Thiết kế trạm biến áp trung gian 22011022 kV

1 Đề tài : Thiết kế trạm biến áp trung gian nhận điện từ hệ thống qua đường dây không lộ kép 220 kV, cung cấp điện cho phụ tải 110 kV 22 kV Số liệu : Phụ tải 22 kV : Gồm hộ tiêu thụ cung cấp đường cáp có công suất ghi bảng (1) Phụ tải 110 kV : Gồm hộ tiêu thụ cung cấp đường dây không lộ kép, có công suất khoảng cách tới trạm ghi bảng : Bảng Phụ tải 22 kV Công suất, MW/cosφ Phụ tải 110 kV Công suất, MW/cosφ Khoảng cách,km 3,5/0,82 2,5/0,87 5,5/0,85 7,5/0,9 4,5/0,8 2,2/0,8 20/0,9 35/0,85 25/0,9 30/0,92 X X 40 25 35 30 Biến thiên phụ tải ngày cho bảng (2) Thời gian Hệ thống 220 kV Phụ tải 22 kV Phụ tải 110 kV Bảng t(h) PH % 0-8 80 8-12 100 12-16 90 16-24 80 P22 % 70 100 90 70 P110 % 70 100 90 70 Trạm xây dựng khu đất ruộng đồng có điện trở suất đất : � = 0,4.104 �cm - Nội dung thực : Tổng quan tình hình sử dụng điện yêu cầu phát triển hệ thống điện Cơ sở lý thuyết đề tài Thiết kế kỹ thuật đề tài : + Tính toán phụ tải lựa chọn máy biến áp; + Lựa chọn phương án tối ưu sơ đồ nối dây trạm; + Chọn dây dẫn thiết bị điện cho tuyến vào – trạm; - + Chọn sơ đồ thiết bị bảo vệ máy biến áp; + Xác định quy mô ( diện tích, không gian chiếm chỗ ) trạm, tính nối đất Cho trạm đảm bảo Rđ ≤ 0,4 � ( nối đất nhân tạo trước đó) + Khả ứng dụng thực tiễn đề tài Bản vẽ: Sơ đồ phương án thiết kế trạm biến áp; Vẽ sơ đồ nối dây trạm biến áp chọn; Vẽ sơ đồ mặt cắt mặt trạm biến áp LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn Thầy trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án môn học Trong trình làm đồ án môn học, thời gian hạn chế nên đề tài em hoàn thành không tránh khỏi thiếu sót, mong Thầy-Cô thông cảm bỏ qua dẫn thêm cho em Em xin lắng nghe tiếp thu ý kiến đóng góp từ Thầy- Cô LỜI NÓI ĐẦU Điện nguồn lượng đời sống sinh hoạt trình sản xuất Sự phát triển kinh tế – xã hội đôi với việc phát triển mạng lưới điện Trong trình xây dựng, phát triển hòan thiện hệ thống điện chiếm vị trí quan trọng công công nghiệp hóa đại hóa đất nước Thiết kế trạm biến áp yếu tố quan trọng hệ thống điện,đòi hỏi người thiết kế nắm vững kiến thức điện học mà phải nổ lực nghiên cứu vấn đề có liên quan như: phát triển kinh tế, phát triển dân cư, vị trí địa lí, đặc điểm xã hội, cách vận hành trạm biến áp cho hiệu nhất…v…v… Nhận thấy tầm quan trọng việc thiết kế trạm biến áp, em chọn đề tài Nội dung thiết kế gồm hai phần: - Phần 1: Thiết kế phần điện trạm biến áp Phần 2: Xác định quy mô tính toán nối đất cho trạm Tổng số trang : Mặc dù em cố gắng việc thực luận văn, thời gian hạn chế kinh nghiệm nên chắn không tránh khỏi sai sót, mong thầy tận tâm bảo thêm, giúp em rút kinh nghiệm bổ ích việc thiết kế sau CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TRẠM BIẾN ÁP: Sự phát triển đất nước,trước tiên phải công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước xã hội phát triển văn minh vấn đề lương điện phải trước bước.Nói đến lượng điện nói đến ngành điện lực,điện lực giữ vai trò quan trọng,nó ảnh hưởng trực tiếp đến ngành khác :công nghiệp,nông nghiệp,dịch vụ….và kể nhu cầu sinh hoạt người cần có điện.Để xây dựng nhà máy, khu công nghiệp hay đô thị …Thì giải hệ thống cung cấp điện với chất lượng độ tin cậy cao,đáp ứng nhu cầu sử dụng điện vấn đề quan trọng phức tạp Một hệ thống điện hoàn chỉnh gồm nhà máy điện,trạm biến áp,đường dây tải điện,mạng phân phối hộ tiêu dùng.Trong trạm biến áp giữ vai trò trung gian nguồn tải, đầu vào ra, biến đổi điện áp từ cấp sang cấp khác, khâu quan trọng thiếu hệ thống điện.Ngày nay,với kỹ thuật đại, ngày có nhiều trạm biến áp với công suất lớn.Việc giải đắn kinh tế kỹ thuật thiết kế vận hành phải mang lợi ích cho kinh tế quốc dân II PHÂN LOẠI: 1.Theo điện áp: Trạm biến áp có nhiệm vụ biến đổi điện từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác, trạm tăng áp trạm hạ áp hay trạm trung gian theo nhiệm vụ phân thành hai loại trạm biến áp a) Trạm biến áp trung gian hay gọi trạm biến áp chính:là trạm nhận điện trực tiếp từ hệ thống có điện áp cao từ 220-110KV biến đổi thành điện áp 22-15KV b) Trạm biến áp địa phương hay gọi trạm biến áp phân phối:là trạm nhận điện trực tiếp tứ trạm trung gian biến đổi thành điện áp thích hợp phân phối đến phụ tải tương ứng 2.Theo địa dư: Trạm biến áp phân loại thành TBA khu vực TBA địa phương: -Trạm biến áp khu vực cấp điện từ mạng điện khu vực ( mạng điện ) hệ thống điện để cung cấp điện cho khu vực lớn bao gồm:Các thành phố,các khu công nghiệp…… Điện áp phía sơ cấp 220KV,110KV, phía thứ cấp 35KV, 22KV 15KV… -Trạm biến áp địa phương trạm biến áp cung cấp điện từ mạng phân phối, mạng điện phương hệ thống điện cấp cho xí nghiệp hay trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp III KẾT CẤU LẮP ĐẶT TRẠM: a) Trạm biến áp trời:là trạm mà thiết bị đặt trời, trạm loại đòi hỏi diện tích đủ lớn để đặt thiết bị phải đặt nơi bụi b) Trạm biến áp nhà:tất thiết bị đặt nhà, trạm loại không cần diện tích lớn thiết bị tương đối nhỏ thay vào đóchi phí vốn đầu tư cao c) Kết cấu trạm biến áp: Tất trạm biến áp nhìn chung chúng có thành phần giống nhau: ♦ Thiết bị phân phối sơ cấp ♦ Máy biến áp điện lực ♦ Thiết bị phân phối thứ cấp ♦ Hệ thống bảo vệ relay, đồng hồ đo cho trạm đường dây ♦ Hệ thống điện tự dùng ♦ Phòng điều khiển thiết bị phụ trợ khí cụ điện, dao cách ly, máy cắt góp… IV NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: Để đạt hiệu tối ưu từ việc vận hành, bảo trì thiết bị người sử dụng Trong tập luận văn tốt nghiệp lần phải làm hai nhiệm vụ: ♣ Thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV ♣ Thiết kế chống sét nối đất toàn trạm CHƯƠNG NỘI DUNG THIẾT KẾ TRẠM – CÂN BẰNG CƠNG SUẤT I NỘI DUNG: Thiết kế trạm biến áp 220/110/22KV nối với hệ thống Thiết kế chống sét nối đất cho toàn trạm với số liệu sau: • Phụ tải 110KV: Gồm đường dây: P1 = 20 MW, cosϕ1 = 0,9 với khoảng cách 40km; P2 = 35 MW, cosϕ2 = 0,85 với khoảng cách 25km; P3 = 25 MW, cosϕ3 = 0,9 với khoảng cách 35km; P4 = 30 MW, cosϕ4 = 0,92 với khoảng cách 30km • Phụ tải 22KV: Gồm đường dây: P1 = 3,5 MW, cosϕ1 = 0,82; P2 = 2,5 MW, cosϕ2 = 0,87; P3 = 5,5 MW, cosϕ3 = 0,85; P4 = 7,5 MW, cosϕ4 = 0,9; P5 = 4,5 MW, cosϕ5 = 0,8; P6 = 2,2 MW, cosϕ6 = 0,8; HT Trạm biến áp Phụ tải 22KV: Pmax22 =Pmax1 + Pmax2 + Pmax3 + Pmax4 + Pmax5 + Pmax6 = 3,5 + 2,5 + 5,5 + 7,5 + 4,5 + 2,2 = 25,7 MW Qmax22 = Qmax1 + Qmax2 + Qmax3 + Qmax4 + Qmax5 + Qmax5 = 2,44 + 1,42 + 3,41 + 3,63 + 3,38 + 1,65 = 15,93 MVAr 2 Pmax22 + Qmax22 = 25, + 15,932 = 30, 23 Smax22 = Số đường dây :6 Đồ thị phụ tải :được cho ( hình 2.1) Thời gian t(h) Phụ tải 22kV P22% 0-8 70 8-12 100 MVA 12-16 90 16-24 70 Phụ tải 110KV: Pmax110 =Pmax1 + Pmax2 + Pmax3 + Pmax4 = 20 + 35 + 25 + 30 = 110 MW Qmax110 = Qmax1 + Qmax2 + Qmax3 + Qmax4 = 9,67 + 21,69 + 12,1 + 12,78 = 56,27 MVAr 2 Pmax110 + Qmax110 = 1102 + 56, 27 = 123,55 Smax110 = MVA Số đường dây :4 Đồ thị phụ tải :được cho ( hình 2.1) Thời gian t(h) Phụ tải 22kV P22% 0-8 70 8-12 100 II TRÌNH TỰ THIẾT KẾ : + + + + + + + + + Tổng quan trạm biến áp Nội dung thiết kế trạm –Cân công suất Chọn sơ đồ cấu trúc Chọn máy biến áp –Tính tổn thất điện Tính ngắn mạch – Chọn máy cắt Chọn sơ đồ nối điện cấp điện áp Chọn khí cụ điện phần dẫn điện Tự dùng Bản vẽ 12-16 90 16-24 70 III CÂN BẰNG CÔNG SUẤT: Để có số liệu thiết kế cho phần sau, trước hết ta cân đồ thị phụ tải + Gọi: S110 (MVA) : Phụ tải cấp 110KV S22 (MVA) : Phụ tải cấp 22KV S∑ (MVA) : Phụ tải cấp 22KV 110KV SHT (MVA) : Phụ tải nhận từ hệ thống Std (MVA) : Tự dùng Phương trình cân công suất: S∑ = S22 +S110 +Std SHT = S∑ Bảng 2.1:Tổng hợp đồ thị phụ tải Phụ tải cấp điên áp (MVA) TT t(h) 110kv 22kv Tự dùng S∑ % 86,49 39,39 0→8 → 12 123,55 56,27 12 → 16 111,2 50,64 16 → 24 86,49 39,39 S∑max= 179,82 MVA ;SHT=179,82MVA Đồ thị phụ tải tổng ngày TBA: 0,5 0,5 0,5 0,5 125,87 179,82 161,84 125,87 69,99 100 90 69,99 Hình CHƯƠNG CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC I CÁC YÊU CẦU LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC: Sơ đồ cấu trúc nhà máy điện trạm biến áp sơ đồ diễn tả liên quan nguồn, phụ tải hệ thống điện Đối với trạm biến áp nguồn thường đường dây cung cấp hệ thống đến trạm biến áp, có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp cho phụ tải mà trạm đảm nhận Với trạm biến áp tiêu thụ có máy phát dự phòng để cung điện có cố hệ thống, trường hợp máy phát dự phòng xem nguồn điện Do đó, hệ thống xem thành phần quan trọng cấu trúc trạm biến áp phải luôn liên lạc chặt chẽ Khi thiết kế trạm chọn sơ đồ cấu trúc thành phần quan trọng có ảnh hưởng định toàn thiết kế Các yêu cầu chọn sơ đồ cấu trúc: − Tính đảm bảo: làm việc có độ tin cậy cao, đảm bảo chất lượng điện cung cấp điện liên tục cho phụ tải An toàn cho người vận hành − Tính linh hoạt: phải thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác − Tính phát triển: đảm bảo vận hành phát triển tương lai phụ thuộc vào dự báo kế hoạch − Tính kinh tế: có giá thành thấp nhất, đảm bảo yêu cầu kĩ thuật − Có tính khả thi tức chọn thiết bị như: máy biến áp, máy cắt điện…, khả thi công, xây lắp vận hành − Tổn hao qua máy biến áp bé, tránh trường hợp cung cấp cho phụ tải qua lần máy biến áp không cần thiết II NHẬN XÉT CHUNG: Do MBA chọn làm việc với cấp điện áp 220kV 110kV có trung tính trực tiếp nối đất nên ta sử dụng máy biến áp tự ngẫu để liên lạc cấp điện áp Ở cấp điện áp 110kV 22kV có phụ tải loại nên chọn số lượng MBA ý đến việc cấp điện cho chúng Khi có máy bị cố máy lại phải đảm bảo cho phụ tải làm việc bình thường Vì vậy, ta phải chọn MBA trở lên vận hành song song Trường hợp chọn MBA tự ngẫu vận hành song song tối ưu phương diện kinh tế kỹ thuật : + Nếu chọn nhiều MBA tăng vốn đầu tư chi phí vận hành Tốn nhiều mặt sơ đồ trở nên phức tạp + Chọn MBA có xét đến tải cố cho máy giải vấn đề kỹ thuật việc liên tục cấp điện III CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: Phương án 1: Phụ tải cấp 22kV lấy từ cuộn hạ máy biến áp tự ngẫu − Sơ đồ: − Ưu điểm: Hình 3.2 + Sơ đồ đơn giản + Ít MBA, gía thành thấp + Chiếm diện tích xây lắp − Khuyết điểm: + Không phải trường hợp có MBA thích hợp Phương án 2: Phụ tải cấp 22kV lấy từ góp 110kV qua MBA cuộn dây vận hành song song − Ưu điểm: + Sơ đồ tương đối đơn giản + MBA – TN tương đối nhỏ, giá thành thấp + Không cần MBA tạo trung tính giả − Khuyết điểm: + Tốn nhiều MBA + MBA – TN bao gồm phụ tải cấp tiếp theo, dẫn đến tổn hao qua nhiều lần MBA + Tăng diện tích xây lắp −Sơ đồ: bê tông xà , cột trạm nối đất dây chống sét – cột điện đường dây có dây chống sét kéo đến tận xà trạm Điện trở tản nối đất tự nhiên tính sơ gần ,có tính chất ước lượng theo công thức tính điện trở tản ( kim loại võ cáp ) điện trở nối đất cột đường dây truyền tải ( móng trụ ,xà ).Nhưng số liệu tin cậy có cách đo đạc chỗ Trong đề tài luận án , thiết kế có tính chất giả định đầy đủ số liệu lọai nối đất tự nhiên khác nên xét đến tham gia điện trở nối đất hệ thống ( dây chống sét – cột ) đường dây truyền tải nối vào trạm ,kí hiệu Rcs-c Điện trở tư nhiên nối đất hệ thống xác định theo khu vực sau ( 220) a.Trạm phía 220kV : ( Rtn ) Theo thiết kế , đường dây 220kV bảo vệ dây chống sét toàn tuyến , số cột có đặt dây chống sét (m> 20) nên điện trở đầu vào “ DCS- Cột “ tính gần theo công thức : Rcs −c = Rc Rc 1 + + Rcs Trong : + Rc :Điện trở nối đất cột điện tới trạm Nếu điện trở suất đất khu vực có trị số : ρ < 500(Ω m) ρ ≥ 500(Ω m) chọn Rc=10 chọn Rc=15 Ω Ω l + Rcs =k.r0 : điện trở tác dụng đọan dây chống sét khoảng vượt ( giả thiết khoảng vượt ) l Với: =300m= 0.3(km) : Là chiều dài khoảng vượt k = 0,5 ( dùng dây chống sét ) Ω r0 = 2,38 ( /km ) : điện trở km dây chống sét loại ⇒ Rcs = k r0 l = 0,5 × 2,38 × 0,3 = 0,357 Ω Vậy : ⇒ R CS − C = Rc + Rc + R cs = + 10 = 1,719(Ω) 10 + 0,357 π C-70 Trạm có đường dây cấp 220 kV : RCS −C 1,719 ( 220) 2 Ω Rtn = = = 0,859 ( ) (110) b.Trạm phía 110kV : ( Rtn ) Theo thiết kế , đường dây 110kV bảo vệ dây chống sét toàn tuyến , số cột có đặt dây chống sét (m> 20) nên điện trở đầu vào “ DCS- Cột “ tính gần theo công thức : Rcs −c = Rc Rc 1 + + Rcs Trong : + Rc :Điện trở nối đất cột điện tới trạm Nếu điện trở suất đất khu vực có trị số : ρ < 500(Ω m) ρ ≥ 500(Ω m) chọn Rc=10 chọn Rc=15 Ω Ω l + Rcs =k.r0 : điện trở tác dụng đọan dây chống sét khỏang vượt ( giả thiết khoảng vượt ) Với: k = 0,5 l =200m= 0.2 (km) : Là chiều dài khoảng vượt ( dùng dây chống sét ) Ω r0 = 3,73 ( /km ) : điện trở km dây chống sét loại π ⇒ Rcs = k r0 l = 0,5 × 3,73 × 0,2 = 0,373Ω Vậy : ⇒ RCS −C = Rc + Rc + Rcs = 10 + 10 + 0,373 = 1,754(Ω) Trạm có đường dây cấp 110 kV : RCS −C 1,754 (110) 4 Ω Rtn = = = 0,438 ( ) Rtn Vậy: Điện trở nối đất tự nhiên tòan trạm xác định sau : C-50 Rtn = Rtn( 220) // Rtn(110) = Rtn( 220) × Rtn(110) Rtn( 220) + Rtn(110) 2.Tính toán thiết kế nối đất nhân tạo: = 0,859 × 0,438 = 0,29(Ω) 0,859 + 0,438 Ω Ω Mặc dù nối đất tự nhiên đạt yêu cầu {R tn =0,29 ( ) < 0,4 ( ) } dòng ngắn mạch chạm đất pha lớn nên phải đặt thêm nối đất nhân tạo có trị số điện trở tản Ω Rnt nhỏ ( ) Đối với hệ thống nối đất an toàn , song song việc thực yêu cầu điện trở nối đất để tiếp đất trang thiết bị ; có nhiệm vụ để cân điện Do , ta phải dùng nối đất mạch vòng chạy theo chu vi trạm ( R mv ) , thân mạch vòng ( Rt ) túy ( điện trở suất đất bé chu vi trạm lớn ) Theo yêu cầu qui phạm chống sét cho trạm phân phối , chân cột thu sét chân xà đỡ DCS phải nối đất bổ sung (R bs) để tản dòng điện sét thuận lợi Toàn nối đất bổ sung (R bs) tham gia tản dòng điện ngắn mạch chạm đất tần số công nghiệp Trong phương pháp tính gần : Σ Rnt = Rmv // Rbs a Tính toán nối đất mạch vòng (Rmv) : Công thức tính (Rmv) : Rmv = Rt = ρ tt K × lt ln 2π l t dt Trong : ρ tt = k m ρ ño (km :là hệ số hiệu chỉnh theo mùa ) ρ ño Ω = 400 ( m) đo lúc ẩm , chôn sâu đất 0,8 m ; Tra bảng ta chọn km = ρ tt = k m ρ ño ⇒ Ω = 3.400 = 1200 ( m) × -Đường kính d=0,02m (dùng sắt dẹt 40 ) -Độ chôn sâu t0 =0,8m -Chiều dài ven chu vi l1 = 270m l = 240m -Chiều rộng ven chu vi Tổng chiều dài ven chu vi trạm : ⇒ l t = 2(l1 + l ) = 2(270 + 240) = 1020m K : Hệ số hình dáng mạch vòng , phụ thuộc vào tỷ số Quan hệ K= l f( 1) l2 l1 l2 cho bảng : l1 l2 1,5 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 Ta có : l1 270 = = 1,125 l 240 Tra bảng dùng phương pháp nội suy ta tính : Rt : Điện trở mạch vòng → K= 5,61 ρ tt K l t 1200 5,61 × 1020 = Rt = ln = ln = 1,1541(Ω) 2.π l t d t 2.3,14.1020 0,02 * 0,8 ⇒ R mv b Tính toán nối đất bổ sung Rbs Σ : × Sử dụng hệ thống nối đất bổ sung dạng tia dùng sắt dẹp 40 mm bố trí hình vẽ : Điện trở nối đất hệ thống tính theo biểu thức sau : ρ tt k lt2 Rbs = Rt = ln nt η 2.π l t dt Trong ta chọn : lt - : Chiều dài tia -d=0,02m (Đường kính tròn ) -t0 =0,8m (Độ chôn sâu ) ρ tt Ω - = 375 ( m) η - = ( dùng tia ) -nt =2 Số tia -k = ( bố trí thẳng ) ⇒ Rbs = Rt = l t2 375 ln × × × 3,14 × l t 0,8 × 0,02 lt2 375 ln 12,56.l t 0,016 = Điện trở nối đất bổ sung toàn trạm tính sau: R Rbs = bs ∑ m Với : m số cột có nối đất bổ sung ( m = 20 ) l t2 375 Rbs ln Rbs = ∑ m 20 × 12,56 × lt 0,016 = Từ điều kiện : Rnt = Rbs ⇒ Σ // Rmv ≤ Ω 1( ) Rmv 1,1541 Σ ≤ Rmv − 1,1541 − Ω Rbs = =7,48 ( ) Từ ta có phương trình để xác định lt : l t2 375 Rbs ln Rbs = ∑ m 251,2.lt 0,016 ≤ Ω = 7,48 ( ) Để giải phương trình siêu việt ta phải lập bảng để tính Rbs chọn giá trị thích hợp : Σ theo lt từ lt (m) 0,5 8,2 Σ Ω Rbs ( ) Chọn lt = (m) Rnt = ⇒ 6,16 Σ 4,11 Ω 3,14 2,57 Ω Rbs = 4,11( ) , Rbs = 82,2 ( ) 4,11 × 1,1541 = 0,9(Ω) 4,11 + 1,1541 Ω < 1( ) Thỏa mãn điều kiện nối đất an toàn III Kiểm tra nối đất an toàn theo điều kiện chống sét: Nguyên tắc kiểm tra: Dòng sét tản qua HTNĐ trạm tạo nên điện áp giáng tổng trở xung τ ds nó, có trị số cực đại I s.Z∑(0, ) Để không xảy phóng điện ngược đến phận mang điện trạm điện giáng phải thỏa mãn điều kiện τ Ismax.Z(0, ) < U0,5 Trong đó: Is :biên độ dòng sét τ Z(0, ) :tổng trở xung đầu vào hệ thống nối đất có giá trị lớn đầu τ vào x=0 thời điểm t= Khoảng cách từ nối đất cột thu sét DCS đến nối đất trung tính MBA lớn 15m, kiểm tra với U0,5 cách điện chuỗi sứ trạm Với U0,5 = 660kV (cấp 110kV), U0,5 = 1140kV (cấp 220kV) Xác định tổng trở xung hệ thống nối đất: Tổng trở xung hệ thống nối đất tính gần theo giả thiết sau: -Coi có nối đất bổ sung chân cột thu sét trực tiếp bị sét đánh mạch vòng nối đất ven chu vi tham gia vào việc tản dòng điện sét -Bỏ qua ảnh hưởng hiệu ứng che nối đất bổ sung hệ thống nối đất mạch vòng -Bỏ qua tượng phóng tia lửa điện đất Chỉ kể đến ảnh hưởng điện cảm mạch vòng nối đất Với giả thiết việc tính toán tổng trở xung hệ thông nối đất đơn giản kết lớn thực tế, nghiên phía an toàn Qui đổi điện trở nối đất an toàn theo hệ số mùa sang nối đất chống sét: R’mv = Rmv k' t kt k' t kt R’bs = Rbs R’mv ,R’bs : điện trở tản ổn định mạch vòng nối đất nối đất bổ sung qui đổi mùa sét Rmv ,Rbs : điện trở tản mạch vòng nối đất bổ sung tính phần nối đất an toàn k’t = 1,45 :hệ số mùa nối đất chống sét chôn ngang cách mặt đất 0,8 (m) vào mùa mưa kt = : hệ số mùa nối đất an toàn chôn ngang cách mặt đất 0,8 (m) vào mùa mưa 1,45 Vậy: R’mv = 1,1541 Ω = 0,557 ( ) 1,45 Ω R’bs = 82,2 = 39,73 ( ) Sơ đồ thay đơn giản sét đánh vào cột góc mạch vòng : Is L' L' G' G' L' G' l' G' G' Lúc đó, Is tản theo đường Rbs’ nhánh song song có chiều dài (l1+l2) Tổng trở xung đầu vào mạch vòng nối đất tồng trở xung đầu vào tia tương đương có chiều dài chu vi mạch vòng: l’ = l1+l2 =270+240 = 510 (m) Với: r bán kính điện cực làm d 0,02 r= = = 0,01 (m) Các thông số rải theo đơn vị chiều dài sơ đồ trên: L0 L’ = :điện cảm đơn vị dài ghép nhánh song song mạch vòng L0 : điện cảm đơn vị dài L0 = 0,2  l'   ln − 0,31  r  µ ( H / m)  510  − 0,31  ln  0,01  µ ⇒ L0 = 0,2 = 2,1( H / m) L0 2,1 µ 2 ⇒ L’ = = = 1,05 ( H / m) G’ = 2G0 : điện cảm đơn vị dài ghép nhánh song song mạch vòng G0 : điện dẫn đơn vị dài G0 = 2.R ' mv l ' Ω ( m)-1 Ω R’mv = 0,557 ( ) ⇒ G0 = × 0,557 × 510 Ω = 0,00176( m)-1 Ω ⇒ G’ = 2.G0 = 0,00176 = 0,00352( m)-1 Thay điện cảm điện dẫn đơn vị điện cảm điện dẫn tổng : L0 µ L = L’.l’ = l’ =1,05 510 = 535,5 ( H) R' mv Ω G = G’.l’ = 2.G0 l’ = = 0,00352 510 =1,7952( )-1 Khi có dòng điện sét truyền vào thanh, phân bố áp dòng có dạng: - ∂u ∂i = L' ∂x ∂t ∂i = G '.u ∂x Lấy đạo hàm u i theo x t, ta có hệ phương trình vi phân bậc tương đương: ∂ 2u ∂u = L'.G ' ∂t ∂x với L’G’ = L0.G0 ∂ i ∂i = L'.G ' ∂t ∂x Để giải hệ phương trình ta dùng phương pháp toán tử Laplace, hệ phương trình viết dạng toán tử: ∂ U ( p) = L ' G ' U ( p) ∂x ∂ I ( p) = L'.G ' I ( p ) ∂x Nghiệm hệ có dạng: U ( p) = I ( p) = p Sh [ Sh [ [ L' Ch pL'.G ' (l '− x) G ' Sh pL'.G '.( l ' ) [ ] pL'.G ' (l '− x) pL '.G '.( l ' ) ] ] ] Từ tính tổng trở xung mạch vòng nối đất bằng: U ( x, p ) p I ( x, p ) Z(x,p) = L' G ' Th = [ pL'.G '.( l '− x) ] Nếu xét tổng trở xung đầu vào (x=0) : p L' G ' Th [ pL'.G '.( l ' ) ] Z(0,p) = Tổng trở xung đầu vào mạch vòng nối đấi có dạng : pL G Th p.LG G pLG pLG Th p.LG Th p.LG Z(0,p) = = =R’mv Tổng trở xung toàn hệ thống nối đất dạng toán tử: R 'bs Z (0, p ) = R 'bs + Z (0, p ) R ' mv pLG R' Th p.LG + bs pLG R 'bs Z∑(0,p)= Để biến đổi dạng gốc cần viết nghiệm dạng khai triển Heaviside: H (0, p ) = F (0, p ) Z∑(0,p)= R ' mv pLG R' Th p.LG + mv pLG R 'bs H (0,0) n H (0, p k ).e pk +∑ F (0,0) k =1 p k F ' ( p k ) t ⇒ Z∑(0,t) = Lần lượt xác định thành phần Z∑(0,t): H (0,0) = F (0,0) ♣ R ' mv R' + mv R'bs = R' mv R'bs R' mv + R' bs = R’bs // R’mv thành phần ổn định tổng trở xung (t → ♣ pk nghiệm thứ k phương trình: p.LG + R ' mv R'bs ∞ ) pLG F(0,p) = Th =0 Để giải phương trình đặt ẩn số phụ: pLG = -x ⇒ pLG = jx Th pLG = Th( jx ) = j.tg ( x) ⇒ Phương trình F(0,p) =0 tương đương với: j j.tg(x) + ⇔ tg(x) + R' mv x R'bs R ' mv x R 'bs =0 =0 Điều kiện : R' mv R'bs { X t ds × π T1 0,557 39,73 < ;X>0 } ⇔ tg(x) + 0,014x = (Với : = =0,014 ) Các nghiệm xk phương trình giải phương pháp giải tích với sai số chấp nhận Kết xác có từ chương trình sau: k xk − pk = x k2 π T1 3,094386 ; T1= R ' mv R 'bs LG L.G π2 6,188978 9,283977 535,5 × 10 −6 × 1,7952 3,14 = pk + 12,379575 15,475947 = 97,50188.10-6(s) LG Ch p k LG p k F’(pk) =  p k LG  R' mv  +  R 'bs Ch p LG  k   p k LG  R ' mv    + 2 R ' cos x bs k   pk F(pk) = = Cuối tổng trở xung đầu vào toàn hệ thống nối đất có dạng: n Z∑(0,t) = R ' mv R'bs R ' mv + R' bs ∑ k =1 + 2.R ' mv p k LG e x  t − k   π  T1  R'   p k LG  mv +  R ' cos x k   bs n R ' mv R 'bs R ' mv + R 'bs ∑ 2.R' k =1 e mv x  t − k   π  T1  R ' mv    +  R 'bs cos x k  = + Tổng trở xung đầu đạt giá trị cực đại gần vào lúc dòng sét qua biên độ tức τ lúc t= n Z∑(0,t) = R ' mv R'bs R ' mv + R' bs ∑ R ' k =1 e mv + x  t − k   π  T1  R ' mv  +  R 'bs cos x k    n R ' mv R 'bs R ' mv + R 'bs ∑  R' k =1 e x  t − k   π  T1   mv +   R 'bs cos x k  = + 2R’mv Chuỗi biểu thức cần tính đến số hạng thứ i cho:  xk  τ   ≥3  π  T1 Vì : Với: e x  τ − k   π  T1 ≤ 0,05 nen bỏ qua +Thông số dòng sét tính toán theo qui phạm +T1 :hằng số thời gian, T1=97,50188 ( µs τ đs = 5( µs ) , Is = 150 (kA) ) Bảng kết tính toán: K xk A=  xk  τ    π  T1 3,094386 0,049801 6,188978 0,199221 9,283977 0,448296 12,37957 15,47594 0,797093 1,245696 ∑F ⇒ τ Z∑(0, ) = R ' mv R'bs R ' mv R'bs =3,036171 n ∑F +2R’mv k =1 B = e-A C = cosxk D= 0,95141 0,81936 0,63871 0,45063 0,28774 -0,998541 0,994171 -0,986900 0,976748 -0,963742 C2 1,00292 1,01176 1,02672 1,04817 1,07665 B R' mv +D R' bs F= 0,935579 0,758791 0,613722 0,424257 0,263822 = 0,557 × 39,73 + × 0,557 × 3,036171 0,557 + 39,73 = 3,9316 (Ω) Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét: Điều kiện: I S max Z ∑ (0,τ ) < U0,5su = 660kV ♦ ISmax = 150 (kA) τ ♦ Z∑(0, )= 3,9316 (Ω) I S max Z ∑ (0,τ ) ⇒ =150 x 3,9316 = 589,74 (kV) < 660(kV) ⇒ Thỏa mãn điều kiện chống sét ⇒ Độ dự trữ cách điện: 660 − 589 ,74 100 660 =10,64 (%) Trong thực tế tính đến lưới cân tận dụng nối đất tự nhiên τ Z∑(0, ) nhỏ, độ dự trữ cách điện tăng lên ≤ IV Nối đất an toàn trung (U 35kV) Mức cách điện xung cấp điện áp trung nhỏ nhiều so vơi cách điện xung cấp cao Do , hệ thống nối đất an toàn cấp điện áp phải tách rời khỏi hệ thống nối đất chống sét trạm phải cách mạng nối đất (m) đất để tránh trường hợp phóng điện ngược lên thiết bị phân phối Theo qui định hành, điện trở tản xoay chiều tần số công nghiệp hệ thống ≤ nối đất trung phải thoả mãn điều kiện:Rat 4(Ω) Để thoả mãn điều kiện, ta thực nối đất hệ thống mạch vòng  ngang cọc đứng (40 x mm2)  xung quanh nhà điều khiển nhà phân phối có chu vi (24 + 51,5) x =151(m) Thanh ngang gắn 50 cọc  Ic=3(m) , khoảng cách cọc a=3(m) chôn độ sâu t0=0,8(m) Điện trở ngang: ρ u  klt2   ln 2πlt  t d  Rt = Trong đó: ρ u = k m ρ ♠ Ứng với loại nối đất an toàn, chôn ngang sâu 0,8 (m) ρ u = 125 × trường hợp đất ẩm km =3 ⇒ =375 (Ωm) ♠ lt = (24 + 51,5) x = 151 (m) ♠ d= b 40 = 2 =20 (mm) = 0,02 (m)   l1  k = f    l   ♠  l1   l2   51,5       24  Hệ số hình dáng Ta có = =2,15 ⇒ k=6,68 2  6,68 × 151  ρ u  kl t  375   ln ln  2πl t  t d  2π × 151  0,8 × 0,02  ⇒ Rt = = =6,35 (Ω) Điện trở cọc: ρ u  2l c 4h + l c   ln  + ln 2πl c  d c 4h − l c  Rc = Trong đó: ρ u = k m ρ Ứng với loại nối đất an toàn, cọc chôn ngang sâu 0,8 (m) trường ρ u = 125 × hợp đất ẩm km =2 ⇒ =250 (Ωm) lc 2 h = t0 + = 0,8 + =2,3 (m) dc = b 40 = 2 =20 (mm) = 0,02 (m) 250  × × 2,3 +  + ln  ln  2π ×  0,02 × 2,3 −  Rc = =80(Ω) Tóm lại : Điện trở mạch vòng tính sau:  Rmv = Rt Rc Rt n.η c + Rc η t Trong đó: a lc = =1 n = 50 ⇒ ηc ηt = 0,43 = 0,21 (tra bảng) Rt Rc Rt n.η c + Rc η t 6,35 × 80 6,35 × 50 × 0,43 + 80 × 0,21 ⇒ Rmv = = ⇒Thoả mãn điều kiện an toàn = 3,31 (Ω) ... hay trạm trung gian theo nhiệm vụ phân thành hai loại trạm biến áp a) Trạm biến áp trung gian hay gọi trạm biến áp chính:là trạm nhận điện trực tiếp từ hệ thống có điện áp cao từ 220-11 0KV biến. .. cách vận hành trạm biến áp cho hiệu nhất…v…v… Nhận thấy tầm quan trọng việc thiết kế trạm biến áp, em chọn đề tài Nội dung thiết kế gồm hai phần: - Phần 1: Thiết kế phần điện trạm biến áp Phần 2:... 220-11 0KV biến đổi thành điện áp 22-1 5KV b) Trạm biến áp địa phương hay gọi trạm biến áp phân phối:là trạm nhận điện trực tiếp tứ trạm trung gian biến đổi thành điện áp thích hợp phân phối đến phụ