Đang tải... (xem toàn văn)
Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi Đối với mạng điện cung cấp cho phụ tải tiêu thụ có thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax lớn thì thành phần tổn thất điện [r]
(1)BỘ GIÁO DỤC VAØ ĐAØO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ÑIEÄN- ĐIỆN TỬ BOÄ MOÂN ÑIEÄN COÂNG NGHIEÄP ** PGS.TS QUYEÀN HUY AÙNH GIAÙO TRÌNH THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG ÑIEÄN TP HOÀ CHÍ MINH 2009 (2) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chöông THIEÁT KEÁ MAÏNG PHAÂN PHOÁI ÑIEÄN Heä thoáng phaân phoái goàm: Heä thoáng truyeàn taûi trung gian Caùc traïm phaân phoái Maïng phaân phoái sô caáp Caùc maùy bieán aùp phaân phoái Mạng phân phối thứ cấp (hạ theá) Các thiết bị phụ trợ Hình 1.1 là sơ đồ mạng phân phối điển hình, điện áp trạm trung gian từ 12,47 kV đến 245 kV Trạm phân phối goàm caùc maùy bieán aùp, thieát bò ñieàu chænh caáp ñieän aùp, caùc caùi, maùy caét, dao caùch ly, phaùt tuyeán sô caáp pha (theo tieâu chuaån Vieät Nam, maïng phaân phoái thường hoạt động cấp 10 kV đến 30 kV) Maùy bieán aùp phaân phoái coù coâng suaát định mức từ 10 đến 250 kVA 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ đơn tuyến hệ thống phân phoái ñieän ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRUNG GIAN Heä thoáng truyeàn taûi trung gian laø phaàn cuûa maïng ñieän phaân phoái, truyeàn taûi naêng lượng từ trạm trung gian đến trạm phân phối dây dẫn trên không hay cáp ngầm Mạng truyền tải trung gian thiết kế theo mạng đơn giản hình tia phức tạp mạng vòng, mạng lưới Hình 1.2 laø heä thoáng truyeàn taûi trung gian hình tia các mạch phân nhánh từ trạm trung gian đến trạm phân phối Hệ thống hình tia thì ñôn giaûn vaø coù chi phí thaáp nhöng tính caáp ñieän lieân tuïc khoâng cao Moät daïng caûi tieán cuûa maïng hình tia nhö Hình 1.3, loại mạng này cho phép phục hồi cố nhanh (khi có cố xảy trên maïch cuûa traïm trung gian) Hình 1.2 Maïng truyeàn taûi trung gian hình tia ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (3) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 1.3 Sơ đồ mạng truyền tải trung gian hình tia caûi tieán Hình 1.4 Sơ đồ mạng truyền tải trung gian maïch voøng Để tăng độ tin cậy, hệ thống mạng trung gian thiết kế dạng mạch vòng mạch nhiều nhánh Hình 1.4 là sơ đồ trạm trung gian loại mạch vòng Hình 1.5 giới thiệu hệ thống mạng dạng lưới Hình 1.5 Sơ đồ mạng truyền tải trung gian dạng lưới ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (4) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 1.2 MAÏNG PHAÂN PHOÁI SÔ CAÁP 1.2.1 Các dạng sơ đồ cung cấp điện a Sơ đồ hình tia Đây là sơ đồ đơn giản vaø chi phí reû nhaát, vì theá noù laø maïch thoâng duïng nhaát Hình 1.6 giới thiệu sơ đồ mạng phân phối sơ cấp hình tia chia laøm nhieàu nhánh đến các máy biến aùp phaân phoái Độ tin cậy mạng sơ cấp hình tia thấp, cố xaûy baát kyø vò trí naøo trên dây làm gián đoạn cung cấp điện Sự cố cách ly khỏi nguồn nhờ thiết bị đóng cắt máy cắt, dao cách ly caàu chì Hình 1.7 là sơ đồ mạng sô caáp hình tia maø coù theâm phận đóng liên lạc phân đoạn để tái cung cấp ñieän nhanh hôn Hình 1.6 Sơ đồ mạng phân phối sơ cấp hình tia Hình 1.7 Tuyeán sô caáp hình tia vaø heä thoáng dao caùch ly ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (5) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 1.8 giới thiệu sơ đồ cung cấp cho khu vực phụ tải tuyến dây sơ cấp hình tia với tuyến chính và tuyến ngược Dây nối trạm đến trung tâm tải gọi là tuyến chính (dây chính), không có dây phụ nhánh dây nối rẽ từ dây tuyến chính Hình 1.8 Sơ đồ mạch hình tia với tuyến dây chính và tuyến dây ngược Hình 1.9 là sơ đồ phân bố phụ tải pha cho khu vực từ tuyến pha Traïm phaân phoái Tuyeán pha Khu vực tải pha A Nhaùnh pha Tuyeán pha Khu vực tải pha B Khu vực tải pha C Hình 1.9 Tuyến dây cung cấp hình tia tải khu vực ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (6) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Sơ đồ mạch vòng Hình 1.10 giới thiệu sơ đồ maïng sô caáp maïch voøng Ñoâi dao caùch ly cuûa maïch vòng thay máy cắt ñieàu kieän phuï taûi Trong các trường hợp, dao cách ly máy cắt liên kết mạch vòng có thể hoạt động bình thường đóng mở Thường cỡ dây mạch vòng, sơ đồ mạch vòng chọn theo dây điện tải bình thường Sự cố xảy trên mạng sơ cấp làm máy cắt hoạt động (mở ra) Máy cắt trì trạng thái mở coá bò caùch ly caû hai phía Mạch vòng tin cậy để cung caáp ñieän cho hoä quan troïng Hình 1.10 Sơ đồ tuyến dây trung mạch vòng c Mạng phân phối sơ cấp dạng lưới Hình 1.11 giới thiệu sơ đồ maïng ñieän sô caáp goàm nhieàu dây nối lại với và cấp điện trạm, các traïm khaùc nhau, caùc tuyeán sô cấp cấp điện trực tiếp từ các trạm, trên tuyến có hai máy cắt đặt đầu Mạng lưới sơ cấp cung cấp ñieän cho phuï taûi theo nhieàu hướng Tổn thất mạng lưới sơ cấp thì thấp so với heä thoáng hình tia Độ tin cậy và chất lượng điện mạng lưới cao nhiều so với mạch hình tia vaø maïch voøng nhöng laïi khoù thieát keá vaø vaän haønh hôn ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Hình 1.11 Mạng phân phối sơ cấp dạng lưới feee.hcmute.edu.vn (7) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 1.2.2 Caùc caáp ñieän aùp cuûa heä thoáng phaân phoái sô caáp Cấp điện áp tuyến dây sơ cấp là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế hệ thống, chi phí và hoạt động hệ thống điện Một vài yếu tố việc thiết kế và hoạt động hệ thống ảnh hưởng đến mức điện áp như: Chieàu daøi tuyeán daây sô caáp Taûi cuûa tuyeán daây sô caáp Số lượng trạm phân phối Định mức các trạm phân phối Số đường dây truyền tải trung gian Số lượng phụ tải đặc biệt Heä thoáng baûo trì Sự mở rộng sơ đồ hình cây Caùc ñieåm noái cuûa truï 10 Các loại dây và cấu trúc 11 Hình daùng cuûa daây truï Ngoài ra, còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến việc chọn lựa cấp điện áp, minh hoạ Hình 2.12 Theo tiêu chuẩn Việt Nam, cấp điện áp phân phối sơ cấp (trung theá): 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV, 66 kV,… Hình 1.12 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấp điện áp tuyến dây sơ cấp Thông thường tuyến dây sơ cấp đặt vùng có mật độ phụ tải thấp bị hạn chế chiều dài dây sụt áp cho phép Còn tuyến dây sơ cấp khu vực có mật độ phụ tải cao (công nghiệp, thương mại), bị hạn chế điều kiện phát nhiệt dây dẫn Tổng quát với độ sụt áp cho trước, chiều dài tuyến dây và tải là hàm cấp điện Các quan hệ này biểu diễn các công thức sau: Tỉ số khoảng cách x tỉ số tải = hệ số bình phương điện áp V Hệ số bình phương điện áp L-N, VL-N,cuõ khoảng cách Tỉ số khoảng cách khoảng cách cũ ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (8) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Tæ soá taûi PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Tải tuyến dây Taûi tuyeán daây cuõõ 1.2.3 Chọn cỡ dây trung Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế tuyến dây: Mật độ phụ tải trên nhánh Ñaëc tính phuï taûi Mức gia tăng phụ tải Các yêu cầu công suất dự trữ trường hợp khẩn cấp Yeâu caàu caáp ñieän lieân tuïc cho phuï taûi Yêu cầu độ tin cậy điện Chất lượng cung cấp điện Caáp ñieän aùp cuûa maïng trung theá Phân loại và chi phí việc xây dựng mạng điện 10 Vò trí vaø coâng suaát cuûa traïm phaân phoái 11 Caùc yeâu caàu veà caáp ñieän aùp qui ñònh Ngoài các yếu tố trên còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến xác định tuyến dây trung số lượng tuyến dây Tổng quát có thể biểu diễn việc chọn dây phân phối sơ caáp baèng caùc hình 2.13, 2.14, 2.15 Hình 1.13 Những yếu tố ảnh hưởng đến chọn lựa tuyến dây trung ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn (9) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 1.14 Các yếu tố ảnh hưởng đến số lượng tuyến dây Hình 1.15 Các yếu tố ảnh hưởng đến chọn lựa cỡ dây dẫn a Sự lựa chọn cỡ đường dây cung cấp điện cho tải tập trung Yeâu caàu chính cuûa daây daãn laø truyeàn tải điện từ trạm trung gian đến trạm biến áp phân phối các điểm trên các tuyến dây Thiết kế tuyến dây thoả mãn dòng yêu cầu giới hạn cho pheùp Caùc tính chaát veà nhieät cuûa caùp chọn phù hợp Độ sụt áp có thể tính và kiểm tra, vài trường hợp đặc biệt nó không dùng để thiết kế, đặc biệt điện áp rơi cho pheùp, chaúng haïn vieäc thieát keá đường dây phân phối người ta có thể ñieàu chænh ñieän aùp theo yeâu caàu taïi caùc ñieåm treân daây daãn baèng caùc thieát bò ñieàu ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Hình 1.16 Sự quan hệ hệ số phụ tải với hệ số tổn thất feee.hcmute.edu.vn 10 (10) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh khiển điện áp Thông thường kích thước dây dẫn chọn theo định luật Kelvin Định luật Kelvin phát biểu : kích thước dây dẫn mang tính kinh tế chi phí đầu tư haèng naêm vaø chi phí toån thaát haèng naêm truyeàn taûi laø nhoû nhaát Chi phí haèng naêm cuûa dây cáp xét hai thành phần: phần chi phí cố định và phần còn lại tỉ lệ thuận với tiết diện dây dẫn Chi phí năm dây dẫn là P1 + P2F Với F – là tiết diện dây dẫn Neáu I laø doøng ñieän treân pha thì 3I2R laø toån thaát coâng suaát I2Rx8760 kW.h laø toån thaát điện năm Chi phí tổn thất điện tỉ lệ thuận với điện tổn thất P năm Chi phí tổn thất điện lại tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn tính là F P Tổng phí tổn: P1 P2 F nhỏ đạo hàm theo F F P Lúc đó: P2 F F P3 I Nếu P3 p3 I , mật độ dòng jkt F p3 Với P3 – số Jkt – mật độ dòng kinh tế và không phụ thuộc vào điện áp I là dòng điện trung bình qua tải năm và để biểu diễn tổn thất dòng điện I giá trị hiệu dụng dòng tải qua đường dây suốt năm Do đặc tính biến thiên tải và tính chất khác tải, giá trị dòng điện hiệu dụng ứng với dòng trung bình dùng để tính tổn thất công suất và tổn thất điện Toån thaát coâng suaát: heä soá toån thaát x 3I 2max R Imax là dòng điện cực đại Hệ số tổn thất có quan với hệ số phụ tải trung bình Hình 1.16 và các giá trị tương ứng cho Bảng 1.1 Nếu biết chi tiết đường cong tải, các hệ số xác định cho trường hợp tương ứng Nếu x1, x2, …, xn là dòng tải caùc ñieåm 1, 2, …, n x x x n I Doøng trung bình: n Giaù trò hieäu duïng cuûa I: I x12 x 22 x n2 n Baûng 1.1 Heä soá phuï taûi Heä soá taûi % 10 20 30 40 50 70 100 Doøng hieäu duïng K Doøng trung bình heä soá toån thaát coâng suaát % heä soá taûi K 100% 100 2,20 1,70 1,45 1,30 1,20 1,08 1,00 4,84 11,60 19,00 27,00 26,00 57,00 100,00 Cho heä soá taûi laø 0,7 Heä soá toån thaát = (0,7.1,08)2 = 0,57 = 57% ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 11 (11) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Có hạn chế dùng định luật Kelvin trên đoạn dây cáp vì nó không cần thiết kết chính xác các lý do: Giá điện khấu hao năm hai dây cáp cùng loại hệ thống khác lắp đặt nơi khác Không phải có chi phí dây là chi phí thay đổi Heä soá phuï taûi cuûa traïm hay cuûa heä thoáng vaø heä soá toån thaát khaùc gaây sai soá tính toán Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế biết thời gian Tmax Mật độ dòng điện kinh tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố và thay đổi theo phát triển kinh tế, mức độ sử dụng điện, chi phí đầu tư, vật liệu dùng làm dây dẫn Theo tài liệu Liên Xô cũ, có thể tham khảo trị số jkt (A/mm2) đường dây trên không sau: Bảng 1.2 Mật độ dòng điện kinh tế Teân daây daãn Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax, h 1000 - 3000 3000 - 5000 >5000 Daây daãn traàn Đồng Nhoâm 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 Ví duï 1.1 Mạng điện 110 kV, cung cấp cho ba phụ tải công nghiệp Lựa chọn tiết diện cho các đường dây dùng dây nhôm lõi thép (AC) Hình 1.17 Giaûi: Xác định trị số trung bình thời gian sử dụng công suất lớn 40 5500 20 5000 12 4000 Tmax tb 5100 h 40 20 12 Tra bảng, với Tmax = 5100 h và dây AC có jkt = A/mm2 Dòng điện trên dây dẫn đoạn dây: I3 I2 12 110 10 78 A 20 15 10 65 A 110 (chia cho vì đường dây kép) I1 40 20 122 30 15 92 110 10 236 A Tiết diện kinh tế đoạn: Fkt 78 / 78 mm ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 12 (12) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Fkt 65 / 65 mm Fkt1 236 / 236 mm Choïn tieát dieän daây tieâu chuaån: Đoạn : dây AC - 240 Đoạn hai : dây AC - 70 I cp 610 A I cp 275 A Đoạn ba : dây AC - 70 Kiểm tra điều kiện phát nóng cố Khi đứt dây trên đường dây lộ kép, dây còn lại phải tải toàn dòng điện phụ tải I 65 130 A 275 A Khi đó: I 236 472 A 610 A Khi nhiệt độ không khí khác với nhiệt độ tiêu chuẩn nhà sản xuất cần hiệu chỉnh laïi doøng ñieän cho pheùp Theo số liệu dây AC, nhiệt độ tiêu chuẩn là 250C, nhiệt độ môi trường thực tế là 350C, hệ số hiệu chỉnh là 0,82 Như dòng điện cho phép tính lại sau: Daây AC -70 I cp ,82 275 225 ,5 A Daây AC - 240 I cp ,82 610 500 ,2 A Đối với đường dây truyền tải cao áp trên không, điều kiện hạn chế tổn thất vầng quang, thường qui định đường kính tối thiểu cho cấp điện áp Đối với điện áp 110 kV d > 9,9 mm (daây AC - 70) Đối với điện áp 150 kV d > 13,9 mm (daây AC - 120) Đối với điện áp 220 kV d > 21,5 mm (daây AC - 240) Theo tài liệu Westinghouse, lấy độ cao mực nước biển, thời tiết tốt và giới hạn mức tổn thất vầng quang kW/3pha/1,6 km (1 mil 1,6 km) hay 0,625 kW/3pha/km thì đường kính dây tối thiểu cấp điện áp: Với điện áp 120 kV d > 1,02 cm ứng với: Dây đồng 2/0 AWG (133.100 CM 65 mm ) Daây ACSR 1/0 AWG (105.535 CM 52,5 mm ) Với điện áp 220 kV d > 2,23 cm ứng với: Dây đồng 600.000 CM 300 mm Daây ACSR 500 MCM 250 mm Ở độ cao 1800 m cách mực nước biển: Với điện áp 120 kV d > 1,15 cm ứng với Dây đồng 3/0 AWG ( 85 mm ) Daây ACSR 2/0 AWG ( 65 mm ) Với điện áp 220 kV d > 2,8 cm ứng với Dây đồng 900 MCM 450 mm Daây ACSR 795 MCM 400 mm Ghi chuù: CM – Circular Mil – ñôn vò tieát dieän daây daãn (1 MCM = 1000 M CM 5.10 -4 mm ) Tổng quát việc chọn dây dẫn : kích thước dây dẫn có thể lựa chọn theo khả tải cuûa daây daãn vaø aùp duïng ñònh luaät Kelvin Phaùt tuyeán daây sô caáp (daây trung theá) coù theå ñaët trên không cáp ngầm Ở Việt Nam, mạng phân phối thường có định mức từ 10 kV đến 22 kV phía trung thế, công suất định mức phát tuyến từ 500 kVA đến 1500 kVA ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 13 (13) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Vì vậy, công suất đặt máy biến áp dùng tính dòng tính toán dây dẫn và độ suït aùp Một hệ thống phân phối thiết kế cho tổng độ sụt áp 8% - 10% chia sau: điện áp rơi từ dây trung đến máy biến áp là 2% - 2,5%, mạng hạ thế, điện áp rơi maùy bieán aùp vaø daây phaân phoái laø 6%, ñieän aùp rôi treân daây noái laø 0,5% - 1% Choïn daây daãn theo ñieàu kieän suït aùp Toàn đường dây chọn cùng tiết diện Mạng phân phối nhiều phụ tải mắc trực tiếp không qua máy biến áp nên yêu cầu chất lượng điện áp chặt chẽ Mặt khác, khả điều chỉnh điện áp mạng phân phối hạn chế so với mạng truyền tải Vì vậy, thiết kế mạng phân phối thường vào mức điện áp cho phép để chọn tiết diện dây Đối với đường dây có phụ tải, tổn thất tính theo công thức: P R Q.X U U U U ñm Ở đây: U - thaønh phaàn toån thaát ñieän aùp coâng suaát taùc duïng gaây ra, V; U - thaønh phaàn toån thaát ñieän aùp coâng suaát phaûn khaùng gaây ra, V Nếu lấy tổn thất điện áp trên đường dây trị số cho phép U cp U U Vì cảm kháng đường dây trên không thay đổi phạm vi hẹp x ,33 ,43 /km , vì gần đúng có thể lấy trị số cảm kháng trung bình x ,36 ,4 /km và tính gần đúng thành phần U U Q.X Q.x l U ñm U ñm Đối với cáp ngầm chọn x ,08 /km Từ đó xác định trị số cho phép thành phần U U cp U cp U P R P r0 l P l U ñm U ñm U ñm F Pl F U cp U ñm U cp Suy ra: Từ đó xác định tiết diện dây dẫn cần tìm Chọn tiết diện dây dẫn tiêu chuẩn gần với tiết diện tính toán Với tiết diện này, tra bảng tìm r0 và x0 và tính toán kiểm tra tổn thất trên đường dây Trường hợp đường dây liên thông cung cấp cho số phụ tải, tương tự cho trị số trung bình x0 và xác định x n x n U Qi li qi L i U ñm i 1 U ñm i 1 Từ đó, suy trị số thành phần U cp điện trở dây dẫn và trên sở công thức: U cp r0 U ñm n Pi li i 1 r0 U ñm n pL i 1 i i Xaùc ñònh tieát dieän daây: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 14 (14) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän F PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh n U cp U ñm Pl i i i 1 với là điện trở suất kim loại làm dây Ví duï 1.2 Maïng ñieän 35 kV, cung caáp cho ba phuï taûi Haõy xaùc ñònh tieát dieän daây daãn cho maïng điện toàn mạng điện dùng dây nhôm Cho tổn thất điện áp cho phép là U cp 6% Giaûi: A l1 = km l2 = km P1 + jQ1 P2 + jQ2 S1 = +j3 MVA = p1 + jq1 3,6 j 2,84 l3 = km P3 + jQ3 S2 = +j2 MVA S3 = +j2 MVA = p2 + jq2 = p3 + jq3 ,25 j1,775 +j3 1,35 j1,065 +j2 +j2 Hình 2.18 Laáy trò soá trung bình x ,4 /km , xaùc ñònh thaønh phaàn toån thaát ñieän aùp caûm kháng và công suất kháng trên đường dây U ,4 3 2 310 940 V U 35 Suy ra: U cp 6%.35000 940 1160 V 1,16 kV Tiết diện đường dây: 31,5 4 2 3 2 3 80 mm 1,16.35 Choïn daây nhoâm A-70 31,5 mm / km Với dây A-70, khoảng cách trung bình các pha D = 1,25 m có r0 ,45 /km, x ,355 /km Tổng trở đoạn đường dây: F Z1 0,45 j 0,3558 3,6 j 2,84 Z 0,45 j 0,3555 2,25 j1,775 Z 0 ,45 j ,3553 1,35 j1,065 Tổn thất điện áp trên toàn đường dây: 9 3,6 2,25 1,35 7 ,84 1,775 1,065 100 ,2% U A % 35 Kết này cho thấy chọn dây A-70 là chấp nhận Ghi chú: Trong trường hợp dây phân nhánh, U xác định theo nhánh nào có trị số tính lớn Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi Đối với mạng điện cung cấp cho phụ tải tiêu thụ có thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax lớn thì thành phần tổn thất điện chiếm tỉ trọng lớn hàm chi phí tính toán Trong trường hợp này, tiết diện tối đa mạng điện lựa chọn theo mục tiêu ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 15 (15) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh tổn thất điện ít nhất, kết hợp tiêu chuẩn tổn thất điện áp không vượt quá giá trị cho pheùp Với lượng kim loại màu dây dẫn cho trước, tổn thất điện mạng điện nhỏ mật độ dòng điện trên các đoạn đường dây không đổi Có thể chứng minh điều này cách lấy đạo hàm riêng tổn thất theo tiết diện dây dẫn và cho 0, lấy ví dụ đường dây cung cấp cho ba phụ tải Hình 2.19 P R I R I R3 I 32 (vieát cho pha) 1 2 l I2 l I2 l I2 1 2 3 F2 F3 F1 Với khối lượng kim loại màu cho trước V F1l1 F2 l2 F3 l3 Hay F3 V F1l1 F2 l2 l3 Thay F3 tính theo F1 và F2 vào biểu thức và lấy đạo hàm theo F1 và F2 Giải các phương trình đạo hàm riêng có được: vaø 0 F1 F2 I1 I I F1 F2 F3 Hay mật độ dòng: j1 j2 j3 j const Để chọn tiết diện dây, cần tiến hành các bước sau: Cho moät trò soá trung bình x0 vaø tính thaønh phaàn suït aùp U Tính U cp U cp U U cp R1 I cos R2 I cos R3 I cos I I I l1 cos l2 cos l3 cos F2 F3 F1 j l1 cos l2 cos l3 cos Tính mật độ dòng cho toàn đường dây: U cp U cp j n l1 cos 1 l2 cos l3 cos li cos i i 1 Với cos 1 , cos , cos - hệ số công suất trên đoạn đường dây : ñieän daãn suaát Tính tiết diện cho đoạn đường dây: I I I F1 ; F2 ; F3 j j j ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 16 (16) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chọn tiết diện tiêu chuẩn và kiểm tra sụt áp thực tế Trong trường hợp mạng điện có phân nhánh, tổng sụt áp tính theo nhánh nào có trị số tính là lớn Khi tính mật độ dòng j cần so sánh j kinh tế, trị số nào nhỏ chọn làm mật độ dòng chính thức bài toán Ví duï 1.3 Mạng điện 10 kV, cung cấp cho ba xí nghiệp đường dây trên không, dây dẫn nhôm Thời gian sử dụng công suất lớn Tmax = 4500 giờ/năm Hãy xác định tiết dieän daây daãn cho maïng ñieän neáu toån thaát ñieän aùp cho pheùp laø 6% Hình 2.20 Giaûi: Cho x0 = 0,35 / km , xaùc ñònh U theo tuyeán A-1-3 U A13 0,6 0,35 0,6 0,45 0,75 0,35 3 0,274 kV 274 V 10 treân tuyeán A-1-3: Thaønh phaàn U cp U A13 U cp U 6% 10.000 274 326 V Mật độ dòng điện không đổi U A13 j l1 cos 1 l3 cos j với 31,7 10 3 326 3 ,8 ,8 1,05 A/mm A1 31,7.10 3 km/mm cos 1 cos ,8 Với dây nhôm Tmax = 4500 h, tra bảng jkt = 1,1 A/mm2 j < jkt nên dùng j = 1,05 A/mm2 để xác định tiết diện: I P1 ,8 ,6 F1 10 158 mm j jU ñm cos 1 1,05 10 ,8 F3 I3 P3 ,8 10 52 ,5 mm j jU ñm cos 3 1,05 10 ,8 Chọn tiết diện dây đoạn là A-150 và đoạn là A-50 Giả thiết khoảng cách pha D = 1m, có thông số đường dây: 01 ,21 j ,319 /km 03 ,63 j ,355 /km Kiểm tra lại tổn thất điện áp với tiết diện vừa chọn: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 17 (17) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän U A13 PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 1 0,8 0,6 0,21 0,75 0,45 0,6 0,319 0,8 0,63 0,6 0,3554 10 0,608 kV 608 V So sánh với U cp = 600 V, kết có thể chấp nhận Chọn tiết diện dây đoạn 12, tổn thất điện áp cho phép trên đoạn 12: U cp12 U cp U A1 600 vaø 1 0,8 0,6 0,21 0,75 0,45 0,6 ,319 10 277 V 12 U cp12 U 12 U cp 277 - Tiết diện đoạn 1-2: 10 0,45 0,35 3 10 232 V 10 ,6 31,5 24 ,5 mm với 31,5 mm / km ,232 10 Chọn dây tiêu chuẩn cho đoạn 1-2 là A-25 Choïn tieát dieän daây daãn cho maïng ñieän kín Vì chưa biết tổng trở đường dây nên chưa biết phân bố công suất chính xác mạng ñieän kín, vì vaäy, chæ coù theå choïn tieát dieän daây daãn maïng ñieän kín baèng phöông phaùp gần đúng Đối với mạng truyền tải, tiết diện dây dẫn khá lớn, đó R X Mặt khác, x0 không thay đổi nhiều theo tiết diện nên X phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài Từ đó, suy phương phaùp choïn tieát dieän cho maïng ñieän kín nhö sau: Xác định phân bố công suất theo chiều dài, vào công suất trên đoạn, xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế Kiểm tra tiết diện chọn theo điều kiện kĩ thuật: sụt áp lúc bình thường và cố, dòng điện lúc cố: U bt % U cpbt % F2 U sc % U cpsc % I max I cp Đối với mạng phân phối, phụ tải tương đối dày, tốt nên chọn dây cùng tiết diện vaø nhö vaäy cuõng tieán haønh phaân boá coâng suaát theo chieàu daøi Ví duï 1.4 Maïng ñieän kín truyeàn taûi 110 kV, cung caáp cho hai phụ tải có Tmax = 5500giờ Yêu cầu chọn tiết diện dây dẫn thoả mãn tổn thất điện áp cho phép lúc bình thường 10% và lúc cố 15%, choïn daây nhoâm loõi theùp (AC) Hình 1.21 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 18 (18) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Giaûi: Phaân boá coâng suaát theo chieàu daøi S l l S b l2 S1 a l1 l2 l3 30 j2030 40 20 j10 30 27 j17 MVA 20 j1030 40 30 j 2030 23 j13 MVA 30 30 40 S l l S a l1 S2 b l1 l2 l3 30 30 40 S3 S S b 3 j3 MVA Với Tmax = 5500 h, dây nhôm lõi thép, jkt = A/mm2 Tiết diện kinh tế đoạn đường dây: F1 27 17 F2 F3 110.1 23 13 110.1 32 32 10 170 mm , choïn daây AC-185, Icp = 515 A 10 140 mm , choïn daây AC-150, Icp = 445 A 10 22 ,3 mm , choïn daây AC-70, Icp = 275 A 110.1 Với khoảng cách D = m, ta có: 01 ,17 j ,407 /km 02 ,21 j ,420 /km 03 ,45 j ,442 /km Nút có điện áp thấp và tổn thất điện áp lúc bình thường: PR QX 100% 27 0,17 30 17 0,407 30 100 2,86% 10% U % U2 110 Trường hợp cố nặng nề là đứt đoạn A1, mạng trở thành hở và dòng điện trên các đoạn I2 và I3: I max I max 50 30 110 30 20 110 10 306 A I cp2 445 A 10 190 A I cp3 275 A Tổn thất điện áp cố: 50 ,21 30 0,42 30 30 0,45 20 0,442 40 100 13,11% 15% U A1 % 110 Các tiết diện dây chọn trên là thoả mãn Xác định tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại màu ít Đối với mạng điện có Tmax nhỏ, ví dụ mạng điện nông nghiệp, chiếu sáng, thành phần vốn đầu tư cho dây dẫn chiếm tỉ trọng lớn thành phần tổn thất điện hàm chi phí tính toán Z Vì vậy, mạng điện này, tiết diện chọn cho phí tổn kim loại màu là ít ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 19 (19) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 1.22 Sơ đồ mạng điện cung cấp cho phụ tải Giả thiết mạng điện cung cấp cho số phụ tải với tổn thất điện áp cho phép U cp Cho trị số trung bình x0 xác định U và U cp (H.2.22) thaønh ba soá haïng: Coù theå phaân tích U cp U cp U1 U 2 U 3 Tiết diện các đoạn dây tính theo các trị số U : F1 F2 F3 P1l1 U ñm U1 P2 l2 U ñm U 2 P3 l3 U ñm U 3 Theå tích daây daãn: V U ñm P1l12 P2 l22 P3 l32 U1 U 2 U1 U 2 U cp Theå tích nhoû nhaát khi: V V vaø 0 U1 U 2 Tức là khi: P3 l32 P1l12 P2 l22 U1 2 U 2 2 U 3 2 Hay P1 P3 l32 F12 P2 l22 P12 U 2 2 U 3 2 F12 F22 F32 P1 P2 P3 Tính F1 và F2 theo F3: P1 F1 F3 , F2 P3 Viết lại biểu thức: U cp Từ đó suy ra: P2 F3 P3 Pl P1l1 Pl 22 33 U ñm F1 U ñm F2 U ñm F3 P3 l3 P2 l2 P1l1 F3 U ñm P1 P2 F3 P F3 P3 P3 F3 l1 P1 l2 P2 l3 P3 U ñm U cp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 20 (20) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Tương tự: F2 F1 PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh l P1 l2 P2 l3 P3 l P1 l2 P2 l3 P3 P2 U ñm U cp P1 U ñm U cp Tổng quát, tiết diện đoạn thứ k đường dây liên thông có n phụ tải: n Pk Fk li Pi U ñm U cp i 1 Ví duï 1.5 Maïng ñieän 10 kV, cung caáp cho hai phuï taûi, toån thaát ñieän aùp cho pheùp baèng 6% Haõy lựa chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại màu ít nhất, dây nhôm (Al), khoảng cách D = m, Al 31,7.10 3 km / mm Hình 1.23 Giaûi: Cho x ,36 /km , tính U : ,36 162 880 162 5 179 V U 10 U cp U cp U 600 179 421 V Xaùc ñònh tieát dieän daây daãn: F2 F2 P2 U ñm U cp l i 1 i Pi 493 493 1177 493 45 mm 31,7 10 10 421 3 Choïn daây A-50 F1 P1 1177 493 F2 45 83 mm 493 P2 Choïn daây A - 70 Tổng trở đơn vị chiều dài đường dây: 01 ,45 j ,341 /km 02 ,63 j ,355 /km Kiểm tra tổn thất toàn mạng điện: 1670 ,45 1042 0,3414 493 ,63 162 0,3555 100 ,2% U U % cp 10 1000 Vậy kết chọn tiết diện dây dẫn chấp nhận ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 21 (21) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Khảo sát tính toán thiết kế đường dây có các dạng phân bố tải khác Để tính toán công suất định mức trạm, độ sụt áp, tổn thất đường dây, ta cần khảo saùt caùc daïng phaân boá taûi khaùc maïng phaân phoái Đường dây phân bố có tải tập trung Đường dây phân phối thường có chiều dài l < 80 km nên có thể dùng mô hình đường daây ñôn giaûn cho taûi taäp trung nhö hình 2.24 U1 IZ jIX U2 IR U1 U U R I jX 2 U P Q P2 jQ Hình 1.24 Mô hình đường dây có tải tập trung Độ sụt áp: Suït aùp pha: Suït aùp daây: Độ sụt áp %: U IZ U 3I ( R cos X sin ) U % P2 R Q2 X U2 P2 R Q2 X 100% U ñm P2, Q2 - coâng suaát pha U U ñm - ñieän aùp daây Toån thaát coâng suaát taùc duïng: P2 Q2 P 2 R U ñm Toån thaát coâng suaát phaûn khaùng: P2 Q2 Q 2 X U ñm Công suất đầu đường dây: P1 jQ1 P2 P j Q2 Q ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 22 (22) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Tuyến dây hình tia với phụ tải phân bố Tải phân bố trên tuyến dây Hình 2.25 mô hình hoá trên Hình 1.26 Is I r du z dx I x1 Hình 1.25 Phụ tải phân bố _ dI I x2 Hình 1.26 Mô hình đường dây tải phân bố _ Gọi: d I, d x là vi phân dòng điện và vi phân khoảng cách l – chieàu daøi cuûa tuyeán daây x – khoảng cách từ điểm (1) đến đầu dây Khoảng cách từ điểm (2) đến đầu dây là x + dx Is – dòng đầu đường dây Ir – dòng cuối đường dây I , I - doøng ñieän treân tuyeán daây chính taïi ñieåm vaø 2, giaû thieát taát caû taûi coù x1 x cuøng heä soá coâng suaát Giả thiết tải phân bố từ x = đến x = l dI K haèng soá dx Đối với đoạn dx, dòng I x1 , I x đầu và cuối đoạn cho bởi: Ix1 Ix dI I I dI x2 Hay gần đúng: x1 dI Ix Ix1 dx Ix1 K dx dx I x I x1 Kdx I x1 I x Kdx Suy rộng cho toàn tuyến đường dây với dòng IS và IR: I R = IS – K l I S = IR + K l I Vì IR = neân K S l Tại khoảng cách x cho trước, dòng Ix tính theo dòng IS đầu phát tuyến I S I x Kx I x I x I S Kx I S S x I S 1 Suy ra: l l I r x l Ix I r I S x ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 23 (23) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh x Độ sụt áp vi cấp dU I x zdx I S z1 dx với z là tổng trở đơn vị chiều dài l đường dây Độ sụt áp điểm x: x x x x U x dU I S z1 dx I S zx 1 l 2l 0 Độ sụt áp trên toàn đường dây x = l: U x I S zl Toån thaát coâng suaát vi caáp: dP I rdx I S 1 Tổn thất toàn đường dây: l P dP I S2 rl x x rdx l Do đó, tải phân bố trên đường dây thì độ sụt áp tương đương với tải tập l trung khoảng cách x , còn tổn thất công suất thì tương đương với tải tập trung l x Phaùt tuyeán coù phuï taûi taêng daàn Khaûo saùt phaùt tuyeán coù phuï taûi phaân boá taêng daàn nhö hình 2.27 Goïi IS laø doøng ñieän toång cuûa phaùt tuyeán Dieän tích vuøng phuï taûi A h.l Suy mật độ phụ tải ampe trên dieän tích I D1 S A/km h.l Xeùt phuï taûi cuûa vuøng gaïch cheùo ứng với điểm cách đầu đường dây khoảng cách x, vùng này có diện tích: Hình 1.27 Mô hình đường dây tải tăng dần hx h h A x h l x l x l x l x l l l Dòng điện trên đường dây x: I h x2 I x D1 A x S l x I S 1 hl l l Xét đoạn vi cấp dx vị trí x đường dây, dòng điện Ix gây sụt áp vi cấp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 24 (24) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh d U I x z0 dx x2 I S z0 dx 1 l Với z0 là tổng trở đơn vị chiều dài dây Suy sụt áp đến cuối đường dây: (sụt áp pha) l l x3 l U d U z0 I S x z0 I S l z0 lI S ZI S 3l 3 với Z z0 l là tổng trở toàn đường dây Tương tự, tổn thất công suất vi cấp trên đoạn dx có dòng Ix qua (1 pha) x2 d I r dx I r 1 dx l với r0 là điện trở trên km chiều dài đường dây l l x2 8 d I S r0 1 dx I S2 r0 l I S2 R với R r0 l Suy ra: 15 15 l 0 Nhận xét: độ sụt áp phát tuyến có tải tăng dần tương đương với tải tập trung vị trí 2/3 đường dây, còn tổn thất công suất tương đương với phát tuyến có tải tập trung taïi vò trí 8/15 Từ các nhận xét này đưa đến khái niệm dùng số sụt áp K để tính toán tổn thất điện áp dạng phân bố và tăng dần giống tính tải tập trung P R Qr X U * tKS r đơn vị tương đối Ñaët: U r U cb x S Với: K - số sụt áp; t - chiều dài hiệu dụng đường dây phụ thuộc phân bố tải; Sr, Pr, Qr - công suất pha đầu nhận; Ur - điện áp đầu nhận; Ucb - ñieän aùp cô baûn Toån thaát ñieän naêng: Tổn thất điện trên đường dây có thể tính theo hai cách: max max Dùng thời gian tổn thất công suất cực đại max Duøng heä soá toån thaát tt max 8760 Với max là tổn thất công suất cực đại Xác định số sụt áp K với các mô hình phân bố phụ tải khác Từ tổng trở đường dây z0 l , với z0 là tổng trở đường dây/km, l - chiều dài đường dây Xác định tổng trở hiệu dụng loại phân bố tải: z0 l /pha Tải tập trung cuối đường dây: z0 l /pha Tải phân bố đều: 2 Tải có mật độ phụ tải tăng dần: z0 l /pha ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 25 (25) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Duøng moâ hình taûi taäp trung töông ñöông (Hình 1.28) U s U r jX Pr jQ r Hình 1.28 Sơ đồ pha U r U r 0 , U s U s , I I - U Ur U % s 100% Ur Với Ur, Us - điện áp pha đầu gởi và đầu nhận Nếu tính đơn vị tương đối U Ur * s U ñvtñ U cb Với Ucb - điện áp Tính theo phaàn traêm: Us Ur 100% U cb U s U r IZ U * % U s cos j sin U r 0 R jX I cos j sin U r IR cos IX sin j IX cos IR sin U r IR cos IX sin * P jQr Công suất phức đầu nhận: Pr jQr U r I I r U r P R Qr X P X Qr R P R Qr X U s U r 0 r Ur r j r 0 Ur U r 0 U r 0 Suy ra: Sr * Pr R Qr X U r U U r U cb S R cos r Ur U cb Nếu tính theo công suất pha đầu nhận: * U hay: Ở đây: Ucb Ur r0 x0 S3 Pr R Qr X U r U cb S t r 3 X sin ñvtñ 1 cos x sin 1000 3 U r U cb * U tKS3 - ñieän aùp cô baûn, V; - điện áp pha đầu nhận, V; - điện trở trên km dây, / km ; - caûm khaùng treân 1km daây, / km ; - coâng suaát pha, kVA; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 26 (26) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh t - chiều dài hiệu dụng đường dây tùy theo phân bố tải, km Taûi taäp trung: tl Phụ tải phân bố đều: t l 2 Phụ tải mật độ tăng dần: t l Từ đó, suy số sụt áp K: r0 cos x sin 1000 3 ñvtñ K U r U cb * K f kích cỡ dây, khoảng cách pha, cos , U cb U / kVAxkm Tính gần đúng: K% r0 cos x sin 1000 3 U 100% ñmpha Neáu Uñm laø ñieän aùp daây (kV), S3 laø coâng suaát bieåu kieán pha (kVA) r cos x0 sin r cos x0 sin dvtd/kVA km K kV/kVA km Thì: 1000 U ñm 1000 U ñm r cos x sin Hay: K% %/kVA km 10 U ñm Ví duï 1.6 Cho đường dây pha bốn dây, có U = 4,16 kV, dây dẫn đồng #4 AWG tương đương 21,14 mm2, khoảng cách các dây 37 inch 0,94 m, cos 0,9 trễ Xaùc ñònh haèng soá suït aùp K Giaûi: Xác định số K dùng công thức: r cos x sin 1000 3 puV K U r U cb Laáy: Ucb = Ur = 2400 V r cos x sin 1000 3 ñvtñ Suy K Trong đó : r0 1,503 /mile 0,9341 /km U r x 0,7456 /mile 0,46339 /km cos 0,9 treã sin 0,4359 4160 Ur 2400 V Suy ra: 0,9341 0,9 0,46339 0,4359 1000 3 K Hay: 2400 ,0000621 ñvtñ/kVA km K % 0,00621 %/km.kVA ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 27 (27) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Ví duï 1.7 Giaû thieát phaùt tuyeán noùi treân cung caáp cho phuï taûi 500 kVA, coù cos 0,9 treã, taäp trung cuối đường dây dài mile = 1,609 km Tính phần trăm sụt áp (Hình 1.29) Giaûi: U % t K %.S 1,609.0 ,00621 %.500 5% t l mile 1,609 km Dây đồng # AWG 21,15 mm 500 kVA D m 37 inch 0,94 m cos 0,90 treã U daây ,16 kV Hình 1.29 Ví duï 1.8 Giả thiết đường dây có cùng số liệu cung cấp cho phụ tải 500 kVA, cos 0,9 phân bố dọc đường dây Tính độ sụt áp (Hình.1.30) Giaûi: U % t K %.S 1,609.0 ,00621%.500 ,5% 1,609 km t l t l Hình 1.30 Hình 1.31 Ví duï 1.9 Giả thiết đường dây có cùng số liệu cung cấp cho phụ tải S = 500 kVA phân bố tăng dần Tính độ sụt áp (Hình 1.31) Giaûi: U % t K % S 1,0727 ,00621 500 3,33% Trong đó: t l 1,0727 km ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 28 (28) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 1.2.4 Thieát keá traïm phaân phoái a Sơ đồ hệ thống cái Một sơ đồ trạm phụ thuộc vào cấp điện áp trạm trung gian, xếp máy cắt, dao cách ly, cái, ngoài còn phụ thuộc công dụng trạm Nói cách khác, việc xây dựng sơ đồ trạm điện dựa trên độ an toàn, độ tin cậy, tính kinh tế, tính khả thi, tính ñôn giaûn vaø caùc maët khaùc Các dạng sơ đồ trạm cho các Hình 1.32 và Hình 1.37 Hình 1.32 Sơ đồ cái Hình 1.33 Sơ đồ hai cái – 2MC Hình 1.34 Sơ đồ cái chính và phụ ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Hình 1.35 Sơ đồ hai cái feee.hcmute.edu.vn 29 (29) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 1.36 Sơ đồ cái vòng Hình 1.37 Sơ đồ MC và 1/2 MC Bảng 1.3 Bảng so sánh các sơ đồ trạm Sơ đồ trạm 1.Thanh caùi ñôn Hình 2.32 Khuyeát ñieåm - Chi phí reû Trạm ngưng hoạt động có cố trên máy cắt cái Khó bảo trì, sửa chữa Không thể phát triển cái Độ tin cậy cấp điện liên tục thaáp 2.Hai caùi, Moãi maïch coù hai maùy caét Chi phí cao hai maùy caét Giữa các cái nối kết linh Một nửa mạch không hoạt động Hình 2.33 động cố máy cắt, mạch không Trạm hoạt động có nối với hai cái moät maùy caét naøo bò taùch Độ tin cậy cao 3.Sơ đồ Chi phí thấp Caàn gia taêng maùy caét cho caùi cái chính và Trạm hoạt động máy cắt Dao cách ly hoạt động phức tạp phuï cách ly, sửa chữa baûo trì maùy caét Hình 2.34 4.Sơ đồ hai Hai cái hoạt động linh hoạt Caàn theâm moät maùy caét cho thanh cái, Có thể tách cái chính để cái maùy caét sửa chữa Caàn boán dao caùch ly cho moät maïch Hình 2.35 Mạch này có thể chuyển từ Sơ đồ bảo vệ cái có thể gây cái này sang cái khác thông qua tổn thất trên trạm nó tác động moät maùy caét lieân laïc tất các nhánh nối với cái đó 5.Thanh caùi Chi phí laép ñaët thaáp Nếu cố xảy lúc sửa chữa maïch voøng Hoạt động linh hoạt sửa chữa máy cắt thì sơ đồ mạch vòng Hình 2.36 maùy caét taùch laøm hai phaàn Bất kỳ máy cắt nào có thể Hệ thống tự động đóng lại và bảo vệ cách ly khỏi mạch để sửa chữa mà mạch thì phức tạp khoâng caàn ngöng caáp ñieän cho phuï taûi Chæ caàn maùy caét treân moät maïch ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Öu ñieåm feee.hcmute.edu.vn 30 (30) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Khoâng duøng caùi chính Mỗi mạch bảo vệ hai máy caét Các dao cách ly phối hợp với maùy caét 6.Sơ đồ Hoạt động linh hoạt Caàn maùy caét treân moãi maïch rưỡi Độ tin cậy cao Hình 2.37 Mạch hoạt động có cố Hệ thống rơle và tự động phụ treân maùy caét thuộc vào máy cắt Các dao cách ly hoạt động phối hợp maùy caét Vaän haønh ñôn giaûn Thanh cái chính có thể cách ly để sửa chữa mà không cần cắt phụ tải Sự cố trên cái các mạch khoâng maát ñieän b Vò trí traïm Để lựa chọn vị trí trạm thích hợp nhất, cần dựa vào các quy luật sau: Ñaët traïm gaàn trung taâm taûi cuûa vuøng phuï taûi Đặt trạm cho việc điều chỉnh điện áp là thích hợp Chọn lựa vị trí trạm cho thuận lợi đường dây vào trạm trung gian và các đường dây và cho phép tăng thêm tương lai Chọn lựa vị trí trạm khoảng không gian cho phép để mở rộng trạm töông lai Chọn vị trí trạm phù hợp với quy định việc sử dụng đất, không gây ảnh hưởng đến môi trường dân cư xung quanh nơi đặt trạm Chọn vị trí trạm cho làm giảm nhỏ số phụ tải bị ảnh hưởng ñieän c Định mức trạm Phaân tích vuøng phuï taûi hình vuoâng (H.1.38) Hình 1.38 Vuøng phuï taûi hình vuoâng Công suất đường dây cung cấp cho phụ tải: S A4 D l42 D (kVA) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 31 (31) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh A4 - dieän tích taûi cuûa moät nhaùnh, km2; D - mật độ phụ tải theo diện tích, kVA/km2 Sụt áp trên đường dây chính: U % l4 K %.S Trong đó: K% số sụt áp (%/kVA.km) Với giả thiết phụ tải tăng dần Các máy biến áp phân phối mang tải và đặt cách khoảng U % l4 K % l42 D ,667 K %.D l43 Suy ra: Phân tích vùng phụ tải hình lục giác (Hình 1.39) l A6 l6 - Dieän tích vuøng phuï taûi moät nhaùnh S6 A6 D ,578Dl62 Độ sụt áp: U % l6 K %.S6 0,385.K %.D.l63 Với: Hình 1.39 Vùng phụ tải hình lục giác Trường hợp tổng quát: vùng cung cấp n pháp tuyến (H.2.40) y Từ hình 2.40, ta có: tg y x dx tg x tg x dx Toång dieän tích vuøng phuï taûi: ln An dA ln2 tg S n Dln2 tg x 0 Độ sụt áp: 2 360 3 U % ln K %.S n K %.D ln tg K %.D ln tg 3 2n ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 32 (32) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän θ PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh θ θ Hình 1.40 Sơ đồ phụ tải dạng tổng quát So sánh trạm bốn đường dây và sáu đường dây Tứ giác (bốn đường dây ra) Công suất đường: S l42 D Tổng công suất toàn vùng: S 4l42 D U % K %Dl43 Độ sụt áp % đường: S Dl42 I4 (A) Dòng cung cấp đầu đường dây: 3U 3U Với U là điện áp dây Lục giác (sáu đường dây ra) Công suất đường: S6 l6 D S6 l6 D Tổng công suất toàn vùng: U % K %Dl63 Độ sụt áp % vùng phụ tải: 3 S6 Dl62 (A) Dòng cung cấp đầu đường dây: I6 3U 3U Việc đánh giá dựa vào các điều kiện sau: Điều kiện giới hạn phát nóng Cho loại dây dẫn và bỏ qua độ sụt áp Ta coù I I l Dl62 3U L L 3U L L l4 Tỷ số công suất toàn vùng: Dl62 S6 l6 3 hay S6 1,5 S S4 l4 Dl4 Dl42 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 33 (33) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Vậy sáu đường dây cung cấp tải gấp 1,5 lần bốn đường dây có cùng điều kiện phaùt noùng Điều kiện giới hạn độ sụt áp, cùng loại dây dẫn U % U % 2 K %.D l43 K %.D l63 3 l4 ,833l6 S6 l6 D S 4l42 D ,78l62 D S6 S6 1,25S S4 Như vậy, sáu đường dây có thể cung cấp tải 1,25 lần bốn đường dây có cùng độ suït aùp Giải thích công thức tính độ sụt áp K Dựa vào công thức tính độ sụt áp, Reps đưa công thức liên quan đến việc áp dụng cho traïm phaân phoái cung caáp cho vuøng phuï taûi: 2 2 ln K nDAn ln K S n 3 U n % ln KSn n n Với: U n % là độ sụt áp % trên mạch sơ cấp; K laø haèng soá suït aùp % /kVA.m; ln laø chieàu daøi hieäu duïng cuûa daây sô caáp; S n là tổng công suất cung cấp cho toàn vùng = n.D.An; S Sn laø coâng suaát caáp moät n daây D An n n n là số đường dây; D là mật độ tải, kVA/m2; An là diện tích vùng cung cấp đường dây Để minh hoạ cách sử dụng và giải thích công thức này, giả thiết đưa trường hợp: TH1: Taêng dieän tích vuøng cung caáp neáu chieàu daøi phaùt tuyeán taêng gaáp ñoâi (2x ln) vaø các đại lượng khác không đổi Nhaän thaáy: dieän tích vuøng phuïc vuï An taêng gaáp boán neân S n vaø S n taêng gaáp boán laøm U % taêng gaáp taùm laàn TH2: Tăng mật độ phụ tải dẫn đến S n tăng Giả thiết D tăng gấp đôi làm cho S n , S n taêng gaáp ñoâi vaø U % taêng gaáp ñoâi TH3: Thêm phát tuyến, n tăng gấp đôi thì S n giảm ½ đưa đến U % giảm ½ TH4: Tiết diện tăng gấp đôi đưa đến K giảm ½ và U % giảm ½ TH5: Đổi tổ đấu dây máy biến áp (trung tính nối đất) điện áp dây tăng lần, K giaûm 1/3 vaø U % giaûm 1/3 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 34 (34) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Các trường hợp trên tóm tắt bảng sau: STT Trường hợp Taêng dieän tích cung caáp Tăng mật độ taûi Theâm phaùt tuyeán Choïn daây laïi Đổi tổ đấu dây maùy bieán aùp 1.3 ln K Udaây n D An Sn Sn U % x2 x1 x1 x1 x1 x4 x4 x4 x8 x1 x1 x1 x1 x2 x1 x2 x2 x2 x1 x1 x1 x2 x1 x1 x1 x x1 x1 x1 x x1 x1 x1 x x1 x1 x1 x1 x x 3 x1 x1 x x x CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI SƠ CẤP Ví duï 1.10 Cho phuï taûi phaân boá hình vuoâng, moãi caïnh mile = 3,218 km Mật độ phụ tải 2000 kVA/mi2 = 772,5 kVA/km2 (mi2 = mile2) Heä soá nhu caàu trung bình cho moïi taûi 0,60 Hệ số phân tán 1,2 (hệ số đồng thời ) 1,2 Heä soá coâng suaát 0,90 treã Coù hai phöông phaùp ñaët traïm: taïi A vaø B Hình 1.41 Ñaët taïi A: Phaùt tuyeán chính daøi mile = 3,218 km 3,2 km Phaùt tuyeán nhaùnh daøi mile = 3,218 km (coù taát caû 16 nhaùnh) Ñaët taïi B: Phaùt tuyeán chính daøi mile 4,8 km Phaùt tuyeán nhaùnh daøi mile = 1,609 km (coù taát caû 32nhaùnh) Điện áp đường dây 13,2/7,62 kV pha, bốn dây Phát tuyến chính dùng dây đồng #2/0 AWG = 67,4 mm2 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 35 (35) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Phát tuyến nhánh dùng dây đồng #4 AWG = 21,2 mm2 Khoảng cách pha Dm = 37 inch = 0,94 m Choïn phöông aùn ñaët traïm taïi A vaø B? Hệ số nhu cầu mật độ phụ tải Mật độ phụ tải tổng theo yêu cầu Heä soá phaân taùn 0,6 772,5 kVA/km 386 kVA/km 1,2 Dieän tích phuï taûi: 3,218 3,218 10 ,335 km Phuï taûi toång cuûa traïm cung caáp: S 386 10 ,335 4000 kVA S chính Hằng số sụt áp hai loại dây: Đối với dây #2/0 AWG = 67,4 mm2, K% = 0,0002486 %/kVA.km Đối với dây #4 AWG = 21,1 mm2, K% = 0,0005904 %/kVA.km Nếu đặt trạm A, sụt áp từ trạm A đến điểm xa phát tuyến nhánh: l l U % K chính %.Schính K nhaùnh %.S nhaùnh 2 3,2 3,2 4000 0,0002486 4000 0,0005904 1,84% 2 16 Nếu đặt trạm B, sụt áp từ trạm B đến điểm xa phát tuyến nhánh: 4000 3,2 1,6 U % 1,6 ,0005904 3,26% 0 ,0002486 4000 32 Do đó, vị trí trạm A tốt B Ví duï 1.11 Moät phaùt tuyeán pha boán daây ñieän aùp 15/8,66 kV daøi km Phaùt tuyeán cung caáp cho 10 nhaùnh, beân traùi nhaùnh, beân phaûi nhaùnh (Hình 1.42) Daây nhaùnh daøi km Duøng daây nhoâm có khoảng cách pha Dm = 1m Mỗi nhaùnh cung caáp cho 300 khaùch haøng, moãi khaùch haøng tieâu thuï kVA, cos 0,9 treã qua maùy bieán aùp phaân phoái Điện áp nhà thay đổi từ 220 V đến 250 V, chọn điện áp thấp khaùch haøng laø 230 V Yeâu caàu ñieän aùp taïi khaùch haøng Hình 1.42 Vmax 250 V Vmin 230 V Suït aùp cho pheùp treân phaùt tuyeán sô caáp (cao aùp) laø 4% vaø suït aùp cho pheùp treân heä thống phân phối thứ cấp (hạ áp) là 3,5% Xaùc ñònh: a.Cỡ dây chính và dây nhánh thoả mãn sụt áp cho phép trên hệ thống phân phối sơ cấp b.Nếu vượt quá 4% hãy kết hợp dây chính và dây nhánh có tiết diện lớn ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 36 (36) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Giaûi: Công suất tổng trên đường dây nhánh: S nhaùnh kVA/khaùch haøng 300 khaùch haøng 1200 kVA Doøng ñieän toång treân doøng daây nhaùnh 1200 I nhaùnh 46 ,18 A 15 Choïn daây nhoâm A-16 coù doøng cho pheùp 105 A Doøng ñieän toång treân daây chính: I chính 46 ,18 A/1 nhaùnh 10 nhaùnh 461,8 A Choïn daây A-185 coù doøng cho pheùp 500 A Hằng số sụt áp K cho công thức: K% r0 cos x sin 1000 3 U 100% ñmpha Daây A-16 r0 1,98 /km x ,391 /km Daây A-185 r0 ,17 /km x ,312 /km Daây A-16 coù haèng soá suït aùp: 1,98 0,9 0,391 ,436 1000 3 K% 100% 8660 0,0008678% /kVA.km Daây A-185 coù haèng soá suït aùp: 0 ,17 ,9 ,312 ,436 1000 3 100% 8660 0,0001284% /kVA.km Phụ tải giả thiết phân bố Sụt áp trên đường dây nhánh: U %nhaùnh ,0008678 1200 1,562% Sụt áp trên đường dây chính: U %chính ,0001284 1200 10 3,08% Do suït aùp toång: U % 1,562 3,08 ,642% 4% , choïn laïi daây chính vaø daây K% nhaùnh Daây chính : choïn daây A-240 Daây nhaùnh : choïn daây A-25 Daây A-240 r0 ,132 /km x ,304 /km r0 1,28 /km x ,375 /km 0 ,132 0,9 ,304 ,436 1000 K% 3 8660 0,0001117% /kVA.km ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 100% 37 (37) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Daây A-25 PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 1,28 ,9 ,375 0,436 1000 K% 3 100% 8660 0,0005847% /kVA.km Sụt áp đường dây nhánh U nhaùnh % 0,0005847 1200 1,05% Sụt áp đường dây chính: U chính % 0,0001117 1200 10 2,68% Suït aùp toång: U % 1,05 ,68 3,72% 4% Đạt yêu cầu Ví duï 1.12 Moät maïng phaân phoái sô caáp 15/8,66 kV gồm hai đường dây trên không dài km xuất phát từ hai trạm A và B, đường dây cung cấp nhaùnh reõ duøng caùp ngaàm XLPE daøi km, phuï taûi moãi nhaùnh 1200 kVA/3 pha, cos 0,8 phân bố trên nhánh Sơ đồ mạng điện Hình 1.43 (Caùp ngaàm XLPE duøng caùp pha, đường nhánh gồm ba đường pha XLPE, phụ tải phân bố trên pha) Hình 1.43 Trong tình trạng bình thường các đường nhánh hở giữa, hai đường chính vận hành Trong tình trạng cố đường chính, cầu dao đóng lại để chuyển tải cho đường chính còn lại Sụt áp cho phép lúc bình thường là 4% a Chọn cỡ dây chính và dây nhánh b Tính % sụt áp đến đầu cuối đường nhánh xa tình trạng bình thường c Tính % sụt áp đến nhánh rẽ xa tình trạng cố Giaûi: a Trong tình trạng cố, đường dây chính còn lại cung cấp gấp đôi số nhánh rẽ Coâng suaát toång: S 1200 14.400 kVA 14400 Dòng điện đường chính: I chính 554 ,25 A 15 Choïn daây AC-240 coù doøng cho pheùp 610 A r0 ,132 /km x ,315 /km (chọn khoảng cách trung bình pha D = 1,3 m) Trong tình trạng cố, công suất tổng trên đường nhánh tăng gấp đôi 1200 I nhaùnh 92 ,37 A 15 Choïn caùp ngaàm XLPE 1/0 AWG (53,5 mm2 caùp nhoâm) coù doøng cho pheùp Icp = 155A ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 38 (38) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Coù PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh r0 ,208 /1000ft ,682 /km x ,0229 /1000ft ,07513 /km b Tình trạng bình thường Đường dây nhánh vận hành hở giữa, hai đường dây chính vận hành l U chính I ro cos x sin (tính suït aùp theo pha) 554,25 0,132 0,8 0,315 0,6 163,28 V 2 163,28 U chính % 100% 1,88% 8660 Sụt áp trên đường nhánh: 92,37 0,682 0,8 0,07513 0,6 40 ,92 V U nhaùnh 2 40 ,92 U nhaùnh % 100% ,47% 8660 Suït aùp toång: U % 1,88 ,47 ,35% c Tình trạng cố U %chính 1,88% 3,76% U nhaùnh 92 ,370 ,682 ,8 ,07513 ,6 163,68 V 163,68 100% 1,88% 8660 U % 3,76 1,88 5,64% (coù theå chaáp nhaän) U nhaùnh % Suït aùp toång: Ví duï 1.13 Giả sử sơ đồ bố trí mạng phân phối trên không gồm phát tuyến và 10 nhánh dây nối với phát tuyến đó, trên các nhánh dây có gắn cầu chì, mạng điện này có thể cấp điện cho hai phía phuï taûi (Hình.1.44) Tuyến dây chính là dây pha, hai bên tuyến dây này có tối đa 10 nhánh dây ít hơn, các nhánh dây bên hông bảo vệ các cầu chì, các nhánh dây này có thể là pha dây pha Phụ tải có hệ số công suất cos 0,90 Hình 1.44 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 39 (39) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Mạng điện pha bốn dây có cấp điện áp 4160/2400 V Khoảng cách các dây dẫn Dm = 37 inch = 0,94 m Chieàu daøi daây daãn chính: 3300 ft = 1005 m Xét trường hợp có hai nhánh a, a’ làm việc cho Hình 1.45 Kích thước dây dẫn không nhỏ loại AWG#6 = 13,3 mm2 vì độ bền Hãy xác ñònh: a Độ sụt áp % điểm cuối dây dẫn chính và nhánh dây xa (từ máy cắt đến điểm a,a’) b Nếu độ sụt áp % cho phép là 4% Hãy xác định lại dây dẫn chính và nhánh dây Giaûi: a.Doøng ñieän phaân nhaùnh daây: S 518 I nhaùnh nh 72 A 3U d ,16 Chọn dây dẫn đồng loại AWG#6 có dòng định mức là 130 A Doøng ñieän treân daây daãn chính: S 518 I chính ch 144 A 3U d ,16 Chọn dây dẫn đồng AWG#4 = 21,2 mm2 với dòng định mức 180 A, chú ý dây dẫn đồng loại AWG#5 = 16,8 mm2 có dòng định mức 150 A không chọn vì tổng độ sụt Hình 1.45 aùp cao Tính số sụt áp K% dây đồng loại AWG#6 và AWG#4 là 0,0093225% vaø 0,006215%/kVA.km Độ sụt áp trên dây dẫn nhánh có phụ tải phân bố đều: l 1,755 U nhaùnh % nhaùnh K %.S ,0093225 518 ,24% 2 Độ sụt áp phần trăm trên dây dẫn chính có phụ tải tập trung (1036 kVA): U chính % lchính K %.S 1,005 ,006215 1036 ,48% Độ sụt áp tổng toàn đường dây: U % U chính % U nhaùnh % ,48 ,24 10 ,72% Nhận thấy lớn độ sụt áp cho phép là 4% Nếu đường dây nhánh là đường dây pha thì độ sụt áp phần trăm dây dẫn pha gần bốn lần độ sụt áp trên dây pha có cùng tiết diện U1 pha % U pha % ,24 16 ,96% Toång phaàn traêm suït aùp laø: U % U chính % U pha % ,48 16 ,96 23,44% Độ sụt áp vừa tìm lớn độ sụt áp cho phép Chọn lại dây đồng loại 4/0 = 107 mm2 và AWG#1 = 42,4 mm2 có dòng định mức 480A và 270A, ứng với dây dẫn chính và dây dẫn nhánh có số sụt áp là 0,001864% vaø 0,003729%/kVA.km 1,755 U nhaùnh % ,003729 518 1,695% U chính % 1,005 ,001864 1036 1,943% ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 40 (40) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Tổng sụt áp trên toàn đường dây: U % U chính % U nhaùnh % 1,943 1,695 3,638% Thoả mãn điều kiện sụt áp cho phép U % 4% Ví duï 1.14 Giống ví dụ 1.13 thay dây dẫn đồng dây cáp nhôm XLPE trên không (Al) cho đường nhánh Dòng điện cho phép cáp XLPE trên không cho Bảng 1.3 Hãy tính lại sụt áp trên đường nhánh và kiểm tra sụt áp tổng Giaûi: a.Độ sụt áp dây dẫn nhánh có phụ tải phân bố đều: l U nh I rL cos x L sin (V) Với I = 72 A cho ví dụ trên Chọn dây dẫn nhôm (Al) loại AWG#6 có: rL 4,13 /mi 2,567 /km x L ,258 /mi ,16 /km cos ,9; sin 0,436 1,755 U nh 722 ,567 ,9 ,16 ,436 150 ,4 V Do đó: 150 ,4 U nh % 100% ,27% Độ sụt áp %: 2400 Độ sụt áp trên dây dẫn chính có phụ tải phân bố tập trung: U ch I r cos x L sin l (V) Baûng 1.3 Doøng ñieän cho pheùp cuûa caùp XLPE Kích thước dây dẫn 6AWG AWG AWG AWG 1/0 AWG 2/0 AWG 3/0 AWG 4/0 AWG 25 Kcmil 350 Kcmil 500 Kcmil Doøng ñieän cho pheùp, A Caùp kV Caùp 15 kV 75 99 130 135 151 155 174 178 201 205 231 237 268 273 297 302 368 372 459 468 Với I = 144 A Chọn cáp nhôm trên không (Al) loại AWG#1 = 42,4 mm2 có: r 1,29 /mi 0,8 /km x ,211 /mi 0,131 /km Do đó: U ch 1440 ,8 ,9 ,131 ,436 1,005 112 ,5 V 112 ,5 Độ sụt áp %: U ch % 100 ,7% 2400 Tổng độ sụt áp trên toàn tuyến dây: U % ,7 ,27 10 ,97% ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 41 (41) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Độ sụt áp này lớn độ sụt áp cho phép (4%) b Chọn lại cáp nhôm trên không (Al) loại 4/0 =107 mm2 và 1/0 = 53,3 mm2 có dòng định mức là 268 A và 174 A tương ứng cho dây dẫn chính và dây dẫn nhánh Daây nhaùnh coù: r ,64 /km, x ,129/km 1,755 U nh 720 ,64 ,9 ,129 ,436 39 ,95 V 39 ,95 U nh % 100 1,66% Độ sụt áp %: 2400 Daây chính coù r ,322 /km, x ,119/km U ch 1440 ,322 ,9 ,119 ,436 1,005 49 ,45 V 49 ,45 Độ sụt áp % U ch % 100 ,06% 2400 Tổng độ sụt áp trên toàn tuyến dây: U % ,06 1,66 3,72% 4% Thoả mãn độ sụt áp cho phép (4%) Ví duï 1.15 Gioáng nhö ví duï 1.13 nhöng caáp ñieän aùp laøm vieäc laø 12,47/7,2 kV cho heä thoáng ba pha bốn dây trung tính nối đất với dây dẫn đồng (Cu) Khoảng cách các dây dẫn là Dm = 37 inch = 0,94 m Chieàu daøi daây daãn chính laø 3300 ft =1005 m, coù 10 nhaùnh daây moãi bên nhánh hình 2.46 Kích thước dây dẫn không nhỏ dây AWG#6=13,3mm2 Hãy xác định độ sụt áp % điểm cuối dây chính và dây nhánh Giaûi: Toång coâng suaát phuï taûi treân caùc nhaùnh: S 518 kVA/nhaùn h 10 nhaùnh 5180 kVA Doøng ñieän treân daây chính: 5180 kVA I ch 240 ,1 A 1005 12 ,47 kV m 2 Chọn dây dẫn đồng AWG#2 = 33,64 mm Doøng ñieän treân moãi nhaùnh: 1005 m 518 kVA I nh 24 ,01 A 12 ,47 kV Chọn dây đồng loại AWG#6 = 13,3 mm2 cho các Hình 1.46 nhánh dây và dây đồng AWG#2 = 33,64 mm2 cho dây chính Tính số K% là 0,0010876 và 0,0004972%/kVA.km cho loại daây AWG#6 vaø AWG#2 Độ sụt áp % trên dây dẫn nhánh với giả thiết tải phân bố dọc dây nhánh l 1,755 U % nh nh K %.S 0,0010876 518 0,5% 2 Độ sụt áp % trên dây dẫn chính: 3l 3.1,005 U % ch ch K %.S 0,0004972 5180 1,94% 4 Độ sụt áp % trên toàn tuyến dây: U % 1,94 ,5 ,44% 4% Thoả mãn độ sụt áp cho phép (4%) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 42 (42) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Ví duï 1.16 Một trạm phân phối cung cấp cho khu vực tải hình vuông hình 2.38 có bốn đường dây pha dây 2,44/4,16 kV Tuyến dây chính là loại dây đồng #2AWG = 33,6 mm2 ACSR#1AWG = 53,3 mm2, đường dây trên không có khoảng cách các pha là 37 inch = 0,94 m Hệ số công suất tải 0,9 trễ và mật độ phụ tải 386,27 kVA/km2 Phụ tải phân bố Tính : Xét đến điều kiện toả nhiệt dây chính Tìm: a Công suất cực đại dây b Coâng suaát cuûa traïm c Boá trí traïm d Độ sụt áp % từ đầu đến cuối đường dây Xét độ sụt áp giới hạn là 3% Tìm: a Boá trí traïm b Công suất cực đại dây c Coâng suaát cuûa traïm d Doøng ñieän treân daây Giaûi: Từ bảng tra dòng điện cho phép dây dẫn nhôm lõi thép ASCR#1 = 53,3 mm2 là 230 A Theo ñieàu kieän phaùt noùng Sn 3U daây I max ,16.230 1657 ,2 kVA a Coâng suaát taûi: b Coâng suaát traïm: S n 4S n 4.1657 ,2 6628,8 kVA S n An D l42 D c Khoảng cách các trạm: 1 S 1657 ,2 kVA l4 n ,07 km 386,27 kVA/km D 2l4 ,07 ,14 km d Toång % suït aùp: 2 U % K %.D l43 ,00435 386 ,27 2 ,07 ,94% 3 Haèng soá suït aùp K% 0,00435 %/kVA.km Theo ñieàu kieän suït aùp cho pheùp U % K %.D l43 a Khoảng cách các trạm: 3 3U % l4 K %.D ,00435 386 ,27 b Công suất cực đại dây: S n Dl42 386 ,27 1,38 736 kVA 1,38 km c Coâng suaát cuûa traïm: S n 4S n 736 2944 kVA d Doøng ñieän cuûa daây: Sn 736 I 102 ,1 A U daây ,16 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 43 (43) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Dòng điện tương đối so với khả tải: 102 ,1 I ,444 (ñvtñ) 230 Ví duï 1.17 Traïm coù boán tuyeán daây caáp cho phuï taûi hình vuoâng coù dieän tích 2a x 2a (km2) nhö Hình 1.47 Mật độ phụ tải D (kVA/km2), phụ tải phân bố đều, tuyến là pha, dây, trung tính nối đất lặp lại Biết khoảng cách d « a, diện tích vùng phụ tải xa gần a.d (km2), hệ số công suất cos (trễ), kháng trở pha đường dây chính zch rch jx ch (/km) , kháng trở pha đường dây nhánh znh rnh jx nh (/km) Choïn Udaây laø ñieän aùp cô baûn (kV) a Giả thiết đường nhánh pha dây có trung tính nối đất lặp lại, chứng tỏ độ sụt áp phần trăm tới điểm cuối nhánh xa 2.D.a D.a d rnh cos x nh sin U % r cos x sin ch ch 2 30.U daâ 20.U daâ y y b Giả sử đường nhánh là pha hai dây, trung tính nối đất lặp lại, tính lại độ sụt áp % Hình 1.47 Giaûi: a Toång coâng suaát cuûa moät tuyeán chính: 2a Sch D D a (kVA) Doøng ñieän treân tuyeán chính: D kVA / km a km (A) I ch U daây kV Độ sụt áp % tới điểm cuối tuyến chính: U ch % t K %.S Trong đó : t a (phụ tải có mật độ tăng dần) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 44 (44) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän K% PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh rch cos x ch sin %/kVA.km 10U daâ y U ch % a rch cos x ch sin Da 2 10U daây 2.D.a rch cos x ch sin 30.U daâ y Coâng suaát cuûa moät nhaùnh xa nhaát: Doøng ñieän treân nhaùnh daây: S nh D a d kVA Dad I nh (A) U daây Sụt áp % đến cuối nhánh: U nh % t K %.S nh rnh cos x nh sin a Dad 2 10U daâ y D.a d rnh cos x nh sin 20.U daâ y U % U ch % U nh % b Độ sụt áp % mạch pha gần bốn lần mạch pha có cùng tiết diện daây: U1 % U 3 % Ñieän aùp rôi treân daây chính gioáng caâu a, coøn ñieän aùp rôi treân daây nhaùnh: D.a d D.a d rnh cos x nh sin U nh % r cos x sin nh nh 2 20.U daâ U y daây U% U ch % U nh % 1.4 2.D.a D.a d rnh cos x nh sin r cos x sin ch ch 2 30.U daâ 5.U daâ y y THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI THỨ CẤP Quan điểm thực tế hệ thống phân phối điện dựa vào chức “tập hợp” là “phân phối” vì công suất và vị trí không định kỹ sư thiết kế mà khaùch haøng Khaùch haøng laép moïi thieát bò tieâu thuï ñieän maø chuùng coù theå keát noái moãi tổ hợp cho phép và thời điểm khách hàng muốn Khái niệm phân phối bắt đầu với khách hàng và tải riêng lẻ, tiến triển qua nhiều giai đoạn, mà giai đoạn bao gồm nhiều nhóm khối lượng khách hàng gia tăng và nhu cầu tải họ Như nguồn phát cung cấp đến hộ tiêu thụ thông qua các dịch vụ, hệ thống thứ cấp, máy biến phân phoái, heä thoáng sô caáp, traïm phaân phoái, traïm trung chuyeån, traïm caáp ñieän vaø heä thoáng truyeàn taûi Khi thiết kế hệ thống, người kỹ sư không nên xem xét các yếu tố trước mắt, giai đoạn ngắn, mà còn các vấn đề lâu dài Hệ thống thiết kế không giải vấn đề xây dựng và hoạt động hệ thống cách kinh tế để phục vụ cho mà còn phải đáp ứng các nhu cầu dự phòng tương lai Vì thế, việc thực hành thiết kế bị ảnh hưởng các đòi hỏi hệ thống tương lai Đương nhiên, người kỹ sư phải xét đến nhiều yếu tố, biến số, các lời giải lựa chọn ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 45 (45) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh bài toán thiết kế phân phối phức tạp, cần có kỹ thuật giúp họ chọn lựa định mức kinh tế máy biến phân phối, dây dẫn thứ cấp, độ dao động điện áp hộ tiêu thuï Sự phát triển máy tính kỹ thuật số tốc độ cao, qua việc sử dụng các chương trình tính toán, cho phép xem xét nhanh chóng vấn đề kinh tế nhiều phương án khả thi và đánh giá tính kỹ thuật và tính kinh tế các phương án này chúng liên quan đến nhiều chiến lược khác qua giai đoạn nghiên cứu Các chiến lược có thể là, ví dụ, thay đổi hệ thống thứ cấp, thay đổi biến thế, khả gắn thêm các tụ điện Hiển nhiên, hệ thống thiết kế nên đáp ứng tiêu chuẩn thực đặc biệt suốt giai đoạn nghiên cứu Thiết kế tối ưu, có nghĩa là kinh tế nhất, là phải phù hợp với lịch trình phát triển tải tương lai Cũng vậy, qua sử dụng giai đoạn chương trình, kỹ sư phân phối có thể xác định liệu chiến lược nào cần xét tới hay chúng cần phải hiệu chỉnh kết vài thay đổi xem xét hiệu kinh tế và nhu cầu dự kiến tăng tải tương lai Để giảm thiểu chiều dài mạng thứ cấp, kỹ sư đặt biến gần trung tâm tải và cố gắng tìm đường ngắn xuống phục vụ khách hàng Vì có phần nhỏ cố ngắt điện là hư hỏng hệ thống thứ cấp, nên thiết kế hệ thống thứ cấp, người kỹ sư chính yếu phải xét đến tính kinh tế, tổn thất lõi đồng (I2R) biến và dòng thứ cấp, độ sụt áp cho phép nơi dịch vụ và điện chập chờn hệ thống Dĩ nhiên là có yếu tố kinh tế và kỹ thuật khác ảnh hưởng lên lựa chọn biến và cấu hình hệ thống thứ cấp, là tải biến cho phép, tải các pha cân hệ thống sơ cấp, chi phí đầu tư các thành phần khác hệ thống thứ cấp, chi phí nhân công, phí tư (lãi suất) và lạm phát Biến phân phối chiếm phần đáng kể chi phí hệ thống thứ cấp Vì thế, mối quan tâm chính kỹ sư là hạ thấp chi phí đầu tư vào biến Nói chung, thực tế công nghiệp điện, hoạch định tải biến phân phối trên sở là không vượt quá công suất dự trữ, biến thay, hay kết nối song song tải thứ cấp gia tăng Thông thường, hệ thống quản lý tải biến (TLM) là tối ưu cho vận hành tải liên tục và kế hoạch mở rộng cách kinh tế Người kỹ sư phải để ý tính phi thực tế việc lấy thông tin các nhu cầu trên khách hàng, phải cố gắng tập hợp các liệu còn giới hạn nhu cầu với các số liệu tiêu thụ điện sẵn có, đầy đủ vào các tập tin tính nhu cầu tiêu thụ khách hàng Một đường cong nhu cầu điển hình vẽ theo lượng tiêu thụ và các thông tin kết dùng để ước tính tải đỉnh trên các phần đặc biệt thiết bị là biến phân phối, và trường hợp đó, nó gọi là quaûn lyù taûi bieán theá, nguoàn caáp, traïm Ngày nay, mức điện áp tiêu chuẩn cho hệ thống phân phối hạ điện Việt Nam qui định là 220/380 V 1.4.1 Thiết kế thực tế Phần nằm hệ thống sơ cấp và thiết bị người tiêu dùng là hệ thống thứ cấp Hệ thống phân phối thứ cấp bao gồm biến phân phối hạ thế, các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp, dây xuống hộ tiêu thụ và các đồng hồ điện Nói chung, hệ thống phân phối thứ cấp thiết kế pha cho khu dân cư và pha cho khu công nghiệp hay dịch vụ với mật độ tải cao Các loại hệ thống phân phối thứ cấp gồm: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 46 (46) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh a Hệ thống nhóm phụ tải riêng biệt cho khách hàng với biến phân phối riêng và các kết nối thứ cấp riêng biệt b Hệ thống hình tia với tuyến dây chính thứ cấp chung, cung cấp biến theá phaân phoái vaø caáp cho moät nhoùm khaùch haøng c Hệ thống nhóm máy biến áp phân phối với tuyến dây chính thứ cấp chung mà nó cung cấp nhiều biến phân phối, biến này cấp cùng phaùt tuyeán sô caáp chung d Hệ thống mạng thứ cấp với mạng thứ cấp dạng lưới, mạng này cấp số lớn các biến thế, biến này có thể nối nhiều nguồn cấp khác Hệ thống cung cấp riêng rẽ ít dùng và thường là khu vực nông thôn hay công nghiệp Nói chung, hầu hết các hệ thống thứ cấp cho khu dân cư, thôn quê, khu thương mại thiết kế hình tia Hình 1.48 minh hoạ sơ đồ đơn tuyến hệ thống thứ cấp dạng hình tia Noù cho chi phí thaáp vaø deã vaän haønh Hình 1.48 Sơ đồ đơn tuyến hệ thống thứ cấp hình tia đơn giản 1.4.2 Nhoùm maùy bieán aùp phaân phoái Những trạm phân phối biến áp mắc song song, máy biến áp này liên kết trên phía thứ cấp hai hay nhiều máy biến áp phân phối cung cấp Cách mắc này thực khu dân cư hay khu thương mại, nơi có nhu cầu cung cấp điện liên tục Giữa các máy biến áp đòi hỏi có khoảng cách nhỏ Tuy nhiên, số trường hợp phải giữ các trạm phân phối độc lập với nhau, trường hợp này, mạng sơ cấp là mạng đặc biệt cấu trúc hình tia Sự thuận lợi nhóm máy biến áp phân phối gồm: a Cải thiện độ dao động điện áp b Giảm nhấp nháy ánh sáng khởi động động cơ, cách cung cấp hai nhánh song song cho động khởi động c Tăng độ tin cậy cung cấp điện d Cải tiến linh hoạt phụ tải phát triển với chi phí thấp Việc kết nhóm phía thứ cấp máy biến áp thuận lợi có phân tán ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 47 (47) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh số lớn các hộ tiêu thụ và đó tiết kiệm công suất máy biến áp, có thể tiết kiệm đến 35% dung lượng máy biến áp tuỳ theo loại tải và số lượng khách hàng Hình 1.49 thể phương pháp khác việc kết nhóm thứ cấp Phương pháp này minh hoạ Hình 1.49a sử dụng phổ biến và nhìn chung là tốt, vì nó cho phép sử dụng cầu chì định mức thấp bên phía cao trạm biến áp và ngăn cản việc cháy cầu chì xảy ra, phương pháp này tạo phối hợp đơn giản cầu chì phân đoạn nhánh sơ cấp cách dùng cầu chì định mức thấp bên phía điện áp cao máy biến áp Hơn nó là hệ thống kinh tế a b Hình 1.49 Hai phương pháp mắc nhóm thứ cấp a b Hình 1.50 Hai phương pháp mắc nhóm thứ cấp khác Hình 1.50 đưa hai phương pháp khác cách mắc nhóm Phương pháp thể Hình 1.50a là cách cũ và ít bảo vệ Hình 1.50b cho phương pháp bảo vệ cao Vì vậy, khuyết điểm cách mắc Hình 1.49a, b và Hình 1.50a là: a Yêu cầu kiểm soát cẩn thận hệ thống thứ cấp có các trạm biến áp kết nhóm với để phát cố từ cầu chì b Khó khăn việc phối hợp cầu chì phía thứ cấp c Hơn phương pháp thể hình 2.49b có khuyết điểm là khó khăn việc phục hồi lại cung cấp số cầu chì trên biến áp cận kề bị đứt Ngày nay, vì khuyết điểm trên, phương pháp hình 2.50b dùng nhiều Máy biến áp phân phối đặc biệt là máy biến áp tự bảo vệ có cầu chì bảo vệ điện cao và máy cắt điện thứ cấp, tín hiệu ánh sáng báo quá tải và bảo vệ chống sét maùy Máy biến áp tự bảo vệ có các loại pha và pha, chúng có hai máy cắt điện thứ cấp giống nhau, máy này tác động độc lập có quá dòng điện Trong trường hợp máy biến áp bị hư thì cầu chì bảo vệ dòng sơ cấp và các máy cắt thứ cấp cùng ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 48 (48) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh tác động mở, vì gián đoạn cung cấp điện là ít Tuy nhiên, phương pháp ghép nhóm có chung khó khăn việc quản lý tải máy biến áp theo kịp với biến đổi phụ tải Để ổn định điều kiện tải bị thay đổi, mối quan tâm chính thiết kế hệ thống kết nối thứ cấp là việc phân chia tải các máy biến áp 1.4.3 Mạng thứ cấp Nói chung, hầu hết hệ thống thứ cấp thiết kế dạng hình tia ngoại trừ vài khu vực dịch vụ đặc biệt (khu phố, khu kinh doanh, vài khu tập kết quân sự, bệnh viện) là nơi độ tin cậy và tính liên tục dịch vụ quan trọng nhiều so với chi phí và hiệu kinh tế Vì thế, khu vực này, các hệ thống thứ cấp có thể thiết kế theo cấu hình dạng lưới Mạng thứ cấp áp dụng hợp lý các khu vực có mật độ tải cao Chúng có thể chôn ngầm lòng đất Mạng thứ cấp trên không hiệu mặt kinh tế so với mạng ngầm các khu vực có mật độ phụ tải trung bình Tuy nhiên, mạng thứ cấp ngầm cung cấp dịch vụ có độ tin cậy cao Hình 1.51 trình bày sơ đồ đơn tuyến phần nhỏ mạng thứ cấp cung cấp ba tuyến sơ cấp Tổng quát, hệ thống mạng điện thấp loại lưới thường dùng cung cấp các biến mạng hai nhiều tuyến sơ cấp để tạo nên độ tin cậy cao Thông thường các tuyến dạng hình tia Tuy nhiên, các tuyến sơ cấp dạng vòng có thể dùng Các tuyến nguồn sơ cấp đấu đan xen tránh việc cung cấp đến hai biến kề từ cùng phát tuyến Nhờ vào xếp này, phát tuyến sơ cấp ngưng hoạt động vì lý nào đó, các phát tuyến còn lại có thể cung cấp mà không bị quá tải và không bị sụt áp quá mức Mức điện tuyến sơ cấp nằm khoảng 4,16 – 34,5 kV Tuy nhiên, có khuynh hướng thiên việc sử dụng điện tuyến sơ cấp cao Hiện nay, loại 22 kV là phổ biến Mạng thứ cấp phải thiết kế cho phép ít tuyến sơ cấp dùng làm dự trữ cùng với các biến nó Để đạt phân bố tải các biến và độ sụt áp tối thiểu mạng, các biến phân phối mạng phải đặt xuyên suốt mạng thứ cấp Hình 1.51 Sơ đồ đơn tuyến phần nhỏ mạng thứ cấp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 49 (49) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh a Tuyến dây chính trên mạng thứ cấp Cỡ dây và phân bố hợp lý tuyến dây chính trên mạng thứ cấp cần phải thoả maõn: Sự phân chia hợp lý tải bình thường các biến mạng Sự phân chia hợp lý dòng điện có cố các biến mạng Độ ổn định điện áp tốt cho khách hàng Cắt cố ngắn mạch hay chạm đất điểm nào mà không gián đoạn cung caáp ñieän Tất các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp (trên không hay cáp ngầm) dọc theo đường và là loại pha, bốn dây, nối cho dây trung tính tiếp đất cách chắn Trong mạng điện ngầm, các tuyến dây chính mạng thứ cấp thường gồm các dây cáp đơn có thể bọc kim loại hay không kim loại Các dây cáp phụ thường có vỏ bọc nhựa phân cách, dây cáp PE dùng rộng rãi Chúng lắp đặt các ống dẫn hay hầm cáp Các hầm cáp các ngã tư đường phải đủ lớn phép nối kết các loại cáp khác và cho phép các dịch vụ sửa chữa cần thiết thợ điện Mặt khác, các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp trên không thường là dây có bọc, không bị ảnh hưởng thời tiết Kích thước các dây dẫn tuỳ thuộc vào định mức biến mạng Đối với các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp dạng lưới, kích thước tối thiểu dây dẫn phải đảm bảo tải 60% dòng đầy tải đến biến mạng lớn Tỷ lệ này nhỏ nhiều các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp ngầm Kích thước cáp thường sử dụng nhiều cho các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp là 4/0 hay 250 kcmil (21,2 mm2) và độ mở rộng định, 350 và 500 kcmil (42,4 mm2) Việc lựa chọn kích thước cáp các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp cần xét đến điện áp rơi cho phép trên dây dẫn vùng phân phối Mạng phân phối thứ cấp thiết kế với độ sụt áp 6% từ máy biến áp đến hộ tiêu thụ xa nhất, để đảm bảo độ dao động điện áp 6% so với định mức b Caàu chì haïn doøng baûo veä daây daãn, caùp Để cắt nhanh cố và bảo vệ dây dẫn/cáp, người ta dùng cầu chì hạn dòng Bộ này là cầu chì khả cắt cao đặt trên pha các tuyến dây chính trên mạng thứ cấp điểm chuyển tiếp Độ nhảy cầu chì hay các đặc tính thời gian - dòng điện thiết kế nhằm cho phép dòng tải bình thường qua mà không bị chảy lại cắt nhanh loại trừ đoạn dây chính bị cố trước vỏ bọc cáp bị hư hỏng nhiệt tạo dòng điện cố Sự cố cắt nhanh nhờ các cầu chì hạn dòng này trước cầu chì mạng lưới nổ Vì thế, các đặc tính thời gian - dòng điện cầu chì này phải phối hợp với các đặc tính thời gian - dòng điện các thiết bị bảo vệ mạng vaø caùc ñaëc tính veà hö haïi voû boïc cuûa caùp c Thieát bò baûo veä maïng Như Hình 1.52, biến mạng nối với mạng thứ cấp qua thiết bị bảo vệ mạng (MCCB, MCB, …, và cầu chì dự phòng) bao gồm máy cắt không khí với phận đóng mở khí điều khiển rơle chính và cầu chì bảo vệ dự phòng Tất chúng đặt chung hộp kim loại và có thể gắn trên biến hay gắn tách rời Cầu chì cho phép bảo vệ dự phòng là ngắt biến mạng khỏi mạng MCCB bị hư không hoạt động có cố ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 50 (50) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Mỗi mạng có cầu chì dự phòng, cầu chì cho pha Những cầu chì này cho phép bảo vệ dự phòng biến mạng các MCCB bị hư không hoạt động Hình 1.52 minh hoạ phối hợp các bảo vệ mạng thứ cấp Sự điều phối này đạt việc lựa chọn hợp lý thời gian trì hoãn cho các thiết bị bảo vệ đặt nối tiếp Ví dụ, trường hợp cố xảy đường dây chính thứ cấp, các cầu chì bảo vệ dây dẫn liên quan cô lập cố, còn trường hợp có cố bên biến thế, máy cắt trạm ngaét t, s 10.000 Ñaëc tính caùch ñieän daây daãn 5.000 3.000 2.000 MC 1.000 500 300 CC baûo veä 200 100 daây daãn 50 30 20 CC baûo veä maïng 10 Doøng, A Hình 1.52 Sự phối hợp hoàn hảo các thiết bị bảo vệ mạng thứ cấp 1.4.4 Bieán theá maïng Trong mạng thứ cấp ngoài trời, biến có thể gắn trên cột hay trên sàn tuỳ thuộc vào kích thước chúng Ví dụ loại nhỏ (75 hay 150 kVA) có thể gắn trên cột điện, còn loại lớn (300 kVA) gắn trên sàn Các biến có thể là pha hay pha Trong mạng thứ cấp ngầm, biến đặt các hầm Máy biến phân phối thường trang bị điều chỉnh không tải để chỉnh điện áp theo yêu cầu Mức điều chỉnh điện áp khoảng 10% Hệ số sử dụng biến Định nghĩa hệ số sử dụng biến là tỉ lệ biến mạng lắp đặt với tải Có nghóa laø: ST Hệ số sử dụng SL với: S S T L - toång coâng suaát bieán theá maïng - tổng tải mạng thứ cấp Hệ số sử dụng dựa trên cố đơn nghĩa là có các phát tuyến bị cắt Hệ số sử dụng phụ thuộc: Số phát tuyến dùng Tỉ lệ Z M Z T , với Z M là trở kháng phân đoạn dây chính thứ cấp và ZT là trở kháng biến mạng thứ cấp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 51 (51) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Mức độ phụ tải phân bố không các biến mạng trường hợp xảy cố đơn Hình 1.53 Hệ số sử dụng máy biến theo tỉ lệ ZM/ZT và số nhánh sử dụng Hình 1.53 thể các lô các hệ số ứng dụng biến theo tỉ số Z M Z T số tuyến nguồn khác Với số tuyến nguồn cho và tỉ lệ Z M Z T cho, công suất yêu cầu các biến mạng nhằm cung cấp cho tải cho tìm thấy cách sử dụng Hình 1.53 1.4.5 Độ sụt áp hệ thống phân phối pha Điện áp tải các điểm khác trên mạch phân phối điện xoay chiều đơn pha có thể tìm từ điện trở trở kháng dây dẫn Nếu I là dòng điện với hệ số công suất cos điểm tải cụ thể và R là điện trở, X là trở kháng dây dẫn, khoảng điện áp rơi là IR cos IX sin V Vì thế, điện áp rơi gồm hai số hạng Điều đó minh hoạ ví dụ sau: Ví duï 1.18 Cáp hai lõi có điện trở là ,3 /km và trở kháng là ,15 /km mang tải Hình 2.54 Tìm ñieän aùp taïi caùc ñieåm cung caáp cho taûi Chiều dài đường dây km, chiều dài đoạn và điện trở đoạn cho hình 2.54 Tải các điểm B, C, D và E là 25 A cos ,8 , 15A cos ,8 , 50A cos , 40A cos 0,9 Điện áp điểm cung cấp A trì 240 V a Phân bố thành phần tác dụng dòng điện qua điện trở ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 52 (52) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Phaân boá thaønh phaàn taùc duïng cuûa doøng ñieän qua caûm khaùng Hình 1.54 Giaûi: Các thành phần tác động và phản kháng dòng tải sau: I B cos 25.0 ,8 20 A; I B sin 25.0 ,6 15 A I C cos 15.0 ,8 12 A; I C sin 15.0 ,6 A I D cos 50.1,0 50 A; I B sin 50.0 A I E cos 40.0 ,9 36 A; I E sin 40.0 ,435 17 ,45 A Thành phần sụt áp điện trở: Đoạn AB BC CD DE Doøng 118 A 98 A 86 A 36 A Ñieän aùp rôi 118 x 0,06 = 7,08V 98 x 0,06 = 5,88V 86 x 0,06 = 5,16V 36 x 0,12 = 4,32V Điện áp rơi tới điểm B: 7,08 V C: 12,96 V D: 18,12 V E: 22,44 V Thành phần sụt áp kháng trở: Đoạn AB BC CD DE Doøng 41,45A 26,45A 17,45A 17,45A Ñieän aùp rôi 41,45 x 0,03 = 1,42V 26,45 x 0,03 = 0,80V 17,45 x 0,03 = 0,52V 17,45 x 0,06 = 1,05V Điện áp rơi tới điểm B: 1,24 V C: 2,04 V D: 2,56 V E: 3,61 V Nhận thấy thành phần sụt áp kháng trở khá nhỏ so với thành phần điện trở Suy ñieän aùp taïi caùc ñieåm nuùt: VA 240 V VB 240 V - 7,08 1,24 231,68 V VC 240 V - 12 ,96 2,04 225 V VD 240 V - 18,12 ,56 219 ,32 V VE 240 V - 22 ,44 3,61 213,95 V 1.4.6 Doøng ñieän phaân phoái vaø ñieän aùp rôi heä thoáng phaân phoái pha daây Trong hệ thống pha dây, tải động và tải pha cân cung cấp từ đường dây pha, tải pha phân bố dây pha và dây trung tính Các nối kết các tải dọc theo chiều dài cung cấp cho đạt cân có thể trên các pha và đó dòng qua dây trung tính giảm đến mức tối thiểu, vì dòng điện qua dây trung tính xuất tải không cân Cỡ dây chính chọn nhằm mang dòng tải cần thiết qua dây dẫn giới hạn độ sụt áp cho phép, cỡ dây dẫn trung tính thường lấy ½ cỡ dây dẫn pha Ví dụ sau minh hoạ phương pháp để tìm dòng điện chính dây dẫn chính và qua dây dẫn trung tính hệ thống pha dây ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 53 (53) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Ví duï 1.19 Các tải sau đây nối đến hệ thống phân phối pha dây 400/230 V Moät taûi 16 kW pha, heä soá coâng suaát 0,8 treã Moät taûi 10 kW pha, heä soá coâng suaát Một tải kW pha, hệ số công suất 0,9 trễ pha A và trung tính Một tải kW pha, hệ số công suất 0,8 trễ pha B và trung tính Một tải kW pha, hệ số công suất trễ pha C và trung tính Thứ tự pha hệ thống là A, B, C Tính toán dòng trên dây và dòng trên dây trung tính Vẽ đồ thị vectơ Giaûi: Doøng taûi qua daây daãn pha A: Taûi pha, 16 kW, cos 0,8 treã: 16 1000 28,70 ,8 j ,6 23,10 j17,3 A 400 ,8 10 1000 Taûi pha, 10 kW, cos : 14 ,45 j A 400 1000 Taûi pha, kW, cos 0,9 treã: ,650 ,9 j ,436 8,68 j ,2 A 230 ,9 I A 46 ,23 j 21,5 51 25 A Toång doøng ñieän qua pha A: Doøng taûi treân pha daây daãn B Tương ứng với tải pha, 16 kW: 28,70 ,8 j ,6 23,10 j17,3 A Tương ứng với tải pha, 10 kW: 14,45 j0 A 1000 Tương ứng với tải pha B: 16 ,30 ,8 j ,6 13,00 j ,8 A 230 ,8 Toång doøng ñieän qua pha B: I B 50 ,55 j 7,5 51 8,6 A (với pha B làm chuẩn) Nếu pha A lấy làm chuẩn: I B 32 j39 ,7 51 128,6 A Doøng taûi treân pha daây daãn C A Tương ứng với tải pha, 16 KW: IA 28,70 ,8 j ,6 23,10 j17,3 A Tương ứng với tải pha, 10 KW: 250 14,45 j0 A Tương ứng với tải pha C: 5000 21,7 j A 230 8,6 Toång doøng ñieän qua pha C: 16,3 IC 0 I C 61,7 16 ,3 A (với pha C làm B C chuaån) Nếu pha A lấy làm chuẩn: I C 14,60 j 60 61,7256,30 A IB Hình 1.55 Giản đồ vectơ Hình 1.55 bieåu dieãn moái lieân heä vò trí caùc doøng qua caùc pha A, B, C Doøng ñieän daây trung tính: I N I A I B I C 46,23 - j21,5 32 j39 ,7 14 ,6 j 60 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 54 (54) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh I N 0 ,37 j1,2 hay I N ,37 j1,2 1,2572 ,9 A 1.4.7 Ñieàu chænh ñieän aùp Caùc phöông phaùp ñieàu chænh ñieän aùp heä thoáng phaân phoái: a Nấc phân áp trên máy biến áp 2, 5, 7% là các mức thường dùng b Bộ điều chỉnh cảm ứng tự động c Boosters (boä taêng ñieän aùp nguoàn) d Chuyển nấc tự động và Boosters e Tuï buø Điều chỉnh điện áp Boosters tự động rẻ loại điều chỉnh cảm ứng tự động và áp dụng hợp lý vùng có mật độ tải thấp, là đường dây dẫn dài đường dây daãn veà noâng thoân Đầu phân áp điều áp tải dùng với máy biến áp phân phối lớn và máy biến áp trạm để điều khiển điện áp trên cái trên các phát tuyến Để vận hành thích đáng, làm việc các điều chỉnh điện áp mạch phân phối phải phối hợp với hệ thống thiết kế và chỉnh điện áp chỉnh định để có hiệu tốt Hệ thống phân phối có thể thiết kế với các giới hạn sau: Điện áp rơi 8% phía sơ cấp máy biến áp đầu tiên và đầu thứ cấp máy biến áp cuối phía thứ cấp tải cực đại trên toàn mạch và tải cực đại phía sô caáp cuûa maùy bieán aùp cuoái Bộ điều chỉnh điện áp chỉnh định để tạo điện áp phía sơ cấp máy biến đầu khoảng 4% cao điện áp bình thường Khi điều khiển tự động dùng cho hệ thống phân phối thì rơle bù sụt áp đường dây chỉnh định mức điện áp chuẩn cần trì Chỉnh nấc phân áp máy biến áp cần lưu ý đến điện áp các cái không điều chỉnh trên phát tuyến Điện áp lớn cái không điều chỉnh quá cao để điều áp có thể hạ thấp điện áp đến trị số mong muốn lúc tải cực tiểu mạch có sụt aùp ít nhaát Điện áp thấp cái không điều chỉnh quá thấp để điều áp có thể nâng điện áp lên trị số mong muốn lúc tải cực đại mạch có sụt áp lớn Taâm ñieàu chænh cuûa maùy ñieàu aùp phaûi baèng veà caû hai phía taêng aùp vaø giaûm aùp Tụ bù có thể dùng hệ thống phân phối để cải thiện điện áp cho hệ thống Tụ bù ngang, mắc song song với phụ tải và đóng theo tải (bù ứng động) làm giảm điện áp rơi trên hệ thống phân phối và đó giúp cho việc điều chỉnh điện áp tốt Nếu phụ tải không thay đổi nhiều, việc điều chỉnh điện áp tụ bù ngang cố định có hiệu quaû hôn Tụ bù lắp trên hệ thống phân phối làm giảm dòng điện và cải thiện điện áp hệ thống và làm giảm tổn thất điện các phần khác hệ thống máy phát và tụ bù Ví dụ sau đây minh hoạ cách dùng tụ bù để cải thiện điện áp hệ thống, nhö naâng cao heä soá coâng suaát cuûa heä thoáng ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 55 (55) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Ví duï 1.20 Nguồn điện 1910/3300 V nối đến cái phân phối có phụ tải đỉnh ứng với dòng 150A, hệ số công suất 80% trễ Đường dây có điện trở ,8 /km và điện kháng 1,4 /km Tụ dùng để tăng hệ số công suất cho hệ thống Tìm dung lượng công suất tụ điện đặt tâm tải để nâng hệ số công suất cho cái lúc phụ tải đỉnh từ 80% đến 90% trễ Tìm dung lượng đường dây và dòng điện trên dây Điện áp rơi trước và sau lắp đặt tụ tìm bước thứ Giaûi: 150 Công suất dòng tải cực đại: 1910 860 kVA 1000 Khi cos ,8 vaø sin 0,6 Coâng suaát: kW kVA ,8 860 ,8 688 kW kVAr kVA ,6 860 ,6 516 kVAr Khi cos 0,9 ; sin 0,435 vaø tg 0,4834 Coâng suaát: kVAr taïi cos 0,9 kW tg 688 ,4834 332 kVAr Khi dung lượng hệ thống nâng lên từ cos 0,8 đến cos 0,9 yêu caàu laø: 516 332 184 kVAr Thành phần thực dòng điện: 150 0,8 120 A 120 135 A Dòng điện cực đại cos ,9 : ,9 kW 688 Công suất biểu kiến đường dây (tại cos 0,9 ): 765 kVA 0,9 0,9 Doøng ñieän giaûm xuoáng: 150 135 15 A Công suất giảm được: 860 765 95 kVA Ñieän aùp rôi treân pha: I R cos X sin 1500,8 0,8 1,4 0,6 222 V 222 Do đó điện áp rơi % trên pha: 100% 11,62% chöa coù tuï 1910 Sau laép ñaët tuï ñieän, ñieän aùp rôi: 1350,8 0,9 1,4 0,435 180 V 180 Do đó điện áp rơi % trên pha: 100% 9,42% 1910 Điện áp rơi giảm được: 222 180 42 V 42 Tính theo %: 100% 2,2% 1910 Điều trên cho ta thấy lắp đặt dung lượng bù thì hệ số công suất taêng leân, giaûm doøng ñieän qua daây daãn, giaûm coâng suaát yeâu caàu vaø ñieän aùp rôi cuõng giaûm Vì thế, cải thiện điện áp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 56 (56) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chöông THIEÁT KEÁ MAÏNG PHAÂN PHOÁI ÑIEÄN CHO KHU COÂNG NGHIEÄP 2.1 PHAÂN TÍCH NGUOÀN VAØ PHUÏ TAÛI 2.1.1 Phaân tích nguoàn Trong hệ thống cung cấp điện, nguồn điện có quan hệ mật thiết với phụ tải, cấp điện áp, sơ đồ cung cấp điện, bảo vệ tự động hoá và chế độ vận hành Do vậy, phải xem xét toàn diện xác định nguồn điện Khi có nhiều phương án, việc chọn nguồn điện phải dựa trên sở tính toán và so sánh kinh tế - kỹ thuật Nguoàn ñieän cung caáp cho khu coâng nghieäp coù theå laø nhaø maùy phaùt ñieän laân caän, traïm phát Diezen, góp hệ thống điện, trạm biến áp khu vực, trạm biến áp trung gian các trạm phân phối 2.1.2 Phaân tích phuï taûi Việc phân tích phụ tải chủ yếu là để nắm vững vị trí phụ tải, tính chất phụ tải (loại sản phẩm, sản lượng hàng năm), nắm vững nhu cầu điện, yêu cầu liên tục cung cấp điện, các yêu cầu an toàn, kế hoạch phát triển tương lai, … nhằm mục đích đề các phương án cung cấp điện hợp lý thoả các yêu cầu phụ tải a Phân loại phụ tải Theo ngaønh ngheà Phụ tải công nghiệp: đây là các nhà máy xí nghiệp có tải chủ yếu là động không đồng Phụ tải kinh doanh và dân dụng: đặc điểm phụ tải này phần lớn là phụ tải chieáu saùng Theo chế độ làm việc Chế độ làm việc dài hạn: phụ tải gọi là làm việc chế độ dài hạn thời gian làm việc, nhiệt độ thiết bị từ nhiệt độ môi trường xung quanh đã đạt đến nhiệt độ ổn định Chế độ làm việc ngắn hạn: phụ tải gọi là làm việc chế độ ngắn hạn thời gian làm việc, nhiệt độ thiết bị tăng từ nhiệt độ môi trường xung quanh chưa đạt đến nhiệt độ ổn định và thời gian nghỉ nhiệt độ giảm xuống nhiệt độ môi trường Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Đây chính là phụ tải mà thời gian làm việc và thời gian nghỉ xen kẽ lẫn Trong khoảng thời gian làm việc, nhiệt độ thiết bị chưa đạt đến nhiệt độ ổn định và thời gian nghỉ nhiệt độ thiết bị chưa giảm đến nhiệt độ môi trường xung quanh Theo độ tin cậy cung cấp điện, phụ tải có thể chia thành các loại sau Hộ loại 1: Bao gồm phụ tải quan trọng không để điện, xảy maát ñieän seõ gaây haäu quaû nghieâm troïng - Làm an ninh chính trị, trật tự xã hội Đó là sân bay, hải cảng, khu quân sự, các đại sứ quán, nhà ga, trục giao thông chính thành phố, … ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 57 (57) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - Làm thiệt hại lớn đến kinh tế quốc dân Đó là khu công nghiệp, khu chế xuất, dầu khí, luyện kim, nhà máy khí lớn, trạm bơm nông nghiệp lớn, … Những hộ này đóng vai troø quan troïng neàn kinh teá quoác daân - Làm nguy hại đến tính mạng người Vì phải đảm bảo liên tục cung cấp điện mức độ cao, nên các đường dây cấp điện phải bố trí độc lập nhau, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ và liên tục cho các phụ tải Hộ loại 2: Bao gồm các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng (như xe đạp, vòng bi, bánh kẹo, đồ nhựa, đồ chơi trẻ em, …) và thương mại, dịch vụ (khách sạn, siêu thị, trung tâm thương mại lớn, …) Với hộ này, điện bị thiệt hại kinh tế dãn công, gây thứ phẩm, phế phẩm, phá vỡ hợp đồng cung cấp nguyên liệu sản phẩm cho khách hàng, làm giảm sút doanh số và lãi xuất, … Vì vậy, mức bảo đảm an toàn và liên tục cung cấp điện đây cần phải so sánh kinh tế để định phương án cung cấp điện Hộ loại 3: Bao gồm phụ tải không quan trọng, nghĩa là phụ tải mà việc điện không gây hậu phá hoại nghiêm trọng Đối với hộ loại việc ngừng cung cấp điện cho phép tiến hành sửa chữa và loại cố hệ thống ñieän b Xác định phụ tải tác dụng tính toán Xác định phụ tải tính toán có nhiều phương pháp Những phương pháp đơn giản tính toán thuận tiện thường cho sai số lớn, ngược lại độ chính xác cao thì phương pháp phức tạp Vì vậy, tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp thích hợp Phụ tải tác dụng tính toán có thể xác định theo các phương pháp sau: Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu cầu Knc Công thức tính: n Ptt k nc pñmi i 1 Qtt Ptt tg Stt ptt2 Qtt2 Ở đây: : công suất định mức thiết bị thứ i, kW; Pñmi Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất toàn phần nhoùm thieát bò, kW, kVAr, kVA; knc : hệ số nhu cầu (tra sổ tay); n : soá thieát bò nhoùm Neáu heä soá coâng suaát ( cos ) cuûa thieát bò nhoùm khoâng gioáng ta phaûi tính heä số công suất trung bình theo công thức: n p cos 1 p2 cos pn cos n cos tb p1 p2 p n p cos i i 1 n p i 1 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn i i 58 (58) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện, vì nó sử dụng rộng rãi, nhược điểm phương pháp này là kém chính xác Theo suaát tieâu hao ñieän naêng treân moät ñôn vò saûn phaåm Đối với các hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải thực tế không thay đổi hay ít thay đổi (quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân, …) Phụ tải tính toán phụ tải trung bình và xác định theo suất điện trên đơn vị sản phẩm cho trước tổng saûn phaåm saûn xuaát moät naêm W N Ptt Tmax Ở đây: W : suaát tieâu hao ñieän naêng treân moät ñôn vò saûn phaåm, kW.h/ñvsp; N : số lượng sản phẩm năm; Tmax : thời gian sử dụng công suất cực đại, h Dựa trên kết phân tích tình hình vận hành hệ thống giai đoạn định, xác định thời gian sử dụng phụ tải lớn loại hộ tiêu thụ sau: Bảng 2.1 Thời gian tiêu thụ công suất cực đại Loại hộ dùng điện Phụ tải sinh hoạt thành phố và khu công nhân Caùc xí nghieäp coâng nghieäp laøm vieäc theo ca Caùc xí nghieäp coâng nghieäp laøm vieäc theo ca Caùc xí nghieäp coâng nghieäp laøm vieäc theo ca Tmax (giờ/năm) 20003000 15002200 30004500 50007000 Hoặc dựa vào đồ thị phụ tải, xác định theo biểu thức: Pi t i , h Tmax Pmax Theo suaát phuï taûi treân moät ñôn vò dieän tích saûn xuaát Ptt p F Ở đây: F - dieän tích saûn xuaát, m2; p0 - suaát phuï taûi treân moät ñôn vò dieän tích, kW/m2 Suất phụ tải tính toán trên đơn vị diện tích sản xuất phụ thuộc vào dạng sản xuất và phân tích theo số liệu thống kê Phương pháp này cho kết gần đúng Nó dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối (phân xưởng dệt, sản xuất voøng bi, gia coâng cô khí, …) Xác định phụ tải tính toán theo số thiết bị điện và nhq n Ptt k max k sdi Pñmi i 1 Ởû đây: Pđm - công suất định mức thiết bị thứ i, kW; ksdi - hệ số sử dụng thiết bị thứ i; kmax - hệ số cực đại, kmax = f(ksd, nhq) Phương pháp này cho kết tương đối chính xác vì xác định hệ số thiết bị điện hiệu đã xét tới loạt yếu tố quan trọng ảnh hưởng số lượng thiết bị ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 59 (59) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh nhóm, số thiết bị có công suất lớn khác chế độ làm việc chuùng Bảng 2.2 Hệ số sử dụng phụ tải xưởng máy Tính chaát cuûa taûi Xưởng gia công kim loại và xưởng chế tạo khí Xưởng công nghệ hoá học Xưởng dệt Xưởng gia công gỗ Xưởng kỹ nghệ nhẹ và xưởng chế biến thực phẩm Hệ số sử dụng 0,150,3 0,200,4 0,400,6 0,150,3 0,200,4 Bảng 2.3 Hệ số sử dụng phụ tải thắp sáng Tính chaát cuûa taûi Thắp sáng bên các toà nhà lầu lớn Thắp sáng nhà Thắp sáng ngoài trời Hệ số sử dụng 0,50,8 0,81,0 c Xác định phụ tải phản kháng tính toán Để xác định phụ tải phản kháng tính toán cần xem xét các yếu tố sau: Căn vào đường cong phụ tải phản kháng Căn vào hệ số sử dụng và hệ số công suất trung bình để tìm công suất phản kháng Khi xác định phụ tải phản kháng, không nên dựa vào trị số cos lúc phụ tải lớn mà nên dựa vào trị số cos trung bình phụ tải toàn năm ngaøy ñeâm Q tg tb t Pt Ở đây: Qt - lượng công suất phản kháng phụ tải tiêu thụ thời gian t, kVAr; Pt - lượng công suất tác dụng phụ tải tiêu thụ thời gian t, kW (t là thời gian năm hay ngày đêm) 2.2 CAÂN BAÈNG COÂNG SUAÁT TRONG MAÏNG PHAÂN PHOÁI ÑIEÄN 2.2.1 Caân baèng coâng suaát taùc duïng Ñaëc ñieåm quan troïng nhaát cuûa quaù trình saûn xuaát ñieän naêng laø saûn xuaát, truyeàn taûi, phân phối và tiêu thụ điện hệ thống tiến hành đồng thời, không thể tích luỹ điện sản xuất thành số lượng có thể lưu trữ Vì vậy, thời điểm luôn có cân điện sản xuất và điện tiêu thụ, điều đó có nghĩa là thời điểm cần phải có cân công suất tác dụng và phản kháng phát với công suất tác dụng và công suất phản kháng tiêu thụ Nếu cân trên bị phá vỡ thì các tiêu chất lượng điện bị giảm, dẫn đến chất lượng sản phẩm có thể dẫn đến ổn định làm tan rã hệ thống Vì vậy, thời điểm các chế độ xaùc laäp cuûa heä thoáng ñieän, caùc nhaø maùy ñieän heä thoáng caàn phaûi phaùt coâng suaát baèng coâng suaát tieâu thuï cuûa caùc hoä tieâu thuï, keå caû toån thaát coâng suaát heä thoáng Cân công suất tác dụng mạng phân phối biểu diễn biểu thức sau: PHT Ppt Ppt m Pmax P Pdt ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 60 (60) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Ở đây: PHT PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - công suất tác dụng cung cấp từ hệ thống, MW; - công suất tác dụng phụ tải tổng mạng điện có kể đến phát triển tương PptΣ m P P max lai, MW; - hệ số đồng thời xuất các phụ tải cực đại; - tổng công suất tác dụng các phụ tải chế độ tải cực đại, MW; - toång toån thaát maïng ñieän (MW), tính sô boä coù theå laáy: P 15% P max - công suất tác dụng dự trữ cho phát triển tương lai, MW; Pdt Pdt 10 15% Pmax Khi xác định hệ số đồng thời khu vực phải vào tình hình thực tế các hộ tiêu thụ đó để định Có thể tham khảo các số liệu sau Bảng 2.4 Hệ số đồng thời Khu vực có hai xưởng máy Khu vực từ đến xưởng máy Khu vực từ đến 15 xưởng máy Khu vực trên 15 xưởng máy m=1 m = 0,85 m = 0,8 m = 0,75 0,7 2.2.2 Caân baèng coâng suaát phaûn khaùng Để đảm bảo chất lượng điện áp cần thiết các hộ tiêu thụ hệ thống điện và các khu vực riêng biệt nó, cần có đầy đủ công suất các nguồn công suất phản kháng Vì vậy, giai đoạn đầu thiết kế phát triển hệ thống điện hay các maïng ñieän cuûa caùc vuøng rieâng bieät, caàn phaûi tieán haønh caân baèng sô boä coâng suaát phaûn khaùng Phöông trình caân baèng coâng suaát phaûn khaùng coù daïng: QHT Qb Q pt Q pt m Qmax Q L Q BA Qdt Ở đây: QHT Qb - coâng suaát phaûn khaùng heä thoáng cung caáp, MVAr; - coâng suaát phaûn khaùng cuûa caùc thieát bò buø, MVAr; Q pt - công suất phản kháng phụ tải tổng mạng điện có kể đến phát triển m töông lai, MVAr; - hệ số đồng thời xuất các phụ tải cực đại; - tổng công suất phản kháng tiêu thụ các phụ tải chế độ tải cực đại, Q max MVAr; QL - tổng tổn thất công suất phản kháng các đường dây mạng điện, MVAr, tính sô boä laáy: Q BA L 5% Qmax - toång toån thaát coâng suaát phaûn khaùng caùc traïm bieán aùp, MVA hay: Qdt Q Q Q BA BA 8 12% S max 15 20% Qmax - công suất phản kháng dự trữ cho phát triển tương lai, MVAr; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 61 (61) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Qdt 5 10% Qmax 2.2.3 Buø coâng suaát phaûn khaùng Từ biểu thức cân công suất phản kháng, tìm trị số công suất phản kháng cần bù là Qb Nếu Qb có giá trị dương thì hệ thống cần phải đặt thêm thiết bị bù Để khỏi ảnh hưởng nhiều đến kết lựa chọn dây dẫn, máy biến áp, tính toán phần so sánh phương án nối dây mạng điện, cần dự kiến bù sơ dựa trên nguyên tắc: bù ưu tiên cho hộ xa, có cos thấp và bù đến cos ,9 ,95 (không bù cao vì không kinh tế và ảnh hưởng không tốt đến ổn định) Còn thừa lại, bù cho gần, cos cao hơn, bù đến cos ,85 ,9 , công suất bù cho hộ thứ i xác định theo biểu thức: Qbi Qi Qi Qi Pi tg i Ở đây: Pi, Qi : công suất tác dụng và công suất phản kháng hộ tiêu thụ trước bù, [MW, MVAr]; tg i : tính theo cos i hộ thứ i sau bù; Qi : công suất phản kháng hộ thứ i sau bù, MVAr Löu yù raèng, toång coâng suaát buø Q bi cho caùc hoä tieâu thuï phaûi baèng coâng suaát buø sô boä Qb tính theo điều kiện cân công suất phản kháng đã nêu trên 2.3 DỰ KIẾN CÁC PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY CỦA MẠNG ĐIỆN Vấn đề đầu tiên phải giải việc thiết kế mạng điện là lựa chọn phương án noái daây cuûa maïng ñieän Choïn phöông aùn noái daây toát nhaát cuûa maïng ñieän laø moät bước quan trọng thiết kế, phương án nối dây tìm phải là kết lao động sáng tạo người thiết kế Khi chọn phương án nối dây, cần phải có quan điểm rõ ràng phương diện cung cấp điện tốt cho các hộ tiêu thụ với hiệu kinh tế cao Vì vậy, dự kiến các phương án nối dây cần chú ý đến tính kinh tế chúng Đồng thời chú ý chọn các phương án nối dây đơn giản Các phương án nối dây phức tạp chọn trường hợp các phương án nối dây đơn giản không thoả mãn yêu cầu kinh tế và kỹ thuaät Những phương án chọn để tiến hành so sánh kinh tế phải là phương án thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật mạng điện Những yêu cầu kỹ thuật chủ yếu mạng điện là độ tin cậy và chất lượng cao điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ Khi dự kiến phương án nối dây mạng điện thiết kế, trước hết cần chú ý đến hai yêu cầu trên Để thực yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, cần đảm bảo dự phòng 100% mạng điện, đồng thời dự phòng đóng tự động Đối với các hộ tiêu thụ loại II, cho phép ngừng cung cấp điện thời gian cần thiết để nhân viên trực nhật đóng nguồn cung cấp dự phòng Để cung cấp cho các hộ loại II cho phép dùng đường dây trên không, không có dự phòng điện áp cao Nếu có dự phòng tập trung, cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II máy biến áp cho phép Các hộ tiêu thụ loại III, cho phép ngừng cung cấp điện thời gian cần thiết để sửa chữa hay thay phần tử hư hỏng, không quaù moät ngaøy ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 62 (62) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Thực tế không có phương pháp định nào để chọn phương án nối dây mạng điện Một sơ đồ mạng điện có thích hợp hay không là nhiều yếu tố khác định: mức độ yêu cầu đảm bảo liên tục cung cấp điện các nhà máy điện, vị trí phân bổ các nhà máy điện, … Ngoài ra, còn nhiều yếu tố phụ khác ảnh hưởng đến kết cấu và vạch tuyến đường dây mạng điện như: điều kiện địa chất, thuỷ văn, địa hình, … 2.3.1 Coâng taùc vaïch tuyeán daây Việc lựa chọn và vạch tuyến dây là công việc khởi đầu công tác thiết kế đường dây tải điện, nó ảnh hưởng đến việc thi công, quản lý vận hành mặt kỹ thuật Khi vạch phương án nối dây cần phải chú ý đến các yếu tố sau a Khi lựa chọn, vạch tuyến dây phải quan tâm đúng mức tới qui hoạch toàn diện, tình hình khí tượng, địa chất, thuỷ văn, nguồn cung cấp nguyên vật liệu, điều kiện thi công và quản lý vận hành và sau này, công tác quản lý vận hành đường dây cần chiếu cố đúng mức, vì xảy điện phải xử lý nhanh, tránh thieät haïi cho saûn xuaát, … b Tuy phải kết hợp nhiều mặt qui hoạch tương lai tránh các khu dân cư, địa hình phức tạp, … phải quán triệt ý thức kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn chiều dài các tuyến (so với đường sắt và quốc lộ, chiều dài tuyến đường dây ngắn từ 5% -10% là hợp lý) và số lượng góc rẽ trên tuyến không quá nhiều c Định các vị trí vượt như: qua sông lớn, đường sắt và quốc lộ, đường dây điện áp thấp, đường dây thông tin quan trọng phải chú ý vận hành an toàn Nhất là vượt sông lớn phải chú ý đầy đủ vấn đề đất đai, khí hậu, nước lũ, thuyền bè qua lại d Trước vạch tuyến dây chính thức cần lưu ý đến các bước công tác kỹ thuật là cột móng, vị trí vượt, … để tránh thi công phải điều chỉnh tuyến điều kiện thực tế bắt buộc e Cần chú ý đến chính sách ruộng đất, nhà cửa, tránh thi công hay tuyến dây qua mà phải giải toả nhiều nhà hay sử dụng nhiều ruộng đất canh tác f Ngoài ra, cần chú ý tuyến dây phải qua vùng đồi núi gặp nhiều khó khăn chọn khoảng vượt, loại cột, xà, tiếp địa, … công tác quản lý vận haønh sau naøy g Người thiết kế đường dây phải có kiến thức khảo sát thăm dò, đo đạc để vạch tuyến phù hợp với địa hình, địa chất, khí hậu và các cấp đường giao thông Chính vì vậy, việc lựa chọn và vạch tuyến không hợp lý đưa đến nhiều nhược điểm, khuyeát ñieåm gaây khoù khaên keùo daøi cho vieäc vaän haønh sau naøy 2.3.2 Vạch số sơ đồ nối dây mạng và phân tích ưu, khuyết điểm Sơ đồ nối dây mạng điện nhà, thành phố, mạng điện công xưởng hay mạng điện khu vực trên có thể phân thành loại Loại nhài quạt Loại mạch vòng kín Loại nối thông liên tiếp a Loại nhài quạt Öu ñieåm: Đối với loại này, khả xảy cố phải cắt điện tương đối ít, vì phụ tải có đường dây riêng cung cấp điện, đường dây bị cố không thể ảnh hưởng sang đường dây khác ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 63 (63) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Khoảng cách dẫn điện tương đối gần Do đó, dây dẫn chọn theo mật độ dòng điện kinh tế thì khối lượng tiêu hao kim loại màu và mức tổn thất công suất và tổn thất điện áp tương đối nhỏ Có nhiều khả sử dụng thiết bị đơn giản, rẻ tiền cuối đường dây Thiết bị bảo vệ rơle đơn giản, đường dây ngắn dùng bảo vệ quá dòng điện là đủ Khuyeát ñieåm: Nếu số hình tia nhiều thì sơ đồ trạm biến áp đầu nguồn phức tạp, tốn nhiều thiết bị nhaát laø maùy caét cao aùp, chieám nhieàu dieän tích maët baèng Nếu chọn dây theo mật độ dòng điện kinh tế, nhiều trường hợp phải tăng tiết diện để chống vầng quang ánh sáng và đảm bảo sức bền giới, đó, vốn đầu tư lại tăng raèng P vaø U coù giaûm hôn Chi phí thaêm doø, khaûo saùt cao Hình 2.1 Sơ đồ nối dây hình quạt b Sơ đồ nối thông liên tiếp Öu ñieåm: Chiều dài toàn đường dây tương đối ngắn nên vốn đầu tư xây dựng có thể ít Việc tổ chức thi công thuận tiện vì hoạt động trên cùng tuyến Có thể dùng các thiết bị đơn giản trạm trung gian và trạm cuối dao cách ly tự động và dao ngắn mạch mà không dùng máy cắt, … Khuyeát ñieåm: Vì khoảng cách dây dẫn tới phụ tải tương đối xa nên tổn thất điện tổn thất điện áp lớn Mức lợi dụng kim khí màu cao, vì nó phối hợp với chống tổn thất vầng quang sáng và đảm bảo sức bền giới dây dẫn Nếu vì lý nào đó kề phía cao áp phải dùng máy cắt thì số lượng máy cắt nhiều và bảo vệ rơle có phức tạp Hình 2.2 Sơ đồ nối thông liên tiếp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 64 (64) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh a Sơ đồ mạch vòng kín Öu ñieåm: Đảm bảo liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Mức kinh tế mặt vận hành cao, chủ yếu là tổn thất công suất P mạng kín ít mạng hở Trong nhiều trường hợp, vốn đầu tư xây dựng mạng điện kín bé mạng điện hở có cùng mức độ dự trữ Tính linh hoạt cao: phụ tải mạng điện kín có thay đổi đột biến thì các phuï taûi maïng ñieän, ñieän aùp bieán thieân ít Khuyeát ñieåm: Vận hành mạng điện kín phức tạp Bảo vệ rơle và tự động hoá mạng điện phức tạp và khó khăn Hình 2.3 Sơ đồ mạch vòng kín 2.4 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT Muïc ñích cuûa vieäc tính phaân boá coâng suaát laø xaùc ñònh doøng coâng suaát chaïy treân caùc đoạn lưới Đối với phương án hình tia: công suất trên các đoạn lưới tìm phương pháp cộng đồ thị phụ tải Pi (t) và Qi (t) Đối với phương án mạch vòng: Hình 2.4 Sơ đồ mạch vòng Đối với sơ đồ Hình 2.4, dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây A1 và A2 xác định sau: Nếu trường hợp các tiết diện dây không chênh lệch nhiều thì có thể sử duïng phöông phaùp tính phaân boá coâng suaát theo chieàu daøi S l l S b l2 S1 a l1 l2 l3 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 65 (65) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän S2 PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh S b l1 l3 S a l1 l1 l2 l3 Trong trường hợp tiết diện dây các đoạn lưới chênh lệch nhiều thì phải tính phân bố công suất cách chính xác theo biểu thức sau: S Z Z S b Z S1 a Z Z Z S Z Z S a Z S2 b Z Z Z Dòng công suất chạy trên đường dây 12 xác định trên sở định luật Kirchhoff nút nút 2.5 SÔ BOÄ SO SAÙNH CAÙC PHÖÔNG AÙN VEÀ KINH TEÁ Để có thể sơ loại bỏ số phương án mà không cần phải tính toán chi tiết, có thể dùng moment phụ tải Pi l i để phân tích Mômen phụ tải Pi l i có thể nói lên khối lượng kim loại màu sử dụng và tổn thất điện mạng điện đó Phương án hợp lý mặt kinh tế là phương án có Pi l i a Khối lượng kim loại màu sử dụng Xeùt maïng ñieän nhö Hình 2.5 Hình 2.5 Sơ đồ mạng điện Khối lượng kim loại màu dùng cho mạng: V 3F1l1 F2 l2 F3 l3 Chọn tiết diện F theo mật độ dòng điện kinh tế: I I I F1 ; F2 ; F3 J kteá J kteá J kteá Suy ra: I l I l I l V 3 1 2 3 J kteá J kteá J kteá P3 l3 P1l1 P2 l2 V 3 3UJ cos UJ cos UJ cos kteá kteá kteá Neáu cos cos cos cos thì: V UJ kteá P1l1 P2 l2 P3 l3 cos V a Pm lm ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 66 (66) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Sau đây xét mạng điện trên với hình dáng sơ đồ thay đổi: Hình 2.6 Sơ đồ mạng điện Khối lượng kim loại màu dùng cho mạng: V 3F1l1 F3l3 F4l4 Trình tự tiến hành tương tự trên, xác định được: V a Pm lm So saùnh phöông aùn qua tyû soá: V Pm lm V Pm lm Từ đây, thấy cần tính tổng số mômen phụ tải Pl i i phương án là có thể sơ kết luận phương án nào kinh tế mặt tiêu hao kim loại màu b Toån thaát coâng suaát Xét mạng Hình 2.5, tổn thất công suất tác dụng trên đường dây mạng: I 12 R1 I 22 R2 I 32 R3 I l I l I l 3 1 2 3 F2 F3 F1 3J kteá I l1 I l2 I l3 3J kteá Neáu: P1 l1 P2 l2 3U cos 3U cos cos cos cos cos 3U cos P3 l3 3J kteá Pm lm b Pm lm U cos Tương tự, tổn thất công suất trên đường dây mạng điện hình 3.6: 3J kteá Pm lm b Pm lm U cos Pm lm Suy ra: Pm lm Suy ra: c Keát luaän Để sơ so sánh các phương án mặt kinh tế, có thể sử dụng mômen phụ tải Pl i i và giữ lại số phương án để tiến hành so sánh kinh tế chi tiết ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 67 (67) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 2.6 LỰA CHỌN CẤP ĐIỆN ÁP CHO MẠNG ĐIỆN Điện áp định mức mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các tiêu kinh tế - kỹ thuật, các đặc trưng kỹ thuật mạng Ví dụ, tăng điện áp định mức, tổn thaát coâng suaát vaø ñieän naêng seõ giaûm, nghóa laø giaûm chi phí vaän haønh, giaûm tieát dieän daây dẫn và chi phí kim loại xây dựng mạng điện, đồng thời tăng công suất giới hạn truyền tải trên đường dây, đơn giản hoá phát triển tương lai mạng điện, tăng vốn đầu tư để xây dựng mạng điện Mạng điện có điện áp định mức nhỏ, yêu cầu vốn đầu tư không lớn chi phí vận hành lớn vì tổn thất công suất và điện lớn, ngoài khả truyền tải nhỏ Vì vậy, chọn đúng điện áp định mức mạng điện thiết kế là bài toán kinh tế - kỹ thuật Điện áp mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất các phụ tải, khoảng cách các phụ tải và các nguồn cung cấp, vị trí tương đối các phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện, … Như vậy, chọn điện áp định mức mạng xác định chủ yếu các điều kiện kinh tế Để chọn điện áp tối ưu cần tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuaät caùc phöông aùn khaùc cuûa ñieän aùp maïng Điện áp định mức có thể xác định sơ theo công suất truyền tải đã biết P (kW) và theo chiều dài đường dây truyền tải l (km) với công thức Still: U ñm ,34 l ,016 P Ở đây: P : coâng suaát truyeàn taûi, kW; l : khoảng cách truyền tải, km Công thức này áp dụng cho các đường dây có chiều dài đến 220 km và công suất truyeàn taûi P 60 MW Trường hợp công suất truyền tải lớn và khoảng cách truyền tải đến 1000 km, cần sử dụng công thức sau đây A A Zalesski: U ñm P 100 15 l Ngoài ra, có thể xác định sơ điện áp định mức theo công thức G A Illarionov: 1000 U ñm 500 2500 l P Công thức trên cho kết phù hợp tất các điện áp định mức từ 35 đến 150 kV 2.7 CHỌN LOẠI DÂY VAØ TIẾT DIỆN DÂY DẪN Chọn tiết diện dây dẫn mạng điện tiến hành chú ý đến các tiêu kinh tế kỹ thuật, khả tải dây dẫn theo điều kiện phát nóng, các điều kiện sau cố, độ bền các đường dây trên không, các điều kiện tạo thành vầng quang điện Tiết diện dây dẫn mạng điện cần phải chọn cho phù hợp với quan hệ tối ưu chi phí đầu tư xây dựng đường dây và chi phí tổn thất điện Khi tăng tiết diện dây dẫn, chi phí đầu tư tăng, chi phí tổn thất điện giảm Xác định quan hệ tối ưu này là vấn đề khá phức tạp và trở thành bài toán tìm tiết diện dây dẫn tương ứng với các chi phí quy đổi nhỏ Trong mạng cao áp, vì các đường dây thường tải công suất và có chiều dài lớn cho nên yếu tố kinh tế đóng vai trò quan trọng Trong mạng cao áp lại có biện pháp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 68 (68) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh điều chỉnh điện áp như: thay đổi đầu phân áp máy biến áp, bù, … cho nên thường chọn daây daãn vaø caùp theo ñieàu kieän kinh teá vaø kieåm tra ñieàu kieän veà kyõ thuaät 2.7.1 Trường hợp dây dẫn có phụ tải Nếu biết thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải và biết đường dây dùng loại dây gì, tra bảng Jktế Từ đó, dễ dàng tìm tiết diện dây dẫn: I Fkteá lv max J kteá Ở đây: Ilvmax - dòng điện làm việc trên đường dây chế độ phụ tải cực đại, A; S max I lv max 10 n 3U ñm n - số mạch đường dây (đường dây mạch n = 1, đường dây mạch n = 2); Uđm - điện áp định mức mạng điện, kV; Smax - công suất chạy trên đường dây chế độ tải cực đại, MVA; Jktế - mật độ dòng điện kinh tế , A/mm2 Các giá trị mật độ dòng điện kinh tế cho bảng 3.5 Bảng 2.5 Mật độ dòng điện kinh tế Caùc daây daãn Thời gian sử dụng công suất cực đại, h 10003000 30005000 50008700 Daây daãn traàn vaø goùp: Đồng Nhoâm Dây cáp với cách điện giấy, dây dẫn cách điện caosu và vật liệu tổng hợp có các lõi: Đồng nhoâm Dây cáp lõi đồng cách điện caosu và vật liệu tổng hợp 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 3,5 3,1 2,7 Dựa vào trị số Fktế tính toán được, tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn dây dẫn gần Chọn dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế trạng thái làm việc bình thường và kiểm tra theo điều kiện phát nóng điều kiện cố Trong các chế độ sau cố, dòng điện chạy trên các dây dẫn có thể vượt đáng kể dòng điện làm việc bình thường Trường hợp có thể xảy trên đường dây hai mạch, mạch ngừng cung cấp điện, và trên đường dây có hai phía cung cấp, cung cấp điện từ hai điểm cung cấp điện bị ngừng Trong các trường hợp vậy, tiết diện dây dẫn lựa chọn phải thoả mãn các điều kiện phát nóng cho phép giới hạn các dòng điện chế độ sau cố chạy qua Điều kiện kiểm tra doøng ñieän taûi laâu daøi cho pheùp theo phaùt noùng nhö sau: I max K I cp Ở đây: Imax - dòng điện lớn chạy qua dây dẫn cố, A; Imax = Ilvmax (n = 1) Imax = 2Ilvmax (n = 2) Icp - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn chọn, A; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 69 (69) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh K - heä soá hieäu chænh, K = K1.K2 K1 - heä soá hieäu chænh theo caùch laép ñaët daây, daây treân khoâng K1 = 1; K2 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường Ñieàu kieän veà toån thaát ñieän aùp cho pheùp: U bt % U btcp % U sc % U sccp % Ở đây: U bt % - tổn thất điện áp đường dây trường hợp làm việc bình thường,%; U btcp % - tổn thất điện áp cho phép trường hợp làm việc bình thường,%; U btcp 5% U sc % - tổn thất điện áp đường dây xảy cố nguy hiểm nhất,% Đối với đường dây có mạch, ngừng mạch thì tổn thất điện áp trên maïch coøn laïi: U isc % 2U ibt % U sccp % - tổn thất điện áp cho phép trường hợp cố,%: U sccp % 10% 2.7.2 Trường hợp dây dẫn có nhiều phụ tải Xét đường dây có hai phụ tải đặt cách xa sau: Hình 2.7 Đường dây có hai phụ tải Đường dây có hai phụ tải đặt cách xa Tiết diện dây dẫn đoạn dây là khác nhau, vì đường dây cung cấp cho nhiều phụ tải phân bố xa nhau, dọc theo đường dây Tiết diện dây dẫn đoạn: I I F1 lv max vaø F2 lv max J kteá J kteá Thường trên các đoạn đường dây chọn theo cùng trị số Jktế Vì chọn Jktế giống có lợi là tổn thất công suất tác dụng P trên đường dây nhỏ Thật vậy, giả thiết dòng điện trên các đoạn và là I1 và I2 thì tổn thất trên toàn đường dây: l l 3I 12 R1 3I 22 R2 3I 12 3I 22 F1 F2 Gọi V là khối lượng kim loại màu dùng cho toàn đường dây V2 là khối lượng kim loại màu dùng cho đoạn dây thì: V V V2 F2 vaø F1 l2 l1 Thay giá trị F1 và F2 vào biểu thức tìm được: I l I l 1 2 V V2 V2 Điều kiện tổn thất công suất cực tiểu: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 70 (70) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 3I 12 l12 3I 22 l22 0 V2 V V2 2 V22 I 12 l12 I 22 l22 V12 V2 Hay: Vì: V1 F1l1 vaø V2 F2 l2 I 12 l12 I 22 l22 F12 l12 F22 l22 I1 I F1 F2 I1 I J1 vaø J F1 F2 Neân: Do đó: Maø: Suy ra: J1 J 2.7.3 Trường hợp có nhiều phụ tải phân bố Neáu coù nhieàu phuï taûi coù giaù trò khoâng leäch nhieàu vaø boá trí gaàn thì coù theå coi là đường dây có phụ tải phân bố đều, trường hợp này thông thường để đảm bảo tính kinh tế, dùng tiết diện trên toàn đường dây Để chọn mật độ dòng điện kinh tế có lợi cần so sánh với đường dây khác, giả thiết có cùng tiết diện F, cùng chiều dài L và có cùng tổn thất công suất tác dụng, phụ tải tập trung cuối đường dây Hình 2.8 Đường dây có phụ tải phân bố Với đường dây giả thiết, tổn thất công suất: 3I L F Với đường dây có số phụ tải phân bố đều, tổn thất công suất: 3 I 12 r1 I 22 r2 I 32 r3 I l1 I 22 l2 I 32 l3 F I3 I2 vaø a Goïi: b I1 I1 Phöông trình treân coù theå vieát: 3 I l1 a l2 b l3 F Ở trên đã giả thiết là đường dây có phụ tải phân bố và đường dây giả thiết phụ tải tập trung cuối có tổn thất công suất tác dụng nhau, đó: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 71 (71) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh L 3 I l1 a l2 b l3 F F Chia vế phương trình cho F, ta được: I 12 I2 L l1 a l2 b l3 F F I1 Goïi: J ktế đẳngtrị là mật độ dòng điện kinh tế đẳng trị F I Vaø J kteá F 2 2 Thì: J kteá L J kteá ñaúngtrò l a l b l 3I Vậy mật độ dòng điện kinh tế đẳng trị: J kteá ñaúngtrò J kteá L l1 a l2 b l3 Từ đó, dễ dàng tìm tiết diện dây dẫn cho toàn đường dây trên: I1 F J kteá ñaúngtrò 2.8 CHỌN PHƯƠNG ÁN NỐI DÂY HỢP LÝ VỀ KINH TẾ VAØ KỸ THUẬT 2.8.1 So saùnh caùc phöông aùn veà maët kinh teá Chỉ tiêu kinh tế sử dụng so sánh các phương án là chi phí tính toán hàng năm, xác định theo biểu thức: Z tt a vh atc K ñ A.c Ở đây: avh - khấu hao năm hao mòn và phục vụ các đường dây maïng ñieän, %; Baûng 2.6 Khaáu hao haøng naêm veà hao moøn vaø phuïc vuï Tên phần tử hệ thống Các đường dây trên không: ñaët treân coät goã ñaët treân coät theùp vaø beâtoâng coát theùp Caùc thieát bò traïm Khaáu hao veà hao moøn Khaáu hao veà phuïc vuï 6% 3% 6% 3% 2% ,5% atc - hệ số hiệu vốn đầu tư atc (Ttc – thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn) Ttc Kđ - vốn đầu tư xây dựng đường dây, đ; K ñ nK i li n - hệ số phụ thuộc vào số mạch đường dây Đối với đường dây mạch n = 1, đường dây mạch đặt trên cùng cột n = 1,6, đường dây hai maïch ñaët treân hai coät khaùc n = 1,8; li - chiều dài đường dây thứ i, km; K0i -giá thành km đường dây mạch, đ/km; K 0i K1 K ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 72 (72) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh K1 - giá thành 1km đường dây không phụ thuộc vào tiết diện dây daãn, ñ/km; K2 - giá thành km đường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, đ/km; K 3m.K m - khối lượng km đường dây, kg/km; K0 - giá thành kg đường dây, đ/kg; - toång toån thaát ñieän naêng haøng naêm, MW.h; A P i max i Pi max - tổn thất công suất tác dụng trên đường dây thứ i chế độ tải cực đại, i MW; - thời gian tổn thất công suất cực đại trên đường dây thứ i, h; 0 ,124 Tmax 10 8760 c Với Tmax là thời gian sử dụng công suất cực đại, h; - giaù kW.h ñieän naêng toån thaát, ñ/kW.h 2.8.2 So saùnh caùc phöông aùn veà maët kyõ thuaät Ngoài các yếu tố U U cp , kiểm tra phát nóng dây dẫn lúc cố nặng nề còn phải chú ý đến độ liên tục cung cấp điện mạng, … Xác xuất ngừng cung cấp điện xác định sơ đồ cung cấp điện nhờ vào hai ñònh nghóa sau ñaây: Xác xuất xảy cố trên phần tử mạng điện: Qsc t q t q sc T T Và xác xuất sửa chữa định kỳ: tf f T Ở đây: tsc : số cố thời gian quan sát T, h; Qsc : số lần cố năm; tq : thời gian sửa chữa cố, h; tf : số sửa chữa định kỳ thời gian T, h a Xét sơ đồ đường dây lộ Hình 3.9 Sơ đồ đường đây lộ Xác suất ngừng cung cấp điện: h qc1 q D q B qc f D Các trị số qc1, qD, qB, qc2, fD tính theo định nghĩa trên, vào các số liệu thống kê Qsc, tq, tf Đối với đường dây lộ thường biết các số liệu thống kê năm treân 100 km, vì theá: QD t q l qD 8760 100 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 73 (73) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Xét sơ đồ đường dây lộ Hình 2.10 Sơ đồ đường đây hai lộ Xác suất ngừng cung cấp điện: h qD 2k f q D f D Ở đây: q D : xác suất xảy cố trên lộ đường dây; q D : xác suất xảy đồng thời trên lộ; fD : xác suất sửa chữa định kỳ đường dây; kf : hệ số bé 1, xét đến biện pháp thực nhằm đảm bảo cho đường dây còn lại vận hành tốt sửa chữa đường dây Đối với đường dây lộ, số liệu thống kê cho xác suất cố trên lộ gồm xác suất cố đồng thời trên lộ, đó xác suất cố đồng thời trên lộ chiếm khoảng 15 – 25%, vì theá: 1 0,15 0,25QD t q l q D 8760 100 0,15 0,25QD t q l q D 8760 100 Căn theo số liệu tính toán, chọn phương án có chi phí tính toán Ztt cực tiểu Nếu các phương án có phí tổn tính toán chênh lệch không quá 5% coi là tương đương mặt kinh tế Trong trường hợp này muốn định chọn phương án nào cần phải so sánh các phương án đó mặt kỹ thuật Tất nhiên, phương án nào đảm bảo điện áp vận hành cao hơn, sơ đồ nối dây đơn giản hơn, có nhiều khả phát triển, mức đảm bảo cung cấp điện cao, tổ chức thi công và quản lý vận hành đơn giản hơn, có xu hướng phát triển mạng tương lai, … thì phương án đó chú ý nhiều Cuoái cuøng phaûi noùi laø thieát keá maïng ñieän, caàn phaûi bieát caân nhaéc moät caùch thaän trọng và toàn diện, phải biết rõ tinh thần trách nhiệm, … để đưa phương án phù hợp với kinh tế quốc dân, đảm bảo kỹ thuật, an toàn và có xu hướng phát triển töông lai 2.9 CHỌN SỐ LƯỢNG VAØ DUNG LƯỢNG CÁC MÁY BIẾN ÁP Chọn số lượng các máy biến áp phụ thuộc vào các yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ trạm và là bài toán kinh tế - kỹ thuật 2.9.1 Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp Có nhiều phương pháp để xác định số lượng và chủng loại máy biến áp, thường phải dựa vào nguyên tắc chính sau đây: Chủng loại máy biến áp trạm biến áp nên đồng (hay ít chủng loại), để giảm số lượng máy biến áp dự phòng kho và thuận tiện lắp ñaët, vaän haønh ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 74 (74) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Số lượng máy biến áp trạm biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: yêu cầu liên tục cung cấp điện hộ phụ tải, yêu cầu lựa chọn dung lượng máy biến áp hợp lý, yêu cầu vận hành kinh tế trạm biến áp, … Đối với hộ phụ tải loại I, thường chọn hai máy biến áp trở lên Đối với hộ phụ tải loại II, số lượng máy biến áp chọn tùy thuộc vào việc so sánh các hiệu kinh tế - kỹ thuật Tuy nhiên, để đơn giản vận hành, số lượng máy biến aùp moät traïm bieán aùp khoâng neân quaù ba maùy vaø caùc maùy bieán aùp naøy neân có cùng chủng loại và công suất Nếu phụ tải trạm là các hộ tiêu thụ loại III, trạm có thể đặt máy biến áp, công suất máy biến áp xác định phụ tải cực đại trạm Một số hộ tiêu thụ loại II cho phép điện tạm thời, có thể cung cấp từ trạm maùy bieán aùp 2.9.2 Chọn dung lượng máy biến áp Công suất máy biến áp cần đảm bảo cung cấp điện cho tất các hộ tiêu thụ trạm điều kiện vận hành bình thường Ngoài ra, còn chú ý đến cần thiết phải đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng trường hợp cố các maùy bieán aùp ñaët traïm Caàn chuù yù raèng, hö hoûng caùc maùy bieán aùp ñaët traïm giảm áp dẫn đến cắt chúng xảy hạn hữu, cần phải tính đến khả đó, đặc biệt trạm cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại I, không cho phép điện Vì vậy, trạm cung cấp cho các hộ tiêu thụ thuộc các loại trên, trạm cần phải đặt không ít hai máy biến áp Trường hợp cố các máy biến áp, máy biến áp thứ hai cần đảm bảo toàn công suất các hộ tiêu thụ loại I Thực tế điều đó có thể đạt giải pháp đặt hai máy biến áp trạm, công suất định mức máy biến áp chọn 0,65 đến 0,70 phụ tải cực đại trạm để đảm bảo cung cấp điện đủ cho tất các hộ tiêu thụ có cố máy biến áp Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định dung lượng máy biến áp, phải dựa theo nguyên tắc chính sau đây: Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến quá tải cho phép (quá tải bình thường) Mức độ quá tải phải tính toán cho hao mòn cách điện khoảng thời gian xem xét không vượt quá định mức tương ứng với nhiệt độ cuộn dây là 980C Khi quá tải bình thường, nhiệt độ điểm nóng cuộn dây có thể lớn không vượt quá 1400C và nhiệt độ lớp dầu phía trên không vượt quá 950C Kiểm tra theo điều kiện quá tải cố (hư hỏng máy biến áp làm việc song song) với thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp ñieän a Neáu traïm chæ ñaët moät maùy bieán aùp Công suất định mức máy biến áp chọn theo khả quá tải thường xuyên máy biến áp Hệ số quá tải thường xuyên có thể xác định từ đồ thị khả tải máy biến áp Đó là quan hệ hệ số quá tải cho phép K2cp, hệ số phụ tải bậc (K1) và thời gian quaù taûi t Để sử dụng phương pháp này cần phải biến đổi đồ thị phụ tải nhiều bậc máy biến aùp thaønh hai baäc ñaúng trò Công suất đẳng trị máy biến áp khoảng thời gian xét xác định theo biểu thức : ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 75 (75) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh n S ñt S12 t1 S22 t S n2 t n t1 t t n S i 1 n i i t i 1 t i Ở đây: Si là phụ tải máy biến áp thời gian ti a b Hình 2.11 Đồ thị phụ tải máy biến áp Khi biến đổi thành đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị có thể có các trường hợp sau: Đồ thị phụ tải nhiều bậc máy biến áp có cực đại vào buổi chiều (Hình 3.11a) Theo biểu thức trên, tính Sđt2 với thời gian lúc quá tải là t2 và tính Sđt1 với thời gian trước lúc quá tải là 10 h Đồ thị phụ tải nhiều bậc máy biến áp có cực đại vào buổi sáng (Hình 3.11b) Theo biểu thức trên, tính Sđt2 với thời gian lúc quá tải là t2 và tính Sđt1 với thời gian sau kết thúc quá tải là 10 h Nếu đồ thị phụ tải có hai cực đại ngày thì phụ tải đẳng trị bậc hai tính cực đại nào có tổng Si ti đạt trị số lớn Khi đó chọn Sđt2, còn Sđt1 tính hai trường hợp trên Nếu Sđt2 < 0,9 Smax thì chọn Sđt2 = 0,9 Smax Thời gian cấp thứ hai tính sau: t 2 S ñt2 t 0,9Smax 2 Trong trường hợp máy biến áp làm việc với đồ thị hai bậc đồ thị phụ tải nhiều bậc đã biến đổi đồ thị phụ tải hai bậc đẳng trị thì trình tự xác định quá tải cho phép máy biến áp theo đường cong khả tải tiến hành sau: S S Tính K ñt1 vaø K ñt S ñm S ñm Từ K1 và t2, tra các đường cong quá tải máy biến áp để tìm K2cp và so sánh với K2 Nếu K K cp thì máy biến áp đã chọn là chấp nhận được, ngược lại cần thay đổi công suaát maùy bieán aùp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 76 (76) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Nếu trạm đặt hai máy biến áp trở lên Công suất định mức máy biến áp chọn có xét đến khả quá tải cố moät caùc maùy bieán aùp Coâng suaát cuûa moãi maùy bieán aùp traïm n maùy bieán aùp coù theå xaùc ñònh theo bieåu thức: S S max k n 1 Ở đây: Smax - phụ tải cực đại trạm, MVA; k - hệ số quá tải cố máy biến áp Nếu không có thông tin cụ thể, có thể chấp nhận 140% cho các máy biến áp Liên Xô với điều kiện thời gian sau: quá tải không quá ngày đêm, ngày quá tải không quá và 130% cho caùc maùy cuûa caùc haõng khaùc theo IEC 354; n - Soá maùy bieán aùp ñaët traïm Dựa vào các giá trị tính theo các công thức trên, tiến hành chọn công suất định mức các máy biến áp trạm Khả quá tải máy biến áp (hãng ABB) biểu diễn các hình sau Hình 2.12 Đường cong quá tải máy biến áp với nhiệt độ môi trường là 200C K2 1,6 t = 0,5h t = 1h 1,5 1,4 t = 2h 1,3 t = 4h 1,2 1,1 t = 8h 0,9 0,25 t = 24h 0,5 0,7 0,8 K1 0,9 Hình 2.13 Đường cong quá tải máy biến áp với nhiệt độ môi trường là 300C ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 77 (77) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Hình 2.14 Đường cong quá tải máy biến áp với nhiệt độ môi trường là 400C 2.10 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRẠM BIẾN ÁP Sơ đồ nối dây trạm biến áp phải đáp ứng các yêu cầu tiêu kinh tế - kỹ thuaät, cuï theå: Đảm bảo liên tục cung cấp điện theo yêu cầu phụ tải Sơ đồ nối dây đơn giản, thuận lợi vận hành và xử lý cố An toàn vận hành và sửa chữa Hợp lý kinh tế trên sở đảm bảo các yêu cầu mặt kỹ thuật 2.10.1 Traïm bieán aùp trung gian 110/22 kV Trong thực tế, các trạm biến áp trung gian có công suất nhỏ (< 40 MVA), điện áp 110/22 kV thường sử dụng sơ đồ nối dây với các lưu ý sau đây: Đối với trạm máy biến áp, phía sơ cấp thường không sử dụng góp mà kết nối trực tiếp với đường dây trên không và thứ cấp sử dụng sơ đồ góp không phân đoạn Đối với trạm biến áp có hai máy biến áp, phía sơ cấp thường sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn hay sơ đồ hai góp có máy cắt vòng và phía thứ cấp sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn Các tuyến dây vào/ra trạm, là đường dây trên không trang bị thieát bò choáng seùt Đối với các tuyến cáp ngầm, đường dây vào/ra trạm không cần trang bị thiết bị choáng seùt Để bảo vệ chống quá điện áp lan truyền vào trạm sử dụng hai chống sét đặt hai phía cao aùp vaø haï aùp cuûa maùy bieán aùp Trong trường hợp các tuyến dây vào/ra là cáp ngầm thì các máy cắt đặt trên các tuyến này thường là các máy cắt kiểu hợp bộ, đặt nhà Các dao nối đất trang bị nhằm tiếp đất thiết bị đã cô lập khỏi mạng điện, đảm bảo an toàn cho người sửa chữa Một số dao tiếp đất có liên động khí với dao cách ly (dao nối đất đóng thì dao cách ly mở và ngược lại) nhằm tránh cố thao tác nhầm lẫn Các trạm biến áp trang bị VT (Voltage Transformer) và CT (Current Transformer) phục vụ cho bảo vệ rơle và đo lường 2.10.2 Traïm bieán aùp phaân phoái 22/0,4 kV a Sơ đồ đơn Trạm cấp nguồn dây rẽ từ mạng phân phối trung Để thực chức đóng cắt và bảo vệ máy biến áp, thường trang bị dao cắt tải (LBS), cầu chì tự rơi (FCO), dao cắt tải kèm cầu chì (LBFCO), hay dao cách ly và cầu chì (DS + F) Ở số quốc gia, trạm biến áp có công suất nhỏ 160 kVA và có kết cấu dạng ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 78 (78) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh treo thì phía trung áp máy biến áp không trang bị LBS/LBFCO/FCO Trong trường hợp này, các thiết bị bảo vệ và đóng cắt đặt xa và thường điều khiển đường dây trên không truïc chính cung caáp ñieän cho caùc traïm Hình 2.15 Sơ đồ đơn b Sơ đồ đôi Trạm cung cấp hai dây rẽ từ mạng phân phối trung Hai dây này kết nối vào cái qua dao cách ly DS Máy biến áp nối vào cái qua cầu chì tự rơi FCO, phía hạ máy biến áp trang bị máy cắt hạ áp hay cầu dao hạ Các đường dây cung cấp cho các phụ tải thường bảo vệ cầu chì Hình 2.16 Sơ đồ đôi c Sơ đồ mạch vòng Maïch voøng (RMU – Ring Main Unit) laø moät truïc phaân phoái lieân tuïc coù daïng maïch kín với điểm bắt đầu và kết thúc trên cùng góp Mỗi đầu nó điều khiển máy cắt riêng Mạch vòng thường kết nối để tạo vòng chính hay trục phân phối - liên lạc, góp nó chịu dòng toàn vòng hay toàn liên lạc hai trạm Mỗi mạch vòng chứa ba liên kết: Hai liên kết đến, cái chứa LBS/dao cách ly và dao tiếp đất ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 79 (79) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Một liên kết và ngăn bảo vệ chung chứa cầu chì/LBS hay tổ hợp máy cắt với dao tiếp đất Sơ đồ mạch vòng cho phép hộ phụ tải sử dụng hai nguồn cung cấp, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Kiểu sơ đồ này thường dùng lưới cáp ngầm phân phối trung áp cuûa ñoâ thò Hình 2.17 Sơ đồ mạch vòng d Sơ đồ trục phân phối song song Trong sơ đồ trục phân phối song song, phía trung có hai dây hay cáp ngầm cùng xuất phát từ góp Sự khác biệt chủ yếu sơ đồ phân phối song song với sơ đồ mạch vòng là hai liên kết thường có khoá liên động Khi liên kết này đóng thì liên kết mở Khi cung cấp bị gián đoạn trên liên kết đóng thì thiết bị đóng cắt tác động cắt mạch và liên kết còn lại đóng vào tự động tay Sơ đồ này thường sử dụng các nơi có mật độ phụ tải cao, phụ tải yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao và cấp điện cáp ngầm Hình 2.18 Sơ đồ trục phân phối song song ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 80 (80) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 2.11 CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VAØ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 2.11.1 Thiết bị đóng cắt cao áp a Các chủng loại Maùy caét (CB – Circuit Breaker) Máy cắt là thiết bị dùng mạng điện áp cao để đóng, cắt dòng điện phụ tải và dòng điện ngắn mạch Đó là thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, song giá thành cao nên máy cắt thường dùng nơi quan trọng Trong máy cắt cao áp, vấn đề dập tắt hồ quang ngắn mạch quan trọng Chính vì người ta thường vào phương pháp dập hồ quang để phân loại máy cắt o Máy cắt dầu: dầu vừa là chất cách điện, đồng thời sinh khí để dập tắt hồ quang Trong máy cắt dầu phân làm máy cắt ít dầu và máy cắt nhiều dầu o Máy cắt không khí: máy cắt không khí, hồ quang dập tắt nhờ khí thổi không khí nén áp suất từ đến 20at Cách điện và thân buồng dập hồ quang là sứ hay vật liệu rắn cách điện o Máy cắt tự sinh khí: dùng vật liệu cách điện có khả tự sinh khí tác dụng nhiệt độ cao hồ quang Khí tự sinh áp suất cao có khả dập tắt hồ quang o Máy cắt điện từ: hồ quang dập tắt khe hẹp làm vật liệu rắn chịu hồ quang Lực điện từ đẩy hồ quang vào khe hẹp o Máy cắt chân không: hồ quang dập tắt môi trường chân không o Máy cắt khí: khí êlêga (SF6) có khả dập tắt hồ quang cao nên dùng để dập tắt hồ quang máy cắt khí Theo thời gian tác động, máy cắt chia thành loại: máy cắt nhanh và máy cắt chaäm Theo số lượng pha, máy cắt có thể chia làm máy cắt pha và pha Theo vị trí lắp đặt, máy cắt chia làm máy cắt đặt nhà và máy cắt đặt ngoài trời Caùc thoâng soá chính cuûa maùy caét: o Điện áp định mức o Dòng điện định mức o Tần số định mức o Khaû naêng caét doøng ngaén maïch o Dòng ổn định nhiệt định mức o Dòng ổn định động định mức o Thời gian cắt o Thời gian mở Máy cắt đóng lặp lại (Recloser) Trong mạng điện cao áp, các cố thường là cố thoáng qua, đó để tăng cường liên tục cung cấp điện, người ta thường sử dụng máy cắt đóng lặp lại Máy cắt đóng lặp lại có cấu tạo giống máy cắt Tuy nhiên, nó có thêm phận điều khiển riêng giúp cho nó có khả đóng lặp lặp lại theo chương trình định trước, có khả ghi nhận các số liệu, các thông số phụ tải điện, chức bảo vệ chống cố Các thông số chính máy cắt đóng lặp lại tương tự máy cắt, nhiên có thêm thông số điều khiển và xử lý liệu ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 81 (81) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Dao caùch ly (DS – Distance Switch) Nhiệm vụ chủ yếu dao cách ly là tạo khoảng hở cách điện trông thấy phận mang dòng điện và phận cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an toàn và tạo cho nhân viên sửa chữa thiết bị an tâm làm việc Do vậy, nơi cần sửa chữa, ngoài các thiết bị đóng cắt cần đặt thêm dao cách ly Dao cách ly thường bố trí trên cột với thành phần chủ yếu là bệ đỡ, dao cắt và tiếp điểm Dao cách ly có thể thao tác tay thông qua sào cách điện qua các cấu truyền động đặt chân cột Dao cách ly không có phận dập tắt hồ quang nên không thể cắt dòng điện lớn Nếu nhầm lẫn dùng dao cách ly để cắt dòng điện lớn thì có thể phát sinh hồ quang gây nguy hiểm Do vậy, dao cách ly dùng để đóng, cắt dòng không tải Phân loại: o Loại tiếp điểm xoay ngang o Loại tiếp điểm xoay chiều thẳng đứng Caùc thoâng soá chính cuûa dao caùch ly: o o o o o Điện áp định mức Dòng điện định mức Dòng ổn định động Doøng oån ñònh nhieät Tần số định mức Dao caét taûi (LBS – Load Break Switch) Dao cắt tải có thể đóng, cắt dòng điện mang tải không tự động mà thường thực thao tác nhân viên vận hành thông qua sào cách điện cấu liên động Dao cắt tải không cắt dòng ngắn mạch Do đó, để bảo vệ dòng ngắn mạch, thường kết hợp với sử dụng cầu chì Caùc thoâng soá chính cuûa dao caét taûi: o Điện áp định mức o Dòng điện định mức o Tần số định mức o Dòng ổn định động o Doøng oån ñònh nhieät Dao cắt tạo khoảng cách (LTD – Line Trip Distance) Dao cắt tạo khoảng cách thực chất là dao cách ly bố trí trên đường dây Nhiệm vụ là để cách ly đường dây tạo khoảng hở thấy được, tạo cảm giác an toàn sửa chữa Các thành phần chính bao gồm sứ đỡ dạng thanh, các đầu đấu nối dây, dao cắt và tiếp điểm LTD thường thao tác tay thông qua sào cách điện Các thông số LTD tương tự các thông số DS Cầu chì tự rơi (FCO – Fuse Cut Out) Cầu chì tự rơi thường trang bị trên các tuyến dây không quan trọng (công suất bé, yêu cầu liên tục cung cấp điện không cao) hay trang bị để bảo vệ máy biến áp nhỏ Cấu tạo cầu chì tự rơi gồm có: bệ đỡ, ống chì, dây chảy, tiếp điểm đóng cắt Cầu chì tự rơi có thể đóng cắt dòng không tải đóng cắt dòng tải nhỏ Để có thể đóng cắt dòng tải tương đối lớn, người ta dùng cầu chì tự rơi có phận dập hồ quang (LBFCO – Load Break FCO) Cầu chì tự rơi thường thao tác tay thông qua sào cách điện ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 82 (82) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Các thông số chính cầu chì tự rơi: o Điện áp định mức o Dòng điện định mức o Công suất định mức o Dòng cắt ngắn mạch định mức o Ñaëc tính baûo veä b Các điều kiện lựa chọn Các thiết bị đóng cắt lựa chọn theo điều kiện làm việc lâu dài và kiểm tra điều kiện cố Choïn theo ñieàu kieän laøm vieäc laâu daøi: U ñmtb U ñm U ñmmaïng U ñmmaïng I ñmtb I lv max Ở đây: U ñmtb U ñm - điện áp định mức thiết bị, kV; - độ tăng điện áp cho phép thiết bị, kV; I ñmtb - dòng điện định mức thiết bị, A; U đmmạng - điện áp định mức mạng điện, kV; U ñmmaïng - toån thaát ñieän aùp cho pheùp cuûa maïng ñieän, kV; I lv max - dòng điện làm việc cực đại, A Trị số độ lệch điện áp cho phép tương đối so với điện áp định mức thiết bị điện cho phép sau: Dao caùch ly : U ñm 0,15U ñm Maùy caét ñieän : U ñm 0,15U ñm Caàu chì : U ñm 0,1U ñm Kiểm tra theo điều kiện cố: Kiểm tra điều kiện ổn định động Khă ổn định động (nói cách khác, đó là khả chống lại tác dụng lực điện động) thiết bị điện đặc trưng dòng điện ổn định động định mức Dòng điện này chính là dòng điện cực đại có thể chạy qua khí cụ điện mà lực điện động nó sinh không thể phá hoại thiết bị điện iñ ñm i xk Ở đây: iđ đm - dòng ổn định động định mức thiết bị, A; i xk - doøng ngaén maïch xung kích, A; i xk 2k xk I N IN - giaù trò doøng ngaén maïch, A; kxk - heä soá xung kích, k xk e 0 , 01 Ta (với Ta Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh nhieät: t qñ I ñm.nh I t ñm.nh ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn x ) r 83 (83) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Ở đây: I đmnh - dòng điện ổn định nhiệt định mức, qui định nhà chế tạo ứng với thời gian I tqñ ổn định nhiệt định mức tđm.nh; - giaù trò hieäu duïng doøng ngaén maïch oån ñònh, A; - thời gian tác động qui đổi dòng điện ngắn mạch, có thể xác định tqđ dựa I vào thời gian tồn ngắn mạch tN = tbv + tmc và tỉ số I tbv - thời gian tác động bảo vệ rơle, tbv = 0,2s (cắt nhanh), tbv = 0,5s (caét chaäm); tmc - thời gian cắt máy cắt, s; I - giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ, A Nếu ngắn mạch xa nguoàn: I I I N Trong tính toán thực tế lưới trung áp, người ta cho phép lấy thời gian qui đổi tqđ thời gian tồn ngắn mạch, nghĩa là thời gian cắt ngắn mạch Đối với thiết bị có dòng điện định mức trên 1000A thì không cần kiểm tra điều kieän oån ñònh nhieät 2.11.2 Thiết bị đóng cắt hạ áp a Maùy caét haï aùp (LVCB) Các chủng loại o MCCB (Molded Case Circuit Breaker): Đây là loại CB vỏ đúc, thường là loại CB pha, có cấu tạo bao gồm tiếp điểm đóng cắt, buồng dập hồ quang, rơle nhiệt, rơle từ, tay gạt và các thiết bị khác MCCB thường trang bị cho đường dây có công suất lớn, cho ngõ vào các tủ điện chính, ngõ cuûa tuû ñieän chính vaø ngoõ vaøo cuûa tuû ñieän phuï o MCB (Miniature Circuit Breaker): Đây là thiết bị đóng cắt loại nhỏ MCB có thể chế tạo loại cực, cực, cực cực MCB trang bị cho đường dây có tải nhỏ, thường là các tuyến dây từ tủ phân phối phụ đến thiết bị điện o RCCB (Residual Current Circuit Breaker): Đây là CB ngoài các chức đóng cắt và bảo vệ các CB thông dụng, nó còn có thêm chức chống dòng rò, bảo vệ an toàn cho người thiết bị điện bị rò điện Các dòng rò định mức là 10, 30, 300 mA RCCB còn có tên khác là ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker) Caùc thoâng soá chính cuûa CB o Điện áp định mức: Un o Dòng điện định mức: In o Dòng hiệu chỉnh (dòng tác động nhiệt) I r 0,8 1I n (cô caáu ngaét nhieät) I r 0,4 1I n (cơ cấu ngắt điện tử) o o o o o Thời gian cắt: t (ms) Dòng cắt ngắn mạch định mức, Icu (kA) Cô caáu caét: Thermal/Magnetic, Electronic Ñaëc tuyeán baûo veä: B, C, D, MA, K Số cực: 1, 2, 3, cực ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 84 (84) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh o Tần số định mức, fn o Dòng tác động cấu từ, Im Ghi chuù: o CB có đặc tuyến bảo vệ B thường sử dụng để bảo vệ cho các mạch điện chính có dòng đột biến không quá lớn (mạch điện nối từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính, mạch điện nối từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối phụ, mạch điện cung cấp cho tải không có dòng khởi động) o Đặc tuyến loại C, còn gọi là đặc tuyến phổ thông CB có đặc tuyến C thường sử dụng để bảo vệ cho các mạch cung cấp điện cho động o CB có đặc tuyến loại D và K thường sử dụng để bảo vệ cho các mạch có dòng khởi động lớn (động khởi động có tải) o CB có đặc tuyến loại MA thường sử dụng để bảo vệ động phối hợp với contactor ngắt (contactor với bảo vệ chống quá tải) Ñieàu kieän choïn CB U n U nmaïng o Điện áp định mức: I n I nmaïng o Dòng điện định mức: f n f nmaïng o Tần số định mức: I cu I N3 o Dòng cắt ngắn mạch định mức: o Thời gian cắt: chọn theo điều kiện phối hợp bảo vệ o Cơ cấu ngắt: có thể chọn cấu ngắt thermal/magnetic electronic o Ñaëc tuyeán baûo veä: B, C, D, MA, K o Số cực: 1, 2, cực Đối với RCCB, còn có thêm điều kiện chọn dòng rò: o CB dòng rò định mức từ 1030mA, thường sử dụng dân dụng o CB dòng rò định mức từ 30300mA, thường sử dụng công nghiệp o CB dòng rò định mức từ 5001000mA, thường sử dụng chống cháy a Caàu chì Trong công nghiệp thường sử dụng cầu chì HRC (High Rupturing Capability: khả cắt lớn) Đây là loại cầu chì có khả cắt dòng ngắn mạch lớn và thường sử dụng để bảo vệ cho các mạch điện không có nhu cầu đóng cắt thường xuyên Cầu chì HRC có dòng định mức từ 6630 A và cấu tạo bao gồm: cầu chì và đế cầu chì Để thay cầu chì, người ta thường sử dụng tay kẹp chuyên dùng Trên cầu chì có niêm chì mà cầu chì tác động, niêm chì bị khiến cho người sử dụng có thể biết để thay cầu chì Khả cắt dòng ngắn mạch cầu chì HRC có thể lên tới 20 kA Điều kiện lựa chọn cầu chì sau: I N I lv max U N U nmaïng IN I max I cu I N3 Ở đây: Ilvmax - dòng làm việc cực đại qua cầu chì, A; Imax - dòng điện lớn qua cầu chì động khởi động, A ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 85 (85) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh n 1 I max I kñ max k ñt I ñmi i 1 Ikđmax - dòng khởi động lớn động nhóm thiết bị, A; Iđmi - dòng điện định mức thiết bị thứ i, A; n - số động nhóm thiết bị - hệ số, lựa chọn sau: 2,5 động khởi động bình thường 1,6 động khởi động có tải 3 I N - dòng ngắn mạch pha, tương ứng với điểm ngắn mạch mà dòng ngắn mạch qua cầu chì là lớn 2.11.3 Choïn caùi Tiết diện cái chọn theo dòng phát nóng cho phép và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt dòng ngắn mạch Choïn theo ñieàu kieän phaùt noùng: I cp K1 K K I cpth I lv max Ở đây: - doøng ñieän cho pheùp cuûa caùi, A; Icp Ilvmax - dòng điện làm việc cực đại qua cái, A; Icpth - dòng điện cho phép cái nhiệt độ cái là 700C, nhiệt độ môi trường xung quanh là 250C và cái đặt đứng K1 = với cái đặt đứng; K1 = 0,95 với cái đặt ngang; K2 - hệ số hiệu chỉnh xét trường hợp cái gồm nhiều ghép lại, laø daây daãn treân khoâng thì K2 = 1; K3 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh khác với nhiệt độ tiêu chuaån Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh nhieät: Stc Soâñn I t qñ Ở đây: Stc - tieát dieän cuûa caùi,mm2; - hệ số phụ thuộc vào loại cái, tra bảng 8-8, trang 280 - sách “Cung Cấp Ñieän” - Taùc giaû Nguyeãn Xuaân Phuù I - doøng ngaén maïch oån ñònh taïi caùi, A; tqđ - thời gian qui đổi, có thể lấy thời gian tồn ngắn mạch, ms Kiểm tra điều kiện ổn định động: cp tt Ở đây: cp - ứng suất cho phép vật liệu làm cái, kG/cm2 với đồng cp 1400 kG/cm ; với nhôm cp 700 kG/cm ; tt - ứng suất tính toán, xuất cái tác động lực điện động doøng ngaén maïch, kG/cm2; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 86 (86) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh tt M - momen uốn tính toán, kG.cm M W Ftt l 10 Ftt - lực tính toán tác động dòng ngắn mạch: l Ftt 1,76.10 2 i xk2 , kG a Ở đây: l - khoảng cách các sứ pha, cm; a - khoảng cách các pha, cm; ixk - doøng ngaén maïch xung kích taïi caùi, A W - momen choáng uoán cuûa caùi, cm3 b.h (thanh cái hình chữ nhật) W d (thanh cái hình tròn đường kính d) W 32 M 2.11.4 Thieát bò choáng seùt lan truyeàn vaøo traïm bieán aùp Theo thống kê, 80% hư hỏng sét gây là sét đánh lan truyền theo đường cấp nguồn và đường tín hiệu Do việc chống sét lan truyền chưa quan tâm cách đây đủ, dẫn đến thiệt hại sét lan truyền gây lớn Vì thế, việc đề các giải pháp và cung cấp các thiết bị chống sét lan truyền theo công nghệ là cấp bách và cần thiết Các đường dây trên không, dù có bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị nối với chúng phải chịu tác động sóng sét truyền từ đường dây đến Biên độ quá điện áp khí có thể lớn điện áp thí nghiệm xung kích và cách điện thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và gây nên cố, mạch điện bị cắt Do vậy, để bảo vệ các thiết bị trạm biến áp tránh sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét Các thiết bị chống sét này hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần bảo vệ Thiết bị chống sét là thiết bị ghép song song với thiết bị điện để bảo vệ quá điện áp khí Khi xuất quá điện áp, nó phóng điện trước làm giảm trị số quá điện áp đặt lên cách điện thiết bị và hết quá điện áp tự động dập tắt hồ quang dòng điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường Để làm nhiệm vụ trên, thiết bị chống sét cần đạt các điều kiện sau đây: Coù ñaëc tính voân - giaây (V-s) thaáp hôn ñaëc tính V-s cuûa caùch ñieän Coù khaû naêng daäp taét nhanh choùng hoà quang cuûa doøng xoay chieàu Khi quá điện áp, thiết bị chống sét làm việc (phóng điện) để tản dòng xuống đất đồng thời tạo nên ngắn mạch chạm đất Khi hết quá điện áp, phải nhanh chóng dập tắt hồ quang dòng ngắn mạch chạm đất trước phận bảo vệ rơle làm việc để hệ thống điện tiếp tục vận hành an toàn Có mức điện áp dư thấp so với cách điện thiết bị bảo vệ Sau phoùng ñieän, ñieän aùp coøn treân thieát bò choáng seùt (aùp dö) seõ taùc duïng leân cách điện thiết bị, điện áp này lớn có thể gây nguy hiểm cho thiết bò ñieän ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 87 (87) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Löu yù: Với khe hở bảo vệ và chống sét ống, giảm điện áp dư chủ yếu cách giảm điện trở phận nối đất Ở chống sét van, bên cạnh việc giảm trị điện trở không đường thẳng phải hạn chế dòng điện qua nó không lớn quá trị số qui định (5 kA 10 kA) Thiết bị chống sét không làm việc (phóng điện) có quá điện áp nội Yêu cầu này thực cách điều chỉnh (khoảng cách) khe hở phóng điện cuûa thieát bò choáng seùt a Caùc thieát bò choáng seùt lan truyeàn Choáng seùt van Nguyên lý chống sét van: gồm có phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc Khe hở phóng điện chống sét van là chuỗi các khe hở nhỏ có nhiệm vụ phóng điện xuất quá điện áp Điện trở làm việc là điện trở phi tuyến có tác dụng hạn chế trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van sóng quá điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện Gần đây với công nghệ tiên tiến, người ta đưa loại chống sét van có điện trở phi tuyến tạo các hạt ZnO và các hạt này bao màn mỏng Bi2O3 Loại chống sét van này có nhiều ưu điểm chống sét van trước đây: o Độ tin cậy cao, kích thước gọn nhẹ o Heä soá phi tuyeán cao, doøng ñieän roø nhoû o Ñaëc tuyeán baûo veä meàm hôn Chống sét van oxyt kim loại (MOV) Chống sét van đã thay đổi cách khoảng 20 năm trở lại đây cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc Loại chống sét van có khe hở phóng điện kiểu phẳng và phát triển lên loại có khe hở thổi từ và điện trở SiC mắc nối tiếp đã thay chống sét van không có khe hở phóng điện Chống sét van không có khe hở phóng điện mà dựa trên điện trở oxyt kim loại (MOV) có đặc tính U-I hoàn toàn phi tuyến và có khả hấp thụ lượng cao Chúng biết đến loại chống sét van oxyt kim loại (MO) Choáng seùt van MOV khoâng phoùng ñieän, vaäy khoâng ñònh nghóa ñieän aùp phoùng ñieän Khi điện áp tăng, chống sét van MOV chuyển từ trị số điện trở lớn sang điện trở nhỏ Khi ñieän aùp giaûm, choáng seùt van MOV laïi trì tính daãn ñieän keùm cuûa noù Mức bảo vệ chống sét van MOV xác định điện áp dư nó Chống sét van MOV sử dụng để bảo vệ thiết bị và trạm quan trọng (đặc biệt là máy biến áp điện lực) chống lại quá điện áp khí và quá điện áp đóng mở Khi thiết kế và lựa chọn chống sét van thông dụng, cần lưu ý điện áp đánh thủng và điện áp đệm Ngoài ra, chống sét van MOV chọn theo các tiêu chuẩn sau đây: o Ñieän aùp taàn soá nguoàn toái ña o Khả hấp thụ lượng o Mức bảo vệ Chống sét van lưới phân phối 30 kV thường thiết kế với dòng điện sét định mức kA, chống sét van dùng cho các điện áp trên 30 kV luôn có dòng sét định mức 10 kA ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 88 (88) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh b Lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền vào trạm biến áp Để đảm bảo các biên hạn bảo vệ và phát huy tốt chức bảo vệ quá áp chống sét, cần tiến hành các bước sau: Bước 1: Xác định môi trường lắp đặt chống sét Ở bước này, cần xác định yếu tố môi trường bên ngoài nơi chống sét lắp đặt như: lắp đặt nhà hay ngoài trời, mức độ ô nhiễm để xác định chiều dài đường rò voû boïc caùch ñieän Bước 2: Xác định các thông số hệ thống - Xác định điện áp vận hành cực đại hệ thống Um Ñieän aùp vaän haønh cuûa heä thoáng laø giaù trò hieäu duïng cao nhaát cuûa ñieän aùp daây xaûy điều kiện vận hành bình thường thời điểm và vị trí nào đó hệ thống Nếu có điện áp định mức hệ thống Uđm, thì chọn U m 1,05 1,1U đm - Xác định hệ số chạm đất Ke Là tỉ số điện áp các pha không bị cố quá trình cố điện áp trước bị cố chạm đất - Xác định quá điện áp tạm thời UTOV (Temporary OverVoltage) Thông thường, giá trị UT.O.V hiểu là điện áp cố chạm đất pha Biên độ UTOV xác định sau: U U TOV K e m Cần lựa chọn U T O Vchốngsét U T O Vlưới Bước 3: Kiểm tra các lý khác xảy quá điện áp tạm thời TOV Thông thường TOV xuất có cố chạm đất, sa thải phụ tải, nhiên số kết cấu lưới nào đó có thể xảy quá điện áp cộng hưởng, điều này có thể xảy các máy cắt tác động không đồng thời Quá điện áp cộng hưởng không dùng làm sở để tính toán chọn TOV chống sét Trong vài trường hợp vận hành, để giảm dòng cố, chọn nối đất trung tính số biến áp, trường hợp này có thể xảy khả là số phận hệ thống có thể trở thành tác dụng phần nối đất số giai đoạn mà nhiều máy biến áp, trung tính tách không nối đất Nếu không dự phòng cho việc này thì số cố chạm đất giai đoạn này có thể dẫn đến TOV cao và laøm hoûng choáng seùt Tuy nhiên, xảy trường hợp này, chấp nhận nguy hỏng chống sét thay vì choïn moät choáng seùt coù TOV cao hôn Bảng 2.7 Hệ số chạm đất Phương thức nối đất lưới điện Hệ thống dây nối đất lặp lại Caùp (4 daây) Hệ thống dây, nối đất tổng trở nhỏ Hệ thống dây, nối đất tổng trở cao Heä thoáng daây, noái Ke 1,25 - 1,35 1,50 1,40 1,73 1,73 Bước 4: Xác định điện áp vận hành liên tục chống sét UC (Continuos Operating Voltage) Thường viết tắt là COV hay MCOV là trị số hiệu dụng điện áp tần số công nghiệp cho phép đã thiết kế cho chống sét, có thể áp dụng liên tục vào hai cực ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 89 (89) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh chống sét Lưu ý, UC chống sét có thể nhỏ tổng các UC phần tử điện áp phân bố dọc theo chống sét không hoàn toàn đồng U UC m 2.12 TÍNH THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CỦA CÁC MẠNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN 2.12.1 Sơ đồ thay lưới cung cấp điện Thường dùng hai loại sơ đồ: sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay Sơ đồ nguyên lý là sơ đồ chắp nối các phần tử lưới cung cấp điện (máy biến áp, đường dây, máy cắt, cầu dao, cầu chì, …) nhằm mô tả cách thức cấp điện từ nguồn đến các phuï taûi Sơ đồ thay là sơ đồ dùng quá trình tính toán lưới cung cấp điện, trên đó người ta đã thay các phần tử lưới các đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải ñieän a Sơ đồ thay đường dây tải điện Sơ đồ thay đầy đủ đường dây tải điện là sơ đồ Hình 2.20 A l, F S1 Z A G đó: B G S1 B Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý và thay đoạn đường dây tải điện dài l, tiết diện F Ba đại lượng đặc trưng cho quá trình truyền tải điện trên đường dây là Z, G và B, Z - tổng trở đoạn đường dây, ; G - điện dẫn đoạn đường dây, đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng rò điện qua sứ, cột và vầng quang điện Vầng quang điện là tượng mà cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn đủ lớn làm ion hoá lớp không khí xung quanh tạo nên moät vaàng saùng xung quanh daây daãn B - dung dẫn đoạn đường dây Khi đường dây tải điện, các dây đặt gần và dây với đất hình thành cực, kết là tạo công suất phản kháng Qc phóng lên đường dây Với đường dây cao áp (110, 220 kV) nhiều tượng này có lợi vì nó bù lại lượng công suất Q tổn thất trên điện kháng X đường dây, lại nguy hiểm đường dây siêu cao áp, đặc biệt không tải và non tải, làm cho điện áp cuối đường dây tăng cao vượt quá trị số cho phép Lượng Qc đường dây sinh tỉ lệ với bình phương điện áp tải điện, với điện áp đường dây nhỏ 35 kV, lượng Qc này nhỏ, có thể bỏ qua ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 90 (90) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Cũng vì điện áp trung áp và hạ áp, tổn thất vầng quang và rò điện nhỏ, người ta cho phép bỏ qua đại lượng G trên sơ đồ thay thế.Vì vậy, sơ đồ thay đơn giản gồm tổng trở các đoạn đường dây (Hình 2.21) S1 S1 Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay đường dây trung áp và hạ áp b Sơ đồ thay máy biến áp Máy biến áp là thiết bị điện làm nhiệm vụ biến đổi điện áp và truyền tải công suất Người ta thường sử dụng sơ đồ thay gần đúng hình (Hình 2.22) S0 Hình 2.22 Sơ đồ thay gần đúng máy biến áp ZB - tổng trở cuộn dây máy biến áp, ; 2 U N U ñmB PN U ñmB Z B RB jX B j 10 10 S ñmB S ñmB Ở đây: PN - toån hao ngaén maïch, kW; U đmB - điện áp định mức biến áp, kV Nếu tính ZB phía cao áp thì lấy UđmB S ñmB phía cao, tính ZB phía hạ áp thì lấy UđmB phía hạ áp; - công suất định mức máy biến áp, kVA; UN - ñieän aùp ngaén maïch, %; S - toån thaát coâng suaát khoâng taûi cuûa maùy bieán aùp, kVA; S P0 jQ0 Ở đây: P0 - toån thaát coâng suaát taùc duïng phaùt noùng loõi theùp, kW; Q0 - tổn thất công suất phản kháng từ hoá lõi thép, kVAr 2.12.2 Mạng điện hở a Xác định dòng công suất các mạng điện trở Trong thiết kế vận hành, thông thường điện áp các nút nguồn cung cấp đã biết Vì vậy, tính thông số chế độ mạng điện đơn giản có thể tiến hành theo phương pháp gần đúng sau đây Trước hết, chúng ta lấy điện áp tất các nút mạng điện điện áp định mức mạng điện (Ui = Uđm) và tiến hành tính các dòng công suất, các tổn thất công suất các phần tử mạng điện Đối với sơ đồ tính toán mạng điện hình 3.23b, quá trình tính toán thực nhö sau: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 91 (91) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh S P1 jQ S A S 1 Z S P2 jQ S 2 S c1 S 01 S 02 S b1 S b2 Z b1 Z b2 S P1 jQ a Sơ đồ mạng điện S c2 Z S P2 jQ b.Sơ đồ tính toán mạng điện Hình 2.23 Các sơ đồ mạng điện hở ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 92 (92) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Tổn thất công suất tổng trở máy biến áp B2 xác định: P2 Q2 P2 Q2 S b Pb jQb 2 Rb j 2 X b U ñm U ñm Dòng công suất trước tổng trở Z : b2 S b Pb jQb P2 Pb j Q2 Qb Doøng coâng suaát vaøo cuoän daây cao aùp cuûa maùy bieán aùp B2: Sc Pc jQc Pb P02 j Qb Q02 Tổn thất công suất trên đoạn 12: S2 P2 jQ2 Pc 2 Qc 2 R U ñm jX Dòng công suất trước tổng trở Z : S2 P2 jQ2 Pc P2 j Qc Q2 Tổn thất công suất tổng trở máy biến áp B1: 2 P1 Q1 Rb1 jX b1 S b1 Pb1 jQb1 U ñm Dòng công suất trước tổng trở Z b1 : S b1 Pb1 jQb1 P1 Pb1 j Q1 Qb1 Doøng coâng suaát chaïy vaøo cuoän daây cao aùp cuûa maùy bieán aùp B1: Sc1 Pc1 jQc1 Pb1 P01 j Qb1 Q01 Dòng công suất sau tổng trở Z : S P jQ S S P P j Q Q 1 c1 c1 c1 Tổn thất công suất tổng trở Z : P Q S1 P1 jQ1 R1 jX1 U ñm 2 Dòng công suất từ nút A chạy vào mạng điện: S A PA jQ A P1 P1 j Q1 Q1 Kết tính các dòng công suất với chế độ mạng điện ghi trên sơ đồ tính toán nó Nếu giá trị công suất mang giá trị âm, có nghĩa là thực tế, dòng công suất có chiều ngược lại so với chiều qui ước b Tính ñieän aùp caùc nuùt maïng ñieän Điện áp các nút mạng điện xác định trên sở điện áp nút nguồn đã biết và phân bố chính xác các dòng công suất mạng điện Đối với sơ đồ tính toán hình 3.23b, tính điện áp các nút mạng điện tiến haønh nhö sau: Điện áp trên đường dây Đ1 xác định: P R Q A X1 U d A UA Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 1: P R Q A X1 U1 U A A UA Điện áp trên góp hạ áp trạm 1, qui đổi phía cao áp: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 93 (93) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh U1q U1 U b1 U1 P1 Rb1 Q1 X b1 U1 Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 2: P R Q2 X U U1 2 U1 Điện áp trên góp hạ áp trạm 2, qui đổi phía cao áp: P R Q2 X b U q U U b U b U2 2.12.3 Maïng ñieän kín A UA B2 B1 S P2 jQ S P1 jQ1 a) S A A UA S A1 S A2 Z A2 Z A1 S A1 S A2 Z 12 S 12 S 1t P1t jQ1t S 12 S 2t P2t jQ 2t b) a Sơ đồ mạng điện b.Sơ đồ tính toán mạng điện Hình 2.24 Các sơ đồ mạng điện kín a Quy các phụ tải phía điện áp cao và lập sơ đồ tính toán Các phụ tải mạng điện thường cho trên các góp hạ áp các trạm khu vực và các trạm phân phối Vì vậy, để thuận tiện phân tích chế độ xác lập, người ta thường qui đổi các phụ tải mạng cao áp Các phụ tải sau quy đổi các góp cao áp trạm gọi là các phụ tải tính toán (hay quy đổi) trạm Phụ tải tính toán trạm (hình 3.24a ) xác định theo công thức: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 94 (94) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh S1t S1 S b1 S 01 Ở đây: S1 : coâng suaát phuï taûi cuûa traïm 1, MVA; S b1 : toån thaát coâng suaát caùc cuoän daây cuûa maùy bieán aùp traïm 1, MVA; S 01 : toån thaát coâng suaát loõi theùp cuûa maùy bieán aùp traïm 1, MVA Sau đã xác định tất các phụ tải tính toán các trạm, lập sơ đồ tính toán cuûa maïng ñieän Đối với mạng điện cho trên Hình 2.24a, sơ đồ tính toán có dạng Hình 2.24b b.Tính gần đúng các dòng công suất mạng điện kín Khi xác định gần đúng các dòng công suất mạng điện kín, ta không xét đến tổn thất công suất các tổng trở đường dây, đồng thời dùng phụ tải tính toán các traïm Đối với sơ đồ tính toán hình 3.24b, dòng công suất chạy trên các đoạn đường dây A1 và A2 xác định theo công thức: S Z Z A S2 t Z A S A1 1t 12 Z A1 Z 12 Z A S Z Z A1 S1t Z A1 S A t 12 Z A1 Z 12 Z A Đối với mạng điện kín có cùng tiết diện trên tất các đoạn thì phân bố công suất maïng chæ phuï thuoäc vaøo chieàu daøi: S l l S2 t l A S A1 1t 12 A l A1 l12 l A S l l S1t l A1 S A t 12 A1 l A1 l12 l A Dòng công suất chạy trên đường dây 12 xác định trên sở định luật Kirchhoff nút nút S A1 S1t thì S12 S A1 S1t c Tính chính xaùc doøng coâng suaát maïng ñieän kín Sau xác định các dòng công suất mạng điện, có thể dễ dàng tìm điểm phân chia công suất mạng đã cho Điểm phân chia công suất là nút nhận công suất đến từ hai phía và là điểm có điện áp thấp mạng điện kín Để đơn giản, tính toán có thể chia mạng kín đã cho thành hai mạng hở điểm phân chia công suất Khi đó tính chế độ các đường dây tiến hành tương tự mạng hở Giaû thieát raèng maïng ñieän kín hình 3.24 chæ coù moät ñieåm phaân chia coâng suaát laø ñieåm Như vậy, dòng công suất sau tổng trở Z A S A , đồng thời dòng công suất sau tổng trở Z 12 S12 Khi đó, tổn thất công suất tổng trở Z 12 : S12 P12 jQ12 P122 Q122 R12 jX12 U ñm Dòng công suất trước tổng trở Z 12 : P12 jQ12 P12 P12 j Q12 Q12 S12 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 95 (95) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Dòng công suất sau tổng trở Z A1 : S A1 PA1 jQ A1 P1t P12 j Q1t Q12 Tổn thất công suất tổng trở Z A1 : P Q S A1 PA1 jQ A1 A1 A1 R A1 jX A1 U ñm Dòng công suất trước tổng trở Z A1 : S A1 PA1 jQ A1 PA1 PA1 j Q A1 Q A1 Tổn thất công suất tổng trở Z : 2 A2 S A PA jQ A PA22 Q A2 R A2 jX A U ñm Dòng công suất trước tổng trở Z A : S A PA2 jQ A PA PA j Q A Q A Doøng coâng suaát nguoàn cung caáp vaøo maïng ñieän: S A PA jQ A PA1 PA2 j Q A1 Q A d Tính ñieän aùp caùc nuùt maïng ñieän kín Điện áp tất các nút mạng điện xác định trên sở điện áp UA nguồn cung cấp và phân bố chính xác các dòng công suất mạng điện Đối với sơ đồ tính toán hình 3.24b, tính điện áp các nút tiến hành theo thứ tự sau Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 2: P R Q A X A U U A A2 A2 UA Điện áp trên góp hạ áp trạm 2, quy đổi phía cao áp: P R Q2 X b U 2q U b2 U2 Ở đây: P2, Q2 : coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng cuûa phuï taûi traïm 2, kW, kVAr; Rb2, Xb2 : điện trở tác dụng và điện kháng các máy biến áp trạm 2, Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 1: P R Q A1 X A1 U1 U A A1 A1 UA Điện áp trên góp hạ áp trạm 1, quy đổi phía cao áp: P R Q1 X b1 U1q U1 b1 U1 Ở đây: P1, Q1 : coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng cuûa phuï taûi traïm 1, kW, kVAr; Rb1, Xb1 : điện trở tác dụng và điện kháng các máy biến áp trạm 1, 2.13 CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP Biết điện áp trên góp hạ áp trạm biến áp các chế độ phụ tải lớn nhất, nhỏ và cố quy đổi phía cao áp, có thể tìm đầu điều chỉnh tính toán máy biến áp Đầu điều chỉnh chọn cho đảm bảo độ lệch nhỏ điện áp trên góp các trạm biến áp các chế độ làm việc khác mạng điện ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 96 (96) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Neáu caùc phuï taûi treân goùp haï aùp cuûa traïm bieán aùp coù yeâu caàu ñieàu chænh ñieän aùp khác thường, đó cần sử dụng các máy biến áp điều chỉnh tải Sử dụng các máy biến áp điều chỉnh tải cho phép thay đổi đầu điều chỉnh máy biến áp vận hành Do đó, chất lượng điện áp các hộ tiêu thụ đảm bảo ngày đêm Vì vậy, cần xác định điện áp đầu điều chỉnh chế độ phụ tải lớn và nhỏ Bởi vì thời gian xảy cố không biết trước, đó có thể giả thiết chế độ này xuất trường hợp bất lợi nhất, nghĩa là vào phụ tải lớn Nếu biết các giá trị điện áp trên góp hạ áp trạm biến áp các chế độ phụ tải lớn nhất, nhỏ và sau cố, quy đổi phía điện áp cao là U q max , U q , U qsc Đồng thời điện áp yêu cầu trên góp hạ áp trạm các chế độ phụ tải lớn nhất, nhỏ và sau cố có các giá trị tương ứng là U yc max , U yc , U y csc Như vậy, đầu điều chỉnh cuộn dây cao áp phụ tải lớn xác định theo công thức: U q maxU hñm U ñc max U yc max Đối với chế độ phụ tải nhỏ nhất: U q minU hñm U ñc U yc Trong chế độ sau cố: U ñ csc U qscU hñm U y csc Với Uhđm - điện áp định mức cuộn hạ áp, kV Từ các giá trị tìm điện áp tính toán theo công thức trên, ta tiến hành chọn các đầu tiêu chuẩn gần Ký hiệu điện áp các đầu điều chỉnh theo tiêu chuẩn các chế độ phụ tải lớn nhất, nhỏ và sau cố là Utc max, Utc min, Utc sc Khi đó, các điện áp thực trên góp hạ áp trạm các chế độ tính đây Đối với chế độ phụ tải lớn nhất: U q maxU hñm U t max U tc max Đối với chế độ phụ tải nhỏ nhất: U q minU hñm U t U tc Đối với chế độ sau cố: U qscU hñm U tsc U t csc Độ lệch điện áp trên góp hạ áp trạm chế độ xác định theo công thức tổng quát sau: U U ñm U i % it 100% U ñm Ở đây: Uit là điện áp thực trên góp hạ áp trạm chế độ phụ tải lớn nhất, nhỏ và sau cố ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 97 (97) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 2.14 LƯU ĐỒ THỦ TỤC THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 98 (98) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh CHÖÔNG THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG CHO TRẠM PHÂN PHOÁI 22/0,4kV 3.1 BAØI TAÄP THIEÁT KEÁ Số liệu đường dây phân phối 22kV: - Chiều dài đường dây: km - Soá traïm bieán aùp phaân phoái: 10 traïm - Công suất máy cắt đầu nguồn: 1400MVA - Đồ thị phụ tải hàng ngày trạm biến áp: Giờ 10 11 12 %Smax 50 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 60 Giờ 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 %Smax 40 40 50 50 70 70 100 100 100 80 80 60 - Toång coâng suaát phuï taûi: 650kVA/traïm - Hệ số đồng thời phụ tải trạm: 0,65 - Heä soá coâng suaát: 0,8 3.2 TÍNH TOÁN VAØ THIẾT KẾ Xác định tải cực đại và lựa chọn máy biến áp cho trạm Tổng công suất tính toán trạm: Smax = SL kdt = 650 0,65 = 422,5 kVA Vaäy: Smax = Stt traïm = 422,5 kVA 100%Smax = 422,5 kVA Đường dây trên không với phụ tải phân bố đều: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 99 (99) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải bình thường trạm có máy biến áp: Đồ thị phụ tải Choïn maùy bieán aùp coù coâng suaát 400kVA - Tính phụ tải đẳng trị 10 trước quá tải: S dtri1 = S i ti 10 338 380,25 253,5 169 211,25 295,75 10 = 280,76 (kVA) - Tính phụ tải đẳng trị thời gian quá tải: S dtri 422,5 422,5(kVA) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 100 (100) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - Tỉ số phụ tải đẳng trị trước quá tải và công suất định mức MBA: k1 S dtri1 280,76 0,7 S dm 400 - Tỉ số phụ tải đẳng trị quá tải và công suất định mức MBA: k2 S dtri 422,5 1,06 S dm 400 Với k1 = 0,7 và thời gian quá tải là tra trên đồ thị sau tìm k2cp Từ đồ thị: k cp 1,26 Nhaän thaáy k k 2cp Vậy chọn máy biến áp có công suất định mức 400(kVA) là hợp lí Tính thoâng soá cuûa maùy bieán aùp Với công suất máy biến áp đã chọn, tra bảng có các thông số sau: U N % 4% PN 5750W P0 840W Trong đó: P0 : Tổn thất lúc không tải PN : Toån thaát luùc ngaén maïch ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 101 (101) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh U N %: Độ sụt áp ngắn mạch % Dựa vào thông số trên, tính thông số máy biến áp qui phía cao áp (22kV) nhö sau: Điện trở: PN U dm 5750 22 RB 17,39() S dm 400 Tổng trở: ZB U N % U dm 22 10 10 48,4() 400 S dm Ñieän khaùng: X B Z B2 R B2 48,4 17,39 45,167() Tính toán tổn thất điện trạm Tổn thất điện tính theo theo công thức: S A n PFe t n PN max S dm (kWh) Trong đó: A: Toån thaát ñieän naêng naêm (kWh/naêm) n: Soá maùy bieán aùp laøm vieäc song song traïm Traïm coù maùy bieán aùp neân n =1 PFe : Toån thaát coâng suaát loõi theùp Do cố năm xảy ít nên tổn thất năm coi không đáng kể Vì vậy, tính tổn thất điện lúc bình thường năm: Tmax=6022,5h/năm 0,124(1 Tmax 10 4 ) 8760 =4434,7h 422,5 A 0,84 8760 5,75 4434,75 35807,62( kWh) 400 Vaäy toång ñieän naêng maø phuï taûi tieâu thuï naêm laø: A Ptt Tmax 338 6022,5 2035605 (kWh/naêm) với Ptt =Smax.cos=4225.0,8=3380kW Vaäy % toån thaát ñieän naêng naêm laø: A% A 35807,62 100% 100% 1,759% A 2035605 Chọn tiết diện dây dẫn trên không 22kV thoả mãn sụt áp đến cuối đường dây là 5% Chọn tiết diện dây dẫn 22kV thỏa mãn điều kiện sụt áp cuối đường dây là 5% ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 102 (102) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Đường dây có phụ tải phân bố sau: 6km HT Smax Smax Smax Smax Smax Smax { 10 trạm } Ta coù: Toång traïm laø 10 traïm Smax = 422,5 kVA Chọn dân dẫn thoả điều kiện sụt áp U cp 5% Sơ đồ tương đương tính sụt áp cho đường dây có phụ tải phân bố : /2 Với S = Smax Số trạm = 422,5 10 = 4225(kVA) Công suất tác dụng lúc cực đại: Pmax S cos 4225 0,8 3380(kW ) Công suất phản kháng lúc cực đại: Qmax S sin 4225 0,6 2535(kVAr ) Dựa vào bảng số liệu tính toán dây nhôm lõi thép, chọn dây AC có tiết diện 35mm2 tra bảng tìm các thông số sau : Tieát dieän ñònh mức dây mm2 Tiết diện tính toán dây dẩn (mm2) Phaàn nhoâm Loõi theùp daån ñieän 35 36,9 Điện trở trên đơn vị chiếu dài : 6,2 Đường kính tính toán (mm) Daây daãn Loõi theùp 8,4 2,8 Điện trở ( / km ) 0,85 r0 0,85( / km) Đường kính tính toán dây dẫn: d 8,4(mm) Suy baùn kính r = d/2 = 8,4/2 = 4,2(mm) Tính : ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 103 (103) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh x0 0,144 log Dtb 0,016 r Trong đó : r : laø baùn kính daây daãn Dtb : khoảng cách trung bình pha Đối với đường dây trên không theo qui định điện lực đường dây 22kV thì khoảng caùch trung bình pha laø Dtb =1,2(m) Suy ra: x0 0,144 log 1200 0,016 0,3696( / km) 4,2 - Điện trở tương đương trên đường dây: R r0 0,85 2,55() 2 - Điện kháng tương đương trên đường dây: X x0 0,3696 1,1089() 2 Vậy tổn thất sụt áp trên đường dây là: U (%) Pmax R Q max X U (%) 10 U dm 100 % 3380 2,55 2535 1,1089 100% 2,36% 22 10 Thoả điều kiện sụt áp U(%) = 2,36% < Ucp(%) = 5% Vậy chọn dây AC – 35mm2 là hợp lý Tính toán sụt áp cuối đường dây lúc phụ tải cực đại và cực tiểu a Sụt áp cuối đường dây lúc phụ tải cực đại: S max 4225kVA Pmax 3380kW Q max 2535kVAr U max Pmax R Q max X 3380 2,55 2535 1,1089 519,45V U dm 22 Vaäy: U 1A 22kV 0,51945kV 21,4804kV b Sụt áp cuối đường dây lúc phụ tải cực tiểu: S 169 10 1690kVA Pmin S cos 1690 0,8 1352kW Q S sin 1690 0,6 1014kVAr ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 104 (104) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Pmin R Q X 1352 2,55 1014 1,1089 207,81V U dm 22 U Vaäy: U A 22kV 0,20781kV 21,7921kV c Sụt áp qua máy biến áp lúc tải cực đại: Pmax S max cos 422,5 0,8 338kW Q max S max sin 422,5 0,6 253,5kVAr U B max Pmax R B Q max X B 338 17,39 253,5 45,167 787,62V U dm 22 d Sụt áp qua máy biến áp lúc tải cực tiểu: Pmin S cos 169 0,8 135,2kW Q S sin 169 0,6 101,4kVAr U B Pmin R B Q X B 135,2 17,39 101,4 45,167 315,04V U dm 22 Chọn đầu phân áp Đối với máy biến áp 22/0,4kV có đầu phân áp phía cao áp sau: Đầu phân áp 5% 2,5% 0% -2,5% -5% Upa tieâu chuaån (1 + 5%) 22 = 23,1 kV (1 + 2,5%) 22 = 22,55 kV (1 + 0%) 22 = 22 kV (1 - 2,5%) 22 = 21,45 kV (1 - 5%) 22 = 20,9 kV Giả thiết máy có đầu phân áp 2x 2,5%, đầu định mức Điện áp không tải phía thứ caáp U ktTC 1,05 380 400(V ) 0,4(kV ) Gọi: U A là giá trị điện áp cuối đường dây lúc tải cực đại U A là giá trị điện áp cuối đường dây lúc tải cực tiểu U 1b ( yc ) là giá trị điện áp phía hạ áp lúc tải cực đại U 2b ( yc ) là giá trị điện áp phía hạ áp lúc tải cực tiểu UktTC là giá trị điện áp không tải phía thứ cấp Choïn U yc U 1b ( yc) U b ( yc) (1 5%) U dm 1,05 380 400V 0,4kV - Đầu phân áp tính toán lúc phụ tải cực đại: U pa1 U ktTC U 1A U B max 0,421,4804 0,78762) U pa1 20,692kV U 1b ( yc) 0,4 - Đầu phân áp tính toán lúc phụ tải cực tiểu: U pa U ktTC U A U B 0,421,7921 0,31504) U pa 21,477kV U b ( yc) 0,4 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 105 (105) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - Đầu phân áp trung bình: U patb U pa1 U pa 2 20,692 21,477 21,084kV Dựa vào bảng đầu phân áp 22/0,4kV phía trên và theo cách tính, chọn đầu phân áp tiêu chuẩn – 2,5% ứng với mức điện áp 21,45kV Tính toán kiểm tra lại mức điện áp thực tế phiá hạ áp với đầu phân áp đã chọn - Lúc phụ tải cực đại: U 1b U ktTC 0,4 ( U 1A U B max ) (21,4804 0,7876) 0,385kV U patc 21,45 - Lúc phụ tải cực tiểu: U 2b U ktTC 0,4 ( U A U B ) (21,7921 0,31504) 0,4kV U patc 21,45 Vậy với đầu phân áp đã chọn trên điện áp phía hạ áp lúc phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu lân cận với điện áp định mức Vậy chọn đầu phân áp trên là hợp lí ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 106 (106) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Sơ đồ nguyên lý trạm đường dây trên không Tính toán ngắn mạch phía cao áp và hạ áp trạm HT N1 R1 + jX1 MBA RB + jXB N2 Theo đề bài, công suất cắt đầu nguồn là:1400MVA ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 107 (107) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Suy tổng trở tương đương hệ thống (qui phía 22kV) là: Z ht U2 22 0,3457 S N 1400 Điện trở và điện kháng hệ thống có thể suy từ Rht / Z ht 0,1 R ht 0,1 Z ht 0,1 0,3457 0,03457 X ht Z 2ht R 2ht 0,3457 0,03457 0,344 Với điện trở và điện kháng trên đường dây cao áp : R1 r0 0,85 5,1 X x 0,3696 2,2176 a Doøng ngaén maïch phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp: - Ngaén maïch taïi ñieåm N1: I N1 U 3 R Rht ( X X ht ) 22 3 5,1 0,03457 2 (2,2176 0,344) 2,5(kA) - Doøng ngaén maïch xung kích phía cao aùp laø: Ta X N1 0,0016 R N k xk e , 01 Ta 1 I xkN k xk I N 2,5 3,6(kA) Với k xk 1,8 b Doøng ngaén maïch phía haï aùp cuûa maùy bieán aùp: - Ngaén maïch taïi ñieåm N2: Qui veà cao aùp: I N' U 3 RB R1 Rht 2 ( X B X X ht ) 22 3 17,39 5,1 0,03457 Với tỉ số máy biến áp là: k (45,167 2,2176 0,3457) 0,2343(kA) 22 55 0,4 - Suy dòng ngắn mạch thực tế phía hạ áp là: I N I N' k 0,2343 55 12,89(kA) - Doøng ngaén maïch xung kích phía haï aùp laø: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 108 (108) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh I xkN k xk I N 12,89 18,18(kA) Với k xk Choïn khí cuï ñieän a Choïn choáng seùt van (LA): - Điện áp vận hành cực đại hệ thống Um Độ lệch điện áp cho phép theo qui định U 5%U dm Do đó: U m U dm U 22 0,05 22 23,1kV - Xác định hệ số chạm đất Ke : Hệ thống dây, nối đất tổng trở nhỏ nên chọn Ke = 1,4 - Xác định giá trị quá áp tạm thời UTOV : U TOV LA U TOV mang K e Um 1,4 23,1 18,67 kV - Xaùc ñònh ñieän aùp vaän haønh lieân tuïc cuûa choùng seùt van Uc : U MCOV Um 23,1 13,34kV Chọn chống sét van oxyt kim loại ABB chế tạo có các thông số sau : Loại : POLIM-D Điện áp định mức chống sét Ur = 27 kV Điện áp làm việc liên tục lớn : Uc = 22kV b Chọn đo đếm trung thế: Với máy biến áp 400kVA, chọn 3TU – 12700/120 và TI – 22kV với tỉ số biến TI là 15/5 c Chọn cầu chì tự rơi (FCO): Dòng điện định mức phía cao áp máy biến áp: I lv max S max U dm 422,5 22 11,09( A) Điều kiện để lựa chọn FCO: U dmFCO U dmmang 22kV I dmFCO I lv max 11,09 A I N222 234 39 A 6 I N 2,5kA I dmFCO I NFCO Dựa vào dòng điện, chọn FCO hãng CHANCE chế tạo có các thông số sau: Loại C710 – 211PB ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Udm (kV) 27 Idm (A) 40 feee.hcmute.edu.vn IN (kA) 109 (109) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh d Choïn caùp xuaát haï theá: Với công suất máy biến áp 400kVA, chọn cáp xuất hạ thế: Coâng suaát maùy bieán maùy bieán theá pha 400 kVA Tiết diện cáp đồng bọc HT(100V) 3x240 + 1x150 e Choïn maùy caét haï theá: Dòng điện làm việc cực đại: S max I lv max U dm 422,5 0,4 609,8( A) Điều kiện để lựa chọn máy cắt: U dmMC U dmmang 0,4kV I dmMC I lv max 609,8 A I NMC I N 12,89kA Tra baûng choïn maùy caét cuûa haõng MERLIN GERIN cheá taïo coù thoâng soá nhö sau: Loại M10 Số cực Idm (A) 600 Udm (V) 240/400 IN (kA) 40 f Choïn caùi haï aùp: Dòng làm việc cực đại: Ilvmax = 609,8 (A) Tra bảng chọn loại cái đồng có thông số sau : Kích thước (mm2) 50 x Tieát dieän (mm2) 250 Khối lượng (kg/m) 2,225 Icp (A) 860 Kieåm tra ñieàu kieän phaùt noùng k1 k k I cp I lv max Trong đó : k1 = 0,95 caùi ñaët naèm ngang k2 = duøng caùi k3 = 0,85 hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường là 350C Suy : k k k I cp 0,95 0,85 700 694,45A > Ilvmax = 609,8 A Vậy chọn cái trên làhợp lý 10 Tính toán nối đất trạm Thiết kế hệ thống nối đất sau: Hệ thống nối đất bao gồm thép góc 60 60 mm dài 2,5m nối với thép dẹt 40mm tạo thành mạch vòng nối đất xung quanh trạm biến áp Các cột đóng sâu đất 0,7m, thép dẹt hàn chặt độ sâu 0,8m, chiều dài 12,5m a Thieát keá phaàn coïc: Xác định điện trở thép góc (1 cọc) Điện trở nối đất cọc nối đất cho công thức: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 110 (110) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän R1coc PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 0,366 2 4t k lg lg d 4t Với: : chieàu daøi coïc (cm) d = 0,95.b với b là chiều rộng cạnh thép góc t: là độ sâu chôn cột tính từ điểm cọc (cm) : là điện trở suất đất k: laø heä soá muøa Đối với cọc trên ta có: = 250 cm d = 0,95.b = 0,95.6 = 5,7 cm t = 70 + 125 = 195 cm Vaäy : R1coc 0,366 250 195 250 k lg lg 0,0030513. k 250 5,7 195 250 Chọn điện trở suất đất 0,4.10 .cm Heä soá muøa: k = 1,5 R1coc 0,0030513 0,4.10 1,5 18,31() Xaùc ñònh sô boä coïc, ñaët caùch 2,5m moãi coïc daøi 2,5m Suy ra: Tyû soá a 2,5 1 2,5 Tra bảng, tìm hệ số sử dụng cọc: k sd 0,63 Vậy tính điện trở tương đương toàn số cọc: Rtdcoc R1coc k sd n Với n: số cọc Rtdcoc 18,31 4,844() 0,63 b Thieát keá phaàn maïch voøng noái: Điện trở nối đất nối cho công thức: 0,366. tt 2. 2thanh RT lg b.t Với tt k : điện trở suất đất độ sâu chôn (0,8 m) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 111 (111) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh : chieàu daøi (cm) b: chiều rộng nối đất, b = 40mm = cm t: độ chôn sâu nối đất t = 0,8m = 80 cm Giả thuyết chọn k = 3, mưa lớn trước đó Suy ra: 0,366 0,4.10 1250 RT lg 14,018() 1250 80 Tra bảng tìm hệ số sử dụng nối vòng: k sd 0,72 - Suy điện trở nối đất thực tế là: Rtdthanh RT 14,018 19,469() k sd 0,72 - Điện trở toàn số cọc và thanh: Rnd Rtdcoc Rtdthanh 4,844 19,469 3,878() Rtdcoc Rtdthnh 4,844 19,469 Vaäy: Rnd 3,878() 4() Tóm lại, thiết kế hệ thống nối đất cho trạm sau: dùng cọc thép góc L 60 60 6mm dài 2,5m nối với thép dẹt 40mm dài 12,5m Các cọc đóng sâu mặt đất 0,7 m, thép dẹt hàn chặt độ sâu 0,8m Điện trở nối đất thực tế nhỏ ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 112 (112) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh CHÖÔNG TÍNH TOÁN VAØ THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI ĐIỆN CHO KHU COÂNG NGHIEÄP 4.1 BAØI TAÄP THIEÁT KEÁ Thông số nguồn: SN = 5000 MVA, UN = 110 kV Nhiệt độ môi trường: 350C Thoâng soá phuï taûi: Nuùt Bảng 4.1 Các số liệu các phụ tải theo thời gian: Taûi Loại hộ 1 2 P,Q t 0h – 4h 4h – 8h 8h – 12h 12h – 16h 16h – 20h 20h – 24h P(MW) 1,44 1,44 1,92 2,4 2,16 1,68 Q(MVAR) 1,08 1,08 1,44 1,8 1,62 1,26 P(MW) 1,02 1,02 1,36 1,7 1,53 1,19 Q(MVAR) 0,63 0,63 0,84 1,05 0,95 0,74 P(MW) 0,4 0,56 0,8 0,64 0,56 0,4 Q(MVAR) 0,38 0,53 0,75 0,6 0,53 0,38 P(MW) 2,04 2,04 2,72 3,4 3,06 2,38 Q(MVAR) 1,26 1,26 1,69 2,11 1,9 1,48 P(MW) 1,2 1,68 2,4 1,92 1,68 1,2 Q(MVAR) 0,9 1,26 1,8 1,44 1,26 0,9 P(MW) 1,2 1,68 2,4 1,92 1,68 1,2 Q(MVAR) 0,9 1,26 1,8 1,44 1,26 0,9 P(MW) 0,48 0,48 0,64 0,8 0,72 0,56 Q(MVAR) 0,45 0,45 0,6 0,75 0,68 0,53 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 113 (113) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Vò trí nguoàn vaø phuï taûi y(km) Tæ leä: moãi caïnh : km x(km) 4.2 TÍNH TOÁN VAØ THIẾT KẾ 4.2.1 PHAÂN TÍCH NGUOÀN Nguoàn cung caáp cho khu coâng nghieäp laø heä thoáng ñieän, coù coâng suaát ngaén maïch phía nguoàn SN = 5000 MVA, heä soá coâng suaát treân goùp 110 kV cuûa heä thoáng baèng 0,85 Choïn goùp heä thoáng laø nuùt caân baèng coâng suaát 4.2.2 PHAÂN TÍCH PHUÏ TAÛI Khu công nghiệp có phụ tải Số liệu các phụ tải trình bày Bảng 4.1 Các thông số tính toán các phụ tải trình bày Bảng 4.2 Bảng 4.2 Thông số tính toán các phụ tải Phuï taûi Pmax (MW) 2,4 1,7 0,8 3,4 2,4 2,4 0,8 Pmin (MW) 1,44 1,02 0,4 2,04 1,2 1,2 0,48 Qmax (MVAr) 1,8 1,05 0,75 2,1 1,8 1,8 0,75 Qmin (MVAr) 1,08 0,63 0,38 1,26 0,9 0,9 0,45 6716 6716 6132 6716 6132 6132 6716 5545 5545 4760 5545 4760 4760 5545 Tmax = ∑P t i Pmax i .365 (h) τ = (0,124 + Tmax 10 _ )2 8760 (h) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 114 (114) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh P (MW) 3,4 2,72 2,04 2,4 1,92 0,8 2,38 1,68 1,44 0,4 0,56 2,4 3,06 2,16 0,64 0,56 0,4 12 P (MW) 18 1,5 1,2 1,02 0,48 24 t (h) 1,68 1,36 5, 1,92 1,7 1,68 1,53 1,2 0,8 0,72 1,19 0,64 0,56 12 18 24 t (h) Hình 4.2 Đồ thị phụ tải các hộ tiêu thụ theo P Q (MVAr) 1,5 2,11 1,69 1,8 1,9 1,62 1,48 1,44 1,26 0,6 0,53 12 0,38 18 1,8 1 24 t (h) 0,45 5, 1,26 1,05 0,95 0,9 0,84 0,75 0,68 0,74 0,6 0,53 0,9 0,63 1,44 1,26 1,26 1,08 0,53 0,75 0,38 Q (MVAr) 12 18 24 t (h) Hình 4.3 Đồ thị phụ tải các hộ tiêu thụ theo Q 4.2.3 CAÂN BAÈNG COÂNG SUAÁT TRONG HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Caân baèng coâng suaát taùc duïng Phương trình cân công suất tác dụng chế độ phụ tải cực đại có dạng: PHT Ppt Ppt m Pmax P Pdt Ở đây: PHT PptΣ - công suất tác dụng cung cấp từ hệ thống (MW); - công suất tác dụng phụ tải mạng điện có kể đến phát triển tương lai (MW); m - hệ số đồng thời xuất các phụ tải cực đại (m = 0,8); Pmax -tổng công suất tác dụng các phụ tải chế độ tải cực đại (MW), xác định theo baûng 8.2: P max 13,9 MW P -toång toån thaát maïng ñieän (MW), tính sô boä coù theå laáy: 5% 0,05 13,9 0,7 MW max Pdt - công suất tác dụng dự trữ cho phát triển tương lai (MW); ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 115 (115) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Pdt 10% Pmax 0,1 13,9 1,39 MW Như vậy, chế độ phụ tải cực đại, công suất tác dụng hệ thống cần cung cấp cho các phuï taûi: PHT Ppt ,8 13,9 ,7 1,39 13,21 MW Caân baèng coâng suaát phaûn khaùng Phöông trình caân baèng coâng suaát phaûn khaùng coù daïng: QHT Qb Q pt Q pt m Qmax QL QBA Qdt Ở đây: QHT Qb - coâng suaát phaûn khaùng heä thoáng cung caáp (MVAr); QHT PHT tg HT 13,21 ,62 8,19 MVAr - coâng suaát phaûn khaùng cuûa caùc thieát bò buø (MVAr); Q pt - công suất phản kháng phụ tải tổng mạng điện có kể đến phát triển tương lai m (MVAr); - hệ số đồng thời xuất các phụ tải cực đại (m = 0,8); - tổng công suất phản kháng tiêu thụ các phụ tải chế độ tải cực đại (MVAr), Q max xác định theo bảng 8.2: Q L Q max 10,05 MVAr - tổng tổn thất công suất phản kháng cảm kháng các đường dây maïng ñieän (MVAr), tính sô boä laáy: ∑ΔQ L = 5% ∑Q max = 0,05.10,05 = 0,50 MVAr Q BA - toång toån thaát coâng suaát phaûn khaùng caùc traïm bieán aùp, tính sô boä laáy: ∑ΔQ Qdt BA = 15% ∑Q max = 0,15.10,05 = 1,51 MVAr - công suất phản kháng dự trữ cho phát triển tương lai (MVAr); Q dt = 5% ∑Q max = 0,05.10,05 = 0,50 MVAr Như vậy, công suất phản kháng phụ tải tổng mạng điện có kể đến phát triển tương lai: Q pt 0,8 10,05 0,50 1,51 0,50 10,55 MVAr Từ các kết tính toán trên nhận thấy rằng, công suất phản kháng nguồn cung cấp nhỏ hôn coâng suaát phaûn khaùng tieâu thuï Vì vaäy, caàn phaûi buø coâng suaát phaûn khaùng maïng ñieän thieát keá Dung lượng bù sơ bộ: Qb Q pt QHT 10,55 8,19 2,36 MVAr 4.2.4 VAÏCH RA CAÙC PHÖÔNG AÙN ÑI DAÂY Caùc chæ tieâu kinh teá - kyõ thuaät cuûa maïng ñieän phuï thuoäc raát nhieàu vaøo phöông aùn ñi daây Vì vậy, phương án dây lựa chọn cần có các chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện theo yêu cầu các hộ tiêu thụ, thuận tiện và an toàn vận hành, khả phát triển tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.Trên sở phân tích đặc điểm nguồn cung cấp và các phụ tải, vị trí chúng, có phương án dây dự kiến sau (Hình 4.4) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 116 (116) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 2 3 1 4 7 6 5 Phöông aùn Phöông aùn 2 3 1 4 7 6 5 Phöông aùn Phöông aùn 2 3 1 4 0 7 6 5 Phöông aùn Phöông aùn 2 3 1 4 7 6 5 Phöông aùn ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Hình 4.4 Caùc phöông aùn ñi daây feee.hcmute.edu.vn Phöông aùn 117 (117) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 4.2.5 TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT Mục đích việc tính phân bố công suất là xác định dòng công suất chạy trên các đoạn lưới Đối với phương án hình tia, công suất trên các đoạn lưới tìm phương pháp cộng đồ thị phuï taûi Pi (t) vaø Qi (t) Kết tính toán phân bố cống suất các phương án trình bày Bảng 4.3 Bảng 4.3 Phân bố công suất các đoạn lưới Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,1 2,85 4,99 1–2 1,7 1,05 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 1,7 1,05 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 2,34 1,65 2,86 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 2,34 1,65 2,86 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 1,7 1,05 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 2,34 1,65 2,86 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 1,7 1,05 Đoạn lưới Pij (MW) Qij (MVAr) Sij (MVA) 0–1 4,74 3,45 5,86 1–2 2,34 1,65 2,86 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Phöông aùn 0–3 0–4 0,8 3,4 0,75 2,1 Phöông aùn 1–3 0–4 0,8 3,4 0,75 2,1 Phöông aùn 2–3 0–4 0,8 3,4 0,75 2,1 Phöông aùn 2–3 0–4 0,8 3,4 0,75 2,1 Phöông aùn 1–3 0–4 0,8 3,4 0,75 2,1 Phöông aùn 2–3 0–7 0,8 4,2 0,75 2,85 5,08 Phöông aùn 1–3 0–7 7–4 0,8 2,22 1,42 0,75 1,56 0,81 2,71 1,64 Phöông aùn 2–3 0–7 7–4 0,8 2,22 1,42 0,75 1,56 0,81 2,71 1,64 feee.hcmute.edu.vn 0–5 2,4 1,8 0–7 3,04 2,4 3,87 7–6 2,4 1,8 0–7 0,8 0,75 0–5 4,8 3,6 5–6 2,4 1,8 0–5 2,4 1,8 0–7 3,04 2,4 3,87 7–6 2,4 1,8 0–7 0,8 0,75 0–5 4,8 3,6 5–6 2,4 1,8 0–5 2,4 1,8 0–7 3,04 2,4 3,87 7–6 2,4 1,8 7–4 3,4 2,1 0–5 4,8 3,6 5–6 2,4 1,8 0–4 1,98 1,29 2,36 0–5 4,8 3,6 5–6 2,4 1,8 0–4 1,98 1,29 2,36 0–5 4,8 3,6 5–6 2,4 1,8 118 (118) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 4.2.6 SÔ BOÄ SO SAÙNH CAÙC PHÖÔNG AÙN VEÀ MAËT KINH TEÁ Để sơ so sánh các phương án mặt kinh tế, có thể dựa vào momen phụ tải Phương án hợp lý mặt kinh tế là phương án có Pl i i Pl i i 2, 83 km 3,6 km Phöông aùn km Hình 4.5 Sơ đồ mạng điện phương án Toång momen phuï taûi cuûa phöông aùn 1: P1l1 P01l01 P12 l12 P03 l03 P04 l04 P07 l07 P76 l76 P05 l05 4,1 2,83 1,7 3,6 0,8 8,94 3,4 11 3,04 6,32 2,4 2,24 2,4 98,86 (MW.km) Tương tự tính cho các phương án còn lại Kết tính toán trình bày bảng 8.4 Baûng 4.4 Momen phuï taûi cuûa caùc phöông aùn Phöông aùn Pi li , 98,86 103,29 99,12 103,83 MW.km 98,58 106,24 104,29 104,84 Từ các kết tính toán Bảng 8.4, chọn ba phương án 1, và để tiến hành so sánh chi tieát kinh teá - kyõ thuaät 4.2.7 CHOÏN CAÁP ÑIEÄN AÙP PHAÂN PHOÁI CUÛA MAÏNG ÑIEÄN Điện áp định mức mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến các tiêu kinh tế - kỹ thuật, nhö caùc ñaëc tröng kyõ thuaät cuûa maïng ñieän Điện áp định mức mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất phụ tải, khoảng cách các phụ tải và nguồn cung cấp, sơ đồ mạng điện, … Có thể tính điện áp định mức đường dây theo công thức kinh nghiệm sau: U tt = 4,34 l + 16.P , kV Ở đây: l - khoảng cách truyền tải, km; P - công suất truyền tải trên đường dây, MW Kết tính điện áp tính toán cho các đoạn lưới và chọn điện áp định mức cho mạng điện các phương án trình bày Bảng 4.5 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 119 (119) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Bảng 4.5 Điện áp tính toán và điện áp định mức mạng điện Phöông aùn Đoạn lưới 0–1 1–2 0–3 0–4 0–5 4,1 1,7 0,8 3,4 2,4 Pij (MW) 2,83 3,60 8,94 11,0 lij (km) 35,9 24,1 20,2 35,1 28,6 Utt(kV) 22 Uñm(kV) Phöông aùn Đoạn lưới 0–1 1–2 2–3 0–4 0–5 4,74 2,34 0,8 3,4 2,4 Pij (MW) 2,83 3,60 4,12 11,0 lij (km) 38,5 27,8 17,9 35,1 28,6 Utt(kV) 22 Uñm(kV) Phöông aùn Đoạn lưới 0–1 1–2 1–3 0–4 0–5 4,74 1,7 0,8 3,4 2,4 Pij (MW) 2,83 3,60 6,32 11,0 lij (km) 38,5 24,1 18,98 35,1 28,6 Utt(kV) 22 Uñm(kV) 0–7 3,04 6,32 32,2 7–6 2,4 2,24 27,7 0–7 3,04 6,32 32,2 7–6 2,4 2,24 27,7 0–7 3,04 6,32 32,2 7–6 2,4 2,24 27,7 4.2.8 CHỌN LOẠI DÂY DẪN VAØ TIẾT DIỆN DÂY DẪN Mạng điện 22 kV thường là các đường dây trên không Dây dẫn sử dụng là dây nhôm lõi thép xoắn (As) Các dây dẫn thường đặt trên các sứ, xà đỡ, gá đặt trên cột bê tông cốt thép hay cột thép tuỳ theo loại cột (cột trung gian, cột néo, cột góc, cột cuối, …) và địa hình đường dây qua Đối với đường dây 22 kV, khoảng cách trung bình hình học dây dẫn các pha m, khoảng vượt từ 40 50 m Đối với mạng phân phối trung áp, tiết diện dây dẫn chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Phöông aùn Chọn tiết diện dây dẫn đoạn lưới – Dòng điện chạy trên đoạn lưới chế độ tải cực đại: S 4,12 2,85 I lv max 1 max 01 10 10 65,5 A 3U ñm 3.22 Với dây nhôm lõi thép, Tmax = 6716 h, tra bảng ta Jktế = 1,0 A/mm2 Tieát dieän daây daãn: I 65,5 F0 1 lv max 1 65,5 mm J kteá 1,0 Choïn daây nhoâm loõi theùp xoaén CADIVI saûn xuaát maõ hieäu As 70/11, Icp = 265A, r0 = 0,4218 / km , x0 = 0,382 / km , nhiệt độ môi trường xung quanh tiêu chuẩn là 250C Điện trở và điện kháng đoạn lưới: 1 R r0 l 0,4218.2,83 0,6 n 1 X x l 0,382.2,83 0,54 n ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 120 (120) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Sau chọn tiết diện tiêu chuẩn cần kiểm tra dòng điện chạy trên đoạn lưới chế độ cố Đối với đoạn lưới – 1, cố có thể xảy là ngừng mạch trên đường dây Doøng ñieän chaïy treân maïch coøn laïi: I max 1 I lv max 01 65,5 131 A K I cp 0,88.265 233,2 A Chọn tiết diện dây dẫn đoạn lưới – Dòng điện chạy trên đoạn lưới chế độ tải cực đại: S 0,8 0,75 10 28,8 A I lv max 3 max 3 10 3U ñm 3.22 Với dây nhôm lõi thép, Tmax = 6132 h, tra bảng ta Jktế = 1,0 A/mm2 Tieát dieän daây daãn: I 28,8 F0 3 lv max 03 28,8 mm 1,0 J kteá Choïn daây nhoâm loõi theùp xoaén CADIVI saûn xuaát maõ hieäu As 35/6,2 coù Icp = 175 A, r0 = 0,7774 / km , x0 = 0,403 / km Tương tự chọn dây dẫn cho các đoạn lưới còn lại Kết chọn dây dẫn cho phương án trình bày Bảng 4.8 Bảng 4.8 Thông số các đường dây mạng điện l Đoạn Ibt Ftt Ftc Icp Imax r0 x0 2 (km) ( / km ) ( / km ) (A) (mm ) (mm ) (A) (A) lưới 0–1 65,5 65,5 70 265 131 2,83 0,4218 0,382 1–2 26,2 26,2 35 175 52,4 3,60 0,7774 0,403 0–3 28,8 28,8 35 175 8,94 0,7774 0,403 0–4 52,4 52,4 70 265 104,8 11 0,4218 0,382 0–5 39,4 39,4 40 185 78,8 0,7172 0,399 0–7 50,8 50,8 70 265 101,6 6,32 0,4218 0,382 7–6 39,4 39,4 40 185 78,8 2,24 0,7172 0,399 R ( ) 0,60 1,40 6,95 2,32 1,80 1,33 0,80 X ( ) 0,54 0,73 3,60 2,10 1,00 1,21 0,45 Tính toån thaát ñieän aùp maïng ñieän Kết tính tổn thất điện áp mạng điện phương án trình bày Bảng 4.9 Bảng 4.9 Tổn thất điện áp trên các đoạn lưới Đoạn lưới U bt (%) U sc (%) 0–1 1–2 0–3 0–4 0–5 0–7 7–6 0,82 0,65 1,71 2,54 1,26 1,44 0,56 1,64 1,30 1,71 5,08 2,52 2,88 1,12 Từ kết Bảng 4.9, tổn thất điện áp lớn mạng điện phương án 1: U bt max % U 4 bt % 2,54% Tổn thất điện áp lớn cố: U sc max % U sc % 5,08% ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 121 (121) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Phöông aùn Kết lựa chọn dây dẫn phương án trình bày Bảng 4.10 và 4.11 Bảng 4.10 Thông số các đường dây mạng điện l Đoạn Ibt Ftt Ftc Icp Imax r0 x0 2 (A) (mm ) (mm ) (A) (A) (km) ( / km ) ( / km ) lưới – 76,9 76,9 95 300 153,8 2,83 0,3007 0,371 – 37,6 37,6 40 185 75,2 3,60 0,7172 0,399 – 28,8 28,8 35 175 28,8 4,12 0,7774 0,403 – 52,4 52,4 70 265 104,8 11 0,4218 0,382 – 39,4 39,4 40 185 78,8 0,7172 0,399 – 50,8 50,8 70 265 101,6 6,32 0,4218 0,382 – 39,4 39,4 40 185 78,8 2,24 0,7172 0,399 R ( ) 0,43 1,29 3,20 2,32 1,80 1,33 0,80 X ( ) 0,53 0,72 1,66 2,10 1,00 1,21 0,45 Bảng 4.11 Tổn thất điện áp trên các đoạn lưới Đoạn lưới U bt (%) U sc (%) 0–1 1–2 2–3 0–4 0–5 0–7 7–6 0,79 0,87 0,79 2,54 1,26 1,44 0,56 1,58 1,74 0,79 5,08 2,52 2,88 1,12 Từ kết Bảng 8.11, tổn thất điện áp lớn mạng điện phương án 3: U bt max % U 4 bt % 2,54% Tổn thất điện áp lớn cố: U sc max % U sc % 5,08% Phöông aùn Kết lựa chọn dây dẫn phương án trình bày Bảng 4.12 và 4.13 Bảng 4.12 Thông số các đường dây mạng điện l Đoạn Ibt Ftt Ftc Icp Imax r0 x0 2 (A) (mm ) (mm ) (A) (A) (km) ( / km ) ( / km ) lưới – 76,9 76,9 95 300 153,8 2,83 0,3007 0,371 – 26,2 26,2 35 175 52,4 3,60 0,7774 0,403 – 28,8 28,8 35 175 6,32 0,7774 0,403 – 52,4 52,4 70 265 104,8 11 0,4218 0,382 – 39,4 39,4 40 185 78,8 0,7172 0,399 – 50,8 50,8 70 265 101,6 6,32 0,4218 0,382 – 39,4 39,4 40 185 78,8 2,24 0,7172 0,399 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn R ( ) 0,43 1,40 4,91 2,32 1,80 1,33 0,80 X ( ) 0,53 0,73 2,55 2,10 1,00 1,21 0,45 122 (122) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Bảng 4.13 Tổn thất điện áp trên các đoạn lưới Đoạn lưới U bt (%) U sc (%) 0–1 1–2 1–3 0–4 0–5 0–7 7–6 0,79 0,65 1,21 2,54 1,26 1,44 0,56 1,58 1,30 1,21 5,08 2,52 2,88 1,12 Từ kết Bảng 4.13, tổn thất điện áp lớn mạng điện phương án 5: U bt max % U 4 bt % 2,54% Tổn thất điện áp lớn cố: U sc max % U sc % 5,08% 4.2.9 CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY HỢP LÝ VỀ KINH TẾ VAØ KỸ THUẬT Chỉ tiêu kinh tế sử dụng so sánh các phương án là chi phí tính toán hàng năm, xác định theo biểu thức: Z tt a vh atc K ñ A.c Ở đây: a vh - khấu hao năm hao mòn và phục vụ các đường dây mạng điện, % Choïn a vh 4% ; atc - hệ số hiệu vốn đầu tư atc 0,2 (Ttc – thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn Ttc = năm) Ttc Kđ - vốn đầu tư xây dựng đường dây, đ; K ñ nK i li n - hệ số phụ thuộc vào số mạch đường dây Đối với đường dây hai mạch đặt trên cùng moät coät n = 1,6; li - chiều dài đường dây thứ i, km; K0i - giá thành km đường dây mạch, đ/km; K 0i K1 K K1 - giá thành 1km đường dây không phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, đ/km Đối với maïng ñieän 22 kV, K1 = 24.106 ñ/km; K2 - giá thành km đường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, đ/km; K 3m.K m - khối lượng km đường dây, kg/km; K0 - giá thành kg đường dây, K 32.000 đ/kg ; - toång toån thaát ñieän naêng haøng naêm, MW.h; c - giaù kW.h ñieän naêng toån thaát c = 1500 ñ/kWh Phöông aùn Vốn đầu tư xây dựng đoạn lưới – K ñ 01 1,6 K 01l01 Trong đó: l01 = 2,83 km; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 123 (123) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Vaäy: PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh K01 = K1 + K2 = 24.106 + 3.276.32.103 = 50,496.106 ñ/km; K 01 1,6.50,496.10 2,83 228,65.10 ñ Kết tính vốn đầu tư xây dựng các đoạn lưới còn lại trình bày bảng 8.14 Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn lưới – 1: P2 Q2 4,12 2,85 P 01 01 R01 0,6 0,031 MW U ñm 22 Tính tổn thất công suất trên các đoạn lưới còn lại tính tương tự Kết trình bày bảng 8.14 Tổn thất điện trên đoạn lưới – 1: A01 P01 01 Thời gian sử dụng công suất cực đại P T + P2 Tmax 2,4.6716 + 1,7.6716 Tmax 01 = max = = 6716 h P1 + P2 2,4 + 1,7 01 0,124 Tmax 0110 8760 5545 h Vaäy: ΔA 01 = ΔP01 τ 01 = 0,031.5545 = 171,9 MWh Kết tính tổn thất điện các đoạn lưới còn lại trình bày Bảng 4.14 Bảng 4.14 Tổn thất điện và vốn đầu tư mạng điện Đoạn Ký hiệu Trọng lượng l Kñ.106 km ñ lưới daây daây, kg/km H MW MW.h – As 70/11 276 2,83 0,0310 5545 171,9 228,65 – As 35/6,2 148 3,6 0,0115 5545 64,04 220,08 – As 35/6,2 148 8,94 0,0173 4760 82,35 341,58 – As 70/11 276 11 0,0765 5545 424,19 888,73 – As 40/6,7 161,3 0,0335 4760 159,46 315,88 – As 70/11 276 6,32 0,0413 4951 204,48 510,62 – As 40/6,7 161,3 2,24 0,0149 4760 70,92 141,51 Toång 1177,34 2647,05 Caùc keát quaû Baûng 4.14 cho thaáy raèng, toång toån thaát ñieän naêng maïng ñieän: ΔA = 1177,34 MWh Tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây mạng điện: K ñ 2647,05.10 ñ Chi phí tính toán hàng năm: Z tt = (a vh + a tc )K ñ + ΔA.c = (0,04 + 0,2 )2647,05.10 + 1177,34.10 1500 = 2401,302.10 ñ Phöông aùn Kết tính toán phương án trình bày Bảng 4.15 Caùc keát quaû Baûng 4.15 cho thaáy raèng, toång toån thaát ñieän naêng maïng ñieän: ΔA = 1181,21 MWh Tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây mạng điện: K ñ 2517,61.10 ñ Chi phí tính toán hàng năm: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 124 (124) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Z tt a vh atc K ñ A.c 0,04 0,2 2517,61.10 1181,21.10 3.1500 2376,04.10 ñ Bảng 4.15 Tổn thất điện và vốn đầu tư mạng điện Đoạn lưới 0–1 1–2 2–3 0–4 0–5 0–7 7–6 Toång Kyù hieäu daây As 95/16 As 40/6,7 As 35/6,2 As 70/11 As 40/6,7 As 70/11 As 40/6,7 Trọng lượng daây, kg/km 385 161,3 148 276 161,3 276 161,3 l km 2,83 3,6 4,12 11 6,32 2,24 MW 0,0310 0,0220 0,0080 0,0765 0,0335 0,0413 0,0149 h 5412 5287 4760 5545 4760 4951 4760 MW.h 167,77 116,31 38,08 424,19 159,46 204,48 70,92 1181,21 Kñ.106 ñ 276,02 227,43 157,42 888,73 315,88 510,62 141,51 2517,61 Phöông aùn Kết tính toán phương án trình bày Bảng 4.16 Bảng 4.16 Tổn thất điện và vốn đầu tư mạng điện Đoạn Kyù hieäu Trọng lượng l Kñ.106 km lưới daây daây, kg/km ñ h MW.h MW 0–1 As 95/16 385 2,83 0,0310 5412 167,77 276,02 1–2 As 35/6,2 148 3,6 0,0115 5545 63,77 220,07 1–3 As 35/6,2 148 6,32 0,0120 4760 57,12 241,47 0–4 As 70/11 276 11 0,0765 5545 424,19 888,73 0–5 As 40/6,7 161,3 0,0335 4760 159,46 315,88 0–7 As 70/11 276 6,32 0,0413 4951 204,48 510,62 7–6 As 40/6,7 161,3 2,24 0,0149 4760 70,92 141,51 Toång 1147,71 2594,3 Caùc keát quaû Baûng 4.16 cho thaáy raèng, toång toån thaát ñieän naêng maïng ñieän: ΔA = 1147,71 MWh Tổng vốn đầu tư xây dựng đường dây mạng điện: K ñ 2594,3.10 ñ Chi phí tính toán hàng năm: Z tt = (a vh + a tc )K ñ + ΔA.c = (0,04 + 0,2 )2594,3.10 + 1147,71.10 1500 = 2344,2.10 ñ Các tiêu kinh tế - kỹ thuật phương án so sánh tổng hợp Bảng 4.17 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 125 (125) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Bảng 4.17 Tổn thất điện áp và chi phí tính toán hàng năm các phương án Phöông aùn Caùc chæ tieâu U bt max , % 2,54 2,54 2,54 U sc max , % 5,08 5,08 5,08 Ztt 106, ñ 2401,302 2376,04 2344,2 Từ các kết tính toán Bảng 4.17 Nhận thấy phương án là phương án tối ưu 4.2.10 CHỌN SỐ LƯỢNG VAØ DUNG LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP CỦA TRẠM TRUNG GIAN 110/22 kV Khu công nghiệp có phụ tải bao gồm phụ tải loại I, II và III Vì vậy, để đảm bảo cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi naøy caàn ñaët hai maùy bieán aùp traïm Quá tải thường xuyên máy biến áp Đối với trạm hai máy biến áp, ta không kiểm tra quá tải thường xuyên, vì hai máy biến áp làm việc song song nên lúc bình thường luôn non tải Quá tải cố máy biến áp Khi chọn công suất máy biến áp cần xét đến khả quá tải máy biến áp còn lại chế độ sau cố Trong trường hợp cố các máy biến áp, máy biến áp thứ hai cần đảm bảo toàn công suất các hộ tiêu thụ loại I và II S (MVA) 15,74 15,15 15 14,03 11 10,6 9,58 10 12 24 Hình 4.6 Đồ thị phụ tải tổng khu công nghiệp Công suất máy biến áp trạm n máy biến áp có thể xác định theo công thức: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 126 (126) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh S S max k n 1 Ở đây: Smax - phụ tải cực đại trạm, MVA; k - hệ số quá tải cố máy biến áp Nếu không có thông tin cụ thể, có thể chấp nhận 140% cho các máy biến áp Liên Xô với điều kiện thời gian sau: quá tải không quá ngày đêm, ngày quá tải không quá và 130% cho các máy caùc haõng khaùc theo IEC 354; n - soá maùy bieán aùp ñaët traïm Đối với trạm có hai máy biến áp, công suất máy biến áp: S max 15,74 S≥ = = 12,11 MVA 1,3 1,3(2 1) Choïn maùy bieán aùp trung gian hai cuoän daây Siemens cheá taïo: Sñm = 12,5 MVA Uñm, kV Sñm MVA cao haï 12,5 110 22 0 kW n kW I0 % Un % 15 45 0,5 9,4 Kích thước, mm cao Khối lượng, kg daøi roäng daàu 670 2700 4800 12500 toång 43000 4.2.11 CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRẠM BIẾN ÁP TRUNG GIAN VAØ THIẾT BỊ ĐÓNG CAÉT 4.2.11.0 Chọn sơ đồ nối dây trạm biến áp Tuỳ theo yêu cầu phụ tải mà chọn sơ đồ nối dây thích hợp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và điều kiện kinh tế Đối với trạm 110/22 kV, thường sử dụng sơ đồ góp có phân đoạn phía thứ cấp Các lộ phía thứ cấp là đường dây trên không, đó trang bị loại máy cắt đặt ngoài trời (Hình 4.7) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 127 (127) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 110 kV CSV 731-1 CSV 732-1 732 731 A 1T 12,5 MVA 110/22kV 2T 12,5 MVA 110/22kV 531 532 531-1 532-1 500 B 22kV C 571-1 572-1 573-1 574-1 575-1 576-1 571 572 573 574 575 576 572-2 571-3 573-2 574-2 575-2 D 571-2 576-2 Phaùt tuyeán Phaùt tuyeán Phaùt tuyeán 05 04-1 01-1 576-3 Phaùt tuyeán Phaùt tuyeán Phaùt tuyeán 01-2 04-2 07 Hình 4.7 Sơ đồ nối dây trạm trung gian 110/22 kV ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 128 (128) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 4.2.11.1 Chọn thiết bị đóng cắt trạm trung gian 110/22 kV a Choïn maùy caét ñieän vaø dao caùch ly Choïn maùy caét ñieän vaø dao caùch ly phía ñieän aùp 110 kV Dòng làm việc cực đại là dòng quá tải cố cắt máy biến áp: 1,3.S ñmBA 1,3.12 ,5.10 I lv max 85,29 A U ñm 110 Tính doøng ngaén maïch taïi A Trở kháng tương đương mạng phía nguồn: U2 Z up SN Ở đây: U - ñieän aùp daây khoâng taûi cuûa maïng ñieän, U = 110 kV; SN - coâng suaát ngaén maïch phía nguoàn, SN = 5000 MVA 110 Z up 2,42 5000 Điện trở và điện kháng phía nguồn có thể suy từ Rup/Zup = 0,1: Rup = 0,1.Zup = 0,1.2,42 = 0,24 Xup = 0,99.Zup = 0,99.2,42 = 2,4 Trở kháng các thiết bị đóng cắt nhỏ nhiều so với trở kháng phía nguồn Vì vậy, có thể bỏ qua trở kháng các máy cắt, dao cách ly Tổng trở điểm ngắn mạch A: Z A RA2 X A2 Z up 2,42 Doøng ngaén maïch taïi A: I NA U tb 3.Z A Ở đây: Utb - điện áp trung bình lưới điện, kV; Utb = 1,05.UñmLÑ = 1,05.110 = 115,5 kV ZA - tổng trở ngắn mạch, Z A 2,42 ; 115,5 I NA 27,55 kA 3.2,42 Doøng ngaén maïch xung kích: i xk 2k xk I N X ,4 Với Ta A ,032 , ta coù: k xk e R A 314.0 ,24 0 ,01 Ta 1 e 0 ,01 ,032 1,73 i xk 1,73 27 ,55 67 ,4 kA Máy cắt chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức máy cắt: UñmMC > Uñm maïng = 110 kV - Doøng hieäu chænh cuûa maùy caét: Ir = k.IñmMC > Ilvmax = 85,29 A Với k là hệ số hiệu chỉnh theo cấu ngắt: k 0,8 (cô caáu ngaét nhieät) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 129 (129) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän - Dòng cắt ngắn mạch định mức: - Dòng ổn định động định mức: - Dòng ổn định nhiệt định mức: PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh k 0,5 (cơ cấu ngắt điện tử) Ic.ñm > I 27,55 kA Iñ.ñm > ixk = 67,4 kA t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I - doøng ngaén maïch oån ñònh, I I N I 27,55 kA ; t qđ - thời gian qui đổi, có thể lấy thời gian tồn ngắn mạch, tức là thời gian caét ngaén maïch, t qñ t c t bv t MC ; t bv - thời gian tác động bảo vệ rơle, t bv 0,5s (cắt chậm); t MC - thời gian tác động máy cắt, ms Đối với máy cắt có dòng định mức lớn 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhieät Choïn maùy caét ñieän ABB cheá taïo Loại máy Uñm Iñm Ir Ic.ñm Iñ.ñm Uxung seùt tMC caét (kV) (A) (A) (kA) (s) (kV) (kA) LTB G 123 1600 0,8Iñm 31,5 100 550 Dao cách ly chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức dao cách ly: UñmDCL> Uñm maïng = 110 kV - Dòng điện định mức dao cách ly: IđmDCL > Ilvmax = 85,29 A - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 67,4 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I ∞ = I N = I " = 27,55 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 2,5s ; Đối với dao cách ly có dòng định mức lớn 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhieät Chọn dao cách ly cao áp đặt ngoài trời ABB chế tạo Loại SGF 123n Uñm (kV) 123 Iñm (A) 1600 Iñ.ñm (kA) 80 Choïn maùy caét ñieän vaø dao caùch ly phía ñieän aùp 22 kV Chọn máy cắt và dao cách ly phía máy biến áp - Dòng điện làm việc cực đại: 1,3.S ñmBA 1,3.12,5.10 426,45 A I lv max 3.U ñm 3.22 - Tính doøng ngaén maïch taïi B Các điện kháng và điện trở tính phía điện áp cao phải qui phía điện áp thấp cách nhân với bình phương tỉ số điện áp: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 130 (130) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh R 22 A R 110 A 22 0,24 0,2 0,01 110 22 X A22 X 110 2,4 0,2 0,1 A 110 Trở kháng máy biến áp: P U 45.22 0,14 R BA N ñm 12,5 10 S ñm X BA U N %.U ñm 9,4.22 10 10 3,64 S ñm 12,5.10 Trở kháng máy cắt và dao cách ly nhỏ nhiều so với trở kháng máy biến áp, đó có thể bỏ qua tính tổng trở ngắn mạch Tổng trở điểm ngắn mạch B R B R A22 RBA 0,01 0,14 0,15 X B X A22 X BA 0,1 3,64 3,74 Z B RB2 X B2 0,15 3,74 3,74 Doøng ngaén maïch taïi ñieåm ngaén maïch B: U tb 23,1 = 3,565 kA IN B = = 3,74 Z B Doøng ngaén maïch xung kích: i xk 2k xk I N X 3,74 0,079 , ta coù k xk e Với Ta B RB 314.0,15 0 , 01 Ta 1 e 0 , 01 , 079 1,88 i xk = × 1,88 × 3,565 = 9,48 kA Máy cắt chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức máy cắt: UñmMC > Uñm maïng = 22 kV - Doøng hieäu chænh cuûa maùy caét: Ir = k.IñmMC > Ilvmax = 426,45 A - Dòng cắt ngắn mạch định mức: Ic.ñm > I " = 3,565 kA - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 9,48 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I - doøng ngaén maïch oån ñònh, I ∞ = I N = I " = 3,565 kA ; t qđ - thời gian qui đổi, có thể lấy thời gian tồn ngắn mạch, tức là thời gian caét ngaén maïch, t qñ t c t bv t MC ; t bv - thời gian tác động bảo vệ rơle, t bv 0,5s (cắt chậm); t MC - thời gian tác động máy cắt, ms Đối với máy cắt có dòng định mức lớn 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhieät ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 131 (131) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chọn máy cắt điện loại OHB ABB chế tạo Loại máy caét Uñm (kV) Iñm (A) Ir (A) Ic.ñm (kA) Iñ.ñm (kA) Inh.ñm, 3s (kA) tMC (ms) Uxung seùt (kV) OHB 24 24 630 0,8.Iñm 31,5 63 31,5 80 150 Dao cách ly chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức dao cách ly: UñmDCL> Uñm maïng = 22 kV - Dòng điện định mức dao cách ly: IđmDCL > Ilvmax = 426,45 A - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 9,48 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I ∞ = I N = I " = 3,565 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 0,08 0,58s ; Chọn dao cách ly trung áp đặt ngoài trời Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo Loại Uñm (kV) Iñm (A) DN 24/630 24 600 Chọn máy cắt và dao cách ly phân đoạn: Iñ.ñm (kA) 30 Inh.ñm, 10s (kA) 10 - Dòng điện làm việc cực đại: 1,3.S ñmBA 1,3.12,5.10 I lv max 426,45 A 3.U ñm 3.22 - Tổng trở điểm ngắn mạch C R C = R B = 0,15 Ω X C = X B = 3,74 Ω Z C = R C2 + X C2 = 0,15 + 3,74 = 3,74 Ω - Doøng ngaén maïch taïi ñieåm ngaén maïch C treân caùi haï aùp 22 kV U tb 23,1 = 3,565 kA IN C = = 3,74 Z C - Doøng ngaén maïch xung kích: i xk 2k xk I N X 3,74 Với Ta = C = = 0,079 , ta coù k xk = + e ωR C 314.0,15 - , 01 Ta = 1+e - , 01 , 079 = 1,88 i xk = 1,88.3,565 = 9,48 kA Máy cắt chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức máy cắt: UñmMC > Uñm maïng = 22 kV - Doøng hieäu chænh cuûa maùy caét: Ir = k.IñmMC > Ilvmax = 426,45 A - Dòng cắt ngắn mạch định mức: Ic.ñm > I " = 3,565 kA - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 9,48 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 132 (132) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I - doøng ngaén maïch oån ñònh, I ∞ = I N = I " = 3,565 kA ; t qđ - thời gian qui đổi, có thể lấy thời gian tồn ngắn mạch, tức là thời gian caét ngaén maïch, t qñ t c t bv t MC ; t bv - thời gian tác động bảo vệ rơle, t bv 0,5s (cắt chậm); t MC - thời gian tác động máy cắt, ms Đối với máy cắt có dòng định mức lớn 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhieät Chọn máy cắt điện loại OHB ABB chế tạo Loại máy caét Uñm (kV) Iñm (A) Ir (A) Ic.ñm (kA) Iñ.ñm (kA) Inh.ñm, 3s (kA) tMC (ms) Uxung seùt (kV) OHB 24 24 630 0,8.Iñm 31,5 63 31,5 60 150 Dao cách ly chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức dao cách ly: UñmDCL> Uñm maïng = 22 kV - Dòng điện định mức dao cách ly: IđmDCL > Ilvmax = 426,45 A - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 9,48 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I ∞ = I N = I " = 3,565 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 0,06 0,56s ; Chọn dao cách ly trung áp đặt ngoài trời Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo Loại DN 24/630 Uñm (kV) 24 Iñm (A) 600 Iñ.ñm (kA) 30 Inh.ñm, 10s (kA) 10 Choïn maùy caét vaø dao caùch ly treân caùc phaùt tuyeán cuûa traïm: - Dòng điện làm việc cực đại trên các phát tuyến trình bày bảng 8.18 Bảng 4.18 Dòng làm việc cực đại trên các phát tuyến Phaùt tuyeán 0–1 0–4 0–7 Ilvmax (A) 153,8 104,8 101,6 0–5 78,8 Tổng trở ngắn mạch D: RD = R B 0,15 = = 0,075Ω 2 XD = X B 3,74 = = 1,87Ω 2 ZD = R 2D + X 2D = 0,075 + 1,87 = 1,87 - Doøng ngaén maïch taïi ñieåm ngaén maïch D: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 133 (133) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän IN PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh D = U tb Z D = 23,1 1,87 = 7,13 kA - Doøng ngaén maïch xung kích: i xk 2k xk I N XD 1,87 Với Ta = = = 0,079 , ta coù k xk = + e ωR D 314.0,075 -0 , 01 Ta = 1+e - , 01 , 079 = 1,88 i xk = 1,88.7,13 = 18,96 kA Máy cắt chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức máy cắt: UñmMC > Uñm maïng = 22 kV - Doøng hieäu chænh cuûa maùy caét: Ir = k.IñmMC > Ilvmax - Dòng cắt ngắn mạch định mức: Ic.ñm > I " = 7,13 kA - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 18,96 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I - doøng ngaén maïch oån ñònh, I ∞ = I N = I " = 7,13 kA ; t qđ - thời gian qui đổi, có thể lấy thời gian tồn ngắn mạch, tức là thời gian caét ngaén maïch, t qñ t c t bv t MC ; t bv - thời gian tác động bảo vệ rơle, t bv 0,5s (cắt chậm); t MC - thời gian tác động máy cắt, ms Đối với máy cắt có dòng định mức lớn 1000 A, không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhieät Chọn máy cắt điện loại VD4 ABB chế tạo cho phát tuyến Loại máy caét Uñm (kV) Iñm (A) Ir (A) Ic.ñm (kA) Iñ.ñm (kA) Inh.ñm, 3s (kA) tMC (ms) Uxung seùt (kV) VD4 24 24 630 0,8.Iñm 16 40 16 50 125 Dao cách ly chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức dao cách ly: UñmDCL> Uñm maïng = 22 kV - Dòng điện định mức dao cách ly: IđmDCL > Ilvmax - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 18,96 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I ∞ = I N = I " = 7,13 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 0,05 0,55s ; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 134 (134) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Chọn dao cách ly trung áp đặt ngoài trời Công ty Thiết bị điện Đông Anh chế tạo cho phaùt tuyeán Loại DN 24/200 Uñm (kV) 24 Iñm (A) 200 Iñ.ñm (kA) 23 Inh.ñm, 10s (kA) b Choïn caùi traïm trung gian 110/22 kV Thanh cái chọn theo dòng phát nóng cho phép và kiểm tra theo điều kiện ổn định động vaø oån ñònh nhieät cuûa doøng ngaén maïch Choïn caùi ñieän aùp 110 kV Dòng điện lớn qua cái là dòng quá tải cắt máy biến áp: 1,3.S ñmBA 1,3.12,5.10 85,29 A I lv max 3.U ñm 3.110 Chọn cái đồng M50 x 6(mm2), có dòng cho phép Icp = 955 A (nhiệt độ tiêu chuẩn môi trường xung quanh là +250C) Kieåm tra ñieàu kieän phaùt noùng: K K K I cp ≥I lv max Ở đây: K1 = 0,95 (thanh goùp ñaët ngang); K2 = (sử dụng cái trên pha); K3 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, K3 = 0,88 Vaäy: K K K I cp = 0,95.1.0,88.955 = 798,38 A ≥I lv max = 85,29 A Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh nhieät Stc Soâñn I t qñ Ở đây: Stc - tieát dieän cuûa caùi, Stc = 50 x = 300 mm2; - hệ số phụ thuộc vào loại cái, tra bảng 8-8, trang 280 - sách “Cung Cấp Điện” Tác giả Nguyễn Xuân Phú Đối với cái đồng ; I I N I 27,55 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 2,5s ; Vaäy: S tc = 300 mm ≥S oâñn = 6.27,55 2,5 = 261,4 mm Kiểm tra điều kiện ổn định động: cp tt Ở đây: cp 1400 kG/cm (thanh cái đồng); tt - ứng suất tính toán, xuất cái tác động lực điện động dòng ngaén maïch, kG/cm2; - Lực tính toán tác động dòng ngắn mạch: l Ftt 1,76.10 2 i xk2 , kG a Ở đây: l - khoảng cách các sứ pha, l = 50 cm; a - khoảng cách các pha, a = 70 cm; ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 135 (135) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän ixk = 67,4 kA; Ftt = 1,76.10 _ PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh 50 67,4 = 57,1 kG 70 - Momen uốn tính toán: F l 57,1.50 M = tt = = 285,5 kG.cm 10 10 - Momen chống uốn cái hình chữ nhật: b h 5.0,6 W= = = 0,3 cm 6 - Ứng suất tính toán: M 285,5 σ tt = = = 951,7 kG/cm W 0, Vaäy: σ cp = 1400 kG/cm ≥σ tt = 951,7 kG/cm Như vậy, chọn cái đồng M50 x (mm2) là thoả mãn Choïn caùi ñieän aùp 22 kV Dòng điện lớn qua cái là dòng quá tải cắt máy biến áp: 1,3.S ñmBA 1,3.12,5.10 I lv max 426,45 A 3.U ñm 3.22 Chọn cái đồng M30 x (mm2), có dòng cho phép Icp = 625 A (nhiệt độ tiêu chuẩn môi trường xung quanh là +250C) Kieåm tra ñieàu kieän phaùt noùng: Ở đây: K1 = 0,95 (thanh goùp ñaët ngang); K2 = (sử dụng cái trên pha); K3 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, K3 = 0,88 K K K I cp = 0,95.1.0,88.625 = 522,5 A ≥I lv max = 426,45 A Kieåm tra ñieàu kieän oån ñònh nhieät: I ∞ = I N = I " = 7,13 kA ; t qñ = t c = t bv + t MC = 0,5 + 0,06 = 0,56s ; S tc = 150 mm ≥S oâñn = 6.7,13 0,56 = 32,01 mm Kiểm tra điều kiện ổn định động: Ở đây: l - khoảng cách các sứ pha, l = 50 cm; a - khoảng cách các pha, a =25 cm; ixk = 18,96 kA; - Lực tính toán tác động dòng ngắn mạch: l Ftt 1,76.10 2 i xk2 , kG a 50 Ftt = 1,76.10 -2 18,96 = 12,65 kG 25 - Momen uốn tính toán: F l 12,65.50 M = tt = = 63,25 kG.cm 10 10 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 136 (136) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - Momen chống uốn cái hình chữ nhật: b h 3.0,5 W= = = 0,125 cm 6 - Ứng suất tính toán: M 63,25 σ tt = = = 506 kG/cm W 0,125 Vaäy: σ cp = 1400 kG/cm ≥σ tt = 506 kG/cm Như vậy, chọn cái đồng M30 x (mm2) là thoả mãn c Choïn choáng seùt van - Điện áp vận hành cực đại hệ thống Um: Độ lệch điện áp cho phép theo quy định U 5%U đm , vậy: U m U ñm U 1,05.110 115,5 kV - Xác định hệ số chạm đất Ke: Hệ thống dây, nối đất tổng trở nhỏ Ke = 1,4 - Xác định giá trị quá điện áp tạm thời UTOV: U 115,5 U TOVchốngsét U TOVlưới K e m 1,4 93,36 kV 3 - Xaùc ñònh ñieän aùp vaän haønh lieân tuïc cuûa choáng seùt UC: U 115,5 UC m 66,68 kV 3 Chọn chống sét van oxyt kim loại ABB chế tạo: - Loại: PEXLIM-Q - Điện áp định mức chống sét: U r 129 kV - Điện áp làm việc liên tục lớn nhất: U C 78 kV - Quá điện áp tạm thời: U TOV 141 kV - Điện áp phóng điện cực đại có xung sét dạng sóng / 20s , dòng phóng điện định mức 10 kA: U res 304 kV 4.2.12 CHỌN SỐ LƯỢNG VAØ DUNG LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP CỦA TRẠM PHÂN PHỐI 22/0,4 kV Traïm 22/0,4 kV cung caáp cho hoä tieâu thuï Công suất máy biến áp chọn theo phương pháp công suất đẳng trị S ñt MVA S ñt1 2,4 2,12 1,5 2 2,09 MVA 10 Choïn sô boä maùy bieán aùp cuûa Coâng ty ABB coù coâng suaát 2500 kVA Heä soá phuï taûi baäc 1: S 2,09 K1 ñt1 0,8 S ñm 2,5 Heä soá phuï taûi baäc 2: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 137 (137) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän K2 PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh S ñt 1,2 S ñm 2,5 Với K1 = 0,8 và t2 = 4h, tra đường cong quá tải máy biến áp ABB, ta có: K2cp = 1,11 Vì K2 > K2cp, nên máy biến áp đã chọn không thoã điều kiện quá tải biến áp Chọn máy bieán aùp coù coâng suaát 3150 kVA, coâng ty ABB cheá taïo, phaïm vi ñieàu chænh ñieän aùp 2,5% Sñm, kVA Uñm, kV 0 , kW n , kW I0, % U n, % 3150 22/0,4 3,5 25 0,8 6,35 Khối lượng, kg Daàu Toång 1210 6250 S (MVA) 2,4 2,1 2,1 1,5 1,5 Sñm = 2,5 MVA 12 24 t (h) Hình 4.8 Đồ thị phụ tải hộ tiêu thụ Kiểm tra lại máy biến áp vừa chọn: Heä soá phuï taûi baäc 1: S 2,09 K = ñt = = 0,66 S ñm 3,15 Heä soá phuï taûi baäc 2: S K = ñt = = 0,95 S ñm 3,15 Với K1 = 0,66 và t2 = 4h, tra đường cong quá tải máy biến áp ABB, ta có: K2cp = 1,18 Vì K2 < K2cp, nên máy biến áp đã chọn thỏa mãn 4.2.13 SƠ ĐỒ NỐI DÂY TRẠM 22/0,4 kV Trạm cung cấp hai dây rẽ từ trạm trung gian 110/22 kV Hai dây này kết nối vào cái qua dao cách ly DS Máy biến áp nối vào cái qua cầu chì tự rơi FCO, phía hạ máy biến áp trang bị máy cắt hạ áp (Hình 4.9) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 138 (138) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Từ trạm trung gian 110/22 kV DS A DS 22 kV LA FCO B Wh T 3150 kVA 22 2,5%/0,4kV CB C CB1 CB 0,4 kV CB3 Hình 4.9 Sơ đồ nối dây trạm 22/0,4 kV 4.2.14 CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VAØ BẢO VỆ TRẠM PHÂN PHỐI 4.2.14.1 Choïn dao caùch ly phía ñieän aùp 22 kV - Dòng làm việc cực đại là dòng quá tải cố ngừng đoạn lưới: I lv max I max 5 78,8 A - Tổng trở ngắn mạch A Trở kháng cái 22 kV trạm trung gian: Z T = R T + jX T = 0,15 + j 3,74 Ω Trở kháng đoạn lưới – 5: Z d Rd jX d r0 l05 jx l05 0,7172.5 j 0,399.5 3,6 j Tổng trở A R A = R T + R d = 0,15 + 3,6 = 3,75 Ω X A = X T + X d = 3,74 + = 5,74 Ω Z A = R 2A + X 2A = 6,856 Ω - Doøng ngaén maïch taïi ñieåm A: U tb 23,1 IN A = = = 1,945 kA Z A 6,856 - Doøng ngaén maïch xung kích: i xk 2k xk I N X 3,75 = 2,08.10 - , ta coù k xk = + e Với Ta = A = ωR A 314.5,74 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT -0 , 01 Ta feee.hcmute.edu.vn -0 , 01 =1+ e , 08.10- = 1,008 139 (139) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh i xk = 1,008.1,945 = 2,773 kA Dao cách ly chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức dao cách ly: UñmDCL> Uñm maïng = 22 kV - Dòng điện định mức dao cách ly: IđmDCL > Ilvmax = 78,8 A - Dòng ổn định động định mức: Iñ.ñm > ixk = 2,773 kA - Dòng ổn định nhiệt định mức: t qñ I nh.ñm I t nh.ñm Ở đây: I ∞ = I N = I " = 1,945 kA ; t qñ t c t bv t MC 0,5 0,05 0,55s Choïn dao caùch ly trung aùp Coâng ty Thieát bò ñieän Ñoâng Anh cheá taïo Loại DN 24/200 Uñm (kV) 24 Iñm (A) 200 Iñ.ñm (kA) 23 Inh.ñm, 10s (kA) 4.2.14.2 Chọn cầu chì tự rơi - Dòng điện làm việc cực đại: I lv max I max 5 78,8 A - Tổng trở ngắn mạch B: 1 R B = R T + R d = 0,15 + 3,6 = 1,95 Ω 2 1 X B = X T + X d = 3,74 + = 4,74 Ω 2 2 Z B = R B + X B = 5,125 Ω - Doøng ngaén maïch taïi B: U tb IN B = = Z B 23,1 5,125 = 2,6 kA Cầu chì chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức cầu chì: UñmDCL> Uñm maïng = 22 kV - Dòng điện định mức cầu chì: IñmDCL > Ilvmax = 78,8 A - Dòng cắt định mức: Ic.ñm > I " = 2,6 kA Chọn cầu chì tự rơi ICX ABB chế tạo: Loại Ulvmax (kV) Iñm (A) Ic.ñm (kA) Uxung seùt (kV) C25LU*1811 27 100 12 150 4.2.14.3 Choïn maùy caét haï aùp Tổng trở phía sơ cấp phải qui đổi phía thứ cấp cách nhân với bình phương tỉ số ñieän aùp 0, 0, R 0B, = R 22 = , 95 = 0,64 m Ω B 22 22 0, 0, = , 74 = 1,57m Ω X 0B, = X 22 B 22 22 Trở kháng máy biến áp: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 140 (140) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh R BA PN U ñm 25.0,4 0,4 m 3,15 10 S ñm X BA U N %.U ñm 6,35.0,4 10 10 3,23 m S ñm 3,15.10 Trở kháng máy cắt: RCB X CB 0,15 m Tổng trở điểm ngắn mạch C trên cái hạ áp R C = R 0B, + R BA + R CB = 0,64 + 0,4 + = 1,04 m Ω X C = X 0B, + X BA + X CB = 1,57 + 3,23 + 0,15 = 4,95 m Ω Z C = R C2 + X C2 = 5,06 m Ω Doøng ngaén maïch taïi C: U tb IN C = = Z C Dòng làm việc cực đại: S max I lv max = = U ñm 420 5,06.10 - 3 0,4 = 47,92 kA = 4330A Máy cắt hạ áp chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức máy cắt: UñmMC > Uñm maïng = 400 V - Doøng ñieän hieäu chænh cuûa maùy caét: Ir = k.IñmMC > Ilvmax = 4330 A - Dòng cắt ngắn mạch định mức: Ic.ñm > IN = 47,92 kA - Ñaëc tuyeán baûo veä: B - Thời gian cắt: chọn theo điều kiện phối hợp bảo vệ Choïn maùy caét haï aùp haõng ABB cheá taïo coù caùc thoâng soá sau: Loại E6H/f Uñm (V) 690 Iñm (A) 6300 Ir (A) 0,8.Iñm Số cực Ic.ñm (kA) 100 Thời gian cắt (ms) 40 4.2.14.4 Choïn choáng seùt van - Điện áp vận hành cực đại hệ thống Um: Độ lệch điện áp cho phép theo quy định U 5%U đm , vậy: U m = U ñm + ΔU = 1,05.22 = 23,1 kV - Xác định hệ số chạm đất Ke: Hệ thống dây, nối đất tổng trở nhỏ Ke = 1,4 - Xác định giá trị quá điện áp tạm thời UTOV: U 23,1 U TOVchốngs ét ≥U TOVlưới = K e × m = 1,4 × = 18,67 kV 3 - Xaùc ñònh ñieän aùp vaän haønh lieân tuïc cuûa choáng seùt UC: U 23,1 UC ≥ m = = 13,34 kV 3 Chọn chống sét van oxyt kim loại ABB chế tạo có các thống số sau: - Loại: POLIM-D ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 141 (141) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh - Điện áp định mức chống sét: U r 27 kV - Điện áp làm việc liên tục lớn nhất: U C 22 kV - Điện áp phóng điện cực đại có xung sét dạng sóng / 20s , dòng phóng điện định mức kA: U res 71,7 kV 4.2.15 CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP MÁY BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 4.2.15.1 Tính ñieän aùp caùc nuùt maïng ñieän a Chế độ phụ tải cực đại HT As-40 B1 a S 05 b km S 0b1 S c S d S b1 B2 S b2 Z b2 Z d Z b1 S5max = 2,4 +j1,8 MVA S 5max 2,4 j1,8MVA S 0b2 a Sơ đồ mạng điện b.Sơ đồ thay mạng điện Hình 4.10 Tính chế độ mạng điện Từ thông số máy biến áp 110/22kV, xác định được: S b1 2P0 jQ0 215 j 62,5.10 3 MVA 1 Z b1 Rb1 jX b1 0,14 j3,64 0,07 j1,82 2 Trở kháng đoạn lưới 0-5: 1 1 Z d Rd jX d r0 l05 j x l05 0,7172.5 j 0,399.5 1,8 j1 2 2 Từ thông số máy biến áp 22/0,4 kV, xác định được: S b P0 jQ0 3,5 j 25,2 .10 3 MVA Z b Rb jX b 0,4 j3,23.10 -3 Tổn thất tổng trở máy biến áp 22/0,4 kV: P52 + Q 25 2,4 + 1,8 Z b2 = ΔS b = (0,4 + j3,23).10 -3 2 U ñm 0,4 = (22,5 + j181,69).10 -3 MVA Công suất trước tổng trở máy biến áp 22/04 kV: S b = Pb + jQ b = S + ΔS b = 2,4 + j1,8 + (22,5 + j181,69).10 -3 = 2,4225 + j1,98169 MVA Doøng coâng suaát chaïy vaøo cuoän daây cao aùp cuûa maùy bieán aùp 22/04 kV: S c = Pc + jQ c = S b + ΔS b = 2,4225 + j1,98169 + (3,5 + j 25,2).10 -3 = 2,426 + j 2,0069 MVA ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 142 (142) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: Pc2 + Q 2c 2,426 + 2,0069 Zd = (1,8 + j1) = 0,037 + j 0,02 MVA ΔS d = U 2ñm 22 Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S d = Pd + jQ d = S c + ΔS d = 2,426 + j 2,0069 + 0,037 + j 0,02 = 2,463 + j 2,0269 MVA Tổn thất công suất tổng trở máy biến áp 110/22 kV: P2 + Q2 2,463 + 2,0269 ΔS b = d d Z b = (0,07 + j1,82) U ñm 22 = 1,47.10 -3 + j 0,0383 MVA Công suất trước tổng trở máy biến áp: S b = Pb + jQ b = S d + ΔS b = 2,463 + j 2,0269 + 1,47.10 -3 + j 0,0383 = 2,464 + j 2,0652 MVA Công suất từ hệ thống truyền vào đường dây 0-5: S 05 = P0 + jQ 05 = S b + ΔS b = 2,464 + j 2,0652 + 2(15 + j62,5)10 _ = 2,494 + j 2,1902 MVA Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 22/0,4 kV: P R + Q d Xd 2,463.1,8 + 2,0269.1 = 22 = 21,70635 kV U max = U ñm - d d U ñm 22 Điện áp trên góp hạ áp, quy đổi phía cao áp: U q max = U max Pb R b + Q b X b 2,4225.0,4.10 -3 + 1,98169.3,23.10 -3 = 21,70635 U max 21,70635 = 21,70601 kV b Chế độ phụ tải cực tiểu HT km As-40 B1 B2 S 5min = 1,44 +j1,08 MVA Hình 4.11 Sơ đồ mạng điện chế độ phụ tải cực tiểu Tính các thông số chế độ mạng điện phụ tải cực tiểu tiến hành tương tự chế độ tải cực đại Kết tính toán trình bày bảng 8.19 Bảng 4.19 Kết tính các thông số chế độ phụ tải cực tiểu S 5 MVA S b1 MVA S d MVA S d MVA S b MVA 1,495 + j1,316 0,51.10-3 + j 0,0133 1,4645 + j1,1778 0,0129 + j0,0072 1,4481 + j1,1454 Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 22/0,4 kV: P R + Q d Xd 1,4645.1,8 + 1,1778.1 U = U ñm - d d = 22 = 21,8266 kV U ñm 22 Điện áp trên góp hạ áp, quy đổi phía cao áp: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 143 (143) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh U q = U - Pb R b + Q b X b 1,44.0,4.10 -3 + 1,08.3,23.10 -3 = 21,8266 U 21,8266 = 21,8264 kV c Chế độ sau cố Sự cố mạng điện thiết kế có thể xảy ngừng máy phát, ngừng mạch trên đường dây hai mạch nối từ các nguồn cung cấp đến các phụ tải Khi xét cố, chúng ta không giả thiết cố xếp chồng, đồng thời xét trường hợp ngừng mạch trên các đường dây nối từ hệ thống đến các phụ tải phụ tải cực đại HT km As-40 B2 B1 a S 05 S d S b1 S S c Z b1 Z d Z b2 S5max 2,4 j1,8MVA S 0b2 0b1 b S b2 S5max = 2,4 +j1,8 MVA a Sơ đồ mạng điện b.Sơ đồ thay mạng điện Hình 4.12 Tính chế độ mạng điện chế độ sau cố Trở kháng đoạn lưới 0-5: Z d Rd jX d r0 l05 jx l05 0,7172.5 j 0,399.5 3,6 j Tổn thất tổng trở máy biến áp 22/0,4 kV: P2 + Q2 2,4 + 1,8 (0,4 + j 3,23).10 _ ΔS b = 5 Z b = U ñm 0, = (0,0225 + j 0,18169) MVA Công suất trước tổng trở máy biến áp: S b = Pb + jQ b = S + ΔS b = 2,4 + j1,8 + 0,0225 + j 0,18169 = 2,4225 + j1,98169 MVA Doøng coâng suaát chaïy vaøo cuoän daây cao aùp cuûa maùy bieán aùp: S c = Pc + jQ c = S b + ΔS b = 2,4225 + j1,98169 + (3,5 + j 25,2).10-3 = 2,426 + j 2,0069 MVA Tổn thất công suất trên tổng trở đường dây: P2 + Q2 2,426 + 2,0069 ΔS d = c c Z d = (3,6 + j 2) = 0,074 + j 0,04 MVA U ñm 22 Dòng công suất trước tổng trở đường dây: S d = Pd + jQ d = S c + ΔS d = 2,426 + j 2,0069 + 0,074 + j 0,04 = 2,5 + j 2,0469 MVA Tổn thất công suất tổng trở máy biến áp 110/22 kV: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 144 (144) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Pd2 + Q 2d 2,5 + 2,0469 ΔS b = Z b1 = (0,07 + j1,82) U 2ñm 22 = 1,5.10 -3 + j 0,039 MVA Công suất trước tổng trở máy biến áp: S b = Pb + jQ b = S d + ΔS b = 2,5 + j 2,0469 + 1,5.10 -3 + j 0,039 = 2,5015 + j 2,0859 MVA Công suất từ hệ thống truyền vào đường dây 0-5: S 05 = P05 + jQ 05 = S b + ΔS b = 2,5015 + j 2,0859 + 2(15 + j62,5).10-3 = 2,5315 + j 2,2109 MVA Ñieän aùp treân goùp cao aùp cuûa traïm 22/0,4 kV: P R + Q dXd 2,5.3,6 + 2,0469.2 = 22 = 21,4048 kV U sc = U ñm - d d U ñm 22 Điện áp trên góp hạ áp, quy đổi phía cao áp: P R + Q b2 X b2 2,4.0,4.10 -3 + 1,8.3,23.10 -3 U qsc = U sc - b b = 21,4048 U sc 21,4048 = 21,4045 kV 4.2.15.2 Chọn đầu điều chỉnh máy biến áp Ñieän aùp yeâu caàu treân goùp haï aùp cuûa traïm: U yc U ñm U %.U ñm Ở đây: U ñm - điện áp định mức mạng điện hạ áp, kV; U % - độ lệch điện áp trên góp hạ áp trạm, U % 5% Đối với mạng điện thiết kế Uđm = 380 V Vì vậy, điện áp yêu cầu trên góp hạ áp: U yc 0,38 0,38 0,4 kV 100 Sử dụng các máy biến áp điều chỉnh điện áp tải cho phép thay đổi các đầu điều chỉnh không cần cắt máy biến áp Do đó, cần chọn đầu điều chỉnh cho chế độ phụ tải cực đại, cực tiểu và sau cố Để thuận tiện, có thể tính trước điện áp tương ứng với đầu điều chỉnh máy biến áp Kết tính máy biến áp đã chọn trình bày Bảng 4.20 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 145 (145) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Bảng 4.20 Thông số điều chỉnh máy biến áp điều chỉnh tải Thứ tự đầu Ñieän aùp boå sung, Ñieän aùp boå Điện áp đầu điều ñieàu chænh % sung, kV chænh, kV +5,0 +1,10 23,10 +2,5 +0,55 22,55 0 22 -2,5 -0,55 21,45 -5,0 -1,10 20,90 a Chế độ phụ tải cực đại Điện áp tính toán đầu điều chỉnh máy biến áp: U q max U hñm 21,70601.0,4 U ñc max = = = 21,70601 kV U yc max 0, Chọn đầu điều chỉnh tiêu chuẩn n = 4, đó điện áp đầu điều chỉnh tiêu chuẩn U tc max 21,45 kV Điện áp thực trên góp hạ áp: U q max U hñm 21,70601.0,4 U t max = = = 0,405 kV U tc max 21,45 Độ lệch điện áp trên góp hạ áp: U ñm U 0,405 0,4 U max % t max 100 100 1,25% 0,4 U ñm Như vậy, đầu điều chỉnh tiêu chuẩn đã chọn là phù hợp b Chế độ phụ tải cực tiểu Điện áp tính toán đầu điều chỉnh máy biến áp: U q U hñm 21,8264.0,4 U ñc = = = 21,8264 kV U yc 0, Choïn n = 4, U tc 21,45 kV Điện áp thực trên góp hạ áp: U q U hñm 21,8264.0,4 U t = = = 0,407 kV U tc 21,45 Độ lệch điện áp trên góp hạ áp: U U ñm 0,407 0,4 U % t 100 100 1,75% 0,4 U ñm c Chế độ sau cố Điện áp tính toán đầu điều chỉnh máy biến áp: U qsc U hñm 21,4045.0,4 U ñ csc = = = 21,4045 kV U y csc 0, Choïn n = 4, U t csc 21,45 kV Điện áp thực trên góp hạ áp: U qsc U hñm 21,4045.0,4 U tsc = = = 0,39915 kV U t csc 21,45 Độ lệch điện áp trên góp hạ áp: ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 146 (146) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän ΔU sc % = PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh U tsc - U ñm 0,39915 - 0,4 100 = 100 = - 0,2125% U ñm 0, Vậy chọn đầu điểu chỉnh n = máy biến áp cho chế độ tải cực đại, cực tiểu và chế độ sau cố ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 147 (147) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh PHUÏ LUÏC THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHU CÔNG NGHIỆP - Điều tra, khảo sát, thu thập đồ, tài liệu, trạng kinh tế, xã hội; - Tài liệu quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế-xã hội; - Quy hoạch phát triển ngành có liên quan - Hệ thống hạ tầng kỹ thuật Quốc gia - Quy hoạch khu công nghiệp - Tính chất và định hướng phát triển khu công nghiệp - Bản vẽ sơ đồ vị trí, ranh giới, quy mô các sở công nghiệp chủ yếu, các hạng mục đầu mối và mối liên hệ - Giải pháp phân phối điện - Hệ thống công trình hạ tầng kỹ thuật - Quy hoạch sử dụng đất và phạm vi bảo vệ, hành lang an toàn các công trình hạ tầng kỹ thuật chính Điều tra, khảo sát, thu thập liệu Xác định nhu cầu cấp điện Lập biểu đồ phụ tải Xác định vị trí và công suất các TBA phân phối Xác định nguồn điện (vị trí, CS, hữu cần đầu tư) Lựa chọn cấp điện áp mạng Chọn dây dẫn (theo sụt áp cho phép, kiểm tra phát nóng) Địa hình, địa chất, khí hậu, thủy văn Khảo sát tuyến Chọn giải pháp xây dựng, kết cấu lưới Vạch các phương án nối dây So sánh kinh tế sơ để chọn 2-3 phương án hợp lý Lập dự toán cho các phương án So sánh kinh tế, kỹ thuật (phân kỳ đầu tư, phát triển tương lai, vận hành linh hoạt…) để chọn phương án tối ưu Quy phạm trang bị điện ban hành theo định 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/7/2006 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp Lập tổng mức đầu tư Thiết kế TBA, tủ phân phối, các thiết bị bảo vệ, đóng cắt, phân đoạn…hoàn chỉnh thiết kế - Tính toán phân bố công suất, điện áp trường hợp bình thường và cố - Lựa chọn thông số và chế độ vận hành Tài liệu tham khảo: - Luật xây dựng ngày 26/11/2003; - Nghị định 08/2005/NĐ-CP ngày 24/1/2005 Chính phủ quy hoạch xây dựng - Nghị định 209/2004/NĐ-CP ngày 16/12/2004 Chính phủ quản lý chất lượng công trình xây dựng - Quy phạm trang bị điện ban hành theo định 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/7/2006 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 148 (148) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh QUẢN LÝ DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐIỆN Chủ đầu tư lập BÁO CÁO ĐẦU TƯ xây dựng công trình Các bộ, ngành, địa phương liên quan Lấy ý kiến Bộ quản lý ngành Nghiên cứu, tổng hợp Báo cáo Đề xuất Thủ tướng Chính phủ Không cho phép Cho phép đầu tư Chủ đầu tư lập DỰ ÁN (Thuyết minh & Thiết kế sở) Thiết kế sở (công trình thiết kế bước) Không đạt Thẩm quyền thẩm định DỰ ÁN Không đạt Đạt Đạt Thẩm quyền định đầu tư Không Thiết kế kỹ thuật, dự toán (công trình thiết kế bước) Không đạt Chủ đầu tư tổ chức OKduyệt Thẩm định, phê Đạt Thiết kế vẽ thi công, dự toán (công trình thiết kế 1,2,3 bước) Không đạt Chủ đầu tư tổ chức Thẩm định, phê duyệt Đạt Xin giấy phép xây dựng Lựa chọn nhà thầu xây lắp, ký hợp đồng… Quản lý thi công xây dựng công trình Nghiệm thu, bàn giao, đưa vào vận hành Quyết toán, Bảo hành công trình… ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 149 (149) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Phân loại dự án (liên quan công trình điện) theo quy mô và tính chất: Loại dự án đầu tư xây dựng công trình Mức vốn Dự án quan trọng Quốc gia Do Quốc hội thông qua chủ trương và cho phép Theo Nghị đầu tư Quốc hội Nhóm A: XD công trình hạ tầng khu công nghiệp Không kể mức vốn Các dự án đầu tư xây dựng công trình công nghiệp điện Trên 600 tỉ đồng Các dự án đầu tư xây dựng công trình hạ tầng kỹ thuật, kỹ thuật điện Trên 400 tỉ đồng Nhóm B: Các dự án đầu tư xây dựng công trình công nghiệp điện Từ 30 đến 600 tỉ đồng Các dự án đầu tư xây dựng công trình hạ tầng kỹ thuật, kỹ thuật điện Từ 20 đến 400 tỉ đồng Nhóm C: Các dự án đầu tư xây dựng công trình công nghiệp điện Dưới 30 tỉ đồng Các dự án đầu tư xây dựng công trình hạ tầng kỹ thuật, kỹ thuật điện Dưới 20 tỉ đồng * Các dự án quan trọng Quốc gia phải lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình để trình Quốc hội thông qua chủ trương và cho phép đầu tư Các dự án nhóm A không phân biệt nguồn vốn phải lập báo cáo đầu tư xây dựng công trình để trình Thủ tướng Chính phủ cho phép đầu tư Nội dung báo cáo đầu tư xây dựng công trình bao gồm: cần thiết đầu tư, điều kiện thuận lợi, khó khăn, chế độ khai thác và sử dụng tài nguyên Quốc gia; Dự kiến quy mô đầu tư, các hạng mục công trình, địa điểm xây dựng công trình và nhu cầu sử dụng đất; Phân tích, lựa chọn sơ công nghệ, kỹ thuật, các điều kiện cung cấp vật tư, thiết bị, nguyên liệu, lượng, dịch vụ, hạ tầng KT, phương án giải phóng mặt bằng, tái định cư, ảnh hưởng dự án môi trường, sinh thái, PCCN, an ninh, quốc phòng; Hình thức đầu tư, xác định sơ tổng mức đầu tư, thời hạn thực dự án, phương án huy động vốn và phân kỳ đầu tư… * Các dự án hạ tầng xã hội sử dụng vốn ngân sách không nhằm mục đích kinh doanh có tổng mức đầu tư tỉ đồng; công trình cải tạo, sửa chữa, nâng cấp có tổng mức đầu tư tỉ đồng, cần lập báo cáo kinh tế - kỹ thuật xây dựng công trình Chỉ cần thiết kế bước và hồ sơ gồm có thiết kế vẽ thi công và dự toán * Còn lại, đầu tư xây dựng công trình, chủ đầu tư phải tổ chức lập dự án đầu tư xây dựng công trình Nội dung dự án bao gồm phần thuyết minh và phần thiết kế sở * Nội dung phần thiết kế sở dự án phải thể giải pháp thiết kế chủ yếu, đảm bảo đủ điều kiện để xác định tổng mức đầu tư và triển khai các bước thiết theo * Các dự án người có thẩm quyền định đầu tư tổ chức thẩm định * Thẩm quyền định đầu tư (vốn ngân sách): Thủ tướng CP định đầu tư các dự án đã Quốc hội thông qua chủ trương và cho phép đầu tư; Bộ trưởng, Chủ tịch UBND tỉnh…quyết định đầu tư các dự án nhóm A,B,C; Bộ trưởng, Chủ tịch UBND tỉnh…được ủy quyền phân cấp định đầu tư các dự án nhóm B,C cho quan cấp thực hiện… * Tùy theo quy mô và tính chất công trình, việc thiết kế xây dựng công trình có thể thực theo bước, bước bước sau: - Thiết kế bước là thiết kế vẽ thi công áp dụng cho công trình lập báo cáo kinh tế - kỹ thuật đã nói trên - Thiết kế bước bao gồm bước thiết kế sở và thiết kế vẽ thi công áp dụng công trình phải lập dự án không buộc phải thiết kế bước - Thiết kế bước bao gồm bước thiết kế sở, thiết kế kỹ thuật và thiết kế vẽ thi công áp dụng công trình quy định phải lập dự án và có quy mô là cấp đặc biệt, cấp I và công trình cấp II có kỹ thuật phức tạp người định đầu tư định ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 150 (150) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän Loại công trình CT nguồn nhiệt điện CT nguồn thủy điện CT nguồn điện nguyên tử CT đường dây và TBA Cấp đặc biệt CS>2.000MW > 1.000MW > 1.000MW - PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh Cấp I 600-2.000MW 300-1.000MW = 1000MW 500 kV Cấp II 50-<600MW 30-<300MW 110 kV Cấp III - <50MW - <30MW 35 kV Cấp IV < 5MW < 3MW - Tài liệu tham khảo: - Luật xây dựng ngày 26/11/2003; - Nghị định 16/2005/NĐ-CP ngày 7/2/2005 Chính phủ quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình - Nghị định 209/2004/NĐ-CP ngày 16/12/2004 CP quản lý chất lượng công trình xây dựng ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 151 (151) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh LƯU ĐỒ THIẾT KẾ KỸ THUẬT Áp dụng vào thiết kế lưới điện phân phối khu dân cư FUNCTIONS: Đảm bảo nhu cầu, đáp ứng phát triển và mở rộng, chuyển công suất hộ, vận hành lưới phân phối và thứ tự ưu tiên tải ANALYSIS: Nhu cầu công suất phụ tải, tốc độ phát triển, khả tăng vùng phụ tải, nguồn, kết cấu hạ tầng và quy hoạch, hướng tuyến, điều kiện tự nhiên, kết khảo sát, các điều kiện vận hành CRITERIA: Luật Điện lực, quy phạm trang bị điện, tiêu chuẩn kỹ thuật các PC, Luật liên quan tuyến đường dây, PCCN, VSMT… SYNTHESIS: Hướng tuyến, giải pháp phân phối, g/pháp xây dựng PROVISIONAL DESIGN: Sơ đồ nối dây, cỡ dây dẫn, vị trí và công suất TBA, thiết bị bảo vệ, phân đoạn đường dây SIMULATION: Thiết lập sơ đồ tương đương, tính toán phân bố công suất, sụt áp, tổn thất điện Cung cấp tình trạng cố EXPECTED PROPERTIES: CS,điện áp,AT,ổn định,tin cậy,TTĐN EVALUATION: điện áp, an toàn, liên tục cấp điện, TTĐN VALUE OF DESIGN: tổng mức đầu tư DECISION APPROVED DESIGN ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 152 (152) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh MỤC ĐÍCH: Có cái nhìn tổng quát thiết kế lưới điện phân phối cho khu dân cư; Nắm các yêu cầu thiết kế lưới điện phân phối; Hình dung trình tự các công việc cần thực hiện; Hiểu mối liên hệ lưới điện với các kết cấu hạ tầng kỹ thuật khác HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG LƯU ĐỒ: Functions - Lưới điện phải: o Đảm bảo nhu cầu dùng điện khu dân cư; mở rộng khu dân cư theo quy hoạch; o Đáp ứng tốc độ phát triển phụ tải nhiều năm; o Có thể chuyển tải hộ cho các khu vực lân cận; o Là phận vận hành thống lưới phân phối địa phương; o Đảm bảo đúng thứ tự ưu tiên theo tính chất phụ tải Analysis - Cần phân tích: o Nhu cầu công suất phụ tải (thường dùng phương pháp thống kê trực tiếp); o Tốc độ phát triển Dự đoán theo tỉ lệ các thành phần sử dụng điện (nông lâm thủy sản, công nghiệp xây dựng, thương mại dịch vụ, ánh sáng sinh hoạt và tiêu dùng dân cư…) các khu vực tương tự Khả mở rộng khu dân cư o Hiện trạng các nguồn và khả cung cấp Lưu ý quy hoạch nguồn tương lai o Các kết cấu hạ tầng kỹ thuật có và quy hoạch: đường bộ, đường sắt, đường thủy, cầu cống, đê điều, cấp thoát nước, thông tin liên lạc, cây xanh… o Hướng tuyến Đây là vấn đề mấu chốt Cần phân tích kỹ và có ý kiến địa phương và các quan quản lý o Điều kiện địa hình, địa chất, khí tượng, thủy văn (tài liệu) và kết khảo sát thực tế o Các điều kiện và chế độ vận hành theo CQ quản lý điện địa phương, thỏa thuận đấu nối Criteria: o Luật điện lực năm 2004 và các nghị định, thông tư hướng dẫn; o Quy phạm trang bị điện ban hành theo định 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/7/2006 Bộ trưởng Công nghiệp; o Tiêu chuẩn kỹ thuật các Công ty Điện lực; o Luật và các văn luật liên quan tuyến đường dây (đường xá, cầu cống, đê điều, rừng…), PCCN và vệ sinh môi trường (trong TK buộc phải có PCCN và báo cáo đánh giá tác động môi trường); o Áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật tiên tiến phải có ý kiến các CQ chức Synthesis: o Hướng tuyến (Gần không có nhiều lựa chọn) o Giải pháp phân phối: Chọn nguồn, hướng công suất, cấp điện áp, sơ đồ nối dây, cỡ dây dẫn, vị trí và công suất TBA, thiết bị bảo vệ đóng cắt… o Giải pháp xây dựng: Móng, trụ, đà, sứ, kết cấu TBA… Provisional Design: Có thể xem đây thiết kế sở Thể rõ nội dung chính: Sơ đồ nối dây, cỡ dây dẫn, vị trí và công suất TBA, thiết bị bảo vệ, phân đoạn đường dây… Simulation: o Thiết lập sơ đồ tương đương, tính toán phân bố công suất, sụt áp, tổn thất điện o Sơ đồ cung cấp tình trạng cố cắt điện Expected properties: Công suất (chuyển tải), điện áp, an toàn, ổn định, tin cậy, TTĐN Evaluation: o Điện áp (± 5%), an toàn, liên tục cung cấp điện, TTĐN (hiện chưa quy định cụ thể) Value of design: Lập tổng mức đầu tư Decision: Quyết định, phê duyệt Approved design: Thiết kế sở chấp thuận, tiến hành thiết kế kỹ thuật thi công (có thêm các chi tiết ví dụ phân bố trụ, ứng suất và độ võng căng dây…) ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 153 (153) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh LƯU ĐỒ THIẾT KẾ KỸ THUẬT So sánh với trình tự thiết kế lưới điện khu công nghiệp FUNCTIONS Cấp điện liên tục cho khu CN, đảm bảo CS, điện áp, Analysis Nhu cầu phụ tải, tính chất và định hướng phát triển, nguồn, kết cấu hạ tầng, kết khảo sát Criteria Quy hoạch khu công nghiệp, quy phạm trang bị điện, tiêu chuẩn KT công ty cấp điện Synthesis Hệ thống công trình hạ tầng sẵn có và dự định Các giải pháp thiết kế Provisional Design Xác định vị trí TBA phân phối, xác định nguồn, lựa chọn cấp điện áp, vạch phương án nối dây, chọn dây dẫn, chọn giải pháp xây dựng, kết cấu lưới Simulation Tính toán phân bố công suất, điện áp Expected properties Công suất , điện áp, an toàn , ổn định, tin cậy, tổn thất điện Evaluation Đánh giá điện áp, tổn thất điện Value of design So sánh kinh tế, kỹ thuật các phương án Decision Approved Design ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT Lựa chọn phương án Hoàn thiện thiết kế, Lập tổng mức đầu tư, trình người có thẩm quyền định đầu tư feee.hcmute.edu.vn 154 (154) Giaùo trình Thieát keá heä thoáng ñieän PGS.TS Quyeàn Huy AÙnh TAØI LIEÄU THAM KHAÛO Quyeàn Huy Aùnh, Gíao trình Cung caáp ñieän, ÑH SPKT Tp HCM 2006 Hướng dẫn thiết kế và lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2009 Nguyeãn Xuaân Phuù Cung Caáp Ñieän, NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät 2002 Nguyễn Hoàng Việt, Thiết Kế Hệ Thống Điện, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh – 2003 Nguyễn Văn Đạm, Thiết Kế Các Mạng Và Hệ Thống Điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2004 Ngoâ Hoàng Quang, Giaùo Trình Cung Caáp Ñieän, NXB Giaùo duïc – 2004 Ngô Hồng Quang, Sổ Tay Lựa Chọn Và Tra Cứu Thiết Bị Điện Từ 0,4 kV Đến 500 kV – NXB Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät 2002 Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Nhà Máy Điện Và Trạm Biến Aùp, NXB Khoa học và Kỹ thuật 1996 Turan Gonen, Electric Power Distribution System Engineering 1986 10 Huỳng Bá Minh, Chuyên đề: Lựa Chọn Chống Sét Lưới Phân Phối – 2003(photo) 11 Hồ Văn Hiến, Hệ thống điện truyền tải và phân phối – NXB Đại Học Quốc Gia TP HCM 2003 12 Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Tính toán cung cấp và lựa chọn thiết bị khí cụ điện, NXB Giaùo duïc 2006 13 Ngoâ Hoàng Quang, Vuõ Vaên Taàm, Thieát keá caáp ñieän, NXB Khoa Hoïc Vaø Kyõ Thuaät 2006 ÑH SPKT Tp HCM-Khoa ÑÑT feee.hcmute.edu.vn 155 (155)