Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp: Chapter 2 - TS. Nguyễn Nhật Nam, TS. Huỳnh Quốc Việt

Chapter 2
THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
2.1 Các yêu cầu thiết kế đường dây
2.2 Chọn cấp điện áp
2.3 Chọn dây dẫn
2.4 Bố trí dây dẫn
2.5 Vầng quang điện
2.6 Sứ cách điện
2.7 Tải của tổng trở sóng (SIL)
2.8 Thiết kế phần điện
2.9 Sức căng - độ võng
2.10 Trụ điện
CuuDuongThanCong.com

/>

2.1 Các yêu cầu thiết kế đường dây
o An toàn

o Kinh tế
o Sụt áp cho phép
o Hiệu suất cao

o Chịu tác động cơ học
o Tổn thất vầng quang hợp lý
o ……
Có khả năng chịu được CS
yêu cầu, tải liên tục, không hư
hỏng cơ học
CuuDuongThanCong.com

/>
2


2.2 Chọn cấp điện áp
Uđm ?
l

3
P

o Tổn thất và độ sụt áp trên đường dây phụ thuộc rất nhiều vào
điện áp, công suất, và chiều dài đường dây (yêu cầu), thông số
đường dây.

o Chọn lựa cấp điện áp theo cấp điện thế chuẩn của từng quốc gia.
Các điện áp chuẩn thường được dùng là 11 kV, 22 kV, 35 kV, 66
kV, 110 kV, 220 kV, 500 kV, 1000 kV.
o Giá cả của đường dây và trang thiết bị như biến áp, máy cắt, sứ
cách điện, …. tăng nhanh theo cấp điện áp.
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2 Chọn cấp điện áp

4

o Vì chưa có sơ đồ nối dây cụ thể, sơ bộ vẽ một số đường dây
hình tia nối từ nguồn đến tải ở xa hay có công suất lớn. Cấp

điện áp có thể được tính dựa vào chiều dài l (km) và công suất
P (kW).
Công thức Still:

U  4,34 l  0,016P



U  P 0,1  0, 015 l
Cẩm nang kỹ thuật
của Thụy Điển:
CuuDuongThanCong.com

kV



l
U  17
 0, 001P
16
/>
kV

kV


2.2 Chọn cấp điện áp

5

o Bảng thống kê cấp điện áp tính theo P.l (kW.km)

U (kV)

Tải đường dây P.l
(kW.km)

11

24 x 103

33

200 x 103

66

600 x 103

110

11 x 106

220

90 x 106

CuuDuongThanCong.com

/>

2.2 Chọn cấp điện áp

6

o Bảng thống kê cấp điện áp và chiều dài đường dây

U (kV)

Chiều dài đường dây (km)
Tối thiểu

Tối đa

66

40

120

110

50

140

220

100

300

CuuDuongThanCong.com

/>

2.3 Chọn dây dẫn

7

o Dây dẫn có thể là dây đồng, nhôm, hoặc dây nhôm lõi thép
(ACSR). Cấp trung thế thường dùng dây đồng có vỏ cách
điện. Cấp cao thế thường dùng ACSR trần.

o Dây dẫn được chọn lựa dựa vào khả năng mang tải an toàn,
tổn thất, sụt áp, nhiệt độ cho phép, …. .
o Dây dẫn được chọn cần lấy các thông số như bán kính, số
sợi, dòng điện định mức…. .
CuuDuongThanCong.com

/>

2.4 Bố trí dây dẫn

8

o Việc bố trí dây dẫn phụ thuộc vào U và khoảng vượt. Dây
dẫn không được chạm vào nhau do độ võng khi có gió hay
nhiệt độ thay đổi.

o Việc bố trí này cũng ảnh hưởng đến L và C

Mối quan hệ giữa điện áp và
khoảng cách tương đương giữa
các dây pha

CuuDuongThanCong.com

V (kV)

Dm (m)

11

1,0

33

1,3

66

2,6

110

5,0

220

10,2

/>

2.4 Bố trí dây dẫn

9

Một số cách bố trí dây dẫn thông dụng trên trụ điện
CuuDuongThanCong.com

/>

2.5 Vầng quang điện

10

o Khi điện thế trên dây dẫn tăng tới giới hạn thì sẽ xuất hiện trên
bề mặt dây dẫn ánh sáng màu tím nhạt và âm thanh. Hiện
tượng này gọi là vầng quang.

Dọc đường dây
CuuDuongThanCong.com

Tại chuỗi sứ cách điện
/>

2.5 Vầng quang điện

11

o Ở điện thế giới hạn (điện trường giới hạn), không khí bao
quanh dây dẫn bị ion hóa mạnh do vạ chạm và coi như dẫn
điện, làm cho dây dẫn trở nên có điện trở lớn hơn. Do đó, tổn
hao đường dây tăng lên.

o Sự xuất hiện vầng quang phụ thuộc chủ yếu vào cường độ
điện trường cục bộ trên bề mặt dây dẫn. Điện trường này bị
ảnh hưởng bởi điều kiện bề mặt của dây dẫn: độ nhám, ẩm
ướt,…

CuuDuongThanCong.com

/>

2.5 Vầng quang điện

12

o Điện áp pha (hiệu dụng) phát sinh vầng quang.

Dm
U 0  21,1m0 r  ln
r

kV

Trong đó
• r: bán kính dây (cm)
• Dm: khoảng cách trung bình giữa các pha (cm)

• m0: hệ số dạng của bề mặt dây
Dây

m0

Láng bóng

1

Nhám

0.92< m0 <0.94

Bện nhiều sợi

0.82

CuuDuongThanCong.com

/>

2.5 Vầng quang điện

13

• : mật độ không khí

3,92b

273  t

b: áp suất không khí, cmHg
t: nhiệt độ (0C)

CuuDuongThanCong.com

/>

2.5 Vầng quang điện

14

o Tổn thất vầng quang khi thời tiết tốt (công thức kinh nghiệm):

Pc 

241



 f  25

r
2
5
U

U

10



0
Dm

(kW/pha/km)

o Tổn thất vầng quang khi thời tiết xấu
Pc 

241



 f  25

r
2
5
U

0
,8
U

1
0


0
Dm

(kW/pha/km)

Hạn chế của công thức: 25  f  120  Hz  , r  0, 25  cm 
U
 1,8
U0
CuuDuongThanCong.com

/>

2.5 Vầng quang điện

15

U
 1,8 , tổn thất vầng quang được tính
U0

o Khi

Pc 

21106  f  U 2
 Dm 
ln r 

F

2

(kW/pha/km)

Trong đó, F là hệ số thay đổi theo tỷ số U/U0 gần đúng như sau
U/U0

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

F

0,012

0,018

0,05

0,08

0,3

1,0

3,5

6,0

8,0

o Trong thiết kế cần hạn chế tổn thất vầng quang ở giá trị:

Pc  0,6
CuuDuongThanCong.com

kW / km / 3 pha

- Tăng kích cỡ dây dẫn
- Dùng dây chùm
/>

2.5 Vầng quang điện

16

Bài tập 2.1: Tìm tổn hao vầng quang của đường dây 3 pha dài 100

km với dây dẫn đường kính 20 mm và bố trí tam giác đều, khoảng
cách trung bình giữa các pha là 8 m. Điện áp dây là 240 kV, tần số
50 Hz, dây sạch và nhẵn, áp suất không khí là 75 cmHg và nhiệt độ
không khí là 30ºC.

ĐS:

U0 = 136,69 kV
Pc = 0,024 kW/pha/km
P = 7,2 kW

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

17

o Sứ cách điện được thiết kế và sản xuất cho cấp điện
thế nhất định.
o Điện thế tối đa cho mỗi sứ là 35 kV.
o Các dạng sứ thường gặp: sứ đỡ, sứ treo, sứ căng.

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

18

o Sứ đỡ

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

19

o Sứ treo

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

20

o Sứ căng

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

21

o Sự phân bố điện thế của sứ treo: Khi có điện áp xoay
chiều đặt vào chuỗi sứ, thì điện áp trên các bát sứ không
bằng nhau do dòng điện dung không bằng nhau trên suốt
chuỗi sứ. Ngoài điện dung giữa các bát sứ còn có điện dung
giữa bát sứ với trụ, xà, dây dẫn.

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

22

o Trường hợp 1: bỏ qua ảnh hưởng của điện dung giữa chỗ
nối bát sứ và dây dẫn
• Gọi điện dung giữa các bát
sứ là C, điện dung giữa chỗ
nối bát sứ và trụ là C/4.
• Gọi u là điện áp trên bát sứ
1 – 2, cũng là điện áp đặt
trên 2 – a.

Xà


C/4

C

a



b


c


CuuDuongThanCong.com

Dây pha

/>
Trụ


2.6 Sứ cách điện
• Dòng điện và điện áp:
I 21  jCu
jC
I 2 a 

u

4
j 5C

5
I 3 2 
u  u3 2  u
4
4
5
9
j 9C
u3b  u  u  u  I 3b 
u
4
4
16
j 29C
29
I 4 3 
u  u4 3  u
16
16
65
j 65C
u4  c  u  I 4  c 
u
16
64
j181C
181
I 5 4 
u  u4 3 
u

64
64
CuuDuongThanCong.com

23
Xà
14.5%
18.1%
26.3%
41.1%

 C





C/4
a Trụ
b
c

Điện áp của chuỗi sứ:
441
 5 29 181 
u
1   
u 
64
 4 16 64 

/>

2.6 Sứ cách điện

24

o Trường hợp 2
• Gọi điện dung giữa các bát sứ
là C, điện dung giữa chỗ nối
bát sứ và trụ là C/4; điện dung
giữa khớp nối bát sứ và dây
dẫn C/8

Xà

C


C /8

C/4
a



b



c



• Gọi U là áp của chuỗi sứ, u là
áp của bát sứ 1 – 2

Trụ

U 32  0,193U

• Tính toán có kết quả: U 21  u  0, 232U

U 43  0, 228U
U 54  0, 347U

CuuDuongThanCong.com

/>

2.6 Sứ cách điện

25

o Bát sứ gần dây dẫn nhất sẽ chịu điện thế lớn nhất. Dẫn đến hạn
chế điện thế làm việc của đường dây.
o Nếu điện áp đỉnh của đường dây so với đất là E, điện thế định
mức lớn nhất của bát sứ là e, số lượng bát sứ là n thì hiệu suất
chuỗi sứ là:

E

% 
100  30%
e n

CuuDuongThanCong.com

/>