Thiết kế mạng điện và trạm biến áp tiêu thụ cho khu vực dân cư theo số liệu phụ tải cho trước

Hệ thống điện ngày càng phức tạp và việc thiết kế cung cấp có nhiệm về đề ra những phương án cung cấp điện hợp lý và tối ưu.. Một phương án cung cấp điện tối ưu sẽ giảm được chi phí đầu

Thiết kế mạng điện và trạm biến áp tiêu thụ cho khu vực dân cư theo số liệu phụ tải cho trước

CHƯƠNG I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

I Lời nói đầu:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật, điện năng là một nguồn năng lượng không thể thiếu Công nghiệp sản xuất tiêu thụ điện năng ảnh hưởng đến tất cả các lĩnh vực trong nền kinh tế quốc dân Công nghiệp điện là nền tảng và là động lực để kinh tế xã hội nâng cao đời sống nhân dân

Với nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, đòi hỏi ngành công nghiệp năng lượng điện phải đáp ứng kịp thời theo sự phát triển đó Hệ thống điện ngày càng phức tạp và việc thiết kế cung cấp có nhiệm về đề ra những

phương án cung cấp điện hợp lý và tối ưu Một phương án cung cấp điện tối

ưu sẽ giảm được chi phí đầu tư xây dựng hệ thống điện và chi phí vận hành tổn thất điện năng đồng thời là hệ thống vận hành đơn giản, thuận tiện trong quá trình sửa chữa

Đối với sinh viên ngành điện việc làm những đồ án thiết kế và cung cấp điện là những bước thực tập rất cần thiết, nó giúp sinh viên từng bước tiếp cận với thực tế công việc sau này

Do đây là lần đầu làm đồ án lớn nên không tránh khỏi những hạn chế thiếu xót về tài liệu tham khảo, tra cứu và quá trình tính toán (sử dụng bảng tính excel, cách làm tròn số của mỗi phép tính …) cũng như kinh nghiệm thực tế, vì vậy em rất mong thầy giáo và các bạn đóng góp ý kiến để rút kinh nghiệm và hoàn thiện hơn về kiến thức của môn học

CHƯƠNG II TỔNG HỢP PHỤ TẢI VÀ XÂY DỰNG CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC

CHO MÁY BIẾN ÁP

cos

i i dt

i i dt

8 , 0 9 , 0 cos

1

K S

K

P

i i dt

II Chọn điểm đặt trạm biến áp và xây dựng công suất máy biến áp

1 Vị trí đặt trạm biến áp:

Vị trí đặt trạm biến áp phải thỏa mãn các điều kiện:

• Đặt tải trung tâm phụ tải

• Thuận lợi đối với nguồn cung cấp

• An toàn, liên tục

• Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

• Tiết kiệm vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ nhất

• Nếu bán kính cung cấp điện > 0,8 Km, ta chọn 2 trạm biến áp Vị trí

trạm biến áp được xác định theo công thức:

1

10 1

i i

i

i i

i i

i i i

S

X S P

X P

1

10 1

i i

i i i

i i

i i i

S

Y S P

Y P Y

Theo bảng thông số các điểm phụ tải:

80 35 25 30 40 20 10 25 60 50 (

) 1 , 0 80 5 , 0 35 2 25 8 , 1 30 7 , 1 40 4 , 1 20 5 , 0 10 4 , 0 25 2 , 0 60 8

+ + + + + + + +

+ +

+ +

+ +

+ +

+

=

X

89 , 0 )

80 35 25 30 40 20 10 25 60 50 (

) 1 , 0 80 7 , 1 35 5 , 0 25 1 , 0 30 2 , 0 40 5 , 1 20 3 , 1 10 8 , 0 25 5 , 1 60 8

+ + + + + + + +

+ +

+ +

+ +

+ +

+

=

Y

Trạm biến áp dự kiến sẽ đặt tại điểm 1 (hình 1), nhưng từ hình vẽ ta

thấy bán kính cung cấp điện từ điểm 1 đến điểm xa nhất > 0,8 Km; Vậy ta

chọn phương án đặt 2 trạm biến áp tại trung tâm hai nhóm phụ tải:

• Nhóm I: gồm các điểm tải: 1, 2, 4, 5, 9

• Nhóm II: gồm các điểm tải: 3, 6, 7, 8, 10

Và tính toán tương tự ta có điểm đặt trạm biến áp cho các nhóm:

• Nhóm I: T1 (0,87; 1,61)

2 Tính chọn máy biến áp cho từng nhóm phụ tải:

• Nhóm I:

W 126 ) 35 20 10 60 50 (

8 , 0 9 , 0 cos

1

K S

K

P

i i dt

=

ϕ

KVA P

8 , 0

8 , 0 9 , 0 cos

1

K S

K

P

i i dt

III Sơ đồ nối điện

Hình 2: Sơ đồ nối điện

Chiều dài các đoạn dây:

XY

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

I Phần cao áp

Để tính toán tiết diện dây dẫn cho đường dây cao áp, ta chọn phương

pháp tính toán tiết diện dây dẫn theo chỉ tiêu kinh tế

Với Tmax = 5000h; Tra bảng Jkt = 1,1

Ta chọn tiết diện dây dẫn không thay đổi trên cả chiều dài đường dây:

2 2 1

1

3

L L

L S L S U

I

n td

2 1

2 2 1 1

2 2

mm F

A L

L

L S L S U

) ( 09 , 66 22

52 , 0 180 6 , 0 93 , 1 180 8 , 0 93 , 0 5 , 337 6 , 0 45 , 3 5 , 337 8 , 0

V U

X Q R

II Phần hạ áp

Phần hạ áp ta chọn mỗi lộ ra của trạm biến áp có cùng tiết diện Xác

định tiết diện dẫn theo hao tổn điện áp cho phép:

acp

U U

l P F

∆

.

57 6 , 0 60 6 , 0 35

36 6 , 0 60 ]

, 0

36 , 0 35 , 0 36 38 , 0 35 , 0 57

V U

X Q

) ( 71 , 9 29 , 30 40 ]

U acp = ∆ cp − ∆ cp = − =

∆

) ( 91 , 374 71

, 9 4 , 0 7 , 31

1000 ).

36 , 0 48 38 , 0 76 (

.

mm U

U

l P F

, 0

37 , 0 36 , 0 36 37 , 0 38 , 0 57 008 , 0 36 , 0 48 008 , 0 38 , 0 76

.

V U

X Q R

0,36 Km 29

60 KVA cos ϕ = 0,8

∆

) ( 40 8 , 0 50

30 6 , 0 50

, 0

95 , 0 35 , 0 30

V U

X Q

U cp = = =

) ( 06 , 15 94 , 24 40 ]

U acp = ∆ cp − ∆ cp = − =

∆

) ( 200 99 , 198 06 , 15 4 , 0 7 , 31

1000 95 , 0 40

.

mm U

U

l P F

, 0

347 , 0 95 , 0 30 132 , 0 95 , 0 40

.

V U

X Q R

P

mãn)

Tương tự ta tính tiết diện dây dẫn cho các lộ còn lại và kết quả được

cho ở bảng dưới đây (các dây dẫn đều thỏa mãn điều kiện):

x o ( Ω /Km ) ∆ U tt (V)

0,14 Km 76

30 KVA cos ϕ = 0,8

∆

) (

42 6 , 0 30 6 , 0 40

18 6 , 0 30 ]

, 0

14 , 0 35 , 0 18 75 , 0 35 , 0 42

V U

X Q

) ( 54 , 11 46 , 28 40 ]

U acp = ∆ cp − ∆ cp = − =

∆

) ( 310 99 , 309 54

, 11 4 , 0 7 , 31

1000 ).

14 , 0 24 75 , 0 56 (

.

mm U

U

l P F

acp

≈

= +

, 0

37 , 0 14 , 0 18 37 , 0 75 , 0 42 008 , 0 14 , 0 24 008 , 0 75 , 0 56

.

V U

X Q R

15 6 , 0 25

, 0

77 , 0 35 , 0 15

V U

X Q

U cp = = =

) ( 89 , 29 11 , 10 40 ]

U acp = ∆ cp − ∆ cp = − =

∆

) ( 63 40 89 , 29 4 , 0 7 , 31

1000 77 , 0 20

.

mm U

U

l P F

, 0

354 , 0 77 , 0 15 64 , 0 77 , 0 20

.

V U

X Q R

sTương tự ta tính tiết diện dây dẫn cho các lộ còn lại và kết quả được cho ở

x o ( Ω /Km )

∆ U tt (V)

Nhận thấy lựa chọn dây dẫn thỏa mãn điều kiện

Chú ý: Đối với lộ [T2, 10] do công suất điểm đặt rất lớn 80KVA (so

với các điểm phụ tải khác trong cùng khu vực) nên khi tính toán ta phải chọn

dự kiến: xo = 0,15 Ω/Km và chọn dây dẫn loại A400 để tránh tổn thất điện áp

(1) 50KVA cos ϕ = 0,8 A240 0,95Km

A25 0,49Km

A25 0,54Km AC25

0,14Km

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

I Tính toán ngắn mạch

Tính toán ngắn mạch nhằm tạo cơ sở cho việc so sánh, lựa chọn

những phương án cấp điện hợp lý nhất, xác định chế độ làm việc của các hộ tiêu thụ khi xảy ra sự cố, đưa ra biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch Kết quả tính toán ngắn mạch còn dùng để kiểm tra các thiết bị đã chọn trong hệ

thống Từ các số liệu tính toán ngắn mạch ta thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống bảo vệ rơle

Điểm được chọn để tính ngắn mạch là những điểm mà tại đó khi xảy

ra ngắn mạch, thiết bị phải làm việc trong điều kiện nặng nề nhất Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý và cách bố trí các thiết bị trên sơ đồ ta chọn một số

điểm ngắn mạch như sau:

4 , 0 15 , 3 10

2

2 3

S

U P R

)(039,02

=

)(036,010.180

4,0.410

B

S

U U

X

N1

22 KV

0,4 KV A25 0,49 Km

C

) ( 676 , 0 38 , 1 49 , 0

= +

=

Σ R B R d

R

) ( 217 , 0 181 , 0 036 ,

= +

=

Σ X B X d

X

)(725,02

400

, 0 3

400

U I

4 , 0 45 , 3 10

2

2 3

S

U P R

)(035,02

=

)(032,010.200

4,0.410

B

S

U U

X

N1

22 KV

0,4 KV A50 0,77 Km

C

) ( 493 , 0 64 , 0 77 , 0

= +

=

Σ R B R d

R

) ( 305 , 0 273 , 0 032 ,

= +

=

Σ X B X d

X

)(592,02

400

, 0 3

400

U I

180 25 , 1 25

) 22 05 , 1

S

U X

Trị số dòng ngắn mạch sau cầu chì vớiI N = 318 , 54A

) ( 63 , 585 1 , 390 3 , 1 2

3 , 1

i xk = N = =

22 3

200 25 , 1 25

Trị số dòng ngắn mạch sau cầu chì vớiI N = 390 , 1A

) ( 9 , 717 1 , 390 3 , 1 2

3 , 1

Chọn dao cách ly 3DC của Siemen:

Trạm T1: Uđm = 24KV; Iđm = 630A; IN = 16KA; INmax = 40KA

Trạm T2: Uđm = 24KV; Iđm = 630A; IN = 31,4KA; INmax = 80KA

b) Chọn chống sét van do Siemen chế tạo:

Loại: 3EG4; Vật liệu: SiC; Uđm = 24 KV;

Dòng điện phóng định mức: 5KA; Vật liệu vỏ: Sứ;

, 0 3

, 0 3

200

A

I dmBA = =

Chọn áptômát cho trạm biến áp T1 và T2 dựa theo catalo của Merlin Gerin:

) ( 6 , 6

2 KA

CD 22/0,4KV

TG1

TG1

TG1 CD

Trị số dòng xung kích:

) ( 88 , 10 92 , 5 3 , 1 2

3 , 1 2

1

) ( 13 , 12 6 , 6 3 , 1 2

3 , 1 2

CHƯƠNG V NỐI ĐẤT BẢO VỆ VÀ ĐO LƯỜNG

I Tính toán nối đất cho đường dây cao áp:

Hệ thống nối đất đường dây cao áp dùng thép ống, thép góc

(L60x60x6) đóng xuống đất với độ sâu 0,7 – 0,8m, dài 2,5m, độ dày ống thép 3,5m Giả thiết ta thực hiện nối đất ở khu vực đất pha cát có điện trở suất là ρđ = 3.104(Ω/cm) Vậy điện trở nối đất của một thanh thép góc được xác định R1c = 0,00298ρ = 89,4 (Ω); Và số cọc nối đất được xác định theo

c

R n

R

n ; Vậy số cọc nối đất cho mỗi cột cao áp là 1 Để đảm bảo an toàn cho khu vực đông dân cư ta nên thực hiện nối đất cho hệ thống lưới điện hạ áp, mỗi cột điện sử dụng một cọc nối đất

II Nối đất cho trạm biến áp:

Hệ thống nối đất cho trạm biến áp thực hiện các chức năng: nối đất làm việc, nối đất an toàn, nối đất chống sét Hệ thống sử dụng các thanh thép góc L60x60x6 dài 2,5m, đóng sâu dưới đất 0,7 – 0,8m, được nối với nhau bằng thanh thép dẹt 40x4mm tạo thành một vòng nối đất bao quanh trạm biến áp, các thanh thép dẹt được hàn chặt với cọc ở độ sâu 0,8m

Điện trở nối đất của một thanh thép góc: R1c = 0,00298ρ = 89,4 (Ω)Theo số a/l = 2 ta dự đoán số cọc n = 20 cọc Tra theo bảng phụ lục ta có: nc = 0,64, nt = 0,4 35

4 64 , 0

4 , 89

=

⇒

d c

c

R n

l l

Điện trở cần thiết của toàn bộ số cọc là: 1 , 31

4 ' 4

c

R n

R

Ta phân bố 125 cọc theo hình vuông xung quanh trạm biến áp vậy mỗi cạnh của trạm biến áp có 31 – 32 cọc

III Chọn thiết bị và sơ đồ đo lường:

Dòng điện lớn nhất của máy biến dòng là IđmBA

Với trạm biến áp T1: Icb = IđmBA = 259,81 (A); Phụ tải thứ cấp BI gồm Ampemét 0,1 VA loại ∃350

Công tơ phản kháng 2,5 VA loại CP4689

Các đồng hồ đo có độ chính xác 0,5

Chọn 3 BI (sử dụng cho 3 pha đấu hình sao)

Loại BD37, Uđm = 600V; Iđm = 400A; I2đm = 5A

Số vòng sơ cấp 1, dung lượng 10 VA, cấp chính xác 0,5

Vônmét 2VA loại ∃335; BU: 3HOM10 Y/Y/∆

Với trạm biến áp T2: Icb = IđmBA = 288,68 (A); chọn tương tự như với trạm biến áp T1;

CHƯƠNG VI CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ KHÍ VÀ ĐƯỜNG DÂY

1 Chọn cột:

Cột điện cao áp sử dụng loại LT10 (cao 10m)

Cột điện hạ áp sử dụng loại H8,5 hoặc LT8,5 (cao 8,5m)

Dự định tại các vị trí cột xuất tuyến, cột cuối, cột góc dùng cột kép, các vị trí trung gian dùng cột đơn

5 Néo cột - Tiếp địa:

Thực hiện bằng cách dùng thép góc L60.60.6 đóng xuống đất sâu 0,8m, cọc dài 2,5m Thanh nối 4mm; Dây nối đất: A35;

0,7-CHƯƠNG VII

HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH

Do còn thiếu những tài liệu và kiến thức kinh tế cũng như kinh

nghiệm thực tế nên ở đồ án này việc hạch toán giá thành cho việc thiết kết

mạng điện và trạm biến áp em chỉ thực hiện ở những kiến thức đã được học

đó là tính toán tổn thất điện năng trong mạng điện bao gồm tổn thất trong

máy biến áp, tổn thất trên đường dây cao áp và hạ áp

I Tổn thất trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp của trạm biến áp có một máy

được tính theo công thức:

τ

) ( 8760

dm N o

S

S P P

) ( 3411 8760

) 10 124

, 0

) 180

5 , 157 (

3150 , 0 8760 530 , 0 ) ( 8760

1 1 1

dm

BttI N o

S

S P P

A

Máy biến áp T2:

) K ( 5596 3411

) 200

180 (

3450 , 0 8760 530 , 0 ) ( 8760

2 2 2

S

S P P

A

dm

BttII N

93 , 1 ) 22

180 ( 45 , 3 ) 22

75 , 468 [(

].

) ( )

2 2 2 1

2 1

U

S R U

S

A

dm dm

= +

= +

60 ( 003 , 0 ) 4 , 0

30 ( 006 , 0 ) 4 , 0

•Lộ [T1, 1]: ) 0 , 125 3411 6 , 683 10 ( )

4 , 0

11 1

KWh A

A i

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

o Tọa độ và công suất các điểm phụ tải

X Y

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP

Y Y