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
+ Tổn thất trên cáp nhị thứ : 3,27VA + Công suất dự phòng : 0,66VA
Tổng : 3,95VA
Với giá trị phụ tải này chọn biến dòng có công suất mỗi cuộn là 15VA 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 làl = 50m do máy biến dòng nối vào cả 3 pha, nên chiều dài tính toàn là ltt =l = 100m.
Tiết diện dây dẫn được chọn :
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
3.3.4b) Chọn máy biến áp
Máy biến áp đo lường hay máy biến điện áp, kí hiệu TU hay BU, có chức năng biến đổi điện áp sơ cấp bất kì xuống 120V hoặc 12V …cấp nguồn áp cho các mạch điều khiển, đo lường, tự động hóa ….
Máy biến điện áp đo lường được chọn theo các điều kiện sau
- Điện áp định mức
- Sơ đồ đấu dây, kiểu máy
- Cấp chính xác
- Công suất định mức
- Chọn dây dẫn nối BU với các dụng cụ đo lường - Chọn máy biến điện áp phía 110kV
Máy biến điện áp phía 110kV được chọn với các thông số tính toán là Uđm
= 110 (kV) ; Icb = 632 (A) ; Ixk = 10,78 (kA)
Chọn máy biến điện áp 110kV có các thống số và kiểm tra như sau( Chọn BU do Liên Xô chế tạo )
Bảng 3.12 : Các thông số kỹ thuật của máy biến điện áp 110kV
Mã hiệu HK� – 220
Cấp điện áp sơ cấp (kV) 125
Cấp điện áp phía thứ cấp (V) 100
Công suất định mức khi cấp chính xác 1 (VA) 500 Công suất định mức khi cấp chính xác là 3 (VA) 1000
Công suất lớn nhất (VA) 2000
Sơ đồ nối Yo / Yo / Yo
Tỉ số biến đổi Kiểm tra
Điện áp định mức Uđm =125 (kV) > Uđm mạng = 110 (kV)
- Phụ tải thứ cấp
- Phụ tải cuộn thứ cấp (cuộn đo lường có phụ tải lớn nhất nên kiểm tra theo cuộn này).
+ Công tơ đo đếm điện năng : 10VA + Khối điều khiển mức ngăn : 0,1VA + Phụ tải mạch áp : 2,2 VA + Phụ tải dự phòng : 2,46VA + Tổng : 14,76VA Vậy Sđm BU > Sđmpt - Chọn cáp đo lường.
Dòng điện trong các dây dẫn
14, 76 0,15A 100 S I U
Vì có công tơ nên tổn thất điện áp trên BU không vượt quá 0,5%.
Chọn ΔU = 0,5%
Tiết diện cáp tối thiểu là:
2 I 0,15*18,8*0,05 0, 28 0,5 l F mm U
Vậy cáp được chọn có tiết diện là 4mm2 - Chọn máy biến điện áp phía 22kV
Máy biến điện áp phía 22kV được chọn với các thông số tính toán như sau Uđm = 22 (kV) ; Icb22 = 1897,7 (A) ; Ixk = 28,5136 (kA)
Chọn máy biến điện áp 22 kV có các thống số và kiểm tra như sau( Chọn BU do Liên Xô chế tạo )
Bảng 3.13 : Các thông số kỹ thuật của máy biến điện áp 22kV
Mã hiệu HK� – 23
Cấp điện áp sơ cấp (kV) 23
Cấp điện áp phía thứ cấp (V) 100
Công suất định mức khi cấp chính xác 1 (VA) 250 Công suất định mức khi cấp chính xác là 3 (VA) 600
Công suất lớn nhất (VA) 2000
Trọng lượng (kg) 248 Sơ đồ nối Yo / Yo / Yo Tỉ số biến đổi 23 0,11 0,11 / / ( ) 3 3 3 kV Kiểm tra Điện áp định mức Uđm = 23 (kV) > Uđm mạng = 22 (kV) - Phụ tải thứ cấp
Phụ tải cuộn thứ cấp (cuộn đo lường có phụ tải lớn nhất nên kiểm tra theo cuộn này).
+ Công tơ đo đếm điện năng : 31,85VA + Đồng hồ đo lường đa chức năng : 1,3VA + Phụ tải mạch áp : 1,3VA + Phụ tải dự phòng : 6,89VA + Tổng : 41,34VA Vậy Sđm BU > Sđm pt - Chọn cáp đo lường.
Dòng điện trong các dây dẫn
41, 34 0, 42A 100 S I U
Vì có công tơ nên tổn thất điện áp trên BU không vượt quá 0,5%. Chọn ΔU = 0,5%
2 I. . 0, 42*18,8*0,05 0,79 0,5 l F mm U
Vậy cáp được chọn có tiết diện là 4mm2
3.3.5 Chọn thanh cái
Thanh cái còn được gọi là thanh góp hay thanh dẫn. Thanh góp được dùng trong các tủ phân phối, tủ động lực …
Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh cái
Bảng 3.14 : Các điều kiện chọn thanh cái
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép K1K1Icp > Icb Khả năng ổn định động �cp > �tt Khả năng ổn định nhiệt F > � I∞ Với K1 = 1 với thanh góp đứng K1 = 0,95 với thanh góp ngang
K2 hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường
�cp ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp Với thanh góp nhôm �cp = 700 kG/cm2
Với thanh góp đồng �cp = 1400 kG/cm2
�tt ứng suất tính toán. Xuất hiện trong thanh góp do tác động của lực điện động do dòng ngắn mạch
tt = M/W (kG/cm2) (3- 13)
M : momen uốn tính toán M= (kG/m)
Ftt = 1,76 * 10-2 **ixk (3-14) l- Khoảng cách giữa các sứ của 1 pha (cm)
a- Khoảng cách giữa các pha (cm)
W- mômen chống uốn của các loại thanh dẫn
- Chọn thanh cái phía 110kV
Khoảng cách giữa các pha a = 220 (cm) Tiết diện ống chọn theo mật độ dòng kinh kế Chọn thanh cái cứng bằng nhôm
F =
- Lựa chọn ống nhôm Φ80/70 có tiết diện là 1178mm2. + Đường kính ngoài: D = 80mm
+ Chiều dày: a = 10mm
+ Dòng làm việc lâu dài, ngoài trời : Icp = 2070A
-Kiểm tra theo điều kiện phát nóng lâu dài - Điều kiện kiểm tra:
K1*K2*Icp ≥ Ilvcb (3-15) - Trong đó:
+ Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ của môi trường xung quanh, K2 = 0,866. + Ống nhôm Φ80/70 có dòng điện cho phép Icp = 2070A.
0,816*2070 = 1689,12 Ilvcb = 639,8(A).
Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài. - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
< Sdd (3-16) Trong đó:
+ Sdd : Tiết diện dây dẫn
+ BN : Xung lượng nhiệt khi ngắn mạch + Đối với ống nhôm có C = 90A2/s (mm2) < STC = 1178 (mm2)
- Kiểm tra điều kiện ổn định lực điện động
- Lực điện động tác dụng vào ống dẫn khi có ngắn mạch: Ftt = 1,76*10-2 **3,68=0,2414 (kG)
M = =
0, 2414*820
10 = 19,8kG.cm - Mô men chống uốn:
W = = = 14,75cm3 - Ứng suất tính toán: σtt = 19,8 14,75 M W = 1,34kG/cm2
Ta có σtt = 1,34kG/cm2 < σcp = 700kG/cm2. Vậy điều kiện ổn định động thỏa mãn.
- Chọn thanh cái phía 22kV
Thanh cái phía 22kV chọn theo các tủ điện
3.3.6 Chọn sứ cách điện
Sứ cách điện có nhiệm vụ vừa làm giá đỡ cho các bộ phận mang điện, vừa làm vật cách điện cho các bộ phận đó với các bộ phận khác hoặc với đất. Do đó sứ cách điện phải có đủ độ bền, chịu được lực điện động do dòng ngắn mạch gây ra, đồng thời phải chịu được điện áp của mạng kể cả lúc quá điện áp.
Bảng 3.15 : Các điều kiện chọn sứ các điện
Điện áp định mức Uđm S > Uđm m
Dòng điện sơ cấp định mức Iđm S > Icb
Lực cho phép tác động lên đầu sứ Fcp > k * Ftt
Dòng ổn định nhiệt cho phép Iôdn > I∞
- Chọn sứ cách điện 110kV