TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN

KHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ ViỄN THÔNG
BM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Chương 6:
TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆN
Giảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo Châu


Nội dung
1. Khái quát
2. Sơ đồ thay thế của lưới điện
3. Tổn thất khi truyền tải
4. Tính toán tổn thất ở mạng điện hở khu vực
5. Tính toán tổn thất ở mạng điện kín đơn giản
6. Tính toán mạng điện có nhiều cấp điện áp
7. Sử dụng đại số ma trận để xác định các thông
số trạng thái làm việc của mạng điện
8. Các bài toán ứng dụng


1. Khái quát:




Tính toán về điện là xác định thông số chế
độ của lưới điện.
Tính toán về điện bao gồm tính các loại
tổn thất trong hệ thống như tổn thất điện
áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng
cũng như các tính toán về phân bố công

suất, lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp,
các chế độ vận hành…


Tính toán điện phục vụ cho công tác đánh giá
các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện,
xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng
điện, xác định phương án bù công suất phản
kháng…
Tùy mục đích sử dụng mà độ chính xác của các
tính toán đòi hỏi khác nhau. Để khối lượng tính
toán giảm bớt có thể sử dụng các biểu đồ, bảng
tính có sẵn trong các sách tra cứu.
Các bước thực hiện lần lượt: xử lý các dữ kiện
ban đầu (cấp điện áp, loại dây dẫn, sơ đồ
mạng…), xây dựng sơ đồ thay thế, thực hiện tính
toán và xử lý kết quả.


2. Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện
Thành lập sơ đồ thay thế cho một lưới điện
bất kỳ gồm có: lựa chọn sơ đồ tính toán cho
mỗi phần tử của lưới và tính toán các thông số
của chúng, sau đó lắp các sơ đồ thay thế theo
đúng trình tự trong lưới, cuối cùng là quy đổi
các thông số trên sơ đồ về cùng cấp điện áp.
Sơ đồ thay thế của đường dây và máy biến
áp sẽ được lần lượt trình bày, đây là hai thành
phần chính của lưới truyền tải và phân phối.

2. 1. Sơ đồ thay thế đường dây:

A. Các thông số của đường dây:
Điện dẫn G: là thông số phản ánh hiện tượng tổn thất công
suất tác dụng trong sứ và điện môi. Phần công suất tổn hao
trong sứ của đường dây trên không ở mọi cấp điện áp rất
bé và có thể bỏ qua. Một phần tổn thất công suất nữa là tổn
thất do vầng quang, thường chỉ xảy ra ở cấp điện áp ≥
110kV trong một số điều kiện nhất định. Đối với dây cáp có
thể bỏ qua điện dẫn.
Dung dẫn B: dung dẫn đường dây thể hiện điện dung giữa
các dây dẫn. Dung dẫn này tỷ lệ với dòng điện chuyển dịch
(hay là dòng điện nạp của đường dây), sinh ra công suất
phản kháng trên đường dây. Dòng điện điện dung của cáp
thường lớn hơn đường dây trên không, do vậy đối với cáp
từ 20kV trở lên phải xét đến dung dẫn khi lập sơ đồ thay
thế.


Điện trở R: điện trở đường dây, phụ thuộc
chiều dài và thường được cho bởi nhà chế tạo.
Điện kháng X: thể hiện hiện tượng tản từ. Khi
tải dòng điện xoay chiều ba pha sẽ xuất hiện
xung quanh các dây dân một từ trường, tạo ra
lực điện động trong mỗi dây dẫn và phụ thuộc
khoảng cách tương hỗ giữa các dây dẫn. Đối
với các đường dây từ 330kV trở lên, để giảm
điện kháng người ta thường áp dụng kỹ thuật
phân pha.

B. Sơ đồ thay thế:

Các thông số của đường dây: điện trở,
điện kháng, điện dẫn và dung dẫn hầu
như phân bố dọc theo đường dây. Để dễ
dàng trong tính toán, tùy theo loại đường
dây một số thông số có thể xem là tập
trung hay bỏ qua. Các sơ đồ thay thế và
trường hợp áp dụng được tóm tắt trong
bảng bên dưới.



C. Tính thông số đường dây:

Z  R  j. X   ro  .xo  .l

ro và xo điện trở và điện cảm kháng trên
đơn vị chiều dài (km).
Y  G  j.B   go  .bo  .l
 go và bo điện dẫn và dung dẫn trên đơn vị
chiều dài (km).
 Điện dẫn G: được xác định theo tổn thất
công suất tác dụng G  Pvq



U2



Trong đó Pvq là tổn thất vầng quang xác
định theo công thức kinh nghiệm.




7,58

.106  1
 .km 
Dtb
log10 .
R
Dtb  3 D12 .D13 .D23 ,  mm 

Dung dẫn bo: bo 

Trong đó: Dtb khoảng cách trung bình
hình học giữa các dây dẫn, R là bán kính
dây dẫn, [mm].
Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ,
thì trị số R được thay thế bằng Rdt  n R.atbn 1
Trong đó:Rđt: bán kính đẳng trị của các dây dẫn trong một pha.
n: số dây dẫn trong một pha.
atb: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn trong một pha.
R: bán kính thực của mỗi dây phân nhỏ.



