Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp: Chapter 3 - TS. Nguyễn Nhật Nam, TS. Huỳnh Quốc Việt

Chapter 3
THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI

3.1
3.2
3.3
3.4

Cấu trúc mạng phân phối
Mạng phân phối trung thế
Thiết kế mạng phân phối trung thế hình tia
Thiết kế mạng phân phối hạ thế

CuuDuongThanCong.com

/>

3.1 Cấu trúc mạng phân phối

2

Hệ thống
phân phối

CuuDuongThanCong.com

/>

3.1 Cấu trúc mạng phân phối
Hệ thống phân phối gồm
1.

2.
3.
4.
5.
6.

Hệ thống truyền tải trung gian
Các trạm phân phối
Mạng phân phối trung thế (sơ cấp)
Các máy biến áp phân phối
Mạng phân phối hạ thế (thứ cấp)
Các thiết bị phụ trợ

3
Đ.dây truyền
tải trung gian
(12 – 245 kV)
Trạm
phân phối

Mạng trung thế
(10 – 35 kV)
MBA phân phối

CuuDuongThanCong.com

Mạng hạ thế
(0,4 kV)

/>

3.2 Mạng phân phối trung thế

4

a. Các dạng sơ đồ
b. Các cấp điện áp

c. Chọn tiết diện dây
d. Trạm phân phối

CuuDuongThanCong.com

/>

3.2 Mạng phân phối trung thế

5

Mạng phân phối trung thế là một phần của mạng phân
phối, nối từ trạm phân phối đến các máy biến áp phân
phối.
o Dạng hình tia
o Dạng vòng
o Dạng lưới

CuuDuongThanCong.com

/>

Dạng tia

MC
Cầu chì

Nhánh cây

Nhánh phụ

Tuyến chính
CuuDuongThanCong.com

- Dễ thiết kế và vận hành
- Độ tin cậy thấp
/>

3.2 Mạng phân phối trung thế

7

o Các yếu tố ảnh hưởng đến điện áp:
o Chiều dài tuyến dây
o Phụ tải
o Dây dẫn và sơ đồ cấu trúc mạng
o Giá thiết bị
o Chính sách của cơng ty điện lực
o …
o Theo tiêu chuẩn Việt Nam, cấp điện áp trung thế: 10 kV, 15 kV,
22 kV, 35 kV, 66 kV,…
o Tuyến dây ở vùng mật độ phụ tải thấp (nông thôn) thường bị

hạn chế chiều do độ sụt áp cho phép. Tuyến dây ở vùng mật độ
phụ tải cao (thành thị) thường bị hạn chế bởi điều kiện phát nóng.
CuuDuongThanCong.com

/>

3.2 Mạng phân phối trung thế

8

Chọn tiết diện dây cần quan tâm:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Mật độ phụ tải trên nhánh (tuyến)
Đặc tính của phụ tải
Mức gia tăng của phụ tải
Tính liên tục cấp điện cho phụ tải (độ tin cậy)
Chất lượng điện cung cấp
Cấp điện áp
…

CuuDuongThanCong.com

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

9

3.3.1 Chọn dây cho tải tập trung
• Theo mật độ dịng kinh tế
• Theo điều kiện sụt áp
• Mật độ dịng điện khơng đổi
I1

I2

I3

l1

l2

l3

S1

S2

Tải phân bố tập trung
CuuDuongThanCong.com

/>
S3

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

10

Theo mật độ dịng kinh tế:
o Kích cỡ dây dẫn mang tính kinh tế nhất khi chi phí đầu tư hàng
năm của dây dẫn = chi phí tổn thất hàng năm do truyền tải.
8760 h

o Mật độ dòng kinh tế

A
jkt (
)
2
mm

Loại dây

Tmax 



P(t )dt

0

Pmax

Thời gian sử dụng
công suất cực đại Tmax (giờ)
< 3000

3000 – 5000

> 5000

Đồng trần

2.5

2.1

1.8

Nhôm trần

1.3

1.1

1.0

Cáp đồng cách điện bằng giấy, bọc cao su

3.0

2.5

2.0

Cáp nhôm cách điện bằng giấy, bọc cao su

1.6

1.4

1.2

Cáp
đồng cách điện bằng cao su
CuuDuongThanCong.com

3.5

3.1

2.7

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

11

Ví dụ: Mạng điện 110 kV, cung cấp điện cho ba phụ tải điện công
nghiệp. Lựa chọn tiết diện cho các đường dây nếu dùng dây
nhôm lõi thép AC.

S1 = 40 + j30 MVA
Tmax1 = 5500 h
N
2

1
3

S2 = 20 + j15 MVA
Tmax2 = 5000 h

S3 = 12 + j9 MVA
Tmax3 = 4000 h
CuuDuongThanCong.com

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

12

o Trị số trung bình của thời gian sử dụng cơng suất cực đại
3

Tmaxtb 

P

T

max i max i

i 1

3

P
i 1

 5100 h

jkt  1 A / mm2

maxi

o Dòng điện trên dây dẫn của mỗi đoạn
122  92 3
I3 
10  78 A
3 110
1 20  15
I2 
103  65 A
2
3 110
2

2

2
2
1 ( Pi )  ( Qi )
I1 
103  234 A
2
3 110
CuuDuongThanCong.com

Fkt 3  78 /1  78 mm 2

AC  70

Fkt 2  65 /1  65 mm 2

AC  70

Fkt1  234 /1  234 mm 2

AC  240

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

13

Theo điều kiện sụt áp:

a) Một phụ tải

UP

r0, x0, l
UN

UP

P + jQ

N

IX


UN

I

U

o Sụt áp:

PR  QX
U P  U N  U 
 U   U 
U dm
CuuDuongThanCong.com

IR

/>
U


3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

14

Theo điều kiện sụt áp:

U ' 

PR Pr0l
Pl 


U dm U dm U dm F

QX Qx0l
U '' 

U dm U dm

x0 = 0.36 - 0.4 (Ω/km) (dây trên không)
x0 = 0.08 (Ω/km)
(cáp ngầm)

(∆U’’ xem như không đổi)

o Nếu lấy sụt áp trên đường dây bằng trị số cho phép (yêu cầu)
 U 'cp  U cp  U ''

Pl 
F
U dm U 'cp
CuuDuongThanCong.com

Chọn dây dẫn gần với tiết diện
tính tốn F. Với tiết diện này, tra
bảng tìm r0, x0 và tính tốn kiểm
tra lại tổn thất trên đường dây.
/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

15

b) Nhiều phụ tải

l1
UP

l2

P1 + jQ1

x0
U '' 
U dm

U cp 


U dm

P2 + jQ2

n

Q l

i i

i 1

n

Pl

F
i 1

i i

Cu  18,8 mm /km
2

CuuDuongThanCong.com

Pn + jQn

 U 'cp  U cp  U ''

F


U dm U cp

n

 Pl
i 1

i i

 Al  31,5 mm2 /km
/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

16

Ví dụ: Mạng điện 35 kV, cung cấp điện cho ba phụ tải. Hãy xác định
tiết diện dây dẫn với tổn thất điện áp cho phép là 6%. Biết
toàn mạng điện dùng dây nhơm và xấp xỉ x0 = 0,4 Ω/km. Sau
đó kiểm tra lại tổn thất điện áp với dây dẫn đã chon biết
khoảng cách trung bình giữa các pha là Dm = 1,25 m.

8 km

5 km

4 + j3 MVA

3 + j2 MVA

3 km

N

ĐS:

2 + j2 MVA

F = 80 mm2, AC-70
∆U = 6,2%
CuuDuongThanCong.com

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

17

Theo mật độ dịng điện khơng đổi: Với lượng kim loại màu cho
trước, tổn thất điện năng trong mạng điện cực tiểu khi mật độ
dòng điện j trên các đoạn bằng nhau.
I1
I2
I3

R1

R2

Tổn thất: P  I12 R1  I 22 R1  I 32 R1
 I12 L1 I12 L2 I12 L3 
P   



F
F
F
2
3 
 1

Thế F3 vào ta có ΔP rồi lấy
đạo hàm theo F1 và F2, ta có:
CuuDuongThanCong.com

R3
Thể tích V   F1L1  F2 L2  F3 L3 
KL:
V  F1 L1  F2 L2 

 P
 F 0
 1


 P  0
 F2

F3 



L3



L3

I1 I 2 I 2


 j
F1 F2 F2

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Trình tự chọn dây:
- Cho x0 tinh ∆U”  U 'cp  U cp  U ''

U 'cp  3  I1 R1 cos 1  I 2 R2 cos 2  I 3 R3 cos 3 
 I1

I3

I2
U 'cp   3  l1 cos 1  l2 cos 2  l3 cos 3 
F2
F3
 F1

U 'cp   j 3  l1 cos 1  l2 cos 2  l3 cos 3 
 j

U 'cp
n

3   li cos i 
i 1

So sánh j và jkt , tiết diện dây chon = min{j , jkt}
CuuDuongThanCong.com

/>
18


3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

19

Ví dụ: Mạng điện 10 kV cung cấp cho ba xí nghiệp bằng đường dây
trên không, dây bằng nhôm. Thời gian sử dụng công suất lớn
nhất Tmax = 4500 giờ năm. Hãy xác định tiết diện dây dẫn
cho mạng điện theo đk mật độ dòng ko đổi.

3 km
3 km

1

0,6 + j0,45 MVA

2
4 km

N
1 + j0,75 MVA

ĐS:

Đoạn N1, AC-150
Đoạn 12, AC-50
Đoạn 13, AC-50
CuuDuongThanCong.com

3
0,8 + j0,6 MVA

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

20

3.3.2 Chọn dây cho tải phân bố không tập trung
Phụ tải phân bố đều: Mơ hình

I x1

IP

du  zdx

I x2

IN

dI
dx

x

l
CuuDuongThanCong.com

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Dịng điện:
Tải phân bố đều trên đoạn dây: dI  k  const

dx

Ta có I x 2

dIdx
 I x1  dI  I x1 
 I x1  kdx
dx

Xét toàn tuyến dây:

IP
I N  I P  kl  0  k 
l

IP
x
Tại vị trí x nào đó: I x  I P  kx  I P 
l
 x
 I x  I P 1  
 l
CuuDuongThanCong.com

/>
21


3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

22

Sụt áp

x

Độ sụt áp vi cấp: dU  I x zdx  I P 1   zdx
l

x
x 


Độ sụt áp tại điểm x: U x   I P 1   zdx  I P 1 
 zx
l
2l 


0
x

1
Độ sụt áp toàn tuyến dây x = l: U  I P Z
2

l

l/2


Spb

CuuDuongThanCong.com

Spb

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Tổn thất cơng suất

23
2

 
x 
Tổn thất công suất vi cấp: dP  I rdx   I P 1    rdx
l 
 
2
x

Tổn thất cơng suất tồn đường dây:
l

1 2
1 2
P   dPdx  I P rl  I P R
3
3
0
l

Spb

CuuDuongThanCong.com



l/3

Spb

/>

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Phụ tải phân bố tăng dần: Mơ hình

2
U  I P Z
3

8 2
P 
IPR
15
CuuDuongThanCong.com

/>
24

3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia

Spb
Khảo sát sụt áp

Khảo sát tổn thất
công suất

2l / 3

8l / 15

Spb
CuuDuongThanCong.com

Spb

/>
25