Thiết kế cấp điện cho một xã nông nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN Đề tài Thiết kế cấp điện cho một xã nông nghiệp GVHD Phạm Trung Hiếu Hà Nội, 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Độc lập Tự do Hạnh phúc THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN NỘI DUNG Một xã nông nghiệp có mặt bằng như sau Điện áp nguồn 10kV, Tmax = 4000h Thôn1 120 hộ dân, Thôn2 360 hộ dân, Thôn3 200 hộ dân, Thôn 4 140 hộ dân, Ủy ban xã Gồm 2 tầng mỗi tầng 4 phòng diện tích 10x16m Trạm xá Gồm 2 tầng mỗi tầng 6 phòng diện.

Phụ tải tính toán

Phụ tải điện chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như công suất và số lượng máy móc, chế độ vận hành, quy trình công nghệ sản xuất và trình độ tay nghề của công nhân Do đó, việc xác định chính xác phụ tải tính toán là nhiệm vụ hết sức quan trọng.

Bảng số liệu về xã nông nghiệp:

Phụ tải Số liệu Đặc điểm

Thôn 4 140 Nông nghiệp Ủy ban xã 8 phòng Chiếu sáng và quạt

Trạm xá 12 phòng Chiếu sáng và quạt

Trường học Pđ 0KVA Chiếu sáng và quạt

Trạm bơm 2 máy bơm/phòng Bơm tưới

*Tính toán cho phụ tải cho các thôn:

Lấy công suất phụ tải sinh hoạt thuần nông là P0 = 0,5KW/hộ, hệ số cosφ = 0,85, chọn Kđt = 0,85. Áp dụng công thức:

Thiết kế hệ thống cung cấp điện Trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội

H: Số hộ dân trong xã

P0: Suất phụ tải trên 1 hộ, W/m 2

Tính toán phụ tải cho các công trình công cộng:

Lấy công suất phụ tải là P0 = 15 (W/m 2 ), mỗi phòng có diện tích là 160(m 2 ), gồm 8 phòng.

Lấy suất phụ tải của trạm xá là P0 22(W/m 2 ) P6 = F N P0 0 12 22 42,24(KW) Ptt6 =P6.Kđt = 42.24.0,85

Ptt7 = Pđ Knc Kđt = 120 0,7 0,85= 71,4 (KW)

- Công suất động lực.2 máy bơm: Pđ = 32 (KW), cosφ = 0,78, Kt =1 , Kđt =0,9.

Ta có bảng tổng hợp :

STT Tên phụ tải Cosφ Ptt (KW) Qtt(KVAr) Stt (KVA)

→ Vậy phụ tải tính toán của toàn xã là:

Tổng công suất phụ tải của toàn xã là :

Vạch các phương án cung cấp điện

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO XÃ.

Việc lựa chọn phương án cấp điện bao gồm việc xác định cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối dây và phương thức vận hành, tất cả đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của hệ thống cung cấp điện Để thực hiện lựa chọn đúng đắn, cần thu thập và phân tích đầy đủ số liệu ban đầu, trong đó số liệu nhu cầu điện là quan trọng nhất Sau đó, cần so sánh các phương án về mặt kinh tế và kỹ thuật, đồng thời kết hợp với yêu cầu phát triển kinh tế chung và riêng của địa phương.

Phương án cấp điện được chọn sẽ được xem là hợp lý nếu thỏa mãn những yêu cầu sau:

 Đảm bảo chất lựng điện, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép.

 Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điẹn cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải.

 Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa.

 Có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý.

Căn cứ vào trị số công suất tính toán cho từng khu vực và vị trí mặt bằng, 2 phương án cấp điện cho xã như sau:

• Đặt một trạm biến áp ở thôn 1.

Chọn máy biến áp BA – 180 – 10/0,4 do ABB sản xuất.

Chọn máy biến áp BA –180 – 10/0,4 do ABB sản xuất.

• Đặt một trạm biến áp ở trạm xá dùng chung cho trạm xá ủy ban xã, trường học, trạm bơm.

Kết quả chọn máy biến áp cho toàn xã:

Khu vực Stt(KVA) Sđmba(KVA) Số máy Tên trạm Loại trạm

Trạm xá Ủy ban xã

• Đặt 3 trạm biến áp cho thôn 1 và thôn 2 :

Chọn biến áp BA-320-10/0,4 do ABB sản xuất.

• Đặt một trạm biến áp cho thôn 3 và thôn 4 :

• Đặt một trạm biến áp cho trường học, ủy ban, trạm xá, trạm bơm : Chọn biến áp BA-320-10/0,4 do ABB sản xuất.

Bảng chọn máy biến áp

Khu vực Stt KVA Sđmba KVA Số máy Tên trạm Loại trạm

• Đặt 3 trạm biến áp cho thôn 1, thôn 2 và thôn

4 : Chọn biến áp BA-560-10/0,4 do ABB sản xuất.

• Đặt một trạm biến áp cho thôn 3,trường học, ủy ban, trạm xá, trạm bơm : Chọn biến áp BA-560-10/0,4 do ABB sản xuất.

• Đặt 3 trạm biến áp cho thôn 1 và thôn 2 :

• Đặt một trạm biến áp cho thôn 3, thôn 4,trường học, ủy ban, trạm xá, trạm bơm :

Chọn phương án tối ưu

Việc lựa chọn phương án cấp điện bao gồm các yếu tố như cấp điện áp, nguồn điện, sơ đồ nối dây và phương thức vận hành, có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của hệ thống cung cấp điện Để đưa ra quyết định chính xác, cần thu thập và phân tích đầy đủ số liệu ban đầu, trong đó nhu cầu điện là yếu tố quan trọng nhất Sau đó, cần so sánh các phương án đã đề ra về mặt kinh tế và kỹ thuật, đồng thời kết hợp với các yêu cầu phát triển kinh tế của địa phương.

Phương án cấp điện được chọn sẽ được xem là hợp lý nếu thỏa mãn những yêu cầu sau:

 Đảm bảo chất lựng điện, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép.

 Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điẹn cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải.

 Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa.

 Có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý.

Căn cứ vào trị số công suất tính toán cho từng khu vực và vị trí mặt bằng, 2 phương án cấp điện cho xã như sau:

Tổng chi phí các phương án được xác định theo biểu thức:

K = Ktrạm + Kđd + Kxd + Kbh (3.1) Trong đó:

Ktrạm - vốn đầu về trạm (trạm biến áp, phân phối, tiền mua tủ phân phối, máy biến áp và các thiết bị )

Kđd - tiền cột, xà, thi công tuyến dây.

Kxd - vốn xây dựng (vỏ trạm, hào cáp và các công trình phụ trợ…)

Kbh – Vốn duy trì bảo hành máy móc và tiền công nhân bảo hành

3.1 :Phương án 1: Khoảng cách giữa các điểm:

−Khoảng cách giữa hai điểm bất kì i và j được xác định theo biểu thức:

Thay các số liệu tương ứng vào biểu thức trên ta xác định:

Khoảng cách giữa trạm biến áp và thôn 1 là:

Tương tự cho các điểm khác ta có bảng sau:

Thôn1 Thôn2 Thôn 3 Thôn 4 Trạm xá

Trường học ủy ban xã

Bảng 3.1.Bảng tính toán sơ bộ các đoạn dây Áp dụng công thức: P = UI

Sau đó, chúng ta áp dụng công thức:

• S: được hiểu là tiết diện dây dẫn cần sử dụng, đơn vị tính là mm²

Dòng điện I được xác định là giá trị tối đa khi hệ thống máy móc hoạt động ổn định và có kế hoạch mở rộng, không bao gồm dòng tăng do sự cố Đơn vị đo lường của dòng điện này là Ampe (A).

• J: Chính là mật độ dòng điện kinh tế ,đơn vị A/mm²

Chọn dây AC-70,với giá thành 60 triệu đồng/km cho các thôn.

Chọn dây AC-50 với giá thành là 67,8 triệu đồng/ km cho phần còn lại.

Bảng giá Cáp nhôm Sino (thietbidiendgp.vn) Điểm tải

Thôn 4 180 2 AC-70 60 120 ủy ban xã 320 3,5 AC-50 67,8 237,3 trường học trạm xá trạm bơm

Tổng chi phí cho đường dây là 700 triệu đồng.

TBA1 Thôn 1 có công suất là 100 KW nên ta chọn MBA của ABB có công suất là 180 KVA,chi phí đầu tư là 196,5 triệu đồng.

TBA1, được đặt tại ủy ban xã, có công suất 224,29 KW Do đó, chúng tôi đã chọn MBA của Việt Nam với công suất 320 KVA, với tổng chi phí đầu tư là 228,9 triệu đồng.

Vậy tổng chi phí cho hệ thống điện này là 1714,9 triệu đồng.

Chọn dây AC-70,với giá thành 60 triệu đồng/km

Chọn dây AC-50 với giá thành là 67,8 triệu đồng/ km

Bảng giá Cáp nhôm Sino (thietbidiendgp.vn) Điểm tải

Thôn 3,4 320 2,9 AC-70 60 174 ủy ban xã trường học trạm xá trạm bơm

Tổng chi phí cho đường dây là 576 triệu đồng.

TBA1 Thôn 1,2 có công suất là 275 KW nên ta chọn MBA của ABB có công suất là 320 KVA,chi phí đầu tư là 228,9 triệu đồng.

TBA1 Thôn 3,4có công suất là 245 KW nên ta chọn MBA của ABB có công suất là 320 KVA,chi phí đầu tư là 228,9 triệu đồng.

TBA1 đặt tại trạm xá có công suất là 224,29 KW nên ta chọn MBA của việt nam có công suất là 320 KVA,chi phí đầu tư là 228,9 triệu đồng.

Vậy tổng chi phí cho hệ thống điện này là 1262,7 triệu đồng.

1 Dựa trên tổng chi phí đường dây và máy biến áp thì phương án 2 tiết kiệm hơn phương án 1.

Phương án 1 yêu cầu lắp đặt số máy biến áp nhiều hơn so với phương án 2, dẫn đến chi phí xây dựng trạm và chi phí phụ của phương án 1 cao hơn so với phương án 2.

3 Và chi phí nhân công và duy trì của phương án 1 lớn hơn phương án 2.

Do vậy quyết định lựa chọn phương án 1 là phương án tối ưu.

Lựa chọn thiết bị điện của phương án tối ưu

Chọn cầu chảy

Yêu cầu khi chọn dây chảy là:

 Ở điều kiện làm việc bình thường phải đảm bảo dây dẫn điện liên tục và an toàn.

 Lúc sự cố phải lập tức cắt điện và chỉ cắt mạch nơi sự cố.

 Bảo đảm tính chọn lọc: khi sự cố, đường dây nhánh phía sau phải được cắt trước đường dây chính.

** Đối với phụ tải không có dòng điện nhảy vọt :

Dòng định mức của cầu chảy được xác định trong khoảng

� � - hệ số phụ thuộc vào vào loại cầu chảy.

Giá trị hệ số Kc đối với loại GL

Dòng khởi động của dây chảy có thể xác định theo biểu thức:

Trong đó: k2c – hệ số phụ thuộc vào loại cầu chảy, có giá trị trong khoảng 1,6÷1,9

** Đối với phụ tải có dòng điện nhảy vọt , dây chảy phải được chọn sao cho không bị chảy trong thời gian khởi động (khoảng 10s):

Imm- dòng mở máy động cơ:

Imm=kmm.Indc; kmm- hệ số mở máy dộng cơ;

In.dc- dòng định mức của động cơ;

� m- hệ số phụ thuộc vào diều kiện khởi động. Đặc điểm khởi động Nặng Ngắn hạn Nhẹ

** Đối với cầu chảy bảo vệ đường dây chính, trên đó có các thiết bị diện, chọn giá trị lớn nhất của một trong 2 điều kiện sau: n

∑ n−1 I α dc dt 1 n kdt- hệ số đồng thời;

∑n I n - tổng các dòng điện định mức của cả nhóm;

Imm.max =kmm.Indc- dòng điện khởi động lớn nhất của một động cơ;

∑n−1 I n – tổng các dòng điện định mức trừ động cơ lớn nhất;

Cầu chảy sau khi đã chọn, cần được kiểm tra các điều kiện:

- Hiệu quả bảo vệ chống quá tải:

In.1 ≤ktc.qt.Icp ktc.qt – hệ số tin cậy chống quá tải được lấy trong bảng sau. m cháy

Hệ số tin cậy chống

Vị trí mạch điện quá tải Không có nguy Có ng hiểm cháy nổ uy hiể nổ

Theo độ nhạy đối với dòng ngắn mạch một pha:

𝑃 𝑃∑ - tổng thời gian cắt mạch, s.

𝑃 𝑃 – thời gian tác động cầu chảy, s.

𝑃 ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ – thời gian dập hồ quang 1÷10 ms.

- Theo khả năng cắt của cầu chảy:

Ik.max–dòng ngắn mạch dự báo lớn nhất chạy qua cầu chảy

Icắt.cc – giới hạn dòng điện cắt của cầu chảy.

Theo bảo vệ chọn lọc:

Tc.s – thời gian cắvt của thiết bị bảo vệ phía sau, s tc.t - thời gian cắt của thiết bị bảo vệ phía trước, s

∆t – cấp thời gian chọn lọc Đường dây đi trạm biến áp Udm(kV) Idm (A) Ik (kA) Ixk (kA)

Cầu chì cao áp do SIEMENS chế tạo.

Chọn và kiểm tra thanh cái phân phối đi các máy biến áp

Thanh cái là thiết bị quan trọng trong việc tiếp nhận và phân phối điện năng Đối với mạng điện cao áp, thanh cái thường được làm bằng dây mềm như cáp đồng hoặc nhôm trần nhiều sợi, với cách chọn lựa tương tự như dây dẫn thông thường Trong khi đó, thanh cái cao áp trong nhà và thanh cái hạ áp thường là loại cứng, có dạng thanh tròn hoặc hình chữ nhật Tiết diện của thanh cái được xác định dựa trên mật độ dòng điện.

- Tiết diện thanh cái được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

-Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt theo biểu thức:

𝑃𝑃 𝑃𝑃 Với ik(3) là dòng điện ngắn mạch 3 pha

Tk là thời gian ngắn mạch

Ct là hệ số phụ thuộc vào tính chất vật liệu được lấy trong sổ tay thiết kế.

- Kiểm tra điều kiện ổn định động: chỉ kiểm tra với thanh cái cứng:

10 𝑃Với l là chiều dài một nhịp thanh cái lấy bằng 60,70,80cm a là khoảng cách giữa các thanh cái lấy bằng 60cm

Monen chống uốn: Ứng suất:

𝑃 𝑃𝑃 𝑃 Điều kiện ổn định động là: 𝑃𝑃𝑃 < 𝑃𝑃𝑃

Với thanh đồng 𝑃𝑃𝑃 = 1400kg/cm2.

*** Với công suất của toàn hệ thống Snm160,57 (kVA), U"kV, Ik=4.03kA, ixk=6,83kA

Ta tính được dòng điện làm việc max trên thanh cái:

Với Tmax@00h ,chọn thanh đồng là thanh cái, ta chọn được từ bảng 1.3 Jkt=2,1 (A/mm2 )

Vậy tiết diện tối thiểu của thanh cái là:

Ta chọn thanh đồng kích thức 17,2x3Q,5 (mm2), Icp40 A

-Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt theo biểu thức:

Thanh cái chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt.

- Kiểm tra điều kiện ổn định động:

Với l là chiều dài một nhịp thanh cái lấy bằng 80cm a là khoảng cách giữa các thanh cái lấy bằng 60cm

Thỏa mãn điều kiện ổn định động là: 𝑃𝑃𝑃 < 𝑃𝑃𝑃.

Chọn máy biến điện áp đo lường

cho công tơ và kiểm tra cách điện của máy 3 pha trung tính cách ly

-Điều kiện về điện áp: Điện áp định mức của máy phải phù hợp với điện áp của mạng.

-Cấp chính xác: Phù hợp với nhiệm vụ của máy biến áp

Công suất định mức của máy biến điện áp SnBU phải lớn hơn hoặc bằng tổng phụ tải nối vào biến áp S2, với cấp chính xác đã được lựa chọn.

Dây dẫn nối giữa máy biến điện áp và dụng cụ đo lường cần được chọn với tiết diện phù hợp, đảm bảo tổn hao điện áp không vượt quá 5% so với điện áp định mức khi sử dụng công tơ.

3% khi có công tơ Theo điều kiện độ bền cơ học , tiết diện tối thiểu đối với đồng là 1,5mm2 với nhốm là 2,5mm2.

***Chọn máy biến điện áp đo lường do SIEMENS chế tạo.

Mã Udm, Umax(kV), Umax(kV) U1dm U2dm Sdm Kiểu hiệu kV 1m

50hZ xung12/50us kV kV VA

Chọn Van chống sét

Loại Un, kV Udm, kV Uphóng, kV Uphongxung,

Van chống sét do Nga sản xuất.

Lựa chọn các thiết bị hạ áp cho xã

Chọn aptomat tổng các trạm biến áp thôn:

4.6.1.1 Lựa chọn cầu chì tự rơi cho các trạm biến áp của xã

_ Trạm biến áp T5 – các phụ tải khác trong xã

Lựa chọn áptomat tổng cho các trạm do hãng Merlin Gerin Pháp chế tạo với các thông số:

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của aptomat tổng.

Loại aptomat Uđm, V Iđm, IN,

Tại các trạm biến áp thôn, trong tủ phân phối được lắp đặt một aptomat tổng và hai aptomat nhánh, tất cả đều có cùng kích cỡ và được sản xuất bởi hãng Merlin Gerin của Pháp.

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của aptomat nhánh.

Loại aptomat Uđm, V Iđm, IN,

4.6.2 Lựa chọn thanh góp cho các trạm biến áp

Bảng 2.8 Thông số dòng điện tính toán của các trạm trong xã.

Itt T1 ,A(1) Itt T2 ,A(2) Itt T3 ,A(3) Itt T4 ,A(4) Itt T5 ,A(5)

Lựa chọn thanh góp cho các TBA bằng đồng, nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh + C, chọn loại thanh góp 50×60 với Icp = 860 (A).

4.6.3 Lựa chọn dây dẫn cho các thôn

* Lựa chọn dây dẫn cho thôn

Các thôn và phụ tải khác được bố trí hai bên ven đường, do đó trạm biến áp sẽ được đặt ở vị trí trung tâm giữa các thôn và phụ tải Tủ phân phối sẽ được chia thành hai nhánh, mỗi nhánh dẫn đến cuối thôn với phụ tải được tính toán bằng nhau Cáp được lựa chọn theo tiêu chuẩn phát nóng cho phép, đảm bảo phối hợp với các thiết bị bảo vệ và duy trì điều kiện ổn định nhiệt trong trường hợp có sự cố ngắn mạch Với chiều dài cáp không lớn, việc kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp có thể được bỏ qua.

* Điều kiện chọn cáp: khc Icp ≥ Itt (2 – 21) Trong đó:

Itt : dòng điện tính toán của các nhóm phụ tải.

Icp: dòng điện phát nóng cho phép tương ứng với từng loại dây và từng tiết diện. khc : hệ số hiệu chỉnh.

* Điều kiện kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp khi bảo vệ bằng aptomat

Ikdnh = 1,25 IđmA: là dòng khởi động của bộ phận cắt mạch điện bằng nhiệt của aptomat.

* Chọn cáp cho một nhánh :

- Dòng điện tính toán của một nhánh là

Chọn cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có

Bảng 2.9 Thông số cáp đồng một lõi cách điện PVC của các thôn do hãng LENS chế tạo.

Tuyến cáp Itt, A Iđm.aptomat Ikdnh/1,5 F(mm²) Icp ,(A)

Tính toán nối đất cho trạm biến áp

Cách thực hiện nối đất

+ Có 2 loại nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo.

Nối đất tự nhiên là quá trình sử dụng các ống dẫn nước hoặc ống kim loại (không bao gồm ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy) được chôn trong đất để tạo ra hệ thống nối đất Các cấu trúc kim loại của nhà cửa và công trình có nối đất, cùng với vỏ bọc kim loại của cáp chôn trong đất, đều góp phần vào việc thiết lập trang bị nối đất hiệu quả.

Nối đất nhân tạo thường sử dụng cọc thép, ống thép, hoặc thanh thép dẹt hình chữ nhật, với chiều dài từ 2 đến 3 mét được chôn sâu xuống đất, sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5 đến 0,7 mét Phương pháp này giúp giảm thiểu sự biến đổi của điện trở nối đất theo điều kiện thời tiết.

Các ống thép và thanh thép được kết nối bằng hàn với thanh thép nằm ngang ở độ sâu từ 0,5 đến 0,7 m Để đảm bảo chống ăn mòn, ống thép đặt trong đất cần có độ dày tối thiểu 3,5 mm, trong khi các thanh thép dẹt và thép góc phải có độ dày không nhỏ hơn 4 mm Tiết diện nhỏ nhất cho phép của thanh thép là 48 mm.

Dây nối đất cần đảm bảo tiết diện đủ lớn để đáp ứng độ bền cơ khí và ổn định nhiệt, cũng như khả năng chịu đựng dòng điện cho phép trong thời gian dài Tiết diện dây nối không được nhỏ hơn 1/3 tiết diện dây dẫn pha, với các vật liệu thường sử dụng là thép 120 mm², nhôm 35 mm² hoặc đồng 25 mm² Ngoài ra, điện trở nối đất của thiết bị nối đất phải không vượt quá các giá trị quy định trong các tiêu chuẩn hiện hành.

Đối với lưới điện áp trên 1000 V, đặc biệt là trong các mạng điện 110 KV và cao hơn, dòng điện chạm đất lớn thường xảy ra do điểm trung tính được nối đất trực tiếp hoặc qua một điện trở nhỏ.

Khi xảy ra ngắn mạch, rơle bảo vệ sẽ cắt nguồn điện đến thiết bị hư hỏng, đảm bảo an toàn cho mạng điện Điện thế trên thiết bị nối đất chỉ tồn tại tạm thời, và xác suất xảy ra ngắn mạch chạm đất khi người tiếp xúc với thiết bị có điện áp rất nhỏ Do đó, quy phạm không quy định mức điện áp tối đa cho phép, mà yêu cầu điện trở của thiết bị nối đất phải luôn đáp ứng tiêu chuẩn trong suốt thời gian sử dụng.

Trong mạng điện, việc thiết lập nối đất nhân tạo là bắt buộc, đặc biệt khi có dòng chạm đất lớn Điều này không phụ thuộc vào hệ thống nối đất tự nhiên Để đảm bảo an toàn, điện trở của nối đất nhân tạo phải không vượt quá 1 Ω.

- Đối với lưới điện áp trên 1000 V có dòng điện chạm đất bé:

Với lưới điện có điện áp trên 1000 V, khi xảy ra chạm đất một pha, điện áp trên thiết bị chạm đất có thể duy trì lâu dài, làm tăng nguy cơ tiếp xúc với điện Điều này xảy ra khi mạng điện không nối đất trực tiếp hoặc chỉ nối đất qua hộp dập hồ quang, dẫn đến rơle không cắt được thiết bị bị chạm đất Do đó, quy định về điện trở của trang bị nối đất cần được tuân thủ nghiêm ngặt trong suốt cả năm để đảm bảo an toàn.

Khi dùng trang bị nối đất chung cho cả điện áp dưới và trên 1000 V:

Khi dùng riêng trang bị nối đất cho các thiết bị có điện áp trên 1000 V:

Trong đó: - 125 và 250 là điện áp lớn nhất cho phép của trang bị nối đất.

- Id là dòng điện tính toán chạm đất một pha.

Điện trở nối đất không được vượt quá 10Ω trong cả hai trường hợp Đối với mạng điện có điện áp dưới 1000 V, điện trở nối đất phải duy trì dưới 4 Ω trong suốt năm, ngoại trừ các thiết bị nhỏ với tổng công suất máy phát điện và máy biến áp không quá 100 KVA, cho phép mức 10 Ω Đối với hệ thống 380/220 V, điện trở nối đất của dây trung tính cũng không được vượt quá 10 Ω.

Khi có nhiều thiết bị phân phối điện áp khác nhau trên cùng một khu đất, cần thực hiện nối đất chung với điện trở đáp ứng yêu cầu thiết bị có điện trở nhỏ nhất Đối với thiết bị điện có điện áp trên 1000 V và dòng điện trạm đất nhỏ, cũng như thiết bị dưới 100 V, nên tận dụng nối đất tự nhiên sẵn có Nếu điện trở nối đất tự nhiên thấp hơn giá trị tính toán, không cần nối đất nhân tạo Đối với các đường dây tải điện trên không, cột bê tông cốt thép và cột sắt của đường dây 35 KV cần được nối đất, trong khi các đường dây 3 – 20 KV chỉ cần nối đất ở khu vực đông dân cư Tất cả cột bê tông cốt thép, cột sắt và cột gỗ của các đường dây ở mọi cấp điện áp cũng cần được nối đất khi có thiết bị bảo vệ chống sét Điện trở nối đất cho phép của cột phụ thuộc vào điện trở suất của đất, dao động từ 10 – 30 Ω.

Trên các đường dây ba pha bốn dây điện áp 380/220 V với điểm trung tính được nối đất, cần phải nối dây trung tính cho các cột sắt và xà sắt của cột bê tông cốt thép.

Trong các mạng điện dưới 1000 V có điểm trung tính cách điện, cột sắt và bê tông cốt thép cần có điện trở nối đất không quá 50 Ω Điện trở nối đất phụ thuộc vào điện trở suất của đất, hình dạng và kích thước của điện cực cũng như độ sâu chôn trong đất Điện trở suất của đất chịu ảnh hưởng bởi thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ, và chỉ có thể xác định chính xác qua đo lường Các giá trị gần đúng của điện trở suất đất khi độ ẩm từ 10 – 20 % trọng lượng được tính bằng Ω.cm.

Loại đất Ðiện trở suất

Cát lẫn đất có điện trở suất 3.10^4, trong khi đất sét và đất sét lẫn sỏi có độ dày từ 1 đến 3 m với điện trở suất 1.10^4 Đất vườn và đất ruộng có điện trở suất 0,4.10^4, còn đất bùn là 0,2.10^4 Điện trở suất của đất không cố định trong năm mà thay đổi theo độ ẩm và nhiệt độ, dẫn đến sự biến động của điện trở trong hệ thống nối đất Do đó, khi tính toán nối đất, cần sử dụng giá trị điện trở lớn nhất trong năm.

Kmax là hệ số tăng cao, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của khu vực xây dựng hệ thống nối đất Đối với các ống và thanh thép góc dài từ 2 đến 3 mét, khi đầu trên cách mặt đất từ 0,5 đến 0,8 mét, Kmax dao động từ 1,2 đến 2 Trong khi đó, với thanh thép dẹt đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8 mét, Kmax có giá trị từ 1,5 đến 7.

Chọn thông số và cách nỗi đất

Các bước tính toán với nối đất nhân tạo

- Xác định điện trở nối đất theo quy định của quy trình quy phạm về nối đất.

- Xác định điện trở nối đất của một cọc:

Điện trở suất của đất được ký hiệu là ρ (Ω/cm) và có giá trị kmax là 1,5 Đường kính ngoài của cọc được ký hiệu là d (m), trong khi độ chôn sâu của cọc, tính từ mặt đất đến điểm giữa của cọc, được ký hiệu là t (cm) Đối với thép góc với bề rộng cạnh là b, đường kính ngoài đẳng trị được tính theo công thức d = 0,95 b.

Thép góc L 60 x 60 x 6 dài 2,5 cm thường được sử dụng làm cọc thẳng đứng cho thiết bị nối đất Với kích thước cọc này, có thể áp dụng công thức (*) để tính toán một cách gần đúng.

Để xác định giá trị lớn nhất trong mùa, cần nhân số liệu với hệ số kmax Bảng dưới đây cung cấp thông tin về điện trở suất của đất (ρd) với đơn vị đo là Ω.cm.

Cát pha 3 10 4 Đất đen 2 10 4 Đất sét, đất sét pha sỏi 1 10 4 Độ dày của lớp đất sét (1 – 3 m) 1 10 4 Đất vườn, ruộng 0,4 10 4 Đất bùn 0,2 10 4

Hệ số điều chỉnh điện trở suất của đất kmax

Cực nối đất K 1 (đất ẩm)

Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,5 m 6,5 5,0 4,5 Thanh dẹt chôn nằm ngang cách mặt đất 0,8 m 3,0 2,0 1,6

Cọc thép, ống thép,cọc thép góc được đóng sâu cách mặt đất 2,0 1,5 1,4

- Xác định sơ bộ số cọc

Số cọc thường được định theo kinh nghiệm, đồng thời cũng có thể xác định sơ bộ theo công thức sau:

𝑃 𝑃𝑃 Trong đó: R1c - điện trở nối đất của một cọc.

Rd- điện trở của thiết bị nối đất theo quy định (Ω) hc– hệ số sử dụng cọc, tra trong bảng sau:

Hệ số sử dụng cọc ρc và thanh ngang ρ t

Số cọc chôn thẳng đứng

Khi đặt các cọc theo chu vi mạch vòng

Số cọc chôn thẳng đứng

Khi đặt các cọc thanh dãy

Theo quy định số cọc không được ít hơn 2.

- Xác định điện trở của thanh nối nằm ngang:

Trong đó: ρmax- điện trở suất của đất ở độ sâu chôn thanh nằm ngang

Khi tính toán điện trở của thanh nối, cần lưu ý các thông số quan trọng như chiều dài mạch vòng (l) được đo bằng cm, bề rộng thanh nối (b) thường lấy là 4 cm, và chiều sâu chôn thanh nối (t) thường là 0,8 cm Ngoài ra, điện trở thực tế còn phải xem xét đến hệ số sử dụng, điều này giúp đảm bảo tính chính xác trong các ứng dụng thực tế.

- Xác định điện trở (khuếch tán) của n cọc chôn thẳng đứng Rc từ công thức rồi suy ra:

- Xác định điện trở (khuếch tán) của thiết bị nối đất gồm hệ thống cọc và các thanh nối nằm ngang:

So sánh điện trở nối đất tính được Rnđ với điện trở nối đất theo quy định Rđ, nếu

Rnđ> Rđ thì phải tăng số cọc lên và tính lại.

Theo quy định, máy biến áp có công suất lớn hơn 100 KVA phải có điện trở nối đất không vượt quá 10 Ω Do đó, lựa chọn Rđ là 10 Ω Thiết bị nối đất được dự kiến như sau:

Sử dụng 10 cọc sắt L60 x 60 x6 dài 2,5 m, chôn sâu 0,7 m, các cọc được bố trí thành mạch vòng với khoảng cách 5 m Theo bảng tra cứu, hiệu suất sử dụng của cọc đạt 0,69, với R 1c = 0,00298.1,4.2.10^4 ≈ 84(Ω) Do đó, điện trở khuyếch tán của 10 cọc sẽ được tính toán dựa trên các thông số này.

Thanh nối có chiều rộng 4 cm được chôn ở độ sâu 0,8 m Thanh nối được nối qua

10 cọc và nối đến cột điện gần nhất cách 10 m Vậy chiều dài thanh nối là 60 m.

Tính toán bù công suất pk nâng cao hệ số công suất

Đặt vấn đề

Mục đích của việc bù công suất phản kháng là nâng cao hệ số công suất cosφ, giúp đánh giá tính hợp lý và tiết kiệm của phụ tải điện Hệ số công suất cosφ không chỉ phản ánh hiệu quả sử dụng điện mà còn hỗ trợ điều chỉnh và ổn định điện áp trong mạng lưới cung cấp điện.

Các phụ tải động lực tiêu thụ một lượng lớn công suất phản kháng, cần thiết để từ hóa mạch từ trong máy điện và máy biến áp Việc truyền tải công suất phản kháng lớn trên đường dây không chỉ tốn kém do cần tăng cường thiết bị đường dây và thiết bị phân phối, mà còn làm gia tăng tổn thất điện năng và tổn thất điện áp trong hệ thống điện, từ đó giảm khả năng tải của đường dây và máy biến áp.

Việc tạo ra công suất phản kháng tại nơi tiêu thụ điện là rất quan trọng, có thể thực hiện thông qua các thiết bị bù như máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh Do đó, việc bù công suất phản kháng cho các thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng trở nên cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Bên cạnh đó việc bù cosφ mang lại những lợi ích:[3]

• Giảm tổn thất công suất trong mạng điện: chúng ta đã biết tổn thất công suất trên đường dây được tính như sau:

• Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất công suất ΔP(Q) do Q gây ra.

Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện: Tổn thất điện áp được tính như sau:

Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần ΔU(Q) do Q gây ra.

Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp là yếu tố quan trọng, vì khả năng này phụ thuộc vào điều kiện phát nóng và dòng điện cho phép Dòng điện chạy qua dây dẫn và máy biến áp được tính toán dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể của chúng.

• Biểu thức này chứng tỏ với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường dây và máy biến áp(tức

Để tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P, chúng ta có thể giảm công suất phản kháng Q mà hệ thống phải tải Khi giữ nguyên đường dây và máy biến áp, việc nâng cao hệ số công suất cosφ (tức là giảm lượng Q cần truyền tải) sẽ làm tăng khả năng truyền tải của hệ thống.

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ không chỉ giúp giảm chi phí kim loại màu mà còn góp phần ổn định điện áp và tăng cường khả năng phát điện.

[1] N V N N Q T H V Chiến, Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.

[2] N X Phú, Cung cấp điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật.

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống cung cấp điện, cần nâng cao hệ số công suất cosφ tại các trạm biến áp, theo tiêu chuẩn của nhà nước quy định trong khoảng từ 0,9 đến 0,95.

Do trong thực tế sử dụng hệ số cosφ1 = 0,85 nên ta phải thiết kế nâng cao hệ số cosφ lên thành cosφ2 = 0,95.

Xác định dung lượng bù cần thiết

Hệ số công suất của trạm là cosφ1 = �� = 1241,37 = 0,82

Hệ số công suất của trạm sau khi bù là:

Tổng công suất phản kháng cần bù them cho đối tượng để nâng cao hệ số công suất từ cosφ1 lên cosφ2 là

P: Công suất tác dụng tính toán của đối tượng tgφ1, tgφ2 ứng với cosφ1, cosφ2

Vậy lượng công suất phản kháng cần bù thêm là:

Q bù = 1341.3754(0,67 – 0,32) = 434,48 (kvar) Để việc đặt bù có hiệu quả thì dung lượng bù tại các điểm này được xác định theo công thức

Qbi: công suất bù cần dặt tại điểm i

Qi: công suất phản kháng tại điểm i

Q∑: công suất phản kháng toàn mạng

Qb: công suất bù của toàn mạng

Ri: điện trở của nhánh i

Ta có: QTT = PTT.tanφ = 1241,37.0,67 = 831.7 (kvar)

_ Các phụ tải còn lại.

Chọn thiết bị bù

Thiết bị bù phải được chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kỹ thuật Và có những thiết bị bù sau:

Tụ điện là thiết bị điện tĩnh, hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, tạo ra công suất phản kháng Q cho mạng Với ưu điểm tổn thất công suất tác dụng thấp và dễ dàng trong lắp ráp và bảo quản, tụ điện có thể được chế tạo thành các đơn vị nhỏ, cho phép ghép dần vào mạng theo sự phát triển của phụ tải, nâng cao hiệu suất sử dụng mà không cần đầu tư lớn ngay từ đầu Tuy nhiên, tụ điện nhạy cảm với biến đổi điện áp và có cấu tạo không chắc chắn, dễ bị hỏng khi xảy ra ngắn mạch Khi điện áp vượt quá 110% Uđm, tụ điện có nguy cơ bị chọc thủng và không được phép vận hành Khi kết nối và ngắt tụ điện khỏi mạng, sẽ xuất hiện dòng điện xung trên cực của tụ điện và máy bù đồng bộ Tụ điện thường được sản xuất cho các cấp điện áp 6 ÷ 15kV và 0,4kV.

Máy bù đồng bộ là động cơ không đồng bộ hoạt động ở chế độ không tải, có thiết kế gọn nhẹ và chi phí thấp hơn so với động cơ đồng bộ cùng công suất Khi quá kích thích, máy bù tiêu thụ công suất phản kháng từ mạng, không chỉ bù công suất phản kháng mà còn điều chỉnh điện áp, thường được lắp đặt ở những điểm cần điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện Tuy nhiên, nhược điểm của máy bù là phần quay, gây khó khăn trong lắp ráp, bảo quản và vận hành Để tiết kiệm, máy bù thường được chế tạo với công suất lớn, phục vụ cho những nơi cần bù tập trung Động cơ không đồng bộ roto dây quấn có thể được đồng bộ hóa khi được cấp dòng một chiều, hoạt động như động cơ đồng bộ và cung cấp công suất phản kháng cho mạng Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tổn thất công suất lớn và khả năng quá tải kém, chỉ nên hoạt động với 75% công suất định mức, do đó được xem là thiết bị bù kém nhất, chỉ sử dụng khi không có thiết bị bù khác.

Ngoài các thiết bị bù thông thường, động cơ không đồng bộ có thể hoạt động ở chế độ quá kích từ, hoặc nhiều máy phát điện có thể làm việc ở chế độ bù để trở thành máy bù Tại các xí nghiệp có nhiều tổ máy phát diezen làm nguồn dự phòng, khi không sử dụng, chúng có thể được chuyển đổi thành máy bù đồng bộ Theo kinh nghiệm thực tế, việc chuyển đổi này không quá phức tạp, do đó, nhiều xí nghiệp đã ưa chuộng biện pháp này.

Trong đồ án này, tác giả đã quyết định sử dụng tụ điện để bù sau khi thực hiện các tính toán cần thiết Tại mỗi trạm biến áp, dung lượng bù được phân chia đều cho hai nửa thanh cái do phía 0,4kV sử dụng thanh cái phân đoạn Loại tụ điện được chọn là tụ điện bù 0,38kV do Liên Xô chế tạo.

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của tụ điện bù cosφ.

Qbù theo tính toán, Loại tụ bù

Các phụ tải khác 162,04 KC2–0,38–50–3Y3 3 50 4

Vị trí đặt tụ bù

Để giảm thiểu tổn thất điện áp và tiết kiệm điện năng cho các động cơ điện, việc lắp đặt các bộ tụ bù phân tán là rất hiệu quả Tuy nhiên, nếu lắp đặt quá nhiều tụ bù phân tán sẽ dẫn đến chi phí đầu tư và quản lý vận hành tăng cao Do đó, quyết định về việc lắp đặt tụ bù tập trung hay phân tán, cũng như mức độ phân tán, cần phải dựa vào cấu trúc của hệ thống cung cấp điện.

Trong đồ án thiết kế cung cấp điện, chúng tôi sẽ lắp đặt thanh cái hạ áp tại trạm biến áp thôn, do các phụ tải tập trung và gần trạm biến áp.

Dự toán công trình điện

Hoạch toán công trình

Các thiết bị sử dụng

STT Tên thiết bị Số lượng Đơn vị Đơn giá Chi phí

11 Chống sét van hạ áp 4 Chiếc 0.5 2

+ Tổng hoạch toán thiết bị công trình là 2498,67 triệu đồng

+ Tổng chi phí công trình sau hoàn thiện là:

+ Giá thành 1 đơn vị công suất đặt:

+ Chi phí vận hành năm

+ Hệ số sử dụng vốn đầu tư và khấu hao thiết bị

+ Chi phí tổn thất điện năng

Kết luận: Đầu tư vào một hệ thống như thế này yêu cầu một nguồn vốn đáng kể, bao gồm chi phí mua sắm thiết bị, chi phí vận hành và các khoản tổn thất liên quan.

Tiêu đề	Thiết Kế Cấp Điện Cho Một Xã Nông Nghiệp
Người hướng dẫn	GVHD: Phạm Trung Hiếu
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Khoa Điện
Thể loại	Đề Tài
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	806,72 KB