện và phụ kiện của đường dây. Dây dẫn dùng để dẫn điện. Dây
chống sét dùng để bảo vệ dây dẫn khỏi quá điện áp khí quyển. Cột dùng để treo
dây dẫn và dây chống sét. Cách điện dùng để cách ly các dây dẫn và dây chống
sét với cột. Phụ kiện đường dây dùng để kẹp các dây dẫn vào cách điện và các
cách điện vào cột.
Phổ biến nhất hiện nay là sử dụng các đường dây một mạch và hai mạch.
Hai mạch của đường dây trên không có thể bố trí trên cùng một cột.
12
730 730
Hình 1-4: Cột thép của
đường dây một mạch
Hình 1-5: Cột thép của đường
dây hai mạch
660
1.5.1.1 Dây dẫn và dây chống sét.
Các dây dẫn không bọc cách điện (dây dẫn trần) được sử dụng cho đường
dây trên không. Các dây nhôm, dây nhôm lõi thép và dây hợp kim nhôm được
dùng phổ biến nhất ở các đường dây trên không.
Các dây dẫn cần phải có điện trở suất nhỏ đồng thời phải có độ bền cơ
giới tốt, chịu được các tác động của khí quyển và của các tạp chất hoá học
trong không khí, đặc biệt khi đường dây đi qua vùng ven biển, hồ nước mặn và
khu công nghiệp hoá chất.

Các vật liệu để chế tạo dây dẫn là đồng, nhôm, thép và hợp kim của nhôm
(nhôm-magiê-silic). Đồng là vật liệu dẫn điện tốt nhất, sau đó là nhôm và cuối
cùng là thép.
Đồng có điện trở suất nhỏ, ở nhiệt độ 20
o
C dây đồng có điện trở suất ρ =
18,8 Ω.mm
2
/Km. Ứng suất kéo của dây đồng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo.
Ứng suất kéo của dây đồng kéo nguội có thể đạt từ (38 ÷ 40)kG/mm
2
. Bề mặt
của dây đồng được bao bọc một lớp oxit đồng, do đó dây đồng có khả năng
chống ăn mòn tốt. Nhưng đồng là kim loại quý và đắt tiền, vì vậy các dây đồng
chỉ được dùng cho các mạng đặc biệt (ví dụ như hầm mỏ, khai thác quặng ).
Nhôm là kim loại phổ biến nhất trong thiên nhiên, điện trở suất của nhôm
lớn hơn điện trở suất của đồng khoảng 1,6 lần. Điện trở suất của nhôm ρ = 31,5
Ω.mm
2
/Km ở nhiệt độ 20
o
C. Lớp oxit bao bọc xung quanh dây nhôm có tác
dụng bảo vệ cho dây nhôm không bị ăn mòn trong khí quyển. Nhược điểm lớn
của dây nhôm là độ bền cơ tương đối nhỏ, ứng suất kéo của nhôm cán nguội
13
chỉ đạt khoảng (15 ÷ 16) kG/mm
2
do đó người ta không sản xuất dây nhôm một
sợi. Dây nhôm nhiều sợi được dùng cho các mạng phân phối có điện áp đến 35
kV.

Thép có điện trở suất lớn hơn nhiều so với đồng và nhôm. Điện trở suất
của thép phụ thuộc vào loại thép, công nghệ chế tạo và giá trị dòng điện chạy
trong dây thép. Dây thép có các đặc tính cơ lý rất tốt. Ứng suất kéo của thép có
thể đạt tới (120 ÷ 180)kG/mm
2
. Nhược điểm chính của dây thép là bị oxy hoá
mạnh. Để tránh bị phá huỷ cần phải dùng dây thép tráng kẽm. Dây thép được
sử dụng ở các khoảng vượt đặc biệt lớn (khoảng 2 km và lớn hơn).
Dây nhôm lõi thép được sử dụng phổ biến nhất ở các đường dây trên
không điện áp từ 35 kV trở lên.
Dây hợp kim nhôm có độ bền cơ giới rất tốt và lớn hơn nhiều độ bền cơ
của dây nhôm. Dây hợp kim nhôm được sử dụng rộng rãi ở một số nước trên
thế giới, đặc biệt là ở Pháp.
Một kiểu mới khác của các dây dẫn là dây nhôm lõi thép và hợp kim
nhôm lõi thép chịu nhiệt. Dây nhôm lõi thép chịu nhiệt được ủ ở nhiệt độ
400
o
C, nó có thể làm việc ở nhiệt độ khoảng 140
o
C mà các thông số của dây
dẫn không thay đổi. Đặc điểm này cho phép tăng đáng kể dòng điện tải của dây
dẫn. Ưu điểm khác của dây dẫn kiểu này là giảm biên độ dao động và sức căng
của dây dẫn trong quá trình vận hành. Dây dẫn này được chế tạo ở Mỹ. Dây
dẫn hợp kim nhôm chịu nhiệt được chế tạo ở Nhật, có thể làm việc ở nhiệt độ
(150 ÷230)
o
C.
14
Dựa vào cấu trúc của dây dẫn có thể phân thành dây dẫn một sợi, dây dẫn
nhiều sợi và dây dẫn rỗng. Các dây dẫn được ký hiệu khác nhau, đồng thời các

ký hiệu này phụ thuộc vào qui định của các nước chế tạo dây dẫn. Các dây dẫn
sản xuất tại Liên Xô cũ được ký hiệu bằng các chữ cái và chữ số. Các chữ cái
chỉ vật liệu của dây dẫn, các giải pháp chống ăn mòn và tăng độ bền cơ, còn
các chữ số chỉ tiết diện. Ví dụ: A-35 là dây nhôm có tiết diện 35 mm
2
; AC-150
là dây nhôm lõi thép tiết diện 150 mm
2
; ACY-300 là dây nhôm lõi thép tăng
cường tiết diện phần thép, tiết diện dây dẫn 300 mm
2
; ACO-400 là dây nhôm
lõi thép tăng cường tiết diện phần nhôm, tiết diện dây dẫn 400 mm
2
. Các dây
dẫn ở Pháp được ký hiệu bằng các chữ số. Ví dụ: 595 là dây nhôm lõi thép tiết
diện tổng 595 mm
2
, trong đó tiết diện danh định của dây dẫn là 490 mm
2
, tiết
diện thép là 105 mm
2
. Các dây dẫn sản xuất ở Mỹ, Anh, Thuỵ Sỹ, Phần Lan
được ký hiệu bằng tên các loài chim và động vật quý hiếm. Ví dụ: Cardinal,
plowerd, zebra, curlew, finch
1.5.1.2 Cột của đường dây trên không.
Phân loại theo chức năng thì có các loại cột: Cột trung gian, cột mốc, cột
góc, cột vượt Phân loại theo vật liệu làm cột có: Cột gỗ, cột thép, cột bê tông
cốt thép

a. Cột gỗ
Nguyên liệu chủ yếu là gỗ, nếu gỗ xử lý hoá học tốt (hấp gỗ, quét hắc ín,
tẩm dầu, tẩm chất hoá học ) thì có độ bền lên tới hàng chục năm. Cột gỗ có ưu
điểm là rẻ tiền, nhẹ nên dễ vận chuyển nhưng có nhược điểm là dễ mục, mối
nhất là với khí hậu Việt Nam ẩm nên ít được dùng. Ở các nước khác cột gỗ
15
thường dùng là cột gỗ thông vì nó thẳng và được dùng cho mạng điện từ 110
kV trở xuống.
Đối với những mạng điện hạ áp ở nông thôn, có thể dùng những cột bằng
tre ngâm, dùng loại cột này khá kinh tế vì ở nông thôn tương đối sẵn, rất thuận
lợi cho việc thi công nhanh chóng phục vụ kịp thời cho sản xuất.
b. Cột thép
Làm thành nhiều thanh ghép lại với nhau bằng bu lông hay đinh tán. Cột
thép có sức bền cơ học lớn nhất trong các loại cột, dễ vận chuyển, có thể dùng
ở độ cao không hạn chế. Chính vì vậy cột thép được sử dụng phổ biến cho các
đường dây từ 110 kV trở lên. Nhược điểm của cột thép là đắt tiền, hàng năm
phải sơn chống rỉ, đôi khi ở phần phía trên phải dùng loại thép đặc biệt không
rỉ. Ngoài ra việc thi công cột thép phức tạp vì phải đổ bê tông móng, thời gian
lắp ghép lâu. Đối với đường dây dùng loại cột khác, thông thường cũng phải
dùng cột thép tại các vị trí dừng, bẻ góc hoặc vượt sông để đảm bảo độ bền cơ
học.
c. Cột bê tông cốt thép
Cột bê tông cốt thép có lợi là rẻ tiền, không phải bảo quản nhưng nặng nề.
Do tình hình khí hậu nước ta và tình hình nguyên vật liệu như xi măng, sỏi, cát
trong nước tương đối sẵn cho nên khi thiết kế có thể quyết định ngay là chọn
dùng cột bê tông cốt thép cho đường dây tải điện cao áp (không phải so sánh
với phương án dùng cột gỗ hay cột thép nữa). Trên các đường dây dùng cột bê
tông cốt thép đã thiết kế từ trước tới nay ở nước ta có tới 15 loại chiều cao: 8,2;
16
8,6; 9,6; 10; 11,5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 20 m. Bao gồm cột đơn, cột đôi,

cột hình Π, cột A, cột có dây néo.
Về cấu tạo thì cột có kiểu chữ H (8,2÷12) m, kiểu cột chữ K (8,2÷18) m,
và kiểu cột ly tâm (16÷20) m. Cần phải tiến tới tiêu chuẩn hoá một số chiều cao
của cột bê tông cốt thép để có thể sản xuất hàng loạt dễ dàng, việc thiết kế và
thi công được thuận tiện, đỡ phức tạp. Cột bê tông kiểu chữ H thì dễ thi công
nhưng chịu lực yếu. Cột bê tông chữ K chịu lực khoẻ hơn cột chữ H nhiều. Cột
ly tâm hiện nay được sử dụng khá phổ biến, cột này chịu được lực từ mọi phía
như nhau nên rất lợi cho những đường dây phải xét đến lực đứt dây, sản xuất
lại nhanh. Ở nước ta đã có nhà máy sản xuất cột loại này, sản xuất từng đoạn 6;
8; 10 m tiện lợi cho việc vận chuyển (vì rỗng giữa, thể tích nhỏ, đoạn gốc có
thể tích 0,66 m
3
và nặng 1,2 tấn, đoạn ngọn có thể tích 0,35 m
3
và nặng 0,91
tấn). Giá thành của cột này tương đối cao vì phải dùng bê tông mác cao.
Cột có néo ngày càng được dùng phổ biến vì rất kinh tế, nó có thể thay
thế được một số cột sắt. Dây néo có thể dùng thép tròn và tăng đơ kiểu chữ U.
Cột có thể néo dọc theo đường dây, néo góc theo đường phân giác ngoài, néo
hai dây theo đường kéo dài của hướng dây ở góc ngoài Cột có dây néo thi
công đơn giản nhưng có nhược điểm là tốn diện tích, nhất là ở những vùng
canh tác và những nơi dễ bị phá hoại thì phải cân nhắc kỹ.
1.5.1.3 Xà
Là nơi để gắn sứ cách điện, tạo phân bố lực đều đặn cho cột và cho bản
thân xà, vị trí lắp đặt xà sẽ quyết định hình dáng của dây dẫn và khoảng cách
giữa các pha. Đối với loại cột thép thì xà cũng là một phần của cột.
17
Có các loại xà sau:
a. Xà sắt
Rất tiện lợi, dễ chế tạo, thi công nhanh, độ bền cơ học tốt, thông thường

hay dùng sắt chữ U hay chữ L để làm xà. Loại xà sắt không mạ kẽm hàng năm
phải sơn chống rỉ, han rỉ là nhược điểm cơ bản của sắt.
b. Xà gỗ
Làm bằng gỗ nên ít xảy ra hiện tượng gãy gục do chịu lực mà chỉ có một
số trường hợp bị mục, mọt do phương pháp xử lý gỗ chưa tốt, một số đường
dây việc tiếp địa chưa đảm bảo nên khi sét đánh, xà bị chẻ và gây ra sự cố.
Thực tế xà gỗ cách điện tốt, tránh được hiện tượng rò điện và có khả năng tăng
cường chống sét. Nếu gỗ được xử lý bằng các phương pháp tiên tiến và nghiên
cứu dùng rộng rãi các loại gỗ thông thường thì có ý nghĩa về mặt kinh tế rất lớn
và có tác dụng phục vụ tích cực rộng rãi cho việc phát triển lưới điện nông
thôn.
c. Xà bê tông cốt thép
Được coi là ưu việt hơn cả vì xà bê tông chịu lực rất tốt, bền, quản lý vận
hành dễ dàng nhưng có khuyết điểm là nặng nề, chế tạo và thi công khó vì kích
thước xà chưa được tiêu chuẩn hoá và xà thường được bắt vào nhiều loại cột
khác nhau.
1.5.1.4 Sứ cách điện
Sứ cách điện được chế tạo từ vật liệu gốm cách điện có tráng một lớp
men bên ngoài và thuỷ tinh nung. Hình dạng bên ngoài không làm dạng hình
18
trụ thẳng mà gồm nhiều lớp sứ có gợn hoặc nhiều bát sứ đặt chồng lên nhau
nhằm tạo đường phóng điện bề mặt từ đầu đến cuối sứ là dài nhất.
Sứ cách điện đường dây có hai kiểu chính:
a. Sứ đứng
Là loại sứ gồm một khối duy nhất được lắp thẳng đứng phía trên sao cho
chỉ chịu lực nén theo chiều thẳng đứng.
Sứ đứng được chế tạo để dùng ở các đường dây điện áp 35 kV trở xuống.
Kinh nghiệm vận hành sứ ở nước ta cho thấy, việc nhập mua sứ ở nước ngoài
chưa nhiệt đới hoá cần phải chú ý thích đáng vì những sứ đó làm việc trong
điều kiện ẩm ướt hay bị rò điện và gây sự cố đường dây, ví dụ những sứ VHD-

20, VHD-35, B-24 thực tế làm việc không đảm bảo cách điện tốt trong các tình
trạng vận hành. Để đảm bảo tình trạng vận hành an toàn có đường dây đã phải
dùng sứ VHD-45, tuy về vốn đầu tư có tăng hơn dùng sứ VHD-35 khoảng
(4÷5)% nhưng vẫn kinh tế hơn vì thực tế thiệt hại do sự cố của sứ gây ra dẫn
đến việc ngừng cung cấp điện giảm đi rõ rệt.
b. Sứ treo
Gồm nhiều bát sứ ghép lại với nhau thành chuỗi, số lượng bát sứ nhiều
hay ít tuỳ theo cấp điện áp và tuỳ loại sứ. Loại sứ này được sử dụng nhiều ở
các đường dây có điện áp ≥ 35 kV. Ví dụ như đường dây 35 kV thì mỗi chuỗi
sứ gồm 3 bát sứ, đường dây 110 kV thì mỗi chuỗi gồm 7 bát sứ (nếu khu vực
nào có nhiều sét thì tăng thêm 1 bát sứ).
19
Các đường dây đi qua khu vực có bụi, hoá chất phải dùng loại sứ chống
bụi. Việc ghép bát sứ làm cho chuỗi sứ có hình dáng linh động hơn, vừa chịu
kéo, vừa chịu nén được.
1.5.2 Đường dây cáp
Đường dây cáp khác đường dây trên không ở chỗ: Dây cáp có tiết diện
lớn vì có nhiều lớp cách điện, có vỏ bọc chắc chắn, có nhiều lõi để dẫn điện
được nhiều pha trong cùng một vỏ bọc, thường được đi ngầm dưới đất.
Đường dây trên không có nhược điểm là tốn nhiều không gian, nhiều diện
tích và đường đi ngang dọc làm mất mỹ quan, mất an toàn, đặc biệt là trong
thành phố. Do đó hiện nay ở các thành phố lớn trên thế giới, người ta có xu
hướng dùng đường dây cáp ngầm thay cho đường dây trên không. Tuy nhiên ở
nước ta hiện nay đường dây cáp chưa được phổ biến vì các lý do sau:
- Đường dây cáp rất đắt tiền (gấp 2÷3) lần so với đường dây trên không từ
35 kV trở xuống và gấp (5÷8 ) lần so với đường dây trên không 110 kV trở lên.
- Việc sửa chữa, nối đầu cáp khó khăn, đòi hỏi thiết bị tốt và kỹ thuật cao.
Khi thi công đường dây cáp ngầm phải chú ý đặc biệt vấn đề khoảng cách an
toàn và dự phòng sửa chữa, một số vấn đề chú ý như sau:
• Khi đặt cáp trong đất đường dây cáp phải cách móng công trình ít nhất

là 0,6m, cách các ống dẫn ít nhất là 1m, cách cây cối ít nhất là 2m
• Trong thành phố có đường ôtô hoàn chỉnh thì đường dây cáp được đặt
dưới các vỉa hè. Dây cáp không được đặt dưới chỗ xe cộ đi lại vì sẽ nhanh bị
hỏng, khi đào lên gây cản trở giao thông.
20
• Hai dây cáp bắt chéo nhau phải để cách nhau ít nhất là 350 mm, nếu
không đủ thì một cáp phải đặt trong ống.
Hai dây cáp đi song song thì cáp cao áp phải đặt xa nhà, cáp hạ áp đặt gần
nhà vì để an toàn và lấy điện vào nhà dễ dàng hơn.
• Dây cáp không được đặt song song với đường ray tàu điện vì vỏ cáp có
thể bị ăn mòn.
• Dây cáp được đặt trong các hào ở độ sâu 0,7 m.
• Dây cáp được rải ngoằn ngoèo để có chiều dài dự trữ bù lại sự di chuyển
của đất và sự biến dạng do nhiệt độ của chính dây cáp.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Nêu khái niệm về hệ thống điện và mạng điện?
2. Kể tên điện áp danh định của các phần tử trong mạng điện ba pha?
3. Trình bày sơ đồ mạng điện và hệ thống điện?
4. Nêu các yêu cầu đối với mạng điện?
5. Trình bày cấu trúc của đường dây tải điện?
21
CHƯƠNG 2. TỔNG TRỞ, TỔNG DẪN CỦA CÁC PHẦN TỬ TRONG
MẠNG ĐIỆN
2.1 Tổng trở, tổng dẫn và sơ đồ thay thế của đường dây
2.1.1 Sơ đồ thay thế
Các thông số điện trở tác dụng R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G, và
điện dẫn phản kháng B phân bố đều dọc theo chiều dài của đường dây. Tính
toán chính xác mức độ ảnh hưởng của chúng khá phức tạp và chỉ cần thiết
trong khi tính toán chế độ xác lập của đường dây siêu cao áp, còn đối với
đường dây điện áp U ≥ 110kV có chiều dài l ≤ 250 km thường không xét đến

sự phân bố đều của các thông số, đồng thời có thể dùng thông số tập trung là
điện trở tác dụng R, cảm kháng X, điện dẫn tác dụng G và điện dẫn phản kháng
B của đường dây trong khi phân tích chế độ xác lập của mạng điện.
Các đường dây điện áp 110kV và lớn hơn thường được biểu diễn bằng sơ
đồ thay thế hình π (hình 2.2,a). Trong đó tổng trở
.
Z
= R + jX đặt tập trung ở
22
giữa, còn tổng dẫn
.
Y
= G + jB được chia làm hai phần bằng nhau và đặt ở hai
đầu đường dây.
Đối với các đường dây trên không điện áp (110 – 220)kV thường không
xét đến điện dẫn tác dụng do đó sơ đồ thay thế của đường dây có dạng như
hình (2.2,b).
Trên hình (2.2c) là sơ đồ thay thế của đường dây trên không điện áp U
dđ
≤
35kV. Các đường dây cấp điện áp U
dđ
≤ 1 kV có sơ đồ thay thế như hình
(2.2,d).
23
1 R X 2
B/2 B/2
1 R X 2
G/2
B/2

G/2
B/2
1 R X 2
1 R 2
a, b,
c, d,
Hình 2-2: Các sơ đồ thay thế của các đường dây truyền tải điện năng.
Để phân tích chế độ xác lập của các đường dây điện áp siêu cao (U
dđ
≥ 330kV)
có chiều dài lớn hơn 250 km cũng có thể dùng sơ đồ thay thế hình π nhưng khi
xác định các tham số của sơ đồ thay thế cần phải xét đến sự phân bố đều của
điện trở tác dụng, cảm kháng, điện dẫn tác dụng và điện dẫn phản kháng dọc
theo chiều dài đường dây.

2.1.2 Tổng trở, tổng dẫn của đường dây
2.1.2.1. Điện trở tác dụng.
Điện trở tác dụng của một km đường dây (điện trở đơn vị) đối với dòng
điện một chiều ở nhiệt độ tiêu chuẩn (t = +20
o
C) được xác định theo công
thức:
r
o
=
E
ρ
.
F
1000

γ
Ω/km
(2-1)
Trong đó:
ρ: Là điện trở suất của vật liệu dây dẫn, Ω.m
2
/km (đối với dây đồng ρ =
18,8 Ωm
2
/km, đối với dây nhôm ρ = 31,5 Ωm
2
/km)
F : Là tiết diện dây dẫn, mm
2
.
γ : Là điện dẫn suất của vật liệu dây dẫn (đối với đồng có: γ = 53
m/Ω.mm
2
; đối với nhôm có: γ = 31,7 m /Ω.mm
2
24
Bởi vì điện trở của dây dẫn thay đổi theo nhiệt độ, do đó khi nhiệt độ của môi
trường thay đổi khác với nhiệt độ tiêu chuẩn (+20
o
C), điện trở đơn vị của dây
dẫn ở nhiệt độ t được tính theo biểu thức:
r
ot
= r
o

[ 1+ α(t - 20)] , Ω/km
(2-2)
Trong đó:
α- Hệ số nhiệt của điện trở, 1/
o
C
(Đối với dây nhôm và dây đồng thì α = 0,0041 1/
o
C).
r
o
: Điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ tiêu chuẩn.
Điện trở tác dụng của dây dẫn đối với dòng điện xoay chiều lớn hơn điện trở
một chiều. Đó là do hiệu ứng bề mặt của dòng điện xoay chiều. Nhưng đối với
dòng điện xoay chiều ở tần số 50 Hz và với dây dẫn kim loại màu, sự khác
nhau đó không đáng kể (khoảng 1%) vì vậy có thể lấy điện trở xoay chiều bằng
điện trở một chiều. Điện trở trên một km chiều dài của các dây dẫn kim loại
màu và dây nhôm lõi thép được xác định theo các tài liệu kỹ thuật về dây dẫn.
Điện trở r
o
phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn.
Đối với các đường dây dùng dây dẫn phân pha, điện trở trên một km đường
dây có giá trị:
r
o
= r
ođ
/n , Ω/km
(2- 3)
Trong đó:

r
ođ
- Điện trở của một km chiều dài của một dây dẫn trong một pha.
25