Hệ thống cung cấp điện

m ®­îc dung l­îng bï tèi ­u cña c¸c nh¸nh:   td 1 b 1b1 .RR QQQQ    td 2 b 2b2 .RR QQQQ  -------------------------------   td n b nbn .RR QQQQ  NÕu nh­ c«ng suÊt tèi ­u ë mét nót i nµo ®ã cã gi¸ trÞ ©m (Qbi < 0), th× ®iÒu ®ã chØ ra r»ng, ®Æt thiÕt bÞ bï ë nót nµy lµ kh«ng hîp lý vÒ kinh tÕ. Khi ®ã cÇn tÝnh l¹i ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng kh«ng cã ®­êng d©y thø i vµ tÝnh l¹i c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï. §Ó thuËn tiÖn trong vËn hµnh vµ gi¶m bít c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t, ®o l­êng cho c¸c nhãm tô, ng­êi ta quy ®Þnh nÕu dung l­îng bï tèi ­u ë mét nh¸nh nµo ®ã nhá h¬n 30 kVAr th× kh«ng nªn ®Æt tô ®iÖn ë nh¸nh ®ã n÷a mµ nªn ph©n phèi dung l­îng bï ®ã sang c¸c nh¸nh l©n cËn. 9.6.2 Ph©n phèi dung l­îng bï trong m¹ng ph©n nh¸nh 1 Q Q b1 R 1 1 b2 Q Q 2 bï Q Q 2 b3 Q Q 3 4 Q Q b4 32 R 3 R R 4 H×nh 9.12 Ph©n phèi dung l­îng bï trong m¹ng ph©n nh¸nh Mét m¹ng ph©n nh¸nh nh­ h×nh trªn cã thÓ coi lµ do nhiÒu m¹ng h×nh tia ghÐp l¹i. VÝ dô t¹i ®iÓm 3 cã thÓ coi nh­ cã 2 nh¸nh h×nh tia r3, r4, t¹i ®iÓm 2 cã thÓ coi nh­ cã 2 nh¸nh h×nh tia, mét nh¸nh r2 vµ mét nh¸nh n÷a cã ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng cña phÇn phÝa sau. 137 §iÖn trë t­¬ng ®­¬ng ®èi víi mçi nót cña m¹ng ®iÖn ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Rtdn = Rn n1)n(n1n1)td(n RR 1 R 1 R 1    1)td(i1)i(iitdi RR 1 R 1 R 1    td2121td1 RR 1 R 1 R 1   Ta cã: (Q1-Qb1 ).R1 = (Q-Qb).Rtd1 §èi víi nót 2: (Q2-Qb2 ).R2 = [(Q-Q1)-(Qb-Qb1)].Rtd2 = (Q’1-Q’b1).Rtd2 §èi víi nót thø i: (Qi-Qbi ).Ri = (Q’i-Q’bi).Rtdi Trong ®ã Qi - phô t¶i nèi vµo cuèi ®­êng d©y cã ®iÖn trë Ri vµ ®­êng d©y ®i ra tõ nót thø i; Q’i-1 - phô t¶i nèi sau nót (i-1) cña m¹ng ®iÖn chÝnh; Q’b(i-1) - c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï ®Ó ph©n phèi sau nót (i-1); Rtdi - ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng ë nót thø i. C«ng suÊt tèi ­u cña c¸c thiÕt bÞ bï ®­îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc   td1 1 b 1b1 .RR QQQQ    td2 2 ' b1 ' 1 2b2 .RR QQQQ    tdi i ' 1)-b(i ' 1)-(i ib2i .RR QQ QQ   9.7. Tèi ­u hãa c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï (bï kinh tÕ) 9.7.1 §Æt vÊn ®Ò Bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng trong hÖ thèng ®iÖn ®­îc sö dông kh«ng nh÷ng chØ ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c©n b»ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, mµ cßn lµ mét trong c¸c ph­¬ng ph¸p quan träng nhÊt ®Ó gi¶m tæn thÊt c«ng suÊt vµ ®iÖn n¨ng, còng nh­ ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p. Tèi ­u hãa c«ng suÊt c¸c thiÕt bÞ bï lµ x¸c ®Þnh c«ng suÊt tèi ­u vµ vÞ trÝ ®Æt c¸c thiÕt bÞ bï. Môc tiªu cña bµi to¸n lµ t×m c«ng suÊt c¸c thiÕt bÞ bï ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ cùc ®¹i khi tháa m·n tÊt c¶ ®iÒu kiÖn kü thuËt trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng cña c¸c m¹ng ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ sö dông ®iÖn. ChØ tiªu hiÖu qu¶ kinh tÕ lµ c¸c chi phÝ quy ®æi. C¸c yªu cÇu kü thuËt lµ c¸c h¹n chÕ vÒ ®é lÖch ®iÖn ¸p, vÒ kh¶ n¨ng t¶i cña c¸c phÇn tö trong m¹ng ®iÖn, vÒ c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï. Trong