1 PHẦN 2 THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 160 KVA – 22 0,4 KV 2 Phần mở đầu Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một.
PHẦN THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 160 KVA – 22 / 0,4 KV Phần mở đầu Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp cơng việc quan tâm, tính tốn cung cấp điện cho cụm dân cư, khu phố hay khu cơng nghiệp trạm biến áp thiết bị quan trọng hệ thống cung cấp điện Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành công việc sau: Chọn máy biến áp sơ đồ nối dây trạm Chọn thiết bị điện cao áp Chọn thiết bị điện hạ áp Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị chọn Tính tốn nối đất cho trạm Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp có cơng suất 160 kVA Điện áp: 22/0,4 kV Điện trở suất đất =0,4.104 Ω.cm Công suất cắt ngắn mạch SN = 250 MVA Kết cấu trạm : Do điều kiện phố phường chật hẹp dân cư đông Nên ta thiết kế trạm ta phải thiết kế trạm treo Các thông số trạm treo : - Diện tích mặt : 3m x 5m =15 m2 - Dựng cột ly tâm cao 11m, khoảng cách cột 3m - Dàn trạm cao 2,5m, tủ hạ áp có : +) Chiều cao: 1,2m; +) Chiều rộng: 1m; +) Bề dày: 0,5m Chọn máy biến áp: - Chọn máy biến áp chế tạo Việt Nam - Ta chọn máy biến áp có hệ thống làm mát tự nhiên dầu loại 160 kVA – 22/0,4 kV ABB chế tạo có thơng số sau: Cơng suất (KVA) 160 Điện áp ΔP0 ΔPN UN (W) (%) Kích thước: Dài-rộng-cao (mm) (KV) (W) 22/0,4 500 2950 4,5 1260-770-1420 Trọng lượng (Kg) 820 Chọn thiết bị điện cao áp: Đối với thiết bị cao áp ta chọn theo điều kiện sau: Udmtb ≥ Udmmạng = 22 kV Dòng điện làm việc cực đại MBA: - Idmtb ≥ Ilvmax = 160 160 4,199 A 3.U dm 3.22 Udm ≥ Udmmạng - Idmtb ≥ Ilvmax 2.1 Chọn cầu chì tự rơi: Điều kiện chọn cầu chì tự rơi: - Điện áp định mức (kV): Uđm.cc ≥ Uđm.m Dòng điện định mức (A): Iđm.cc ≥ Icb - Ta có: Điện áp định mức mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV Dòng cưỡng qua cầu chì dịng q tải MBA, cao điểm cho MBA làm việc tải 30%: Icb = Iqt MBA = 1,3 Iđm MBA = 1,3 4,199 = 5,459 (kA) Căn vào điều kiện ta chọn cầu chì tự rơi có thơng số sau: Kiểu C710-112PB Udm max Idm IN Trọng lượng (KV) (A) (KA) (Kg) 15 100 10 7,98 2.2 Chọn sứ cao : Điều kiện chọn sứ cao áp: - Điện áp định mức (kV): Uđm.s ≥ Uđm.m Dòng điện định mức (A): Iđm.s≥ Icb - Điện áp định mức mạng điện cao áp: Uđm.m = 22 kV Theo phần trước ta có dịng cưỡng bức: Icb = 5,459 (A) ( Phụ lục 2.28 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện) Sứ đặt trời Nga chế tạo có thơng số sau: Kiểu OWH-10-500 2.3 Udm F U-pđ Khô U-pđ Ướt Trọng lượng (KV) (Kg) (KV) (KV) (Kg) 10 500 120 80 44,6 Chống sét van: Ta sử dụng cách đấu CSV vào trạm : Đấu chống sét van vào trạm, vừa đảm bảo an tồn cho cầu chì tự rơi vừa thuận tiện cho sửa chữa thay chống sét van Điều kiện : U dmcsv U dm.m Dùng loại chống sét van Nga chế tạo có thơng số sau: Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV-Ngô Hồng Quang: Điện áp Điện áp Điện áp đánh thủng cho phép đánh thủng xung kích Udm Khối lượng Loại lớn tần số thời (kV) (Kg) Umax 50Hz gian phóng (KV) (KV) điện 2-10s (KV) PBC-10 10 12,7 26 50 Chú ý trước đặt chống sét van cần phải thử nghiệm đặc tính kỹ thuật chống sét van, như: điện áp phóng điện,điện áp chịu đựng lớn nhất, điện áp dư, dòng điện rò… 2.4 Chọn dẫn xuống máy biến áp: Thanh dẫn chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: K1.K2.Icp ≥ Icb Trong đó: - K1 = góp đặt đứng - K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, K2 = 1.Ta chọn đồng trịn có sơn màu để phân biệt pha Bảng thơng số tra bảng Phụ lục- 10 Giáo trình thiết kế nhà máy điện: Chủng loại Đường kính (mm) Icp (A) Thanh đồng tròn 235 Chọn thiết bị điện hạ áp: Điều kiện chọn thiết bị điện hạ áp: - Ilvmax = Sdm 160 230,9A 3.U dm 0, - Udm ≥ Udmmạng - Idmtb ≥ Ilvmax Yêu cầu bố trí thiết bị điện tủ hạ áp cho gọn thoáng, dễ kiểm tra thao tác 3.1 Chọn cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối Cáp chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp ≥ IttH Trong đó: k1 = Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường k2 = Hệ số hiệu chỉnh có kể đến số lượng cáp chung rãnh Icp : Dòng điện cho phép IttH : Dịng điện tính tốn phía hạ áp IttH = Iđm MBA = Sdm 160 230,9(A) 3.U dm 3.0, Dựa vào điều kiện ta chọn cáp tiết diện cáp PVC loại 4G70 (Tra bảng PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ) ta có thơng số sau: d (mm) F (mm2) Lõi 4G70 3.2 Vỏ 10 Min 31,5 m R0 (kg/km) (Ω/km) 200 C 3195 0,268 Max 37,5 Icp (A) Trong nhà Ngoài trời 254 246 Chọn tủ phân phối: Tra giáo trình Hệ thống cung cấp điện trang 358 ta có: Tủ tự tạo có: Cao 1,2m - Rộng 0,8m – Dày 0,3m Chứa AT; AN 3.3 Thanh hạ áp: Thanh dẫn chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp ≥ Icb Trong đó: - k1 = góp đặt đứng k2 = 1: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ mơi trường Dịng điện cưỡng bức: Icb = 230,9 A Chọn theo PL-10 giáo trình thiết kế nhà máy điện trạm biến áp ta có bảng sau: Kích thước dẫn Tiết diện dẫn (mm2) Trọng lượng (kg/m) Dòng điện cho phép (A) 25x3 75 0,668 340 3.4 Chọn Aptomat tổng: Điều kiện chọn Aptomat: - Điện áp định mức (V): Uđm.A ≥ Uđm.m - Dòng điện định mức (A): Iđm.A ≥ IttH Ta có: Điện áp định mức mạng điện: Uđm.m = 400 V Dòng điện tính tốn phía hạ áp: IttH = 230,9 A Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn Aptomát Nga chế tạo có thơng số sau: Udm (V) 500 Loại NS400E 3.5 Idm (A) 400 INmax (kA) 15 Số cực Chọn Áptomát nhánh: Từ hạ áp có lộ có IN = 230,9 76,96A Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn Aptomát có thơng số sau: Udm (V) 500 Loại C100E Idm (A) 100 INmax (kA) Số cực 3.6 Chọn máy biến dòng: Chọn máy biến dòng theo điều kiện sau: - IdmBI I tt Udm ≥ Udmmạng Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô Hồng Quang ta có