đồ án kỹ thuật điện cơ Tính toán ngắn mạch và kiểm tra thiết bị điện đã chọn

Tính toán nối đất cho TBA  Số liệu trạm biến áp cần thiết kế: 1.. Là kiểu trạm toàn bộ các thiết bị điện cao và hạ áp cùng với MBA được đặt trên cột.. Đối với tủ phân phối hạ thế có thể

MỞ ĐẦU

Thiết kế trạm biến áp là nhiệm vụ rất quan trọng khi thiết kế cung cấp điện Bởi nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng, ngoài ra nó còn liên quan trực tiếp đến vốn đầu tư, chi phí đầu tư, vận hành của cả lưới điện khu vực

 Nội dung thiết kế TBA:

1 Chọn máy biến áp và sơ đồ nguyên lý TBA

2 Chọn các thiết bị điện cao áp và hạ áp

3 Tính toán ngắn mạch, kiểm tra các thiết bị đã chọn lựa

4 Tính toán nối đất cho TBA

 Số liệu trạm biến áp cần thiết kế:

1 Công suất định mức: Sdm = 250 (KVA)

2 Điện áp định mức: 10/0,4 kV

3 Điện trở suất của đất  = 0,4.104 /cm

4 Công suất ngắn mạch: SNM = 300 (MVA)

 Phương án dự kiến:

Với công suất của trạm đã cho dù kiến lắp đặt TBA kiểu treo Là kiểu trạm toàn bộ các thiết bị điện cao và hạ áp cùng với MBA được đặt trên cột Đối với tủ phân phối hạ thế có thể thiết kế ở trên giàn trạm hay thiết kế trong buồng phân phối dưới đất là tùy theo điều kiện cụ thể

Ưu điểm của TBA kiểu treo này là tiết kiệm được diện tích, giám đáng kể về chi phí đầu tư

Tuy nhiên, về lâu dài loại trạm này cùng với đường dây trên không sẽ làm mất mỹ qua đô thị

- Trạm biến áp được thiết kế kiểu trạm treo đặt 1 MBA có công suất 250 KVA – 10/0,4 kV

- Phía cao áp lắp 1bộ cầu chì ngoài trời tự rơi để bảở vệ MBA khi ngắn mạch và 1 bộ chống sét để chống sóng sét truyền từ đường dây vào phá hoại MBA

- Phía hạ áp đặt tủ phân phối hạ thế Trong đó có các áptomát tổng (AT), áptomát nhánh (AN) và 3 đồng hồ AMPE đo cường độ tiêu thụ chung của toàn trạm Một đồng hồ vôn, kèm 1 chuyển mạch để kiểm tra điện áp pha Một công tơ vô công và 1 công tơ hữu công để đo công suất tiêu thụ của toàn trạm Một bộ biến dòng (TI)

CHƯƠNG I:

CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM

BIẾN ÁP

1- Chọn máy biến áp:

trạm có công suất thiết kế Sdm = 250 (KVA), ta chọn MBA 3 pha 2 dây quấn do ABB chế tạo có các thông số sau:

Sdm

(KVA)

Udm

(kV)

P0

(W)

PN

(W)

UN

%

Trọng lượng (kg)

Kích thước (mm)

2 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp:

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP BẢNG THỐNG KÊ THIẾT BỊ TRẠM

STT TÊN THIẾT BỊ

1 Dây dẫn

2 Chống sét van

3 Cầu chì tự rơi

4 Máy biến áp

5 Hệ thống tiếp địa

6 Cáp tổng

7 Bộ đo đếm

8 Tủ hạ áp

9 áptômát tổng

10 áptômát nhánh

11 Chống sét hạ thế

12 Cáp ra

1

2

3

4

7

9

8

10

12

11

V

A A A

kWh

kVArh

CHƯƠNG II:

CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP

I CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP:

Các thiết bị điện cao áp được chọn theo điều kiện sau:

Uđmtb  Uđmt mạng C

Iđmtb  Itt

) ( 43 , 14 10 3

250

S

I

dmC

dmB

1 Chọn cầu chì tự rơi:

Ta chọn cầu chì tự rơi loại 3 GD203 – 3B do hãng SIEMENS sản xuất:

Udm

(kV)

Idm

(A)

Icắt N

(kA)

Khối lượng (kg)

Kích thước dài (mm)

Đường kính (mm)

2 Chọn sứ cao thế:

Chọn sứ đỡ đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo bảng thông số sau:

(kV)

Upđk

(kV)

Upđư

(kV)

F (kG)

Khối lượng (kG)

3 Chọn chống sét van:

Chọn chống sét van loại PB-10 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Loại Udmcsv

(kV)

UCdm

(kV)

Điện áp đánh thủng của csv khi f=50Hz

ĐA đánh thủng XK khi

tp=210s

Điện áp dư trên csv khi có độ dài sóng 10s với biên độ KV

không lớn hơn

Không nhỏ hơn 26

Không lớn hơn 30,5

4

2KA 47

5KA 50

10KA 18

4 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:

Thanh dẫn được chọn theo Ilvmax, ta dùng loại thanh đồng tròn =8(mm)

II CHỌN THIẾT BỊ HẠ ÁP

Các thiết bị điện hạ áp được chọn theo điều kiện:

UdmtbH  Udm mạngH = 0,4 (kV)

IdmtbH  IH

) ( 84 , 360 4

, 0 3

250

S

I

dmH

dmB

1 Chọn cáp từ MBA sang tủ phân phối:

Điều kiện: ICP  IH

Chọn cáp đồng bốn lõi cách điện bằng PVC do LENS chế tạo:

Tiết diện dây

(mm2)

Icp

(A)

R0

(/km)

X0

(/km)

2 Chọn áptômát tổng:

Chọn Áptômát tổng loại NS400E do Pháp chế tạo:

Udm (kV) Idm (A) Icđm (kA) Số cực

3 Chọn Áptômát nhánh:

Từ thanh cái hạ áp có 3 lé ra cung cấp cho hộ tiêu thụ, coi công suất các lộ

nh nhau

) ( 23 , 120 4 ,

0

.

3

3

,

83

) ( 3 , 83 3

250 3

2

1

A I

KVA S

S

S









Chọn áptômát nhánh loại NC125H do Pháp chế tạo:

Udm (kV) Idm (A) Icđm (kA) Số cực

4 Chọn cáp xuất tuyến:

Chọn cáp đồng bốn lõi cách điện bằng PVC do LENS chế tạo:

Tiết diện dây

(mm2)

ICP

(A)

R0

(/km)

X 0

(/km)

5 Chọn thanh cái hạ áp

Chọn thanh cái bằng đồng mỗi pha mét thanh và đặt trong tủ phân phối 0,4kV

Kích thước

(mm)

Tiết diện một thanh (mm2)

Trọng lượng (kg/m)

ICP (A)

6 Chọn sứ hạ áp:

(kV)

Udm

(kV)

F (kg)

Khối lượng (kg)

7 Chọn biến dòng:

UdmBI  Udm mạng = 0,4(kV)

IdmSC  IH = 360,84(A)

Chọn BI do nhà máy thiết bị điện sản xuất

(kV)

Idm

(A)

Cấp chính xác

S (VA)

8 Chọn các thiết bị đo đếm:

Tủ 0,4 kV đặt gồm:

- 3 đồng hồ (A) AMPE 400/5 (theo tỷ số biến của BI)

- 1 đồng hồ (V) Vôn kế 0 - 450V

- 1 công tơ hữu công 3 pha 3 phần tử

- 1 công tơ vô công 3 pha 3 phần tử

- 1 khóa chuyển mạch để kiểm tra điện áp

- Tất cả các thiết bị điện trên do nhà máy thiết bị đo điện sản xuất

9 Chọn dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo:

Để đảm bảo độ bền cơ học ta chọn loại dây đồng 1 sợi bọc nhựa

PVC có tiết diện  2,5 mm2

10 Chọn chống sét van hạ áp:

Chọn chống sét van điện áp thấp loại PBH để bảo vệ quá điện áp cho

cách điện của thiết bị xoay chiều tần số 50 Hz

(kV)

UCpm

(kV)

Điện áp đánh thủng của

csv

khi f=50Hz (giá trị hiệu dụng)

ĐA đánh thủng XK khi tp

=210s

Điện áp dư trên csv khi ixk có độ dài sóng 10s với biên độ kV không lớn hơn

PBH-0,5 Y1

0,5 0,5 Không nhỏ

hơn 2,5

Không lớn hơn 3

3,5 - 4,5 3,5 - 4,5

11 Chọn tủ phân phối hạ thế

Tủ tự tạo căn cứ vào thiết bị và chủng loại

A B A

V

kVarh kWh

Kho¸

CM

CÇu ch×

AT

nh¸nh

AT

CHƯƠNG III:

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ

ĐIỆN ĐÃ CHỌN

1/TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH:

Các điểm ngắn mạch cần tính trong sơ đồ:

.Điểm N1 : Kiểm tra cầu chì tự rơi phía cao áp

.Điểm N2, N3 : Kiểm tra các thiết bị hạ áp

CCTR

N1

MBA

C¸p

2

AN

* Giả thiết ngắn mạch xảy ra là ngắn mạch ba pha đối xứng và coi nguồn công suất vô cùng lớn, coi trạm biến áp ở xa nguồn nên khi tính toán ngắn mạch IN = I = I

Với IN: là dòng điện ngắn mạch

I’’: là dòng ngắn mạch siêu quá độ

I: Giá trị của dòng điện ngắn mạch ở chế độ xác lập

* Điện kháng của hệ thống

) ( 33 , 0 300

10 2 2









N

dm HT

S

U X

* Tính ngắn mạch tại N1:

Sơ đồ thay thế

X

HT = 0,33 ()

Udm = 10 kV

* Dòng ngắn mạch ba pha được xác định

ZD =ro l +jxol ( l=2 km)

ZD = 0,64.2+j0,4.2 = 1,28 +j0,8

* Trị số dòng ngắn mạch xung kích

) ( 42 , 44 49 , 17 2 8 , 1 2

k

I xk  xk N  















 2 ( ) 2 1 , 28 2 ( 0 , 33 0 , 8 ) 2 1 , 7

D HT D

Z

kA

I N 3 , 4

7

,

1

.

3

10





*Tính ngắn mạch tại điểm N 2

Sơ đồ thay thế

ZB Zc N2

(Với l =10m)

) ( 3 , 7 10 65 , 31 3

4 , 0

3

) ( 65 , 31 4 , 29 73 , 11 ) 6 , 0 8 , 28 ( ) 24 , 1 49 , 10 (

) ( 6 , 0 24 , 1 10 06 , 0 10

.

124

,

0

) ( 8 , 28 49 , 10 10 250

4 , 0 5 , 4 10 250

4 ,

0

.

1

,

4

10

%.

10

3

2 2

2

4

2 6

2 2

4

2 6

2

2

kA Z

U I

j j

Z

Z

Z

m j

j Z

m j

j Z

S

U U j S

U

P

Z

dm N

C B

N

C

BA

DM

dm N

dm

dm N

BA























































II Kiểm tra thiết bị đã chọn:

1 Cầu chì tự rơi

- Điều kiện kiểm tra

Idmcắt = 7,5 (kA)  IN = 3,4 (kA)

Vậy: Sdmcắt  SN1 cầu chì tự rơi chọn đạt yêu cầu

2 Kiểm tra cáp hạ áp

- Điều kiện ổn định nhiệt

F   I N. t qd

Trong đó:

 = 6 là hệ số nhiệt độ cáp đồng

tqd là thời gian qui đổi, lấy bằng thời gian tồn tại ngắn mạch Vì coi ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện là ngắn mạch xa nguồn nên

tqd=0,8(s)

IN = IN2 = 3,4 (kA)

.IN t qd  6 3 , 4 0 , 8  18 , 25 (mm2 )

F = 3.150 + 1.70 (mm2)  18,25 (mm2)

Vậy cáp chọn thỏa mãn yêu cầu

3 Kiểm tra Áptômát

* Áptômát tổng

Điều kiện kiểm tra

Icđm  IN

Icđm = 7,5(kA)  IN = 7,3 (kA)

vậy áptômát tổng chọn đạt yêu cầu

* Áptômát nhánh

Icđm = 7,5(kA)  IN = 7,3 (kA)

vậy Áptômát nhánh đạt yêu cầu

4 Kiểm tra sứ đỡ hạ áp

Điều kiện kiểm tra

Fcp  Ftt

Fcp là lực tác dụng lên đầu sứ

Fcp = 0,6 Fph =0,6.375 = 225 (kG)

Ftt = 1,76 15 79 , 8 ( )

15

50 10 76 , 1 1

3 2





Trong đó:

l : Khoảng cách giữa 2 sứ đỡ liên tiếp l = 50 cm

a: Khoảng cách giữa 2 pha a = 15 cm

Fcp = 225 (kG)  Ftt = 79,8 (kG); sứ hạ áp chọn đạt yêu cầu

5 Kiểm tra thanh cái hạ áp

b

h

H’

H Sứ đỡ

Kiểm tra theo điều kiện ổn định động cp  tt

Trong đó: cp = 1400 kg/cm2 với thanh dẫn đồng

W

M

TT 



M: là mômen uốn tính toán

10

.l F

M  TT Với l = 50 cm là khoảng cách giữa các sứ của 1 pha

FTT = 1,76.10-2.l/a.l2

xk

Với a = 15 cm là khoảng cách giữa các pha

FTT = 1,76.10-2.50/15.15,372 = 13,85 kg

cm kg l

F

10

50 85 , 13 10

.







W là mômen chồng uốn của thanh dẫn (đặt đứng)

166 , 0 6

10 40 5 6

2





b h W

Thay vào ta có:

2

/ 15 , 417 166 , 0

25 , 69

cm kg W

M



* Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt

Tiết diện thanh dẫn đã chọn phải đảm bảo điều kiện

F  a I t qd

40x5  6.6,04 0 , 5 <=> 200  25,6

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP

Hệ thống nối đất của trạm biến áp có ba chức năng chính:

Nối đất làm việc

Nối đất an toàn

Nối đất chống sét

Hệ thống nối đất bao gồm các thanh thép góc L60606 dài 2,5m được nối với nhau bằng các thanh thép tròn 12, tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp Các thanh thép góc được đóng sâu dưới mặt đất 0,7m, thép dẹt được hàn chặt với các cọc ở độ sâu 0,8m

Điện trở nối đất yêu cầu của Trạm biến áp là Rndyc  4 

Điện trở suất của đất là 0,4.104 /cm

Hệ số hiệu chỉnh theo mùa của điện trở cọc và thanh là

Hệ số mùa an toàn Km = 1,5

Hệ số mùa sét Km = 1,3

Mặt bằng, mặt cắt hệ thống nối đất trạm biến áp:

6m

0,7m 0,8m TBA

1 2 2,5m

a = 5m

1: Cọc

1 2 2: Thanh nối

1/ Điện trở nối đất của thanh nối đất

Điện trở suất lớn nhất  = k  =1,5.0,2.104 = 0,3.104 cm

Dự định dùng cọc nối đất bằng thép góc L 63.63.6 có điện trở nối đất tính theo công thức R1c = 0,00298  = 0,298.0,3.104 = 8 

1c = 0,00298 0,4.104 1,5 = 17,34  (là điện trở suất của đất tính theo mùa an toàn)

Sơ bộ xác định số cọc:

Lấy tròn số cọc là 6,trong đó c= 0,8 , tra bảng Mạch vòng nối đất sẽ chôn dưới trạm có chu vi (5+6).2= 22m Thép dẹt 40.4 chôn ở độ sâu 80cm Tính điện trở suất của đất ở độ sâu này phải nhân với hệ số 3 Điện trở của thanh thép nối :

Tra bảng tìm được T=0,45 Từ đây xác định được điện trở nối đất thực của

thanh nối

Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ n cọc là

Số cọc cần phải đóng là

4 , 5 4 8 , 0

34 , 17



yc

c

C

R

R

n

































80 4

2200 2 lg 2200

3 104 4 , 0 366 , 0

2 lg 366

,

bt

l l

k

R T 





 28 , 77

45

,

0

4

,

13

'T

R











4 77 , 28

77 , 28 4 4

'

'

4

T

T

C

R

R

R

7 , 4 6 , 4 8 , 0

34 , 17

1







C

C

C

R

R

n



Tóm lại , thiết kế hệ thống nối đất cho trạm như sau: Dùng 6 cọc thép góc L60.60.6 dài 2,5m chôn thành mạch vòng 22m nối với nhau bằng thanh thép dẹt 4.40 đặt cách mặt đất 0,8m

Điện trở nối đất thực tế của hệ thống Rđ 4 

Cách nối các thiết bị của trạm biến áp vào hệ thống tiếp địa nh sau: từ hệ thống tiếp địa làm sẵn 3 đầu nối ( còn gọi là con bài )

Trung tính 0,4 kV nối với con bài bằng một dây đồng mềm M-95 Đáy của 3 chống sét nối với nhau và nối với con bài 2 bằng dây thép 10

Toàn bộ các phần sắt ở trạm nối với con bài thứ 3 bằng dây thép 10

Kết luận:

Hệ thống nối đất tiếp địa đã chọn đạt yêu cầu kỹ thuật