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

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