Chọn cáp và kháng đường dây cho phụ tải địa phương 1. Chọn cáp cho phụ tải địa phương

- Phụ tải địa phương có các thông số cơ bản như sau:

+ Udmdp = 10kV, Pdpmax = 12MW, cos = 0,84.

+ Gồm 4 kép 3MW 3km và 5 đơn 2,5MW 3km.

- Cáp điện lực được chọn theo các điều kiện sau:

+ Loại cỏp: ta dựng cỏp lừi nhụm đi trong đất.

+ Điện áp định mức: Uđmcáp UđmMạng = 10kV a.Xét đường cáp kép

Gồm 4 đường dây cáp kép 3MW 3km; cos = 0,84; Udm = 10 kV.

Ta chọn tiết diện dây theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế.

a.1. Chọn tiết diện cáp

Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất qua cáp là:

Ilvmaxbt = . . 1 1 3.103

3Udm 2 0,84. 3.10,5  98,189 A Dòng điện làm việc cưỡng bức của cáp là:

92 Uđm

(kV)

Ilvcb (kA)

ixk

(kA) Loại DCL Uđm

(kV)

Iđm (kA)

iôdd (kA)

Inh (kA)

tnh (se c) 220 0,385 20,25

0

PởHÄ-

220ẽ/600 220 0,6 60 12 10

110 0,649 34,49 5

PởHÄ -

110/600 110 1 80 15 10

10,5 6,792 111,1

68 PBP - 20/7000 20 7 250 75 10

Inh nh = (12.10 ) .10 1440.10.t 6 (A2.s) > BN220kV = BN1 = 26,903.106 (A2.s)

1 Pmax

2 Cos  .

Icb = 2. Ilvmaxbt = 2. 98,189 = 196,378 A Tiết diện của cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế :

Trong đó:

I

lv max bt

J kt

Ilv max bt - dòng điện làm việc bình thường lớn nhất qua

cáp [A]

Jkt - mật độ dòng điện kinh tế [A/mm2]

Jkt được xác định dựa trên thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải địa phương:

Trong đó:

Tmax = 365.

24 i 1

Pdp max  365.

24 i 1

Sdp max

i

(h)

Pi, Si - công suất tiêu thụ của phụ tải địa phương tại thời điểm ti

(MW, MVA)

Pdpmax, Sdpmax - công suất tiêu thụ cực đại của phụ tải địa phương (MW, MVA)

Ta tính được:

Tmax = 365

27,3809 .19,1667.7 23, 2738.5 27,3809.3 24,6429.5 17,7976.4

Tmax = 365

27,3809 .527,0835 7026 h.

Tra bảng B.44 -“Giỏo trỡnh mạng và hệ thống điện” với cỏp lừi nhụm và Tmax=7026 h ta được: Jkt = 1,2 A/mm2.

Cáp 10 kV yêu cầu dây chọn phải có tiết diện thỏa mãn: F Fmin = 16 mm2.

Tiết diện kinh tế của cáp là:

I

J kt

98,189

1, 2  82 mm2

Vậy ta chọn cỏp lừi nhụm cỏch điện bằng giấy tẩm nhựa thụng và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì, đặt trong đất có các thông số như sau:

Bảng 5-4: Thông số cáp kép Uđm(kV Tiết diện Icp (A) cp (0C) ođm (0C)

93 Fkt = lv max bt =

S .t

 P .t

(*) Fkt = ( mm2 )

a.2. Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp

Ta cần kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp như sau:

- Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường: I’cp = k1. k2. Icp

Ilvmaxbt = 98,189 A

- Kiểm tra khi sự cố: I’cpsc = kqt.k1.k2.Icp Icb = 196,378 A Trong đó:

+ Icp: dòng làm việc lâu dài cho phép qua cáp; Icp = 205 A + k1: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ; k1 = cp0

cp0dm

o o o

Ta có: k1 = cp0

cp0dm  60  25

60 15  0,882

+ k2: hệ số ảnh hưởng do cáp đi song song; Cáp kép gồm 2 cáp đơn đi song song, chọn khoảng cách giữa các cáp a=100 mm, tra bảng 42-Giáo trình mạng và hệ thống điện- trang 169 ta được: k2 = 0,9.

+ kqt: hệ số quá tải sự cố.

- Kiểm tra điều kiện phát nóng khi bình thường:

I’cp = 0,882. 0,9. 205 = 162,729 A > Ilvbtmax = 98,189 A - Khi xảy ra sự cố 1 lộ trong đường dây cáp kép:

Hệ số non tải khi làm việc bình thường là: k nt = I lvbt max '

98,189 162,729

< 0,8

Vậy hệ số quá tải sự cố của cáp là: kqt = 1,3

Dòng điện làm việc cho phép qua cáp trong chế độ sự cố (đã hiệu chỉnh) là:

I’cpsc = 1,3. 0,882. 0,9. 205 = 211,5477 A > Icb = 196,378 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài.

b. Xét đường dây đơn

94

) (mm )2

10 95 205 60 15

Cáp nhôm 10 kV đặt trong đất:cp 60 C ;0 25 C ;odm 15 C

Icp  0,603

Gồm 5 đường dây đơn 2,5MW 3 km; cos = 0,84; Uđm = 10 kV Ta chọn tiết diện dây theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế.

b.1. Chọn tiết diện cáp

Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất:

Ilvbtmax = Pmax

cos .  . 0,84 3.10,5

3  163,648

A

Từ phần chọn cáp kép ta đã có: Jkt = 1,2 A/mm2.

Cấp 10 kV yêu cầu cáp chọn phải có tiết diện thỏa mãn: F Fmin =

16 mm2.

Tiết diện của cáp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Jkt: Fkt = I lvbt max

J kt

163,648 1, 2

Vậy ta chọn cỏp lừi nhụm cỏch điện bằng giấy tẩm dầu, nhựa thụng và dầu không cháy, vỏ bằng chì đặt trong đất có các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 5-5: Thông số cáp đơn

b.2. Kiểm tra điều kiện phát nóng của cáp

Kiểm tra điều kiện phát nóng lâu dài theo điều kiện: Ilvbtmax I’CP = k1. k2. ICP

Trong đó:

- k1: là số hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp; k1

= 60   25

60 15  0,882

- k2: hệ số hiệu chỉnh theo số cáp làm việc đặt song song trong đất.

với cáp đơn: k2= 1

- ICP: dòng điện cho phép lâu dài của cáp ; ICP = 275A

Do đó: I’CP = 0,882. 1. 275 = 242,55 A > Ilvbtmax = 163,648 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài.

95 Uđm (kV) Tiết diện

(mm )2

ICP (A)  cp (0C)

 odm (0C)

10 150 275 60 15

1 2,5.10 1 3.Udm

 136,373 mm2

5.6.2. Chọn kháng đường dây cho phụ tải địa phương

Mục đích của việc chọn kháng đường dây là tăng điện kháng tổng, hạn chế dòng ngắn mạch do đó có thể chọn khí cụ điện sau kháng đối với yêu cầu thấp hơn và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp sau kháng.

~

K1 K2

~

MC1

cá p 1

MC2 cá p 2

- Kháng được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau:

+ Điện áp định mức: UđmK Uđmmang + Dòng điện định mức: IđmK Ilvcb

+ Trị số điện kháng XK% chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có tiết diện nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt.

+ Kiểm tra tổn thất điện áp trên kháng khi làm việc bình thường và cưỡng bức.

+ Kiểm tra ổn định động: iÔđđ ixk

+ Kiểm tra ổn định nhiệt: I2nh.tnh BN

Dòng điện cưỡng bức qua kháng điện được tính toán như sau:

Ilvcb = Pmax

Cos . 1 23.103 3.Udm 0,84. 3.10,5

Ta chọn loại kháng PbA-10-1500 - XK% có thông số như sau:

+ Điện áp định mức: UđmK = 10kV

96

 1505,562 A

+ Dòng điện định mức: IđmK = 1500A = 1,5kA + Điện kháng phần trăm: XK%

Trị số điện kháng XK% chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có tiết diện nhỏ đảm bảo ổn định nhiệt.

Theo Bảng 3 -2 ta có dòng điện ngắn mạch tại điểm N5:

I’’N5 = 77,957 kA; ixkN5 = 203,78 kA Chọn điện áp và dòng điện cơ bản như sau:

Ucb = UdmK = 10 kV; Icb = IđmK = 1500A =1,5 kA Vì công suất của phụ tải địa phương rất nhỏ so với tổng công suất của hệ thống, nên xem hệ thống có công suất vô cùng lớn, sức điện động của hệ thống không đổi và bằng điện áp trung bình.

Lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch:

XHT XK XC1 XC2

UHT

N C1 N C2

Điện kháng của hệ thống: X HT =

U cb I N5 10 77,957 .  0,020 Dòng ổn định nhiệt của cáp: InhC ≈ F.C

t c

(1)

Trong đề tài thiết kế đó cho cỏp 2 lừi nhụm với: FC2min = 70 mm2, tC2

= 0,4sec

Chọn cấp thời gian chọn lọc:t = 0,3sec Cáp nhôm 10kV có: CAl = 85 A. s /mm2. Thay số vào (1) ta được: InhC2 = 70.85

0,4 .103 9,408 kA

Thời gian cắt ngắn mạch tại đầu đường cáp 1 là: tC1 = tC2 +t = 0,4 + 0,3 = 0,7sec

Cỏp 1 đó chọn là cỏp lừi nhụm 10kV cú: CAl = 85 (A. s /mm2).

Ta cần kiểm tra tính ổn định nhiệt theo FC1min= 95 mm2 (cáp kép):

InhC1 = 95.85

0,7 .103 9,651 kA

97 . ''

U HT Icb 10,5 1,5

Kháng diện đường dây được chọn theo điều kiện cung cấp đủ công suất cho phụ tải địa phương khi làm việc bình thường cũng như khi sự cố và đảm bảo ổn định nhiệt của các cáp và khả năng cắt của các máy cắt trong cả lưới cung cấp và lưới phân phối.

Điều kiện chọn kháng:

I NC1 MinIC1đm, InhC1= Icp1 = MinIC1đm; 9,651 kA

9,408 kA

I NC2  MinIC2đm, InhC2= Icp2 = Min40 kA; 9,408 kA=

Kháng điện thường có điện trở rất nhỏ so với điện kháng nên ta bỏ qua điện trở kháng điện trong tính toán ngắn mạch.

- Khi ngắn mạch tại NC2 yêu cầu:

I"NC2 U HT .Icb

(X HT X K XC1)2 R C1  Icp2 = 9,408 kA Điện kháng một lộ cáp C1: XC1 = x 0 .l. 3.Icb

Ucb () (1)

Điện trở một lộ cáp C1 : RC1 = r0 .l. 3.Icb

U cb () (2)

- x0: kháng điện đơn vị của cáp (/km) - r0: điện trở đơn vị của cáp (/km) - l: chiều dài của cáp (km)

So sánh tiết diện cáp đơn và 1 lộ đường cáp kép: Fđơn =150 mm2 >

Fkép = 95mm2.

Do đó, điện kháng và điện trở đơn vị của cáp đơn sẽ nhỏ hơn của 1 lộ đường cáp kép:

x0đơn < x0(1lộkép) ; r0đơn < r0(1lộkép)

Mà ta có: lđơn = lkép = 3km, như vậy điện kháng và điện trở của cáp

đơn sẽ nhỏ hơn điện kháng và điện trở của 1 lộ đường cáp kép: Xđơn

< X1lộkép; Rđơn < R1lộkép.

Do đó dòng ngắn mạch đầu cáp 2 khi tính với cáp 1 là cáp đơn sẽ lớn hơn khi tính với 1 lộ cáp kép. Để chọn XK để đảm bảo yêu cầu ổn định nhiệt của cáp trong lưới phân phối ta cần xét dòng ngắn mạch lớn nhất

98

2

ở đầu cáp 2, tức là phải đảm bảo cáp ổn định nhiệt khi ngắn mạch tại đầu cáp 2 với cáp 1 là cáp đơn.

Cáp đơn: Fđơn =150 mm2; x0 = 0,079/km ; lđơn = 3km.

r0 = 0,206 Ù/km (Bảng 5-Thiết kế mạng điện và hệ thống điện - tr 262)

Điện kháng và điện trở của cáp đơn được tính toán theo (1), (2) như sau:

XC1đơn = 0,079. 3.

RC1đơn = 0,206. 3.

- Khi ngắn mạch tại NC2 yêu cầu:

3.1,5 10 3.1,5

10

= 0,062

= 0,161

I"NC2 U HT .Icb

(X HT X K XC1)2 R C1  Icp2 = 9,480 kA





(U HT .Icb )2

2

(1,05.1,5)2 2

 (X HT X K X C1 )2 R C1

 (0,020 X K 0,062) 2 0,1612

 XK0,036 (3)

- Khi ngắn mạch tại NC1 yêu cầu:

I"Nc1 U HT .Icb

X HT X K  InhC1 = 9,651 kA

 X K U HT .I cb

Icp1  X HT

 X K 1,05.1,5

9,651  0,02 0,143 (4)

Từ (3) và (4) ta thấy rằng để đảm bảo ổn định nhiệt của các cáp trong lưới phân phối

và lưới cung cấp cần chọn kháng điện đơn có: XK % 14,3% .

Do X K % yêu cầu quá lớn nên ta không chọn được kháng điện đơn mà phải chuyển sang chọn kháng điện kép.

Phụ tải địa phương gồm:

- 4 đường dây kép x 3 MW x 3 km.

- 5 đường dây đơn x 2,5 MW x 3 km.

99

2

Icp2

9, 408

2

Bảng 5 -6: Phân bố công suất cho các kháng điện, MW

AT1

K1

~

2,5 1,5 1,5

2,5 1,5 1,5

AT2

K2

1,5 1,5 2,5 2,5

1,5 1,5 2,5

~

Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất của một nhánh:

I bt max Snhbt max cos. 3.U dm

8

0,84. 3.10,5 Dòng điện làm việc cưỡng bức của một nhánh:

I cb Snhcb

cos. 3.U dm

13,5 0,84. 3.10,5

Do đó chọn loại kháng PbAC - 10 - 2x1000 - XK% có thông số như sau:

+ Điện áp định mức: UđmK = 10kV

+ Dòng điện định mức: IđmK = 1000A = 1kA

Ta vẫn chọn hệ đơn vị cơ bản là: Ucb = UdmK = 10kV; Icb =1500A = 1,5kA

100 Kháng 1

Tình huống

Nhánh 1 Nhánh 2

Kháng 2 Nhánh 1 Nhánh 2 Bình thường 5,5 8 5,5 5,5

Hỏng K1 0 0 11 13,5

Hỏng K2 13,5 11 0 0

 0,524 kA

 0,884 kA

Lập sơ đồ thay thế cho tính toán ngắn mạch:

XHT XK XC1 XC2

UHT

N C1 N C2

Tính toán chọn điện kháng 1 nhánh của kháng điện kép tương tự như với kháng đơn.

Như đã tính toán ở trên ta có điện kháng của 1 nhánh kháng điện kép tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản phải thỏa mãn: XK 0,143 Vậy để cáp trong lưới cung cấp và lưới phân phối ổn định nhiệt, ta cần chọn kháng điện kép có điện kháng % của 1 nhánh thỏa mãn:

XK % XK . Ucb I dmK 1 UdmK Icb 1,5

Vậy chọn kháng điện kép PbAC-10- 2x1000 -10 với các thông số cơ bản như sau:

+ Điện áp định mức: UđmK = 10kV

+ Dòng điện định mức 1 nhánh: IđmK = 1000A + Hệ số liên hệ: k = 0,51

+ Tổn thất công suất 1 pha:Pdmpha 22kW

Các thông số điện kháng và điện trở của kháng điện trong hệ đơn vị tương đối cơ bản được tính toán như sau:

XK = . . .

100 IdmK Ucb 100 1  0,15

R K =  P dmpha 2 Kdm

. 3.Icb Ucb

 22 3.1500

2  0,006

Dòng ngắn mạch tại NC1:

I"Nc1 U HT .Icb 1,05.1,5 X HT X K 0,02 0,15 Kiểm tra kháng điện đã chọn:

- Kháng điện sử dụng là kháng điện bêtông có XK% = 10% > 3% nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định động.

101 . .100% 0,143. .100% 9,5%

X k % U dmK Icb 10 1,5 

I .

1000 10

 9, 265 kA

- Do kháng điện kép chọn có dòng định mức 1 nhánh Iđmnh = 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.

- Tính điện áp dư trên thanh cái khi ngắn mạch sau kháng (tại NC1):

Ud% = XK%. I NC1 IKdm

Trong đó IN là dòng ngắn mạch sau kháng điện: INC1 = 9,265 kA I

IKdm

9, 265

1  92,65% > 70 %

- Tính tổn thất điện áp lớn nhất trong 1 nhánh của kháng điện kép khi làm việc bình thường:

với sin = 1 cos2 1 0,842 0,543 Ta có:  Ubtmax% = XK%. ( I bt max1 Ibt max 2

IKdm IKdm

 Ubtmax% = 10. ( 8 5,5 0,84. 3.10,5 0,84. 3.10,5

 Ubtmax% = 1,85 % < Ucpbt% = 2% (6)

- Tính tổn thất điện áp lớn nhất trong 1 nhánh của kháng điện kép khi làm việc cưỡng bức:

 Uscmax% = XK%. ( I sc max1 Isc max 2 IKdm IKdm

 Uscmax% = 10. ( 13,5 11 0,84. 3.10,5 0,84. 3.10,5

 Uscmax% = 2,80 % < Ucpsc% = 4% (7)

Vậy kháng điện chọn thỏa mãn yêu cầu.

5.6.3. Chọn máy cắt mạch phụ tải địa phương (sau kháng điện) Để đơn giản cho vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thiết bị, ta chọn các máy cắt giống nhau cho cùng một cấp điện áp. Do đó chọn loại máy cắt hợp bộ của hãng Siemens với các thông số kỹ thuật như sau:

Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt:

- - -

Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 10 kV

Dòng điện định mức: IđmMC Ilvcb MC = Ilvcb K = 0,884 kA Dòng điện cắt định mức: ICđm I"NC1 9,265 kA

102 Ud% = XK%. N = 10.

 k. ).sin

 0,51. ).0,543

 k. ).sin

 0,51. ).0,543

-

-

Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ ixk = 24,829 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh. tnh BN

Ta chọn loại máy cắt hợp bộ của hãng Siemens với các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 5-7: Thông số máy cắt chọn

Máy cắt chọn có IđmMC = 1250A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt.

5.6.4. Chọn dao cách ly mạch phụ tải địa phương

Dao cách ly (DCL) được chọn và kiểm tra theo các điều kiện sau:

- - - -

Điện áp định mức: UđmCL Uđm Mạng

Dòng điện định mức: IđmCL Ilvcb DCL = IlvcbK = 0,884 kA.

Kiểm tra điều kiện ổn định động: iôđđ ixkN5 = 204,236 kA Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: I2nh .tnh BN

Bảng 5-10: Thông số dao cách ly chọn

Dao cách ly chọn có dòng định mức IđmDCL = 6000A > 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt.