Lờicảmơn .

LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn, em học nhiều kiến thức q báu bổ ích Những kiến thức giúp em hiểu biết môn Thiết kế mạng điện Hệ thống điện quốc gia Em xin gửi lời cám ơn đến thầy cô khoa Điện – Điện tử trường ĐH Tôn Đức Thắng, đặc biệt thầy Hồ Văn Hiến trực tiếp hướng dẫn giúp em làm đồ án này!    Nhận xét giảng viên GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN Mục lục Trang Lời cảm ơn Nhận xét giảngviên Mục lục TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110kV Phần mở đầu Chương I: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chương II: DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT 10 Chương III: SO SÁNH PHƯƠNG ÁN VỀ KINH TẾ 31 Chương IV: SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHI TIẾT CHO MẠNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 35 Chương V: BÙ KINH TẾ TRONG MẠNG ĐIỆN 38 Chương VI: CÂN BẰNG CHÍNH XÁC CƠNG SUẤT KHÁNG TRONG MẠNG ĐIỆN LÚC PHỤ TẢI CỰC ĐẠI 42 Chương VII:PHÂN BỐ CÔNG SUẤT - ĐIỆN ÁP TẠI CÁC NÚT 66 Chương VIII: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN 73 Chương IX:TỔNG KẾT CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CÙA MẠNG ĐIỆN 78 GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHẦN 2: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 81 Chương I: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 82 Chương II: SO SÁNH PHƯƠNG ÁN 91 Chương III: CHỌN KHÍ CỤ VÀ CÁC PHẦN TỬ DẪN ĐIỆN 93 Chương IV: TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤTCHO TRẠM 110/22KV 104 Chương V: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM 110/22KV 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN TS Hồ Văn Hiến TRUYỀN TẢI VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN TS Hồ Văn Hiến HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ NHÀ MÁY ĐIỆN & TBA Huỳnh Nhơn GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHẦN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN 110kV Thông số kỹ thuật Toạ độ điểm : x = 4.00 , y = 2.00 Toạ độ điểm : x = 6.00 , y = -3.00 Toạ độ điểm : x = -5.00 , y = 3.00 Toạ độ điểm : x = -1.00 , y = 8.00 Toạ độ điểm : x = -1.00 , y = -5.00 Toạ độ điểm : x = -7.00 , y = -5.00 Ghi điểm phụ tải lên mặt phẳng gồm trục toạ độ, khoảng chia 10 km Công suất ngắn mạch nguồn 110kV: 800 MVA Chiều dài N-1 = 49.193 km Chiều dài N-2 = 73.790 km Chiều dài 1-2 = 59.237 km Chiều dài N-3 = 64.140 km Chiều dài N-4 = 88.685 km Chiều dài 3-4 = 70.434 km Chiều dài N-5 = 56.089 km Chiều dài N-6 = 94.626 km Chiều dài 5-6 = 66.000 km Khu vực 1: tải 1, Khu vực 2: tải 3, Khu vực 3: tải 5, Phụ tải : P = 25.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.80 Q = 18.750 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Phụ tải : P = 20.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.75 Q = 17.638 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Phụ tải : P = 28.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.80 Q = 21.000 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Phụ tải : P = 35.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.75 Q = 30.867 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Phụ tải : P = 25.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.80 Q = 18.750 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Phụ tải : P = 34.000 MW Hệ số công suất: cosφ = 0.75 GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN Q = 29.985 MVAr Yêu cầu cung cấp điện: Liên tục Thời gian Tmax = 5000 giờ/năm Thời gian tổn thất lớn To = (0.124+Tmax/10000)^2 *8760 giờ/năm = 3410.934 Tiền điện c = 0.050 S/kWh = 50.000 $/MWh Công suất ngắn mạch nguồn 110kV: Snm = 800 MVA GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHẦN MỞ ĐẦU PHÂN TÍCH NGUỒN VÀ PHỤ TẢI Thu thập số liệu phân tích phụ tải :  Phụ tải điện số liệu ban đầu để giải vấn dề tổng hợp kinh tế kỹ thuật thiết kế mạng điện Xác định phụ tải điện giai đoạn thiết kế hệ thống nhằm mục đích vạch sơ đồ, lựa chọn kiểm tra phần tử mạng điện máy phát, đường dây, máy biến ápvà tiêu kinh tế kỹ thuật Vì cơng tác phân tích phụ tải chiếm vị trí quan trọng cần thực cách chu đáo  Việc thu thập số liệu phụ tải chủ yếu để nắm vững vị trí yêu cầu hộ tiêu thụ lớn, dự báo nhu cầu tiêu thụ, phát triển phụ tải tương lai Có nhiều phương pháp dựa sở khoa học để xác định phụ tải điện  Ngồi cần phải có tài liệu đặc tính vùng, dân số mật độ dân số, mức sống dân cư khu vực, phát triển công nghiệp, giá điện …., tài liệu khí tượng, địa chất, thủy văn, giao thơng vận tải Những thơng tin có ảnh hưởng đến kết cấu sơ đồ nối dây mạng điện lựa chọn  Căn vào yêu cầu cung cấp điện phụ tải phân làm ba cấp : + Cấp : bao gồm phụ tải quan trọng Việc ngưng cung cấp điện cho phụ tải gây nguy hiểm cho tính mạng người, gây thiệt hại đến sản xuất, ảnh hưởng đến an ninh quốc phịng Vì phải bảo đảm liên tục cung cấp điện mạng điện Chú tất thành phần tiêu thụ điện phụ tải yêu cầu phải cung cấp điện liên tục cắt bớt phần nhỏ thành phần không quan trọng phụ tải để đảm bảo cung cấp trường hợp cố nặng nề mạng điện + Cấp hai : bao gồm phụ tải quan trọng việc điện gây giảm sút mặt sản phẩm Vì mức độ đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục cho phụ tải cần cân nhắc định + Cấp ba : bao gồm phụ tải không quan trọng , việc điện không gây hậu nghiêm trọng Trong trường hợp không cần phải xét đến phương tiện dự trử để đảm bảo cung cấp  Tuy phân làm ba cấp phụ tải nghiên cứu sơ đồ nên tận dụng điều kiện đảm bảo mức độ cung cấp điện cao cho phụ tải kể phụ tải cấp ba  Thời gian sử dung công suất cực đại Tmax cho phụ tải chủ yếu sản xuất sau : + ca Tmax =2400 – 3000 giờ/năm + ca Tmax =3000 - 4000 giờ/năm + ca Tmax =4000 – 7700 giờ/năm  Ngoài theo phát triển sản xuất hệ thống điện việc xác định Tmax phải xét cách toàn diện qua liên quan đến quy luật phát triển phụ tải  Cơng suất phụ tải dùng để tính tốn thiết kế tổng công suất đặc biệt thiết bị xí nghiệp, nhà máy, thiết bị gia dụng mà phải kể đến hệ số sử dụng khơng phải tất máy móc sử dụng lúc mà phụ thuộc vào q trình cơng nghệ Nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính tốn qua hệ số dựa vào kinh nghiệm hay dựa vào thống kê đưa nhằm có số liệu tin cậy ban đầu dùng cho thiết kế Phụ tải tiêu thụ điện thay đổi theo đồ thị phụ tải số liệu dùng cho tính tốn phụ tải cực đại Pmax coi phụ tải tính tốn , vào thời gian thấp điểm phụ tải có trị số Pmin  Ngồi phụ tải cực đại phụ tải vùng có phân tán nghĩa xảy khơng đồng thời nên xác định phụ tải tổng toàn mạng điện phải xét đến hệ số đồng thời từ ước tính khả nguồn cung cấp Phân tích nguồn cung cấp điện : GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN  Trong thiết kế môn học thường cho nhà máy điện cung cấp điện cho phụ tải vùng yêu cầu thiết kế từ góp cao áp trạm tăng áp nhà máy điện trở đi, nên khơng cần phân tích nguồn cung cấp điện Tuy giả thiết loại nguồn cung cấp để giới thiệu cho đồ án Nguồn lưới điện quốc gia mà mạng điện thiết kế cung cấp từ góp hệ thống, nhà máy nhiệt điện nhà máy thủy diện , giả thiết nguồn nhiên liệu cho nhà máy thủy điện , thủy sẵn có nhà máy điện…  Nguồn điện giả thiết cung cấp đủ công suất tác dụng theo nhu cầu phụ tải củaphụ tải với hệ số công suất quy định Điều cho thấy nguồn khơng cung cấp đủ theo u cầu công suất kháng việc đảm bảo nhu cầu điện phản kháng thực q trình thiết kế cách bù công suất kháng phụ tải mà không cần phải tải tất nguồn GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CHƯƠNG CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Cân công suất hệ thống điện nhằm xét khả cung cấp nguồn cho phụ tải thông qua mạng điện Trong phần xét sơ cân công suất lúc phụ tải cực đại trước đề phương án nối dây mạng điện Cân công suất tác dụng : Cân công suất cần thiết để giữ tần số hệ thống Cân công suất tác dụng hệ thống biểu diễn biểu thức sau :  PF = m  Ppt +  Ptd +  Pdt Trong :  PF – tổng cơng suất tác dụng phát nhà máy điện nhà máy hệ thống  Ppt – tổng phụ tải tác dụng cưc đại hộ tiêu thụ m- hệ số đồng thời ( giả thiết chọn 0,8 )  Pmd – tổng tổn thất công suất tác dụng đường dây máy biến áp  Ptd – tổng công suất tự dùng nhà máy điện  Pdt – tổng công suất dự trữ a Xác định hệ số đồng thời khu vực phải vào tình hình thực tế phụ tải b Tổn thất công suất tác dụng đường dây máy biến áp  Pmd Theo tài liệu thống kê tổn thất cơng suất tác dụng đường dây máy biến áp trường hợp mạng cao áp khoảng 8- 10% m  Ppt c Công suất tự dùng nhà máy điện Tính theo phần trăm (m  Ppt +  Pmd ) - Nhà máy nhiệt điện -7% - Nhà máy thủy điện -2% d Công suất dự trữ hệ thống - Dự trữ cố thường lấy công suất tổ máy lớn hệ thống điện - Dự trữ phụ tải dự trù cho phụ tải tăng bất thường dự báo - 3% phụ tải tổng - Dự trữ phát triển nhằm đáp ứng phát triển phụ tải 5- 15 năm sau Tổng quát dự trữ hệ thống lấy 10- 15% tổng phụ tải hệ thống, Trong thiết kế môn học giả thiết nguồn điện đủ cung cấp hồn tồn cho nhu cầu cơng suất tác dụng cân từ cao áp trạm biến áp tăng nhà máy điện nên tính cân công suất tác dụng sau :  PF = m  Ppt +  Pmd Trong :  Ppt = Ppt1+ Ppt2+ Ppt3+ Ppt4+ Ppt5+ Ppt6 = 25 + 20 +28 +35 +25 +34 = 167 (MW) Suy m  Ppt = 0,8 167 = 133,6 (MW)  Pmd =10% m  Ppt = 0,1 0,8 167 = 13,36 (MW) Vậy  PF =133,6 + 13,36 = 146,96 (MW) Cân cơng suất phản kháng : * Mục đích : Cân cơng suất phản kháng nhằm giữ điện áp bình thường hệ thống điện Cân công suất phản kháng biễu diễn biểu thức sau :  QF + Qbù  = m  Qpt +   QB +  QL –  QC +  Qtd +  Qdt GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang SVTH : PHẠM VĂN LONG LVTN THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN Trong :   QF :tổng cơg suất phát nhà máy điện  QF =  PF tg  F = 146,96 0,75  QF = 110,22 (MVAr) Trong thiết kế L thiết kế từ cao áp trạm biến áp tăng áp nhà máy nên cần cân từ cao áp  m  Qpt : tổng phụ tải phản kháng mạng điện có xét đến hệ số đồng thời m  Qpt =  Ppti tg  i m  Qpt = Ppt1.tg  1+ Ppt2.tg  2+ Ppt3.tg  3+ Ppt4.tg  4+ Ppt5.tg  5+Ppt6.tg  m  Qpt = 25.0,75 + 20.0,88+ 28.0,75 +35.0,88 +25.0,75 +34.0,88 = 136,82 (MVAr)    QB : tổng tổn thất công suất phản kháng máy biến áp ước lượng   QB = (8 - 12% )  Spt Ta chọn   QB = 10%  Spt   QB = 10% Ppt2  Q pt2 =10% 167  136,82   QB = 216,17(MVAr)    QL :tổng tổn thất công suất kháng đoạn đường dây mạng điện Với mạng điện 110KV tính tốn sơ coi tổn thất công suất phản kháng cảm kháng đường dây công suất phản kháng điện dung đường dây cao áp sinh   Qtd : tổng công suất tự dùng nhà máy điện hệ thống  Qtd =  Ptd tg  td  Qdt : công suất phản kháng dự trữ hệ thống Qdt = (5 - 10%)  Qpt Trong thiết kế môn học cân từ cao áp nhà máy điện khơng cần tính Qtd Qdt  Từ biểu thức ta viết lại :  QF + Qbù  = m  Qpt +   QB STT P (MW) 25 20 28 35 25 34  P= 167 GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Q cos  (MVAr) 18,75 0,8 17,60 0,75 21 0,8 30,8 0,75 18,75 0,8 29,92 0,75  Q= 136,82 Bảng 1.1 Trang S ’i (MVA) 31,25 26,67 35 46,67 31,25 45,33  P= 216,17 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN CHƯƠNG DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN VỀ MẶT KỸ THUẬT A MỤC ĐÍCH : Đưa phương án nối dâycủa mạng điện cách cụ thể kỹ thuật Để so sánh lựa chọn phương án tối ưu B LỰA CHỌN ĐIỆN ÁP TẢI ĐIỆN: Lựa chọn hợp lý cấp điện áp định mức nhiệm vụ quan trọng thiết kế truyền tải cung cấp điện Bởi trị số điện áp ảnh hưởng trực tiếp đến tiêu kinh tế kỹ thuật như: vốn, tôn thất điện năng, dây dẫn, máy cắt, sứ cách điện, chi phí vận hành … trị số điện áp xem hợp lý có chi phí tính tốn nhỏ Dựa vào cơng thức STILL để tìm điện áp tải điện U(kv) : (2.1) U = 4,34 l  0,016.P Trong đó: P : công suất truyền tải (kw) l : khoảng cách truyền tải (km) Bảng khoảng cách truyền tải STT Khoảng cách N1 N2 N3 N4 N5 N6 12 34 56 Bảng 2.1 l(km) 49,193 73,790 64,140 88,685 56,089 94,626 59,237 70,434 66,000 Ap dụng : Upt1= 4,34 l1  0,016 P1 = 4,34 44,72  0,016 *10.10 Upt1= 91,52 (KV) Tương tự cho phụ tải lại Phụ tải N1 N2 N3 N4 N5 N6 l (km) Upt (kv) 49,193 91,983 73,790 86,124 64,140 98,217 88,685 110,537 56,089 92,686 94,626 109,676 Bảng 2.2 Từ số liệu ta chọn cấp điện áp 110 (kv) U dm = 110 (kv) C CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CHO MẠNG ĐIỆN: - Sơ đồ nối dây mạng điện phụ thuộc nhiều yếu tố : số lượng phụ tải, vị trí phụ tải, mức độ liên tục cung cấp điện, công tác vạch tuyến, phát triển mạng điện GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 10 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Thời gian tương đương: Ttd = 1,5 (s) Hằng số thời gian: T0 = 0,05 (s) Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch: BN = 50025379,7 (A2.s) Quy cách BI: TPOL – 24 Dịng định mức phía sơ cấp BI cáp tổng 22 kV: 1000 (A) Dịng định mức phía thứ cấp: (A) Bội số ổn định nhiệt: Knh = 40 Thời gian ổn định nhiệt: tnh = (s) Bội số ổn định động: Kldd = 100 Phụ tải định mức: Zdm-BI = 0,8 (Ω) (Knh*Idm-socap-BI )2*tnh = 6400000000 (A2.s) *Kldd*Idm-socap-BI = 141421,4 (A) *Kldd*Idm-socap-BI > Ixk BI ổn định lực điện động (Knh*Idm-socap-BI )2*tnh > BN BI ổn định nhiệt Phụ tải dụng cụ đo mắc vào pha A (hay C) là: 16 (VA) Gồm: - Ampe kế: (VA) - Watt kế: (VA) - Var kế: (VA) - Điện năg kế tác dụng: 2,5 (VA) - Điện kế phản kháng: 2,5 (VA) Tổng trở dụng cụ đo mắc vào pha A: 0,6 (Ω) Chiều dài từ BI đến dụng cụ đo là: 40 (mét) Điện trở dây dẫn: 0,16 (Ω) Tiết diện dây tối thiểu: 4,38 (mm2) Tiết diện dây chọn: (mm2) Ghi chú: Ikiemtra = *Kldd*Idm-socap-BI Nhịêt kiemtra = (Knh*Idm-socap-BI )2*tnh Zdungcu = S BI I dmthucap GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 101 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN rdd-BI = Zdm-BI - Zdungcu Fdd-BI-min = 0,0175 * 40 rdd  BI 3.2.7 Chọn BU: Số đường dây 22 kV xuất phát từ phân đoạn cái: đường Phụ tải dụng cụ đo ứng với đường dây: 29 (VA) pha AB 31 (VA) pha BC Phụ tải pha AB bao gồm: - Watt kế : (VA) - Var kế : (VA) - Tần số kế: (VA) - Điện kế tác dụng: (VA) - Điện kế phản kháng: 12 (VA) Phụ tải pha BC bao gồm: - Watt kế : (VA) - Volt kế : (VA) - Var kế : (VA) - Cos phi kế: (VA) - Điện kế tác dụng: (VA) - Điện kế phản kháng: 12 (VA) - Có tất mạch cung cấp từ BU Phụ tải SAB BU = 29 x = 145 (VA) Phụ tải SBC BU = 31 x = 155 (VA) Chọn máy biến điện áp pha 4MS34 cấp 22 kV - Udm-socap = - Udm- thucap = 22 (kV) 100 (V) Cơng suất định mức với cấp xác 0,5% = 400 (V) Sơ đồ Y0 / Y0 / Δho Dòng thứ cấp dây pha A: Ia = 145 / 100 = 1,45 (A) Dòng thứ cấp dây pha C: Ic = 155 / 100 = 1,55 (A) Chọn Ia = 1,45 (A) Dòng dây pha B: Ib = *Ia = 2,51 (A) Chiều dài từ BU đến dụng cụ đo: 60 (mét) GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 102 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Sụt áp cho phép: 0,5 (V) Tiết diện dây tối thiểu mạch BU: 7,65 (mm2) Chọn tiết diện dây cung cấp từ BU đến dụng cụ đo: (mm2) Ghi chú: - Ia = 1,45 (A) - Ib = 2,51 (A) - SBU-MIN = ( I a  I b ) * 0,0188 * 60 = 7,648 (VA) 0,5 GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 103 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Chương TÍNH TỐN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/22KV I-Các vấn đề thiết kế hệ thống nối đất: Nối đất hệ thống thu sét đóng vai trò quan trọng việc phát huy tác dụng bảo vệ HTTS Nếu nối đất không đạt yêu cầu nhiều hậu xấu không đật hệ thống thu sét Bởi HTTS có độ cao vượt hẳn độ cao công trình, có tác dụng câu sét vào công trình ( có nghóa xác suất sét đánh phụ thuộc vào độ cao ), tổng trở xung HTNĐ tản dòng sét cao, điện áp giáng xung HTNĐ đủ cao để gây nên phóng điện ngược đến phận mang điện đến trang thiết bị trạm Phóng điện ngược trạm ( đoạn đường dây gần trạm ), tạo nên dạng sóng cắt có biên độ độ dốc lớn nguy hiểm cho cách điện dọc Máy biến áp Đối với trạm trời có cấp điện áp lớn 220kV, phần lớn trường hợp, hệ thống thu sét đặt kết cấu công trình trạm, nên phần dòng sét tản qua mạch nối đất an toàn trạm, trước tiên phải thiết kế HTNĐ an toàn cho trạm, sở tính toán kiểm tra HTNĐ theo yêu cầu chống sét Tác dụng nối đất để tản dòng điện cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất sét đánh) giữ cho điện phần tử nối đất thấp Nối đất chia làm loại: - Nối đất làm việc (đảm bảo làm việc trang thiết bị, nối đất trung tính máy phát điện, máy biến áp công suất… ) - Nối đất an toàn (đảm bảo cho người vận hành) - Nối đất chống sét (tản dòng điện sét vào đất) II-Số liệu ban đầu: Số mạch 220 kV : n_220 = Số mạch 110 kV :n_110 = Điện trở đất đo : r0_đo = 120 .m II-Tính tốn nối đất tự nhiên: Để đảm bảo tính kinh tế nối đất cần tận dụng phần nối đất có sẳûn đường ống nước, vỏ cáp, kết cấu kim loại móng cột móng nhà, nối đất dây chống sét v v… Trong đồ án thiết kế có tính chất giả định, đủ số liệu loại nối đất tự nhiên khác, nên thường xét đến tham gia điện trở nối đất hệ “ DCS – cột” đường dây truyền tải nối vào trạm, Rcs-c Đó điện trở đầu vào mạch điện thông số tập trung tạo nên điện trở GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 104 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN nối đất cột điện điện trở tác dụng đoạn DCS cột Phía 110 kV: Điện trở nối đất cột điện : Rcột_110 = 10  Điện trở km dây chống sét : r0_110 = 3.7 /km Số mạch đường dây 110 kV :n_110 = mạch l: Chiều dài khoảng vượt :lkv_110 = 200 m Hệ số phu thuộc dcs k_110 = Điện trở dây chống sét Rcs_110 = k_110 * r0_110 * lkv_110*0.001 = 0.740  Điện trở nối đất hệ "DCS-Cot" Rcs_c_110 = RC RCS C  0.5  RC  0.25 RCS =2.3753  Điện trở tự nhiên phần trạm phía 110 kV Rtn  RCS C =1.1876  n II-Tính tốn nối đất nhân tạo:( Rnt) Nối đất nhân tạo phận nối đất thiết kế thêm nhằm thoả mãn yêu cầu điện trở nối đất tiếp đất cho trang thiết bị cách thuận lợi Gồm phần: nối đất mạch vòng nối đất bổ sung Yêu cầu : R nt = R mv // R BS 1 1- Nối đất mạch vịng: Nối đất mạch vòng hệ thống nối liền chôn sâu đất, men theo chu vi trạm (cách hàng rào trạm 2m theo chiều) Có nhiệm vụ cân khu vực trạm để tiếp đất thuận lợi cho thiết bị điện Ta thiết kế nối đất mạch vòng dùng tổ hợp cọc Thanh dùng vật liệu sắt tròn đường kính 20 mm chôn sâu 0,8 m Mạch vòng dùng Thanh sắt tròn đường kính: d_thanh = 0.02 m , chơn sâu t = 0.8 m Bề dài trạm 60 m Bề rộng trạm 35 m Hệ số hình dạng K_hìnhdạng_thanh = 6.07 Chu vi trạm L = 190 m Hệ số mùa vào mùa khô km_thanh = 1.6 Điện trở suất tính tốn r0_tt = km_thanh*r0_đo = 192 .m Điện trở mạch vịng: Rmv = r0_tt*ln(K_hìnhdạng_thanh * L2 / (d_thanh*t)) / (2*pi*L) = 2.6429  2- Nối đất bổ sung: GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 105 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Trong trường hợp để tản dòng sét thuận lợi phải thực nối đất bổ sung chỗ cột thu sét dây chống sét nối vào hệ thống nối đất trạm, đồng thồi phải đảm bảo khoảng cách theo dẫn từ chỗ nối đất MBA đến chỗ nối đất cột thu sét dây chống sét từ 15m trở lên Theo qui phạm chống sét cho trạm phân phối điện trời, nối đất an toàn nối chung với nối đất chống sét chân cột thu sét xà đỡ dây chống sét phải nối đất bổ sung để tản dòng sét thuận lợi, dạng nối đất bổ sung dạng tập trung Nối đất bổ sung dạng số tia = tia cọc, tia dài l_tia = m, tia có số cọc = cọc Tia làm sắt trịn đường kính d_tia = 0.02 m Cọc sắt dài l_coc = m , đường kính d_cọc = 0.03 met Hệ số mùa cọc mùa khô km_c = 1.4 Điện trở suất tính tốn theo cọc: r0_tt = km_c * r0_đo = 168 .m Chiều dài cọc : l_cọc = m tt = t + l_ cọc /2 Điện trở tản cọc Rc = Điện trở _cọc = 2l r0 tt 4tt l  coc (ln  coc  ln ) 2 l  coc d  coc 4tt  l  coc = 50.238  Hệ số mùa tia mùa khơ km_tia = 1.6 Điện trở suất tính tốn theo tia r0_tínhtốn = r0_đo * km_tia = 192 .m Điện trở tản tia : Rtia = Rthanh = r0_tínhtốn *ln (l2_tia/(t*d_tia)) / (2 * pi * l_tia) = 28.9607  Hệ số sử dụng tia eta_tia = 0.92 Hệ số sử dụng coc eta_cọc = 0.91 Điện trở tản (tia+coc) Rthanh_coc = dientro_coc*Rthanh / (eta_tia * Điện trở _coc+ Sốcọc * eta_cọc * Rthanh_) = 14.707  Hệ số sử dụng toàn tổ hợp tia + cọc : eta_tổ hợp = 0.83 Điện trở tản tổ hợp tia + coc (bổ sung) Rbs = Rthanh_cọc / (sốtia * eta_ tổ hợp) = 8.8597  Số vị trí nối đất bổ sung Rbs : số_vịtrí_bs = Hệ số sử dụng tồn nối đất bổ sung R_bs_tổng = R_bs / số_vịtrí _bs = 1.2657  Điện trở tản nối đất nhân tạo Rnt = R_nhântạo = Rmv * R_bs_tổng / (Rmv + R_bs_tổng) = 0.8558  <  Điện trở tản toàn hệ thống nối đất Rnd = R_tản_tổng = Rtn * R_nhântạo / (Rtn + R_nhântạo) = 0.4974  < 0.5 III- Tính tổng trở xung hệ thống nối đất có nối đất bổ xung: GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 106 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Tổng trở xung hệ thống nối đất (HTNĐ) tính gần theo số giả thiết sau : Coi có nối đất bổ sung chân cột bị sét đánh trực tiếp mạch vòng nối đất ven chu vi trạm tham gia vào tản dòng sét Bỏ qua hiệu ứng che nối đất bổ sung mạch vòng nối đất Bỏ qua tượng tia lửa điện đất, kể đến ảnh hưởng mạch vòng nối đất 1- Đối với nối đất mạch vòng : Hệ số mùa vào mùa sét km = kkm_thanh = 1.25 Điện trở qui đổi nối đất mạch vòng vào mùa mưa Rmv : RRmv = Rmv * kkm_thanh / km_thanh = 2.0647  2- Đối với nối đất bổ xung: Hệ số mùa cọc vào mùa sét km = 1.15 Hệ số mùa vào mùa sét km = kkm_thanh = 1.25 Điện trở qui đổi nối đất vào mùa mưa Rth = RR_thanh = Rthanh * kkm_thanh / km_thanh = 22.625  Điện trở qui đổi nối đất cọc vào mùa mưa Rc = RR_cọc = Điện trở _cọc*kkm_c / km_c = 41.2674  Điện trở tản qui đổi (tia + coc) vào mùa mưa Rthanh_ cọc = RRthanh_ cọc = RR_ cọc * RR_thanh/(eta_tia*RR_ cọc + so cọc *eta_ cọc * RR_thanh) = 11.797  Điện trở tản qui đổi tổ hợp tia + cọc (bổ sung) vào mùa mưa Rbs = RR_bs = RRthanh_ cọc / (sốtia * eta_tổhợp) = 7.1069  3- Tính tổng trở xung hệ thống nối đất : L_ = L/2 Điện cảm met chiều dài L0 = 0.2 * (ln (L_ / 0.01) - 0.31) = 1.769809 uH/m Điện dẫn met chiều dài G0 = / ( * RRmv * L_ ) = 0.002549 1/.m chiều dài tia tương đương L_= 95 m Điện cảm tương đương mét L’ = L0 / = 0.8849 uH/m Điện dẫn tương đương mét G’ = G0 / = 0.0051 uH/m Điện cảm tổng L = 0.5 * L0 * L_ = LL = 84.0659 uH Điện dẫn tổng G = 2*G0*L_ = LL = 0.4843 1/ .m Thời T1 = LL * GG / pi2 = 4.1253 us Độ dốc đầu sóng Tods = us Tỷ số Rmv / Rbs = 0.2905 Giải phương trình tan X + 0.290527 X = Kết qủa nghiệm X : X( 1)= 2.511 X( 2)= 5.289 X( 3)= 8.249 X( 4)= 11.291 X( 5)= 14.372 GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 107 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN X( 6)= 17.473 X( 7)= 20.586 X( 8)= 23.706 X( 9)= 26.831 X(10)= 29.959 Chỉ dùng nghiệm X nhỏ Xmax = (3 * T * pi / Tods) = 4.94258 Theo cơng thức để tính tổng trở xung ta có: X( 1)= 2.51179 A( 1)= (X(k)/pi)^2*Tods/T1 = 0.77478 B( 1)= exp(-A(k)) = 0.46080 C( 1)= cos(X(k)) = -0.80815 D( 1)= 1/C(k)^2 = 1.53116 F( 1)= B(k)/(RRmv/RR_bs + D(k)) = 0.25295 Ftổngv= 0.2529 Tính tổng trở xung hệ thống nối đất Z  _0_Tods = =RRmv * RR_bs / (RRmv + RR_bs) + * RRmv*F_tổng = 2.64448  IV- Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét: Độ dốc đầu sóng: a = 30 kA/us To đầu sóng Tods = us Biên độ dịng điện sét Is = 150 KA Tính tốn : Điện áp xung kích cực đại Ux = Ux = Is*Z  _0_Tods = 396.671 kV < 660 kV Mức cách điện xung bé thiết bị U_0,5 = 660 kV o phia 110 kV V- Thiết kế hệ thống cân điện thế: Trong diện tích khu vực trạm, cần thiết kế lưới ngang sọc song song nhau, với ô lưới từ  10m mục đích lưới làm nhiệm vụ cân thế, đảm bảo điện áp tiếp xúc điện áp bước bé Tất vỏ kim loại thiết bị, kết cấu kim loại, điểm trung tính nối đất máy biến áp cơng suất đo lường phải nối vào lưới theo đường ngắn vào giao điểm Ở ta thiết kế lưới vng kích thước 10*10m, diện tích lưới bao mạch vịng nối đất 144*130m, với có đường kính 20mm GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 108 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Chương THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM 110/22KV I TÍNH TỐN BỐ TRÍ HỆ THỐNG CỘT THU SÉT ĐỂ BẢO VỆ TRẠM Khái niệm chung Việc sét đánh trực tiếp vào dây dẫn đường dây tải điện, vào thiết bị phận mang điện trạm phân phối nhà máy điện gây nên điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch, chạm đất pha, dẫn đến hư hỏng cách điện thiết bị, gây gián đoạn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, làm thiệt hại lớn cho kinh tế quốc dân Vì vậy, hệ thống điện phải bảo vệ cách có hiệu chống sét đánh trực tiếp Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp thực cột thu sét (CTS) dây chống sét (DCS) Hệ thống bảo vệ chống sét bao gồm: phận thu sét, phận nối đất phận dẫn dòng điện sét nối liền điện hai phận với Bộ phận thu sét (1) làm thép ống thép đặt thẳng đứng gọi kim thu sét dây thép căng ngang cột (1) trường hợp dây chống sét Bộ phận dẫn dòng sét (2) tạo thành thân kết cấu cột thép bê-tông cốt thép hay dây thép có tiết diện khơng nhỏ 50mm2 trường hợp kim thu sét đặt ống khói, cột gỗ, mái nhà (2) Bộ phận nối đất (3) tạo thành hệ thống cọc đồng thép nối liền với chơn đất, có điện trở tản bé để tản dòng điện sét dễ dàng đất Một hệ thống bảo vệ chống sét gồm: phận thu đón bắt sét đặt khơng trung, nối đến dây dẫn đưa xuống đầu (3) dây dẫn nối đến hệ thống nối đất (HTNĐ) nằm đất Phương pháp bố trí hệ thống thu sét Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp ngồi trời dùng CTS DCS Đối với vùng lãnh thổ có điều kiện thời tiết khắc nghiệt (nhiều dông, bão) nước ta nên dùng CTS Các yêu cầu bố trí hệ thống thu sét (HTTS) : a.Về yêu cầu kỹ thuật: Phạm vi bảo vệ phải phủ kín tồn trang bị điện phận mang điện Trạm, có nghĩa loại trừ giảm nhỏ xác suất sét đánh trực tiếp vào trang bị điện phận mang điện Trạm GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 109 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Hệ thống nối đất chống sét (cũng khoảng cách khơng khí đất từ phần tử cột thu sét đến phận mang điện, đến trang thiết bị điện hệ thống nối đất an toàn trạm trường hợp hệ thống thu sét đặt độc lập) phải thiết kế tính tốn cho khơng xảy phóng điện ngược đến cách điện Trạm b.Về yêu cầu kinh tế: Khi yêu cầu kỹ thuật thoả mãn cách tuyệt đối, phương án thiết kế HTTS chọn phải có chi phí đầu tư xây dựng bé (ít tốn vật tư, sắt thép, dễ dàng thi cơng lắp đặt, tốn cơng sức …) Ngoài ra, điều kiện kỹ thuật cho phép, cần cố gắng tận dụng kết cấu cơng trình trạm để đặt HTTS (như : mái nhà máy, ống khói, xà đỡ dây, cột đèn pha chiếu sáng …) c.Về yêu cầu khác: Hệ thống thu sét xây dựng phải không gây trở ngại cho vận hành bình thường Trạm, cho giao thơng xe cộ người Trạm (ví dụ khơng đặt CTS hầm cáp, đường ray, đường ôtô …) đồng thời ý đến tính mỹ quan trạm (ví dụ: khơng lộn xộn, lố nhố q nhiều độ cao …) Đối với khu vực trạm thuộc cấp điện áp 110KV trở lên (lưới có trung tính trực tiếp nối đất) Các cấp điện áp này, mức cách điện xung cao trị số điện trở tản ổn định hệ thống tương đối bé nên cần tận dụng kết cấu cơng trình Trạm để đặt HTTS Chỉ nên đặt thêm CTS độc lập trường hợp thật cần thiết để thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật, hạn chế đến mức thấp số lượng chiều cao CTS độc lập KTS đặt ngang trụ xà (không đặt gần xà) độ cao không nên vượt 50% chiều cao xà để khỏi gia cố xà đảm bảo mỹ quan cơng trình Để tăng độ an tồn cho máy biến áp (MBA) công suất, thiết bị quan trọng đắt tiến trạm, nên tránh đặt KTS xà đỡ dây máy biến áp, đồng thời tất điểm nối đất trụ xà có đặt KTS phải cách xa điểm nối đất trung tính vỏ MBA 15m theo mạch dẫn đất DCS đường dây tải điện cấp điện áp U  110kV kéo vào tận xà Trạm nối đất chung vào mạch vòng nối đất Trạm, khoảng cách đến điểm nối đất MBA phải 15m theo mạch dẫn đất Khi đặt KTS kết cấu cơng trình Trạm đương nhiên nối đất HTTS dùng chung HTNĐ an toàn Trạm Khi sét đánh vào KTS xà dòng sét qua trụ xà tản vào HTNĐ này, có biên độ độ dốc lớn gây nên điện áp giáng xung cao, dẫn đến phóng điện qua chuỗi sứ dây dẫn pha xà (phóng điện ngược) dẫn đến phóng điện xuyên thủng cách điện thiết bị điện đặt lân cận Vì để giảm tổng trở xung HTNĐ, giảm điện áp giáng xung xuống mức nguy hiểm cho cách điện Trạm, chổ nối đất KTS DCS vào HTNĐ Trạm phải đặt nối đất bổ xung Đó dạng nối đất tập trung, có chiều dài cực nối đất tương đối bé Có thể đơn giản từ vài cọc vài tia ngắn đến tổ hợp cọc phức tạp tùy theo điện trở suất đất khu vực Trạm Đối với cấp điện áp nên dùng độ cao cho HTTS để bảo vệ trạm Muốn phân khu vực bảo vệ nhóm CTS, cố gắng cho đường kính D vịng GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 110 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN tròn ngoại tiếp tam giác tứ giác tạo nhóm cột khơng chênh lệch nhiều Do điều kiện bảo vệ khu vực là: D  8ha = 8(h - hx), nên độ cao hiệu dụng (ha) độ cao KTS (h) không chênh lệch nhiều Độ cao lựa chọn thống cho khu vực (h0) lấy độ cao tính tốn (h) lớn số khu vực đó, làm trịn lên chút Xác định phạm vi bảo vệ CTS a.Phạm vi bảo vệ CTS Với độ tin cậy 99% phạm vi bảo vệ CTS có độ cao hx hình chóp trịn xoay có đường sinh dạng Hyperbol Xác định theo: rx  1,6h h  hx p h  hx h  30 m p = Độ cao vượt lên vật bảo vệ CTS = h – hx độ cao hiêu dụng CTS rx rx h hx Hình Phạm vi bảo vệ CTS b.Phạm vi bảo vệ hai CTS + Trường hợp hai CTS có độ cao: Nếu hai CTS chiều cao h cách a = 2R = 7h điểm mặt đất hai CTS không bị sét đánh Nếu hai CTS đặt cách a < 7h chúng bảo vệ vật có độ cao h0 xác định theo: h - h0 = a/7p hay h0 = h – a/7p Bảo vệ vật có độ cao h0 hai CTS khoảng cách a hai CTS phải thỏa điều kiện : a  7p(h - h0) Phạm vi bảo vệ độ cao hx có bề rộng bé rox xác định: rox = 1,6h0(h0 - hx)p /(h0 + hx) GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 111 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN A1 R A2 a/7 p 0,2h 0,2h B h0= h - a / 7p 0,75hp O1 a/2 a/2 M hx O2 rx a 1,5hp r0x rx M O1 rx O2 r0x rx B h0 r0x 1,5h0 hx M 0,75h0 0,75h0 1,5h0 Hình: Phạm vi bảo vệ hai CTS chiều cao rx rx a1 a3 a2 a2 r0x3 r0x2 D r0x2 D r0x1 r0x1 3 a1 a) phạm vi ba CTS GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN b) phạm vi bốn CTS Trang 112 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Phạm vi bảo vệ nhiều CTS Khi cơng trình cần bảo vệ chiếm diện tích rộng lớn người ta thường đặt nhiều cột thu sét để bảo vệ hình Bên ngồi diện tích đa giác qua chân CTS (hình tam giác hình chữ nhật) phạm vi bảo vệ xác định đơi CTS với Cịn tất thiết bị có độ cao lớn hx đặt diện tích hình tam giác hay hình chữ nhật bảo vệ an toàn điều kiện sau thỏa mãn: D  8(h - hx)p Với D đường kính vịng trịn ngoại tiếp hình tam giác hay hình chữ nhật chạy qua đỉnh CTS Nếu số CTS nhiều ba bố trí ta phân nhóm ba cột gần kiểm tra theo điều kiện bảo vệ D  8(h - hx)p II THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU SÉT VÀ TÍNH TỐN PHẠM VI BẢO VỆ Bảo vệ khu vực trạm 110 kv Diện tích trạm thiết kế : 60 * 35 (m2) Các độ cao cần bảo vệ: Xà đỡ góp, máy biến áp (lấy chung là) : 7m Các chiều cao phần dẫn điện khác lấy trung bình : m Tính tốn phạm vi bảo vệ Sau xem xét sơ đồ mặt tổng thể tầm quan trọng trạm biến áp Sơ đồ phương án bố trí CTS thực vẽ A4 Từ sơ đồ mặt bố trí CTS , gồm có tất KTS bao gồm cột anten cao 30 m.Chiều cao lớn cần bảo vệ trạm độ cao dây dẫn: hx = m Phạm vi bảo vệ khu vực tính sau: Tất thiết bị có độ cao lớn hx đặt diện tích đa giác bảo vệ an toàn điều kiện sau thỏa mãn: D  8htt  hx   htt  D  hx Với: = htt  hx  : độ cao hiệu dụng CTS : Độ cao tính tốn cột thu sét htt : Độ cao vật bảo vệ hx D : Đường kính đường trịn ngoại tiếp tam giác hay hình chữ nhật chạy qua đỉnh CTS Phạm vi bảo vệ cột 1,2,4,3: Chiều cao cột < 30 m , giá trị p = D = d 122  d 242  27  20  33.6(m) Thỏa điều kiện D  8(h-hx)p Suy GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 113 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN htt  33.6 D  hx    11.2(m) 8 Chọn chiều cao cột thu sét h = 12 (m) Phạm vi bảo vệ cột độ cao (m) r  1.6  h  p  h  hx 12   1.6  12   5.05(m) 12  h  hx Cột 1-2: Phạm vi bảo vệ cột 1-2 chiều cao 7(m): 27 = 8.1 (m) h  hx  r0  1.6  h0  p      0.94( m)  h0  h x h0 = h – d12/7 = 12 - Cột 1-3: Phạm vi bảo vệ cột 1-3 chiều cao 7(m): 20 = 9.1 (m) h  hx  r0  1.6  h0  p      1.89( m)  h0  h x h0 = h – d13 / = 12 - Cột 1-4: Phạm vi bảo vệ cột 1-4 chiều cao 7(m): D14 = d 122  d 242  27  20  33.6(m) 33.6 = 7.2 (m) h  hx  r0  1.6  h0  p      ( m ) h0  h x  h0 = h – d26/7 = 12 - Phạm vi bảo vệ cột anten: Phạm vi bảo vệ cột anten chiều cao 6(m): Chọn chiều cao cột anten: h = 30 (m) r   h  p  h  hx 30   1.6  30   32(m) 30  h  hx Cột Angten cột 4: Phạm vi bảo vệ cột angten v cột với chiều cao 6(m): (với chiều cao cột angten h1 = 30 (m), chiều cao cột chống sét h2 = 12 (m)) Khỏang cách từ cột h2 đến cột h1 l a Cột thu st giả h3 có chiều cao cột h2 tao cách h1 khoảng : r1  1.6  h1  p  h1  h2 30  12  1.6  30   20.57( m) 30  12 h1  h2 Khi , cột giả h0 tạo từ cột h2 v h3 bảo vệ thỏa: a‘ (h2 - h0) , Với h0 = h2 - a' = 9.72(m) 7p a‘ = a – r1 = 36.47– 20.57 = 15.9 (m) (với a = 32  17.5  36.47(m) Suy GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 114 SVTH : PHẠM VĂN LONG THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN LVTN Phạm vi bảo vệ cột anten chiều cao 6(m): r0x = 1.6  h0  p  h0  h x 9.72   1.6  9.72   ( m ) 9.72  h0  h x GVHD : TS HỒ VĂN HIẾN Trang 115 SVTH : PHẠM VĂN LONG