Thiết kế chi tiết cho phơng án đợc chọn

Chơng III Thiết kế mạng điện

2. Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian (của nhà máy ),trạm phân phối trung t©m

3.4. Thiết kế chi tiết cho phơng án đợc chọn

3.4.1: Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực của hệ thống về trạm biến áp trung gian:

Đờng dây cung cấp từ trạm biến áp khu vực về trạm biến áp trung gian của nhà mỏy dài 10 km sử dụng đờng dõy trờn khụng, dõy nhụm lừi thộp ,lộ kộp . Với mạng cao áp có Tmax lớn ,dây dẫn đợc chọn theo mật độ dòng điện kinh tế jkt , với dây dẫn AC có thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax =5000 h có jkt

=1 A/mm2 .

Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn : Ittnm =

dm ttnm

U S

2 =

35 3 2

87 . 1616

ì = 13.34 A

Fkt =

kt ttnm

j I =

1 34 .

13 = 13.34 mm2

Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện 50 mm2 .Ta chọn dây AC – 50 có Icp

=210A

Kiểm tra dây theo sự cố đứt 1 dây:

Isc = 2ìIttnm =2ì13.34 = 26.68 A < Icp

Dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố . Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép :

Với dây dẫn AC-50 có khoảng cách trung bình hình học Dtb = 2m có các thông số kĩ thuật r0=0.65 Ω/km ,x0 = 0.398 Ω/km.

∆U=

dm ttnm ttnm

X Q

P ì + ì

= 2 35

10 398 . 0 29 . 906 10 65 . 0 1339

ì +

ì = 171.07 V

∆U < ∆Ucp = 5%U®m = 1750 V

Dây dẫn đã chọn thoã mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

Vởy chọn AC-50.

3.4.2. Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện:

Mục đích của tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn đợc chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống .Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch ba pha.

Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng của hệ thống điện quốc gia thông qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn .Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế để tính toán ngắn mạch đợc thể hiện trên hình 3.8.

Để lựa chọn ,kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện cần tính toán 8 điểm ngắn mạch sau:

N: điểm ngắn mạch trên thanh cái cao áp trạm biến áp trung gian để kiểm tra máy cắt .

N’: điểm ngắn mạch trên thanh góp phân đoạn của trạm biến áp trung gian

để kiểm tra máy cắt và thanh góp .

N1….N6 : điểm ngắn mạch phía cao áp các trạm biến áp phân xởng để kiểm tra cáp và các thiết bị cao áp của trạm.

Điện kháng của hệ thống đợc tính theo công thức sau:

XHT =

N tb

U2 (Ω)

Trong đó :SN – công suất ngắn mạch về phía hạ áp của máy biến áp khu vực của hệ thống, SN = 250 MVA ; Utb -điện áp trung bình của đờng dây ,Utb=36.75 kV

Điện trở và điện kháng của đờng dây:

R = r0 ì l (Ω) X = x0 ì l (Ω)

Do ngắn mạch xa nguồn nên dòng ngắn mạch siêu quá độ I′′bằng dòng ngắn mạch ổn định I,nên ta có thể viết:

IN = I′′ = I∞ =

N tb

Z U

ì 3

ZN : tổng trở từ hệ thống điện đến điểm ngắn mạch thứ i (Ω) Trị số dòng điện ngắn mạch xung kích đợc tính theo biểu thức:

ixk = 1.8 ì 2 ì IN

Bảng 3.19: Thông số của đờng dây trên không và cáp:

§êng d©y F(mm2) L(m) r0

(Ω/km)

R (Ω)

X (Ω) TBAKV-

TBATG 50 10000 0.65 0.398 3.25 1.99

TBATG-B1 3x16 254 1.47 0.17 0.187 0.022

TBATG-B2 3x16 156 1.47 0.17 0.115 0.013

TBATG-B3 3x16 323 1.47 0.17 0.237 0.027

TBATG-B4 3x16 93 1.47 0.17 0.137 0.008

TBATG-B5 3x16 173 1.47 0.17 0.127 0.015

TBATG-B6 3x16 317 1.47 0.17 0.233 0.054

+Tính điểm ngắn mạch N tại thanh cái cao áp của TBATG : XHT =

N tb

S U2

= 250 75 .

36 2 =5.4 (Ω) R = R®d = 3.25 (Ω)

X= XHT + X®d = 5.4 + 1.99 = 7.39 (Ω).

IN = I′′ = I∞ =

N tb

Z U

3 = 2 2

39 . 7 25 . 3 3

75 . 36

ì = 2.63 kA

i = 1.8ì 2ì I = 6.69 kA

XHT =

N tb

S U2

= 250 75 .

