Chương II : Thiết kế mạng điện cao áp
2.4. Thiết kế chi tiết cho sơ đồ đã chọn
2.4.1. Đường dây đi từ trạm biến áp khu vực đến TPPTT
Đường dây đi từ nguồn đến TBATG dài 9 km ta sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép Tra bảng với .Vậy:.
n: là số mạch (hay lộ) đường dây
Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện , AC – 70 có
Với dây AC-70, ta chọn khoảng cách trung bình hình học là 2 m, tra bảng thông số ta có Trở kháng của đường dây:
Cảm kháng của đường dây:
Kiểm tra theo điều kiện sự cố: giả sử khi đứt một dây, dây còn lại sẽ chuyển tải toàn bộ công suRt
Tổn thRt điện áp trên dây dẫn là:
Như vậy dây cáp đã chọn là phù hợp. 2.4.2. Tính toán ngắn mạch
Mục đích của tính toán ngắn mạch là để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống. Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha. Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cRu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống thông qua công suRt ngắn mạch về phía hạ áp của TBATG và coi hệ thống có công suRt vô cùng lớn .
Trong tính toán ngắn mạch ở lưới trung áp ta có các giả thiết sau làm đơn giản quá trình tính toán ngắn mạch.
- Ngắn mạch là xa nguồn do đó điện áp không bị suy giảm. - Gom các nguồn thành nguồn đẳng trị và điện kháng đẳng trị
Để lựa chọn , kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện cần tính 13 điểm ngắn mạch : - : điểm ngắn mạch trên thanh cái TPPTT để kiểm tra máy cắt và thanh góp
- ,…, : điểm ngắn mạch phía cao áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra cáp và thiết bị cao áp của trạm.
- ,…,: Điểm ngắn mạch phía hạ áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra aptomat tổng của trạm.
Điện kháng hệ thống xác định theo công thức
(2.14) Trong đó:
là dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực. Ở đây
Vậy:
Điện trở và điện kháng của đường dây:
Dòng ngắn mạch 3 pha được xác định theo công thức :
= = = (2.15) Trị số dòng ngắn mạch xung kích :
(2.16)
Sơ đồ tính toán ngắn mạch
Hình 2.9. Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp và phía hạ ápThông số đường dây Thông số đường dây
Đường cáp Số dây F (mm )2 L (m) r ( ( /km) R ( ) X ( ) 0 Ω/km) x0 Ω Ω Ω TBAKV - TPPTT 2 AC - 70 9000 0,46 0,382 2,070 1,719 TPPTT - B1 2 3*50 70 0,494 0,137 0,017 0,005 TPPTT - B2 2 3*50 95 0,494 0,137 0,023 0,007 TPPTT - B3 2 3*50 65 0,494 0,137 0,016 0,004 TPPTT - B4 2 3*50 45 0,494 0,137 0,011 0,003 TPPTT - B5 2 3*50 260 0,494 0,137 0,064 0,018 TPPTT - B6 2 3*50 130 0,494 0,137 0,032 0,009
- Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm trên thanh cái của TPPTT (Ω)
(Ω) (Ω) (kA) (kA)
- Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm trên thanh góp phía cao áp của TBAPX B1 (Ω)
(Ω) (kA) (kA)
Các điểm ngắn mạch khác được tính toán tương tự
Bảng 2.26. Tính toán dòng ngắn mạch phía cao áp TBAPX
Điểm ngắn mạch L (m) r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) RNi (Ω) XNi (Ω) INi (kA) ixkNi (kA) N1 70 0,494 0,137 2,087 5,583 3,560 9,062 N2 95 0,494 0,137 2,093 5,584 3,558 9,057 N3 65 0,494 0,137 2,086 5,582 3,560 9,063 N4 45 0,494 0,137 2,081 5,581 3,562 9,068 N5 260 0,494 0,137 2,134 5,596 3,543 9,019 N6 130 0,494 0,137 2,102 5,587 3,555 9,049
- Tính dòng ngắn mạch tại điểm trên thanh góp phía hạ áp của TBAPX B1
Điện trở và điện kháng của máy biến áp B1 quy về phía hạ áp được tính theo công thức (Ω)
(Ω) (Ω) (Ω) (kA)
(kA)
Bảng 2.27. Tính toán dòng ngắn mạch phía hạ áp TBAPX
Điểm ngắn mạch S (kVA)đm ∆Pn (kW) Un % RN'i (Ω) XN'i ( )Ω IN'i (kA) ixkN'i (kA) N’1 1800 18,9 6,5 5,660 27,696 65,676 167,183 N’2 1250 13,9 6,5 7,542 37,433 48,620 123,766 N’3 1000 10 6 8,211 42,334 43,052 109,593 N’4 1250 13,9 6,5 7,530 37,432 48,623 123,775 N’5 1250 13,9 6,5 7,583 37,431 48,612 123,745 N’6 1000 10 6 8,227 42,346 43,038 109,557
- Kiểm tra cáp trung áp theo điều kiện ổn định nhiệt
(2.17) Trong đó:
: Tiết diện ổn định nhiệt của cáp
: Hệ số nhiệt phát nóng giớ hạn của cáp. Với cáp đồng : Dòng ngắn mạch 3 pha xác lập
: Thời gian quy đổi, lRy (s)
Xét đoạn cáp trung áp từ TPPTT đến TBAPX B4 có dòng ngắn mạch lớn nhRt: (mm )2
mm , Suy ra cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện2
2.4.3. Lựa chọn sơ đồ TPPTT
TPPTT là nơi nhận điện trực tiếp từ hệ thống về để cung cRp cho nhà máy, do đó việc lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hưởng trực tiếp đến vRn đề an toàn cung cRp điện cho nhà máy. Sơ đồ cần phải thỏa mãn các điều kiện cơ bản như:
- Đảm bảo cung cRp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải.
- Rõ ràng và thuận tiện trong vận hành, xử lý sự cố; an toàn lúc vận hành, sửa chữa - Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật
Do nhà máy luyện kim màu là hộ tiêu thụ loại I nên ta chọn sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn cho TPPTT:
- Máy cắt liên lạc giữa 2 phân đoạn là máy cắt hợp bộ.
- Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm, trên mỗi phân đoạn thanh góp ta bố trí một chống sét van.
- Mỗi phân đoạn thanh góp được trang bị một MBA đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đRt 1 pha trên cáp 35 kV.
2.4.3.1 Máy cắt
Dòng cưỡng bức chạy qua máy cắt là:
Bảng 2.28. Thông số máy cắt được chọn
Loại tủ U (kV)đm I (A) của thanh cáiđm I (kA) maxN I (kA) 1-3sN
8DA10 36 2500 110 40
Kiểm tra điều kiện chọn máy cắt:
- Điện áp định mức: (2.18)
- Dòng điện lâu dài định mức (A): (2.19)
- Dòng điện cắt định mức (kA): (2.20)
- Công suRt cắt định mức (MVA): (2.21)
- Dòng điện ổn định động: (kA): (2.22)
- Dòng điện ổn định nhiệt (kA): (2.23)
2.4.3.2 Thanh góp
Thanh góp còn được gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn được dùng trong các tủ phân phối, tủ động lực hạ áp, các tủ máy cắt, các trạm phân phối. Đối với các trạm phân phối người ta thường dùng thanh góp mềm.
- Chọn theo dòng phát nóng cho phép (hoặc theo mật độ dòng kinh tế) và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt dòng ngắn mạch.
(2.24)
Trong đó:
khi thanh góp đặt đứng
khi thanh góp được đặt nằm ngang
là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường - Khả năng ổn định động .
(2.25)
: là ứng suRt cho phép
: là ứng suRt tính toán dưới tác dụng của lực điện động dòng ngắn mạch. Lựa chọn thanh góp bằng đồng do Siemens chế tạo có các thông số:
30 x 4 120 475 0,167 0,189 2.4.3.3 Máy biến điện áp BU
Máy biến áp đo lường hay còn gọi là máy biến điện áp (BU; TU) có chức năng biến đổi nguồn điện sơ cRp bRt kỳ xuống 100 hoặc (V) cRp nguồn cho mạch đo lường, bảo vệ tín hiệu điều khiển.
Máy biến áp đo lường được chế tạo với điện áp từ 3kV trở lên loại khô hoặc loại có dầu. Máy biến điện áp kho thường được đặt trong nhà còn máy biến điện áp có thể đặt ở mọi chỗ. Cả hai loại được chế tạo một pha hoặc ba pha. Trong đó có máy BU 3 pha 5
trụ ( ) (sao 0 sao 0 tam giác hở) ngoài chức năng thông thường, cuộn tam giác hở
còn có nhiệm vụ báo chạm đRt 1 pha. Lựa chọn BU theo các điều kiện sau:
- Sơ đồ đRu dây - CRp chính xác - Công suRt định mức - Điện áp định mức:
Lựa chọn máy biến điện áp 4MR66 (có hai thanh góp) do Siemens chế tạo, các thông số: Bảng 2.30. Thông số BU được chọn
Loại CRp điện áp (kV) U (kV)1đm U (V)2đm Stải đm (VA)
4MR66 36 35 100/110/120 800
2.4.3.4 Máy biến dòng điện BI
Máy biến dòng dùng để biến đổi dòng sơ cRp có trị số bRt kỳ xuống 5A, nhằm cRp nguồn dòng cho các mạch đo lường, bảo vệ tín hiệu điều khiển. Thường máy biến dòng được chế tạo với năm cRp chính xác là: 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 10. Ký hiệu máy biến dòng là BI. Điều kiện chọn máy biến dòng
- Điện áp định mức: - Dòng điện định mức:
- CRp chính xác của BI phải phù hợp với cRp chính xác của các dụng cụ nối với BI phía thứ cRp.
Lựa chọn máy biến dòng 4ME16 do Siemens chế tạo
Bảng 2.31. Thông số BI được chọn
4ME16 36 5-1200 5 80 120 2.4.3.5 Chống sét van
Nhiệm vụ của chống sét van là chống sét đánh từ ngoài vào đường dây trên không
truyền vào trạm biến áp và trạm phân phối, chống sét van được làm từ điện trở phi tuyến với điện áp định mức của lưới điện. Điện trở của chống sét van có trị số lớn vô cùng không cho dòng đi qua khi có điện áp sét điện trở giảm xuống tới 0, chống sét van tháo dòng sét xuống đRt. Ở các trạm phân phối trung áp thường chế tạo tủ hợp bộ máy biến áp đo lường và chống sét van.
Chống sét van có thể đặt ở một trong hai vị trí sau đây:
- Trước dao cách ly: dòng sét không đi qua dao cách ly. Nhưng phương án này gặp khó khăn trong quá trình vận hành sửa chữa, khi muốn thay thế chống sét van cần phải cắt máy cắt đặt ở trạm trung tâm.
- Sau dao cách ly: tiện cho việc kiểm tra nhưng dòng sét lại đi qua dao cách ly do đó có thể làm hỏng dao cách ly.
Điều kiện lựa chọn chống sét van: Lựa chọn chống
sét van 3EH2 của Siemens có =36 kV
Bảng 2.32. Thông số chống sét van được chọn
Loại Uđm (kV) Ulv max (kV) Ipđ đm (kA)
3EH2 36 45 5
2.4.4. Lựa chọn sơ đồ TBA phân xưởng
Với các TBAPX do đặt không xa TPPTT nên phía cao áp của trạm chỉ cần đặt cầu chì và dao cách ly. Dao cách ly dùng để cách ly MBA khi sửa chữa, cầu chì dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho MBA
Phía hạ áp aptomat tổng và các aptomat nhánh, thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng aptomat phân đoạn, aptomat này ở trạng thái mở, chỉ khi nào có sự cố với 1 MBA thì mới đóng để cRp điện cho các phụ tải của phân đoạn bị sự cố.
2.4.4.1 Dao cách ly (DCL)
Dao cách ly có nhiệm vụ cách ly phần mang điện và phần không mang điện , tạo khoảng cách an toàn trông thRy , phụ vụ cho công tác sửa chữa , kiểm tra bảo dưỡng thiết bị . Trong một số trường hợp , cho phép dao cách ly đóng cắt dòng tải nhỏ.
Để thuận tiện ta dùng chung 1 chủng loại dao cách ly cho tRt cả các trạm biên áp để dễ dàng cho việc mua sắm , lắp đặt thay thế. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:
- Điện áp định mức (kV) : - Dòng điện định mức (A) :
- Dòng điện ổn định động cho phép (kA) : - Dòng điện ổn định nhiệt (kA) : .
Dòng điện lớn nhRt chạy qua dao cách ly được xét khi MBA có công suRt lớn nhRt bị quá tải 40% :
= = (A)
Vậy ta chọn loại dao cách ly 3DC – 36 kV do Siemens chế tạo: Bảng 2.33. Thông số dao cách ly được chọn
Loại Uđm DCL (kV) Iđm DCL (A) I (kA)Nt i (kA)ôđđ
3DC 36 630 20 50
2.4.4.2 Cầu chì cao áp
Chức năng của cầu chì là bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho lưới điện từ 35 kV trở
xuống. Cầu chì thường được dùng ở các vị trí sau : - Bảo vệ MBA đo lường ở các cRp điện áp.
- Kết hợp với cầu dao phụ tải tạo thành bộ máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp .
- Đặt ở phía cao áp của các TBA phân phối để bảo vệ cho MBA.
Ở cRp điện áp trung áp thường dùng cầu chì ống . Cầu chì được chọn và kiểm tra theo điều kiện:
- Điện áp định mức : - Dòng điện định mức : - Dòng cắt định mức:
- Công suRt cắt định mức : Dòng cưỡng bức qua MBA B1 là : (A)
Chọn loại cầu chì FV-36-50A của EFO cho MBA công suRt 1800 (kVA). Dòng cưỡng bức đi qua MBA B2, B4, B5 là :
(A)
Chọn loại cầu chì 3GD1 606-5D của Siemens cho các MBA công suRt 1250 (kVA).
Dòng cưỡng bức đi qua MBA B3, B6 là : (A)
Chọn loại cầu chì 3GD1 605-5B của Siemens cho các MBA công suRt 1000 (kVA).
g 2.34. Lự và kiểm tra cao áp
TBAPX Loại CC (
m
A) (kA)
IcătNmin
(A) (MVA) Icb (A) I’’ (kA) S’’ (MVA) B1 36 50 40 2494,2 4 B2 3GD1 606-5D 36 32 31,5 230 1964,2 28,87 3,558 B3 3GD1 605-5B 36 25 31,5 120 1964,2 23,09 3,560 215,8 B4 3GD1 606-5D 36 32 31,5 230 1964,2 28,87 3,562 215,9 B5 3GD1 606-5D 36 32 31,5 230 1964,2 28,87 3,543 214,8 B6 3GD1 605-5B 36 25 31,5 120 1964,2 23,09 3,555 215,5 ,
2.4.4.3 Aptomat tổng và Aptomat phân đoạn phía hạ áp TBAPX
Aptomat là thiết bị đóng cắt hạ áp , có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Do có ưu điểm hơn hẳn cầu chì về khả năng làm việc chắc chắn , tin cậy , an toàn , đóng cắt đồng thời 3 pha , khả năng tự động hóa cao nên Aptomat được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và sinh hoạt.
Điều kiện chọn Aptomat tổng và Aptomat phân đoạn: - Điện áp định mức :
- Dòng điện định mức : - Dòng cắt định mức:
Dòng cưỡng bức qua MBA B1 là :
N2 N1 BAPX ` BAKV MC ĐDK PPTT CÁP
Chọn loại Aptomat M40 của Merlin Gerin cho MBA công suRt 1800 (kVA). Dòng cưỡng bức đi qua MBA B2, B4, B5 là :
(A)
Chọn loại Aptomat M32 của Merlin Gerin cho các MBA công suRt 1250 (kVA). Dòng cưỡng bức đi qua MBA B3, B6 là :
(A)
Chọn loại Aptomat M25 của Merlin Gerin cho các MBA công suRt 1000 (kVA). Bảng 2.35. Lựa chọn và kiểm tra Aptomat
TBAPX Loại Aptomat Uđm A (V) Iđm A (A) Icđm A (kA) Icb (A) I’’ (kA)
B1 M40 690 4000 75 3637 65,68 B2 M32 690 3200 75 2526 48,62 B3 M25 690 2500 55 2021 43,05 B4 M32 690 3200 75 2526 48,62 B5 M32 690 3200 75 2526 48,61 B6 M25 690 2500 55 2021 43,04 2.4.4.4 Aptomat nhánh Điều kiện chọn aptomat nhánh
-
- ( n là số nhánh Aptomat đưa về phân xưởng) -
STT Tên phân xưởng S (kVA)ttpx I (A)tt Loại SL UđmA (V) IđmA (A) IcđmA (kA)
1 PX luyện kim 2683,9 1936,9 M20 2 690 2000 55
2 PX lò Martin 2295,3 1656,5 M20 2 690 2000 55
3 PX máy cán phôi tRm 1514,1 1092,7 M12 2 690 1250 40
5 PX cán nguội 2100,4 1515,5 M16 2 690 1600 40
6 PX tôn 1713,1 1236,3 M12 2 690 1250 40
7 PX sửa chữa cơ khí 150,1 216,7 NS250H 1 690 250 10
8 Trạm bơm 618,7 446,5 NS630H 2 690 630 20
9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm 398,2 574,8 NS630H 1 690 630 20
Bảng 2.36. Lựa chọn và kiểm tra Aptomat nhánh2.4.4.5 Thanh góp hạ áp 2.4.4.5 Thanh góp hạ áp
Thanh góp là nơi tiếp nhận điện năng từ nguồn cung cRp đến và phân phôi cho các phụ tải tiêu thụ . Thanh góp là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối . Các thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép .Các điều kiện lựa chọn sơ bộ thanh góp :
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép : = 1 với thanh đặt đứng
: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ (
Bảng 2.37. Lựa chọn và kiểm tra thanh góp hạ áp
TBAPX Loại Số lượng Icp TG (A) Icb (A) Vật liệu
B1 120 x 10 2 4100 3637 Đồng B2 80 x 8 2 2620 2526 Đồng B3 80 x 8 2 2620 2021 Đồng B4 80 x 8 2 2620 2526 Đồng B5 80 x 8 2 2620 2526 Đồng B6 80 x 8 2 2620 2021 Đồng
2.5. Sơ đồ chi tiết mạng cao áp của nhà máy
Chương III: Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởngsửa chữa cơ khí sửa chữa cơ khí
3.1. Đặt vRn đề