Giáo trình Mạng điện nông nghiệp - Chương 7: Truyền tải điện năng đi xa

 ch−ơng 7 
 Truyền tải điện năng đi xa 
Đ 7-1. Khái niệm chung 
 Sự phát triển của hệ thống điện nhiều khi gặp phải tình trạng là nhiên liệu để sản xuất 
điện năng ở xa trung tâm tiêu thụ điện. Vì vậy vấn đề đặt ra là sản xuất điện ở nơi có nhiên 
liệu hay là vận chuyển nhiên liệu đến trung tâm phụ tải để sản xuất điện năng. Ng−ời ta 
thấy rằng, với các ph−ơng tiện kỹ thuật hiện đại nh− hiện nay thì vận chuyển điện năng đi 
xa là kinh tế hơn. Do đó trong hệ thống điện xuất hiện các đ−ờng dây rất dài và điện áp rất 
cao. Các nhà máy điện nối liền với các đ−ờng dây dài tạo thành hệ thống tải điện đi xa. Mặt 
khác, do sự phát triển rộng lớn về địa d−, việc nối liền hệ thống điện ở các miền hoặc nối 
liền trong cả n−ớc cũng cần các đ−ờng dây tải điện dài gọi là đ−ờng dây liên lạc. Đ−ờng dây 
liên lạc chuyên tải điện năng qua lại trong một miền hay giữa các miền của hệ thống điện. 
 Việc truyền tải điện năng có công suất lớn đi xa đòi hỏi điện áp phải rất cao: từ 110 , 
220, 330, 400 đến 500 kV hoặc cao hơn. Các máy phát điện hiện nay điện áp đều không lớn 
hơn 75 kV. Vì vậy ng−ời ta phải dùng các máy biến áp tăng và hạ áp. Sơ đồ truyền tải điện 
năng đi xa của một hệ thống điện có dạng nh− hình 7-1. 
 Việc sử dụng U cao ( ≤ 330 kV ) và siêu cao ( U > 330 kV ) xoay chiều đi xa gặp phải 
những vấn đề kỹ thuật phức tạp mà ở U thấp và đ−ờng dây ngắn không có. Gắn liền với U 
cao là hiện t−ợng vầng quang điện, gây ra tổn thất rất lớn. Khi U ≥ 80 kV, vầng quang điện 
T B T N
1 1 0 k V
 1 1 0 k V 1 1 0 k V
 P L
1 1 0 k V
 V T
 H N
 2 2 0 k V
 2 2 0 k V U B
 H Đ
 2 2 0 k V
 H B
 2 2 0 k V Q B
5 0 0 k V
PL
 H T Đ N PC
Hình 7-1. Sơ đồ truyền tải điện năng đi xa. 
là yếu tố chủ yếu để lựa chọn F dây dẫn và khoảng cách giữa chúng làm giảm tổn thất điện 
năng đến mức chấp nhận đ−ợc. Do vậy F dây dẫn th−ờng rất lớn. Nếu dùng dây dẫn đặc sẽ 
không kinh tế mà ng−ời ta phải phân nhỏ dây dẫn mỗi pha. 
 Do điện áp cao, cách điện ở các máy biến áp và đ−ờng dây phải tăng c−ờng làm tăng chi 
phí. Biện pháp chính để giảm cách điện là trung tính các máy biến áp nối đất ( cách điện là 
cách điện pha ), nh−ng bất lợi là hệ thống điện hay bị chạm đất 1 pha và cắt điện. 
 ở chế độ không tải xảy ra hiện t−ợng tăng cao U cuối đ−ờng dây. Đ−ờng dây dài 1000 
km điện áp có thể tăng gấp đôi. Vì vậy phải sử dụng thiết bị bù để điều chỉnh U. Mặt khác 
do đ−ờng dây có điện dung lớn, lúc không tải, máy phát mang tải điện dung. Dòng điện 
điện dung này từ hoá lõi thép stato, có thể gây ra hiện t−ợng tự kích thích. 
 Hạn chế cơ bản nhất của tải điện đi xa của điện áp cao xoay chiều là khó giữ ổn định cho 
các máy phát điện làm việc song song. Để ổn định, công suất tải trên đ−ờng dây dài không 
đ−ợc v−ợt ra ngoài một giới hạn xác định theo công suất tự nhiên. Công suất giới hạn tăng 
lên là nhờ nâng cao điện áp. 
 Ngoài sử dụng điện áp xoay chiều, ng−ời ta còn dùng dòng điện một chiều điện áp cao 
để truyền tải điện năng đi xa. Nh−ng vì thiết bị nghịch l−u phức tạp và đắt tiền nên ng−ời ta 
ít sử dụng. Do đó trong giáo trình này ta chỉ nghiên cứu truyền tải điện năng đi xa bằng 
dòng điện xoay chiều. 
 Đ 7-2. Chọn điện áp của đ−ờng dây tải điện 
 Yếu tố có tính chất quyết định khi lựa chọn cấp U là công suất và chiều dài đ−ờng dây 
tải điện. Khi tăng UH thì khả năng tải tăng nh−ng tổn thất công suất do vầng quang điện 
cũng tăng lên. Do đó khi tải nhỏ sử dụng UH thấp sẽ đạt hiệu quả hơn. Việc lựa chọn cấp UH 
là một bài toán phức tạp. Hiện nay ng−ời ta dùng ph−ơng pháp so sánh kinh tế kỹ thuật của 
các ph−ơng án với các cấp UH khác nhau. Ph−ơng án nào có chi phí tính toán Z thấp nhất là 
có cấp điện áp đ−ợc lựa chọn. 
 Để sơ bộ lựa chọn cấp điện áp một cách đơn giản ta dựa vào cách tính tổn thất công suất 
trên đ−ờng dây nh− sau: 
 ΔPđ d = 3I2R = 3I2ρL/F10-3 ( kW). ( 7-1 ) 
 ΔPđ d = ϕcos3100
%
100
% UIpPp H = ( 7-2 ) 
 Cân bằng ( 7-1 ) và ( 7-2 ) rút ra: 
 U = ϕ
ρ
ϕ
ρ
cos%10
3
cos%10
3
p
Lj
F
I
p
L = ( 7-3 ) 
 Với một điện áp đã chọn ta có thể tính đ−ợc chiều dài kinh tế nhất của đ−ờng dây: 
 L = ρ
ϕ
j
Up
3
cos%10
 ( 7-4 ) 
 ở đây p% - là tổn thất công suất tính theo % so với công suất truyền tải. 
 Căn cứ vào quan hệ của P, U, L ta thành lập đ−ợc các mẫu truyền dẫn điện ứng với các 
điều kiện có tính chất phổ biến nh− sau: 
Bảng 7-1. Các mẫu truyền dẫn điện. 
Udm ( kV 
) 
j ( A/mm2 
) 
p(%) Cosϕ L ( km ) F ( mm2) P.103 ( kW )
110 
220 
330 
500 
500 
Việt Nam 
1,1 
0,75 
0,60 
0,60 
0,60 
8 
8 
8 
8 
0,9 
0,9 
1,0 
1,0 
120 
380 
800 
1200 
1487 
AC-185 
AC-300 
AC-300-510 
AC-480 
4ACRS 330 
12,5-33 
80-130 
330 
750 
610-680 
 Bằng kinh nghiệm, ng−ời ta còn đ−a ra một số công thức đơn giản để sơ bộ xác định cấp 
điện áp. Công thức của Still ( Mỹ ) có dạng: 
 U = 4,34 .16PL + ( kV ) ( 7-5 ) 
 P- công suất truyền tải MW, L- chiều dài truyền tải km 
 Công thức này khá tin cậy khi L nhỏ hơn hoặc bằng 250 km và P ≤ 60 MW. 
 Khi P và L lớn hơn nên dùng công thức Zalesski ( Liên Xô cũ ): 
 U = )15100( LP + ( kV ) ( 7-6 ) 
 P- Công suất truyền tải MW 
 Hoặc dùng công thức của Itra Rionop 
 U = 
PL
2500500
1000
+
 (kV) 
 Ngoài ra VayKert ( Đức ) còn đ−a ra d−ới dạng sau: 
 U = 3 LS 5,0. + ( kV ) ( 7-7 ) 
 Trong một mạng điện th−ờng sử dụng nhiều cấp điện áp để truyền tải và phân phối điện, 
mỗi n−ớc lại có những cấp điện áp khác nhau. Hiện nay cấp điện áp ở một số n−ớc trên thế 
giới nh− sau: 
 Việt Nam: 6; 10; 20; 35; 110; 220; 500 (kV) 
 Liên Xô cũ: 3; 6; 10; 35; 110; 154; 220; 330; 500 (kV). 
 Mỹ: 2,4; 4,8; 12; 14,4; 23; 31,5; 46; 69; 115; 161; ... (kV). 
 Anh: 6; 11; 12; 33; 66; 88; 110; 161 kV 
 Pháp: 3,2; 5,5; 10; 15; 20; 35; 45; 90; 110; 150; 380 ( kV ). 
 Điện áp cấp này sẽ ảnh h−ởng trực tiếp đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của cấp kia và ng−ợc 
lại. Lời giải kinh tế của mạng điện về cấp điện áp là lời giải ứng với hệ cấp điện áp tối −u. 
Nó phụ thuộc vào từng n−ớc, từng vùng do điều kiện dân c−, trình độ kinh tế và phân bố 
vùng công nghiệp quyết định. 
Đ 7.3. Thông số vμ sơ đồ thay thế của đ−ờng dây 
 1. Điện dẫn tác dụng 
 ở mạng điện cao áp ngoài tổn thất điện năng do phát nóng dây dẫn còn có tổn thất do sự 
rò điện và vầng quang điện gây ra. 
 + Rò điện: khi các men sứ không nhẵn và mặt sứ bị bụi bẩn, ẩm −ớt thì mặt sứ trở lên 
dẫn điện gọi là hiện t−ợng rò điện. Dòng điện rò sẽ thẩm lậu xuống đất. Ban đêm ta thấy 
mặt sứ có ánh sáng xanh xanh và tiếng kêu lách tách. Tuy nhiên, ở điện áp 110 - 220 kV tổn 
thất công suất tác dụng do dòng điện rò và tổn thất trong chất điện môi của sứ cũng nhỏ cho 
nên trong tính toán th−ờng bỏ qua. 
 + Vầng quang điện: khi thời tiết ẩm −ớt, d−ới tác dụng của c−ờng độ điện tr−ờng ( E ) đủ 
lớn, không khí xung quanh dây dẫn bị ion hoá và trở lên dẫn điện gọi là hiện t−ợng vầng 
quang điện. Ban đêm ta thấy xung quanh dây dẫn có một vầng sáng xanh. Vầng quang điện 
gây ra tổn thất điện năng, khi U đ−ờng dây lớn hơn U tới hạn phát sinh vầng quang điện 
(Uth) thì xuất hiện hiện t−ợng vầng quang điện. Với dòng điện xoay chiều 3 pha, điện áp tới 
hạn tính theo công thức: 
 Uth = (65-70) r lg r
DTB ( 7-8 ) 
 r - là bán kính dây dẫn ( cm ); 
 DTB - là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn (cm). 
 Muốn không có vầng quang điện thì E không quá 17 - 19 kV/cm. Giá trị của E là: 
 E = 
cm
kVn
a
nr
rDnr
U
dtTB
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −+ )1()/180sin(21
)/lg(
354,0
 ( 7-9 ) 
 n, r - là số dây dẫn và bán kính mỗi dây phân nhỏ một pha; 
 rđt - là bán kính đẳng trị của dây dẫn mỗi pha, xác định theo công thức: 
 rđt = R
n Rnr / ( cm ) ( 7-10 ) 
 R - là khoảng cách t−ơng đ−ơng giữa các dây dẫn, xác định theo công thức: 
 R=
)/180sin(2 n
a
 ( 7-11 ) 
 a - là khoảng cách giữa các dây dẫn một pha phân nhỏ ( cm ). 
 Ta thấy rằng, muốn giảm E phải tăng DTB và r. Vì tăng DTB là không có lợi nên chủ yếu 
tăng r. Ng−ời ta quy định: khi U = 110 kV thì d > 9,9 mm (F ≥ 70mm2); U = 150 kV thì d > 
13,9mm (F ≥ 120 mm2 ) và U = 220 kV thì d > 21,5 mm (F ≥ 240 mm2 ). 
 Để giảm vầng quang điện ng−ời ta dùng dây dẫn rỗng hoặc phân nhỏ dây dẫn mỗi pha. 