khi xÐt bµi to¸n tèi ­u hãa c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï chóng ta gi¶ thiÕt r»ng: 1. §iÖn ¸p t¹i c¸c nót trong m¹ng ®iÖn ®­îc lÊy b»ng ®iÖn ¸p danh ®Þnh cña m¹ng. §ång thêi c¸c ph­¬ng tr×nh cña chÕ ®é x¸c lËp lµ tuyÕn tÝnh vµ dßng ®iÖn t¹i c¸c nót cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi, nghÜa lµ kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p nót. 2. Kh«ng xÐt tíi ¶nh h­ëng cña thiÕt bÞ bï ®Õn chÕ ®é ®iÖn ¸p. 3. Kh«ng xÐt sù thay ®æi gi¸ cña tæn thÊt c«ng suÊt C0 khi t¨ng c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï, nghÜa lµ C0 ®­îc lÊy cè ®Þnh. 4. Gi¸ cña c¸c thiÕt bÞ bï ®­îc lÊy tû lÖ thuËn víi c«ng suÊt cña chóng. 9.7.2 Tèi ­u hãa c«ng suÊt c¸c thiÕt bÞ bï Chóng ta xÐt bµi to¸n tèi ­u hãa c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï ®èi víi s¬ ®å ®¬n gi¶n: 1 2 2S = P2 2Q+ j + jQ22P 1 R Qb 2 + j(Q22P -Qb) H×nh 9.13 S¬ ®å tÝnh bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ®­êng d©y 138 §­êng d©y cã ®iÖn ¸p danh ®Þnh lµ Ud® vµ tæng trë j.XRZ .  . C«ng suÊt cña phô t¶i : 22 . 2 j.QPS  T×m c«ng suÊt tèi ­u Qbt cña thiÕt bÞ bï ®Æt t¹i thanh gãp 2 cña s¬ ®å. Chóng ta ký hiÖu c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï ®Æt t¹i thanh gãp 2 lµ Qb (gi¶ thiÕt r»ng c«ng suÊt bï kh«ng ®æi trong suèt n¨m). Gäi Z lµ chi phÝ tÝnh to¸n toµn bé trong mét n¨m khi cã ®Æt thiÕt bÞ bï víi dung l­îng lµ Qb. Nh­ vËy chi phÝ tÝnh to¸n Z gåm cã 3 phÇn: a) Chi phÝ do ®Æt thiÕt bÞ bï: Z1 = (avh + atc). k0.Qb, (1) Trong ®ã k0 - suÊt ®Çu t­ cho thiÕt bÞ bï, ®/MVAr (kÓ c¶ chi phÝ x©y l¾p); Qb - c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï, MVAr. avh - hÖ sè khÊu hao hao mßn, söa ch÷a vµ b¶o qu¶n, ®èi víi tô ®iÖn tÜnh th× th­êng lÊy lµ avh = 0,1. atc - hÖ sè tiªu chuÈn thu håi vèn ®Çu t­ phô, nÕu Ttc = 8 n¨m th× atc = 0,125. b) Chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng do b¶n th©n thiÕt bÞ bï tiªu thô: Z2 = ∆P0.Qb.C0.T, (2) Trong ®ã ∆P0 - suÊt tæn thÊt c«ng suÊt t¸c dông trong thiÕt bÞ bï, kW/kVAr, ®èi víi tô ®iÖn tÜnh cã thÓ lÊy ∆P0 = 0,005. C0 - gi¸ tiÒn 1 kWh tæn thÊt ®iÖn n¨ng, ®/kWh. T - thêi gian thiÕt bÞ bï lµm viÖc. NÕu ta ®Æt bï t¹i tr¹m biÕn ¸p khu vùc th× T = 8760 h/n¨m, nÕu ®Æt bï t¹i c¸c xÝ nghiÖp th×: T = 2500 - 7000 h/n¨m (2500 giê t­¬ng øng víi chÕ ®é lµm viÖc mét ca, 7000 giê t­¬ng øng víi chÕ ®é lµm viÖc ba ca/ngµy). c) Chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong m¹ng ®iÖn (®­êng d©y vµ m¸y biÕn ¸p) sau khi cã ®Æt thiÕt bÞ bï. Tæn thÊt c«ng suÊt t¸c dông trong m¹ng ®iÖn sau khi bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng .R U )Q(QP ΔP 2 dd 2 b2 2 2  (3) Bëi v× thµnh phÇn .R U P 2 dd 2 2 d­êng nh­ kh«ng thay ®æi theo c«ng suÊt Qb cho nªn kh«ng cÇn xÐt ®Õn trong biÓu thøc cña ∆P. V× vËy chi phÝ vÒ tæn thÊt c«ng suÊt t¸c dông trªn ®­êng d©y sau khi bï cã gi¸ trÞ   .τ.R.C U QQZ 02 dd 2 b2 3   (4) Trong ®ã: Q2 - phô t¶i ph¶n kh¸ng, MVA. R - ®iÖn trë cña m¹ch t¶i ®iÖn, Ω. τ - thêi gian tæn thÊt c«ng suÊt lín nhÊt, h Udd - ®iÖn ¸p danh ®Þnh cña m¹ng ®iÖn, kV Hµm môc tiªu gåm cã chi phÝ vÒ thiÕt bÞ bï, chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong thiÕt bÞ bï vµ chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong m¹ng ®iÖn sau khi ®Æt bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, nghÜa lµ b»ng:   .τ.R.C U QQ.T.C.QΔP.Q).ka(aZ 02 dd 2 b2 0b0b0tcvh   (5) Gi¶i bµi to¸n tèi ­u hãa c«ng suÊt cña thiÕt bÞ bï ®èi m¹ng ®iÖn trªn lµ x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c«ng suÊt Qbt cña thiÕt bÞ bï t­¬ng øng víi cùc tiÓu cña hµm môc tiªu (5). Gi¸ trÞ tèi ­u Qbt ®­îc x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn 0 U .τR.C).Q2.(Q.T.CΔP).ka(a Q Z 2 dd 0 bt2000tcvh b    (6) Sau khi gi¶i ph­¬ng tr×nh (6) sÏ nhËn ®­îc 139   .τ2.R.C .UP.T.C).ka(aQQ 0 2 dd000tcvh 2bt   (7) Ph­¬ng tr×nh (7) cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ tèi ­u Qbt cña thiÕt bÞ bï ®Æt ë thanh gãp 2 cña m¹ng ®iÖn ®· cho. Trong c«ng thøc trªn nÕu Q2 lµ MVAr, k0 lµ ®/MVAr, C0 lµ ®/MWh, U lµ kV th× Qbt cã ®¬n vÞ MVAr. NÕu nh­ Qbt cã gi¸ trÞ ©m, trong tr­êng hîp nµy ®Æt thiÕt bÞ bï lµ kh«ng hîp lý vÒ kinh tÕ. Khi Qbt > Q2, chØ nªn bï ®Õn hÖ sè c«ng suÊt cosφ = 0,95 – 0,97. Bëi v× sau ®ã c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ¶nh h­ëng kh«ng ®¸ng kÓ ®Õn tæn thÊt c«ng suÊt t¸c dông trªn ®­êng d©y. Q Q1 2Q Q3 0 t 1t t2 3t H×nh 9.14 §å thÞ phô t¶i ph¶n kh¸ng n¨m. NÕu cho ®å thÞ phô t¶i ph¶n kh¸ng (h×nh 9.33) th× c«ng thøc trªn cã thÓ viÕt nh­ sau:   .τ2.R.C .UP.T.C).ka(aQQ 0 2 dd000tcvh tbbt   (8) Trong ®ã: Qtb = T .tQ.tQ.tQ 332211  Vµ T = t1 + t2 + t3 Bµi to¸n tèi ­u hãa c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï ®èi víi c¸c m¹ng ®iÖn phøc t¹p ®­îc gi¶i quyÕt t­¬ng tù. Víi nh÷ng gi¶ thiÕt ®· nªu ë trªn, tèi ­u hãa c«ng suÊt cña c¸c thiÕt bÞ bï lµ bµi to¸n quy ho¹ch to¸n häc b×nh ph­¬ng - t×m cùc tiÓu cña hµm môc tiªu phô thuéc vµo b×nh ph­¬ng cña c«ng suÊt c¸c thiÕt bÞ bï ë c¸c nót Qbi. §Ó gi¶i bµi to¸n ta lÊy ®¹o hµm bËc nhÊt cña hµm Z theo c¸c biÕn sè Qb1, Qb2,, Qbn vµ cho b»ng kh«ng: 0 Q Z b1    0 Q Z b2    .. 0 Q Z bn    Tõ hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta cã thÓ t×m ®­îc Qb1, Qb2, , Qbn víi ®iÒu kiÖn rµng buéc Qbi≥0. NÕu cã mét nghiÖm nµo ®ã nhËn ®­îc gi¸ trÞ ©m, vÝ dô Qbk < 0, nghÜa lµ t¹i phô t¶i k kh«ng nªn ®Æt thiÕt bÞ bï, ta bá ph­¬ng tr×nh 0 Q Z bk    vµ cho ph­¬ng tr×nh Qbk = 0 vµo (n-1) ph­¬ng tr×nh cßn l¹i vµ tiÕp tôc gi¶i (n-1) ph­¬ng tr×nh. Trong thùc tÕ s¬ ®å m¹ng ®iÖn phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi s¬ ®å xÐt ë trªn, c¸c thiÕt bÞ bï kiÓu kh¸c nhau cã thÓ ®Æt ë hµng lo¹t nót; chóng cã suÊt ®Çu t­ kh¸c nhau. NÕu nh­ kh«ng xÐt ®Õn c¸c gi¶ thiÕt ë trªn bµi to¸n tèi ­u sÏ trë thµnh bµi to¸n kh«ng tuyÕn tÝnh vµ phøc t¹p bëi v× ph¶i tÝnh ®Õn ®iÖn ¸p vµ quan hÖ phi tuyÕn cña gi¸ thµnh c¸c thiÕt bÞ bï. VÝ dô: M¹ng ®iÖn 110 kV cung cÊp ®iÖn cho hai phô t¶i b»ng ®­êng d©y t¶i ®iÖn liªn th«ng qua hai tr¹m biÕn ¸p 110/10 kV. C¸c sè liÖu vÒ phô t¶i vµ m¹ng ®iÖn cho trªn h×nh 9.15s. X¸c ®Þnh dung 140 l­îng bï kinh tÕ t¹i thanh c¸i 10 kV cña tr¹m T1 vµ T2 biÕt thêi gian tæn thÊt c«ng suÊt lín nhÊt τ = 4500 h. A 10 kV T2 15 MVA 10+j.10 MVA 2 AC-120 30 km 110 kV AC-70 40 km B 1T 20+j.20 MVA 2*15 MVA 20 MVAr 10 MVAr A Qb1 B T1R R1 2R RT2 b2Q a) b) H×nh 9.15 S¬ ®å m¹ng ®iÖn 110 kV (a) vµ s¬ ®å thay thÕ (b). Gi¶i: Tõ c¸c sè liÖu vÒ d©y dÉn vµ m¸y biÕn ¸p, ta tÝnh ®­îc tæng trë cña c¸c phÇn tö trong m¹ng ®iÖn, ®ã lµ ®iÖn trë ®­êng d©y vµ m¸y biÕn ¸p: R1 = 4,05 Ω, R2 = 18,4 Ω, RT2 = 7,2 Ω, RT1 = 3,6 Ω, trªn s¬ ®å cã thªm nh÷ng sè liÖu cÇn thiÕt cho viÖc gi¶i bµi to¸n. Cho tô ®iÖn vËn hµnh c¶ n¨m T = 8760 h, víi ∆P0 = 0,005, lÊy avh = 0,1, atc = 0,125, gi¸ tiÒn 1 ®¬n vÞ dung l­îng tô bï lµ k0 = 200.10 3 ®/MVAr. TiÒn 1 kWh ®iÖn lµ C0 = 500 ®/kWh. Chi phÝ do ®Æt tô bï: Z1 = )Q.(Qk).a(a 2b1b0tcvh  = (0,1+0,125).200.10 3.(Qb1+Qb2) = 45.103.(Qb1+Qb2) Chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng do b¶n th©n tô: Z2 = C0.∆P0.T.(Qb1+Qb2) = 500.0,005.8760.(Qb1+Qb2) = 21900.(Qb1+Qb2) Chi phÝ vÒ tæn thÊt ®iÖn n¨ng trong m¹ng ®iÖn: Z3 =   .τ).CR.(R U QQ 0T222 dd 2 b22   +   .τ.C.R U QQ 0T12 dd 2 b11  +   .τ.C.R U QQQ 012 dd 2 b2b1  =  .4,05)QQ(30.10.3,6)Q(20.10.25,6)Q(10.10. .10110 500.4500 2 b2b1 32 b1 32 b2 3 32  Z= Z1 + Z2 + Z3 Ta lÇn l­ît lÊy ®¹o hµm Z theo Qb1 vµ Qb2 vµ cho b»ng kh«ng:   0)QQ8,1.(30.10)Q7,2.(20.100,186.2190045.10 Q Z b2b1 3 b1 33 b1      0)QQ8,1.(30.10)Q,2.(10.10150,186.2190045.10 Q Z b2b1 3 b2 33 b2    Rót gän l¹i ta ®­îc hai ph­¬ng tr×nh sau: 01,51.Q2,85.Q-5,08.10 Q Z b2b1 3 b1    011,03.Q.Q51,1-77,53.10 Q Z b2b1 3 b2    Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta cã: Qb1 = -735 kVAr, Qb2 = 7313 kVAr. 141 V× Qb1 < 0, ta bá ph­¬ng tr×nh 0Q Z b1    vµ cho Qb1 = 0 vµo ph­¬ng tr×nh cßn l¹i lµ ph­¬ng tr×nh 0 Q Z b2    ®Ó gi¶i tiÕp, ta cã kÕt qu¶ lµ: Qb2 = 7030 kVAr. HÖ sè c«ng suÊt trªn ®o¹n ®­êng d©y 2 tr­íc khi bï vµ sau khi bï lµ: 0,71 1010 10cos 222    0,96 97,210 10 cos 22 ' 2    HÖ sè c«ng suÊt trªn ®o¹n ®­êng d©y 1 tr­íc vµ sau khi bï lµ: 0,71 3030 30cos 221    0,8 97,2230 30 cos 22 ' 1    . 9.8 Ph©n phèi dung l­îng bï phÝa cao, h¹ ¸p cña m¹ng ®iÖn VÊn ®Ò ®Æt ra lµ chi phÝ cho thiÕt bÞ bï mµ cô thÓ ë ®©y lµ tô bï lµ kh¸c nhau cho hai phÝa cao vµ h¹ ¸p (chi phÝ cho tô ®iÖn ë h¹ ¸p sÏ cao h¬n ë cao ¸p), nh­ng tô bï ®Æt ë phÝa h¹ ¸p l¹i cã ­u ®iÓm lµ gióp gi¶m tæn hao c«ng suÊt t¸c dông cho c¶ l­íi h¹ ¸p vµ cao ¸p dÉn ®Õn gi¶m chi phÝ vËn hµnh nhiÒu h¬n. VËy nªn, viÖc quyÕt ®Þnh ®Æt bï bao nhiªu ë phÝa h¹ ¸p cña m¹ng lµ kÕt qu¶ cña bµi to¸n kinh tÕ. Gi¶ sö ®Æt Qbh phÝa h¹ ¸p cña m¹ng ®iÖn, vèn ®Çu t­ chªnh lÖch do ®Æt bï cïng dung l­îng phÝa cao ¸p lµ: bhch QkkV ).(  Trong ®ã: kh: suÊt vèn ®Çu tõ cho 1kVAr tô ®iÖn h¹ ¸p, ®/kVAr kc: suÊt vèn ®Çu t­ cho 1 kVAr tô ®iÖn cao ¸p, ®/kVAr Qbh: c«ng suÊt bï phÝa h¹ ¸p, kVAr L­îng chi phÝ vËn hµnh tiÕt kiÖm ®­îc khi bï Qbh kVAr phÝa h¹ ¸p:    ..)..(2 22 kRR U QQQV tdBbh    Trong ®ã: V: l­îng chi phÝ vËn hµnh tiÕt kiÖm ®­îc khi bï Qbh phÝa h¹ ¸p, ®ång Q: c«ng suÊt ph¶n kh¸ng yªu cÇu cña t¶i, kVAr U: ®iÖn ¸p ®Þnh møc h¹ ¸p cña m¸y biÕn ¸p, kV RB: ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ h¹ ¸p, Ω Rtd: ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng cña l­íi h¹ ¸p, Ω k: hÖ sè xÐt ®Õn sè ca lµm viÖc cña nhµ m¸y (1 ca k=0,4; 2 ca k=0,55; 3 ca k=0,75) β: chi phÝ cho 1 kWh tæn thÊt ®iÖn n¨ng, ®/kWh τ: thêi gian hao tæn c«ng suÊt cùc ®¹i, h Gi¶ sö thêi gian thu håi vèn ®Çu t­ lµ n (n¨m) th× sau n (n¨m), kh«ng nh÷ng chi phÝ ®Çu t­ bá ra ®­îc thu håi l¹i hÕt mµ thËm chÝ cßn cã thÓ cã l·i b»ng:   bhchtdB bh QkknkRR U QQQVVnF ).(...)..(. 2 22     Dung l­îng bï tèi ­u x¸c ®Þnh ®­îc khi F cã gi¸ trÞ cùc ®¹i, khi 0   bhQ F )(....2).( ).( 2 tdBtdB ch bh RR MQ nkRR UkkQQ       víi nk UkkM ch ....2 ).( 2    Th«ng th­êng viÖc x¸c ®Þnh ®óng Rtd mÊt nhiÒu thêi gian nªn ®Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n lÊy Rtd=λRB, víi λ x¸c ®Þnh nh­ sau: 142 - Tr¹m ®Æt ngoµi ph©n x­ëng: λ=0,8 - Tr¹m ®Æt trong hoÆc kÒ ph©n x­ëng: M¹ng lµ ®­êng d©y c¸p, hoÆc ®­êng d©y trªn kh«ng: λ=0,4 M¹ng lµ thanh c¸i: λ=0,6 §iÖn trë m¸y biÕn ¸p tÝnh theo c«ng thøc sau: dm dmk B S UPR 2.  ,Ω hoÆc tra trong b¶ng sau §iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy vÒ phÝa ®iÖn ¸p 380 V SB, kVA 100 180 320 560 750 1000 1800 RB, Ω 0,034 0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106 143 Ch­¬ng 10. Nèi ®Êt vµ chèng sÐt 10.1 Nèi ®Êt vµ trang bÞ nèi ®Êt HÖ thèng cung cÊp ®iÖn lµm nhiÖm vô truyÒn t¶i vµ ph©n phèi ®iÖn n¨ng ®Õn c¸c hé dïng ®iÖn. Do vËy nªn ®Æc ®iÓm quan träng cña nã lµ ph©n bè trªn diÖn tÝch réng vµ th­êng xuyªn cã ng­êi lµm viÖc víi c¸c thiÕt bÞ ®iÖn. C¸ch ®iÖn cña c¸c thiÕt bÞ ®iÖn bÞ chäc thñng, ng­êi vËn hµnh kh«ng tu©n theo c¸c quy t¾c an toµn lµ nh÷ng nguyªn nh©n chÝnh dÉn ®Õn tai n¹n ®iÖn giËt. sÐt ®¸nh trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp vµo thiÕt bÞ ®iÖn kh«ng nh÷ng lµm h­ háng c¸c thiÕt bÞ ®iÖn mµ cßn g©y nguy hiÓm cho ng­êi vËn hµnh. Do ®ã nªn trong hÖ thèng cung cÊp ®iÖn nhÊt thiÕt ph¶i cã biÖn ph¸p an toµn chèng ®iÖn giËt vµ chèng sÐt. Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p an toµn cã hiÖu qu¶ t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n lµ thùc hiÖn viÖc nèi ®Êt cho thiÕt bÞ ®iÖn vµ ®Æt c¸c thiÕt bÞ chèng sÐt. Trang bÞ nèi ®Êt bao gåm c¸c ®iÖn cùc vµ c¸c d©y dÉn nèi ®Êt. C¸c ®iÖn cùc nèi ®Êt bao gåm ®iÖn cùc th¼ng ®øng ®­îc ®ãng s©u vµo trong ®Êt vµ ®iÖn cùc ngang ®­îc ch«n ngÇm ë mét ®é s©u nhÊt ®Þnh. C¸c d©y dÉn nèi ®Êt dïng ®Ó nèi liÒn c¸c bé phËn ®­îc nèi ®Êt víi c¸c ®iÖn cùc nèi ®Êt. Khi cã trang bÞ nèi ®Êt, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch xuÊt hiÖn do c¸ch ®iÖn cña thiÕt bÞ ®iÖn víi vá thiÕt bÞ h­ háng sÏ ch¹y qua vá thiÕt bÞ theo d©y dÉn nèi ®Êt xuèng c¸c ®iÖn cùc vµ ch¹y t¶n vµo trong ®Êt. H×nh 10.1 §­êng cong ph©n bè thÕ trªn mÆt ®Êt Trªn h×nh 10.1 cho ®­êng cong ph©n bè thÕ trªn ®Êt. MÆt ®Êt t¹i chç ®Æt ®iÖn cùc (®iÓm O) cã ®iÖn thÕ lín nhÊt, cµng xa ®iÖn cùc, thÕ cµng gi¶m dÇn. T¹i chç a vµ a’ c¸ch O kho¶ng 15-20 m, thÕ nhá ®Õn møc kh«ng ®¸ng kÓ, cã thÓ coi nh­ b»ng kh«ng. NÕu tay ng­êi hoÆc mét bé phËn nµo ®ã cña c¬ thÓ ng­êi ch¹m vµo vá thiÕt bÞ th× ®iÖn ¸p tiÕp xóc Utx lµ ®iÖn ¸p gi÷a chç ch¹m vµo c¬ thÓ ng­êi víi ch©n ng­êi ®­îc x¸c ®Þnh: Utx = φd - φ Trong ®ã φd lµ ®iÖn thÕ lín nhÊt t¹i ®iÓm O. φ lµ thÕ t¹i ®iÓm trªn mÆt ®Êt, chç ch©n ng­êi ®øng. Khi ng­êi ®i ®Õn gÇn thiÕt bÞ bÞ háng c¸ch ®iÖn th× xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p b­íc gi÷a hai ch©n Ub. §iÖn ¸p b­íc x¸c ®Þnh theo: Ub = φ1 – φ2 §Ó t¨ng an toµn, tr¸nh khi Ux vµ Ub­íc cßn kh¸ lín cã thÓ g©y nguy hiÓm ®Õn tÝnh m¹ng, ta dïng h×nh thøc nèi ®Êt phøc t¹p h¬n b»ng c¸ch bè trÝ thÝch hîp c¸c ®iÖn cùc trªn diÖn tÝch ®Æt thiÕt bÞ ®iÖn vµ nèi ®Êt h×nh vßng xung quanh thiÕt bÞ ®iÖn §èi víi thiÕt bÞ ®iÖn cã ®iÖn ¸p d­íi 1000 V, viÖc dïng b¶o vÖ nèi ®Êt ®­îc x¸c ®Þnh bëi chÕ ®é lµm viÖc cña trung tÝnh. §èi víi c¸c thiÕt bÞ ®iÖn cã ®iÖn ¸p d­íi 1000 V, b¶o vÖ nèi ®Êt ph¶i dïng trong mäi tr­êng hîp kh«ng phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc cña trung tÝnh. HÖ thèng nèi ®Êt cho chèng sÐt vµ hÖ thèng nèi ®Êt cho thiÕt bÞ nh»m ®¶m b¶o an toµn cho ng­êi vËn hµnh hoµn toµn riªng rÏ nhau. Hai hÖ thèng nµy cã ®iÓm ngoµi cïng c¸ch nhau Ýt nhÊt tõ 6 m trë lªn. 144 H×nh 10.2 §iÖn ¸p b­íc vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc 10.2 TÝnh to¸n trang bÞ nèi ®Êt Cã hai lo¹i: nèi ®Êt tù nhiªn vµ nèi ®Êt nh©n t¹o Nèi ®Êt tù nhiªn lµ sö dông c¸c èng dÉn n­íc hay c¸c èng b»ng kim lo¹i kh¸c ®Æt trong ®Êt (trõ c¸c èng dÉn nhiªn liÖu láng vµ khÝ dÔ ch¸y), c¸c kÕt cÊu kim lo¹i cña c«ng tr×nh nhµ cöa cã nèi ®Êt, c¸c vá bäc kim lo¹i cña c¸p ®Æt trong ®Êtlµm trang bÞ nèi ®Êt. Khi x©y dùng trang bÞ nèi ®Êt cÇn ph¶i tËn dông c¸c vËt liÖu tù nhiªn cã s½n. §iÖn trë nèi ®Êt nµy ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch ®o thùc tÕ t¹i chç hay dùa theo c¸c tµi liÖu ®Ó tÝnh gÇn ®óng. Nèi ®Êt nh©n t¹o th­êng ®­îc thùc hiÖn b»ng cäc thÐp, thanh thÐp dÑt h×nh ch÷ nhËt hay h×nh thÐp gãc dµi tõ 2-3 m ®ãng s©u xuèng ®Êt sao cho ®Çu trªn cña chóng c¸ch mÆt ®Êt kho¶ng 0,5 – 0,7 m. §Ó chèng ¨n mßn kim lo¹i, c¸c èng thÐp vµ c¸c thanh thÐp dÑt hay thÐp gãc cã chiÒu dµy kh«ng nªn bÐ h¬n 4 mm. D©y nèi ®Êt cÇn cã tiÕt diÖn tháa m·n ®é bÒn c¬ khÝ vµ æn ®Þnh nhiÖt, chÞu ®uîc dßng ®iÖn cho phÐp l©u dµi. D©y nèi ®Êt kh«ng ®­îc bÐ h¬n 1/3 tiÕt diÖn d©y dÉn pha, th­êng dïng thÐp cã tiÕt diÖn 120 mm2, nh«m 35 mm2 hoÆc ®ång 25 mm2. §iÖn trë nèi ®Êt cña trang bÞ nèi ®Êt kh«ng ®­îc lín h¬n c¸c trÞ sè ®· quy ®Þnh trong c¸c quy ph¹m. §èi víi l­íi ®iÖn trªn 1000 V cã dßng ®iÖn ch¹m ®Êt lín, nghÜa lµ trong c¸c m¹ng cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt hay nèi ®Êt qua mét ®iÖn trë nhá (m¹ng ®iÖn 110 kV trë lªn) th× khi x¶y ra ng¾n m¹ch, b¶o vÖ r¬ le t­¬ng øng sÏ c¾t bé phËn h­ háng hay thiÕt bÞ ®iÖn bÞ sù cè ra khái m¹ng ®iÖn. Sù xuÊt hiÖn ®iÖn thÕ trªn c¸c trang bÞ nèi ®Êt khi ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt chØ cã tÝnh chÊt t¹m thêi. X¸c suÊt x¶y ra ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt ®ång thêi t¹i thêi ®iÓm ®ã ng­êi tiÕp xóc víi vá thiÕt bÞ ®iÖn cã mang ®iÖn ¸p rÊt nhá nªn quy ph¹m kh«ng quy ®Þnh ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp mµ chØ ®ßi hái ë bÊt kú thêi gian nµo trong n¨m cña trang bÞ nèi ®Êt còng ph¶i tháa m·n R®≤ 0,5 Ω. Trong m¹ng ®iÖn cã dßng ch¹m ®Êt lín, buéc ph¶i cã nèi ®Êt nh©n t¹o trong mäi tr­êng hîp kh«ng phô thuéc vµo nèi ®Êt tù nhiªn, ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o kh«ng ®­îc lín h¬n 1 Ω. §èi víi l­íi ®iÖn cã ®iÖn ¸p lín h¬n 1000 V, trung tÝnh kh«ng nèi ®Êt trùc tiÕp hoÆc nèi ®Êt qua cuén dËp hå quang, th­êng b¶o vÖ r¬ le kh«ng t¸c ®éng c¾t bé phËn hay thiÕt bÞ ®iÖn cã ch¹m ®Êt mét pha. Do vËy nªn ch¹m mét pha cã thÓ kÐo dµi, ®iÖn ¸p UN trªn thiÕt bÞ ®iÖn ch¹m ®Êt còng sÏ tån t¹i l©u dµi lµm t¨ng x¸c suÊt ng­êi tiÕp xóc víi thiÕt bÞ cã ®iÖn ¸p. Do ®ã trong quy ph¹m quy ®Þnh ®iÖn trë cña trang thiÕt bÞ nèi ®Êt t¹i thêi ®iÓm bÊt kú trong n¨m nh­ sau: Khi dïng trang bÞ nèi ®Êt chung cho c¶ ®iÖn ¸p d­íi vµ trªn 1000 V: R® ≤ 125/I® Khi dïng riªng trang bÞ nèi ®Êt cho c¸c thiÕt bÞ cã ®iÖn ¸p trªn 1000 V: R® ≤ 250/I® Trong ®ã: 125 vµ 250 lµ ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp cña trang bÞ nèi ®Êt. I® lµ dßng ®iÖn tÝnh to¸n ch¹m ®Êt 1 pha. Trong c¶ hai tr­êng hîp, ®iÖn trë nèi ®Êt kh«ng v­ît qu¸ 10 Ω. §èi víi m¹ng ®iÖn cã ®iÖn ¸p d­íi 1000 V, ®iÖn trë nèi ®Êt t¹i mäi thêi ®iÓm trong n¨m kh«ng ®­îc v­ît qu¸ 4 Ω (riªng víi c¸c thiÕt bÞ nhá, c«ng suÊt tæng cña m¸y ph¸t ®iÖn vµ m¸y biÕn ¸p kh«ng qu¸ 100 kVA cho phÐp ®Õn 10 Ω). Nèi ®Êt lËp l¹i cña d©y trung tÝnh trong m¹ng 380/220 V ph¶i cã ®iÖn trë kh«ng ®­îc qu¸ 10 Ω. 145 §èi víi thiÕt bÞ ®iÖn ¸p cao h¬n 1000 V cã dßng ®iÖn ch¹m ®Êt bÐ vµ c¸c thiÕt bÞ cã ®iÖn ¸p ®Õn 100 V nªn sö dông nèi ®Êt tù nhiªn cã s½n. Trªn c¸c ®­êng d©y ba pha bèn d©y, ®iÖn ¸p 380/220 V cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt, c¸c cét s¾t, xµ s¾t cña cét bª t«ng cèt thÐp cÇn ph¶i ®­îc nèi víi d©y trung tÝnh. §èi víi ®­êng d©y t¶i ®iÖn trªn kh«ng, cÇn nèi ®Êt c¸c cét bª t«ng cèt thÐp vµ cèt s¾t cña tÊt c¶ c¸c ®­êng d©y t¶i ®iÖn 35 kV, cßn c¸c ®­êng d©y 3-20 kV chØ cÇn nèi ®Êt ë khu vùc cã d©n c­. CÇn nèi ®Êt tÊt c¶ c¸c cét bª t«ng cèt thÐp, cèt s¾t, cét gç cña tÊt c¶ c¸c lo¹i ®­êng d©y ë mäi cÊp ®iÖn ¸p khi cã ®Æt c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng sÐt hay d©y chèng sÐt. §iÖn trë nèi ®Êt cho phÐp cña cét phô thuéc vµo ®iÖn trë suÊt cña ®Êt vµ b»ng 10-30 Ω . Trªn c¸c ®­êng d©y 3 pha 4 d©y, ®iÖn ¸p 380/220 V cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt, c¸c cét s¾t, xµ s¾t cña cét bª t«ng cÇn ph¶i ®­îc nèi víi d©y trung tÝnh. Trong c¸c m¹ng ®iÖn cã ®iÖn ¸p d­íi 1000 V, cã ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn, c¸c cét s¾t vµ bª t«ng cèt thÐp cÇn cã ®iÖn trë kh«ng qu¸ 50 Ω. §iÖn trë nèi ®Êt chñ yÕu x¸c ®Þnh b»ng ®iÖn trë suÊt cña ®Êt, h×nh d¹ng kÝch th­íc, ®iÖn cùc vµ ®é ch«n s©u trong ®Êt. §iÖn trë suÊt cña ®Êt phô thuéc vµo thµnh phÇn, mËt ®é, ®é Èm vµ nhiÖt ®é cña ®Êt vµ chØ cã thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c b»ng ®o l­êng. C¸c trÞ sè gÇn ®óng cña ®iÖn trë suÊt cña ®Êt xem trong b¶ng. *TÝnh to¸n hÖ thèng nèi ®Êt: §iÖn trë nh©n t¹o ®­îc thùc hiÖn khi nèi ®Êt tù nhiªn ®o ®­îc kh«ng tháa m·n ®iÖn trë nèi ®Êt cho phÐp lín nhÊt [R]max cña trang bÞ nèi ®Êt. Khi ®ã ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: maxnhientu nhientu max nhan tao [R]R .R[R]R   §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o gåm hÖ thèng cäc ®ãng th¼ng ®øng (®iÖn cùc th¼ng ®øng) vµ thanh ®Æt n»m ngang (®iÖn cùc ngang) ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: ngd ngd nhan tao RR .RR R   Trong ®ã: Rd lµ ®iÖn trë khuÕch t¸n cña hÖ thèng cäc ®ãng th¼ng ®øng. Rng lµ ®iÖn trë khuÕch t¸n cña hÖ thèng cäc ch«n n»m ngang. Xem b¶ng cho ta c¸c c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh ®iÖn trë khuÕch t¸n cña c¸c ®iÖn cùc kh¸c nhau. §èi víi thÐp gãc, ®­êng kÝnh ®¼ng trÞ ®­îc tÝnh theo: d = 0,95.b víi b lµ bÒ réng c¹nh cña thÐp gãc. Khi x¸c ®Þnh ®iÖn trë nèi ®Êt tæng cña tæng toµn bé m¹ch vßng cÇn ph¶i xÐt tíi ¶nh h­ëng cña mµn che gi÷a c¸c cäc. Trong tr­êng hîp nµy, ta cã hÖ sè sö dông cña ®iÖn cùc ®øng ηd vµ cña ®iÖn cùc ngang hay cña thanh n»m ngang ηngang. C¸c hÖ sè sö dông cña c¸c cäc ®ãng th¼ng ®øng vµ cña c¸c ®iÖn cùc ngang cho trong b¶ng. §iÖn trë khuÕch t¸n cña n cäc cã xÐt ®Õn ¶nh h­ëng mµn che ®­îc tÝnh theo: d 1d d n.η RR  Trong ®ã R1d lµ ®iÖn trë cña mét cäc hay mét ®iÖn cùc th¼ng ®øng. Vµ ηd lµ hÖ sè sö dông cña ®iÖn cùc th¼ng ®øng. §iÖn trë khuÕch t¸n cña thanh n»m ngang nèi gi÷a c¸c ®iÖn cùc ®ãng th¼ng ®øng cã xÐt ®Õn ¶nh h­ëng mµn che: ng ngang ng η R' R  Trong ®ã R’ngang lµ ®iÖn trë khuÕch t¸n cña thanh nèi ch­a xÐt tíi ¶nh h­ëng mµn che. Vµ ηngang lµ hÖ sè sö dông cña thanh nèi n»m ngang. *Tr×nh tù tÝnh to¸n nèi ®Êt 1.X¸c ®Þnh ®iÖn trë nèi ®Êt cho phÐp cÇn thiÕt theo tiªu chuÈn [R] 2.X¸c ®Þnh ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn Rtu nhien 146 3. NÕu Rtu nhien < [R] nh­ ®· nªu ë trªn, trong c¸c thiÕt bÞ cao ¸p trªn 1000 V cã dßng ®iÖn ch¹m ®Êt bÐ vµ trong c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ¸p d­íi 1000 V th× kh«ng cÇn ®Æt thªm nèi ®Êt nh©n t¹o. Cßn trong c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ¸p trªn 1000 V cã dßng ch¹m ®Êt lín, nhÊt thiÕt ph¶i nèi ®Êt nh©n t¹o víi ®iÖn trë kh«ng lín h¬n 1 Ω. NÕu Rtu nhien > [R] th× ph¶i x¸c ®Þnh ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o. 4.Quy ®Þnh diÖn tÝch bè trÝ c¸c ®iÖn cùc, chän sè l­îng vµ kÝch th­íc c¸c ®iÖn cùc ®ãng th¼ng ®øng vµ c¸c ®iÖn cùc ngang; chó ý ®Õn viÖc gi¶m ®iÖn ¸p b­íc vµ ®iÖn ¸p tiÕp xóc; tÝnh ®iÖn trë khuÕch t¸n cña cäc, thanh n»m ngang vµ toµn bé hÖ thèng nèi ®Êt theo c¸c c«ng thøc nªu trªn. 5.§èi víi thiÕt bÞ ®iÖn ¸p cao h¬n 1000V cã dßng ®iÖn ch¹m ®Êt lín ph¶i kiÓm tra ®é bÒn nhiÖt cña d©y dÉn theo c«ng thøc sau: c t .IS qd Trong ®ã I∞ lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp, trong tÝnh to¸n lÊy dßng ®iÖn lín nhÊt ®i qua d©y dÉn khi ng¾n m¹ch ë thiÕt bÞ ®ang xÐt hoÆc lµ ng¾n m¹ch mét pha ch¹m ®Êt. Vµ tqd lµ thêi gian quy ®æi hay thêi gian gi¶ thiÕt cña dßng ®iÖn ®i vµo ®Êt, [giay] C lµ h»ng sè, ®èi víi thÐp lµ 74; d©y ®ång trÇn lµ 195; d©y c¸p ruét ®ång, ®iÖn ¸p d­íi 10 kV lµ 182, d©y nh«m trÇn vµ c¸p ruét nh«m ®iÖn ¸p d­íi 10 kV lµ 112. B¶ng 10.1 C«ng thøc x¸c ®Þnh ®iÖn trë t¶n dßng cña c¸c ®iÖn cùc kh¸c nhau 147 10.3 SÐt vµ thiÕt bÞ chèng sÐt a) SÐt lµ sù phãng ®iÖn trong khÝ quyÓn gi÷a c¸c ®¸m m©y vµ ®Êt, hay gi÷a c¸c ®¸m m©y mang ®iÖn kh¸c dÊu. Tr­íc khi cã sù phãng ®iÖn cña sÐt ®· cã sù ph©n chia vµ tÝch lòy rÊt m¹nh ®iÖn tÝch trong c¸c ®¸m m©y gi«ng do t¸c dông cña c¸c luång kh«ng khÝ nãng thæi bèc lªn vµ h¬i n­íc ng­ng tô trong c¸c ®¸m m©y. C¸c ®¸m m©y mang ®iÖn lµ do kÕt qu¶ cña sù ph©n tÝch c¸c ®iÖn tÝch tr¸i dÊu vµ tËp trung chóng trong c¸c phÇn kh¸c nhau cña ®¸m m©y. PhÇn d­íi cña c¸c ®¸m m©y gi«ng th­êng tÝch ®iÖn ©m. C¸c ®¸m m©y cïng víi ®Êt h×nh thµnh c¸c tô ®iÖn m©y ®Êt, ë phÇn trªn cña ®¸m m©y th­êng tÝch lòy c¸c ®iÖn tÝch d­¬ng. C­êng ®é ®iÖn tr­êng cña tô ®iÖn m©y - ®Êt t¨ng dÇn lªn vµ nÕu t¹i chç nµo ®ã c­êng ®é ®¹t tíi trÞ sè tíi h¹n 25-30 kV/cm th× kh«ng khÝ bÞ ion hãa vµ b¾t ®Çu trë nªn dÉn ®iÖn. Sù phãng ®iÖn cña sÐt chia lµm 3 giai ®o¹n: +Giai ®o¹n phãng ®iÖn tiªn ®¹o tõng bËc: b¾t ®Çu b»ng sù xuÊt hiÖn mét dßng s¸ng ph¸t triÓn xuèng ®Êt, chuyÓn ®éng tõng ®ît víi tèc ®é 100-1000