Đồ án Thiết kế phần điện cho một nhà máy nhiệt điện công suất 220MW có 4 máy phát điện, mỗi máy có công suất 55 MW, cung cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát 10kV, tải trung áp 110kV và phát vào hệ thống 220kV

0kV) = 2 (8 . 109 . 1,3) + (3,6 . 109 . 1,4) + (2,56 . 109 . 1,5) = 29,68 . 109 đ. V2BPP: là vốn đầu tư về thiết bị phân phối của phương án II được tính như sau: V2BPP = n1 . V1BPP1 + n2 . V1BPP2 + n3 . V1BPP3 n1, n2, n3 là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1 = 220kV; U2 = 110kV ; U3 = 10,5kV trong sơ đồ đã chọn (ở đây ta có n1 = 7; n2 = 7; n3 = 2). - VTBPP1, VTBPP2, VTBPP3 là giá thành mỗi mạch của thiết bị phân phối ứng với các cấp điện áp U1, U2, U3 bao gồm cả tiền mua, chuyên chở và xây lắp. ở đây ta có: VTBPP1 = VMC = 2,86 . 109 VTBPP2 = VMC = 1,24 . 109 VTBPP3 = 0,6 . 109đ Thay số vào ta tính được: V2TBPP = 6 . 2,86 . 109 + 7 . 1,24 . 109 + 2 . 0,6 . 109 = 29,9 . 109đ Tổng số vốn đầu tư của phương án II là: V2 = V2B + V2TBPP = 29,68 . 109 + 29,9 . 109 = 59,58 . 109đ 2. Tính phí tổn vận hành hàng năm của phương án II. Ta tính theo công thức. P2 = PK2 + Pt2 Trong đó: Pt2: Là tiền phí tổn do tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp của phương án II. Pt2 = b . DA2 = 500 . 7912,58 . 103 = 3,95 . 109đ. b: Là giá 1kWh điện năng tổn thất (500đ/kWh). PK2 = = 7,15 . 109đ PK2 : Là tiền khấu hao hàng năm về vốn đầu tư. a: Là hệ số định mức khấu hao và chi phí vận hành (tra được a = 12%). Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án II là: P2 = PK2 + Pt2 = 7,15 . 109 + 3,95 . 109 = 11,1 . 109đ 4.3.c. So sánh kinh tế các phương án. Từ những kết quả đã tính toán của hai phương án trên ta thấy: V1 = 56,76 . 109đ < V2 = 59,58 . 109 đ P1 = 10,95 . 109đ < P2 = 11,1 . 109 đ Qua so sánh ta thấy phương án I là phương án có hiệu quả kinh tế cao hơn. Kết luận: Xét về mặt kỹ thuật đảm bảo thì hai phương án là gần như nhau nhưng xét theo điều kiện kinh tế thì phương án I hợp lý hơn so với phương án II. Vì vậy, ta chọn phương án I là phương án thiết kế cho nhà máy điện. CHương V: Lựa chọn dây dẫn và khí cụ điện Trong các chương trước ta đã tiến hành tính toán lựa chọn ra được phương án nói dây chính cho nhà máy. Trong chương này ta sẽ tính toán cụ thể chọn lựa các khí cụ điện chính cho nhà máy cũng như chọn các thanh dẫn, thanh góp ở các cấp điện áp. Các khí cụ điện chính phải chọn là máy cắt, dao cách ly, biến áp điện, chống sét và các thanh góp, các dây dẫn nối các thiết bị chính với nhau (như máy biến áp, máy phát, thanh góp). 5.1. Chọn thanh cứng đầu cực máy phát điện. 1. Chọn tiết diện. Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài, theo đó dòng điện cho phép của thanh góp đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ phải lớn hơn dòng điện cưỡng bức của thanh góp. Icp . Khc ³ ICb hay Icp ³ Trong đó: Icp : Là dòng điện cho phép làm việc lâu dài của thanh góp. ICb: Là dòng điện cưỡng bức của thanh góp. Khc: Là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ của môi trường làm việc. Trong đó: qcp là nhiệt độ cho phép của vật liệu làm thanh góp (với thanh góp bằng đồng qcp = 700C). qđm là nhiệt độ môi trường làm việc tiêu chuẩn theo nhà sản xuất (thường qđm = 250C). q'0 là nhiệt độ môi trường làm việc thực tế (thường q'0 = 420C). Ta chọn thanh dẫn là thanh dẫn hình máng bằng đồng có nhiệt độ môi trường của nhà sản xuất là 250C. Vì vậy, hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ được tính như sau: = 0,789 Dòng điện cưỡng bức của thanh dẫn được tính bằng dòng điện cưỡng bức chạy qua mạch máy phát đã tính ở chương trước. ICb = 3,97kA. Khi đó điều kiện chọn thanh dẫn là: Icp ³ = 5,03 kA Dùng thanh dẫn có dòng điện cho phép là 7kA có các thông số sau: Kích thước (mm) Tiết diện một cực mm2 Mô men trở kháng cm3 Mô men quán tính cm4 Dòng điện cho phép cả hai thanh A h b c r Một thanh Hai thanh Một thanh Hai thanh WX-X WY-Y WY0-Y0 JX-X JY-Y JY0-Y0 150 65 7 10 1785 74 14,7 167 560 68 1260 7000 h b X X Y y Y Y c Y0 Y0 Vì thanh dẫn có IlvBT = 7000A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. 2. Kiểm tra điều kiện ổn định động. Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 60cm,khoảng cách giữa hai sứ đỡ là l = 120cm. * Tính ứng xuất giữa các pha. Lực tính toán tác dụng lên thanh dẫn pha giữa trên và chiều dài khoảng vượt là: F1 = 1,76 . 10-2 . . ixk = ixkN'3 = 76,57kA F1 = 1,76 . 10-2 . . 76,572 = 206,37 kG. Mômen uốn tác dụng lên chiều dài nhịp. M1 = = 2476,44 kG.cm Và ứng xuất do lực điện động giữa các pha là: d1 = = 14,82 kG/cm3 Với WY0Y0 = 167cm3 là mômen chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn. * Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm. - Lực tác dụng tương hỗ giữa các thanh trong cùng 1 pha trên chiều dài l = 1cm giữa các miếng đệm là: f2 = 0,26 . 10-2 . . = 0,26 . 10-2 . . 76,572 = 2,34 kG/cm ứng suất do dòng điện trong cùng pha gây ra. d2 = (kG/cm2) Điều kiện ổn định động của thanh dẫn khi không xét đến dao động là: dcp ³ d1 + d2 hay d2 Ê dcp - d2 l2 Ê Với ứng suất cho phép của đồng dcp = 1400kG/cm2. Vậy khoảng cách lớn nhất giữa miếng đệm mà thanh dẫn đảm bảo ổn định động là: l2max = = 323,14cm So sánh giữa l2max = 323,14cm > l = 120cm. Do đó không cần đặt miếng đệm tại hai đầu sứ mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động. 3. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng. Sứ dỡ được chọn cần thoả mãn điều kiện: F"tt = Ftt . Ê 0,6 . FPh hay FPh ³ Trong đó: Ftt : Lực điện động tác dụng lên thanh dẫn khi có ngắn mạch. H : Chiều cao của sứ. H' : Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn. H' = H + h : Chiều cao thanh dẫn. FPh : Lực phá hoại cho phép của sứ. ở trên ta đã tính được lực tương tác giữa các thanh dẫn trong một pha là: Ftt = 206,37kG. Ta chọn loại sứ đặt trong nhà OF - 20-2000KBYH có: Uđm = 20kV; H = 315mm; FPh = 2000kG. Do đó: FPh = 2000kB > = 425,84 kG. Vậy sứ đỡ đã chọn hoàn toàn thoả mãn. H' H Ftt F'tt Sứ 5.2. Chọn thanh góp mềm. Thanh dẫn mềm được dùng từ đầu cực phía cao, phía trung của máy biến áp tự ngẫu và cuộn cao của máy biến áp hai cuộn dây lên các thanh góp 220kV và 110kV. Tiết diện của thanh góp và thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện nhiệt độ lâu dài cho phép. Khi đó dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ là: ³ IlvCb Trong đó: : Là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ tại nơi lắp đặt. = Icp . Khc IlvCB : Dòng điện làm việc cưỡng bức. Khc : Hệ số hiệu chỉnh, Khc = 0,789 1. Chọn thanh góp mềm phía 220kV. Theo kết quả ở chương III, ta có dòng điện cưỡng bức ở phía cao áp là ICBC = 0,33 kA. Ta phải chọn dây dẫn có: Icp ³ = 0,418 kA. Như vậy chọn loại dây ACO-300 có d = 23,5mm và Icp = 580A. a. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là: Smin = Trong đó: BN : Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch (A2.S). C: Hằng số phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn Với dây AC có C = 79 . + Tính xung lượng nhiệt. BN = BNCK + BNKCK Giả thiết thời gian tồn tại ngắn mạch là 1sec. Khi đó có thể tính gần đúng. - Xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch không chu kỳ: BNKCK1 = . Ta = (5,72 . 103)2 . 0,05 = 1,6 . 106 A2S - Xung lượng nhiệt của thành phần dòng điện ngắn mạch chu kỳ được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: BNCK = Trong đó: : Là dòng điện trung bình bình phương trong khoảng thời gian thứ i (A). Dti : Là khoảng thời gian thứ i. n : Là số khoảng thời gian. Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1 của phương án tối ưu (phương án 1) ta tính được giá trị dòng điện ngắn mạch tại N1 theo thời gian như sau: E1234 EHT N1 X1 0,116 X14 0,071 Ta có sơ đồ sau: - Ta có điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm N1 là: XTTHT = 2,55 Tra đường cong tính toán tìm được bội số của dòng điện như sau: = 0,39 ; = 0,375 ; = 0,37 = 0,37; = 3,95 Trong đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số sau: IHT(0) = . = 0,39 . = 3,52 kA IHT(0,1) = . = 0,375 . = 3,38 kA IHT(0,2) = . = 0,37 . = 3,34 kA IHT(0,5) = . = 0,37 . = 3,34 kA IHT(1) = . = 0,395 . = 3,56 kA - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm N1 là XttNM = 0,319. Tra đường cong tính toán ta được: = 3,2 ; = 2,65 ; = 2,42 = 2,26; = 2,14 Trong đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số sau: INM(0) = . = 3,2 . = 2,2 kA INM(0,1) = . = 2,65 . = 1,82 kA INM(0,2) = . = 2,42 . = 1,67 kA INM(0,2) = . = 2,26 . = 1,56 kA INM(1) = . = 2,14 . = 1,47 kA - Dòng điện ngắn mạch tại N1 có trị số như sau: IN1(0) = HHT(0) + INM(0) = 3,52 + 2,2 = 5,72 kA IN1(0,1) = HHT(0,1) + INM(0,1) = 3,38 + 1,82 = 5,2 kA IN1(0,2) = HHT(0,2) + INM(0,2) = 3,34 + 1,67 = 5,01 kA IN1(0,5) = HHT(0,5) + INM(0,5) = 3,34 + 1,56 = 4,9 kA IN1(1) = HHT(1) + INM(1) = 3,56 + 1,47 = 5,03 kA - Giá trị bình phương của dòng điện trung bình, bình phương ứng với các khoảng thời gian là: = 29,87kA2. = 26,07kA2. = 24,55kA2. = 24,65kA2. - Giá trị xung lượng nhiệt tại điểm N1 là: BNCK1 = 29,87 . 0,1 + 26,07 . 0,1 + 24,55 . 0,3 + 24,65 . 0,5 = 25,284 kA2S. đ BN1 = BNCK1 + BNKCK1 = 25,284 . 106 + 1,6 . 10,6 = 26,884 . 106 A2S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở cấp điện áp 220kV là: Smin1 = = 65,6mm2 Tiết diện này nhỏ hơn tiết diện đã chọn (300mm2) nên dây dẫn đảm bảo ổn định nhiệt. Vậy thanh góp mềm đã chọn đảm bảo ổn định nhiệt. b. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức: Uvq ³ Uđm với Uvq = 84 . m . r . lg (kV) Trong đó: Uvq : Là điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. m : Là hệ số có xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn, lấy m = 0,91. a : Là khoảng cách giữa các pha của dây dẫn. Lấy a = 500cm với cấp 220kV và a = 300cm với cấp 110kV. r: Bán kính ngoài của dây dẫn (cm). Với dây ACO - 300 có d = 23,5mm và Icp = 580A đặt trên mặt phẳng nằm ngang. Ta tính với a = 500cm. Uvq = 84 . 0,91 . = 236,12kV. Khi dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang thì điện áp phát sinh vầng quang Uvq của pha giữa giảm 4% và pha bên giảm 6%. Do đó điện áp phát sinh vầng quang được tính theo công thức: UVQ = 0,96 . Uvq = 0,96 . 236,12 = 226,67 kV > Uđm = 220kV. Như vậy, dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. 2. Chọn dây dẫn mềm cho thanh góp điện áp trung 110kV. Theo kết quả ở chương III, ta có dòng điện cưỡng bức ở phía cao áp là ICBT = 0,37 kA. Ta phải chọn dây dẫn có: Icp ³ = 0,468 kA. Như vậy chọn loại dây ACO-400 có d = 27,2mm và Icp = 825A. a. Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Tiết diện nhỏ nhất để dây dẫn ổn định nhiệt là: Smin = Với BN2 = BNCK2 + BNKCK2 Có: BNKCK2 = . Ta = (11,31 . 103)2 . 0,05 = 6,39 . 106 A2S Từ sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch điểm N1 của phương án tối ưu (phương án 1) ta tính được giá trị dòng điện ngắn mạch tại N2 theo thời gian như sau: Ta có sơ đồ sau: E1234 EHT N2 X14 0,081 X15 0,107 - Ta có điện kháng tính toán từ phía hệ thống đến điểm N2 là: XTTHT = 3,85 Vì XTTHT = 3,85 > 3 nên dòng điện ngắn mạch từ hệ thống đến tính bằng: INHT = = 4,69 kA - Điện kháng tính toán từ phía nhà máy đến điểm N2 là XTTNM = 0,222. Tra đường cong tính toán ta được: = 4,8 ; = 3,7; = 3,3 = 2,85; = 2,55 Trong đơn vị có tên, các dòng điện này có trị số sau: INM(0) = . = 4,8 . = 6,62 kA INM(0,1) = . = 3,7 . = 5,1 kA INM(0,2) = . = 3,3 . = 4,55 kA INM(0,2) = . = 2,85 . = 3,93 kA INM(1) = . = 2,55 . = 3,52 kA - Dòng điện ngắn mạch tại N1 có trị số như sau: IN2(0) = HHT(0) + INM(0) = 4,69 + 6,62 = 11,31 kA IN2(0,1) = HHT(0,1) + INM(0,1) = 4,69 + 5,1 = 9,79 kA IN2(0,2) = HHT(0,2) + INM(0,2) = 4,69 + 4,55 = 9,24 kA IN2(0,5) = HHT(0,5) + INM(0,5) = 4,69 + 3,93 = 8,62 kA IN2(1) = HHT(1) + INM(1) = 4,69 + 3,52 = 8,21 kA - Giá trị bình phương của dòng điện trung bình, bình phương ứng với các khoảng thời gian là: = 111,88kA2. = 90,61kA2. = 79,84kA2. = 70,85kA2. đ BNCK2 = 111,88 . 0,1 + 90,61 . 0,1 + 79,84 . 0,3 + 70,85 . 0,5 = 79,62 kA2S - Giá trị xung lượng nhiệt tại điểm N2 là: BN2 = BNCK2 + BNKCK2 = 79,62 . 106 + 6,39 . 10,6 = 86,01 . 