giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
VŨ ĐỖ CƯỜNG

GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT
VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG
ĐIỆN PHÂN PHỐI

NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 0 4 3 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN
VŨ ĐỖ CƯỜNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN
TỔN THẤT CÔNG SUẤT và TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
Chun ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

Mã ngành
: 605250

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIẢI PHÁP TÍNH TOÁN
TỔN THẤT CÔNG SUẤT và TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
Chun ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã ngành
: 605250
Họ và tên Học viên: KS. VŨ ĐỖ CƯỜNG
Người hướng dẫn : TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005


Chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn
Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ
em hoàn thành bản luận văn này.
Em xin cảm ơn Quý Thầy, Cô thuộc Khoa

Điện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ và góp ý để bản
luận văn được hoàn tất đúng thời hạn.
Xin chân thành cảm ơn các anh , em bạn
hữu trong Công ty Điện Lực Thành Phố Hồ
Chí Minh, Điều độ điện lực TP. Hồ Chí
Minh đã giúp đỡ rất nhiều trong việc tìm
kiếm số liệu để thực hiện bản luận văn này.
Người thực hiện
Vũ Đỗ Cường


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, ngày . . . tháng . . . năm
2005.


TểM TT Lí LCH TRCH NGANG

H v tờn

: Vuừ ẹoó Cửụứng

Ngy, thỏng, nm sinh: 27/ 04/ 1964
a ch liờn lc

Ni sinh: Saigon

: 34 Nguyeón ẹỡnh Chớnh, P.15, Q. Phỳ Nhun, Tp.HCM.

Quỏ trỡnh o to:
- T 1982 n 1987: hc i hc Trng H SPKT Tp.HCM, ngnh KC
- T 2003 n nay: hc Cao hc Trng H SPKT Tp.HCM, ngnh Thit b,
mng v nh mỏy in.
Quỏ trỡnh cụng tỏc:
- T thỏng 10/ 1987 n nay: GV B mụn T ng Hoỏ Cụng Nghip thuc
Khoa in Trng i hc S phm K thut Tp.HCM.


Giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối ............... 6
I. Tổng quan ................................................................................................................. 6
II. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây ....................... 8
III. Tổn thất công suất trong máy biến áp ..................................................................14
IV. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp ............................................17

Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện ............................................................... 24
1. Mô hình tải ............................................................................................ 24
2. Mô hình đường dây trên không và cáp ..........................................................28
3. Mô hình máy biến áp ............................................................................. 30

4. Mô hình các phần tử phản kháng ............................................................ 31
Chương 3: Vấn đề giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện ...................... 34
1. Giới thiệu chung ............................................................................................34
2. Vấn đề thay đổi điện áp trên lưới điện ..........................................................35
3. Các giải pháp giảm tổn thất công suất ..........................................................37
4. Cấu tạo bên ngoài của CP 243-1 IT ..............................................................33
5. Giới thiệu các LED trạng thái .......................................................................34

Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng .............................. 62
1. Giới thiệu .......................................................................................................62
2. Nhắc lại về các moment thống kê .................................................................62
3. Tính toán tổn thất điện năng..........................................................................63
4. Ví dụ minh họa ..............................................................................................68

Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện năng .........................................................
1. Giới thiệu chung..................................................................................... 82
2. Chương trình tính toán tổn thất điện năng .....................................................83
3. Tính toán thực tế ............................................................................................87
4. Kết luận .........................................................................................................88

Mục Lục


Giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 90

Mục Lục

Chương 1
Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối
I. Tổng quan
Khi truyền tải điện năng từ thanh cái các nhà máy điện đến hộ tiêu thụ, ta
cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp, nên một phần điện năng sẽ bò tiêu
hao do đốt nóng dây dẫn, do tạo nên các trường điện từ và do các hiệu ứng
khác. Phần tiêu hao đó gọi là tổn thất điện năng.
Trong mạng điện phân phối tổng chiều dài đường dây và số lượng MBA rất
lớn, hơn nửa mạng điện phân phối có cấp điện áp thấp nên tổn thất công
suất trên mạng điện phân phối là con số không nhỏ. Với những hệ thống
phân phối lớn, tổn thất này có thể lên đến 15% công suất truyền tải . Theo
một báo cáo của Công ty Dòch Vụ Công cộng tại New Mexico, trong khoảng
từ năm 1978 đến 1988 chỉ với mức độ chiếm khoảng 8,71% tổn thất điện
năng đã lên đến 299GWh.
Tổn thất công suất bao gồm tổn thất công suất tác dụng (chủ yếu là đường
dây) và tổn thất công suất phản kháng (chủ yếu là MBA). Tổn thất công suất
dẫn đến các thiết bò phát điện phải tăng làm vốn đầu tư nguồn phát cao,
gây tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải thấp,
làm tăng giá thành sản xuất cũng như truyền tải điện và không có lợi cho
việc phát triển kinh tế, phục vụ dân sinh.
Tổn thất công suất phản kháng tuy không ảnh hưởng trực tiếp đến mức phí
tổn về nhiên liệu nhưng dẫn đến tình trạng không đủ công suất phản kháng
cung cấp cho hộ tiêu thụ, do vậy tại đây cần phải trang bò thêm các thiết bò
phát công suất phản kháng như tụ điện, máy bù đồng bộ. Kết quả dẫn đến
chi phí đầu tư về thiết bò tăng cao, làm giá thành truyền tải điện cũn g tăng
cao.


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Trong mạng điện phân phối, tổn thất sinh ra do các nguyên nhân sau:


Tổn thất trên đường dây trong dây dẫn các pha.



Tổn thất trong các dây đất và trong đất.



Tổn thất trong lõi máy biến áp.



Tổn thất tăng do sự suy giảm các phần tử phản kháng.



Tổn thất tăng do các đặc tính của tải.



Tổn thất tăng do sự mất cân bằng giữa các pha trong hệ thống.

Việc tính toán, chọn lựa đúng kích cỡ dây dẫn sẽ giới hạn tổn thất trong
đường dây. Với các hệ thống điện hai pha và một pha sẽ làm xuất hiện
thêm tổn thất trong dây đất và trong đất. Sự mất đối xứng của tải cũng sẽ
làm tổn thất trong dây đất và đất tăng thêm. Tổn thất trong lõi máy biến áp

phân phối sẽ rất nhạy với giá trò biên độ của điện áp hệ thống. Chất lượng
của máy biến áp cũng sẽ ảnh hưởng đến tổn thất này. Do tải tiêu thụ thay
đổi giữa ngày và đêm, giữa các mùa nên hệ số công suất của hệ thống cũng
sẽ thay đổi. Nếu không có sự chọn lựa, tính toán đúng cho các thiết bò đóng
cắt các phần tử bù công suất phản kháng sẽ dẫn đến việc tăng tổn thất
trong hệ thống do hệ số công suất quá thấp. Đặc tính của tải cũng đóng vai
trò quan trọng trong tổn thất của mạng điện phân phối. Trong chu trình tải
đỉnh, điện áp trên đường dây có thể bò giảm xuống dưới giá trò cho phép.
Điều này trở nên rất quan trọng trong việc tính toán tổn thất trong hệ thống
phân phối. Ví dụ, rất nhiều các động cơ truyền động như máy bơm, máy
nén, máy điều hòa nhiệt độ, quạt .v..v có đặc tính tải công suất không đổi
khi làm việc với điện áp khác hơn so với giá trò danh đònh từ 80% đến
110%. Điều này sẽ dẫn đến dòng điện chảy trong đường dây sẽ tăng cao
hơn khi điện áp giảm, do vậy tổn thất hệ thống cũng sẽ tăng theo.

7


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

II. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây
Để xác đònh tổn thất công suất trên đường dây ta chỉ xét đường dây có phụ
tải tập trung cuối đường dây làm đại diện cho đường dây có nhiều phụ tài
tập trung, đường dây phân nhánh, lưới mạch vòng và giả thiết là tải đố i
xứng. Vì các dạng lưới phân phối này đều có công thức tính giống nhau. Khi
tính lưới mạch vòng cũng dùng nguyên lí xếp chồng. Sau đó tính riêng cho
trường hợp lưới phân bố đều và lưới có phụ tải không đối xứng.
1. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải tập trung

Khi có dòng điện ba pha chạy qua đường dây có tổng trở Z  R  jX sẽ gây

ra tổn thất công suất như sau:

Với:

P  3 * I 2 * R 

S2
P2  Q2
*
R

* R; (1 _ 1)
U 22
U 22

Q  3 * I 2 * X 

S2
P2  Q2
*
X

* X ; (1 _ 2)
U 22
U 22

P, Q, S là của 3 pha
U2: điện áp dây
P, P [MW];

U2 [KV]

;

Q, Q [MVAR];
R,X [];

Thông thường khi tính toán có thể có thể chọn m là giá trò đònh mức của
lưới. Khi muốn tăng độ chính xác, tổn thất tính tại đâu sẽ lấy điện áp tại
điểm đó.

8


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

U 1

U 2

R+jX
Hình 1_1

P+jQ

2. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều
Đây là trường hợp các hệ thống điện phân phối trong thành phố, các đường
dây chiếu sáng công cộng, đường dây cung cấp điện cho các xí nghiệp trong

A

B

C

dl

I

Ib

O

L
l

L
Hình 1_2a

khu chế xuất… Một cách gần đúng ta có thể xem dòng điện biến thiên dạng
tuyến tính dọc theo đường dây dẫn.
Lấy một vi phân dl tại B ta được:

Ib 

I *l
L

Tổn thất P trong một vi phân dl là: dP  3 * I b2 * dr;
Gọi r0: điện trở trên một đơn vò chiều dài dây dẫn (/km)  dr = r0*dl.

2

Vậy : dP  3 *  I * l  * ro * dl;
 L 

Toàn bộ tổn thất công suất dọc đường dây AC là:

9


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

2

L
3.r .I 2 L
 I .l 
P   3 *   * r0 .dl  0 2  l 2 .dl  r0 * I 2 * L  R * I 2 ; (1 _ 3)
L 0
 L
0

I:dòng tổng của phụ tải phân bố đều.
So sánh (1_3) với (1_1) ta thấy tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải
phân bố đều bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có cùng phụ tải nhưng tập
trung ở cuối đường dây
Ptập trung = 3. Pphân bố đều

Từ đó có thể dùng 1 trong 2 sơ đồ thay thế tương đương Hình 1_2 b) hay c)
để xác đònh tổn thất công suất lưới phân bố đều.

1

1

2

b)

Z L

2
c)

I 3

1 
ZL
3

I

Hình 1_2

3. Tổn thất công suất khi tải không đối xứng
Khi tải không đối xứng sẽ dẫn đến dòng điện và điện áp cũng không đối
xứng cả về biên độ và góc pha. Ở đây chỉ xét sự mất đối xứng về biên độ.
Để thuận tiện trong việc tính toán, người ta phân tích các thành phần không
đối xứng thành các thành phần đối xứng. Đó là các thành phần thứ tự thuận

U , I  , thứ tự nghòch U

1

1

Ta có

2

, I2  và thứ tự không U 0 , I0  .

U A , U B , U C , I A , IB , IC

là điện áp và dòng điện của 3 pha A, B, C.

Ta có các mối quan hệ sau:









1
U 1  U A  aU B  a 2U C
3
1
U 2  U A  a 2U B  aU C
3

1
U 0  U A  U B  U C 
3

10


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối









1
I1  IA  aIB  a 2 IC
3
1
I2  IA  a 2 IB  aIC
3

1
I0  IA  IB  IC 
3
j120
với a  e
:toán tử quay pha.

0

Trong thực tế người ta không dùng trò số dòng điện để tính tổn thất công suất
mà dùng trò số của công suất để tính toán. Giả sử công suất của nguồn phát
là đối xứng

S A , S B , S C

từ đó công suất của các thành phần thứ tự thuận, thứ

tự nghòch và thứ tự không được phân tích như sau:





1
S1  U A . I 1  S A  S B  SC ; (1 _ 4)
3
*









1

S 2  U A . I 2  S A  a 2 .S B  a.SC ; (1 _ 5)
3
*

1
S0  U A . I 0  S A  a.S B  a 2 .SC ; (1 _ 6)
3
*

Việc tính toán chế độ phụ tải không đối xứng, cũng như vấn đề tính toán tổn
thất công suất. Ta phải lập sơ đồ thay thế của lưới điện ứng với từng thành
phần thứ tự. Từ những sơ đồ cụ thể đó ta có thể xác đònh được tổn thất công
suất cho đường dây giống như ở chế độ có phụ tải đối xứng.
Để xác đònh tổn thất công suất trên lưới có tải không đối xứng theo phương
pháp xếp chồng ứng với từng thành phần thứ tự phải có các giả thiết như
sau:


Hệ thống điện áp của nguồn cung cấp phải đối xứng và không phụ
thuộc vào phụ tải đang xét.



Trò số không đối xứng thường bé nên dòng phụ tải có thể xác đònh
theo điện áp đònh mức.

11


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối



Tất cả các phần tử của hệ thống được xem là tuyến tính.



Mức độ không đối xứng của các thông số chủ yếu được xác đònh theo
mức không đối xứng. Do vậy giả thiết rằng tất cả các phần tử còn lại
của lưới điện (ngoài phụ tải không đối xứng đang xét) có các thông số
pha giống nhau.

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận dạng thông thường được dùng trong tính toán chế
độ đối xứng. Các giá trò của các phần tử trong chế độ thứ tự thuận đều tương
ứng với trò số của chúng trong chế độ đối xứng. Vì vậy tổn thất công suất
được xác đònh như trong chế độ đối xứng.
Trong sơ đồ thay thế thứ tự nghòch tất cả các phụ tải đều được thay thế bởi
các nhánh tổng trở cho trước. Trò số dòng thứ tự nghòch tính toán được dựa
vào sơ đồ. Đối với các phần tử của lưới điện có hỗ cảm giữa các pha và
không phụ thuộc vào thứ tự pha thì điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghòch
giống nhau như đường dây trên không, cáp, kháng điện, tụ điện, MBA…
Trong động cơ và máy phát dòng thứ tự nghòch tạo nên từ trường quay của
stator ngược chiều với rotor, do vậy điện kháng thứ tự nghòch (X2) được tính
khác với điện kháng thứ tự thuận (X1). Đồng thời điện dung của đường dây
trên không và cáp có thể bỏ qua trong sơ đồ thay thế.

12


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Sơ đồ thay thế thứ tự không được thành lập tương tự. Đối với lưới điện phân
phối, điện áp khoảng 35KV nên sơ đồ đấu dây của MBA thường không nối

A

S1

B

1
U A  U dm
a)

2 ,1

b)

A

S C

B

C

S 2 B

S 2 C
B

U 2

C

Z 0, 2 ; S0, 2

Z 0,1 ; S0,1
c)

C

2

S B

A

Z 2 ,1
S

S 2

S 0 B

S 0 C

U 0

Hình 1_3

a):sơ đồ nguyên lí một sợi; b):sơ đồ thay thế thành phần thứ tự
nghòch; c):sơ đồ thay thế thứ tự không

đất trung tính và được nối /Y hay Y/ nên dòng thứ tự không rất bé, do vậy
tổn thất này thường được bỏ qua.
-


Trên sơ đồ nguyên lí ta có công suất truyền từ A là S 1 , qua các nút tải

không đối xứng B, C có công suất
-

S B , S C

.

Lập sơ đồ thay thế theo thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghòch và thứ tự
không.

-

Tổn thất công suất của sơ đồ thứ tự thuận được xác đònh như phụ tải đối
xứng tùy theo loại lưới.

-

Xác đònh công suất của thành phần thứ tự nghòch (Hình 1_3b).

Z 2,1 ; Z 2,2 :

tổng trở thay thế của đường dây sơ đồ thứ tự nghòch.

13


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

1
S 2i i 12   Pi  jQi  ( S A  a 2 S B  aSC ); (1 _ 7)
3
S A , S B , S C :

công suất pha A,B,C.

Tổn thất công suất trên đoạn 2:



S 22  P22  jQ22 ; (1 _ 8a)
P22C  Q22C
P22 
* R22 ; (1 _ 8b)
2
U dm
Q22 

P22C  Q22C
* X 22 ; (1 _ 8c)
2

U dm



  S 2C  S 22 ; (1 _ 9)
Công suất đầu đoạn 2: S 22



 ; (1 _ 10 )
công suất cuối đoạn 1: S 21  S 2 B  S 22



tổn thất công suất trên đoạn 1:
2
2
P212  Q21
P212  Q21

S 21 
* R21  j
* X 21 ; (1 _ 11)
2
2
U dm
U dm



tổng tổn thất công suất của thành phần thứ tự nghòch:
S 2  S 21  S 22 ; (1 _ 12 )

Tổn thất công suất của thành phần thứ tự không

S 0

được tính cũng giống

như cách tính tổn thất của thành phần thứ tự nghòch. Nếu không đòi hỏi độ
chính xác cao thì có thể bỏ qua tổn thất của thành phần thứ tự không bởi
dòng thứ tự không rất bé.


Vậy

tổn

thất

do

tải

không

đối

xứng

gây

ra

như

sau:

S  S1  S 2  S 0 ; (1 _ 13)

Ta thấy tổn thất do tải không đối xứng gây ra trên hệ thống là rất lớn, có
thêm cả thành phần thứ tự nghòch và thành phần thứ tự không. Vì vậy cần
phải có biện pháp khắc phục sự không đối xứng của tải. Có nhiều biện
pháp để khắc phục sự không đối xứng của tải tuy nhiên phạm vi luận văn
này không trình bày vấn đề này.

14


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

III. Tổn thất công suất trong máy biến áp
Tổn thất công suất trên mỗi MBA chiếm vài phần trăm so với công suất biến
áp của nó. Trong hệ thống điện nói chung và lưới phân phối nói riêng số
lượng MBA áp rất lớn vì thế tổn thất trên phần tử MBA áp là con số không
nhỏ. Vậy ngoài vấn đề tổn thất công suất trên đường dây cần phải tính đến
tổn thất công suất trong MBA.
Tổn thất công suất trong MBA bao gồm tổn thất công suất không tải (tổn thất
trong lõi thép hay tổn thất sắt) và tổn thất khi có tải (tổn thất trong dây quấn
hay tổn thất đồng).

Nhu cầu công suất phản kháng ở MBA công suất nhỏ là 10% Sđm của
chúng, MBA lớn là 3% Sđm, còn các MBA ở siêu cao thế có thể từ 8-10%
(để hạn chế dòng ngắn mạch).

1. MBA một cuộn dây
Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và
bằng tổn thất không tải.
S 0  P0  jQ0  P0  j

I 0 % S dm
; (1 _ 14)
100

I0%: dòng không tải so với dòng đònh mức.
Đối với MBA 2 cuộn dây, tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi
tải đònh mức bằng tổn thất ngắn mạch:

Pcddm  Pn ;

Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây, nếu để ý đến RMBA <<
XMBA thì ta xác đònh như sau: Qcddm 

U nm %.S dm
 Qnm ; (1 _ 15)
100

15


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Unm%:điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp đònh mức.
Vì MBA làm việc với phụ tải

S pt

khác với dung lượng đònh mức nên khi xác

đònh tổn thất trong MBA cần chú ý xét đến hệ số tải:

kt 

S pt
S dm



I pt
I dm

;

Khi đó tổn thất trong cuộn dây sẽ là:
S cd  k t2 Pnm  jkt2

U nm %.S dm
; (1 _ 16)
100

Do vậy, tổn thất trong MBA khi phụ tải bất kì (Spt) sẽ được xác đònh theo

công thức sau:



 

S MBA  P0  k t2 Pnm  j I 0 %  k t2U nm %

PMBA

 S pt
 P0  Pnm 
 S dm

S
100
 P
dm

MBA

 jQMBA ; (1 _ 17)

2


 ;


 S pt

QMBA  Q0  Qnm 
 S dm
S pt
I pt
kt 

;
S dm I dm

2


 ;


(1_18)

2. MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu.
Trước hết tính tổn thất công suất trong cuộn dây 2 và 3 theo phụ tải tương
ứng trung và hạ áp (Hình 1_4).

P32  Q32
P32  Q32

S 3 
.R3  j
. X 3 ; (1 _ 19a)
U 3
U 3
P22  Q22

P22  Q22

S 2 
.R2  j
. X 2 ; (1 _ 19b)
U 2
U 2
ở đây

U 2 ,U 3 , X 2 , X 3 , R 2 , R 3

là các điện áp và tổng trở tương ứng đã quy đổi

về điện áp cao.
Công suất:

S1  S 2  S 3  S 2  S 3  S 2  S 3  P1 jQ1

16


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Tổn thất công suất trong cuộn 1:

S1

P2  Q12 * R
 1
U

1

2
1

P   Q * X ; (1 _ 19c)
j
2

1

1

U

1

2
1

Tổn thất công suất trong MBA 3 cuộn dây và MBA tự ngẫu cũng có thể tính
S2

2

1

Z1
S’1

S”1

S0
Hình 1_4

S’2

Z’1

S’3

Z’2

3

S3

trực tiếp theo các đại lượng đònh mức và hệ số tải:





S MBA  P0  k t21 Pnm1  k t22 Pnm 2  k t23 Pnm3 
U %.S dm
U %.S dm 2
U %.S dm3 

j  Q0  k t21 nm1

 k t22 nm 2
 k t23 nm3
; (3 _ 20)
100
100
100



IV. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp
Trên cơ sở tính tổn thất công suất trên đường dây và MBA, bây giờ tính tổn
thất điện năng của chúng trong thời gian sử dụng điện năng t.
Trò số tổn thất điện năng trên các phần tử của hệ thống điện phụ thuộc chủ
yếu vào đặc tính phụ tải. Nếu phụ tải không thay đổi thì trên phần tử có tổn
thất công suất P sẽ gây ra tổn thất điện năng trong thời gian t là:
A  P *t; (1 _ 21) .

Song trong thực tế phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian như biến thiên
theo đồ thò phụ tải và tình trạng làm việc của các nhà máy điện. Vì vậy
phải dùng phương pháp tích phân để tính tổn thất điện năng:
t

A   P.dt; (1 _ 22)
0

17


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Tuy nhiên P là một hàm số phức tạp của thời gian t rất khó tích phân.
Người ta thường dùng hai phương pháp sau:
Phương pháp dòng điện đẳng trò



Xác đònh tổn thất điện năng trong một năm theo công thức sau:
8760

A  3R



8760

I 2 (t ).dt  R

0


0

S 2 (t )
U 2 (t )

8760 P 2 (t )
Q 2 (t ) 
A  R   2 .dt  2 .dt ; (1 _ 23)
U (t ) 
 0 U (t )

P(t) và Q(t) nhiều khi rất khó biểu diễn được dạng công thức giải tích, khi đó
có thể xác đònh điện năng gần đúng bằng cách bậc thang hóa đường cong
P(t) vá Q(t) và lấy trò số bằng điện áp đònh mức:

S m2 ax
Smax

max
Tmax
Hình 1_5

A 

R
U2

n

S
i 1

2
i

.t i 

R
2
U dm

 P
n

i 1

i

2

8760h



 Qi2 .t i ; (1 _ 24 )

Trong đó: S[MVA]; R[]; Udm[KV]; tI[h].
Phương pháp này trong nhiều trường hợp không làm được vì ta không biết
trước đồ thò P(t) và Q(t).
Vì vậy trong tính toán thường dùng phương pháp sau:

18


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

a) Phương pháp xác đònh tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công
suất lớn nhất: phương pháp này cho ta dễ dàng xác đònh được tổn thất
điện năng nếu biết được thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax, thời
gian tổn thất công suất lớn nhất max và phụ tải cực đại Smax.

b) Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: Nếu giả thiết rằng ta luôn sử dụng
phụ tải lớn nhất (và không đổi) thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ
tải đó tiêu thụ một lượng điện năng bằng lượng điện năng do phụ tải thực
tế (biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc được gọi là thời gian sử
dụng công suất lớn nhất.
Tmax được đònh nghóa như sau:
8760

 I (t ).dt

Tm ax 

0

I m ax

8760



 S.dt
0

S m ax

; (1 _ 25a)

Hoặc nếu có nhiều phụ tải:
n

Tm axtb 

P
i 1

m axi
n

.Tm axi

k dt . Pm axi

; (1 _ 25 b)

i 1

với kdt:hệ số đồng thời tại thời điểm đạt max của PI(t).
Đối với các xí nghiệp làm việc một ca Tmax=15002000h;làm việc hai ca
Tmax=30004500h; làm việc ba ca Tmax=50007000h. Đối với phụ tải
sinh hoạt thành phố thì Tmax=20003000h.


Thời gian tổn thất công suất lớn nhất:

ký hiệu  là thời gian nếu trong đó mạng điện luôn luôn mang tải lớn nhất
sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên
hệ thống điện trong một năm nghóa là:
19

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

A 

8760
R 8760 2
 R 2
2
P
.

t

Qi2 .t i   2 Pmax
. a  Qmax
. r ; (1 _ 26)


i
i
2 
U  i 0
i 0
 U





với a và r phụ thuộc hình dáng đồ thò công suất tác dụng và phản kháng

nói chung là khác nhau. Trong thực tế dùng một trò số  chung:
8760

2
A  3R  I 2 (t ).dt  3I max
.R. 
0

8760

 

2
 I (t ).dt
0
2
I max

R 2
.S max. ; (1 _ 27)
U2

8760



S

2

.dt

0
2
S max

; (1 _ 28)

