Thiết kế mô hình đường dây cáp ngầm phân phối cho bài toán định vị sự cố cáp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐƯỜNG DÂY CÁP NGẦM PHÂN PHỐI CHO BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CÁP GVHD: TRƯƠNG VIỆT ANH SVTH: LẠI NGUYỄN THÀNH ĐẠT MSSV: 14142061 SKL006460 Tp Hồ Chí Minh, 2018 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  Tp HCM, ngày… tháng… năm Giảng viên hướng dẫn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN  Tp HCM, ngày… tháng… năm Giảng viên phản biện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ  Tp HCM, ngày… tháng… năm Hội đồng bảo vệ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, đến đồ án tốt nghiệp hoàn thành đạt kết theo mục tiêu đề Trong trình thực đồ án, em gặp khơng khó khăn thắc mắc, nhờ có hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Trương Việt Anh em học nhiều kiến thức bổ ích kinh nghiệm quý báu cho trình học tập làm việc sau Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô khoa Đào tạo chất lượng cao trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, người bảo em tận tình, truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập trường Đặc biệt em xin gửi lời cám ơn trân trọng đến PGS.TS.Trương Việt Anh người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ với lời dạy, kiến thức quý báu giúp em định hướng thực tốt đề tài Trong trình làm đồ án em cố gắng để thực đề tài cách hoàn thiện Do lực hạn chế chưa có nhiều kinh nghiệm nên cịn gặp nhiều khó khăn, q trình tiến hành thực khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp q thầy bạn để đề tài sau hoàn thiện Sinh viên thực Lại Nguyễn Thành Đạt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LỜI CẢM ƠN PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ đồ án 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm đồ án 1.6 Giá trị thực tiễn đề tài 1.7 Nội dung đồ án PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cần thiết 1.2 Cáp ngầm điện lực 1.2.1Cấu tạo cáp ngầm 1.2.2So sánh cáp 1.2.3Xu phát triển 1.3 Ngắn mạch cáp ngầm điện lực 1.3.1Các nguyên nhân 1.3.2Các loại cố ng CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY CÁP NGẦM PHÂN PHỐI 19 2.1 Mơ hình hóa khối lưới điện phân p 2.2 Mô hình nguồn phát điện 2.2.1Nguyên lý hoạt đ 2.2.2Chức 2.2.3Hình ảnh mặt trư 2.3 Mô hình đường dây 2.3.1Chức 2.3.2Mặt trước sau 2.4 Mô hình phụ tải ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.5 Mô hình giả lập cố 2.5.1 Sơ đồ n 2.5.2 Nguyên 2.6 Mô hình điện trở nối đất 2.6.1 Mặt trư 2.6.2 Mặt sau 2.6.3 Chức n 2.7 Điện trở hạn dòng: 2.7.1 Chức n 2.7.2 Mặt ng 2.7.3 Bên tro 2.8 Module cố: 2.8.1 Chức n 2.8.2 Mặt ng 2.8.3 Sơ đồ n 2.9 Mô hình thiết bị đo lường giám sát 2.9.1 Mạch đ 2.9.2 Kết nối 2.10 Mô hình vật lý tổng thể thí nghiệm CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CUỘN DÂY MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY CÁP NGẦM 3.1 Thông số đường dây cáp ngầm 3.2 Yêu cầu kỹ thuật cuộn dây mô đư 3.3 Cuộn cảm lõi khơng khí 3.3.1 Các đạ 3.3.2 Công th 3.4 Giải thuật thiết kế cuộn dây lõi khơng k CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết tính tốn kiểm tra máy đo 4.1.1 Thiết b 4.1.2 Kết 4.2 Kết tính tốn kiểm tra phần m 4.2.1 Matlab ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2.2 4.3 Kết Matlab 50 Đánh giá kết 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 5.1 Các vấn đề thực đồ án 53 5.2 Đề nghị hướng phát triển đồ án 53 5.3 Phạm vi đề tài 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Mặt cắt ngang số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu Hình 1-2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện XLPE Hình 1-3 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện EPR 10 Hình 1-4 Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch pha chạm đất .15 Hình 1-5 Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch pha chạm đất 15 Hình 1-6 Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch hai pha chạm đất 16 Hình 1-7 Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch hai pha chạm đất 17 Hình 1-8 Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch ba pha 18 Hình 1-9 Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch ba pha 18 Hình 2-1: Mơ hình ngắn mạch pha chạm đất 19 Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý Module nguồn pha 19 Hình 2-3: Mặt trước mơ hình nguồn pha 20 Hình 2-4: Mặt sau mơ hình nguồn pha 21 Hình 2-5: Thơng số cáp ngầm 3x120mm 22 Hình 2-6: Mơ hình đường dây cáp ngầm 240m 23 Hình 2-7: Mơ hình đường dây cáp ngầm 315m 23 Hình 2-8: Mơ hình đường dây cáp ngầm 380m 24 Hình 2-9: Mơ hình đường dây cáp ngầm 600m 24 Hình 2-10: Mặt sau mơ hình đường dây cáp ngầm 25 Hình 2-11: Mặt trước mơ hình phụ tải 26 Hình 2-12: Mặt sau mơ hình phụ tải 27 Hình 2-13: Sơ đồ nguyên lý module giải lập cố 28 Hình 2-14: Mặt trước mơ hình điện trở nối đất 28 Hình 2-15: Mặt sau mơ hình điện trở nối đất 29 Hình 2-16: Mặt ngồi module điện trở hạn dịng 30 Hình 2-17: Mặt sau module điện trở hạn dòng 30 Hình 2-18: Mặt ngồi module cố 31 Hình 2-19: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo cố giây 32 Hình 2-20: Mặt mạch đo với khối tô đậm 33 Hình 2-21: Schematic mạch MSP430F6779 34 Hình 2-22: Sơ đồ nguyên lý mạch đo pha kit MSP430F6779 36 Hình 2-23: Sơ đồ kết nối tải ba pha dây đến đo lường 37 Hình 2-24: Sơ đồ nguyên lý đầu vào analog để đo áp 38 Hình 2-25: Sơ đồ nguyên lý đầu vào analog để đo dòng 38 Hình 2-26: Vị trí kết nối để lấy tín hiệu dòng áp 39 Hình 2-27: Mạch đo mặt sau mơ hình đường dây 40 Hình 2-28: Mơ hình tổng thể mặt trước 41 Hình 2-29: Mơ hình tổng thể mặt sau 41 Hình 4-1: Máy đo BK Precision 48 Hình 4-2: Catalogue máy đo BK Precision 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1: Số vòng dây dựa chiều dài độ tự cảm 47 Bảng 4-1: Kết từ máy đo BK Precision 50 Bảng 4-2: Kết đo đoạn cáp 240m 51 Bảng 4-3: Kết đo đoạn cáp 315m 52 Bảng 4-4: Kết đo đoạn cáp 380m 52 Bảng 4-5: Kết đo đoạn cáp 600m 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Điện kháng riêng X0: 0.111 /km - 3.2 Yêu cầu kỹ thuật cuộn dây mô đường dây cáp ngầm phân phối Cuộn dây phải đáp ứng thơng số đường dây điện trở - đường dây (R) điện kháng đường dây (X) 3.3 Cuộn cảm lõi khơng khí Cuộn cảm gồm số vịng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn emay cách điện, lõi cuộn dây khơng khí, vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật 3.3.1 Các đại lượng đặc trưng cho cuộn cảm: a) Hệ số tự cảm ( định luật Faraday) Hệ số tự cảm đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dòng điện biến thiên chạy qua -7 L = ( µr.4.3,14.n S.10 ) / l L : hệ số tự cảm cuôn dây, đơn vị Henrry (H) n : số vòng dây cuộn dây l : chiều dài cuộn dây tính mét (m) S : tiết diện lõi, tính m µr : hệ số từ thẩm vật liệu làm lõi b) Cảm kháng Cảm kháng cuộn dây đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều ZL = 2*314*f*L Trong : ZL cảm kháng, đơn vị Ω f : tần số đơn vị Hz L : hệ số tự cảm , đơn vị Henry 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP c) Điện trở cuộn dây Điện trở cuộn dây điện trở mà ta đo đồng hồ vạn năng, thơng thường cuộn dây có phẩm chất tốt điện trở phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở gọi điện trở tổn hao điện trở sinh nhiệt cuộn dây hoạt động 3.3.2 Cơng thức tính tốn cuộn dây lõi khơng khí 0.8∗ = Trong đó: L từ dung ( ) r bán kính trung bình cuộn dây (inc) l chiều dài dây quấn (inc) N số vòng lớp dây quấn 3.4 Giải thuật thiết kế cuộn dây lõi không khí Dựa vào cơng thức ta chọn thơng số cố định sau: r = cm ≈ 0.7874 inc l = cm ≈ 1.1811 inc Để thiết kế cuộn dây có thơng số mong muốn, ta cần có giải pháp Dưới sơ đồ giải thuật thiết kế cuộn dây lõi khơng khí đề nhằm tối ưu việc lựa chọn dây quấn kích thước, số vịng dây cần quấn Bên cạnh tiết kiệm tối đa chi phí, tránh sai sót, lãng phí vật liệu dây dẫn 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giải thích lưu đồ: Đầu tiên ta chọn loại cáp cần dùng đường dây thực tế Tra catalogue từ nhà sản xuất cáp ta có R o Xo loại cáp Ta chọn chiều dài cáp mà ta muốn thiết kế Từ chiều dài ta tính điện trở trở kháng đường dây Từ trở kháng ta tính độ tự cảm cáp ngầm Cuộn dây thiết kế phải đáp ứng thông số đoạn cáp ngầm điện trở điện kháng Ta chọn trước thông số ống dây: chọn cố định bán kính ống dây r chiều dài quấn l Từ công thức (3) thông số có ta tìm số vịng dây Do cuộn dây hình trụ trịn, với số vịng dây tính ta dễ dàng tìm chiều dài dây quấn cần dùng Từ chiều dài ta tính tiết diện đường kính dây (do thị trường, mua dây theo đường kính) Sau ta chọn đường kính dây có thị trường gần với tính tốn, ta đo chiều dài tính bước đo kiểm tra điện trở gần với điện trở đường dây cáp ngầm hay chưa Nếu khơng đạt sai số q lớn ta chọn lại đường kính dây Sau tiến hành quấn dây với số vòng tính Dùng máy đo kiểm tra độ tự cảm cuộn dây Nếu sai số lệch nhiều quay lại bước chọn kích cỡ ống dây quấn Dựa vào lưu đồ giải thuật ta có bước tính chi tiết sau: Các bước thực tính tốn B1: Chọn thơng số cáp ( Ro & Xo) B2: Chọn chiều dài cáp ( R & ZL cáp) B3: Tính hệ số tự cảm cáp Lcáp = ∗106 B4: Chọn kích cỡ lõi dây quấn chiều dài quấn dây 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP B5: Tính số vịng dây ∗(9 +10 ) N=√ B6: Tính chiều dài dây= B7: Tính tiết diện dây cần dùng S= B8: Tính đường kính dây d=√ B9: Chọn đường kính dây thực tế ∗ Rtt = B10: Dùng máy đo điện trở độ tự cảm đoạn dây 1.5mm dài 11.2m Dựa vào bước tính toán tương tự bảng ta đoạn cáp ngầm khác sau: Chiều dài đoạn cáp (m) 240 315 380 600 Bảng 3-1: Số vòng 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết tính tốn kiểm tra máy đo 4.1.1 Thiết bị đo Đồ án dùng thiết bị BK Precision để đo đạc thông số điện trở điện kháng Sau tra catalogue máy BK Precision, máy có hỗ trợ đo điện trở điện kháng cho dây dẫn, sai số thấp phạm vi cho phép Hình 4-1: Máy đo BK Precision 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4-2: Catalogue máy đo BK Precision 49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1.2 Chiều Kết dài đoạn cáp (m) 240 315 380 600 4.2 Kết tính tốn kiểm tra phần mềm 4.2.1 Matlab MATLAB phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tínhviết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Đồ án dùng phần mềm Matlab để xác định vị trí cố ngắn mạch kiểm tra thông số khác chiều dài cáp độ tự cảm dây quấn [3] 4.2.2 Kết Matlab Sau giả lập cố, ta nhận kết từ bảng mạch đo Dùng phần mềm Matlab để đọc liệu ta thu kết bảng 4-2 đến bảng 4-5 Đo nhiều lần để kết thu xác khách quan 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Theo kết ta tính độ tự cảm L= 100 = 024 100 = 76 Đo chiều dài cáp lần, ta thu số liệu sau: Lần đo Bảng 4-2: Kết đo đoạn cáp 240m 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lần đo Lần đo Lần đo Bảng 4-5: Kết đo đoạn cáp 600m 4.3 Đánh giá kết Dựa vào bảng cho thấy: sai số thực tế so với đo máy đo khơng q nhiều, chấp nhận Đối với kết có từ Matlab cho thấy sai số lớn so với đo máy đo 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Các vấn đề thực đồ án Đồ án đạt kết sau: Xây dựng mơ hình đường dây cáp ngầm Thiết kế cuộn dây mô đường dây cáp ngầm dựa thông số cáp Tận dụng thành cơng mơ hình vật lý lưới phân phối để xác định vị trí cố Kiểm nghiệm thành cơng phương pháp xác định vị trí cố 5.2 Đề nghị hướng phát triển đồ án Dùng thiết bị có độ xác cao để hỗ trợ q trình thiết kế mơ hình Nâng cấp giải thuật đo để liên tục đo lường giá trị tự động gửi liệu thông báo có cố xảy Nâng cấp giải thuật đo để đạt kết xác việc xác định độ tự cảm Đưa thực nghiệm để đánh giá kết thu cách xác khách quan từ củng cố giá trị thực tiễn đề tài 5.3 Phạm vi đề tài Thiết bị đo đạc cịn có nhiều sai số nên đưa kết khơng hồn tồn xác Chưa kiểm tra cố ngắn mạch pha chạm đất pha chạm đất Quá trình thi công tay nên module module đường dây chưa thật đẹp, dây quấn bên không hồn tồn sát với dây cịn cong vẹo, làm ảnh hưởng đến kết thu lý thuyết thực tế Do điều kiện kinh tế thiếu kinh nghiệm việc thu thập liệu nên thơng số mà đề tài đưa cịn sai số, khơng thể hồn tồn xác 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lê Thành Danh Các phương pháp xác định vị trí cố cáp ngầm lưới trung áp 12-2015 [2] Hệ thống điện Truyền tải Phân phối, ĐHQG TP.HCM, Hồ Văn Hiến, 2004 [3] Giáo trình “Ứng dụng Matlab Kỹ Thuật Điện” dành cho hệ Đại Học, Khối Ngành Công Nghệ, Nguyễn Vinh Quan, ĐH SPKT Tp HCM, 2007 [4] Ths Phạm Xuân Hổ, TS Hồ Xuân Thanh Giáo trình khí cụ điện Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM 2014 [5] PGS.TS Quyền Huy Ánh Giáo trình giải tích mạng điện máy tính 2005 [6] PGS.TS Lê Kim Hùng Ngắn mạch hệ thống điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 [7] Hồ Văn Hiến Hệ thống điện truyền tải phân phối, nhà xuất đại học Quốc gia TP.HCM 2005 [8] https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/27250/TI/MSP430.html [9] http://coil32.net/single-layer-coil.html 54 ... mơ hình đường dây Hình 2-6: Mơ hình đường dây cáp ngầm 240m Hình 2-7: Mơ hình đường dây cáp ngầm 315m 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2-8: Mơ hình đường dây cáp ngầm 380m Hình 2-9: Mơ hình đường dây cáp. .. cầu tính cấp thiết việc tìm vị trí cố hệ thống cáp ngầm phân phối - Thiết kế mơ hình hệ thống cáp ngầm lưới phân phối với thơng số mơ hình xác với thơng số cáp ngầm đường dây phân phối, qua hỗ... số cáp ngầm 3x120mm 22 Hình 2-6: Mơ hình đường dây cáp ngầm 240m 23 Hình 2-7: Mơ hình đường dây cáp ngầm 315m 23 Hình 2-8: Mơ hình đường dây cáp ngầm 380m 24 Hình