Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xã nông nghiệp (Kèm file thiết kế)

Thôn1 180 hộ dân, Thôn2 320 hộ dân, Thôn3 220 hộ dân, Thôn 4 240 hộ dân, ủy ban xã: Gồm 2 tầng mỗi tầng 4 phòng diệní 10x16mTrạm xá: Gồm 2 tầng mỗi tầng 6 phòng diệní 10x16mTrường học: Công suất đặt 200KVA, Cosj = 0,8Trạm bơm: : Diện tích 10x16m, 2 máy bơm 2x32kw, Cosj = 0,78a.Thiết kế chiếu sáng và động lực chi tiết cho Trạm bơmb.Thiết kê cung cấp điện cho xã trên1. Xác định phụ tải tính toán toàn xã2. Xác định sơ đồ nối dây của mạng điện 3. Lựa chọn phương án tối ưu4. Lựa chọn thiết bị điện của phương án tối ưu: 5. Xác định các tham số chế độ của mạng điện : U, P, A, U2 … 6. Tính toán nối đất cho trạm biến áp (với đất cát pha), 7. Tính toán dung lượng bù để cải thiện hệ số công suất lên giá trị cos2 = 0,95 8. Dự toán công trình điện.

LỜI NÓI ĐẦU

Cung cấp điện là một vấn đề quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế và nâng cao trình độ dân trí Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ Mức

độ tiêu thụ điện năng ngày một tăng Trong đó nghành công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng rất lớn Do đó,để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện cần phải cóbiện pháp nâng cấp sửa chữa nguồn điện cũ,xây dựng nguồn điện mới,cải tạo các đường dây cấp điện

Đề tài của nhóm “ Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xã nông nghiệp”.

Trong quá trình thực hiện chúng em còn gặp nhiều khó khắn, vốn kiến thức còn hạn hẹp và khả năng cũng như kinh nghiệm thực tế còn ít nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự bổ xung góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI TOÀN XÃ

I Tính toán cung cấp điện cho xã

Dùng đèn sợi đốt có cos = 1 Trần nhà cao h = 4,5 (m), mặt công tác h2 = 1,4 (m),

độ cao treo đèn cách trần h1 = 0,6 (m).

Vậy H = 4,5 - 1,4 – 0,4 = 2,5 (m)

Tra bảng chiếu sáng nhà xưởng chọn L/H = 1,8

Xác định được khoảng cách giữa các đèn L = 1,8.2,5 = 4,5 (m)

Đặt tủ chiếu sáng cạnh cửa ra vào tram bơm và lấy điện từ tủ phân phối trạm bơm về Tủ gồm 1 Attomat 3 pha và 2 Attomat 1 pha, mỗi Attomat 1 pha cấp điện cho 3 bóng đèn.

- Công suất chiếu sáng

Lấy công suất phụ tải là P0 = 12 (W/m2), phòng có diện tích là 160(m2)

S8 = S8đl + S8cs = 59,2 + 4,92 = 64,12 (KVA)

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÃ

2.1 Khái quát và tính toán lựa chọn máy biến áp

Trạm máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Các trạm biến áp, trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhàmáy phát điện làm thành một hệ thống phát và truyền tải điện năng thống nhất Dunglượng của các nhà máy biến áp, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của các trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiểu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện

2.1.1 Cấp cao áp

- 500 kv – dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba vùng bắc, trung, nam;

- 220 kv – dùng cho mạng điện khu vực;

- 110 kv – dùng cho mạng điện phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn;

2.1.2 Cấp trung áp

22 kv – trung tính nối đất trực tiếp – dùng cho mạng điện địa phương, cung cấp điện cho các nhà máy vừa và nhỏ, cung cấp điện cho các khu dân

2.1.3 Cấp hạ áp

380/220 V – dùng trong mạng điện hạ áp Trung tính nối đất trực tiếp

Do lịch sử để lại, hiện nay ở nước ta còn dùng 66, 35, 15, 10, và 6 kv, nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo để dùng thống nhất cấp 22

kv

2.2 Tính toán chọn lựa máy biến áp

Cấp điện áp hạ áp là cấp điện áp phù hợp với điện áp định mức của các thiết bịdùng điện Đại bộ phận các thiết bị điện dùng trong công nghiệp và sinh hoạt dân dụng có điện áp 380/220 V Các động cơ điện ba pha có điện áp định mức 380V, cácđộng cơ điện một pha dùng trong sinh hoạt dân dụng và các loại đèn chiếu sáng dùngđiện áp pha 220V Để cung cấp điện cho các thiết bị này phải dùng các máy biến áp,

hạ áp có điện áp đầu ra 0,4 – 0,23 kV

2.2 1 Tính toán phụ tải

Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân v.v… Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ rất quan trọng

Bảng số liệu về xã nông nghiệp

Ủy ban xã 2 tầng /mỗi tầng 4 phòng Chiếu sáng và quạt

Trạm xá 2 tầng /mỗi tầng 6 phòng Chiếu sáng và quạt

Trường học Pđ=200KVA, cosφ=0,8 Chiếu sáng và quạt

2máy bơm/phòng Bơm tưới và chiếu sáng

Tính toán cho phụ tải đô thị hóa

Lấy công suất phụ tải sinh hoạt là P0=1,5KW/hộ, hệ số cosφ=0,85, chọn Kđt=0,85

- Công suất chiếu sáng.

Lấy công suất phụ tải là P0 = 12 (W/m2), phòng có diện tích là 160(m2)

CHƯƠNG 3 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN + SO SÁNH

KINH TẾ- KỸ THUẬT CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO XÃ.

Việc lựa chọn phương án cấp điện bao gồm: chọn cấp điện áp, nguồn điện, sơ

đồ nối dây, phương thức vận hành Các vấn đề này có ảnh hưởng trực tiếp tới vậnhành, Khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Muốn thực hiện được đúng đắn và hợp lý nhất, phải thu thập và phân tích đầy đủ số liệu ban đầu, trong đó số liệu nhu cầu điện là quan trọng nhất, đồng thời sau đó phải tiến hành so sánh phương án đã được đề ra về phương diện kinh tế và kỹ thuật Ngoài ra còn phải biết kết hợp các yêu cầu về phát triển kinh tế chung và riêng của địa phương

Phương án cấp điện được chọn sẽ được xem là hợp lý nếu thỏa mãn những yêu cầu sau:

 Đảm bảo chất lựng điện, tức là đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép

 Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điẹn cho phù hợp với yêu cầu của phụ tải

 Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa

 Có các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý

Căn cứ vào trị số công suất tính toán cho từng khu vực và vị trí mặt bằng, 2 phương án cấp điện cho xã như sau:

Chọn máy biến áp BA –400 – 10/0,4 do ABB sản xuất

• Đặt một trạm biến áp ở trạm xá dùng chung cho trạm xá ủy ban xã, trường học, trạm bơm

Chọn máy biến áp BA – 400 – 10/0,4 do ABB sản xuất

Kết quả chọn máy biến áp cho toàn xã:

Khu vực Stt(KVA) Sđmba(KVA) Số máy Tên trạm Loại trạm

Chọn biến áp BA-800-10/0,4 do ABB sản xuất.

• Đặt một trạm biến áp cho thôn 4 :

Chọn biến áp BA-400-10/0,4 do ABB sản xuất

• Đặt một trạm biến áp cho trường học, ủy ban, trạm xá, trạm bơm :

Chọn biến áp BA-400-10/0,4 do ABB sản xuất

Hình 2 : Sơ đồ đi dây trên toàn xã

3.3:Tính toán đi dây mạng điện

3.3.1 Giới thiệu chung về các phương pháp và phạm vi áp dụng

Có 3 phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp

3.3.1.1 Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế

Chọn tiết diện theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt’Jkt(A/mm2) là chọn số ampe lớn nhất trên 1 mm2 tiết diện kinh tế Tiết diện chọn theo phương pháp này sẽ

có lợi về kinh tế

Phương pháp chọn tiết diện dây theo Jktáp dụng với lưới điện có điện áp U ≥

110 (kW), bởi vì trên lưới này không có thiết bị sử dụng điện trực tiếp đấu vào, vấn

đề điện áp không cấp bách, nghĩa là yêu cầu không thật chặt chẽ

Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo Jkt’

3.3.1.2 Chọn tiết diện theo điện áp cho phép ∆Ucp

Phương pháp lựa chọn tiết diện này lấy chỉ tiểu chất lượng điện làm điều kiện tiên quyết Chính vì thế nó được áp dụng để lựa chọn tiết diện dây cho lưới điện nông thôn, thường đường dây tải điện khá dài, chỉ tiêu điện áp rất rễ bị vi phạm

3.3.1.3.Chọn đường dây dẫn theo dòng phát nóng lâu dài cho phép Jcp

Phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp, áp dụng cho lưới hạ áp đô thi, công nghiệp và sinh hoạt

Phạm vi áp dụng các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp:

-Trung áp Đô thi, công nghiệp Nông thôn

Tiết diện dù chọn theo phương pháp nào cũng phải thoã mãn các điều kiện kỹ thuật sau đây:

ΔUbt ≤ ΔUbtcp

ΔUsc ≤ ΔUsccp Isc ≤ Icp

Trong đó:

đường dây bị sự cố nặng nề nhất (đứt 1 đường dây trong lộ kép, đứt đường dây trong mạch kín)

ΔUbtcp, ΔUsccp là trị số ΔU cho phép lúc bình thường và sự cố

Với U ≥110 (kV);ΔUbtcp = 10%Udm

α là hệ số, với nhôm α=11, với đồng α=6

tqd là thời gian quy đổi, với ngắn mạch trung, hạ áp cho phép lấy tqd = tc =

(0,5:1)

3.3.2 Chọn tiết diện dây dẫn theo ΔU cp

Xuất phát từ nhận xét: Khi tiết diện dây dẫn thay đổi thì điện trở thay đổi theo còn điện kháng thì ít thay đổi, tra sổ tay thấy x0(Ω/km) có giá trị x0 = 0,33đến 0,45 bất kể

cỡ dây dẫn và khoảng cách giữa các pha Vì thế có thể cho 1 trị số x0 ban đầu nằm trog khoảng giá trị trên thì sai số phạm phải là không lớn.

Tổn thất điện áp được xác định theo biểu thức đã biết:

ΔU = = + = ΔU’ + ΔU”

Khi cho giá trị x0, tính được:

3.3.3 Tính tiết diện dây

Chọn tiết diện dây theo ∆Ucp

 Chọn dây dẫn loại AC-70

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Thôn 2 :

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Thôn 4 :

 Chọn loại dây AC-50

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Trạm xá, ủy ban, trường học, trạm bơm :

Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Thôn 1, Thôn 2, Thôn 3 :

+Tủ phân phối tới Thôn 1, Thôn 2, Thôn 3 :

 Chọn loại dây dẫn AC-70

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Thôn 4 :

 Chọn loại dây AC-50

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Trạm xá, ủy ban, trường học, trạmbơm :

Khoảng cách giữa các điểm:

- Khoảng cách giữa hai điểm bất kì i và j được xác định theo biểu thức:

Lij =

Thay các số liệu tương ứng vào biểu thức trên ta xác định:

Khoảng cách giữa trạm biến áp và thôn 1 là:

LTBA –thôn1==1,56 km

Tương tự cho các điểm khác ta có bảng sau:

đến Thôn1 Thôn2 Thôn 3 Thôn 4 Trạmxá Trườnghọc ủy banxã Trạmbơm

Bảng 3.2.Bảng tính toán sơ bộ các đoạn dây.

Chiều dài đường dây trung áp là

L-TA = = 0,67 (km)

Đối với phương án 1, toàn xã có công suất 1482,46 KVA vì vậy ta chọn máy biến

áp ABB công suất 1500 KVA

Tổng chi phí phương án 1 được xác định theo biểu thức:

Z=ZHA+ZCA+Z BA

Trong đó:

Z: tổng chi phí của phương án ;

ZHA: chi phí lưới điện hạ áp;

ZCA: chi phí đầu tư máy biến áp;

+ Tính toán các thông số và chọn dây dẫn cho Thôn 1:

Chi phí trên các đoạn dây hạ áp:

Chọn dây Ac-70,với giá thành 35 triệu đồng/km

Chọn dây AC-50 với giá thành là 22 triệu đồng/ km

Điểm

tải

CôngsuấtkW

Chiềudài

kM Loạidây

Đơn giáTriệuđồng

Chi phíTriệuđồng

Tổng chi phí cho đường hạ áp là 195,480 triệu đồng

Suất tiêu thụ điện toàn xã là 1380,1195 KVA vì vậy ta chọn máy biến áp ABBcông suất 1500 KVA.Chi phí đầu tư khoảng 818,41 triệu đồng

Dây dẫn tự hệ thống 22kV đến tram biến áp dài 0.67km với đơn giá 97.76 triệuđồng/km

Vậy tổng chi phí cho hệ thống điện này là 1111,65 triệu đồng

3.4.2:Phương án 2:

Tương tự phương án 1 ta cũng tính được khoảng cách từ các TBA tới phụ tải

− Khoảng cách giữa hai điểm bất kì i và j được xác định theo biểu thức:

Lij =

Thay các số liệu tương ứng vào biểu thức trên ta xác định:

Khoảng cách từ TBA tới các phụ tải

Đối với đường dây hạ áp ta vẫnchon dây Ta có bảng sau:

Điểm tải Công

suấtkW

Chiềudài kM

Loại dây

Đơn giáTriệuđồng

Chi phíTriệuđồng

Tổng chi phí cho đường dây hạ áp(cả TBA1 là 116.55 triệu đồng

TBA2 có công suất là 855,16 KVA nên ta chọn MBA của việt nam có công suất

là 1000 KVA,chi phí đầu tư là 455,89 triệu đồng.

TBA2 có công suất là 636,2 KVA nên ta chọn MBA có công suất 800 KVA cóchi phí đầu tư khoảng 348,53 triệu đồng

Vậy tổng chi phí cho hệ thống điện này là 1018,73 triệu đồng

+ Nhận xét: Dựa vào kết quả tính toán của 2 phướng án trên ta thấy phương án 2 cótổng chi phí bé hơn

Vì vậy phương án 2 là phương án tối ưu, ta lấy phương án 2 để cung cấp điện cho

xã này

Chương 4 Xác dòng điện ngắn mạch Chọn và kiểm tra các thiết bị

điện

4.1 LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG CAO ÁP, HẠ ÁP:

4.1.1 Lựa chọn các thiết bị cao áp cho xã.

4.1.1.1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn.

Có 3 phương pháp lựa chọn dây dẫn: [4]

* Chọn theo điều kiện Jkt: chọn theo Jkt là phương pháp được áp dụng với lưới điện có điện áp U ≥ 110kV.Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo Jkt

* Chọn theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp: chọn theo ΔUcp là phương pháp lựa chọn tiết diện này lấy chỉ tiêu chất lượng làm điều kiện tiên quyết

* Chọn theo điều kiện phát nhiệt cho phép: phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp, áp dụng cho lưới hạ đô thị, công nghiệp vàsinh hoạt Nguồn cao thế cho khu vực xã được lấy từ trạm biến áp trung

huyện, cấp điện cho các trạm biến áp theo đường dây cao thế trên không

Chính vì những nhận xét trên nên ta chọn tiết diện dây dẫn theo ΔUcp:

PR QX

U

+ = dm dm

U

∑

=

0, 35 10

tt dm

1143,6087 =43,5(mm2)

→ Chọn dây dẫn loại AC – 70

4.1.1.2 Tính toán ngắn mạch để lựa chọn và kiểm tra thiết bị cao áp.

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng thường xảy ra trong hệthống cung cấp điện Tính toán ngắn mạch là một phần không thể thiếu trong các thiết kế cung cấp điện Các số liệu về tình trạng ngắn mạch là căn cứ quan trọng để giải quyết các vấn đề như :[2]

 Lựa chọn thiết bị điện

 Thiết kế hệ thống bảo vệ role

 Xác định phương thức vận hành…

Mục đích của tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động cả

ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống Trong thực tế ngắn mạch 3 pha là nghiêm trọng nhất vì vậy người ta căn cứ vào dòng điện ngắn mạch 3 pha để lựa chọn các thiết bị điện.

Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cấu trúc cụ thể của hệthống điện quốc gia, nên cho phép tính gần đúng điện kháng của hệ

thống thông qua công suất ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống

có công suất vô cùng lớn Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các khí cụ

điện cần tính toán hai điểm ngắn mạch sau :

N1, N2 : điểm ngắn mạch phía cao áp các trạm biến áp trung gian để kiểm tra cáp và thiết bị cao áp của trạm

- Điện kháng của hệ thống được tính theo công thức sau :

Xht =

tb c

U

S

(Ω) (2 – 16)Trong đó :

Utb : điện áp trung bình trên đường dây, (kV)

Sc : công suất cắt của máy cắt,( kVA)

- Điện trở và điện kháng của đường dây :

r0, x0 : điện trở và điện kháng của dây dẫn, (Ω/km)

l : chiều dài đường dây, (km)

n : số lộ đường dây

Do ngắn mạch xa nguồn nên dòng điện ngắn mạch siêu quá độ bằng dòng điện ngắn mạch ổn định I∞ nên có thể viết :

IN =I’’ = I∞ = 3.

tb N

U Z

(2 – 19) Trong đó :

Utb : điện áp trung bình trên đường dây, (kV)

ZN : tổng trở của hệ thống đến điểm ngắn mạch thứ i, (Ω)

- Trị số dòng điện ngắn mạch xung kích được tính theo biểu thức:

Trong đó trị số IN và ixk được dùng để kiểm tra khả năng ổn định nhiệt

và ổn định động của thiết bị điện trong trạng thái ngắn mạch

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán ngắn mạch toàn xã.

Ta có :

3.

tt tt

dm

S I

* Chọn máy cắt hợp bộ 8DC11 cách điện SF6 do Siemens chế tạo có các thông số kỹ thuật ghi trong bảng sau :

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của máy cắt 8DC11.

Loại tủ Uđm (kV) Iđm (A) INmax (kA) IN3s (kA)

Sc đm = 3 Uc đm Ic đm = 3.12.12.25 = 1038 (kVA)

Xht =

tb c

U S

=

210,51038

N

U I

N

U I

( ) ( )

Hình 2.4.sơ đồ nguyên lý mạng cao áp cấp điện cho xã trên.

4.1.1.3 Lựa chọn dao cách ly phân đoạn tại điểm đấu A.

Dao cách ly (còn gọi là cầu dao) có nhiệm vụ chủ yếu là cách ly phần có

điện và phần không có điện tạo khoảng cách an toàn trông thấy phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng Sở dĩ không cho phép dao cách

ly đóng cắt mạch khi đang mang tải vì không có bộ phận dập hồ quang Tuy nhiên, có thể cho phép dao cách ly đóng cắt không tải biến áp khi công suấtmáy không lớn (thường nhỏ hơn 1000 kVA) Dao cách ly thường dùng kết hợp với máy cắt và cầu chì.[4]

Với Itt = 120(A) nên chọn dùng dao cách ly 3DC điện áp 12kV do Siemens chế tạo có các thông số sau:

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của dao cách ly 3DC.

Kết quả kiểm tra dao cách ly:

Điện áp định mức (kV): UđmDCL = 12 > UđmLD = 10

Dòng điện định mức (A): IđmDCL = 400 > Itt = 120

Dòng điện ổn định động (kA): Iđ.đm = 40 >

1 2

14, 76

4, 35

xk xk

i i

= 0,98

4.1.2:Lựa chọn cầu chì tự rơi cho các trạm biến áp của xã.

Với dòng tính toán của các trạm biến áp thôn như sau:

- Trạm biến áp T1 – thôn 1;

Itt.1 =

3.

tt dm

S U

=

1

3. dm

S U

=

1503.10

S U

=

2

S U

=

3903.10

= 22,516(A)