Công thức tính độ sụt áp trên đường dây
Công thức tính độ sụt áp trên đường dây tải điện được áp dụng trong bảng tra độ sụt áp. Dưới đây là công thức chung để tính sụt áp gần đúng cho mỗi km chiều dài dây dẫn cho 1A và phụ thuộc vào:
Dạng của tải: cho động cơ với cosφ gần bằng 0,8 hay chiếu sáng với cosφ gần bằng 1.
Dạng của cáp : 1 pha hay 3 pha.
Độ sụt áp sẽ được tính bằng công thức: ∆U = K x IB x L [V] [*]
Trong đó:
K được cho trong bảng 2 ở bên dưới.
IB là dòng làm việc lớn nhất [A].
L chiều dài đường dây dẫn [km].
Bảng tra độ sụt áp
Với mỗi bảng tra độ sụt áp sẽ phụ thuộc vào từng loại dây dẫn điện khác nhau. Do vậy cần phải chọn kích cỡ dây tải sao cho khi mang tải lớn nhất. Điện áp tại điểm cuối phải nằm trong phạm vi cho phép. Viêc xác định độ sụt áp nhằm kiểm tra độ sụt áp là chấp nhận được và thoả mãn các yêu cầu về vận hành.
Các sụt áp giới hạn này được cho trong các chế độ vận hành bình thường. 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 hình trên 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:
+ 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.
Theo quy định tổn thất điện áp trên đường dây tính từ trạm phân phối tới phụ tải không vượt qua một trị số gọi là tổn thất điện áp cho phép. Phụ tải chiếu sáng 2-3%, phụ tải động lực 4-6%.
Khắc phục sụt áp trên đường dây
Đối với các nhà quản lý thì việc tăng kích cỡ dây dẫn điện để khắc phục sụt áp trên đường dây là không khả thi về nhiều mặt : kỹ thuật, chi phí đầu tư, hiệu quả… Vì vậy phải lựa chọn phương án nâng điện áp lên cao để truyền tải.
Do đó, điện lực đã 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… và cuối cùng mới đến trạm 04KV tức là 400V 3 pha. Mà các bạn sử dụng. Việc này làm giảm chi phí đầu tư dây dẫn lớn. An toàn tiết kiệm mà hiệu quả cao.
Do đó, điện năng chúng ta đang sử dụng hàng ngày phải thông qua rất nhiều trạm trung chuyển điện năng, chứ không phải được truyền dẫn trực tiếp từ các nhà máy thủy điện hay nhiệt điện.
Đó là về truyền tải điện lực, còn đối với điện dân sinh thì việc thay đổi dây dẫn điện 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.
Giải pháp để khắc phục hiện tượng sụt áp điện dân sinh, gia đình là sử dụng máy ổn áp Standa hoặc ổn áp Lioa. Đây là hai thương hiệu sản xuất ổn áp chất lượng cao, được nhiều khách hàng tin tưởng và sử dụng.
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
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 IB x L [V] [*]
Trong đó:
- K được cho trong bảng 11 ở bên dưới.
- lB là dòng làm việc lớn nhất [A].
- L chiều dài đường dây dẫn [km].
Bảng 11. Sụt áp dây ∆U cho 1A trên 1km [V]
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 IB 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%.
Xem thêm: Hướng Dẫn Thiết Kế Lắp Đặt Điện Theo Tiêu Chuẩn Quốc Tế IEC
Xem thêm: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9206: 2012 Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế