Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: ∆P =
Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây: ∆Q =
Trong đó:
- n – Số lộ dây
- r0; x0 - Điện trở và điện kháng đơn vị của đường dây L – Chiều dài đường dây
ST Đoạn dây T 1 Ng - TBA 2 TBA - TPP 3 TPP - TĐL1 4 TĐL1 - 1 5 TĐL1 - 2 6 TĐL1 - 3 7 TĐL1 - 4 8 TĐL1 - 5
9 TĐL1 - 6
10 TĐL1 - 7
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI 11 TĐL1 - 8 12 TĐL1 - 9 13 TĐL1 - 10 14 TPP - TĐL2 15 TĐL2 - 11 16 TĐL2 - 12 17 TĐL2 - 13 18 TĐL2 - 14 19 TĐL2 - 15 20 TĐL2 - 16 21 TĐL2 - 17 22 TĐL2 - 18 23 TĐL2 - 19 ST Đoạn dây T 24 TPP - TĐL3 25 TĐL3 - 20 26 TĐL3 - 21 27 TĐL3 - 22 28 TĐL3 - 23 29 TĐL3 - 24
30 TĐL3 - 25 31 TĐL3 - 26 32 TĐL3 - 30 33 TPP - TĐL4 34 TĐL4 - 27 35 TĐL4 - 28
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI 36 TĐL4 - 29 37 TĐL4 - 31 38 TĐL4 - 32 39 TĐL4 - 33 3.3. Tính tổn thất điện năng
Tổn thất điện năng trong máy biến áp: ∆A = ∆P .8760 + ∆P .( Sttnx )2.T B 0 N SđmB ∆AB = 0,32.8760 + 2,19.( 158,08 180 )2.2886,21 = 7678,27 (kW.h) 3.4. Tính tổn thất điện áp
3.4.1. Tổn thất điện áp trên đường dây:Tổn thất điện áp trên các đoạn dây được tính trong Chương II
3.4.2. Tổn thất điện áp trong máy biến áp:
Điện trở của MBA:
RB =
Điện kháng của MBA: XB =
Tổng trở của MBA:
ZB = √RB2 + XB2 = √32,712+134,442 = 138,36 Ω Tổn thất điện áp trong MBA:
∆UB =
31
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
CHƯƠNG 4
LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ, THIẾT BỊ TRONG SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN TỐI ƯU 4.1. Tổng quan
Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trong điều kiện vận hành có thể ở một trong ba chế độ sau:
Chế độ làm việc lâu dài Chế độ làm việc quá tải
Chế độ chịu dòng ngắn mạch
Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ lam việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp và dòng điện định mức.
Trong chế độ làm việc quá tải, dòng điện qua thiết bị và các bộ phận dẫn điện khác lớn hơn so với dòng điện định mức. Nếu mức quá tải không vượt quá giới hạn cho phép thì các thiết bị điện vẫn làm việc tin cậy.
Khi xảy ra ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác vẫn đảm bảo làm việc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. Tất nhiên, khi xảy ra sự cố ngắn mạch, cần phải nhanh chóng loại trừ tình trạng ngắn mạch để hạn chế tác hại của nó.
Đối với máy cắt, máy cắt phụ tải và cầu chì, khi lựa chọn còn phải kiểm tra khả năng đóng cắt của chúng
4.2. Tính toán ngắn mạch
Các điểm cần tính ngắn mạch:
- N1 –Ngắn mạch ở phía cao áp TBA - N2 –Ngắn Mạch tại phía hạ áp TBA
- N3 – Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối để kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của nó cũng như kiểm tra aptomat tổng.
- N4 – Ngắn mạch tại 1 tủ động lực đại diện ( tủ 4 ) để kiểm tra aptomat nhánh. - N5 – Ngắn mạch tại 1 động cơ đại diện ( động cơ 29 ) để kiểm tra aptomat cho
các động cơ. E
XHT Hình 4.1 Các vị trí tính ngắn mạch.
4.2.1 Phía cao áp
Tính ngắn mạch tại đầu cực máy biến áp để chọn dao cắt phụ tải phía đầu nguồn, máy cắt, dao cách ly và chống sét van trong tủ hợp bộ phía cao áp.
32
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Chọn , ta có:
Điện kháng hệ thống: XHT = Đường dây Ng-TBA:
RNg-TBA = r0. L 2= 0,524. 2 245 .10−3 = 0,06 (Ω ¿ XNg-TBA = x0. L2= 0,16. 2245 .10−3 = 0,02 (Ω ¿ Do đó, điện trở ngắn mạch đến điểm N1: ZN1 =√R2Ng−TBA+¿¿ = √0,062 +(242+0,02)2 = 242,02 (Ω ¿
Dòng điện ngắn mạch tại điểm N1:
IN1(3) =
Giá trị dòng xung kích:
ixk1 = kxk.√2.I(3)N1 = 1,8.√2.0,0525 = 0,134 (kA), với kxk = 1,8 với điện áp trên 1kV Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:
Ixk1 = qxk. IN1(3)= 1,52.0,0525 = 0,0798 (kA), với qxk = √1+2. (1−kxk )2 4.2.2 Phía hạ áp
Chọn , ta có:
Điện kháng hệ thống: XHT =
Đường dây Ng – TBA: (Quy đổi về hạ áp)
RNg-TBA = r0. L2= 0,524. 2452 .10−3.(0,422 )2 = 2,12.10−5 (Ω ¿ XNg- TBA = x0. L2= 0,16. 2452 .10−3.(0,422 )2 = 6,48.10−6 (Ω ¿ Máy biến áp: RB = XB = 100 ZB = √
33
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI RTBA-TPP = r0. L 2= 0,193. 5 2.10−3= 0,48.10-3 (Ω) XTBA-TPP = x0. L 2= 0,0802. 5 2.10−3= 0,2.10-3 (Ω) Đường dây TPP – TĐL4: RTPP-TDL4 = r0. L2= 0,183. 502.10−3= 4,5.10-3 (Ω) XTPP-TDL4 = x0. L2= 0,109. 502.10−3= 2,73.10-3 (Ω) Đường dây TĐL4 – 29: RTDL4-29 = r0.L = 1,83.12,2.10-3 = 0,022 (Ω) XTDL4-29 = x0.L = 0,109.12,2.10-3 = 1,33.10-3(Ω) + Điện trở ngắn mạch đến điểm N2: ZN2 = √¿¿ = 0,124(Ω) + Điện trở ngắn mạch đến điểm N3:
ZN3 = √(RNg−TBA +RB +RTBA−TPP)2 +( XHT +X Ng−TBA+ XB + XTBA−TPP)2
= 0,125 (Ω) + Điện trở ngắn mạch đến điểm N4: RN4 = RNg-TBA + RB + RTBA_TPP + RTPP-TDL4= 0,02(Ω) XN4 = XHT + XNg-TBA + XB + XTBA-TPP + XTPP-TDL4= 0,123 (Ω) ZN4 = √0,022 +0,1232 = 0,125 (Ω). + Điện trở ngắn mạch đến điểm N5: RN5 = RNg-TBA + RB + RTBA_TPP + RTPP-TDL4 + RTDL4-29 = 0,042 (Ω) XN5 = XHT + XNg-TBA + XB + XTBA-TPP + XTPP-TDL4 + XTDL4-29 = 0,124 (Ω) ZN5 = √0,0422+0,1242 = 0,131 (Ω). Dòng điện ngắn mạch tại điểm N2:
I(3)N2 =
Giá trị dòng xung kích:
ixk2 = kxk.√2.I(3)N2 = 1,2.√2.1,86 = 3,16 (kA),
với kxk = 1,2 với điện áp dưới 1kV và công suất MBA từ 100-320kVA Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:
Ixk2 = qxk. IN2(3)= 1,09.1,86 = 2,03 (kA) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3:
I(3)N3 =
Giá trị dòng xung kích:
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
ixk3 = kxk.√2.I(3)N3 = 1,2.√2.1,91 = 3,24 (kA) Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:
Ixk3= qxk. IN3(3)= 1,09.1,91 = 2,08 (kA) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N4:
I(3)N4 =
Giá trị dòng xung kích:
ixk4 = kxk.√2.I(3)N4 = 1,2.√2.1,85 = 3,14 (kA) Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:
Ixk4= qxk. IN4(3)= 1,09.1,85 = 2,02 (kA) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N5:
I(3)N5 =
Giá trị dòng xung kích:
ixk5 = kxk.√2.I(3)N5 = 1,2.√2.1,76 = 2,99 (kA) Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:
Ixk5 = qxk. IN5(3)= 1,09.1,76 = 1,92 (kA)
4.3. Chọn và kiểm tra dây dẫn
4.4. Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 4.4.1.Lựa chọn dao cách ly
Điện áp định mức:UđmDCL = 22kV.
Dòng điện định mức: IđmDCL = Ilvmax = 1,95 (A).
Vậy ta chọn dao cách ly PПHД – 35/630có thông số kĩ thuật như sau: Số lượng
1
(Trang 132 – bảng 2.42 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)
Kiểm tra điều kiện: Dòng ổn định động: INmax = 80 kA > ixk1 = 0,134 kA Dòng ổn định nhiệt: √ t qđ √ t qđ IN10s = 12 kA≥ IXK1. tnh .đm = IXK1. t nh .đm = 0,08. = 0,004 kA
Vậy DCL đã chọn thỏa mãn các điều kiện
4.4.2.Lựa chọn máy cắt
Điện áp định mức:UđmMC = 22kV.
Dòng điện định mức:IđmMC≥ Ilvmax = 1,95 (A).
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Vậy ta chọn máy cắt HVF604 do ABB chế tạo có thông số kĩ thuật như sau: Số lượng
(Trang 305 – bảng 5.4 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)
Kiểm tra điều kiện:
Dòng cắt định mức: Icđm= IN3s= 25 kA >IN1(3) = 0,053 kA Dòng điện ổn định động: INmax = 63 kA > ixk1 = 0,134 kA Dòng ổn định nhiệt: √ IN3s = 25 kA≥ IXK1. 0,073 kA
Công suất cắt: Scđm= .25.24 = 925,63 MVA > S”N = .0,053.22 = 2,02 MVA
Vậy MC đã chọn thỏa mãn các điều kiện.
4.4.3.Chọn chống sét van.
Chống sét van để chống sét lan truyền từ đường dây vào TBA. Điều kiện chọn: UđmCSV ≥ UđmLĐ.
Ta chọn CSV có thông số sau :
Thông số kĩ thuật của CSV 3EA1
Hãng sản
xuất
Siemens
4.5. Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…)
Lựa chọn thiết bị tủ phân phối.
Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 Aptomat tổng phía từ trạm biến áp về và 5 Aptomat nhánh cấp điện cho 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng, làm mát
Sơ đồ tủ phân phối:
Sơ đồ tủ phân phối.
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI TPP Aptomat t?ng Aptomat nhánh TÐL1 TÐL2 TÐL3 TÐL4 TCS
4.5.1 Chọn thanh cái tủ phân phối
Dòng điện chạy qua thanh cái:
Sttnx 148,32
Ilvmax = √3 . Uđm = √3 .0,4 = 214,08 (A)
Chọn thanh cái bằng đồng có Jkt = 2,1 (A/mm2) - Giáo trình cung cấp điện – ĐHCNHN trang 163
Tiết diện kinh tế của thanh cái: Fkt =
Vậy ta chọn thanh cái cao áp có kích thước 40×5 = 200 ( mm2 ) với các thông số cơ bản: Icp = 700 A; (Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang, bảng 7.2 trang 363)
Kiểm tra dòng điện lâu dài cho phép: k1.k2.Icp ≥ Icb
k1 = 0,95 – thanh dẫn đặt ngang, k2 = 0,96 hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ. Icb = 214,08 A
k1.k2.Icp = 0,95.0,96.700 = 638,4 A ≥ Icb Kiểm tra ổn định nhiệt:
F ≥ α.IN. √t
qd(mm2)
Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo: α = 6 với đồng. IN dòng điện ngắn mạch tại điểm 3: I(3)N3 = 1,91 kA
tqđ là thời gian quy đổi, lấy bằng thời gian cắt ngắn mạch: 2,5s α.IN. √ tqd = 6.1,91. √2,5 = 18,12
mm2 Vậy tiết diện thanh dẫn đạt yêu cầu. Kiểm tra ổn định động:σcp ≥ σtt
Chọn chiều dài một nhịp thanh cái (khoảng cách giữa các sứ của 1 pha) l = 140 cm; khoảng cách giữa các pha a = 60 cm. Ta có:
Momen uốn: M =
37
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI Ftt = 1,76.10-2. M = Momen chống uốn: W = Ứng suất tính toán: σtt = 1400kG/cm2với đồng
Vậy điều kiện ổn định động được đảm bảo.
4.5.2 Chọn Aptomat tổng của TPP
Điện áp định mức lưới điện: 0,4 kV
Dòng điện làm việc max của lưới điện: Ilvmax = 214,08 (A)
Vậy ta chọn Aptomat EA603 – G do Hwa Shih chế tạo có các thông số cơ bản như sau:
EA603 - G
(Sổ tay tra cứu và lựa chộn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang, trang 156 – 3.18)
Kiểm tra khả năng làm việc của Aptomat:
Với Isc – Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N3. I(3)N3 = 1,91 kA Vậy Aptomat đã chọn đảm bảo yêu cầu.
4.5.3 Chọn Aptomat các nhánh của TPP
Chọn Aptomat cho tủ chiếu sáng và làm mát:
Itt =
Chọn Aptomat:
Kiểm tra theo khả năng cắt: vì đặt tủ chiếu sáng làm mát cạnh củ phân phối
nên đoạn cáp nên bỏ qua tổng trở đoạn cáp này, lúc này tổng trở ngắn mạch tới thanh cái tủ làm mát chiếu sáng coi bằng ZN3. Vậy dòng ngắn mạch bằng IN3(3) = 1,91 kA. IN> I(3)N3. Vậy Aptomat đạt yêu cầu.
38
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
4.6. Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v. 4.6.1. Chọn máy biến dòng điện
Máy biến dòng (TI) biến các giá trị dòng sơ cấp xoay chiều lớn thành các dòng thứ cấp xoay chiều có trị số nhỏ để phục vụ cho các thiết bị đo lường.
Lựa chọn TI theo các điều kiện: U đm U đmmđ
I đm Icb
Phục vụ cho các thiết bị đo:\ - Ampemet
- Công tơ hữu công - Công tơ vô công
- Các đồng hồ có độ chính xác
Chọn máy biến dòng hình xuyến hạ áp U ≤ 600V, kiểu CT0.6 đặt trên 3 pha đấu sao do Công ty thiết bị đo điện (EMIC) chế tạo có thông số
TBA Tủ PP Tủ ĐL CS+LM
4.6.2. Chọn Ampemet và volmet
- Ampemet dùng để do dòng điện các pha thông qua hệ thống máy biến dòng. Mỗi tủ chọn 3 ampemet theo tỉ số biến của TI do công ty điện lực Hà Nội chế tạo. - Chọn dùng 1 volmet có kèm theo thiết bị chuyển mạch cho mỗi tủ do công ty điện lực Hà Nội chế tạo
- Thông số kĩ thuật Tên thiết bị Ampemet điện từ Volmet điện từ
4.6.3. Chọn công tơ đo điện năng
Chọn 1 công tơ vô công và một công tơ hữu công cho trạm tủ phân phối do công ty điện lực Hà Nội chế tạo.
Bảng 3.16 Tên thiết bị
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Công tơ hữu công Công tơ vô
công
4.7. Kết luận 4
CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO NHÀ XƯỞNG 5.1. Tổng quan
5.1.1 Ý nghĩa của việc chọn bù công suất phản kháng
Hệ số công suất cosϕ đánh giá phân xưởng dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Nâng cao hệ số công suất cosϕ với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng.
Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản khág Q. Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, không sinh ra công.
Truyền tải một lượng công suất Q qua dây dẫn và máy biến áp sẽ gây ra tổn thất điện áp, tổn thất điện năng lớn và làm giảm khả năng truyền tải trên các phần tử của mạng điện. Do đó để có lợi về kinh tế kỹ thuật trong lưới điện cần nâng cao hệ số công suất tự nhiên hoặc đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần nơi tiêu thụ để tăng hệ số công suất cosϕ làm giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệ thống điện.
Việc nâng cao hệ số cao sẽ đưa đến các hiệu quả:
- Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện. - Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện.
- Nâng cao khả năng truyền tải năng lượng điện của mạng - Tăng khả năng phát của các máy phát điện.
5.1.2. Công thức tính công suất phản kháng.
Q = U . I .sinφ Trong đó:
Q: Công suất phản kháng (Var) U: Điện áp (V)
I: Dòng điện (A)
φ: Lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t)
5.1.3 Các biện pháp bù công suất phản kháng
- Các biện pháp tự nhiên:
BÀI TẬP LỚN MÔN CUNG CẤP ĐIỆN ĐẠI HỌC THỦY LỢI
- Dựa trên việc sử dụng hợp lý các thiết bị sẵn có như hợp lý hóa quy trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn. - Các biện pháp nhân tạo: Dùng các thiết bị có khả năng sinh công suất
phản kháng bằng các thiết bị bù như tụ bù tĩnh.
5.2. Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ sau khi bù đạt 0,9 5.2.1. Xác định dung lượng bù.
Hệ số công suất trung bình của toàn phân xưởng cosφtbnx = 0,83, cần phải bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosφ lên đến 0,9.