1 Lựa chọn điện áp định mức, tiết diện dây dẫn và tính tổn thất cho các phương án

Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



Việc lựa chọn điện áp cho mạng điện là một nhiệm vụ rất quan trọng trong thiết kế

hệ thống vì có thể ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của mạng điện.

Điệp áp định mức của mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất của phụ tải,

khoảng cách các phụ tải, từ nguồn tới các phụ tải và cấu trúc mạng lưới. Nếu chọn điện

áp định mức nhỏ thì gây tổn thất nguồn điện lớn. Do đó điện áp định mức được chọn sao

cho hợp lý nhất. Điện áp định mức của mạng điện thiết kế được chọn đồng thời với sơ đồ

cung cấp điện và có thể xác định dựa theo giá trị công suất truyền tải trên mỗi đường dây.

Để lựa chọn điện áp định mức hợp lý, cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải đáp ứng yêu cầu mở rộng phụ tải trong tương lai.

- Đảm bảo tổn thất điện áp từ nguồn tới phụ tải trong điều kiện cho phép.

- Khi điện áp càng tăng thì tổn thất công suất càng nhỏ. Nhưng điện áp càng tăng thì

chi phí xây dựng mạng điện càng lớn và giá thành điện năng.

Điện áp định mức của các nhánh đường dây được tính theo công thức nghiệm

Still như sau:

U i = 4, 34 li + 16.



Pi

(kV )

n



Trong đó:

- Pi: công suất tác dụng truyền tải trên đường dây thứ i(MW)

-



li :chiều dài đường dây thứ i(km)

- Ui :điện áp vận hành trên đường dây thứ i(kV)



-



n : số lộ đường dây



b) Chọn tiết diện dây dẫn

Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế

Tiết diện dây dẫn phải được chọn làm sao cho phù hợp với quan hệ tối ưu giữa chi

phí đầu tư xây dựng đường dây và chi phí về tổn thất điện năng. Trong thực tế người ta

thường dùng giải pháp đợn giản để xác định tiết diện đường dây, đó là: Phương pháp

chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện, sau đó kiểm tra lại bằng điều

kiện phát nóng.



SVTH: Phạm Mạnh Hà



13



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



Ta dự kiến sử dụng dây nhôm lõi thép trên không (AC trên không), với thời gian

sử dụng công suất cực đại của các phụ tải theo đề bài cho, khoảng cách trung bình hình

học giữa các pha là Dtb = 5m.

Tra tài liệu ta được Jkt(A/mm2) theo Tmax của các phụ tải được sử dụng để tính toán.

Tiết diện kinh tế được tính theo công thức:

F=



I max

J kt



Trong đó:

- Iimax : Là dòng điện chạy trên đường dây i trong chế độ phụ tải cực đại(A).

- jkt : Là mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2), trong thiết kế này ta lấy

jkt =1(A/mm2).

Dòng điện chạy trên các đường dây trong chế độ phụ tải cực đại được xác

định cực đại được xác định theo công thức:

P2 + Q2

S

i

i

max

I=

= i

n. 3.U

n. 3.U

dm

dm



Trong đó:

- n: số mạch của đường dây thứ i (đường dây một mạch n=1,hai mạch n=2)

- Uđm :Điện áp định mức của mạng điện(kV).

- Simax : Công suất chạy trên đường dây khi phụ tải cực đại ( MVA )



Kiểm tra điều kiện vầng quang và phát nóng:

Sau khi đã tính được tiết diện theo công thức trên, ta chọn tiết diện dây dẫn tiêu

chuẩn gần nhất và tiến hành kiểm tra điều kiện về sự tạo thành vầng quang, độ bền cơ

cũng như điều kiện phát nóng trong các chế độ trước và sau sự cố.

Đối với đường dây 110kV, điều kiện không suất hiện vầng quang của dây nhôm lõi

thép là cần phải có tiết diện F ≥ 70mm2.

SVTH: Phạm Mạnh Hà



14



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



Điều kiện cơ học của dây dẫn được lựa chọn phải đảm bảo những yêu cầu về phát

nóng của dây dẫn trong điều kiện trước và sau sự cố. Khi có sự cố, trong mạch vòng giả

sử bị sự cố một đoạn nào đó hoặc, một lộ đường dây đối với đường kép thì khi đó dòng

điện chạy trên đường dây sẽ là dòng cưỡng bức, lớn hơn dòng điện trong mức bình

thường và khi đó dây dẫn sẽ nóng hơn bình thường. Do đó khi chọn tiết dây dẫn ta cần

tính thêm điều kiện phát nóng cho dây dẫn: Để đảm bảo cho đường dây vận hành bình

I scmax ≤ I cp



thường trong các chế độ sau sự cố, cần phải có các điều kiện:

Trong đó:

-



Icp : dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn;



Tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất

Trong mạng điện một cấp điện áp, để đạt yêu cầu kỹ thuật thì khi phụ tải cực đại

tổn thất điện áp trong chế độ bình thường và sự cố phải nằm trong khoảng giới hạn cho

phép:

∆U max bt % = 10 ÷ 15%

∆U max s c % = 15 ÷ 20%



Đối với mạng điện kín tổn thất điện áp lớn nhất có thể chấp nhận được có thể cao

hơn mạng hở và nằm trong giới hạn.

∆U max bt % = 15 ÷ 20%

∆U max s c % = 20 ÷ 25%



Trong đó: ∆Umaxbt , ∆Umaxsc là tổn thất điện áp của mạng điện trong chế độ bình

thường và khi có sự cố nặng nề nhất.

Tổn thất điện áp trên đường dây thứ i được tính theo công thức:

∆U i % =



Pi .Ri + Qi . X i

.100

2

U dm



Trong đó:

- Pi, Qi:Công suất tác dụng và phản kháng truyển tải trên đường dây i.

SVTH: Phạm Mạnh Hà



15



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



- Ri,Xi:thông số của đường dây i

Đối với đường dây có hai mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trên

đường dây bằng:

∆U is c % = 2∆U ibt %



3.1.1. Phương án 1

Điện áp trên đoạn N-1:

U N 1 = 4,34. 50 + 16.



34

= 77,88( kV )

2



Điện áp trên đoạn N-3:

U N 3 = 4,34. 31, 62 + 16.28 = 95, 05( kV )



Tính toán tương tự với các nhánh ta được bảng sau:

Bảng 3.1 Điện áp định mức và điện áp tính toán của phương án 1

Nhánh



L(km)



Số lộ



Công suất

tác dụng

(MW)



N-1



50



2



34



77.88



N-2



28.28



2



31



72.14



N-3



31.62



1



28



95.05



N-4



60



2



25



69.98



N-5



64.03



1



30



101.23



N-6



36.06



2



27



68.90



N-7



50



2



20



62.89



Đoạn đường dây N-1



SVTH: Phạm Mạnh Hà



16



Điện áp

tính(kV)



Uđm



110



Đồ án môn học lưới điện

I N1 =



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận

S

i max = 37, 773 .103 = 99,128( A)

n. 3.U

2. 3.110

dm



Khi đó:

Fkt =



I N 1 99,128

=

= 99,128(mm 2 )

jN 1

1



Ta chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất là AC-95. Giả sử ta lấy khoảng cách trung

bình hình học giữa các dây là 5m. Thông số của dây dẫn AC-95 như sau:r0 =

0,33(Ω/km),x0 = 0,429(Ω/km) và dòng tiêu chuẩn điện cho phép của dây dẫn Icp =330A.

• Kiểm tra điều kiện vầng quang:



Dây dẫn đã chọn có Ftc = 95mm2 . Nên thỏa mãn điều kiện vầng quang.

• Kiểm tra theo điều kiện phát nóng:

Vì đoạn N-1 là đường dây kép nên dòng điện trong chế độ sự cố phải nhỏ hơn

dòng điện cho phép của dây dẫn:

Isc = 2.99,128= 198,256(A)

Ta có Isc < Icp = 330A nên tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát

nóng.

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây:



Tổn thất điện áp trên đường dây:

∆U N 1 % =



PN 1.r0 .



lN 1

l

50

50

+ QN 1.x 0 . N 1

34.0,33. + 16, 456.0, 429.

2

2 .100 =

2

2 .100 = 3, 78%

2

U dm

1102



Do có 2 lộ đường dây nên tổn thất điện áp ở chế độ sự cố sẽ là:

∆UN1,sc% = 2.∆UN1% = 2.3,78% = 7,56 %

Ta thấy: ∆UN1% < ∆Ucp = 15% và ∆UN1,sc < ∆Usc,cp% = 20% nên dây có tiết diện đã

chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.

Tính toán tương tự với các đường dây còn lại ta được bảng như sau:



SVTH: Phạm Mạnh Hà



17



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận

Bảng 3.2 Bảng tổng kết phương án 1



Nhán

h



n



N-1

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

N-7



Li(km

)



Smax

(MVA)



Ii(A)



2



50



37.773



2



28.28



34.440



1

2

1

2

2



31.62

60

64.03

36.06

50



31.107



Loại

dây



2



Icp



Isc(A)



Δ

Δ

Usc,cp

Ubt(%)

%



mm



AC



99.128



99.128



95



33

0



198.257



3.78



7.55



90.382



90.382



95



33

0



180.764



1.95



3.90



163.270



163.27

0



150



44

5



-



3.01



-



70



26

5



145.777



4.17



8.34



185



51

0



-



6.20



-



70



26

5



161.055



2.81



5.61



70



26

5



119.300



2.88



5.77



27.774

34.095



Fkt



72.889



72.889



178.950



178.95

0



30.685



80.528



22.730



59.650



80.528

59.650



Từ kết quả bảng 3.2 nhận thấy rằng tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ

vận hành bình thường

∆U



max, bt



= ∆U



N 5, bt



= 6, 2%



Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố

∆U



max, sc



= ∆U



N 4, sc



= 8,34%



Các thông số của các dây được chọn theo bảng sau:

Bảng 3.3 Bảng thông số đường dây

Loại dây AC



r0(Ω/km)



x0(Ω/km)



Icp(A)



70



0.46



0.44



265



SVTH: Phạm Mạnh Hà



18



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



95



0.33



0.429



330



120



0.27



0.423



380



150



0.21



0.416



445



185



0.17



0.409



510



3.1.2. Phương án 2

Tính toán tương tự phương án 1

Bảng 3.4 Điện áp định mức và điện áp tính toán của phương án 2

Nhánh



L(km)



Số lộ



Công suất

tác dung

(MW)



N-2



28.28



2



65



101.623



2-1



22.36



2



34



74.461



N-3



31.62



1



28



95.047



N-4



60



2



25



69.980



N-5



64.03



1



30



101.228



N-6



36.06



2



27



68.904



N-7



50



2



20



62.893



Điện áp

tính(kV)



Đoạn đường dây N-2

IN2 =



S

i max = 72, 213 .103 = 189,51( A)

n. 3.U

2. 3.110

dm



Khi đó:

Fkt =



SVTH: Phạm Mạnh Hà



I N 2 189,51

=

= 189,51(mm 2 )

jN 2

1



19



Uđm



110



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



Ta chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất là AC-185. Giả sử ta lấy khoảng cách trung

bình hình học giữa các dây là 5m. Thông số của dây dẫn AC-185 như sau:r0 =

0,17(Ω/km),x0 = 0,409(Ω/km) và dòng tiêu chuẩn điện cho phép của dây dẫn Icp =510A

• Kiểm tra điều kiện vầng quang:



Dây dẫn đã chọn có Ftc = 185mm2



≥



70mm2. Nên thỏa mãn điều kiện vầng quang.



• Kiểm tra theo điều kiện phát nóng:

Vì đoạn N-2 là đường dây kép nên dòng điện trong chế độ sự cố phải nhỏ hơn

dòng điện cho phép của dây dẫn:

Isc = 2.189,51= 379,02(A)

Ta có Isc < Icp = 510A nên tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây:



Tổn thất điện áp trên đường dây:

∆U N 2 % =



PN 2 .r0 .



lN 2

l

28, 28

28, 28

+ QN 2 .x 0 . N 2

65.0,17.

+ 31, 46.0, 409.

2

2 .100 =

2

2 .100 = 2, 79%

2

U dm

1102



Do có 2 lộ đường dây nên tổn thất điện áp ở chế độ sự cố sẽ là:

∆UN2,sc% = 2.∆UN2% = 2.2,79% =5,58 %

Ta thấy: ∆UN2% < ∆Ucp = 15% và ∆UN2,sc < ∆Usc,cp% = 20% nên dây có tiết diện đã

chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp.

Tính toán tương tự với các đường dây còn lại ta được bảng như sau:

Bảng 3.5 Bảng tổng kết phương án 2

Nhánh n



Li



Smax



Km



MVA



Ii(A)



Fkt



Loại

dây



Icp



Isc



mm2



AC



A



A



%



%



189.510



185



510



379.020



2.795



5.590



ΔUbt ΔUsc,cp



N-2



2



28.28



72.213



189.51

0



2-1



2



22.36



37.773



99.128



99.128



95



330



198.257



1.689



3.378



N-3



1



31.62



31.107



163.27



163.270



150



445



-



3.010



-



SVTH: Phạm Mạnh Hà



20



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận

0



N-4



2



60



27.774



72.889



72.889



70



265



145.777



4.171



8.342



178.950



185



510



-



6.205



-



N-5



1



64.03



34.095



178.95

0



N-6



2



36.06



30.685



80.528



80.528



70



265



161.055



2.807



5.613



N-7



2



50



22.730



59.650



59.650



70



265



119.300



2.883



5.765



Từ kết quả bảng 3.5 nhận thấy rằng tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ

vận hành bình thường

∆U



max, bt



= ∆U



N 5, bt



= 6, 205%



Tổn thất điện áp lớn nhất trong chế độ sự cố (không xét tới sự cố xếp chồng).

∆U



max, sc



= ∆U



N 4, sc



= 8,342%



3.1.3 Phương án 3

Tính toán tương tự trường hợp 1 ta có bảng sau:

Bảng 3.6 Điện áp định mức và điện áp tính toán của phương án 3

Công suất tác Điện áp

dung (MW) tính (kV)



Nhánh



L(km)



Số lộ



N1



50



2



34



77.879



N2



28.28



2



31



72.138



N3



31.62



1



28



95.047



N4



60



2



25



69.980



N5



64.03



1



30



101.228



N6



36.06



1



25.34



91.192



6-7



28.28



1



1.66



32.139



N7



50



1



21.66



86.426



SVTH: Phạm Mạnh Hà



21



Udm



110



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận



Kiểm tra điều kiện sự cố:

Đối với mạch vòng đã cho, dòng điện chạy trên đoạn 6-7 sẽ có giá trị lớn nhất khi

ngừng đường dây N-6. Như vậy:

I 6−7 sc =



27 2 + 14,5732

.103 = 161, 04 A < I cp

3.110



Dòng điện chạy trên đoạn N-7 bằng:

I N 7 sc =



47 2 + 25,382

.103 = 289, 27 A < I cp

3.110



Trường hợp sự cố đoạn N-6, dòng điện chạy trên đoạn N-7 có giá trị bằng dòng

điện chạy trên đoạn N-7, nghĩa là:

I N 7 sc = 289, 27 A < I cp

• Kiểm tra tổn thất điện áp trên đường dây:



- Tính tổn thất điện áp trong mạch vòng

Bởi trong mạch vòng này chỉ có một điểm phân chia công suất là nút 6, do đó nút

này sẽ có điện áp thấp nhất trong mạch vòng, nghĩa là tổn thất điện áp lớn nhất trong

mạch vòng bằng:

∆U max % = ∆U 6 % =



25,34.7,57 + 13, 68.15

.100 = 3, 281%

1102



Khi ngừng đoạn N-6, tổn thất điện áp trên đoạn N-7 bằng:

∆U N 7 sc % =



47.13,5 + 25,38.21,15

.100 = 9, 68%

1102



Tổn thất điện áp trên đoạn 6-7bằng:

∆U 6−7 sc % =



27.13, 009 + 14,58.12, 443

.100 = 4, 402%

1102



Khi ngừng đoạn N-7, tổn thất điện áp trên đoạn N-6 bằng:



SVTH: Phạm Mạnh Hà



22



Đồ án môn học lưới điện



GVHD: Ths. Nguyễn Đức Thuận

∆U N 6 sc % =



47.7,57 + 25,38.15, 001

.100 = 6, 088%

1102



Tổn thất điện áp trên đoạn 6-7 bằng:

∆U 6−7 sc % =



20.13, 009 + 10,8.12, 443

.100 = 3, 261%

1102



Từ các kết quả trên nhận thấy rằng, đối với mạch vòng đã cho, sự cố nguy hiểm

nhất xảy ra khi ngừng đoạn N-6. Trong trường hợp này tổn thất điện áp lớn nhất bằng:

∆U max sc % = 9, 68% + 4, 402% = 14, 082%



Tính toán tương tự như phương án 1 ta được bảng như sau:



Bảng 3.7 Bảng tổng kết phương án 3

Nhán

h



N1

N2

N3



n



2

2

1



Li(km

)



50

28.28

31.62



Smax

(MVA)



37.773



Ii(A)



99.128



Fkt



Loại

dây



Icp



Isc



ΔUbt



ΔUsc,cp



mm^2



AC



A



A



%



%



330



198.256

9



3.777



7.554



1.948



3.895



99.128



95



34.440



90.382



90.382



95



330



180.763

6



31.107



163.27

0



163.270



150



445



-



3.010



3.010



4.171



8.342



6.205



6.205



N4



2



60



27.774



72.889



72.889



70



265



145.777

1



N5



1



64.03



34.095



178.95



178.850



185



510



-



SVTH: Phạm Mạnh Hà



23