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.

1 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) 100 10/0,4 320 2050 4,5 900-730-1365 630 2 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  =0,4.10 4 Ω.cm 3. Công suất cắt ngắn mạch S N = 250 MVA. 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) ΔP 0 (W) ΔP N (W) U N (%) Kích thước:Dài-rộng-cao (mm) Trọng lượng (kG) 100 10/0,4 320 2050 4,5 900-730-1365 630 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 3 II. Chọn thiết bị điện áp cao: Đối với các thiết bị cao áp ta chọn theo điều kiện sau: U dmtb ≥ U dmmạng = 10 kV Dòng điện làm việc cực đại của MBA: I dmtb ≥ I lvmax = dm S 100 5,77A 3.U 3.10  U dm ≥ U dmmạng I dmtb ≥ I lvmax. II.1. Cầu chì tự rơi : Điều kiện : Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức, kV U đm.cc  U đm.m Dòng điện định mức, A I đm.cc  I cb Công suất cắt định mức, MVA S đm.cắt  S N Dòng điện cắt định mức, kA I đm.cắt  I ’’ Trong đó : U đm.m : Điện áp định mức của mạng điện; I cb : Dòng điện làm việc cưỡng bức, xác định theo từng sơ đồ cụ thể : S N : Công suất cắt ngắn mạch ; I∞ , I ’’ : Dòng ngắn mạch vô cùng và siêu quá độ ; I N : 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 :I N =I ’’ = I ∞ S N = '' 3. . 3. . tb N U I U I ; U tb = 1,05 U đm.m . I xk : Dòng ngắn mạch xung kích, '' 1,8. 2 XK II ; 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 : 4 100 1,25. 1,25. 7,217 310 cb qtMBA dm I I I A    Vậy ta chọn cầu chì tự rơi do Chance chế tạo có các thông số kĩ thuật trong bảng : Loại Mã số U đm , Kv I đm , A Số lần cắt tải I N , kA Khối lượng, kG 15 kV có điện áp chịu đựng 95 kV C730- 114PB 15 100 200 16 10,3 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 Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k 1 .k 2 .I cf  I cb Khả năng ổn định động cp tt   Khả năng ổn dịnh nhiệt F  qd It   Trong đó : k 1 = 1 – sử dụng với thanh dẫn đặt đứng ; k 1 = 0,95 – sử dụng với thanh dẫn nằm ngang; k 2 :Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thoe môi trường : 2 70 70 35 0,882 70 70 25 xq ch k          - Hệ số nhiệt độ, với đồng  = 6, với nhôm  = 11 ; t qd – thời gian quá độ, với ngắn mạch xa nguồn t qd = t c; cp  - Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn Với thanh dẫn nhôm : 700 cp   kG/cm 2 Với thanh dẫn đồng : 1400 cp   kG/cm 2 tt  - Ứng suất tính toán : 5 tt M W   , kG/cm 2 ; W – Mo men chống uốn của các loại thanh dẫn, kGm; M – Mo men uốn tính toán : . 10 tt Fl M  , kGcm ; F tt – Lực tính toán do tác dụng của dòng điện ngắn mạch 2 1,76.10 . tt xk l Fi a   , kG ; 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, mm 2 Trọng lượng, Kg/m Vật liệu I cf (A) 8 50,3 0,447 E- C u – F37 179 II.3. Lựa chọn sứ cách điện Điều kiện Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Đại lượng chọn và kiểm tra U đm.S  U đm.m Điện áp định mức, kV I đm.S  I cb Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG F cf  F tt Dòng ổn định nhiệt cho phép, kA .dm nh II   Trong đó : F cf - Lực cho phép tác động lực lên đầu sứ, F cf = 0,6. F ph (Lực phá hoại ) k – Hệ số hiệu chỉnh, k = 'H H Trong đó : H, H ’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ 6 Chọn Chọn cách điện đỡ kiểu có chân sắt, có đai kim loại ở đầu sứ để bắt thanh dẫn Loại sứ Điện áp định mức, kV Độ cao (mm) Lực phá hoại, kG ИШД 10 210 2000 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 : .dmcsv dm m UU Dùng chống sét van do SIEMENS chế tạo có các thông số kĩ thuật cho ở bảng : Loại Vật liệu U đm , kV Dòng điện phóng định mức, kV Vật liệu vỏ 3EA1 S i C 24 5 Nhựa III. Chọn thiết bị điện hạ áp: Khi chọn các thiết bị điện hạ áp ta dựa vào những điều kiện sau: I lvmax = dm dm S 100 144,34A 3.U 0,4. 3  U dm ≥ U dmmạng I dmtb ≥ I lvmax. 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 : 7 k 1 k 2 . I cp ≥ I lvmax. Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo PVC(3  35 +1  25 ) . Các thông số được ghi trong bảng : F (mm 2 ) d (mm) m (kg/km) R 0 (Ω/km) ở 20 0 C I cp (A) Lõi Vỏ Trong nhà Ngoài trời Min Max 4G35 7,1 23 28,5 1730 0,524 174 158 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 Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Dòng phát nóng lâu dài cho phép , A k 1 .k 2 .I cf  I cb Khả năng ổn định động cp tt   Khả năng ổn dịnh nhiệt F  qd It   Trong đó : k 1 = 1 – sử dụng với thanh dẫn đặt đứng ; k 1 = 0,95 – sử dụng với thanh dẫn nằm ngang; k 2 :Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ thoe môi trường : 2 70 70 35 0,882 70 70 25 xq ch k          - Hệ số nhiệt độ, với đồng  = 6, với nhôm  = 11 ; t qd – thời gian quá độ, với ngắn mạch xa nguồn t qd = t c; cp  - Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn Với thanh dẫn nhôm : 700 cp   kG/cm 2 Với thanh dẫn đồng : 1400 cp   kG/cm 2 tt  - Ứng suất tính toán : 8 tt M W   , kG/cm 2 ; W – Mo men chống uốn của các loại thanh dẫn, kGm; M – Mo men uốn tính toán : . 10 tt Fl M  , kGcm ; F tt – Lực tính toán do tác dụng của dòng điện ngắn mạch 2 1,76.10 . tt xk l Fi a   , kG ; 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 1 thanh, mm 2 Trọng lượng, Kg/m I cf (A) 25  3 75 0,668 340 b. Chọn Áptomát tổng: Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Điều kiện: U đmA  U đmLĐ I đmA  I tt I cđmA  I N Chọn Chọn áptômát do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kĩ thuật : Áptômát Loại U đmA , V I đmA , A I cđm , kA AT NS225E 500 225 7,5 c. Chọn áp tô mát nhánh 9 Từ thanh cái hạ áp có 3 lộ ra có I lv = 144,34 48,113A 3  Chọn áptômát do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kĩ thuật : Áptômát Loại U đmA , V I đmA , A I cđm , kA AT C100E 500 100 8 d.Chọn máy biến dòng: Chọn máy biến dòng theo điều kiện sau: I dmBI tt I 1,2  = 144,34 120,28 1,2  A U dm ≥ U dmmạng 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. Loại U đm , V I đm , A I 2đm , A Số vòng sơ cấp Dung lượng Cấp chính xác DB5/1 600 1506 5 1 10 0,5 Dây dẫn dùng dây đồng tiết diện 2,5 mm 2 . e. Chọn công tơ đo đếm: Công tơ Đồng hồ Vôn Đồng hồ Ampe P + Q 3 x 5 (A) 220/380 (V)  378  378 f, Chọn sứ hạ thế Điều kiện 10 Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Đại lượng chọn và kiểm tra U đm.S  U đm.m Điện áp định mức, kV I đm.S  I cb Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG F cf  F tt Dòng ổn định nhiệt cho phép, kA .dm nh II   Trong đó : F cf - Lực cho phép tác động lực lên đầu sứ, F cf = 0,6. F ph (Lực phá hoại ) k – Hệ số hiệu chỉnh, k = 'H H Trong đó : H, H ’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ Chọn Loại U dm (kV) U phá hoại (kV) F phá hoại (kg) Khối lượng (kg) 0  -1-375 1 11 375 0,7 [...]... máy biến dòng đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp có phụ tải rất nhỏ, dây dẫn từ BI đến các đồng hồ là rất ngắn  Dây dẫn dùng dây đồng tiết diện 2,5 mm2 đảm bảo được độ chính xác cho đồng hồ đo đếm Vậy BI dã chọn là thỏa mãn 16 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. .. = 10 Điện áp định mức, kV Iđm.S  Icb : Chỉ áp dụng với sứ xuyên Lực cho phép tác động lên đầu sứ, kG Fcf = 1200  Ftt = 0,157 I dm.nh  I  : Chỉ áp dụng với sứ xuyên Dòng ổn định nhiệt cho phép, kA 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... tại điểm N2: 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 : Z BA PN U 2 dmBA U N %.U 2 dmBA 6  10  j .104 2 S dmBA S dmBA = 2, 05.0, 42 4,5.0, 42 106  j .104  32,8  j 72m 2 100 100 Cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối dài 10 m , do đó ta có:... của toàn trạm : Tra bảng ta có :  c = 0,7  t = 0,45 R HT  R c R t 17,06.5,58   3,05() R c t  n.R t c 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 18 Các thông số của trạm treo... 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 xuất 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... k1k2 Icp ≥ Ilvmax 14 Dòng hạ áp tổng của MBA – 100 kVA bằng : SdmB 100   144,338 A 3U dmB 3.0, 4 I tt  I dmB  Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo PVC(3  35 +1  25 ) Các thông số được ghi trong bảng : F (mm2) 4G35 m d (mm) R0 Icp (A) (kg/km) Lõi Vỏ (Ω/km) ở 200 C Trong nhà Ngoài trời Min Max 7,1 23 28,5 1730 0,524 174 158 Kiểm tra : +Vì t = 250 và cáp đặt riêng 1 rãnh nên k1 = k2... 5,166(kA) 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 : Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức, kV Uđm.cc = 15  Uđm.m = 10 Dòng điện định mức, A Iđm.cc =100  Icb = 7,217 Công suất cát định mức, MVA Sđm.cắt = Dòng điện cắt định mức, kA Iđm.cắt = 16  I’’ = 1,845 3.10 .100  SN = 3.10.1,845 2 Thanh dẫn cứng : Ta có : + k2  70   xq 70 ... hai điểm theo sơ đồ sau: a.Tính ngắn mạch tại điểm N1: 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 : 11 Điện kháng hệ thống : Utb = 1,05.Udm = 1,05.10 = 10,5 kV XHT = 2 U dm 10,52   0,441() SN 250 Điện trở và điện kháng của dây dẫn đối với dây AC-50 Ta có: r0 = 0,65... = 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: Không cần tính ngắn mạch tại N3, N4, N5 để xác định dòng ngắn mạch qua 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,... nên k1 = k2 = 1, vậy 1.1.158 >144,3  chọn cáp thoả mãn + 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 + k2  70   xq 70  ch  70  35  0,882 , chọn k1 = 1; 70  25 + I cb  I qtMBA  1, 25.I dm  1, 25 100  180, 422 A 3.0, 4 + Tính Ftt Dự định . tắt, khi đó :I N =I ’’ = I ∞ S N = '' 3. . 3. . tb N U I U I ; U tb = 1,05 U đm.m . I xk : Dòng ngắn mạch xung kích, '' 1,8. 2 XK II ; Chọn: + Dòng điện. phép tác động lực lên đầu sứ, F cf = 0,6. F ph (Lực phá hoại ) k – Hệ số hiệu chỉnh, k = 'H H Trong đó : H, H ’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ 6 Chọn Chọn cách điện đỡ kiểu có. phép tác động lực lên đầu sứ, F cf = 0,6. F ph (Lực phá hoại ) k – Hệ số hiệu chỉnh, k = 'H H Trong đó : H, H ’ – Chiều cao ghi trên hình vẽ Chọn Loại U dm (kV) U phá hoại