Giả thiết rằng đồ thò công suất tác dụng và phản kháng giống nhau. Do vậy
hệ số công suất của phụ tải coi như không thay đổi trong một năm. Khi đó ta
xác đònh  theo quan hệ: =f(Tmax,cos) (Hình 1_6)
Và cũng có thể xác đònh theo công thức


8000

kinh nghiệm Kezevits:
6000

 max  0.124  Tmax.104  * 8760; (1 _ 29) Một
2

công thức thực nghiệm khác nếu biết P(t)
có Pmin và Pmax, biết Tmax thì ta có thể
tính max theo công thực nghiệm sau có
độ chính xác cao hơn so với công thực
(3_29):

 max  2Tmax  8760 

4000
3
2000

2
1

1000
Tmax

01000 2000

4000

6000

8000

Hình 1_6
Đường cong biểu diễn quan hệ
1.khi cos=1; 2.khi cos=0.8;
3.khi cos=0.7

8760  Tmax
P
* (1  min ) 2 ; (1 _ 30)
T
P
Pmax
1  max  2 min

8760
Pmax

Có thể phân biệt Ar và Aa:
A 

P2
Q2
.
R
.


..R. m axa
m axr
U2
U2
20


Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Một công thức thực nghiệm khác:
  0.3Tmax 

2
0.7Tmax
8760 ;

1. Tổn thất điện năng trên đường dây.

Tổn thất điện năng trên đường dây và phụ tải tập trung, phân bố đều được
tính như sau:
A  P * .[KWh]; (1 _ 31)

P: tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây và phụ tải tính toán.

 : thời gian chòu tổn thất công suất lớn nhất
A

B
S1”,r1

C
S2”,r2

Sb,cosb

D
S3”,r3

Sc,cosc

Sd,cosd

Hình 1_7



Trường hợp cos của nhiều phụ tải giống nhau:

Nếu các phụ tải b,c,d có cos  giống nhau (Hình 1_7), Tmax như nhau thì trò
số  của cả 3 phụ tải đều giống nhau, tổn thất điện năng được xác đònh như
sau:

 S ''
A    3
 U d


2
2
2

 S 2 
 S1  
 .r3  
 .r2  
 .r1 ; (1 _ 32)

Uc 
 U b  


Trường hợp cos của nhiều phụ tải khác nhau:

Nếu cos và Tmax của các phụ tải khác nhau nhiều thì phải tính riêng rẽ
tổn thất trên từng đoạn dây:

 S ''
A   3

 U d

2
2
2


 S 2 
 S1 
 .r3 . 3  



.
r
.


.
r
.

 2 2  U  1 1 ; (1 _ 33)


Uc 
 b


21

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Nếu cos của các phụ tải khác nhau không nhiều, ta dùng trò số trung bình
của Tmaxtb như công thức (1_25b) và tính costb theo công thức gần đúng
sau:
cos  tb 

S1. cos b  S 2. cos c  S 3. cos  d
; (1 _ 34 )
S1  S 2  S 3

Căn cứ vào costb và Tmaxtb ta tra trên hình 1_6 sẽ xác đònh được tb .
Thay tb vào công thức (1_32) tính được tổn thất công của đường dây và phụ
tải nhưng chấp nhận sai số.
2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp
Tổn thất điện năng trong MBA 2 cuộn dây được xác đònh như sau:
2

AMBA2

 S pt m ax 
 . ; (1 _ 35)
 P0 .t  Pnm .
S
 dm 

Tổn thất điện năng trong MBA 3 cuộn dây được xác đònh như sau:
2

 S pt max1 
S
  Pnm 2 . pt max2
AMBA3  P0 .t  (Pnm1 .
 S dm 
 S dm
Sdm: công suất đònh mức của MBA

2

2


S

  Pnm3 . pt max3  ). ; (1 _ 36)

 S dm 

Sptmax: công suất phụ tải cực đại của MBA
P0: tổn thất kông tải.
Pnm: tổn thất ngắn mạch của MBA (do nhà chế tạo cho).
Tổng quát với trạm có n máy làm việc song song thì:
2

AMBA2

 S pt max 
1

 . ; (1 _ 37)
 n.P0 .t  .Pnm .
n
 S dm 

AMBA3  n.P0 .t 
2

 S pt m ax1 
S
1
  Pnm 2 . pt m ax2
.( Pnm1 .
n
 S dm 
 S dm

2

2


S

  Pnm3 . pt m ax3  ). ; (1 _ 38 )

 S dm 

22