CHƯƠNG III CƠ SỞ THIẾT KẾ LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC CỦA CÁC HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ĐÔ THỊ
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
III.2. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP ĐÔ THỊ
III.2.3. Lựa chọn chiều dài và thiết diện cáp trung áp
Chiều dài một lộ cáp trung áp:
Cáp hạ p v á à cáp trung áp có quan hệ chặt chẽ ới nhau về cấu trúc vì c v ả hai bộ phận lưới n ày đều ph thuộc v cụ ào ấu trúc h tạ ầng giao thông đô thị.
N ói chung cáp trục của lưới ạ áp chạy h song song với c ác tuyến cáp trung áp.
Điều n ày cho phép dễ dàng xây dựng, bảo qu n, kiểm tra, sửa chữa. Nh đặc ả ờ điểm này, c th thiết lập quan h ph thuộc giữa chiều d c ó ể ệ ụ ài áp trung áp ới v s lố ượng TBAPP v chiều àià d cáp trục ạ p. h á
Cáp trung áp
Cỏp hạ ỏp
Phụ Tải
TBAPP
Phụ Tải
Hình 3.7 a. Tổng chiều dài cáp trung áp:
KC TBAPP
H TBAPP
TA N' .L (N' 1).l
L Σ = + − (3. ) 29
Trong đó:
LTAΣ: Tổng chiều ài áp trung áp d c ;
N’TBAPP: Số TBAPP c trong diện tích khảo s ó át D’= 16km2;
OP qt BPP
3 dt dd
BAPP K .S
10 . K . K . '.
' D
N σ
= (3.30)
Trong : đó
t
σ: Mật độ phụ ải (VA/m2)
Kđđ, Kđt: H s ệ ố đồng đều và h s ệ ố đồng thời ủa phụ ải c t .
LH: Chiều d ài hai cáp trục c ủa TBAPP, LH = 2.LOP được ác định theo x (3.23)
á là
L lấy gi trị trung bình 250m.
lKC: Khoảng cách giữa hai hộp cáp nhánh ạ p li n tiếp, l h á ê KC= 40m.
SBOP: Công suất TBAPP hợp lý đã được chọn ở phần trên (kVA). Kqt = 1,3
Thay các s ố liệu ên quan v li ào (3.29), tính được toàn ộ chiều ài LTA, ết quả b d k cho ở bảng 2.1 - Phụ lục 2.
b. Số lượng TBATG và chiều d m l ài ột ộ ĐDTA :
qt BATG dt dd BATG 2.K .S
K . K . '.
N D σ
= (3.31)
Thay các số liệu liên quan vào (3.31), kết quả thu được cho ở bảng 2.2 - Phụ lục 2
V ậy chiều ài ột ộ d m l cá à: p l L1 lộ =
m . N
L
BATG
TAΣ (3.32)
K ết quả ính được cho trong bảng 2.3 - Phụ lục 2. t c. Chọn thiết diện ĐDTA:
Các tiêu chuẩn kỹ thuật ĐDTA cần kiểm tra bao gồm:
- Phát nóng dài hạndo dòng điện làm việc bình thường.
- Phát nóng do sự cố dòng điện ngắn mạch.
- Tổn thất điện áp cho phép.
Tiêu chuẩn kinh tế lựa ch thiết diện ọn ĐDTA l giản khoảng chia kinh tế dựa à đồ
trên hàm chi phí vòng đời ủa ĐDTA. Các c phương án ĐDTA cho ở bảng 3.9. Các ôth ng số ỹ k thuật ĐDTA
Bảng 3.9. Các thông số kỹ thuật ĐDTA F
2
ro
(ΩΩΩΩ/km) Ω
Lo Co Ko Icp
50 0.39 0.729 0.175 186 188
70 0 271 0 695 0 196 218 230
95 0.196 0.688 0.216 267 276
120 0.156 0.647 0.235 305 314
150 0.129 0.622 0.254 336 352
185 0.104 0.605 0.273 403 399
240 0.081 0.581 0.304 496 465
400 0.055 0.536 0.368 711 601
• Kiểm tra thiết diện ĐDTA theo dòng i d h đ ện ài ạncho phép:
Tiêu chuẩn kiểm tra ph nát óng ài ạn như d h sau:
Imax I≤ cp.knd (3.33)
Trong đó:
Knd: Hệ ố s hiệu chỉnh, liên quan đến t ác động ủa mô c i trường và các ắp h l đặt cáp. Trong tính toán lấy knd = 1.
Dòng đ ện ực đại ính toán xuất hiện trên ột ộ ĐDTA: i c t m l
) A U ( . 3 . m . k
10 S . . K . 2 k I I
dm nd
3 qt BTG
nd max
tt = = (3.34)
Trong đó:
SBTG: Công suất định mức của một MBATG (MVA) Kt: Hệ ố s á tqu ải của TBATG, Kt = 1,3.
Uđm: Điện á định m cp ức ủa LTA (Kv)
So sánh Itt v Iới cp c l lủa ần ượt ác thiết diện ĐDTA cho trong bảng 3.9. Thiết c diện ĐDTA thoả mãn s tẽ ương ứng v c có ới áp dòng điện cho phép l hớn ơn và g ần nhất so với òng đ ện ính toán ực đại. Kết quả cho ở d i t c bảng 3.10
Bảng 3.10. Chọn thiết ện di ĐDTA theo điều kiện phát nóng dài hạn Số lộ 16 (MVA) 20 (MVA) 25 (MVA) 40 (MVA)
2 300 - - -
4 95 150 185 -
6 50 70 95 240
8 50 50 70 150
10 50 50 50 95
14 50 50 50 50
16 50 50 50 50
• Kiểm tra thiết diện ĐDTA theo điều kiện phát óng ự ố n s c :
Khác v ới kiểm tra c p há ạ áp, đối với ĐDTA, dòng i s c đ ện ự ố khá l n ớn ên phải đưa tiêu chuẩn ày v n ào kiểm tra khi chọn thiết diện c h áp ạ áp. Kiểm tra
thiết diện cáp trung áp theo điều ện s cki ự ố ph thuộc v ụ ào độ lớn dòng điện s c v ự ố ào thời gian tồn t s cại ự ố. Đi ều kiện kiểm tra như sau:
Isc I≤ sctđ (3. ) 35
Trong đó:
Isc: Dòng i s c đ ện ự ốtrong thời gian tsc.
Isctđ: Dòng điện phát nóng s c tự ố ương đương ứng v ới thời gian sự ố c tương đương tsctđ c cá ủa p.
Theo kinh nghiệm chọn áp, lấy ê c ti u chuẩn Isc = 1,5.I(3)N (3.36) là trường ợp ực đoan ứng ới ưới ối đất trung tính toàn ộ h c v l n b các MBA.
IN: Dòng i đ ện ngắn mạch 3 pha đối xứng ớn nhấ l t xuất hiện g ần TBATG v ới giả thiết đ ện áp phía ưới ao áp i l c U*cb = 1.
) kA X (
U . . 3
S U
. 3
S . I I
cb
* cb
cb cb
cb cb ) * 3 ( N
Σ
=
= (3.37)
Trong đó:
I*cb: Dòng i đ ện ngắn mạch3 pha trong hệ tương đối ơ ản c b . X*cbΣ: Tổng trở ngắn mạch trong h tệ ương đối c bơ ản.
Để tính IN(3) l ớn nhất xuất hiện tr n ĐDTA, ta chọn đi ê ểm ngắn mạch ần g TBATG. Do đó:
BTG cb N cat
cb BTG HT
cb
* 100.2.S
S U %.
S X S
X
X Σ = + = + (3.38)
Trong đó:
Scb: Công suất ơ ản c b (MVA) Ucb = Utb = 23kV.
Scắt: Công suất c c m c ắt ủa áy ắt nguồn ủa TBATG. c Sc tắ = Icắt.Utb = 31,5.23 = 724,5 MVA
UN%: Điện ápngắn mạch % của TBATG. UN% = 10,5%.
Thay các s ố liệu êli n quan vào (3.38) rồi sau đó thay vào (3.37) ta rút ra IN(3) cho ở bảng 3.11. òng iện D đ phát óng n sự ố c tương đương ứng với thời gian s c ự ố tương đương tsctđ c cá ủa p.
Bảng 3.11. Thiết diện cáp trung áp chọn theo điều kiện phát nóng sự cố trong thiết kế
SBTG (MVA) 16 20 25 40
IN (kA) 5.95 7.10 8.40 11.59
F(mm2) 56 67 79 109
Chọn thiết diện cáp 70 70 95 120
Isctđ được ác định nh sau: x ư
sc sctd sctd sccp
t . t J F.
I = (3.39)
Trong đó:
F: Thiết diện cáp (mm2)
Jsccp: Mật dđộ òng điện chịu phát óng ự ố ủa cáp (A/mm n s c c 2)
Tuỳ theo loại cáp, nhi môệt độ i trường và thời gian sự ố c tương đương tsctđ khác nhau sẽ có á gi trị Jsccp khác nhau. Bảng 2.8 – Phụ lục 2 dùng để tra mật độ dòng điện chịu phát óng n sự ố c của cáp nhôm theo thiết diện áp. Từ đ , ta c ứng ới c ó ó v cáp nh m, nhiệt độô môi trường 30oC và tsctd= 1s thì Jsccp = 116 A/mm2.
Thời gian sự ố c tsc l bấy ằng thời gian cắt của b v ảo ệ (tsc = tC). Trong thiết k ế LTA, lấy tC = 0,5s
Thay (3.36) và (3.39) v o (3.35), ta rút à ra:
sctd sc sccp
) 3 ( N
t . t J
I . 5 ,
F≥1 (3.40)
K ết quả cho trong b g 3.11ản
• L ựa chọn thiết diện ĐDTA theo giản đồ khoảng chia kinh tế:
Hàm chi ph òng đời ủa 1km chiều ài ĐDTA được ác định như sau: í v c d x
d) . Tr ( 10 ).
n ,i , A / P C .(
. . r U . . m . 3
S ) . K . 2 K (
10 ).
n ,i , A / P C .(
. . r . I K W
3 E
TA 2 oL
dm 2
2 qt BTG oL
6 E
TA o 2 max oL oL
−
−
τ +
=
τ +
=
(3.41) Trong đó:
KoL, roL: Vốn đầu t xâư y dựng (tr. đ) v đà iệntrở đơn vị của ĐDTA (Ω/km) τTA: Thời gian tổn thất công suất ực đại ủa LTA. Theo giả thiết c c τTA= 3400h
C : Giá điện (đ/kWh). U = 22kV
(P/A,i,n): Hệ ố s quy đổi thời gian tương đương. Theo giả thiết:
(P/A,12%,25) = 7,843
S ố 3 ở ẫu thể hiện c m ác TBAPP được âph n phối đều ọc ĐDTA. d
Dễ nhận thấy rằng, ngoài phụ thuộc thiết diện dây dẫn, hàm chi phí vòng đời ĐDTA chỉ phụ thuộc công suất TBATG (SBTG), số lộ ra khỏi TBATG (m), giá điện (CE) và không phụ thuộc mật độ phụ tải. Ứng với các SBTG, m, CE, thiết diện ĐDTA hợp lý FLOP được chọn sao cho WoL = min (WoL(FL)). Kết quả cho trong bảng 2.4 - Phụ lục 2
Tổng ợp ác ết quả ở h c k bảng 3.10, b g 3.11 và bảng 2.4 - ản Phụ ục l 2. ta được kết qu lựa chọn thiết diện DTA cho bảng 3.12 ả Đ ở
Bảng 3.12. Tổng h kợp ết quả ự l a chọn ĐDTA Số
lộ
16 MVA
20 MVA
25 MVA
40 MVA
16 MVA
20 MVA
25 MVA
40 MVA
16 MVA
20 MVA
25 MVA
40 MVA
CE= 600đ/kWh CE = 900đ/kWh CE = 1200đ/kWh 4 185 240 300 - 240 300 300 - 240 300 400 - 6 150 150 185 300 150 185 240 400 150 240 300 400
8 95 150 150 240 120 150 185 300 150 150 185 300 10 70 95 150 185 95 120 150 240 120 150 150 240 12 70 70 95 150 70 95 150 185 95 120 150 240 14 70 70 95 150 70 70 95 150 70 95 150 185 16 70 70 95 150 70 70 95 150 70 70 95 150
• Kiểm tra tổn thất điện : áp
T ổn thất điện áp ớn nhất l đối v đường dâới y phụ ải phâ t n bố đều được tính theo công thức sau:
dm max max
max 2.U
X . Q R .
U P +
=
∆ (3.42)
Trong đó:
Pmax, Qmax: Côngsuất ác ụng và công suất ản áng l t d ph kh ớn nhất xuất hiện trên m l ột ộ ĐDTA.
Pmax và Qmax được ính theo S t maxnhư sau (giả thiết cosφ = 0,9):
m , S . K .
Smax =2 qt BTG Pmax= Smax.cosφ(MW), Qmax= Smax.sinφ (MVAr)
R, X: Điện tr và i ở đ ện kháng 1 lộ Đ DTA, R= ro.L1 lộ, X= xo.L1 lộ. ro, xo: Điển tr và iện kháng của ở đ 1km ĐDTA (Ω/km)
L1 lộ: Chiều d m lài ột ộ Đ DTA (km) xác định theo (3.32) Uđm: Điện áp định mức của LTA.
V t ậy ổn thất điện áp tr n một ộ ĐDTA được x ê l ác định như sau:
) kV U (
. m . 2
10 ).
x sin cos
. r .(
L S . . U K
dm
3 o
lo o 1 qt BTG
max
ϕ +
= ϕ
∆ (3.43)
K ết quả ính ổn thất đ ện áp được cho trong bảng 3.5 - Phụ lục 2, ứng v s l t t i ới ố ộ ra m = 8. Từ ế k t quả ố s liệu tính toán t ra: rú
- ∆U giảm nhanh khi σ tăng vì chiều dài ĐDTA gi m. ả
- Công suất TBATG càng lớn, tổn th t ấ điện áp tr n cê ác l ộ ra TBATG càng ăng. t
∆U ứng v ới σ thấp kh ớn, đặc biệt khi sá l ố ộ l ra một TBATG giảm hoặc công suất TBATG tăng. Với ố ộ m = 8, mật độ phụ ải σ = 1VA/m s l t 2 , c ng suấtô TBATG SBTG = 2x16MVA, tổn thất điện áp ∆U = 2,1kV > ∆Ucp= 5%Uđm theo giả thiết. Tuy nhiên, ∆U s ẽ ảm rất gi nhanh ở mật ụ tải σ = 3VA/mđộ ph 2, với công suất TBATG SBTG = 2x16 MVA, U = 0,71 kV < ∆ ∆Ucp. Vậy, trong dải σ = 1-50VA/m2, thiết diện ĐDTA được chọn trong bảng 3.12 và chiều d ài ĐDTA tính theo (3.32) được xem l thoả ãn đ ều kiện ổn à m i t thất điện p cho á phép. Với khu vực có σ thấp, c tuyến ĐDTA dài, để ảm ác gi ∆U, c thể thựcó hiện c ác biện pháp bù tai các n ụút ph tải ở xa trong các thiết k c th . Ở σ ế ụ ể thấp, không xem xét ∆U đối v c c ới ác ấu tr úcTBATG có công suất ớn (20 40 l – MVA), vì thực ế theo khả ăng cung cấp điện ủa TBATG, kh ng dùng ác t , n c ô c m áy biến áp công suất ớn cho khu vực l có σ nhỏ.