CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 250 KVA – 22/0,4 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. 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 250 kVA. 2. Điện trở suất của đất  =0,4.10 4 Ω.cm 3. Công suất cắt ngắn mạch S N = 300 kVA.

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 250 KVA – 22/0,4 KV

Công suất

(kVA)

Điện áp (kV)

ΔP 0 (W)

ΔP N (W)

U N (%)

Kích thước:

Dài-rộng-cao (mm)

Trọng lượng (kG)

I 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 250 kVA

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

3 Công suất cắt ngắn mạch SN = 300 kVA

II Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây:

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

250 kVA – 22/0,4 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)

250 22/0,4 640 4100 4 1370-820-1485 1130

III Chọn thiết bị điện áp cao:

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

Udmtb ≥ Udmmạng = 22 kV Dòng điện làm việc cực đại của MBA:

Idmtb ≥ Ilvmax =

dm

S 250

7,72A 3.U  3.22 

Udm ≥ Udmmạng

Idmtb ≥ Ilvmax

1 Chọn cầu chì tự rơi:

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

(kV)

Idm (A) INmin

(A)

IcắtN (kA)

Trọng lượng (kg)

2 Chọn sứ cao thế :

( Phụ lục 2.28 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr 347)

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

(kV)

F (kg)

Upđ khô (kV)

Upđ ướt (kV)

Trọng lượng (kg)

0WH-35-2000

3 Chống sét van:

Dùng loại chống sét van do SIEMENS 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)

(kV)

Dòng điện phóng ĐM

(A)

Vật liệu

vỏ 3EG6 Oxyt kim loại

(MO)

Về phía hạ từ tủ phân phối đi ra 2 lộ cáp và một đường dây trên không cần đặt chống sét van hạ áp trong tủ phân phối

Dùng chống set van hạ ap do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số kỹ thuật sau:

Loại Udm (kV) Số cực Dòng tháo sét ( kA) Khối lượng (kg)

4 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:

Ta chọn thanh dẫn theo độ bền cơ học và theo Ilvmax :

Ilvmax =

dm

S 250

6,56A 3.U  22 3 

Ta chọn thanh đồng tròn có sơn 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)

IV Chọn thiết bị điện hạ áp:

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

Ilvmax = dm

dm

S 250

360,84A 3.U 0,4 3 

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

1 Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối

Cáp chọn theo điều kiện phát nóng

k Icp ≥ Ilvmax

Tra bảng 4.3 Mạng lưới điện lấy k=1 (vì có 1 đường cáp làm việc);

Icp = 360,84 A Dựa vào điều kiện đó ta chọn cáp tiết diện là cáp PVC (3x 150 + 1x

150)mm2

Tra bảng PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr376 ta có các thông số sau:

F

(mm2)

(kg/km) R0

(Ω/km) ở 200

C

Icp (A) Lõi Vỏ

Trong nhà

Ngoài trời Min Max

2 Chọn tủ phân phối :

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 A nhánh

a) Thanh cái hạ áp:

Chọn theo PL-10 giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta có bảng sau:

Kích thước Tiết diện thanh dẫn Trọng lượng Dòng điện cho phép

thanh dẫn (mm2) (kg/m) (A)

b) Chọn Áptomát tổng:

Căn cứ vào Ilvmax = 360,84 A

Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr.355 ta chọn Aptomát

do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (V) Idm (A) Itđ tức thời (kA) R (mΩ) X(mΩ)

c) Chọn Áptomát nhánh:

Từ thanh cái hạ áp có 3 lộ ra có IN = 360,84 120,28A

Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr.355 ta chọn Aptomát

do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (V) Idm (A) Icắt tức thời (kA) R (mΩ) X(mΩ)

d) Chọn máy biến dòng:

Chọn máy biến dòng theo điều kiện sau:

IdmBI Itt

1,2



Udm ≥ Udmmạng

Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô Hồng Quang ta có các thông số sau:

Mã sản

phẩm

Dòng

sơ cấp

(A)

Dòng thứ cấp (A)

Số vòng dây sơ cấp

Dung lượng (VA)

Cấp chính xác

Đường kính (mm)

Trọng lượng (kg)

e) Chọn chống sét van hạ thế:

Loại Udm (kV) Uchọc thủng (kV) Uxk (kV) PBH 0,5 0,66 >105 3-4,5

f) Chọn công tơ đo đếm:

Công tơ Đồng hồ Vôn Đồng hồ Ampe

P + Q

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

g) Chọn sứ hạ thế :

Tra PL 2.27 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn sứ 0-1-375 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (kV) Uphá hoại (kV) F phá hoại (kg) Khối lượng

(kg)

V Tính ngắn mạch:

- Giả thiết ngắn mạch sảy 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

1 Các bước tiến hành tính ngắn mạch:

Tính ngắn mạch tại hai điểm theo sơ đồ sau:

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 :

Utb = 1,05.Udm = 1,05.22 = 23 kV

XHT =

3 dm

N

1,763.10 ( )



Điện trở và điện kháng của dây dẫn đối với dây AC-150

Ta có: r0 = 0,21 (Ω/km) & x0 = 0,416 (Ω/km) & L = 4 (km)

RD1 = r0.L = 0,21.4 = 0,84 (Ω)

XD1 = x0.L = 0,416.4 = 1,664 (Ω)

Tổng trở từ hệ thống đến đầu điểm N1:

ZΣ1 = RD1 +j(XHT + XD1) = 0,84+j(1,664+1,763.10 3) = 0,84+ j1,665 (Ω)

Dòng điện ngắn mạch 3 pha:

IN = dm

1

Z 3  3 (0,84 1,665 ) 

Tính toán 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 của Máy Biến Áp:

2

P U 10 U %.U 10

4,1.0,4 10 4.0,4 10

j 10,496 j25,6(m )



Cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối dài 60 m , do đó ta có:

ZD2 = RD2 = 0,124.60.10-3 = 0,0074 (mΩ)

Tổng trở của Aptomát tổng:

ZAT = RAT +j XAT = 0,15+j0,1 (mΩ)

Do đó ta có tổng trở:

ZΣ2 = ZB + ZD2 + ZAT = 0,15+j0,1 +10,496 j25,6 + 0,0074

= 10,653+j 25,7 (Ω)

Do đó dòng điện ngắn mạch 3 pha:

IN2 = dm

2

8,3(kA)

Z 3  3 (10,653 25,7 ) 

 Dòng điện xung kích tính toán:

Ixk2 = 2.k Ixk N2  2.1,3.8,3 15,26(kA)

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

Idm cắt ≥ IN1

Theo như tính toán ở trên ta có :

IN1 = 6,81 kA

Idmcắt = 25 kA

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

3 Kiểm tra khí cụ điện cao áp:

Thanh cái hạ áp:

- Kiểm tra ổn định lực điện động:

Khi có ngắn mạch sảy ra , dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái làm cho thanh 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:

Scp ≥ Stt

Ta có Scp = 1400 kg/cm2

Ứng suất tính toán được tính theo biểu thức sau :

Stt =

2 2 2 xk 1,76.10 L i 10.a.

Trong đó :

L = 60 cm : Khoảng cách giữa 2 sứ đỡ

a = 14 cm : Khoảng cách giữa các pha

Ixk = 15,26 kA: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N2

 = 0,17.b.h : Mômen chống uốn của thanh cái Với b=4 mm; h= 30 mm

Thay vào ta có:

Stt =

1,76.10 60 15,26 10.14.0,17.0,4.3 =338,5 (kg/cm

2) Vậy ta có : Scp ≥ Stt

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:

Fcp ≥ Ftt

Ứng lực cho phép trên đầu quả sứ:

Fcp = 0,6.Fphá hoại = 0,6.375 = 225 (kg)

Ứng lực tính toán được tính theo biểu thức:

Ftt = 1,76.10-2

2 xk

i L a Với a=14 cm & L =60 cm ta có :

Ftt = 1,76.10-2

2

15,26 60

17,56(kg)

14 

Do đó ta có : Fcp ≥ Ftt nên sứ đã chọn đạt yêu cầu

- Kiểm tra Aptomát tổng:

Điều kiện kiểm tra:

Ixkkt ≥ I xkN2 Trong đó:

Ixkkt : Dòng điện xung kích tra bảng phụ lục IV.10 ta có:

Ixkkt = 42 (kA)

I xkN2 : Dòng xung kích tính toán tại điểm ngắn mạch

I xkN2 =15,26 (kA)

Vậy Aptomát tổng đã chọn đã thoã mãn yêu cầu

VI 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 xuất

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 rẹt 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 = dtmùa

Tra bảng phụ lục ta có kmùa khô = 0,4

kmùa lạnh = 1,6

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

c t 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:

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

c

2.L 1 4.t L







 Trong đó :

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

0,4.10 1,4 2.250 1 4.205 250

2.3,14.250 5,7 2 4.205 250





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

2 .L h.d





 Trong đó :

L : Chiều dài của thanh (L =250cm)

h: Độ sâu (h=80 cm)

d: Đường kính thanh

Tra bảng ta có :

t = 0,45

c = 0,8

Do đó Điện trở nối đất của thanh được tính :

t

0,4.10 250 5,81

2.3,14.250 80.2

Điện trở nối đất của toàn trạm :

c t HT

R  n.R  17,08.0,45 6.31,5.0,8

Vậy ta có RHT =3,38(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 :

- 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