Khả năng mang dòng của cáp ngầm sử dụng phần mềm ETAP

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Điện-Điện tử Bộ môn hệ thống điện ĐỒ ÁN ĐIỆN NĂNG KHẢ NĂNG MANG DÒNG CỦA CÁP NGẦM SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETAP Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Nhật Nam Sinh viên thực hiện: Lê Văn Thắng MSSV: 41203505 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Đồ án điện Mục Lục GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Trang Bài tốn phương pháp tính tốn I 1) Bài toán 2) Phương pháp tính toán II Mơ tốn sử dụng ETAP 1) Cài đặt thông số cáp môi trường 2) Mô 10 III So sánh kết 13 IV Kết luận 13 THAM KHẢO: 14 SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam I Bài toán phương pháp tính tốn 1) Bài tốn Nhà máy cơng nghiệp 15 kV xây dựng khu vực có điều kiện đất nghèo có Rho đất 150 Bốn nguồn cấp 13,8 kV có nguồn gốc từ trạm biến áp dung để cung cấp điện cho nhà máy mơ tả hình Hình 1: Sơ đồ dây cấp điện cho nhà máy Các trạm biến áp nhà máy nằm phía xa nhà máy đường dây cần phải xa để phục vụ việc cấp điện cho tải nhà máy Một rãnh bê tông thiết kế cho nguồn cấp di chuyển trước cung cấp điện sau chia để ni khu vực nhà máy khác Bốn nguồn nuôi phần bao gồm ba cáp đồng , 240mm2, 15 kV, cài đặt ống dẫn PVC rãnh bê tông, khu vực hành lang Rãnh bê tông chôn sâu 61 cm bên lớp đất Dòng mong muốn qua lộ 350 A Rãnh bê tông giả định tiêu chuẩn Rho=55 Giả định tải 100%, nhiệt độ đất khơng khí xung quanh mức 20°C mơ tả hình Hình 2: Mặt cắt ngang rãnh bê tông chứa cáp SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam 2) Phương pháp tính tốn Ta mô dựa công thức truyền nhiệt phát triển J.H Neher M.H McGrath trợ giúp việc xác định khả mang dòng nhiệt dây dẫn Công thức đầy đủ loạt tính tốn nhiệt chuyển giao tính toán tất nguồn nhiệt điện trở nhiệt nguồn nhiệt khơng khí tự I = dòng điện (A) Tc = nhiệt độ dây dẫn (0C) Ta = nhiệt độ môi trường (0C) ∆Td = tăng nhiệt độ điện môi (0C) Rdc = điện trở dc nhiệt độ Tc (µΩ/ft) Y c = yếu tố ảnh hưởng đến lớp vỏ Rca = nhiệt kháng (nhiệt-ohm-ft) Hình 3: Sơ đồ dịng nhiệt SVTH: Lê Văn Thắng Hình 4: Cấu trúc cáp ngầm [5] Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam II Mơ tốn sử dụng ETAP 1) Cài đặt thông số cáp môi trường Ở chế độ Underground Cable System ta tạo duct bank với cable Hình 5: Xây dựng duct bank cable với liệu từ toán SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Cài đặt duct bank môi trường xung quanh: Hình 6: Cài đặt giá trị duct bank Hình 7: Lựa chọn cài đặt mơi trường xung quanh duct bank SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Tiếp đến, mục Cable Derating Study Case ta chọn phương pháp Neher- Mc Grath làm phương pháp xử lý tính tốn mơ Hình 8: Lựa chọn phương pháp mơ SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Trong mục Cable editor, thẻ Info ta chọn chiều dài cho dây cáp, sau chọn library, danh sách dây cáp ra, ta chọn cáp mã số 495 tiết diện 240mm2 để có thơng số với tốn Hình 9: Lựa chọn cáp từ thư viện SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Với loại cáp vừa chọn, qua thẻ physical ta thông số cụ thể loại cáp Hình 10: Thơng số cáp sử dụng toán Tiếp theo ta vào thẻ Loading đặt giá trị dòng điện 350A, việc cài đặt thơng số cáp hồn tất SVTH: Lê Văn Thắng Page Đồ án điện 2) GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam Mô a) Xét nhiệt độ cáp dịng 350A với mơi trường đất xung quanh rãnh bê tơng có Rho=90 Ở Calculation Mode chọn Steady StateTemperature , kết ETAP tính tốn: Hình 10: Kết tính tốn nhiệt 350A, Rho=90 Ta thấy nhiệt độ cáp lúc nhỏ 900C, nhiệt độ cáp cao chịu ảnh hưởng nhiệt cáp xung quanh Lúc nhiệt độ cáp vượt qua ngưỡng warning (880C) nên cáp chuyển qua màu hồng để cảnh báo người dùng SVTH: Lê Văn Thắng Page 10 Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam b) Xét nhiệt độ cáp dòng 350A với mơi trường đất xung quanh rãnh bê tơng có Rho=150 Khi Steady StateTemperature ta thu kết Hình 11: Kết tính tốn nhiệt 350A, Rho=150 Ta thấy nhiệt độ cáp lúc vượt 900C Lúc nhiệt độ cáp vượt qua ngưỡng limit (900C) nên cáp chuyển qua màu đỏ Lúc áp dụng trường hợp vào thực tế dây cáp bị nhiệt, ảnh hưởng đến kết cấu học chất lượng cáp, không đảm bảo cho việc truyền tải điện SVTH: Lê Văn Thắng Page 11 Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam c) Xét dòng truyền qua sợi cáp cáp đạt nhiệt độ 900C môi trường đất xung quanh rãnh bê tơng có Rho=150 Ở Calculation Mode chọn UT Ampacity Calc thu kết Hình 11: Kết tính tốn dịng giứi hạn 90oC, Rho=150 Tại ngưỡng 900C, nhiệt độ cáp ETAP tính tốn Lúc ta nhận thấy dịng cáp chịu đựng nhỏ so với cáp Nguyên nhân cáp phải chịu nhiều ảnh hưởng nhiệt cáp xung quanh, cần dịng xấp xỉ 296A cáp đạt ngưỡng 900C cáp mang dịng tới 314A SVTH: Lê Văn Thắng Page 12 Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam III So sánh kết Ở ta đem kết mô ETAP so sánh với tính tốn Robert Hoerauf báo Ampacity Application Considerations for Underground Cables [1] Mô ETAP Tính tốn Robert Hoerauf I(A) t( C) I(A) t(0C) 350 350 85 82 350 350 88 85 90 350 350 88 85 350 350 85 82 350 350 118 113 350 350 122 117 150 350 350 118 117 350 350 122 113 90 90 314 319 90 90 296 299 150 90 90 296 299 90 90 314 319 Bảng 1: Kết so sánh mơ ETAP tính tốn Robert Hoerauf RHO Cable IV Kết luận Ta có kết Robert Hoerauf [1] mô ETAP có sai lệch chấp nhận Việc sử dụng ETAP cho mơ tính tốn khả mang dịng cáp ngầm giúp có kết nhanh hơn, dễ dàng hiệu chỉnh thông số để đưa phương án tối ưu khả thi Kết cho thấy khả mang dịng nhiệt cáp phụ thuộc vào cấu hình cáp, lắp đặt, độ sâu chôn điện trở suất nhiệt đất ETAP cho thấy cần phải thay đổi, nâng cấp kích thước cáp để đảm bảo khả mang dòng, tránh trường hợp nhiệt thực tế Ảnh hưởng Rho đến khả mang dòng cáp lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến việc chọn loại cáp để sử dụng thi cơng tính tốn thực tế Ở nơi có Rho thấp chi phí cho cáp giảm đáng kể Nhiệt độ môi trường yếu tố quan trọng, tang nhiệt độ môi trường khả mang dịng cáp giảm đáng kể SVTH: Lê Văn Thắng Page 13 Đồ án điện GVHD: TS Nguyễn Nhật Nam THAM KHẢO: [1]: Ampacity Application Considerations for Underground Cables, Robert Hoerauf, PE, Member, IEEE, Hoerauf Consulting Incorporated, Chaska, MN 55318 [2]: IEEE Standard Power Cable Ampacity Tables [3]: Calculation of Thermal Distribution and Ampacity for Underground Power Cable System by Using Electromagnetic-Thermal Coupled Model Dong Dai, Mingli Hu, Ling Luo School of Electric Power South China University of Technology Guangzhou, China, 510641 [4]: Configuration Optimization of Underground Cables for Best Ampacity Wael Moutassem, Graduate Student Member, IEEE, and George J Anders, Fellow, IEEE SVTH: Lê Văn Thắng Page 14 ... nhiệt độ cáp ETAP tính tốn Lúc ta nhận thấy dịng cáp chịu đựng nhỏ so với cáp Nguyên nhân cáp phải chịu nhiều ảnh hưởng nhiệt cáp xung quanh, cần dòng xấp xỉ 296A cáp đạt ngưỡng 900C cáp mang dịng... khả thi Kết cho thấy khả mang dòng nhiệt cáp phụ thuộc vào cấu hình cáp, lắp đặt, độ sâu chơn điện trở suất nhiệt đất ETAP cho thấy cần phải thay đổi, nâng cấp kích thước cáp để đảm bảo khả mang. .. Kết so sánh mơ ETAP tính toán Robert Hoerauf RHO Cable IV Kết luận Ta có kết Robert Hoerauf [1] mơ ETAP có sai lệch chấp nhận Việc sử dụng ETAP cho mô tính tốn khả mang dịng cáp ngầm giúp có kết