trạm biến áp

• Từ các loại máy biến áp nhỏ máy biến áp khô giải nhiệt bằng gió, hiện tại đã chế tạo được công suất trên 2000 KVA, đến các máy biến áp lớn hơn có cuộn dây đặt ngập trong dầu dầu để các

MỤC LỤC

PHẦN I Trạm Biến Áp

I Tổng Quan Về Trạm biến áp:

1 Điện áp.

2 Phân loại Trạm Biến áp theo điện lực:

3 Công Suất Máy Biến áp:

4 Các đơn vị cần quan tâm trên trạm:

II Tính Toán Và Lựa Chọn Trạm Biến Áp Hạ Áp :

1 Xác định trung tâm phụ tải và vị trí đặt trạm:

2 Xác định số lượng biến áp (hộ loại 1, 2 và 3):

3 Xác định công suất trạm biến áp.

4 Xác định chế độ vận hành kinh tế Trạm Biến áp

5 Lựa Chọn Đầu Phân Áp.

III Phân loại trạm biến áp

1 Trạm Biến Áp ngoài trời.

2 Trạm Biến Áp trong nhà.

3 Các Sơ Đồ Đấu Dây Trạm Biến Áp.

PHẦN II- Thiết kế trạm biến áp treo công suất 250KVA – 22/0.4Kv

I Các số liệu ban đầu:

II Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây:

III Chọn thiết bị điện áp cao:

1 Chọn cầu chì tự rơi:

2 Chọn sứ cao thế

3 Chống sét van.

4 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:

IV Chọn thiết bị điện hạ áp:

1.Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối.

2.Chọn tủ phân phối

V Tính ngắn mạch.

1 Các bước tiến hành tính ngắn mạch:

2 Kiểm tra khí cụ điện cao áp (Cầu chì tự rơi):

3 Kiểm tra khí cụ điện cao áp:

VI Tính toán nối đất cho trạm biến áp:

1 Tính điện trở nối đất của cọc:

2 Tính toán điện trở nối đất của thanh :

VII Kết cấu trạm

KẾT LUẬN

Đề tài : Thiết kế trạm biến áp cung cấp điện cho xí nghiệp công

nghiệp co điện áp 22/0,4 Kv

PHẦN I Trạm Biến Áp

• Ta có thể thấy Máy biến áp được dùng ở mọi nơi, từ máy biến áp dân dụng dùng trong quạt điện đến máy biến áp dùng để ổn áp hoặc dùng trong các main board điện tử.v.v Một trong những ứng dụng phổ biến là dùng trong điện lực: Trạm biến áp điện lực tăng hạ áp trong truyền tải điện

• Từ các loại máy biến áp nhỏ (máy biến áp khô giải nhiệt bằng gió, hiện tại

đã chế tạo được công suất trên 2000 KVA), đến các máy biến áp lớn hơn

có cuộn dây đặt ngập trong dầu (dầu để cách điện và tản nhiệt ra lá thép xung quanh máy)

I Tổng Quan Về Trạm biến áp:

- Để truyền tải công suất điện lớn từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ, thì giải pháp tăng điện áp để hạn chế tổn thất công suất và giảm giá thành đầu tư đường dây là một lựa chọn tối ưu

- Lượng công suất tải truyền đi càng lớn thì điện áp càng cao

1.Điện áp.

Người ta phân ra làm 4 cấp điện áp:

• Siêu Cao Áp: Lớn Hơn 500 KV

• Cao áp: 66kV, 110kV, 220kV và 500kV

• Trung Áp: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV và 35 kV

• Hạ Áp: 0,4kV và 0,2kV và Các điện áp nhỏ hơn 1 KV

2.Phân loại Trạm Biến áp theo điện lực:

Theo cách phân loại trên, ta lại có 2 tên trạm biến áp:

• Trạm biến áp Trung gian: Nhận điện áp từ 220 KV – 35 KV biến đổi thành điện áp ra 35 KV – 15 KV theo nhu cầu sử dụng

• Trạm biến áp phân Xưởng hay Trạm biến áp phân phối: Nhận điện áp 35

KV – 6 KV biến đổi thành điện áp ra 0,4 KV – 0,22 KV => đây là trạm biến áp được dùng trong mạng hạ áp dân dụng tòa nhà, thường thấy là trạm 22/0,4 KV

3 Công Suất Máy Biến áp:

• Gồm các máy biến áp có cấp điện áp sơ/thứ cấp: 35/0.4KV, 22/0.4 KV, 10&6.3/0.4 KV

• Công suất biểu kiến Trạm phổ biến: 50, 75, 100, 160, 180, 250, 320, 400,

500, 560, 630, 750, 800, 1000, 1250, 1500, 1600, 1800, 2000, 2500 KVA

• Các công ty Sản Xuất và thi công trạm Biến Áp như: Thibidi, Cơ điện Thủ Đức, Lioa.v.v

4 Các đơn vị cần quan tâm trên trạm:

• S: Công suất biểu kiến được ghi trên trạm biến áp (KVA)

• P: Công suất tiêu thụ (KW)

• Q: Công suất phản kháng (KVAr)

• U: điện áp sơ cấp và thứ cấp của trạm (KV hoặc V)

• I: Dòng điện thứ cấp (A), Dòng điện sơ cấp thường rất ít được quan tâm

• Tính toán trung tâm phụ tải và vị trí đặt trạm nhằm tiết kiệm dây dẩn, hạn chế sụt áp và tổn hao công suất của mạng điện.

• Nhưng cân đối giữa tính mỹ quan công nghiệp, gần lưới điện lực và đảm bảo hành lang an toàn điện đường dây

2 Xác định số lượng biến áp (hộ loại 1, 2 và 3):

• Hộ loại 1: Duy trì nguồn điện liên tục trên đường dây hạ áp từ trạm, Cần 2 Máy Biến Áp trở lên trên 1 trạm Hộ loại 1 là loại ảnh hưởng đến sinh mạng con người hoặc an ninh quốc gia Như bệnh viện, trạm xá hoặc các tòa nhà quốc hội, các bộ quốc phòng.v.v

• Hộ loại 2: có ảnh hưởng về kinh tế, so sánh và chọn phương án một hay hai máy biến áp trên 1 trạm VD: Nhà máy thép, nhà máy sản xuất kính v.v

• Hộ loại 3: Mất điện ít ảnh hưởng đến kinh tế Nên có thể cắt điện để sửa chữa

3 Xác định công suất trạm biến áp (là S hoặc P nếu cho biết nhu cầu sử dụng trạm):

• Tính toán công suất trạm hiện tại và phát triển trong tương lai

• Có nhiều cách tính toán công suất điện, 3 cách được dùng phổ biến nhất: Theo diện tích và nhu cầu sử dụng hoặc theo sản lượng hàng năm một sản phẩm trên một KW điện Và theo công suất đặt và hệ số nhu cầu (liệt kê công suất từng thiết bị cụ thể)

• Hộ loại 1 dùng 2 Máy Biến Áp, trong đó mỗi máy có thể chịu quá tải bằng 1,4 lần Công suất của máy trong 6 giờ Công suất quá tải 1,4 lần đó bằng Công suất tính toán của tòa nhà xí nghiệp

4 Xác định chế độ vận hành kinh tế Trạm Biến áp: Đối với trạm từ 2 Máy

5 Lựa Chọn Đầu Phân Áp:

• Các chế độ phụ tải như: dùng nhiều cực đại, dùng ít cực tiểu và xảy ra sự

cố

• Mỗi chế độ trên ta cần đảm bảo điện áp trên thanh góp máy biến áp

Thường xãy ra nếu trạm đặt quá xa trung tâm phụ tải

III Phân loại trạm biến áp.

1 Trạm Biến Áp ngoài trời:

• Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn Vì máy biến áp, thiết bị phân phối có kích thước lớn nên có đủ diện tích để lắp đặt các thiết bị này, tiết kiệm được chi phí xây dựng khá lớn

• Bao gồm các trạm: Trạm hợp bộ, trạm nền (đặt lên nền bê tông), trạm giàn(< 3x100 KVA), trạm treo (< 3x75 KVA), trạm kín (lắp đặt trong nhà), trạm trọn bộ(nhà lắp ghép) Tùy theo giá thành và nhu cầu mà ta lựa chọn các loại biến áp khác nhau

a.Trạm Treo:

• là trạm mà toàn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được treo trên cột MBA thường là loại môt pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha Tủ hạ áp được đặt trên cột

• Trạm này thường rất tiết kiệm đất nên thường được dùng làm trạm công cộng cung cấp cho một vùng dân cư Máy biến áp của trạm treo thường có công suất nhỏ( 3 x 75 kVA), cấp điện áp 15¸22 / 0,4 kV, phần đo đếm được trang bị phía hạ áp

• Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan thành phố nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị

• Phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp Tủ phân phối

hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột đường dây đến có thể là đường dây trên không hay đường cáp ngầm

• Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các phân xưởng

c Trạm nền:

• Trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp nhỏ và vừa

• Đối với loại trạm nền thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp thường là tổ

ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha đặt bệt trên bệ ximăng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà

• Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung

áp hay phía hạ áp

d Trạm Hợp Bộ (integrated distribution substation - IDS): công suất từ 250

đến 2000 KVA

• Đặt trên nền, Thi công lắp đặt dể dàng, Độ cách điện cấp K, độ an toàn cao

• hợp bộ với tủ điện hạ áp đặt trên trạm thành một khối

• không dùng khí SF6, thân thiện với môi trường

2 Trạm Biến Áp trong nhà:

• Đối với loại trạm kiểu này cáp vào và ra thường là cáp ngầm Các cửa thông gió đều phải có lưới đề phòng chim ,rắn ,chuột và có hố dầu sự cố

b Trạm Trọn Bộ:

• Đối với nhiều trạm phức tạp đòi hỏi sử dụng cấu trúc nối mạng nguồn kiểu vòng hoặc tủ đóng cắt chứa nhiều máy cắt,gọn, không chịu ảnh hưởng của thời tiết và chịu được va đập, trong những trường hợp này các trạm trọn bộ kiểu kín được sử dụng

• Các khối được chế tạo sẵn sẽ được lắp đặt trên nền nhà bê tông và được sử dụng đối với trạm ở đô thị cũng như trạm ở nông thôn

• Các ưu điểm của trạm kiểu này là

o Tối ưu hóa về vật liệu và sự an toàn do :

Có sự chọn lựa thích hợp từ các kiểu lắp đặt có thể

Tuân theo toàn bộ các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành và các tiêu chuẩn dự định trong tương lai

o Giảm thời gian nghiên cứu và thiết kế, giảm chi phí lắp đặt do:

• Cực tiểu hóa sự phối hợp vài nguyên lý của xây dựng và kỹ thuật điện

• Tin cậy, độc lập với xây dựng công trình chính ;

• Loại bỏ nhu cầu một kết nối tạm thời tại lúc bắt đầu chuẩn bị thi công công trình;

• Đơn giản hóa trong thi công ,chỉ cần cung cấp một móng bằng bê tông chịu lực

o Vô cùng đơn giản trong lắp đặt thiết bị và kết nối

o Các trạm kiểu này chắc chắn, gọn đẹp thường được dùng ở các nơi quan trọng như cơ quan ngoại giao,văn phòng, khách sạn…

4 Các Sơ Đồ Đấu Dây Trạm Biến Áp:

I Các số liệu ban đầu:

1 Trạm biến áp có công suất 250 kVA

2 Điện trở suất của đất ρ =0,4.104 Ω.cm

3 Công suất cắt ngắn mạch SN = 300 kVA

II Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây:

1 Chọn máy biến áp chế tạo tại Việt Nam

2 Ta chọn máy biến áp có hệ thống làm mát tự nhiên bằng dầu loại

250 kVA – 22/0,4 kV do ABB chế tạo có các thông số sau:

Công suất

(kVA)

Điện áp(kV)

250 22/0,4 640 410

0

III Chọn thiết bị điện áp cao:

Đối với các thiết bị cao áp ta chọn theo điều kiện sau:

Udmtb ≥ Udmmạng = 22 kVDòng điện làm việc cực đại của MBA:

Idmtb ≥ Ilvmax =

dm

7,72A3.U = 3.22=

Udm ≥ Udmmạng

Idmtb ≥ Ilvmax.

5 Chọn cầu chì tự rơi:

Căn cứ vào 2 điều kiện trên ta chọn cầu chì tự rơi có các thông số sau:

Kiểu Udmmax (kV) Idm (A) INmin (A) IcắtN (kA) Trọng lượng (kg)

6 Chọn sứ cao thế :

( Phụ lục 2.28 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr 347)

Sứ đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Kiểu Udm (kV) F (kg) Upđ khô (kV) Upđ ướt (kV) Trọng lượng (kg)0WH-35-

2000

7 Chống sét van:

Dùng loại chống sét van do SIEMENS chế tạo có các thông số sau:

( Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô Hồng Quang)

Loại Vật liệu Udm (kV) Dòng điện phóng ĐM (A) Vật liệu vỏ

Về phía hạ từ tủ phân phối đi ra 2 lộ cáp và một đường dây trên không cần đặt chống sét van hạ áp trong tủ phân phối

Dùng chống set van hạ ap do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số kỹ

3

8 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:

Ta chọn thanh dẫn theo độ bền cơ học và theo Ilvmax :

Ilvmax =

dm

6,56A3.U = 22 3 =

Ta chọn thanh đồng tròn có sơn để phân biệt pha

Bảng thông số tra bảng 2 Phụ lục- 10 Giáo trình thiết kế nhà máy điện:

Chủng loại Đường kính (mm) Icp (A)

IV Chọn thiết bị điện hạ áp:

Khi chọn các thiết bị điện hạ áp ta dựa vào những điều kiện sau:

Ilvmax = dm

dm

360,84A3.U = 0,4 3 =

Udm ≥ Udmmạng

Idmtb ≥ Ilvmax.

Yêu cầu bố trí thiết bị điện trong tủ hạ áp sao cho gọn thoáng, dễ kiểm tra

và thao tác

1 Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối.

Cáp chọn theo điều kiện phát nóng

k Icp ≥ Ilvmax.

Icp = 360,84 ADựa vào điều kiện đó ta chọn cáp tiết diện là cáp PVC (3x 150 + 1x 150)mm2.Tra bảng PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr376 ta có các thông số sau:

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 1 AT; 3 A nhánh

Dòng điện cho phép

(A)

b) Chọn Áptomát tổng:

Căn cứ vào Ilvmax = 360,84 A

Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr.355 ta chọn Aptomát do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Số vòng dây sơ cấp

Dung lượng (VA)

Cấp chính xác

Đường kính (mm)

Trọng lượng (kg)

Công tơ Đồng hồ Vôn Đồng hồ Ampe

P + Q

3 x 5 (A)220/380 (V)

g) Chọn sứ hạ thế :

Tra PL 2.27 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn sứ 0φ-1-375 do Liên

Xô chế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (kV) Uphá hoại (kV) F phá hoại (kg) Khối lượng

(kg)

V Tính ngắn mạch:

- Giả thiết ngắn mạch sảy ra là ngắn mạch 3 pha đối xứng ta coi : I” = I∞

- Thời gian tồn tại của ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ của Rơle và Máy cắt.I”: Dòng điện siêu quá độ

I∞ : Giá trị tức thời của dòng điện ngắn mạch trong chế độ xác lập.

Ixk : Trị số tức thời của dòng điện xung kích

Ixb : Giá trị hiệu dụng lớn nhất của dòng ngắn mạch

Ta có: r0 = 0,21 (Ω/km) & x0 = 0,416 (Ω/km) & L = 4 (km)

RD1 = r0.L = 0,21.4 = 0,84 (Ω)

XD1 = x0.L = 0,416.4 = 1,664 (Ω)Tổng trở từ hệ thống đến đầu điểm N1:

ZΣ1 = RD1 +j(XHT + XD1) = 0,84+j(1,664+1,763.10−3) = 0,84+ j1,665 (Ω)

Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp , ta coi MBA là nguồn , vì vậy điện áp phía hạ áp không thay đổi khi sảy ra ngắn mạch Do đó ta có: IN = I” = I∞

IN1 = 6,81 kA.

Idmcắt = 25 kA

Do đó cầu chì tự rơi đã chọn thoã mãn ( đạt yêu cầu)

3.Kiểm tra khí cụ điện cao áp:

- Kiểm tra ổn định lực điện động:

Khi có ngắn mạch sảy ra , dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái làm cho thanh cái chịu một lực rất lớn, sự rung động có thể làm cho thanh cái bị uốn cong sinh ra phá hoại thanh cái và các sứ đỡ.

Do đó ta phải kiểm tra thanh cái theo điều kiện sau:

1,76.10 L i10.a.ωTrong đó :

L = 60 cm : Khoảng cách giữa 2 sứ đỡ

a = 14 cm : Khoảng cách giữa các pha

Ixk = 15,26 kA: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N2

ω = 0,17.b.h : Mômen chống uốn của thanh cái

2) Vậy ta có : Scp ≥ Stt

- Kiểm tra ổn định nhiệt:

Kiểm tra ổn định nhiệt dựa vào điều kiện sau:

i LaVới a=14 cm & L =60 cm ta có :

Do đó ta có : Fcp ≥ Ftt nên sứ đã chọn đạt yêu cầu

- Kiểm tra Aptomát tổng:

Điều kiện kiểm tra:

I xkN2 =15,26 (kA)Vậy Aptomát tổng đã chọn đã thoã mãn yêu cầu.

VI Tính toán nối đất cho trạm biến áp:

Trong các trạm biến áp thì nối đất an toàn và nối đất làm việc thường được nối chung với nhau Điện trở nối đất của toàn trạm biến áp hạ áp với công suất không quá 320 kVA thường có Rd ≤ 4 Ω Căn cứ vào điện trở xuất của đất của đất

ρ =0,4.104 Ω.cm & mặt bằng của trạm có đủ điều kiện đóng cọc tiếp đất thì ta chọn phương án nối đất của trạm, sau đó tính toán điện trở nối đất của phương án

đã chọn

Nếu trong trường hợp Rtt = 4 Ω thì phương án nối đất đạt yêu cầu nếu Rtt ≥ 4

Ω , ta phải sử lý bằng cách đóng cọc cho đến khi điện trở nối đát đạt yêu cầu.Mặt bằng bố trí tiếp địa:

Dự kiến phương án nối đất:

- Ta sử dụng mạch vòng gồm 6 cọc được nối với nhau

Dự kiến phương án nối đất như hình vẽ.

Xét độ ẩm của đất , độ ẩm của đất thường có dao động vì nó phụ thuộc vào mùa mưa hay là mùa khô , do đó ta xác định điện trở nối đất theo mùa

ρd = ρdtmùaTra bảng phụ lục ta có kmùa khô = 0,4

kmùa lạnh = 1,6Điện trở nối đất của cả Hệ thống được tính theo công thức sau:

c t HT

c t t c

R RR

R µ n.R µ

=

+ Trong đó:

Rc : Điện trở của cọc

Rt : Điện trở của thanh

n : Số cọc

µt; µc: Hệ số sử dụng của thanh và cọc.

1.Tính điện trở nối đất của cọc:

Cọc nối đất có điện trở được tính theo công thức sau:

2 c

2.L 1 4.t L

ρπ

+

−Trong đó :

L: Chiều dài cọc L = 250 cm

t = h+ L/2 = 250/2+80 = 205 cm

d: Đường kính cọc

d= 0,95.b = 0,95.6 =5,7 (cm)Thay số vào ta có :

4

2 c

0,4.10 1,4 2.250 1 4.205 250

−

2.Tính toán điện trở nối đất của thanh :

Điện trở nối đất của thanh được tính theo biểu thức sau :

2 t

k.L

2 .L h.d

ρπ

=Trong đó :

L : Chiều dài của thanh (L =250cm)h: Độ sâu (h=80 cm)

Do điều kiện phố phường chật hẹp và dân cư đông Nen ta không thể thiết

kế trạm bệt được do vậy ta phải thiết kế trạm treo

- Dựng 2 cột ly tâm cao 11m , khoảng cách cột là 3m.

- Dàn trạm cao 2,5m , tủ hạ áp có : Chiều cao 1,2m

Chiều rộng 1m

Bề dày 0,5m

KẾT LUẬN Với đề tài thiết kế trạm biến áp cho xí nghiệp công nghiệp.Dưới sự chỉ dẫn nhiệt tình của thầy NGUYỄN QUANG THUẤN chúng em đã hiểu nhiều hơn về trạm biến áp của một xí nghiệp công nghiệp.Trong thời gian thực hiện không thể tránh những thiếu sót,kính mong thầy và các bạn cho nhóm chúng em những đánh giá để chúng em có thể hoàn thiện hơn đề tài này.chúng em xin chân thành cảm

ơn thầy Nguyễn Quang Thuấn vì đã tạo điều kiện để chúng em tìm hiểu về đề tài này