Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Lập trình tính toán chế độ xác lập của hệ thống phân phối SWER

Giới thiệu phương pháp đánh số nhánh mạng điện dạng hình tia và đề xuất giải thuật quét thuận/quét nghịch để xây dựng thuật toán tính bài toán phân bố công suất cho lưới điện SWER trong

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN 1 DÂY DÙNG DẤT DẪN DÒNG TRUNG HÒA-SWER

Lịch sử hình thành của hệ thống SWER

Lloyd Mandeno (1888-1973) một kỹ sư điện New Zealand là người đã đề xuất phương pháp phân phối điện dưới dạng 1 dây dùng đất dẫn dòng trung hòa (SWER) Mandeno trình bày ý kiến của mình trong một bài báo có nội dung

“Cấp điện cho các khu vực nông thôn New Zealand” vào năm 1947 tại Viện nghiên cứu và hội nghị các kỹ sư Mandeno nêu bật được sự cần thiết cho việc cấp điện đến các cộng đồng nông thôn ở New Zealand nhằm thúc đẩy nền kinh tế New Zealand Trước đó đã có nhiều phương pháp cung cấp điện ba pha tần số 50Hz đến các vùng nông thôn tuy nhiên với chi phí lớn nên chưa mang lại được hiệu quả mong muốn

Hình 2.1 Kỹ sư điện Lloyd Mandeno mang quốc tịch New Zealand

Trong công trình nghiên cứu, Mandeno đề xuất các khu vực nông thôn được điện khí hóa bằng việc xây dựng hệ thống SWER một pha nhận nguồn từ mạng ba pha bằng cách sử dụng các máy biến áp cách ly có sơ cấp nối vào điện áp dây của mạng 3 pha và thứ cấp 1 pha Những ưu điểm của cấu hình dạng này như sau:

 Đường dây truyền dẫn một sợi giảm thiểu khả năng sự cố giữa các dây dẫn lân cận, đồng thời tổn thất hổ cảm giữa các đường dây cũng được loại bỏ

 Sự cố do chạm đất dây chuyền được giảm thiểu ở mức thấp nhất vì các rơle bảo vệ chống chạm đất chỉ hoạt động trên hệ thống ba pha Sự cố chạm đất trên các nhánh rẽ sẽ không kích hoạt các rơ le chạm đất do dòng đất đã bị cách ly thông qua hệ thống MBA cách ly

 Khả năng điều chỉnh độ sụt áp linh hoạt khi cung cấp đến hộ tiêu thụ

 Việc xây dựng 1 hệ thống dây dẫn (dây pha) duy nhất sẽ làm giảm đáng kể số lượng thiết bị trên lưới cụ thể là giảm sứ cách điện, trụ điện, giảm lực căng đầu trụ dẫn tới giảm kích thước trụ so với lưới điện phân phối ba pha

 Việc sử dụng ít thiết bị trên lưới điện góp phần làm giảm xác suất xảy ra sự cố do thiết bị gây ra đồng thời làm giảm chi phí bảo trì

Hình 2.2 Giới thiệu mô hình máy biến áp cách ly trong hệ thống SWER.

Các ưu điểm của hệ thống SWER

Tính hiệu quả của các hệ thống SWER trong việc phân phối cung cấp điện trên một khoảng cách dài đến các vùng nông thôn dân cư thưa thớt đã được ghi nhận tại một số quốc gia trên thế giới Cụ thể công nghệ này đã được ứng dụng tại New Zealand, Australia, Brazil, Namibia và Nam Phi Công nghệ SWER đã đi tiên phong ở New Zealand vào năm 1925 và nhanh chóng trở nên phổ biến như là phương pháp tối ưu cho viêc điện khí hóa nông thôn

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điện hệ thống SWER

Chi phí lắp đặt một hệ thống SWER thường khoảng một phần ba hoặc một nửa so với các hệ thống ba pha và một pha thông thường Việc sử dụng 1 dây truyền tải góp phần làm giảm trọng lượng dây dẫn, giảm lực căng đầu trụ dẫn đến việc giảm khả năng chịu lực của trụ điện đồng thời giảm số lượng vật tư thiết bị điện trên lưới Vì vậy, hệ thống SWER thường đòi hỏi ít hơn khoảng 50% sứ đỡ dây (đối với dây dẫn nhôm bình thường), việc xây dựng hạ tầng nhẹ hơn giúp giảm đáng kể chi phí trong đầu tư

Ngày nay hệ thống SWER đã được sử dụng rộng rãi và góp phần cung ứng điện cho hơn 2 triệu người trên Thế Giới giải quyết bài toán cung cấp điện cho các khu vực nông thôn, miền núi, vùng cao, hải đảo nơi mà con người chỉ sống phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống để chiếu sáng sinh hoạt

Nhằm để thúc đẩy sự phát triển tại các vùng nông thôn thông qua việc đầu tư lưới điện phân phối, hệ thống SWER được đánh giá nổi trội và có thể đáp ứng được các tiêu chí về giá thành và kỹ thuật Tuy nhiên hệ thống SWER chỉ có thể cung ứng tốt cho các phụ tải thỏa mãn tiêu chí sau:

 Công suất các hộ tiêu thụ nhỏ, vào khoảng 30  100 kWh / tháng

 Mật độ phân bố dân cư có công suất sử dụng điện dưới 0,5kVA/km

 Các khu vực có mật độ phân bố dân cư thấp, không dày đặc.

Giới thiệu một số hệ thống SWER tiêu biểu trên Thế Giới

Hệ thống SWER đã được sử dụng để cung ứng điện tại một số khu vực nông thôn thuộc Lào, Cambodia và Cộng hòa Nam Phi,… Đặc biệt đơn vị cung ứng điện tại Nam Phi – Công ty Eskom tỏ ra hào hứng với các mô hình SWER và bỏ ra rất nhiều công sức để nghiên cứu phát triển các hệ thống SWER, kết quả là họ đã đạt được một số kết quả rất khả quan Điều này có phần trái ngược với việc nghiên cứu phát triển hệ thống dạng SWER tại New Zealand và Australia, nơi mà việc cung cấp điện dạng SWER đã phát triển từ rất lâu Ở Nam Phi khi đầu tư mới lưới điện thì hệ thống dạng SWER luôn được cân nhắc trước tiên do đặc tính phụ tải tại đất nước này thường phân bố rãi và công suất tiêu thụ nhỏ

Hình 2.4 Giới thiệu lưới điện SWER thực tế tại Queensland

Trong một hệ thống SWER thì thành phần phức tạp về mặt kỹ thuật và có giá thành cao là máy biến áp cách ly Điều này đã được chứng minh rằng hệ thống SWER ít có hiệu quả kinh tế khi bán kính cung cấp điện nhỏ hơn 3km Vì vậy Nam Phi đã có những nghiên cứu xây dựng hệ thống lưới điện Micro SWER cho phép mở rộng bán kính cung cấp điện mà không cần đến các máy biến áp cách ly với các phụ tải dưới 5kVA Một sáng kiến tại Nam Phi về việc xây dựng một hệ thống lưới điện Micro SWER để đáp ứng các yêu cầu trên Dạng mạng điện này đặc biệt hữu dụng trong việc cung cấp điện cho các trạm phát sóng viễn thông

Công ty Eskom đã nghiên cứu và phát triển mạng điện SWER trung áp 19kV Điều này có một số khác biệt so với các dạng mạng điện SWER tại Australia trước đây Mô hình SWER của Công ty Eskom đặc biệt hữu ích cho các đơn vị cung ứng điện xem xét việc sử dụng trong lần đầu tiên đầu tư Mô hình SWER của Công ty Eskom có một số ưu điểm như sau:

 Dể dàng nâng cấp lên các hệ thống 1 pha 2 dây hoặc 3 pha

 Có thể kết hợp bảo vệ chống sự cố giữa các recloser và cầu chì lặp lại

 Đã giải quyết được vấn đề gây ra nhiều tranh luận là cung ứng điện cho các motor bơm nước tưới tiêu

 Thúc đẩy việc xây dựng một hệ thống các lưới trung tính nối đất nhằm tiết kiệm chi phí đối với một số nơi có đặc tính điện trở đất cao.

GIỚI THIỆU CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY

Máy cắt tự đóng lại (Reclosers)

Thông thường hệ thống SWER được bảo vệ quá dòng chạm đất bằng các máy cắt dạng OCRs (Oil Circuit Reclosers) OCRs là máy cắt tự đóng lại có cuộn dập hồ quang bằng dầu cách điện, có chức năng tự đóng lại (theo các thông số khi thiết lập) giúp giảm thiểu thời gian mất điện do các dạng sự cố thoáng qua Ngoài ra máy cắt dạng OCRs còn có chức năng tự cắt khi xảy ra tình trạng quá áp trong thời gian ngắn Toàn bộ máy cắt OCRs được đặt ngập trong dầu cách điện, sử dụng dầu cách điện để dập tắt hồ quang điện sinh ra khi cắt có tải

Tuy nhiên ngày nay các máy cắt dạng OCRs đã dần bị thay thế bằng các máy cắt dạng ACRs (Automatic Circuit Reclosers)

Máy cắt dạng ACRs thường được lắp đặt chung với máy biến áp và tích hợp sẵn các chức năng bộ điều khiển công suất và các thiết bị thông tin cho phép quan sát và điều khiển từ xa thiết bị Bộ phận đóng cắt được đặt trong môi trường chân không Thiết bị hoạt động bằng một cuộn nam châm điện điều khiển đóng cắt bằng các xung điện áp Hình 3.9 là một máy cắt ACR của hãng Schneider Electric thường được dùng trong hệ thống SWER

Hình 3.9 Máy cắt 1 pha ACR (Automatic Circuit Reclosers)

Bảo vệ chống sóng điện áp lan truyền trên đường dây

Để bảo vệ các thiết bị trên đường dây chống các sóng quá điện áp lan truyền do các hiện tượng xung sét gây nên ta phải thiết kế các thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền (Surge arrestors) Các thiết bị trên đường dây đều được thiết kế ở một cấp cách điện nhất định dựa trên gia trị điện áp vận hành (basic insulation level (BIL) do đó để bảo vệ các thiết bị này trước các sóng quá điện áp lan truyền có biên độ lớn (thường là do sét gây ra thì các nhà thiết kế chọn giải pháp là đấu song song một thiết bị bảo vệ quá điện áp trên mỗi pha ngay trước các thiết bị quan trọng trên lưới điện như máy biến áp, cáp ngầm,…

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền được trình bày trong hình 3.10

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị chống sóng quá điện áp lan truyền (Surge arrestors)

Các thiết bị chống quá điện áp lan truyền trên đường dây phải thỏa mãn các tiêu chí sau:

1 Có giá trị điện trở vô cùng lớn trong điều kiện điện áp vận hành, có tổn thất rơi trên thiết bị nhỏ nhất

2 Giá trị điện trở giảm về 0 nhanh nhất trong điều kiện có sóng quá điện áp lan truyền vượt giá trị điện áp thiết kế

3 Có khả năng giải phóng năng lượng do sóng quá điện áp lan truyền sinh ra và không gây hư hỏng cho thiết bị

4 Có khả năng phục hồi trở về giá trị điện trở cách điện ở trạng thái vận hành bình thường

Thiết bị chống quá điện áp lan truyền trên đường dây hoạt động dựa trên đặc tính của điện trở phi tuyến, có chức năng dập hồ quang Khi xảy ra tình trạng quá điện áp điện trở phi tuyến lập tức giảm giá trị về  0 (), dòng công suất của thành phần sóng quá điện áp gây ra sẽ được xả xuống đất Sau khi xảy ra tình trạng quá điện áp thì điện trở phi tuyến phục hồi trở về giá trị cách điện trong trạng thái vận hành bình thường Ngoài ra điện trở phi tuyến được đặt trong môi trường chân không nhằm dập tắt các hồ quang điện sinh ra trong quá trình xả các xung quá điện áp Hình 3.11 là một thiết bị chống quá điện áp lan truyền đặt ngay trước MBA phân phối

Hình 3.11 Thiết bị chống quá điện áp lan truyền đặt trước MBA phân phối

7 Thiết bị nối đất trong hệ thống SWER:

Khi vận hành các hệ thống SWER đầu tiên trong lịch sử đã ghi nhận các trường hợp sự cố đối với các thiết bị nối đất tại các vị trí máy biến áp cách ly và máy biến áp phân phối Thông qua các sự cố này đã đặt ra thách thức là làm sau tăng độ an toàn và tin cậy cho hệ thống nối đất trong hệ thống SWER

Hỏng 1 hệ thống nối đất có thể gây ra các tác động lan truyền làm hỏng các hệ thống nối đất còn lại trong hệ thống, gây ra các sự cố trên diện rộng

Trong một số trường hợp sự cố còn gây đốt cháy các hệ thống nối đất còn lại

Taylor và Effeney (1988) đã khảo sát thống kê một số sự cố nối đất tiêu biểu và ghi nhận các nguyên nhân gây ra sự cố như sau: a) Sử dụng các loại vật liệu không thích hợp để làm điện trở nối đất:

Việc sử dụng các loại vật liệu dẫn điện kém như: cọc nối đất mạ kẽm, mạ đồng đồng hoặc mạ thép không gỉ, các chi tiết kết nối với hệ thống nối đất nằm phía dưới mặt đất và làm bằng nhiều loai vật liệu khác nhau sẽ làm giảm tuổi thọ của hệ thống nối đất Nguyên nhân chính là do đất có tính axit gây ăn mòn các chi tiết kết nối làm tăng giá trị điện trở nối đất b) Hệ thống cọc nối đất cạn trong đất sét: Đối với đất sét, khi bị khô đất sẽ bị nứt làm giảm diện tích tiếp xúc giữa đất và cọc nối đất, hậu quả là giảm khả năng tản dòng điện vào đất Khi diện tích tiếp xúc giữa đất và cọc nối đất giảm sẽ làm tập trung dòng điện tản vào đất tại một số vị trí nhất định gây ra hiện tương tăng nhiệt, làm giảm độ ẩm của đất hậu quả là làm tăng giá trị điện trở nối đất

Dòng tản xuống đất sẽ chuyển sang các vị trí cọc nối đất khác trong hệ thống và lặp lại quá trình làm cho toàn bộ hệ thống nối đất bị suy giảm khả năng tản dòng trong đất c) Hệ thống cọc nối đất cạn trong đất cát: Đất cát hoặc đất mùn có đặc tính ít co giãn dẫn đến việc nước trong đất thấm rút nhanh hơn so với đất bình thường Hệ quả là các điện cực nối đất khô dẫn đến việc làm giảm mật độ các ion dẫn điện gây khó khăn cho quá trình tản dòng điện xuống đất Khi việc tản các điện tích qua các cọc nối đất bị suy giảm sẽ gây ra các tia lửa điện trên bề mặt cọc nối đất Các tia lửa điện này đẩy nhanh tốc độ ăn mòn các cọc nối đất, đôi khi gây nóng chảy các chi tiết kim loại của hệ thống nối đất, nếu hệ thống nối đất bị hủy hoại hoàn toàn các trụ điện trở thành hệ thống dẫn dòng điện tản xuống đất, nếu trong trường hợp sử dụng trụ gỗ sẽ gây ra tình trạng phóng điện dọc thân trụ đốt cháy trụ Mặt khác hỏng hệ thống nối đất sẽ gây ra tình trạng nguy hiểm cho người và gia súc khi vô tình chạm vào các thiết bị điện Bảng 3.2 trình bày các thông số điện trở nối đất của TBA phân phối trong hệ thống SWER được ghi nhận tại Công ty Ergon Energy Australia

Bảng 3.2 Thông số điện trở nối đất TBA phân phối trong hệ thống SWER tại Công ty Ergon Energy Australia Để tăng khả năng tản dòng điện vào đất (giảm điện trở nối đất) các đơn vị cung cấp điện có nhiều giải pháp, cụ thể như đóng các cọc nối đất sâu hơn, đóng nhiều cọc nối đất, sử dụng các cọc nối đất bằng đồng (Cu) để giảm tình trạng ăn mòn kim loại Gới thiệu một phương pháp đóng cọc nối đất cho lưới điện SWER tại Ergon Energy như hình sau:

Hình 3.12 Giới thiệu phương pháp đóng cọc tiếp đất tại Công ty Ergon Energy

8 Hiện tượng tăng áp và hiệu ứng Ferranti:

Hiệu ứng Ferranti mô tả tình trạng quá áp dọc đường dây trong hệ thống SWER, gây nên bởi các phụ tải nhỏ và cách xa nhau Hiệu ứng này gây nên một số hệ quả không mong muốn là quá áp về phía cuối đường dây, tiềm ẩn những nguy cơ gây hư hỏng thiết bị của khách hàng Tình trạng này đặc biệt thường gặp trong hệ thống SWER với lưới điện có chiều dài lớn và phụ tải nhỏ cách xa nhau Hiệu ứng Ferranti được hình thành bởi hiện tượng dung dẫn dọc đường dây Khi chiều dài đường dây truyền tải điện tăng, giá trị điện áp tại cuối đường dây tăng cao hơn giá trị điện áp tại đầu đường dây (đầu cực MBA cách ly) do dung dẫn dọc đường dây gây ra (theo “Power Quality World 2011”)

Trong mô hình đường dây hình π, giá trị điện áp tại đầu đường dây được tính toán là:

 Vs : điện áp tại đầu đường dây;

 V R : điện áp tại cuối đường dây;

 Z : tổng trở tương đương đường dây;

 Y : dẫn nạp dọc đường dây

Trong điều kiện phụ tải nhỏ hoặc không tải, thì thành phần dòng điện IR có thể bỏ qua, biểu thức 3.7 được viết lại như sau:

V   YZ V 3.8 Bỏ qua thành phần điện trở, ta có:

Với ω = 2πf, x : chiều dài đường dây, L : kháng trở đường dây và C : điện dung của đường dây

Từ các biểu thức trên ta nhận thấy rằng hiệu ứng tăng áp Ferranti được tính toán bằng cách nghịch đảo biểu thức (1 2 x LC 2 / 2) Hình 3.13 trình bày mối liên hệ giữa hiệu ứng tăng áp Ferranti theo chiều dài lưới điện SWER

Hình 3.13 Mối liên hệ giữa hiệu ứng tăng áp Ferranti theo chiều dài lưới điện SWER

9 Dao động dọc đường dây do gió: Đặc trưng của lưới điện SWER là dây có tiết diện nhỏ, khoảng cách giữa các trụ lớn, kéo dọc các khu vực nông thôn trống trãi nên hay xảy ra trường hợp dây bị gió mạnh thổi gây ra tình trạng dao động Dây dẫn dao động trong thời gian dài sẽ dễ bị tuột khỏi sứ đỡ, gây sự cố cho mạng điện, đặc biệt gây nguy hiểm cho người và gia súc khi bị dây dẫn điện rơi trúng Vì vậy khi thiết kế lưới điện SWER ta phải khảo sát kỹ đặc tính gió, đồng thời xây dựng phương án giảm dao động dây đồng thời có giải pháp cố định dây chắc chắn trên sứ đỡ

Hình 3.14 mô tả các trạng thái gió thổi có khảng năng gây ra tình trạng dao động dây dẫn Khi gió thổi mạnh, thổi thẳng theo từng lớp thì sẽ gây ra tình trạng dao động dây nghiêm trọng (Hình 3.14-a), trong khi gió thổi xoáy nhiều hướng thì ít gây ra tình trạng dao động dây hơn (Hình 3.14-b) Theo một số ghi nhận thực tế lưới điện SWER tại Energex (Australia) năm 2012 thì dây dẫn có tần số dao động trong khoảng từ 10-100Hz, tình trạng dao động trở nên nguy hiểm khi có tần số khoảng 20Hz

Hình 3.14 Trạng thái gió đối với dây dẫn điện Để ngăn ngừa tình trạng dây dẫn bị dao động ta sử dụng phương pháp dùng các giáp níu (amour rods) để cố định dây trên sứ đứng và lắp các bộ chống dao động (vibration damper) hai bên sứ đỡ dây cụ thể như hình 3.15

Hình 3.15 Lắp đặt giáp níu và bộ dây chống dao động cho đường dây SWER.

MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐƯỜNG DÂY SWER

Mô hình trở kháng đường dây

Mô hình phân phối điện và giải thuật trào lưu công suất cho hệ thống SWER đã được J.R.Carson trình bày trong một bài báo xuất bản năm 1926

Trong bài báo, Carson đã đề xuất một phương pháp quy đổi tương đương giá trị trở kháng giữa dây dẫn trên không và trở kháng của đất khi dẫn dòng trung hòa

Tuy nhiên tại thời điểm này, phương pháp của ông chưa nhận được sự quan tâm là vì các công cụ tính toán chưa phát triển đủ để chứng minh phương pháp của Carson là đúng Ngày nay, những tiến bộ trong công nghệ máy tính đã chứng minh được tính hiệu quả của mô hình Carson.

Mô hình đường dây J.R.Carson

Mô hình đường dây Carson trình bày phương pháp xác định các giá trị tổng trở đường dây trên không và tổng trở tương hổ của đất

Hình 4.1 Trình bày mô hình đường dây Carson

Một phương pháp tính toán dòng điện Ia chạy trên dây dẫn, và dòng điện trở về I g truyền dẫn phía dưới mặt đất trên 1 khoảng cách chiều dài có giá trị điện trở suất của đất được xem không đổi Khi tính toán cho mô hình đường dây Carson ta phải khảo sát giá trị bán kính hình học (geometric mean radius - GMR) theo chiều dài là mét (hoặc ft), chiều cao trụ đỡ dây Dag (meters hoặc feet), với Dag là 2 lần chiều cao trụ đỡ dây

;( / ) aa ag aa a a a g g g ag gg a

Với V a ; V a0 ; V g và V g0 khi tính toán phải được quy đổi đồng nhất về một giá trị tương đối, với V g = 0:

Hiệu hai phương trình của ma trận trên, ta có:

Vớiz aa tổng trở tương đương đường dây trên không, và z gg 2.z ag là giá trị điện trở quy đổi của đất: Áp dụng mô hình đường dây Carson để tính toán các giá trị trở kháng đường dây, ta có:

Với: f = tần số (Hz); ha = chiều cao dây dẫn trên không so với mặt đất (m); r = điện trở đất ()

Từ phương trình tương đương trở kháng Carson ta thấy rằng cá giá trị tổng trở z gg và zag chỉ phụ thuộc vào tần số Trong đó ta có:

Dung dẫn trên dọc đường dây

Dẫn nạp của dây dẫn trên không trong hệ thống SWER hình thành là do các dung dẫn dọc đường dây C, thành phần này được tính toán dựa trên hệ phương trình Maxwell Thành phần dung kháng Xc = 1/(jωC) Dẫn nạp Y 1/Xc (S/km)

  Với ε 0 là hằng số điện môi (F/m) Theo phương trình trên ta thấy khi gia tăng khoảng cách giữa dây dẫn trên không và mặt đất thì làm tăng giá trị dung kháng Xc hậu quả là làm tăng dung dẫn dọc đường dây Đây chính là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tăng áp về phía cuối đường dây trong một hệ thống SWER (hiệu ứng Ferranti).

Giải thuật phân bố công suất

Việc xây dựng một mô hình mô phỏng trạng thái của đường dây sát với thực tế đóng một vay trò rất quan trọng, nó giúp chúng ta xác định được các thông số vận hành cũng như tình trạng mạng điện từ đó giúp các Đơn vị cung ứng điện có thể tính toán dự báo được chính xác tình trạng lưới điện Cụ thể cho mạng điện hình tia (hình cây) giải thuật quét thuận/quét nghịch đã chứng minh được các ưu điểm rất lớn, chẳng hạn như: cần ít số vòng lặp hơn mà vẫn hội tụ, việc bổ sung thêm các nhánh rẽ không phải thiết lập lại thông số mà chỉ cần thêm vào các giá trị

Hình 4.2 Trình bày mô hình quy đổi đường dây Carson

 g-g’: mô phỏng dây dẫn trong đất;

Mô hình trào lưu công suất trình bày trong đề tài này được tính toán với các thông số đầu vào lấy tại Miền Nam Việt Nam Việc lập trình trình tính toán các giá trị trào lưu công suất trong mạng điện SWER dựa trên giải thuật quét thuận/ quét nghịch các lưới điện SWER dạng hình tia được chia theo các lớp nhất định

Bước 1: tính toán theo chiều thuận của mạng điện Gán tất cả các nút trong mạng điện SWER đến các tải, tụ bù,…Các thành phần dòng điện, điện áp,… được quy đổi tính toán dựa trên giá trị điện áp đầu nguồn Thực hiện các tính toán dựa trên giải thuật lặp để tính toán dòng nút cho các nhánh và được cho bởi biểu thức sau:

0 k k k ia ia ia ia ia ig ia ig

Với Iia và Iig là dòng điện tại nút thứ i của dây dẫn trên không và dòng điện truyền dẫn trong đất, S ia công suất biểu kiến tại nút thứ i, V ia và V ig là giá trị điện áp dây dẫn trên không và đất, Y ia là dẫn nạp của dây dẫn trên không tại nút thứ i, và k là số vòng lặp của giải thuật

Bước 2: tính toán theo giải thuật quét nghịch từ cuối nhánh trở về đầu nguồn của mạng điện hình tia theo định luật Kirchoﬀ’s về dòng điện

Dòng điện J tại nhánh thứ l được tính theo biểu thức sau: lg k k k la ja ma m M jg mg

Với j nút cuối cùng của nhánh l và M là tổng số nhánh kết nối về phía trước của nút j Xây dựng một ma trận nút-nhánh để đảm bảo tất cả các nhánh và nút được kết nối với nhau

Bước 3: tính toán lặp lại các giá trị cho các trường hợp quét thuận/quét nghịch, các gí trị điện áp và dòng điện được tính toán như sau: g lg k k k ja ia aa ag la j jg ag gg

Với I ia và Iig là dòng điện tại nút thứ i của dây dẫn trên không và dòng điện truyền dẫn trong đất, Sia công suất biểu kiến tại nút thứ i, Via và Vig là giá trị điện áp dây dẫn trên không và đất, Yia là dẫn nạp của dây dẫn trên không tại nút thứ i, N là tổng số nút của mạng điện, nút i và nút j là ký hiệu cho nút đến và nút đi của 1 nhánh Phương pháp này được đánh giá là một trong những phương pháp nhanh hội tụ trong bài toán phân bố công suất Các giá trị tính toán khi khảo sát với thực tế có sai số rất nhỏ

Sau khi thực hiện xong 3 bước nêu trên trong một lần lặp, ta lấy giá trị công suất tại mỗi nút của hệ thống SWER so sánh với một giá trị đặt, nếu chưa đạt sai số cho phép thì thực hiện lại từ bước 1 Các giá trị công suất tại mỗi nút của hệ thống SWER được tính toán như sau:

( ) k k k k ia ia ia ia ia ia

 Tất cả các thông số tính toán phải là giá trị phức.

LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ XÁC LẬP CỦA MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY SWER BẰNG PHẦN MỀM MATLAB

Phân tích bài toán SWER

1 Khảo sát nhu cầu cấp điện cho một khu vực thực tế:

Chọn lựa một khu vực nông thôn tại vùng Đồng Bằng Sông Cửu

Long Khảo sát nhu cầu cấp điện cho một khu vực này bao gồm 14 phụ tải nằm rải rác cách xa nhau Hầu hết nhu cầu sử dụng điện của khu vực này là bơm nước tưới tiêu, ánh sáng sinh hoạt, giải trí nhỏ lẽ, , một vài phụ tải tương đối lớn như hàn điện, cửa hàng bách hóa,… Hình 5.1 trình bày sơ đồ vị trí các phụ tải mạng điện thực tế Trong đó S là vị trí máy biến áp cách ly (vị trí nguồn), các thành phần phụ tải được đánh số ngẫu nhiên theo thứ tự từ nhỏ đến lớn và từ gần nguồn ra xa nguồn

Bằng các giải thuật đã được đề cập trong chương 4, sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng tính toán Hệ thống SWER cấp điện cho khu vực này được đấu nối vào hệ thống luối điện quốc gia thông qua 1 máy biến áp cách ly để chuyển đổi từ nguồn 3 pha 22kV sang 1 pha 12,7kV với phương pháp sử dụng đất dẫn dòng trung hòa Tất cả các giải thuật toán học mô phỏng và tính toán sử dụng phần mềm Matlab

Hình 5.1 Sơ đồ vị trí 14 phụ tải cần cung cấp điện

Hình 5.2 Khảo sát chiều dài vị trí 14 phụ tải cần cung cấp điện

Các thông số của mạng điện như sau:

 Điện áp sơ cấp và thứ cấp của MBA cách ly lần lượt là V 1 = 22 kV;

 Công suất cơ bản của hệ thống Sbase = 100 kVA;

 Hệ số công suất của hệ thống không nhỏ hơn 0,8

 Thành phần tổng trở tương hổ giữa dây dẫn trên không và đất Zag được bỏ qua

 Điện trở suất của đất ρ = 400 Ωm;

 Tổng trở tương đương quy đổi của dây dẫn đất Zgg = (0,0493 + j03643) Ω/km,

Bảng 5.1 Thông số đường dây

2 Giải thuật tính toán cho sơ đồ lưới điện hình tia (SWER):

Trong giải thuật này, ta bỏ qua hình dạng thực tế của lưới điện, toàn bộ lưới điện được chuyển thành dạng hình tia, vì vậy để giải bài toàn phân bố công suất chủ yếu ta xét đến giải thuật tính toán và không xem xét đến hình dạng lưới điện

Hình 5.3 Sơ đồ hình tia của mạng điện bao gồm 14 nút

Giải thuật tính toán dựa trên định luật Kirchoff về dòng điện và điện áp (KVL và KCL), cụ thể được trình bày trong Mục 4 – Chương IV, để có thể thực hiện được việc này chúng ta phải phát triển một phương pháp đánh số nhánh có hướng Cụ thể như sau: a Phương pháp đánh số các nhánh:

Ngược lại với các giải thuật trước đây là tính toán các giá trị dựa trên phương trình nút, giải thuật này đề xuất một phương pháp đánh số các nhánh theo 1 hướng nhất định Khảo sát một mạng điện hình tia cơ bản có n nút, với số nhánh b = n-1, nút nguồn được đánh dấu là S Trong sơ đồ hình tia này, nút nào có vị trí gần nút nguồn S nhất sẽ được đánh số 1, nhánh nối với nút 1 được đánh số L 1 , tương tự cho các nhánh L 2 , L3,…L n Số nhánh trong một lớp cũng được đánh số bắt đầu từ nút nguồn cho đến cuối lưới Giới thiệu phương pháp đánh số nhánh cho 1 trường hợp là mạng điện bao gồm 51 như hình vẽ sau:

Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6 Layer 7 Layer 8 Layer 9 Layer 10

Hình 5.4 Khảo sát phương pháp đánh số nút của một sơ đồ hình tia có 51 nút

Hình 5.5 Thông số của 1 nhánh cơ bản b Sơ đồ giải thuật:

Xác định giá trị điện áp nguồn tại nút S, quy đổi các nút còn lại về cùng một mặt phẳng để tính toán Giải thuật lặp bao gồm 3 bước chính sau:

- Tính toán dòng điện tại các nút:

Tại vòng lặp thứ k, dòng điện tại nút thứ I được tính toán như sau:

Với: V i k  1 là giá trị điện áp tại nút thứ I được tính toán tại vòng lặp thứ k-1 và S i là công suất biểu kiến tại nút thứ I, Y i tổng dẫn tại nút thứ i

- Giải thuật quét nghịch (Backward sweep): tại vòng lặp thứ k, bắt đầu từ nhánh của lớp cuối cùng của sơ đồ hình tia, thực hiện quét ngước về phía nút nguồn S, giá trị dòng điện trong nhánh L được tính như sau:

J I dòng điện nối vào nút L2 ; với L=b, b-1,…,1

(5.2) Đây là phương pháp áp dụng áp dụng định luật Kirchoff về dòng điện (KCL)

- Với I ( k ) L 2 dòng chảy vào nhánh L2

- Giải thuật quét thuận (Forward sweep): trong phương pháp quét thuận giá trị điện áp nút được tính từ nhánh đầu tiên và quét về phía cuối Giá trị điện áp tại nhánh L2 được lấy giá trị nhánh L1 để tính toán Phương trình điện áp nhánh trong giải thuật quét thuận như sau:

Với: Z L là tổng trở tương đương của nhánh L Đây là phương pháp áp dụng áp dụng định luật Kirchoff về điện áp (KVL)

Lặp lại từ bước 1 cho đến khi hội tụ

Tiêu chuẩn hội tụ của bài toán:

Khi tính toán điều kiện để bài toán hội tụ ta chọn dữ liệu tính toán là các giá trị công suất thực và công suất biểu kiến tại các nút bằng với giá trị định mức Để tính toán giá trị điện áp và dòng điện tại nút a của lần lặp thứ k ta sử dụng dữ liệu dòng điện và điện áp tại nút đó của lần lặp thứ k-1 để tính toán (5.1) Điện áp nút tại vòng lặp thứ k sẽ được tính toán bằng các dòng điện nút tại cùng vòng lặp thứ k (phương trình 5.3) Từ đó ta có thể tính toán được công suất S tại nút thứ I của vòng lặp thứ k như sau:

Công suất thực và công suất phản kháng tại nút thứ i được tính toán theo phương trình sau:

Các thuật toán lập trình trong Matlab và kết quả tính toán cho bài toán phân bố công suất của hệ thống điện SWER

1 Giới thiệu sơ lược về Matlab Simulink:

Trong phạm vị của đề tài này sẽ sử dụng phần mềm Matlab Simulink 2009b chạy trên nền window 7 Ultimate 32bit, chip Intel Core i5-4440 CPU @ 3,10GHz và Ram 4,0GB

2 Thực hiện lập trình tính toán các giá trị đầu vào cho hệ thống SWER:

Các thông số của mạng điện như sau:

 Công suất cơ bản của hệ thống S base = 100 kVA;

 Số nút của mạng điện: 14 nút

Bảng 5.2 Thông số đường dây

Thiết lập các thông số của mạng điện trong Matlab như sau: Đọc các dữ liệu thông số nút vào bộ nhớ Matlab bằng đoạn code sau:

Kết quả nhập dữ liệu hiển thị như sau:

Lập trình file tính toán các giá trị xác nhập đặt tên file là main, cụ thể như sau: n_layer=max(layer);

U(2:n_node)=1; ite=0;err3; while (ite < 20) & (err >1E-3) ite=ite+1;

%Tinh Inode for i=2:n_node Il(i)=-(Pl(i)-j*Ql(i))/conj(U(i)); end Inode=Il; for i=1:n_node-1 Inode(node1(i))=Inode(node1(i))-j*(B(i)/2)*U(node1(i));

Inode(node2(i))=Inode(node2(i))-j*(B(i)/2)*U(node2(i)); end %Tinh Ibr, quet nguoc for i=n_node-1:-1:1 Ibr(i)=-Inode(node2(i)); for k=1:n_node-1 if node1(k)==node2(i) Ibr(i)=Ibr(i)+Ibr(k); end end end %Tinh dien ap nut U, quet thuan for i=1:n_node-1

U(node2(i))=U(node1(i))-(R(i)+j*X(i))*Ibr(i); end %kiem tra sai so

S=U.*conj(Il); err=max(abs(S+(Pl+j*Ql))); end fprintf(1,' -\n'); fprintf(1,'LOI GIAI BAI TOAN PHAN BO CONG SUAT\n\n'); fprintf(1,' SO BUOC LAP: %3.0f\n',ite); fprintf(1,' SAI SO: %5.3e\n',err); fprintf(1,'Node Voltage\n'); fprintf(1,' Magnitude Angle\n'); fprintf(1,' (pu) (degree)\n'); for i=1:n_node fprintf(1,'%2.0f %8.5f

%8.2f\n',i,abs(U(i)),angle(U(i))*180/pi); end Kết quả tính toán như sau:

 Số bước lặp là 6 bước

 Ta có các kết quả tính toán điện áp từng nút và góc pha như hình trên.

TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN SWER

Phạm vi ứng dụng của SWER

1 Giới thiệu một số quy định về hiệu quả đầu tư trong cung cấp điện của ngành điện tại Việt Nam:

Hiện nay do nguồn vốn đầu tư lưới điện hàng năm thường không đủ nên để đảm bảo tính hiệu quả trong quản lý sử dụng nguồn vốn đầu tư ngành điện tại Việt Nam có quy định đối với các công trình lưới điện nông thôn chỉ thực hiện đầu tư cấp điện khi thoả mãn điều kiện có trên 25 hộ dân sử dụng điện trong bán kính 800 m Chính do quy định này nên một số khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam chưa được cấp điện từ điện lưới quốc gia Việc này ảnh hưởng rất lớn đến nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt cũng như sử dụng điện cho các hoạt động nông nghiệp Hệ quả là các khu vực này có tốc độ phát triển tương đối chậm hơn so với các khu vực khác

2 Đánh giá tình hình cung cấp điện cho các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam:

Tính đến cuối năm 2014, tỷ lệ hộ dân nông thôn tại miền nam Việt Nam (từ Ninh Thuận đến Cà Mau ngoại trừ Tp.HCM) chiếm gần 70% trong tổng dân số trong khi tỷ lệ hộ dân nông thôn có điện thường thấp hơn nhiều so với các khu vực thành thị Một số khu vực có tỷ lệ hộ dân nông thôn có điện thấp, cụ thể như: Bạc Liêu (87,1%), Cà Mau (94,0%) và Sóc Trăng (94,4%),…

Trong khi tỷ lệ hộ dân thành thị có điện từ 98,5% trở lên Theo số liệu thống kê đến 31/12/2014, còn 151.628 hộ dân nông thôn chưa có điện từ lưới điện quốc gia tại khu vực miền Nam Việt Nam (từ Ninh Thuận đến Cà Mau ngoại trừ

Tp.HCM), việc cấp điện cho các hộ dân này vẫn chưa thể thực hiện được do quy định về hiệu quả đầu tư và các khó khăn về nguồn vốn đầu tư

3 Đánh giá khả năng ứng dụng SWER trong cung cấp điện cho các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam:

Do các quy định và khó khăn về vốn đầu tư như đã nêu ở phần trên

Trong phạm vi đề tài đề xuất ứng dụng lưới điện dạng SWER để đáp ứng nhu cấp điện cho 151.628 hộ dân nông thôn chưa có điện tại Miền Nam Việt Nam với chi phí đầu tư rẽ hơn lưới điện truyền thống Qua đó góp phần giảm gánh nặng về nguồn vốn đồng thời nâng cao hiệu quả khi đầu tư cũng như góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế cho các khu vực này Qua việc sử dụng lưới điện

SWER sẽ tiến hành đánh giá phân tích tính hiệu quả trong đầu tư so với các dạng lưới điện hiện hữu Sau khi có được các so sánh hiệu quả đầu tư từ đó có thể đề xuất mở rộng ứng dụng lưới điện dạng SWER cho các khu vực nông thôn tại Miền Bắc và Miền Trung của Việt Nam.

Tiêu chuẩn thiết kế lưới điện SWER các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam: 48 1 Giới thiệu các tiêu chuẩn thiết kế lưới điện phân phối đang ứng dụng

1 Giới thiệu các tiêu chuẩn thiết kế lưới điện phân phối đang ứng dụng:

Hiện nay để thiết kế lưới điện phân phối tại khu vực miền nam Việt Nam (ngoại trừ Tp.HCM) các Đơn vị tư vấn thiết kế trong và ngoài ngành điện phải thực hiện theo tiêu chuẩn thiết kế lưới điện phân phối do Tổng Công ty Điện lực Miền Nam ban hành nhằm đảm bảo tính thống nhất trong quản lý và vận hành

(Quyết định 2363/QĐ-EVN SPC, ban hành ngày 01/10/2014) Bên cạnh đó tiêu chuẩn này cũng là căn cứ để các Đơn vị tư vấn thiết kế ngoài ngành áp dụng khi thiết kế lưới điện và Đơn vị cung cấp điện (Điện lực) căn cứ vào để thõa thuận các thiết kế lưới điện phân phối trước khi đấu nối vận hành

2 Đánh giá khả năng ứng dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hữu cho lưới điện SWER:

Hệ thống điện SWER khác so với lưới điện 3 pha 4 dây hoặc 1 pha 2 dây truyền thống đang được sử dụng rộng rãi Ngay từ cái tên của hệ thống đã nói lên tất cả, SWER là một hệ thống 1 dây, tất cả các thiết bị được nối đất, dòng điện làm việc dẫn về nguồn thông qua đất Bên cạnh đó do đặc tính phụ tải nhỏ và chiều dài dây dài nên thường gây ra hiện tượng quá áp

Cấu thành của một hệ thống SWER bao gồm: a Điện áp của hệ thống: thông thường điện áp của hệ thống SWER là 12,7kV hoặc 19kV (mức điện áp cho phép vận hành của hệ thống SWER từ 6,35kV đến 19,1kV) Mức điện áp 12,7kV hoặc 19kV phổ biến là do đây là điện áp 1 pha lấy từ hệ thống 3 pha 22kV hoặc 35kV Cấp điện áp này giúp giảm thiểu việc thiết kế mới toàn bộ vật tư lưới điện mà thay vào đó là sử dụng các vật tư lưới điện theo tiêu chuẩn hiện có một cách dễ dàng Đối với lưới hạ áp 1 pha 230V cho phép sai số ± 6%, đối với lưới trung áp 12,7kV hoặc 19kV cho phép sai số ± 5% Hiện tại các khu vực miền nam Việt Nam vận hành lưới điện trung áp 3 pha 4 dây 22kV, vì vậy lưới điện SWER trong phạm vi đề tài này sẽ có giá trị điện áp vận hành là 12,7kV b Máy biến áp cách ly: có nhiệm vụ chính là cách ly dòng đất (dòng thứ tự không) ra khỏi hệ thống bảo vệ chống chạm đất từ lưới 3 pha cấp nguồn cho hệ thống SWER Khi máy biến áp cách ly vận hành bên cuộn thứ cấp bao gồm dòng điện của phụ tải và dòng dẫn nạp dọc đường dây Dòng phụ tải thông qua đất dẫn về nguồn Máy biến áp cách ly thường có công suất từ 100 kVA,

160 kVA cho dến 400 kVA Chế độ làm việc: điện áp sơ cấp 22kV (điện áp dây), điện áp thứ cấp 12,7kV (điện áp pha) c Đặc tính của dây dẫn: thường lưới điện SWER có chiều dài khoảng 60 km đến 400km, vì vậy tổn thất gây ra do tổng trở dây dẫn, tổn thất phản kháng trong máy biến áp cách ly và điện trở đất thường lớn hơn so với lưới điện 1 pha 2 dây thông thường (theo giá trị ghi nhận tại một số khu vực của

Australia là lớn hơn 2 lần) Do đó việc sử dụng dây dẫn phải được quan tâm đặc biệt cho các trường hợp lưới điện SWER có bán kính cấp điện lớn Loại dây dẫn thường được sử dụng là dây có đường kính nhỏ, chịu lực căng tốt (dây nhôm lõi thép hoặc cáp thép ACSR 3/4/2.5 35 mm 2 ) hoặc tương đương d Bù công suất phản kháng dọc đường dây: dòng điện dung dẫn dọc đường dây thường vào 0,025 A/km cho lưới SWER 12,7 kV và 0,04 A/km cho lưới SWER 19kV Thành phần điện dung xuất hiện dọc đường dây tương tự đối với hệ thống điện thông thường tuy nhiên do chiều dài đường dây của hệ thống SWER lớn cùng với tổng dẫn cao nên thành phần này có giá trị lớn Vì vậy các thiết bị bù công suất kháng phải được lắp đặt dọc đường dây nhằm giảm tổn thất trên đường dây, điều chỉnh điện áp Tuy nhiên việc lắp các cuộn kháng cũng có nhiều khuyết điểm là khó điều chỉnh điện áp tự động e Phân bố tải: đặc tính phụ tải của lưới phân phối SWER thường là khoảng 0,5kVA/km và công suất cực đại của 1 khách hàng vào khoảng 3,5kVA Để phân phối cho các phụ tải ta phải sử dụng các máy biến áp phân phối, thường có công suất từ 5 kVA, 10 kVA đến 25 kVA Phân bố tải và nhu cầu sử dụng điện rất khác nhau giữa các khách hàng và khác nhau theo mùa f Nối đất cho máy biến áp: việc nối đất cho máy biến áp đóng vay trò rất quan trọng, nó giúp duy trì sự ổn định trong cung cấp điện, hỏng hệ thống nối đất hoặc giá trị điện trở nối đất tăng cao gây ra các nguy cơ về an toàn cung cấp điện cũng như giảm chất lượng điện năng Các thông số vận hành của hệ thống nối đất như sau:

 Đối với các TBA phân phối (5 ,10, 25 kVA) : 4 ohms

 Đối với TBA cách ly: 1 ohms

Theo kết quả nghiên cứu của GEOFREY BAKKABULINDI trong đề tài “Planning Models for Single Wire Earth Return Power Distribution Networks”

3 Chi tiết thiết kế của các phần tử lưới điện SWER:

3.1 Trụ điện và đà cản: a Chi tiết bản vẽ trụ điện BTLT 10,5m và trụ điện BTLT 12m:

Hình 6.1 Chi tiết bản vẽ thiết kế trụ điện 10,5m

Hình 6.2 Chi tiết bản vẽ thiết kế trụ điện 12m b Chi tiết bản vẽ đà cản 1,2m lắp đặt cho trụ điện BTLT 10,5m và trụ điện BTLT 12m:

Do đặc tính hệ thống dây dẫn SWER nhỏ, lực căng đầu trụ nhỏ nên có thể sử dụng đà cản 1,2m làm móng cho trụ 10,5m hoặc 12m

3.2 Sứ đỡ thẳng, sứ đỡ góc và sứ treo cách điện:

SỨ ĐỈNH SĐIG CHÂN SỨ ĐỈNH GÃY 870

87 0 ch ie àu da ứi k hi c hử a uo ỏn 87 0 5 0 4 4 0

CHÂN SỨ ĐỈNH 870 TRỤ ĐỠ THẲNG (ĐI)

SỨ ĐỨNG 22KV (SĐ) SỨ ĐỨNG 22KV (S) CHUỖI SỨ TREO 2 BÁT 24KV BẮT XÀ

CHUỖI SỨ TREO 2 BÁT 24KV BẮT TRỤ

KIỆN VẬT TƯ ĐƠN VỊ SỐ LƯỢNG KÝ KIỆU

A CHÂN SỨ ĐỈNH GÃY 870 SỨ ĐỨNG 22KV BULÔNG M16*300+2LONG ĐỀN VUOÂNG D18

B CHÂN SỨ ĐỈNH 870 SỨ ĐỨNG 22KV BULÔNG M16*300+2LONG ĐỀN VUOÂNG D18

KIỆN VẬT TƯ ĐƠN VỊ SỐ LƯỢNG KÝ KIỆU

D MÓC TREO CHỮ U SỨ TREO 2 BÁT MAẫT NOÁI ẹễN VÒNG TREO ĐẦU TRÒN

E MÓC TREO CHỮ U SỨ TREO 2 BÁT BU LOÂNG MAÉT 16*300 MAẫT NOÁI ẹễN VÒNG TREO ĐẦU TRÒN

CÁI BỘ CÁI CÁI CÁI

GHI CHÚ : TẤT CẢ CÁC CHI TIẾT KIM LOẠI ĐỀU PHẢI ĐƯỢC MẠ KẼM NHÚNG NÓNG

Hình 6.3 Chi tiết bản vẽ thiết kế sứ đứng đỡ thẳng, sứ đứng đỡ góc, sứ dừng và sứ treo cách điện

3.3 Dây dẫn: a Chi tiết bản vẽ cố định dây dẫn trên sứ đứng:

Hình 6.4 Chi tiết bản vẽ thiết kế cách cố định dây dẫn trên sứ đứng trụ đỡ thẵng b Chi tiết bản vẽ cố định dây dẫn trên sứ đứng đỡ góc:

Hình 6.5 Chi tiết bản vẽ thiết kế cách cố định dây dẫn trên sứ đứng trụ đỡ góc

3.4 Máy biến áp cách ly và hệ thống nối đất:

3.5 Máy biến áp phân phối và hệ thống nối đất:

3.6 Chống sét van (LA): a Hình dạng LA: b Sơ đồ nguyên lý đấu nối LA:

HỆ THỐNG ĐO ĐẾM TRỤC CHÍNH

GIỚI THIỆU CÁC THIẾT KẾ TIÊU BIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN SWER

Khảo sát nhu cầu cung cấp điện cho một khu vực nông thôn có phụ tải 100kVA

1 Sơ đồ vị trí mặt bằng:

Khảo sát sơ đồ vị trí cần cung cấp điện của khu vực kinh Bốn Tổng tại Huyện Vĩnh Thạnh, Tp.Cần Thơ Bán kính cung cấp điện 4km, tổng số hộ dân

30 hộ, sống rãi rác Trung bình mỗi hộ có công suất tiêu thụ khoảng 3kVA phục vụ nhu cầu chiếu sáng sinh hoạt, bơm nước tưới tiêu công suất nhỏ Mỗi hộ cách nhau khoảng 150m Chi tiết theo sơ đồ vị trí mặt bằng:

Hình 7.1 Hình thực tế khu vực cần cung cấp điện

GHI CHÚ: ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22kV HIỆN HỮU ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 1 PHA 12,7kV XDM TRỤ BTLT 12m DỰNG MỚI

SƠ ĐỒ VỊ TRÍ CẦN CUNG CẤP ĐIỆN

Hình 7.2 Sơ đồ vị trí cần cung cấp điện

Việc đầu tư lưới điện tại khu vực Kinh Bốn Tổng giúp phát triển về thương mại, dịch vụ, và du lịch sinh thái của khu vực này trong thời gian tới Đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho phát triển nông nghiệp

3 Hiện trạng lưới điện của khu vực:

 Kinh Bốn Tổng tại huyện Vĩnh Thạnh là khu vực tương đối mới, chưa có lưới điện quốc gia Phía đầu kinh (bên kia sông) hiện có lưới điện trung hạ thế hiện hữu đã xây dựng năm 2007 Để có thể đáp ứng nhu cầu cấp điện cho khu này có thể đấu nối lấy nguồn từ vị trí trụ 51 và xây dựng đường dây trung áp 1 pha mới vượt sông

 Cùng với việc quy hoạch xây dựng và phát triển nền kinh tế trong khu vực như sản xuất, kinh doanh, khu Công Nghiệp, nuôi trồng thủy sản Khu vực này có nhiều tiềm năng phát triển về thương mại – dịch vụ, là vùng sản xuất lúa trọng điểm của Thành Phố Cần Thơ trong tương lai Vì vậy cần phải xây dựng mới đường dây trung áp để đáp ứng nhu cầu cấp nguồn tại khu vực Tuy nhiên do quy định về sử dụng hiệu quả vốn khi đầu tư của ngành điện là chỉ đầu tư khi thõa mãn điều kiện có tối thiểu 25 hộ dân trong bán kính 800m thì khu vực kinh Bốn Tổng nêu trên chưa đáp ứng được tiêu chí này Trong phạm vị của đề tài này đề xuất đấu tư lưới điện dạng SWER cho khu vực kinh Bốn Tổng nhằm đảm bảo yêu cầu cung cấp điện đồng thời giảm chi phí đầu tư ban đầu sẽ góp phần làm tăng hiệu quả sử dụng vốn.

Phương án 1 – Xây dựng thiết kế và dự toán công trình cấp điện cho khu vực nêu trên

Loại trừ chi phí TBA phân phối và đường dây hạ áp cấp điện cho các hộ dân, chỉ khảo sát so sánh chi phí phần lưới điện trung áp.

Tổng quan về công trình

1 Điều kiện khí hậu tính toán:

Căn cứ theo các tiêu chuẩn Nhà nước về tải trọng và tác động TCVN

2737-1995, quy phạm trang bị điện 11 TCVN 19-2006 hiện hành, qui định áp lực gió, hệ số phụ tải… Thành phố Cần Thơ thuộc vùng gió II A , áp lực gió lớn nhất Q 0 = 83 daN/m 2 Căn cứ các qui phạm hiện hành về thiết kế các đường dây trên không Việc tính toán và kiểm tra dây dẫn, cũng như kết cấu cột được dựa trên các chế độ khí hậu tính toán sau:

STT Chế độ tính toán Nhiệt độ không khí ( 0 C)

Tốc độ gió (m/s) Áp lực gió daN/m 2

1 Nhiệt độ không khí thấp 15 0 0

3 Quá điện áp khí quyển 20 11,5 8,3

4 Nhiệt độ không khí trung bình năm 30 0 0

5 Nhiệt độ không khí cao nhất 40 0 0

Bảng 7.1: Điều kiện khí hậu tính toán

2 Lựa chọn dây dẫn điện và dây trung hòa:

 Cấp điện áp thiết kế là 1 pha 12,7kV và điện áp vận hành là 1 pha

 Dây dẫn điện được lựa chọn theo điều kiện khả năng làm việc liên tục cho phép ở điều kiện nhiệt độ đến 75 0 C và thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp tối đa ± 5%

 Lựa chọn dây dẫn có khả năng chuyển tải công suất lớn nhất và tính đến tốc độ gia tăng phụ tải trong tương lai

 Để đáp ứng nhu cầu phụ tải như trên kế hoạch thực hiện như sau: Đường dây trung thế 12,7kV kinh Bốn Tổng - Vĩnh Thạnh có công suất dự kiến là 100 kVA

 Tiết diện cáp được lựa chọn theo công thức sau:

 I là dòng điện tính toán lớn nhất của đường dây trong chế độ làm việc bình thường có tính đến tăng trưởng phụ tải theo quy hoạch Ở đây lưu ý Công trình trung áp độc lập nên giả thiết tổng phụ tải chia đều

 J kt là mật độ dòng kinh tế, đối với cáp nhôm trần lõi thép số giờ sử dụng phụ tải cực đại là 5.000h, J kt lấy bằng 1,7A/mm 2 (trong trường hợp phụ tải cực đại)

 Kết hợp giữa mật độ dòng kinh tế (Bảng I.3.1-QPTBĐ*) và kiểm tra theo điều kiện dòng điện làm việc lâu dài cho phép của cáp nhôm trần lõi thép (Bảng I.3.23-QPTBĐ), chọn cáp nhôm trần lõi thép tiết diện ACSR 35 cho dây pha và dây trung hòa

 Hiện tại lưới điện khu vực này cần công suất 100kVA, ở cấp điện áp 12,7kV Ta có dòng điện vận hành khoảng 9A, với mật độ dòng cho phép vận hành là 1,7A/mm 2 ta có thể chọn dây có tiết diện 6mm 2 Tuy nhiên chủng loại dây có tiết diện 6mm 2 không phổ biến, có giá thành cao và khó mua sắm Vì vậy trong phạm vi đề tài để có thể tính toán tương đối sát với thực tế nên em đề xuất sử dụng loại dây có tiết diện 35mm 2 , đây là loại dây có tiết diện phổ biến nhỏ nhất và dể mua sắm trên thị trường đồng thời là chủng loại dây có tiết diện nhỏ nhất mà ngành điện đang sử dụng

 Giới thiệu đặc tính kỹ thuật cáp nhôm trần lõi thép ACSR 35:

Stt Đặc tính Đơn vị Yêu cầu

1 Tiêu chuẩn áp dụng TCVN 5064-1994 và

2 Yêu cầu về kết cấu:

Bề mặt đồng đều; các sợi bện không chồng chéo, không có khuyết tật; tại các đầu và cuối của dây bện phải có đai chống bung xoắn

Các lớp xoắn kế tiếp nhau phải ngược chiều nhau và được xoắn chặt với nhau; lớp xoắn ngoài cùng theo chiều phải

Mối nối phải được thực hiện bằng các phương pháp hàn hoặc ép đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 6483: 1999 Trên mỗi sợi bất kỳ của lới ngoài cùng không có quá 5 mối nối Khoảng cách giữa các mối nối trên các sợi khác nhau, cũng như trên cùng một sợi không được nhỏ hơn 15m

Không cho phép có mối nối trên lớp thép một sợi

Các sợi thép của dây As phải được mạ kẽm Lớp mạ không được bong, tách lớp khi thử uốn theo quy định; khối lượng lớp mạ phải phù hợp với TCVN 5064/SĐ1:1995 và chịu thử nhúng trong dung dịch CuSO 4 theo TCVN 3102-79

3 Tiết diện danh định mm 2

4 Số sợi/đường kính sợi nhôm Sợi/mm

5 Số sợi/đường kính sợi thép Sợi/mm

6 Thông số kỹ thuật của phần nhôm:

6.1 Sai số cho phép của đường kính sợi nhôm, mm

Stt Đặc tính Đơn vị Yêu cầu

6.2 Ưng suất chịu kéo đứt tối thiểu của đường kính sợi nhôm, mm

- Trên 2,30 đến 2,57 - Trên 2,57 đến 3,05 - Trên 3,05 đến 3,40 - Trên 3,40 đến 4,50

6.3 Độ dãn dài tương đối tối thiểu của đường kính sợi nhôm, mm

- Trên 2,30 đến 2,57 - Trên 2,57 đến 3,05 - Trên 3,05 đến 3,40 - Trên 3,40 đến 3,80 - Trên 3,80 đến 4,50

7 Thông số kỹ thuật của phần thép:

7.1 Sai số cho phép của đường kính sợi thép, mm

- Từ 1,85 đến 2,65 - Từ 2,80 đến 3,40 - Từ 3,60 đến 4,50 mm  0,06

7.2 Ưng suất chịu kéo đứt tối thiểu của đường kính sợi thép, mm

- Từ 1,85 đến 2,65 - Từ 2,80 đến 3,40 - Từ 3,60 đến 4,50

7.3 Độ dãn dài tương đối tối thiểu % 4

7.4 Khối lượng lớp mạ kẽm của đường kính sợi thép, mm

- Từ 1,85 đến 2,30 - Từ 2,40 đến 3,40 - Từ 3,60 đến 4,50 g/m 2 190

9 Trọng lượng gần đúng để tham khảo kg/km

10 Lực kéo đứt tối thiểu: N

11 Bán kính bẻ cong/số lần bẻ cong sợi nhôm: [mm0,5/lần]

13 Bội số bước xoắn phần nhôm Theo TCVN 5064-1994

14 Ghi nhãn, bao bì, vận chuyển và

Stt Đặc tính Đơn vị Yêu cầu bảo quản:

Tên cơ sở SX/ký hiệu nhãn hiệu;

Tháng năm sản xuất; và Mũi tên chỉ chiều lăn khi vận chuyển

14.3 Bao gói Đầu ngoài cùng của dây được cố định vào tang trống

Bảng 7.2 Đặc tính kỹ thuật cáp nhôm trần lõi thép ACSR 35

Ghi chú: Bảng chi tiết I.3.1-QPTBĐ đính kèm phụ lục 1

3 Lựa chọn cách điện và phụ kiện:

 Cách điện được lựa chọn phù hợp với tải trọng tác động lên cách điện và môi trường tuyến dây đi qua và phù hợp với đặc tính kỹ thuật vật tư thiết bị do Tổng Công ty Điện lực Miền Nam quy định a Cách điện đứng loại 24kV : + Điện áp đánh thủng : 180 kV + Điện áp phóng khô : 85 kV + Điện áp phóng ướt : 60 kV + Lực kéo phá hũy : 14.000 N + Dòng điện rò nhỏ hơn : < 10 mA b Cách điện treo POLYMER :

+ Tiêu chuẩn áp dụng : ANSI/IEEE-1024,CEALWIWG-

+ Lực phá hoại nhỏ nhất : > = 70 kN + Điện áp định mức : 25 kV + Điện áp phóng khô : 58 kV + Khoảng cách đường rò : 787mm

+ Chiều dài đường rò : 255 mm + Khả năng chịu đựng xung tần số công nghiệp 60 Hz

* Ướt trong 10 giây : 130 kV + Khả năng chịu đựng xung sét

* Vòng treo/chốt bi: Phù hợp với kết cấu sứ treo thông thường thép mạ nhúng

* Số tầng cách điện : 6 c Cách điện dây trung hòa:

- Dùng loại Uclevis + sứ ống chỉ để đỡ dây trung hạ

- Dùng khóa néo để dừng dây trung hạ

- Đặc tính sứ ống chỉ: tiêu chuẩn áp dụng: IEC 60-1 và các tiêu chuẩn IEC liên quan hoặc tương đương

+ Điện áp định mức : 0,6kV + Chiều dài đường rò : ≥ 80mm + Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp trong 1 phút ướt: 2,5kV + Lực phá hủy cơ học : ≥ 15kN

+ Bán kính cổ sứ cố định dây dẫn : R ≥ 18mm + Đường kính ngoài của sứ : D ≤ 80

+ Đường kính lỗ bên trong : d ≥ 18mm + Nhiệt độ môi trường tối đa : 50 0 C + Độ ẩm môi trường tương đối : 90% d Phụ kiện treo dây: d.1/ Lựa chọn các loại phụ kiện chính:

 Các lọai phụ kiện đường dây như khóa đỡ, khóa néo, chân cách điện đứng… đều được mạ kẽm nhúng nóng và chế tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam

 Lõi dây dẫn và dây trung hòa tại các vị trí ngừng, góc lớn và các vị trí đấu nối thiết bị dùng kẹp WR cho cỡ dây thích hợp d.2/ Kiểm tra hệ số an toàn phụ kiện theo quy phạm:

 Hệ số an toàn phụ kiện:

+ Không nhỏ hơn 2,5 ở chế độ bình thường;

+ Không nhỏ hơn 1,7 ở chế độ sự cố

 Hệ số an toàn chân cách điện đứng:

+ Không nhỏ hơn 2 ở chế độ bình thường;

+ Không nhỏ hơn 1,3 ở chế độ sự cố

4 Các biện pháp bảo vệ:

4.1 Các thiết bị đóng cắt đầu tuyến: Để thuận lợi cho công tác vận hành lưới cũng như khả năng chuyển tải từ hai nguồn đến, tuyến đường dây xây dựng mới sẽ được phân đoạn thông qua các FCO Chi tiết như sau: Đặc tính kỹ thuật LBFCO Ghi chú

- Tần số định mức 50 Hz

- Điện áp định mức 27 kV

- Dòng cắt định mức ở chế độ ngắn mạch không đối xứng

- Điện ỏp thử nghiệm xung (1,2/ 80às) 125 kV

- Điện áp thử nghiệm tần số công nghiệp:

- Chiều dài đường rò cách điện 320 mm

Bảng 7.3: Quy cách kỹ thuật của LBFCO 27kV – 100A

4.2 Tiếp đất đường dây: Để đảm bảo an toàn khi vận hành lưới điện trung áp 22kV cần thực hiện nối đất lặp lại cho đường dây Sử dụng 1 cọc sắt mạ kẽm hoặc đồng ɸ 16-24, đóng thẳng đứng và cách mặt đất 0,5m Dây tiếp địa là cáp đồng trần 25mm 2 , tiếpđịa dùng nối dây trung hòa Dây tiếp địa được luồn trong thân trụ Điện trở tiếp đất lặp lại của hệ thống phải ≤ 10

5 Các giải pháp thiết kế cột và móng:

5.1 Các giải pháp kết cấu cột: Đường dây được thiết kế theo tiêu chuẩn XDM 01 mạch, với kết cấu 1 pha 2 dây trung tính trực tiếp nối đất Kết cấu cột phù hợp cho đường dây là cột BTLT Cột BTLT được chế tạo đúc sẵn tại các nhà máy bê tông ly tâm trong nước và được chế tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5846-1994 Loại cột dự kiến sử dụng cho công trình là loại BTLT 14m

5.2 Các giải pháp phần móng: a Khái quát về địa chất công trình:

Khu vực đường dây đi qua có địa hình tương đối bằng phẳng Căn cứ vào các công trình đã được thi công trong khu vực, điều kiện địa chất có nền đất chịu tải trọng thuộc loại trung bình và yếu b Lựa chọn dạng kết cấu móng:

Các bản vẽ chi tiết của hệ thống lưới điện

1 Bản vẽ mặt bằng bố trí trụ:

TẢI SƠ ĐỒ VỊ TRÍ MẶT BẰNG

GHI CHÚ: ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22kV HIỆN HỮU ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 1 PHA 12,7kV XDM TRỤ BTLT 14m XÂY DỰNG MỚI

TRỤ BTLT 18m XÂY DỰNG MỚI TRỤ BTLT 14m HIỆN HỮU TBA 1 PHA XDM

GHI CHÚ: ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22kV HIỆN HỮU ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 1 PHA 12,7kV XDM TRỤ BTLT 14m DỰNG MỚI

TRỤ BTLT 14m HIỆN HỮU TBA 1 PHA XDM

SƠ ĐỒ VỊ TRÍ MẶT BẰNG

Hình 7.4 Bản vẽ phân bố trụ của lưới điện TA dạng thường

2 Bản vẽ trụ vượt sông:

T o ỏi th ie ồu 1 4 m ĐƯỜNG DÂY 1 PHA 12,7KV ĐƯỜNG QUỐC LỘ Đường đất

Mực nước lúc cao nhất

Hình 7.5 Bản vẽ vượt sông lưới điện

3 Bản vẽ chi tiết trụ 18m:

10200 (25 LO? THANG LEO ?18 CÁCH ĐỀU 425) LO? BẮT XÀ D18

14 ĐAI ỐC TIẾP Đ?A 60x100x10 M12 ĐỐI DIỆN NHAU

CHI TIẾT MẶT DỰNG ĐOẠN NGỌN 12M

400 4800 (12 LO? THANG LEO ?18 CÁCH ĐỀU 400) 1500 200 ẹAI OÁC TIEÁP ẹ?A 60x100x10 M12

LO? BU LÔNG BẮT ĐÀ CẢN D24

LO? BU LÔNG BẮT ĐÀ CẢN D24 220

BẢNG KÝ HIỆU CỘT 4700 VẠCH CHUẨN KIỂM TRA ĐỘ SÂU CHÔN CỘT

CHI TIẾT MẶT DỰNG ĐOẠN GỐC 6M

HÀN ĐIỆN h = 6mm, Lh P0mm ẹAI OÁC TIEÁP ẹ?A M12

TỪ ĐỈNH ĐẾN CHÂN CỘT THÉP TIẾP Đ?A ?10 ĐẶT DỌC

25mm REN BƯỚC LỚN (LOẠI K)

HÀN HAI BÊN THANH THÉP

(ĐẶT THÊM NGOÀI CỐT DỌC CH?U LỰC)

THÉP TIẾP Đ?A ?10 ĐẶT DỌC ẹAI OÁC TIEÁP ẹ?A M12

TỪ ĐỈNH ĐẾN CHÂN CỘT

PL 60x10-100 REN BƯỚC LỚN (LOẠI K)

TỪ ĐỈNH ĐẾN CHÂN CỘT THÉP TIẾP Đ?A ?10 ĐẶT DỌC HÀN HAI BÊN THANH THÉP HÀN ĐIỆN h = 6mm, Lh P0mm PL 60x10-100

60 REN BƯỚC LỚN (LOẠI K) 40 ẹAI OÁC TIEÁP ẹ?A M12

(ĐẶT THÊM NGOÀI CỐT DỌC CH?U LỰC) (ĐẶT THÊM NGOÀI CỐT DỌC CH?U LỰC)

Sơn 2 lớp sơn giàu ke?m, gốc Epoxy

CHI TIẾT BẢN THÉP TIẾP Đ?A PL 60x10-100

THÉP TIẾP Đ?A ?10 ĐẶT DỌC THÂN CỘT

MẶT BÍCH THÉP LIÊN KẾT CỘT BẰNG BULÔNG

MẶT BÍCH THÉP (Sơn 2 lớp sơn giàu ke?m, gốc Epoxy)LIÊN KẾT CỘT BẰNG BULÔNG

4 Bản vẽ chi tiết trụ 14m:

Lo? leo 15 18 Lo? đà 02 18 Lo? đà 03 18 Lo? đà 04 18 Lo? đà 05 18 Lo? đà 06 18 Lo? đà 07 18 Lo? đà 08 18 Lo? đà 09 18

Lo? đà 12 18 Lo? đà 13 18 Lo? đà 14 18

1-Trụ bê tông ly tâm có 2 loại bê tông dự ứng lực hoặc không dự ứng lực:

- Trụ loại 14-A lực ch?u đầu trụ 650 Kgf - Trụ loại 14-B lực ch?u đầu trụ 850Kgf - Trụ loại 14-C lực ch?u đầu trụ 1100Kgf GHI CHUÙ:

2- Bảng ký hiệu cột ghi ro? : - Đơn v? sản xuất - Loại trụ - Lực ch?u đầu trụ

5 Bản vẽ chi tiết móng trụ:

5.1 Loại móng đà cản 1,2m và 1,5m (móng b-a) dùng cho trụ 14m đỡ thẳng, trụ 14m đỡ góc và trụ 14m dừng giữa tuyến:

(2 BỘ) Đà cản 1,5 m Đắp đất đầm chặt từng lớp Cột BTLT 14m Đà cản 1,5 m

80 x80 x5 Bulo âng M22 x 65 0 Rong đ en Đa i ố c dà y 20

BẢNG KÊ KHỐI LƯỢNG MÓNG

- Đắp đất từng lớp dày 20cm đầm ky?, đạt dung trọng gama > = 1,7kg/cm3.

- Như?ng vùng ngập nước, vùng nhiểm mặn khi lắp bulong xong quét 2 nước bi tum nóng.

- Đối với cột BTLT, tại chân cột, nền được đắp cao 0.3m so với cốt tự nhiên trong - Công tác đào đất: độ dốc taluy = 1:0.5 áp dụng cho như?ng vùng đất có đ?a chất

BULONG M 22, L = 650 ĐẤT ĐÀO ĐẤT ĐẮP ĐÀ CẢN 1,2 m

- Bulông Thép CT3 mạ ke?m dày 80 micromet.

10.7 M3 đất cấp II theo quy đ?nh TCVN 4447-1987.

- Trong quá tr?nh đắp đất không để hố móng ngập nước. phạm vi 1m2 chân trụ quy đ?nh tại QĐKT- ĐNT- 2006.

SỐ T.T ĐƠN V? KHỐI LƯỢNG GHI CHÚ

5.2 Loại móng 2 đà cản 1,5m (móng b-b) dùng cho trụ 14m dừng cuối tuyến:

Buloâng M22 x 650 (2 BỘ) Đà cản 1,5 m Đắp đất đầm chặt từng lớp Cột BTLT 14m Đà cản 1,5 m (1 CÁI) Hướng tuyến

80 x8 0x 5 Bu lo âng M 22 x 65 0 Ro ng đe n Đa i o ác dày 2 0

- Đắp đất từng lớp dày 20cm đầm ky?, đạt dung trọng gama > = 1.7T/m3.

- Đối với cột BTLT, tại chân cột, nền được đắp cao 0.3m so với cốt tự nhiên trong - Công tác đào đất: độ dốc taluy = 1:0.5 áp dụng cho như?ng vùng đất có đ?a chất BULONG M 22, L = 650 ĐẤT ĐÀO ĐẤT ĐẮP ĐÀ CẢN 1,5 m

14 M3 đất cấp II theo quy đ?nh TCVN 4447-1987.

5.3 Loại móng bê tông 1,5x1,5x1 m3 dùng cho trụ đấu nối 18m, trụ đầu tuyến 18m:

- TRONG QUÁ TRÌNH ĐỔ BÊ TÔNG KHÔNG ĐỂ HỐ MÓNG NGẬP NƯỚC - LOẠI MÓNG NÀY DÙNG CHO VÙNG ĐẤT TƯƠNG ĐỐI TỐT

6 Bản vẽ chi tiết chằng và móng neo:

* GHI CHUÙ : 1 PHẢI GẮN SỨ CHẰNG TRONG TẤT CẢ DÂY CHẰNG PHÂN PHỐI TRUNG ÁP

2 TRONG TRƯỜNG HỢP GẶP DÂY ĐIỆN THOẠI , BẮT SỨ CHẰNG CÁCH DÂY NÀY TỐI THIỂU 800mm.

3 CÔ DÊ, THANH NỐI, BULONG ĐƯỢC GIA CÔNG TỪ THÉP CT3 VÀ ĐƯỢC MẠ KẼM NHÚNG NÓNG 2 L = 15, 17, 19 TƯƠNG ỨNG CÁC CỘT BTLT 10,5M, 12M, 14M.

3 MÁNG CHE DÂY CHẰNG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở ĐƯỜNG PHỐ , GẦN TRƯỜNG HỌC KHU VỰC ĐÔNG DÂN CƯ, GẦN CHỖ RA VÀO THƯỜNG XUYÊN,

STT HẠNG MỤC ĐVT SỐ LƯỢNG

1 Cổ dê D195 (Sắt PL 8x100) mạ kẽm bộ 1

2 Bù lon mạ kẽm VRS 16x100 cái 2

3 Móc treo chữ U (Ma ní) cái 1

7 Cáp thép tráng kẽm 3/8" mét L

8 Cọc neo ị22x3000 mạ kẽm cỏi 1

10 Máng che dây chằng cái 1

12 Long đền vuông lổ 18 50x50x3 cái 4

CỌC NEO ĐẾ NEO BÊ TÔNG 400x1500MÁNG CHE DÂY CHẰNG

7 Bản vẽ trụ đấu nối 18m:

8 Bản vẽ trụ đầu tuyến:

9 Bản vẽ trụ đỡ thẳng:

10 Bản vẽ trụ đỡ góc:

11 Bản vẽ trụ dừng giữa tuyến:

12 Bản vẽ trụ dừng cuối tuyến:

13 Bản vẽ chi tiết trụ lắp đặt MBA phân phối:

14 Bản vẽ chi tiết hệ thống tiếp đất:

14.1 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất luồng trong thân trụ:

Keùp Splitbolt Cu/Al hoặc Tap connector WR - Cơ? thích hợp

CHI TIẾT LẮP KẸP CỌC ĐẤT

BẢNG LIỆT KÊ VẬT TƯ

Cọc tiếp đất 16 dài 2,40 m - nhúng Zn Kẹp cọc tiếp đất và dây Cu 25 mm

Daây Cu traàn 25 mm NỘI DUNG

SOÁ LƯỢNG Dây trung hòa

Dây tiếp đất luồn trong lòng trụ

1 Tiêu chuẩn này áp dụng cho trụ trồng mới, trụ không đặt trạm biến áp

2 Mối nối ép Tap connector WR phải có đủ Electrical Joint Compound

3 Ở v? trí tiếp đất ruộng nước, cọc tiếp đất được đóng saõu toỏi thieồu 1,00 m

4 Vi?c th?c hi?n ti?p ð?a ph?i ð?m b?o sao cho giá tr?

Rnð ð?t yêu c?u theo Quy ð?nh t?i m?c f.Ti?p ð?t/Ph?n Ðý ?ng dây trung áp 22kV/Quy ð?nh chung (TC0002)

CHI TIẾT B: NỐI DÂY TIẾP ĐẤT VỚI

Dây tiếp đất sắt tròn  10 đặt trong lớp bêtông ẹai oỏc vuoõng 60x60x10 lo? ren K 12 sắt mạ ke?m

Mối hàn điện dài 50mm

5 Đầu coss ép Cu mạ - Lo? 14 Cái 1

6 Bù lon 12x25 mạ Zn và long đền 14 Cái 1

14.2 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất ngoài trụ:

Dây tiếp đất luồn trong ống sắt mạ Zn hoặc ống PVC 21

Keùp Splitbolt Cu/Al hoặc Tap connector WR - Cơ? thích hợp

Cọc tiếp đất 16 dài 2,40 m - nhúng Zn

CHI TIẾT LẮP KẸP CỌC ĐẤT ( Tặ LEÄ : 1/2 ) Ống sắt tra?ng ke?m hoặc ống nhựa PVC 21 Đai thép dẹp 30x4 và bù long - nhúng Zn

SOÁ LƯỢNG Cọc tiếp đất

Kẹp cọc tiếp đất và dây Cu 25 mm

CHI TIẾT LẮP ÐAI THÉP + KHÓA ĐAI GIƯ? ỐNG SẮT

( Tặ LEÄ : 1/15 ) Dây tiếp đất luồn trong ống sắt mạ Zn Đai thép 30x4 thích hợp

Buứ long 12x40 Đến các điểm nối đất cuỷa thieỏt b? ủieọn

CHI TIEÁT B: Xem chi tieát TC0701

7 Đầu coss ép Cu mạ - Lo? 14 Cái 1

8 Bù lon 12x25 mạ Zn và long đền 14 Cái 1

14.3 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất đặt trong bê tông trụ:

Dây tiếp đất bằng sắt tròn  10 đặt trong lớp bêtông

Bù lon 12x25 mạ Zn và long đền 14 Đầu coss ép Cu mạ - Lo? 14 Dây Cu trần 25 mm hoặc sắt tròn  10 Kẹp cọc tiếp đất và dây Cu 25 mm Cọc tiếp đất 16 dài 2,40 m - Nhúng Zn

Keùp Splitbolt Cu/Al hoặc Tap connector WR - Cơ? thích hợp Xem chi tieát A

CHI TIẾT B: NỐI DÂY TIẾP ĐẤT VỚI

BẢNG V? TRÍ ĐAI ỐC NỐI DÂY TIẾP ĐẤT

Kẹp cọc đất Daây Cu traàn 25 mm2

CHI TIẾT A: LẮP KẸP CỌC ĐẤT

Dây trung hòa Xem chi tieát B

Dây tiếp đất sắt tròn  10 đặt trong lớp bêtông

TRUẽ 14m 1,2 0,8 ẹai oỏc vuoõng 60x60x10 lo? ren K 12 sắt mạ ke?m

Mối hàn điện dài 50mm

14.4 Bản vẽ chi tiết phương pháp đóng cọc tiếp đất:

Cọc được đóng xuống đất không đào Đất đào đầm chặt

TROÀNG TRUẽ TREÂN VặA HEỉ

Khoảng cách lớn hơn 1,5 lần chiều dài cọc (> 3,6m)

TIẾP ĐẤT LẬP LẠI 2 CỌC TRỤ ĐÔI

Trụ được đóng tại gốc trụ, xong được tráng bê tông lại

TIẾP ĐẤT 1 TIA, 3 CỌC ĐẤT HAY NHIỀU HƠN

Dây Cu trần 25 mm 2 Xỏ 2 dây trong 1 kẹp

Truù ủieọn Cọc tiếp đất dài 2,40 m

TIẾP ĐẤT LƯỚI TAM GIÁC 3 CỌC ĐẤT

Keùp eựp Cọc tiếp đất dài 2,40 m

Tổng mức đầu tư cho công trình

Chỉ tính toán tổng mức đầu tư cho công trình đối với lưới điện trung áp và TBA phân phối Riêng phần lưới hạ áp cung cấp cho từng hộ dân giống nhau giữa hai phương án nên không tính vào tổng mức đầu tư

STT NỘI DUNG TỔNG CỘNG

(CÓ VAT) 1 CHI PHÍ XÂY DỰNG 2.494.229.956 2 CHI PHÍ THIẾT BỊ 1.943.045 3 CHI PHÍ QLDA 60.293.924

để dễ so sánh (đặc tính cáp đã nêu trong tại mục II.A.2 – Bảng 7.2 – Chương 7)

(CÓ VAT) 4 CHI PHÍ TƯ VẤN 211.918.681 5 CHI PHÍ KHÁC 14.715.753 6 CHI PHÍ DỰ PHÒNG 126.779.252

Bảng 7.4: Tổng mức đầu tư của lưới điện phân phối 1 pha 2 dây

Chi tiết dự toán tổng mức đầu tư của công trình theo phụ lục 2 đính kèm

III Phương án 2 – Xây dựng thiết kế và dự toán công trình cấp điện cho khu vực nêu trên theo thiết kế đường dây trung áp 12,7kV 1 pha 1 dây (SWER):

Loại trừ chi phí TBA phân phối và đường dây hạ áp cấp điện cho các hộ dân, chỉ khảo sát so sánh chi phí phần lưới điện trung áp

A Tổng quan về công trình:

1 Điều kiện khí hậu tính toán: không thay đổi so với phương án 1 (Chi tiết xem tại mục II.A.1 - Chương 7)

2 Lựa chọn dây dẫn điện: tính tương như phương án 1, chọn cùng loại cáp nhôm trần lõi thép ACSR 35 để dễ so sánh (đặc tính cáp đã nêu trong tại mục II.A.2 – Bảng 7.2 – Chương 7)

3 Lựa chọn cách điện và phụ kiện: do đặc tính lưới điện SWER có cùng cấp điện áp với dạng lưới điện đang vận hành nên tiêu chuẩn vật tư và cấp cách điện giống như các loại vật tư đã nêu tại mục II.A.3 - Chương 7

4 Các biện pháp bảo vệ:

4.1 Các thiết bị đóng cắt đầu tuyến: sử dụng 3 LBFCO để đóng cắt tại vị trí MBA cách ly Bao gồm 2 LBFCO phía sơ cấp và 1 LBFCO phía thứ cấp của MBA cách ly

4.2 Tiếp đất đường dây: không có tiếp đất lặp lại dọc đường dây, phát sinh tiếp đất tại vị trí MBA cách ly đầu đường dây (giá trị điện trở tiếp đất không được phép lớn hơn 1Ω tại vị trí MBA cách ly và không được phép lớn hơn 4 Ω tại các vị trí MBA phân phối)

5 Các giải pháp thiết kế cột và móng:

5.1 Các giải pháp kết cấu cột: Đường dây được thiết kế theo tiêu chuẩn XDM 01 mạch, với kết cấu 1 pha 1 dây dạng SWER Kết cấu cột phù hợp cho đường dây là cột BTLT Cột BTLT được chế tạo đúc sẵn tại các nhà máy bê tông ly tâm trong nước và được chế tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5846-1994 Loại cột dự kiến sử dụng cho công trình là loại BTLT 14m không có dây tiếp đất luồn sẵn trong thân trụ

5.2 Các giải pháp phần móng: a Khái quát về địa chất công trình:

Khu vực đường dây đi qua có địa hình tương đối bằng phẳng Căn cứ vào các công trình đã được thi công trong khu vực, điều kiện địa chất có nền đất chịu tải trọng thuộc loại trung bình và yếu b Lựa chọn dạng kết cấu móng:

Sử dụng móng 02 đà cản BTCT loại 1,2m đặt so le (ký hiệu móng a-a) cho các vị trí trụ đơn đỡ thẳng, đỡ góc nhỏ, trụ dừng giữa tuyến Sử dụng móng 02 đà cản BTCT loại 1,5m đặt so le (ký hiệu móng b-b) cho các vị trí trụ đấu nối, trụ đầu tuyến và trụ dừng cuối tuyến c Giải pháp bảo vệ móng cột:

Phần trụ được chôn dưới đất, các đà cản và móng neo được quét bitum để tăng cường khả năng bảo vệ chân trụ, móng trụ và móng néo

B Các bản vẽ chi tiết của hệ thống lưới điện SWER:

1 Bản vẽ mặt bằng bố trí trụ:

TẢI SƠ ĐỒ VỊ TRÍ MẶT BẰNG

GHI CHÚ: ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22kV HIỆN HỮU ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 1 PHA 12,7kV SWER XDM TRỤ BTLT 12m DỰNG MỚI

TRỤ BTLT 18m XÂY DỰNG MỚI TRỤ BTLT 12m HIỆN HỮU TBA phân phối 1 pha XDM

Hình 7.6 Bản vẽ phân bố trụ của lưới điện SWER

2 Bản vẽ mặt cắt vượt sông:

T o ỏi th ie ồu 1 4 m ĐƯỜNG DÂY 1 PHA 12,7KV SWER ĐƯỜNG QUỐC LỘ Đường đất

Mực nước lúc cao nhất

Hình 7.7 Bản vẽ trụ vượt sông của lưới điện SWER

3 Bản vẽ trụ đấu nối 18m và máy biến áp cách ly 100kVA:

4 Bản vẽ trụ đầu tuyến 18m:

5 Bản vẽ trụ đỡ thẳng và trụ đỡ góc:

6 Bản vẽ trụ dừng giữa tuyến:

7 Bản vẽ trụ dừng cuối tuyến:

8 Bản vẽ chi tiết móng trụ:

8.1 Loại móng 02 đà cản 1,2m (móng a-a) dùng cho trụ 14m đỡ thẳng và trụ 14m dừng giữa tuyến:

- ĐẮP ĐẤT TỪNG LỚP 20 cm ĐẦM KỸ ĐẠT DUNG TRỌNG CỦA ĐẤT TỰ NHIÊN gama > 1,7 T/m3 - TRONG QUÁ TRÌNG ĐẮP ĐẤT KHÔNG ĐỂ HỐ MÓNG NGẬP NƯỚC

- LOẠI MÓNG NÀY DÙNG CHO VÙNG ĐẤT TƯƠNG ĐỐI TỐT

BẢNG KÊ VẬT TƯ VÀ KHỐI LƯỢNG

TÊN VẬT TƯ BULOÂNG M22, L-650 ĐÀ CẢN 1,2m ĐẤT ĐÀO ĐẤT ĐẮP ẹVT BỘ CÁI m3 m3

8.2 Loại móng 2 đà cản 1,5m (móng b-b) dùng cho trụ 14m dừng cuối tuyến:

Buloâng M22 x 650 (2 BỘ) Đà cản 1,5 m Đắp đất đầm chặt từng lớp Cột BTLT 14m Đà cản 1,5 m (1 CÁI) Hướng tuyến

80 x8 0x 5 Bu lo âng M 22 x 65 0 Ro ng đe n Đa i o ác dày 2 0

- Đắp đất từng lớp dày 20cm đầm ky?, đạt dung trọng gama > = 1.7T/m3.

- Đối với cột BTLT, tại chân cột, nền được đắp cao 0.3m so với cốt tự nhiên trong - Công tác đào đất: độ dốc taluy = 1:0.5 áp dụng cho như?ng vùng đất có đ?a chất BULONG M 22, L = 650 ĐẤT ĐÀO ĐẤT ĐẮP ĐÀ CẢN 1,5 m

14 M3 đất cấp II theo quy đ?nh TCVN 4447-1987.

8.3 Loại móng bê tông 1,5x1,5x1 m 3 dùng cho trụ đấu nối 18m, trụ đầu tuyến 18m:

- TRONG QUÁ TRÌNH ĐỔ BÊ TÔNG KHÔNG ĐỂ HỐ MÓNG NGẬP NƯỚC - LOẠI MÓNG NÀY DÙNG CHO VÙNG ĐẤT TƯƠNG ĐỐI TỐT

9 Bản vẽ chi tiết chằng và móng neo:

* GHI CHUÙ : 1 PHẢI GẮN SỨ CHẰNG TRONG TẤT CẢ DÂY CHẰNG PHÂN PHỐI TRUNG ÁP

2 TRONG TRƯỜNG HỢP GẶP DÂY ĐIỆN THOẠI , BẮT SỨ CHẰNG CÁCH DÂY NÀY TỐI THIỂU 800mm.

3 CÔ DÊ, THANH NỐI, BULONG ĐƯỢC GIA CÔNG TỪ THÉP CT3 VÀ ĐƯỢC MẠ KẼM NHÚNG NÓNG 2 L = 15, 17, 19 TƯƠNG ỨNG CÁC CỘT BTLT 10,5M, 12M, 14M.

3 MÁNG CHE DÂY CHẰNG ĐƯỢC SỬ DỤNG Ở ĐƯỜNG PHỐ , GẦN TRƯỜNG HỌC KHU VỰC ĐÔNG DÂN CƯ, GẦN CHỖ RA VÀO THƯỜNG XUYÊN,

STT HẠNG MỤC ĐVT SỐ LƯỢNG

1 Cổ dê D195 (Sắt PL 8x100) mạ kẽm bộ 1

2 Bù lon mạ kẽm VRS 16x100 cái 2

3 Móc treo chữ U (Ma ní) cái 1

7 Cáp thép tráng kẽm 3/8" mét L

8 Cọc neo ị22x3000 mạ kẽm cỏi 1

10 Máng che dây chằng cái 1

12 Long đền vuông lổ 18 50x50x3 cái 4

CỌC NEO ĐẾ NEO BÊ TÔNG 400x1500MÁNG CHE DÂY CHẰNG

10 Bản vẽ vị trí trụ lắp MBA cách ly:

11 Bản vẽ chi tiết hệ thống nối đất:

Khảo sát tính chất của loại đất tại khu vực cần cung cấp điện như sau:

 Đất tại khu vực này có nguồn gốc đất phù sa bồi đắp, với hệ thống sông chằng chịt

 Đo đạc thông số 1 cọc nối đất tiêu chuẩn dài 2,4m thường có giá trị điện trở nối đất khoảng 4Ω

11.1 Bản vẽ chi tiết nối đất tại các TBA phân phối:

Do yêu cầu hệ thống nối đất của TBA phân phối phải có giá trị tối thiểu là 4 Ω nên ta sử dụng hệ thống nối đất có từ 2 hoặc 3 cọc nối đất cho các TBA phân phối Chi tiết như sau:

TIẾP ĐẤT 1 TIA, 3 CỌC ĐẤT HAY NHIỀU HƠN

Dây Cu trần 25 mm 2 Xỏ 2 dây trong 1 kẹp

TIẾP ĐẤT LƯỚI TAM GIÁC 3 CỌC ĐẤT

Keùp eựp Cọc tiếp đất dài 2,40 m

11.2 Bản vẽ chi tiết nối đất tại TBA cách ly:

Do yêu cầu hệ thống nối đất của TBA cách ly phải có giá trị tối thiểu là 1Ω (*) nên ta phải sử dụng hệ thống nối đất chuyên biệt cho các TBA cách ly

TIẾP ĐẤT TBA CÁCH LY CÓ 4 CỌC ĐẤT

(*): Kết quả nghiên cứu điện trở nối đất của lưới điện SWER do GEOFREY BAKKABULINDI trình bày trong “Planning Models for Single Wire Earth Return Power Distribution Networks”, Licentiate Thesis Royal Institute of Technology School of Electrical Engineering Electric Power Systems Stockholm, Sweden 2012

Cọc được đóng xuống đất không đào

>2500 mm Đất đào đầm chặt

PHƯƠNG PHÁP ĐÓNG CỌC TIẾP ĐẤT

C Tổng mức đầu tư cho công trình:

1 Xây dựng chi phí hoán chuyển một MBA 1 pha 100kVA loại có điện áp 12,7/0,23kV sang cấp điện áp 22/12,7kV:

 Đơn giá máy biến áp 1 pha 100kVA điện áp 12,7/0,23kV mới là:

78.818.000 đ (đơn giá áp dụng đến tháng 04/2015)

 Chi phí hoán chuyển MBA 1 pha 100kVA điện áp 12,7/0,23kV thành MBA cách ly dùng cho hệ thống SWER (MBA có cấp điện áp 22/12,7kV) là: 22.356.119 đ

 Tổng giá thành MBA 100kVA dùng cho hệ thống SWER là:

 Chi tiết cách tính toán chi phí phí hoán chuyển MBA 1 pha

100kVA điện áp 12,7/0,23kV thành MBA cách ly dùng cho hệ thống SWER theo phụ lục 3 đính kèm

2 Tính toán tổng mức đầu tư cho công trình bao gồm đường dây trung áp SWER và MBA cách ly 100kVA:

STT NỘI DUNG TỔNG CỘNG

(CÓ VAT) 1 CHI PHÍ XÂY DỰNG 1.255.505.736 2 CHI PHÍ THIẾT BỊ 142.131.142

Bảng 7.5: Tổng mức đầu tư của lưới điện phân phối SWER

Chi tiết dự toán tổng mức đầu tư của công trình theo phụ lục 4 đính kèm

IV So sánh kết quả của hai phương án:

STT NỘI DUNG ĐƯỜNG DÂY SWER (CÓ VAT) ĐƯỜNG DÂY TA THƯỜNG (CÓ VAT) 1 CHI PHÍ XÂY DỰNG 1.255.505.736 2.494.229.956 2 CHI PHÍ THIẾT BỊ 142.131.142 1.943.045 3 CHI PHÍ QLDA 33.759.284 60.293.924 4 CHI PHÍ TƯ VẤN 127.168.975 211.918.681 5 CHI PHÍ KHÁC 9.440.438 14.715.753 6 CHI PHÍ DỰ PHÒNG 71.427.014 126.779.252

Bảng 7.6: So sánh tổng mức đầu tư của của hai phương án

V Xây dựng mối liên hệ giữa chi phí theo chiều dài đường dây:

Lợi ích cơ bản của lưới điện SWER so với lưới điện truyền thống là giảm giá thành đầu tư cũng như giảm chi phí vận hành bảo dưỡng Việc sử dụng 1 dây dẫn điện cho phép kéo dài khoảng vượt giữa hai khoảng trụ tương ứng với việc sử dụng ít trụ điện hơn Đây là yếu tố quyết định góp phần giảm khối lượng vật tư và chi phí nhân công Lưới điện SWER cũng cần ít hơn các loại vật liệu cách điện cũng như là các thiết bị bảo vệ so với lưới điện ba pha truyền thống trên cùng một đơn vị chiều dài

ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG TƯƠNG LAI

Ứng dụng

Qua quá trình mô phỏng khảo sát và so sánh chi phí đầu tư lưới điện SWER với dạng lưới điện thông thường chúng ta có thể kết luận như sau :

 Lưới điện SWER chỉ phát huy được hiệu quả đầu tư khi có chiều dài lớn (đối với MBA cách ly có công suất khoảng 100kVA thì chiều dài hiệu quả để đầu tư phải lơn hơn 0,65km)

 Sử dụng lưới điện SWER giúp giảm các loại vật tư thiết bị trên lưới nên giảm xác suất sự cố do hư hỏng vật tư cũng như giảm chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí vận hành.

Ý tưởng cho tương lai

Xây dựng được một hệ thống iSWER (intelligent single wire earth return) và phát triển các hệ thống điện tử công suất nhằm nâng cao tính tự động hóa cho một hệ thống SWER

1 Nasser Hosseinzadeh and Sergei Mastakov , “Load Modelling for Medium Voltage SWER Distribution Networks”, 1.Swinburne University of Technology, Hawthorn, Vic 3122, Australia, 2.Central Queensland University, Australia, 2008;

2 Deb Chattopadhyay Adjunct Professor, “Electrification of Remote Villages in Assam (India) Issues and Case Studies”, Information Technology and Electrical Engineering University of Queensland, Brisbane, Australia;

3 Andreas Helwig, Tony Ahfock, “Extending SWER Line Capacity”

School of Mechanical and Electrical Engineering USQ Faculty of Health, Engineering and Sciences Toowoomba, Queensland, Australia, October, 3, 2013;

4 Geofrey Bakkabulindi, Mohammad R.Hesamzade, Mikael Amelin, Izael P Da Silva, “Models for Conductor Size Selection in Single Wire Earth Return Distribution Networks” ;

5 G Bakkabulindi, M R Hesamzadeh, M Amelin, and I P Da Silva,

"Planning Algorithm for Single Wire Earth Return power distribution systems", Proceedings of the IEEE Power and Energy Society General Meeting, California, USA, July 22-26, 2012;

6 G Bakkabulindi, I P Da Silva, L Sửder, and M Amelin, "Rural Electriﬁcation Practicalities of Using Single Wire Earth Return as a Low Cost Method for Grid Extension: The Case of Ntenjeru, Uganda", Proceedings of the International Conference on Energy and Sustainability, Delaware, USA, August 9–12, 2009;

7 G Bakkabulindi, M R Hesamzadeh, M Amelin, I P Da Silva, and E Lugujjo, "A Heuristic Model for Planning of Single Wire Earth Return Power Distribution Systems", Proceedings of the IASTED Power and Energy Systems and Applications International Conference, Pittsburgh, USA, November 7–9, 2011;

8 G Bakkabulindi, M R Hesamzadeh, M Amelin, and I P Da Silva,

"Optimization Models for Planning Rural Single Wire Earth Return Distribution Networks" Submitted to the journal of IEEE Transactions on Power Delivery, September 2012;

9 G Bakkabulindi, A Sendegeya, I P Da Silva, and E Lugujjo,

"Technical, Economic and Sustainability Considerations of a Solar PV Mini- Grid as a Tool for Rural Electriﬁcation in Uganda", Proceedings of the 5th European PV Hybrid and Mini-Grid Conference, Tarragona, Spain, April 29–

10 Geofrey Bakkabulindi, “Planning Models for Single Wire Earth Return Power Distribution Networks”, Licentiate Thesis, Royal Institute of Technology, School of Electrical Engineering, Electric Power Systems,

Stockholm, Sweden 2012 KTH School of Electrical Engineering SE-100 44

11 Rebecca Nobbs, “Development of advanced SWER models for the Ergon Energy network”, Electrical & Electronic Engineering University of

12 C.W.Holland,“SWER, How does it work?”, http://www.ruralpower.org/swer_003_what_is.htm, viewed Sept 2008, or

“Single-Wire Earth Return”, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Single_wire_earth_return

PHẦN 1: MÔ HÌNH VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA SWER 1 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1 1 Đặt vấn đề: 1 2 Khái niệm về hệ thống SWER: 1

3 Sự cần thiết của bài toán tính toán chế độ xác lập đối với việc quy hoạch, thiết kế và vận hành một hệ thống SWER: 3 4 Các hạn chế trước đây: 4 5 Mục tiêu của đề tài: 5 6 Phạm vi nghiên cứu: 5

7 Nội dung nghiên cứu: 6 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN 1 DÂY DÙNG DẤT DẪN DÒNG TRUNG HÒA-SWER 7 1 Lịch sử hình thành của hệ thống SWER: 7 2 Các ưu điểm của hệ thống SWER: 8

3 Giới thiệu một số hệ thống SWER tiêu biểu trên Thế Giới: 10 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CÁC THÀNH PHẦN TRONG MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY SWER 12 1 Máy biến áp cách ly: 12 2 Dây dẫn trong hệ thống SWER: 13 3 Hệ thống sứ đỡ và sứ dừng dây trong hệ thống SWER: 14 4 Máy biến áp phân phối cho phụ tải trong hệ thống SWER: 15 5 Bộ điều chỉnh điện áp: 17 6 Thiết bị bảo vệ: 19 6.1 Máy cắt tự đóng lại (Reclosers): 20 6.2 Bảo vệ chống sóng điện áp lan truyền trên đường dây: 21 7 Thiết bị nối đất trong hệ thống SWER: 22 8 Hiện tượng tăng áp và hiệu ứng Ferranti: 25 9 Dao động dọc đường dây do gió: 26 CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐƯỜNG DÂY SWER 28 1 Mô hình trở kháng đường dây: 29 2 Mô hình đường dây J.R.Carson: 29 3 Dung dẫn trên dọc đường dây: 31

4 Giải thuật phân bố công suất: 32 CHƯƠNG V: LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ XÁC LẬP CỦA MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY SWER BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 35 I Phân tích bài toán SWER: 35 1 Khảo sát nhu cầu cấp điện cho một khu vực thực tế: 35 2 Giải thuật tính toán cho sơ đồ lưới điện hình tia (SWER): 38

II Các thuật toán lập trình trong Matlab và kết quả tính toán cho bài toán phân bố công suất của hệ thống điện SWER: 42 1 Giới thiệu sơ lược về Matlab Simulink: 42

2 Thực hiện lập trình tính toán các giá trị đầu vào cho hệ thống SWER: 42 PHẦN 2: XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 47 VÀ THIẾT KẾ TIÊU BIỂU 47 CHƯƠNG VI: TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN SWER 47 I Phạm vi ứng dụng của SWER: 47 1 Giới thiệu một số quy định về hiệu quả đầu tư trong cung cấp điện của ngành điện tại Việt Nam: 47

2 Đánh giá tình hình cung cấp điện cho các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam: 47

3 Đánh giá khả năng ứng dụng SWER trong cung cấp điện cho các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam: 48 II Tiêu chuẩn thiết kế lưới điện SWER các khu vực nông thôn tại miền nam Việt Nam: 48 1 Giới thiệu các tiêu chuẩn thiết kế lưới điện phân phối đang ứng dụng: 48 2 Đánh giá khả năng ứng dụng các tiêu chuẩn thiết kế hiện hữu cho lưới điện SWER: 49 3 Chi tiết thiết kế của các phần tử lưới điện SWER: 50 CHƯƠNG VII: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT KẾ TIÊU BIỂU HỆ THỐNG ĐIỆN SWER 61 I Khảo sát nhu cầu cung cấp điện cho một khu vực nông thôn có phụ tải 100kVA: 61 1 Sơ đồ vị trí mặt bằng: 61 2 Mục đích đầu tư: 62 3 Hiện trạng lưới điện của khu vực: 62 II Phương án 1 – Xây dựng thiết kế và dự toán công trình cấp điện cho khu vực nêu trên theo thiết kế đường dây trung áp 1 pha 12,7kV 2 dây truyền thống: 63 A Tổng quan về công trình: 63 1 Điều kiện khí hậu tính toán: 63 2 Lựa chọn dây dẫn điện và dây trung hòa: 64 3 Lựa chọn cách điện và phụ kiện: 67 4 Các biện pháp bảo vệ: 69 4.1 Các thiết bị đóng cắt đầu tuyến: 69 4.2 Tiếp đất đường dây: 69 5 Các giải pháp thiết kế cột và móng: 69 5.1 Các giải pháp kết cấu cột: 69 5.2 Các giải pháp phần móng: 70 B Các bản vẽ chi tiết của hệ thống lưới điện: 71 1 Bản vẽ mặt bằng bố trí trụ: 71 2 Bản vẽ trụ vượt sông: 72 3 Bản vẽ chi tiết trụ 18m: 73 4 Bản vẽ chi tiết trụ 14m: 74 5 Bản vẽ chi tiết móng trụ: 75

5.1 Loại móng đà cản 1,2m và 1,5m (móng b-a) dùng cho trụ 14m đỡ thẳng, trụ 14m đỡ góc và trụ 14m dừng giữa tuyến: 75 5.2 Loại móng 2 đà cản 1,5m (móng b-b) dùng cho trụ 14m dừng cuối tuyến: 76 5.3 Loại móng bê tông 1,5x1,5x1 m3 dùng cho trụ đấu nối 18m, trụ đầu tuyến 18m: 77 6 Bản vẽ chi tiết chằng và móng neo: 78 7 Bản vẽ trụ đấu nối 18m: 79 8 Bản vẽ trụ đầu tuyến: 80 9 Bản vẽ trụ đỡ thẳng: 81 10 Bản vẽ trụ đỡ góc: 82 11 Bản vẽ trụ dừng giữa tuyến: 83 12 Bản vẽ trụ dừng cuối tuyến: 83 13 Bản vẽ chi tiết trụ lắp đặt MBA phân phối: 84 14 Bản vẽ chi tiết hệ thống tiếp đất: 85 14.1 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất luồng trong thân trụ: 85 14.2 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất ngoài trụ: 86 14.3 Bản vẽ bộ tiếp đất lặp lại có dây tiếp đất đặt trong bê tông trụ: 87 14.4 Bản vẽ chi tiết phương pháp đóng cọc tiếp đất: 88 14.5 Bản vẽ chi tiết phương pháp đóng cọc tiếp đất: 89 C Tổng mức đầu tư cho công trình: 89

III Phương án 2 – Xây dựng thiết kế và dự toán công trình cấp điện cho khu vực nêu trên theo thiết kế đường dây trung áp 12,7kV 1 pha 1 dây (SWER): 90 A Tổng quan về công trình: 90 1 Điều kiện khí hậu tính toán: không thay đổi so với phương án 1 (Chi tiết xem tại mục II.A.1 - Chương 7) 90

2 Lựa chọn dây dẫn điện: tính tương như phương án 1, chọn cùng loại cáp nhôm trần lõi thép ACSR 35 để dễ so sánh (đặc tính cáp đã nêu trong tại mục II.A.2 – Bảng 7.2 – Chương 7) 90

3 Lựa chọn cách điện và phụ kiện: do đặc tính lưới điện SWER có cùng cấp điện áp với dạng lưới điện đang vận hành nên tiêu chuẩn vật tư và cấp cách điện giống như các loại vật tư đã nêu tại mục II.A.3 - Chương 7 90 4 Các biện pháp bảo vệ: 90 5 Các giải pháp thiết kế cột và móng: 91 5.1 Các giải pháp kết cấu cột: 91 5.2 Các giải pháp phần móng: 91 B Các bản vẽ chi tiết của hệ thống lưới điện SWER: 92 1 Bản vẽ mặt bằng bố trí trụ: 92 2 Bản vẽ mặt cắt vượt sông: 92 3 Bản vẽ trụ đấu nối 18m và máy biến áp cách ly 100kVA: 93 4 Bản vẽ trụ đầu tuyến 18m: 94 5 Bản vẽ trụ đỡ thẳng và trụ đỡ góc: 95 6 Bản vẽ trụ dừng giữa tuyến: 96 7 Bản vẽ trụ dừng cuối tuyến: 97 8 Bản vẽ chi tiết móng trụ: 98