TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009
14
TÍNH TOÁN PHÂN BỐ DÒNG ĐIỆN TRỞ VỀ
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV
CALCULATIONS OF DISTRIBUTION OF RETURN
CURRENT ON 22KV NETWORK

Lê Kim Hùng, Trần Vinh Tịnh
Đại học Đà Nẵng
Võ Như Quốc
Công ty Điện lực 3

TÓM TẮT
Lưới điện phân phối (LĐPP) 22kV tồn tại dưới hai dạng cấu trúc 3 pha 3 dây và 3 pha 4
dây, với cấu trúc lưới khác nhau này dẫn đến sự khác nhau về các thông số kỹ thuật trong các
chế độ vận hành của hệ thống điện (HTĐ) [1], như: thông số chỉnh định bảo vệ rơle, mức di
trung tính và khả năng bất đối xứng của máy biến áp (MBA) trạm nguồn 22kV, sự phân bố
dòng điện trở về, mức độ an toàn điện đối với con người và các giới hạn cho phép của điện trở
nối đất tại trạm biến áp (TBA) nguồn 22kV. Bài báo này nghiên cứu sự khác nhau về phân bố
dòng điện trở về (DĐTV) đối với từng cấu trúc lưới điện.
ABSTRACT

The 22kV distribution networks exist under two forms: three phase three wire and three
phase four wire, the two different configurations lead to different parameters during network
operation such as: relay protection systems, neutral point displacement, asymmetry of
transformers at 22kV substations, distribution of return current, human safety and allowable
limits on earthing resistances at 22kV substations. This acticle presents the differences on
return current distribution on each network configuration.

1. Đặt vấn đề
Hiện nay ở Việt Nam đang tồn tại dạng cấu trúc LĐPP 22kV với đặc điểm như sau:

b. Tính toán ở chế độ tải 3 pha KĐX: Trong chế độ vận hành (CĐVH) KĐX, để
tính chế độ KĐX ta áp dụng phương pháp thành phần đối xứng (TPĐX) [2].
= 0, do vậy không
có DĐTV chạy trong đất.
Hệ thống dòng điện KĐX I
A
, I
B
, I
C
được phân tách thành 3 hệ thống TPĐX
TTT I
1
, TTN I
2
và TTK I
0
CBAtv
IIIII
•••••
++==
0
3
, trong đó: dòng điện TTK là hệ thống 3 dòng điện bằng nhau
và đồng pha, chạy trong 3 pha và cùng chạy trong dây trung tính (chạy trong đất), do đó
DĐTV chạy trong đất là .
Nếu biết giá trị hiệu dụng của dòng điện pha I
A
, I
B

* Với các MBA có cuộn dây đấu Y
)]/9 (2)
0
Công suất tác dụng tổn hao trên ĐTNĐ: ∆P
, với điểm trung tính nối đất thì trong trường hợp
KĐX, xuất hiện TPĐX dòng TTK chạy qua điện trở nối đất (ĐTNĐ). Kết quả là xuất
hiện tổn hao và điện áp trên điện trở đó, điện áp này có thể gây nguy hiểm cho con
người trong quá trình vận hành.
0
= (3I
0
)
2
.R
nđ
nđ
RIU .3
0
0
••
=∆
. Tổn hao điện áp trên
điện trở đất là: , trong quá trình vận hành điều kiện ∆U
0
< ∆U
cp
phải
được đảm bảo. Điều kiện an toàn U
tx
= 3I

I
tv

B B’
C
C’
A
A’
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009
16
và dây trung tính) như hình 2.
Ở CĐVH tải 3 pha đối xứng, dòng điện I
tt
= 0 → I
tv
b. Tính toán ở chế độ tải 3 pha
KĐX: Trong trường hợp này,
DĐTV được chia làm 2
phần, 1 phần đi trong dây
trung tính I
= 0, do vậy không có
DĐTV chạy trong dây trung tính và
đất.
tvtt
và 1 phần đi
trong đất I
tvđ
Dòng điện đi trong dây trung tính là:
[2].
21

mN
là tổng trở tương hỗ giữa mạch ”pha-đất” và mạch ”trung tính-đất”, Z
NN

là tổng trở mạch ”dây trung tính-đất”, Z
u1
là tổng trở nối đất của MBA nguồn, Z
u2
là
tổng trở nối đất của phụ tải hoặc lưới nhận điện.
Nhận xét
2.2. Dòng điện trở về trong chế độ sự cố của LĐPP 22kV
: Đối với cấu trúc 3 pha 4 dây, do có dây trung tính kết hợp với các cơ cấu
NĐLL nên DĐTV nguồn giảm đi dẫn đến mức di trung tính của MBA nguồn 22kV
giảm xuống, đồng thời điện áp giáng trên ĐTNĐ trạm nguồn 22kV giảm xuống, do vậy
cho phép mở rộng phạm vi cho phép của ĐTNĐ trạm nguồn (>0,5Ω) mà vẫn đảm bảo
tính an toàn cho con người.
Khi có sự cố ngắn mạch (NM) KĐX kèm chạm đất (NM 1 pha chạm đất N
(1)
và
NM 2 pha chạm đất N
(1,1)
2.2.1. Đối với cấu trúc lưới 3 pha 3 dây: Xét LĐPP 22kV 3 pha 3 dây với đất làm dây
trung tính đặc trưng cho mạch trở về như hình 3
), dòng điện sự cố chạm đất sẽ được phân ra giữa dây trung
tính và rất nhiều điểm NĐLL [3].
+ Ngắn mạch một pha chạm đất: Giả sử NM 1 pha chạm đất ở pha C như hình 4,
các TPĐX của dòng điện các pha như sau:
021
)1(

••••
(6)
0
)1()1(
==
••
ba
II

Dòng điện đi trong đất trở về nguồn là:
Tải
R
nđnguồn
R
nđtải
I
tv

A A’
B B’
C
C’
Hình 3: LĐPP 22kV 3 pha 3 dây sử dụng đ
ất làm
dây trung tính.
Tải
R
nđnguồn
R
nđtải

III
cntv
++
===
•
•••
(7)
Dòng điện NM 1 pha I
N
(1)
02
2
)1,1(
1
)1,1(
0
02
0
)1,1(
1
)1,1(
2
02
02
1
)1,1(
1
ZZ
Z
II

= Z
1








+
−
−=








+
−
−=
=
•
•
•
•
•

(9)
Dòng điện đi trong đất trở về nguồn là:
01
)1,1(
0
)1,1(
2
3
3
ZZ
E
III
antv
+
===
•
•••
(10)
2.2.2. Đối với cấu trúc lưới 3 pha 4
dây: Xét LĐPP 22kV 3 pha 4 dây
với cơ cấu NĐLL dây trung tính
như hình 4.
Khi xảy ra sự cố NM 1 pha
và 2 pha kèm chạm đất cũng giống
như trường hợp cấu trúc lưới 3 pha
3 dây, DĐTV nguồn (dòng TTK) sẽ
phân thành 2 phần, 1 phần đi trên
dây trung tính và 1 phần đi trong đất
qua các cơ cấu NĐLL của dây trung tính.
Đối với mạng 3 pha 4 dây, một phần dòng TTK đi qua dây trung tính (dây đất),

B B’
C C’
I
tvtt

R
nđll
R
nđll

Hình 4: LĐPP 22kV 3 pha 4 dây với cơ cấu
nối đất lặp lại dây trung tính.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009
18
3. Tính toán phân bố DĐTV (3I
0
Xét mạch điện như
hình 5, với: A, B, C là 3
pha nguồn cung cấp; Z
) qua các cơ cấu nối đất lặp lại
a
,
Z
b
, Z
c
là tải 3 pha; Z
d
là
tổng trở của đường dây;

mục sau.
Từ hình 6 thiết lập
được sơ đồ tính toán phân bố
DĐTV đối với LĐPP 22kV 3
pha 4 dây, dây trung tính được
NĐLL với khoảng cách
NĐLL từ 200 ÷ 250 mét như
hình 6.
Sơ đồ thay thế
tính toán như hình 7.
Trong đó: Z
dtt
là tổng
trở của dây trung tính,
R
nđnguồn
là ĐTNĐ của
trạm nguồn 22kV, R
nđtải

là ĐTNĐ của TBA phụ
tải, R
nđll
là điện trở NĐLL của dây trung tính, R
đ
= R
đ0
.l là điện trở thay thế của đất như
dây về của dòng điện, R
đ0

2

Z
d
= r
d
+ jx
d

Z
n
= r
n
+ jx
n

Hình 5: Sơ đồ mạch điện 3 pha 4 dây điển hình
3I
0

R
nđnguồn
R
nđll
R
nđll
R
nđtải

O o

Z
dtt

R
nđll
R
nđll

3I
0

3I
0

Z
dtt
Z
dtt

Hình 7: Sơ đồ tính toán phân bố dòng điện trở về
3I
02

3I
01
3I
03

3I
04

4. Kết quả tính toán phân bố dòng điện trở về TBA 110kV Đăk Tô
Theo Quy trình vận hành - sửa chữa máy biến áp- 1998 của Tổng Công ty Điện
lực Việt Nam (nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam), tại điều 34 quy định [5]: Đối với
MBA có các cuộn dây đấu theo sơ đồ “sao-sao” phía điện áp thấp có điểm trung tính
kéo ra ngoài, dòng điện qua điểm trung tính không được vượt quá 25% dòng điện pha
định mức. Áp dụng điều 34 để tính toán phân bố DĐTV trên xuất tuyến 475 TBA
110/22kV-16MVA Đăk Tô (E46) với cấu trúc lưới 3 pha 4 dây.
Xét MBA 110/22kV-16MVA – TBA 110kV Đăk Tô (E46), với: I
đm
=
420.389A; 3I
0
= 25%I
đm
= 105.097A; Đường dây: 3AC-95+1AC-70, có R
0
=
0.42Ω/km và X
0
Sơ đồ thay thế tính toán phân bố DĐTV điển hình với 4 cơ cấu NĐLL của dây
trung tính như hình 9:
= 0.395Ω/km; Khoảng cách NĐLL dây trung tính: 250m; Điện trở suất
của đất: 0.1Ω/km; Điện trở nối đất của nguồn: 0.5Ω; Điện trở nối đất lặp lại: 30Ω.
Hình 8: Sơ đồ tính toán phân bố dòng điện trở về trên Simulink
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009
20

Sau khi nhập đầy đủ các thông số tính toán và chạy chương trình tính toán sẽ
cho kết quả dòng phân bố trên các nhánh theo các mức bất đối xứng của tải như bảng 1
và 2.

Hình 9: Sơ đồ tính toán với 4 cơ cấu nối đất lặp lại điển hình
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009
21
đến nguồn
Số lần NĐLL 21.019 42.039 63.058 84.078 105.097
L = 1 km 4 20.109 40.219 60.328 80.438 100.537
L = 2 km 8 18.169 36.319 54.478 72.638 90.797
L = 3 km 12 15.809 31.639 47.418 63.228 79.047
L = 4 km 16 13.519 27.039 40.558 54.078 67.547
L = 5 km 20 11.539 23.079 34.608 46.178 57.697
L = 10 km 40 6.719 13.339 20.058 26.678 33.297
L = 20 km 80 5.619 11.539 16.958 22.678 28.197
L = 40 km 160 5.819 11.639 17.058 23.078 28.597
5. Kết luận
- Khi bơm dòng điện 3I
0
là dạng hình sin vào sơ đồ thay thế tính toán phân bố
DĐTV với các cơ cấu NĐLL của dây trung tính, thì kết quả tính toán dòng điện phân bố
trên các nhánh đều có dạng hình sin. Tại trạm nguồn 22kV, phân bố DĐTV 3I
0
trên dây
trung tính chiếm tỉ lệ rất cao đến 95%, còn trên ĐTNĐ trạm nguồn R
nđnguồn
- Ứng dụng chương trình SIMULINK trên MATLAB để phân tích và tính toán
phân bố DĐTV cho LĐPP 22kV với cấu trúc 3 pha 4 dây khi có cơ cấu NĐLL cho phép
tính toán và mô phỏng trực tiếp hình dạng sóng dòng điện trên các nhánh, cách thiết lập
sơ đồ thay thế tính toán phân bố DĐTV rất đơn giản và thời gian tính toán rất nhanh cho
dù số lượng cơ cấu NĐLL của dây trung tính là rất lớn. Ngoài ra, chương trình này cũng
rất thuận lợi cho việc phân tích và đánh giá sự phân bố DĐTV trên các nhánh khi có sự
tăng hoặc giảm số lượng của thành phần cơ cấu NĐLL, khi có sự thay đổi các trị số


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ Năng lượng (1994), Quyết định số 1867 NL/KHKT ngày 12 tháng 9 năm 1994
ban hành qui định các tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung thế 22kV, Hà Nội.
[2] Trần Bách (2004), Lưới điện và hệ thống điện, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Trần Đình Long, Lã Văn Út, Đặng Quốc Thống, Nguyễn Thanh Liêm, Đinh thế
Phúc (2001), Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa học , Đề tài nối đất trung tính hệ
thống điện, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, Hà Nội.
[4] Richard Roeper (1996), Ngắn mạch trong hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và
kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (1998), Quy trình vận hành - sửa chữa máy biến
áp, Hà Nội.