Bài giảng Giải tích hệ thống điện - Chương 2: Tính toán thông số đường dây - Đặng Tuấn Khanh

SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 1
Company
LOGOGV : ĐẶNG TUẤN KHANH
Đại học quốc gia 
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
1
Chương 2 Tính toán thông số đường dây
2
2.1 Các phần tử chính của đường dây trên không 
2.2 Điện trở
2.3 Điện cảm và cảm kháng
2.4 Điện dung và dung kháng
2.5 Cáp
2.6 Hiện tượng vầng quang
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 2
2.1 Các phần tử chính của đường dây trên không
3

 Một đường dây truyền
tải trên không gồm: dây
dẫn, cách điện, trụ điện

 Dây dẫn điện thường là
dây dây đồng hay
nhôm

 Đường dây được mô
hình bằng mạch tương
đương để giải những
bài toán. R, L C
2.2 Điện trở 
4

 Điện trở một chiều ( ).LR
S
ρ
= Ω
Dây đồng thường
Dây đồng kéo cứng
Dây nhôm
Dây thép
( )81.724 10 / mρ −= × Ω
( )81.78 10 / mρ −= × Ω
( )82.86 10 / mρ −= × Ω
( )812.2 10 / mρ −= × Ω
ở 20 độ C
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 3
2.2 Điện trở 
5

 Ảnh hưởng nhiệt: Độ tăng nhiệt 
Dây đồng thường
Dây đồng kéo cứng
Dây nhôm
Dây thép
( )00 0.00426 1/ Cα =
( )00 0.0041 1/ Cα =
( )00 0.0038 1/ Cα =
( )00 0.00657 1/ Cα =
ở 0 độ C
2.2 Điện trở 
6

 Khi biết Rt1 ở nhiệt độ t1 độ C thì Rt2 ở nhiệt độ t2 độ C 
được xác định như sau:
( )
2
1 0
2
1
0
1
1
t
t
t
R
R t
α
α
+
= Ω
+
( )0 02 220 201 20t C CR R tα = + − 
[ ]2 0 01tR R tα= +
hay
hay
Kim loại Điện trở suất ρ
µΩ.cm
α
1/0C
Đồng 1.724 0.00382
Nhôm 2.86 0.0039
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 4
2.2 Điện trở 
7

 Hiệu ứng mặt ngoài dây dẫn do tần số:
Khi có dòng điện xoay chiều chạy trong dây dẫn thì
cần lưu ý mật độ dòng điện mặt ngoài và mật độ dòng
điện ở trung tâm dây
Tỷ số điện trở hiệu ứng mặt ngoài 1AC
DC
R
R
>
Tỷ số điện trở hiệu ứng mặt ngoài gia tăng theo độ
th
m thu qua dây, tit din dây và tn s
2.3 Tự cảm và điện kháng
8

 Tự cảm L và điện kháng X:
TR NGL
I I
ψ ψψ +
= =
R
x
2. . .X f Lpi=
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 5
2.3 Tự cảm và điện kháng
9

 Từ trường H ở khoảng cách x (x < R) tính từ tâm của dây 
dẫn có dòng điện I

 Và mật độ từ thông dọc trong bề mặt tự do
2
x
x
IH
xpi
=
.x xB Hµ=
R
x
(A.vòng/m)
(Wb/m2)
2.3 Tự cảm và điện kháng
10

 Từ thông móc vòng trong:

 Tự cảm bên trong:
R
x
(Weber.vong/m)
(H/m)
3
4
. .
2. .x
I xd dx
r
µψ
pi
=
3
4
0
. . .
2. . 8.
r
TR
I x Idx
r
µ µψ
pi pi
= =∫
8.TR
L µ
pi
=
74. .10µ pi −=
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 6
2.3 Tự cảm và điện kháng
11

 Từ trường tại vị trí x (x > R) 

 Mật độ từ thông
2. .x
IH
xpi
=
R
x
(A.vòng/m)
(Wb/m2).x xB Hµ=
2.3 Tự cảm và điện kháng
12

 Từ thông móc vòng ngoài:

 Tự cảm bên ngoài:
(Weber.vong/m)
(H/m)
.
2. .
D
NG
r
Id dx
x
µψ
pi
= ∫
. ln( )
2.NG
I D
r
µψ
pi
=
ln( )
2.NG
DL
r
µ
pi
=
74. .10µ pi −=
R
x
D
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 7
2.3 Tự cảm và điện kháng
13

 Từ thông móc vòng giữa hai điểm D1 và D2:

 Tự cảm giữa hai điểm D1 và D2:
(Weber.vong/m)
(H/m)
2
1
.
2. .
D
NG
D
Id dx
x
µψ
pi
= ∫
. 2ln( )
2. 1NG
I D
D
µψ
pi
=
2ln( )
2. 1NG
DL
D
µ
pi
=
74. .10µ pi −=
R 1D
2D
2.3 Tự cảm và điện kháng
14

 Tự cảm L tổng:

 Nếu: 
TR NGL
I I
ψ ψψ +
= = ln( )8. 2.
DL
r
µ µ
pi pi
= +
74. .10µ pi −=
7 12.10 .[ ln( )]
4
DL
r
−
= +
7 1/4 72.10 .[ln ln( )] 2.10 .[ln( )]
'
D DL e
r r
− −
= + = 1/4' .r r e−=Với:
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 8
2.3 Tự cảm và điện kháng
15

 Áp dụng tính điện cảm của hai dây dẫn song song
R
D7
1
1
2.10 . .ln
'
DI
R
ψ −  =  
 
7
2
2
2.10 . .ln
'
DI
R
ψ −  =  
 
1I 2I
74.10 . .ln
'
DI
R
ψ −∑
 
⇒ =  
 
1 2 0I I+ =
74.10 .ln
'
DL
R
−
 
⇒ =  
 
2.3 Tự cảm và điện kháng
16

 Đường dây ba pha bố trí tam giác đều
(H/m)
Điện cảm dây dẫn pha a a
bc
D
72.10 . l
'
naa
a
L
R
D
I
ψ
−
 
= =  
 
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 9
2.3 Tự cảm và điện kháng
17

 Đường dây ba pha bố trí kiểu khác
Điện cảm có hai thành phần: điện 
cảm dây dẫn và điện cảm phân cách
?aψ = a
bc
Nếu bố trí ba pha không đối xứng sẽ gây ra các ảnh hưởng
xấu, cho nên để tránh điều này vị trí dây dẫn phải được
hoán vị đầy đủ
72.10 . ln
'
a
a
m
a
DL
I R
ψ
−
 
= =  
 
?aU∆ =
2.3 Tự cảm và điện kháng
18

 Khi tính được điện cảm thì ta suy ra được cảm kháng
. 2. . .X L f Lω pi= =
L
( )d cm
L
( )mD cmĐường kính dây
(H/m) (H/m)Đường kính dây
thay đổi
Khoảng cách pha
thay đổi
Khoảng cách dây
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 10
2.4 Điện dung của đường dây
19

 Điện trường chỉ có mặt ngoài dây dẫn, không tồn tại bên trong dây dẫn như 
từ trường
2. . .1
Q QD
A Xpi
= =
Nếu dây dẫn mang điện tích Q (C/m) thì mật độ điện thông D ở khoảng cách X 
(trên mỗi mét chiều dài):
(C/m2)
Cường độ điện trường:
2. . .
D QE
Xε pi ε
= = (V/m)
Thế giữa a và b: ln( )2. .
b
a
r
b
ab
ar
rQU Edx
rpi ε
= =∫ (V)
Điện dung: 2. .
ln( )b
a
QC
rU
r
pi ε
= = (F)
a. Điện dung hai dây dẫn song song
20
Điện đường dây một pha:
r
D1
q 2q
1 2 0q q+ =
(F/m)
(F/m)
2. .
.ln( )
.
ab
ab
a b
QC D DU
r r
pi ε
= =
9
. 1
ln( ) 36.10 .ln( )
ab
ab
QC D DU
r r
pi ε
= = =
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 11
a. Điện dung hai dây dẫn song song
21
9
12
18.10 .ln( )
an abC C D
r
= =
Điện dung giữa bất kỳ dây dẫn và trung tính bằng hai lần 
điện tích của dây dẫn chia cho điện áp
(F/m)
6
0
9
2. .
. .10
18.10 .ln( )
an
fy b C D
r
pi
ω −= = = (1/Ω.m)
Dung dẫn:
b. Điện dung của đường dây ba pha
22
Điện dung 3 pha đối bố trí đối xứng
a
bc
D
9
1
18.10 .ln
anC D
R
=
 
 
 
(F/m)
0a b cq q q+ + =
Dung kháng:
1 1
2. . .C aN aN
X
C f Cω pi= =
Dung dẫn:
0 1 2. . .N aNy b C f Cω pi= = =
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 12
b. Điện dung của đường dây ba pha
23
Khi ba pha bố trí không đối xứng
9
1
18.10 .ln
aN
m
C
D
R
=
 
 
 
(F/m)
a
bc
Điện dung được tính bằng mối quan
hệ giữa điện tích và điện áp.
QC
U
=
Nếu có hoán vị đầy đủ:
c. Điện dung của dây đơn khi đường về là đất
24
9
1
2.18.10 .ln
aNC h
R
=
 
 
 
(F/m)
Phương pháp trạng thái ảnh được phát biểu như sau: Nếu hai dây
dẫn song song, giống nhau, cùng điện tích và trái dấu nhau thì một mặt
phẳng điện thế bằng số không sinh ra giữa các dây dẫn. Ngược lại, nếu
một dây dẫn mang điện tích và đặt trên mặt phẳng đẳng thế, nó sẽ sinh ra
trường giống nhau nếu mặt phẳng được thay thế bằng dây dẫn ở vị trí ảo
sẽ có một điện tích tương đương và trái dấu với điện tích của dây dẫn.
2.h
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 13
d. So sánh L và C
25
Được dùng để kiểm tra kết quả
9
1
18.10 .ln m
s
C
D
D
=
 
 
 
710 .2 ln m
S
DL
I D
λ
−
 
= =  
 
( ) ( )2 28
1 1
3.10
LC
c
= =
d. So sánh L và C
26
C
( )d cmĐường kính dây
(µF/km)
Đường kính dây
thay đổiKhoảng cách phathay đổi
C
(µF/km)
( )mD cmKhoảng cách dây
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 14
2.5. Cáp
27
a. Điện dung của cáp 1 lõi
b. Điện dung của cáp 3 lõi
c. Điện cảm của cáp 1 lõi
d. Điện cảm của cáp 3 lõi
a. Cáp 1 lõi
28
Giá trị điện dung cáp 1 lõi:
9 1
2
18.10 .ln
C
R
R
ε
=
 
 
 
9 1
2
18.10 .ln
C
d
d
ε
=
 
 
 
Hay:
(F/m)
(F/m)
ε
Giấy XLPE
3.3 2.3
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 15
b. Cáp 3 lõi
29
Giá trị điện dung cáp 3 lõi:
1C
2C 2C
2C
1C 1C
b. Cáp 3 lõi
30
Giá trị điện dung cáp 3 lõi:
1C
23C
23C
23C1
C 1C
a
b
c
1C
2C 2C
2C
1C 1C
a
b
c
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 16
b. Cáp 3 lõi
31
Giá trị điện dung cáp 3 lõi:
1 23C C+
1 23C C+
1 23C C+
1
9 1
2
'
18.10 .ln
C
R
R
ε
=
 
 
 
(F/m)
2
9
''3
18.10 .ln m
s
C
D
D
ε
=
 
 
 
(F/m)
a
bc
c. Cáp 1 lõi
32
Giá trị điện cảm của cáp 1 lõi:
0 1
2
ln
2.
RL
R
µ
pi
 
=  
 
(H/m)
(H/m)
Giá trị điện cảm của cáp 3 lõi:
.0.05 0.2 ln DL K
R
 
= +  
 
K
Tam giác đều Nằm ngang
3.3 2.3
SINH VIÊN:............................................ 8/22/2013
GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 17
2.6 Hiện tượng vầng quang
33
Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang:
(kV)
0 021,1. . . .2,303log
DU m r
r
δ=
3,92.
273
b
t
δ =
+
Để giới hạn tổn hao vầng quang thì tiết diện dây phải phù 
hợp theo cấp điện áp vận hành.
2 5
0
241
.( 25). .( ) .10rP f U U
Dδ
−∆ = + − (kW/km/pha)
Kết thúc chương 2
34