Đồ án hệ thống cung cấp điện

Ta thấy rằng các phân xưởng của nhà máy đều có phu tải lọai I và loại II nên trạm biến áp sẻ được cấp bởi hai đường dây từ trạm bieena áp khu vực và lộ ra cũng được bố trí hai đường dây

PHẦN MỘT THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP TỪ TRẠM BIẾN ÁP KHU VỰC ĐẾN NHÀ MÁY

Số liệu thiết kế :

I Hệ thống

Cấp điện áp :110 KV

Công suất 2 x 50000 = 100000 KVA = 100 MVA

2 đường dây dài 30 km

II Xác dịnh phụ tải tính toán của nhà máy.

Vì các phân xưởng đã cho có công suất tính toán nên ta chỉ cần xác định công suất chiếu sáng cho từng phân xưởng trong nhà máy

Tính chiếu sáng cho phân xưởng đúc gang:

Công suất định mức: p dm 400 kW

Diện tích phân xưởng: Fpx= 561 m2

Để tính phụ tải ta chọn công suất chiếu sáng chung cho xưởng là: P0= 0,015 kW/m2

Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs =1 ; tgφcs = 0

Công suất chiếu sáng của phân xưởng là:

TT Tên Phân xưởng F

(m2)

Po(W/m2)

Pcs (kW)

Pttpx( kW)

Qttpx(kVAr)

Stt( kVA)

2.1 Diện tích tổng toàn bộ nhà máy

Diện tích tổng toàn bộ nhà máy: F nm= 39816m2

20+28+17+7,1+13+15+16+3+1,6 (

Công suất trên thanh cái 110 kV của tram biến áp trung gian

Khi tính toán gần đúng và sơ bộ thì ta có thể lấy:

Tổn thất công suất tác dụng của máy biến áp là 2% và tổn thất công suất phản kháng là 10% Do vậy, công suất tính toán của phân xưởng là:

KVAr Q

Q

KW P

P

nm tt nm tt

nm tt nm tt

186902

,1.183202

,1

27941

,1.25401

,1

KW U

dm dm

2 2

11011

71611

x 0,21KW

1210036.71

2 2

3 2 0

2 2

Q Q

KW P

P P

đdL nm

tt tt

đdL nm

tt tt

188011

1869

286571

S P Cos

2.2 Chọn thiết diện dây dẫn

Đường dây cung cấp từ trạm biến áp khu vực về tới trạm biến áp phân phối nhàmáy sử dụng đường dây trên không, lộ kép, dây nhôm lõi thép Trong một số trườnghợp ta có thể dùng nhiều xuất tuyến từ TBAPP tới TBATT của nhà máy.

Các phân xưởng trong nhà máy có Tmax lớn nên dây dẫn sẽ được chọn theo điềukiện mật độ dòng kinh tế Jkt (tra theo bảng 2 10 trang 31 Thết kế CĐ) Ngô Hồng QuangKhi đó mật độ dòng kinh tế Jkt của các nhà máy được chọn ở bảng 2.10 có J kt=1,1 Đối với mạng điện khu vực tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế củadòng điện nghĩa là :

max kt

Stt nm ở đây lấy theo phụ tải dự báo

Với lưới trung áp do khoảng cách tải điện xa tổn thất điện áp lớn vì thế ta phải kiểm tra theo điều kiện tổn thất cho phép:

Ubtcp=5%.Udm

Usccp=10%.Udm

2.3 Với cấp điện áp cao áp U CA = 110 kV

 Chọn dây dẫn từ TBAKVđến TBAPP cho nhà máy cơ khí A3

- Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:

Dòng điện bình thường:

Ilvmax = 9.( )

110.323427

3

n S

n S I

đm đmMC

- Tiết diện kinh tế:

Ftt = max 8,2 2

1,19

mm J

Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện 70 mm2 tra bảng phụ lục 1 đặc tính kỹ thuât điện và

cơ lý dây (Trang 297 HƯỚNG DẨN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ) của

Hoàng Hữu Thận: Ta chọn dây dẫn AC-70 có Icp = 265 A.ở nhiệt độ 250C

Icp(A)

- Kiểm tra dây dẫn khi sự cố đứt 1 dây:

Khi đứt một dây, dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất:

Isc=2.Ilvmax = 2.9 = 18 A < Icp = 265A

Kiểm tra điều kiện phát nóng cưởng bức

I cp.k.I cb:Trong đó k = 0,88 là hệ số hiệu chỉnh tốc độ:

I cp.k 0,88.265233,2AI cb 83A

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố

Kiểm tra điều kiện vầng quang

vq tb U mang

r a 84.m.r.lg

Trong đó : m :Hệ số phụ thuộc vào độ nhẵn bề mặt dây dẩn; m = 0,85

r : bán kính ngoài của dây dẩn, cm

atb: khoảng cách trung bình hình học giữa các trục dây dẩn, cm

Do ba pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang nên ta có: atb = 1,26.a

a : Là khoảng cách giữa các pha:

