Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Xác định tiết diện dây dẫng - Phạm Khánh Tùng
Những vấn đề chung
- Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây
+ Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn).
+ Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn).
+ Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm
việc bình thường và sự cố.
+ Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn.
+ Vầng quang điện.
- Với 5 điều kiện trên ta xác định được các tiết diện dây dẫn tương
ứng, tiết diện dây dẫn nào lớn nhất sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả
mãn điều kiện kỹ thuật.
- Tuy nhiên có những điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó
dây dẫn sau khi đã được lựa chọn theo các điều kiện khác vẫn cần
phải chú ý đến.
- Điều kiện riêng (đặc thù) của từng loại dây dẫn, vị trí và môi trường
nơi sử dụng
- Một số trường hợp đặc biệt, qua đó có thể lựa chọn được tiết diện
dây dẫn cách đơn giản và chính xác hơn.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Xác định tiết diện dây dẫng - Phạm Khánh Tùng
CUNG CẤP ĐIỆN BÀI GIẢNG Biên soạn: Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật hnue.edu.vn\directory\tungpk CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Những vấn đề chung - Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây + Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn). + Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn). + Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình thường và sự cố. + Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn. + Vầng quang điện. CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN - Với 5 điều kiện trên ta xác định được các tiết diện dây dẫn tương ứng, tiết diện dây dẫn nào lớn nhất sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật. - Tuy nhiên có những điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó dây dẫn sau khi đã được lựa chọn theo các điều kiện khác vẫn cần phải chú ý đến. - Điều kiện riêng (đặc thù) của từng loại dây dẫn, vị trí và môi trường nơi sử dụng - Một số trường hợp đặc biệt, qua đó có thể lựa chọn được tiết diện dây dẫn cách đơn giản và chính xác hơn. CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học chỉ được chú ý khi chọn tiết diện dây dẫn trên không + Điều kiện phát nóng do dòng ngắn mạch chỉ được chú ý khi chọn cáp + Để đảm bảo độ bền cơ học người ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho từng loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình ) + Ngoài yếu tố kỹ thuật và an toàn tiết diện dây dẫn còn được lựa chọn theo các điều kiện kinh tế để sao cho hàm chi phí tính toán Ztt là nhỏ nhất CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Yếu tố vầng quang điện chỉ được đề cập tới khi điện áp đường dây từ 110 kV trở lên. Để ngăn ngừa hoặc làm giảm tổn thất vầng quang điện có qui định đường kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau. Ví dụ: Cấp 110 kV thì d > 9,9 mm → tương ứng 70 mm2 Cấp 220 kV thì d > 21,5 mm → tương ứng 120 mm2 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 1. LỰA CHỌN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 1.1. Sự phát nóng khi có dòng điện chạy qua Tác động của dòng điện làm vật dẫn nóng lên và nếu nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm độ bền cơ học, giảm tuổi thọ hoặc phá hỏng các đặc tính cách điện của các chất cách điện xung quanh dây bọc (lõi cáp). Để hạn chế phát nóng quá mức, có qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với từng chủng loại dây CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép với từng loại: Loại dây dẫn điện Nhiệt độ Thanh dẫn và dây dẫn trên không 70oC Cáp bọc cao su 55oC Cáp điện có điện áp đến 3 kV 80oC Cáp 6 kV 65oC Cáp 10 kV 60oC Từ đó xác định được dòng điện làm việc lâu dài cho phép CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Quá trình phát nóng vật dẫn Năng lượng dùng để phát nóng: Ban đầu nhiệt độ của thiết bị sẽ tăng lên, khi nhiệt độ của vật lớn hơn nhiệt độ môi trường xung quanh xuất hiện quá trình toả nhiệt. R.tIP.t Q cc 2 Sự chênh nhiệt độ của vật dẫn càng lớn thì quá trình toả nhiệt càng mạnh. 0.. SKQtoa CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Nếu I = conts, nhiệt độ của dây dẫn sẽ dừng lại ở một mức nào đó (sau thời gian ổn định nhiệt) Khi đó Qcc = Qtoa → trạng thái cân bằng nhiệt. 0 2 .. SKRI Khống chế để θ = θcp, ứng với từng loại dây cụ thể Qui định về θ0 , hay điều kiện làm mát cụ thể R SK I cp cp ).(. 0 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Icp có thể tính sẵn được với từng loại dây cụ thể nếu ta qui định chi tiết về S; R(F); θcp; K; θ0 Lập bảng Icp = f(F; loại dây; các điều kiện tiêu chuẩn) Chú ý rằng nhiệt độ không khí xung quanh (tính trung bình) thường lấy bằng +25oC ; trong đất thường lấy là +15oC CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 1.2. Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Thực chất là chúng ta sẽ chọn loại dây có sẵn với Ftc và Icp sao cho khi lắp đặt vào với dòng thực tế thì nhiệt độ của nó sẽ không vượt quá nhiệt độ cho phép. 21max. KKII cplv Ilv.max - dòng điện cực đại lâu dài đi trong dây dẫn. Icp - dòng cho phép tra bảng (theo điều kiện tiêu chuẩn) K1; K2 - các hệ số hiệu chỉnh (K1 - chú ý đến nhiệt độ môi trường xung quanh khác tiêu chuẩn, K2 - hệ số xét tới điều kiện làm mát (toả nhiệt) khác tiêu chuẩn CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Với đường cáp và dây dẫn Uđm ≤ 1 kV, bảo vệ bằng cầu chì hoặc Aptomát, cần chú ý hiện tượng: Khi quá tải không lớn (kqt < 2) → sau một thời gian khá lâu thiết bị bảo vệ chưa cắt, dây dẫn bị phát nóng mạnh, làm cách điện mau chóng bị lão hóa. Vì vậy để thoả mãn điều kiện phát nóng, dây dẫn và cáp chọn cần phải phối hợp với thiết bị bảo vệ theo những điều kiện bổ xung: CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Iđm.cc - dòng điện định mức của dây chẩy cầu chì. α - hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lý mạng điện α = 3 đối với mạng điện động lực α = 0,8 với mạng sinh hoạt, chiếu sáng + Khi mạng được bảo vệ bằng cầu chì ccđm cp I I . CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Khi mạng được bảo vệ bằng Aptômát 5,1 .nhietkđ cp I I Aptômát có mạch cắt nhiệt Aptômát có mạch cắt điện từ 5,4 .đientukđ cp I I Mạng chiếu sáng 8,0 .nhietkđ cp I I CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 2. LỰA CHỌN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG DO NGẮN MẠCH (điều kiện ngắn hạn) Ngắn mạch → thiết bị phát nóng rất nhanh do dòng điện ngắn mạch có trị số rất lớn. Cần có thời gian để thiết bị bảo vệ tự động ngắt mạch do đó dây dẫn và các thiết bị cần phải chịu được nhiệt độ cao cho đến khi dòng ngắn mạch được ngắt. Tiết diện của dây cáp chịu được sự phát nóng với nhiệt độ cao do dòng ngắn mạch gây được gọi là tiết diện ổn định nhiệt, tức tiết diện thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tiết diện ổn định nhiệt xác định theo biểu thức: tIF .. I∞ - trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạnh ở thời gian xác lập. t - thời gian tính toán, dòng ngắn mạch có thể đi qua cáp (theo đồ thị t = f(β”) với β” = I”/I∞) I” - trị số ban đầu của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch (dòng ngắn mạch siêu quá độ ban đầu). α - Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn cho phép của lõi cáp và vật liệu làm cáp (tra bảng) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 3. LỰA CHỌN THEO TỔN THẤT ĐIỆN ÁP CHO PHÉP Đối với mạng 35 kV trở xuống, tiết diện dây dẫn và cáp thường bé, điện trở lớn, vì vậy tiết diện dây dẫn ở mạng này ảnh hưởng rõ dệt đến tổn thất điện áp. Mạng phân phối yêu cầu chất lượng điện áp cao mà khả năng điều chỉnh điện áp lại hạn chế. Vì vậy cần chọn tiết diện dây dẫn sao cho tổn thất điện áp không vượt quá mức cho phép. Căn cứ vào ∆Ucp để chọn dây dẫn CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 3.1. Khi toàn bộ đường dây cùng tiết diện Phương pháp này dùng cho những đường dây có chiều dài không lớn lắm mà số phụ tải lại nhiều XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN Phương trình biểu diễn ∆U: ijij đm 0 ijij đm 0 đm ijijijij lQ U x lP U r U XQRP U ''' U U U ∆U’ - thành phần tổn thất do điện trở tác dụng ∆U” - thành phần tổn thất do điện kháng CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Điện kháng của đường dây bằng kim loại mầu ít thay đổi theo tiết diện, thường chúng chỉ dao động trong phạm vi x0 ≈ 0,35 ÷ 0,45 Ω/km, do đó phương pháp chọn theo ∆Ucp được thiết lập: + Chọn trước x0 Đối với đường dây trên không x0 ≈ 0,35 ÷ 0,4 Đối với dây cáp x0 = 0,07 Ω/km Xác định ∆U” theo công thức ijij đm lQ U x U 0 '' CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Từ ∆Ucp (đã biết trước) → ta sẽ xác định được ∆U’ U" - U = U' cp Nếu ta chọn trước loại vật liệu làm dây F r . 1 0 ijij đm ijij đm lP UF lP U r U .. 10' đm ijij UU lP F .. ' CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Từ kết quả chọn được tiết diện dây tiêu chuẩn gần nhất. Sau đó theo số liệu của loại dây thực x0 ; r0 tính lại ∆U theo thông số thực rồi so sánh với ∆Ucp. Nếu không đạt tăng tiết diện lên 1 cấp XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN + Trường hợp mạng có phân nhánh: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG MẠNG ĐIỆN Đoạn 0-3 là đường dây trục có cùng tiết diện, còn các đoạn khác có thể dùng tiết diện khác. Cách giải quyết bài toán này cụ thể như sau: Tiết diện đoạn 0-3 được xác định căn cứ vào ∆Ucp (tham số này là biết trước). Sau đó tính tổn thất điện áp thực tế trên đoạn 01. Từ đấy xác định được tổn thất điện áp cho phép đoạn rẽ nhánh 1-4 ∆Ucp1-4 = ∆Ucp - ∆U0-1 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Uđm = 380V, Dtb = 600 mm, mạng dùng loại dây nhôm; ∆Ucp= 7%. Công suất của các phụ tải có đơn vị kVA CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Giải: + Đoạn 0-3 chọn cùng tiết diện, đoạn 1-4 có tiết diện khác. + Chọn x0 = 0,35 Ω/km )V(906,0.2005,0.4011,0.60 38,0 35,0 lQ U x U ijij đm 0'' 30 )(6,179380 100 7'' 30 ' 30 VUUU cp CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN )(7,96 06,0.4005,0.8011,0.130 6,17.38,0.7,31 10 .. 2 3 ' mm F F UU lP F đm ijij Tra bảng chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-95 r0 = 0,33 Ω/km x0 = 0,303 Ω/km (với Dtb = 600 mm) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Kiểm tra lại tổn thất điện áp )(8,250003 VlQ U x lP U r U ijij đm ijij đm )V( 100 380 U cp ∆U03 ≤ ∆Ucp CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Chọn tiết diện nhánh 1-4 Tổn thất thực tế trên đoạn 0-1 )V(6,17 38,0 11,0.303,0.60 38,0 11,0.33,0.130 U lxQ U lrP U đm 01001 đm 01001 10 Tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 1-4 V 9 17,6 - 26,6 U - U U 01cpcp14 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tính ∆U”14 Chọn x0 = 0,35 Ω/km )(9,0 38,0 1,0.35,0.10'' 14 VU V 8,1 9,09 U ' 14 )(4,25 1,8.38,0.7,31 10.1,0.25 .. 2 3 ' 14 1414 14 mm UU lP F đm Chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-25 r0 = 1,27 Ω/km x0 = 0,345 Ω/km CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Kiểm tra tổn thất điện áp thực tế tại đoạn 1-4 )(9 38,0 1,0.35,0.10 38,0 1,0.27,1.25 14 VU + Ngoài ra các dây đã chọn A-95 và A-25 còn phải kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng cho phép và độ bền cơ CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 3.2. Khi đường dây dùng tiết diện khác nhau Trong mạng hạ áp, phân phối có độ dài lớn, cấp điện cho một số ít phụ tải, nếu dùng đường dây cùng tiết diện sẽ không hợp lý: Tốn nhiều kim loại mầu cho đường dây Tổn thất công suất và điện năng Trong trường hợp này đường dây được chọn theo phương pháp mật độ dòng điện không đổi CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Cho biết ∆Ucp của mạng ''' UUUcp Chọn giá trị x0 ijij đm lQ U x U 0 '' (x0 ít thay đổi theo tiết diện) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN đmđm cp UF lP UF lP UUU 12 1212 01 0101''' .. FF R . 11 cos..3 IUP 12 121212 01 010101' . cos.3 . cos.3 F lI F lI U CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Mật độ dòng điện không đổi: ... 12 12 01 01 F I F I J 12120101 ' coscos 3 llJU 12120101 ' coscos3 ll U J CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tiết diện trên các đoạn ...; 1212 01 01 J I F J I F ijijl U J cos3 ' Tổng quát : CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Ví dụ : Cho đường dây 10 kV cung cấp điện cho 2 phụ tải. ∆Ucp = 5%. Đường dây nhôm với khoảng cách trung bình hình học Dtb = 1 m. Hãy xác định tiết diện dây dẫn CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Giải: + Xác định dòng trên các nhánh: )(101 8,0.10.3 500900 cos3 01 01 01 A U P I )(36 8,0.10.3 500 cos3 12 12 12 A U P I + Chọn x0 = 0,35 Ω/km Tính ∆U” )(1722.35,0.366,0.4.10135,0.3 sin3 0 '' V lIxU ijijij CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN )(328172500''' VUUU cp + Tính mật độ dòng điện: 2 ' /25,1 8,243 7,31.328 cos3 mmA l U J ijij )(92 1,1 101 201 01 mm J I F + Tiết diện đoạn 0-1 Chọn dây A-95, dòng điện cho phép là Icp = 325 A CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN + Tiết diện đoạn 1-2 )(33 1,1 36 212 12 mm J I F Chọn dây A- 35 có dòng điện cho phép Icp = 170 A CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 4. LỰA CHỌN THEO CHỈ TIÊU KINH TẾ Mạng điện cung cấp thường có tiết diện lớn (điện trở nhỏ), nên tăng tiết diện không làm tổn thất điện áp giảm đi nhiều. Mặt khác khả năng điều chỉnh điện áp ở mạng cung cấp lại khá lớn (dùng BA điều áp dưới tải, giảm Q trên đường dây, điều chỉnh nguồn cung cấp) và đồng thời có Tmax lớn. Vì vậy ở mạng cung cấp (phân phối) tốt nhất là tiết diện dây dẫn được chọn theo chỉ tiêu kinh tế, tức chúng ta phải xây dựng được hàm chi phí tính toán theo tiết diện của đường dây. Viết phương trình hàm chi phí tính toán: CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Phương trình hàm chi phí tính toán: Tương quan của vốn đầu tư với tiết diện như sau: Trong đó: v0 - vốn đầu tư xây dựng 1 km đường dây thành phần không liên quan đến tiết diện dây (chi phí thăm dò, vạch tuyến đường, mua sứ, cột..) (đ/km) b - giá thành 1 km đường dây với tiết diện 1 mm2 (đ/mm2km). F - tiết diện dây (mm2). l - chiều dài đường dây (km). CRIVaaZ tcvh ..3 2 max lFbvV .0 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Thành phần thứ 2 của hàm Z. Ta có thể phân tích Nên cuối cùng cuối cùng ta viết được Z = f(F), gồm 2 phần: I → tỉ lệ thuận với F II → tỉ lệ nghịch với F F l R F ClI lFbvaaZ tcvh .....3 .. 2 max 0 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tối ưu hóa chi phí Mật độ dòng điện lúc này gọi là mật độ dòng kinh tế ktFZ F Z min0 0 .....3 . 2 2 max F ClI lbaa F Z tcvh lbaa Cl IF tcvh kt . ....3 max kt kt F I J max Cl lbaa J tcvhkt ....3 . CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Mật độ dòng điện kinh tế (Jkt ) không phụ thuộc vào điện áp của mạng điện nhưng phụ thuộc vào nhiều yếu tố (như giá nguyên vật liệu, giá điện năng, chi phí về thi công, loại dây, tính chất công việc của phụ tải) → Jkt phụ thuộc vào tình trạng phát triển kinh tế - kỹ thuật trong từng giai đoạn và chính sách kinh tế của từng nước. Tuy vậy ứng với từng nước, hoặc từng vùng lãnh thổ kinh tế cụ thể thì vẫn có thể xác định được các thông số vừa nêu trên. Chính vì lý do đó Jkt trong thực tế được tính sẵn cho một số loại đường dây với tính chất phụ tải khác nhau → tra bảng Jkt = f(Tmax; loại dây) CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN Tiết diện dây xác định theo công thức sau: Dựa vào trị số F → chọn Ftc gần nhất. Sau đó cần phải kiểm tra lại theo những điều kiện kỹ thuật (phát nóng cho phép; tổn thất điện áp cho phép) ktJ I F max
File đính kèm:
- bai_giang_cung_cap_dien_chuong_6_xac_dinh_tiet_dien_day_dang.pdf