95

CHƯƠNG V

TÍNH CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN, DÂY CHẢY, CÁP HẠ ÁP.

1. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

I.Đặt vấn đề:

Tiết diện dây dẫn và lõi cáp được lựa chọn căn cứ theo nhiều yếu tố khác nhau: đó là

những yếu tố kỹ thuật và kinh tế.

Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến việc lựa chọn tiết diện dây dẫn là:

1. Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài.

2. Phát nóng do dòng điện ngắn mạch.

3. Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình thường và sự

cố.

4. Độ bền cơ học của dây dẫn.

5. Vầng quang điện

Ta sẽ xác định được 5 tiết diện tương ứng với 5 điều kiện kỹ thuật trên và tiết diện bé

nhất thỏa cả 5 điều kiện trên chính là tiết diện ta cần lựa chọn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật.

Chú ý là chỉ khi lựa chọn tiết diện của dây dẫn đường dây trên không ta mới chú ý đến

yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học, và chỉ khi lựa chọn tiết diện lõi cáp mới cần chú ý

đến yếu tố phát nóng do dòng điện ngắn mạch.

Để đảm bảo độ bền cơ học người ta đã qui định tiết diện tối thiểu cho từng loại dây

(bảng 1--1) ứng với cấp đường dây (bảng 1-2).

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 người ta qui định đường kính dây dẫn

tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau:

Với điện áp 110 KV thì d > 9,9mm

Với điện áp 220 KV thì d > 21,5mm

Nghĩa là với điện 110KV phải dùng dây tiết diệûn 70 mm2 trở lên, còn với điện áp

220KV phải dùng dây tiết diện 120mm2 trở lên.

Căn cứ về mặt kinh tế để lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp là chi phí tính toán Z. Tiết

diện kinh tế là tiết diện lựa chọn sao cho hàm chi phí tính toán là bé nhất.

Dưới đây sẽ lần lượt giới thiệu các phương pháp lựa chọn tiết diện theo các điều kiện

kinh tế và kỹ thuật.

Bảng 1-1: Tiết diện quy định nhỏ nhấït đảm bảo độ bền cơ học.

Dây dẫn Tiết diện nhỏ nhất (mm2)

96

Cấu tạo Nguyên liệu Nơi không có dân cư Nơi đông dân và khoảng

vượt quan trọng

Cấp 1 Cấp 2 Cấp 3 Cấp1 Cấp 2 Cấp3

Một sợi Đồng và thép

nhôm

Không

dùng

Không

dùng

M-6 Không

dùng

Không

dùng

Không

dùng

Nhiều

sợi

Đồng và thép

Nhôm lõi thép

Nhôm

25

25

25

10

16

25

10

16

25

25

25

16

16

25

35

16

25

25

Bảng 1-2 : Quy định đẳng cấp đường dây trên không

Cấp đường dây Điện áp định mức Loại hộ dùng điện

Cấp 1 Trên 35KV

35KV

Bất cứ loại nào

Loại 1 và loại 2

Cấp 2 Trên 35KV

1 20 KV

Loại 3

Bất cứ loại nào

Cấp 3 1 KV Bất cứ lọai nào

II.Lựa chọn tiết diện đường dây trên không và cáp theo điều kiện phát nóng:

Khi có dòng điện chạy qua, do hiệu ứng Jun, vật dẫn sẽ bị nóng lên. Nếu vât dẫn bị nóng

lên quá mức sẽ giảm độ bền cơ học, sẽ làm giảm tuổi thọ hoặc phá hoại đặc tính cách điện

của các chất cách điện xung quanh dây bọc và lõi cáp. Vì vậy để hạn chế phát nóng quá

mức người ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép tương ứng với từng loại dây: 700

C với dây trần và thanh dẫn, 550C với dây bọc cao su, 800 C với dây cáp 3KV trở lại, 650C

với cáp 6KV, 600 C với cáp 10kV.

Từ đây có thể xác định được dòng điện làm việc lâu dài cho phép trên vật dẫn căn cứ vào

theo nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép.

Biết rằng, khi cân bằng nhiệt, nhiệt lượng sản ra trong đơn vị thời gían do dòng điện I

trong dây dẫn có điện trở tác dụng R bằng nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh trong

thời gian đó:

Q = I2 R = kF ( – 0) [W]

Trong đó:

K - Hệ số tản nhiệt [W/ cm2 0C].

F - Diện tích tản nhiệt của dây dẫn [cm2].

và 0 - Nhiệt độ dây dẫn và môi trường xung quanh [0C].

97

Nêú thay nhiệt độ vật dẫn bằng nhiệt độ lâu dài cho phép thì từ đẳng thức trên xác định

được dòng điện lâu dài cho phép của vật dẫn trần:

Icp= kF(cp – 0)

R (1-1)

Tương tự, có thể thành lập được các công thức để xác định dòng cho phép của dây bọc

và dây cáp.

Tuy nhiên, việc tính toán dòng điện lâu dài cho phép theo các công thức trên khá phức

tạp, vì vậy trong tính toán thực tế thường dùng các bảng cho sẵn trị số dòng điện phụ tải cho

phép lâu dài của dây dẫn và cáp.

Chú ý là những trị số trong các bảng cho sẵn chỉ đúng với điều kiện tính toán sau: Nhiệt

độ không khí là +250 C , nhiệt độ của đất là +150C. Nếu nhiệt độ nơi đặt vật dẫn khác đi cần

kể đến hệ sốï hiệu chỉnh k, hệ số này cũng tra được theo bảng cho sẵn.

Như vậy, để thỏa mãn điều kiện phát nóng, tiết diện dây dẫn và cáp cần phải lựa chọn

sao cho

Imax k.Icp (1-2)

Trong đó:

Imax - Dòng điện cực đại lâu dài hay là dòng điện tính toán chạy qua dây dẫn.

Icp - Dòng điện lâu dài cho phép, tra bảng

k- hệ số hiệu chỉnh.

Ví dụ 1:

Xác định tiết diện lõi cáp của đoạn cáp lõi nhôm cách địên giấy 10KV dẫn điện đến một

phụ tải có dòng điện tính toán 78A . Nhiệt độ của đất là +200C

Bài giải:

Tra bảng tìm được cáp 10KV tiết diện 16mm2 có Icp = 75A, cáp 25mm2 có Icp = 90A.

Cũng tra được k= 0,94.

Thấy rằng: 78A < 0,94.90 = 84,6 A

Vậy lựa chọn tiết diện theo điều kiện phát nóng là F = 25mm2

Riêng với dây dẫn và cáp dưới 1KV được bảo vệ bằng cầu chì và áptômat cần chú ý

hiện tượng sau: Khi quá tải không lớn lắm (kt < 2) thì một thời gian khá lâu thiết bị bảo vệ

chưa cắt , dây dẫn bị phát nóng mạnh làm cách điện già cỗi mau chóng, điều đó không cho

phép.

Vì vậy, với mạng dưới 1KV được bảo vệ bằng cầu chì và áptômat, để thỏa mản điều

kiện phát nóng, dây dẫn và cáp không những được lựa chọn theo (1-2) mà còn phải phối hợp

với thiết bị bảo vệ theo những điều kiện sau:

Khi bảo vệ bằng cầu chì:

Icp Idc

(1-3)

98

Trong đó:

Idc Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì

- Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lí mạng điện, với mạng động lực = 3, mạng sinh họat = 0,8 .

Khi bảo vệ bằng áptômát:

Icp Ikânhiãût

1.5 (1-4)

Hoặc

Icp Ikâ âiãûn tæì

1.5 (1-4)

Tùy theo áp tô mát có cắt mạch nhiệt hay cắt mạch điện từ.

Còn với mạng sinh hoạt bảo vệ bằng áp tômat.

Icp Ikâ

0.8 (1-5)

Ví dụ 2:

Chọn cáp nhôm bốn ruột cung cấp cho bảng phân phối 380/220V. Biết dòng tính toán

tổng của bảng điện là 240A và đường dây được bảo vệ bằng cầu chì có dòng định mức dây

chảy Idc =260A.

Bài giải:

Cáp cần lựa chọn theo điều kiện (1-2) và (1-3)

Icp Imax = 242 A

Icp = Idc

3 =

260

3 = 87A

Chọn cáp tiết diện 185mm2 có Icp = 260A

III. Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo tổn thất điện áp cho phép.

Ở mạng phân phối 35KV trở xuống, tiết diện dây dẫn và cáp thường bé, điện trở

lớn,vì vậy tăng tiết diện dây ở những mạng này ảnh hưởng rõ rệt đến giảm tổn thất điện áp.

Mạng điện phân phối yêu cầu vềì chất lượng điện áp rất 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 , nghĩa là phải căn cứ vào mức tổn thất điện áp cho phép để lựa chọn tiết

diện dây dẫn.

1. Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện.

Phương pháp này áp dụng cho những đường dây có chiều dài không lớn và phụ tải lại nhiều.

Xét trường hợp đơn giản nhất đường dây có hai phụ tải (hình 1-1).

P01 + j Q01 P12 + j Q12

99

0 1 2

p1+ j q1 p2+ j q2

Hình 1.1

Đã biết công thức xác định tổn thất điện áp mạng phân phối:

U = Pëjrëj + Qëjxëj

Uâm =

r0

Uâm Pijlij +

x0

Uâm Qijlij (1-6)

U = U ’ + U ” (1-7)

Trong đó :

U ‘ - thành phần tổn thất điện áp trên đường dây do công suất tác dụng gây trên

điện trở đường dây.

U”- thành phần tổn thất điện áp trên đường dây do công xuất phản kháng gây trên

điện kháng đường dây.

lij - chiều dài đoạn đường dây từ i đến j.

Pị j - công suất tác dụng trên đoạn đường dây lij.

Qij - công xuất phản kháng trên đoạn đường dây lij

rij , xij - điện trở, điện kháng của đoạn đường dây lij

r0 , x0 - điện trở, điện kháng của của một đơn vị chiều dài đường dây.

Trong công thức (1-6) nếu P [KW]; Q [KVAr]; U [KV]; r0 ,x0[/Km] và l [km] thì

U có thứ nguyên là [V]

Nhận thấy rằng với các loại dây dẫn làm bằng kim loại màu thì x0 thay đổi ít theo tiết

diện ( thường x0 = 0,35 0,43 /Km) . Do đó N.Xtepanov đã đề ra phương pháp lựa chọn

tiết diện dây mạng phân phối theo tổn thất cho phép như sau:

Cho trước trị số trung bình của đường dây trên không x0 = 0,35 0,4 /km hoặc của

cáp x0 = 0,07/km ta xác định được.

U ” = x0

Uâm Qijlij (1-8)

Trị số tổn thất điện áp cho phép Ucp của toàn bộ đường dây ( từ đầu nguồn đến phụ

tải xa nhất) ta đã biết trước theo yêu cầu của phụ tải. Vì vậy, dễ dàng xác định được thành

phần U’:

U ’ = Ucp - U”

Nếu vật liệu làm dây dẫn có điện dẫn suất thì r0 = 1

F nên

U ’ = r0

Uâm Pijlij =

1

F.Uâm Pijlij

100

Vậy : F = Pijlij

Uâm U ’ (1-9)

Căn cứ vào trị số tính được theo (1-9) tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất, theo

giá trị thực tế r0 và x0 kiểm tra lại tổn thất điện áp trên đường dây rồi so sánh với trị số cho

phép. Nếu không đạt cần tăng tiết diện lên một cấp.

Trong mạch có phân nhánh ( hình 1-2) thường

có đường dây trục chính 04 dùng cùng tiết diện,

còn các nhánh có thể dùng tiết diện khác. Tiết

diện trục 04 xác định căn cứ vào Ucp theo công

thức (1-8) và (1-9). Biết tiếït diện trục chính sẽ

xác định được tổn thất điệp áp thực tế trên đoạn

01. Từ đây biết được tổn thất điện áp cho phép

trên đoạn 12

25+j10

0 1 3 4

110m 50m 60m

40+j20 40+j20

2 25+j10

Hình 1-2. Mạng phân phối có phân

nhánh

U12cp = Ucp - U01

Aïp dụng tiếp công thức (1-8) và (1-9) sẽ xác định được tiết diện dây dẫn của nhánh 12.

Ví dụ 4: Một xí nghiệp nhỏ có mạng điện hạ áp 380V như hình (1-2) , dây dẫn bằng

nhôm có khoảng cách trung bình giữa các dây 600 mm. Tổn thất điện áp cho phép là 7%.

Xác định tiết diện dây dẫn của mạng.

Bài giải

Vì chiều dài ngắn nên chọn đường dây trục chính cùng tiết diện, nhánh 12 dùng tiết

diện khác

Trước hết, xác định tiết điện đường dây trục chính 04 cho trước x0 = 0,35 Ω/km

U”04 = xo

Uâm Qijlij =

0.35.103

380 (60.0,11+40.0,05+20.0,06)

U”04 = 9V

U ‘04 = Ucp - U”04 = 7%Uđm- U”04 = 7.380

100 - 9 = 17,6 V

Biết rằng nhôm có = 31,7 /mm2, tiết diện trục 04ï xác định theo công thức (1-9 )

F = 103

31.7 . 380. 17.6 (130. 0,11 + 80.0,05 + 40. 0,06) = 96,7mm2

Tra bảng chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-95 có r0 = 0,33 /km và x0 = 0,33 /km

Kiểm tra lại tổn thất điện áp

U’04 = r0

Uâm Pijlij +

x0

Udm Pijlij

= 0.33.103

380 (130.0,11 + 80. 0,05 + 40. 0.06) +

0.33.103

380 (60 . 0,11 + 40 . 0,05 + 20 .

0.06) = 25,8V

101

Thấy rằng U04 = 25,8V < Ucp =26,6V.

Tiếp tục lựa chọn tiết diện đoạn nhánh 12

Tổn thất thực tế trên đoạn 01:

U01 = 0.33.103

380 130.0,11 +

0.303

30 103.60.0,11 = 17,6V

Tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 12

U12cp = 26,6 - 17,6 = 9V

Cho x0 = 0,35 /km

U”12 = 0.35.103

380 . 10.0,1 = 0,9V

U”12 = 9 - 0,9 = 8,1V

Tiết diện dây dẫn đoạn 12:

F12 = 103 . 25 . 100

380 . 31.7 . 8.1 = 25,4mm2

Chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-25 có r0 = 1,27 /km và x0 =0,345 /km.

Tổn thất điện áp trên đoạn 12:

U12 = 1.27 . 103

380 25.0,1 +

0.345 . 103

380 .10.0,1 = 9,2V

Nhận thấy U12 = U12cp

Tất nhiên các tiết diện A-95 trên còn cần kiểm tra theo phát nóng và độ bền cơ khí,

kết quả là chúng đều thỏa mãn.

2. Xác định tiết diện dây dẫn khi đường dây dùng tiết diện khác nhau:

Trong mạng điện phân phối có độ dài lớn cung cấp cho một số ít phụ tải nếu dùng

đường dây cùng tiết diện sẽ không hợp lí, có thể làm tổn nhiều kim loại màu, gây tổn thất

nhiều công suất.

Trường hợp này, nếu là mạng điện công nghiệp ( đặc trưng bởi số giờ sử dụng công

suất cực đại Tmax khá lớn) thì sẽ kinh tế nhất khi chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện

không đổi, chọn như vậy sẽ vừa đảm bảo mức Ucp vừa cho tổn thất công suất bé nhất, nếu

là mạng nông nghiệp (Tmax bé) thì sẽ kinh tế nhất khi chọn tiết diện dây theo điều kiện đảm

bảo lượng kim loại màu nhỏ nhất nhưng vẫn đảm bảo mức Ucp,

Ở đây chỉ giới thiệu phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện

không đổi trên tất cả các đoạn của đường dây, đồng thời đảm bảo không vượt quá tổn thất

điện áp cho phép.

Giả thiết đường dây có hai phụ tải như hình 1-3

Giả thiết biết mức tổn thất điện áp cho phép Ucp.

Ucp = U’+ U”

0 l01F1 1 l12F2 2

S1 S2

102

Cho trị số X0 tính được

U”= X0 Qmlm

Udm

Lúc đó U’ = Ucp - U”

Hình 1-3

Mặt khác U’ = U’01 + U’12 = P01l01

F01 Udm +

P12l12

F12Udm =

= 3I01 l01 cos 01

F01 +

3I12l12cos 12

F12

Vì mật độ dòng không đổi trên cả hai đoạn đường dây nên:

J = I01

F01 =

I12

F12

Thay vào biểu thức trên có:

U’ = 3

J (l01cos 01+ l12 cos 12)

Rút ra: j = U’

3 (l01cos 01+ l12 cos 12)

Tổng quát với đường dây có n phụ tải có biểu thức:

J = U’

3 lëjcos ij (1-10)

Chú ý là trong công thức trên lij , cos ij là độ dài và cos của đoạn thứ ij

Từ đây dễ dàng tính được tiết diện các đoạn :

F01 = I01

J

F12 = I12

J

Nhớ rằng sau khi tính được J theo (1-10) cần so sánh với trị số của Jkt và lấy trị số bé

hơn để xác định tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra lại tổn thất điện áp.

Ví dụ 1-5:

Đường dây tải điện 10KV cung cấp điện cho hai xí nghiệp (hình 1-4) Biết số giờ sử

dụng công suất cực đại Tmax = 3800h, tổn thất điện áp cho phép là 5%, cũng cho biết là

đường dây dự định dùng dây nhôm với khoảng cách trung bình hình học giữa các dây là D

= 1m. Hãy xác định tiết diện dây dẫn.

Bài giải:

Dòng làm việc trên các đoạn đường dây:

4 Km 2Km

103

I01= P01

3Uâmcos =

= 900+500

3.10. 0.8 =101A

I12 = 500

3.10. 0.8 =36A

900 kW 500kW

cos = 0,8 cos = 0,8

Hình 1-4 Đường dây của ví dụ 1-5

Lấy x0 = 0,35 /km tính được

U” = 3 x0 Iij lịj sin ij = 3 .0,35 (101 . 4 + 36 . 2) 0,6 = 172V

U’ = Ucp -U” = 500 - 172 = 328V

Trị số mật độ dòng không đổi.

I = U’

3 lëjcos ij =

31.7.328

3 (4 + 2 ) 0.8.103 = 1,25A/mm2

Từ Tmax = 3800h và dây nhôm tra được Ikt =1,1A/mm2

Vì Jkt < J nên tiết diện dây dẫn xác định theo Jkt

F01 = I01

Jkt =

101

1.1 = 9,2mm2

Chọn dây A-95 có dòng cho phép theo phát nóng 325A

F12 = I12

Jkt =

36

1.1 = 33mm2

Chọn dây A-35 có dòng theo phát nóng là 170A

Tổn thất điện áp trên đường dây không cần kiểm tra lại bởi vì Jkt < J

2. LỰA CHỌN DÂY CHẢY

Việc lựa chọn cầu chì cần phải đảm bảo hai yêu cầu:

- Trong trạng thái làm việc bình thường phải đảm bảo dẫn điện liên tục và an toàn.

- Lúc có sự cố phải lập tức cắt mạch điện và chỉ cắt mạch điện ở nơi có sự cố mà thôi.

a. Để thỏa mãn yêu cầu thứ nhất, phải lựa chọn cầu chì sao cho :

Icc Ilv (2-1)

Nghĩa là dòng điện định mức của cầu chì ít nhất phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện

làm việc của Ilv của mạng điện.

Nếu nhánh cầu chì bảo vệ có động cơ thì động cơ mở máy dòng điện có tăng lên

cao nhưng cầu chì không được đứt, và qua kinh nghiệm lúc chọn phải thỏa mãn thêm

điều kiện :

104

Icc. Imm

2.5 (2-2a) đối với điều kiện mở máy nhẹ như máy công cụ, thời gian mở máy từ 8-

10 giây.

Hay Icc Imm

1.6 2 (2-2b) đối với điều kiện mở máy nặng nề như cần trục, thời gian mở máy

đến 40 giây.

Trong đó Imm là dòng điện mở máy của động cơ.

Trị số dòng điện mở máy của động cơ do nhà chế tạo cho. Thông thường đối với động cơ

lồng sóc thì dòng điện mở máy Imm bằng 4 đến 7 lần dòng điện định mức của độüng cơ.

