3 TÍNH TOÁN ĐIỆN
3.3 Thiết kế chi tiết cho phương án tối ưu
Sơ đồ TPPTT.
Trạm phân phối trung tâm là nơi nhận điện năng từ hệ thống và phân phối cho các tải phía sau nó. Chính vì vậy trạm phân phối trung tâm quyết định đến việc cấp điện. Lựa chọn sơ đồ nối dây cho trạm phan phối trung tâm ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cây cung cấp điện. Sơ đồ nguyên lý trạm phân phối trung tâm phải thỏa mãn một số tiêu chí cơ bản trước khi đưa vào vận hành như đảm bảo cấc chỉ tiêu kỹ thuật, bố trí các thiết bị khoa học thuận tiện trong khâu vận hành và xử lý sự cố. Đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người. Chỉ tiêu không kém phần quan trọng khác đó là hợp lý về mặt kinh tế.
Căn cứ vào đặc điểm vạn hành của phụ tải mà ta tiến hành cấp điện cho TPPTT trên lộ kép với hệ thống thanh cái có máy cắt liên lạc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện ở mức cao nhất. Trên thanh cái là máy biến áp đo lường. Máy biến dòng được đặt trên tất cả các lộ vào ra của trạm phục vụ cho công tác đo lường và quá trình vận hành. Sơ đồ nguyên lý của trạm được thể hiện trong hình vẽ dưới đây:
Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải
Thiết kế cho trạm biến áp phân xưởng:
Các trạm biến áp phân xưởng đều đặt hai máy biến áp do Công ty Cổ phần thiết bị điện Đông Anh sản xuất. Vì các trạm biến áp phân xưởng đặt rất gần trạm phân phối trung tâm nên phía cao áp chỉ cần đặt dao cách ly và cầu chì.
Dao cách ly dùng để cách ly máy biến áp khi cần 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 áp được phân đoạn bằng aptômát phân đoạn.
Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo vệ ta lựa chọn phương thức cho hai máy biến áp làm việc độc lập (áptômát phân đoạn của thanh cái hạ áp thường ở trạng thái cắt). 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 bị sự cố. Các trạm biến áp phân xưởng đều đặt 2MBA.
Trạm phân xưởng gồm 9 tủ:
- Đặt hai tủ đầu vào 22 kV có dao cách ly 3 vị trí, cách điện SF6, không phải bảo trì, loại 8DH10 do hãng Siemens chế tạo.
Loại tủ Uđm Iđm Uchịu đựng Ichịu đựng 1s IN max kV A kV kV kV
8HD10 35 200 25 25 63
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của tủ đầu vào 8DH10. [8] Trang 270-Giáo trình Cung Cấp Điện-TS.Ngô Hồng Quang, NXB Giáo dục Việt Nam, 2012.
- Đặt hai tủ máy biến áp (MBA 22/ 0,4).
- Phía hạ áp chọn dùng các áptômát của hãng Merlin Gerin đặt trong vỏ tủ tự tạo.Với 2 tủ áptômát tổng, 1 tủ áptômát phân đoạn và 2 tủ áptômát nhánh.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp PX.
Trạm biến áp phân xưởng sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song. Sơ đồ đấu nối được thể hiện như bên dưới, các tủ AT đảm nhiệm chức năng bảo vệ quá dòng đỗi với các nhánh đấu nối qua nó.
Chương 4
CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN
4.1 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn thiết bị
Ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị nối tắt hoặc có sự tiếp xuc trực tiếp giữa dây pha với đất. Nguyên nhân xảy ra ngắn mạch trong hệ thống điện là do hư hỏng cách điện hoặc do sự cố cơ học trên đường dây truyền tải. Khi xảy ra ngắn mạch thì dòng điện sẽ tăng cao đột ngột cùng với đó là sự sụt áp khiến các thiết bị có thể bị hư hỏng hoặc bị phá hủy hoàn toàn... Các dạng ngắn mạch thường xuyên xảy ra trong hệ thống cung cấp điện là ngắn mạch 3 phaN(3), ngắn mạch 2 pha chạm đấtN(1,1), ngắn mạch 1 pha trạm đấtN(1). Trong 3 loại ngắn mạch này thì ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất nên ta thường dựa vào kết quả tính toán của ngắn mạch 3 pha làm cơ sở để giải quyết các vấn đề sau:
•Chọn và kiểm tra thiết bị.
•Thiết lập các thông số cho các thiết bị bảo vệ.
•Phân tích và đánh giá sự cố trong hệ thống điện.
•Phân tích chế độ ổn định của hệ thống.
Nhằm phục vụ cho việc lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện ta cần xét những điểm ngắn mạch sau:
•N - điểm ngắn mạch trên thanh cái trạm phân phối trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh góp.
•N1 đến N4 - điểm ngắn mạch phía cao áp các trạm biến áp phân xưởng để kiểm tra cáp và các thiết bị cao áp trong các trạm thứ “i”.
Ngắn mạch trung áp được coi là ngắn mạch xa nguồn, tại đó thành phần ngắn mạch không chu kì đã tắt, chỉ còn lại dòng ngắn mạch siêu quá độ có trị số hiệu dụng:Ick= I”=IN.
Khi tính toán ta coi công suất cấp cho điểm ngắn mạch là công suất định mức của máy cắt đầu đường dây. Khi đó điện kháng gần đúng của hệ thống được xác định theo công thức:
XH = U
2 tb
Scđm;Utb = 1,05.Uđm;Scđm = 310(M V A)
Trị số ngắn mạch 3 pha được xác định theo công thức:
IN = √Utb
3.ZN
Trong đó:
• ZN : là tổng trở ngắn mạch hay là tổng trở từ nguồn tới điểm ngắn mạch. Thông số tổng trở của các lộ dây trung áp được tính toán ở các chương trước. Kết quả cụ thể như sau:
XHT = U 2 tb Scđm = (1,05.22)2 310 = 1,72(Ω) Lộ dây n r0 x0 L R X Ω/km Ω/km m Ω Ω Nguồn-TPPTT 2 0.32 0.371 350 0.056 0.0649 TPPTT-B2 2 0.524 0.3 20 0.0052 0.003 TPPTT-B3 2 0.524 0.3 26 0.0068 0.0039 TPPTT-B4 2 0.524 0.3 19 0.005 0.0029 B2-B1 2 0.524 0.3 40 0.0105 0.006 Bảng 4.1: Bảng thông số tổng trở các lộ trung áp Ta có:Kxk = 1,8.
[9] Trang 149-Sách giáo trình Cung Cấp Điện -TS.Ngô Hồng Quang, NXB Giáo dục Việt Nam, 2012.
- Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm phân phối trung tâm. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Ta có: XHT = U 2 tb Scđm = (1,05.22)2 310 = 1,72(Ω) R=Rd = 0,056(Ω) X =Xd+XH = 0,0649 + 1,72 = 1,7849(Ω) ⇒Dòng ngắn mạch: IN = √Utb 3.ZN = Utb √ 3.√ R2+X2 = √ 23,1 3.p0,0562+ 1,78492 = 7,4683(kA) Dòng ngắn mạch xung kích:
Dòng điện xung kích là giá trị tức thời của thành phần dòng ngắn mạch không chu kỳ tại thời điểm t=0,5s.
ixk =Kxk.√
2.IN = 1,8.√
2.7,4683 = 19,01(kA)
- Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng B1. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Ta có:
XHT = 1,72(Ω)
R1 =Rdd+Rc1 = 0,056 + 0,0105 = 0,0665(Ω)
X1 = Xdd+XHT +Xc1 = 0,0649 + 1,72 + 0,006 = 1,7909(Ω) ⇒IN−1 = √Ucb 3.Z1 = Ucb √ 3.pR2 1+X2 1 = √ 23,1 3.p0,06652+ 1,79092 = 7,4418(kA) ⇒ixk =Kxk.√ 2.IN−1 = 1,8.√ 2.7,4418 = 18,944(kA)
- Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng B2. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Ta có: XHT = 1,72(Ω) R2 =Rdd+Rc2 = 0,056 + 0,0052 = 0,0612(Ω) X2 = Xdd+XHT +Xc2 = 0,0649 + 1,72 + 0,003 = 1,7879(Ω) ⇒IN−2 = √Ucb 3.Z2 = Ucb √ 3.pR2 2+X2 2 = √ 23,1 3.p0,06122+ 1,78792 = 7,4551(kA) ⇒ixk =Kxk.√ 2.IN−2 = 1,8.√ 2.7,4551 = 18,978(kA)
- Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng B3. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Ta có: XHT = 1,72(Ω) R3 =Rdd+Rc3 = 0,056 + 0,0068 = 0,0628(Ω) X3 =Xdd+XHT +Xc3 = 0,0649 + 1,72 + 0,0039 = 1,7888(Ω) ⇒IN−3 = √Ucb 3.Z3 = Ucb √ 3.pR2 3+X2 3 = √ 23,1 3.p0,06282+ 1,78882 = 7,4511(kA) ⇒ixk =Kxk.√ 2.IN−3 = 1,8.√ 2.7,4511 = 18,967(kA)
-Tính ngắn mạch trên thanh cái trạm biến áp phân xưởng B4. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau:
Ta có: XHT = 1,72(Ω) R4 = Rdd+Rc4 = 0,056 + 0,005 = 0,061(Ω) X4 =Xdd+XHT +Xc4 = 0,0649 + 1,72 + 0,0029 = 1,7878(Ω) ⇒IN−4 = √Ucb 3.Z4 = Ucb √ 3.pR2 4+X2 4 = √ 23,1 3.p0,0612+ 1,78782 = 7,4556(kA) ⇒ixk =Kxk.√ 2.IN−4 = 1,8.√ 2.7,4556 = 18,979(kA)
Như vậy ta đã tính toán xong các trường hợp ngắn mạch và sau đây là kết quả tổng hợp:
Điểm ngắn mạch IN(kA) Ixk(kA) N 7,4683 19,01 N1 7,4418 18,944 N2 7,4551 18,978 N3 7,4511 18,967 N4 7,4556 18,979 Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết quả ngắn mạch
4.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn,khí cụ điện
Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện, sứ cách điện và chế độ dẫn điện khác làm việc ở một trong ba chế độ:
•Chế độ làm việc lâu dài.
•Chế độ quá tải.
•Chế độ ngắn mạch.
Lựa chọn thiết bị điện là việc làm thường nhật và rất quan trọng của kỹ sư điện trong quá trình quy hoạch, thiết kế, cải tạo hệ thống điện.
Lựa chọn thiết bị điện không đúng sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng. Chọn nhỏ quá làm tăng các lượng tổn thất, gây quá tải, làm giảm tuổi thọ, dẫn đến cháy nổ hư hỏng công trình, làm tan rã hệ thống điện. Chọn lớn quá gây lãng phí nguyên vật liệu, tăng vốn đầu tư. Nếu tất cả thiết bị điện được lựa chọn đúng sẽ tạo cho hệ thống điện trở thành một cơ cấu đồng bộ, hoàn chỉnh, đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật, an toàn.
∗Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện ổn định nhiệt của dây dẫn: Dây dẫn từ nguồn về trạm PPTT nhà máy đã chọn là dây AC-95.
Fchon≥Fmin = √ BN C ≈ I 00.√ tc+Tkck C (mm 2) Trong đó:
• tc = 0,2s:là thời gian tồn tại ngắn mạch.
• Tkck = 0,05s:là hằng số thời gian tắt dần của thành phần không chu kỳ .
Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải
Khi ngắn xa nguồn thì:
IN =I∞=I00 = 7,5(kA) Vậy tiết diện nhiệt ổn định của dây dẫn là :
Fmin = √ BN C ≈ I 00.√ tc+Tkck C (mm 2 ) = 7500. √ 0,2 + 0,05 88 = 42,61(mm 2 )
. Ta thấy tiết diện dây dẫn đã chọn là thỏa mãn điều kiện vìFchọn=95 (mm2) >Fmin= 41,48 (mm2).vậy ta chọn tiết diện dây là AC-95.
∗Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện ổn định nhiệt:
F ≥α.I∞.ptqd(mm2);tqd= 0,4
Vì cáp chọn để truyền tải từ TPPTT tới các BAPX đều có tiết diện 35mm2 nên ta chỉ cần kiểm tra cáp có dòng ngắn mạch lớn nhất.Đó là tuyến cáp Nguồn-TPPTT có dòng ngắn mạch lớn nhấtIN3 = 7,4683(kA)
F ≥α.I∞.ptqd= 6.7,4556.p0,4 = 28,29(mm2) Mà cáp đã chọn có tiết diện 35mm2 > F min= 28mm2.
⇒Cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt
∗Thanh cái:
Thanh góp hay còn gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn. Được dùng trong các tủ động lực, tủ phân phối hạ áp, trong các tủ máy cắt, các trạm phân phối trong nhà ngoài trời. Với các tủ cao, trung , hạ áp và trạm phân phối trong nhà thường dùng thanh góp cứng, và các trạm ngoài trời dùng thanh góp mềm. Thanh góp là nơi nhận điện năng từ nguồn cung cấp đến và phân phối điện năng cho các phụ tải tiêu thụ. Thanh góp là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối.
Điều kiện chọn và kiểm tra thanh góp theo tài liệu cung cấp điện của tiến sĩ Ngô Hồng Quang ta có:
-Điều kiện phát nóng lâu dài cho phép:
Icp≥Iđm = √Stt 3.Uđm = 1487,91 22.√ 3 = 39,05(A) ⇐⇒Icp≥39,05(A)
⇒ Chọn loại thanh dẫn bằng đồng tiết diện hình chữ nhật có kích thước (100 ×
8)mm2,mỗi pha ghép 2 thanh vớiIcp = 2.3610 = 7220(A).
[10] Trang 281-Sách giáo trình Cung Cấp Điện-TS.Ngô Hồng Quang, NXB Giáo dục
Việt Nam, 2012.
∗Tương tự với điều kiện lựa chọn và kiểm tra máy cắt: Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt:
- Dòng điện lâu dài định mức :IđmMC≥Icb, A
- Dòng điện cắt định mức :Iđm.cắt≥IN, kA
- Dòng ổn định động :Iđm.d≥ixk, kA
- Dòng ổn định nhiệt :iđm.nh ≥I∞.q tqd
tđm.nh
a)chọn máy cắt hợp bộ 22kV
Máy cắt nối vào thanh cái 22kV chọn cùng một loại 8DC11,cách điện SF6 do simens chế tạo.
Thông số:
Loại Uđm Iđm IđmCN 2s Iđm.d max kV A kA kA
8DC11 24 1250 26 63
Bảng 4.3: Bảng thông số máy cắt
[11] Trang 269-Sách Giáo trình Cung Cấp Điện-TS.Ngô Hồng Quang, NXB Giáo dục Việt Nam, 2012.
Kiểm tra cưỡng bức của MBA 10000kVA:
Icb = 1,4.10000
22.√
3 = 367,4(A)
Từ các điều kiện trên.
⇒Vậy máy cắt được thỏa mãn.
∗Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly:
Dao cách ly có nhiệm vụ chủ yếu là cách ly phần mang điện và không mang điện, tạo khoảng cách an toàn trông thấy, phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện. Dao cách ly cũng có thể cắt đóng không tải của máy biến áp nếu công suất máy không lớn lắm. Cầu dao được chế tạo ở mọi cấp điện áp. Ta sẽ dùng chung một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp để dễ dàng cho việc mua sắm, lắp đặt và thay thế. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:
-Điện áp định mức:
UđmCL ≥Uđmm = 22(kV) -Dòng điện định mức:
Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải
-Dòng điện ổn định động cho phép:
iđmd ≥ixk = 18,979(kA)
Chọn loại 3DC do hãng siemens chế tạo với thông số đã cho bên dưới:
Uđm ,kV Iđm ,A IN t,kA IN max,kA
22 630 35 40-80
Bảng 4.4: Bảng thông số kỹ thuật của dao cách ly 3DC
[12] Trang 129-Sổ Tay Tra Cứu và Lựa Chọn Thiết Bị Từ 0,4kV÷500kV -TS.Ngô Hồng Quang, NXB Khoa học Kỹ Thuật, 2002.
∗Lựa chọn và kiểm tra cầu chì:
Cầu chì 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 là bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Trong lưới điện áp cao( >1000 V) 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 các 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 thường sử dụng loại cầu chì ống.Cầu chì được chọn theo các điều kiện sau:
•Điện áp định mức:Uđm CC ≥Uđm m= 22(kV)
•Dòng điện định mức:Iđm CC ≥Icb(A)
•Dòng điện cắt định mức:IđmC ≥IN.
-Icb: là dòng điện cưỡng bức được xác định phụ thuộc vào số lượng máy biến áp.