Tổn thất điện áp trên đường dây là gì

Bài giảng này tớ soạn cho công nhân trên tài liệu của EVN, các bác tham khảo .
I. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHẰM GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1. Các khái niệm về tổn thất điện năng
a. Định nghĩa tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng trên lưới điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện khi tải điện từ ranh giới giao nhận với các nhà máy phát điện qua lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Tổn thất điện năng còn gọi là điện năng được dùng để truyền tải và phân phối điện. Trong hệ thống điện tổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng của hệ thống và vai trò của công tác quản lý.
b. Tổn thất điện năng kỹ thuật và tổn thất điện năng phi kỹ thuật
b.1 Tổn thất điện năng kỹ thuật
Trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện đã diễn ra một quá trình vật lý là dòng điện khi đi qua máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện trên hệ thống lưới điện đã làm phát nóng máy biến áp, dây dẫn đường dây và các thiết bị điện dẫn đến làm tiêu hao điện năng, đường dây dẫn điện cao áp từ 110kV trở lên còn có tổn thất vầng quang, dòng điện qua cáp ngầm, tụ điện còn có tổn thất do điện môi, đường dây điện đi song song với đường dây khác như dây chống sét, dây cáp bưu điện, dây truyền thanh…có tổn thất do hỗ cảm. Tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình này chính là tổn thất điện năng kỹ thuật.
b.2 Tổn thất điện năng phi kỹ thuật
Tổn thất điện năng phi kỹ thuật hay còn gọi là tổn thất điện năng thương mại là do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như lấy cắp điện dưới nhiều hình thức (câu móc điện trực tiếp, tác động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng, gây hư hỏng, chết cháy công tơ, các thiết bị mạch đo lường…), do chủ quan của người quản lý khi khi TU mất pha, TI, công tơ chết, cháy không xử lý, thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc ghi sai chỉ số, do không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo qui định của pháp lệnh đo lường, đấu nhầm, đấu sai sơ đồ đấu dây… dẫn đến điện năng bán cho khách hàng đo được qua hệ thống đo đếm thấp hơn so với điện năng khách hàng sử dụng.
2. Các biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành giảm TTĐN
2.1 Các nguyên nhân làm tăng tổn thất điện năng kỹ thuật
a. Quá tải dây dẫn
Với 1 tiết diện nhất định và tùy thuộc loại kim loại chế tạo dây dẫn (dây đồng, nhôm, hợp kim) có 1 thông số nhất định về dòng điện tải. Nếu dây dẫn vận hành với dòng điện dưới mức định mức qui định như trên thì nhiệt độ do dây dẫn phát ra sẽ nhanh chóng được tản nhiệt qua không khí hoặc môi trường khác (đất, nước, gió..). Ta biết rằng tổn thất trên dây dẫn được tính theo công thức :

Trong đó r là điện trở dây dẫn, I là dòng điện trên dây dẫn. Tuy nhiên r thay đổi theo nhiệt độ qua công thức

Nội dung chính Show

• Tổn thất điện năng trên đường dây là gì?
• Tổn thất điện năng có tác hại gì?
• Tổn thất điện năng ký hiệu là gì?
• Tại sao điện áp cuối đường dây tăng cao?

Do đó khi nhiệt độ gia tăng do dòng điện I tăng thì rt sẽ gia tăng làm làm tăng tổn thất P trên đường dây.  là hệ số tăng điện trở do nhiệt độ, hệ số này phụ thuộc loại kim loại làm dây dẫn như sau :
- Dây nhôm lõi thép, thông thường  = 0,00403 1/0C.
- Dây hợp kim nhôm  = 0,0036 1/0C.
- Dây đồng  = 0,00393 1/0C.
b. Không cân bằng pha
Tình trạng không cân bằng pha sẽ làm tăng TTĐN trên dây trung tính, dây pha và làm tăng TTĐN trong MBA, việc mất cân bằng pha này cũng có thể gây quá tải ở pha có dòng điện lớn.
Đối với lưới trung, hạ áp khu vực miền Nam đều áp dụng kết cấu lưới 3 pha 4 dây cho lưới 3 pha và hầu hết lưới 1 pha 2 dây cho lưới 1 pha, trong kết cấu lưới này chế độ trung tính nối đất là bắt buộc để duy trì điện áp 0 trên dây trung tính.
Ở chế độ làm việc cân bằng (dòng trên 3 dây pha bằng nhau), dòng trung tính bằng không và điện áp trên dây trung tính bằng 0 :

