CHƯƠNG 1 Bài tập 1. Yêu cầu xác định phụ tải điện cho một trường dạy nghề, bao gồm: 1 nhà giảng đường 3 tầng ×5 lớp học 1 nhà 2 tầng: - tầng dưới hội trường 200m2 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 19 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn - tầng trên thư viện 200m2 1 xưởng thực tập cơ khí 300m2, công suất đặt Pđ = 150kW 1 ký túc xá 3 tầng × 12 phòng. Mỗi phòng 10 học sinh. Một khu văn phòng đại diện gồm: 1 nhà 4 tầng, mỗi tầng 8 phòng học × 24m2 1 nhà 2 tầng, mỗi tầng 6 phòng học × 40m2 Yêu cầu xác định phụ tải điện cần cấp cho khu văn phòng.
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 20 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Chương 2: TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP, TỔN THẤT CÔNG SUẤT, TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 2. SƠ ĐỒ THAY THẾ LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN Thường dùng 2 loại sơ đồ: sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế. Sơ đồ nguyên lý là sơ đồ chắp nối các phần tử của lưới cung cấp điện (MBA, đường dây, máy cắt, attomat, cầu dao, cầu chì…) nhằm mô tả cách thức cấp điện từ nguồn đến các phụ tải. Sơ đồ thay thế là sơ đồ dùng trong quá trình tính toán lưới cung cấp điện, trên đó người ta đã thay thế các phần tử của lưới bằng các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện.
Sơ đồ thay thế đường dây tải điện Sơ đồ thay thế đầy đủ của một đoạn đường dây tải điện là sơ đồ hình 2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đoạn đường dây tải điện dài l (km) tiết diện F Ba đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện trên đường dây là Z, G và B Trong đó: Z - tổng trở của đoạn dây, là đại lượng phức: Z = R + jX l với R - điện trở đoạn đường dây: R = ρ F ρ - điện trở suất của vật liệu làm dây Có 3 loại vật liệu làm dây: nhôm (A), đồng (M) và thép (C), trong đó A, M dẫn điện, C làm tăng độ bền cơ. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 21 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn R tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng dây dẫn. X tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hoá dây dẫn.
Trong tính toán thực tế người ta lập sẵn các bảng tra ro (Ω/km) và xo (Ω/km) trong Phụ lục, khi đó tổng trở đoạn đường dây l (km) là: Z = rol + jxol Muốn tra xo, ngoài biết tiết diện dây cần biết cách treo dây trên xà để xác định khoảng cách trung bình hình học D giữa các dây. Trong tính toán sơ bộ, có thể cho phép lấy xo = 0,4 (Ω/km) Với cáp, nếu không có bảng tra, lấy gần đúng xo = 0,08 ÷ 0,1 (Ω/km). G - Điện dẫn của đoạn đường dây, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do rò điện qua sứ, cột và do vầng quang điện. Vầng quang điện là hiện tượng khi là cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn đủ lớn làm ion hoá lớp không khí xung quanh tạo nên một vầng sáng xung quanh dây dẫn, mắt thườg có thể nhìn thấy được vào những đêm ẩm ướt cuối tháng tối trời, làm tổn hao công suất.
∆Pvq G= U2 Tổn thất do công suất tác dụng do vầng quang thực tế chỉ xảy ra ở đường dây trên không điện áp >220kV. B – Dung dẫn của đoạn đường dây. Khi dây dẫn tải điện, giữa các dây đặt gần nhau và giữa dây với đất hình thành những bản cực, kết quả là tạo ra một công suất phản kháng Qc phóng lên đường dây. Với đường dây cao áp (110, 220KV) nhiều khi hiện tượng này có lợi vì nó bù lại lượng công suất Q tổn thất trên điện kháng X của đường dây, nhưng lại rất nguy hiểm ở những đường dây siêu cao đặc biệt khi không tải và non tải, làm cho điện áp cuối đường dây tăng cao vượt quá trị số cho phép.l với: bo là dung dẫn trên 1km đường dây; l là chiều dài đường dây.
Lượng Qc do đường dây sinh ra tỉ lệ với bình phương điện áp tải điện, vơớiđiện áp đườn dây U ≤ 35 (kV) lượng Qc này nhỏ, có thể bỏ qua. Cũng vì điện áp trung và hạ áp tổn thất vầng quang và rò điện rất nhỏ, người ta cho phép bỏ qua đại lượng G trên sơ đồ thay thế. Y G B Tổng dẫn đường dây = +j 2 2 2 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 22 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Tóm lại, với lưới cung cấp điện cho phép sử dụng sơ đồ thay thế đơn giản chỉ bao gồm tổng trở các đoạn đường dây. A lA1, FA1 1 l12, F12 2 S&1 S&2 ZA1 Z12 A 1 2 S&1 S&2 Hình 2.
Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây trung áp và hạ áp 3. Sơ đồ thay thế máy biến áp Máy biến áp là thiết bị điện làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất. Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây a) sơ đồ thay thế chính xác máy biến áp; b) sơ đồ thay thế gần đúng máy biến áp Máy biến áp làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, gồm 3 bộ phận chính là cuộn dây 1, cuộn dây 2 và lõi thép non có độ dẫn từ cao. Để đặc trưng cho các đại lượng tổn thất trên 3 phần tử đó trong quá trình tải điện người ta dùng sơ đồ thay thế hình T với 3 phần đại lượng Z1, Z2, Zo.
Sơ đồ này tính toán khó. Người ta thường sử dụng sơ đồ thay thế gần đúng hình Γ. Tổng trở MBA: ZB = RB + jXB Trong đó: RB - điện trở hai cuộn dây, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng 2 cuộn dây. XB - điện kháng hai cuộn dây, tượng trưng cho tổn thất công suất phản kháng do từ hoá hai cuộn dây.
Với máy biến áp nhà chế tạo cho 4 thông số sau: ∆Po (W, kW) - tổn hao không tải Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 23 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn ∆PN (W, kW) - tổn hao ngắn mạch, đó chính là tổn hao định mức trong 2 cuộn dây. Io(%) – dòng điện không tải (%) UN(%) - điện áp ngắn mạch (%) Từ 4 thông sô snày ta có thể xác định được các đại lượng trên sơ đồ thay thế máy biến áp: 2 2 ∆PN U dmB U N U dmB ZB = 2 .10 (Ω) S dmB SdmB Trong công thức này: UdmB(kV) - điệnáp định mức của biến áp. Nếu tính ZB về phía cao áp thì lấy UdmB ở phía cao, nếu tính ZB về phía hạ thì lấy UdmB ở phía hạ. SdmB – công suất định mức của MBA UN(%) – nhà chế tạo ∆So - tổn thất công suất trong lõi thép còn gọi là tổn thất không tải và không phụ thuộc vào trị số của công suất tải qua biến áp.
Trị số ∆So không đổi trong suốt tời gian đóng máy vào lưới điện. ∆So = ∆Po + j∆Qo Trong đó: ∆Po – nhà chế tạo cho, tượng trưng cho tổn thất công suất tác dụng do phát nóng lõi thép. ∆Qo - tổn thất công suất phản kháng do từ hoá lõi thép, xác định theo công thức: I o S dmB ∆Q o =. 100 Nếu hai máy biến áp làm việc song song 2 2 ∆PN U dmB 3 U N U dmB ZB = 2 .10 (Ω) 2SdmB 2SdmB Và ∆So = 2∆Po + j2∆Qo.
TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP Tổn thất điệ áp là đại lượng phức (véc tơ phức) ∆U& = ∆U + jδU. Trong lưới cung cấp điện, người ta chỉ quan tâm đến trị số của tổn thất điện áp, trị sô snày có độ lớn xấp xỉ độ lớn của thành phần thực ∆U. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 24 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Nhìn trên hình 2.4 nhận thấy trị số (độ lớn) của véctơ ∆U&: ∆U& =OA ≈ OB (trị số của thành phần thực ∆U). Vì thế, để đơn giản trong tính toán, có thể tính tổn thất điện áp theo trị số của hành phần thực.
Véc tơ tổn thất ∆U& và thành phần ∆U Tổn thất điện áp (thành phần thực) là do công suất tác dụng gây nên điện trở R và công suất phản kháng gây trên X. PR QX PR + QX ∆U = + = U dm U dm U dm Nếu P(kW), Q(kVAr), R, X(Ω), Udm(kV) thì ∆U(V) 2. Đường dây 1 phụ tải A l, F 1 S&1 ZA1 A 1 S&1 P1 + jQ1 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải Trên sơ đồ thay thế, để tính tổn thất điện áp theo công thức PR QX PR + QX ∆U = + = dạng S∠cosϕ về dạng P + jQ U dm U dm U dm Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây A1 là: P1R A1 + Q1X A1 ∆U A1 = U dm Trong đó: ZA1 = RA1 + jXA1 = rolA1 + jxolA1 Và S&A1 = S&1 = S1cosϕ + jS1 sinϕ. Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 25 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.1: Đường dây trên không 10(kV) (Viết tắt là ĐDK – 10 kV) cấp điện cho xí nghiệp có các số liệu ghi trên hình vẽ.
Yêu cầu xác định tổn thất điện áp trên đường dây. A AC – 50, 5km 1 1000∠ 0,8 Hình 2. ĐDK – 10 (kV) cấp điện cho xí nghiệp GIẢI Trước hết cần vẽ sơ đồ thay thế đường dây. Tra Phụ lục 25 với dây AC – 50 có ro = 0,64 (Ω/km), xo = 0,4 (Ω/km) ZA1 = 0,64.
Sơ đồ thay thế đường dây của ví dụ 2.1 Điện áp tổn thất trên đường dây cấp cho xí nghệp: 800. Đường dây n phụ tải Với đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải, tổn thất điện áp bằng tổng tổn thất điện áp trên 3 đoạn đường dây ∆UΣ = ∆Umax = ∆UA123 = ∆UA1 + ∆U12 + ∆U23 A lA1, FA1 1 l12, F12 2 l23, F23 3 S&1 S&2 S&3 A ZA1 1 Z12 2 Z23 3 S1 S2 S2 S3 S3 P1+ jQ1 S3 P2+ jQ2 P3+ jQ3 Hình 2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng 26 Gi¸o tr×nh Cung cÊp ®iÖn http://www.vn Với lưới điện trung và hạ áp, để tính toán tổn thất điện áp cho phép coi điệnáp tại mọi điểm trên đường dây bằng Uđm và cho phép coi dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây bằng công suất phụ tải, nghĩa là cho phép bỏ qua tổn thất điện áp và tổn thất công duất trên các đoạn đường sau khi tính tổn thất trên đoạn đường dây trước.