CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP BỆT CÔNG SUẤT 100 KVA – 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. 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 và hạ áp. 3. Tính toán ngắn mạch, kiểm tra thiết bị đã chọn. 4. Tính toán nối đất. Các số liệu ban đầu: 1. Trạm biến áp có công suất 100 kVA. 2. Điện trở suất của đất  =0,4.10 4 Ω.cm 3. Công suất cắt ngắn mạch S N = 250 MVA.

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP BỆT CÔNG SUẤT 100 KVA – 10/0,4 kV

Công suất

(kVA)

Điện áp (kV)

ΔP 0 (W)

ΔP N (W)

U N (%)

Kích thước:

Dài-rộng-cao (mm)

Trọng lượng (kG)

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 và hạ áp

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

4 Tính toán nối đất

Các số liệu ban đầu:

1 Trạm biến áp có công suất 100 kVA

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

I Chọn máy biến áp và sơ đồ trạm:

I.1 Chọn MBA

Ta chọn máy biến áp có hệ thống làm mát tự nhiên bằng dầu loại

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

Công suất

(kVA)

Điện áp

(kV)

ΔP0

(W)

ΔPN

(W)

UN

(%)

Kích thước:Dài-rộng-cao

(mm)

Trọng lượng (kG)

II.1 Sơ đồ trạm

Theo yêu cầu thiết kế trạm một MBA

Phía cao áp

+Phía cao áp của trạm được cấp điện bằng đường dây trên không nên phải đặt chống sét van

+ Do thiết kế trạm bệt nên có thể sử dụng cầu chì tự rơi

Phía hạ áp

+ Do di phụ tải bằng dây cáp ( không phải đặt chống sét van hạ áp )

+ Sử dụng Áptômát để đóng cắt phía hạ áp

II Chọn thiết bị điện áp cao:

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

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

Idmtb ≥ Ilvmax =

dm

5,77A

Idmtb ≥ Ilvmax.

II.1 Cầu chì tự rơi :

Điều kiện :

Trong đó :

Uđm.m : Điện áp định mức của mạng điện;

Icb : Dòng điện làm việc cưỡng bức, xác định theo từng sơ đồ cụ thể :

SN : Công suất cắt ngắn mạch;

I∞ , I’’ : Dòng ngắn mạch vô cùng và siêu quá độ ;

IN : Dòng ngắn mạch Trong thiết kế ta coi ngắn mạch ở xa

nguồn do đó thành phần dòng ngắn mạch không chu kì đã tắt, khi đó :IN =I’’ = I∞

SN = 3.U I tb. N  3 .U I'' ; Utb = 1,05 Uđm.m

Ixk : Dòng ngắn mạch xung kích, I XK  1,8 2I'' ;

Chọn:

+ Dòng điện lớn nhất lâu dài đi qua cầu chì chính là dòng quá tải của

MBA, thường trong những giờ cao điểm cho phép MBA quá tải 25% Vậy dòng điện cưỡng bức là :

1, 25 1, 25. 100 7, 217

310

I I  I   A

Vậy ta chọn cầu chì tự rơi do Chance chế tạo có các thông số kĩ thuật trong bảng :

Kv

Iđm ,

A

Số lần cắt tải

IN

,

kA

Khối lượng,

kG

15 kV có điện áp chịu

đựng 95 kV

C730-114PB

II.2 Lựa chọn thanh dẫn cứng :

Điều kiện

Dùng thanh dẫn cứng để mọi đường dây đấu điện đến cũng như mọi đường dây đấu điện ra sử dụng được với dòng lớn

Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k1.k2.Icf  Icb

Trong đó :

k1 = 1 – sử dụng với thanh dẫn đặt đứng ;

k1 = 0,95 – sử dụng với thanh dẫn nằm ngang;

k2 :Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thoe môi trường :

xq ch



 - Hệ số nhiệt độ, với đồng  = 6, với nhôm  = 11 ;

tqd – thời gian quá độ, với ngắn mạch xa nguồn tqd = tc;

cp

Với thanh dẫn nhôm : cp  700 kG/cm2

Với thanh dẫn đồng : cp  1400 kG/cm2

tt

 - Ứng suất tính toán :

tt M

W

W – Mo men chống uốn của các loại thanh dẫn, kGm;

M – Mo men uốn tính toán :

.

10

tt

F l

F tt 1,76.10 2 l i xk

a



Với :

l - Khoảng cách giữa các nhịp trong một pha, cm;

a - Khoảng cách giữa các pha , cm;

Chọn

Ta chọn thanh dẫn tròn bằng đồng, được sơn để phân biệt pha có các

thông số :

Đường kính,

mm

Tiết diện,

Trọng lượng, Kg/m

II.3 Lựa chọn sứ cách điện

Điều kiện

Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG Fcf  Ftt

Trong đó :

Fcf - Lực cho phép tác động lực lên đầu sứ, Fcf = 0,6 Fph(Lực phá hoại )

k – Hệ số hiệu chỉnh, k = H'

H Trong đó : H, H’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ

Chọn

Chọn cách điện đỡ kiểu có chân sắt, có đai kim loại ở đầu sứ để bắt thanh dẫn

kV

II.4.Chống sét van:

Các vị trí đặt chống sét van:

Ta sử dụng cách đấu ở phương án 3 : Đấu chống sét van vào trạm, vùa đảm bảo an toàn cho cầu chì tự rơi vừa thuận tiện cho sửa chữa thay thế chống sét van

Điều kiện : U dmcsvU dm m.

Dùng chống sét van do SIEMENS chế tạo có các thông số kĩ thuật cho ở bảng :

định mức, kV

Vật liệu vỏ

III Chọn thiết bị điện hạ áp:

Khi chọn các thiết bị điện hạ áp ta dựa vào những điều kiện sau:

Ilvmax = dm

dm

144,34A

Yêu cầu bố trí thiết bị điện trong tủ hạ áp sao cho gọn thoáng, dễ kiểm tra

và thao tác

III.1 Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối

Cáp chọn theo điều kiện phát nóng (áp dụng lưới hạ áp công nghiệp và sinh hoạt đô thị ) Lựa chọn loại dây, tiết diện dây theo biểu thức :

k1k2 Icp ≥ Ilvmax.

Các thông số được ghi trong bảng :

(Ω/km) ở 200 C

Icp (A)

Trong nhà Ngoài trời Min Max

III.2 Chọn tủ phân phối :

Tủ tự tạo có : cao 1,2m - rộng 0,8m – sâu 0,4 m

a,Thanh cái hạ áp:

Điều kiện

Dùng thanh dẫn cứng để mọi đường dây đấu điện đến cũng như mọi đường dây đấu điện ra sử dụng được với dòng lớn

Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k1.k2.Icf  Icb

Trong đó :

k1 = 1 – sử dụng với thanh dẫn đặt đứng ;

k1 = 0,95 – sử dụng với thanh dẫn nằm ngang;

k2 :Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thoe môi trường :

xq ch



 - Hệ số nhiệt độ, với đồng  = 6, với nhôm  = 11 ;

tqd – thời gian quá độ, với ngắn mạch xa nguồn tqd = tc;

cp

Với thanh dẫn nhôm : cp  700 kG/cm2

Với thanh dẫn đồng : cp  1400 kG/cm2

tt

 - Ứng suất tính toán :

tt M

W

W – Mo men chống uốn của các loại thanh dẫn, kGm;

M – Mo men uốn tính toán :

.

10

tt

F l

F tt 1,76.10 2 l i xk

a



Với :

l - Khoảng cách giữa các nhịp trong một pha, cm;

a - Khoảng cách giữa các pha , cm;

Chọn

Ta chọn thanh góp bằng đồng, tiết diện chữ nhật , được sơn để phân

biệt pha có các thông số :

Kích thước,

mm

Tiết diện cảu

Trọng lượng, Kg/m

I cf(A)

b Chọn Áptomát tổng:

Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn

mạch

Điều kiện:

UđmA  UđmLĐ

IđmA  Itt

IcđmA IN

Chọn

Chọn áptômát do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kĩ thuật :

c Chọn áp tô mát nhánh

Từ thanh cái hạ áp có 3 lộ ra có Ilv = 144,34 48,113A

Chọn áptômát do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kĩ thuật :

d.Chọn máy biến dòng:

Chọn máy biến dòng theo điều kiện sau:

I 1,2

 = 144,34 120, 28

Phụ tải thứ cấp của BI bao gồm:

1 Ampemét : 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 Chọn dùng biến dòng hạ áp do công ty đo điện HÀ NỘI chế tạo, số lượng 3

BI đặt trên 3 pha đấu hình sao

sơ cấp

Dung lượng

Cấp chính xác

e Chọn công tơ đo đếm:

P + Q

3 x 5 (A) 220/380 (V)

f, Chọn sứ hạ thế

Điều kiện

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG Fcf  Ftt

Trong đó :

Fcf - Lực cho phép tác động lực lên đầu sứ, Fcf = 0,6 Fph(Lực phá hoại )

k – Hệ số hiệu chỉnh, k = H'

H Trong đó : H, H’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ

Chọn

(kg)

IV Tính ngắn mạch:

- Thời gian tồn tại của ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ của Rơle và Máy cắt I”: Dòng điện siêu quá độ

Ixk : Trị số tức thời của dòng điện xung kích

IV.1.Các bước tiến hành tính ngắn mạch:

Tính ngắn mạch tại hai điểm theo sơ đồ sau:

a.Tính ngắn mạch tại điểm N 1 :

Ta tính ngắn mạch 3 pha đối xứng và nguồn được coi là có công suất

vô cùng lớn vì trạm biến áp ở xa nguồn khi tính toán ngắn mạch ta có thể xem: IN = I” = I

Sơ đồ thay thế :

Điện kháng hệ thống :

XHT =

dm N

0,441( )

Điện trở và điện kháng của dây dẫn đối với dây AC-50

Ta có: r0 = 0,65 (Ω/km) , x0 = 0,392 (Ω/km) & L = 4 (km)

RD1 = r0.L = 0,65.4 = 2,6 (Ω)

XD1 = x0.L = 0,392.4 = 1,568 (Ω)

ZΣ1 = RD1 +j(XHT + XD1) = 2,6 +j(1,568 +0,441) = 2,6+ j.2,009 (Ω) Dòng điện ngắn mạch 3 pha:

1

Z 3  3 (2,6 2,009 ) 

Dòng điện xung kích tính toán:

b.Tính ngắn mạch tại điểm N 2 :

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

Sơ đồ thay thế:

Tổng trở biến áp quy về hạ áp :

2

BA



2

2,05.0, 4 4,5.0, 4

Cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối dài 10 m , do đó ta có:

Tổng trở của Aptomát tổng:

ZAT = RAT +j XAT = (R1 + R2) + j XAT = 0,6 + 0,28+j0,36(mΩ)

R1 : Điện trở tiếp xúc của áptômát 200 A;

R2 , XAT : Điện trở và điện kháng của cuộn dây bảo vệ quá dòng của AT

Do đó ta có tổng trở:

ZΣ2 = ZB + ZD2 + ZAT = 32,8+j72 +5,24+ 0,88 +j0,36

Do đó dòng điện ngắn mạch 3 pha:

2

2,810(kA)

Z 3  3 (38,92 72,36 ) 



Dòng điện xung kích tính toán:

IV.2 Kiểm tra các thiết bị điện đã chọn

IV.2.1 Các thiết bị điện cao áp

1 Cầu chì tự rơi :

Kiểm tra :

2 Thanh dẫn cứng :

Ta có :

xq ch



310

I I  I   A

1,76.10 1,76.10 4,697 0,153

65

l

a

tt

F l

+ 1,83 29,05

0,063

tt

M W

D



Kiểm tra

Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k1.k2.Icf = 214,33 Icb = 7,217

= 6.2,810 0,7= 14,106

Sứ cách điện

210

H

H



+ Fcf = 0,6.2000 = 1200 kG

Kiểm tra

Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG Fcf = 1200  Ftt = 0,157

4.Chống sét van:

Kiểm tra :

U dmcsv  11 U dm m.  10  Thỏa mãn

IV.2.2 Các thiết bị điện hạ áp

1 Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối

Cáp chọn theo điều kiện phát nóng (áp dụng lưới hạ áp công nghiệp và sinh hoạt đô thị ) Lựa chọn loại dây, tiết diện dây theo biểu thức :

k1k2 Icp ≥ Ilvmax.

Dòng hạ áp tổng của MBA – 100 kVA bằng :

dmB

tt dmB

dmB

S

I I

U

Các thông số được ghi trong bảng :

(Ω/km) ở 200 C

Icp (A)

Trong nhà Ngoài trời Min Max

Kiểm tra :

+Vì t = 250 và cáp đặt riêng 1 rãnh nên k1 = k2 = 1, vậy 1.1.158 >144,3

+ Không cần kiểm tra điều kiện ∆U vì đường dây ngắn ;

+ Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch :

F   IN t

35  6 2,810 0,5 = 11,92

Vậy cáp chọn là thỏa mãn

2.Thanh cái hạ áp:

Tính toán

xq ch



3.0, 4

+ Tính Ftt

Dự định đặt 3 thanh góp 3 pha cách nhau 15 cm, mỗi thanh được đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70 cm :

1,76.10 1,76.10 5,166 0, 42

15

l

a

tt

F l

+ 2,97 79, 2

0,0375

tt

M W

Vì : Với thanh dẫn tiết diện chữ nhật 25  3 đặy đứng

W = 25.32 0,0375

6  cm3 ;

Kiểm tra

Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k1.k2.Icf = 299,88 Icb = 180,422

= 6.2,810 0,5= 11,92

3 Chọn Áptomát tổng:

Kiểm tra

+ IđmA = 225  Itt = 144,34 A

+ Kiểm tra rheo điều kiện cắt dòng ngắn mạch :

IcđmA = 7,5  IN = 2,810  Thỏa mãn

4 Chọn Áptomát nhánh:

A3, A4, A5, vì cả 3 áptômát này đều có cùng dòng cắt định mức 8 kA, lớn hơn trị

số dòng ngắn mạch tính toán

5 Máy biến dòng:

+ IdmBI = 1056120, 28 A

+ UdmBI = 600> UdmLĐ = 400

Các máy biến dòng đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp có phụ tải

chọn là thỏa mãn

V 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

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 Mạch vòng nối đất

sẽ chôn bên trong trạm có chu vi ( 5+6 ).2 = 22 m

- Cọc sử dụng loại cọc sắt góc L60x60x6

- Thanh ta dùng sắt rẹt 40x4

Dự kiến phương án nối đất như hình vẽ

Điện trở nối đất của cả Hệ thống được tính theo công thức sau:

HT

R R R

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

1 Tính điện trở nối đất của cọc:

at

2 ttc c









Trong đó :

at

ttc

 =  kat

mc Thường lấy kat

mc = 1,4

h : Độ chôn sâu h = 0,8 m

4 c





2 Tính toán điện trở nối đất của thanh :

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

2 t

k.L







Trong đó :

Do đó :

Điện trở nối đất của thanh được tính :

t

Điện trở nối đất của toàn trạm :

Tra bảng ta có :

c = 0,7

t = 0,45

HT

R  n.R  17,06.0,45 6.5,58.0,7

Vậy ta có RHT =3,05(Ω) < Rd = 4(Ω)

Do đó phương án nối đất vạch ra trên đây đạt yêu cầu về kỹ thuật

VII Kết cấu trạm :

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

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

Các thông số của trạm treo :