Bài giảng Thiết kế đường dây và trạm biến áp - Chương 3: Thiết kế mạng phân phối

Chapter 3
THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI
3.1 Cấu trúc mạng phân phối
3.2 Mạng phân phối trung thế
3.3 Thiết kế mạng phân phối trung thế hình tia
3.4 Thiết kế mạng phân phối hạ thế
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
23.1 Cấu trúc mạng phân phối
Hệ thống
phân phối
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
33.1 Cấu trúc mạng phân phối
Hệ thống phân phối gồm
1. Hệ thống truyền tải trung gian
2. Các trạm phân phối
3. Mạng phân phối trung thế (sơ cấp)
4. Các máy biến áp phân phối
5. Mạng phân phối hạ thế (thứ cấp)
6. Các thiết bị phụ trợ
Mạng hạ thế
(0,4 kV)
MBA phân phối
Mạng trung thế
(10 – 35 kV)
Trạm
phân phối
Đ.dây truyền
tải trung gian
(12 – 245 kV)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
43.2 Mạng phân phối trung thế
a. Các dạng sơ đồ
b. Các cấp điện áp
c. Chọn tiết diện dây
d. Trạm phân phối
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
53.2 Mạng phân phối trung thế
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 https://fb.com/tailieudientucntt
Tuyến chính
Dạng tia
Nhánh cây
Nhánh phụ
MC
Cầu chì
- Dễ thiết kế và vận hành
- Độ tin cậy thấp
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
73.2 Mạng phân phối trung thế
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 công 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 https://fb.com/tailieudientucntt
83.2 Mạng phân phối trung thế
Chọn tiết diện dây cần quan tâm:
1. Mật độ phụ tải trên nhánh (tuyến)
2. Đặc tính của phụ tải
3. Mức gia tăng của phụ tải
4. Tính liên tục cấp điện cho phụ tải (độ tin cậy)
5. Chất lượng điện cung cấp
6. Cấp điện áp
7. 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
93.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
3.3.1 Chọn dây cho tải tập trung
• Theo mật độ dòng kinh tế
• Theo điều kiện sụt áp
• Mật độ dòng điện không đổi
1I 2I 3I
1l 2l 3l
1S 2
S 3S
Tải phân bố tập trung
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
10
Theo mật độ dòng 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.
Loại dây
Thời gian sử dụng
công suất cực đại Tmax (giờ)
 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 3.5 3.1 2.7
2
( )kt
A
j
mm
o Mật độ dòng kinh tế
8760
0
ax
ax
( )
h
m
m
P t dt
T
P
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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
S2 = 20 + j15 MVA
Tmax2 = 5000 h
S3 = 12 + j9 MVA
Tmax3 = 4000 h
1 2
3
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
12
o Trị số trung bình của thời gian sử dụng công suất cực đại
3
max max
1
axtb 3
axi
1
5100 
i i
i
m
m
i
P T
T h
P


21 /ktj A mm 
o Dòng điện trên dây dẫn của mỗi đoạn
2 2
3
3
2 2
3
2
2 2
3
1
12 9
10 
3 110
20 15
1
78
1
650 
3 110
( ) ( )
2
1
234
2
10 
3 110
i i
I A
I A
P Q
I A
 
2
3
2
2
2
1
78 /1 mm
65 /1 mm
78
65
2234 /1 m34 m
kt
kt
kt
F
F
F
70
70
240
AC
AC
AC
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
13
Theo điều kiện sụt áp:
N 
NU
I
PU
IR
IX

U 
U
o Sụt áp:
P N
dm
PR QX
U U U U U
U
UP
UN
r0, x0, l
P + jQ
a) Một phụ tải
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
14
0
0'
''
dm dm dm
dm dm
P lP Pl
U U U
r
Qx lQ
U
U
X
U
U
R
F
x0 = 0.36 - 0.4 (Ω/km) (dây trên không)
x0 = 0.08 (Ω/km) (cáp ngầm)
' ''ccp pUU U 
'dm cp
F
Pl
U U
Theo điều kiện sụt áp:
(∆U’’ xem như không đổi)
o Nếu lấy sụt áp trên đường dây bằng trị số cho phép (yêu cầu)
Chọn dây dẫn gần với tiết diện
tính toán F. Với tiết diện này, tra
bảng tìm r0, x0 và tính toán kiểm
tra lại tổn thất trên đường dây.
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
15
b) Nhiều phụ tải
UP
l1
P1 + jQ1
l2
P2 + jQ2 Pn + jQn
0
1
''
n
i i
idm
x
U Ql
U 
  ' ''ccp pUU U 
1
n
i i
idm cpU
F Pl
U
 
1
n
cp i i
idm
U Pl
U F
 
218,8 mm /kmCu 
231,5 mm /kmAl 
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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 nhôm 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.
N
8 km
4 + j3 MVA 3 + j2 MVA 2 + j2 MVA
3 km5 km
ĐS: F = 80 mm2, AC-70
∆U = 6,2%
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
17
Theo mật độ dòng điện không 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.
1I 2I 3I
1R 2R 3R
Thế F3 vào ta có ΔP rồi lấy
đạo hàm theo F1 và F2, ta có:
1
2
0
0
P
F
P
F
 
 
1 2 2
1 2 2
I I I
j
F F F
2 2 2
1 1 2 1 3 1
22 2
1 31 1 1 2
1 2 3
P I R I R I R
I LI L I L
P
F F F
Tổn thất: 
3
1 1 2 2 3 3
1 1 2 2
3 3
V FL F L F L
F L FV
L L
F
L
Thể tích
KL:
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
18
Trình tự chọn dây:
1 1 1 2 2 2 3 3 3
31 2
1 1 2 2 3 3
1 2 3
1
1 1 2 2 3 3
3 cos cos cos
3 cos cos c
'
'
'
'
os
3 cos cos co
3 cos
s
cp
cp
cp
cp
n
i i
i
I R I R I R
II I
l l l
F F F
j
U
U
U
U
l
l
j
l l

' ''ccp pUU U 
So sánh j và jkt , tiết diện dây chon = min{j , jkt}
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
- Cho x0 tinh ∆U” 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
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.
N
3 km
1 + j0,75 MVA 0,8 + j0,6 MVA
0,6 + j0,45 MVA3 km
4 km
ĐS: Đoạn N1, AC-150
Đoạn 12, AC-50
Đoạn 13, AC-50
1 2
3
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
20
3.3.2 Chọn dây cho tải phân bố không tập trung
Phụ tải phân bố đều: Mô hình
1xI 2xIdu zdx 
x dx
l
NI
PI
dI
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
21
Tải phân bố đều trên đoạn dây: dI k const
dx
Ta có
2 1 1 1x x x x
dI
I
dx
dx
d
I dI k
x
I I 
Xét toàn tuyến dây: 0 PN P
I
I I l
l
k k 
Tại vị trí x nào đó:
1Px
x
I
l
I
3.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Dòng điện: 
P
x P P
I
I I kx I
l
x 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
223.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Sụt áp
Độ sụt áp vi cấp: 1PxdU I zdx zdI x
x
l
Độ sụt áp tại điểm x:
0
1 1
2
x
Px P
x
I zx
l
x
U I zdx
l
Độ sụt áp toàn tuyến dây x = l:
1
2
PU I Z 
Spb Spb
l l / 2
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
233.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Tổn thất công suất
Spb
Spb
l l / 3
Tổn thất công suất vi cấp: 2
2
1PxdP I rdx rd
x
I
l
x
Tổn thất công suất toàn đường dây:
0
221
3
1
3
P P
l
P dPdx I rl I R 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
243.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Phụ tải phân bố tăng dần: Mô hình
2
3
PU I Z 
28
15
PP I R 
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
253.3 Thiết kế mạng trung thế hình tia
Spb
2l / 3
Spb
8l / 15
Spb
Khảo sát sụt áp Khảo sát tổn thất
công suất
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
263.4 Thiết kế mạng hạ thế
• Mạng một pha: khi tải có công suất nhỏ
• Mạng ba pha: khi tải có công suất lớn
Phần nằm giữa hệ thống sơ cấp và thiết bị người tiêu dùng là
hệ thống thứ cấp. Nó bao gồm biến thế phân phối hạ thế, các
tuyến dây chính trên mạng thứ cấp, dây xuống hộ tiêu thụ, và
các đồng hồ điện.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
27
o Đối với mạng hạ thế ta chọn theo điều kiện phát nóng
.cp hc ttI K I 
o Kiểm tra ổn định nhiệt dây dẫn cho trường hợp ngắn mạch
NM
NM
I
F t
K
3.4 Thiết kế mạng hạ thế
Khc: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc thuộc kiểu lắp đặt, khoảng
cách giữa các dây, nhiệt độ môi trường, 
K: hằng số, phụ thuộc vào vật liệu dây, cách điện, nhiệt độ
đầu và cuối của dậy khi có dòng NM đi qua.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
28
Chọn dây trung tính: dây trung tính thường nhỏ hơn dây pha
Tiêu chuẩn IEC 364:
Dây đồng
Fpha ≤ 16mm
2 thì FN = Fpha
Fpha > 16 mm
2 thì FN ≤ Fpha
Dây nhôm
Fpha ≤ 25mm
2 thì FN = Fpha
Fpha > 25 mm
2 thì FN ≤ Fpha
3.4 Thiết kế mạng hạ thế
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
293.4 Thiết kế mạng hạ thế
• Mạng một pha:
• Mạng ba pha:
 2 cos sinU IR IX 
 3 cos sinU IR IX 
Độ sụt áp
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
303.4 Thiết kế mạng hạ thế
Chọn các thiết bị bảo vệ:
• Cầu chì
• Cầu dao tự động CB
max
dmCC HT
dmcc LV
U U
I I
Cần kiểm tra khi bảo vệ cho động cơ
max
,
dmCC HT
dmcc LV
dm cat NM
U U
I I
I I
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
313.4 Thiết kế mạng hạ thế
Bù công suất phản kháng có ý nghĩa lớn về kinh tế và kỹ thuật: nâng
cao hệ số công suất, cải thiện điện áp, giảm tổn thất,
 1 2tan tanbu PQ 
P
Qbu
 1
 2
Q - Qbu
• Yêu cầu hs công suất
• Đưa vào một lượng bù Qbu 22 2( )
cos
bu
P
P Q Q
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt