Tính toán tham số mạng điện

Phần này mô tả cấu tạo của dây dẫn trên không, đề cập đến các loại dây dẫn phổ biến như ACSR (Aluminum Conductors Steel Reinforced) và GTACSR. Tài liệu nêu rõ sự khác biệt trong hệ thống đo lường giữa các quốc gia, cụ thể là việc sử dụng đơn vị Circular mil (CM) cho tiết diện dây ở Mỹ, khác với đơn vị mm² được sử dụng rộng rãi quốc tế. Đặc điểm của các loại dây dẫn khác nhau cũng được đề cập, ví dụ như dây Almelec AGS/L của Pháp và hệ thống ký hiệu của dây dẫn Nga, sử dụng chữ cái (M: đồng, A: nhôm, AC: nhôm lõi thép, ACY: nhôm lõi thép tăng cường, ПC: thép) và số để chỉ vật liệu và tiết diện (mm²). Sự khác biệt trong ký hiệu và đơn vị đo lường này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ tiêu chuẩn kỹ thuật của từng quốc gia khi làm việc với các hệ thống truyền tải điện.

Phần này tập trung vào phân tích điện trở của dây dẫn, bao gồm cả điện trở DC và điện trở AC. Điện trở DC của dây dẫn được xem xét, đặc biệt là ảnh hưởng của cấu trúc xoắn ốc của dây, làm tăng chiều dài dây dẫn từ 1-2% so với chiều dài thực tế, dẫn đến giá trị điện trở DC thực tế lớn hơn. Điện trở AC thường cao hơn điện trở DC khoảng 2% ở tần số 60Hz, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng bề mặt (skin effect). Ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện trở dây dẫn được nhấn mạnh, với việc cung cấp công thức tính toán điện trở ở các nhiệt độ khác nhau (t1 và t2), sử dụng hệ số nhiệt điện trở α ở 20°C. Các yếu tố như hình dạng xoắn ốc của sợi dây, nhiệt độ hoạt động, tần số dòng điện và cường độ dòng điện đều tác động đến điện trở của dây dẫn, cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống điện.

Phần này cung cấp thông tin về điện trở suất của các kim loại, cụ thể là nhôm (2,83 Ω.m) và hệ số nhiệt điện trở α (ở 20°C) của nhôm (0,0039 °C⁻¹). Hiệu ứng mặt ngoài (skin effect) được giải thích chi tiết, hiện tượng này làm cho mật độ dòng điện phân bố không đều trên tiết diện dây dẫn khi dòng điện xoay chiều (AC) chạy qua, mật độ dòng điện cao hơn ở mặt ngoài so với lõi, dẫn đến tổn thất công suất lớn hơn so với dòng điện một chiều (DC) cùng cường độ. Sự hiểu biết về điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở, và hiệu ứng mặt ngoài là rất quan trọng để tính toán chính xác điện trở của dây dẫn và tối ưu hóa thiết kế hệ thống điện, giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Phần này thảo luận về khái niệm điện cảm và mối liên hệ của nó với từ trường. Điện cảm của đường dây truyền tải phụ thuộc vào vị trí tương đối và kích thước của các dây dẫn. Tài liệu mô tả cách tính toán từ trường H ở một khoảng cách x từ tâm dây dẫn mang dòng điện I. Mật độ từ thông được đề cập, cùng với việc tính toán từ thông móc vòng của một dây dẫn thẳng dài vô hạn, xem xét cả từ thông bên trong và bên ngoài dây dẫn. Các công thức được trình bày một cách tổng quát, tập trung vào việc tính toán từ thông do dòng điện tức thời gây ra trong dây dẫn. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa điện cảm, từ trường và dòng điện là cơ sở để tính toán các tham số điện khác của đường dây truyền tải.

Phần này trình bày một ví dụ cụ thể về cách tính toán độ tự cảm trên một mét chiều dài của mỗi pha trong hệ thống đường dây truyền tải 3 pha. Khoảng cách giữa các dây dẫn (D) và bán kính dây (r) được sử dụng làm đầu vào cho phép tính. Tài liệu nhấn mạnh khái niệm hỗ cảm (mutual inductance) giữa các pha, trong đó hỗ cảm của một pha chỉ phụ thuộc vào dòng điện trên chính pha đó. Việc hiểu rõ cách tính toán độ tự cảm trong hệ thống 3 pha là rất quan trọng để thiết kế và phân tích hiệu quả của hệ thống truyền tải điện.

Phần này tập trung vào kỹ thuật đường dây truyền tải phân pha (bundled conductors) nhằm giảm hỗ cảm và tổn thất vầng quang. Việc phân chia đường dây truyền tải của từng pha thành nhiều cáp nhỏ hơn với bán kính r, đặt cách nhau một khoảng a trên một khung định vị, giúp giảm khoảng cách giữa các dây dẫn và tăng bán kính hiệu dụng của bó dây. Giảm khoảng cách giữa các pha cần lưu ý đến hiện tượng đánh thủng cách điện do quá điện áp. Tài liệu cũng đề cập đến việc tăng bán kính cáp để giảm tổn thất vầng quang (corona loss), giảm điện kháng X0, và tăng khả năng tải của đường dây. GMR (Geometric Mean Radius) cần được xác định phù hợp với cấu trúc phân pha. Hiểu rõ nguyên lý và lợi ích của đường dây phân pha là rất cần thiết để thiết kế các hệ thống truyền tải điện cao áp.

Phần này thảo luận về hiện tượng corona, một hiện tượng ion hóa không khí xung quanh dây dẫn do trường điện từ mạnh gây ra. Hiện tượng corona dẫn đến tổn thất năng lượng (tổn thất vầng quang), nhiễu radio, và tiếng ồn. Tăng bán kính dây dẫn giúp giảm từ trường xung quanh, hạn chế hiện tượng corona. Tài liệu đề cập đến việc sử dụng đường dây phân pha cho hệ thống truyền tải cao áp (từ 220 kV trở lên) để tăng bán kính hiệu dụng và giảm tổn thất corona. Công thức thực nghiệm Mayer được đề cập đến để tính toán tổn thất vầng quang, trong đó các tham số như tần số, bán kính dây, cường độ điện trường, khoảng cách giữa các dây trong một pha và giữa các pha, cũng như hệ số ảnh hưởng của thời tiết (k) được sử dụng. Hiểu rõ hiện tượng corona và phương pháp giảm thiểu tổn thất vầng quang là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống truyền tải điện.

Phần này tập trung vào việc tính toán điện dung của cáp một lõi. Điện dung được xác định dựa trên các thông số hình học của cáp, bao gồm bán kính lõi (r) và bán kính từ tâm lõi đến màn chắn (R). Tài liệu đề cập đến việc tính toán điện dung trên một mét chiều dài cáp. Công thức tính toán liên quan đến sự thay đổi điện thế trên một đoạn dx (dV = -E x dx) và điện áp giữa dây dẫn và lớp cách điện ngoài. Hiểu rõ cách tính toán điện dung của cáp một lõi là nền tảng để hiểu và tính toán điện dung của các loại cáp phức tạp hơn.

Phần này mở rộng việc tính toán điện dung đến cáp ba lõi (ba pha). Trong trường hợp này, điện dung tổng thể bao gồm điện dung giữa các lõi cáp với nhau và điện dung giữa lõi và vỏ cáp. Tài liệu đề cập đến việc xem xét các lõi cáp được bố trí trên đỉnh của một tam giác đều, sử dụng phép biến đổi tam giác-sao để đơn giản hóa việc tính toán. Các thông số như C1 (điện dung của vỏ với lõi cáp) và C2 (điện dung giữa các lõi với nhau) được sử dụng trong phép tính. Việc tính toán điện dung cho cáp ba pha phức tạp hơn so với cáp một lõi, cần phải xem xét tương tác điện dung giữa các lõi.

Trong phần này, một số tham số ảnh hưởng đến điện dung của cáp ngầm được đề cập. Khoảng cách trung bình hình học giữa các lõi cáp (Dm) đóng vai trò quan trọng. Hằng số điện môi tương đối giữa lõi cáp so với vỏ bọc bên ngoài (ε’) và giữa các cáp với nhau (ε”) cũng ảnh hưởng đến điện dung. Tài liệu không đi sâu vào chi tiết công thức, nhưng nhấn mạnh tầm quan trọng của các hằng số điện môi trong việc xác định điện dung chính xác. Hiểu rõ các tham số này là cần thiết để lựa chọn và thiết kế cáp ngầm phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Phần này đề cập đến các loại tổn thất năng lượng trong đường dây cáp ngầm. Tổn thất nhiệt do hiệu ứng RI² trên dây dẫn và lớp màng phân cách giữa các lớp điện môi được nêu rõ. Tổn thất điện môi của vật liệu cách điện cũng được xem xét. Điện dung cáp được mô tả như bị suy hao, dẫn đến sự xuất hiện của một điện trở tổn thất R1. Hiện tượng dòng điện rò, đi qua tâm cáp và xuyên qua lớp điện môi cách điện, cũng được giải thích. Bản chất và mức độ của dòng điện rò bị giới hạn bởi chất lượng cách điện của cáp. Suất điện trở ρ1 của lớp điện môi cách điện được đề cập đến trong việc tính toán điện trở của lớp điện môi (dR).

Phần này tập trung vào điện dung của cáp ngầm. Đối với cáp một lõi, điện dung phụ thuộc vào bán kính lõi (r) và bán kính từ tâm đến màn chắn (R). Công thức tính điện dung trên một mét chiều dài được nêu. Đối với cáp 3 lõi (3 pha), điện dung bao gồm điện dung giữa hai lõi với nhau và điện dung giữa lõi và vỏ cáp. Giả sử các lõi cáp được bố trí trên đỉnh của một tam giác đều, phép biến đổi tam giác-sao được sử dụng để tính toán. Các thông số C1 (điện dung vỏ-lõi) và C2 (điện dung giữa các lõi) được định nghĩa. Khoảng cách trung bình hình học giữa các lõi (Dm) và các hằng số điện môi tương đối (ε’, ε’’) ảnh hưởng đến điện dung.

Phần này đề cập đến điện cảm của cáp ngầm. Điện cảm trên một đơn vị chiều dài của cáp một lõi được đề cập. Điện cảm tính toán trên chiều dài mỗi pha được trình bày, với hệ số K = 1 cho cáp đặt dạng tam giác và K = 1.26 cho cáp đặt nằm ngang. Khoảng cách giữa các tâm dây dẫn (s) và bán kính dây dẫn (r) là các thông số quan trọng trong công thức tính toán. Việc tính toán điện cảm trên mỗi pha là cần thiết để đánh giá chính xác tổng trở của hệ thống cáp ngầm.