thơng số sau: Số Dịng Dịng Dung Đường Trọng Mã sản vịng Cấp sơ cấp thứ cấp lượng kính lượng phẩm dây sơ xác (A) (A) (VA) (mm) (kg) cấp BD7 250 10 0,5 38 1,35 3.7 Chọn chống sét van hạ thế: Loại Udm (kV) Điện áp cho phép lớn Umax (KV) PBH-0,5Y1 0,5 0,5 Điện áp đánh thủng tần số 50Hz (KV) Điện áp đánh thủng xung kích thời gian phóng điện 2-10s (KV) Khối lượng (Kg) 2,5 3,5-4,5 3.8 Chọn thiết bị đo đếm điện năng: Tra theo phụ lục sách thiết kế nhà máy điện trạm biến áp ta chọn thiết bị đo đếm điện có thơng số kỹ thuật cho bảng sau: Tên đồng hồ Ampe-mét Vôn-mét Công tơ hữu công Công tơ vô công ký hiệu A V Loại Cấp xác -378 -378 Cơng suất tiêu thụ(VA) Cuộn áp 1,5 1,5 Cuộn dòng 0,1 kWh 2,5 kVArh 2,5 3.9 Chọn sứ hạ : Điều kiện chọn sứ hạ áp: - Điện áp định mức (kV): Uđm.s ≥ Uđm.m - Dòng điện định mức (A): Iđm.s≥ IttH Tra PL 2.27 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn sứ -1-375 Nga chế tạo có thơng số sau: Loại -1-375 Udm UPhá hoại FPhá hoại Khối lượng Chiều cao (KV) (KV) (Kg) (Kg) (mm) 11 375 0,7 65 Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị chọn - Giả thiết ngắn mạch Xảy ngắn mạch pha đối xứng ta coi: I” = I - Thời gian tồn ngắn mạch thời gian bảo vệ Rơle Máy cắt I”: Dòng điện siêu độ I : Giá trị tức thời dòng điện ngắn mạch chế độ xác lập Ixk : Trị số tức thời dịng điện xung kích Ixb : Giá trị hiệu dụng lớn dòng ngắn mạch 4.1 Các bước tiến hành tính ngắn mạch: Tính ngắn mạch hai điểm theo sơ đồ sau: CCTR N1 M BA CÁP AT AN 4.2 N2 N3 Tính ngắn mạch điểm N1: Ta tính ngắn mạch pha đối xứng nguồn coi có cơng suất vơ lớn trạm biến áp xa nguồn tính tốn ngắn mạch ta xem: IN = I”=I - Sơ đồ thay : - Điện kháng hệ thống : Utb = 1,05 Udm = 1,05.22 = 23,1 kV XHT = Udm 23,12 2,13() SN 250 - Ta giả thiết : trạm biến áp phân phối cần thiết kế cấp điện từ trạm trung gian cách khoảng km Điện trở điện kháng dây dẫn dây AC-70 Ta có: r0 = 0,46 (Ω/km) & x0 = 0,44 (Ω/km) & L = (km) - RD1 = r0.L = 0,46.3 = 0,1,38 (Ω) XD1 = x0.L = 0,44.3 = 1,32 (Ω) Tổng trở từ hệ thống đến đầu điểm N1: ZΣ1 = RD1 +j(XHT + XD1) = 1,38+j(2,13+1,32) = 1,38+ j3,45 (Ω) Dòng điện ngắn mạch pha: IN1 = U TB 23,1 3,59 kA Z1 3 (1,382 3, 452 ) Dịng điện xung kích : I xk1 = k xk 2.I N1 = 1,8 2.2, 71 = 6,89 kA 4.3 Tính tốn ngắn mạch điểm N2: Khi tính tốn ngắn mạch phía hạ áp, ta coi MBA nguồn , điện áp phía hạ áp khơng thay đổi xảy ngắn mạch Do ta có: IN = I” = I - Sơ đồ thay thế: Tổng trở Máy Biến Áp: 2 Pn U dm 106 U n %.U dm 10 ZB j Sdm Sdm 2,95.0,4 10 4,5.0, 104 j 18,43 j45(m) 1602 160 Cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối dài m , ta có: ZD2 = RD2 = 0,268.5.10-3 = 1,34 (mΩ) 10 Tổng trở Aptomát tổng: ZAT = RAT +j XAT = 0,15+j0,1 (mΩ) Do ta có tổng trở: ZΣ2 = ZB + ZD2 + ZAT = 18, 43 j45 +1,34+ 0,15+j0,1 =19,92+j45,1 (mΩ) Do dịng điện ngắn mạch pha: IN2 = U dm 400 4,68(kA) Z 3 (19,922 45,12 ) Dịng điện xung kích tính tốn: Ixk2 = 4.4 2.k xk I N 2.1,8.4,68 11,91(kA) Tính tốn ngắn mạch điểm N3: ZΣ3 = ZB + ZD2 + ZAT +ZTG+ZAN= 18, 43 j45 +1,34+ 0,15+j0,1+0,268+j0,179+1,3+j0,86=21,488+j46,139(mΩ) Do dịng điện ngắn mạch pha: IN3 = U dm 400 4,53(kA) 2 Z 3 (21, 488 46,139 ) Dòng điện xung kích tính tốn: Ixk3 = 4.5 2.k xk I N3 2.1,8.4,53 11,55(kA) Kiểm tra khí cụ điện: 4.5.1 Kiểm tra khí cụ điện cao áp (Cầu chì tự rơi): - Idm cắt ≥ IN1 Sđmcắt ≥SN1 Theo tính tốn ta có : - IN1 = 2,71 kA Idmcắt = 10 kA S N 3.U dm I N 3.10.2, 71 46, MVA S dmc 3.U dm I dmc 3.10.10 173, MVA 11 Do cầu chì tự rơi chọn thỗ mãn u cầu 4.5.2 Kiểm tra khí cụ điện hạ áp: a) Thanh hạ áp: - Kiểm tra ổn định lực điện động: Khi có ngắn mạch xảy , dịng điện ngắn mạch chạy qua làm cho chịu lực lớn, rung động làm cho bị uốn cong sinh phá hoại sứ đỡ Do ta phải kiểm tra theo điều kiện sau: tt cp Ta có ứng suất tcho phép góp cp = 1400 kg/cm2 Ứng suất tính tốn tính theo biểu thức sau : tt M W Trong : M-momen uốn tính tốn(kG/cm) W-momen chống uốn góp đặt thẳng đứng (cm3) Ta có : M W= Ftt l 1, 76.102.l ixk 10 10.a b.h Trong : L = 60 cm : Khoảng cách sứ đỡ a = 14 cm : Khoảng cách pha Ixk = 11,91 kA: Dịng xung kích điểm ngắn mạch N2 Với b=3 mm; h= 25 mm Thay vào ta có: 12 60 60 11,912 64,196 kG.cm 14 10 3.101.(25.10 1 )2 W 0,3125 cm3 M 1, 76.102 Nên : tt M 64,196 205,42(kG / cm2 ) cp W 0,3125 Do đảm bảo ổn định lực điện động - Kiểm tra ổn định nhiệt: Kiểm tra ổn định nhiệt dựa vào điều kiện sau: F Ftt I tqd Trong : - hệ số ổn định nhiệt, với đồng lấy =6 Ftt - tiết diện tính tốn nhỏ đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt tqd - thời gian độ, lấy thời gian cắt ngắn mạch, tqd =0,5s Vậy ta có: Ftt 6.4, 68 0,5 19,86 mm2 Fcp =3.25=75 mm2 ≥ Ftt Vậy góp cho thỏa mãn điều kiện ổn định động ổn định nhiệt b) Sứ đỡ hạ áp: Đặc trưng cho độ bền sứ lực phá hoại cho phép tác động lên đầu sứ Fcp, nhà chế tạo cho sẵn Sứ chọn đảm bảo độ bền cơ, cần thỏa mãn điều kiện: Ftt, 0,6.Fcp Trong : 0,6- hệ số kể đến dự trữ độ bền sứ Ftt, -lực tính tốn lớn tác động llên đầu sứ ngắn mạch pha 13 1 Hs h b Hs h 2 Ftt, Ftt Hs Hs Trong đó: Hs-chiều cao sứ, Hs=65mm h- chiều cao góp, h=25mm b- bề dày miếng kẹp phía góp, b nhỏ bỏ qua Ftt- lực điện động tác động lên góp ngắn mạch pha Ftt 1, 76.10 2 Ftt, Ftt l 60 ixk 1, 76.10 2 .11,912 10, kG a 14 Hs h / 65 25 / 10, 12, 75 kG Hs 65 Vậy Fcp=375kG > F’tt=12,75 kG Sứ chọn thỏa mãn yêu cầu c) Kiểm tra cáp tổng hạ áp: Cáp chọn phải thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch, tức tiết diện cáp chọn phải thỏa mãn điều kiện: F IN t Trong đó: -Hệ số nhiệt độ, với cáp đồng =6 t-Thời gian cắt ngắn mạch, lấy thời gian tồn ngắn mạch t=0,5s Tiết diện tính tốn nhỏ đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt bằng: Ftt 6.4, 68 0,5 19,86 mm2 Cáp chọn có F=70 mm2>Fttmin Khơng cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cáp ngắn Vậy cáp tổng chọn đạt yêu cầu d) Kiểm tra áptơmát tổng: Dịng điện cắt ngắn mạch định mức áptômát tổng chọn bằng: I cdm 15kA 14 Dòng điện ngắn mạch N2 bằng:IN2=4,68kA Như I cdm I N nên áptômát chọn đạt yêu cầu kỹ thuật e) Kiểm tra máy biến dòng điện: Phụ tải thứ cấp BI gồm có: 1- Ampe mét: 0,1 VA 2- Cơng tơ hữu công: 2,5 VA 3- Công tơ vô công: 2,5 VA Tổng phụ tải: 5,1 VA Tiết diện dây dẫn từ BI tới đồng hồ đo chọn theo điều kiện : F ltt Z dmBI Z dc Tính tốn nối đất cho trạm biến áp: Trong trạm biến áp nối đất an tồn nối đất làm việc thường nối chung với Điện trở nối đất toàn trạm biến áp hạ áp với công suất không 320 kVA thường có Rd ≤ Ω Căn vào điện trở suất đất đất =0,4.104 Ω.cm & mặt trạm có đủ điều kiện đóng cọc tiếp đất ta chọn phương án nối đất trạm, sau tính tốn điện trở nối đất phương án chọn Nếu trường hợp Rtt = Ω phương án nối đất đạt yêu cầu Rtt ≥ Ω , ta phải sử lý cách đóng cọc điện trở nối đát đạt yêu cầu Mặt bố trí tiếp địa: 15 Dự kiến phương án nối đất: - Ta sử dụng mạch vòng gồm cọc nối với - Cọc sử dụng loại cọc sắt góc L60x60x6 - Thanh ta dùng sắt dẹt 40x4 Dự kiến phương án nối đất hình vẽ Xét độ ẩm đất , độ ẩm đất thường có dao động phụ thuộc vào mùa mưa mùa khô , ta xác định điện trở nối đất theo mùa d = dtmùa Tra bảng phụ lục ta có kmùa khơ = 0,4 kmùa mưa = 1,6 Điện trở nối đất Hệ thống tính theo công thức sau: R HT R c R t R c t n.R t c Trong đó: Rc : Điện trở cọc Rt : Điện trở n : Số cọc t; c: Hệ số sử dụng cọc 16 5.1 Tính điện trở nối đất cọc: Cọc nối đất có điện trở tính theo cơng thức sau: Rc 2.L 4.t L (ln ln ) 2. L d 4.t L Trong : L: Chiều dài cọc L = 250 cm t=h+ L 250 = + 80 = 205 cm 2 d: Đường kính cọc d= 0,95.b = 0,95.6 = 5,7 (cm) Thay số vào ta có : Rc 5.2 0, 4.104.1,4 2.250 4.205 250 (ln ln ) 17,08() 2.3,14.250 5,7 4.205 250 Tính tốn điện trở nối đất : Điện trở nối đất tính theo biểu thức sau : ρ k.L2 Rt = ln 2.π.L h.d Trong : L : Chiều dài (L =250cm) h: Độ sâu (h=80 cm) d: Đường kính d= b = = 2(cm) 2 k = 5,81 Tra bảng ta có : t = 0,45 c = 0,8 Do Điện trở nối đất tính : 17 0, 4.104 2502.5,81 Rt ln 31,5() 2.3,14.250 80.2 Điện trở nối đất toàn trạm : R HT R c R t 17,08.31,5 3,38() R c t n.R t c 17,08.0,45 6.31,5.0,8 Vậy ta có RHT =3,38(Ω) < Rd = 4(Ω) Do phương án nối đất vạch đạt yêu cầu kỹ thuật 18 ... suất cắt ngắn mạch SN = 250 MVA Kết cấu trạm : Do điều kiện phố phường chật hẹp dân cư đông Nên ta thiết kế trạm ta phải thiết kế trạm treo Các thơng số trạm treo : - Diện tích mặt : 3m x 5m =15... áp sơ đồ nối dây trạm Chọn thiết bị điện cao áp Chọn thiết bị điện hạ áp Tính tốn ngắn mạch để kiểm tra thiết bị chọn Tính tốn nối đất cho trạm Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp có cơng... thiết kế trạm biến áp công việc quan tâm, tính tốn cung cấp điện cho cụm dân cư, khu phố hay khu công nghiệp trạm biến áp thiết bị quan trọng hệ thống cung cấp điện Trong phần thiết kế trạm biến