THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI SỬ DỤNG TRẠM TREO CÓ CÔNG SUẤT 250KVA 10/0,4 kV

Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố hay một khu công nghiệp thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.Trạm biến áp thường có các dạng kết cấu phổ biến sau: Trạm treo, trạm bệt, trạm kín, trạm chọn bộ.Trong đồ án thiết kế ta chọn TBA có kết cấu dạng trạm treo. TBA treo là kiểu trạm mà toàn bộ các thiết bị cao áp, hạ áp và MBA được đặt trên cột. Riêng tủ hạ áp có thể đặt trên cột, cạnh MBA, cũng có thể đặt trong buồng phân phối xây dưới đất tùy theo điều kiện bảo vệ an toàn, điều kiện đất đai và yêu cầu của khách hàng. TBA treo có ưu điểm là gọn nhẹ, giá thành thấp và tiết kiệm đất, nó thường được dùng cho các trạm công cộng đô thị, TBA của cơ quan…Tuy nhiên loại trạm này cũng có nhược điểm là về lâu dài trạm treo sẽ làm mất mỹ quan đô thị. Hiện nay để đảm bảo an toàn chỉ cho phép dùng trạm treo cỡ MBA 250 kVA – 350,4 kV và 400 kVA – 10(6)0,4 kV.

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI

1

2 3

4

5

6 7

8

1- Máy bi?n áp 2- C?u chì t? roi 3- Ch?ng sét van 4- S?

5- T? phân ph?i h? áp 6- Thang d?ng 7- Dây d?n 8- Thang s?t

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ TRẠM 3

1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 3

2 CHỌN SƠ ĐỒ TRẠM 4

Chương 2 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP 5

1 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP 5

1.1 Chọn cầu chì tự rơi 5

1.2 Chọn sứ cao áp 5

1.3 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp 6

1.4 Chọn chống sét van 6

2 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP 7

2.1 Chọn cáp từ MBA sang tủ phân phối 7

2.2 Chọn tủ phân phối 8

2.3 Chọn thanh cái hạ áp 8

2.4 Chọn Aptomat tổng 8

2.5 Chọn Aptomat nhánh 9

2.6 Chọn các thiết bị đo đếm điện năng 10

2.7 Chọn máy biến dòng điện 10

2.8 Chọn sứ hạ áp 11

Chương 3 TÍNH NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ 12

1 TÍNH NGẮN MẠCH 12

-1.1 Ngắn mạch phía cao áp (điểm N1) 12

-1.2 Ngắn mạch phía hạ áp (điểm N2) 13

2 KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ 14

2.1 Kiểm tra cầu chì tự rơi 14

2.2 Kiểm tra thanh dẫn xuống máy biến áp 14

2.3 Kiểm tra cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối 16

2.4 Kiểm tra thanh dẫn hạ áp 16

2.5 Kiểm tra sứ hạ áp 17

2.6 Kiểm Aptomat tổng 18

Chương 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 20

1 PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT 20

2 TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CỌC 21

3 ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT TOÀN TRẠM 22

-CHƯƠNG 1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ TRẠM

Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quantâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố hay mộtkhu công nghiệp thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan trọng trong hệthống cung cấp điện

Trạm biến áp thường có các dạng kết cấu phổ biến sau: Trạm treo, trạm bệt,trạm kín, trạm chọn bộ

Trong đồ án thiết kế ta chọn TBA có kết cấu dạng trạm treo TBA treo là kiểutrạm mà toàn bộ các thiết bị cao áp, hạ áp và MBA được đặt trên cột Riêng tủ hạ

áp có thể đặt trên cột, cạnh MBA, cũng có thể đặt trong buồng phân phối xâydưới đất tùy theo điều kiện bảo vệ an toàn, điều kiện đất đai và yêu cầu của kháchhàng TBA treo có ưu điểm là gọn nhẹ, giá thành thấp và tiết kiệm đất, nó thườngđược dùng cho các trạm công cộng đô thị, TBA của cơ quan…Tuy nhiên loạitrạm này cũng có nhược điểm là về lâu dài trạm treo sẽ làm mất mỹ quan đô thị.Hiện nay để đảm bảo an toàn chỉ cho phép dùng trạm treo cỡ MBA 250 kVA –35/0,4 kV và 400 kVA – 10(6)/0,4 kV

