Chơng VI

Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện.

6.1 Khái niệm chung:

Tiết diện dây dẫn và lõi cáp phải đợc lựa chọn nhằm đảm bảo sự làm việc an toàn,
đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của mạng

Các yêu cầu kỹ thuật ảnh
hởng đến việc chọn tiết diện dây là:
1- Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn).
2- Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn).
3- Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm việc bình
thờng và sự cố.
4- Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn.
5- Vần quang điện.
Với 5 điều kiện trên ta xác định đợc 5 tiết diện, tiết diện dây dẫn nào bé nhất trong
chúng sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật. Tuy nhiên có những
điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó dây dẫn sau khi đã đợc lựa chọn
theo các điều kiện khác vẫn cần phải chú ý đến điều kiện riêng của từng loại dây
dẫn, vị trí và môi trờng nơi sử dụng để có thể lựa chọn đợc dơn giản và chính xác
hơn. Ví dụ:
+ Yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học chỉ đợc chú ý khi chọn tiết diện dây
dẫn trên không .
+ Điều kiện phát nóng do dòng ngắn mạch chỉ đợc chú ý khi chọn cáp.
+ Để đảm bảo độ bền cơ học ngời ta qui định tiết diện dây tối thiểu cho từng loại
dây ứng với cấp đờng dây (vật liệu làm dây, loại hộ dùng điện, địa hình mà dây đi
qua).
+ Yếu tố vầng quang điện chỉ đợc đề cập tới khi điện áp đờng dây từ 110 kV trở
lên. Để ngăn ngừa hoặc làm giảm tổn thất vầng quang điện ngời ta cũng qui định

0
C với thanh trong và dây dẫn trên không; 55
0
C với cáp bọc cao su.
80
0
C với cáp điện có điện áp đến 3 kV và 65
0
C với cáp 6 kV, 60
0
C với cáp 10 kV
Từ đấy có thể xác định đợc dòng điện làm việc lâu dài cho phép.
Qúa trình phát nóng vật dẫn nh sau:
Năng lợng dùng để phát nóng tính bằng: Q =

P.t = I
2
R.t . Nh vậy lúc đầu mhiệt
độ của thiết bị sẽ nóng lên không ngừng. Tuy nhiên ngoài quá trình đốt nóng còn có
quá trình toả nhiệt (phụ thuộc vào mức chênh nhiệt độ của dây). Sự chênh nhiệt độ
của vật dẫn càng lớn thì quá trình toả nhiệt càng mạnh. Vì vậy nếu I=conts. nhiệt độ
của dây dẫn sẽ dừng lại ở một mức nào đó (sau thời gian ổn định nhiệt) khi đó Q
cc
=
Q
toa


cân bằng nhiệt.



Q = I
2
.R = K.S.(

-

0
)
Trong đó:
K - hệ số toả nhiệt (phụ thuộc môi trờng xung quanh).
S - diện tích mặt ngoài dây dẫn (diện tích toả nhiệt).


;

cf
- Nhiệt độ dây dẫn và nhiệt độ môi trờng xung quanh.
Nếu khống chế để

=

cf
, qui định ứng với từng loại dây cụ thể ( R =

. l/F) và nếu
qui định cụ thể về

0
, về điều kiện làm mát cụ thể thì:

0
C ; trong đất thờng lấy là +15
0
C.

2) Chọn dây dẫn theo ĐK. phát nóng:
Thực chất là chúng ta sẽ chọn 1 loại dây có sẵn với F
tc
và I
cf
sao cho khi lắp đặt vào
với dòng thực tế thì nhiệt độ của nó sẽ không vợt quá nhiệt độ cho phép (thực tế ít
biết đợc

cf
mà thờng chỉ biết đợc I
cf
)

vậy để chọn dây ta có: 21cfmaxlv
K.K.II
(6.2)
Trong đó:
I
lvmax
- dòng điện cực đại lâu dài đi trong dây dẫn.
I

+ Khi mạng đợc bảo vệ bằng cầu chì:
dc
cf
I
I
(6.3)
Trong đó:
I
dc
dòng điện định mức của dây chẩy cầu chì.
- Hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lý mạng điện.
= 3 qui định với mạng điện động lực.
= 0,8 với mạng sinh hoạt (chiếu sáng).

+ Khi mạng đợc bảo vệ bằng Aptômát:

(1)
5,1
I
I
kdnhit
cf
(2)
5,4


t.I.F

=

(6.6)
Trong đó:
I

- trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạnh ở thời gian xác lập.
t - Thời gian tính toán, tức thời gian dòng ngắn mạch có thể đi qua
cáp, trị số t tra theo đồ thị t = f(


) với


= I

/I


I

- Trị số ban đầu của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch (dòng
ngắn mạch siêu quá độ ban đầu).


- Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn cho phép của lõi cáp
và vật liệu làm cáp (tra bảng).
Phơng trình biểu diễn

U:

+=
+
=
ijij
dm
0
ijij
dm
0
dm
ijijijij
lQ
U
x
lP
U
r
U
XQRP
U


cf

nh sau:

+ Chọn trớc x
0
(trị số trung bình của x
0


0,35
ữ
0,4) hoặc với đờng cáp x
0
= 0,07

/km

sau đó xác định

U theo công thức sau:


U =

ijij
dm
0
lQ
U

=
(


1
=
- điện dẫn suất của vật liệu làm dây). l
12

0

1

2

p
1
+ jq
1
p
2

+ jq
2
P
01
+ jQ

ijij
dm
0
'
lP
FU
1
lP
U
r
U




'
dm
ijij
UU
lP
F


=
(6.9)

Căn cứ vào (6.9) chọn đợc tiết diện dây tiêu chuẩn gần nhất. Sau đó theo số liệu

tính F theo (6.9)

chọn F
tc


x
0
& r
0


kiểm tra lại

U thực tế (so với

U
cf
).
Nếu cha đạt tăng 1 cấp tiết diện.

+ Trờng hợp mạng có phân nhánh: (HV)
dm
= 380 V. D
tb
= 600 mm, mạng
dùng loại dây nhôm;

U
cf
= 7%.

Giải: Đoạn 04 chọn cùng tiết diện, đoạn 12 tiết diện khác. Chọn x
0
= 0,35

/km


U =
V9)06,0.2005,0.4011,0.60.(
380,0
35,0
lQ
U
x
ijij
dm
0


Tra bảng chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-95 có (r
0
= 0,33; x
0
= 0,303

/km)
+ Kiểm tra lại tổn thất điện áp: 8,25lQ
U
x
lP
U
r
U
ijij
dm
0
ijij
dm
0
04
=+=


V
Ta thấy

dm
01001
dm
01001
01
=+=+=

V

Tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 1-2
U
cf12
=

U
cf
-

U
01
= 26,6 - 17,6 = 9 V

Tính

U
12


U
12
= 9 0,9 = 8,1 V.

Tính tiết diện đoạn 1-2 4,25
10.380,0.1,8.7,31
100,0.25
U.U.
l.P
F
3
dm
'
12
1212
12
===

Chọn dây dẫn tiêu chuẩn A-25 có (r
0
= 1,27 ; x
0
= 0,345


2) Xác định tiết diện dây dẫn khi đờng dấy dùng tiết diện khác nhau:

Trong mạng phân phối có độ dài lớn, CCĐ cho một số ít phụ tải, nếu đùng đờng dây
cùng tiết diện sẽ không hợp lý, cỏ thể làm tổn thất nhiều kim loại mầu, gây tổn thất
công suất và điện năng.
Trờng hợp này nếu là mạng công nghiệp đặc trng bởi số giờ sử dụng công suất
cực đại lớn (Tmax lớn) thì kinh tế nhất tiết diện dây phải đợc chọn theo phơng pháp
mật độ dòng điện không đổi (các giáo trình tryuền môn đã chứng minh đợc rằng,
cùng một chi phí kim loại mầu đã cho, điều kiện mật độ dòng điện không đổi sẽ
tơng ứng với tổn thất công suất và điện năng là bé nhất). Chọn nh vậy vừa đảm
bảo đợc mức

U
cf
vừa làm cho

P;

A là nhỏ nhất. Nếu là mạng nông nghiệp (T
max

4

25 + j10

25
+ j10

40 + j20


Giả thiết cho biết

U
cf
của mạng:
U
cf
=

U +

U chọn x
0




U =
dm
ijij0
U
lQx
(Mặc dù tiết diện các đoạn này không bằng nhau nhng vì x
0



=
) có thể tính theo I ta có P =
3
UI cos


12
121212
01
010101
'
F
cos.lI3
F
cos.lI3
U





+=Để có

)coslcosl(3
U.
j
12120101
'


+
=Tổng quát cho lới có n phụ tải: ijij
'
cosl3
U.
j



=
(6.10)

Từ (6.10) ta sẽ dễ dàng tính đợc tiết diện trên các đoạn: Giải: Xác định dòng trên các nhánh: 101
8,0.10.3
500900
cosU3
P
I
01
01
=
+
==

A 36
8,0.10.3
500
cosU3
500
I
12
===


cf
-

U

= 500 172 = 328 V

Tính mật độ dòng điện không đổi: =
+
==


8,0x)24(3
10x328x7,31
cosl3
U
j
3
ijij
'


1,25 A/mm
2Từ T
2
kt
12
12
mm33
1,1
36
j
I
F ===Chọn dây A- 35 có I
cf
= 170 A
Tổn thất điện áp trên đờng dây không cần kiểm tra lại vì j
kt
< j

6.4 Lựa chọn tiết diện dây và cáp theo chỉ tiêu kinh tế:l
12

F
12
2




=0,8

500 kW

cos



=0,8

ở mạng điện cung cấp thờng có tiết diên lớn, tức điện trở nhỏ. Việc tăng tiết diện
lên không làm tổn thất điện áp giảm đi nhiều. Mặt khác khả năng điều chỉnh điện áp
ở mạng cung cấp lại khá lớn (dùng BA điều áp dới tải, giảm Q trên đờng dây,
điều chỉnh nguồn CC v.v). Đồng thời ở đây có T
max
lớn. Vì vậy ở mạng CC. (phân
phối) tốt nhất là tiết diện dây dẫn đợc chọn theo chỉ tiêu kinh tế

tức chúng ta
phải xây dựng đợc hàm chi phí tính toán theo tiết diện của đờng dây. Viết phờng
trình hàm chi phí tính toán

Z = (a
vh
+ a
tc
).V + 3 I
F
C lI3
l)bFv)(aa()F(Z
2
max
0tcvh

+++= I II I

tỉ lệ thuận với F
II

tỉ lệ nghịch với F 0
F
Z
=




maxkt
+
=
Mật độ dòng điện lúc này gọi là mật độ dòng kinh tế kt
max
kt
F
I
j =J
kt
- Là mật độ dòng điện kinh tế, là số ampe lớn nhất chạy qua 1 đơn vị tiết diện
kinh tế của dây dẫn: C 3
b).aa(
j
tcvh
kt

+

max
j
I
F =
(6.14) Dựa vào trị số F vừa tính đợc theo (6.14) ta sẽ chọn F
tc
gần nhất. Tất nhiên sau đó
cần phải kiểm tra lại theo những điều kiện kỹ thuật (phát nóng cho phép; tổn thất
điện áp cho phép)

Ví dụ: