Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp: Chapter 1 - TS. Nguyễn Nhật Nam, TS. Huỳnh Quốc Việt

Chapter 1
CÁC THÔNG SỐ DƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI TRÊN KHÔNG

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5

Các phần tử chính của đường dây
Điện trở
Điện cảm
Điện dung
Mô hình đường dây

CuuDuongThanCong.com

/>

1.1 Các phần tử chính của đường dây
Dây chống sét

Cách điện
Dây dẫn

Trụ điện

* Thông số đường dây: R, L, C
CuuDuongThanCong.com

/>
2/58


1.2 Điện trở

3/53

o Các loại dây dẫn
ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced)

ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced)
AAAC (All Aluminium Alloy Conductor)

CuuDuongThanCong.com

/>

1.2 Điện trở

4/53

o Điện trở DC

RDC 

 l
A

 - điện trở suất (Ω.m),

()

l - chiều dài (m),
A - tiết diện dây dẫn (m2)

(/km)

 (Ω.m)

a (1/ºC)

Đồng thường

1,72×10-8

0,00393

Đồng cứng

1,77×10-8

0,00382

Nhôm

2,83×10-8

0,00390

Thép

12-88×10-8

Kim loại

Ở 20ºC

CuuDuongThanCong.com

0,001-0,005
/>

1.2 Điện trở

5/53

o Điện trở AC
Hiệu ứng mặt ngoài của dây dẫn do tần số

RDC điện trở DC trên 1 m chiều dài dây
Khi dòng điện xoay chiều đi qua dây dẫn, mật
độ dòng điện ở mặt ngoài sẽ cao hơn mật độ
dòng điện ở trung tâm dây dẫn.

Tỉ số điện trở hiệu dụng mặt ngoài
CuuDuongThanCong.com

X

RAC
RDC

1

/>

1.2 Điện trở

6/53

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

Rt  R20C

1 at
1  20a

a - hệ số nhiệt điện trở ở 20ºC
Rt - điện trở ở tºC
R20ºC - điện trở ở 20ºC

Khi một dây dẫn mang điện, nhiệt độ của nó sẽ đạt đến
giá trị ổn định theo phương trình sau:
(Nhiệt lượng sinh ra do I2R)+(Nhiệt lượng hấp thụ từ bức
xạ mặt trời) = (Nhiệt lượng tỏa ra do quá trình đối lưu
không khí)+(Nhiệt lượng tỏa ra do bức xạ)

CuuDuongThanCong.com

/>

1.2 Điện trở

7/53

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

(Nhiệt lượng sinh ra do I2R) (W/m)

1 at 

2
Wi   R20C
 I
1  20a 

(Nhiệt lượng hấp thụ từ bức xạ mặt trời) (W/m)

Ws  s a  I s  dm
dm : đường kính dây dẫn
sa : hệ số hấp thụ (1 cho vật đen, 0.6 cho dây dẫn mới)
Is : cường độ bức xạ mặt trời (W/m2), 1000-1500 W/m2

CuuDuongThanCong.com

/>

1.2 Điện trở

8/53

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

(Nhiệt lượng tỏa ra do đối lưu không khí) (W/m)

Wc  5.73t

pvm
dm

  d m  18t pvm d m

Δt = t-tmôi trường: độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường
p: áp suất khí quyển (atmorpheres)
vm: vận tốc gió (m/s)

CuuDuongThanCong.com

/>

1.2 Điện trở

9/53

* Ảnh hưởng của nhiệt độ
(Nhiệt lượng tỏa ra do bức xạ) (W/m)
4
Wr  5.702 10-8 ar (T 4 - Tmoi
_ truong )  

 T 4  Tmoi _ truong 4 
 17.9ar d m 
 
 
 100   100  
ar : hệ số bức xạ bề mặt (1 cho vật đen, 0.5 cho oxit nhôm
hoặc đồng)

CuuDuongThanCong.com

/>

1.2 Điện trở

10/53

o Ảnh hưởng của điện trở đường dây
-Tổn thất trên đường dây RI2
-Giảm khả năng mang dòng của đường dây, đặc biệt ở các vùng
có nhiệt độ cao.
-Làm giảm các quá điện áp do sét hoặc hoạt động đóng cắt.

CuuDuongThanCong.com

/>

1.3 Điện cảm

11/53

o Xem xét một dây dẫn bán kính r mang dòng điện I, mật độ từ
thông (Wb/m2) bên trong và bên ngoài dây dẫn:

2 10-7 I  x

Btr 

2

Bng 

r
2 10-7 I

B

(x < r )
(x > r )

x

Dây dẫn
I
Khoảng cách

o Điện cảm:

L

 tr  ng

CuuDuongThanCong.com

I

r

x

/>
D


1.3 Điện cảm

12/53

o Từ thông móc vòng tổng trên mỗi đơn vị chiều dài trong dây dẫn

 x 2 2 10-7 I  x
1
-7
 tr   2
dx


10
I (Wb m)
2

r
r
2
0
r

o Từ thông móc vòng tổng trên mỗi đơn vị chiều dài bên ngoài
dây dẫn đến bán kính D

 ng

2 10-7 I
D
-7

dx  2 10 I ln
x
r
r
D

(Wb m)

D
 D

-7 
L  2 10 ln  0, 25 =2 10 ln  ( H m)
 r


 r 
-7

Với r’ = re-0,25 = 0,779r là bán kính tự thân của dây dẫn
(GMR-Geometric Mean Radius)
CuuDuongThanCong.com

/>

1.3 Điện cảm

13/53

o GMD tự thân của dây dẫn bện nhiều sợi với số sợi khác
nhau
Dây dẫn
GMD
1 (dây tròn đặc ruột)

0,779R

7

0,726R

19

0,758R

37

0,768R

61

0,772R

91

0,774R

127

0,776R

Với R là bán kính ngoài của dây dẫn
R
Cáp 3 sợi

CuuDuongThanCong.com

R
Cáp 7 sợi

/>

1.3 Điện cảm

14/53

o Trường hợp 1: đường dây 1 pha 2 dây dẫn bán kính r cách
nhau một khoảng D
* Điện cảm một dây dẫn
 D
L  2 10 ln 
 r 
-7

( H m)

D
I1

r

I2
I1 + I 2 = 0

* Điện cảm hai dây dẫn: dây dẫn thứ hai được xem như đường đi về,
điện cảm sinh ra bởi dây dẫn tăng gấp đôi
 D
L  4 10 ln 
 r 
-7

CuuDuongThanCong.com

( H m)

/>

1.3 Điện cảm

15/53

o Trường hợp 2: đường dây 3 pha đối xứng DAB = DBC = DCA.
Điện cảm ba pha giống nhau và điện cảm một pha (thí dụ pha
A) là
 D
LA  2 10-7  ln 
 r 

IA

( H m)

IB

D
IC

r

IA + IB + IC = 0
Giống với điện cảm của đường dây 1 pha có cùng khoảng
cách và kích cỡ dây dẫn

CuuDuongThanCong.com

/>

1.3 Điện cảm

16/53

o Trường hợp 3: đường dây 3 pha không đối xứng, dây dẫn phải
được hoán vị đầy đủ để điện cảm ba pha giống nhau. Điện
cảm pha A là

A
B
C

A
1/3

1/3
 Dm 
LA  2 10 ln

 r 
-7

B

1/3

C

r

( H m)

Trong đó Dm là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây
dẫn (GMD- Geometric Mean Distance)
Dm  3 DAB DBC DCA
CuuDuongThanCong.com

/>

1.3 Điện cảm

17/53

o Trường hợp 4: đường dây 3 pha lộ kép gần nhau (có hoán vị).
Mạch tương tương với một pha có 2 dây.
Lộ 1
 Dm 
LA  2 10 ln

D
s 

-7

CuuDuongThanCong.com

Lộ 2

A1

A2

( H m)

B1

B2

C1

C2

r

/>

1.3 Điện cảm

18/53

Khoảng cách trung bình hình học Dm

Dm  3 DAB DBC DCA

A1
Trong đó

DAB  4 DA1B1 DA1B2 DA2 B1 DA2 B2
DBC  4 DB1C1 DB1C2 DB2C1 DB2C2

DA1B2

DA1B1
B1

DA2B2

DA2B1

DCA  4 DC1 A1 DC1 A2 DC2 A1 DC2 A2

CuuDuongThanCong.com

A2

/>
B2


1.3 Điện cảm

19/53

Khoảng cách trung bình hình học tự thân Ds hay bán kính trung
bình hình học (GMR)

Ds  3 DsA DsC DsA

A1

DA1A2

Trong đó

DsA  r DA1 A2
DsB  r DB1B2
DsC  r DC1C2

CuuDuongThanCong.com

/>
A2


1.3 Điện cảm

20/53

o Trường hợp 5: đường dây 3 pha có phân pha, mỗi pha có 4
dây. (Trên đường dây phân pha hoặc dây chùm, một pha gồm
nhiều dây dẫn bố trí theo một đa giác đều để tăng khả năng
truyền tải và giảm hiệu ứng vầng quang).
B

A

C

d

D

D
 Dm 
LA  2 10 ln

 Ds 
-7

CuuDuongThanCong.com

( H m)

3

D

D  D  2D
 m

4
D

r  D  D  2D

 s
/>

1.3 Điện cảm

21/53

o Chú ý: công thức tổng quát tính điện cảm của đường dây
truyền tải trên không:

 Dm 
L  2 10  ln

 Ds 
-7

( H m)

Trong đó Dm và Ds phụ thuộc và kích thước dây dẫn và cách bố
trí dây dẫn

o Cảm kháng

CuuDuongThanCong.com

X L  2 fL (  m)
/>

1.3 Điện cảm

22/53

o Chú ý: Sự phụ thuộc của điện cảm L với đường kính dây dẫn,
và khoảng cách pha.

L
(H/m)

L
Đường kính dây
thay đổi

Đường kính dây

CuuDuongThanCong.com

(H/m)

d (cm)

Khoảng cách pha
thay đổi

Khoảng cách pha

/>
Dm (cm)


1.3 Điện cảm

23/53

o Bài tập 1: cho đường dây 3 pha hoán vị đầy đủ được bố trí
như hình vẽ. Mỗi dây dẫn được bện từ 7 sợi và đường kính

ngoài là của dây dẫn là 15 mm. Tính điện cảm trên từng km
mỗi pha.

A
4m

6m
9m

B

CuuDuongThanCong.com

C

/>

1.3 Điện cảm

24/53

o Bài tập 2: cho đường dây lộ kép 3 pha có hoán vị được cho
như hình vẽ. Bán kính mỗi dây là 1,25 cm. Tính toán cảm
kháng trên 1 km mỗi pha biết tần số của hệ thống là 50 Hz.
7,5 m

a'

a
9m

4m

b

b'
4m

c
CuuDuongThanCong.com

c'
/>

1.3 Điện cảm

25/53

o Bài tập 3: cho đường dây 3 pha lộ kép có hoán vị được cho
như hình vẽ. Đường kính mỗi dây là 5 cm. Tính toán cảm
kháng trên 1 km mỗi pha biết tần số của hệ thống là 50 Hz.

30 cm

B

A

A’

B’

5m
CuuDuongThanCong.com

C

C’

5m
/>
5m