Tương tự như phần trên, ta tiếp tục chọn cáp theo tiêu chuẩn kinh tế
Imax =(A)
Fmax = (mm2)
Sơ bộ chọn cáp đồng cách điện XLPE do ALCATEL chế tạo tiết diện 630 mm2
Mỗi pha đặt trong đất, mỗi rãnh đặt 2 cáp
Kiểm tra
Dòng điện lâu dài cho phép của cáp là 1125(A) K�*Kn*n ( 3-5)
Kn : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp Kn = 0,92 Nhiệt độ cho phép trong đất 65oC, có K� = 0,95 n: Số cáp trong 1 rãnh
Dòng điện làm việc cưỡng bức khi sự cố một máy biến áp Ilvcb = 1,2*1897,7 (A)
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Tính toán ngắn mạch
3.1.1 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch
Khi lập sơ đồ để tính dòng ngắn mạch đối với mỗi khí cụ điện cần chọn chế độ làm việc nặng nề nhất nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc thực tế. Điểm ngắn mạch thực tế là điểm mà khi xảy ra ngắn mạch mà tại đó dòng ngắn mạch đi qua khí cụ điện là lớn nhất - Sơ đồ vị trí cần tính ngắn mạch HT N 1 N 2 1 1 0kV 2 2 k V Hình 3.1 : Sơ đồ vị trí cần tính ngắn mạch
Điểm cần tính ngắn mạch ở tại thanh cái MBA phía cao áp với hạ áp
- Sơ đồ rút ngọn thay thế tính toán ngắn mạch
Hình 3.2 : Sơ đồ rút gọn thay thế tính toán ngắn mạch
Chọn Scb = 63MVA; Ucb = Utb
Nguồn sức điện động đẳng trị nên lấy Eht = 1
Công suất cắt của máy cắt đầu nguồn SN = 850(MVA) Tính gần đúng trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện cơ bản Icb1 = Icb2 = 1,52 (kA) XHT = (Ω/km) XD = *x0*l* = 0,44*0,6= 0,0006 (Ω/km) XBA = = (Ω/km) Khi ngắn mạch tại N1; ta có X� = XHT + XD = 0,0741+0,0006= 0,0747 (Ω/km) I*N = = 13,3869
Trong hệ đơn vị có tên
IN = I*N *Icb1 = 13,3869*0,3163= 4,2343 (kA) Dòng xung kích tại điểm N1
Ixk = 1,8* * IN = 1,8**4,2343 = 10,78 (kA)
Khi ngắn mạch tại N2
X� = XHT + XD + XBA = 0,0741+0,0006+ 0,0610 = 0,1357 (Ω/km) I*N =
Trong hệ đơn vị có tên
IN = I*N *Icb2 = *1,52 = 11,2012 (kA) Dòng xung kích tại điểm N1
Ixk = 1,8* * IN = 1,8**11,2012= 28,5136 (kA)
3.1.2 Tính toán xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch
- Trong thời gian ngắn mạch dòng diện ngắn mạch trong khí cụ điện sẽ sinh ra 1 lượng nhiệt trong khí cụ điện gọi là xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch
- Xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt toả ra trong dây dẫn và khí cụ điện trong thời gian tác động của dòng điện ngắn mạch.
- Xung lượng nhiệt được tính theo công thức:
- Trong đó:
BNCK : Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch chu kỳ: BNCK =
IN - dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ ổn định, [A].
Ttđ - thời gian tác động nhiệt tương đương, phụ thuộc vào thời gian ngắn mạch t và tỷ số = I”/I, tức là Ttđ = f(t, ), giá trị Ttđ được tra theo đồ thị.
I” - dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ ban đầu, trong tính toán có thể lấy I” = I.
BNKCK Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK = I”2*Ta*()
t - thời gian tồn tại ngắn mạch. Trong tính toán gần đúng có thể lấy t = 0,12s.
Ta - hằng số thời gian tương đương của lưới điện, Ta = 0,05s. - Xung lượng nhiệt phía 110kV
BNCK = BNKCK =
= (A2s)
BN = BNCK + BNKCK = *106 +0,889*106 = 2,679*106 (A2s) Tương tự ta tính được xung lượng nhiệt phía 22kV BN = 18,77*106 (A2s)
- Ta có bảng thống kê thông số ngắn mạch tại 2 điểm N1 và N2
Bảng 3.1 : Bảng thống kê số liệu khi ngắn mạch
Thông số N1 N2
Dòng xung kích Ixk(kA) 10,78 28,5136 Xung lượng nhiệt BN(A2s) 2,679*106 18,77*106
Dòng làm việc cưỡng bức Icb(A) 1897,7
3.2 Lựa chọn thiết bị
Từ sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp. Ta có bảng thống kê thiết bị trạm cần tính toán, lựa chọn
Bảng 3.2 : Bảng thống kê thiết bị trong trạm cần tính toán, lựa chọn
Tên thiết bị Cấp điện áp
Máy cắt 110kV và 22kV
Dao cách ly 110kV và 22kV Máy biến điện áp 110kV và 22kV Máy biến dòng 110kV và 22kV
Tủ điện 22kV
Thanh cái 110kV và 22kV Sứ cách điện 110kV và 22kV Chống sét van 110kV và 22kV
3.2.1 Điều kiện chọn thiết bị điện có dòng điện chạy qua
Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận cách điện khác có thể ở một trong 3 chế độ cơ bản sau:
- Chế độ làm việc lâu dài
- Chế độ quá tải
- Chế độ ngắn mạch
Ngoài ra còn có thể nằm trong chế độ làm việc không đối xứng. Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện sẽ làm việc tin cậy nếu được lựa chọn theo đứng điện áp và dòng điện định mức. Chế độ quá tải, dòng điện qua khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ lớn hơn so với dòng điện định mức. sự làm việc tin cậy của các phần tử trên được đảm bảo bằng các quy định giá trị và thời gian điện áp và dòng điện tăng cao không được vượt quá giới hạn cho phép. Trong tình trạng ngắn mạch các thiết bị điện vẫn đảm bảo sự làm viêc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. khi xảy ra ngắn mạch, để hạn chế tác hại của nó cần phải nhanh chóng loại bỏ bộ phận hư hỏng ra khỏi mạng điện.
Những điều kiện để lựa chọn thiết bị điện
- Chọn thiết bị điện theo điều kiện làm điều kiện làm việc lâu dài - Chọn theo điện áp định mức
Uđm.TBĐ Uđm.m (3-7) Trong đó:
Uđm.m điện áp định mức của mạng điện Uđm.TBĐ điện áp định mức của thiết bị điện
- Chọn theo dòng điện định mức
Ilv.max Iđm.TBĐ (3-8) Dòng điện làm việc cực đại của các mạch tính như sau
Đối với đường dây làm việc song song: tính khi cắt bớt một dây
Đối với máy biến áp: tính khi máy biến áp sử dụng khả nang quá tải của nó
Đối với đường dây cáp không có dự trữ: tính khi sử dụng khả năng quá tải của nó
Đối với thanh góp trạm biếp áp, thanh dẫn mạch phận đoạn và mạch nối thiết bị điện: tính trong điều kiện vận hành là xấu nhất
Các thiết bị điện đượcchế tạo với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh là 35 , nếu nhiệt độ của môi trường xung quanh xq khác nhiệt độ định mức thì phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép của thiết bị điện cụ thể như sau:
I’
cp = Id.TBĐ* (3-9) Trong đó: nhiệt độ cho phép nhỏ nhất đối với các phần riêng của thiết bị điện
- Kiểm tra thiết bị điện theo dòng điện ngắn mạch - Kiểm tra ổn định động
Điều kiện kiểm tra ổn định động của thiết bị điện là (3-10)
Trong đó
Dòng điện cực đại cho phép đặc trưng cho ổn định động cao của thiết bị điện
Dòng điện xung kích
- Kiểm tra ổn định nhiệt
BNđm BN hay
(3-11) Trong đó
Dòng điện ổn định nhiệt định mức Thời gian ổn định nhiệt định mức Dòng điện ngắn mạch vô cùng
Thời gian tác động quy đổi dòng ngắn mạch
Để thuận tiện cho công tác quản lý và vận hành trạm biến áp sau này, ta chọn các loại khí cụ điện có cùng cấp điện áp cùng 1 loại, cùng một nhà sản xuất.
3.2.2 Lựa chọn máy cắt
Máy cắt là thiết bị dùng trong mạng điện áp cao để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch.
Máy cắt được chọn theo phương pháp dòng điện định mức, dòng điện định mức, loại máy cắt, kiểm tra ổn định động, kiểm tra ổn định nhiệt và khả năng cắt trong tình trạng ngắn mạch.
Bảng 3.3 : Các điều kiện chọn máy cắt
Stt Đại lượng lựa chọn và kiểm tra Kí hiệu Công thức để chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức (kV) Uđm MCĐ UđmMCD Uđm m
2 Dòng điện định mức (kA) Iđm MCĐ Iđm MCĐ Icb
3 Dòng điện ổn định động (kA) Iôdd Iôdd Ixk
4 Dòng điện ổn định nhiệt (A) Iôdn Iôdn
Chọn máy cắt phía 110kV
- Theo sơ đồ nối điện chính ta chọn 5 máy cắt với các thông số tính toán là Uđm = 110 (kV) ; Icb110 = 632 (A) ; Ixk = 10,78 (kA)
- Chọn máy cắt loại SGF-123n do ABB chế tạo. Thông số của máy cắt như sau
Bảng 3.4 : Thông số của máy cắt 110kV
Loại máy cắt SGF-123n
Uđm (kV) 123
Iđm (A) 1600
INmax (kA) 100
IN1s (kA) 40
- Kiểm tra máy cắt
Điện áp định mức Uđm = 123 (kV) > Uđm mạng = 110 (kV) Dòng điện định mức Iđm = 1600 (A) > Icb110 = (A)
Dòng điện ổn định động Iôdd = 100 (kA) > Ixk= 10,78 (kA)
Không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với thiết bị có Iđm >1kA Công suất cắt định mức
Sđm MC = Uđm MC Iôdd = *123*40 = 8521,7 (MVA) SN = . Uđm IN1 = *115*4,2343= 843,41 (MVA) Điều kiện thỏa mãn Sđm c > SN
Chọn máy cắt phía 22kV
Máy cắt phía 22kV được chọn theo các tủ điện trung áp
Chọn máy cắt với các thông số tính toán là Uđm = 22 (kV) ; Icb22 = 1897,7 (A); Ixk = 28,5136 (kA)
Chọn máy cắt loại 3AF do ABB chế tạo với các thông số kỹ thuật và kiểm tra như sau
Bảng 3.5 : Bảng thông số kỹ thuật của máy cắt 22kV
Loại máy 3AF-6314
Uđm (kV) 24
Iôdd (kA) 50
Iôdn (kA) 120
- Kiểm tra máy cắt
Điện áp định mức Uđm = 24 (kV) > Uđm mạng = 22 (kV) Dòng điện định mức Iđm = 2000 (A) > Icb22 = (A)
Dòng điện ổn định động Iôdd = 50 (kA) > Ixk= 28,5136 (kA) Ko cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với thiết bị có Iđm >1kA Công suất cắt định mức
Sđm MC = Uđm MC Iôdd = *24*50 = 4988,3 (MVA) SN = Uđm IN1 = *22*11,2012= 170,002 (MVA) Điều kiện thỏa mãn Sđm c > SN
3.2.3 Chọn dao cách ly
Dao cách ly là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điện không tải. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện định mức, điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt. Các điều kiện lựa chọn dao cách ly
Bảng 3.6 : Các điều kiện chọn dao cách ly
Điện áp định mức Uđm DCL > Uđm
Dòng điện định mức Iđm DCL > Iđm
Kiểm tra ổn định động Iôdd > Ixk
Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Iôdn > BN
- Chọn dao cách ly phía 110kV
Theo sơ đồ nối điện chính ta chọn 8 dao cách ly với các thông số tính toán là Uđm = 110 (kV) ; Icb = 632 (A) ; Ixk = 10,78 (kA)
Chọn dao cách ly đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo với các thông số với kiểm tra như sau
Bảng 3.7 : Các thông số kỹ thuật của dao cách ly 110kV
Loại dao cách ly POH-110/ 6000
Uđm (kV) 110 Iđm (A) 2000 Iôdd (kA) 80 Iôdn (kA) 25 Kiểm tra Điện áp định mức Uđm = 110(kV) = Uđm mạng = 110 (kV) Dòng điện định mức Iđm = 2000 (A) > Icb110 = 632(A) Dòng điện ổn định động Iôdd = 80 (kA) > Ixk= 10,78 (kA)
Ko cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với thiết bị có Iđm >1kA
- Chọn dao cách ly phía 22kV
Dao cách ly được chọn cho các tủ điện trung áp với thông số tính toán như sau : Uđm = 22 (kV) ; Icb22 = 1897 (A) ; Ixk = 28,5136 (kA) ; BN22 = 18,77*106 (A2s)
Chọn dao cách ly đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo
Bảng 3.8 : Các thông số kỹ thuật của dao cách ly 22kV
Loại dao cách ly PrB III 35/400
Uđm (kV) 35
Iđm (A) 2000
Iôdd (kA) 50
Iôdn (kA) 20
Điện áp định mức Uđm = 35 (kV) > Uđm mạng = 22 (kV) Dòng điện định mức Iđm = 2000 (A) > Icb22 = (A)
Kiểm tra ổn định nhiệt Điều kiện kiểm tra:
I2 nhtnh BN với Inh = 20 (kA); tnh = 10 (s) Ta có: I2 nhTnh = (20*103)2*10 = 20*106 A2s > BN =18,77*106 (A2s) Vậy dao cách ly đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt.
3.3.4 Chọn thiết bị đo lường
3.3.4a) Chọn máy biến dòng
- Máy biến dòng là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho các dụng cụ đo lường. Thông thường dòng thứ cấp của máy biến dòng là 5A cho dù dòng sơ cấp bằng bao nhiêu
- Máy biến dòng được chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải thứ cấp, cấp chính xác, kiểu loại, các điều kiện ổn định động, ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Cụ thể như sau
Bảng 3.9 : Các điều kiện chọn máy biến dòng
Các điều kiện chọn Kí hiệu Điều kiện kiểm tra Điện áp định mức (kV) UđmBI UđmBI > Uđmmang
Dòng điện định mức sơ cấp IđmBI IđmBI > Ilvmax
Cấp chính xác Phù hợp với dụng cụ phía thứ cấp Phụ tải thứ cấp ZđmBI ZđmBI > Z2 = Zdc +Zdd
Ổn định động KdIđm1 >ixk
Ổn định nhiệt Với
Ixk dòng ngắn mạch xung kích (kA) I∞ :dòng ngắn mạch ổn định (kA)
Tqd :thời gian giả thiết ( thời gian quy đổi ) a.:khoảng cách giữa các pha (cm)
l: khoảng cách từ máy biến dòng tới sứ đỡ gần nhất (cm) Zdc : tổng trở thứ cấp cuận dây máy biến dòng
Zdd : tổng trở dây dẫn từ BI tới các dụng cụ đo
Phía 110kV có
Phụ tải của biến dòng điện 110kV (cuộn đo lường có phụ tải lớn nhất nên kiểm tra theo cuộn này).
+ Công tơ đo đếm điện năng : 0,02VA + Khối điều khiển mức ngăn : 0,02VA + Tổn thất trên cáp nhị thứ : 3,66VA + Công suất dự phòng : 0,7VA
Tổng : 4,44VA
Với giá trị phụ tải này chọn biến dòng có công suất mỗi cuộn là 15VA. Chọn dây dẫn bằng đồng và chiều dài từ biến dòng điện đến các phụ tải l = 50m.
Trong trường hợp có biến dòng cả 3 pha : l = ltt = 100 (m)
- Chọn máy biến dòng phía 110kV
Chọn máy biến dòng phía 110kV với các thông số tính toán là Uđm = 110 (kV) ; Icb = 632 (A) ; Ixk = 10,78 (kA)
Chọn máy biến dòng điện phía 110kV do Siemens chế tạo. Ta có thông số của máy biến dòng
Bảng 3.10 : Các thông số kỹ thuật của máy biến dòng 110kV
Điện áp định mức Uđm (kV) 115 Dòng sơ cấp I1max (A) 2000 Dòng thứ cấp I2 (A) 1 hoặc 5
Cấp chính xác 0,5/5P20/5P20/5P20 Tỉ số biến đổi 200-400-600/1/1/1/1A Điện trở cuận dây thứ cấp (Ω) 4,0
Kiểm tra
Điện áp định mức Uđm = 115 (kV) > Uđm mạng = 110(kV) Dòng điện định mức Iđm = 2000 (A) > Icb110 = (A)
Ko cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với thiết bị có Iđm >1k
- Kiểm tra điều kiện ổn định động :
2 kd I1max = 2*2000*400 = 1131,4 kA ixk =10,78kA Thỏa mãn điều kiện ổn định động.
Trong đó kd = 400
- Phụ tải thứ cấp Chọn cáp đồng
Tổng trở của pha có phụ tải lớn nhất:
2 . 2 15 15( ) 1 dc dm BI S Z I
Công suất định mức của BI chọn 30 VA có tải định mức với dòng thứ cấp 1A là Zđm.BI = 30 (Ω)
Giả thiết chiều dài từ các máy biến dòng đến các thiết bị đo đếm là l = 50m do máy biến dòng nối vào cả 3 pha,chọn sơ đồ nối sao hoàn toàn, nên chiều dài tính toàn là ltt= l = 100m.
Tiết diện dây dẫn được chọn :
R=� hay F (3-12) 2 dd . 100 0,1258 .( dm BI dc) 53*(30 15) l F mm Z Z
Theo quy định để đảm bảo độ bền cơ học ta chọn đồng tiết diện 4mm2
- Chọn máy biến dòng phía 22kV
Máy biến dòng phía 22kV được chọn cho các tủ trung áp với các thông số tính toán như sau Uđm = 22 (kV) ; Icb22 = 1897,7 (A) ; Ixk = 28,5136 (kA)
Chọn máy biến dòng điện phía 22kV. Ta có thông số của máy biến dòng và kiểm tra như sau ( Chọn BI do Siemens chế tạo )
Bảng 3.11 : Các thông số kỹ thuật của máy biến dòng 22kV
Điện áp định mức (kV) 24 Dòng sơ cấp I1vmax (A) 2500 Dòng thứ cấp I2 (A) 1 hoặc 5
Cấp chính xác 0,5/5P20/5P20/5P20
Tỉ số biến đổi 200-400-600/1/1/1/1A Điện áp định mức Uđm = 24 (kV) > Uđm mạng = 22 (kV)
Dòng điện định mức Iđm = 2500 (A) > Icb22 = (A)
Ko cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt với thiết bị có Iđm >1kA
- Kiểm tra điều kiện ổn định động :
2kd Iđm.SC = 2 *2500*400 = 1414,2 kA Ixk = 28,5136kA Thỏa mãn điều kiện ổn định động.
Trong đó kd = 400
- Phụ tải thứ cấp
+ Công tơ đo đếm điện năng : 0,02VA + Đồng hồ đo lường đa chức năng : 0,1VA