Đề tài THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 110kV

MỤC LỤC
Trang
Chương I: TỔNG QUAN........................................................................................1
Chương II: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN
CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI.....................................................4
2.1. Những yêu cầu của đường dây truyền tải..........................................4
2.2. Chọn dây dẫn.....................................................................................4
2.3. Chọn sứ cách điện.............................................................................5
Chương III: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
ĐẶC TÍNH TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG..........................................8
3.1. Tổn thất điện áp.................................................................................8
3.2. Tổn thất công suất.............................................................................8
3.3. Tổn thất điện năng.............................................................................9
Chương IV: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ NGẮN MẠCH
VÀ PHỐI HỢP BẢO VỆ.....................................................................11
4.1. Ngắn mạch đối xứng.........................................................................11
4.2. Ngắn mạch bất đối xứng....................................................................12
4.3. Bảo vệ rơle........................................................................................19
Chương V: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI................23
5.1. Những điểm chính khi thiết kế phần cơ cho đường dây tải điện........23
5.2. Sức căng, độ võng và ứng suất.........................................................24
Chương VI: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO ĐƯỜNG DÂY..................27
Chương VII: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO ĐƯỜNG DÂY..............................29
7.1. Nguyên nhân gây ra mất điện và thiệt hại của nó..............................29
7.2. Độ tin cậy của đường dây truyền tải..................................................29
Chương VIII: TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY..................................33
8.1. Các biện pháp chống sét....................................................................33

8.2. Lý thuết tính toán dây chống sét........................................................34
8.3. Xác định vùng bảo vệ của dây chống sét...........................................35
Chương IX: TÍNH TOÁN CỤ THỂ........................................................................37
9.1. Thiết kế phần điện............................................................................37
9.2. Các đặc tính truyền tải.......................................................................41

Trang 1


9.3.
9.4.
9.5.
9.6.
9.7.
9.8.

Bù công suất phản kháng cho đường dây..........................................44
Tính toán ngắn mạch.........................................................................45
Bảo vệ rơle (bảo vệ ngắn mạch)........................................................53
Tính toán phần cơ..............................................................................57
Phạm vi bảo vệ của dây chống sét.....................................................64
Tính toán các thông số khi sét đánh vào đường dây
có dây chống sét................................................................................68
9.9. Nối đất dây chống sét của đường dây tải điện...................................69
9.10. Đánh giá độ tin cậy............................................................................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................74
PHỤ LỤC................................................................................................................ 75
ĐỀ CƯƠNG............................................................................................................78

Trang 2

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN

Trên cơ sở khoa học trong lãnh thổ nước ta từ Bắc vào Nam cho đến tận mũi
Cà Mau thấy đâu đâu cũng sử dụng năng lượng điện, đâu đâu cũng thấy các đường
đây truyền tải điện với các cấp điện áp khác nhau từ siêu cao thế đến cao thế, trung
thế và hạ thế. Nó có chức năng là truyền tải năng lượng điện từ các nhà máy sản
xuất điện đến nơi tiêu thụ.
Một cách cụ thể hơn, nằm trong hệ thống truyền tải điện miền Tây, tuyến
đường dây truyền tải 110kV Trà Nóc – An Thới - Cần Thơ cung cấp phần lớn nhu
cầu sử dụng điện cho trung tâm thành phố Cần Thơ và các vùng phụ cận. Tuyến
đường dây có tổng chiều dài là 24km cung cấp cho hai phụ tải là trạm Long Hòa và
trạm Cần Thơ. Đoạn đường dây từ đầu tuyền (Trạm Trà Nóc) đến trạm Long Hòa
dài 17km và đoạn từ trạm Long Hòa đến trạm Cần Thơ dài 7km. Tuyến đường dây
này tạo thành một mạch vòng kín với tuyến đường dây Trà Nóc – Cái Răng – Sóc
Trăng.
Các thông số của phụ tải:
 Trạm Long Hòa:
Trạm có một máy biến áp với công suất định mức là 40MVA. Có đồ thị phụ
tải hằng ngày như sau:
S (MVA)

20
19
18
17
16
15

14
13
12
11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+

Giờ

Hình 1.1: Đồ thị phụ tải trạm Long Hòa
Trang 3


Trạm được vận hành với hệ số công suất cosϕ = 0,85
Thời gian vận hành công suất cực đại là Tmax = 4500 h
Các thông số ngắn mạch phần trăm của máy biến áp: U N%C-T = 10,5;
UN
%T-H = 6,5; UN%C-H = 17,5.
Điện áp sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp: 115/23 kV
 Trạm Cần thơ
Có hai máy biến áp:
Máy biến áp T1: công suất định mức 40MVA, điến áp sơ cấp và thứ cấp:
115/23/15; UN%C-T = 10,5; UN%T-H = 6,5; UN%C-H = 17,5.
Máy biến áp T2: công suất định mức 25MVA, điến áp sơ cấp và thứ cấp:
115/23UN%C-T = 10,5; UN%T-H = 6,5; UN%C-H = 17,5.
Đồ thị phụ tải hằng ngày của trạm:
S (MVA)
50
45
40