Điện trở ro: thường được cho bởi nhà chế
tạo hay tính theo rt  r20 1    t  20  



Trong đó: rt: điện trở ở nhiệt độ t.
r20: điện trở ở nhiệt độ 20oC, được tra ở các bảng cho sẵn.
α: hệ số nhiệt điện trở, được tra ở các bảng cho sẵn, đối
với đồng, nhôm, nhôm lõi thép α= 0,004.

Điện kháng

Dtb
xo: xo  0,1445.log10 . R  0, 0157,  km 

Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ, khi đó:
Dtb 0, 0157   
xo  0,1445.log10 .

,
 km 
Rdt
n


2.2. Sơ đồ thay thế máy biến áp
A. Các thông số của máy biến áp:

Tổng trở của máy biến áp: ZT  RT  j. X T là phản ánh
hiện tượng tổn thất công suất tác dụng do hiệu ứng
Joule và hiện tượng tổn thất công suất phản kháng do
tản từ trong các cuộn dây. Trong đó: RT là điện trở, X T là
điện cảm kháng.
Tổng dẫn của máy biến áp: YT  GT  j.BT phản ánh hiện
tượng tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp: tổn
hao do dòng Foucault và tổn hao từ. Tổn thất trong lõi
thép hầu như không phụ thuộc vào tải của máy biến áp
và bằng lúc không tải. Với: GT là điện dẫn, BT là cảm dẫn.
Các thông số của máy biến áp có thể tính theo các số liệu
của máy biến áp như: tổn thất ngắn mạch , tổn thất không
tải , điện áp ngắn mạch , dòng điện không tải . Các số liệu là
kết quả của thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải.


B. Sơ đồ thay thế và tính các thông số
cho máy biến áp hai cuộn dây:
Máy biến áp ba pha hai cuộn dây là loại được dùng phổ
biến trong hệ thống cung cấp điện. Khi tính toán dùng sơ
đồ hình Γ như hình vẽ.

GT

BT

 S T  PT  jQT

X

2

R

2

C. Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho
máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu:

X3

S0

R3



Sơ đồ thay thế hình sao có đặt lượng tổn
hao trong thép: S0  S Fe  PFe  j.QFe


Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch và
điện áp ngắn mạch của máy biến áp ba cuộn
dây và tự ngẫu được tính theo các dạng ngắn
mạch sau:
Khi cuộn 2 bị ngắn mạch, cuộn 3 hở mạch,
cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao cho trong
cuộn 1 và 2 có dòng định mức. Người ta đo được

 P1 2 và ,U12 % với:
P12  P1  P2 trong đó P1 và P2 là tổn thất công

suất tác dụng trong cuộn 1 và 2.
U12 %  U1 %  U 2 %




Cho hở mạch cuộn 2, ngắn mạch cuộn 3
và cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao
cho trong cuộn 1 và 3 có dòng định mức
ta thu được: P13  P1  P3
U13 %  U1 %  U 3 %



Tương tự khi cho cuộn 1 hở mạch, cuộn 3
ngắn mạch và đặt điện áp vào cuộn 2 sao
cho trong cuộn 2 và 3 có dòng định mức
P23  P2  P3
ta có:
U 23 %  U 2 %  U 3 %




Giải hệ các phương trình trên ta tính được
tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch
đối với từng cuộn dây theo số liệu đã cho:

P1  1

P12  P13  P23  

2


P2  P12  P1


P3  P13  P1

U1 %  1 U12 %  U13 % U23 % 
2

U2 %  U12 %  U1 %


U3 %  U13 %  U1 %1



3. Tổn thất khi truyền tải
Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ
thì mỗi phần tử mạng điện do có tổng trở nên đều
gây tổn thất công suất và điện áp.
Tổn thất công suất gây tình trạng thiếu hụt điện
năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải
điện và làm cho hiệu quả kinh tế kém.
Tổn thất điện áp làm cho điện áp tại các hộ tiêu thụ

bị giảm thấp, ảnh hưởng chất lượng điện.
Sau đây lần lượt giới thiệu sơ lược phương pháp
tính toán tổn thất điện áp, công suất và điện năng
trên mạng phân phối điện.


3.1. Tn tht cụng sut trờn ng dõy:
a. Vi ng dõy cung cp
Trong tính toán đờng dây tải điện, ngời ta sử dụng sơ đồ thay thế hình (đối với
mạng 110 kV, đôi khi ngay cả với mạng 220 kV ngời ta thờng bỏ qua phần điện
dẫn tác dụng của đờng dây. Tức là trên sơ đồ chỉ còn lại thành phần điện dẫn
phản kháng Y = jB do dung dẫn của đờng dây và thờng đợc thay thế bằng phụ tải
phản kháng jQc.

S1

1 S1

Q c
j
2

Z

S2 2

S2 = P2 + jQ2

j

Q c
2


Chó ý: S = 3.I2dm.Z mà

I

S
3U

2
S
2



P

3
RI
 2 .R
2
S
U
   S  2 .Z
2
S
U
  S  3 XI 2  2 . X

U
+ Tæn thÊt c«ng suÊt cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng
suÊt ë cuèi ®êng d©y:

S2"


 S  P  jQ  
 U2
.

2

"2
"2

S
S
 .Z  2 .R  j . 2 .X
2
2

U
U
2
2



+ Đối với đường dây địa phương ta bỏ qua tổng

dẫn, khi đó ta xác định tổn thất theo công suất tải
2

2

2

2

P2  Q2
  P 
.R
2
U đm
P2  Q2
  Q 
.X
2
U đm