Các số liệu ban đầu:

- Trạm biến áp có công suất 250 kVA, 10/0,4 kV

- Điện trở suất của đất  = 0,4.104Ω.cm

- Công suất cắt ngắn mạch SN= 250 MVA

1 CHỌN MÁY BIẾN ÁP

Chọn máy biến áp chế tạo tại Việt Nam Ta chọn máy biến áp có hệ thống làmmát tự nhiên bằng dầu loại 250 kVA – 10/0,4 kV do Công ty thiết bị điện ĐôngAnh chế tạo Tra bảng 1.5 trang 27 Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông số của MBA cho trong bảng 1 sau:

Kích thước:

Dài-rộng-cao (mm)

Trọng lượng (kg) Dầu (lít) Toàn bộ (kg)

Chương 2 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP

1 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP

Điện áp định mức của mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV

Dòng cưỡng bức đi qua cầu chì chính là dòng quá tải của MBA, những giờ caođiểm cho MBA làm việc quá tải 25%:

Icb= Iqt MBA= 1,25.Iđm MBA= 1,25

Điện áp định mức của mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV

Theo phần trước ta có dòng cưỡng bức: Icb= 18,04 A

Vậy ta chọn Sứ đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo Tra phụ lục 2.28 Hệ thốngcung cấp điện của Nguyễn Công Hiền ta có thông số của sứ cho trong bảng 2:

Bảng 2

(kV)

F(kg)

1.3 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp

Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: K1.K2.Icp≥ Icb

Trong đó:

K1= 1 vì thanh góp đặt đứng

K2: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, K2= 1

Theo phần trước ta có dòng cưỡng bức: Icb= 18,04 A

Vậy chọn thanh đồng tròn có sơn để phân biệt pha Tra bảng 7.3 trang 364 Sổtay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta cóthông số của thanh dẫn cho trong bảng 3:

Bảng 3Đường

kính

mm

Tiếtdiện

mm2

Trọnglượngkg/m

Vật liệu Dòng cho

phépA

E-Cu-F37

179

1.4 Chọn chống sét van

Điều kiện chọn chống sét van: Uđm.csv≥ Uđm.m

Điện áp định mức của mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV

Vậy ta chọn chống sét van do Liên Xô chế tạo Tra bảng 4 trang 382 Sổ tay lựachọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông

số của chống sét van cho trong bảng 4:

Bảng 4Loại Uđm

(kV)

Ucp max

(kV)

Điện áp đánhthủng khi tần số

50 Hz (kV)

Điện áp đánh thủngxung kích khi thờigian phóng điện 2-10s

(kV)

Khốilượng(kg)

2 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP

2.1 Chọn cáp từ MBA sang tủ phân phối

Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép:

k1.k2.Icp ≥ IttH

Trong đó:

k1= 1 Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

k2= 1 Hệ số hiệu chỉnh có kể đến số lượng cáp đi chung một rãnh

Dựa vào điều kiện đó ta chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC (3x 150 + 1x 150)

mm2 do LENS chế tạo Tra bảng 4.24 trang 249 Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết

bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông số của cáp cho trongbảng 5:

Bảng 5

(mm2)

Đường kính(mm)

Trọnglượng(kg/km)

Vỏ

Trongnhà

NgoàitrờiMi

n

Max4G15

0

14

44,5

52,5

thanh dẫn

Tiết diện thanh dẫn

(mm2)

Trọng lượng(kg/m)

Dòng điện định mức (A): Iđm.A≥ IttH

Ta có:

Điện áp định mức của mạng điện: Uđm.m= 400 V

Dòng điện tính toán phía hạ áp: IttH= 360,84 A

Chọn Aptomat do Merlin Gerin chế tạo Tra bảng 3.4 trang 148 Sổ tay lựa chọn

và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông sốcủa Aptomat tổng cho trong bảng 7:

Bảng 7Loại Uđm

X(mΩ)NS

Điện áp định mức của mạng điện: Uđm.m= 400 V

Giả sử có 3 lộ cần cấp điện do đó dòng điện tính toán trong mỗi mạch là:

Itt= 360,84 120, 28A

3 =

Chọn Aptomat do Merlin Gerin chế tạo Tra bảng 3.4 trang 148 Sổ tay lựa chọn

và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông sốcủa Aptomat nhánh cho trong bảng 8:

Bảng 8Loại Uđm

(V)

Iđm(A)

I-Nmax(kA)

R(mΩ)

X(mΩ)NS

225E

2.6 Chọn các thiết bị đo đếm điện năng

Tra phụ lục trang 148 Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn các thiết bị

đo đếm điện năng có các thông số cho trong bảng 9:

Bảng 9:

Tên đồng hồ Ký hiệu Loại Cấp chính xác Công suất tiêu thụ

2.7 Chọn máy biến dòng điện

Điều kiện chọn máy biến dòng điện:

Ampemet 0,1 VA

Công tơ hữu công 2,5 VA

Công tơ vô công 2,5 VA

Vậy tổng phụ tải của BI là 5,1 VA

Các đồng hồ đo có độ chính xác 0,5

Chọn máy biến dòng hạ áp do Công ty Đo điện Hà Nội chế tạo, số lượng ba BIđặt trên ba pha, đấu hình sao Tra bảng 6 trang 383 Sổ tay lựa chọn và tra cứuthiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV của Ngô Hồng Quang ta có thông số của BI chotrong bảng 10:

Số vòngdây sơcấp

Dunglượng(VA)

Cấpchínhxác

Đườngkính(mm)

Trọnglượng(kg)

Điện áp định mức của mạng điện: Uđm.m= 400 V

Dòng điện tính toán phía hạ áp: IttH= 360,84 A

Chọn sứ hạ áp do Liên Xô chế tạo Tra phụ lục 2.27 Hệ thống cung cấp điện củaNguyễn Công Hiền ta có các thông số của sứ hạ áp cho trong bảng 11:

Bảng 11Loại Uđm(kV) Upđ.đ khô(kV) Fphá hoại(kg) Khối lượng (kg)

Chương 3 TÍNH NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ

Để đảm bảo các thiết bị điện đã chọn là hợp lý cần kiểm tra theo các điều kiệnnhư: Khả năng ổn định động, ổn định nhiệt, khả năng cắt dòng ngắn mạch…Do

Vì không biết cấu trúc của hệ thống nên tính gần đúng điện kháng hệ thống quacông suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn:

XH=

2

t b N

ZC = RC= 0,124.10-3= 0,000124 (mΩ)

Tổng trở của Aptomat tổng:

ZAT= RAT+j XAT= (R1+ R2) + j XAT= (0,4+0,1)+j0,1 = 0,5+j0,1 (mΩ)Vậy ta có:

Ta thấy tại N2 có IN = 8,56 kA trong khi đó các Aptomat nhánh có dòng cắt

INmax = 10 kA, do đó các Aptomat nhánh đã chọn thỏa mãn nên không cần kiểmtra và không cần tính ngắn mạch tại điểm N3

2 KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ

2.1 Kiểm tra cầu chì tự rơi

Điều kiện kiểm tra cầu chì tự rơi:

Dòng cắt định mức: Iđm cắt ≥ I”

Theo như tính toán ở trên ta có :

I”= 8,56 kA

2.2 Kiểm tra thanh dẫn xuống máy biến áp

Điều kiện kiểm tra thanh dẫn:

Khả năng ổn định động: δcp≥ δtt

Khả năng ổn định nhiệt: F ≥ α.I∞ t qd

Trong đó:

δcp: Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn;

Với thanh dẫn Nhôm δcp= 700 kG/cm2

Với thanh dẫn Đồng δcp= 1400 kG/cm2

δtt: Ứng suất tính toán xuất hiện trong thanh dẫn do tác dụng của lực điện động

dòng ngắn mạch δtt= M

W (kG/cm2)α: Hệ số ổn định nhiệt, với thanh đồng α = 6

tqđ: Thời gian quá độ, lấy bằng thời gian cắt ngắn mạch tqđ= 0,7 s

M : Mô men uốn tính toán M = F l tt

1 0 (kG.cm)

Ftt: Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch Ftt= 1,76.10-2 l

a i2xk (kG)

l : Khoảng cách giữa các sứ trong 1 pha (cm), l = 120 cm

a : Khoảng cách giữa các pha (cm), a = 75 cm

W : Mô men chống uốn của loại thanh dẫn (kG.cm), Ở đây chọn thanh dẫn

Vì thanh dẫn làm bằng đồng nên δcp ≥ δtt Thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điềukiện ổn định động.

F ≥ 6.1,83 0,7= 9,19 (mm2) Thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn địnhnhiệt

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn

2.3 Kiểm tra cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối

Điều kiện kiểm tra cáp theo khả năng ổn định nhiệt: F ≥ α.I∞ t qd

Trong đó:

α: Hệ số ổn định nhiệt, với thanh đồng α = 6

tqđ: Thời gian quá độ, lấy bằng thời gian cắt ngắn mạch tqđ= 0,5 s

Ta có: α = 6, tqđ= tc= 0,5 s, I∞= 8,56 kA

Do đó: F = 150 ≥ α.I∞ t qd = 6.8,56 0,5= 36,32 mm2

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

2.4 Kiểm tra thanh dẫn hạ áp

Điều kiện kiểm tra thanh dẫn:

Khả năng ổn định động: δcp≥ δtt

Khả năng ổn định nhiệt: F ≥ α.I∞ t qd

Trong đó:

δcp: Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn;

Với thanh dẫn Nhôm δcp= 700 kG/cm2

Với thanh dẫn Đồng δcp= 1400 kG/cm2

δtt: Ứng suất tính toán xuất hiện trong thanh dẫn do tác dụng của lực điện độngdòng ngắn mạch δtt= M

W (kG/cm2)

M : Mô men uốn tính toán M = F l tt

1 0 (kG.cm)

Ftt: Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch Ftt= 1,76.10-2 l

a i2xk (kG)

l : Khoảng cách giữa các sứ trong 1 pha (cm), l = 60 cm

a : Khoảng cách giữa các pha (cm), a = 14 cm

W : Mô men chống uốn của loại thanh dẫn (kG.cm), Ở đây chọn thanh dẫn

k : hệ số hiệu chỉnh

Ftt: Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch Ftt= 1,76.10-2 l

a i2xk (kG)

l : Khoảng cách giữa các sứ trong 1 pha (cm), l = 60 cm

a : Khoảng cách giữa các pha (cm), a = 14 cm

Ta có:

F tt

H' b

INmax= 15 kA

IN= 8,56 kA

Vậy INmax≥ INnên Aptomat tổng đã chọn thỏa mãn

Chương 4 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

Nếu trong trường hợp Rtt≤ 4 Ω thì phương án nối đất đạt yêu cầu nếu Rtt> 4 Ω,

ta phải xử lý bằng cách đóng cọc cho đến khi điện trở nối đất đạt yêu cầu

1 - Coc

2 - Thanh

l = 2,5 m

Dự kiến phương án nối đất:

- Ta sử dụng mạch vòng gồm 6 cọc được nối với nhau Cọc sử dụng thép gócL50x50x5 dài 250cm

- Thanh dùng thép dẹt 40x4 mm chôn ở độ sâu 80 cm

Khi đó điện trở nối đất của cả hệ thống nối đất được tính theo công thức sau:

c t HT

c t t c

R RR

Ta chôn các cọc và thanh theo kích thước 5x6 m

2 TÍNH ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA CỌC

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

ttc c

2 ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA THANH

L

h

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

2 ttt

Khi tính điện trở nối đất của thanh xét đến hệ số mùa ρttt=ρ.kmùa, với kmùa=3

L : Chiều dài của thanh (L = (5+6).2 = 22m = 2200 cm)

Ta có tỷ số a/l = (2,5÷3)/2,5 = 1÷1,2 với số cọc n = Tra phụ lục 6.6 Hệ thốngcung cấp điện của Nguyễn Công Hiền ta có hệ số sử dụng của cọc và thanh lầnlượt là: t = 0,39, c = 0,63

Do đó điện trở nối đất của toàn trạm bằng:

c t HT