THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU PHỐ MỚI

THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU PHỐ MỚI

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT

KHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

-BÀI TẬP DÀI

Bộ môn: Cung cấp điện

ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU PHỐ MỚI

Giáo viên hướng dẫn : Lê Minh Tiệp

Học sinh thực hiện : Nguyễn Thị Thảo Hiền

Ngày ra đề : 20/04/2010

Ngày hoàn chỉnh : 20/05/2010

Phú Thọ, ngày 15 tháng 05 năm 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, hiện nay điện năngđóng vai trò rất quan trọng Điện năng được áp dụng rộng rãi trong các nghànhkinh tế quốc dân, bởi vì điện năng là nguồn năng lượng có nhiều ưu điểm hơn sovới các nguồn năng lượng khác Khi xây dựng các nhà máy, xí nghiệp, khu phố, đôthị Trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điệnnăng cho các thiết bị, máy móc hoạt động và cả nhu cầu dùng điện làm việc và sinhhoạt của con người

Việc thiết kế trang cung cấp điện cho một khu phố mới là rất cần thiết vàquan trọng, nhưng lại là một vấn đề tương đối mới mẻ đối với em Do kiến thứccủa bản thân còn nhiều hạn chế, mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng lạikhông tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp,giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo

I.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KHU PHỐ MỚI.

- Trong các khu phố có nhiều thiết bị sử dụng điện làm việc khác nhau đểtính toán phụ tải, thì người ta không tính toán riêng cho từng thiết bị mà tính toáncho nhóm thiết bị hoặc hộ gia đình

- Các thiết bị điện trong khu phố có thể chia ra làm nhiều nhóm, mỗi nhóm

có thể có n tùy theo người thiết kế Nhưng thực tế người ta chon 8 b

- Nếu chọn n quá lớn sẽ khó khăn cho việc thiết bị đóng cắt Bảo vệ cho tảiviệc đi dây sẽ trở nên chồng chéo hoặc khó khăn

- Việc chia nhóm phải đảm bảo các yêu càu sau:

+ Các thiết bị phải được bố trí gần nhau

+ Đi dây thuận tiện không chồng chéo

+ Do chọn phương pháp đi dây trong ống nên góc độ của ống phải  120 0

- Theo yêu cầu và căn cứ vào sơ đồ đã cho ta thực hiện xác định phụ tải tínhtoán của khu dân cư Chúng ta cần xác định công suất tác dụng chiếu sáng cho cáckhu riêng Khu chung cư 1, khu chung cư 2, khu nhà mặt phố, trường tiểu học vàvườn hoa

Các khu sử dụng đèn sợi đốt nên cos=1 Qcstt=0

1 Khu chung cư 7 tầng 1

Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P0= 10(w/m2)

công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình:

2 Khu chung cư 5 tầng 2.

Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m2 là Po = 10(w/m2 )

công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình:

Dùng toàn sợi đốt nên Cos=1  Qtt=0

Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P0= 25(W/m2)công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình:

1

(Q tt p P cstt p ) = 6,24(KVA)Công suất chiếu sáng tính toán một tầng:

* Nhà hành chính dùng đèn sợi đốt:

Cosφ = 1  Qtt = 0

Chọn suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P0 = 25 (W/m2)

Công suất chiếu sáng tính toán là:

Pcstt = P0 5 = 25 100 10-3 = 2,5 (KW)

 Sttcs = Pcstt = 2,5 (KVA)

5 Vườn hoa

Dùng đèn sợi đốt nên Cosφ = 1; Qttcs = 0

Chọn suất phụ tải trên 1 đơn vị m2 là P0 = 0,5 (W/m2)

Công suất tính toán chiếu sáng:

Thiết kế mạng điện cho một khu phố mới là một phần quan trọng để đảm bảo

ổn định và phát triển đời sống của nhân dân Việc lựa chọn và thiết kế mạng điệnphải đảm bảo các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế, điều đó rất quan trọng

(Để cung cấp điện cho một khu phố mới ta phải cung cấp 2 phần)

- Mạng điện khu phố gồm hai phần: Phần bên trong và phần bên ngoài

+ Phần bên trong: Gồm các đường dây cung cấp điện cho các nhà chung cư,nhà mặt phố, trường tiểu học, vườn hoa

+ Phần bên ngoài: Các đường dây dẫn điện từ hệ thống điện đến khu tiêu thụ

- Mạng điện của khu phố phải đảm bảo các yêu cầu:

+ Kỹ thuật:

Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện phù hợp với từng yêu cầu của các phụtải, đảm bảo chất lượng điện năng Sơ đồ nối dây phải đảm bảo đơn giản, có tínhkhoa học, thuận tiện cho việc vận hành, sửa chữa.

+ Kinh tế:

Vốn đầu tư ban đầu hợp lý Chi phí vận hành hàng năm hợp lý, tiết kieemk

- Trong thực tế thì hai yêu cầu trên luôn đối lập nhau Khi chọn phương áncung cấp điện tốt thì không lớn và ngược lại Như vậy, ta phải tìm ra phương áncung cấp điện hợp lý Để thiết kế mạng điện cho khu phố, chúng ta có sơ đồ hìnhtia, phân nhánh, kết hợp hình tia và phân nhánh

Chọn sơ đồ cung cấp điện cho khu phố:

Để cấp điện cho từng khu vực trong khu phố, ta phải đặt một tủ phân phối,dây cáp ngầm cấp điện cho tủ phân phối Thanh cái của tủ này cấp điện cho 5 tủđộng lực, ta cấp điện cho từng khu vực

Đặt aptomat (AB) ở đầu ra của trạm áp làm đầu AB đầu nguồn cho các phânxưởng Tủ phân phối của xưởng đặt một AB tổng và 6 AB nhánh cấp điện cho 5 tủđộng lực và 1 tủ chiếu sáng Tủ động lực được cấp điện bằng đường cáp hình tia,đầu vào đặt dao cách ly (CB) và cầu chì (CC), các nhánh ra đặt cầu chì

Sơ đồ nguyên lý cấp điện

- Chọn sơ đồ đi dây cung cấp điện cho các thiết bị:

Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng của khu phố và sự bố trí thiết bị trong khu vựctiêu thụ với công suất không bằng nhau Trong mỗi nhóm các thiết bị phân phối

tương đối độc lập chúng ta chọn sơ đồ đi dây hình tia với mục đích đảm bảo về kỹthuật.

2 Lựa chọn các phần tử của hệ thống cung cấp điện.

a Chọn cầu chì và cáp dẫn điện cho từng thiết bị.

*) Chọn dây chảy cầu chì

Để đảm bảo an toàn cho thiết bị, cho đường dây thì mỗi một thiết bị cóđường dây cung cấp điện, ta dùng một cầu chì bảo vệ

Việc chọn dây chảy phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Dây chảy cung cấp không được chảy khi làm việc với Iđmmax và cho phépquá tải ngắn hạn

- Dây chảy cung cấp phải chảy khi có dòng ngắn mạch đi qua hoặc dòng quátải lớn hơn giá trị cho phép

Idc  Iđm

* Chọn dây dẫn và cáp

Cáp và dây dẫn hạ áp được lựa chọn theo điều kiện lâu dài cho phép nhằmđảm bảo cho nhiệt của dây dẫn, của cáp không vượt quá nhiệt độ cho phép để đảmbảo cách nhiệt cho dây dẫn Ngoài ra việc lựa chọn cáp điện và dây dẫn liên quanđến việc lựa chọn dây chảy cầu chì Dây dẫn và cáp được lựa chọn theo hai điềukiện dau:

3 2 1

đm

.K K K

I [I] 

K K K K

I [I]

3 2 1

dc



Trong đó:

[I]: Dòng làm việc lâu dài của dây dẫn

K1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ của môi trường so với nhiệt độ tiêu chuẩn.Chọn K = 0,93

K2: Là hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp đặt trong một rãnh

Trong phần này, số lượng cáp không nhiều nên chọn K2 = 1

K3: là hệ số xét tới chế độ làm việc của thiết bị nếu làm việc dài hạn

Chọn K3 = 1

K: Là hệ số kể tới cấu trúc của đường dây, ta lấy là 3

K = 1,25  1,5 cấp điện cho một nhóm thiết bị

K = 0,8 cấp điện cho mạng lưới chiếu sáng.

