thiết kế trạm biến áp phân phối điện hạ áp công suất 160 kva – 22.0,4 kv

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI ĐIỆN HẠ ÁP CÔNG SUẤT 160 KVA – 22/0,4 kV 1. Phần mở đầu: Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một 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. Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành những công việc sau: 1. Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây của trạm. 2. Chọn các thiết bị điện cao áp. 3. Chọn các thiết bị điện hạ áp. 4. Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị đã chọn. 5. Tính toán nối đất. Các số liệu ban đầu: 1. Trạm biến áp có công suất 160 kVA. 2. Điện áp:22/0,4 kV. 3. Điện trở suất của đất =0,4.104 Ω.cm 4. Công suất cắt ngắn mạch S¬N = 250 MVA. Kết cấu trạm : Do điều kiện phố phường chật hẹp và dân cư đông. Nên ta không thể thiết kế trạm bệt được do vậy ta phải thiết kế trạm treo. Các thông số của trạm treo : - Diện tích mặt bằng là : 3m x 5m =15 m2. - 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 2. Chọn máy biến áp:

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI ĐIỆN HẠ ÁP

CÔNG SUẤT 160 KVA – 22/0,4 kV

1 Phần mở đầu:

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

hệ thống cung cấp điện

Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành những công việc sau:

1 Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây của trạm

2 Chọn các thiết bị điện cao áp

3 Chọn các thiết bị điện hạ áp

4 Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị đã chọn

5 Tính toán nối đất

Các số liệu ban đầu:

1 Trạm biến áp có công suất 160 kVA

2 Điện áp:22/0,4 kV

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

4 Công suất cắt ngắn mạch SN = 250 MVA

Kết cấu trạm :

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

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

Các thông số của trạm treo :

- Diện tích mặt bằng là : 3m x 5m =15 m2

- 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

2 Chọn máy biến áp:

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

160 kVA – 10/0,4 kV do ABB chế tạo có các thông số sau:

Công

suất

(kVA)

Điệnáp(kV)

Trọnglượng(kG)

160 10/0,4 500 2950 4,5 1260-770-1420 820

3 Chọn thiết bị điện áp cao:

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

Udmtb ≥ Udmmạng = 10 kVDòng điện làm việc cực đại của MBA:

Idmtb ≥ Ilvmax =

dm

9,23A3.U  3.10 

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 cao điểm cho MBA làm việc quá tải 30%:

Icb = Iqt MBA = 1,3.Iđm MBA = 1,3.9,23=11,99(kA)

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

Theo phần trước ta có dòng cưỡng bức: Icb = 11,99 A.

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

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

Kiểu Udm

(kV)

F(kg)

Điều kiện : U dmcsv U dm m.

Dùng loại chống sét van do Nga 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 Udm (kV) Điện áp cho

phép lớn nhất

Umax (kV)

Điện áp đánhthủng khi tần

số 50Hz(kV)

Điện ápđánh thủngxung kíchkhi thờigian phóngđiện 2-10s(kV)

Khốilượng(kg)

3.4 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.Ta chọn thanh đồng tròn có sơn màu 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)

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

4.1Chọn cáp từ máy biến áp 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 tiết diện là cáp PVC loại 4G70 (Tra bảng PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện) 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 AN

4.3Thanh cái hạ áp:

Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: k1.k2.Icp ≥ Icb

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

Dòng điện tính toán phía hạ áp: IttH = 230,9 A

Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn Aptomát do Ngachế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (V) Idm (A) INmax (kA) Số cực

4.5 Chọn Áptomát nhánh:

Dòngthứ cấp(A)

Sốvòngdây sơcấp

Dunglượng(VA)

Cấpchínhxác

Đườngkính(mm)

Trọnglượng(kg)

số 50Hz(kV)

Điện ápđánh thủngxung kíchkhi thờigian phóngđiện 2-10s(kV)

Khốilượng(kg)

PBH-0,5Y1

4.8Chọn thiết bị đo đếm điện năng:

Tra theo phụ lục sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn được các thiết bị đo đếm điện năng có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau:

5 Tính ngắn mạch:

- Giả thiết ngắn mạch Xảy 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

Các bước tiến hành tính ngắn mạch:

Tính ngắn mạch tại hai điểm theo sơ đồ sau:

XHT =

dm N

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

Sơ đồ thay thế:

Tổng trở của Máy Biến Áp:

Kiểm tra các khí cụ điện:

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

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

Kiểm tra khí cụ điện hạ áp:

Thanh cái hạ áp:

- Kiểm tra ổn định lực điện động:

Khi có ngắn mạch xảy ra , dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái làm chothanh 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:

tt cp

  

Ta có ứng suất tcho phép của thanh góp cp = 1400 kg/cm2

Ứng suất tính toán được tính theo biểu thức sau :

tt

MW

 

Trong đó :

M-momen uốn tính toán(kG/cm)

W-momen chống uốn của thanh góp đặt thẳng đứng (cm3)

a = 14 cm : Khoảng cách giữa các pha

Ixk = 11,91 kA: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N2

Với b=3 mm; h= 25 mm

Thay vào ta có:

Do đó thanh cái đảm bảo ổn định lực điện động.

- Kiểm tra ổn định nhiệt:

Kiểm tra ổn định nhiệt dựa vào điều kiện sau:

Hs-chiều cao của sứ, Hs=65mm

h- chiều cao của thanh góp, h=25mm

b- bề dày miếng kẹp phía dưới thanh góp, b nhỏ có thể bỏ qua

Ftt- lực điện động tác động lên thanh góp khi ngắn mạch 3 pha

Trong đó:

 -Hệ số nhiệt độ, với cáp đồng =6

t-Thời gian cắt ngắn mạch, lấy thời gian tồn tại ngắn mạch t=0,5s

Tiết diện tính toán nhỏ nhất đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt bằng:

2 min 6.4,68 0,5 19,86

Kiểm tra áptômát tổng:

Dòng điện cắt ngắn mạch định mức của áptômát tổng đã chọn bằng:

15

cdm

Dòng điện ngắn mạch tại N2 bằng:IN2=4,68kA

Như vậy I cdm I N2 nên áptômát đã chọn đạt yêu cầu kỹ thuật

Kiểm tra máy biến dòng điện:

Phụ tải thứ cấp của BI gồm có:

1- Ampe mét: 0,1 VA

2- Công tơ hữu công: 2,5 VA

3- Công tơ vô công: 2,5 VA

Tổng phụ tải: 5,1 VA

Tiết diện dây dẫn từ BI tới các đồng hồ đo được chọn theo điều kiện :

6 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 suất của đất của đất  =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

- Cọc sử dụng loại cọc sắt góc L60x60x6

- Thanh ta dùng sắt dẹt 40x4

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.

 d =  dtmùaTra bảng phụ lục ta có kmùa khô = 0,4

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

HT

R RR

R  n.R 



 Trong đó:

Rc : Điện trở của cọc

Rt : Điện trở của thanh

n : Số cọc

t; c: Hệ số sử dụng của thanh và cọc

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

2 c

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

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

2 t

c t HT