Khi tính diện áp vầng quang của hau pha bên cạnh thì được tính theo công thức:

vq tb Umang

ra84.m.r.lg

94,0

Với cấp điện áp 110 kV ta có a = 500 cm

Tho¶ m·n ®iÒu kiÖn vÇng quang

- Kiểm tra dây theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC-70 có khoảng cách trung bình hình học là Dtb=5m, với các thông số kỹthuật r0 = 0,46/km; x0 = 0,442 /km; l = 30 km

110.2.1000

442,0.188046,0.2865100

dm tt tt

U

X Q R P U

U% = 0,98% < Ucp% = 5%

Dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép

PttNM, QttNM tính theo đơn vị KW và KVAr

Vậy chọn dây AC-70

III LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN:

Sứ cách điện vừa có tác dụng làm giá đở hoặc treo các bộ phận mang điện vừa

có tác dụng cách điện bộ phận với đất Do đó sứ cách điện phải đảm bảo được an toànđiện lúc vận hành bình thường cũng như khi sự cố

1 Cơ sở chọn sứ treo cho các cấp điện áp

Chọn sứ treo cho các cấp điện áp sau đây :

Điện áp: U đmS U HT

Chiều dài rò phóng điện của mạng nhỏ hơn chiều dài cho phép của chuổi sứ đảmbảo độ bền cơ khí khi tải trọng đường dây, gió, lực điện động

Tính số bát sứ cách điện dùng cho chuổi sứ :

Chiều dài đường rò của chuổi sứ phải thỏa mãn :

L CS L YC L qđ.k.U đmmax

Trong đó:

k : Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu cách điện

U dmmax: Điện áp làm việc lớn nhất (kV)

Lqd1,5cm/kV : chiều dài đường rò điện quy định

110

116 >

1,14/25001,26.lg21,1484.0,85

.94,0

Lycn.L r :chiều dài đường rò điện yêu cầu

n: là số bát sứ

L r= 20cm: chiều dài đường rò một bát sứ

Kiểm tra lại sứ đã chọn theo điều kiện quá điện áp nội bộ

K.U qđđ.nb n.U pđđ

Trong đó:

K: Hệ số do chú ý đến khả năng phát sinh lúc phát sinh,lúc phát sinh quá điện áp, điện áp nguồn tăng cao Thông thường lấy k = 1,1

U qanb 3.U p: Điện áp tăng lên khi xẩy ra quá điện áp nội bộ

nU pdu 40kV : điện áp phóng điện ướt ở tần số 50 Hz

* Chọn sứ treo cho đường dây 110 kV.

Ta có: L yc L qđ.k.U đmmax 1,5.1.110165cm

Theo quy phạm ta chọn tăng thêm một bát sứ bị hỏng trong chuổi sứ

20165

1  





r yc

L L n

Chọn n =10 bát sứ

Kiểm tra cách điện theo điều kiện quá điện áp nội bộ:

kV U

n pdu 10.40400

3110.3.1,1



pdu qdanb n U

U

K  210 < 400 (Nên thỏa mãn điều kiên quá điện áp nội bộ)

IV: LỰA CHỌN CỘT:

Thiết kế cột là bài toán xây dựng

Trong quá trình lập đề án thiết kế đường dây, thông thường cột được chọn theo đặc điểm của đường dây và sau đó được kiểm tra sức chựu tải của cột theo các điều kiện tính toán

Loại cột và chiều cao cột đã được xác định khi chia cột trên tuyến vấn đề còn lại

là lựa chọn kết cấu cột để thỏa mãn các yêu cầu thiết kế

Đường dây có thể sử dụng nhiều loại kết cấu cột trong đó ba loại phổ biens nhất

là cột thép khung , cột bê tông ly tâm (BTLT) và cột thép đơn thân (TĐT)ngoài ra còn nhiều loại cột khác cột gỗ, cột bê tông cốt thép (BTCT)vuông cột phi tiêu chuẩn

Hiện tại ba loại cột được xem là hợp cách để đưa vào đề án đường dây là cột BTCT, cộtthép khung và cột thép đơn Các loại cột khác chỉ được dùng trong hoàn cảnh đặc biệt

Trong các loại cột cột BTCT và BTLT là được coi phổ thông

Cột BTCT được ứng dụng chủ yếu trong các trường hợp sau đây:

 Đường dây phân phối đến 35 kV trừ trường hợp đường dây từ bốn mạch trở lên

 Đường dây mạch đơn đến 220kV , cở dây không quá AC 185

Cột thép đơn dược dùng chủ yếu cho các trường hợp sau đây:

 Đường dây đi trong khu đô thị phát triển, cần đảm bảo chiếm ít hành lang và phối hợp cảnh quan môi trường

 Đường dây ở vùng sâu vùng xa vận chuyển khó khăn

 Các trường hợp đường dây quy mô lớn, nếu chứng minh được tính khả thi so vớicác cột khác

 Cột thép khung được sử dụng cho các trường hợp còn lại khi việc dùng cột thép đơn hoặc BTCT không phù hợp

4.1 Chon kích thước cột.

Kích thước hình học của cột gắn liền với việc bố trí dây trên cột, lựa chọn kích thước xà và kết cấu xà và quyết định đến chiều cao của cột cũng như khoảng cột tính toán

