http://www.ebook.edu.vn
Chơng VI

Xác định tiết diện dây dẫn trong mạng điện.

6.1 Khái niệm chung:

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

Các yêu cầu kỹ thuật ảnh
hởng đến việc chọn tiết diện dây l:
1- Phát nóng do dòng điện lm việc lâu di (di hạn).
2- Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn).
3- Tổn thất điện áp trong dây dẫn v cáp trong trạng thái lm việc bình
thờng v sự cố.
4- Độ bền cơ học của dây dẫn v an ton.
5- Vần quang điện.
Với 5 điều kiện trên ta xác định đợc 5 tiết diện, tiết diện dây dẫn no bé nhất trong
chúng sẽ l tiết diện cần lựa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật. Tuy nhiên có những
điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an ton 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 v môi trờng nơi sử dụng để có thể lựa chọn đợc dơn giản v chính xác
hơn. Ví dụ:
+ Yếu tố vầng quang điện v 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 lm dây, loại hộ dùng điện, địa hình m dây đi
qua).
+ Yếu tố vầng quang điện chỉ đợc đề cập tới khi điện áp đờng dây từ 110 kV trở

quá mức ngời ta qui định nhiệt độ phát nóng lâu di cho phép tơng ứng với từng
loại dây l: 70
0
C với thanh trong v dây dẫn trên không; 55
0
C với cáp bọc cao su.
80
0
C với cáp điện có điện áp đến 3 kV v 65
0
C với cáp 6 kV, 60
0
C với cáp 10 kV
Từ đấy có thể xác định đợc dòng điện lm việc lâu di 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 ngoi quá trình đốt nóng còn có
quá trình toả nhiệt (phụ thuộc vo mức chênh nhiệt độ của dây). Sự chênh nhiệt độ
của vật dẫn cng lớn thì quá trình toả nhiệt cng mạnh. Vì vậy nếu I=conts. nhiệt độ
của dây dẫn sẽ dừng lại ở một mức no đó (sau thời gian ổn định nhiệt) khi đó Q
cc
=
Q
toa


bằng nhiệt. Nhiệt lợng sản ra trong một đơn vị thời gian do dòng điện trong dây có
điện trở tác dụng R bằng lợng nhiệt toả ra môi trờng xung quanh trong thời gian
đó: (lúc ny không xét tới yếu tố thời gian nữa).

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

-

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


;

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

=

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

. l/F) v nếu
qui định cụ thể về

cf
= f(F; loại dây; các điều kiện tiêu chuẩn). cần chú ý rằng nhiệt độ không
khí xung quanh (tính TB) thờng lấy bằng +25
0
C ; trong đất thờng lấy l +15
0
C.

2) Chọn dây dẫn theo ĐK. phát nóng:

Thực chất l chúng ta sẽ chọn 1 loại dây có sẵn với F
tc
v I
cf
sao cho khi lắp đặt vo
với dòng thực tế thì nhiệt độ của nó sẽ không vợt quá nhiệt độ cho phép (thực tế ít
biết đợc

cf
m thờng chỉ biết đợc I
cf
)

vậy để chọn dây ta có: 21cfmaxlv
K.K.II
(6.2)
Trong đó:

lm cách điện gi
cỗi mau chóng, điều đó không cho phép. Vì vậy để thoả mãn điều kiện phát nóng,
dây dẫn v cáp chọn không những chỉ cần đảm bảo (6.2) m còn phải phối hợp với
thiết bị bảo vệ theo những ĐK sau:

+ 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 v 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

(thực chất đây l ĐK. ngắn hạn).

Tiết diện cáp cần phải đợc lựa chọn sao cho cáp chịu đợc phát nóng với nhiệt độ
khá cao do dòng ngắn mạch gây ra (trong thời gian ngắn, thời gian tồn tại dòng
ngắn mạch cho đến lúc nó đợc cắt ra). Khi ấy ngời ta gọi l tiết diện ổn định
nhiệt, tức tiết diện thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. Tiết diện ổn định nhiệt xác định
theo biểu thức sau: 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



để chọn dây dẫn.

1) Xác định tiết diện dây dẫn khi ton bộ đờng dây cùng tiết diên:

Phơng pháp ny dùng cho nhngc đờng dây có chiều di không lớn lắm
m số phụ tải lại nhiều. Xét trờng hợp nhu HV.
Phơng trình biểu diễn

U:

+=
+
=
ijij
dm
0
ijij
dm
0
dm
ijijijij


0,3
ữ
0,45

/km

ngời ta đề ra phơng pháp chọn theo

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

Nếu ta chọn trớc loại dây (loại vật liệu lm dây) F
1
r
0

= (


1
= - điện dẫn suất của vật liệu lm dây). l
12
0 1 2
p
1
+ jq
1
p
2
+ jq
2
P
01

0
'
lP
FU
1
lP
U
r
U




'
dm
ijij
UU
lP
F


=
(6.9)

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


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

U
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 di lớn, CCĐ cho một số ít phụ tải, nếu đùng đờng dây
cùng tiết diện sẽ không hợp lý, cỏ thể lm tổn thất nhiều kim loại mầu, gây tổn thất
công suất v điện năng.
Trờng hợp ny nếu l 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 v điện năng l bé nhất). Chọn nh vậy vừa đảm
bảo đợc mức

U
cf
vừa lm cho

P;

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

4
25 + j10
25 + j10
40 + j20
40 + j20
110 m
100 m


U +

U chọn x
0




U =
dm
ijij0
U
lQx
(Mặc dù tiết diện các đoạn ny không bằng nhau nhng vì x
0
ít thay đổi theo tiết
diện)

lúc đó:
U =

U
cf

010101
'
F
cos.lI3
F
cos.lI3
U





+=Để có

P;

A
min


j = const.

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



=
(6.10)

Từ (6.10) ta sẽ dễ dng tính đợc tiết diện trên các đoạn: j
I
F
01
01
=
;
j
I
F
12

P
I
01
01
=
+
==

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

A

Lấy x
0
= 0,35

/km Tính

U


+
==


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


1,25 A/mm
2Từ T
max
= 3800 h v dây nhôm tra đợc j
kt
= 1,1 A/mm
2
Vì J
kt
< j nên tiết diện dây
xác định theo j
kt
.


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
.
S

0
1 2
l
01
F
01
1
.
S

2 Km

tc
).V + 3 I
2
max
R.

.C

Ta có thể bbiểu diễn tơng quan của vốn đầu t với tiết diện nh sau:

V = (v
0
+ b.F).l

v
0
- Vốn đầu t xây dựng 1 km đờng dây thnh phần không liên quan đến tiết diện
(chi phí thăm dò, vạch tuyến đờng, mua sứ, cột ..v.v..) [đ/Km].
b - Giá thnh 1 Km đờng dây với tiết diện 1 mm
2
[đ/mm
2
Km].
F - Tiết diện dây [mm
2
].
l - Chiều di đờng dây [Km].

Trong thnh phần thứ 2 của ham Z. Ta có thể phân tích R =





Z
nin


F
kt
0
F
ClI3
bl)aa(
F
Z
2
2
max
tcvh
=+=



bl)aa(


+
=
(6.13)

Từ (6.13) ta nhận thây rằng j
kt
không phụ thuộc vo điện áp của mạng điện
nhng nó phụ thuộc vo rất nhiều yếu tố (nh giá nguyeen vật liệu, giá điện năng,
chi phí về thi công, loại dây, tính chất công việc của phụ tải .v.v). Tóm lại j
kt
phụ
thuộc vo tình trạng phát triển kinh tế-kỹ thuật trong từng giai đoạn v chính sách
kinh tế của từng nớc. tuy vậy ứng với từng nớc, hoặc từng vùng lãnh thổ kinh tế cụ
thể thì vẫn có thể xác định đợc các thông số vừa nêu trên. Chính vì lý do đó J
kt
trong
thực tế đợc tính sẵn cho một số loại đờng dây với tính chất phụ tải khác nhau. Tức
l ngời dùng sẽ tra bảng j
kt
= f(T
max
; loại dây). Nh vậy theo phơng pháp ny j
kt

ợc xác định theo (6.13) hoặc tra bảng

sau đó tiết diện dây xác định theo công
thức sau:

F

Z(F)

0

I

II

Z

F
kt
Z
nim