BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
THÍ NGHIỆM ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
S

K

C

0

0

3
2

9
5

5
1

9
2

S KC 0 0 2 5 5 7

A. THÔNG TIN CHUNG .................................................................................................1
B. TÓM TĂT NỘI DUNG CÔNG TRÌNH .....................................................................1
1 Tóm tắt nội dung. ...........................................................................................................1
2. Kết quả đạt đƣợc ...........................................................................................................1
3. Điểm mới - điểm sáng tạo ............................................................................................1
4. Hậu quả kinh tế - xã hội. .............................................................................................1
5. Khả năng và triển vọng ứng dụng. ..............................................................................1
C. MÔ TẢI NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI ............................................................2
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................2
2. MỤC TIÊU, NHIÊM VỤ CỦA CÔNG TRÌNH. ........................................................2
2.1 Mục tiêu: .....................................................................................................................2
2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu:………………………………………………………………. 3
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................3
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .........................................................................................3
4.1 Ý nghĩa của việc xây dựng sơ đồ................................................................................3
4.2 Các giả thiết .................................................................................................................4
4.3 Các thông số của dây dẫn ..........................................................................................4
4.3.1 Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng ......................................................................................4
4.3.2 Sự tồn tại các thông số .............................................................................................6
4.3.3 Tính toán các giá trị thông số .................................................................................7
4.3.4 Sơ đồ thay thế các phân tử……………………………………………………….. 8
4.4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐƢỜNG DÂY…………………………………………….10
4.4.1 CÁC ĐẶC TÍNH SỬ DỤNG Ở CHẾ ĐỘ XÁC LẬP………………………….10
4.4.1.1 Sử dụng tải thích hợp…………………………………………………………...10
4.4.1.2 Đặc tính khi vận hành không tải……………………………………………….12
4.4.2 TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP………………………...13
4.4.2.1 Tổn thất công suất………………………………………………………………13
4.4.2.2. Tổn thất điện áp………………………………………………………………...13
4.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM…………..……………………………...14
4.5.1 Giới thiệu các modules đƣợc xây dựng………………………………………….14

F. TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………...43


1
A. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên công trình: Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình thí nghiệm đƣờng dây
truyền tải điện.
2. Lĩnh vực: Điện công nghiệp
3. Nhóm dự thi: Nguyễn Thới (0955.63.60.61), Nguyễn Hữu Trí (0909.377.664)
B. TÓM TẮT NỘI DUNG CÔNG TRÌNH
1. Tóm tắt nội dung
Cho đến nay, giáo dục được coi là quốc sách hàng đầu, các trường dạy nghề, trung
cấp chuyên nghiệp, cao đẳng, đại học được thành lập nên rất nhiều. Song song với vần đề này
là thiết bị, phương tiện dạy học và thực hành cần phải được trang bị thêm, đổi mới.
Công trình trình bày cách xây dựng và xây dựng các modules cho mô hình thí nghiệm
đường dây truyền tải điện để phục vụ cho công tác dạy học thực hành ngành điện công
nghiệp. Dựa vào bộ thí nghiệm này, sinh viên có thể áp dụng cho việc định tính và định lượng
các bài thí nghiệm trên đường dây truyền tải điện như kiểm tra tổn thất điện áp, tổn thất công
suất, tăng áp, ngắn mạch, mất pha, bù công suất phản kháng cũng như mất cân bằng tải. Nội
dung công việc cụ thể:
 Khảo sát, nghiên các sơ đồ đường dây truyền tải và các loại tải;
 Thiết kế và thi công module đường dây truyền tải;
 Thiết kế và thi công module tải thuần trở;
 Thiết kế và thi công module tải thuần cảm;
 Thiết kế và thi công module tải thuần dung;
 Thiết kế và thi công module tụ đường dây;
 Ghi nhận các thông số, số liệu thí nghiệm từ mô hình và giải thích.
 Lập bảng hướng dẫn chi tiết cho từng nội dung.
 Xây dựng các bài thực tập dựa trên mô hình đã thi công.
2. Kết quả đạt đƣợc

 Có các bộ phận bảo vệ như cầu chì, máy cắt có thể thay thế nhanh nếu bị hư hỏng.
 Có bộ phận giải nhiệt cho các linh kiện bên trong mô hình.
4. Hậu quả kinh tế - xã hội.
 Sản phẩm sử dụng các linh kiện và vật liệu có sẵn ở thị trường Việt Nam.
 Chi phí thực hiện và giá cả trên một modules rẻ rất hơn nhiều so với sản phẩm xuất xứ
từ nước ngoài nhưng chất lượng sản phẩm như nhau. Đây cũng chính là điểm cần nhấn
mạnh của đề tài.
5. Khả năng và triển vọng ứng dụng.
 Mở rộng sản xuất hàng loạt các modules để phục vụ cho các trường có cùng nhóm
ngành.
 Lập bài tập hướng dẫn chi tiết tuỳ thuộc vào đối tượng học sinh – sinh viên.


2
C. MÔ TẢI NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống điện là bao gồm tập hợp tất cả các thiết bị điện dùng để sản xuất, biến đổi,
truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng, tức là hệ thống điện bao gồm tất cả các nhà máy,
trạm biến áp, đường dây và các hộ tiêu dùng điện. Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống
năng lượng. Mỗi bộ phận cấu thành hệ thống điện được gọi là phần tử của hệ thống.
Mục đích chính của việc nghiên cứu, thiết kế và xây dựng hệ thống cung cấp điện là
truyền tải và phân phối điện năng với chất lượng tốt nhất cho các đối tượng tiêu thụ, đáp ứng
nhu cầu tiêu thụ liên tục, an toàn của họ. Điện năng được phát ra, truyền tải cho đến nơi tiêu
thụ phải trải qua nhiều cấp phân phối, mạng phân phối.
Mạng điện là tập hợp các trạm biến áp, các trạm phấn phối, đường dây trên không,
đường dây cáp.v.v… có nhiệm vụ tiếp nhận, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khác cho phù hợp và phân phối điện năng cho các hộ tiêu dùng điện. Cấu trúc của mạng điện
được phân loại như mạng điện hở, mạng điện kín, mạng điện hình tia, v.v…
Các quá trình vật lý diễn biến trong hệ thống rất phức tạp, cần tìm hiểu, tính toán kỹ
lưỡng để có thể giải thích, đưa ra phướng án thiết kế, sửa chữa trong công tác vận hành và

2. MỤC TIÊU, NHIÊM VỤ CỦA CÔNG TRÌNH.
2.1 Mục tiêu:
Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình đường dây truyền tải nhằm phục
vụ cho việc huấn luyện sinh viên ngành điện hình thành kỹ năng vận hành đường dây truyền


3
tải điện. Bên cạnh đó, bộ thí nghiệm giúp người vận hành có thao tác đúng đắn, hiều rõ các
quá trình vật lý xảy ra trên đường dây đang hoạt động cũng như các sự cố có thể gặp. Từ đó
có thể áp dụng cho việc định tính và định lượng các bài toán về tổn thất điện áp, tổn thất công
suất, tăng áp, ngắn mạch, mất pha, bù công suất phản kháng cũng như mất cân bằng tải.
Ngoài mô hình dùng làm bộ thí nghiệm còn có bộ tài liệu hướng dẫn cách thực tập, làm
bài thí nghiệm. Tài liệu này có thể dùng cho việc nghiên cứu và huấn luyện sinh viên trong
quá trình thực tập môn cung cấp điện. Đồng thời có thể làm tài liệu tham khảo cho các đề tài
nghiên cứu thi công các thiết bị dạy học cho học sinh – sinh viên.
2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu các kiến thức về đường dây truyền tải, phân phối, cáp ngầm.
 Các công thức tính toán có liên quan.
 Các quá trình vật lý trên hệ thống điện, xác định các thông số cần thiết.
- Xây dựng mô hình đường dây truyền tải và các phép tính có liên quan;
- Thiết kế và thi công mô hình đường dây, tụ đường dây, tải R, L, C;
- Tìm hiểu các quan hệ giữa các đại lượng vật lý trên đường dây tải điện thô qua các
khảo sát thực nghiệm trên mô hình đường dây;
- Kiểm tra độ sụt áp, tổn thất công suất và các hiệu ứng thay đổi tải;
- Thí nghiệm ngắn mạch và bù công suất phản kháng;
- Xây dựng các bài tập thí nghiệm, thực hành:
 Lắp đặt thí nghiệm theo sơ đề chỉ dẫn;
 Đo mức sụt áp, tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây;
tương ứng với chiều dài đường dây và tải;
 Các đặc tuyến điện áp cuối đường dây theo các loại tải có tính thuần trở, tính

truyền tải điện. Sơ đồ thay thế bao gồm sơ đồ thay thế đường dây tải điện, sơ đồ thay thế máy
biến áp.
Mô hình là phương tiện trực quan nhằm cung cấp những kinh nghiệm giả tạo qua việc
phản ánh cấu trúc không gian thực tế của đối tượng cần nghiên cứu. Từ đó đi sâu vào nghiên
cứu bản chất bên trong sự vật. Hệ thống điện là một hệ thống lớn về qui mô, phức tạp về việc
kết nối. Mô hình hệ thống điện thuộc loại mô hình phỏng tạo, tức là được kết hợp giữa một số
vật thực và một số bộ phận biến đổi để nhấn mạnh những đặc điểm hoạt động của hệ thống.
Việc truyền tải và phân phối trong hệ thống điện với đích cuối cùng là mạng điện đến
những nơi tiêu thụ với hiệu quả tốt nhất. Khi xây dựng, thiết kế hệ thống cần tính toán rất kỹ
lưỡng và chính xác. Các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống mạng phức tạp. Trên đường
dây dẫn được đặc trưng bởi các thông số như: điện trở, điện kháng, điện dung và điện dẫn rải
đều trên toàn bộ dây dẫn. Việc tính toán toán chính xác mức độ ảnh hưởng của các thông số
đường dây cũng như của máy biến áp trở nên phức tạp, khó khăn. Khi thiết kế, việc tính toán
là rất quan trọng. Do vậy, việc mô hình hóa các phần tử góp phần đơn giản hóa việc tính toán,
lựa chọn các thiết bị trong mạng. Nhờ việc mô hình hóa các phần tử nên đơn giản và dễ dàng
hơn trong việc tính toán tổn hao công suất, điện năng, độ sụt áp… Bởi lẽ, việc nghiên cứu,
tính toán các tổn thất rất quan trọng vì có nắm vững lý luận mới có thể tính toán được các tổn
thất ấy. Cũng nhờ đó mà việc tính toán tổng công suất phụ tải, xác định nhu cầu điện cũng
như khi tính toán thiết kế; lựa chọn dây dẫn, thiết bị; điều chỉnh điện áp.v.v…chính xác và
phù hợp nhất. Từ việc tính toán đó, chúng ta dễ dàng đưa ra phương án thiết kế và lắp đặt tốt
nhất cả về kỹ thuật, kinh tế, giá thành …và tìm ra các biện pháp làm giảm bớt tổn thất, nâng
cao năng suất, hiệu quả - một vấn đề cấp bách, thời sự đối với người thiết kế cũng như người
quản lý vận hành lưới điện - để đáp ứng nhu cầu tối đa về điện cho nhân dân.
4.2 Các giả thiết
Các giả thiết trong khi tính toán cũng như khi vận hành hệ thống:
 Cấp điện áp 380 kV trở xuống;
 Chiều dài đường dây không quá 400 km.
 Mạng điện 3 pha ;
 Mạng hình tia, hở;
 Một cấp điện áp nguồn;