36 2 =5.4 (Ω) điện trở máy biến áp B ( TBATG):

rB = 2

dm dm N

S U P ì

∆ = 3

2 2

1000 10 35 5 .

10 ì ì = 12.86 (Ω) điện kháng máy biến áp B ( TBATG):

xB =

dm dm N

S U U

ì 100

% 2

= 2 103

1000 100

6 ì

ì = 73.5(Ω)

R = R®d +rB = 3.25 + 12.86 = 16.11 (Ω)

X= XHT + xB + X®d = 5.4 + 73.5 + 1.99 = 80.89 (Ω).

IN’(35kV) = I′′ = I∞ =

N tb

Z U

3 = 2 2

89 . 80 11 . 16 3

75 . 36

ì = 0.26 kA

IN’(10kV) = IN'(35kV) ì kB = 0.26 ì 10

35 = 0.91 kA ixk = 1.8ì 2ì IN’ = 2.32 kA

+ Tính điểm ngắn mạch N1 (tại thanh cái cao áp trạm biến áp phân xởng B1) điện trở máy biến áp B ( TBATG):

rB = 2

dm dm N

S U P ì

∆ = 3

2 2

1000 10 35 5 .

10 ì ì = 12.86 (Ω) điện kháng máy biến áp B ( TBATG):

xB =

dm dm N

S U U

ì 100

% 2

= 2 103

1000 100

6 ì

ì =73.5 (Ω)

tổng trở của đờng dây cáp quy đổi về phía điện áp cao:

Zciqđ = Zciì kB = (0.187 + j0.022) ì 10

35 = 0.6545 + j 0.077(Ω) VËy ta cã :

R = R®d + rB + Rc1q® = 3.25 + 12.86 + 0.6545 = 16.76 (Ω)

X = XHT + X®d + xB + Xc1q® = 5.4 + 1.99 + 73.5 + 0.077 = 80.97 (Ω) IN1(35kV) = I′′ = I∞ =

N tb

Z U

3 = 2 2

97 . 80 76 . 16 3

75 . 36

ì = 0.26 (kA)

IN1 = IN1(35kV)ì kB = 0.26 ì 10

35 = 0.91 kA ixk = 1.8ì 2ì IN = 2.32 kA

Tính toán tơng tự đối với các điểm ngắn mạch khác ,ta có kết quả tính ngắn mạch ghi trong bảng 3.20

Bảng 3.20 : kết quả tính ngắn mạch.

Điểm ngắn mạch IN (kA) ixk

N 2.63 6.69

N1 0.91 2.32

N2 0.899 2.288

N3 0.898 2.285

N4 0.899 2.289

N5 0.899 2.288

N6 0.897 2.282

3.4.3. Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện : 3.4.3.1 .Trạm biến áp trung gian:

Trạm biến áp trung gian là nơi trực tiếp nhận điện từ hệ thống về và hạ cấp

điện áp từ 35 kV xuống 10 kV để cung cấp điện cho nhà máy ,do đó việc lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hởng lớn và trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp

điện cho nhà máy .Sơ đồ cần phải thoả mãn các điều kiện sau : đảm bảo cung cấp

điện liên tục cho các phụ tải ,phải rõ ràng và thuận tiện trong vận hành và sử lí sự cố ,an toàn lúc vận hành và sửa chữa ,hợp lí về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật.

Nhà máy đợc xếp vào hộ tiêu thụ loại II nên trạm biến áp trung gian phải đ- ợc cung cấp bởi hai đờng dây nối với hệ thống,trạm có một thanh góp có phân

đoạn ,liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp bằng máy cắt hợp bộ. Trên mỗi phân

đoạn thanh góp đặt một máy biến áp đo lờng ba pha năm trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất một pha trên cáp 10kV . Để chống sét truyền từ đờng dây vào trạm biến áp ta dặt chống sét van trên các thanh cái cao áp . Máy biến dòng đợc đặt trên tất cả các lộ vào ra của trạm có tác dụng biến đổi dòng điện lớn thành dòng điện 5A để cung cấp cho các dụng cụ đo lờng và bảo vệ.

a. Lựa chọn và kiểm tra máy cắt ,thanh cái của TBATG:

Các máy cắt đặt tại trạm biến áp trung gian gồm có hai máy cắt cấp 35 kV nối

đờng dây trên không cấp điện cho trạm ,hai máy cắt cấp 10 kV sau thanh cái hạ áp của trạm, một máy cắt cấp 10kV nối giữ hai phân doạn thanh góp và 10 máy cắt cấp 10 kV nối thanh góp với các tuyến cáp cấp điện cho các trạm biến áp phân x- ởng. Các máy cắt có nhiệm vụ đóng cắt mạch điện ,đóng cắt dòng điện phụ tải phục vụ cho công tác vận hành ,máy cắt còn có chức năng cắt dòng ngắn mạch bảo vệ các phần tử của hệ thống.

+ Chọn máy cắt cấp 35 kV :

Điện áp định mức : Uđm MC ≥ Uđm .m =35 kV

Dòng điện định mức: Iđm MC ≥ Ilvmax = 2ì Ittnm =2ì 13.34 =26.68A Dòng điện cắt định mức: Iđm cắt ≥ IN = 2.63 kA

Dòng điện ổn định động cho phép : iđm.đ ≥ ixk = 6.69 kA

Căn cứ vào các số liệu kĩ thuật đã tính toán đợc ta chọn máy cắt SF6 ngoài trời 36kV loại GI-E do Schneider chế tạo có các thông số nh sau:

Loại MC Cách điện Iđm (A) Uđm (kV) IN3s(kA) INmax (kA)

36GI-E16 SF6 630 36 16 40

+ Chọn máy cắt hợp bộ cấp 10 kV :

Điện áp định mức : Uđm MC ≥ Uđm .m =10 kV

Dòng điện định mức: Iđm MC ≥ Ilvmax =2ì 13.34 =26.68 A Dòng điện cắt định mức: Iđm cắt ≥ IN = 0.91 kA

Dòng điện ổn định động cho phép : iđm.đ ≥ ixk = 2.32 kA

Căn cứ vào các số liệu kĩ thuật đã tính toán đợc ta chọn các tủ máy cắt hợp bộ có cấp điện áp 12kV của SIEMENS chế tạo loại 8DC 11 cách điện SF6, không cần

Loại MC Cách điện Iđm (A) Uđm (kV) IN3s(kA) INmax (kA)

8DC-11 SF6 1250 36 25 63

Hệ thống thanh góp đặt sẵn trong tủ có dòng định mức 1250 A . Thanh cái ở trạm biến áp trung gian có dòng ổn định động Iôđ = 63 kV lớn hơn rất nhiều so với dòng điện ngắn mạch và dòng điện xung kích tại điểm ngắn mạch trên thanh cái của TBATG . Vì vậy thanh cái đã chọn đạt yêu cầu.

b. Lựa chọn và kiểm tra BU:

Máy biến áp đo lờng ,kí hiệu BU có chức năng biến đổi điện áp sơ cấp bất kì

xuống 100 V hoặn 100/ 3 V cấp nguồn áp cho các mạch đo lờng , điều khiển tín hiệu , bảo vệ .

Các BU thờng có sơ đồ V/V ; Y/Y ngoài ra còn có loại BU 3 pha 5 trụ đấu sao 0,sao 0 ,tam giác hở , ngoài chức năng thông thờng , cuộn tam giác hở báo trạm đất 1 pha .

BU đợc chọn theo các điều kiện sau : + Điện áp

+ Sơ đồ đấu dây ,kiểu máy + Cấp chính xác

+ Công suất định mức

Chọn dây dẫn nối BU với các dụng cụ đo lờng

Chọn BU loại 4MS32 , kiểu hình trụ do SIEMENS chế tạo .

Bảng 3.22 : Thông số của BU:

Thông số kĩ thuật 4MS32

U®m (kV) 12

U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ kV 28 U chịu đựng xung 1.2/50às (kV) 75

U1d® (kV) 12/ 3

U2d® (kV) 100/ 3

Tải định mức (VA) 400

c. Lựa chọn và kiểm tra BI :

Chức năng của máy biến dòng điện là biến đổi dòng điện sơ cấp có trị số bất kì

xuống 5A (đôi khi 1A 10A) , nhằm cấp nguồn dòng cho các mạch đo lờng , bảo vệ , tín hiệu ,điều khiển….

Máy biến dòng đợc chọn theo các điều kiện sau : + Sơ đồ nối dây và kiểu máy

+ Điện áp danh định Ud®BI ≥ Ud®L§

+ Dòng điện danh định Id®BI ≥ Icb

+ Chọn BI cho cho các mạng cáp :

Khi sự cố MBA có thể quá tải 30% , BI đợc chọn theo dòng cỡng bức qua MBA có công suất lớn nhất trong mạng là 400 kVA .

Id®BI ≥ 25.02 10

3 2 . 1

400 3 . 1 10 3 2 . 2 1 . 1

max =

= ì

= kqtbtìSddBA

I (A).

Chọn BI loại 4MA72 do SIEMENS chế tạo .

Bảng 3.23a:Thông số của BI loại 4MA72 53

Thông số kĩ thuật 4MA72

Ud® (kV) 12

U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ (kV) 28 U chịu đựng xung 1.2/50às (kV) 75

I1d® (A) 20-2500

I2dđ (A) 1 hoặc 5

Iôđnhiệt 1s (kA) 80

Iôđ động (kA) 120

+ Chọn BI cho mạng ĐDK :

Id®BI ≥ 32.2 35

3 2 . 1

1800 3

. 1 35 3 2 . 2 1 . 1

max =

= ì

= kqtbtìSddBA

I (A)

Chọn BI loại 4MA76 do SIEMENS chế tạo .

Bảng 3.23b:Thông số của BI loại 4MA76 :

Thông số kĩ thuật 4MA76

Ud® (kV) 36

U chịu đựng tần số công nghiệp 1’ (kV) 70 U chịu đựng xung 1.2/50às (kV) 170

I1d® (A) 20-2000

I2dđ (A) 1 hoặc 5

Iôđnhiệt 1s (kA) 80

Iôđ động (kA) 120

d. Lựa chọn chống sét van :

Chống sét van là một thiết bị có nhiệm vụ chống sét đánh từ đờng dây trên không truyền vào trạm biến áp .Với điện áp định mức của lới thì điện trở chống sét có trị số vô cùng lớn không cho dòng điện đi qua ,khi có điện áp sét thì điện trở có giá trị rất nhỏ và đa dòng điện xuống đất.

Chọn chông sét van cho cấp điện áp 35 kV

Chọn chống sét van do hãng COOPER chế tạo có Udđ = 36 kV , loại giá đỡ ngang AZLP501B36 .

3.4.3.2 .Lựa chọn thiết bị cho trạm biến áp phân x ởng :

Vì các trạm biến áp phân xởng đặt không xa TBATG . Nên phía cao áp chỉ cần cầu dao và cầu chì . Dao cách ly dùng để cách ly máy biến áp khi sửa chữa . Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho máy biến áp . Phía hạ áp đặt áptômát tổng và các áptômát nhánh , Thanh cái hạ đợc phân đoạn bằng áptômát phân đoạn (đối với trạm đặt hai máy ) .Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo vệ ta lựa chọn phơng thức cho các máy biến áp làm việc độc lập .Chỉ khi nào một máy biến áp bị sự cố mới sử dụng áptômát phân đoạn để cấp

điện cho phụ tải của phân đoạn đi với máy biến áp sự cố . a. Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly

* Chọn dao cách ly cấp điện áp 35 kV:

Ta dùng chung một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp để dễ cho việc mua sắm , lắp đặt thay thế , dao cách ly đợc chọn theo các điều kiện sau : + Điện áp danh định :

Ud® CL ≥ Ud® m = 35 kV . + Dòng điện danh định :

Idđ CL ≥ Ilv max = 2Ittnm= 2ì13.34=26.68 (A)

id® § ≥ ixk = 6.68 (kA).

Chọn loại DN 35/400 do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.24a: Thông số kĩ thuật của dao cách ly:

Ud® (kV) Id® (A) INT (kA) INmax (kA)

35 400 12 31

* Chọn dao cách ly cấp điện áp 10 kV:

Ud® CL ≥ Ud® m = 10 kV . + Dòng điện danh định :

Idđ CL ≥ Ilv max = 2Ittpx max= 2ì805ì 10

4 .

0 =64.4 (A) + Dòng điện ổn định động cho phép :

id® § ≥ ixk = 2.32 (kA).

Chọn loại DT 10/200 do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.24a: Thông số kĩ thuật của dao cách ly:

Ud® (kV) Id® (A) INT (kA) INmax (kA)

10 200 6 23

b. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì cao áp : Cầu chì đợc chọn theo các điều kiện sau :

+ Điện áp danh định :

Ud® CC ≥ Ud® M = (10) kV + Công suất cắt danh định : Sd® CC ≥ S ” (kVA).

+ Dòng điện danh định : Idđ Cắt ≥ I ” (kA) + Dòng điện danh định : Id® CC ≥ Icb =

dd ddBA qtbt

U S k

ì 3 Đối với các trạm B1 :

Id® CC ≥ Icb =

10 3

400 3 . 1

ì = 30.02 (A)

Chọn cầu chì ống cao áp loại 3GD1 206-3B do SIEMENS chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.25a : Thông số kĩ thuật của cầu chì:

Udđ (kV) Idđ (A) Icắt Nmin (A) Icắt N (kA)

12 32 158 63

Đối với trạm B2 , B3

Id® CC ≥ Icb =

10 3

320 3 . 1

ì = 24.01 (A)

Chọn cầu chì ống cao áp loại 3GD1 205-3B do SIEMENS chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.25c : Thông số kĩ thuật của cầu chì:

Udđ (kV) Idđ (A) Icắt Nmin (A) Icắt N (kA)

12 25 120 80

Đối với trạm B1 , B5,B6

Id® CC ≥ Icb =

10 3

180 3 . 1

ì = 13.51 (A)

Chọn cầu chì ống cao áp loại 3GD1 203-3B do SIEMENS chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.25d : Thông số kĩ thuật của cầu chì:

Udđ (kV) Idđ (A) Icắt Nmin (A) Icắt N (kA)

12 16 62 63

Đối với trạm B4:

Id® CC ≥ Icb =

10 3

500 3 . 1

ì = 37.53 (A)

Chọn cầu chì ống cao áp loại 3GD1 208-3B do SIEMENS chế tạo có các thông số sau :

Bảng 3.25b : Thông số kĩ thuật của cầu chì:

Udđ (kV) Idđ (A) Icắt Nmin (A) Icắt N (kA)

12 40 200 40

c. Lựa chọn và kiểm tra áptômát :

áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch . áptômát đợc chọn theo các điều kiện sau :

- Đối với áptômát tổng và áptômát phân đoạn :

+ Điện áp danh định : Udđ A ≥ Udđ M = 0.38 (kV).

+ Dòng điện danh định : Idđ A ≥ Ilvmax =

dd ddBA qtbt

U S k

Đối với trạm B1 ,B5,B6:

Id® A ≥ Ilvmax = 355.53

38 . 0 3

180 3 .

1 =

ì (A)

Đối với trạm B2 , B3 :

Id® A ≥ Ilvmax = 632 38

. 0 3

320 3 .

1 =

ì (A)

Đối với trạm B4:

Id® A ≥ Ilvmax = 987.57

38 . 0 3

500 3 .

1 =

x (A)

Chọn áptômát do hãng Merlin Gerin chế tạo kết quả nh sau :

Bảng III.28

B1 NS400N 2 690 400 10 3

B2 C801N 2 690 800 25 3

B3 C801N 2 690 800 25 3

B4 C10001N 1 690 1000 25 3

B5 NS400N 2 690 400 10 3

B6 NS400N 2 690 400 10 3

d. Lựa chọn thanh góp :

Thanh góp là nơi nhận điện năng từ nguồn cung cấp tới và phân phối điện năng cho các phụ tải . Thanh góp còn đợc gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn.

Các thanh góp đợc chọn theo điều kiện phát nóng cho phép .dòng điện cỡng bức ,tính với trạm biến áp B4có Stt = 445.45

Stt = 445.45

k1k2Icp ≥ Icb = 676.79

38 . 0 3

45 . 445

3 =

= ì

ì dd

S (A)

Trong đó k1 = 0.95 Với thanh góp đặt ngang .

k2 = 1 hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ theo môi trờng . Icp ≥ 712.41

95 . 0

79 .

676 = (A).

Ta chọn thanh dẫn : 40ì 4 mm2 bằng đồng có Icp = 725) e. Kiểm tra cáp đã chọn :

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện ổn định nhiệt : F≥αI∞ tqd

Trong đó :

α : là hệ số nhiệt độ , cỏp lừi đồng , α = 6 I∞ : là dòng điện ngắn mạch ổn định

tqđ : là thời gian qui đổi đợc xác định nh tổng thời gian tác

động của bảo vệ chính đặt tại máy cắt điện đặt gần điểm sự cố với thời gian tác

động toàn phần của máy cắt điện ,tqđ = f(β’’,t) .

t : là thời gian tồn tại ngắn mạch , t = 0.5s

∞

= β I

'' I , ngắn mạch xa nguồn nên : β’’= 1 Tra tài liệu tìm đợc tqt = 0.4

Tiết diện ổn định nhiệt của cáp :

F≥ αI∞ tqd =6ì1.344ì 0.4 = 5.1 mm2 Vậy cáp 16 mm2 đã chọn là hợp lý .

Chơng IV : Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xởng sửa

Thiết kế chi tiết cho phơng án đợc chọn

Vị trí các trạm biến áp phân xởng: