CHƯƠNG 4. CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN
4.2. Chọn và kiểm tra thiết bị bảo vệ và đo lường
Trong thực tế việc lựa chọn thiết bị điện không đúng sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng bởi vì nếu thiết bị được chọn nhỏ quá so với yêu cầu thì sẽ gây quá tải, giảm tuổi thọ thiết bị, làm hư hỏng công trình… còn nếu thiết bị được chọn lớn quá sẽ gây ra 1 lượng lãng phí nguyên vật liệu; tăng vốn đầu tư. Vì vậy việc lựa chọn thiết bị là 1 công việc rất quan trọng khi thiết kế 1 hệ thống cung cấp điện của các kỹ sư.
4.2.1. Kiểm tra cáp trung thế đã chọn
• Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt
qd
odn .I . t
F
F≥ =α ∞
Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)
α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6) I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )
tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán, Thời gian quy đổi toàn phần tính theo biểu thức
tqđ = tqđck+ tqđkck
tqđck- thời gian quy đổi đối với thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch .
tqđkck- thời gian quy đổi đối với thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch . Vì nguồn có công suất vô cùng lớn nên :
tqđ = tcắt + 0,05β"2
= tcắt + 0,05.
" 2
I∞
I
(ngắn mạch xa nguồn I’’ = I∞ = IN1 ).
= tcắt + 0,05 Với tcắt = tBV + tMC
tBV lấy bằng 0,05s và máy cắt là loại tác động nhanh thì tMC = 0,1s thì : tqđ = tcắt + 0,05 = 0,05 + 0,1 + 0,05 = 0,2s
Bảng 4.3. Tiêu chuẩn cáp trung thế
Tuyến Fch Fodn2 Fodn3
B1-O 35 11,52 8,68
B2-O 35 11,72 8,12
B3-O 35 11,64 8,07
B4-O 35 11,73 8,46
B5-O 35 11,58 8,04
B6-O 35 11,50 8,32
B7-O 35 11,68 8,43
B8-O 35 11,63 7,16
B9-O 35 11,63 8,07
4.2.2. Chọn và kiểm tra thiết bị chính của trạm phân phối trung tâm
• Máy cắt trạm phân phối trung tâm
Máy cắt là thiết bị dùng để đóng cắt dòng điện tải và cắt dòng điện ngắn mạch.
MC có buồng dập hồ quang nên khi hồ quang phát sinh trong quá trình đóng cắt là bị dập tắt ngay.
Khi một đường dây cung cấp điện bị sự cố, toàn bộ phụ tải tính toán của nhà máy truyền tải qua đường dây còn lại và máy cắt đặt tại TBATG
Chọn máy cắt 8DC11 của hãng Siemens; cách điện SF6 ; không bảo trì có các thông số như ở dưới đây:
Bảng 4.4. Các thông số của máy cắt 8DC11 Loại MC Uđm, kV Iđm ,A Icắt N,3s, kA IcắtNmax,
kA Ghi chú Sc,đm
(MVA )
8DC11 24 1250 25 63 Không cần
bảo trì 951,5 Bảng 4.5. Các điều kiện kiểm tra.
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Kết quả
1 Điện áp định mức, kV 2 Dòng điện định mức, A 3 Dòng cắt định mức, kA 4 Công suất cắt định mức,
MVA
5 Dòng ổn định động, kA
6 Dòng ổn định nhiệt, kA Vì Iđm > 1000A nên không xét.
Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu.
4.2.3. Chọn và kiểm tra thiết bị chính của trạm phân phối phân xưởng
• Chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ
a. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện :
Cầu dao hay còn gọi là dao cách ly có nhiệm vụ chủ yếu là đóng cắt khi không điện hoặc dòng điện không tải, có nhiệm vụ tạo khoảng hở trông thấy, đảm bảo an toàn khi công tác trên mạch điện. Dao cách ly có thể cắt đóng không tải của máy biến áp nếu công suất máy không lớn lắm. Dao cách ly được chế tạo ở mọi cấp điện áp.
Tính cho trạm B1(các số liệu lấy từ chương II và đầu chương IV) ta chọn dao cách ly 3DC do SIMENS chế tạo.
Bảng 4.6. Thông số dao cách ly 3DC
Loại CL Udm, kV Idm, A INtmax, kA INt, kA
3DC 24 630 40 16
Kiểm tra các điều kiện của dao cách ly.
ST T
Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện
1 Điện áp định mức, kV UđmDCL =24≥UđmMĐ =22(kV)
2 Dòng điện định mức, A IđmDCL =630≥Ilvmax =12,32.2=24,64(A)
3 Dòng ổn định động, kA Iđ.đmDCL =40≥ixk =1,8 2I" =1,8. 2.2,4=6,1(kA)
4 Dòng ổn định nhiệt, kA 16 4( )
.
. kA
t I t I
đm n
qđ đmDCL
n = ≥ ∞ =
Vậy dao cách ly đã chọn đạt yêu cầu.
Vì các tuyến đường dây có Ilvmax, ixk, UđmMĐ gần bằng nhau nên ta sẽ dùng chung một loại dao cách ly 3DC (đều thỏa mãn yêu cầu trên) cho tất cả các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX). Hơn nữa để dễ dàng cho việc mua sắm, lắp đặt và thay thế.
b. Cầu chì cao áp
Cầu chì cao áp là thiết bị có nhiệm vụ cắt đứt mạch điện khi có dòng điện lớn quá trị số cho phép đi qua. Vì thế, chức năng của cầu chì thường dùng ở các vị trí sau:
- Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp
- Kết hợp với bộ cầu dao phụ tải thành bộ máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp
- Đặt phía cao áp của trạm biến áp phân phối để bảo vệ ngắn mạch cho các máy biến áp
Cầu chì được chế tạo nhiều kiểu , ở nhiều cấp điện áp khác nhau, ở cấp điện áp trung áp và cao áp thường sử dụng loại cầu chì ống.
Cầu chì được chọn theo các điều kiện sau:
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện
1 Điện áp định mức, kV UđmCC ≥UđmMĐ 2 Dòng điện định mức dây chảy, A IđmTB≤Idc ≤Ivo 3 Dòng cắt định mức cầu chì, kA IcđđmCC ≥I"
4 Điều kiện mở máy dc đmTBα
I ≥ I
α = 2,5 với các động cơ không đồng bộ mở máy không tải (nhẹ);
α = 1,6-2,0 với các động cơ mở máy có tải;
α = 1,6 với các động cơ mở máy nặng nề, MBA hàn;
Tính cho trạm B1, ta có:
; ; ;
Chọn cầu chì ống 3GD do Siemens chế tạo có các thông số cho trong bảng sau:
Bảng 4.7. Thông số kỹ thuật của CC: 3GD1 406-4B Loại CC Udm, kV Idm, A IcắtNmin, A IcắtN, kA
3GD1 406-4B 24 32 270 31,5
Kiểm tra điều kiện:
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Kết quả
1 Điện áp định mức, kV
2 Dòng điện định mức dây chảy, A 3 Dòng cắt định mức cầu chì, kA
Tính tương tự cho các trạm khác, ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.8. Thông số của cầu chì cao áp của các trạm biến áp:
Trạm Ilv(A) Imax(A) Ixk(kA) IN1 Loại cầu chì
B1 12,32 24,64 26,908 11,356 3GD1-406-4B
B2 8,53 17,06 25,456 10 3GD1-406-4B
B3 8,81 17,63 27,478 10,795 3GD1-406-4B
B4 6,12 12,24 25,448 9,997 3GD1-406-4B
B5 10,07 20,14 28,398 11,156 3GD1-406-4B
B6 10,74 21,49 26,286 10,326 3GD1-406-4B
B7 8,46 16,92 27,571 10,831 3GD1-406-4B
B8 6,40 12,79 26,427 10,381 3GD1-406-4B
B9 9,41 18,83 26,981 10,599 3GD1-406-4B
• Chọn cáp điện
Dòng điện cho phép của dây dẫn hạ thế sau MBA phân xưởng:
2 1
max
.k k Icp ≥ Ilv
Trong đó:
Ilvmax – là dòng điện cực đại lâu dài chạy trong dây dẫn, A;
Icp – là dòng điện cho phép của dây dẫn tiêu chuẩn, A;
k1 =0,95 – là hệ số tính đến môi trường đặt dây;
k2 =0,80 – là hệ số xét tới điều kiện ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau;
Kiểm tra ổn định nhiệt
qd
odn .I . t
F
F≥ =α ∞
Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)
α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6) I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )
tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán,(lấy = 0,3s hoặc 0,5s)
Chọn cáp từ trạm biến áp B6 tới phân xưởng 4
Phải chọn cáp có dòng điện cho phép thỏa mãn:
) ( 2 , 8 217 , 0 . 95 , 0
12 , 165 . 2
1
max A
k k
Icp ≥ Ilv = =
Vậy ta chọn cáp vặn xoắn lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA có tiết diện: 70 có = 235(A), ro=0,27(Ω/km), xo=0,083(Ω/km)(Số liệu tra trong bảng 37.pl sách Bài tập cung cấo điện của TS.Trần Quang Khánh).
Kiểm tra ổn định nhiệt
odn qd
F F≥ =α.I . t∞ =11, 67
Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)
α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6) I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )
tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán,(lấy = 0,3s hoặc 0,5s)
Vậy cáp đã chọn đạt yêu cầu.
Kiểm tra tương tự với các đường cáp hạ thế đã chọn ở chương II. Ta có kết quả sau:
Bảng 4.9. thông số cáp hạ áp đã chọn
Đoạn P, kW Q,
kVAr Li,
km n Ilvmax, A Jkt
A/
mm2
Fkt,
mm2 Fch
mm2 r0
Ω/km x0
Ω/km
B6-N4 205,25 100,47 0,03 2 165,12 2,7 61,15 70 0,27 0,083
B6-N11 226,20 229,38 0,05 1 465,54 2,7 172,42 185 0,10 0,077
B6-N15 54,10 46,96 0,04 1 103,52 2,7 38,34 50 0,39 0,087
B6-N16 88,50 68,41 0,11 2 80,82 2,7 29,93 35 0,52 0,090
B6-N18 77,70 30,75 0,20 2 60,38 2,7 22,36 25 0,73 0,095
B7-N8 101,18 34,12 0,13 1 154,30 2,7 57,15 70 0,27 0,083
B8-N9 42,60 26,39 0,12 1 72,41 2,7 26,82 25 0,73 0,095
B8-N13 34,50 25,41 0,15 2 30,96 2,7 11,47 10 1,83 0,109
B8-N14 152,00 155,53 0,18 1 314,26 2,7 116,39 120 0,15 0,078
B8-N19 24,80 19,26 0,08 1 45,38 2,7 16,81 16 1,15 0,101
B8-N20 109,50 95,24 0,06 2 104,86 2,7 38,84 50 0,39 0,087
B9-N12 61,00 60,47 0,20 2 62,06 2,7 22,99 25 0,73 0,095
B9-N17 32,00 20,51 0,25 2 27,46 2,7 10,17 10 1,83 0,109
• Chọn thanh cái
Thanh cái là nơi nhận điện năng từ nguồn cung cấp đến và phân phối điện năng cho các phụ tải tiêu thụ. Thanh cái là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối. Tùy theo dòng phải tải mà thanh dẫn có cấu tạo khác nhau. Khi thanh nhỏ thì dùng thanh dẫn hình chữ nhật. Khi dòng lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh dẫn hình chữ nhật đơn trên mỗi pha. Nếu dòng điện quá lớn thì dùng thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời làm mát cho chúng.
Thanh góp hạ áp của TBAPP : chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng cho phép có xét đến điều kiện quá tải sự cố:
Trong đó k1 - Hệ số hiệu chỉnh nếu thanh dẫn đặt đứng k1 = 1, Đặt ngang k1 = 0,95
k2 - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.
Icp - Dòng diện cho phép chạy qua thanh dẫn khi t = 250C.
kqtsc – hệ số quá tải sự cố của MBA.
Xét thanh cái ở trạm biến áp B2
Tiết diện cần thiết của thanh cái là:
Vậy ta chọn thanh dẫn bằng đồng hình chữ nhật có sơn kích thước (F=50x6=300 ) và có
=955 A
Kiểm tra ổn định nhiệt thanh dẫn
qd
odn .I . t
F
F≥ =α ∞
Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)
α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6) I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )
tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán,(lấy = 0,3s hoặc 0,5s);
Kiểm tra ổn định động
Mô men uốn:
(kGcm)
a i l l
F
M tt xk .
10 . . 76 , 1 .
2
−2
=
=
Mô men chống uốn: W =0,167.b2h( )cm3
Ứng suất:
kG/cm2
=1400
≤
= cp
tt W
M σ
σ
ixk
- dòng ngắn mạch xung kích, kA (đã có trong phần tính NM);
l - chiều dài của thanh dẫn, lấy l = 125 cm;
a - khoảng cách giữa các pha, lấy a = 60 cm;
cp tt σ σ ,
- ứng suất tính toán và ứng suất cho phép của thanh dẫn, kG/cm2; h
b,
- bề rộng, bề ngang tiết diện thanh dẫn, cm;
Mô men uốn :
Mô men chống uốn:
Ứng suất : = =
Vậy điều kiện ổn định động đảm bảo.
Tính tương tự cho các trạm khác ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.10. Thông số các thanh cái Thanh
cái
SđB Icp (A) Fkt
mm2
Loại Ixk
kA
b cm
h cm
M kG.cm
W cm2 σtt
kG/c m2
B1 750 1215,47 450,18 80x8 25,456 0,8 8 116,7 0,9 136,45
B2 560 957,19 354,51 60x6 27,478 0,6 6 125,9 0,4 349,13
B3 560 957,19 354,51 60x6 27,478 0,6 6 125,9 0,4 349,13
B4 400 607,74 225,09 50x5 25,448 0,5 5 116,6 0,2 558,73
B5 560 957,19 354,51 60x6 27,478 0,6 6 125,9 0,4 349,13
B6 400 607,74 225,09 50x5 25,448 0,5 5 116,6 0,2 558,73
B7 400 607,74 225,09 50x5 25,448 0,5 5 116,6 0,2 558,73
B8 250 478,59 177,26 40x5 26,427 0,5 4 121,1 0,2 725,29
B9 560 957,19 354,51 60x6 27,478 0,6 6 125,9 0,4 349,13
• Chọn sứ đỡ
Ta chọn sứ đỡ theo tiêu chuẩn sau:
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện
1 Điện áp định mức, kV UđmS ≥UđmMĐ =22(kV)
2 Lực cho phép lên đỉnh sứ, kG F F ( )kG
a i l k
F
khc. tt = hc.1,76.10−8 xk2 ≤ cp =0,6. ph
Trong đó Fph
- lực pháp hủy sứ, kG;
/h'
h khc =
- hệ số hiệu chỉnh lực phá hủy cho phép;
,h h
- chiều cao sứ và chiều cao từ chân sứ đến tâm thanh dẫn đặt đứng, cm;
Tính cho trạm B1:
Chọn sứ Oφ-35-750 có Un = 35 (kV);lực phá hủy là Fph = 750 (kG).
Lực cho phép trên đầu sứ là:Fcp = 0,6.Fph = 0,6.750 = 450 (Kg).
Lực tính toán:Ftt = 1,76.10-8.
2
. ixk l a
= 1,76. 10-8.125. =25,4(kG) Hệ số hiệu chỉnh: k=H’/H= 17,5/15 = 1,17
Lực tính toán hiệu chỉnh:
k.Ftt = 1,17.25,4= 29,718(kG) < Fcp = 750 (kG).
Vậy sứ đỡ chọn đạt yêu cầu.
Vì các trạm có ixk gần bằng nhau và để tiện cho việc đặt mua, lắp đặt, kiểm tra và sửa chữa nên ta chọn sứ đỡ loại Oφ -35-750 cho tất cả các trạm.
• Chọn Áp-tô-mát
Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp:có hai phần tử bảo vệ là cuộn điện từ-có nhiệm vụ là bảo vệ mạch khi có ngắn mạch và rowle nhiệt-có nhiệm vụ là bảo vệ chống quá tải.Aptomat có ưu điểm hơn so với cầu chì vì khả năng làm việc chắc chắn,tin cậy,an toàn,đóng cắt đồng thời 3 pha;khả năng tự động hóa cao.Aptomat ngày càng được sử
dụng rộng rãi trong lưới điện hạ áp trong sinh hoạt cũng như trong lưới điện chiếu sáng;sinh hoạt.
Đối với áptômát tổng được chọn theo các điều kiện sau:
- Điện áp định mức : đmA đmMĐ U
U ≥
= 0,38 kV
- Dòng điện định mức:
( )A
U S I k
đmMĐ đmB qtsc
đmA 3.
≥ .
- Dòng điện cắt định mức
) 3 (
3 k
cđđ I
I ≥
a. Aptomat tổng.
Ta có dòng điện chạy qua aptomat tổng là:
Trạm biến áp B1:
Vậy ta chọn aptomat loại M16 do Merlin Gerin chế tạo có thông số cho trong bảng sau:
Loại Aptomat Udm (V) Idm(A) Icdm (kA)
M16 690 1600 40
Tính tương tự cho các trạm còn lại ta có bảng kết quả sau:
Bảng 4.11. Thông số các aptomat chọn Trạm biến
áp
Sđmb,
kVA Itt(A) IN1(kA) Loại aptomat Idm (A) Udm(V) IN(kA) B1 750 1515,54 21,69 M16 1600 690 40 B2 560 1131,61 21,87 M12 1250 690 40 B3 560 1131,61 21,80 M12 1250 690 40 B4 400 808,29 21,88 M10 1000 690 40 B5 560 1131,61 21,75 M12 1250 690 40 B6 400 808,29 21,68 M10 1000 690 40
B7 400 808,29 21,83 M10 1000 690 40 B8 250 505,18 21,79 320-800AC801N 800 690 25 B9 560 1131,61 21,79 M12 1250 690 40
b. Aptomat nhánh.
Aptomat nhánh được chọn riêng cho từng phân xưởng dựa theo dòng tính toán:
- Phân xưởng 1:
Dòng điện của phân xưởng:
Vậy chọn aptomat loại C1001N do Merlin Gerin chế tạo có các thông số cho trong bảng sau:
Loại Aptomat Udm (V) Idm(A) Icdm (kA)
C1001N 690 1000 25
Ta chọn aptomat loại C1001N do Merlin Gerin chế tạo cho cả 20 phân xưởng để dễ lắp đặt và sửa chữa.
• Chọn thiết bị đo lường a. Chọn biến dòng điện, BI
Máy biến dòng điện BI có chức năng biến đổi dòng điện sơ cấp bất kỳ xuống 5(A) (đôi khi 1A và 10A) nhằm cấp nguồn dòng cho đo lường, tự động hoá và bảo vệ rơle. Ta kiểm tra với MBA có công suất lớn nhất là TBA B3, BI được chọn theo các điều kiện sau:
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện
1 Vị trí đặt trong nhà hay ngoài trời
2 Điện áp định mức, kV UđmCT ≥UđmMĐ 3 Dòng điện định mức sơ cấp, A Iđm.CT ≥Ilv.max[Itt]
4 Cấp chính xác Phù hợp với loại phụ tải thứ cấp
5 Phụ tải phía thứ cấp, VA S2đm ≥S2tt 6 Ổn định lực điện động đđm IxkttđmCT
k i
. ≥ 2
7 Lực cho phép trên đầu sứ CT
(chỉ áp dụng cho CT kiểu sứ đỡ) a
l Fcp ≥0,88.10−2ixk
8 Bội số ổn định nhiệt
đm n đmCT
qđ đm
n I t
t k I
. .
≥ ∞
- Điện áp định mức: UđmBI
≥ UđmM = 22 (kV)
- Dòng điện sơ cấp định mức: khi sự cố MBA có thể quá tải 40%, BI chọn theo dòng cưỡng bức qua MBA có công suất lớn nhất trong mạng là 800 (kVA).
Ta chọn BI loại 4ME14, kiểu hình trụ do hãng Siemen sản xuất có các thông số như sau (chọn 9 máy biến dòng cho 9 trạm biến áp phân xưởng):
Thông số kỹ thuật 4ME12
Uđm (kV) 24 U chịu đựng tần số công nghiệp 1' (kV) 20 U chịu đựng xung 1,2/50 às (kV) 50
I1đm (A) 5-1200 I2đm (A) 1 hoặc 5 Iôđnhiệt 1s (kA) 80 Iôđđông (kA) 120
b. Chọn máy biến điện áp, BU
Máy biến điện áp đo lường hay còn gọi là máy biến điện áp (BU) có nhiệm vụ là biến đổi điện áp sơ cấp bất kỳ xuống 100V/ 3 cấp nguồn áp cho các mạch đo lường; điều khiển tín hiệu bảo vệ.
BU thường được chọn theo các điều kiện:
STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện
1 Điện áp định mức sơ cấp, kV UđmVT ≥UđmMĐ
2 Kiểu và sơ đồ đầu nối dây Phụ thuộc vào việc sử dụng
3 Phụ tải pha, VA S2đm ≥S2tt
4 Sai số Nhỏ hơn sai số cho phép
5 Chọn dây dẫn từ VT đến meters - Điện áp định mức: UđmBI
≥ UđmM = 22 kV
Ta chọn BU 3 pha 5 trụ loại 4MS34, kiểu hình trụ do hãng Siemen sản xuất có các thông số sau (chọn 9 máy biến điện áp cho các trạm biến áp phân xưởng):
Thông số kỹ thuật 4MS32
Uđm (kV) 22 U chịu đựng tần số công nghiệp 1(kV) 20 U chịu đựng xung 1,2/50 às (kV) 50 U1đm (kV) 12/ 3
U2đm (V)
100/ 3 Tải định mức (VA) 400