Trường hợp IA, IB, IC không bằng nhau thì IN khác không, nghĩa là có dòng trên dây trung tính, dòng này tạo điện áp UN trên dây trung tính khác 0.
Như vậy ở trường hợp cân bằng pha thì trong lưới 3 pha chỉ có tổn thất điện năng trên 3 dây pha, dây trung tính không có tổn thất điện năng. Đối với lưới hạ áp 1 pha 2 dây thì dòng dây pha và dòng trung tính bằng nhau, như vậy tổn thất điện năng sẽ có trên dây pha và dây trung tính.
Hiện nay các MBA 1 pha đều có sẵn 4 cực đấu dây cho 2 cuộn dây hạ áp, thông thường ta đấu song song 2 cuộn dây này để vận hành nhằm tăng khả năng tải của MBA cho 2 cuộn dây, song việc này làm tăng tổn thất điện năng trên dây trung tính. Do vậy hiện nay ta đang áp dụng lưới hạ áp 1 pha 3 dây, lưới này có ưu điểm :
+ 2 dây pha vận hành với điện áp như nhau, chỉ khác góc pha, điều này không có ý nghĩa đối với phụ tải 1 pha.
+ Dây trung tính trực tiếp nối đất, đồng nghĩa với có điện áp 0 ở chế độ vận hành cân bằng 2 cuộn hạ áp. Nếu 2 cuộn hạ áp có dòng điện không cân bằng thì vẫn có điện áp trên dây trung tính, dù nhỏ.
+ Ở chế độ cân bằng 2 cuộn hạ áp thì không có tổn thất trên dây trung tính, khi 2 cuộn hạ áp mất cân bằng mới có tổn thất trên dây này, tuy vậy tổn thất này không lớn hơn trường hợp đấu song song 2 cuộn hạ áp.
c. Quá tải máy biến áp
Máy biến áp vận hành quá tải do dòng điện tăng cao làm phát nóng cuộn dây và dầu cách điện của máy dẫn đến tăng TTĐN trên MBA đồng thời gây sụt áp và làm tăng TTĐN trên lưới điện phía hạ áp.
- Dòng điện tăng cao : Mỗi MBA có 1 dòng định mức nhất định để cung cấp cho phụ tải 1 công suất nhất định, khi số lượng phụ tải gia tăng thì MBA sẽ bị quá tải công suất định mức. MBA được phép quá tải nhưng với thời gian nhất định như sau :
+ Trong trường hợp sự cố thì MBA được phép quá tải theo dòng điện 30% (120 phút), 45% (80 phút), 60% (45 phút), 75% (20 phút), 100% (10 phút).
- Phát nóng cuộn dây : Bình thường MBA dầu hoạt động thì nhiệt độ cao nhất ở lớp trên cùng không quá 900C, ở nhiệt độ này dầu sẽ truyền nhiệt ra cánh tản nhiệt và đối lưu không khí bên ngoài sẽ làm giảm nhiệt độ MBA. Khi MBA bị quá tải, do tổn thất P trong cuộn dây MBA tăng cao làm dầu nóng hơn mức bình thường, sự đối lưu nhiệt độ không theo kịp độ tăng nhiệt cuộn dây.
- Gây sụt áp : Khi MBA bị quá tải thì I tăng cao, sụt áp U = r.I trong cuộn dây MBA tăng làm giảm điện áp ở đầu cực ra MBA.
- Tăng TTĐN trên lưới hạ áp : Do U ở đầu cực hạ áp giảm trong khi công suất P của phụ tải không thay đổi làm I = P/U tăng, gây tăng TTĐN trên lưới hạ áp.
d. Non tải MBA
MBA vận hành non tải hoặc không tải thì tổn hao không tải lớn hơn so với điện năng sử dụng, mặt khác với phụ tải nhỏ thì các TI đo đếm lắp đặt với công suất định mức sẽ làm cho thiết bị đo điện năng hoạt động thiếu chính xác dẫn đến TTĐN tăng cao. Chưa kể việc MBA non tải hoặc không tải có cos rất thấp, ảnh hưởng xấu đến cos của hệ thống.
e. Hệ số cos thấp
Do phụ tải có hệ số cos thấp, thực hiện lắp đặt và vận hành tụ bù không phù hợp gây cos thấp trên lưới điện. Cos thấp dẫn đến cần tăng dòng điện truyền tải công suất phản kháng do đó làm tăng dòng điện truyền tải của hệ thống và làm tăng TTĐN.
Như ta đã biết công suất của phụ tải P = U.I.cos, trong đó P và U xem như không đổi, nếu phụ tải có cos thấp thì I phải gia tăng để P không đổi. Khi I gia tăng thì tổn thất điện năng truyền tải trên đường dây cũng tăng theo.
f. Do các điểm tiếp xúc và mối nối tiếp xúc kém
Khi các điểm tiếp xúc và mối nối tiếp xúc kém sẽ làm tăng điện trở R của vị trí tiếp xúc. R tăng làm tăng nhiệt độ tại điểm tiếp xúc, nhiệt độ tăng tiếp tục ảnh hưởng đến R, do vậy tổn thất điện năng gia tăng.
Trên lưới điện hiện nay có các điểm tiếp xúc của thiết bị như sau : tiếp điểm recloser, LBS, LTD, FCO, DS…và các điểm tiếp xúc của mối nối chịu sức căng, mối nối lèo, mối nối rẽ nhánh. Thông thường các vị trí tiếp xúc này có điện trở giá trị khoảng vài phần triệu ohm (), khi tiếp xúc kém thì điện trở vị trí tiếp xúc tăng lên.
Ví dụ với đường dây AV50 có dòng 100A, nếu điện trở tiếp xúc của mối nối là 1 thì sụt áp vị trí tiếp xúc là 100V, khi đó điện áp cung cấp cho phụ tải rất thấp. Cụ thể là các trường hợp tiếp xúc đồng nhôm của branchement, có nhiều trường hợp điện áp mối nối đạt 220V, do vậy điện áp đặt lên phụ tải bằng 0 (thử bằng vít thử điện cả 2 cực pha và trung tính đều đỏ).
g. Tổn thất do thiết bị cũ, lạc hậu

Các MBA, thiết bị điện, động cơ điện cũ sản xuất thời gian trước đây do công nghệ lõi thép lạc hậu nên hiệu suất rất thấp và TTĐN tăng cao.
Đối với lưới điện của Công ty ĐLTG trước đây có sử dụng các MBA hiệu XDĐ, Foster… có tổn thất rất cao, hiện nay chúng ta đã thay đổi tất cả bằng MBA thế hệ mới để giảm TTĐN.
h. Nối đất không tốt
Đối với lưới điện có hệ thống nối đất trực tiếp, nối đất lặp lại TTĐN sẽ tăng cao nếu nối đất không đảm bảo tiêu chuển qui định.
Mục đich của nối đất nhằm giữ điện áp 0 trên dây trung tính, nếu nối đất không tốt thì dây trung tính sẽ có điện áp, lúc đó điện áp trên phụ tải giảm nhưng công suất phụ tải không thay đổi, do vậy dòng điện gia tăng làm tăng TTĐN.
i. Tổn thất dòng rò
Sứ cách điện, chống sét van và các thiết bị không được kiểm tra bảo dưỡng hợp lý dẫn đến dòng rò, phóng điện qua cách điện gây TTĐN.
Đối với sứ cách điện theo qui định phải có dòng rò 25mm/kV, đối với chống sét van dòng rò không quá 10A.
j. Hành lang tuyến không đảm bảo
Việc phát hoang hành lang tuyến không thực hiện tốt, cây mọc chạm vào đường dây trần gây dòng rò hoặc sự cố cũng là nguyên nhân gây TTĐN cao.
k. Điện áp thấp dưới giới hạn cho phép
Do tiết diện dây không đảm bảo, bán kính cấp điện không hợp lý hoặc do các nấc phân áp của MBA không được điều chỉnh kịp thời. Với cùng 1 công suất cấp cho phụ tải, điện áp thấp làm tăng dòng điện phải truyền tải làm tăng TTĐN.
l. Điện áp xấu
Lệch pha điện áp, điện áp không đối xứng, méo sóng điện áp do các thành phần sóng hài bậc cao ….các thành phần dòng điện thứ tự nghịch thứ tự không và các thành phần sóng hài bậc cao sẽ gây ra những tổn thất phụ, làm nóng máy biến áp, đường dây và tăng TTĐN.
m. Hiện tượng vầng quang điện
Hiện tượng này chỉ xảy ra ở cấp điện áp 110kV trở lên.
n. Hiện tượng quá bù, vị trí và dung lượng bù không hợp lý
Khi xảy ra hiện tượng quá bù thì về trị số tuyệt đối cos sẽ giảm, do vậy dòng truyền tải trên dây dẫn tăng làm tăng TTĐN.
Vị trí đặt tụ bù không hợp lý, không đúng tâm phụ tải làm đường dây phải gánh thêm dòng công suất phản kháng từ tụ bù cấp cho phụ tải, làm tăng TTĐN.
o. Phương thức vận hành
Tính toán phương thưc vận hành chưa hợp lý dẫn đến bán kính cấp điện không tối ưu làm tăng TTĐN. Để xảy ra sự cố dẫn đến phải vận hành phương thức bất lợi, chuyển tải từ trạm biến áp xa hơn dẫn đến tăng TTĐN.
p. Chế độ sử dụng điện không hợp lý
Những phụ tải có sự chênh lệch quá lớn giữa giờ cao điểm và thấp điểm sẽ gây khó khăn cho vận hành và gây TTĐN cao.
Đối với khu vực nông thôn phụ tải ánh sáng sinh hoạt chỉ sử dụng vào giờ cao điểm tối, các giờ khác phụ tải rất nhỏ trong khi đó lưới trung, hạ áp, trạm biến áp vẫn hoạt động gây TTĐN cao.
Đối với các phụ tải cun cấp điện cho sản xuất thời vụ như nuôi tôm công nghiệp, xông đèn cây thanh long thì sự chênh lệch giữa phụ tải trong mùa và trái mùa rất lớn, gây bất lợi cho việc giảm TTĐN.
q. Vận hành trạm biến áp 1 pha chưa tối ưu
Đối với các MBA 1 pha có 2 cuộn dây phía hạ áp, nếu khai thác tải ở kết cấu 1 pha 3 dây sẽ làm giảm TTĐN so với kết cấu 1 pha 2 dây.

II. CÁC BIỆN PHÁP QUẢN LÝ KỸ THUẬT - VẬN HÀNH NHẲM GIẢM TTĐN
1. Không để quá tải đường dây, MBA
Theo dõi các thông số vận hành lưới điện tình hình tăng trưởng phụ tải để có kế hoạch vận hành, cải tạo lưới điện hợp lý không để quá tải đường dây, MBA trên lưới điện.
Qua kết qủa đo tải hàng quí, sau khi tổng hợp số liệu đo tải chúng ta sẽ tính toán và so sánh với thông số định mức của dây dẫn, của MBA để đánh giá tình hình mang tải. Từ đó quyết định sửa chữa, cải tạo, nâng cấp dây dẫn, nâng cấp trạm biến áp hoặc cấy thêm trạm biến áp.
Căn cứ kết qủa đo tải và tình trạng vận hành các trạm 110kV, 220kV chúng ta sẽ tính toan để điều chỉnh ranh giới cấp điện phù hợp nhu cầu phụ tải và có lợi về TTĐN.
2. Thực hiện hoán chuyển các MBA non tải, đầy tải 1 cách hợp lý
Qua kết qủa đo tải định kỳ hàng quí chúng ta lập bảng phân loại :
+ MBA có tải < 30%.
+ MBA có tải từ 30% đến 50%.
+ MBA có tải > 80% nhưng nhỏ hơn 100%.
+ MBA có tải lớn hơn 100%.
Sau đó chúng ta sẽ lập kế hoạch hoán chuyển MBA, ưu tiên hoán chuyển trước các MBA có tải nhỏn hơn 30% và lớn hơn 100%.
Trong hoán chuyển cần lưu ý :
- Lưới hạ áp của trạm nếu cần thiết phải chuyển sang vận hành 1 pha 3 dây.
- Lưới hạ áp của trạm không thể xử lý bằng phương án cấy trạm.
- Phụ tải mùa vụ của MBA cần hoán chuyển, có thể thời điểm đo phụ tải không hoạt động dẫn đến non tải…
3. Không để các MBA vận hành lệch pha
Hàng tháng phải thực hiện đo tải từng pha của MBA :
- Đối với MBA 1 pha vận hành lưới 1 pha 3 dây : đo dòng của 2 dây pha và dòng trung tính, tránh trường hợp quá tải 1 cuộn dây nhưng tổng dòng không quá dòng định mức.
- Đối với MBA 3 pha đo dòng IA, IB, IC, IN của MBA, so sánh dòng IN bằng cách lấy (IA+ IB+ IC)/ 3. Nếu kết qủa IN lớn hơn 15% so với trung bình cộng dòng 3 pha phải thực hiện xử lý cân pha.
4. Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu
- Thường xuyên tính toán kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện, đặc biệt lưu ý tính toán cụ thể cho lưới có phụ tải tập trung. Trong trường hợp đưa thêm trạm biến áp 110/22kV hoặc 220/110/22kV vào vận hành phải tính toán và đưa ra ranh giới cấp điện cụ thể.
- Đảm bảo duy trì điện áp trong giới hạn cao cho phép theo qui định hiện hành và khả năng chịu đựng của thiết bị. Các trạm biến áp phân phối cần thiết phải nâng điện áp đầu cực hạ áp lên 5% so với điện áp định mức. Duy trì điện áp thanh cái 22kV ở các trạm truyền tải ở mức qui định.
5. Lắp đặt và tối ưu tụ bù công suất phản kháng
- Đảm bảo cos trung bình tại thanh cái 22kV trạm truyền tải đạt 0,98.
- Theo dõi thường xuyên cos tại các nút trên lưới trung, hạ áp, tính toán vị trí và dung lượng lắp đặt tụ bù tối ưu để quyết định lắp đặt, hoán chuyển và vận hành hợp lý các bộ tụ trên lưới nhằm giảm TTĐN.
- Trước đây chúng ta chỉ lắp tụ bù 3 pha cho các lưới hạ áp 3 pha, trong khi đặc thù lưới hạ áp lưới hạ áp 1 pha. Do vậy trong tháng 7/2010 sẽ triển khai việc lắp tụ bù hạ áp 1 pha và 3 pha công suất nhỏ. Cụ thể các chủng loại tụ như sau :
+ Tụ bù 1 pha 230V- 2,5kVAr, dòng định mức 11A.
+ Tụ bù 1 pha 230V - 5kVAr, dòng định mức 22A.
+ Tụ bù 1 pha 230V – 10kVAr, dòng định mức 44A.
+ Tụ bù 3 pha 415V – 5kVAr, dòng định mức 7A.
- Đây là các chủng loại tụ ngoài trời, lắp đặt trực tiếp tại trụ, không lắp đặt trong thùng như trước đây, do vậy phương thức thực hiện lắp đặt cụ thể như sau :
+ Tụ bù hạ áp 1 pha và 3 pha công suất nhỏ được lắp trên bass sắt, bass sắt được lắp vào giá lắp thùng tole EMIC thu hồi trong công tác khắc phục hệ thống đo đếm năm 2009, 2010. Nếu tụ lắp trên trụ hạ áp sử dụng giá lắp có code 225, nếu trụ lắp trên trụ trung áp sử dụng giá lắp có code 300.
+ Trên mỗi tụ điện khi cấp phát có sẵn đoạn dây dài 1,5m, thực hiện lắp đoạn dây này vào lưới bằng kẹp IPC 1 bulon cỡ thích hợp, phù hợp qui định kỹ thuật mới của SPC.
- Do tụ được chế tạo vận hành ngoài trời, do vậy tụ được lắp đặt trực tiếp không lắp trong tủ như các loại tụ trước đây. Cần nghiên cứu vị trí lắp tránh ảnh hưởng nhiều của tia nắng mặt trời chiếu trực tiếp.
- Thực hiện đo điện áp trước và sau khi lắp tụ bù, dòng điện tụ phát ra, cos của lưới sau khi lắp tụ bù theo mẫu đính kèm. Theo dõi tổn thất trạm trước và sau khi lắp tụ bù để có cơ sở triển khai tiếp tục công tác.
Hình ảnh về tụ điện công suất nhỏ :

Kích thước tụ như sau :

Bảng kê thông số trước và sau lắp đặt :

Bản vẽ lắp đặt :

- Đối với phụ tải khách hàng có công suất từ 80kW trở lên hoặc dung lượng trạm từ 100kVA trở lên phải yêu cầu khách hàng lắp tụ bù đảm bảo cos ≥ 0,85.
6. Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở trạng thái vận hành tốt
Thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành : hành lang an toàn lưới điện, tiếp địa, mối nối tiếp xúc, cách điện của đường dây thiết bị…Không để các mối nối tiếp xúc (trên dây dẫn, cáp, đầu cực thiết bị…) tiếp xúc không tốt gây phát nóng dẫn đến tăng TTĐN.
7. Thực hiện tốt công tác kỹ thuật vận hành
Đảm bảo lưới điện không bị sự cố để duy trì kết dây cơ bản có TTĐN thấp.
8. Thực hiện vận hành kinh tế trạm biến áp
Trường hợp TBA có 2 hay nhiều MBA vận hành son song cần xem xét vận hành kinh tế MBA, chọn thời điểm đóng cắt MBA theo đồ thị phụ tải.
Đối với khách hàng có trạm biến áp chuyên dùng mà tính chất phụ tải hoạt động theo mùa vụ (trạm bơm thủy nông, xông đèn thanh long, nuôi tôm công nghiệp…), ngoài thời gian sản xuất chỉ phục vụ cho nhu cầu thắp sáng sinh hoạt thì :
- Vận động khách hàng lắp thêm trạm biến áp công suất phù hợp nhu cầu sử dụng ngoài mùa vụ.
- Cấp điện sinh hoạt bằng lưới công cộng để cắt trạm biến áp chuyên dùng khi hết mùa vụ.
9. Hạn chế các thành phần không cân bằng và sóng hài bậc cao
Thực hiện kiểm tra các phụ tải của khách hàng gây méo điện áp như các lò luyện thép, đồng..các máy hàn công suất lớn trên lưới điện. Cần kiểm tra kỹ các thông số của khách hàng lò luyện thép theo qui định của Tổng Công ty trước khi thỏa thuận đấu nối.
10. Từng bước loại dần các thiết bị không tin cậy, hiệu suất thấp, tổn thất cao
Đối với MBA của khách hàng khi lắp trên lưới yêu cầu phải đạt thông số tổn thất theo qui định của Tổng Công ty. Không đóng điện nếu MBA có thông số vượt quá mức qui định và yêu cầu khách hàng thay thế MBA khác.
11. Tính toán và quản lý TTĐN kỹ thuật
Thực hiện tính toán TTĐN kỹ thuật của từng trạm biến áp, từng đường dây, từng khu vực để quản lý, đánh giá và đề ra các biện pháp giảm TTĐN phù hợp.

Tổn thất điện năng trên đường dây là gì?

Tổn thất điện năng có tác hại gì?

Tổn thất điện năng ký hiệu là gì?

Tại sao điện áp cuối đường dây tăng cao?