CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHỤ TẢI CÔNG SUẤT 400 KVA – 10/0,4 KV

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHỤ TẢI CÔNG SUẤT 400 KVA – 10/0,4 KV Đề bài: Thiết kế trạm biến áp phụ tải cung câp điện cho 234 hộ dân thuộc Xóm 1, xã Thiệu Khánh, huyện Thanh Hóa. Đường dây 0,4kV được chia làm 3 lộ trục, cấp điện cho số hộ tương ứng mỗi lộ là 76 hộ.

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHỤ TẢI

CÔNG SUẤT 400 KVA – 10/0,4 KV

Công suất

(kVA)

Điện áp (kV)

ΔP0 (kW)

ΔPN (kW)

R ()

X ()

400 10/0,4 0,92 5,5 1370-820-1485 1130

Đề bài: Thiết kế trạm biến áp phụ tải cung câp điện cho 234 hộ dân thuộc Xóm 1, xã Thiệu Khánh, huyện Thanh Hóa Đường dây 0,4kV được chia làm 3 lộ trục, cấp điện cho số hộ tương ứng mỗi lộ là 76 hộ

1.1 Xác định phụ tải tính toán

1.1.1 Nhu cầu phụ tải thực tế

Qua khảo sát thì khu vực trung bình có các thiết bị dùng điện sau:

+ Mỗi hộ có 3 phòng, diện tích 25 m2 (po = 9 W/m2) cho cả chiếu sáng và quạt

+ Mỗi bóng đèn cổng có công suất 100W

+ Nồi cơm điện công suất 500W

+ Tivi: 100W + Catset: 40W Tổng cộng: 100+40+500+100+25*9*3 = 1415W

Hệ sô đồng thời: = 0,7

Do đó công suất tính toán trên một hộ là:

Po = 1415*0,7 = 990,5 W ≈ 1kW

1.1.2 Phụ tải tính toán cho toàn khu vực

Công thức tính toán chung:

Ptt = k.Po.n Trong đó:

Ptt : công suất tác dụng tính toán của phụ tải K: hệ số dự trữ có xét đến khả năng phát triển trong tương lai của phụ tải

N: số hộ dân cư Po: suất tính toán trên một hộ

Do đó:

Ptt = 1,1*1*234 = 257,4 kW Đây là khu vực có đông dân cư với mật độ dân cư cao nên ta có:

cosφ = 0,85 Vậy:

Stt = 302,84 kW

1.2 Chọn máy biến áp, sơ đồ đấu dây và kiểu trạm

1.2.1 Chọn máy biến áp

Điều kiện chọn:

Stt ≤ SđmMBA Vậy ta chọn MBA TM-400-10/0,4kV do công ty chế tạo MBA Đông Anh sản xuất với các thông số sau:

+ Tổ đấu dây: Y/Yo – 12 + Phạm vi điều chỉnh điện áp: ± 2 *2,5%

+ Sđm = 400kVA + Ucdđ = 10 kV + Uhdđ = 0,4 kV + ∆Po = 0,92 kW + ∆PN = 5,5 kW + R = 0,37  + X = 10,6 

1.2.2 Chọn kiểu trạm biến áp

Lựa chọn trạm biến áp kiểu bệt ngoài trời có xây tường rào bao quanh Kích thước MBA 6m*9m

1.2.3 Sơ đồ đấu dây của trạm

- Phía cao áp dùng cầu chì tự rơi

- Dùng chống sét van phía 10kV: ZnO – 10kV

- Dùng tủ phân phối cho trạm: 500 – 600 Gồm 1 Aptomat tổng và 3 aptomat nhánh

1.2.4 Thiết bị cao áp

1.2.4.1 Điều kiện chọn

Điều kiện:

UđmTB ≥ Uđmmạng

IđmTB ≥ Iđmmạng Trong đó:

UđmTB, Uđmmạng: điện áp định mức của thiết bị và mạng điện

IđmTB, Iđmmạng: dòng điện định mức của thiết bị và mạng điện

* Phía 20kV:

3.

302,84

17,48 3.10

tt tt

dmh

S I

U

A



* Phía 0,4kV:

3.

302,84

437,11 3.0,4

tt tt

dmh

S I

U

A



1.2.4.2 Chọn dây dẫn từ trạm xuống má tĩnh Cầu chì tự rơi

Ta chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế

2

17,48

15,89 1,1

tt tt kt

I F J

mm



Chọn dây dẫn AC-70 (điều kiện vầng quang và đảm bảo độ bền cơ) có dòng cho phép Icp = 265 A

1.2.4.3 Chọn chống sét van

Chọn chống sét van không khe hở ZnO loại LG34/40-10kBV với các thông số:

Điện áp định mức 11,2 kV

Điện áp phóng điện ở tần số công nghiệp 25430 kV Dòng điện rò ở điện áp một chiều 20 μA Dòng điện rò ở điện áp xoay chiều 0,2 μA

Điện áp dư lớn nhất với xung sét 37 kV

1.2.4.4 Chọn cầu chì tự rơi

Chọn loại CR-10/100 với các thông số:

Uđm = 10kV

Ulvmax = 11,5kV

Iđm max = 100kA

Scắt = 200MVA

1.2.4.5 Chọn thanh dẫn từ má động Cầu chì tự rơi đến đầu cực MBA

Ta dùng thanh dẫn làm bằng đồng để đảm bảo không bị ngắn mạch giữa các pha (do khoảng cách giữa các pha ở đầu cực MBA nhỏ )

Chọn thanh đồng theo điều kiện

2

17,48

9,71 1,8

tt tt kt

I F J

mm



Theo đó ta chọn thanh dẫn đồng loại MT-8 với các thông số sau:

+ F = 50 mm2 + d = 8 mm + Dòng điện cho phép Icp = 260 A

1.2.5 Thiết bị hạ áp

1.2.5.1 Điều kiện chọn

UđmTB ≥ Uđmmạng

IđmTB ≥ Itt Trong đó:

UđmTB, Uđmmạng: điện áp định mức của thiết bị và mạng điện

IđmTB: dòng điện định mức của thiết bị và mạng điện

Itt: dòng điện tính toán lớn nhất của thiết bị

1.2.5.2 Chọn Aptomat tổng

Chọn loại NS-600E có các thông số

Uđm = 0,5kV

Iđm = 600 A

Icđm= 15kA

1.2.5.3 Chọn Aptomat nhánh

Ta chọn các nhánh với số hộ như nhau và đều có công suất tính toán cho mỗi nhánh là:

Ptt = 257,4/3 = 85,8 kW

Do đó dòng điện tính toán

3.

85,8

145,7 3.0,4.0,85

tt tt

dmh

S I

U

A



Vậy ta chọn chung loại Aptomat cho các nhánh hạ áp là loại NS-225E

do hãng MARLIN GERIN sản xuất với các thông số sau

Uđm = 0,6kV

Iđm = 225 A

Icđm= 7,5 kA

1.2.5.4 Chọn cáp từ MBA đến tủ phân phối (cáp tổng)

Dòng điện tính toán

Itt = 437,11 A

Ta chọn cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC-3x185+1x120

Với các thông số kỹ thuật như sau

Iđm = 521 A > Itt = 437,11 A Điện trở tính toán : ro = 0,099 

1.2.5.5 Chọn cáp từ sau tủ phân phối đến đường dây hạ áp (cáp nhánh)

Ta có:

3.

85,8

145,7 3.0,4.0,85

tt tt

dmh

S I

U

A



Do đó ta chọn cáp CU/XLPE/PVC do hãng CADIVI sản xuất với các thông số kỹ thuật như sau

Tiết diện: 3x35+1x25 có Icp = 158A Điện trở tính toán: ro = 0,524 

1.2.5.6 Chọn thanh cái tủ phân phối

Với Itt = 437,11 A

Ta chọn thanh cái làm bằng đồng, tiết diện 40x4 có Icp = 625 A Thanh cái được đặt lên 2 sứ cách điện gắn vào khung tủ cách nhau 80cm đặt theo phương nằm ngang

1.3 Tính toán ngắn mạch

Để kiểm tra sự phù hợp của các thiết bị ta đã chọn thì cần tiến hành tính toán ngắn mạch tại các điểm sau:

+ Điểm ngắn mạch phía sau cầu chì tự rơi và trước MBA (N1) + Điểm ngắn mạch phía sau Aptomat tổng và trước Aptomat nhánh (N2)

Để tính toán ngắn mạch được đơn giản ta giả thiết:

+ Không tính đến sự bão hòa của mạch từ + Không tính đến dòng từ hóa của MBA + Không tính đến điện dung

+ Điểm ngắn mạch ớ xa nguồn + Bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải + Bỏ qua điện trở quá độ ngắn mạch với lưới điện cao áp

1.3.1 Tính ngắn mạch tại điểm N1

Sơ đồ thay thế

Điện kháng của hệ thống

2

2

10 1 100

dm HT C

U X

S



Trong đó:

U: điện áp của đường dây

SC: Công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn Điện kháng của đường dây:

Với đường dây AC-70 có chiều dài 1200 m và điện kháng đơn

vị xo = 0,341 /km thì Xd = 1,2.0,341 = 0,41  Điện kháng tổng:

X∑ = 1+0,41 = 1,41  Dòng điện ngắn mạch tại N1:

1

3.

10

4,1 3.1,41

N

U I

X

kA





Dòng điện xung kích ngắn mạch tại N1:

xk xk N1

i =k I 2

4,1 2.1,81 10,5 kA

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xung kích

xk N1 xk

I =i 1+2(k -1)

4,1 1+2(1,8-1) 6,64 kA

1.3.2 Tính ngắn mạch tại điểm N2

Vì điểm ngắn mạch N2 là điểm hạ áp nên khi tính toán cần phải chú ý đến điện trở của các phần tử

Từ các điểm ngắn mạch tới nguồn có các phần tử sau: MBA, Aptomat tổng, Aptomat, cáp

Tổng trở của MBA:

ZB = 3,7+j10,6  Quy đổi về phía hạ áp:

ZB’= 5,92+j16,1  Cáp tổng 3x185 + 1x120

Có ro = 0,099  rất nhỏ so với MBA nên ta có thể bỏ qua Aptomat 600A có điện trở tiếp xúc r = 0,25 m  cũng được bỏ qua Vậy dòng điện ngắn mạch tại N2:

2

2 2

3.

400

13,6

3 5,92 16,1

N

U I

X

kA







Từ kết quả tra đường cong tính toán với trị số 16,1/5,92 = 2,72 ta có

kxk = 1,23

Theo đó:

k xk N2

i =k I 2

1,32 2.13,6 25,4 kA

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xung kích

xk2 N2 xk

I =i 1+2(k -1)

13,6 1+2(1,32-1) 17,42 kA

Điểm ngắn mạch tại các đầu các nhánh hạ áp cũng được lấy từ dòng ngắn mạch tương tự như điểm ngắn mạch N2 vì tổng trở của các phần tử như Aptomat nhánh, cáp nhánh đều rất nhỏ so với máy biến áp

1.3.3 Kiểm tra các thiết bị đã chọn

1.3.3.1 Kiểm tra dây dẫn từ dàn trạm xuống má tĩnh cầu chì tự rơi

* Điều kiện phát nóng

Icb ≤ k.Icp Trong đó:

k: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, với dây dẫn trần thì nhiệt độ tính toán tại môi trường là 200c, ta cho nhiệt độ môi trường tuyệt đối là 350c, với k = 0,88

Icb = 19,3 A < k.Icp = 0,88.265=233 A

* Điều kiện ổn định nhiệt

Fch ≥ Fnh (mm2) Trong đó:

Fch: tiết diện chọn

Fnh: tiết diện ổn định nhiệt

.

nh qd

F  I t

Với α: hệ số nhiệt độ của vật liệu làm dây dẫn

I: dòng ngắn mạch ổn định

tqđ: thời gian dòng ngắn mạch quy đổi

4,1.11 0,5 31,89 70

nh qd

ch

 



Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt và điều kiện phát nóng

1.3.3.2 Kiểm tra cầu chì tự rơi

Điều kiện kiểm tra:

SC > SN Trong đó:

SC: công suất cắt ngắn mạch cầu chì

SN: công suất ngắn mạch

1 3 4,1.10 3 70,93

N N dm

S I U

MVA



Ta thấy

SC = 200MVA > SN = 70,93MVA

Do đó cầu chì tự rơi vân đạt yêu cầu

1.3.3.3 Kiểm tra dây dẫn từ má cầu chì tự rơi xuống đầu cực MBA

* Kiểm tra điều kiện phát nóng

Điều kiện kiểm tra

Icp ≤ k.Icp Với k: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường Với dây dẫn trần nhiệt độ tính toán môi trường là 200C , ta cho nhiệt độ thực tế môi trường là