35
30
25
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
+

Giờ

Hình 1. 2: Đồ thị phụ tải trạm CầnThơ

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 5000 h
Trạm vận hành với hệ số công suất cosϕ = 0,85

Trang 4


 Trạm Phụng Hiệp và Sóc Trăng
Công suất định mức tổng 90 MVA, cosϕ = 0,85; thời gian sử dụng công suất
tối đa: Tmax = 4500 h
Đồ thị phụ tải tổng hằng ngày của hai trạm:
S (MVA)
75
70
65
60

55
50
17

45
40
35
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 1516 1718 19 20 2122 2324
+

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải tổng trạm Sóc Trăng + Phụng Hiệp

Giờ

CHƯƠNG II
TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

2.1

Những yêu cầu của đường dây truyền tải.

Đường dây truyền tải phải truyền công suất qua một khoảng cách kinh tế và
an toàn. Đường dây tải lượng công suất có cos ϕ cho trước, độ sụt áp qua nó nằm
trong giới hạn cho trước và hiệu suất cao. Đường dây cũng phải chịu đựng được khi
thời tiết thay đổi, chịu được áp lực gió, nhiệt độ môi trường, nói cách khác phải chịu
đựng nổi lực tác động cơ học. Tổn thất vầng quang hợp lý. Nói tóm lại đường dây
phải có khả năng tải công suất yêu cầu, tải liên tục và không hư hỏng do các nguyên
nhân về cơ.
2.2

Chọn dây dẫn.

Dây dẫn có thể là dây đồng cứng nhiều sợi hay dây nhôm lõi thép. Đối với
đường dây ngắn, điện thế dưới 33 kV thì thường dùng dây đồng. Đối với đường dây

Trang 5


tải điện cao thế, khoảng vượt và trọng lượng dây tăng, dây dẫn nhôm lõi thép
(ACSR) được dùng.
Chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế.
Dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn:
I max =

S
3U ñm

Với S là công suất biểu kiến của phụ tải, Uđm là điện áp định mức. Tiết diện
kinh tế của dây dẫn được tính theo công thức:
Fkt =

I max
jkt

Jkt là mật độ dòng điện kinh tế được chọn theo thời gian sử dụng công suất
cực đại (Tmax) của phụ tải. Ta có thể tra giá trị của jkt theo bảng 2.1:

Trang 6


Bảng 2.1: Giá trị jkt theo Tmax
Loại dây dẫn

Tmax (h)
1000 – 3000

3000 – 5000

>5000

Đồng trần

2,5

2,1

1,8

A và AC

1,3

1,1

1,0

2.3

Chọn sứ cách điện.

Sứ cách điện có thể là sứ đứng hay sứ treo, sứ treo gồm các bát sứ treo nối
tiếp thành chuỗi dùng cho cấp điện áp từ trung đến siêu cao thế. Ngoài ra còn có sứ

néo dùng cho cột néo. Trên chuỗi sứ có thể có các kim của khe hở chống sét và thiết
bị điều hòa phân bố điện thế trên chuỗi sứ.
Sứ treo có hai loại: thuỷ tinh và gốm. Các đặc tính quan trọng của sứ treo
gồm:
• Kích thước: độ cao, đường kính đĩa sứ, đường kính ty sứ (để móc các bát
sứ thành chuỗi).
•
•

Tải trọng cơ học chịu đựng do tải trọng phá hoại (kg)
Chiều dài đường dò điện ε söù(cm)

• Trọng lượng bát sứ (kg)
• Điện áp phóng điện ướt và điện áp phóng điện xung (kV)
Sứ được chọn theo:
• Điện áp đường dây (kV)
• Vùng đường dây đi qua: độ cao so với mặt biển, độ ô nhiểm không khí
• Nguyên liệu và loại cột sử dụng
• Lực tác dụng tiêu chuẩn lên chuỗi sứ
Chuỗi sứ cần có độ dự trữ về tải trọng cơ học. Ví dụ theo tiêu chuẩn Nga:
trong trạng thái tải trọng cơ học lớn nhất (trạng thái lạnh nhất hoặc bão), độ dự trữ
cần có là 2,7; còn trong trạng thái nhiệt độ trung bình là 5. Khi sự cố là 1,8.
Độ dự trữ là tỷ số giữa tải trọng phá hoại và tải trọng tiêu chuẩn trong trạng
thái tính toán. Độ dự trữ tải trọng được tính toán như sau:
•

Trạng thái tải trọng lớn nhất (lạnh hoặc bão):

Trang 7

n1 =
•

PS
≥ 2,7
PT .l TL + G CS

Trạng thái nhiệt độ trung bình năm:
n2 =

PS
≥5
P.l TL + G CS

PS - tải trọng phá hoại của một bát sứ (kg) (tra bảng);
P - trọng lượng một mét dây (kg/m);
PT - tải trọng tổng hợp của trọng lượng dây và gió (kg/m);
LTL - khoảng cột trọng lượng tiêu chuẩn của cột (m);
GCS - trọng lượng chuỗi sứ, phụ thuộc vào loại và số bát sứ (kg);
Các công thức trên có thể chọn theo công thức sau:
2,7 ( σ max F) +
2

5 ( σ tb F) +
2

PT l TL
+ G CS ≤ PS
2

Pl TL
+ G CS ≤ PS
2

Trong đó σ max và σ tb là ứng suất trong trạng thái tải trọng lớn nhất và nhiệt
độ trung bình năm; F là tiết diện dây.
Số bát sứ được chọn theo độ dài đường dò điện. Người ta quy định suất
đường dò điện cho các môi trường không khí khác nhau: độ dài đường dò điện (cm)
cho 1kV điện áp ε u (cm/kV) có giá trị từ 1,3 đến 4 tuỳ theo độ ô nhiễm không khí.
Theo tiêu chuẩn Nga chia độ nhiễm bẩn không khí làm 6 loại với suất đường dò
điện tiêu chuẩn như bảng 2.2:
Bảng 2.2: Suất đường dò điện theo điện áp và mức ô nhiểm không khí
Mức độ ô nhiễm không khí

I

II

III

IV

V

VI

Điện áp 35kV

1,3

1,9

2,25

2,6

3,5

4,0

110 – 220 kV

1,3

1,6

1,9

2,25

3,0

3,5

230 – 750 kV

1,3

1,5

1,8

2,25

3,0

3,5

Mức I là không khí sạch
Số lượng bát sứ tính theo công thức sau:

Trang 8


N≥

ε u U ñm
+ 1 hoặc 2 (1 cho điện áp 110 ÷ 220 kV; 2 cho điện áp 500kV).
ε söù

Các phụ kiện của đường dây: khoá dây và các bộ phận phụ trợ được chọn
theo tải trọng tương ứng với sứ và cột. Độ dự trữ tải trọng của phụ kiện chọn nhỏ
hơn so với sứ. Theo tiêu chuẩn Nga các khoá đỡ cứng được dùng với tất các cấp
điện áp.
CHƯƠNG III
TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
ĐẶC TÍNH TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

3.1

Tổn thất điện áp.
Cảm kháng mỗi km mỗi pha: L0 = 2.10-4.ln

Dm H
km
DS

-

Với Dm là khoảng cách tương đương giữa các pha, phụ thuộc vào cấp
điện áp.

-

DS bán kính trung bình hình học của các dây pha, phụ thuộc vào cấu
trúc dây.

Tổng trở mỗi pha: Z = ( R 0 + j2πfL 0 ) ⋅ l Ω pha
•

•

•

Điện áp đầu phát: U P = U N + Z ⋅ I N
Tổn thất điện áp: ∆U = UP – UN
Độ sụt áp phần trăm:
3.2

UP − UN
.100%
UN

Tổn thất công suất.

Tổn thất công suất trên đường dây là không thể tránh khỏi. Nó đòi hỏi khả
năng phát của nguồn và khả năng tải của lưới. Do đó phải giữ tổn thất ở mức hợp lý
Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây 3 pha:
∆P = 3I 2 R
Và I 2 = ( I cos ϕ) + ( I sin ϕ) =
2

2

P2 + Q2
3U 2

Trang 9


⇒

P2 + Q2
S2
−3
.
R
.
10

=
R.10 −3 (kW)
2
2
U
U

∆P =

Tương tự với tổn thất công suất phản kháng
∆Q = 3I 2 X =

P2 + Q2
S2
−3
X
.
10
=
X.10 − 3 (kVAr)
2
2
U
U

Trong các công thức trên P, Q, U phải lấy trên cùng một địa điểm của đường
dây. Trong tính toán gần đúng ta có thể lấy U = U đm, còn công suất lấy ở đầu hoặc
cuối đường dây.
3.3

Tổn thất điện năng.

Tổn thất công suất tác dụng gây ra tổn thất điện năng trên điện trở R của
đường dây, đó là tích phân của tổn thất công suất trong thời gian vận hành T:
S 2t
∆A = ∫ ∆P( t ).dt = 3R ∫ I .dt = R ∫ 2 .dt
0
0
0 Ut
T

T

T

2
t

Nếu đồ thị phụ tải có dạng hình bậc thang với n bậc, mỗi bậc dài ∆t i và có
công suất không đổi:
n
 n Pi2

Si2
Q i2
∆A = R ∑ 2 .∆t i = R  ∑ 2 .∆t i + ∑ 2 .∆t i 
i =1 U i
i =1 U i
 i =1 U i


n

Ta có thể lấy Ui bằng Uđm để tính gần đúng:
∆A =

R  n 2 n 2
 ∑ Pi + ∑ Q i .∆t i
U 2ñm  i =1
i =1


Tổn thất điện năng năm thường tính theo đồ thị phụ tải kéo dài năm, ∆t i = 1h
∆A =

R  8760 2 8760 2 
R
2
P + ∑ Q i  = 2 ( Pmax
τ p + Q 2max τ Q )
2 ∑ i
U ñm  i =1
i =1
 U ñm

Trong đó τ p là thời gian tổn thất công suất lớn nhất do công suất tác dụng
gây ra τ Q là thời gian tổn thất công suất lớn nhất do công suất phản kháng gây ra
chúng phụ thuộc vào đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải.
8760

τP =

∑P
i =0

2
i

2
max

P

8760

∫ P dt
2
t

=

0

2
Pmax

Trang 10


8760

τQ =

∑Q
i =0

Q

8760

∫ Q dt
2
t

2
i

=

2
max

0

Q 2max

Trong thực tế tính toán, thường giả thiết rằng đồ thị công suất phản kháng và
đồ thị công suất tác dụng gần giống nhau, cũng có nghĩa cos ϕ không đổi trong
năm. Với giả thiết này τ P = τ Q = τ và ta có thể viết:
R
S2max Rτ

2
2
∆A = 2 ( Pmax + Q max ) τ =
= ∆Pmax τ
U ñm
U 2ñm
8760

τ=

∑ S ∆t
2
i

i =0

S

8760
i

2
max

=

∫ I dt
2
t

0

I 2max

τ cũng có thể được đánh giá thống kê như một hàm số của thời gian sử dụng
công suất lớn nhất Tmax của phụ tải và được cho trong bảng 3.1 sau:
Bảng 3.1: τ theo Tmax
Tmax (h)

4000

4500

5000

5500

6000

τ (h)

2500

3000

3500

4000

4600

Tmax (h)

6500

7000

7500

8000

8760

τ (h)

5200

5900

6600

7400

8760

CHƯƠNG IV
TÓM TẮT LÝ THUYẾT VỀ
NGẮN MẠCH VÀ PHỐI HỢP BẢO VỆ

Ngắn mạch trong hệ thống điện là sự cố xảy ra do hiện tượng chạm chập

giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường. Khi hiện tượng ngắn mạch
xảy ra tổng trở mạch giảm đột ngột, làm dòng điện trong một số nhánh tăng lên rất
lớn, đồng thời trong mạch sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp. Ngắn mạch thường có hai
dạng:
• Ngắn mạch đối xứng (ngắn mạch 3 pha)
• Ngắn mạch bất đối xứng, gồm:
o Ngắn mạch hai pha không chạm đất.
o Ngắn mạch hai pha chạm đất

Trang 11


o Ngắn mạch một pha.
4.1

Ngắn mạch đối xứng.
Ngắn mạch đối xứng là hiện tượng ngắn mạch đồng thời ở cả 3 pha và làm
điện áp ở cả 3 pha bằng khơng. Dòng điện trong 3 pha đối xứng và lệch nhau 120 0
theo một hệ thống thứ tự thuận hay thứ tự nghịch. Ta cần tính tốn dòng sự cố lúc
xảy ra ngắn mạch và điện áp lúc đó.
Có nhiều phương pháp tính ngắn mạch, nhưng ở đây ta tính ngắn mạch 3 pha
bằng phương pháp đơn vị tương đối. Đây là phương pháp tính ngắn mạch mà khi
tính tốn các đại lượng được qui về cùng đơn vị được gọi là “ đơn vị tương đối”:
giá
tròcủa
đạilượngtrongđơnvòcó
tên
[ đvtđ]
Giá
tròthựctrongđơnvòtươngđối=

giá
tròcơ bản
của
đạilượng
Các bước tính ngắn mạch đối xứng:
a) Vẽ sơ đồ 1 dây với các thơng số của từng phần tử sơ đồ, đồng thời đánh
số nút của sơ đồ tại mỗi cấp điện áp.
b) Chọn một giá trị cơng suất cơ bản là Scb cho tồn hệ thống.
c) Chọn một giá trị điện áp cơ bản, thường chọn bằng điện áp định mức ứng
với cơng suất định mức vừa chọn
d) Tính các giá trị tổng trở cơ bản tại mỗi cấp điện áp
Z Cbi

2
U Cbi
=
SCbi

Thơng thường tổng trở của các phần tử được cho trong đơn vị tương đối với
giá trị cơ bản là định mức của dòng.
Ta sẽ chuyển tổng trở từ đơn vị tương đối trong hệ cơ bản này (S cb1, Ucb1, Icb1)
sang hệ cơ bản 2 (Scb2, Ucb2, Icb2).
Z ∗cb 2

=

Z ∗cb1

2
Scb 2 U cb

1
2
S cb1 U cb 2

e) Tính giá trị dòng cơ bản tại mỗi cấp điện áp
Scb
I cbi =
3U cbi
f) Tính giá trị kháng trở trong đơn vị tương đối:
Z
Z∗ đvtđ = đvct [đvtđ]
Z cb
g) Biểu diễn điện áp nguồn trong hệ đơn vị tương đối:

Trang 12


E ∗S =

Eg
U cb

h) Vẽ sơ đồ tổng trở (1 dây) cho toàn hệ thống.
i) Xây dựng sơ đồ Thevenin hai điểm là điểm ngắn mạch và điểm mass. Từ
đó tính được tổng trở Thevenin của mạch và điện áp Thevenin.
j) Tính toán dòng sự cố:
E∗
I ∗ñvtñ = S
Z th
k) Điện áp tải:

V ∗ = Z T I ∗ñvtñ
l) Qui đổi dòng sự cố về hệ đơn vị có tên:
I (Ni ) = I ∗ñvtñI cbi
4.2
Ngắn mạch bất đối xứng.
4.2.1 Mối quan hệ giữa các thành phần đối xứng và bất đối xứng trong hệ
thống:
•

•

•

Xét một hệ thống 3 pha bất đối xứng có các vecter áp V a , V b , V như
c
hình 4.1:

•

Va

•

Vb

•

Vc

Hình 4.1: Hệ thống 3 pha bất đối xứng

Phân tích thành 3 thành phần đối xứng như sau:
a) Thành phần thứ tự thuận gồm 3 đại lượng bằng nhau về độ lớn và lệch
nhau 1200 cùng thứ tự như thành phần bất đối xứng

Trang 13


b) Thành phần thứ tự nghịch gồm 3 đại lượng bằng nhau về độ lớn và lệch
nhau 1200 ngược thứ tự như thành phần bất đối xứng.
c) Thành phần thứ tự không bằng nhau về độ lớn.

V a1

•

•

•

Va2

V c1

0

•

V b1

(a)

•

V b2

0
(b)

•
• a0
• b0

V
V

•

Vc2

(c)

V c0

Hình 4.2: Các thành phần đối xứng
Mỗi đại lượng pha không đối xứng ban đầu là tổng các thành phần đối xứng
nên ta có hệ phương trình:
V• = V• + V• + V•
a0
a1

a2
 a
•
•
•
•

V b = V b 0 + V b1 + V b 2
•
•
•
•
V c = V c 0 + V c1 + V c 2


Trang 14


4.2.2 Biểu diễn các thành phần bất đối xứng bằng các thành phần đối xứng:
Thành phần điện áp:
Xét một hệ toán tử a = 1∠120 0
Ta có:
V• = V• = V•
b0
c0
 a0
•
•
•
•

2
V
=
a
V
;
V
=
a
V
b
1
a
1
c
1
a1

•
•
•
•
V b 2 = a V a 2 ; V c1 = a 2 V a 2

Thay vào hệ trên ta được:
V• = V• + V• + V•
a0
a1
a2
 a

•
•
•
•

2
V
=
V
+
a
V
+
a
V
b
a
0
a
1
a2

•
•
•
•
V c = V a 0 + a V a 1 + a 2 V a 2

Viết dưới dạng ma trận:
 V• 

 V• 
a
• 
 • a0 
 V b  = [ A ]  V a1 
• 
• 
V
c
 
V a 2 
1 1
[ A] = 1 a 2
1 a

1
a 
a 2 

Tương tự với thành phần dòng điện:
 I• a 
 I• a 0 
• 
• 
 I b  = [ A ]  I a1 
• 
• 
I
c
 

I a 2 
4.2.3 Biểu diễn thành phần đối xứng bằng các thành phần bất đối xứng:
Thành phần điện áp:
 V• 
 V• 
a0
• 
 • a
−1
 V a1  = [ A ]  V b 
• 
• 
V a 2 
 V c 

Trang 15


[ A]

−1

1 1
= 1 3 1 a 2
1 a

1
a 
a 2 

Thành phần dòng điện:
 I• a 0 
 I• a 
• 
• 
−1
 I a1  = [ A ]  I b 
• 
• 
I
a2
 
 I c 
4.2.4 Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N(1))
Ngắn mạch môt pha chạm đất là loại ngắn mạch thường xảy ra nhất trong hệ
thống điện, thường do sét đánh hay do dây dẫn tiếp xúc với đất.
•

Xét trường hợp ngắn mạch pha a tại nút k qua tổng trở chạm Z n
a

N
•

I Na
b

K

•

Zn

•

I Nb
c

•

I Nc
Hình 4.3: Sơ đồ ngắn mạch 1 pha chạm đất

Trang 16


Kết nối tương đương Thevenin các mạch thứ tự ta có sơ đồ:
•

K

K

I Na1

•

Z kk1
•

VN
K

K

•

•

I Na 2

Z kk1

•

•

•

I Na 0 = I Na1 = I Na 2

K

•

•

I Na 0

Z kk1

•

3 Zn
Hình 4.4: Kết nối Thevenin các mạch thứ tự

Biến đổi tương đương ta có phương trình:
•

•

•

VN

•

I Na 0 = I Na1 = I Na 2 =

•

•

•

•

Z kk 0 + Z kk1 + Z kk 2 + 3 Z n

Khi chạm đất trực tiếp:

•

•

•

VN

•

I Na 0 = I Na1 = I Na 2 =

•

•

•

Z kk 0 + Z kk1 + Z kk 2

Các thành phần điện áp:
•

U Na1

•
•
•

= I Na1 ⋅  Z kk 2 + Z kk 0 




•

•

•

•

•

•

U Na 2 = − I Na1 ⋅ Z kk 2
U Na 0 = − I Na1 ⋅ Z kk 0
4.2.5 Ngắn mạch 2 pha không chạm đất:
Giả sử ngắn mạch 2 pha không chạm đất xảy ra ở pha b và pha c qua tổng trở
•

Zn

Trang 17


a

•

K

N

I Na
b

•

I Nb

•

Zn

c

•

I Nc
Hình 4.5: Sơ đồ ngắn mạch hai pha không chạm đất
Biến đổi tương đương ta có:
I• Na 0 = 0

•
•
I Na1 = − I Na 2
•

Do dòng I Na 0 = 0 nên không có dòng ngắn mạch chạy vào mạch thứ tự

không, việc tính toán ngắn mạch hai pha không chạm đất không liên quan đến mạch
thứ tự không.
Kết nối tương đương Thevenin 2 mạng TTT và TTN biểu diễn sự cố 2 pha
không chạm đất.
•

Zn
•

K

K

I Na1

•

Z kk1

I Na 2
•

•

•

V ka1

VN

•

•

Z kk 2

V ka 2
Nút tham chiếu

Hình 4.6: Kết nối Thevenin các mạch thứ tự
Công thức tính toán sự cố:
•

•

VN

•

I Na1 = − I Na 2 =

•

•

•

Z kk 2 + Z kk1 + Z n

Khi chạm đất trực tiếp:

•

•

VN

•

I Na1 = − I Na 2 =

•

•

Z kk 2 + Z kk1

Trang 18


Các thành phần điện áp:
•

•

•

•

•

•

U Na1 = I Na1 ⋅ Z kk 2
U Na 2 = I Na1 ⋅ Z kk 2
•

U Na 0 = 0
4.2.6 Ngắn mạch hai pha chạm đất:
K

a

•

I Na
b

•

I Nb

•

Zn

c
•

I Nc

Hình 4.7: Sơ đồ ngắn mạch 2 pha chạm đất
Phương trình biểu diễn sự cố:
•

I Na = 0
•
•
•
•
•
V kb = V kc =  I Nb + I Nc  Z n


Biến đổi tương đương ta nhận được:
•

•

•

•

•

V ka1 = V ka 2 = V ka 0 − 3 I Na 0 Z n
•

•

•

•

Do I Na = 0 nên:
I Na 0 + I Na1 + I Na 2 = 0
Kết nối tương đương Thevenin 2 mạng TTT và TTN biểu diễn sự cố hai pha
chạm đất b và c:
K

K

•

Z kk1
•

VN

•

K

•

I Na1
•

V ka1

•

Z kk 2

•

I Na 2
•

V ka 2

I Na 0

•

Z kk 0

•

V ka 0

•

3 Zn

Hình 4.8: Kết nối các mạch Thevenin các mạch thứ tự

Trang 19


Công thức tính các dòng thứ tự:

•

I Na1

•

VN
=
•
• •

Z
kk 2  Z kk 0 + 3 Z n 
•


Z kk1 +  •  •
• 
 Z kk 2 + Z kk 0 + 3 Z n 


•

•

•

•

Z kk 0 + 3 Z n

•
•
•
Z kk 2 +  Z kk 0 + 3 Z n 



•

•

Z kk 2

I Na 2 = − I Na1

•

I Na 0 = − I Na1

•
•
•
Z kk 2 +  Z kk 0 + 3 Z n 


Khi ngắn mạch trực tiếp
•

VN

•

I Na1 =

 Z• ⋅ Z•

kk 2
kk 0

Z kk1 +  •
•
 Z kk 2 + Z kk 0 


•

•

•

Z kk 0

•

I Na 2 = − I Na1
•

•

•

Z kk 2

•

I Na 0 = − I Na1

•

Z kk 2 + Z kk 0
•

•

Z kk 2 + Z kk 0
Các thành phần điện áp:
•

•

•

•

Z kk 2

•

U Na1 = U Na 2 = U Na 0 = I Na1

•

•

Z kk 2 + Z kk 0

4.3

Bảo vệ rơle
Để đảm bảo khắc phục sự cố khi có sự cố xảy ra trong hệ thống ta phải lắp
đặt các thiết bị bảo vệ trong từng đoạn của hệ thống. Để bảo vệ đường dây truyền
tải thông thường người ta dùng bảo vệ khoảng cách. Khi tính toán rơle bảo vệ
khoảng cách ta quan tâm đến tổng trở khởi động và thời gian tác động các cấp của
bảo vệ.

Trang 20


Ta có sơ đồ bảo vệ như 4.9:
A

B

I

C
II

Hình 4.9: Sơ đồ vị trí đặt bảo vệ trên tuyến
 Cấp thứ nhất của bảo vệ

Thời gian làm việc tI của cấp I thường không quá 0,1 ÷ 0,15 sec. Tổng trở
khởi động sơ cấp ZIKĐ của cấp I bảo vệ được xác định xuất phát từ điều kiện chỉnh
định khỏi ngắn mạch ở đầu phần tử kề theo biểu thức:
1
Z1l
ZIKĐ =
1+β + δ
Trong đó l: chiều dài đoạn đường dây được bảo vệ
Z1: tổng trở riêng thứ tự thuận của đường dây.
β ≈ 0,05 - hệ số kể đến sai số dương của rơle tổng trở (khả năng
tăng tổng trở khởi động so với giá trị tính toán)
δ ≈ 0,1 - hệ số kể đến sai số của máy biến đổi đo lường và dự trữ
Như vậy, kể đến các trị số nói trên của β và δ đối với bảo vệ A
ZIKĐA ≈ 0,85Z1lAB
 Cấp thứ II của bảo vệ
Thời gian làm việc tII của cấp II đối với tất cả các bảo vệ thường bằng nhau
và được chọn lớn hơn một bậc chọn lọc ∆t so với thời gian tI của bảo vệ khoảng
cách đoạn trước và thời gian t B của bảo vệ cắt nhanh máy biến áp đặt trong trạm ở
cuối đường dây. Thời gian tII khoảng 0,5 sec.
Tổng trở khởi động sơ cấp Z IIKĐ của cấp II được xác định theo những điều
kiện sau:
(1) Chỉnh định khỏi điểm đầu vùng II (cuối vùng I) của bảo vệ khoảng
cách đoạn kề.
(2) Chỉnh định khỏi ngắn mạch sau máy biến áp của trạm ở cuối đoạn,
ngắn mạch này được cắt bởi bảo vệ của máy biến áp với thời gian lớn hơn tII.
Theo điều kiện (1), tổng trở khởi động ZIIKĐA của cấp II bảo vệ A (giả thiết là
ZIKĐA là nhỏ nhất đối với bảo vệ các đường dây đi ra từ trạm B) bằng:
1
Z1AB + (1 − α ) Z IKÑB
Z IIKÑA =

1+β + δ

(

)

Trang 21


Theo điều kiện (2) Z IIKÑA =

1
1− α
⋅ Z1AB +
⋅ ZB
1+β + δ
1 + β + δB

o α ≈ 0,1 - hệ số kể đến sai số âm của rơle tổng trở (khả năng giảm
thấp tổng trở khởi động so với tính toán).
o β ≈ 0,05 - hệ số kể đến sai số dương của rơle tổng trở (khả năng tăng
tổng trở khởi động so với giá trị tính toán)
o δ ≈ 0,1 - hệ số kể đến sai số của máy biến đổi đo lường và dự trữ
o δ B ≈ 0,15 - hệ số kể đến sai số của các máy biến đổi đo lường, khả
năng sai lệch khoảng 5% của hệ số biến đổi của các MBA ở trạm trị số định mức
của nó và dự trữ, khi phạm vi điều chỉnh điện áp của MBA lớn δ B tương ứng phải
tăng thêm.
o Z B - tổng trở của các MBA làm việc song song
Trong hai biểu thức trên, biểu thức nào cho giá trị Z IIKĐ nhỏ hơn sẽ là biểu
thức tính toán. Khi chọn tổng trở ZIIKĐ như vậy, độ nhạy cấp II được kiểm tra khi

ngắn mạch trực tiếp trên thanh góp của các trạm đối diện (trạm B). Đối với sơ đồ có
ZR như nhau ở các dạng ngắn mạch khác nhau cần có:
Z IIKÑA
≥ 1,25
k n=
Z1l AB
II

Nếu việc tính chọn các thông số của cấp II theo cách nêu trên không đảm bảo
độ nhạy cần thiết (điều này xảy ra khi l AB > lBC ), thì có thể dùng một phương pháp
tính chọn khác: tổng trở khởi động ZIIKĐA được chỉnh định không phải là khỏi điểm
đầu vùng II của bảo vệ B mà khỏi điểm cuối của nó (tức đầu vùng bảo vệ cấp III).
Lúc đó:

{

ZIIKĐA = Z1l AB + Z1l BC + (1 − α ) Z IIKÑB − Z1l BC

}

Trong đó ZIIKĐB : tổng trở khởi động cấp II của bảo vệ B
Để chọn trị số đặt của bảo vệ, cần so sánh Z IIKĐA theo công thức trên với giá
trị ZIIKĐA theo điều kiện chỉnh định (1), trong trường hợp chung cần chỉnh định khỏi
ngắn mạch sau máy biến áp của trạm B và chọn giá trị nhỏ hơn làm giá trị tính toán.
Lúc đó thời gian của cấp II được chọn tăng lên bằng tIIA = tIIB + ∆t
 Cấp thứ III của bảo vệ
Cấp thứ III làm nhiệm vụ dự trữ, được thực hiện không có bộ phận đo
khoảng cách, thời gian cấp III của bảo vệ các đoạn đường dây được chọn theo
nguyên tắc bậc thang, thời gian tIII thường có giá trị lớn.

Trang 22


Các cấp bảo vệ được xác định bởi các hệ số α, β và δ như hình 4.10:
A

C

B
I

II

δΖ ΙKĐA

βΖΙKĐA
t
ΖΙKĐA

II
A

βΖΙΙKĐA

δΖΙΙKĐA

∆t

∆t
δΖ ΙKĐA

t

II
B

t III
B

t III
B

Ζ ΙKĐB
Ζ ΙΙKĐB

Ζ ΙΙKĐB

Hình 4.10: Đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ khoảng cách
CHƯƠNG V
TÓM TẮT LÝ THUYẾT
THIẾT KẾ PHẦN CƠ CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

5.1

Những điểm chính khi thiết kế phần cơ cho đường dây tải điện.

Đường dây truyền tải trên không phải được thiết kế có khả năng chịu được
lực cơ học trong điều kiện thời tiết thay đổi. Lực căng dây dẫn treo trên cột không
được vượt quá giới hạn cho phép. Hệ số an toàn đứt dây phải được chọn trong
khoảng 2 ÷ 5. Độ võng, khoảng cách trên không so với mặt đất phải được khảo sát

trong quá trình thiết kế.
Tải cơ học của đường dây gồm: trọng lượng dây dẫn (tải dọc) và lực gió tác
động lên bề mặt dây dẫn (lực ngang).

Trang 23


Khoảng vượt hay khoảng cách giữa các cột được chọn phụ thuộc vào điện
thế, cỡ dây dẫn được dùng cho đường dây. Khi dây dẫn được treo trên trụ, dây dẫn
sẽ chùng xuống và có độ võng do trọng lượng dây dẫn. Cần thiết phải có khoảng
cách tối thiểu giữa điểm thấp nhất của dây dẫn và mặt đất. Dây dẫn có lực kéo gọi là
sức căng. Do đó có quan hệ giữa khoảng cách vượt, độ võng và sức căng. Nếu
khoảng vượt tăng lên, độ võng sẽ tăng và để giữ khoảng trống tối thiểu trên mặt đất,
chiều cao cột phải tăng.
Khoảng vượt thông dụng cho ở bảng 5.1:
Bảng 5.1: Khoảng vượt theo điện áp
Điện thế, kV

Khoảng vượt, m

11

100

33

100

66.

200

Điện thế, kV

Khoảng vượt, m

110

250 ÷ 300

132

300

230

300

Khoảng cách tối thiểu từ điểm thấp nhất của đường dây tới mặt đất phụ thuộc
vào cấp điện thế của đường dây. Gần đúng khoảng cách này 6 + 0,01 m mỗi kV và
được cho ở bảng 5.2:

Trang 24


Bảng 5.2: Khoảng cách tối thiểu từ mặt đất

5.2

Điện thế, kV

Khoảng cách tối thiểu từ
mặt đất, m

<6

6,0

66 ÷ 110

6,4

110 ÷ 166

6,7

> 166

7,0

Sức căng, độ võng và ứng suất.

Độ võng dây dẫn phụ thuộc vào khoảng vượt, điều kiện tải trên dây dẫn, sức
căng bị hạn chế bởi lực đứt dây và hệ số an toàn. Nếu biết lực căng dây cho phép,
khoảng vượt cũng như vị trí của trụ ta có thể tính được độ võng.
5.2.1 Phụ tải cơ giới của dây dẫn và dây chống sét.
Dây dẫn và dây chống sét sẽ chịu tác dụng của trọng lượng dây theo phương
thẳng đứng và tác dụng của gió theo phương nằm ngang. Giả thiết rằng phụ tải cơ
giới phân bố đều dọc theo dây dẫn và dây chống sét.
Pv

P

PT

Hình 5.1: Phân bố tải trọng trên dây dẫn
Tải trọng của gió tác dụng lên một mét dây cho bởi công thức:
Pv = 0,001.0,6.p.d (kg/m)
Trong đó p là áp lực gió trên một đơn vị diện tích bề mặt cản gió (kg/m 2),
phụ thuộc vào tốc độ gió như bảng 5.3:
d là đường kính dây, mm

Trang 25