thiết kế mạng lưới điện

đồ án tốt nghiệp cung cấp điện, thiết kế mạng lưới điện . cung cấp điện cho nhà máy , Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế Quốc dân, Hệ thống điện Việt nam cũng ngày càng phát triển mạnh cả về qui mô và chất lượng cung cấp điện. Việc đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, đảm bảo chất lượng là một vấn đề quan trọng hàng đầu khi thiết kế một mạng điện. Độ tin cậy cung cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất, yêu cầu của phụ tải. Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số mang tính chất toàn hệ thống, vì vậy chỉ tiêu này do cơ quan điều khiển hệ thống điện Quốc gia điều chỉnh. Người thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện áp theo qui định cho khách hàng tại các nút phụ tải. Mạng điện thiết kế phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, làm việc tin cậy, vận hành linh hoạt, kinh tế và an toàn cho các thiết bị trong toàn hệ thống. Hệ thống điện thiết kế còn phải đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật cao, do đó người thiết kế cần phải cân nhắc để lựa chọn phương án tối ưu là tổng hợp các yếu tố trên. Sau một thời gian học tập, nghiên cứu, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo: TS. Lê Thị Minh Châu, cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình đầy trách nhiệm của các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà nội, đặc biệt là các thầy, các cô trong Bộ môn Hệ thống điện, em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp của mình. Do thời gian có hạn và khả năng của bản thân còn nhiều hạn chế, vì vậy bản đồ án không tránh khỏi những khiếm khuyết, em rất mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy, các cô để bản Đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn

Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện LỜI NÓI ĐẦU Cùng với tăng trưởng kinh tế Quốc dân, Hệ thống điện Việt nam ngày phát triển mạnh qui mô chất lượng cung cấp điện Việc đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục, đảm bảo chất lượng vấn đề quan trọng hàng đầu thiết kế mạng điện Độ tin cậy cung cấp điện tuỳ thuộc vào tính chất, yêu cầu phụ tải Chất lượng điện đánh giá qua hai tiêu tần số điện áp Chỉ tiêu tần số mang tính chất tồn hệ thống, tiêu quan điều khiển hệ thống điện Quốc gia điều chỉnh Người thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện áp theo qui định cho khách hàng nút phụ tải Mạng điện thiết kế phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, làm việc tin cậy, vận hành linh hoạt, kinh tế an toàn cho thiết bị toàn hệ thống Hệ thống điện thiết kế cịn phải đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật cao, người thiết kế cần phải cân nhắc để lựa chọn phương án tối ưu tổng hợp yếu tố Sau thời gian học tập, nghiên cứu, hướng dẫn trực tiếp cô giáo: TS Lê Thị Minh Châu, với hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình đầy trách nhiệm thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà nội, đặc biệt thầy, cô Bộ mơn Hệ thống điện, em hồn thành Đồ án tốt nghiệp Do thời gian có hạn khả thân nhiều hạn chế, đồ án khơng tránh khỏi khiếm khuyết, em mong giúp đỡ bảo thầy, cô để Đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Lê Thị Liên Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện PHẦN I THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI CÂN BẰNG CƠNG SUẤT 1.1 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NGUỒN VÀ PHỤ TẢI 1.1.1 Nguồn cung cấp điện Trong hệ thống điện thiết kế có hai nguồn cung cấp, hệ thống điện nhà máy nhiệt điện Hệ thống điện Hệ thống điện có cơng suất vơ lớn, hệ số cơng suất góp 110 kV hệ thống 0,85 Vì cần phải có liên hệ hệ thống nhà máy điện để trao đổi cơng suất hai nguồn cung cấp cần thiết, đảm bảo cho hệ thống thiết kế làm việc bình thường chế độ vận hành Mặt khác, hệ thống có công suất vô lớn chọn hệ thống nút cân công suất nút sở điện áp Ngồi ra, hệ thống có cơng suất vô lớn không cần phải dự trữ cơng suất nhà máy nhiệt điện, nói cách khác công suất tác dụng phản kháng dự trữ lấy từ hệ thống điện Nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện có tổ máy Mỗi tổ máy phát có cơng suất định mức : Pđm = 55 MW, cosj = 0,85, Uđm = 10,5 kV Như tổng công suất định mức nhà máy nhiệt điện : PĐNĐ = 4.55 = 220 MW Nhiên liệu nhà máy nhiệt điện than đá, dầu khí đốt Hiệu suất nhà máy nhiệt điện tương đối thấp (khoảng 30 ¸ 40 %), đồng thời công suất tự dùng nhà máy nhiệt điện thường chiếm khoảng đến 15 % tuỳ theo loại nhà máy nhiệt điện Công suất phát kinh tế máy phát nhà máy nhiệt điện thường (khoảng 80 ¸ 90 %) Pđm Khi thiết kế chọn công suất phát kinh tế 85 % Pđm, nghĩa là: Pkt = 85 % Pđm Do phụ tải cực đại máy phát vận hành tổng công suất tác dụng phát nhà máy nhiệt điện bằng: 85 4.55 = 187 MW 100 Trong chế độ phụ tải cực tiểu, dự kiến ngừng máy phát để bảo dưỡng, máy phát lại phát 85% Pđm, nghĩa tổng công suất phát nhà máy nhiệt điện bằng: Ρ kt = PNĐ = PF = Ρ kt = 85 2.55 = 93,5 MW 100 Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Khi cố ngừng máy phát, ba máy phát lại phát 100 % Pđm, vậy: PF = 3.55 = 165 MW Phần công suất thiếu chế độ vận hành cung cấp từ hệ thống điện 1.1.2 Các phụ tải Trong hệ thống điện thiết kế 10 phụ tải, số liệu cho theo bảng sau Bảng 1.1 Các số liệu phụ tải Phụ tải Các số liệu Công suất cực đại (MW) 33 36 38 25 40 30 25 Bằng 50% công suất cực đại 32 25 0,9 0,9 0,9 Công suất cực tiểu Hệ số công suất 0,9 Thời gian sử dụng công suất cực đại (h) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 4800 Độ tin cậy yêu cầu I I I I I I I I I Yêu cầu điều chỉnh điện áp KT KT KT KT KT KT KT KT KT Điện áp định mức hạ áp(kV) 10 a Các phụ tải * Chế độ cực đại: Phụ tải 1: Có : P1nax = 33 MW, cosj1 = 0,9 Q1max = P1max.tgj1 = 33.0,484 = 15,97 MVAr * Chế độ cực tiểu: Phụ tải 1: P1min = 50%.P1max = 0,5.Pmax = 0,5.33 = 16,5 MW Q1min = 50%.Q1max = 0,5.Q1max = 0,5.15,97 = 7,99 MVAr Các phụ tải cịn lại tính tốn tương tự phụ tải Ta có bảng sau: Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Bảng 1.2 Thông số phụ tải Phụ tải · S max = Pmax + jQmax MVA Smax MVA · S = Pmin + jQmin MVA Smin MVA 33+15,97j 36,66 16,5+7,99j 18,33 36+17,42j 39,99 18+8,71j 20 38+18,39j 42,22 19+9,2j 21,11 25+12,1j 27,77 12,5+6,05j 13,89 40+19,36j 44,44 20+9,68j 22,22 30+14,52j 33,33 15+7,26j 16,66 25+12,1j 27,77 12,5+6,05j 13,89 32+15,49j 35,55 16+7,75j 17,78 25+12,1j 27,77 12,5+6,05j 13,89 Tổng 284+137,45j 315,51 142+68,74j 157,76 1.2 CÂN BẰNG CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.2.1 Cân công suất tác dụng Đặc điểm quan trọng hệ thống điện truyền tức thời điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ khơng thể tích trữ Tính chất xác định đồng trình sản xuất tiêu thụ điện Tại thời điểm chế độ xác lập hệ thống điện, nhà máy hệ thống cần phải phát công suất với công suất hộ tiêu thụ, kể tổn thất công suất mạng điện, nghĩa cần phải thực cân công suất phát cơng suất tiêu thụ Ngồi để đảm bảo cho hệ thống vận hành bình thường, cần phải có dự trữ định công suất tác dụng hệ thống Dự trữ hệ thống điện vấn đề quan trọng, liên quan đến vận hành phát triển hệ thống Vì phương trình cân cơng suất tác dụng chế độ phụ tải cực đại hệ thống điện thiết kế có dạng: PNĐ + PHT = Ptt = mSPmax + SDP + Ptd + Pdt (MW) Trong đó: PNĐ - Tổng công suất nhà máy nhiệt điện phát Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện PHT - Công suất tác dụng lấy từ hệ thống m - Hệ số đồng thời xuất phụ tải cực đại (m = 1) SPmax - Tổng công suất phụ tải chế độ cực đại SDP - Tổng tổn thất mạng điện, tính sơ lấy SDP = 5%SPmax Ptd – Công suất tự dùng nhà máy điện, lấy 10% tổng công suất đặt nhà máy Pdt – Công suất dự trữ Hệ thống Bởi Hệ thống điện có cơng suất vơ lớn, cơng suất dự trữ lấy Hệ thống, nghĩa Pdt = Ptt - Công suất tiêu thụ mạng điện Tổng công suất tác dụng phụ tải cực đại xác định từ bảng 1.2 bằng: SPmax = 284 MW Tổng tổn thất công suất tác dụng mạng điện có giá trị: +) Tổn thất mạng điện: SDP = 5%SPmax = 0,05.284 = 14,2 MW +) Công suất tự dùng nhà máy điện bằng: Ptd = 10%SPđm = 0,1.220 = 22 MW +) Tổng công suất tiêu thụ mạng điện: Ptt = 284+ 14,2 + 22 = 320,2 MW +) Tổng công suất nhà máy nhiệt điện phát ra: PNĐ = Pkt = 187 MW +) Công suất tác dụng lấy từ hệ thống : PHT = Ptt - PNĐ = 320,2 - 187 = 133,2 MW Như vậy, chế độ phụ tải cực đại Hệ thống cần cung cấp công suất cho phụ tải 133,2 MW 1.2.2 Cân công suất phản kháng Sản xuất tiêu thụ điện dòng điện xoay chiều đòi hỏi cân công suất điện sản xuất điện tiêu thụ thời điểm Sự cân địi hỏi khơng công suất tác dụng, mà công suất phản kháng Sự cân cơng suất phản kháng có quan hệ với điện áp, phá hoại cân công suất phản kháng dẫn đến thay đổi điện áp mạng điện Nếu công suất phản kháng phát lớn cơng suất phản kháng tiêu thụ điện áp mạng tăng, ngược lại thiếu công suất phản kháng điện áp mạng giảm Vì để đảm bảo chất lượng cần thiết điện áp hộ tiêu thụ mạng điện hệ thống, cần tiến hành cân sơ công suất phản kháng Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Phương trình cân cơng suất phản kháng mạng điện thiết kế có dạng: QF + QHT = Qtt = mSQmax + SDQL - SQc + SDQb + Qtd + Qdt MVAr Trong đó: QF - Tổng cơng suất phản kháng nhà máy nhiệt điện phát QHT - Công suất phản kháng hệ thống cung cấp Qtt - Tổng công suất phản kháng tiêu thụ SDQL - Tổng tổn thất công suất phản kháng cảm kháng đường dây mạng điện SQc - Tổng tổn thất công suất phản kháng điện dung đường dây sinh ra, tính sơ lấy SDQL = SQc [MVAr] SDQb - Tổng tổn thất công suất phản kháng trạm biến áp, tính tốn sơ lấy SDQb = 15%SQmax Qtd - Công suất phản kháng tự dùng nhà máy điện Qdt - Công suất phản kháng dự trữ hệ thống (Qdt = 0) Trong nhà máy nhiệt điện ta lấy cosjF = 0,85 Như vậy, tổng công suất phản kháng Nhà máy nhiệt điện phát bằng: Ta biết: QF = PF.tgjF = 187.0,6197 = 115,94 MVAr Công suất phản kháng Hệ thống cung cấp bằng: QHT = PHT.tgjHT = 133,2.0,6197 = 82,58 MVAr Tổng công suất phản kháng phụ tải chế độ cực đại xác định theo bảng 1.2 bằng: SQmax = 137,45 MVAr Tổng tổn thất công suất phản kháng máy biến áp hạ áp bằng: SDQb = 0,15 137,45 = 20,62 MVAr Ta lấy cosjtd nhà máy 0,75 tổng công suất phản kháng tự dùng nhà máy điện có giá trị: Qtd = Ptd.tgjtd = 22.0,882 = 19,4 MVAr Như tổng công suất tiêu thụ mạng điện: Qtt = 137,45 + 20,62 + 19,4 = 177,47 MVAr Tổng công suất phản kháng tự hệ thống nhà máy điện phát bằng: Từ tính tốn có: QF + QHT = 115,94 + 82,58 = 198,42 MVAr Như vậy: QF + QHT > Qtt khơng cần bù cơng suất phản kháng mạng điện thiết kế Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện CHƯƠNG LẬP VÀ TÍNH TỐN KĨ THUẬT CÁC PHƯƠNG ÁN 2.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN VÀ CÁC LỰA CHỌN CHUNG CHO MẠNG ĐIỆN Sơ đồ lưới điện phải lập cho chế độ max hệ thống, nguồn vận hành tối ưu Sơ đồ hay phương án lưới điện vạch địa hình lý tưởng dây tùy ý 2.1.1 Nguyên tắc chung thành lập phương án lưới điện Tính tốn lựa chọn phương án cung cấp điện hợp lý phải dựa nhiều nguyên tắc, nguyên tắc chủ yếu quan trọng công tác thiết kế mạng điện cung cấp điện kinh tế với chất lượng độ tin cậy cao Mục đích tính tốn thiết kế nhằm tìm phương án phù hợp Làm điều vấn đề cần phải giải lựa chọn sơ đồ cung cấp điện Trong công việc phải tiến hành đồng thời lựa chọn điện áp làm việc, tiết diện dây dẫn, tính tốn thơng số kỹ thuật, kinh tế … Trong trình thành lập phương án nối điện ta phải ý tới nguyên tắc sau đây: Đảm bảo độ tin cậy theo yêu cầu Mạng điện phải đảm bảo tính an tồn cung cấp điện liện tục, mức độ đảm bảo an toàn cung cấp điện phụ thuộc vào hộ tiêu thụ Đối với phụ tải loại phải đảm bảo cấp điện liên tục không phép gián đoạn tình Vì phương án nối dây phải có đường dây dự phịng Vì vậy, phụ tải cấp điện đường dây độc lập, đường dây song song mạch vịng kín Đảm bảo liên lạc chắn hai nhà máy điện; đường dây liên lạc lộ song song Kết hợp với việc phân tích nguồn phụ tải nhận thấy: phụ tải hộ loại I, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao Do phải sử dụng biện pháp cung cấp điện như: lộ kép, mạch vòng 2.1.2 Chọn điện áp định mức Điện áp định mức mạng điện ảnh hưởng chủ yếu đến tiêu kinh tế- kỹ thuật, đặc trưng kĩ thuật mạng Khi tăng điện áp định mức tổn thất cơng suất điện giảm tức giảm chi phí vận hành, tăng công suất giới hạn truyền tải đường dây, nhiên lại làm cho vốn đầu tư tăng ngược lại điện áp định mức mạng điện thấp vốn đầu tư nhỏ tổn thất cơng suất điện làm cho chi phí vận hành tăng Vì chọn điện áp định mức mạng điện thiết kế cần thiết Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Điện áp định mức mạng điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố: công suất phụ tải, khoảng cách phụ tải với nguồn cung cấp, vị trí tương đối phụ tải với nhau, sơ đồ mạng điện… Như chọn điện áp định mức mạng điện xác định chủ yếu điều kiện kinh tế Việc chọn sơ điện áp mạng điện có nhiều phương pháp khác : + Theo khả tải khoảng cách truyền tải đường dây + Theo đường cong thực nghiệm + Theo công thức kinh nghiệm Một công thức kinh nghiệm hay dùng để chọn điện áp tối ưu mặt kinh tế U = 4,34 L + 16.P P công suất đường dây cần truyền tải (MW) L khoảng cách cần truyến tải công suất (km) U điện áp định mức mạng điện (kV) Công thức gọi công thức Still, áp dụng cho đường dây có chiều dài đến 220 km cơng suất truyền tải P ≤ 60 MW Tính Ui cho tất nhánh, 70 kV < Ui < 187 kV chọn Uđm = 110 kV 2.1.3 Chọn kết cấu đường dây tiết diện dây dẫn Trong toán quy hoạch thiết kế lưới điện, chọn dây dẫn toán Chọn dây dẫn bao gồm chọn loại dây dẫn chọn tiết diện dây dẫn Dây nhôm lõi thép sử dụng hợp lý mạng điện đường dây truyền tải điện Dây dẫn nhôm thường dùng cho mạng điện có điện áp lên đến 35 kV Các mạng điện đường dây truyền tải điện áp từ 110 kV trở nên thường dùng dây nhôm lõi thép, đồng thời đường dây truyền tải điện áp 330 kV cao sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn hơn, thiết diện phần nhôm không nhỏ 240 mm2 Khi chọn cấu trúc dây nhơm lõi thép, kích thước lõi thép có ý nghĩa quan trọng Tăng tiết diện lõi thép dây nhôm lõi thép dẫn đến tăng giá thành dây dẫn, phức tạp hóa cấu trúc cột làm tăng giá thành đường dây Hiện dây hợp kim nhơm khơng có lõi thép bắt đầu sử dụng rộng rãi Các dây hợp kim nhơm có độ bền tốt lớn nhiều so với độ bền dây nhôm Các hợp kim nhôm đắt dây nhôm lõi thép, cho phép giảm giá thành cột đường dây Điện trở dây hợp kim nhôm nhỏ so với dây nhôm lõi thép Các mạng điện 110 kV thực chủ yếu đường dây không, loại dây dẫn sử dụng dây nhôm lõi thép (AC), đồng thời dây dẫn thường đặt cột bê tông ly tâm cột thép tùy theo địa hình đường dây qua, đồ Sinh Viên : Lê Thị Liên Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện dự án dự kiến dùng loại đường dây không, dây nhôm lõi thép, đặt hai lộ cột bê tơng, cốt thép Khoảng cách trung bình hình học dây dẫn Dtb = m Tiết diện dây dẫn ảnh hưởng nhiều đến vốn đầu tư để xây dựng đường dây chi phí vận hành đường dây, tăng tiết diện dây dẫn làm tăng chi phí xây dựng vận hành đường dây, giảm tổn thất điện chi phí tổn thất điện Vì vậy, ta cần phải chọn tiết diện dây dẫn cho hàm chi phí tính tốn nhỏ Ta sử dụng phương pháp mật độ dịng điện kinh tế để tìm tiết diện dây dẫn: Fkt = I max J kt (2.2) Trong : Fkt : tiết diện kinh tế dây dẫn Jkt : mật độ kinh tế dòng điện, A/mm2, Jkt chọn chung cho toàn lưới điện theo Tmax dây AC Imax : dòng điện chạy đường dây cho chế độ phụ tải cực đại A Giá trị dịng điện xác định theo cơng thức sau: Imax = Pmax + Q 2max n.U dm 103 A (2.3) Trong đó: n: số mạch đường dây, đường dây kép n = Uđm: điện áp định mức mạng điện, kV Pmax, Qmax: dịng cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng đường dây, [MW, MVAr] Sau tính tiết diện theo công thức (2.2) ta tiến hành chọn tiết diện tiêu chuẩn gần kiểm tra điều kiện về: phát nóng dây dẫn chế độ sau cố; độ bền đường dây kiểm tra điều kiện tạo thành vầng quang Dãy tiêu chuẩn 70 – 95 – 120 – 150 – 185 – 240 – 300 2.1.4 Kiểm tra tiêu kỹ thuật Các hạn chế kỹ thuật bao gồm: ● Phát nóng dây dẫn dịng điện Điều kiện khơng thỏa mãn đường dây không làm việc Điều kiện thể hiện: dòng điện lớn qua đường dây phải nhỏ dòng điện cho phép tiết diện dây Ở tiết diện dây chọn theo mật độ kinh tế nên dòng điện lớn xuất đường dây có hai lộ song song bị hỏng lộ, điều Sinh Viên : Lê Thị Liên 10 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Trong : 1.Đường dây khơng 10kV 2.Chống sét van 3.Cầu chì tự rơi 4.Máy biến áp 160kVA-10/0,4kV 5.Cáp điện tổng 6.Tủ hạ áp 7.Máy biến dòng 8.Bộ đo đếm điện 9.Áp tô mát tổng 10.Thanh 0,4kV 11.Áp tô mát nhánh 12.Cáp điện nhánh b.Sơ lắp đặt trạm 1400 1400 750 750 400 650 650 1200 3200 8500 3000 3200 850 1500 2000 500 Sinh Viên : Lê Thị Liên 84 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện 1.3 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP VÀ HẠ ÁP Việc lựa chọn đắn thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn, tin cậy kinh tế 1.3.1 Chọn thiết bị điện cao áp Các thiết bị điện cao áp chọn theođiều kiện sau: + Uđmtb ³ Uđm mạng C + Iđmtb ³ Itt + Itt = SdmB 160 = = 9, 24 A 3.U dmc 3.10 a Chọn cầu chì tự rơi Chọn cầu chì tự rơi loại 3GD1 203 -3B hãng SIEMENS sản xuất : Uđm (kV) Iđm (A) I cắt N (kA) I cắt N DP (W) 35 Khối lượng (kg) Kích thước dài (mm) Đường kính (mm) 10,5 10 40 25 3,8 442 b Chọn sứ cao Chọn sứ đỡ đặt trời Liên Xơ chế tạo có thơng số sau: Kiểu OIIIH-10,5-2000 Uđm (kV) 24 UPĐ khô (kV) 50 UPĐ uớt (kV) 34 F (kg) 2000 69 Khối lượng (kg) 12,1 c Chọn chống sét van Chọn chống sét van 3EG4 Siemens chế tạo có thơng số sau: Loại 3EG4 Uđmc (kV) 10,5 Dịng điện phóng điện định mức (kA) Vật liệu vỏ sứ d Chọn dẫn xuống máy biến áp: Thanh dẫn chọn theo Ilvmax độ bền học, ta chọn dẫn đồng trịn có đường kính f = 8(mm) Loại Thanh đồng trịn Sinh Viên : Lê Thị Liên Đường kính (mm) ICP (A) 235 85 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện 1.3.2 Chọn thiết bị hạ áp Các thiết bị điện hạ áp chọn theođiều kiện: + UđmtbH ³ Uđm mạngH = 0,4 kV + IđmtbH ³ Ilvmax + Ilvmax = S dmB 160 = = 259,81 A 3.U dmH 3.0, a Chọn cáp tổng từ sứ hạ MBA sang tủ phân phối: Lưới hạ áp ta chọn theo Icp , đóđiều kiện là: Icp ³ Ilvmax Chọn cáp đồng loại bốn lõi cách điện PVC LENS chế tạo: Loại Icp(A) 4G-150 395 Trọng lượng(kg/km) ro(mW/m) 0,124 6605 b Chọn áptơmát tổng: Chọn theo dịng định mức máy biến áp + Điều kiện: IđmA³ Ilvmax , Ilvmax = 259,81 A Chọn áptômát tổng loại SA403-G Nhật chế tạo: Loại Uđm(kV) Iđm(A) IN (kA) Số cực SA403-G 0,6 400 22 c Chọn áptômát nhánh: Từ hạ áp có lộ cung cấp cho hộ tiêu thụ, coi cơng suất lộ công suất nhánh là: S1 = S2 = S3 = S4 = Þ Ilvmax = 160 = 45 kVA 45 = 64,952 A 3.0, + Điều kiện: IđmA³ Ilvmax Chọn áptômát nhánh loại EA403-G Nhật chế tạo: Loại EA403-G Uđm(kV) 0,6 Sinh Viên : Lê Thị Liên Iđm(A) 250 IN(kA) 18 Số cực 86 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện d Chọn cáp xuất tuyến: Chọn cáp đồng bốn lõi cách điện PVC LENS chế tạo Loại Icp(A) 4G-50 192 Trọng lượng(kg/km) ro(W/kM) 0,387 2276 e Chọn hạ áp: Chọn đồng, có sơn màu để phân biệt pha, pha đặt tủ phân phối 0,4kV Kích thước (mm) Tiết diện (mm2) Trọnglượng (kg/m) Icp (A) 40x5 200 1,78 700 r0 x0 (mW/m) 0,1 (mW/m) 0,17 f Chọn sứ hạ áp: Kiểu Uđm(kV) UPĐ khô(kV) F(kg) Khối lượng(kg) Of -1-375 11 375 0,7 g Chọn biến dòng điện: Điều kiện chọn máy biến dòng: + UđmBI³Uđm mạng= 0,4 kV + IđmBI³ Ilvmax = 259,81 A Chọn BI Liên Xơ sản xuất có thơng số kĩ thuật sau: Loại TKM- 0,5 Uđm(kV) 0,5 Iđm(A) 400/5 Cấp xác 0,5 S(VA) 10 h Chọn thiết bị đo đếm: Tên đồng hồ Đơn vị Loại Am Pe - mét A $378 Vôn - mét V $378 Công tơ tác dụng Wh ?305 Công tơ phản VArh ?305 kháng Tổng công suất tiêu thụ (VA) Sinh Viên : Lê Thị Liên Cấp xác 1,5 1,5 1,5 1,5 Cơng suất tiêu thụ (VA) Cuộn điện Cuộn dòng áp điện 0,1 2 0,5 0,5 7,1 87 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện i Chọn dẫn từ BI đến dụng cụ đo: Để đảm bảo độ bền học ta chọn loại dây đồng sợi bọc nhựa PVC có tiết diện ³ 2,5 mm2 j Chọn chống sét van hạ áp: Chọn chống sét van điện áp thấp loại PBH để bảo vệ điện áp cho cách điện thiết bị xoay chiều tần số 50Hz Điện áp đánh Điện áp đánh Uđmcsv UCpmax Khối lượng thủng xung kích Loại thủng (kV) (kV) (kg) f=50Hz(kV) tp=2¸10s PBH - 0,5 Y1 0,5 0,5 2,5 3,5 ¸ 4,5 k Chọn tủ phân phối hạ áp: Chọn vỏ tủ hạ áp nhà máy thiết bị điện Đông Anh chế tạo Trên khung tủ làm sẵn lỗ gá dày đặc để lắp giá đỡ tuỳ ý theo thiết bị chọn lắp đặt Dài Kích thước Rộng 1200 800 Số cánh cửa tủ Sâu 400 1.4 TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÃ CHỌN Ngắn mạch tình trạng cố nghiêm trọng thường xảy hệ thống cung cấp điện Các dạng ngắn mạch thường xảy là: ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha ngắn mạch pha chạm đất Trong ngắn mạch ba pha nghiêm trọng Vì vậy, người ta thường vào dòng ngắn mạch ba pha để lựa chọn kiểm tra thiết bị điện 1.4.1 Tính tốn ngắn mạch Giả thiết ngắn mạch xẩy ngắn mạch ba pha đối xứng coi nguồn có cơng suất vơ lớn, coi trạm biến áp xa nguồn nên tính tốn ngắn mạch lấy : IN =I" = I¥= U 3.ZΣ Trong + IN: dòng điện ngắn mạch (kA) + I": dòng ngắn mạch siêu độ (kA) + I¥: giá trị dòng điện ngắn mạch chế độ xác lập (kA) + U: điện áp đường dây (kV) + Zå: tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch (W) Sinh Viên : Lê Thị Liên 88 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Các điểm ngắn mạch cần tính sơđồ: N1 CCTR MBA Cáp AT N2 N3 AN + Điểm N1 : Kiểm tra cầu chì tự rơi phía cao áp + Điểm N2, N3 : Kiểm tra thiết bị hạ áp a.Tính ngắn mạch phía cao áp (tại N1): - Sơđồ thay thế: XHT N1 HT - Chọn đại lượng cơbản : Utb1 = 0,4 KV ; Utb2 = 10,5 KV +Điện kháng hệ thống bằng: U 2dm 10,52 = = 1,1W XHT = XS1 = SN 100 +Dòng ngắn mạch ba pha bằng: IN1 = 10,5 U = 5,51 kA = 3.1,1 3.X HT Sinh Viên : Lê Thị Liên 89 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện +Trị số dịng ngắn mạch xung kích bằng: ixk1 = k xk 2.I N = 1,8 2.5,51 = 14,03 kA b Tính ngắn mạch phía hạ áp: Khi tính tốn ngắn mạch phía hạ áp coi máy biến áp hạ áp nguồn Vì điện áp phía hạ áp khơng thay đổi ngắn mạch Do ta có: IN = I" = I¥.Mặt khác phải xét đến điện trở, điện kháng tất phần tử mạng : máy biến áp, dây dẫn, cuộn dịng điện áptơmát, c Tính ngắn mạch điểm N2 + Sơ đồ thay thế: ZB N2 ZAT ZC + Tổng trở máy biến áp: ΔPN U dm U N %.U dm 10 + j 10 ZBA = S dm S dm 2,3.0, 42 5.0,42 10 + j 104 = 11,36 + 44, 44 j mW = 160 160 + Cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối 4G-150 nên tra bảng PL4.29 sách "Cung cấp điện" được: r0 = 0,124 (mW/m), x0 lấy gần x0 = 0,07 (mW/m) Giả sử cáp nối từ máy biến áp tới tủ phân phối dài m Khi tổng trở đường dây cáp bằng: ZC = lc.Zoc = 5.(0,124+j 0,07) = 0,62 +j 0,35 mW + Tổng trở cuộn dây bảo vệ q dịng điện áptơmát tổng tra bảng PL3.12 sách "Cung cấp điện" được: ZAT = 0,135 +j 0,097 mW + Tổng trở điểm ngắn mạch N2 bằng: ZS2 = (11,36 + 0,62 + 0,135)2 + ( 44,44 + 0,35 + 0,097) = 46,49mW + Dòng điện ngắn mạch pha bằng: IN2 = Udm 3.Zå = 0,4 103 = 4,97 kA 3.46,49 + Dòng điện xung kích bằng: ixk2 = k xk 2.I N2 = 1,8 2.4,97 = 12,65 kA Sinh Viên : Lê Thị Liên 90 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện d Tính ngắn mạch điểm N3 + Sơđồ thay thế: ZB ZC ZTC ZAT ZAN N3 MN + Tổng trở tra sổ tayđược: ZTC=l.(r0TC + x0TC) =1,2.(0,1 +j 0,17) = 0,12 +j 0,204 mW + Tổng trở cuộn dây bảo vệ dịng điện áptơmát nhánh tra bảng PL3.12 sách "Cung cấp điện" được: ZAN = 0,235 + j 0,307 mW + Tổng trở điểm ngắn mạch N3 bằng: Zå3 = (11,36 + 0,62 + 0,135+ 0,12 + 0,235)2 +( 44,44 + 0,35+ 0,097 + 0,204 + 0,307) = 47,08mW + Dòng điện ngắn mạch pha bằng: IN3 = U dm 3.Zå = 0,4 103 = 4,91 kA 3.47,08 + Dịng điện xung kích bằng: ixk3 = k xk 2.I N3 = 1,8 2.4,91 = 12,5 kA 1.4.2 Kiểm tra thiết bị chọn a Cầu chì tự rơi: + Điều kiện kiểm tra: Sđmcắt³SN1 ; Iđmcắt³ IN1 + Cầu chì tự rơi chọn có: Iđmcắt= 25kA ³ IN1= 5,51 kA Sđmcắt = Uđm.Iđmcắt = 10,5.25 = 454,66 kA SN1 = Uđm.IN1 = 10,5.5,51 = 100,21 kA Vậy: SđmCắt ³SN1 ,cầu chì tự rơi chọn đạt yêu cầu b Kiểm tra cáp hạ áp: Điều kiện ổn định nhiệt Fô.đ.n³a.IN t qd Trong đó: + a = hệ số nhiệt độ cáp đồng; + tqđ thời gian qui đổi, lấy thời gian tồn ngắn mạch Vì coi ngắn mạch hệ thống cung cấp điện ngắn mạch xa nguồn nên tqđ= 0,5 (s); + IN = IN2= 4,97 kA; Sinh Viên : Lê Thị Liên 91 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện + Fô.đ.n = a.IN t qd = 4,97 0,5 = 21,09 mm2< F = 50 mm2 Vậy cáp chọn thoả mãn yêu cầu c Kiểm tra áptômát: + Áptômát tổng IcđmA³ IN2 IcđmA = 22 kA ³ IN2 = 4,97 kA Vậy áptômát tổng chọn đạt yêu cầu + Áptômát nhánh IcđmAN ³ IN3 IcđmAN =18 kA ³ IN3 = 4,91 kA Vậy áptômát nhánh chọn đạt yêu cầu d Kiểm tra sứ đỡ cao áp: Điều kiện kiểm tra: Fcp³ Ftt + Fcp lực tác dụng lên đầu sứ Fcp = 0,6 Fph = 0,6.2000 = 1200 kG l i xk1 (với l = 70 cm , a = 15 cm) a 70 = 1,76.10-8 .4,0372.106 = 1,339 kG 15 Þ Fcp =1200 kG ³ Ftt = 1,339 kG Do sứ hạ áp chọn đạt yêu cầu e.Kiểm tra hạ áp: + Ftt = 1,76.10-8 b h H’ H Sứ đỡ Kiểm tra theođiều kiện ổn định động dtt =M/W =dcp Trong : Sinh Viên : Lê Thị Liên 92 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện + M mơ men uốn tính tốn (kg.cm); +W mômen chống uốn dẫn (cm3); - Lực tác dụng lên dẫn pha chiều dài khoảng vượt; Ftt = 1,76.10-2 l i xk a Trong đó: + Dịng xung kích ngắn mạch ba pha: ixk = ixk2 = 12,65 kA; + Khoảng cách trung bình pha a = 10 cm.; + Khoảng cách hai sứ đỡ gần l = 60 cm Vậy : Ftt = 1,76.10-2 60 12,652 = 16,9 kG 10 - Mô men uốn: M= Ftt l 16,9.60 = = 101,4 Kg.cm 10 10 - Ứng xuất tính tốn: d tt = M W W mơ men chống uốn dẫn , đặt nằm ngang nên: b.h 0,4 W= = = 0,6 cm 6 Vậy: dtt = 101,4 = 169 kg/cm 0,6 - Ứng suất cho phép với đồng: dcp = 1400 > dtt = 169 kg/ cm3 Do dẫn chọn bảo đảm điều kiện ổn định động đạt yêu cầu f- Kiểm tra máy biến dòng: - Kiểm tra dòng sơ cấp định mức : I1đmBI ³ Icb I1đmBI = 400A > Icb = Ilvmax = 259,81 A - Công suất cuộn thứ cấp: S2đmBI³ Sdụngcụđo S2đmBI = 10 VA > Sdụngcụđo = 7,1 VA Vậy máy biến dòng chọn đạt yêu cầu Sinh Viên : Lê Thị Liên 93 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện 1.5 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP Tác dụng nối đất để tản dòng điện, giữ mức điện thấp vật nối đất, đảm bảo làm việc bình thường thiết bị Ngồi việc nối đất phần khơng mang điện (tủ điện ,vỏ máy ) để đảm bảo an toàn cho người vận hành Dự kiến hệ thống nối đất bao gồm thép góc L60´60´6 dài 2,5m nối với thép tròn f12, tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp Các thép góc đóng sâu mặt đất 0,7 m, thép tròn hàn chặt với cọc độ sâu 0,8m Điện trở nối đất yêu cầu trạm biến áp Rnđyc£ 4W Điện trở suất đất r = 0,4.104W/cm Hệ số hiệu chỉnh theo mùa điện trở cọc là: Ktm = 1,6 Kcm = 1,4 Sơđồ mặt mặt cắt hệ thống nối đất trạm biến áp Cọc ; 2- Thanh 0,7m TBA 0,8 m 5m 5m a=2,5m 10m a Điện trở nối đất thanh: ρ K.L2 ln Rt= 2p L d.h + r = rđ0.Ktm = 0,4.104.10-2.1,6 = 64 Wm (là điện trở suất đất tính theo mùa an tồn) + L : tổng chiều dài lấy chu vi, L = (10 + 5).2 = 30 m + h :độ chôn sâu, h = 0,8 m + d :đường kính thép tròn: d = 0,012 m + K : hệ số phụ thuộc vào hình dạng hệ thống nối đất, K = f(l1/ l2) Theo thiết kế mạch vòng ta có: l1/l2 = 10/5 = Sinh Viên : Lê Thị Liên 94 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Tra bảng 2-6 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA K = 6,42 Rt = 64 6,42.30 ln = 4,52W 2.3,14.30 0,012.0,8 b Điện trở nối đất cọc: - Giả thiết: + Số cọc cần phải đóng n + Khoảng cách cọc a = l/n + Chiều dài cọc l = 2,5m Nếu lấy tỷ số a/l = 1/2 a = 2l = m Vậy số cọc phải đóng là: n= L 30 = = cọc a Tra tài liệu KTĐCA ta có hệ số sử dụng cọc ht = 0,26;hcọc = 0,58 - Điện trở nối đất cọc tính theo cơng thức: Rc = ρ 2.l 4t + l + ln [ ln ] 2p l d 4t - l Trong đó: + r : điện trở suất hiệu chỉnh theo mùa r = rđ0.kcm = 0,4.104.10-2.1,4 = 56 Wm + l : chiều dài cọc, l = 2,5 m + d :đường kính cọc thép góc (L60x60x6) mm d = 0,95 b => d = 0,95.60.10-3 = 0,057 m + t = l/2 + h = 2,5/2 + 0,7 = 1,95 m Thay vào cơng thức ta có: Rc = 56 2.2,5 4.1,95 + 2,5 + ln [ ln ] =17,14 W 2.3,14.2,5 0,057 4.1,95 - 2,5 c Điện trở nối đất hệ thống cọc thanh: RHT = 17,14.4,52 R c .R t = = 3,838W R c η t + n.R t ηc 17,14.0, 26 + 6.4,52.0,58 So sánh điện trở nối đất yêu cầu trạm điện trở tính tốn hệ thống: RHT = 3,838W< Ryc = W Sinh Viên : Lê Thị Liên 95 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện Kết luận: Hệ thống nối đất dùng cọc thép góc L60´60´6 dài 2,5m nối với thép tròn f12, tạo thành mạch vòng nối đất bao quanh trạm biến áp Các thép góc đóng sâu mặt đất 0,7m, thép trịn hàn chặt với cọc độ sâu 0,8m hình vẽ đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Sinh Viên : Lê Thị Liên 96 Đồ án tốt nghiệp Thiết kết mạng lưới điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Đạm, Thiết kế mạng hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 PGS TS Trần Bách, Lưới điện hệ thống điện (tập 1, 2, 3), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 Đào Quang Thạch, TS Phạm Văn Hòa, Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp khí cụ điện cao áp Lã Văn Út, Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Thiết kế cấp điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị từ 0,4 – 500 kV, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 Sinh Viên : Lê Thị Liên 97 Đồ án tốt nghiệp Sinh Viên : Lê Thị Liên Thiết kết mạng lưới điện 98