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 h-
ởng 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 m n điều kiện kỹ thuật. Tuy nhiên có nhữngã
điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó dây dẫn sau khi đ đã ợc 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 đờng
kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau.
VD: với cấp 110 kV thì d > 9,9 mm


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
dốt
(lớn) Q
dôt
(nhỏ) Q
dot
= 0
Q
cc
Q


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:R
)(S.K
I
0cf
cf


=
(6.1)
Từ (6.1) cho ta thấy rằng có thể tính sẵn đợc I
cf
với từng loại dây cụ thể nếu ta qui
định chi tiết về S; R(F);


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
cf
- dòng cho phép tra bảng (theo ĐK. tiêu chuẩn).
K
1
; K
2
- các hệ số hiệu chỉnh.
K
1
- Chú ý đến nhiệt độ môi trờng xung quanh khác tiêu chuẩn.
K
2
- Hệ số sét tới điều kiện làm mát (toả nhiệt) khác tiêu chuẩn (phụ
thuộc vào số lợng các đờng cáp cạnh nhau).
Riêng với đờng cáp và dây dẫn U
dm



I
kdnhit
cf


(2)
5,4
I
I
dientukd
cf


(6.4)
Tuỳ theo aptômát có mach cắt nhiệt và cắt nhanh hay chỉ có 1 loại (có thể chính
định đợc hay không). Với mạng chiếu sáng đợc boả vệ bằng aptômát.

8,0
I
I
kdnhiet
cf

(6.5)
6.3 Lựa chọn tiết diện dây và cáp theo ĐK phát nóng do dòng
ngắn mạch: (thực chất đây là 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 là tiết diện ổn định nhiệt,

- Hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn cho phép của lõi cáp
và vật liệu làm cáp (tra bảng).
Chú ý: khi lập bảng

ngời ta tính để khi xẩy ra ngắn mạch nhiệt độ của cáp không
vợt quá mức cho phép (đây là mức cho phép ngắn hạn thơngf là 250
0
C). tuy nhiên
nhiều khio làm việc, có nhiều lúc cáp non tải, vì vậy để lựa chọn tiết diện ổn định
nhiệt thờng lấy tiết diện tiêu chuẩn bé hơn tiết diện tính toán ch không lấy tiết diện
lớn.
6.4 Lựa chọn tiết diện dây và cáp theo ĐK tổn thất điện áp cho
phép: ở mạng 35 kV trở xuống, tiết diện dây dẫn và cáp thờng bé, điện trở lớn, vì
vậy tiết diện dây dẫn ở mạng này ảnh hởng rõ dệt đến tổn thất điện áp.
Mạng phân phối yêu cầu chất lợng điện áp cao mà khả năng điều chỉnh
điện áp lại hạn chế. Vì vậy cần chọn tiết diện dây dẫn soa cho tổn thất điện áp không
vợt quá mức cho phép. Nghĩa là căn cứ vào

U
cf
để chọn dây dẫn.
1) Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đ ờng dây cùng tiết diên:
Phơng pháp này dùng cho nhngc đờng dây có chiều dài không lớn lắm mà
số phụ tải lại nhiều. Xét trờng hợp nhu HV.
Phơng trình biểu diễn

U:



U - thành phần tổn thất do X gây ra.
Chú ý từ đặc điểm của đờng dây. Điện kháng của đờng dây bằng kim loại mầu (cung
cấp điện áp) ít thay đổi theo tiết diện (xem VH), thờng chúng chỉ dao động trong
phạm vi x
0


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


U
cf
-

U
Nếu ta chọn trớc loại dây (loại vật liệu làm dây)

F
1
r
0

=
(


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

'
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
của loại dây thực

x
0
; r
0

0
& r
0


kiểm tra lại

U thực tế (so với

U
cf
).
Nếu cha đạt tăng 1 cấp tiết diện.
+ Tr ờng hợp mạng có phân nhánh: (HV)
Các phụ tải trong HV cho là [kVA]. Đoạn 04 là đờng dây trục có cùng tiết diện, còn
các đoạn khác có thể dùng tiết diện khác. Cách giải quyết bài toán này cụ thể nh
sau: Tiết diện đoạn 04 đợc xác định căn cứ vào

U
cf
(tham số này là biết trớc) và
các công thức (6.8); (6.9). Sau đó tính tổn thất điện áp thực tế trên đoạn 01. Từ đấy
xác định đợc tổn thất điện áp cho phép đoạn rẽ nhánh 1-2


U
cf12
=

U

x
ijij
dm
0
++=



U
04
=

U
cf
-

U = 7x380/100 9 = 17,6 V

2
3
'
04dm
ijij
04
mm7,96)06,0.4005,0.8011,0.130(
6,17.380,0.7,31
10
UU
lP
F

V
Ta thấy

U
cf
= 7% = 7x380/100 = 26,6 V



U
04




U
cf
+ Chọn tiết diện nhánh 1-2
Tính tổn thất thực tế trên đoạn 0-1

6,17
380,0
11,0.303,0.60
380,0
11,0.33,0.130
U
l.x.Q
U
l.r.P
U

0
= 0,35
9,0
380,0
1,0.35,0.10
U
"
12
==

V
Mặt khác:

U
cf12
=

U
12
+

U
12




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

1,0.27,1.25
U
12
=+=

V
4
25 + j10
25 + j10
40 + j20
40 + j20
110 m
100 m
50 m
60 m
0
1
2
3
Nhận thấy rằng

U
12




U
cf12
= 9 V

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
ít thay đổi theo tiết
diện)

3
UI cos




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





+=
Để có

P;

A
min




+
=

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:

j
I
F
01
01
=
;
j
I
F
12
12

8,0.10.3
500
cosU3
500
I
12
===

A
Lấy x
0
= 0,35

/km Tính

U


=
ijijij0
"
sinlIx.3U


(sin

= 0,6)
=
3
. 0,35.(101x4 + 36x2)x0,6 = 172 V

0
1 2
4 Km
900 kW
cos=0,8
500 kW
cos=0,8

=
+
==


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


1,25 A/mm
2
Từ T
max
= 3800 h và dây nhôm tra đợc j
kt
= 1,1 A/mm

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:
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
2
max

0tcvh

+++=
I II
I

tỉ lệ thuận với F
II

tỉ lệ nghịch với F0
F
Z
=




Z
nin


F
kt

0
F
ClI3

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

+
=
(6.13)
Từ (6.13) ta nhận thây rằng j
kt
không phụ thuộc vào điện áp của mạng điện
nhng nó phụ thuộc vào 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
vào tình trạng phát triển kinh tế-kỹ thuật trong từng giai đoạn và chính sách kinh tế
của từng nớc. tuy vậy ứng với từng nớc, hoặc từng vùng l nh thổ kinh tế cụ thể thì vẫnã
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 là ngời dùng
sẽ tra bảng j
kt
= f(T
max