Tải

Dây trung tính

b)
Nguồn Upn

Up Tải

c)
Hình 1. Các sơ đồ tương đương hệ thống điện 3 pha 4 dây.
Trong chế độ đối xứng, điện áp 3 pha ở nguồn như nhau. Nếu phụ tải đối xứng thì
dòng điện trong dây trung tính coi như bằng 0, dòng điện I trên 3 pha đều bằng nhau. Vì vậy,
tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên mỗi pha đều bằng nhau và điện
áp trên phụ tải cũng bằng nhau.
Vì tính đối xứng như vậy nên khi tính toán chỉ cần 1 pha là đủ . Do đó, sơ đồ thay thế
chỉ cần một pha như hình 1.b. Khi tính toán tổn thất cũng không vẽ thêm dây trung tính vì
trên dây trung tính dòng điện bằng 0, không có tổn thất điện áp và công suất trên đường dây
này nên cũng có thể bỏ qua dây trung tính trong sơ đồ như hình 1.c.
Trên đây là sơ đồ đơn giản mô tả hệ thống mạng lưới. Thực chất các quá trình vật lý
xảy ra trên đường dây rất phức tạp. Hơn thế nữa, mạng điện thực tế không thể đối xứng như
mong muốn. Do ảnh hưởng của trường điện từ xung quanh dây dẫn cũng như vật liệu tạo nên
dây dẫn mà trên đường dây xuất hiện điện kháng, điện dung và điện trở.. Các thông số này
của dây dẫn rải đều trên toàn chiều dài đường dây. Nếu cứ để như thế mà toán thì rất khó
khăn. Trong quá trình nghiên cứu cần phải mô hình hóa và xây dựng một sơ đồ tương đương,
sơ đồ tính toán có đủ các phần tử phục vụ cho việc nghiên cứu, mô phỏng, tính toán các giá trị
cần thiết.
Mô hình đầy đủ của đường dây được đặc trưng bởi các thông số như điện trở, điện
kháng, điện dung và dung dẫn. Sơ đồ tương đương có thể hiện các thông số đường dây được
thể hiện ở hình 2. Khi một đường dây truyền tải vận hành với dòng điện ba pha, tổn hao rò

L

RE

LE

CE

Hình 2. Sơ đồ mạch tương đương của một đường dây truyền tải ba pha 4 dây có thể
hiện các thông số đường dây.
Giá trị điện dẫn rò G gây ra tổn hao rò do giới hạn khả năng cách điện của cáp hoặc
dòng rò dọc theo cách điện và tổn hao vầng quang trên bề mặt các tao dây của đường dây
truyền tải trên không. Điện cảm đường dây L gồm từ trường hình thành dưới dạng dòng điện
ở tần số định mức. Điện kháng cảm ứng cùng độ lớn đối với cáp và đường dây dẫn trên
không; giá trị ở đường dây trên không có phần cao hơn, vì khoảng cách dây dẫn lớn hơn.
Các điện dung đường dây CE và CL mô tả từ trường được tạo ra khi có một điện áp ở
tần số định mức đặt vào. Vài điểm khác nhau cơ bản phải được đưa ra xem xét ở đây :


6
Điện dung của cáp lớn hơn đáng kể so với đường dây trên không, vì khoảng
cách của các dây dẫn gần với nhau, và vì vật liệu cách điện. Điều này giới hạn nghiêm ngặt
các khu vùng mà cáp có thể được sử dụng.
Hơn nữa, câu hỏi liệu mỗi dây dẫn trong cáp có màn chắn riêng (cáp một dây dẫn)
hoặc liệu có phải tất cả ba dây dẫn có một màn chung (cáp ba dây dẫn), có một vai trò quan
trọng về phương diện này. Mặt khác, ở những đường dây điện lực trên không, điện dung giữa
các dây dẫn (CL) và điện dung giữa dây dẫn và đất (CE) luôn luôn hiện hữu (xem hình 2).
Theo lý thuyết điện dung giữa những dây dẫn cũng thường được coi như những điện dung
ghép nối.
Trong thực tế, người ta cố gắng để xây dựng các điện dung đối xứng ở các đường dây

trở lên.
4-Điện áp cao gây trên bề mặt dây dẫn cường độ điện trường, nếu cường độ điện
trường này lớn hơn một mức nào đó sẽ gây ion hóa không khí quanh dây dẫn gọi là hiện
tượng "vầng quang". Vầng quang điện làm tổn thất một phần điện năng gọi là tổn thất vầng
quang.
Điện áp cao cũng gây ra dòng điện rò trên cách điện của cáp và trên bề mặt cách điện
khác làm tổn thất một phần điện năng. Các tổn thất này được đặc trưng bởi điện dẫn g0 .
Điện dẫn g0 chỉ được tính khi đường dây điện có điện áp định mức từ 330 kV trở lên
vì điện áp thấp hơn nên tổn thất vầng quang và rò điện rất nhỏ.
Các thông số của dây dẫn rải đều trên toàn độ dài của dây.


7

Hình 3. Đường dây cao áp
4.3.3 Tính toán các giá trị thông số
- Điện trở của dây dẫn.
Điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của một vật dẫn. Khi dòng điện
một chiều đi qua dây dẫn, thì dòng điện được phân bố đều trên toàn tiết diện dây. Do đó điện
trở tác dụng của của 1 km dây dẫn ở nhiệt độ tiêu chuẩn ở 200C được xác định theo biểu thức:



1000
(  / km).
(1)
F  .F
Trong đó:  :điện trở suất (  .mm2/km).
 :điện dẫn suất của dây dẫn (m/  mm2).
F :tiết diện dây dẫn (mm2).

Trong đó:
Dtb: là khoảng cách trung bình hình học giữa các pha (mm).
r: bán kính của dây dẫn (mm).
 0 : độ dẫn từ của không khí,  0 = 4  .10-7 (H/km).
 :hệ số từ dẫn của vật liệu chế tạo dây dẫn. Đối với kim loại màu, độ dẫn
từ của chúng không thay đổi và được lấy bằng độ dẫn từ của không khí (    0 ).


8
- Điện dung của dây tải điện ba pha đối xứng (điện dẫn phản kháng ).
a
D

D

b

D

c

Hình 4. Khoảng cách giữa các dây pha
Tương tự như trường hợp đường dây một pha, điện dung giữa dây pha và dây trung tính được
tính:
0, 0242
Can = CE =
(  F/km).
(4)
D
lg( )

đường dây truyền tải dài. Tuy nhiên, trong trường hợp này thì có thể giảm sự thể hiện phức
tạp khi tính toán các thông số đường dây.
Các thông số của dây dẫn rải đều trên toàn chiều dài đường dây. Nếu cứ để như thế
mà toán thì rất khó khăn. Vì thế với các đường dây cao áp không quá dài đến 300 km và
đường dây trung, hạ áp người ta thay các thông số rải này bằng các thông số tập trung tương
ứng. Các thông số là: R, X, G, B, tổng trở và tổng dẫn của đường dây được tính như sau:


9


R = r0.l,

X = x0.l

Tổng trở: Z  R  jX .


B = b0.l G = g0.l
Tổng dẫn: Y  G  jB .
(6)
Trong đó :
l : độ dài đường dây (km).
G : điện dẫn của đoạn đường dây.
B : dung dẫn của đoạn đường dây.
r0 : điện trở của đường dây trên một đơn vị chiều dài (Ω/km).
x0 : cảm kháng đường dây trên một đơn vị chiều dài (Ω/km).
b0:dung dẫn của đường dây trên một đơn vị chiều dài (Ω/km).
g0: điện dẫn của đường dâytrên một đơn vị chiều dài (Ω/km).
Tổng dẫn được chia đôi đặt hai bên tổng trở.


R

B/2

B/2

a)
1

R

X

2

B/2

b)
X

2

1

c)

R

2

B/2

U2

i20

Hình 6. Sơ đồ thay thế đường dây 3 pha.
Xét mạng điện đơn giản có điện áp Ud  220 kV và các đường dây có chiều dài l  250 - 300
km.
Xét đường dây 3 pha đối xứng có một phụ tải như hình 6. Trong đó:


Dòng điện đầu đường dây I1 ;


Dòng điện cuối đường dây (dòng điện phụ tải) I 2 ;


Dòng điện chạy trên đường dây I12 ;


Dòng điện dung ở đầu đường dây I10 ;


Dòng điện dung ở cuối đường dây I 20 ;




Điện áp đầu đường dây U1 , điện áp cuối đường dây U 2 ;

I12  I 2  I 20 ,
Điện áp pha ở đầu đường dây được xác định theo công thức sau:














U1P  U 2P  I12 Z  U 2P  I12 R  jI12 X ,
Dòng điện dung ở đầu đường dây được tính theo biểu thức:

1 
I10  j U1P B ,
2
Dòng điện ở đầu đường dây:






(8)

jI12X
+1

I12R

I20

I2

Hình 7. Đồ thị vectơ khi tải mang tính cảm




Giả sử rằng điện áp ở cuối đường dây I1 = const ( U 2p  U 2p 00 ) và tải có tính chất điện cảm.


Trước tiên xây dựng đồ thị vector dòng điện và điện áp ở cuối đường dây. Điện áp U 2p trùng




với trục thực, dòng điện I 2p chậm pha so với U 2p một góc φ2 nào đó. Dòng điện dung cuối












dây I1 bằng tổng hai vector I12 và I10 .
Sau khi thành lập đồ thị vector như hình 7, ta thấy rằng mođun điện áp ở cuối đường dây nhỏ
hơn mođun điện áp ở đầu đường dây hay U 2p < U1p .
Để xác định điện áp dây, ta nhân 3 vào các giá trị điện áp pha.
Khi đó giá trị điện áp giữa các pha ở đầu đường dây là:














U1  U 2  3 I12 Z  U 2P  3 I12 R  3jI12 X
Phân tích tương tự cho các loại tải khác.
- Tải mang tính dung: 0 < φ2 < 900

+j

I1


jI20X

U1P
I10

I1

I20Z

I20R

I12 = I20 + I2
0

U2P

+1

Hình 9. Giản đồ vector khi tải thuần dung.
- Tải thuần trở: 0 < φ2 < 900

+j

U1P
jI20X

I10

I1






I1 = I12 + I10 = I 20 + I10 .
Khi đó, đồ thị vector quan hệ giữa dòng điện và điện áp khi không tải được xây dựng ở sơ đồ
hình 11.




Điện áp rơi trên các các phần tử R và X trên đường dây lần lượt là: I 20 R và j I 20 X.
+j

jI20X

U1P
I10

I1

I20Z

I20R

I20
0

U2P

X
i12

B/2

S12b 2 i2
B/2

U2
S2

i20

Hình 12. Sơ đồ thay thế đường dây truyền tải.


Công suất của tải (tại nút 2): S2  P2  jQ2 .
(13)
Công suất do điện dung ở cuối đường dây sinh ra (công suất điện dung của đường dây) được


1
xác định theo công suất sau:  jQC2  3I20 U 2p   j U 2 2 B .
(14)
2


Công suất sau tổng trở Z của đường dây:



2
 S12  P12  jQ12  3I12
Z  3I12
R  j3I12
X



hay  S12 

(18)

2
2
P12b
 Q12b
(R  jX) .
U22

(19)

4.4.2.2. Tổn thất điện áp
Điện áp giáng trên đường dây được tính:






 U  U1  U2


U n là thành phần ngang của điện áp (hình chiếu lên trục ảo của vector  U )


14

+j
U1P
K

M

0

jΔUn

I12Z
ΔUd

N

U2P

jI12X
I12R

+1

H




3 I12 (R + jX);

;

(24)

3 U2




Khi đó:  U  3 I12 Z =

(23)



3 I12 (R + jX) =

3

P12b  jQ12b
*

(R + jX);

(25)


(27)
Ud = 12b
U2
U2
Đối với đường dây có điện áp Udđ ≤ 110kV thì thành phần ngang của điện áp giáng rất nhỏ .
Vì vậy có thể bỏ qua U n . Tổn thất điện áp trên đường dây lúc này bằng:
P R  Q12b X
U = Ud = 12b
U2

(28)

4.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
4.5.1 Giới thiệu các modules đƣợc xây dựng
Nhiệm vụ chính trong đề tài này là nghiên cứu, thiết kế và thi công 6 mô hình sau:
STT
Tên module
Số lượng
1
Module đường dây 3 pha
1
2
Module tải thuần trở R 3 pha
1
3
Module tải thuần cảm L 3 pha
1
4
Module tải thuần dung C 3 pha
1

đường dây trong vận hành. Mô hình được mô phỏng theo thông số của đường dây thực tế có
chiều dài 360 km. Dữ liệu như sau:
- Thông số cơ bản trên 1 kilômet chiều dài.
 Đường dây truyền tải trên không 380kV (Hệ thống 1) trên trụ treo, tiết diện ngang
4x240 / 40 mm2 dây nhôm/lõi thép.
- Dữ liệu Điện (trên đơn vị chiều dài):
STT

Giá trị

Tên
0

1

Điện trở thuần ở 20 C

R’ = 0,036 Ω/km

2

Điện cảm đường dây

L’ = 0,805 mH/km

3

Điện dung dây dẫn - dây dẫn

C’L = 2,78 nF / km

Điện cảm của đường dây về

LE’ = 0,694 mH / km

 Dữ liệu cho đường dây truyền trên không 110kV và cáp 110kV được cung cấp để so sánh.
- Đường dây truyền trên không 110 kV, tiết diện ngang 240/40 mm2 Nhôm / Thép
Dữ liệu điện (số lượng /đơn vị chiều dài):
STT
Tên
Giá trị
1

Điện trở thuần ở 200C

R’ = 0,126 Ω/km

2

Điện cảm đường dây

L’ = 1,25 mH/km

3

Điện dung vận hành

CB' = 9,34 nF / km


16


3

Điện dung vận hành

CB' = 240nF / km

4

Trở kháng đặc tính

Zw = 40Ω

5

Giới hạn nhiệt định mức

Sth = 62MVA

- Thông số đường dây.
Mô hình đường dây truyền tải sử dụng những phần tử tập trung đóng vai như một đường dây
có điện áp 380 kV với ba độ dài khác nhau: 144 km, 216 km và 360 km.
Số liệu kỹ thuật như sau:
Chiều dài (km)
360
216
144
Chiều dài (%)
100
60

10% giá trị danh định của R và L có thể xuất hiện. Quy trình xây dựng điện cảm L được trình
bày ở mục c.
- Xây dựng cuộn cảm L.
+) Thông số.
Thành phần này cũng được thiết kế cho 3 dây pha và một dây trung tính. Cuộn cảm
ở mỗi dây pha có 4 đầu ra từ 0 mH đến 290 mH, còn cuộn cảm cho dây trung tính có hai đầu
ra 0 mH và 250 mH. Sau đây là các giá trị sử dụng ở các đầu ra ngoại trừ đầu ra 0 mH:
Chiều dài (km)
360
216
144
Chiều dài (%)
100
60
40
L (mH)
290
174
116


17
+ Thi công.
Với các thông số như trên, tiến hành thi công mô hình tải thuần cảm bằng phương pháp thực
nghiệm.
 Xác định thông số đầu ra: như trên
 Công thức tính toán: L  0

n2
n2

nhau theo hình EI.
 Dùng bộ nguồn 3 pha cung cấp điện cuộn dây trên cùng với đồng hồ đo V, A. Dùng
nút xoay và theo dõi giá trị áp và dòng tăng từ 0 V đến 220 V. Cần chú ý đến dòng
đo được trên đồng hồ và giá trị dòng chịu đựng của cuộn dây.
 Kết quả thu được:
Số vòng
Giá trị trung bình (mH)
300
116
370
174


Nhận xét: Từ kết quả trên, giá trị điện cảm L tỷ lệ với bình phương số vòng dây
quấn theo như công thức (50) trên. Ngoài ra, ta thấy rằng giá trị L tuyến tính (phụ
thuộc vào số vòng dây). Bởi lẽ, trên cùng một lõi thép thì các giá trị ,  0 , l, S tương
tự nhau (cùng một lõi thép).
 Tính toán số liệu: Sau khi thấy được kết quả thử nghiệm và quy luật của nó. Tiến
hành tính toán số vòng dây quấn cho từng giá trị đầu ra của tải cảm cho cả 3 pha và
dây trung tính (4 lõi thép như nhau). Kết quả tính toán:
Chiều dài (km)
360
216
144
Chiều dài (%)
100
60
40
L (mH)
290

19
Nếu cả hai điện dung đường dây được sử dụng cùng với những điện dung của mô
hình đường dây truyền tải, có thể mô hình như thật về sự tiêu thụ công suất phản kháng chính
xác trong đường dây cáp ngầm.
Module tụ đường dây được thiết kế và xây dựng như hình sau:

b.

a.

b.
Hình 15. Tụ đường dây. a. Bản vẽ. b. Module thật

4.5.5 Tải thuần trở
Tải thuần trở được thiết kế ba pha, gồm có ba điện trở có thể thay đổi được có điện
trở R = 0 - 1000 Ω. Những điện trở đơn vị này có thể tải được dòng điện cực đại 2,5 A và có
cầu chì bảo vệ phù hợp. Tải được thay đổi bằng cách xoay nút trên mô hình tải. Một nút xoay
chung cho cả 3 pha.
Vị trí nút xoay
%R
0
0
1
100
2
50
3
35
4
25

0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
2,4
4,8
6,0
(H)
Dòng cực
0,65 0,65 0,65 0,5
0,5
0,5
0,25 0,25
0,25
đại (A)
Những điện cảm riêng lẻ của tải có thể được nối đenta hoặc sao bằng cách sử dụng
cầu nối. Trong phạm vi bài thí nghiệm, chỉ được nối hình sao.
- Thi công.
Với các thông số tải như trên, tiến hành thi công mô hình tải thuần cảm bằng phương pháp
thực nghiệm.
 Xác định thông số đầu ra: như trên.
 Công thức tính toán: L  0

n2
n2
l
S
. Với R i 
.



21
Kết quả thu được:
Số vòng
320
450

Giá trị trung bình (mH)
210
415



Nhận xét: Từ kết quả trên, giá trị điện cảm L tỷ lệ với bình phương số vòng dây
quấn theo như công thức (50) trên. Ngoài ra, ta thấy rằng giá trị L tuyến tính (phụ
thuộc vào số vòng dây). Bởi lẽ, trên cùng một lõi thép thì các giá trị ,  0 , l, S tương
tự nhau (cùng một lõi thép).
 Tính toán số liệu: Sau khi thấy được kết quả thử nghiệm và quy luật của nó. Tiến
hành tính toán số vòng dây quấn cho từng giá trị đầu ra của tải cảm cho cả 3 pha (3
lõi thép như nhau). Kết quả tính toán:
Giá trị
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
2,4
4,8

6.0H 0.25A

4.8H 0.25A

4.8H 0.25A

4.8H 0.25A

2.4H 0.25A

2.4H 0.25A

2.4H 0.25A

1.2H 0.5A

1.2H 0.5A

1.2H 0.5A

1.0H 0.5A

1.0H 0.5A

1.0H 0.5A

0.8H 0.5A

0.8H 0.5A



b.
Hình 17. Tải thuần cảm. Bản vẽ. b. module thật.

4.5.7 Tải thuần dung
Tải ba pha và gồm có ba nhóm tụ điện rời rạc có những giá trị sau đây: 2µF - 4µF 8µ F - 16µF. Điện dung ở giá trị 2µF và 4µF được thiết kế với điện áp là 450 VAC. Điện dung
ở giá trị 8µF và 16µF có điện áp thiết kế là 400 VAC.
Những điện dung riêng lẻ của tải có thể được kết nối đenta hoặc sao bằng cách sử
dụng cầu nối. Trong những thí nghiệm thực hiện ở đây chỉ dùng kiểu nối sao.
Module tải thuần dung được thiết kế và xây dựng như hình sau:
2µF 450V ~

2µF 450V ~

4µF 450V ~

4µF 450V ~

8µF 450V ~

8µF 450V ~

16µF 450V ~

16µF 450V ~

2µF 450V ~

4µF 450V ~