Kích thước hình học của cột quyết định bởi các yếu tố sau:

 Khoảng ách an toàn giữa các dây dẩn với nhau

 Khoảng ách an toàn giữa các dây mang điện với các phần tử còn lại nối đất

 Góc bảo vẹ của dây chống sét

 Số dây dẩn và dây chống sét cần bố trí trên cột

 Lựa chọn kiểu bố trí dây

 Khoảnh cách an toàn tới mặt đất và các công trình vật thể trên mặt đất

Dây chống sét

Dây chống sét áp dụng cho đường dây 110 kV và cho một số đầu trạm 22 kV

Dây chống sét bảo vệ chống sét dánh trực tiếp vào đường dây Đặc trưng cơ bản của dây chống sét là góc bảo vệ 

Tiêu chuẩn bảo vệ:

- Đường dây bố trí tam giác hay thẳng đứng:

- Đường dây bố trí nằm ngang:

Các cột nối đất theo quy định, với điện trở đất thỏa mãn các tiêu chuẩn

Tăng cường các điện.

Cần tăng cường cách điện ở các khoảng vượt có cột cao

0

30





V LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ A3

5.1 Cấu trúc của trạm biến áp trung gian và trạm biến áp phân xưởng:

Trạm biến áp trung gian lấy điện từ một nguồn cung cấp với điện áp cao sau đó

hạ áp để phân phối cho phụ tải ở các điện áp bằng hoặc bé hơn điện áp hệ thống Phần công suất được phân phối ở điện áp bằng điện áp hệ thống thông qua máy biến áp hạ

áp, phần còn lại qua máy biến áp giảm có điện áp phù hợp với tải

Ta thấy rằng các phân xưởng của nhà máy đều có phu tải lọai I và loại II nên trạm biến áp sẻ được cấp bởi hai đường dây từ trạm bieena áp khu vực và lộ ra cũng được bố trí hai đường dây tới biến áp phân xưởng

Dạng cấu trúc của biến áp trung gian như sau

TA TBATT

NHẬN XÉT:

Từ các yêu cầu của sơ đồ cấu trúc ta đưa ra các phương án có thể các phương án

về số lượng chủng loại máy biến áp đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật , tức là về mức

độ đẩm bảo cung cấp điện và chất lượng điện năng theo yêu cầu của phụ tải Trên cơ sở các phương án đã nêu, tiến hành các tính toán cần thiết để chọn công suất máy biến áp nhỏ cần tận dụng khả năng tải của các máy biến áp khi bình thường cũng như có sự cốKhi tiến hành so sánh các phương án về kinh tế và kỹ thuật để chọn phương án tối ưu, cần chú ý đến các điểm sau:

 Vốn đầu tư cho máy biến áp và vốn đầu tư cho thiết bị phân phối điện ở tất cả các cấp điện áp , vì khi thay đổi máy biến áp thì dòng làm việc và dòng ngắn mạch cũng thay đổi dẩn đến thay đổi thiết bị phân phối

 Tổn thất điện năng trong các máy biến áp được tnhs the sơ đồ phụ tải, có lưu ý

sự phát triển của phụ tải

 Mức quan trong của phụ tải, khi hỏng một máy biến áp các máy biến áp còn lại phải đảm bảo chựu được mức quá tải trong một thời gian ngắn và phải cung cấp

đủ cho các phụ tải quan trong hay là phụ tải loại I

5.2 Đề xuất các phương án và sơ đồ cung cấp điện:

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ của

nó Vì vậy các sơ đồ cung cấp điện phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, an toàn trong vận hành khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tẩi mới

VI SƠ BỘ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

6.1 Chọn công suất trạm biến áp trung tâm của nhà máy cơ khí

Các phân xưởng của nhà máy được xếp vào hộ loại I ,II với phụ tải tính toán của

cả nhà máy cơ khí có kể đến sự phát triển trong 10 năm tới là:

SttNM(0)= 3427 kVA

SttNM(10) =S rr0(11.t)3427(10,05.10) = 5140 kVA

Ở đây: Stt - Công suất tính toán của nhà máy ở thời điểm ban đầu

S(t)-Công suất tính toán sau t năm

1 -Hệ số phát triển hàng năm của phụ tải cực đại tính toán

Hệ số phát triển 1đối với các nước dao động trong khoảng 0,03 đến 0,1

Vì vậy trạm biến áp trung tâm được đặt 2 máy biến áp và chọn máy biến áp của liên xô

sản xuất nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ (khc=1-

1005

24 

= 0,81)

Xét trường hợp một máy biến áp bị sự cố máy biến áp còn lại có khả năng chạyquá tải trong thời gian ngắn Trong trường hợp này công suất máy biến áp được xácđịnh theo công thức sau:

- NB là số lượng MBA trong trạm (NB=2).

Vậy: SđmBA ≥ 3173

281,05140



)12(4,181,05140







Tra bảng bảng 2.11 trang 623 CUNG CẤP ĐIỆN) Nguyễn Công Hiền,Nguyễn Bội

Khuê,Nguyễn xuân phú Ta chọn được loại máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây do liên xôchế tạo cho cấp điện áp 110kV, 22kV chế tạo theo các thông số như sau:

Bảng 1.3 thông số máy biến áp phân phối

Tên trạm TBATT Sdm

[kVA] Uc/Uh [kV]

P0[kW]

Pn[kW]

Un[%]

I0[%]

TM5600/110 5600 110/22 25,5 62,5 10,5 4,5

6.2 Xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải

a, Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu:

Pi và li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau:

n

i i 1 n 0

i 1

S x x

i 1

S y y

i 1

S z z

S

�

Trong đó: x0; y0; z0 là toạ độ tâm phụ tải điện

xi; yi; zi là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một trục toạ độ XYZ tuỳ chọn

Si là công suất của phụ tải thứ i

Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất đểđặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí chodây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

Tâm phụ tải:

n

i i 1 n 0

i 1

S x x

i 1

S y y

Bảng 1.4 Bảng tổng hợp các thông số để tính toán tâm phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâmcủa phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đótuỳ chọn Biểu đồ phụ tải cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụ tảitrong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện.Biểu đồ phụ tải điện được chia thành hai phần:

+ Phụ tải động lực (phần hình quạt gạch chéo)

+ Phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng)

Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phânxưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâmhình học của phân xưởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức:

Ri = Si

m  trong đó m là tỉ lệ xích, ở đây chọn m = 3 kVA/mm

2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định theo công thức sau:

TT Tên Phân xưởng xi

(mm)

yi(mm)

Si(kVA)

cs cs

tt

360.P P

 

Kết quả tính toán Ri và csicủa biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi trong bảng 1.5:

Bảng 1.5 Biểu đồ phụ tải các phân xưởng

TT Tên phân xưởng Pcs

(kW)

Ptt(kW)

Stt(kVA)

R(mm)

0 cs

HT

2) Mục đích tính các điểm ngắn mạch

- Tính điểm ngắn mạch N1 để chọn và kiểm tra khí cụ điện phía cao áp trạm BATT 110

kV gồm máy cắt và thanh góp

- N2,N3 để chọn và kiểm tra khí cụ điện phía hạ áp trạm BATT 22 kV gồm máy cắt,

thanh góp và các thiết bị trên đường dây từ TBA về các nhà máy

3) Tính các thông số của sơ đồ thay thế

Ta tiến hành tính toán các thông số trong hệ đơn vị tương đối với

S cb = 250000100 MVA và U cb = U tb do đó ta có ngay (với U tb = 1,05.U dm ):

U cb22 = U tb22 = 23kV; U cb110 = U tb110 = 115 kV

* Điện kháng của hệ thống được tính theo công thức :

2 tb110 cb

2 2

r0, x0 - điện trở và điện kháng trên 1 km dây dẫn [/km]

l - Chiều dài đường dây [km]

- Với đường dây từ HT về TBATT:

115100.30)

442,046,0(21

r0[/km]

x0[/km]

RDi[]

XDi[]

Bảng 1.6 Điện trở và điện kháng MBATT với các thông số:

Tên trạm TBATT Sdm

[kVA] Uc/Uh [kV]

P0[kW]

Pn[kW]

Un[%]

I0[%]

TM5600/110 5600 110/22 25,5 62,5 10,5 4,5

115100.6,5115.5,62

2 2

2

110 2 2

dm N B

U S S

U P R

115100.6,5.100115.5,10

.100

%

2 2

110 2 2



cb cb dm

dm N

B

U S S

U U X

ZB = 0,2 + j1,9

4) Tính dòng ngắn mạch 3 pha đối xứng tại các điểm ngắn mạch

Trong quá trình tính toán ngắn mạch ta có thể coi nguồn có công suất vô cùnglớn và tiến hành tính toán gần đúng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Ở đây ta chỉ xétngắn mạch là 3 pha đối xứng

* Dòng ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối:

Z Z với ZN là tổng trở ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối

* Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên.:

11

2 2

1 1

Z

U S I

I

cb cb N

115.3100.31,0

3 110

1

* 1 ) 3 (   

ixkN1 = kxk 2.I(3)

N1 =1,8 2.0,16 = 0,4kA

b) Dòng ngắn mạch tại điểm N2:

ZN2 = ZN1 + ZB = 0,052+j0,050+ 0,2 + j1,9 = 0,252+j2,4

2,40,25211

2 2 2

Z I

U S I

I

cb cb N

23.3100.41,0

3 22

2

* 2 ) 3

ttnm

U S

- Chọn máy cắt SF6 cao áp loại SB6 do SCHNEIDER chế tạo có bảng thông số sau (tra

bảng 5.14 Trang 310-LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU TBĐ) : Ngô Hồng Quang

Loại Uđm, kv Iđm, A Iđm.C, kA iđ, kA

Máy cắt có dòng định mức Iđm > 1000A do đó không phải kiểm tra dòng ổn địnhnhiệt

2) Chọn máy biến dòng điện (BI) phía 110 kV

* Điều kiện chọn máy biến dòng:

Tra bảng 8.11- -LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU TBĐ Ta chọn loại máy biến dòng có mã

hiệu THд–110M do LIÊN XÔ chế tạo có các thông số như bảng sau:

Loại BI Uđm (kV) Iđms

( A) IđmT (A)

Cấpchính xác

Z2đm() Kđ

ilđđ(kA)

Inh/tnh(kA)

T Hд–

-Vì dòng điện định mức sơ cấp của máy biến dòng > 1000 A nên ta không cần kiểm tra

ổn định nhiệt

3) Chọn máy biến điện áp (BU) phía 110 kV

* Trên thanh cái phía cao áp của TBATT ta đặt 1 máy biến điện áp đo lường 3 pha đấutheo sơ đồ

Tra PL III.19 trang 274 (THIẾT KẾ CẤP ĐIÊN )Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm ta

chọn được loại máy biến điện áp loại HK-110 do Liên Xô chế tạo có các thông số kỹthuật

Loại máy biến

điện áp

Cấp điệnáp;kV

Uđm;kV

sơ cấp

Uđm;V thứ cấpchính

Sđm;VA

Cấp chínhxác

* Tra Bảng 2.43 trang 133 LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU TBĐ Ngô Hồng Quang Chọn

dao cách li đặt ngoài trời do lên xô sản xuất

Loại Uđm, kv Iđm, A IN10s, kA IN max, kAPJIHд110 / 1000 110 1000 15 80DCL có dòng định mức Iđm > 1000A do đó không phải kiểm tra dòng ổn địnhnhiệt

5) Chọn CSV phía 110 kV và 22 kV

- Chống sét van được lựa chọn theo cấp điện áp do đó ta chọn loại chống sét van do

Liên xô chế tạo loại PBC-110 kV.và PBC-22 kV

3.6.5 Sơ đồ nguyên lý mạng cao áp của khu công nghiệp

PHẦN HAI THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP TRONG NHÀ MÁY

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kỹthuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn các yêu cầu

cơ bản sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trong tương lai

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

Trình tự tính toán thiết kế mạng cao áp cho nhà máy bao gồm các bước :

1 Vạch phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến ápvà lựa chọn tiết diệncác đường dây cho các phương án

3 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

2.2 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

Theo tính toán ở chương trước thì cấp điện áp truyền tải từ trạm biến áp trung tâm

của khu công nghiệp về nhà máy là 22 KV.

2.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng:

Các trạm biến áp phân xưởng được lựa chọn trên nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt trạm phải thỏa mãn yêu cầu : gần tâm phụ tải; thuận tiện cho việc vậnchuyển, lắp đặt , vận hành , sửa chữa máy biến áp an toàn kinh tế

2 Số lượng máy biến áp ( MBA) đặt trong các các TBA phải được lựa chọn căn

cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải; điều kiện vận chuyển và lắp đặt , chế

độ làm việc của phụ tải Các hộ phụ tải loại І thì nên đặt hai MBA, các hộ phụtải loại ІІ thì chỉ nên đặt một MBA

3 Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện:

n.khc.SdmB ≥ Stt

Và kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố:

( n- 1) khc.kqt.SdmB ≥ Sttsc

Trong đó :

n - số máy biến áp có trong trạm biến áp

khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máy biến ápchế tạo tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ, khc = 1

kqt - hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vận hành quá tải khôngquá 5 ngày đêm Thời gian quá tải trong một ngày đêm không vựơt quá 6h, trước khi quátải MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0,93

Sttsc – công suất tính toán sự cố

Khi sự cố một MBA có thể loại bỏ một số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹđược vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trường hợp vận hành bình thường Trong nhàmáy cơ khí các phân xưởng tất cả đều là phụ tải loại І và phụ tải loại ІІ nên Sttsc = 0,7 Stt

Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiệnthuận tiện cho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế, vận hành, sửa chữa và kiển tra định kỳ.Căn cứ vào độ lớn, sự phân bố phụ tải của nhà máy ta đặt 6 TBA phân xưởng trong đó :

* Trạm B1 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng đúc gang và đúc thép

* Trạm B2 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng cơ khí 1 và cơ khí 2

* Trạm B3 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng rèn dập và mộc mẫu

* Trạm B4 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng kho vật tư, nhà hành chính và ga ra

* Trạm B5 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng cơ điện và lắp ráp

* Trạm B6 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng kiểm nghiệm, kho sản phẩm và phòngbảo vệ

2.2.2.Chọn các máy biến áp phân xưởng

tt

k n S

( kVA)

khc=1

Chọn MBA tiêu chuẩn có SdmB = 320 kVA

Kiểm tra lại theo điều kiện quá tải sự cố:

( n.-1).khc.kqtsc.SdmB ≥ SttSC = 0,7 Stt

SdmB ≥ 312 5

4,1625.7,0

Như vậy MBA đã chọn thỏa mãn các điều kiện

Trạm B1 ta đặt 2 MBA có SdmB = 320 kVA

Tính toán tương tự cho các trạm còn lại ta có kết quả chọn MBA như sau

Tính toán tương tự ta có kết quả chọn MBA cho các TBA phân xưởng như sau:

Bảng 2.1- Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng

Trạm Số lượng

MBA

Stt( KVA)

SttB( KVA)

Ssc( KVA)

(n-1).khckqtsc.Sdm( kVA )

2.2.3 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng:

Trong các trạm nhà máy thường sử dụng các kiểu trạm biến áp phân xưởng:

* Các trạm biến áp cung cấp cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có mộttường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và

ít ảnh hưởng đến các công trình khác

* Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ mộtphân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành bảo quản thận lợi song về mặt an toàn khi

có sự cố trong trạm không cao

* Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải, nhờvậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều chiều dài mạngphân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ áp phân xưởng, giảm chi phí kim loạimàu và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùng trạm độc lập tuy nhiên vốn đầu tư xây dựngtrạm sẽ gia tăng

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể có thể lựa chọn một trong cá loại trạm biến áp đãnêu Để đảm bảo an toàn cho người cũng như thiết bị, đảm bảo mỹ quan công nghiệp ởđây sẽ dùng loại trạm xây đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giao thông trong nhà máy,song cũng cần phải tính đến khả năng phát triển và mở rộng sản xuất

Để lựa chọn được vị trí đặt các TBA phân xưởng cần xác định tâm phụ tải của cáccác phân xưởng hay nhóm phân xưởng được cung cấp điện từ các TBA đó

Xác định vị trí đặt trạm biến áp B1 ( phương án 1 ) cung cấp điện cho phụ tải của phânxưởng đúc gang và đúc thép

Tâm phụ tải:

n

i i 1 n 0

i 1

S x x

S

� =

156

,1076

4,41506

,12271

i 1

S y y

2.3 PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG

2.3.1 Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng:

Hình 2.1 Các kiểu sơ đồ cung cấp điện

2.3.1.1 Kiểu sơ đồ có trạm biến áp trung tâm (H-a):

Với loại sơ đồ này thì điện lấy từ hệ thống (điện áp 110 kV) vào trạm biến áptrung tâm đặt ở trọng tâm (hoặc gần trọng tâm) của nhà máy và được biến đổi xuống cấpđiện áp nhỏ hơn là 22 kV để tiếp tục đưa đến các trạm biến áp phân xưởng

*) Ưu điểm của sơ đồ:

HÖ thèng

~

35 - 220 kV

20 - 35 kV

6 - 20 kV

- Có độ tin cậy cấp điện khá cao

- Chi phí cho các thiết bị không lớn (giảm vốn đầu tư cho mạng điện cao áp trong nhàmáy cũng như các trạm biến áp phân xưởng)

- Vận hành thuận lợi

*) Nhược điểm của sơ đồ:

- Số lượng của thiết bị sẽ nhiều do lắp đặt trạm biến áp trung gian

- Đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian

- Gia tăng tổn thất trong mạng cao áp của Nhà Máy

Loại sơ đồ này thường được áp dụng trong các trường hợp nhà máy có các

phân xưởng đặt tương đối gần nhau và ở xa hệ thống

2.3.1.2 Kiểu sơ đồ không có trạm phân phối trung tâm (sơ đồ dẫn sâu H-b):

Với loại sơ đồ này thì điện được lấy từ hệ thống về đến tận trạm biến áp phânxưởng sau đó sẽ hạ cấp xuống 0,4 kV để dùng trong các phân xưởng

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Giảm được tổn thất P, A, U

- Nâng cao năng lực truyền tải của lưới

*) Nhược điểm của sơ đồ:

- Độ tin cậy cung cấp điện không cao, muốn tăng độ tin cậy cung cấp điện thì phải tốnkém nhiều kinh phí

- Các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải cao Loại sơ đồ này áp dụng cho các nhà máy có các phân xưởng có công suất lớn vàđược bố trí tương đối tập trung nên ở đây ta không xét đến phương án này

2.3.1.3 Kiểu sơ đồ sử dụng trạm phân phối trung tâm (H-c,d):

Với loại sơ đồ này thì điện được lấy từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến ápphân xưởng thông qua TPPTT Tại trạm biến áp phân xưởng điện áp được hạ cấp xuống0,4 kV để dùng cho các thiết bị trong phân xưởng

*) Ưu điểm của sơ đồ :

- Giảm được tổn thất P, A, U

- Việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp của nhà máy được thuận lợi

- Độ tin cậy cung cấp điện được đảm bảo

*) Nhược điểm của sơ đồ:

- Đầu tư cho mạng cao áp khá lớn

- Các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành phải cao Loại sơ đồ này thương áp dụng cho các nhà máy có các phân xưởng công suất lớn vàkhi điện áp nguồn không cao.