Từ hai biểu thức (2-1) và (2-2) tìm được hai giá trị Icc lớn hơn để chọn lựa dòng điện

định mức của dây chảy tiêu chuẩn.

Dòng điện làm việc của động cơ được tính như sau:

Ilv = b.Pâm.103

3.Uâm.cos

Trong đó :

P: Công suất định mức của độüng cơ (kW)

Uđm: Là điện áp định mức của động cơ (V)

b: Là hệ số phụ tải của động cơ , bằng tỷ số giữa công suất yêu cầu của máy công cụ và

công suất định mức của động cơ

Cos : Là hệ số công suất của động cơ với phụ tải thực của nó.

: Hiệu suất của động cơ.

Đối với đường dây chính thì chọn cầu chì vẫn theo biểu thức (2-1) và (2-2) với:

Ilv= m. 1

n Ilv

Trong đó 1

n Ilv là tổng dòng điện làm việc của tất cả các động cơ thuộc đường dây

chính đó, m là hệ số đồng thời, xét đến điều kiện không phải là tất cả các độüng cơ đều làm

việc đồng thời và:

Imm∑ = m. .1

n-1 Ilv + Imm

Nghĩa là coi (n -1) độüng cơ vẫn làm việc bình thường và chỉ có 1 động cơ mở máy . Dòng

điện mở máy của độüng cơ phải lấy đối với động cơ nào có hiệu số (Imm-Ilv) là lớn nhất. Nên

nhớ rằng động cơ có công suất bé nhưng có bội số dòng điện mở máy lớn có thể có trị số

(Imm-Ilv) lớn hơn động cơ cở lớn , nhưng có bội số dòng điện mở máy bé.

105

Nếu số động cơ do cùng một đường dây chính dẫn điện tới quá 10 thì không cần xét tới điều

kiện (1-2) nữa.

b. Để thỏa mãn yêu cầu thứ hai phải:

- Khi thiết kế , quyết định đặt cầu chì cho đúng chổ, thông thường tốt hơn cả là mỗi

phụ tải có một cầu chì riêng của nó .

- Cầu chì của dây chính phải lớn hơn1 đến 2 cấp so với cầu chì của dây nhánh (lớn hơn

1 cấp khi I bé, 2 cấp khi I lớn)

3. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ DÂY CÁÚP PHỐI HỢP VỚI CẦU CHÌ BẢO

VỆ:

Chúng ta khảo sát phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện

phát nóng cho phép của mạng điện có phối hợp với cầu chì bảo vệ, ví dụ trên sơ đồ hình (2-

1)

Mạng điện động lực và thắp sáng nhận điện từ bảng phân phối A. Các động cơ điện

Đ1.Đ2,Đ3,Đ4 được nối vào dây cáp của các tủ điện 1 và 2.

Đầu tiên cần phải bố trí vị trí đặt cầu chì bảo vệ và xác định dòng điện định mức Icc của

các dây chảy của các cầu chì đó. Về yêu cầu và cách tính toán cầu chì đã nêu ở phần trên.

CC6

CC7 CC5

A Phụ tải CC1 CC2 CC3 CC4

Thắp sáng

Hình 2-1. Sơ đồ mạng điện thắp sáng

Tiếp theo tiến hành lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo điều kiện phát nóng cho

phép. Nhớ rằng dòng điện cho phép ở đây là dòng điện cho phép của dây dẫn trong điều

kiện làm việc thực tế của nó nghĩa là có xét đến một số hệ số hiệu chỉnh do nhiệt độü làm

việc, số cáp trong 1 rãnh.

Điều cần chú ý là trong việc lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp cần phải phối hợp với cầu

chì đã lựa chọn ở trên, nếu không sẽ vấp phải nhiều điều bất lợi trong vận hành. Ví dụ nếu

chỉ chú trọng tới dây dẫn sao cho dây dẫn có thể chịu được dòng điện làm việc lớn nhất,

nghĩa là chỉ chú trọng tới điều kiện Icp Ilv mà không để ý phối hợp với cầu chì thì có khi

106

dòng điện trên thực tế chưa đạt đến trị số Icp của dây dẫn nhưng cầu chì đã đứt rồi, thế là

vừa không đảm bảo liên tục cung cấp điện, lại vừa không kinh tế vì tiết diện của dây dẫn

không được lợi dụng triệt để, ngược lại nếu chọn cầu chì có Icc quá lớn(Icc>Icp) thì tránh

được tình trạng trên nhưng như vậy rấït nguy hiểm vì dòng điện làm việc có thể lên cao quá

trị số Icp của dây dẫn mà cầu chì vẫn chưa đứt, tóm lại dây dẫn có thể bị cháy, gây tai nạn.

Như vậy ta chia ra làm 3 trường hợp sau đây để xét:

a.Mạng thắp sáng, mạng sinh hoạt, nhà ở công cộng và tư nhân, cửa hàng và nhà

hội họp ...

Đối với các hộ dùng điện loại này, phụ tải không nhất định và rất khó khống chế. Vì

vậy dây dẫn và dây cáp phải được bảo vệ không những khỏi dòng điện ngắn mạch mà còn

khỏi dòng điện quá tải lớn hơn dòng điện cho phép của chúng. Như vậy quan hệ giữa dòng

điện cho phép Icp của dây dẫn và dòng điện định mức Icc của dây phải thỏa mãn:

Icp 1,25 Icc (3-1)

Hay nói rõ hơn là dòng điện cho phép của dây dẫn và dây cáp có thể bằng hay lớn

hơn dòng điện thí nghiệm nhỏ nhất của dây chảy, nghĩa là dây dẫn ta chọn thỏa mãn quan hệ

(3-1) thì được bảo vệ không những ngắn mạch mà cả quá tải .

b.Mạng thắp sáng trong xí nghiệp nhà máy:

Việc thắp sáng trong xí nghiệp, nhà máy nói chung đều đã qua thiết kế tính toán cẩn

thận, thắp sáng bao nhiêu đều đã được qui định hẳn hoi, không phải bất kỳ lúc nào cũng có

quyền tự ý thay đổi. Trong trường hợp này cầu chì không bảo vệ quá tải mà chỉ bảo vệ ngắn

mạch mà thôi và dòng điện cho phép của dây dẫn có thể bé hơn hoặc bằng dòng điện định

mức của dây chảy cầu chì.

Icp Icc (3-2)

Quan hệ giữa dây dẫn và cầu chì thỏa mãn (3-2) sẽ tận dụng được triệt để dây dẫn mà

vẫn an toàn. Điều này rất quan trọng vì rằng mạng thắp sáng của xí nghiệp công nghiệp tốn

rất nhiều kim loại màu, vật liệu cách điện...

c. Các hộ động lực bao gồm nhiều động cơ lớn bé khác nhau.

Trong trường hợp này cầu chì chỉ bảo vệ ngắn mạch, vì rằng mạng điện không có khả

năng quá tải do việc nối thêm các phụ tải mới vào mà không có sự quyết định của nhân viên

kỹ thuật. Vậy tiết diện dây dẫn phải chọn theo hai điều kiện:

- Dòng điện cho phép của dây dẫn phải bằng hay lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài của

động cơ.

Icp Ilv (3-3)

- Tiết diện của dây dẫn phải tương ứng với dòng điện định mức của dây chảy cầu chì:

Icp Icc

3 (3-4)

Sở dĩ có biểu thức (1-6) vì:

Với các động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc có dòng điện mở máy Imm bé hơn hoặc

bằng 7,5 lần dòng điện định mức của động cơ đó:

107

Imm 7,5 Iđmđc

Với điều kiện mở máy nhẹ nhàng, như ở trên đã nêu trong biểu thức (2-2).

Imm 2,5 Icc

Cân bằng hai biểu thức náy có :

Iđmđc Icc

3

Coi rằng dòng diện định mức của động cơ là dòng điện cho phép của dây dẫn. Vậy có :

Icp Icc

3

Ví dụ:

Trong một phân xưởng của một điểm cơ khí ở địa phương, dự định thiết kế đặt 4 động

cơ và một đường dây chính chuyên cung cấp cho đèn thắp sáng. Điện áp của mạng là

380/220 V. Phụ tải đèn thắp sáng tổng cộng là 12,5 kW. Các số liệu của động cơ được ghi rõ

ở bảng dưới.

A C

B

Thắp sáng

Hình 1-2 Sơ đồ mạng điện áp thấp

Đoạn đưòng dây từ dây cái A đến dây cái B có hệ số đồng thời m= 0,85, các đoạn còn lại

m=1. Nhiệt độü cao nhất trong xưởng vào mùa hè là +250c. Từ A tới B dùng cáp đồng đặt

trong rãnh nổi. Nhiệt độ trong rãnh vào mùa hè là +300c. Từ B đến C cũng dùng cáp đồng

nhưng đặt dọc theo tường của phân xưởng. Đường dây cung cấp cho phụ tải thắp sáng và

các động cơ đều dùng loại dây đồng bọc cách điện .Dây cung cấp điện cho thắp sáng , cho

động cơ Đ1,và Đ2 đều đặt nổi trên tường, còn dây cung cấp cho động cơ Đ3 và Đ4 đặt

trong ống. Tất cả đường dây đều đặt cầu chì bảo vệ loại dây có dung lượng nhiệt bé.

Xác định dòng điện định mức của cầu chì và tiết diện dây dẫn dây cáp.

Đặc tính

của

động cơ

Động cơ

Đ1 Đ2 Đ3 Đ4

Công suất 12,5 12 20,5 20,5

Kiểu động cơ Dây quấn Lồng sóc Dây quấn Lồng sóc

Tỷ số Imm

Iâm

1,6 7,0 2,5 2,5

108

Cos φ đm 0,86 0,87 0,88 0,88

Hiệu suất ŋ 0,88 0,88 0,85 0,85

Hãû säú phuû taíi 0,8 1 1 1

Baìi giaíi:

Træåïc hãút xaïc âënh vë trê âàût cáöu chç nhæ hçnh veî (1-3)

A C CC4 l4

CC6 l6 l5

B CC5 CC3 l3 Â

CC1 CC0 CC2

Thàõp saïng

Hçnh 1-3 Så âäö maûng âiãûn aïp tháúp coï cáöu chç baío vãû

1. Choün cáöu chç vaì dáy cho nhaïnh I1

Doìng âiãûn laìm viãûc cuía âäüng cå Â1 laì:

Ilvl = b.Pâm.103

3.U.cosφ

= 0.8.12.5.103

0.88 3 .380.0.86 = 20A

Dòng điện mở máy của động cơ Đ1:

Imm1 = Iđm1 .1,6 = Ilvl..1.6

b

= 20.1.6

0.8 = 40A

Chọn cầu chì cc1 theo 2 điều kiện :

Icc Ilv và Icc Imm

2.5

Vậy : Icc 20 và Iccl 40

2.5

Lấy trị số Icc =20 A để chọn cầu chì tiêu chuẩn.

109

Vậy để bảo vệ cho đoạn dây l1, chọnü cầu chì tiêu chuẩn CC1 - 20

Theo bảng 1 phụ lục 2, với dòng điện làm việc là 20 A có thể chọn dây M-

1,5 có dòng điện cho phép là Icp = 23 A. Ở dây không phải hiệu chỉnh vì dây làm

việc theo điều kiện nhiệt độ giống tiêu chuẩn.

Kiểm tra theo điều kiện : Icp Icc

3

Thay trị số vào có: 23 > 20

3

Kết luận : Nhánh I1 chọn cầu chì CC1 -20 Và chọn dây dẫn M-1,5.

2. Chọn cầu chì và dây cho nhánh l2:

Dòng điện làm việc và mở máy của động cơ Đ2 là :

Ilv2 = 12. 103

0.88. 3. 380. 0.87 = 25 A

Imm2= Iđm2 .7 = 25.7 = 175 A

Chọn cầu chì CC2

Icc2 25

Icc2 175

2.5 = 70 A

Vậy chọn tiêu chuẩn 80 A

Theo bảng 2 phụ lục 2 với dòng điện làm việc là 25A chọn dây đồng M-2,5

có Icp= 30 A

Kiểm tra điều kiện: Icp Icc

3

30 80

3

Vậy nhánh l2 chọn cầu chì CC2 -80

Và chọn dây dẫn M- 2,5

3.Chọn cầu chì và dây dẫn cho nhánh phụ tải thắp sáng:

Ilv = P

3 U =

12.5. 103

3.380 = 19A

Chọn cầu chì cc0 Icc0 Ilv0

19A

Chọn cầu chì tiêu chuẩn 20A : CC0 -20

Chọn dây đồng M-1,5 có Icp = 23 A

4. Chọn cầu chì và dây dẫn cho nhánh đến động cơ Đ3 và Đ4

110

Ilv3 = 20.5 . 103

3.380. 0.85. 0.88 = 40 A

Imm3 = 40. 2,5 = 100A

Chọn cầu chì cc3 theo điều kiện: Icc3 40 A

Icc3 100

2.5

Vậy chọn cầu chì cc3 có dòng điện định mức tiêu chuẩn là 60 A. Với dòng điện

làm việc là 40 A, chọn dây đồng bọc có tiết diện là 6mm2 , với dây này (3 dây đặt

trong 1 ống) có dòng điện cho phép là 42A.

Kiểm tra điều kiện: Icp Icc

3

42 60

3

Vậy với đường dây l3 chọn cầu chì CC3 - 60 và chọn dây dẫn M-6

Đường dây l4 có kết quả cũng giống như đường dây l3

5. Chọn cầu chì và dây cáp cho đường l5:

Dòng điện làm việc của đường dây l5:

Ilv5 = m.1

n Ilv = 1 (40+40) = 80 A

Dòng điện mở máy trên đường dây 5 :

Imm5= m. 1

n-1 Ilv + Imm = 40 +100=140A

Chọn cầu chì cho đường dây 5 là: Icc5 80

Icc5 140

2.5

Vậy chọn cầu chì tiêu chuẩn 80 A

Đoạn này dùng cáp đồìng đặt nổi dọc theo tường nhà.

Theo bảng 3 phụ lục 2, với dòng điện làm việc là 80 A chọn cáp có tiết diện

16 mm2 có dòng điện cho phép là 80 A

Kiểm tra theo điều kiện : Icp Icc

3

80 80

3

Vậy với đường dây l5 chọn cầu chì CC5- 80 và chọn cáp đồng M-16.

111

6. Chọn cầu chì và cáp cho đường dây chính l6:

Dòng điện làm việc trên đường dây chính là:

Ilv6 = m. .1

n Ilv = 0,85(20+25+19+40+40) = 122,5 A

Dòng điện mở máy trên đường dây chính là:

Imm6 = m. . 1

n-1 Ilv + Imm = 0,85.(20+19+40+40) + 175

= 276,2A

Chọn cầu chì đường dây chính: Icc6 122,5A

Icc6 276.2

2.5 = 110A

Vậy chọn cầu chì tiêu chuẩn 125 A

Đường dây chính dùng cáp đồng 4 lõi, với dòng điện làm việc là 122,5A chon

cáp M-50

Cáp M-50 có Icp =145 A (bảng 2phụ lục 3)

Cáp đặt nổi trong rãnh nhiệt độ là 300C, vậy hệ số hiệu chỉnh = 0,95 (bảng3

phụ lục 3)

I’cp = Icp = 0,95.145 = 138A

Kiểm tra theo điều kiện : ICP Icp

3

138125

3

Vậy chọn cầu chì CC6-125

Và chọn dây cáp M-50 cho đường dây chính là bảo đảm.

4-XÁC ĐỊNH TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 3 PHA CÓ DÂY

TRUNG TÍNH

Để cung cấp cho các hộ tiêu thụ thắp sáng và sinh hoạt, người ta dùng mạng điện

3 pha 4 dây điện áp 380/220V và đôi khi là 220/127 V gồm có 3 dây pha và một đây

trung tính.

Các đèn và dụng cụ sinh hoạt sử dụng điện áp pha tức là đấu giữa dây pha và

dây trung tính.. Người ta cố gắng phân bố đều các đèn và dụng cụ sinh hoạt giữa các

pha, nhưng điều đó không phải luôn luôn thực hiện được,

vì vậy phụ tải của các pha không đều nhau. Như vậy khi phụ tải các pha

A

B

C IC

IB

IA

112

Hình 4-1 Mạng 3pha 4 dây có phụ tải các pha không đều nhau

không đối xứng thì dây trung tính sẽ có dòng điện I0 chạy qua ( hình 4-1). Tổn thất điện

áp trong từng pha cũng không giống nhau. Vậy ta cần phải tính được tổn thất điện áp

của pha tải nặng nhất để kiểm tra chất lượng điện, hoặc để lựa chọn tiết diện dây

dẫn.v.v.

Mạng điện 3 pha 4 dây điện áp thấp có cảm kháng tương đối bé và làm việc với

phụ tải có hệ số công suất cao (gần bằng 1), Tất cả điều đó cho phép ta khi tính toán

các mạng điện này không cần xét đến thành phần phản kháng của điện áp rơi, tức là

coi U’’ = U

QX= 3 X.I.Sin ≈ 0

Các pha được chọn cùng một tiết diện F. Vì dòng điện chạy trong dây trung tính

bé hơn dòng điện trong các dây pha, nên tiết diện của dây trung tính được chọn bé hơn

tiết diện của dây pha, nhưng không bé hơn 50% tiết diện dây pha.

113

Hình 4-2 Đồ thị véc tơ của điện áp và dòng điện của mạng 4 dây phụ tải không

đối xứng.

Trên hình (4-2 ) biểíu diễn đồ thị vectơ của dòng điện và điện áp của mạng điện

4 dây khi phụ tải tác dụng không cân bằng giữa các pha (cos =1). Các điện áp pha ở

đầu mạng điện được biểu thị bằng các đoạn OA, OB, OC bằng nhau:

UA =UB =Uc

Giả thiết rằng dòng điện IA trong pha A lớn hơn dòng điện IB và Ic trong các pha

B và C. Trên dây trung tính có dòng điện không đối xứng I0 chạy qua và bằng tổng

hình học dòng điện trong các pha:

I0=IA + IB + IC (5-1)

Dòng điện không đối xứng đó gây nên trên dây trung tính một tổn thất điện áp:

OO’ = U0= I0r0

hay có thể viết:

U0= IAr0 +IBr0 + IC ro

U0= U0A + U0B + U0C

r0 là điện trở dây trung tính

Tổn thất điện áp trong các dây pha là:

UPA = IAr , UPB = IBr , UPC = ICr

114

Tổn thất này trên đồ thị vectơ (hình 4-2) biểu thị bằng đoạn AA’, BB’, CC’. Các

đoạn A’O’, B’O’, C’O’ là các điện áp pha U’A,, U’B, U’C ở đầu cực của các hộ tiêu thụ

điện.

Tổn thất điện áp toàn phần của 1 pha gồm có tổn thất điện áp trong dây pha và

dây trung tính. Trong trường hợp đang xét, tổn thất điện áp toàn phần lớn nhất xảy ra ở

pha A và được xác định bằng hiệu số đại số của điện áp UA và U’A . Theo đồ thị véctơ

(Hình 4-2) hiệu số điện áp có thể xác định một cách gần đúng như sau:

∆UA = UA -U’A ≈ ∆UPA + ∆U’0 (4-2)

Trong đó : ∆UpA Là tổn thất điện áp trên dây pha A có điện trở là r và dòng

điện là IA

∆U’0 là hình chiếu của vectơ ∆U0 lên phương AO

Theo đồ thị đó có thể viết :

∆U’0 = ∆U0 cos =I0r0 cos

= (IA- IB cos 600 - IC cos 600) r0

= (IA - 0,5IB - 0,5Ic) r0

Thay giá trị của ∆U0 vào biểu thức (4-2) có tổn thất điện áp toàn phần trong pha

A là:

∆UA = IA r + ( IA - 0,5 IB - 0,5 Ic ) r0

= IA(r+r0) - 0,5 (IB + Ic)r0 (4-4)

= ∆UPA + ∆U0A - 1

2 ( ∆U0B + ∆U0C)

Khi biểu diễn phụ tải của mỗi pha bằng công suất tác dụng pA, pB, pc thì công

thức (4-4) có thể biểu diễn như sau:

∆UA = pA

Uâm (r+r0) -

0.5

Uâm (pB + pC) r0

Hay biểu diễn r và r0 qua tiết diện và chiều dài ta có:

∆UA = pAL

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

L

2. F0 Uâm (pB + pC)

Tương tự cũng có :

∆UB = pBL

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

L

2. F0 Uâm (pA + pc) (4-5)

∆UC = pCL

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

L

2. F0 Uâm (pA + pB)

Trong đó :Uđm là điện áp pha định mức.

Nếu đường dây có n phụ tải bất kỳ và vị trí mắc bất kỳ ta vẫn có thể dùng công

thức (4-5) để tính, và coi rằng tổn thất điện áp toàn phần của pha A bằng tổng số tổn

115

thất điện áp từng đoạn riêng rẽ của mạng. Giả thiết này cho phép biểu diễn tổn thất điện

áp toàn phần của mỗi pha như sau:

∆UA =pAm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pBm Lm + pcm Lm)

∆UB =pBm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pAm Lm + pCm Lm) (4-6)

∆UC =pCm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pAm Lm + pBm Lm)

Ví dụ 5-1 : Xác định tổn thất điện áp trong tất cả 3 pha của mạng điện thắp sáng (hình

4-3). Các dụng cụ thắp sáng có công suất 240 W được mắc vào cứ 100m một cái. Dây dẫn

bằng đồng, dây pha tiết diện là 10 mm2 và dây trung tính là 6mm2. Điện áp định mức của

mạng là 220/127V

Bài giải :

Tổn thất điện áp toàn phần trong pha A theo biểu thức (4-6) là:

∆UA = pAm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pBm Lm + pcm Lm)

= (240.100 + 240.400)

53.127 (

1

10 +

1

6 ) -

1

2.53.6.127 ( 240 . 200 + +240. 500

+ 240 . 300 + 240 . 600)

= 0,89V

và ∆UA % = 0.89

127 100 = 0,7 %

Hình 4-3Mạng điện có phụ tải các pha không đối xứng

Tổn thất điện áp trong pha B là:

∆UB = pBm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pAM Lm + pcm Lm)

240 240 240 240 240 240

100 100 100 100 100 100

O C B A

116

= (240.200 + 240.500)

53.127 (

1

10 +

1

6 ) -

1

2.53.6.127 ( 240 .100 +

+240 . 400 + 240 . 300 + 240 . 600)

= 2,80V

và ∆UB % = 2,2 %

Tổn thất điện áp trong pha C là:

∆UC = pCm Lm

Uâm (

1

F +

1

F0 ) -

1

2 F0Uâm ( pAM Lm + pBm Lm)

= (240.300 + 240.600)

53.127 (

1

10 +

1

6 ) -

1

2.53.6.127 (240 .100 + +240. 400

+ 240. 200 + 240. 500)

= 5V

va ì ∆UC % = 3,94 %

Đấu phụ tải giữa các pha như hình (4-3) thì tổn thất điện áp của pha C là lớn

nhất.

Công thức (4-6) còn có thể dùng để tính toán các mạng điện mà sơ đồ như

hình (4-4a) và hình (4-4b).

a)

b)

Hình 4-4 Sơ đồ mạng điện cung cấp cho phụ tải sinh hoạt và thắp sáng

đường phố

Trong những thành phố và những thị trấn không lớn, để tiết kiệm vật liệu dây

dẫn, các đèn thắp sáng ở ngoài trời được nối vào một dây trung tính chung. Các dây

Thắp sáng trong nhà

Thắp sáng

ngoài trời

Thắp sáng trong nhà

Thắp sáng

ngoài trời

117

pha thắp sáng đường phố được đăt riêng biệt và qua cầu dao C có thể tùy ý cắt phụ tải

này ra khỏi mạng mà vẫn đảm bảo cung cấp điện cho các pha còn lại.

Sơ đồ hình (4-4b) cho phép cắt một nữa thắp sáng ở ngoài. Vào buổi tối tất cả

các đèn được đóng vào, về đêm nhu cầu ánh sáng ít và có thể cắt bớt đi một nữa.

Khi xác định tổn thất điện áp trong mạng điện (hình 4-5), tính toán mạng điện

thắp sáng ở ngoài đường và ở trong nhà phải được tiến hành riêng rẽ. Khi tính momen

phụ tải của dây trung tính phải xét cả phụ tải thắp sáng ở trong và ở ngoài.

Phân tích biểu thức (4-6) ta thấy rằng để tổn thất điện áp trong từng pha bằng

nhau, thì phải có sự cân bằng các mômen phụ taỉ đối với các pha đó.

Kết luận này rất quan trọng để giải quyết vấn đề trình tự nối phụ tải vào mạng.

Khi trình tự nối phụ tải vào mạng không đúng sẽ làm cho một pha có tổn thất

điện áp lớn, còn các pha kia tương đối bé hơn.

Hình (4-5) Sơ đồ mạng điện thắp sáng đường phố

Trong mạng điện hình (4-5a), hộ dùng điện được mắc trình tự theo hình U, thì

tổn thất điện áp trong cả 3 sẽ gần như nhau. Còn như trong mạng điện hình (4-5b) thì

tổn thất điện áp trong pha C sẽ lớn hơn pha A rất nhiều. Điều kiện làm việc của các hộ

dùng điện trong mạng này xấu hơn trong mạng hình (4-5a)

Ví dụ : Đường dây điện xoay chiều 3 pha 380/220 đi trên đường phố cung cấp

cho thắp sáng ngoài trời và ở trong nhà (hình 4-6). Thắp sáng ở ngoài được mắc giữa

dây trung tính và dây riêng lấy từ pha A của mạng. Thắp sáng ở trong nhà được mắc

vào cả 3 pha tạo thành phụ tải các pha cân bằng. Các dây pha của mạng điện thắp sáng

trong nhà là A-16, còn dây trung tính là A-10. Các dây pha của thắp sáng ngoài đường

là A-10

Trên hình vẽ (4-6) các phụ tải của mạng cho là W và chiều dài các đoạn tính là

mét

Xác định tổn thất điện áp:

a

b

a

118

1. Của toàn bộ đường dây khi chỉ khi thắp sáng ở trong nhà (khi đã cắt hết

thắp sáng ở ngoài đường)

2. Của toàn bộ đường dây của đèn thắp sáng trong nhà khi có thêm cả thắp sáng

ở ngoài đường.

3. Của toàn bộ đường dây của đèn thắp sáng ngoài đường.

Hình 4-6 Mạng điện xoay chiều 3 pha 5 dây

Bài giải:

1) Tổn thất điện áp đến đèn cuối cùng của thắp sáng trong nhà khi không có đèn

thắp sáng ngoài đường đóng vào, được tính toán theo công thức của mạng điện đối

xứng ( Vì phụ tải thắp sáng trong nhà của A,C,B đều bằng nhau.) như sau:

∆U= pmLm

UdmF

Vậy :

∆U = 380.16.7,31

1(2400.40+1200.80+1800.120+1200.150

+2400.200+1800.250+1200.280)

= 9,62V

∆U% = 2,53%

2) Khi đóng phụ tải thắp sáng ở ngoài vào, trên dây trung tính sẽ có dòng điện

của đèn thắp sáng ở ngoài chạy qua.

2400 1200 1800 1200 2400 1800 1200

40 40 40 30 50 50 30

200 ABCN 200 200 200

119

Phân tích công thức (4-6) và đồ thị vec tơ (4-2) ta thấy rằng tổn thất điện áp

trong pha A của dây đèn thắp sáng ở trong nhà lúc này sẽ bị tăng lên. Trị số tăng lên

đó là do tổn thất điện áp trên dây trung tính gây ra:

∆U0 = 380.10.7,31

1 (200.40+200.120+200.200+200.280)

= 1,86 V

Vậy tổn thất điện áp toàn phần trong pha A của dây đèn thắp sáng ở trong nhà

là:

∆UA = ∆U

3 +∆U0 =

9.62

3 +1,86 =7,4V

∆UA% = 3,36%

Trong biểu thức trên ∆UA= 9,62% phải chia cho 3 để tính tổn thất điện áp pha.

Và cũng phân tích công thức (4-6) và đồ thị vectơ (4-2) cho ta thấy rằng lúc này,

trong pha B và C tổn thất điện áp sẽ bị giảm đi một trị số bằng một nữa tổn thất điện

áp trên dây trung tính.

Do đó tổn thất điện áp toàn phần trên pha B và C là:

∆UB = ∆Uc = 9.62

3 - 0,5.1,86 = 4,6V

∆UB % = ∆UC%= 2,1%

3.Tổn thất điện áp đến đèn cuối cùng của thắp sáng đường phố được xác định bằìng

tổn thất điện áp trên dây pha và dây trung tính. Vì rằng các tổn thất điện áp đó gây nên

bởi cùng một dòng điện nên chúng có thể cộng đại số.

Tiết diện của dây pha của thắp sáng đường phố cũng bằng tiết diện dây trung tính,

vì vậy tổn thất điện áp trong dây pha của thắp sáng đường phố cũng bằng 1,86V

Vậy tổn thất điện áp toàn phần của dây điện thắp sáng đường phố là:

∆UA1 = ∆UPA1 +∆U0

= 1,86 + 1,86 = 3,72 V

∆UA1 % = 1,7%

Từ kết quả tính toán ta thấy rằng khi đóng phụ tải thắp sáng ở ngoài, tổn thất

điện áp trong pha mà có thắp sáng ngoài đóng vào, sẽ tăng lên. Điều kiện làm việc của

đèn thắp sáng ở trong nhà nối vào pha đó bị xấu đi.

Đối với đèn thắp sáng ở trong nhà mà nối vào 2 pha kia thì điều kiện làm việc lại

tốt lên.

5. TÁC HẠI VẬN HÀNH MẠNG 3 PHA 4 DÂY KHÔNG ĐỐI XỨNG- CÂN

PHA ĐO DÒNG ĐIỆN.

120

Như trên ta đã biết nguyên nhân của mạng ba pha 4 dây điện áp thấp vận hành

mất đối xứng là do phụ tải 3 pha không cân bằng, pha có phụ tải nhiều, pha có phụ tải

ít.

Tác hại của vận hành mạng 3 pha 4 dây không đối xứng là:

Tổng véc tơ của dòng điện 3 pha khác không, nên trên dây trung tính xuất hiện

dòng điện I0 :

CBA IIII

0

Dòng điện I0 đi trong dây trung tính gây tổn thất điện áp trên dây trung tính:

U0 = I0 r0

r0 là điện trở của dây trung tính và gây tổn thất công suất và tổn thất điện năng

trên dây trung tính

P0 = I02. R0

A0 = P0. T

Pha nào có nhiều phụ tải nhất thì pha đó có dòng làm việc lớn hơn định mức và

điện áp thấp hơn định mức nên phụ tải một pha của pha đó như bóng đèn giảm độ

sáng, động cơ quay chậm hơn định mức nên dòng lớn gây nóng động cơ, cách điện già

cỗi, tuổi thọ động cơ giảm.

Phụ tải 3 pha như động cơ 3 pha đấu vào mạng 3 pha không đối xứng sẽ gây từ

trường bậc cao, nên động cơ nóng quá mức làm già cỗi cách điện, tuổi thọ giảm.

Cách khắc phục:

Phân bố phụ tải ở 3 pha cho cân bằng, thường gọi là cân pha. Khi thiết kế và lắp đặt

phụ tải cho một mạng điện 3 pha 4 dây phải chú ý đến việc phân bố phụ tải cho cân

bằng giữa các pha. Sau đó trong quá trình vận hành, quản lý mạng điện ngày, người

quản lý phải thường xuyên theo dõi tính đối xứng của phụ tải các pha.Tiện lợi nhất

là dùng Ampe kìm đo dòng điện cả 3 pha để biết trị số các pha .Nếu có hiện tượng

mất đối xứng nhiều, phải phân bố lại phụ tải cho hợp lý.

6. TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

5.4.1. Đặt vấn đề

Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp. Các xí nghiệp

này tiêu thụ khoảng trên 70 00 tổng số điện năng được sản xuất ra, vì thế vấn đề sử dụng

hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn. Về

mặt sản xuất điện năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của nhà máy phát

điện để sản xuất ra được nhiều điện nhất; đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiết

kiệm, giảm tổn thất điện năng đến mức nhỏ nhất, phấn đấu để 1 kWh điện ngày càng

121

làm ra nhiều sản phẩm hoặc chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm ngày càng

giảm.

Tính chung trong toàn hệ thống điện thường có 10 - 15 00 năng lượng được phát

ra bị mất mát trong quá trình chuyển tải và phân phối. Bảng 12 - 1 phân tích tổn thất

điện năng trong hệ thống điện (chỉ xét đến đường dây và máy biến áp). Từ bảng phân

tích chúng ta thấy rằng tổn thất điện năng trong mạng có U= 0,1-10KV (tức mạng trong

các xí nghiệp) chiếm tới 64,4 00 tổng số điện năng bị tổn thất. Sở dĩ như vậy, bởi vì

mạng xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp, đường dây lại dài phân tán đến

từng phụ tải nên gây ra tổn thất điện năng lớn. Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiết

kiệm điện trong xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, không những có lợi

cho bản thân các xí nghiệp, mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân.

Bảng 12-1

Phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện

Mạng có điện áp Tổn thất điện năng ( 00 ) của

Đường

dây

Máy biến

áp

Tổng

U110KV 13,3 12,4 25,7

U=35KV 6,9 3,0 9,9

U=0,110KV 47,8 16,6 64,4

Tổng cộng 68,0 32,0 100

Hệ số công suất cos là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý

và tiết kiệm hay không. Do đó nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích

các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cos. Hệ số công suất cos của các xí

nghiệp nước ta hiện nay nói chung còn thấp (khoảng 0,6-0,7), chúng ta cần phấn đấu để

nâng cao dần lên (đến trên 0,9).

Cần thấy rằng việc thực hiện tiết kiệm và nâng cao hệ số công suất cos không

phải là biện pháp tạm thời, mà phải coi đó là một chủ trương lâu dài gắn với mục đích

phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng. Mặt

khác cũng không vì thấy chi phí về điện năng chỉ chiếm phần rất nhỏ trong giá thành

sản phẩm (khoảng 2 00 trừ các sản phẩm được sản suất bằng phương pháp điện phân)

mà coi thường vấn đề tiết kiệm điện. Ý nghĩa của việc tiết kiệm điện không những

giảm giá thành sản phẩm, có lợi cho bản thân xí nghiệp, mà còn ở chỗ có thêm điện để

sản suất ngày càng nhiều, có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân. Tất nhiên trong lúc

thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cos chúng ta cần

122

chú ý không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng và số lượng sản phẩm hoặc làm xấu

điều kiện làm việc bình thường của công nhân.

5.4.2 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos

Nâng cao hệ số công suất cos là một trong những biện pháp quan trọng để tiết

kiệm điện năng. Sau đây chúng ta sẽ phân tích hiệu quả do việc nâng cao hệ số công

suất đem lại.

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất

phản kháng Q. Những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là:

- Động cơ không đồng hồ, chúng tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản

kháng của mạng.

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%.

- Đường dây trên không, điện kháng và thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%.

Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ

nhiều công suất phản kháng nhất. Công suất tác dụng P là công suất được biến thành cơ

năng trong các máy dùng điện; còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong

các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi công suất giữa máy

phát điện và hộ dùng điện là quá trình dao động. Mỗi chu kỳ của dòng điện, Q đổi

chiều bốn lần, giá trị trung bình của Q trong 1/2 chu kỳ của dòng điện bằng không. Cho

nên việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ

cấp quay máy phát điện. Mặc khác, công suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện

không nhất thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một

lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q

(tụ điện, máy bù đồng hồ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là

bù công suất phản kháng. Khi có bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng

điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cos của mạng được nâng

cao, giữa P, Q và góc có quan hệ sau:

P

Qarctg

Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trên

đường dây giảm xuống, do đó góc giảm, kết quả là cos tăng lên.

Hệ số công suất cos được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau đây:

1. Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện. Chúng ta đã biết tổn thất công

suất trên đường dây được tính như sau:

QP PPRU

QR

U

PR

U

QPP

2

2

2

2

2

22

123

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất công

suất QP do Q gây ra.

2. Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện. Tổn thất điện áp được tính như

sau :

QP UUU

QX

U

PR

U

QXPRU

giảm lượng Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần QU do Q gây ra.

3. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải

của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức phụ thuộc vào

dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp được tính

như sau:

U

QPI

3

22

Biểu thức này chứng tỏ rằng với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của

đường dây và máy biến áp (tức I=const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công

suất tác dụng P của chúng bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng phải tải

đi. Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu cos của mạng được

nâng cao (Tức giảm lượng Q phải truyền tải) thì khả năng truyền tải của chúng sẽ được

nâng lên.

Ngoài ra việc nâng cao hệ số công suất cos còn đưa đến hiệu quả là giảm được

chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy

phát điện v.v...

Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số công suất cos, bù công suất phản

kháng đã trở thành vấn đề quan trọng, cần phải được quan tâm đúng mức trong khi

thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện.

5.4.3 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos

5.4.3.1 Các định nghĩa về hệ số công suất cos

1. Hệ số công suất tức thời là hệ số công suất tại một điểm nào đó, đo được nhờ

dụng cụ đo cos hoặc nhờ các dụng cụ đo công suất điện áp và dòng điện.

UI

P

S

P

3cos (12.1)

Do phụ tải luôn biến động nên cos tức thời cũng luôn luôn biến đổi theo. Vì thế

cos tức thời không có giá trị trong tính toán.

124

2. Hệ số công suất trung bình là cos trung bình trong một khoảng thời gian nào

đó (1ca, 1ngày đêm, 1 tháng v.v...),

)cos(costb

tbtb

P

Qarctg hoặc

22cos

qp

p

tb

AA

A

(12.2)

3.Hệ số công suất tự nhiên là hệ số cos trung bình tính cho cả năm khi không

có thiết bị bù. Hệ số cos tự nhiên được dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số

công suất và bù công suất phản kháng.

5.4.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos được chia ra làm hai nhóm chính:

nhóm các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và

nhóm các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos bằng cách bù công suát phản kháng.

1.Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên .Nâng cao hệ số công suất cos tự

nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt được lượng công suất phản

kháng Q tiêu thụ như: áp dụng các quá trình công nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các

thiết bị điện v.v...

Như vậy nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên rất có lợi vì đưa lại hiệu quả

kinh tế mà không phải đặt thêm thiết bị bù. Vì thế khi xét đến vấn đề nâng cao hệ số

công suất cos bao giờ cũng phải xét tới các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos

tự nhiên trước tiên, sau đó mới xét tới biện pháp bù công suất phản kháng .

2.Nâng cao hệ số công suất cos bằng phương pháp bù. Bằng cách đặt các thiết

bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, ta giảm

được lượng công suất phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số cos

của mạng. Biện pháp bù không giảm được lượng công suất phản kháng tiêu thụ của các

hộ dùng điện mà chỉ giảm được công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây

mà thôi. Vì thế chỉ sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao cos tự nhiên mà vẫn

không đạt yêu cầu thì chúng ta mới xét đến phương pháp bù . Nói chung hệ số cos tự

nhiên của các xí nghiệp cao nhất cũng không đạt tới 0,9 (thường vào khoảng 0,7-0,8),

vì thế ở các xí nghiệp hiện đại bao giờ cũng đặt thêm thiết bị bù.

Cần chú ý rằng bù công suất phản kháng Q ngoài mục đích chính là nâng cao hệ

số công suất cos để tiết kiệm điện còn có tác dụng không kém phần quan trọng là điều

chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.

Bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả kinh tế như trên đã phân tích nhưng

phải tốn kém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành chúng. Vì vậy quyết

định phương án bù phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế - kỹ thuật.

5.4.4 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

125

1.Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ

hợp lý nhất.

Căn cứ vào điều kiện cụ thể cần sắp xếp quy trình công nghệ một cách hợp lý

nhất. Việc giảm bớt các động tác, những nguyên công thừa và áp dụng các phương

pháp gia công tiên tiến v.v...đều đưa tới hiệu quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng

tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm.

Ví dụ, phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư của phôi do đó giảm bơtï

được các nguyên công cắt gọn. Phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao hoặc phương

pháp gia công nhiều dao có thể rút gắn thời gian gia công và giảm được điện năng tiêu

hao.

Trong xí nghiệp, các thiết bị có công suất lớn thường là nơi tiêu thụ nhiều điện

năng nhất, vì thế cần nghiên cứu để các thiết bị đó vận hành ở chế độ kinh tế và tiết

kiệm điện nhất.

Ở các nhà máy cơ khí lớn , máy nén khí thường tiêu thụ 30-40 00 điện năng cung

cấp cho toàn nhà máy. Vì vậy định chế độ vận hành hợp lý cho máy nén khí có ảnh

hưởng lớn đến vấn đề tiết kiệm điện. Theo kinh nghiệm vận hành khi hệ số phụ tải của

máy nén khí gần bằng 1 thì điện năng tiêu hao cho một đơn vị sản phẩm sẽ giảm tới

mức tối thiểu. Vì vậy cần bố trí sao cho máy nén khí luôn luôn làm việc đầy tải; lúc phụ

tải của xí nghiệp nhỏ (ca 3) thì nên cắt bớt máy nén khí.

Máy bơm và máy quạt cũng là những hộ tiêu thụ nhiều điện. Khi có nhiều máy

bơm hay máy quạt làm việc song song thì phải điều chỉnh tốc độ, lưu lượng của chúng

để đạt được phương thức vận hành kinh tế và tiết kiệm điện nhất. Các loại lò điện (điện

trở, điện cảm, hồ quang) thường có công suất lớn và vận hành liên tục trong thời gian

dài. Vì thế cần sắp xếp để chúng làm việc phân bố đều trong ba ca, tránh tình trạng làm

việc cùng một lúc gây tình trạng căng thẳng về phương diện cung cấp điện.

2.Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất

nhỏ hơn.

Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ lượng công suất phản kháng bằng:

Q = Q0+ (Qdm-Q0)k2

pt (12-3)

trong đó: Q0 - Công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải.

Qdm - Công suất phản kháng lúc động cơ làm việc định mức.

kpt - hệ số phụ tải.

Công suất phản kháng không tải Q0 thường chiếm khoảng 60-70 00 công suất

phản kháng định mức Qdm.

Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau:

126

ptdm

ptdm

kP

kQQQS

P

.1

1cos

2

00

(12.4)

Từ các công thức trên chúng ta dễ thấy rằng nếu động cơ làm việc non tải ( ptk

bé) thì cos sẽ thấp.

Ví dụ, nếu một động cơ có cos =0,8 thì ptk =1 khi ptk =0,5 thì cos =0,65 và khi

ptk = 0,3, thì cos =0,51.

Rõ ràng rằng thay thế bằng động động cơ làm việc non tải băng động cơ có công

suất nhỏ hơn ta sẽ tăng được hệ số phụ tải ptk ,do đó nâng cao được cos của động cơ.

3.Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải.

Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc non

tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.

Công suất phản kháng mà động cơ không đồng bộ tiêu thụ được tính như sau:

fVU

kQ

2

(12.5)

trong đó : k - hằng số;

U - điện áp trên cực động cơ;

- hệ số dẫn từ;

f - tần số của dòng điện;

V - thể tích mạch từ.

Từ biểu thức (12.5) chúng ta thấy rằng công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình

phương điện áp U thì Q giảm đi rõ rệt và do đó cos của động cơ được nâng lên.

Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau đây để giảm điện áp đặt

lên các động cơ không làm việc non tải:

- Đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao;

- Thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stato;

- Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng phân

xưởng.

127

Khi đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao (Y) thì điện áp đặt lên một

pha của động cơ sẽ giảm đi 3 lần, do đó cos và hiệu suất của động cơ đều được

nâng lên. Đồng thời mômen cực đại của động cơ sẽ giảm đi ba lần so với trước, vì vậy

chúng ta phải kiểm tra lại khả năng mở máy và làm việc ổn định của động cơ. Biện

pháp này thường được dùng cho động cư có U<400V và hệ số phụ tải nằm trong

khoảng 0,35 - 0,4.

Biện pháp thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stato thường được dùng đối

với động cơ công suất lớn có nhiều mạch nhánh song song trong một pha. Biện pháp

này khó thực hiện vì phải tháo động cơ ra mới thay đổi được cách đấu dây của stato.

Biện pháp thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để giảm điện áp của mạng phân

xưởng chỉ được phép thực hiện khi tất cả các động cơ trong phân xưởng đều được làm

non tải và phân xưởng không có các thiết bị yêu cầu cao về mức điện áp. Trong thực tế

biện pháp này ít khi được dùng.

4. Hạn chế động cơ chạy không tải.

Các máy công cụ, trong quá trình gia công thường nhiều lúc phải chạy không tải,

chẳng hạn như khi di chuyển từ động tác gia công này sang động tác gia công khác, khi

chạy lùi dao hoặc rà máy v.v...Cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lý mà

nhiều lúc máy phải chạy không tải. Nhiều thống kê cho thấy rằng đối với máy công cụ,

thời gian chạy không tải chiếm khoảng 35-65 00 toàn bộ thời gian làm việc. Chúng ta đã

biết khi động cơ chạy non tải thì cos của nó rất thấp. Vì thế hạn chế động cơ chạy

không tải là một trong những biện pháp tốt để nâng cao cos của động cơ.

Biện pháp hạn chế động cơ chạy không tải được thực hiện theo hai hướng:

- Hướng thứ nhất là vận động công nhân hợp lý hoá các thao tác, hạn chế đến

mức thấp nhất thời gian máy chạy không tải.

-Hướng thứ hai là đặt bộ hạn chế chạy không tải trong sơ đồ khống chế động cơ.

Thông thường nếu động cơ chạy không tải quả thời gian chỉnh định t0 nào đó thì bị cắt

ra khỏi mạng.

5. Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.

Ở những máy sản xuất có công suất tương đối lớn và không yêu cầu điều chỉnh

tốc độ như máy bơm, máy quạt, máy nén khí vv... ta nên dùng động cơ đồng bộ - Vì

động cơ đồng bộ có những ưu điểm rõ rệt sau đây so với động cơ không đồng bộ:

- Hệ số công suất cao, khi cần có thể cho làm việc ở chế độ quá khích từ để trở

thành một máy bù cung cấp thêm công suất phản kháng cho mạng.

-Mômen quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp của mạng, vì vậy ít phụ thuộc vào sự

dao động của điện áp. Khi tần số của nguồn không đổi, tốc độ quay của động cơ không

phụ thuộc vào phụ tải, do đó năng suất làm việc của máy cao.

128

Khuyết điểm của động cơ không đồng bộ là cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.

Chính vì vậy động cơ đồng bộ mới chỉ chiếm khoảng 20 00 tổng số động cơ dùng trong

công nghiệp. Ngày nay nhờ chế tạo những động cơ tự kích từ giá thành hạ và giải công

suất tương đối rộng nên người ta có xu hướng sử dụng ngày càng nhiều động cơ đồng

bộ.

6. Năng cao chất lượng sưả chửa động cơ.

Do chất lượng sửa chữa động cơ không tốt nên sau khi sửa chữa các tính năng

của động cơ thường kém trước:tổn thất trong động cơ tăng lên, cos giảm v.v. Vì thế

cần chú trọng đến khâu nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ góp phần giải quyết vấn

đề cải thiện hệ số cos của xí nghiệp.

7. Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có

dung lượng nhỏ hơn.

Máy biến áp là một trong những máy điện tiêu thụ nhiều công suất phản kháng

(sau động cơ không đồng bộ), Vì vậy, nếu trong tương lai tương đối dài mà hệ số phụ

tải của máy biến áp không có khả năng vượt quá 0,3 thì nên thay nó bằng máy có dung

lượng nhỏ hơn. Đứng về mặt vận hành mà xét thì trong thời gian phụ tải nhỏ (ca ba)

nên cắt bớt các máy biến áp non tải, biện pháp này cũng có tác dụng lớn để nâng cao hệ

số cos tự nhiên của xí nghiệp.

5.4.5 Dùng phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất

cos

1. Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng sẽ đưa lại hiệu quả là nâng cao hệ số cos và

giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng. Để đánh giá hiệu quả của việc giảm

tổn thất công suất tác dụng chúng đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh tế của

công suất phản kháng kkt.

Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kkt là lượng công suất tác dụng

(KW) tiết kiệm được khi bù KVAR công suất phản kháng.

Như vậy nếu biết được kkt và lượng công suất bù Qbù thì chúng ta tính được

công suất tác dụng tiết kiệm được do bù là:

P tiết kiệm = kkt . Qbù (12.6)

Sau đây chúng ta sẽ phân tích thêm đương lượng kinh tế của công suất phản

kháng phụ thuộc vào những yếu tố nào.

Chúng ta biết rằng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được tính theo

công thức sau:

RU

QR

U

PR

U

QPP

2

2

2

2

2

22

129

Sau khi bù do lượng tổn thất P giảm nên công suất tác dụng truyền tải trên

đường dây cũng giảm, do đó lượng tổn thất RU

P2

2

giảm. Song lượng thay đổi này không

đáng kể nên ta có thể bỏ qua, mà chỉ quan tâm đến thành phần tổn thất công suất tác

dụng do công suất phản kháng gây ra: RU

Q2

2

mà thôi.

Trước khi bù, thành phần tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng

gây ra là:

RU

QP

2

2

1

Sau khi bù một lượng Qbù, thành phần tổn thất công suất tác dụng do công suất

phản kháng gây ra là:

RU

QQP bu

2

2

2

Vậy lượng công suất tiết kiệm được là:

RU

QQR

U

QPPP bu

2

2

2

2

21

Theo định nghĩa:

KVARKWQ

Q

U

QR

Q

PK bu

bu

kt /22

(12.7)

từ công thức trên chúng ta nhận xét rằng:

- Nếu dung lượng Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền tải trên

đường dây Q (điều này thường xảy ra trong thực tế), tức là có thể coi 0Q

Qbu , lúc này

đương lượng kinh tế của công suất phản kháng được tính theo công suất đơn giản sau

2

2U

QRkkt (12.8)

- Nếu Q và R càng lớn thì kkt càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng lớn

và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế.

Giá trị của kkt thường nằm trong khoản 0,02-0,12 KW/KVAR. Trong tính toán

có thể lấy các giá trị như sau đối với các loại hộ dùng điện.

- Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp

kkt = 0,02 - 0,04

- Hộ dùng điện qua một lần biến áp

kkt = 0,04 - 0,06

- Hộ dùng điện qua hai lần biến áp

kkt = 0,05 - 0,07

- Hộ dùng điện qua ba lần biến áp

kkt = 0,08 - 0,12

2. Xác định dung lượng bù.

Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

KVARtgtgPQbu ,21 (12.9)

Trong đó: P - phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện KW;

1 - góc ứng với hệ số công suất trung bình (cos1) trước khi bù;

130

2 - góc ứng với hệ số công suất (cos2) muốn đạt được sau khi bù;

= 0,9 -1 - hệ số xét tới khả năng nâng cao cos bằng những phương pháp

không đòi hỏi đặt thiết bị bù.

Hệ số công suất cos2 nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan

quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong

khoảng cos = 0,8 -0.95.

Cần chú ý rằng đứng về mặt tổn thất công suất tác dụng của hộ dùng điện, thì

dung lượng bù có thể xác định theo quan điểm tối ưu sau đây:

Do bù có thể tiết kiệm được một lượng công suất tác dụng là:

Ptk = kktQbù - kbùQbù = Qbù( kkt - kbù),

trong đó: kkt _ đương lượng kinh tế của công suất phản kháng, KW/KVAR

kbù _ suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù, KW/KVAR.

Như vậy Ptk = f(Qbù), từ đó chúng ta có thể tìm được dung lượng bù tối ưu ứng

với Ptk đạt cực đại là:

Q bù . t ưu = Q - bukR

U

2

2

Từ công thức (12-8) rút ra thành phần R

U

2

2

và thay vào công thức trên, chúng ta

có:

Q bù . t ưu = Q (1 - kbuì

kkt ) (12-10)

Q bù t.ưu không nhất thiết trùng với Qbù được tính theo công thức (12-9). Đứng về

nội bộ hộ tiêu thụ mà nói thì nên bù 1 lượng bằng Q bù t .ưu là kinh tế hơn cả. Song do lợi

ích chung của toàn hệ thống điện, thường nhà nước qui định hệ số công suất tiêu chuẩn

mà các hộ nhất thiết phải đạt được, mặc dù đối với từng hộ dùng điện cụ thể cos tiêu

chuẩn đó chưa phải là tốt nhất. Vì vậy, trong thực tế thường người ta tính dung lượng

bù theo công thức (12-9)

Bảng 12-2

Suất tổn hao công suất tác dụng của các loại thiết bị bù

Loại thiết bị bù kbù KW/KVAR

Tụ điện

Máy bù đồng bộ S = 500-30.000 KVA

Máy bù đồng bộ S < 5000 KVA

Động cơ dây quấn được đồng bộ hóa

Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù

Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù

không tháo động cơ sơ cấp

0,003 - 0,005

0,002-0,027

0,03-0,05

0,02-0,08

0,1-0,15

0,15-0,3

3. Chọn thiết bị bù:

Thiết bị bù phải được chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kinh tế kỹ thuật. Bảng

12-2 trình bày các loại thiết bị bù và suất tổn hao công suất tác dụng của chúng.

131

1.Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp, do

đó nó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng. Tụ điện có nhiều ưu

điểm như suất tổn hao công suất tác dụng bé, không có phần quay nên lắp ráp bảo quản

dễ dàng. Tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát

triển của phụ tải trong quá trình sản suất mà chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng, khiến

hiệu suất sử dụng cao và không phải bỏ nhiều vốn đầu tư ngay một lúc.

Nhược điểm của tụ điện là nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ

điện ( Q do tụ sinh ra tỷ lệ với bình phương của điện áp). Tụ điện cấu tạo kém chắc

chắn, dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch, khi điện áp tăng đến 110%Uđm thì tụ điện

dễ bị chọc thủng, do đó không được phép vận hành. Khi đóng tụ điện vào mạng trong

mạng sẽ có dòng điện xung, còn khi cắt tụ điện ra khỏi mạng, trên cực của tụ điện vẫn

còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành.

2. Máy bù đồng bộ: là một động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải. Do

không có phụ tải trên trục nên máy bù đồng bộ được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn so với

động cơ đồng bộ cùng công suất. Ở chế độ quá kích thích máy bù sản suất ra công suất

phản kháng cung cấp cho mạng, còn ở chế độ thiếu kích thích máy bù tiêu thụ công

suất phản kháng của mạng. Vì vậy ngoài công dụng bù công suất phản kháng máy bù

còn là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp, nó thường được đặt ở những điểm cần điều

chỉnh điện áp trong hệ thống.

Nhược điểm của máy bù là có phần quay nên lắp ráp, bảo quản và vận hành khó

khăn.Để cho kinh tế máy bù thường được chế tạo với công suất lớn, do đó máy bù đồng

bộ thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn.

3. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa. Khi cho dòng 1

chiều vào rôto của động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ sẽ làm việc như 1 động

cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp. do đó nó có thể sinh ra công suất phản

kháng Q cung cấp cho mạng. Nhược điểm của loại động cơ này là tổn thất công suất

khá lớn, khả năng quá tải lớn, vì vậy thường động cơ chỉ được phép làm việc với 75%

công suất định mức. Với những lý do trên, Động cơ không đồìng bộ rôto dây quấn

được đồng bộ hóa được coi là thiết bị bù kém nhất, nó chỉ được dùng khi không có sẵn

các thiết bị bù khác.

Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ

quá kích từ hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù. Ở các xí

nghiệp có nhiều tổ máy diezen, máy phát làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng đến có

thể lấy làm máy bù đồng bộ. Theo kinh nghệm thực tế, việc chuyển máy phát thành

máy bù đồng bộ không phiền phức lắm, vì vậy biện pháp này cũng được nhiều xí

nghiệp ưa dùng.

132

Phụ lục 1

Dòng điện cho phép của dây không bọc (dây trần) (A)

Dây đồng Dây nhôm Dây nhôm lõi thép

Tiết

diện

mm2

Dòng điện cho

phép (A)

Tiết

diện

mm2

Dòng điện cho

phép (A)

Mã hiệu dây

dẫn

Dòng điện

cho phép

(A) khi đặt

ngoài trời Đặt

trong

nhà

Đặt

ngoài

trời

Đặt

trong

nhà

Đặt

ngoài

trời

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

50

70

95

130

180

220

270

340

415

485

25

35

60

100

140

175

220

280

340

405

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

240

75

105

135

170

215

265

325

375

440

500

610

55

80

110

135

170

215

260

310

370

425

AC-16

AC-25

AC-35

AC-50

AC-70

AC-95

AC-120

AC-150

AC-185

AC-240

AC-300

AC-400

ACY-300

105

135

170

220

275

335

380

445

515

610

700

800

710

133

ACY-400 865

Phụ lục 2

Bảng 1: Dòng điện cho phép của dây dẫn

ruột đồng có cách điện bằng cao su và policlovinin (A)

Tiết diện

lõi mm2

Dây dẫn để

lộ ở ngoài

Dây một lõi đặt trong cùng một ống

Hai dây Ba dây Bốn dây

0,5

0,75

1

1,5

2,5

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

240

11

15

17

23

30

44

50

80

100

140

170

245

270

330

385

440

510

605

-

-

16

19

27

38

46

70

85

115

135

185

225

270

315

360

-

-

-

-

15

17

25

35

42

60

80

100

125

170

210

255

290

330

-

-

-

-

14

16

25

30

40

50

75

90

115

150

185

225

260

-

-

-

134

300

-

695

890

-

-

-

-

-

-

Khi xác định số dây dẫn đặt trong cùng một ống thì không tính đến

dây trung trính của hệ thống xoay chiều ba pha

Bảng 2: Dòng điện cho phép của dây dẫn

ruột nhôm có cách điện bằng cao su và policlovinin (A)

Tiết diện

lõi mm2

Dây dẫn để

lộ ở ngoài

Dây một lõi đặt trong cùng một ống

Hai dây Ba dây Bốn dây

2,5

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

240

300

400

24

32

30

55

80

105

130

165

210

255

295

345

390

465

535

645

20

28

36

50

60

85

100

140

175

215

245

275

-

-

-

-

19

28

32

47

60

80

95

130

165

200

220

255

-

-

-

-

19

23

30

39

55

70

85

120

140

175

200

-

-

-

-

-

Khi xác định số dây dẫn đặt trong cùng một ống thì không tính đến

dây trung trính của hệ thống xoay chiều ba pha bốn dây

135

Phụ lục 3

Bảng 1: Dòng điện cho phép của cáp ruột đồng có cách điện bằng giấy tẩm nhựa

thông và nhựa không chảy có vỏ chì hay nhôm đặt trong đất, (A)

Tiết diện

ruột, mm2 Cáp 3 ruột Cáp 4 ruột

6 kV 10 kV Dưới 1 kV

Nhiệt độ cho phép của ruột cáp 0C

65 60 80

4

6

10

16

25

35

50

70

95

120

150

185

200

-

-

80

105

135

160

200

245

295

340

390

440

510

-

-

-

95

120

150

180

245

265

310

355

400

460

50

60

85

115

150

175

215

265

310

350

395

150

-

Bảng 2: Dòng điện cho phép của cáp ruột đồng có cách điện bằng giấy tẩm nhựa thông

và

nhựa không chảy có vỏ chì hay nhôm đặt trong không khí, (A)

Tiết diện ruột,

mm2 Cáp 3 ruột Cáp 4 ruột

6 kV 10 kV Dưới 1 kV

Nhiệt độ cho phép của ruột cáp 0C

65 60 80

4

6

10

16

25

35

-

-

55

65

90

110

-

-

-

60

85

105

35

45

60

80

100

120

136

50

70

95

120

150

185

240

145

175

215

250

290

325

375

135

165

200

240

270

305

350

145

185

215

260

300

340

-