Thiết kế trạm biến áp

4.1. tổng quan về trạm biến áp

+ khái niệm: trạm biến áp là 1 phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, có nhiệm vụ tiết kiệm điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân phối cho các mạng điện tương ứng. Trong trạm biến áp, ngoài máy biến áp cịn có rất nhiều những thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng. Các thiết bị phía cao áp gọi là thiết bị phân phối cao áp( máy cắt, dao cách ly, thanh cái) và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp( thanh cái hạ áp, aptomat, cầu dao, cầu chảy).

+phân loại: - theo điện áp: có tăng áp, giảm áp, trạm trung gian.

- theo địa dư: phân thành trạm biến áp khu vực và trạm biến áp địa phương. - về phương diện cấu trúc: trạm ngoài trời và trạm trong nhà.

 Một số trạm biến áp thông dụng: trạm bệt, trạm treo, trạm biến áp trong nhà, trạm hợp bộ, trạm biến áo ngầm.

4.2. chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp

+ các trạm biến áp phân xưởng có nhiều phương án thiết kế, lắp đặt khác nhau,

tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, quy mơ nhà máy cũng như kích thước trạm biến áp. Trạm biến áp có thể đặt trong phân xưởng để tiết kiệm đất, tránh bụi bặm, hóa chất ăn mịn. Song cũng có thể đặt ngồi trời, đỡ gây nguy hiểm cho phân xưởng và người sản xuất.

mạng phân phối cao áp và hạ áp sẽ được rút ngắn, các chỉ tiết kinh tế kỹ thuật của sơ đồ cấp điện cũng được đảm bảo.

+ khi xác định vị trí đặt trạm biến áp cũng nên cân nhắc sao cho trạm biến áp chiếm vị trí nhỏ nhất đảm bảo mĩ quan, khơng ảnh hưởng tới q trình sản xuất cũng như thuận tiện cho việc vận hành sửa chữa, mặt khác cũng đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình vận hành sản xuất.

=> do đó ta đặt trạm biến áp phân xưởng áp rìa bên trái xưởng có tạo độ tâm trùng tung độ của trọng tâm phụ tải.

4.2.1 các thiết bị trong trạm biến áp

+ các thiết bị trong trạm gồm máy biến áp, cầu chảy, dao cách ly, chống sét van,

sứ đỡ, tủ hạ áp.

Theo những tính tốn lựa chọn trong chương 3, ta lựa chọn các thiết bị như sau:

 Chọn 1 máy biến áp do ABB chế tạo có thơng số sau: + cơng suất định mức : 630 kVA.

+ Điện áp: 22/0,4 kV.

+ ∆P0 = 1200W, ∆PN = 8200 W, UN = 4%, I0 = 1.5%.

 Chọn cầu chảy do SIEMENS chế tạo có Udm = 24kV, Idm= 20A, Icdm = 62kA.

 Chọn dao cách ly: do ABB chế tạo có IN = 50kA, Udm = 24kV.

 Chọn van chống sét do Cooper chế tạo có Udm = 24kV, có: +giá đỡ ngang: AZLP51 B24

+giá đỡ khung: AZLP519224

+giá đỡ MBA và đường dây: AZLP531 A24

+giá đỡ công xôn kiểu giàn khung: AZLP531 B24 +giá đỡ hình khối: AZLP519 C24

 Chọn sứ cách điện EPOXY: IC 10.1.0 CPS có : Udm = 12kV, số tán = 4, chiều dài H = 130mm, trọng lượng 0,6kG, lực nén 45kN.

 Chịn kích thước tủ hạ áp: kích thước khung tủ số cánh cửa tủ cánh tủ tráng men cao rộng sâu 1800 600 400 1 61564

4.3Tính toán nối dất cho trạm biến áp và phân xưởng

Để nối đất cho trạm biến áp, ta sử dụng các điện cực nối đất chôn trực tiếp trong đất, các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực nối đất. Cụ thể ở đây ta dự định nối đất với hệ thống nối đất bao gồm các cọc nối đất làm bằng thép góc L 60×60×6mm, dài 2,5 m chơn sâu 0,8m. Các cọc chộn cách nhau 5m và được nối với nhau bằng các thanh thép nối có bề rộng 4cm tạo thành mạch vòng nối đất. Các thanh nối được chôn sâu 0,8m.

- Xác định điện trở nối đất của 1 cọc. Ta có:

+ Hệ số mùa của cọc 2÷3m, chơn sâu 0,5÷0,8m: kmuaC = 1,2÷2,0 (lấy =1,5). + Hệ số mùa của thanh khi đặt ngang sâu 0,8m: kmuaT = 1,5÷7(lấy =3,0).

+ Điện trở nối đất của 1 cọc : coi đất ở phân xưởng là đất xây dựng có điện trở suất vào mùa khô là:

ρ = 100Ωm = 100.102 Ωcm. Rcọc = . (Ω) (1) Trong đó: 0,8 1, 25 2, 05 2 c t l t   t   m

+ ρ0 : điện trở suất của đất

+ d: đường kính ngồi của cọc (m), lấy d = 0,06.0,95 =0,057 (m). + l = 2,5(m) chiều cao của cọc.

+t =0,8 độ chôn sâu của cọc.

- Thay các giá trị cụ thể vào biểu thức (1) trên ta được: Rcọc=. = 45,75 (Ω).

- Bố trí các cọc theo vịng kín hình chữ nhật, khoảng cách giữa hai cọc gần nhau là a = 5 (m), khi đó tỉ số = 2. Tra bảng 5.4 hệ số sử dụng của cọc và thanh, phụ thuộc vào tỉ số giáo trình vật liệu điện và an tồn điện trang 172. Xác định số cọc sơ bộ là 20 cọc với hệ số sử dụng của cọc ηcọc = 0,6.

Với số cọc là 20 cọc thì ta phải sử dụng thanh ngang là loại thép dẹt có chiều dài l = 20.5 = 100 (m), chơn sâu cách mặt đất 0,8 (m). Khi đó điện trở nối đất của thanh được xác định như sau:

+ ρ0 : điện trở suất của đất + Km: hệ số mùa. (Km=1,5).

+ L : chiều dài của thanh ngang. (L=120m) + t: độ chôn sâu của thanh.

+ d= b/2 = 40/2 =0,002 (m) chọn thanh là thép dẹt 40x5mm + K: hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất, ở đây tỉ số ==1,5 nên ta lấy K = 5,81 (theo bảng 5.3 giáo trình vật liệu điện và an toàn) - Thay các giá trị cụ thể vào điện trở nối đất của thanh ta có :

Rt = = 4,16 (Ω)

Khi đó ta có điện trở của điện cực hỡn hợp: ηc=0,6 ηt=0,3 . 45, 75.4,16 0, 7 4 45, 75.0,3.20 4,16.0, 6 t c yc c t t c R R R R R  n R            

Như vậy điện trở của điện cực dự kiến là gồm cọc và thanh là phù hợp.

TBA

Coc Thanh noi

0,7m 0,8m 2, 5m 30m 2 0m 5m 4.4 Thiết kế trạm biến áp

KVA 6%

800kVA

+ Ta thiết kế xây dựng trạm biến áp kiểu bệt cho phân xưởng, sử dụng lưới b40 quây xung quanh để đảm bảo an toàn

2 1 9 9 1 5 6 4 10 11 8

1: Máy biến áp 6: Thanh dẫn cao áp 11: Ống cáp hạ áp. 2: Tủ điện cao thế 7: Thơng gió

3: Cáp cao thế sang MBA 8: Rãnh cáp 4: Hộp đấu cáp cao áp 9: Hố dầu sự cố

5: Cáp hạ thế 10: Ống cáp cao áp 4.5 Nhận xét

Hệ thống trạm biến áp được thiết kế có kích thước phù hợp với xưởng sửa chữa cơ khí cỡ nhỏ như yêu cầu.

Chương 5. Tính bù cơng suất phản kháng và nâng caohệ số công suất. hệ số công suất.

5.1. Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

+ Việc bù công suất phản kháng dẫn tới việc làm tăng hệ số cos, qua đó: - Về mặt kính tế:

+ Giảm giá tiền điện hoặc tránh bị phạt tiền do vượt quá hệ số cos mà nhà nước quy định.

- Về mặt kỹ thuật:

+Giảm kích cỡ dây dẫn do giảm dịng điện.

+giảm tổn thất cơng suất (P,kW) trong cáp điện do tổn hao trong dây dẫn tỉ lệ bình phương với dịng điện.

+giảm sụt điện do tụ điện điều chỉnh hệ số công suất làm giảm hoặc thậm chí khử hồn tồn dịng phản kháng của dây dẫn ở vị trí trước bù, vì thế làm giảm bớt hoặc có thể khử bỏ hẳn sụt áp. Tuy nhiên việc bù dư có thể gây nên hiện tượng tăng điện áp trên các tụ bù.

+ Tăng khả năng mang tải: bằng cách tăng hệ số công suất của tải được cấp từ nguồn vào máy biến áp, dòng điện đi qua máy biến áp sẽ giảm, vì thế cho phép việc thêm tải vào máy biến áp. Do đó, việc nâng cao hệ số cơng suất có thể đỡ tốn kém hơn việc thay thế máy biến áp lớn hơn khi có u cầu tăng cơng suất phụ tải.

5.2. Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cos mong

muốn sau bù đạt 0,9.

+ Việc xác định vị trí đặt tụ bù ảnh hưởng tới việc nâng cao hệ số cos cũng như chi phí đầu tư.

+ Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí vì cơng suất của phân xưởng không quá lớn, công suất của các động cơ cũng không quá lớn nên không đặt bù ở các tủ động lực vì sẽ gây tổn thất và lãng phí, mặt khác khó tính chính xác được dung

mát cũng tiêu thụ công suất phản kháng . Như vậy để đơn giản sẽ đặt tụ bù tập trung cạnh tủ phân phối.

Áp dụng công thức: Tổng công suất cần bù cho đối tượng để nâng cao hệ số công suất từ cos1 đến cos2 là:

Qbù = P.(tg1 - tg2) Với P là cơng suất tác dụng tính tốn.

Có: hệ số cơng suất của phân xưởng trước khi bù là cos= 0,71.

=> công suất tụ bù cần đặt để nâng cao hệ số công suất từ 0,71 lên 0,9 là: Qbù = P.(tg1 - tg2 ) = 410. (0,99 – 0,48) = 209,1(kVAr).

Cơng suất tính tốn tồn phân xưởng trước và sau bù là: Strước bù = 575 (kVA);Ssau bù = (kVA).

Vậy nếu không đặt bộ tụ bù, ta phải chọn máy biến áp công suất 630 kVA, còn khi lắp đặt tụ bù ta chỉ cần máy biến áp 500kVA cấp điện cho phân xưởng.

Chọn dùng 3 bộ tụ mắc song song do DAE YEONG chế tạo có Qbù = 50kVA sử dụng bộ điều khiển PFC.

NV630-HEV 22 22 MCCB 160A-25kA ATT BI 12kV- 5A Thiet bi do luong PFC R S T FUSE Siemens 24kV-16A-56kA DCL ABB-24kV-50kA P V C -4 00 m m P V C -3 5m m MBA 560kVA 22/0,4kV Cooper 24kV Tu chieu sang tu tu bu NV400-HEV NV400-HEV NV630-HEV NV125-HEV

4 2 ,6 m 4 0 m Tu dieu hoa C1251H 500 - 1250 A Tu dongluc3 Tu dong luc 2 Tu dong luc1 2 P V C -1 50 m m 2 P V C -2 4 0 m m P V C -3 0 0m m 2

5.3. Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng.

+ Hiệu quả trong việc lắp đặt máy biến áp: nếu không bù công suất phản kháng ta phải chọn máy biến áp có cơng suất 630kVA, cịn sau khi lắp đặt tụ bù ta chỉ cần máy biến áp 500kVA cấp điện cho phân xưởng.

+ Hiệu quả trong giảm kích cỡ dây dẫn:

- Dây dẫn từ tủ phân phối tới các tủ động lực và thiết bị cũng như dây cao áp từ nguồn tới trạm biến áp thì khơng đổi, chỉ thay đổi dây từ trạm biến áp về tới tủ phân phối dài 3,2 m.

Có

=> do đó ta chọn cáp đồng cách điện PVC do CADIVI chế tạo có thơng số như sau:

+ Điện trở r0 = 0,0366 (Ω/km)

+ Hiệu quả trong việc giảm tổn hao điện năng trong mạng điện . - Tổn hao công suất trên đường dây từ từng tủ tới từng thiết bị:

∆A = 11048 (kWh)

- Tổn thất công suất trên đường dây từ tủ phân phối tổng tới từng tủ phân phối động lực từng nhóm:

∆A = 4874,11 (kWh)

- Tổn thất công suất trên đường dây từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối chính là:

Có r0 = 0,0283 Ω/km; L = 3,2m => R = r0 . L = 0,9.10-4 (Ω). Lại có P = 410kW; Q = Qtt-Qb=403,1-209,1=194kVAr;

=> ∆P =(P^2+Q^2)/U^2 .R= 0,116 kW; ∆A =∆P. =331,76 kWh. + Tổn thất trên đường dây từ nguồn tới trạm biến áp phân xưởng là: Có r0 = 0,477 Ω/km; L = 300m => R = r0 . L = 0,1431 (Ω)

Lại có P = 410kW; Q = 194kVAr; => ∆P =0,06 kW ∆A = 171,6 kWh.

+ Tổn thất công suất tại MBA : do cơng suất tính tốn tồn mạng giảm nên ta chọn MBA do ABB chế tạo có thơng số như sau:

+ Công suất định mức: 500 kVA + Điện áp : 22/0,4kV.

+ ∆P0 = 1000 W, ∆PN = 7000 W, UN = 4%, I0 = 1,5%. Công thức :     P p0 pRB( W)k

Có ∆P 0 = 1000 kW, , =>

5.4. Nhận xét và đánh giá.

- Việc lắp đặt tụ bù giúp giảm tổn thất công suất, điện năng và tổn thất điện áp trên tất cả các phần tử của mạng, đồng thời làm tăng khả năng truyền tải của các phần tử.

Chương 6. Tính tốn nối đất và chống sét.

6.1 Tính tốn nối đất

6.1.1 lợi ích của việc nối đất thiết bị điện .

Mục đích chính của việc nối đất trong mạng điện là vấn đề an toàn. Khi tất cả các bộ phận bằng kim loại trong thiết bị điện được nối đất thì khi chúng bị nhiễm điện cũng không gây ran guy hiểm cho người sử dụng cũng như có hả năng gây hưu hỏng thiết bị điện.

Nếu dây có điện tiếp xúc với nền đất thì hiện tượng đoản mạch sẽ xảy ra và cầu chì ngay lập tức sẽ bị nổ .Khi các cầu chì bị nổ thì điện áp nguy hiểm sẽ biến mất .Nối đát cho thiết bị điện sẽ mang lại nhiều lợi ích :

 Đảm bảo an tồn cho thiết bị, cơng trình xây dựng và cuộc sống con người .

 Hạn chế thiệt hại khi điện hay sự vơ tình kết nối với đường dây điện áp cao có thể gây ra điện áp cao nguy hiểm cho hệ thống phân phối điện. Nối đất là một phương án nhằm giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống điện.

 Ổn định điện áp

Có rất nhiều nguồn điện . Mỡi biến áp có thể được coi là một nguồn riêng biệt. Nếu khơng có một điểm quy chiếu chung cho tất cả các nguồn điện áp thì sẽ rất khó khan để tính tốn mối quan hệ giữa chúng. Mặt đất là bề mặt dẫn điện có ở khắp nơi , do đó, nó được chọn làm điểm khởi đầu của hệ thống phân phối điện nhưu một tiêu chuẩn gần như phổ quát cho tất cả các hệ thống điện .

6.1.2 tính tốn nối đất cho các thiết bị điện .

Vì trong xưởng có khá nhiều các thiết bị điện , nếu nối đất từng thiết bị thì sẽ rất tốn kém và phức tạp , vì vậy ta nối đất chung tất cả các thiết bị .

nối đất bằng cách thanh đan thành lưới khơng có cọc .

Chọn lưới hình chữ nhật có chiều dài 36×24m, số thanh tưởng ứng của mỡi chiều là 7×5 thanh .Sử sụng sắt CT3 Ø12.

Ta có cơng thức sau R= 0,9P

Trong đó : p=1,6.60=96

L là tổng chiều dài thanh L=7.24+5.36 =348m S là diện tích lưới nối đất S=864m2

R= 0,9.96 =1,5

6.2.tính chọn thiết bị chống sét

6.2.1 thiết bị chống sét đường dây tải điện .

Trong vận hành sự cố cắt điện do sét đánh vào các đường dây tải điện trên khơng chiếm tỉ lệ lớn trong tồn sự cố của hệ thống điện .Bởi vậy bảo vệ hệ thóng choosgn sét cho đường dây có tầm quan trọng rất lớn trong việc đảm bảo vận hành an toàn và cấp điện lien tục .Để bảo vệ chống sét cho đường dây , tốt nhất là đặt dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây , song biện pháp này thường được dùng cho các đường dây (110-220)kV cột sắt và cột bê tông cốt sắt .Để tang cường hệ thống chống sét cho đường dây có thể đặt chống sét ống hoặc tang them bát sứ ở những nơi cách điện yếu ,những cột vươn cao , chỗ giao chéo với các đường dây khác những đoạn tới trạm.

6.2.2.Thiết bị chống sét cho TBA:

- Thiết bị chống sét đánh trực tiếp Hệ thống chống sét cơ bản bao gồm :một bộ

Phận thu đón bắt sét đặt trong khơng trung, được nối đến một dây dẫn đưa xuống , đầu kia của dây dẫn này lại nối đến mạng lưới nằm trong đất . Vai trị của bộ phận đón bắt sét nằm trong khơng trung rất quan trọng và sẽ trở thành điểm đánh thích ứng nhất của sét .Dây dẫn nối từ bộ phận đón bắt sét từ trên đưa xuống có nhiệm vụ đưa dịng sét xuống hệ thống lưới kim loại nằm trong long đất và tỏa nhanh và đất .Như vậy hệ thống lwusoi kim loại này dùng khuếch tán dòng điện sét và đất .

dù có được bảo vệ chống sét hay khơng thì các thiết bị điện có nối với chúng