Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Xác định tiết diện dây dẫn - Phạm Khánh Tùng

CUNG CẤP ĐIỆN 
BÀI GIẢNG 
Biên soạn: Phạm Khánh Tùng 
Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật 
hnue.edu.vn\directory\tungpk 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Những vấn đề chung 
- Các yêu cầu kỹ thuật ảnh hưởng đến chọn tiết diện dây 
 + Phát nóng do dòng điện làm việc lâu dài (dài hạn). 
 + Phát nóng do dòng ngắn mạch (ngắn hạn). 
 + Tổn thất điện áp trong dây dẫn và cáp trong trạng thái làm 
việc bình thường và sự cố. 
 + Độ bền cơ học của dây dẫn và an toàn. 
 + Vầng quang điện. 
 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
- Với 5 điều kiện trên ta xác định được các tiết diện dây dẫn tương 
ứng, tiết diện dây dẫn nào lớn nhất sẽ là tiết diện cần lựa chọn thoả 
mãn điều kiện kỹ thuật. 
- Tuy nhiên có những điều kiện kỹ thuật thuộc phạm vi an toàn do đó 
dây dẫn sau khi đã được lựa chọn theo các điều kiện khác vẫn cần 
phải chú ý đến. 
- Điều kiện riêng (đặc thù) của từng loại dây dẫn, vị trí và môi trường 
nơi sử dụng 
- Một số trường hợp đặc biệt, qua đó có thể lựa chọn được tiết diện 
dây dẫn cách đơn giản và chính xác hơn. 
 CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
+ Yếu tố vầng quang điện và độ bền cơ học chỉ được chú ý khi chọn 
tiết diện dây dẫn trên không 
+ Điều kiện phát nóng do dòng ngắn mạch chỉ được chú ý khi chọn 
cáp 
+ Để đảm bảo độ bền cơ học người ta qui định tiết diện dây tối thiểu 
cho từng loại dây ứng với cấp đường dây (vật liệu làm dây, loại hộ 
dùng điện, địa hình ) 
+ Ngoài yếu tố kỹ thuật và an toàn tiết diện dây dẫn còn được lựa 
chọn theo các điều kiện kinh tế để sao cho hàm chi phí tính toán Ztt 
là nhỏ nhất 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
+ Yếu tố vầng quang điện chỉ được đề cập tới khi điện áp đường 
dây từ 110 kV trở lên. 
Để ngăn ngừa hoặc làm giảm tổn thất vầng quang điện có qui định 
đường kính dây dẫn tối thiểu ứng với cấp điện áp khác nhau. 
Ví dụ: 
Cấp 110 kV thì d > 9,9 mm → tương ứng 70 mm2 
Cấp 220 kV thì d > 21,5 mm → tương ứng 120 mm2 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
1. LỰA CHỌN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG 
1.1. Sự phát nóng khi có dòng điện chạy qua 
Tác động của dòng điện làm vật dẫn nóng lên và nếu nhiệt độ 
quá cao sẽ làm giảm độ bền cơ học, giảm tuổi thọ hoặc phá hỏng 
các đặc tính cách điện của các chất cách điện xung quanh dây 
bọc (lõi cáp). 
Để hạn chế phát nóng quá mức, có qui định nhiệt độ phát nóng 
lâu dài cho phép tương ứng với từng chủng loại dây 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Nhiệt độ phát nóng lâu dài cho phép với từng loại: 
Loại dây dẫn điện Nhiệt độ 
Thanh dẫn và dây dẫn trên không 70oC 
Cáp bọc cao su 55oC 
Cáp điện có điện áp đến 3 kV 80oC 
Cáp 6 kV 65oC 
Cáp 10 kV 60oC 
Từ đó xác định được dòng điện làm việc lâu dài cho phép 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Quá trình phát nóng vật dẫn 
Năng lượng dùng để phát nóng: 
Ban đầu nhiệt độ của thiết bị sẽ tăng lên, khi nhiệt độ của vật lớn 
hơn nhiệt độ môi trường xung quanh xuất hiện quá trình toả nhiệt. 
R.tIP.t Q cc
2 
Sự chênh nhiệt độ của vật dẫn càng lớn thì quá trình toả nhiệt càng 
mạnh. 
 0..  SKQtoa
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Nếu I = conts, nhiệt độ của dây dẫn sẽ dừng lại ở một mức nào đó 
(sau thời gian ổn định nhiệt) 
Khi đó Qcc = Qtoa → trạng thái cân bằng nhiệt. 
 0
2 ..  SKRI
Khống chế để θ = θcp, ứng với từng loại dây cụ thể 
Qui định về θ0 , hay điều kiện làm mát cụ thể 
R
SK
I
cp
cp
).(. 0 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Icp có thể tính sẵn được với từng loại dây cụ thể nếu ta qui định chi 
tiết về S; R(F); θcp; K; θ0 
Lập bảng Icp = f(F; loại dây; các điều kiện tiêu chuẩn) 
Chú ý rằng nhiệt độ không khí xung quanh (tính trung bình) thường 
lấy bằng +25oC ; trong đất thường lấy là +15oC 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
1.2. Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng 
Thực chất là chúng ta sẽ chọn loại dây có sẵn với Ftc và Icp sao cho 
khi lắp đặt vào với dòng thực tế thì nhiệt độ của nó sẽ không vượt 
quá nhiệt độ cho phép. 
21max. KKII cplv 
Ilv.max - dòng điện cực đại lâu dài đi trong dây dẫn. 
Icp - dòng cho phép tra bảng (theo điều kiện tiêu chuẩn) 
K1; K2 - các hệ số hiệu chỉnh (K1 - chú ý đến nhiệt độ môi trường 
xung quanh khác tiêu chuẩn, K2 - hệ số xét tới điều kiện làm mát 
(toả nhiệt) khác tiêu chuẩn 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Với đường cáp và dây dẫn Uđm ≤ 1 kV, bảo vệ bằng cầu chì hoặc 
Aptomát, cần chú ý hiện tượng: 
Khi quá tải không lớn (kqt < 2) → sau một thời gian khá lâu thiết bị 
bảo vệ chưa cắt, dây dẫn bị phát nóng mạnh, làm cách điện mau 
chóng bị lão hóa. 
Vì vậy để thoả mãn điều kiện phát nóng, dây dẫn và cáp chọn cần 
phải phối hợp với thiết bị bảo vệ theo những điều kiện bổ xung: 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Iđm.cc - dòng điện định mức của dây chẩy cầu chì. 
α - hệ số phụ thuộc điều kiện đặt và quản lý mạng điện 
α = 3 đối với mạng điện động lực 
α = 0,8 với mạng sinh hoạt, chiếu sáng 
+ Khi mạng được bảo vệ bằng cầu chì 
ccđm
cp
I
I . 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
+ Khi mạng được bảo vệ bằng Aptômát 
5,1
.nhietkđ
cp
I
I 
Aptômát có mạch cắt nhiệt 
Aptômát có mạch cắt điện từ 
5,4
.đientukđ
cp
I
I 
Mạng chiếu sáng 
8,0
.nhietkđ
cp
I
I 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
2. LỰA CHỌN THEO ĐIỀU KIỆN PHÁT NÓNG DO NGẮN MẠCH 
(điều kiện ngắn hạn) 
Ngắn mạch → thiết bị phát nóng rất nhanh do dòng điện ngắn 
mạch có trị số rất lớn. 
Cần có thời gian để thiết bị bảo vệ tự động ngắt mạch do đó dây 
dẫn và các thiết bị cần phải chịu được nhiệt độ cao cho đến khi 
dòng ngắn mạch được ngắt. 
Tiết diện của dây cáp chịu được sự phát nóng với nhiệt độ cao do 
dòng ngắn mạch gây được gọi là tiết diện ổn định nhiệt, tức tiết diện 
thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. 
CHƯƠNG 6: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN 
Tiết diện ổn định nhiệt xác định theo biểu thức: 
tIF .. 
I∞ - trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạnh ở thời gian xác lập. 
t - thời gian tính toán, dòng ngắn mạch có thể đi qua cáp (theo đồ 
thị t = f(β”)