Thông th−ờng U ≥ 110 kV mới có thể tính đến tổn thất do vầng quang điện ( ΔPVq ). Tổn 
thất vầng quang điện phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện khí quyển. Khi thay đổi điều kiện khí 
quyển thì hao tổn công suất và điện năng do vầng quang điện thay đổi rất nhiều. Việc tính 
toán chính xác tổn thất do vầng quang điện là một vấn đề phức tạp. Khi tính mạng điện, tổn 
thất công suất tác dụng do vầng quang điện đ−ợc phản ánh trên sơ đồ thay thế bằng điện 
dẫn g0 của 1 km chiều dài đ−ờng dây. 
 G = g0.L = 2
0
U
LP vqΔ với ΔP0vq = 2
min0max0 vqvq PP Δ+Δ ( 7-12 ) 
 ΔP0vqmax, ΔP0vqmin - là tổn thất công suất tác dụng cực đại và cực tiểu do vầng quang điện 
của 3 pha trên 1 km đ−ờng dây, cho trong phụ lục 
 2. Điện dẫn phản kháng của đ−ờng dây 
 Điện dẫn phản kháng ( dung kháng ) của đ−ờng dây do điện dung giữa các dây dẫn với 
nhau và dây dẫn với đất gây ra. Điện dung của dây dẫn với đất rất nhỏ nên trong tính toán 
th−ờng bỏ qua. 
 Khi có dòng điện xoay chiều đi qua, giữa dây dẫn các pha và dây dẫn với đất xuất hiện 
một tr−ờng tĩnh điện. D−ới tác dụng của tr−ờng này, chất điện môi quanh dây dẫn xuất hiện 
dòng điện chuyển dịch ( I nạp ) có tính chất điện dung ( v−ợt 90 0 so với U pha ). Dòng 
chuyển dich ( Ic ) tỷ lệ với U pha ( U∅ ) và dung dẫn đ−ờng dây: 
 Ic = U∅ b0 L = U∅ B ( 7-13 ) 
 b0 - là dung dẫn trên 1 km đ−ờng dây, cho trong phụ lục ( 1/ Ωkm ). 
 b0 = ω c0 = 2πf )1(10.
)/lg(
58,710.
)/lg(
024,0 66
kmrDrD TBTB Ω
= −− ( 7-14 ) 
 Nếu mỗi pha phân nhỏ thành n dây thì thay r bằng rđt. 
 Dung dẫn của đ−ờng dây trên không và cáp cho trong phụ lục. 
 Công suất phản kháng do đ−ờng dây sinh ra là: 
 ΔQc = 3IcU∅ = 3U∅ 2b0L =U2b0L = U2 B ( 7-15 ) 
 B = b0L ( 1/Ω) ( 7-16 ) 
 ở đ−ờng dây trên không U > 35 kV và cáp U > 20 kV dung dẫn không thể bỏ qua. 
 3. Sơ đồ thay thế của đ−ờng dây 
 Nhìn chung mạng điện dài có điện áp 
cao thì có các thông số rải R, X, G, B 
phân bố đều dọc đ−ờng dây. Tuy nhiên 
với các đ−ờng dây không dài lắm ( L ≤ 
300 km và cáp L ≤ 50 km ) trong giới 
hạn cho phép có thể dùng thông số tập 
trung. Riêng mạng điện siêu cao áp có 
chiều dài lớn thì phải tính toán theo 
thông số rải. Sơ đồ thay thế đ−ờng dây có 
dạng hình π cho trên hình 7 -2a. 
Hình 7-2. 
Sơ đồ thay thế đ−ờng dây 
a - sơ đồ hình π đầy đủ; 
b - bỏ qua vầng quang điện; 
c - bỏ qua điện dẫn. 
ở đây thành phần ngang trục tập trung đặt tại 2 đầu đ−ờng dây (do phụ thuộc vào điện áp 
các điểm nút). 
 Tổng trở và tổng dẫn của đ−ờng dây là: 
 Z = Rđ + jXđ = ( r0 + jx0 )L. ( 7-17) 
 Y = G + jB = ( g0 + jb0 )L. ( 7-18) 
 trong đó: Rđ, Xđ - là điện trở tác dụng và phản kháng của đ−ờng dây. 
 Đối với mạng điện khu vực, U = 110 - 220 kV, khi đã chú ý đến tiết diện tối thiểu hạn 
chế vầng quang điện ta có thể bỏ qua G. Sơ đồ thay thế nh− hình 7-2b. Với mạng điện địa 
ph−ơng chiều dài ngắn, công suất nhỏ ta có thể bỏ qua Y nh− hình 7-2c. 
 Tổn thất công suất trên đ−ờng dây là: 
 ΔSđ = )(2
22
dd jXRU
QP ++ ( 7-19) 
Đ 7-4. Thông số vμ sơ đồ thay thế của máy biến áp 
 1. Sơ đồ thay thế của máy biến áp 2 dây quấn. 
 Sơ đồ thay thế của máy biến áp (MBA) khi đã quy đổi về bên sơ cấp có dạng nh− hình 
7-3. 
1 ΔSd 2
Rd Xd ΔSc
G
2
ΔPvq
2
B
2
ΔQc
2
G
2
ΔPvq
2
B
2
ΔQc
2
a)
 1 2
Rd Xd
B
2
ΔQc
2
B
2
ΔQc
2
b)
c)
1 Rđ Xđ
Hình 7-3.Sơ đồ thay thế của máy biến áp 
 a - sơ đồ thay thế đầy đủ; 
 b - sơ đồ thay thế bỏ qua dòng điện không tải; 
 c - sơ đồ tính toán. 
 trong đó: 
 r1, x1 - là điện trở và cảm kháng cuộn dây sơ cấp; 
 r2', x2' - là điện trở và cảm kháng cuộn thứ cấp đã quy đổi về bên sơ cấp; 
 GB, BB - là điện dẫn tác dụng và phản kháng trong lõi thép; 
 I0 - là dòng điện gây từ; 
 ΔP0, ΔQ0 - là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong lõi thép; 
 RB, XB - là điện trở và cảm kháng một pha máy biến áp gây ra tổn thất đồng ( ΔScu). 
 RB = r1 + r2'; XB = x1 + x2' ( 7-20 ) 
 ZB = RB + jXB ( 7- 21 ) 
 2. Xác định các tham số của máy biến áp 2 dây quấn 
 Trong lý lịch máy biến áp, ng−ời ta cho 4 thông số: 
 ΔPK - là tổn thất công suất ngắn mạch, với dòng IK = Idm ( kW ); 
 ΔP0 - là tổn thất công suất tác dụng trong lõi thẽp khi không tải ( kW ); 
 uK% - là điện áp ngắn mạch ( % ); uK% = 100
)3/( dm
k
U
U
 I0% - là dòng điện không tải ( % ). I0% = 1000
dmI
I
 Dựa vào các thông số đó ng−ời ta tính đ−ợc các thông số khác: khi UH (kV); SH(kVA) thì 
 r1 r2' RB
 I1 I2' ΔS0 ΔScu = ΔPcu + jΔQcu
 GB I0 BB GB ΔP0 BB ΔQ0
a) b)
 ΔSB
 RB XB
ΔS0 = ΔP0 + jΔQ0
 c)
 x1 XB
x2
 RB = )(100
%
10.
2
3
2
2
Ω=Δ
dm
dma
dm
dmK
S
Uu
S
UP
 ( 7-22 ) 
 XB = )(10.
%
1003
% 2 Ω=
dm
dmp
dm
dmp
S
Uu
I
Uu
 ( 7-23 ) 
 Vì RB >> XB nên có thể lấy XB ≈ )(10.%
2
Ω
dm
dmK
S
Uu
 ( 7-24 ) 
 ΔScu = ΔPcu + jΔQcu = ΔPK )()(
100
% 2222
BB
dm
p
dm
JXR
U
QP
S
Su
j
S
S ++=+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
 ( 7-25) 
 GB = )
1(10. 32
0
Ω
Δ −
dmU
P
 ( 7-26 ) 
 BB = )
1(10. 32
0
Ω
Δ −
dmU
Q
 ( 7-27 ) 
 ΔQ0 = 100
%.0 dmSI ( kVAr ) ( 7-28 ) 
 Vì dòng điện Ia gây ra ΔP0 rất nhỏ so với Ip gây ra ΔQ0 ( ΔP0 << ΔQ0 ) nên đôi khi lấy: 
 ΔS0 = ΔP0 + jΔQ0 ≈ ΔQ0 ( 7-29 ) 
 Tổn thất công suất tổng cộng trong máy biến áp là: 
 ΔSB = ΔS0 + ΔScu = ΔP0 + 100
%.0 dmSIj + ΔPK 2)(
dmS
S + 
dm
k
S
Su
j
100
% 2
 (kVA) ( 7-30 ) 
 Đ 7-5. Tính toán mạng điện theo sơ đồ thay thế 
 1. Quy đổi thông số mạng điện về một cấp điện áp cơ bản 
 Khi mạng điện có nhiều cấp U, để thành lập sơ đồ thay thế ta phải quy đối các tham số 
về cùng một cấp U cơ bản. Th−ờng lấy cấp U cao nhất của mạng điện làm điện áp cơ bản. 
 Tổng trở và tổng dẫn quy đổi từ mạng hạ áp sang cao áp là: 
 Rh' = k
2.Rh; Xh' = k
2.Xh ( 7-31 a-b ) 
 Bh' = 
1
2
k
Bh ; Gh' = 
1
2
k
Gh (7-32 a-b ) 
 k - là tỷ số của máy biến áp khi không tải. 
 Trong tính toán k th−ờng lấy bằng tỷ số giữa Udm ở bên sơ cấp và Udm bên thứ cấp. 
 Trong tr−ờng hợp đ−ờng dây có nhiều cấp điện áp thì: 
 Zi' = (πki)2. Zi Yi' = (1/πki)2. Yi ( 7-33 ); ( 7-34 ) 
 πki - là tích các tỉ số biến áp của cấp điện áp thứ i quy về cấp điện áp cơ bản. 
 Điện áp tại nút thứ i quy đổi về cấp điện áp cơ bản có dạng: 
 Ui' = πkiUi ( 7-35 ) 
 2. Tính toán gần đúng tổn thất điện áp 
 Điện áp tại đầu và cuối đ−ờng dây có giá trị là: 
 U1 = 
22
2 )( UUU δ+Δ+ ; ( 7-36 ) 
 U2 = 
22
1 )( UUU δ+Δ− ( 7-37) 
 Khai triển theo nhị thức Niutơn, với độ chính xác cho phép, bỏ qua số hạng bậc cao 
(U2>>ΔU) ta có: 
 U1 = U2 + ΔU + )(2 2
2
UU
U
Δ+
δ (7-38 a) 
 U2 = ( U1 - ΔU ) + )(2 1
2
UU
U
Δ−
δ
 (7 - 38 b) 
 Khi thành phần δU t−ơng đối nhỏ, ta có thể bỏ qua. Ví dụ đ−ờng dây 110 kV trở xuống 
có thể lấy: U1 = U2 + ΔU; (7 - 39) 
 U2 = U1 - ΔU. (7 - 40) 
 Đối với đ−ờng dây U cao hơn và dài hơn yêu cầu độ chính xác cao thì tính toán nh− trên 
gặp sai số lớn. Ta phải kể đến thành phần δU. 
 3. Tính toán mạng điện theo sơ đồ thay thế 
 Khi tính toán mạng truyền tải điện áp cao, ta cần thành lập sơ đồ thay thế của mạng điện 
bằng cách thay các phần tử trên sơ đồ bằng sơ đồ thay thế của nó, thứ tự ghép nối giống nh− 
sơ đồ thực. Mục đích  ...  hao tổn công suất trên các đoạn 
mạng từ phía cuối đ−ờng dây về nguồn và công suất cấp từ đầu nguồn A. 
B−ớc 2: sau khi có công suất cấp từ nguồn và truyền tải trên các đoạn đ−ờng dây, ta tiến 
hành tính điện áp các điểm nút theo công suất truyền tải phía đầu đ−ờng dây. 
Để xác định chính xác điện áp các điểm nút và công suất truyền tải, phép lặp đ−ợc thực 
hiện cho đến khi đạt đ−ợc độ chính xác theo yêu cầu (kết quả tính cho lần lặp thứ n-1 sai 
khác với lần tính thứ n trong giới hạn cho phép). 
B−ớc 1: tính công suất truyền tải và hao tổn công suất với điện áp các điểm U = Udm 
Zd2 
JQcd1 JQcd2 JQcc2 JQcc1 
S’1 S”1 S’2 S”2 SA UA 
S1 
S2 
Zd1 
Bỏ qua tổn thất vầng quang, điện dẫn PK JQcc2 = U
2
dm. 2
2B Với B2 = b02.l2 
 "2S = S2 - JQcc2 = 
"
2P + j 
"
2Q 
 ΔSd2 = ΔPd2 + j ΔQd2 = 2
2"
2
2"
2
dmU
QP +
(Rd2 + j Xd2) và 
'
2S = 
"
2S + ΔSd2 = '2P + j '2Q 
 "1S = '2S - JQcd2 + S1 - JQcc1 = "1P + j "1Q với JQcd2 = U2dm. 2
2B ; JQcc1 = U2dm. 2
1B 
 ΔSd1 = ΔPd1 + j ΔQd1 = 2
2"
1
2"
1
dmU
QP +
(Rd1 + j Xd1) và 
'
1S = 
"
1S + ΔSd1 = '1P + j '1Q 
 SA = 
'
1S - JQcd1 với JQcd1 = U
2
A. 2
1B ; B1 = b01.l1 
B−ớc 2: tính điện áp các điểm nút sau khi có công suất truyền tải 
.
1U = 
.
AU - Δ
.
1dU với Δ
.
1dU = 
A
dd
U
XQRP 1
'
11
'
1 + + j 
A
dd
U
RQXP 1
'
11
'
1 − = ΔUd1 +j δUd1 (7 - 43) 
 Trị số điện áp điểm 1: U1 = 
2
1
2
1 )( ddA UUU δ+Δ− (7 - 44) 
.
2U = 
.
1U - Δ
.
2dU với Δ
.
2dU = 
1
2
'
22
'
2
U
XQRP dd + + j 
1
2
'
22
'
2
U
RQXP dd − = ΔUd2 +j δUd2 
 Trị số điện áp điểm 2: U2 = 
2
2
2
21 )( dd UUU δ+Δ− 
 3.2 Tính thông số chế độ của trạm biến áp 
Xét một trạm biến áp có sơ đồ nh− hình vẽ 7-5 
Vẽ sơ đồ thay thế trạm biến áp, Trạm biến áp thay thế bao gồm: 
- Tổng trở của máy biến áp ZB đ−ợc xác định từ các thông số chế tạo (tính RB và XB) 
- Máy biến áp lý t−ởng không có hao tổn, chỉ có tỷ số biến áp k = 
dmH
dmC
U
U
, điểm X là 
điểm giả t−ởng nằm giữa ZB và MBA lý t−ởng với U’X = U2.k 
- Hao tổn công suất trong lõi thép (hao tổn không tải) đặc tr−ng bằng ΔS0 
+ Tr−ờng hợp 1: Biết phụ tải của trạm biến áp là S2, biết điện áp tại điểm 1 là U1 
Tính công suất đầu vào trạm S1 và điện áp tại thanh cái thứ cấp U2 
Tính tổn thất công suất công suất trong cuộn dây (hao tổn đồng): 
U1 U2 
S2 S1 S2 S”B S’B ΔS0 
S1 
RB XB U1 U2 U’X 
Hình 7-5
 S”B = S2 = P”B + j Q”B và ΔSCu = ΔPK 22 )(
dmS
S
+ j 
dm
k
S
SU
.100
%. 22 (7 - 45) 
 S’B = S”B + ΔSCu = P’B + j Q’B 
 S1 = S’B + ΔS0 = S’B + ΔP0 + j 100
%.0 dmSI = P1 +j Q1 (7 - 46) 
Tính điện áp rơi trên ZB Δ
.
BU = 
1
''
U
XQRP BBBB + + j 
1
''
U
RQXP BBBB − = ΔUB +j δUB 
.
'
XU = 
.
1U - Δ
.
BU Trị số điện áp tại X: U’X = 
22
1 )( BB UUU δ+Δ− và U2 = k
U X
'
. 
+ Tr−ờng hợp II: Biết phụ tải của trạm biến áp là S2, biết điện áp tại điểm 2 là U2 
Tính công suất đầu vào trạm S1 và điện áp tại thanh cái sơ cấp U1 
Điện áp tại điểm X: U’X = U2.k và S”B = S2 = P”B + j Q”B 
Tính tổn thất công suất trong cuộn dây (hao tổn đồng): ΔSCu = ΔPK 22 )(
dmS
S
+ j 
dm
k
S
SU
.100
%. 22 
Tính điện áp rơi trên ZB Δ
.
BU = '
""
X
BBBB
U
XQRP +
 + j '
""
X
BBBB
U
RQXP −
= ΔUB +j δUB 
.
1U = 
.
'
XU + Δ
.
BU Trị số điện áp tại 1: U1 = 
22' )( BBX UUU δ+Δ+ 
 S’B = S”B + ΔSCu = P’B + j Q’B và S1 = S’B + ΔS0 = S’B + ΔP0 + j 100
%.0 dmSI = P1 +j Q1 
3.3 Tính thông số chế độ trong tr−ờng hợp mạng có nhiều cấp điện áp 
 Ph−ơng pháp tính mạng theo sơ đồ thay thế bằng cách quy đổi tổng trở, tổng dẫn và điện 
áp của mạng có cấp điện áp thấp về cấp điện áp cao hơn (cấp cơ bản) ít đ−ợc dùng khi giải 
tích mạng điện nhằm xác định các thông số chế độ của hệ thống. Ph−ơng pháp này th−ờng 
đ−ợc dùng khi tiến hành tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện. Để tính toán các thông số 
chế độ, ng−ời ta cần xét đến sự làm việc của máy biến áp lý t−ởng khi có tính đến tỷ số biến 
áp thực tế của MBA khi làm việc không tải. 
Xét mạng điện có sơ đồ nh− hình vẽ 7-6 
Vẽ sơ đồ thay thế cho mạng điện 
Zd2 
JQcd1 JQcd2 JQcc2 JQcc1 
S’1 S”1 S’2 S”2 SA A 
SD 
Zd1 
ΔS0 
S’B ZB S”B 
X 
SC 
B C D 
B C 
SD 
SC 
D A Đ−ờng dây 1 Đ−ờng dây 2 Hình 7-6
 Cho điện áp tại điểm A, công suất các điểm tải SC và SD, tính SA và điện áp các nút. 
+ B−ớc 1: Lấy điện áp các điểm bằng định mức, tính công suất truyền tải 
 Tổng trở các đoạn đ−ờng dây: Zd1 = Rd1 +jXd1 Zd2 = Rd2 +jXd2 
Bỏ qua tổn thất vầng quang, điện dẫn PK JQcc2 = U
2
đm. 2
2B Với B2 = b02.l2 
 JQcd2 = U
2
dm. 2
2B ; JQcc1 = U2đm. 2
1B ; JQcd1 = U2A. 2
1B Với B1 = b01.l1 
 "2S = SD - JQcc2 = 
"
2P + j 
"
2Q 
 ΔSd2 = ΔPd2 + j ΔQd2 = 2
2"
2
2"
2
dmU
QP +
(Rd2 + j Xd2) và 
'
2S = 
"
2S + ΔSd2 = '2P + j '2Q 
 S”B = S’2 + SC - JQcd2 = P”B + j Q”B và ΔSCu = ΔPK 2
"
)(
dm
B
S
S
+ j 
dm
Bk
S
SU
.100
%. 2"
 S’B = S”B + ΔSCu = P’B + j Q’B 
"
1S = 'BS + ΔS0 - JQcc1 = S’B + ΔP0 +j 100
%.0 dmSI - JQcc1 = "1P + j 
"
1Q 
 ΔSd1 = ΔPd1 + j ΔQd1 = 2
2"
1
2"
1
dmU
QP +
(Rd1 + j Xd1) và 
'
1S = 
"
1S + ΔSd1 = '1P + j '1Q 
 SA = 
'
1S - JQcd1 
 + B−ớc 2: Tính điện áp các điểm nút theo công suất truyền tải đầu đ−ờng dây 
.
BU = 
.
AU - Δ
.
1dU với Δ
.
1dU = 
A
dd
U
XQRP 1
'
11
'
1 + + j 
A
dd
U
RQXP 1
'
11
'
1 − = ΔUd1 +j δUd1 
 Trị số điện áp điểm B: UB = 
2
1
2
1 )( ddA UUU δ+Δ− 
Tính điện áp rơi trên ZB Δ
.
BU = 
B
BBBB
U
XQRP '' +
 + j 
B
BBBB
U
RQXP '' −
= ΔUB +j δUB 
.
'
XU = 
.
BU - Δ
.
BU Trị số điện áp tại X: U’X = 
22)( BBB UUU δ+Δ− và UC = k
U X
'
. 
.
DU = 
.
CU - Δ
.
2dU với Δ
.
2dU = 
1
2
'
22
'
2
U
XQRP dd + + j 
1
2
'
22
'
2
U
RQXP dd − = ΔUd2 +j δUd2 
 Trị số điện áp điểm D: UD = 
2
2
2
2 )( ddC UUU δ+Δ− 
 Để tính chính xác các thông số chế độ, sau b−ớc lặp thứ nhất, ta có điện áp các điểm nút 
và tiến hành thực hiện các b−ớc lặp tiếp theo với điện áp điểm cuối D và công suất phụ tải 
đã biết, đến khi đạt đ−ợc độ chính xác theo yêu cầu thì dừng lại. Thông th−ờng, khi yêu cầu 
độ chính xác tính toán không cao, ng−ời ta chỉ tiến hành lặp một b−ớc là đủ. 
Đ 7-6. Công suất tự nhiên vμ khả năng tải của đ−ờng dây 
 1. Công suất tự nhiên 
 Truyền tải điện năng trên đ−ờng dây đ−ợc tiến hành bằng sự truyền sóng điện từ. Nếu bỏ 
qua điện trở và điện dẫn của đ−ờng dây thì tốc độ truyền sóng có giá trị là: v = 
00
1
CL
. 
 L0, C0 - là điện cảm và điện dung của 1 đơn vị chiều dài đ−ờng dây. 
 Đối với đ−ờng dây trên không tốc độ đó gần bằng tốc độ ánh sáng. Còn dây cáp do điện 
dung lớn, tốc độ truyền sóng điện từ giảm xuống còn độ một nửa. 
 Khi tải điện trên đ−ờng dây độ dài có hạn, xảy ra hiện t−ợng phản xạ sóng từ cuối đ−ờng 
dây. Các sóng dòng điện và điện thế di chuyển với tốc độ v do sự xếp chồng của sóng thuận 
và sóng nghịch. Sự phản xạ của sóng sẽ không có nếu tổng trở của phụ tải ( Zpt ) bằng tổng 
trở sóng của đ−ờng dây ( Zc): 
 ZC = oCL0 = Zpt ( 7-47 ) 
 Để truyền tải điện năng với tổn thất công suất và năng l−ợng nhỏ nhất cần phải điều 
chỉnh điện thế và dòng điện ở đầu đ−ờng dây sao cho chúng đồng pha ( cosϕ = 1 ). Khi đó 
công suất truyền tải với tổng trở bằng tổng trở sóng là: 
 PTN = U
2/ZC. ( 7-48 ) 
 PTN - gọi là công suất tự nhiên của đ−ờng dây. 
 Đối với đ−ờng dây trên không điện áp cao, Zc biến thiên trên phạm vi hẹp ( từ 375 - 400 
Ω ) khi đó ta có thể tìm đ−ợc công suất tự nhiên ứng với các điện áp khác nhau. Ví dụ điện 
áp 500 kV PTN = 625 MW. Khi dùng dây dẫn phân pha, PTN sẽ tăng lên. 
 Khi truyền tải công suất tự nhiên, trên mỗi đoạn bất kỳ của đ−ờng dây, tổn thất công suất 
phản kháng bằng công suất phản kháng phát ra của đoạn đ−ờng dây đó. Nghĩa là dòng điện 
và điện thế dọc đ−ờng dây có giá trị không đổi. 
 Khi P > PTN, tổn thất công suất phản kháng v−ợt quá công suất phản kháng phát ra bởi 
đ−ờng dây. ở 2 đầu đ−ờng dây phải bổ xung Q phản kháng vào. Do đó điện thế ở 2 đầu 
đ−ờng dây cao hơn ở giữa. 
 Khi P < PTN tổn thất Q phản kháng bé hơn công suất phản kháng phát ra của đ−ờng dây. 
U
P < PTN
UH PTN
P > PTN
P
PTN
 3
 2
 1
 km
0 750 1500 2250 3000
Hình 7-7
Số d− công suất phản kháng chạy về 2 đầu. Do đó điện thế tăng lên và lớn nhất ở giữa 
đ−ờng dây. 
 Khả năng tải tốt nhất của đ−ờng dây ở độ dài 1/2 b−ớc sóng ( 3000 km ) và xấu nhất ở 1/4 b−ớc 
sóng ( hình 7-7 ) 
 Độ nâng cao điện áp có thể đặt tới 20% ở độ dài 1/4 b−ớc sóng ( 1500 km ). Điện thế 
tăng nh− vậy sẽ không có lợi cho nên ng−ời ta phải dùng biện pháp bù đ−ờng dây. 
 2. Đ−ờng dây tải điện có bù 
 Khả năng tải của đ−ờng dây phụ thuộc vào độ dài b−ớc sóng: 
 λS = 2πfL 00 .CL ( 7-49 ) 
 Khi L0, C0 biến thiên thì λS cũng thay đổi. Sự biến thiên của L0, C0 có thể thực hiện bằng 
cách đấu tổng trở và tổng dẫn nhân tạo vào đ−ờng dây. Khi mắc nối tiếp những cuộn kháng 
điện K vào đ−ờng dây làm tăng cảm kháng và dẫn tới tăng λS. Còn khi mắc nối tiếp tụ điện 
C với đ−ờng dây làm giảm cảm kháng và do đó làm giảm λS ( hình 7-8 a b ). Hiệu chỉnh 
đ−ờng dây còn có thể dùng tụ điện và kháng điện mắc // (bù ngang). Mắc kháng điện K 
song song với đ−ờng dây làm giảm điện dung tức là làm giảm λS. Còn mắc tụ điện C song 
song làm tăng độ dài b−ớc sóng λS của đ−ờng dây ( hình 7-9 a b ). 
Hình 7-8. Bù dọc đ−ờng dây bằng kháng điện K và tụ điện C 
 Việc lựa chọn kháng điện và tụ điện thích hợp có thể biến thiên λS đến gần trị số có điều 
kiện làm việc tốt nhất. Đó là hiệu chỉnh đ−ờng dây để nó làm việc t−ơng ứng với độ dài nửa 
b−ớc sóng. Khi đó công suất truyền tải là lớn nhất. Mặt khác phải có sơ đồ bù đ−ợc tính 
toán hợp lý cả về kinh tế và kỹ thuật. Th−ờng để tăng khả năng tải của đ−ờng dây U từ 110 - 
220 kV, ng−ời ta dùng bù dọc bằng tụ điện. Đ−ờng dây U = 330 - 500 kV dùng bù ngang 
bằng kháng điện và dùng bù dọc bằng tụ điện.Vị trí đặt tụ điện đ−ợc lựa chọn một cách hợp 
lý có tính đến hạn chế tác hại của dòng điện ngắn mạch. Không nên đặt gần trạm phát điện 
và các máy biến áp tăng hạ áp mà đặt ở giữa hoặc cuối đ−ờng dây. 
U1 K K U2 U1 C C U2
 U1 U2 U1 U2
 K K C C
Hình 7.9. Bù ngang đ−ờng dây bằng kháng điện K và tụ điện C 
Đ 7-7. Một số ví dụ tính toán đ−ờng dây tải điện 
 Ví dụ 1 
 Một đ−ờng dây trên không điện áp 220 kV dài 80 km, dùng dây dẫn ACO-240 cung cấp 
cho phụ tải có công suất S = 72 + j54 MVA. Xác định điện áp U1 đầu đ−ờng dây và công 
suất đầu vào, biết điện áp cuối đ−ờng dây là U2 = 218 kV và DTB = 8 m. 
 Sơ đồ thay thế đ−ờng dây có dạng 
nh− hình 7-10. 
Hình 7-10. Sơ đồ thay thề đ−ờng dây 
Giải. 
 Tra phụ lục ứng với dây dẫn ACO-240 ta có: 
 r0 = 0,13 (Ω/km); x0 = 0,43 (Ω/km); b0 = 2,66.10-6 (1/Ωkm); 
 ΔPvqmax = 2,7 (kW/km); ΔP Vqmin = 1,2 (kW/km). 
 Tính đ−ợc điện trở và điện kháng của đ−ờng dây: 
 Rđ = r0L = 0,13.80 = 10,4 (Ω); Xđ = x0L = 0,43.80 = 34,4 (Ω) 
2
B
 = 460 10.06,180.10.66,2
2
1
2
−− ==Lb ( 1/Ω ). 
 Dung kháng phát ra của đ−ờng dây là: 
 )(03,510.06,1.218
2
.
2
422
2 MVAr
BUQC ===Δ − 
 Tổn thất vầng quang điện trung bình đặt ở 2 nửa đ−ờng dây là: 
 )(08,010.80)
2
2,17,2(5,0)
2
(5,0
2
3minmax MWL
PPP vqvqvq =+=Δ+Δ=Δ − 
 Công suất cuối đ−ờng dây: 
 S” = St + 2
1 ΔPvq - j 2
1 ΔQC = 72 + j 54 + 0,08 - j 5,03 = 72,08 + j48,97 ( MVA ) 
 Tổn thất điện áp dọc và ngang trục là: 
 ΔU = )(16,11
218
4,34.97,484,10.08,72
2
""
kV
U
XQRP dd =+=+ 
 δU = )(02,9
218
4,10.97,484,34.08,72
2
""
kV
U
RQXP dd =−=− 
 R d X d
ΔP vq
2
ΔP vq
2
ΔQc
2
ΔQc
2
S t
U 2
U 1 S 1
 Trị số điện áp đầu đ−ờng dây: 
 U1 = )(23002,9)16,11218()( 22222 kVUUU =++=+Δ+ δ 
 Tổn thất công suất trên đ−ờng dây: 
 ΔSđ = )(48,566,14,344,10(218
97,4808,72)( 2
22
2
2
2"2"
MVAjjjXR
U
QP
dd +=++=+
+
 Công suất đầu vào đ−ờng dây là: S’ = S” + ΔSđ 
 S1 = S’ + ΔSđ + 0,5 ΔPvq -j 0,5 ΔQc = (72,08 + j48,97) + (1,66 + j5,48 ) + 0,08 - j5,03 
 S1 = 73,82 + j49,42 (MVA) 
Ví dụ 2 
 Một đ−ờng dây trên không Udm = 110 kV đoạn từ A đến B dùng dây dẫn AC-70 có điện 
trở Rd1 = 17,16Ω, Xd1 = 17,76Ω, Bd1 = 1,02.10-4 1/Ω. Cung cấp cho hai phụ tải qua trạm biến 
áp trung gian, MBA loại 16000 kVA - 115/11 kV có thông số ΔP0 = 19 kW, ΔPK = 85 kW, 
UK% = 10,5% và I0% = 0,7%, điện áp định mức phía cao áp 115 kV và phía hạ áp 11 kV. 
Phụ tải của mạng là SD = 0,7 + j 0,5 MVA, SC = 11 + j 4,8 MVA. Đoạn từ C tới D là đ−ờng 
dây trên không có Udm = 10 kV dùng dây dẫn AC- 50 có điện trở Rd2 = 3,02Ω, Xd2 = 1,96 Ω 
(bỏ qua tổng dẫn đ−ờng dây). Điện áp đầu vào đ−ờng dây là UA = 117 kV. Xác định công 
suất cấp vào mạng SA và điện áp các điểm nút của mạng. 
Hình 7-11. Sơ đồ mạng điện có 2 cấp điện áp 
Hình 7-12. Sơ đồ thay thế mạng điện 
 Giải. 
 Ta vẽ sơ đồ thay thế nh− trên hình 7-12 và ký hiệu các điểm nút nh− hình vẽ. 
 Tỷ số biến áp k = 
dmH
dmC
U
U
 = 
11
115
 = 10,45 
Zd2 
JQcd1 JQcd2 JQcc2 JQcc1 
S’1 S”1 S’2 S”2 SA A 
SD 
Zd1 
ΔS0 
S’B ZB S”B 
X 
SC 
B C D 
B C 
SD 
SC 
D A Đ−ờng dây 1 Đ−ờng dây 2 
 Tra bảng và tính tổng trở của máy biến áp: 
 RB = )(38,416000
10.115.8510.
2
32
2
32
Ω==Δ
dm
dmCK
S
UP
 XB = )(7,861016000.
115.5,10
.100
%. 22 Ω==
dm
dmCK
S
UU
 "2S = SD = 0,7 + j 0,5 MVA 
 ΔSd2 = ΔPd2 + j ΔQd2 = 2
2"
2
2"
2
dmU
QP +
(Rd2 + j Xd2) 
 ΔSd2 = = 2
22
10
5,07,0 +
(3,02 + j 1,96) = 0,022 + j 0,014 MVA 
 '2S = 
"
2S + ΔSd2 = (0,7 + j 0,5) + (0,022 + j 0,014) = 0,722 + j 0,514 MVA 
 S”B = S’2 + SC = (0,722 + j 0,514) + 11 +j 4,8) = 11,722 + j 5,314 MVA 
ΔSCu = ΔPK 2
"
)(
dm
B
S
S
+ j 
dm
Bk
S
SU
.100
%. 2"
= 0,085 2
22
16
)314,5722,11( +
+ j 
16.100
)314.5722,11.(5,10 22 +
= 
 ΔSCu = 0,055 + j 1,084 MVA 
 S’B = S”B + ΔSCu = (11,722 + j 5,314) + (0,055 + j 1,084 ) = 11,777 + j 6,398 MVA 
ΔS0 = ΔP0 +j 100
%.0 dmSI = 0,019 +j 
100
16.7,0
 = 0,019 +j 0,112 MVA 
JQcc1 = j U
2
dm. 2
1B = j 1102.
2
10.02,1 4−
 = j 0,617 MVAr 
 "1S = 'BS + ΔS0 - JQcc1 = (11,777 + j 6,398) + (0,019 +j 0,112) - j 0,617 
 "1S = 11,796 + j 5,89 MVA 
 ΔSd1 = ΔPd1 + j ΔQd1 = 2
2"
1
2"
1
dmU
QP +
(Rd1 + j Xd1) 
 ΔSd1 = 2
22
110
89,5796,11 +
(17,16 + j 17,76) = 0,246 + j 0,248 MVA 
 '1S = 
"
1S + ΔSd1 = (11,796 + j 5,89) + (0,246 + j 0,248) = 12,042+ j 6,138 MVA 
 JQcd1 = j U
2
A. 2
1B = j 1172.
2
10.02,1 4−
 = j 0,698 MVAr 
 SA = 
'
1S - JQcd1 = (12,042+ j 6,138) - j 0,698 = 12,042 + j 5,44 MVA 
 + B−ớc 2: Tính điện áp các điểm nút theo công suất truyền tải đầu đ−ờng dây 
.
BU = 
.
AU - Δ
.
1dU với Δ
.
1dU = 
A
dd
U
XQRP 1
'
11
'
1 + + j 
A
dd
U
RQXP 1
'
11
'
1 − = ΔUd1 +j δUd1 
 Δ . 1dU = 117
76,17.138,616,17.042,12 +
 + j 
117
16,17.138,676,17.042,12 −
Δ . 1dU = ΔUd1 +j δUd1 = 2,597 + j 0,9276 kV 
Trị số điện áp: UB = 
2
1
2
1 )( ddA UUU δ+Δ− = 22 9276,0)597,2117( +− = 114,4 kV 
 Δ .BU = 
B
BBBB
U
XQRP '' +
 + j 
B
BBBB
U
RQXP '' −
= ΔUB +j δUB 
Δ .BU = 4.114
7,86.398,638,4.777,11 +
 + j 
4,114
38,4.398,67,86.777,11 −
= 5,295 + j 32,39 kV 
.
'
XU = 
.
BU - Δ
.
BU U’X = 
22)( BBB UUU δ+Δ− 
 U’X = 
22 39,32)295,54,114( +− = 113,8 kV 
 UC = k
U X
'
 = 
45,10
8,113
 = 10,89 kV. 
UD = UC - ΔUd2 với Δ
.
2dU = 
1
2
'
22
'
2
U
XQRP dd + =
89,10
96,1.514,002,3.722,0 +
 = 0,2927 kV 
Trị số điện áp điểm D: UD = 10,89 - 0,2927 = 10,5973 kV