350C

k =0,88

Itt = 19,3 A < k.Icp = 0,88.260 = 229 A Thỏa mãn điều kiện phát nóng

* Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

Điều kiện kiểm tra

Fch ≥ Fnh (mm2) Trong đó:

Fch: tiết diện chọn

Fnh: tiết diện ổn định nhiệt

.

nh qd

F  I t

Với α: hệ số nhiệt độ của vật liệu làm dây dẫn

I: dòng ngắn mạch ổn định

tqđ: thời gian dòng ngắn mạch quy đổi

6.4,1 0,5 17,4 50

nh qd

ch

 



Thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

* Kiểm tra điều kiện ổn định động

Điều kiện kiểm tra

бtt ≤ бcp Trong đó

бtt : ứng suất tính toán trong thanh dẫn khi ngắn mạch (kG/cm2)

бcp : ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn

бcp =1400 kG/cm2 Lực điện động:

1

2 2 2

2,86.10 xk

tt

L

a



 Trong đó:

ixk : dòng ngắn mạch xung kích tại N1 L: khoảng cách giữa 2 sứ cách điện trong cùng một pha (70cm) a: khoảng cách giữa 2 pha (15cm)

Theo đó ta có:

1

2 2

2.

2.70

15

xk

tt

L

a

kG cm







Mômen tác dụng lên thanh dẫn

10 29,4.70

205,8 10

tt

F L M

kG cm



Mômen chống uốn của thanh dẫn

W = 4.402/600=10,66 cm3 Ứng suất tính toán

205,8

19,3 / 10,66

tt

M W

kG cm

 

Theo đó ta có:

бtt ≤ бcp Vậy thanh dẫn được chọn là phù hợp

1.3.3.4 Kiểm tra Aptomat tổng và nhánh

Loại: NS600E

Uđm = 0,5kV > Uđmm = 0,4kV

Iđm = 600 A > Itt = 482 A

Icđm= 15kA > IN = 13,6 kA Loại: NS225E

Uđm = 0,5kV > Uđmm = 0,4kV

Iđm = 225 A > Itt = 17,48 A

1.3.4 Tính toán nối đất cho TBA phân phối

Nối đất cho trạm biến áp phân phối là loại nối đất chống sét, an toàn

và nối đất làm việc

Quy phạm quy định Rđ ≤ 4 

Cho đ = 0,4.104 /cm

Ta sẽ nối đất TBA phân phối 400kVA-10/0,4kV kiểu bệt có kích thước (6x9)m bằng một mạch vòng kín có kích thước (5x6)m bao quanh trạm, 6 cọc dùng thép góc L 60x60x60 dài 2,5m chôn sâu 0,8m và thanh nối

là thép dẹt 40x4mm

Ta có:

Điện trở nối đất một cọc là:

2

0,4.10 1,4 2(250 80) 1 4.165 (250 80)

2 .(250 80) 0,57 2 4.165 (250 80) 20,5

m C

R













Xác định số cọc cần đóng là

1

20,5

7,8 8 0,65.4

C

c yc

R n R





Số cọc là 8 cọc Điện trở của thanh nối là:

2

.ln

2 0,4.10 1,6 2.2200

2 .2200 4.80

m t

R

l h b











Điện trở nối đất của thanh nối có xét đến hệ số sử dụng thanh:

'

4,8 12 0,4

t

t t

R R





Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc là:

' '

4.

4.12

6

12 4

t c

t yc

R R

R R







Số cọc cần phải đóng thực tế là

1

20,5

5,3 0,65.6

C

c C

R n R





Căn cứ vào mặt bằng trạm, ta chọn 6 cọc như dự định Khi đó điện trở nối đất của toàn bộ hệ thống nối đất là:

20,5.4,8

20,5.0,4 6.4,8.0,65

c t ht

c t t c

R R R

R  n R 







Theo đó:

Rht = 3,66  < Ryc = 4 

Hệ thống nối đất TBA phân phối như lựa chọn là đảm bảo yêu cầu