Vật liệu và linh kiện điện tử - Chương 6: Tính toán về điện

Chương 6:TÍNH TOÁN VỀ ĐIỆNKHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ ViỄN THÔNGBM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆPGiảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo ChâuNội dung1. Khái quát2. Sơ đồ thay thế của lưới điện3. Tổn thất khi truyền tải4. Tính toán tổn thất ở mạng điện hở khu vực5. Tính toán tổn thất ở mạng điện kín đơn giản6. Tính toán mạng điện có nhiều cấp điện áp7. Sử dụng đại số ma trận để xác định các thông số trạng thái làm việc của mạng điện8. Các bài toán ứng dụng 1. Khái quát:Tính toán về điện là xác định thông số chế độ của lưới điện.Tính toán về điện bao gồm tính các loại tổn thất trong hệ thống như tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng cũng như các tính toán về phân bố công suất, lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp, các chế độ vận hành Tính toán điện phục vụ cho công tác đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, xác định tổng phụ tải, chọn các phần tử của mạng điện, xác định phương án bù công suất phản kháng Tùy mục đích sử dụng mà độ chính xác của các tính toán đòi hỏi khác nhau. Để khối lượng tính toán giảm bớt có thể sử dụng các biểu đồ, bảng tính có sẵn trong các sách tra cứu. Các bước thực hiện lần lượt: xử lý các dữ kiện ban đầu (cấp điện áp, loại dây dẫn, sơ đồ mạng), xây dựng sơ đồ thay thế, thực hiện tính toán và xử lý kết quả.2. Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện Thành lập sơ đồ thay thế cho một lưới điện bất kỳ gồm có: lựa chọn sơ đồ tính toán cho mỗi phần tử của lưới và tính toán các thông số của chúng, sau đó lắp các sơ đồ thay thế theo đúng trình tự trong lưới, cuối cùng là quy đổi các thông số trên sơ đồ về cùng cấp điện áp. Sơ đồ thay thế của đường dây và máy biến áp sẽ được lần lượt trình bày, đây là hai thành phần chính của lưới truyền tải và phân phối.2. 1. Sơ đồ thay thế đường dây: A. Các thông số của đường dây:Điện dẫn G: là thông số phản ánh hiện tượng tổn thất công suất tác dụng trong sứ và điện môi. Phần công suất tổn hao trong sứ của đường dây trên không ở mọi cấp điện áp rất bé và có thể bỏ qua. Một phần tổn thất công suất nữa là tổn thất do vầng quang, thường chỉ xảy ra ở cấp điện áp ≥ 110kV trong một số điều kiện nhất định. Đối với dây cáp có thể bỏ qua điện dẫn.Dung dẫn B: dung dẫn đường dây thể hiện điện dung giữa các dây dẫn. Dung dẫn này tỷ lệ với dòng điện chuyển dịch (hay là dòng điện nạp của đường dây), sinh ra công suất phản kháng trên đường dây. Dòng điện điện dung của cáp thường lớn hơn đường dây trên không, do vậy đối với cáp từ 20kV trở lên phải xét đến dung dẫn khi lập sơ đồ thay thế.Điện trở R: điện trở đường dây, phụ thuộc chiều dài và thường được cho bởi nhà chế tạo.Điện kháng X: thể hiện hiện tượng tản từ. Khi tải dòng điện xoay chiều ba pha sẽ xuất hiện xung quanh các dây dân một từ trường, tạo ra lực điện động trong mỗi dây dẫn và phụ thuộc khoảng cách tương hỗ giữa các dây dẫn. Đối với các đường dây từ 330kV trở lên, để giảm điện kháng người ta thường áp dụng kỹ thuật phân pha. B. Sơ đồ thay thế:Các thông số của đường dây: điện trở, điện kháng, điện dẫn và dung dẫn hầu như phân bố dọc theo đường dây. Để dễ dàng trong tính toán, tùy theo loại đường dây một số thông số có thể xem là tập trung hay bỏ qua. Các sơ đồ thay thế và trường hợp áp dụng được tóm tắt trong bảng bên dưới. C. Tính thông số đường dây:ro và xo điện trở và điện cảm kháng trên đơn vị chiều dài (km).go và bo điện dẫn và dung dẫn trên đơn vị chiều dài (km).Điện dẫn G: được xác định theo tổn thất công suất tác dụng Trong đó là tổn thất vầng quang xác định theo công thức kinh nghiệm.Dung dẫn bo: Trong đó: Dtb khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn, R là bán kính dây dẫn, [mm]. Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ, thì trị số R được thay thế bằng Trong đó:Rđt: bán kính đẳng trị của các dây dẫn trong một pha. n: số dây dẫn trong một pha. atb: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn trong một pha. R: bán kính thực của mỗi dây phân nhỏ. Điện trở ro: thường được cho bởi nhà chế tạo hay tính theo Trong đó: rt: điện trở ở nhiệt độ t. r20: điện trở ở nhiệt độ 20oC, được tra ở các bảng cho sẵn. α: hệ số nhiệt điện trở, được tra ở các bảng cho sẵn, đối với đồng, nhôm, nhôm lõi thép α= 0,004. Điện kháng xo:Nếu đường dây có dây dẫn phân nhỏ, khi đó:2.2. Sơ đồ thay thế máy biến ápA. Các thông số của máy biến áp:Tổng trở của máy biến áp: là phản ánh hiện tượng tổn thất công suất tác dụng do hiệu ứng Joule và hiện tượng tổn thất công suất phản kháng do tản từ trong các cuộn dây. Trong đó: là điện trở, là điện cảm kháng.Tổng dẫn của máy biến áp: phản ánh hiện tượng tổn thất công suất trong lõi thép máy biến áp: tổn hao do dòng Foucault và tổn hao từ. Tổn thất trong lõi thép hầu như không phụ thuộc vào tải của máy biến áp và bằng lúc không tải. Với: là điện dẫn, là cảm dẫn.Các thông số của máy biến áp có thể tính theo các số liệu của máy biến áp như: tổn thất ngắn mạch , tổn thất không tải , điện áp ngắn mạch , dòng điện không tải . Các số liệu là kết quả của thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải.B. Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp hai cuộn dây: Máy biến áp ba pha hai cuộn dây là loại được dùng phổ biến trong hệ thống cung cấp điện. Khi tính toán dùng sơ đồ hình Γ như hình vẽ.C. Sơ đồ thay thế và tính các thông số cho máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu:Sơ đồ thay thế hình sao có đặt lượng tổn hao trong thép: Tổn thất công suất tác dụng khi ngắn mạch và điện áp ngắn mạch của máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu được tính theo các dạng ngắn mạch sau: Khi cuộn 2 bị ngắn mạch, cuộn 3 hở mạch, cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao cho trong cuộn 1 và 2 có dòng định mức. Người ta đo được và , với: trong đó và là tổn thất công suất tác dụng trong cuộn 1 và 2.Cho hở mạch cuộn 2, ngắn mạch cuộn 3 và cuộn 1 được đặt vào một điện áp sao cho trong cuộn 1 và 3 có dòng định mức ta thu được:Tương tự khi cho cuộn 1 hở mạch, cuộn 3 ngắn mạch và đặt điện áp vào cuộn 2 sao cho trong cuộn 2 và 3 có dòng định mức ta có:Giải hệ các phương trình trên ta tính được tổn thất ngắn mạch và điện áp ngắn mạch đối với từng cuộn dây theo số liệu đã cho: 3. Tổn thất khi truyền tải Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ thì mỗi phần tử mạng điện do có tổng trở nên đều gây tổn thất công suất và điện áp.Tổn thất công suất gây tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện và làm cho hiệu quả kinh tế kém.Tổn thất điện áp làm cho điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp, ảnh hưởng chất lượng điện.Sau đây lần lượt giới thiệu sơ lược phương pháp tính toán tổn thất điện áp, công suất và điện năng trên mạng phân phối điện.3.1. Tổn thất công suất trên đường dây: a. Với đường dây cung cấpTrong tÝnh to¸n ®­êng d©y t¶i ®iÖn, ng­êi ta sö dông s¬ ®å thay thÕ h×nh  (®èi víi m¹ng 110 kV, ®«i khi ngay c¶ víi m¹ng 220 kV ng­êi ta th­êng bá qua phÇn ®iÖn dÉn t¸c dông cña ®­êng d©y. Tøc lµ trªn s¬ ®å chØ cßn l¹i thµnh phÇn ®iÖn dÉn ph¶n kh¸ng Y = jB do dung dÉn cña ®­êng d©y vµ th­êng ®­îc thay thÕ b»ng phô t¶i ph¶n kh¸ng –jQc.Z12S’1S”2S2 = P2 + jQ2S1Chó ý: S = 3.I2dm.Z mà + Tæn thÊt c«ng suÊt cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng suÊt ë cuèi ®­êng d©y:+ Đối với đường dây địa phương ta bỏ qua tổng dẫn, khi đó ta xác định tổn thất theo công suất tải