Nếu sử dụng phương án này, vì nhà máy là hộ loại І và loại II nên phải đặt 2 MBA vớicông suất được chọn theo điều kiện ( có xét đến sự phát triển của phụ tải nhà máy trongvòng 10 năm ):

SttNM(0)= 3427 kVA

SttNM(10) = 5140 kVA

Vì vậy trạm biến áp trung tâm được đặt 2 máy biến áp và chọn máy biến áp của liên xô

sản xuất nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ (khc=1-

1005

24 

= 0,81)

Xét trường hợp một máy biến áp bị sự cố máy biến áp còn lại có khả năng chạyquá tải trong thời gian ngắn Trong trường hợp này công suất máy biến áp được xác địnhtheo công thức sau:



)12(4,181,05140







Tra bảng bảng 2.11 CUNG CẤP ĐIỆN) ta chọn được loại máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây

do liên xô chế tạo cho cấp điện áp 110kV, 22kV chế tạo theo các thông số như sau:

Bảng thông số máy biến áp phân phối

Tên trạm TBATT Sdm

[kVA] Uc/Uh [kV]

P0[kW]

Pn[kW]

Un[%]

I0[%]

TM5600/110 5600 110/22 25,5 62,5 10,5 4,5

2.3.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian , trạm phân phối trung tâm của nhà máy:

Dựa vào hệ trục tọa độ XOY đã chọn có thể xác định được tâm phụ tải điện củanhà máy :

Tâm phụ tải:

n

i i 1 n 0

i 1

S x x

i 1

S y y

Vị trí tốt nhất để đặt TBATG hay TPPTT có tọa độ là M(37; 67 ) theo vị trí nhà xưởng

2.3.3 Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp:

Nhà máy thuộc hộ loại І nên ta dùng đường dây kép từ TBAKV đến nhà máy

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy nên ta dùng

sơ đồ hình tia hoặc liên thông Với phân xưởng loại 1 ta dùng lộ kép, với phân xưởngthuộc hộ loại 2 ta dùng đường dây đơn Sơ đồ loại này có nhiều ưu điểm là sơ đồ đấu dây

rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnhhưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện bảo vệ và tự độnghóa, dễ vận hành Các đường cáp cao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đấtdọc theo các tuyến giao thông nội bộ

Từ phân tích trên ta đưa ra 4 phương án thiết kế mạng cao áp của nhà máy đượctrình bày trên hình vẽ:

Hình 2.2 – Các phương án thiết kế mạng cao áp

PH U ONG ÁN 1

PHUONG ÁN 2 t? h? th?ng d?n

2.4 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN

1.Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp.

* Chọn MBA phân xưởng:

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 3.2.1 ta có bảng kết quả chọn MBA cho cáctrạm biến áp phân xưởng

Bảng 2.3 – Các thông số của máy biến áp trong phương án 1

Tên

TBA

Sdm( kVA )

UC/UH(kV)

ΔPO(kW)

ΔPN(kW)

UN(%)

IO(%)

Sốlượng

S1

n - số MBA làm việc song song

t - thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suốt năm t = 8760 h

 - thời gian tổn thất công suất lớn nhất,với nhà máy dệt có Tmax = 5000h

= ( 0,124 + 10 - 4.Tmax)2.8760 = 3410,93 h

ΔPo, ΔPN - tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch trongMBA

Stt - công suất tính toán của trạm biến áp

SdmB - công suất định mức của MBA

TÍnh tổn thất điện năng cho trạm biến áp trung gian

Stt = 5140 kVA

SdmB = 5600 kVA

ΔPo = 25,5 kW

536297 kWhTính toán tương tự cho các TBA khác, kết quả tính toán cho trong bảng sau

Bảng 2.4 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

TÊN TBA SỐ MÁY STT( kVA) SĐM(kVA)  PO(kW)  PN (kW) A(kWh)

2.Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện:

* Chọn cáp từ TBATG về các TBA phân xưởng

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt Đối với nhà máy cơ khí A3

có Tmax = 5000 h sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 2.10 Trang 31 THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN(Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm tìm được Jkt = 3,1 A/mm2

.Tiết diện kinh tế của cáp:

dmS

I =

n 3.U ATrong đó:

n - số lộ cáp

Dựa vào trị số Fkt tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

khc.Icp ≥ IscTrong đó :

Isc – dòng điện qua cáp khi sự cố đứt 1 dây Isc = 2 Imax

khc - hệ số hiệu chỉnh khc = k1.k2

k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k1 = 1

k2 - hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, vớicác rãnh đặt 2 cáp,

khoảng cách giữa các sợi là 300 mm Theo PL VI.11 Trang 315 THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN

(Ngô Hồng Quang, Vũ Văn tẩm) Ta có k2 = 0,93

.3

mm2

Tra bảng 4.57 trang 273 SỔ TAY LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU THIẾT BỊ ĐIỆN, lựa

chọn cáp tiêu chuẩn phù hợp là cáp có tiết diện 35 mm2, cáp đồng 3 lõi 22 kV cách điệnXLPE , đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA ( Nhật ) chế tạo có Icp = 170 A

Kiểm tra cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

0,93.Icp = 0,93.170 = 158 > Isc = 2.Imax = 2.14 = 28

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện

*Chọn cáp từ TBATG đến B2:

2,822.3.262522

.3

mm2

Tra bảng 4.57 trang 273 SỔ TAY LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU THIẾT BỊ ĐIỆN , lựa

chọn cáp tiêu chuẩn phù hợp là cáp có tiết diện 50 mm2, cáp đồng 3 lõi 22 kV cách điệnXLPE , đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA ( Nhật ) chế tạo có Icp = 200 A

Kiểm tra cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

0,93.Icp = 0,93.200 = 186 > Isc = 2.Imax = 2.8,2 = 16,4

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện

Tính toán tương tự cho các lộ cáp khác ta có kết quả tính toán chọn tiết diện cáp cao ápnhư sau:

Bảng 2.5- Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 1

CÁP

STT(kVA)

F(mm2)

L(m)

r0

(Ω/km)

R(Ω )

* Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

Công thức xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

ΔP =

2 ttpx -3 2

dmS.R.10

n - số đường dây đi song song

- Tổn thất ΔP trên đoạn cáp từ TBATG – B1 :

ΔP = 0,02.10 0,047895

226,107610

2 2 3

2 2





R U

S

đm ttpx

kW

Tính toán tương tự cho các đường dây khác ta có kết quả :

Bảng 2.6 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của phương án 1

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: ∑ΔPD = 0.106159kW

* Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên các đường dây được xác định theo công thức:

-.3)

(2514022

-.3)1



n S

Chọn máy cắt 3AF 611- 4 do ABB chế tạo có Iđm = 1250 A

Máy cắt liên lạc ta cũng chọn là máy cắt 3AF 611- 4

Chọn máy cắt cho mạch cáp từ TBATG đến B1:

Dòng điện cưỡng bức khi sự cố hỏng một đường cáp:

22.3)

12(

6,107622

.3)

1(

Tra bảng 5.9 trang 308 LỰA CHỌN TRA CỨU TBĐ Ngô Hồng Quang Chọn máy cắt

3AF 611- 4 do ABB chế tạo có U đm 24kV, Iđm = 1250 A

Máy cắt liên lạc ta cũng chọn là máy cắt 3AF 611- 4

Tính toán tương tự cho các mạch cáp khác ta có bảng kết quả chọn cáp mhư sau:

Bảng 2.7 - Kết quả chọn máy cắt cao áp phương án I

( kVA ) SỐ MẠCH

Icb(A)

LOẠI MÁYCẮT

Hình 2.4 - Sơ đồ phương án 2

PHUONG ÁN 2

t? h? th?ng d?n

1 Chọn MBA phân xưởng và xác định tổn thất điện năng ΔA trong các TBA

Tính toán tương tự như ở phương án 1 ta có các kết quả sau:

Bảng 2.8 - Kết quả chọn MBA phân xưởng cho phương án 2

Tên

TBA

Sdm( kVA )

UC/UH(kV)

ΔPO(kW)

ΔPN(kW)

UN(%)

IO(%)

B4 320 22/0,4 0,7 3,67 4 1,6 1

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp:

Bảng 2.9 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 2

TÊN TBA SỐ MÁY STT( kVA) SĐM(kVA)  PO(kW)  PN (kW) A(kWh)

2 Chọn đây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện:

* Chọn cáp từ TBATG về các TBA phân xưởng

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt Đối với nhà máy cơ khí A3

có Tmax = 5000 h sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 2.10 Trang 31 THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN

(Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm tìm được Jkt = 3,1 A/mm2

.Tiết diện kinh tế của cáp:

dmS

I =

n 3.U ATrong đó:

n - số lộ cáp

Dựa vào trị số Fkt tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

khc.Icp ≥ Isc

Trong đó :

Isc – dòng điện qua cáp khi sự cố đứt 1 dây Isc = 2 Imax

khc - hệ số hiệu chỉnh khc = k1.k2

k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ k1 = 1

k2 - hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, vớicác rãnh đặt 2 cáp,

khoảng cách giữa các sợi là 300 mm Theo PL VI.11 Trang 315 THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN

(Ngô Hồng Quang, Vũ Văn tẩm) Ta có k2 = 0,93

.3

J I

7,2 mm2

Tra bảng 4.57 trang 273 SỔ TAY LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU THIẾT BỊ ĐIỆN , lựa

chọn cáp tiêu chuẩn phù hợp là cáp có tiết diện50 mm2, cáp đồng 3 lõi 22 kV cách điệnXLPE , đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA ( Nhật ) chế tạo có Icp = 200 A

Kiểm tra cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

0,93.Icp = 0,93.200 = 186 > Isc = 2.Imax = 2 22 = 44

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện

Tính toán tương tự cho các lộ cáp khác ta có kết quả tính toán chọn tiết diện cáp cao ápnhư sau:

Bảng 2.10 - Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 2

* Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

Công thức xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

ΔP =

2 ttpx -3 2

dmS.R.10

n - số đường dây đi song song

- Tổn thất ΔP trên đoạn cáp từ TBATG – B1 :

ΔP = 0,016055.10 0,096091

22170210

2 2 3

2 2





R U S

đm ttpx

kWTính toán tương tự cho các đường dây khác ta có kết quả

Bảng 2.11 - Tổn thất công suất trên các đường dây của phương án II

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: ∑PD = 0.19116 kW

Tổng tổn thất điện năng trên các đường dây trong phương án II:

ΔAD = 0,19116.3410,93 = 652(kWh)

Chọn máy cắt điện:

Chọn máy cắt phía hạ áp của TBATG: