Tính độ sụt áp trên đường dây dẫn điện-Công thức và 1 số ví dụ

Độ sụt áp trên đường dây dẫn điện là gì?

Độ sụt áp là điện áp đầu nguồn cao hơn điện áp cuối nguồn. Vì trong quá trình truyền tải bị mất đi một phần năng lượng điện do điện trở trên đường dây, tổng trở của đường dây tuy nhỏ nhưng không thể bỏ qua. Ở chế độ vận hành của tải (như động cơ, chiếu sáng,….) sẽ phụ thuộc nhiều vào điện áp đầu vào gần với giá trị định mức.

Độ sụt áp lớn nhất cho phép sẽ thay đổi tuỳ theo quốc gia, đường dây dẫn điện càng dài đồng nghĩa với độ sụt áp càng lớn. Khi sử dụng quá nhiều các thiết bị điện ( tải tăng) cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng sụt áp nguồn. Do vậy cần phải chọn kích cỡ dây sao cho khi mang tải lớn nhất, điện áp ở điểm cuối phải nằm trong phạm vi cho phép.

Giải pháp khắc phục sụt áp

Đối với hệ thống truyển tải điện lưới: Sử dụng phương án lắp thêm trạm biến áp hạ thế tại các khu dân cư, khu công nghiệp… Các trạm biến áp này hạ áp xuống 110KV, 35KV, 22KV, 10KV… Chính vì thế mà điện năng chúng ta đang sử dụng hàng ngày phải thông qua rất nhiều trạm trung chuyển. Chứ không phải được truyền dẫn trực tiếp từ các nhà máy điện tới hộ gia đình.

Đối với truyển tải trong 1 dự án, khu đô thị, khu dân cư nhỏ thì việc thay đổi tiết diện dây dẫn điện, vật liệu dẫn là phương án hữu hiệu nhất. Thông thường dây điện cũ, chắp nối, tiết diện nhỏ, kéo dài…là nguyên nhân dẫn đến sụt áp.

Độ sụt áp cho phép lớn nhất

Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9207:2012 – Tiêu chuẩn thiết kế đường dây dẫn điện nhà ở và công trình công cộng quy định:

Các sụt áp giới hạn này được cho trong các chế độ vận hành bình thường (ổn định tĩnh) và không được sử dụng khi khởi động động cơ, hoặc khi đóng cắt đồng thời một cách tình cờ nhiều tải.

Khi sụt áp vượt quá giới hạn như ở bảng 1 thì phải dùng dây có tiết diện lớn hơn. Nếu sụt áp 8% được cho phép thì sẽ gây ra hàng loạt vấn đề sau cho động cơ:

– Nói chung sự vận hành động cơ đòi hỏi điện áp dao động 5% xung quanh giá trị định mức của nó ở trạng thái ổn định tĩnh.

– Dòng khởi động của động cơ có thể gấp 5 – 7 lần dòng làm việc lớn nhất. Nếu sụt áp là 8% tại thời điểm đầy tải, thì sẽ dẫn đến sụt áp 40% hoặc hơn ở thời điểm khởi động. Điều này làm cho động cơ:

+ Đứng yên (do mô men điện từ không vượt quá mô men tải) và làm cho động cơ quá nóng;

+ Tăng tốc độ chậm do vậy, dòng tải rất lớn (gây giảm áp trên các thiết bị khác) sẽ tiếp tục tồn tại trong thời gian khởi động.

– Sụt áp 8% sẽ gây tổn thất công suất đáng kể nhất là cho các tải làm việc liên tục.

Do vậy độ sụt áp lớn nhất 8% sẽ không được cho phép đối với những lưới rất nhạy với điện áp.

Phương pháp tính độ sụt áp gần đúng ở điều kiện ổn định:

Công thức tính độ sụt áp và 1 số ví dụ

Công thức tính độ sụt áp đơn giản

Độ sụt áp trên dây dẫn điện có thể tính toán gần đúng dựa trên độ sụt điện áp tính cho dingf điện 1Ampe trên 1 km chiều dài dây dẫn đối với các tiết diện khác nhau. Độ sụt áp sẽ được tính bằng công thức:

∆U = K x I_B x L (V) (*)

Trong đó:

• K được cho trong bảng 11 ở bên dưới.
• l_B là dòng làm việc lớn nhất (A).
• L chiều dài đường dây dẫn (km).

Như vậy, từ công thức (*) nêu trên, tra bảng 11 có hệ số K (giá trị này phụ thuộc vào tiết diện dây, loại dây đồng hay nhôm, tải 3 pha hay 1 pha…) giá trị dòng điện I_B ta đã có (tính được từ giá trị phụ tải). L (Chiều dài đường dây). Áp dụng vào công thức ta sẽ có giá trị sụt áp và đối chiếu giá trị sụt áp này với tiêu chuẩn sụt áp cho phép để chọn kích cỡ dây, loại dây và tải cho phép đảm bảo kỹ thuật, kinh tế.

Ví dụ tính độ sụt áp

Ví dụ 1:

 

Cho dây đồng 3 pha tiết diện 25mm2 dài 150m cấp điện cho động cơ 400V có dòng:

• 35A với cosφ = 0,8 ở chế độ bình thường.
• 175A (= 5*In) vớ i cosφ = 0,35 khi khởi động.

Sụt áp tại điểm nối vào tủ động cơ là 10V khi khởi động động cơ.

Hãy tính sụt áp tại đầu vào động cơ:

• Chế độ bình thường.
• Chế độ khởi động.

Giải đáp:

– Sụt áp ở chế độ bình thường:

∆U% = 100∆U/ Un

Bảng 2 cho 1V/A/km do đó:

∆U cho cáp = 1,3 x 35 x 0,15 = 6,825 V

∆U Tổng = 6,825 + 10 = 16,825 V

• ∆U% = (16,825/400)*100 = 4,20625 % Giá trị này nhỏ hơn 8%.

– Sụt áp khi khởi động:

∆U cho cáp = 0,65 x 175 x 0,15 = 17,0625 V

Sụt áp tại tủ phân phối sẽ vượt quá 10V do dòng phụ khi khởi động động cơ. Giả sử dòng chạy qua tủ phân phối khi khởi động động cơ là 285 + 175 = 460 A, vậy tại tủ phân phối sẽ sụt áp:

(10 x 460) / 320 = 14,375 V

∆U Tổng = 17,0625 + 14,375 = 31,4375 V

>>> ∆U% = (31,4375/400)*100 = 7,86 %

Thỏa mãn yêu cầu về điện áp khi khởi động động cơ.

Ví dụ 2:

• Cho cáp 3 pha 4 dây bằng đồng có tiết diện 70 mm², dây có chiều dài 50m mang dòng điện 150 A. Dây này cung cấp điện cho một số tải, trong đó có mạch chiếu sáng gồm 3 dây 1 pha, mỗi dây có tiết diện 2.5 mm² bằng đồng, dài 20 m và có dòng điện 20 A.
• Giả sử các dòng trên dây 70 mm² cân bằng và 3 mạch chiếu sáng được nối vào cùng một điểm.
• Tính độ sụt áp tại điểm cuối của mạch chiếu sáng?

Giải đáp:

• Sụt áp của dây dẫn có 4 sợi là: ΔU%= 100 ΔU/Un
  • Bảng trên 0.55 V/A/km, ta được: ΔU dây = 0.55 x 150 x 0.05 = 4.125V
  • Do đó: ΔUpha = 4 x125)/√3 = 2.38V
• Sụt áp trên dây chiếu sáng: ΔU trên mỗi mạch đơn = 18 x 20 x 0.02 = 7.2V
  • Do đó, tổng sụt áp là: 7.2 + 2.38 = 9.6V
  • 9.6/230 x 100 = 4.2%
  • Giá trị này thỏa mãn yêu cầu về sụt áp cho phép, vì có giá trị nhỏ hơn 6%.