* Tính chọn dây chảy cầu chì và dây dẫn cho từng thiết bị:

Khu chung cư:

12 K

.K K

I

3 2 1

36 K

.K K K

I

3 2 1

I

10 K

.K K

I

3 2 1

3 1 1 93 , 0

25 K

.K K K

I

3 2 1

5 , 13 K

.K K

I

3 2 1

35 K

.K K K

I

3 2 1

Chọn dây dẫn 4mm2  PTO (Liên Xô sản xuất)

5 6 I

5 K

.K K

I

3 2 1

Cầu chì tổng lớn hơn ít nhất hai cấp so với cầu chì nhánh trong đó

Itt là dòng điện tính toán của nhóm

Immmax: Là dòng điện mở máy của động cơ lớn nhất

Ksd, Iđm: Ứng với động cơ có Immmax

Với phụ tải như vậy thì:

b Chọn cáp từ các tủ phân phối tới các tủ động lực:

Cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực phải thỏa mãn:

Uđmcáp ≥ Uđmmạng (380V)

c Chọn tủ phân phối

Uđmtủ = Uđmmạng

Iđm vào tủ ≥ Ittkp

Iđm ra tủ ≥ Idctb

Số đầu ra của tủ phân phối ≥ 6, chọn tủ có 1 nguồn cấp

Tra bảng chọn tủ phân phối loại P - 9332 do Liên Xô chế tạo

d Chọn Áptômát AB theo điều kiện

UđmAB ≥ Uđmlưới

IđmAB ≥ Iđmlưới

3 Lựa chọn phương án cung cấp điện cho thành phố.

Dựa vào các yêu cầu trên và căn cứ vào sơ đồ mặt bằng khu phố

Iđm = 10 KV

Khu phố phụ thuộc hệ phụ tải tiêu thụ loại 3 Sau khi có các điều kiện chọnphương án cấp điện, xây dựng một trạm biến áp một máy có:

Sđm = 1000 KVA cung cấp cho khu phố

4 Chọn thanh cái cho trạm biến áp

Thanh cái biến áp 10KV và hạ áp 0,4KV và hạ áp 0,4KV được chọn theođiều kiện phát nóng

Icp ≥ lvmax

I (K K )

Trong đó:

K1: Hệ số hiệu chỉnh môi trường xung quanh khác với nhiệt độ quy chuẩn.

Vì nhiệt độ môi trường không khí đặt thanh cái là 250C và nhiệt độ cho phép phátnóng lớn nhất của thanh cái l,à 700C nên K1 = 1

K2: Là hệ số hiệu chỉnh xét tới nhiều thanh cái trong một pha

Ilvmax: Dòng điện làm việc cực đại qua thanh cái

a Chọn thanh cái cao áp 10KV

Dòng điện làm việc cực đại của máy biến áp mang tải cực đại, bỏ qua tổnthất công suất có:

Ilvmax = 1, 4.1000

3.10 = (A)

 I = 82 (A)

Chọn thanh cái bằng nhôm kích thước 25 x 3 (mm2)

Mỗi pha một thanh, tiết diện 75mm2, [I] = 265 (A)

Khối lượng m = 0,203 (Kg/m)

b Chọn thanh cái hạ áp máy biến áp

Dòng làm việc cực đại của thanh cái hạ áp máy biến áp là dòng thứ cấp củaMBA khi nó làm việc Chế độ sự cố:

Ta chọn sứ đỡ đặt trong nhà kiểu 0 - 35 - 375

5 Tính ngắn mạch và kiểm tra thiết bị điện đã chọn

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng thường xảy ra trong hệ thốngđiện nói chung

Khi xảy ra ngắn mạch dòng điện tăng vọt đến trị số rất lớn (IN>Iđm)

Gây nên hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực điện động, đe doạ phá huỷ đến cácthiết bị điện trong mạng và gây nguy hiểm cho con người Đồng thời với sự tăngvọt của dòng điện là sự suy giảm đáng kể của điện áp mạng, gây nên ảnh hưởng tới

sự làm việc bình thường của của các thiết bị điện, trường hợp nặng nề hơn có thểgây mất ổn định hệ thống Vì vậy các phần tử trong hệ thống phải được tính toán vàlựa chọn sao cho không những làm việc tốt trong trạng thái làm việc bình thường

mà còn có thể chịu được, không bị hư hỏng trong thời gian ngắn mạch

Độ tin cậy làm việc của các thiết bị điện trong điều kiện sự cố được đảm bảotrên cơ sở kiểm tra chúng theo các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt ứng vớitình trạng ngắn mạch nặng nề nhất Đối với mỗi thiết bị trong một sơ đồ cụ thể vàphương án vận hành xác định ta có thể chỉ ra vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắnmạch nào (N2, N3, ) sẽ cho dòng ngắn mạch chạy qua thiết bị đó là lớn nhất Nhưvậy, việc kiểm tra các thiết bị điện được thực hiện trên cơ sở tính toán dòng ngắnmạch tại những điểm đặc trưng nhất của sơ đồ tính toán

Ngoài ra việc tính toán ngắn mạch còn để tính toán thiết kế bảo vệ rơ le và

để kiểm tra độ nhạy của aptomat, khả năng cắt của máy và cầu chì

+ Điểm N2: - trên thanh cái hạ áp 0,4 KV của đầu ra máy biến áp

+ Điểm N3: - Đầu vào tủ phân phối trung gian cho từng khu

+ Điểm N4: Đầu vào tủ động lực

A2 Tính ngắn mạch

Tôi thiết lập sơ đồ tính toán ngắn mạch cho hệ thống điện như sau:

S HT CL 1 TG 2 CL 2 MC 2 BA 2 AM-2500 TG4 A3130 A3130 TPP TĐL

1 Tính ngắn mạch 3 pha

a Tính ngắn mạch 3 pha ở phía cao áp: Điểm N1

Mục đích tính toán ngắn mạch 3 pha tại điểm N1 là để kiểm tra điều kiện ổnđịnh động và ổn định nhiệt của thanh dẫn và các khí cụ điện áp

Khi ngắn mạch 3 pha ở điện áp cao 10KV người ta cho phép bỏ qua điện trở,điện k,háng của dao cách ly, thanh cái và chỉ kể đến điện kháng của hệ thống Xht vàdây dẫn Xdd

- Tại điểm ngắn mạch N1 có:

+ Điện kháng của hệ thống: Xht =

2 tbdm MN

U S

Xht có giá trị rất nhỏ tương đương như nguồn có công suất vô cùng lớn

Điện kháng của dây tải điện từ nguồn tới khu phố:

Với đường dây trên không, chiều dài 9km, dây dẫn AC - 35 có X0 = 0,4(/km)

= =3,68

3.X 3.3.6 A

Trong đó:

- I"(N1): Là trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch trongchu kỳ đầu tiên tại điểm Nt (dòng điện siêu quá độ).

- IN1: Là trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ ổn định của dòng ngắnmạch tại điểm N

- Giá trị tức thời cực đại của dòng ngắn mạch toàn phần (dòng ngắn mạchxung kích tại điểm ngắn mạch Nt)

Kxk: Là hệ số xung kích, trường hợp điểm ngắn mạch N1 này có Kxk = 1,8

và điện trở tiếp xúc tại tiếp điểm

*Tính điện trở, điện kháng của các phần tử (quy về hạ áp):

- Điện kháng của hệ thống và đường dây cao áp quy về hạ áp:

- Điện trở, điện kháng của máp biến áp 320 - 0,410

- Điện trở, điện kháng của thanh hạ áp máy biến áp BA2

- Điện kháng của aptomat A3130

+ Điện trở, điện kháng của cuộn dây:

Theo bảng 2 - 24 (TL2) có:

rcd = 0,36 m ; Xcd = 0,28 m

+ Điện trở tiếp xúc của aptomat:

rcd = 0,6 m

- Điện trở kháng của aptomat AM - 250

+ Điện trở, điện kháng của cuộn dây:

Theo bang 2 -42 (TL2) có:

rcd = 0,1 m ; Xcd = 0,09 m

+ Điện trở tiếp xúc của aptomat:

rcd = 0,04 m

Mục đích của việc tính ngắn mạch 3 pha tại điển N2 để kiểm tra điều kiện ổnđịnh động và ổn định nhiệt của aptomat AM - 2500 và của thanh cái hạ áp máybiến áp BA

r(N2 ) = rBA2 + rTG4 + rcd(AM2500) + rTX(AM2500) = 1,52 + 0,175 + 0,1 +0,04

2

1  K xk N  = 24,97 KA

- Công suất ngắn mạch của điểm N:

SNM(N2) = 3.Utbdm I"N2 = 15,93 MVA

c Tính ngắn mạch 3 pha tại điểm N 3 :

Mục đích của việc tính ngắn mạch 3 pha tại điểm N3 là để kiểm tra ổn địnhđộng và ổn định nhiệt của cáp và aptomat A3130 khi có dòng ngắn mạch chạy qua

- Trị hiệu dụng của dòng xung kích tại điểm N3:

Ixk(N3) = I"(N3)  2

) 3 ( 1 ) (

0

2 (

3

X X R

R

K Utbdm





Trong đó:

- K: là hệ số kể tới độ sụt điện áp khi xảy ra ngắn mạch, K = 0,92 0,95

- R1, X1: là điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận ( bằng thành phầnthứ tự nghịch) tính từ nguồn tới điểm ngắn mạch (mΩ))

- Utbdm = 400 V

a Tính ngắn mạch một pha tại điểm

* Điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận và thứ tự không của các phần tửtrong mạch ngắn hạn một pha tại điểm

a Tính ngắn mạch một pha tại điểm N3:

* Điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận và thứ tự không của các phần

tử trong mạch ngắn mạch một pha tại điểm:

B KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

Các thanh dẫn và khí cụ điện đã được lựa chọn hợp lý và đạt các tiêu chuẩn

kỹ thuật trong chế độ làm việc bình thường, để đảm bảo không bị xảy ra ngắn mạchchúng ta phải thoả mãn các điều kiện kiểm tra về độ ổn định động và ổn định nhiệt.Đối với các thiết bị bảo vệ quá dòng, cần kiểm tra thêm độ nhạy và khả năng cắtdòng ngắn mạch

Từ kết quả tính ngắn mạch đã tính ở trên, ta ,tiến hành kiểm tra các thiết bịđiện đã chọn

B1 Kiểm tra cáp tải điện tới khu phố

Đối với cáp, do kết cấu chắc chắn nên ta không cần kiểm tra theo điều kiện

ổn định lực điện động mà chỉ cần kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắnmạch

Điều kiện kiểm tra:

S  S0dn =  I(N3) t gt1

Trong đó:

+ S0 = 50mm2: Là tiết diện của cáp được chọn

+  = 12: Ứng với cáp ruột nhôm

+ I(N3) = 1,02 KA: Dòng ngắn mạch tại điểm N3 khi ổn định

+ tgtck1: Là thời gian giả thiết của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch.+ tgtck1 = f(tN,") = 0,015 (s)

Vì là nguồn có công suất vô cùng lớn  tgtck1 = tN = 0,015 (s)

+ tN: Là thời gian ngắn mạch tại điểm N3, nó chính là thời gian tác động củaáptômát A3130.

tgtck1 = tN + ttd(A3130) = 0,05 + 0,015 = 0,65 s

 tgt1 = 0,5

Vậy Sôdn = 12 1,02 0 , 065 = 3,12

Kết luận: Cáp chọn cho phân xưởng cơ khí đảm bảo điều kiện kỹ thuật yêu cầu

B2 Kiểm tra áptômát A3130

- Kiểm tra theo điều kiện ổn định động:

Ixk(A3130) = 30 (KA) > Ixk(N3) = 1,87 (KA)

Kiểm tra độ nhạy: Điều kiện kiểm tra:



Trong đó:

N3

(1)

I = 0,637 (KA): Dòng ngắn mạch một pha tại N3

Itd = dòng tác động tức thời của áptômát

Áptômát A3130 có Itd = 1050A

 Knh = 0,637/1,050 = 0,61 < 1,5

Kết luận: Áptômát A3130 được chọn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

B3 Kiểm tra Áptômát AM-2500

- Kiểm tra theo điều kiện ổn định động

Ixk(AM-2500) = 120 (KA) > Ixk(N2) = 42,27 (KA)

Kiểm tra độ nhạy, điều kiện kiểm tra



Trong đó:

N3

(1)

I = 4,93 (KA): Dòng ngắn mạch một pha tại N3

Itd(AM) = 2 Idm(AM) = 2 2500 = 5000 (A) = 5 (KA)

 Knh = 4,93/5 = 0,986 < 1,5

Kết luận: Áptômát AM-2500 thoả mãn điều kiện ổn định lực điện động dòngngắn mạch nhưng không đảm bảo độ nhạy khi ngắn mạch một pha tại điểm

B4 Kiểm tra thanh cái hạ áp

1 Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực nhiệt động.