Cáp dùng trong mạng điện áp cao và thấy có nhiều loại; ta thường gặp loại cáp đồng hoặc nhôm, cáp một, hai, ba hay bốn lỗi, cáp đầu và cáp cao su. Ở cấp điện áp 110-220KV, cách điện của cáp thường là dầu hay khí. Cáp có điện áp dưới 10KV thường được chế tạo theo kiểu ba pha bọc chung một vỏ chì, cáp có điện áp trên 10KV thường được chế tạo theo kiểu bọc riêng rẽ từng pha. Cáp có điện áp 1000 V trở xuống thường là loại cáp cách điện bằng giấy tẩm đầu hay cao su.

Dây dẫn ngoài trời thường là loại dây trần mỗi sợi, nhiều sợi, hoặc dây rỗng ruột. Dây dẫn dùng trong nhà thường là loại dây dẫn bọc cao su cách điện hoặc nhựa cách điện. Một số trường hợp ở trong nhà có thể dùng dây trần hoặc thanh dẫn nhưng phải được đặt trên sứ cách điện.

Trong mạng điện xí nghiệp, dây dẫn và cáp thường được chọn theo hai điều kiện sau:

  • Chọn theo điều kiện phát nóng
  • Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Khi chọn tiết diện dây dẫn, dây cáp có thể dựa vào trong một hai điều kiện trên và kiểm tra theo điều kiện còn lại. Ngoài ra còn có thể chọn tiết diện dây dẫn, dây cáp theo mật độ kinh tế của dòng điện.

Cáp ba pha

Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và dây cáp thì vật dẫn bị nóng, nếu nhiệt độ dây dẫn và cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng hoặc giảm tuổi thọ. Mặt khác, độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống. Do vậy nhà chế tạo qui định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn và dây cáp.

Khi nhiệt độ không khí là ±250C, người ta qui định nhiệt độ cho phép của thanh cái và dây dẫn trần là 700C. Đối với cáp chôn trong đất ẩm có nhiệt độ là +150C, nhiệt độ cho phép chỉ được dao động trong khoảng 60 ÷ 800 tùy theo từng loại cáp. Dây bọc cao su có nhiệt độ cho phép là 550C v.v…

Nếu nhiệt độ dây dẫn và dây cáp đặt tại nơi nào đó khác với nhiệt độ qui định (nhiệt độ không khí là + 250C, nhiệt độ của đất là + 150C) thì phải hiệu chỉnh theo hệ số hiệu chỉnh k(k- cho trong các sổ tay tra cứu). Do đó, tiết diện dây dẫn và dây cáp chọn phải thỏa mãn điều kiện sau:

k.Icp ≥ Ilvmax

Trong đó:

  • Ilvmax – dòng điện làm việc cực đại của dây dẫn
  • Icp – dòng điện cho phép ứng với dây dẫn chọn

Dòng điện cho phép Icp là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua dây dẫn trong thời gian không hạn chế mà không làm cho nhiệt độ của nó vượt quá trị số cho phép.

Lựa chọn tiết diện dây dẫn và dây cáp theo tổn thất điện áp cho phép

Đối với mạng điện địa phương, ta phải dựa vào tổn thất điện áp cho phép để lựa chọn tiết diện dây dẫn vì mạng điện địa phương thường có công suất bé, tiết diện dây dẫn nhỏ và do đó điện trở dây dẫn lớn. Do vậy nếu tăng tiết diện dây dẫn sẽ làm giảm tổn thất điện áp ΔU, tức là giữ cho tổn thất điện áp không vượt quá mức tổn thất điện áp cho phép.

Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện

Hãy xét một mạch điện đơn giản như hình

Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện

Công thức để tính tổn thất điện áp:

TÍnh tổn thất điện áp

Nếu toàn bộ đường dây cùng một tiết diện, cùng một vật liệu:

tổn thất điện áp do công suất tác dụng và điện trở đường đây gây nên

Ở đây: ΔU’ tổn thất điện áp do công suất tác dụng và điện trở đường đây gây nên; ΔU” tổn thất điện áp do công suất phản kháng và điện kháng đường dây gây nên.

Nếu biết được x0 , chúng ta sẽ tính được ΔU” nhờ biểu thức:

Giá trị điện kháng trên 1km đường dây x0, nói chung ít thay đổi dù dây lớn hay bé ( x0 = 0,3 ÷ 0,43Ω/km). Do vậy có thể lấy một trị số trung bình nào đó để tính toán ΔU”.

Đối với đường dây cao thế trên không thì x0 trung bình có thể lấy bằng 0,3 ÷ 0,40Ω/km. Đối với đường dây hạ áp trên không thì x0 trung bình lấy bằng 0,25Ω/km, còn đối với đường dây cáp thì x0 = 0,07Ω/km.

Trị số tổn thất điện áp cho phép ΔUcp từ nguồn đến phụ tải xa nhất đã cho theo yêu cầu của mạng điện. Do vậy ta tính được ΔU’, từ công thức

ΔU’ =  ΔUcp =  ΔU”

Biết Trung tâm VNK

thay r0 = 1/γF với γ điện dẫn suất của vật liệu dây dẫn. Do vậy, ta tính được tiết diện F như sau:

Trung tâm đào tạo VNK

Căn cứ vào trị số tính toán F, ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất. Đồng thời xác định được r0 và x0 ứng với dây dẫn đã chọn, tính lại tổn thất điện áp, sau cùng so sánh với ΔUcp. Nếu chưa đạt yêu cầu, ta hãy tăng tiết diện dây dẫn lên một cấp và tính lại.

Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi

Khi xây dựng đường dây cùng một tiết diện trên toàn bộ chiều dài của nó sẽ đưa đến việc sử dụng một khối lượng kim loại màu lớn. Do đó, nếu thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là lớn, thì đối với mạng điện địa phương ta nên chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi, lúc đó tổn thất công suất và điện năng sẽ bé nhất.

Hãy xét đường dây có hai phụ tải

Ta biết: ΔUcp = ΔU’ + ΔU”

Cho x0 tùy ý, ta sẽ tính được ΔU”

trung tâm đào tạo cơ điện VNK

ΔU’ = ΔUcp – ΔU”

Mặt khác, ta biết:

Pi = √3Uđm I1.cosφ1

Do vậy, với đường dây có hai phụ tải, ta được:

ΔU’ = ΔU’oa + ΔU’ab = [√3(I1l1cosφ1)]/γF1 + [√3(I2l2cosφ1)]/γF2

Trong đó cosφ1, cosφ2 là hệ số công suất trên đoạn oa và ab của mạng điện xét.

Ta có định nghĩa về mật độ dòng điện J = 1/F. Các đoạn dây trên đều chọn theo mật độ dòng điện không đổi, nên ta có:

J = I1/F1 = I2/F2

Vậy ΔU’ = (√3/γ) (Jl1cosφ1 + Jl2cosφ2)

Từ đây ta rút ra được

J = γΔU’/√3(l1cosφ1 + l2cosφ2)

Một cách tổng quát, đối với mạng điện có n phụ tải, thì mật độ dòng điện được tính như sau:

Ở đây: li và cosφi là chiều dài và hệ số công suất của đoạn thứ i

Từ đây, ta xác định được tiết diện đoạn dây dẫn cần chọn ở đoạn thứ i là:

Fi theo dòng điện chạy trên đoạn thứ i:

Fi = I1/J

Cuối cùng, ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra lại tổn thất điện áp xem có bé hơn tổn thất điện áp cho phép hay không.

Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu ít nhất

Khi xây dựng một đường dây, để hợp lý ta nên chọn mỗi đoạn một tiết diện khác nhau, tất nhiên phải đảm bảo được tổn thất điện áp trên đường dây đó bé hơn tổn thất điện áp cho phép. Do vậy ta sẽ làm giảm được tiêu tốn khối lượng kim loại màu.

Hãy xét đường dây cung cấp cho hai phụ tải a và b

đào tạo VNKedu

Tổn thất điện áp cho phép từ nguồn 0 đến điểm cuối b là ΔUcp

Ta chọn x0[Ω/km] một giá trị tùy ý, ta tính được ΔU” và

ΔU’ = ΔUcp – ΔU”

Ở đây ΔU’ là tổn thất công suất do công suất tác dụng và điện trở gây ra trên hai đoạn oa và ab

ΔU’ = ΔU’oa + ΔU’ab

Nếu biết ΔU’oa và ΔU’ab thì ta tìm được Foa và Fab

Foa = P1l2/γUđmΔU’oa

Fab = P2l2/γUđmΔU’ab = P2l2/γUđm(ΔU’ – ΔU’oa)

Khối lượng kim loại màu trên toàn bộ đường dây ab

đào tạo vnk

Điều kiện để chi phí kim loại màu bé nhất là lấy đạo hàm của V theo biến ΔU’oa rồi bằng không

Sau đó, qua một vài phép rút gọn và thay thế ta được

đào tạo cơ điện VNK

Dựa vào tiết diện tính toán, tra bảng tìm tiết diện tiêu chuẩn. Đối với đoạn dây đầu do công suất chuyển tải lớn nên chọn tiết diện gần nhất lớn hơn tiết diện tính toán, còn đối với đoạn dây cuối nguồn nên chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn tiết diện tính toán. Cuối cùng, cần kiểm tra xem tổn thất điện áp trên đường dây có bé hơn tổn thất điện áp cho phép hay không.

___________________________________
Bộ tài liệu Thiết kế điện hợp chuẩn – Bạn đã có ???
Tham khảo ngay

Lựa chọn và kiểm tra tiết diện cáp và dây cáp
3 (60%) 2 votes