106 A2S Tiết diện dây dẫn nhỏ nhất đảm bảo ổn định nhiệt ở cấp điện áp 110kV là: Smin2 = = 117,39mm2 Tiết diện này nhỏ hơn tiết diện đã chọn (400mm2) nên dây dẫn đảm bảo ổn định nhiệt. b. Kiểm tra điều kiện vầng quang. Kiểm tra điều kiện vầng quang theo công thức: Uvq ³ Uđm với Uvq = 84 . m . r . lg (kV) Ta tính với a = 300cm. Uvq = 84 . 0,91 . = 243,63kV. Khi dây dẫn các pha đặt trên mặt phẳng nằm ngang thì điện áp phát sinh vầng quang Uvq của pha giữa giảm 4% và pha bên giảm 6%. Do đó điện áp phát sinh vầng quang được tính theo công thức: UVQ = 0,96 . Uvq = 0,96 . 243,63 = 233,88 kV > Uđm = 115kV. Như vậy, dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang. 5.3. Chọn cáp và kháng điện đường dây. 1. Chọn cáp điện lực cho phụ tải cấp điện áp máy phát. Từ đồ thị phụ tải cấp điện áp máy phát đã tính ở chương II, ta tính được thời gian sử dụng công suất cực đại của phụ tải là: Tmax = đ Tmax = 7263,5 (h) Trong đó: Pi : Là công suất thứ i ứng với khoảng thời gian ti. ti : Là thời gian khoảng thứ i. Tra bảng với Tmax = 7263,5h ta chọn cáp cách điện bằng giây có lõi bằng đồng có JKT = 2A/mm2. + Phụ tải cấp điện áp 10,5kV có Pmax = 9 MW. - 2 đường dây cáp kép P = 3MW x 3km có Cosj = 0,88. - 2 đường dây cáp đơn P = 2MW x 3km có Cosj = 0,88. + Dòng điện làm việc của các đường cáp tính như sau: - Cáp đơn: Ilvbt = = 0,125kA = 125A. - Cáp kép: Ilvbt = = 0,094kA = 94A. a. Chọn cáp cho đường dây đơn. Ta có tiết diện tính toán của cáp là: Stt = = 62,5mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba lõi bằng đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, vỏ bằng chì đặt trong đất(Nhiệt độ của đất là 150) có các thông số kỹ thuật sau: S = 95mm2 ; Uđm = 10,5kV; Icp = 155A - Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài: K1 . K2 . Icp ³ Ilvbt Trong đó: K1: Là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp. K1 = Với: qCP: là nhiệt độ phát nóng cho phép của cáp, với cáp 10 KV, qCP= 60o q'0: là nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp = 25oC q0: Là nhiệt độ tính toán (tiêu chuẩn) = 15oC ị K = = 0,88 K2: Là hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn ta có: K2= 1 thay vào điều kiện trên ta có: 0,88.1.265 = 233,2 (A) > IlvBT = 125 (A) Như vậy: Cáp đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép. b. Chọn cáp cho đường dây kép. - Tiết diện tính toán của cáp là: Stt = = 47mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba lõi bằng đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, vỏ bằng chì đặt trong đất có các thông số kỹ thuật sau: S = 95mm2 ; Uđm = 10,5kV; Icp = 265A Tương tự như trên ta kiểm tra theo điều kiện phát nóng lâu dài: K1 . K2 . Icp ³ Ilvbt Với K1 = 0,88 ; K2 = 0,9 (với 2 cáp đặt song song và cách nhau 100m) đ 0,88 . 0,9 .265 = 209,8 A > Ilvbt = 94A. - Kiểm tra phát nóng khi làm việc cưỡng bức: Theo quy trình các cáp điện có cách điện giấy tẩm dầu hoặc chất dẻo, điện áp không quá 10kV trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không được phép vượt quá 80% dòng cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không quá 5 ngày đêm. Ta có điều kiện kiểm tra như sau: 1,3 . K1 . K2 . Icp ³ ICb = 2 Ilvbt đ 1,3 . 0,88 . 0,9 . 265 = 272,8A < 2Ilvbt = 2.94 = 188A. Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện. Kết luận: Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 2. Chọn kháng điện cho đường dây cáp cung cấp cho phụ tải cấp 10,5kV. Nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch, đảm bảo việc ổn định cho cáp điện và để lựa chọn các khí cụ điện nhẹ, giảm bớt giá thành ta chọn kháng điện cho các phụ tải địa phương. Ta có sơ đồ phân bố các đường dây cấp điện cho phụ tải điện áp máy phát như sau: K1 K2 Từ F1 đến Từ F2 đến MC1 2MW 2MW 3MW 3MW + Kháng điện được chọn theo các yêu cầu sau: - Điện áp: UđmK ³ Uđm mạng - Dòng điện: IđmK ³ Icb - Điện kháng: Chọn sao cho hạn chế được dòng ngắn mạch nhỏ hơn hoặc bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn và đảm bảo ổn định nhiệt của cáp đã chọn. + Xác định dòng cưỡng bức qua kháng. Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 trong 2 kháng điện, lúc này công suất qua 1 kháng còn lại là: SquaK = = 10,23 MVA. Ta có bảng công suất qua kháng khi bình thường và sự cố như sau: + Dòng cưỡng bức qua kháng là: ICbK = = 0,562 kA = 562A. + Ta chọn kháng điện dây nhôm loại PbA-10-750 có IđmK = 750A. + Xác định XK% của kháng. EHT N4 XHT Xk Xcáp N5 N6 Khi lập sơ đồ thay thế cho tính ngắn mạch ta đã chọn SCb = 100MVA và tại N4 có I"N4 = 58,44 kA. Điện kháng hệ thống tính như sau: XHT = = 0,094 Điện kháng của cáp là: Xcáp = x0 . l . = 0,081 . 3 . = 0,218 (Cáp đồng có tiết diện 95mm2 có x0 = 0,081W/km) Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là: InhC1 = S1 : Tiết diện cáp 95mm2. C1 : Hệ số cáp 1 là:(Lõi đồng có C1 = 141A2/S.) t1 : Thời gian cắt của máy cắt (tcắtMC1 = tcắtMC2 + Dt = 0,7 + 0,3 = 1). InhC1 = = 13395A = 13,395kA. C2 : Hệ số cáp 2 là:(Lõi nhôm có C2 = 90A2/S.) đ Dòng ổn định nhiệt cáp 2. InhC2 = = 7683A = 7,683kA. Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N5 là. Xồ = = 0,715 - Điện kháng của kháng điện. XK = Xồ - XHT - Xcáp = 0,715 - 0,094 - 0,22 = 0,401 Điện kháng phần trăm của kháng điện. XK% = XK . = 5,46% Vậy ta chọn kháng điện đơn dây nhôm PbA-10-750-8 có: IđmK = 750A ; XK% = 8% * Tính toán kiểm tra lại với kháng điện đã chọn khi ngắn mạch tại N5, N6. Điện kháng của kháng điện. XK = XK% . = 0,587 - Dòng ngắn mạch tại N5 là: I"N5 = = 8,08 kA đ I"N5 = 0,08kA < InhC1 = 13,39 kA. + Chọn máy cắt 1 cho mạch phụ tải địa phương cấp điện áp 10,5kV. Loại máy cắt Uđm (kV) Iđm (A) Điện áp xung (kV) Icắtđm (kA) Iôđđ (kA) 8BM20 12 1250 75 25 63 + Kiểm tra máy cắt: - Điện áp: UđmMC = 12kV > Umạng = 10,5kV. - Vì IđmMC = 1250A > 1000 nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch. IôđđMC = 63kA > ixkN5 = . 1,8 . I"N5 = . 1,8 . 8,08 = 20,5kA. - Kiểm tra điều kiện cắt: IcắtđmMC = 25kA > I"N5 = 8,08kA. Vậy máy cắt đã chọn đạt yêu cầu. Dòng điện ngắn mạch tại N6 là: I"N6 = = 6,2 kA đInhC2 = 7,683 kA > I"N6 = 6,2kA. Vậy kháng điện đã chọn đạt yêu cầu. 5.4. Chọn máy biến áp đo lường. 1. Chọn máy biến điện áp. Máy biến điện áp được chọn theo các tiêu chuẩn sau: - Điện áp: UđmBU ³ Umạng - Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu các dụng cụ đo. - Công suất định mức: S2đmBU ³ S2 (S2 là phụ tải thứ cấp). a. Chọn máy biến điện áp cho phía cao áp 220kV. Biến điện áp 220kV được đặt ở các thanh góp, đầu các đường dây 220kV lên hệ thống, để lấy các tín hiệu điện áp phục vụ bảo vệ rơle, đo lường và tự động hoá trong nhà máy. Ta chọn 3 biến điện áp kiểu HKF-220-58 1 pha đấu dây theo sơ đồ Y0/Y0/D mỗi máy có các thông số như sau: Uscđm (kV) UTcđm (V) Cấp chính xác S2đm (VA) 220/ 100/ 1 600 b. Chọn máy biến điện áp cho phía trung áp 110kV. Biến điện áp 110kV được đặt ở các thanh góp, đầu các đường dây 110kV, để lấy các tín hiệu điện áp phục vụ bảo vệ rơle, đo lường và tự động hoá trong nhà máy. Ta chọn 3 biến điện áp kiểu HKF-110-58 1 pha đấu dây theo sơ đồ Y0/Y0/D, mỗi máy có các thông số như sau: Uscđm (kV) UTcđm (V) UTCphụ đm (V) Cấp chính xác S2đm (VA) 110/ 100/ 100/3 1 600 c. Chọn máy biến điện áp cho phía hạ áp 10,5kV. Biến điện áp đặt ở đầu cực máy phát pấy tín hiệu phục vụ đo lường bảo vệ, đặc biệt do có công tơ đo đếm điện năng nên cấp chính xác của các biến điện áp là 0,5. Các điều kiện chọn máy biến điện áp như sau: Điện áp định mức UUBđm ³ UMĐđm = 10,5kV. Công suất định mức S2đm ³ S2 Trong đó S2 là tổng phụ tải nối vào UB. Để tính được phụ tải của BU, ta dựa vào số lượng và công suất các thiết bị nối với các pha của BU. Mạch máy phát điện, các biến điện áp và biến dòng điện nhằm cung cấp cho các dụng cụ đo lượng. Theo quy định bắt buộc mạch máy phát phải có các phần tử đo lường sau: ampekế, vôn kế, tần số kế, Cosj kế, oát kế tác dụng, oát kế phản kháng, oát kế tác dụng tự ghi, công tơ tác dụng, công tơ phản kháng. Các dụng cụ đo được mắc như hình sau: c a B A A A W VAR W Wh WARh A C UđmMF=10kV 2xHOM-10 TШΛ-20-1 b Máy biến điện áp được chọn phải thoả mãn điều kiện sau: Sdc Ê STUđm với Sdc = Vì phụ tải của biến điện áp là các dụng cụ đo lường nên dùng hai biến điện áp một pha nối đây kiểu V/V và được nối vào đầu cực để lấy các điện áp dây AB và BC. Các dụng cụ đo lường sử dụng qua máy biến điện áp được ghi ở bảng sau: Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải điện áp ab Phụ tải điện áp bc P (W) Q (Var) P (W) Q (Var) Vôn kế HB2 7,2 - - - Tần số kế E344 - - 6,5 - Oát kế tác dụng E341 1,8 - 1,8 - Oát kế phản kháng E342/1 1,8 - 1,8 - Oát kế tự ghi E33 8,3 - 8,3 - Công tơ tác dụng IT 0,66 1,62 0,66 1,62 Công tơ phản kháng ITP 0,66 1,62 0,66 1,62 Tổng cộng 20,4 3,24 19,72 3,24 Phụ tải của biến điện áp ab. Sab = = 20,7 VA. Cosjab = = 0,98 Phụ tải của biến điện áp bc. Sbc = = 19,9 VA. Cosjbc = = 0,99 Ta chọn biến điện áp kiểu HHOM-15 do Liên Xô (cũ), sản xuất máy có các thông số chính như sau: USCđm (kV) Cuộn chính UTCđm (V) Cuộn phụ UTCđm (V) Cấp chính xác S2đm (VA) Smax(VA) 15,75/ 100 100/3 0,5 75 640 + Chọn dây dẫn nối từ biến điện áp đến dụng cụ đo: Giả sử độ dài từ máy biến điện áp đến các đồng hồ đo lường là l = 60m. Dòng điện trong các pha a, b, c: Ia = = 0,207A Ic = = 0,199A Để đơn giản trong tính toán coi Ia = Ic = 0,2A và coi Cosjab = Cosjbc = 1 khi đó: Ib = . Ia = 0,34A Trị số điện áp giáng trên dây dẫn pha a và b. DU = (Ia + Ib) . lấy rcu = 0,0175W Vì mạch điện có công tơ nên DU Ê 0,5%. Vậy tiết diện dây dẫn là: Fdd = . 0,0175 . 60 = 1,134mm2 Để đảm bảo độ bền cơ ta chọn dây dẫn đồng có bọc cách điện : Fdd = 1,5mm2 2. Chọn máy biến dòng. a. Chọn máy biến dòng cho phía cao áp 220kV. Điện áp định mức: UTIđm ³ Umđm = 220kV. Dòng điện định mức sơ: ITIđm ³ Ilvcb = 0,33kA Chọn máy biến dòng điện kiểu TFH-220-3T có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp : ISđm = 1200A. Dòng điện thứ cấp : Itđm = 5A. Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải định mức : 2W Dòng điện ổn định động : ilđđ = 108kA. Máy biến dòng đã chọn có dòng điện sơ cấp định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. b. Chọn máy biến dòng cho phía trung áp 110kV. Điện áp định mức: UTIđm ³ Umđm = 110kV. Dòng điện định mức sơ: ITIđm ³ Ilvcb = 0,37kA Các máy biến dòng điện được đi kèm với các mạch máy cắt có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơle. Với mục đích đó chọn máy biến điện kiểu TFH-110M có các thông số sau: Dòng điện sơ cấp : ISđm = 2000A. Dòng điện thứ cấp : Itđm = 5A. Cấp chính xác : 0,5 Phụ tải định mức : 0,8W Dòng điện ổn định động : ilđđ = 108kA. Máy biến dòng đã chọn có dòng điện sơ cấp định mức lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt. c. Chọn máy biến dòng cho phía trung áp 10,5kV. Các biến dòng được đặt trên cả ba pha và được nối theo sơ đồ sao. Vì các công tơ có cấp chính xác 0,5 nên các máy biến dòng được chọn phải có cùng cấp chính xác. Ngoài ra còn phải đảm bảo các điều kiện sau: Điện áp định mức: UTIđm ³ Umđm = 10,5kV. Dòng điện định mức sơ: ITIđm ³ Ilvcb = 3,97kA Vậy chọn máy biến dòng điện kiểu TXÙ-20-1 có các thông số kỹ thuật như sau: Uđm = 20kV; ISđm = 10000A; Itđm = 5A Phụ tải định mức Zđm = 1,2W; Cấp chính xác: 0,5 Bảng dụng cụ đo lường nối vào TI được ghi ở bảng sau: Tên dụng cụ Ký hiệu Phụ tải pha (VA) A B C Ampekế H-302 1 1 1 Oát kế tác dụng E-341 5 0 5 Oát kế tự ghi E-33 10 0 10 Oát kế phản kháng E-342/1 5 0 5 Công tơ tác dụng E-670 2,5 0 2,5 Công tơ phản kháng IT672 2,5 5 2,5 Tổng cộng: 26 6 26 Pha a và c của biến dòng mang tải nhiều nhất Smax = 26VA. Tổng trở dụng cụ đo mắc vào các pha này là: Zồdc = = 1,04W Để thoả mãn cấp chính xác 0,5 của máy biến dòng điện ta cần chọn dây dẫn đến các dụng cụ đo lường có đủ độ lớn cần thiết. Giả sử khoảng cách từ máy biến dòng điện đến các dụng cụ đo lường là l = 60m. Chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện thoả mãn: Fdd ³ = 6,56mm2 Theo điều kiện về độ bền cơ ta chọn dây dẫn đồng có bọc cách điện có tiết diện F = 10mm2. + Kiểm tra ổn định động máy biến dòng điện: Máy biến dòng điện kiểu TXÙ-20-1 có sơ cấp là thanh dẫn của thiết bị phân phối nên ổn định động của nó quyết định bởi ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. Do vậy, không cần kiểm tra ổn định động của máy biến dòng điện này. + Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch. Vì dòng điện mức sơ cấp của máy biến dòng lớn hơn 1000A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Vậy máy biến dòng đã chọn hoàn toàn đạt yêu cầu. 5.5. Chọn chống sét van. Chống sét van là thiết bị được ghéo song song với thiết bị điện để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển. Khi xuất hiện quá điện áp khí quyển, nó sẽ phóng điện trước để làm giảm trị số điện áp đặt trên cách điện của thiết bị và khi hết quá trình quá điện áp sẽ tự động dập tắt hồ quang điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường. 1. Chọn chống sét van cho thanh góp. Trên các thanh góp 220kV và 110kV, ta đặt các chống sét van với nhiệm vụ quan trọng là chống sóng quá điện áp khí quyển lan truyền từ đường dây vào nhà máy. Các chống sét van này được lựa chọn theo điện áp định mức của mạng. - Trên thanh góp điện áp 220kV ta chọn chống sét van PBC-220 có điện áp định mức Uđm = 220kV và được đặt trên cả 3 pha. - Trên thanh góp điện áp 110kV ta chọn chống sét van PBC-110 có điện áp định mức Uđm = 110kV và được đặt trên cả 3 pha. 2. Chọn chống sét van cho máy biến áp. a. Chọn chống sét van cho máy biến áp tự ngẫu. - Các máy biến áp tự ngẫu do có sự liên hệ về điện giữa cao áp và trung áp nên sóng quá điện áp có thể truyền từ phía cao sang phía trung áp và ngược lại. Vì vậy, ở các đầu ra phía cao áp và phía trung áp của máy biến áp tự ngãu ta phải đặt các chống sét van. - Phía cao áp 220kV ta chọn chống sét van PBC-220 có điện áp định mức Uđm = 220kV và được đặt trên cả 3 pha. b. Chọn chống sét van cho máy biến áp hai dây quấn. Mặc dù trên thanh góp 110kV ta đã đặt chống sét van, tuy nhiên có đôi khi những sóng sét có biên độ quá lớn truyền vào trạm, các chống sét van ở thanh góp phóng điện nhưng điện áp dư còn lại truyền tới cuộn dây máy biến áp vẫn còn lớn có thể phá hỏng cách điện cuộn dây, nhất là phần cách điện gần trung tính máy biến áp nếu trung tính cách điện. Vì vậy, tại trung tính của máy biến áp hai dây quấn phải đặt 1 chống sét van. Vì có sự ảnh hưởnt của điện cảm cuộn dây máy biến áp nên biên độ sóng sét khi tới điểm trung tính đã giảm đi một phần, do đó chống sét van đặt ở trung tính được chọn có điện áp định mức giảm đi một cấp. Ta chọn chống sét van PBC-35 có Uđm = 35kV. Chương VI: Chọn sơ đồ và thiết bị tự dùng 6.1. Chọn sơ đồ tự dùng. Như ta đã biết, lượng điện tự dùng của nhà máy nhiệt điện rất lớn so với nhà máy thuỷ điện có cùng công suất, thành phần máy công tác và các thiết bị phụ của hệ thống tự dùng phụ thuộc vào loại nhà máy, khí hậu trong vùng, hệ thống kỹ thuật cung cấp nước, kích thước của máy phát điện và các yếu tố khác. Các máy công tác và thiết bị phụ của hệ thống tự dùng nhà máy nhiệt điện gồm 2 thành phần: - Những máy công tác và thiết bị phụ không có liên quan trực tiếp đối với lò hơi và các tuốc bin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy (phần tự dùng chung). Cũng như nhà máy thuỷ điện, nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống tự dùng ở đây là các máy phát điện và hệ thống năng lượng để cung cấp cho hệ thống điều khiển, bảo vệ rơle, liên lạc... người ta dùng bộ ắc quy. Trong nhà máy nhiệt diện phần lớn các phụ tải của hệ thống điện tự dùng là các động cơ điện có công suất từ 200kW trở lên. Các động cơ này có thể thực hiện một cách kinh tế đối với cấp điện áp 6kV. Các động cơ có công suất nhỏ và các thiết bị tiêu thụ điện năng khác chiếm phụ tải nhỏ hơn và chúng có thể nối vào điện áp 380/220V. Do sự phân bố như vậy giữa lưới 6kV và 380/220kV thì sơ đ cung cấp điện hợp lý là sự biến áp nối tiếp, nghĩa là tất cả công suất được biến đổi từ điện áp sơ cấp của máy phát điện 10,5kV, đến điện áp chung của hệ thống tự dùng là 6kV. Tiếp theo một phần công suất nhỏ được biến từ điện áp 6kV xuống điện áp 380/220kV. Như vậy cần phân biệt các máy biến áp bậc 1 với điện áp thấp là 6kV. Các máy biến áp bậc 2 có tỷ số biên áp là 6/0,4kV. Để đảm bảo độ tin cậy cao nhất về cung cấp điện một cách hợp lý, phân đoạn hệ thống tự dùng phù hợp với sơ đồ cơ nhiệt và điện của nhà máy. Đối với các nhà máy nối theo sơ đồ nối bộ thì sơ đồ tự dùng phân đoạn theo số bộ. Đ đóng mạch máy biến áp dự phòng vào phân đoạn của thiết bị phân phối 6kV ta dự kiến đặt một hệ thống thanh góp riêng biệt hoặc một đường dây cáp dọc theo toà nhà chính của nhà máy nhiệt điện với các máy cắt thích hợp. Thường thì số phân đoạn của thiết bị phân phối 6kV không ít hơn số nồi hơi của tổ máy để khi cắt một phân đoạn không kéo theo phá hoại sự làm việc lớn hơn một nồi hơi và tuốc bin tổ máy. Đối với các nhà máy điện có 5,6 máy biến áp công tác thường dự kiến 2 máy biến áp dự phòng, các máy biến áp công tác và dự phòng phân bố giữa các phân đoạn của thiết bị phân phối chính. Mong muốn mối phân đoạn nối không lớn hơn một máy biến áp. Máy biến áp dự phòng thường nối vào nhánh của máy biến áp liên lạc ở giữa máy cắt điện và máy biến áp để đảm bảo sự làm việc của máy biến áp dự phòng khi sửa chữa phân đoạn của thiết bị phân phối chính. Vì vậy, sơ đồ tự dùng của nhà máy nhiệt điện thiết kế ở đây ta chọn sơ đồ dự trữ hở hai cấp, sơ đồ như sau: Ta đưa ra sơ đồ nối điện tự dùng như hình:  B1 ~ B2 ~ B3 ~ B4 ~ TD1 TD2 TD3 TD4 TD1 TD2 TD3 TD4 6,3kV DP 0,4kV N6 6.2. Chọn các thiết bị điện và khí cụ điện tự dùng. A. Chọn máy biến áp tự dùng. 1. Máy biến áp tự dùng cấp 1. Công suất của các máy biến áp tự dùng cấp 1 được chọn theo công suất tự dùng cực đại của từng phân đoạn 6kV. Vì 4 lò máy - 4 phân đoạn nên công suất cực đại mỗi phân đoạn bằng 1/4 công suất tự dùng cực đại của nhà máy. Do đó, công suất của máy biến áp tự dùng: STD1 = STD2= STD3= STD4 ³ = 5,66 MVA. Ta chọn máy biến áp loại TMHC-6300 do LB Nga sản xuất có các thông số sau: Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% 6,3 10,5 6,3 8,0 46,5 8 0,9 Trong nhà máy điện đang thiết kế, các máy phát điện được nối bộ với máy biến áp chính, do đó máy biến áp dự phòng không chỉ sử dụng thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa mà còn có nhiệm vụ cung cấp cho hệ thống tự dùng trong quá trình dừng và khởi động lò. Công suất máy biến áp dự phòng được chọn như sau: S = 1,5 . = 8,49 MVA Ta chọn máy biến áp loại TEHC - 10000 do Liên bang Nga sản xuất có các thông số như sau: Sđm (MVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% 10 10,5 6,3 12,3 85 14 0,8 2. Máy biến áp tự dùng cấp 2. Phụ tải tự dùng 0,4kV có công suất không lớn so với tổng công suất tự dùng, chiếm khoảng 15%. Với 4 phân đoạn thanh góp 0,4kV, công suất mỗi máy biến áp tự dùng 0,4kV chỉ cần chọn bằng 1/4 công suất phụ tải 0,4kV tức là: STD ³ . 0,15 . 22,65 = 0,849 MVA. Ta chọn máy biến áp loại TM-1000kVA có các thông số như sau: Sđm (KVA) UCđm (kV) UHđm (kV) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% 1000 6,3 0,4 2,1 12,2 5,5 1,4 Máy biến áp dự phòng DP2 chỉ làm nhiệm vụ thay thế máy biến áp công tác khi sự cố hoặc sửa chữa do vậy ta chọn cùng loại với máy biến áp công tác. B. Chọn thiết bị phân phối chính cho mạch tự dùng. 1. Chọn máy cắt cho phía 10,5kV máy biến áp tự dùng. Ta đã có: I"N4 = 58,44kA. ixkN4 = 148,76kA. Dòng điện làm việc qua máy cắt là: Ilvbt = = 0,311kA = 311A. Chọn dòng điện cưỡng bức bằng dòng điện làm việc bình thường. Icb = Ilvbt = 311A. Ta chọn máy cắt theo điều kiện. UđmMC ³ Umạng = 10,5kV IđmMC ³ Icb = 311A Iôđđ ³ ixkN4 = 148,76kA Icđm ³ I"N4 = 58,44kA Từ đó ta chọn máy cắt loại 8FG10-12500 có các thông số sau: Uđm = 12kV; Iđm = 12500A; ICđm = 80kA; Iôđđ = 225kA Từ các điều kiện trên ta chọn dao cách ly ở đầu máy cắt 10,5kV. Dao cách ly loại PBK 10/3000 có các thông số sau: Uđm = 10kV; Iđm = 3000A; Iôđđ = 200kA Không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì các thiết bị có dòng điện định mức > 1000A. 2. Chọn máy cắt phía 6,3kV cho máy biến áp tự dùng. Để chọn máy cắt ta tính dòng điện ngắn mạch tại N6 dưới máy biến áp tự dùng cấp 1, với nguồn cung cấp là cả hệ thống và các máy phát điện của nhà máy. Lập sơ đồ thay thế cho tính ngắn mạch để kiểm tra. Ta đã chọn: Scb = 100MVA và tại N4 có I"N4 = 58,44kA. EHTTD N4 XHT XB1 N6 - Điện kháng hệ thống tính đến N4: XHT = = 0,094 - Điện kháng của máy biến áp cấp 1 (ta láy là máy biến áp dự trữ cấp 1 vì có UN% nhỏ, công suất lớn hơn) là: XB1 = = 1,4 Xtt = (XHT + XB1) . = 4,1 > 3 - Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N6 là: IƠ = IN5(0) =IN6(Ơ) = = 6,3Ka - Dòng điện xung kích: ixkN6 = . Kxk . I"N6 = . 1,8 . 6,3 = 16,03 kA. -Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt là: Icb = = 0,518 kA = 518A Máy cắt chọn phải thoả mãn các điều kiện sau: UđmMC ³ Umạng = 6,3kV IđmMC ³ Icb = 518A Iôđđ ³ ixkN6 = 16,03kA Icđm ³ I"N6 = 6,3kA Dựa vào các điều kiện trên ta chọn tủ máy cắt hợp bộ loại 3AF105-4 của ABB sản xuất có các thông số chính sau: Loại máy cắt Uđm (kV) Iđm (kA) Icđm (kA) iđđm 3AF 105-4 7,2 2 31,5 80 3. Chọn Aptomat cho phụ tải tự dùng cấp 0,4 (kV). Aptomat được chọn theo điều kiện: Uđm ³ Uđm mạng = 0,4kV Iđm ³ Ilvmax Icắtđm ³ I"N7 Dòng điện làm việc lớn nhất qua Aptomat là dòng lớn nhất qua máy biến áp cấp 2. Icb = 0,82 kA Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch. EHTTD N6 XHT XB2 N7 - Điện kháng hệ thống tính đến N6: XHT = = 22,9 XB2 =UN% . = 5,5 Xtt = (XHT + XB2) . = 78,1 - Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch N7 là: IN7(0) =IN7(Ơ) = = 5,08kA - Dòng điện xung kích: ixkN7 = . Kxk . I"N7 = . 1,8 . 5,08 = 12,93 kA. Aptomat chọn phải thoả mãn các điều kiện sau: Uđm ³ Umạng = 0,4kV Iđm ³ Icb = 0,82A Iôđđ ³ ixkN7 = 12,93kA Icđm ³ I"N7 = 5,08kA Căn cứ vào điều kiện chọn Aptomat và kết quả tính ngắn mạch ta chọn Apatoma của hãng MelinGerin chế tạo loại M12 có các thông số sau: Loại Uđm (V) Iđm (A) Số cực IcắtN (kA) M12 690 1250 3 - 4 25  phần II: Thiết kế trạm biến áp 1. Nhiệm vụ: Tính toán thiết kế trạm vbiến áp hạ áp 10/0,4 KV để cung cấp điện cho khu dân cư gồm 4 phụ tải: 30+ 60+50+40kVA=180kVA. 2. Đặt vấn đề: Ngày nay nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đời sống của nhân dân đang được ngày càng cải thiện và nâng cao. Nhu cầu sử dụng điện năng lượng trong các lĩnh vực công, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạ tăng trưởng không ngừng. Đặc biệt trong mấy năm gần đây, được sự quan tâm của đảng và nhà nước, đời sống của nhân dân được thay đổi nhiều mức sống được nâng cao rõ rệt, phụ tải sinh hoạt chiếm một phần đáng kể trong tổng sản lượng điện năng của nghành điện. Hàng loạt các khu dân cư mới qui hoạch, thành lập. Việc cung cấp lưới điện cho các khu dân cư này là rất cần thiết, nhằm kịp thời ổn định và nâng cao đời sống sinh hoạt của nhân dân ở những khu vực này mau chóng hoà nhập bằng với mức sống, sinh hoạt của các nơi khác. Với yêu cầu “ Thiết kế trạm bién áp cung cấp điện cho khu dân cư ”, qua khảo sát ta thấy: - Phụ tải cần cấp điện là phụ tải loại 3, các hộ gia đình trong khu qui hoạch đều là cán bộ công nhân viên chức. - Khu vực cấp điện là khu vực dân cư thuộc khu vực đô thị nằm cách đường quốc lộ, mặt bằng bị hạn chế, do đó để tiết kiệm đất ta dùng loại trạm biến áp treo cột là thích hợp nhất. - Trạm biến áp thiết kế lấy điện từ trạm biến áp trung gian cách 4 Km. Từ những khảo sát và đánh giá trên ta tiến hành thiết kế trạm biến áp cung cấp điện sao cho đảm bảo kinh tế, kỹ thuật, mỹ quan đô thị và an toàn. I. Chọn thiết bị và khí cụ điện cho trạm biến áp: 1. Chọn máy biến áp: Căn cứ vào các thông số sau: UđmCA = 10 KV UđmHA= 0,4 KV Spt = 30+60+50+40 = 180 KVA Giả thiết máy biến áp đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường nơi đặt. Ta chọn máy biến áp do hãng ABB chees tạo có các thông số kỹ thuật sau: Sđm (KVA) Uđm(KV) DPo (W) DPN (W) UN% Kích thước mm Dài-rộng-cao T.lượng (Kg) 180 10/0,4 530 3150 4,5 1260-770-1420 880 2. Chọn tiết diện dây dẫn: Đường dây 10 KV từ trạm biến áp trung gian đến vị trí đặt máy biến áp tương đối ngắn (4 Km) và phụ tải tiêu thụ có công suất không lớn nên chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế (JKT) FKT = Chọn dây AC với Tmax < 3000 giờ, ta có mật độ dòng điện kinh tế. JKT = 1,2A/mm2 Imax: Là dòng điện phụ tải cực đại. Imax = = = 10,04 A Tiết diện kinh tế là: FKT = = 8,67 mm2 Ta chọn với dây dẫn tối thiểu: AC-35. Có: ro = 0,85 W/Km; Xo =0,4 W/Km - Tính tổn thất điện áp: R = ro.l = 0,85.4 = 3,4 W X = Xo.l = 0,4.4 = 1,6 W Lấy Cosj = 0,88; tgj = 0,538 P = Cosj. Stt = 0,88 .180 = 158,4 (KW) Q = P. tgj = 158,4.0,538 = 85,21(KVar) DU = = 62,7 V Tổn thất điện áp cho phép theo tiêu chuẩn vận hành. DUCP = 0,05. Uđm = 0,05.10,5 = 0,525 (kV) = 525V. Như vậy dây dẫn AC-35 đã chọn đảm bảo yêu cấu kỹ thuật. 3. Chọn chống sét van: Chống sét van được chọn có điện áp định mức phù hợp với điện áp định mức của mạng. UđmCSV ³ Umạng Chọn loại chống sét van 10 KV loại AZLP-10 của hãng COOPER. 4. Chọn dao cách ly: - UđmDCL ³ Umạng = 10,5 KV Iđm DCL ³ Icb = 12,86 (A) Icb = = 12,86 (A) - ổn định nhiệt: I2tnh ³ BN - ổn định lực điện động: Ilđđ ³ iXK Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn sơ đồ dao cách ly cho trạm: Dao cách ly được chọn là loại 3DC do hãng SIEMEN chế tạo. Loại dao Uđm (KV) Iđm (A) Ilđđ )KA Inh tt)KA /tnh (0) 3DC 12 2500 160 63 5. Chọn cầu chì cao áp: Chọn theo điều kiện sau: Uđm ³ Umạng = 10,5 KV Icắt đm ³ I’’N Dòng điện định mức của dây chảy: Vì dòng điện là dòng điện sinh hoạt do đó dòng điện không có xung nhọn. Vậy có thể cắn cứ vào công suất định mức của máy biên áp để chọn dây chảy của cầu chì (kể cả hệ số quá tải máy biến áp Kqt = 1,3) Qua đièu kiện trên ta chọn sơ bộ cầu chì loại: 3GDI. 205 – 3B do hãng Siemen chế tạo có các thông số sau: Loại cầu chì Uđm (KV) Iđm (A) Icắt N (KA) IcắtN min (A) 3GDI-250-3B 12 25 63 120 6. Chọn dây cáp tổng từ máy biến áp ra tủ hạ thế: Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép. K1.K2.ICP ³ Itt Trong đó: K1 là hệ số kể đến môi trường đặt cáp, ở đây thiết kế trạm treo nên cáp ngoài trời. Lấy nhiệt độ tiêu chuẩn môi trường xung quanh = 25oC Nhiệt độ môi trường tại nơi đặt trạm biến áp là = 35oC Nhiệt độ lớn nhất cho phép của cáp = 65oC Ta có: K1 = = 0,87 K2: Hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đặt trong cùng 1 rãnh, vì là cáp đơn nên K2 = 1. ICP: là dòng điện cho phép của cáp để nhiệt dộ không vượt quá nhiệt độ cho phép. Itt: Tính theo công suất định mức của máy biến áp đã chọn, có kể đến Kqt của máy biến áp. Itt = = 337,75 (A) Theo điều kiện chọn cáp ta có: ICP ³ = 388,2 (A) Tra bảng chọn loại cáp đồng 4 lõi cách điện bằng nhựa PVC do hãng LENS sản xuất. Tiết diện cáp 3x150+1x70 mm2 có ICP = 395 (A) 7. Chọn áp tô mát: a. Chọn áp tô mát tổng: - Chọn theo dòng điện làm việc lớn nhất. Ilvmax = = 337 (A) Tra bảng ta chọn áp to mát tổng loại NS-400E có các thông số sau: Loại Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (KA) NS-400E 500 400 15 b. Chọn áp tô mát nhánh: - Công suất lộ 1 là: Smax = 60 KVA Ilv = = 86,705 (A) Căn cứ vào Ilvmax của bộ phận phân phối ta chọn loại áp tô mát phân phối cho lộ 1 theo loại: Số lộ Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) C-100E 500 100 7,5 - Công suất lộ 2 là: Smax = 50 KVA Ilv = = 72,254 (A) Căn cứ vào Ilvmax của bộ phận phân phối ta chọn loại áp tô mát phân phối cho lộ 2 theo loại: Số lộ Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) C-100E 500 100 7,5 - Công suất lộ 3 là: Smax = 40 KVA Ilv = = 57,803 (A) Căn cứ vào Ilvmax của bộ phận phân phối ta chọn loại áp tô mát phân phối cho lộ 3 theo loại: Số lộ Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) C-60N 440 63 6 - Công suất lộ 4 là: Smax = 30 KVA Ilv = = 43,352(A) Căn cứ vào Ilvmax của bộ phận phân phối ta chọn loại áp tô mát phân phối cho lộ 4 theo loại: Số lộ Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) C-60N 440 63 6 8. Chọn thanh cái hạ áp: Thanh cái hạ áp được đặt trong tủ phân phối hạ thế, được chế tạo bằng đồng. Điều kiện chọn thanh cái: K1.K2.ICP ³ Icb Icb lấy bằng Itt = 337,75 A K1 = 0,95 với thanh cái đặt nằm ngang. K2 = Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường: K2 = 0,87. Căn cứ vào Icb ta chọn thanh dẫn bằng đồng có kích thước là: (30x4)mm và ICP = 475 (A) đặt đứng. 9. Chọn sứ đỡ thanh cái: Sứ đỡ thanh cái được chọn theo điều kiện sau: Uđmsứ ³ Umạng = 0,4 KV Tra bảng chọn loại sứ 0F – 750-0B có: Uđm = 1 KV Fph = 750 kG Chiều cao: H = 72 mm 10. Chọn máy biến dòng Chọn BI theo điều kiện sau: UđmBI ³ Uđmmạng = 0,4 KV Iđmsơ ³ Icb = 337,75 A ZđmBI ³ Zdc + Zdd Trong đó: Zdc : Tổng phụ tải các dụng cụ đo Zdd: Tổng trỏ dây dẫn nối từ biến dòng đến dụng cụ đo. Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn BI như sau: Uđm = 500V; Isơ/ Ithứ = 400/5A 11. Chọn các đồng hồ đo: + 3 đồng hồ Ampemét có thang đo 0 á 400A + 1 đồng hồ Vonmét có thang đo 0 á 500V + 1 công tơ hữu công 3 pha 3 phần tử + 1 công tơ vô công 3 pha 3 phần tử + 1 khoá chuyển mạch để kiểm tra điện áp 12. Chọn dây dẫn nối từ biến dòng đến các dụng cụ đo: Để đảm bảo độ bền cơ học, ta chọn dây dẫn đồng 1 sợi bọc nhựa PVC tiết diện 2,5mm2 trở lên. 13. Chọn chống sét 0,4 KV Chọn loại GZa - 0,5 - 1,5 (kA) do nhà máy chế tạo thiết bị điện sản xuất. 14. Chọn cáp đầu ra các nhánh: Để đơn giản trong việc cung cấp vật tư ta chọn: + Cáp cho các hộ 1 và 2 cùng một chủng loại, căn cứ vào Ilvmax của lộ có Smax lớn nhất ta chọn cáp theo lộ này: Ilvmax = = 86,705 (A) Tra bảng chọn loại cáp 4 lõi có tiết diện 4x35 mm2 với ICP = 158 (A) do hãng LENS sản xuất. + Cáp cho các hộ 3 và 4 cùng một chủng loại, căn cứ vào Ilvmax của lộ có Smax lớn nhất ta chọn cáp theo lộ này: Ilvmax = = 57,803 (A) Tra bảng chọn loại cáp 4 lõi có tiết diện 4x16 mm2 với ICP = 100 (A) do hãng LENS sản xuất. 15. Chọn tủ hạ thế: Tủ hạ thế là tủ điện tự chế tạo, căn cứ vào thiết bị và chủng loại đặt trong tủ mà người ta chế tạo tủ theo sơ đồ tủ hạ thế: Kwh KVAR BI BI BI Cáp nhánh Thanh cái nhánh áp tô mát nhánh Thanh cái tổng áp tô mát tổng Cáp tổng CC Khoá chuyển mạch, cầu chì II.Tính toán ngắn mạch: Tính toán ngắn mạch để xác định trị số dòng điện ngắn mạch nhằm kiểm tra thiết bị đã chọn theo các điều kiện cắt, điều kiện ổn định lực điện động, ổn định nhiệt. Chọn điểm ngắn mạch: Để kiểm tra các thiết bị phía cao áp ta chọn điểm ngắn mạch N1. Kiểm tra điều kiện làm việc khi ngắn mạch của cầu dao cách ly và cầu chì. Để kiểm tra các thiết bị điện phía điện áp thấp 0,4 KV ta chọn điểm ngắn mạch. + N2 – Kiểm tra cáp ra và áp tô mát tổng. + N3 – Kiểm tra các áp tô mát nhánh và các thiết bị của lộ phụ tải. 1.Tính toán ngắn mạch phía cao áp tại N1: Tiến hành tính toán điểm ngắn mạch N1 để kiểm tra điều kiện chọn dao cách ly và càu chì. 10,5 KV 4 Km Zdd AC-35 N1 Sơ đồ điểm ngắn mạch: Điện kháng tính toán xác định theo công suất cắt ngắn mạch phía 10 KV đầu nguồn. Máy cắt đầu nguồn là loại máy cắt ít dầu BM – 10 do liên xô sản xuất, công suất cắt Scắt = 364 MVA. Sơ đồ thay thế tính điểm ngắn mạch: Điện kháng của hệ thống là: XHT = = 0,302 W - Điện trở đường dây: Rđ = Ro.l = 0,85.4 = 3,4 W - Điện kháng đường dây: Xd = Xo.l = 0,4.4 = 1,6 W Vậy tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là: ZS = = 3,89 W Dòng ngắn mạch tại N1: I’’ = = 1,55 (kA) IXKN1 = KXK. .I’’N1 = 1,8. .1,55 = 3,94 (kA) (Với KXK = 1,8 ) 2. Tính điểm ngắn mạch tại N2: Điện kháng các phần tử quy đổi về phía 0,4 KV: XHT = = 0,44 (mW) Điện kháng đường dây: Xđd = 0,4.4 . = 2,56 (mW) XB - Điện kháng của máy biến áp (Tra bảng tính về phía hạ áp) XB = 44 (mW) XC - Điện kháng của cáp từ máy biến áp đến tủ là 5m. Tra bảng ta được XC = 5. 0,21 = 1,05 (mW) XA - Điện kháng của áp tô mát tổng, tra bảng được: XA = 0,1(mW) Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N2: XS = XHT + Xd + XA + XB + XC = 0,44 + 2,56 + 0,1 + 44 + 1,05 = 48,15 (mW) = 0,048 (W) Tính điện trở các phần tử: + Điện trở đường dây tính bằng công thức: Rđd = Ro.l x (0,4/10)2 = 0,85.4. (0,4/10)2 = 5,44 (mW) - Điện trở của máy biến áp tra bảng ta có: RB = 20 (mW) - điện trở của áp tô mát tổng, trong đó: RA = Rtx + Rlv Rtx: Điện trở tiếp xúc Rlv: điện trở làm việc. Tra bảng ta có: RA = (0,15 + 0,4) = 0,55 (mW) Điện trở tổng các phần tử tính đến điểm ngắn mạch N2: RS = Rđd + RB + RC + RA = 5,44+ 20 + 0,65 + 0,55 = 26,64 (mW) = 0,026 (W) Tổng trở các phần tử trong sơ đồ: ZS1 = = 0,054 (W) Dòng điện ngắn mạch tại N2: I’’N2 = = 4,3(kA) IXKN2= 1,8. .4,3 = 10,94 (kA) 3. Tính điểm ngắn mạch tại N3: Lập sơ đồ thay thế: Tính điện kháng các phần tử: XTC - Điện kháng thanh cái tải điện 0,4 KV. Tra bảng với thanh cái 30x4 có XTC = 0,235 (mW) XA1 - Điện kháng của áp tô mát ra của lộ 1. Tra bảng với áp tô mát loại NS 2500E có: XA1 = 0,28 (mW) - Tính điện trở các phần tử: RTC: Điện trở thanh cái 0,4 KV. Tra bảng ta có 0,167 (mW) RA1: Điện trở của áp tô mát lộ 1: RA1 = (Rtx + Rlv) = 0,36 + 0,6 = 0,96 Tổng trở các phần tử trong sơ đồ: ZS2 = = 1,239 (mW) ằ 0,00124(W) Tổng trở các phần tử đến điểm ngắn mạch N3 là: Z = 0,053+ 0,001 = 0,054W Dòng ngắn mặch tại N3 là: I’’N3 = = 4,3 (kA) IXK = 1,8. .4,3 = 10,9 (kA) III. Kiểm tra thiết bị theo điều kiện ngắn mạch: A. Kiểm tra thiết bị phần cao áp. 1. Kiểm tra dao cách ly: Điều kiện kiểm tra: Uđm ³ Uđmmạng = 10,5 KV Iđm ³ Icb = 12,86 (A) I2nh.tnh ³ BN Ilđđ ³ iXK = 5,22 (kA) I2nh.tnh ³ BN với BN = I2Ni (t + Ta) Trong đó: t: Là thời gian tồn tại ngắn mạch (t = 1s) Ta: Là hằng số thời gian của lưới điện (Ta = 0,05s) ị BN = 2,052 .(1 + 0,05) = 4,4 (A2.S) Như vậy dao cách ly đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 2. Kiểm tra cầu chì: Điều kiện kiểm tra: Uđm ³ Uđmmạng = 10,5 KV IđmCC ³ Ilvmax = 12,86 (A) Trong đó: Ilvmax = Icb dao cách ly. Icắtđm ³ I’’N1 = 2,05 (kA) Như vậy cầu chì đã chọn loại 3GD1 – 205 – 3B đảm bảo yêu cầu kỹ thuật có: Uđm = 12 KV Iđm = 25 A Icắt đm = 63 (kA) B. Kiểm tra thiết bị phần hạ áp 0,4 KV: 1. Kiểm tra áp tô mát tổng: Điều kiện kiểm tra: UđmA ³ Umạng = 500 V Iđm ³ Ilvmax = 337 A Trong đó: Ilvmax = = 337 A Icắtđm ³ I;;N2 = 4,35 kA Như vậy áp tô mát tổng đã chọn loại NS – 400 E đạt yêu cầu kỹ thuật có các thông số sau: Uđm = 500 V Iđm = 400 A Icắt = 15 KA 2. Kiểm tra áp tô mát ở các lộ: a. Kiểm tra áp tô mát lộ 1,2: Điều kiện kiểm tra giống như áp tô mát tổng. UđmA ³ Umạng = = 86,705 (A) Icắtđm ³ I’’N3 = 4,3 kA áp tô mát loại C-100E có: Uđm = 500V; Iđm = 100A; Icắt = 7,5 (kA) Đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. a. Kiểm tra áp tô mát lộ 3,4: Điều kiện kiểm tra giống như áp tô mát tổng. UđmA ³ Umạng = =57,803 (A) Icắtđm ³ I’’N3 = 4,3 kA áp tô mát loại C-60N có: Uđm = 440V; Iđm = 63A; Icắt = 6 (kA) Đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3. Kiểm tra thanh cái hạ thế: - Kiểm tra điều kiện ổn định động: scp ³ stt Trong đó: SCP = 1400 kG/cm2 với thanh dẫn đồng. stt = M = M: mô men uốn tính toán với 1 là khoảng cách giữa các sứ của 1 pha = 50 cm. Ftt: = 1,76.10-2 .l/a. i2XK a: là khoảng cách giữa các pha a = 15 cm, l: chiều dài khoảng vượt, l = 50 cm Ta có: Ftt = 1,76.10-2.50/15.11,072 = 7,189 (kG) M = = 39,946 (kGcm) Với thanh dẫn đặt đứng ta có: W = = 0,08 cm3 dtt = = = 449,33 (kG/cm2) Như vậy: dtt = 449,33 (kG/cm2) < dCP = 1400 (kG/cm) Kiểm tra ổn định nhiệt: Tiết diện của thanh dẫn phải đảm bảo điều kiện: F ³ à .I’’N. Û 30.4 = 120mm2 > 6.4,3 . = 18,24 mm2 Trong đó: tqđ lấy bằng 0,5s à = 6 là hệ số nhiệt của đồng. ị Thanh dẫn đảm bảo ổn định nhiệt. 4. Kiểm tra sứ đỡ thanh cái: - Kiểm tra sứ đỡ theo lực cho phép tác dụng lên đầu sứ: - FCP ³ K. Ftt Trong đó: FCP = 0,6 .Ftt = 0,6 .750 = 450 Kg K = = 1,2 kG K: Hệ số hiệu chỉnh Ftt = 7,189 kG (Tính ở trên) FCP = 450 Kg > 1,2 .7,189 = 8,627 kG Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 5. Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp đầu ra máy biến áp: Điều kiện kiểm tra: F ³ à. I’’N2 . Trong đó: à là hệ số nhiệt độ (Với dây đồng à = 6) tqđ: Thời gian qui đổi lấy bằng thời gian tồn tại ngắn mạch là 0,5s. F ³ 6.4,35 . = 18,5 mm2 So sánh với cáp đã chọn là 150mm2 ta thấy cáp đảm bảo ổn định nhiệt. VI. Tính toán hệ thống tiếp đất cho trạm: Hệ thống nối đát trạm có 3 chức năng chính là: - Nối đát an toàn. - Nối đất bảo vệ - Nối đất chống sét Hệ thống nối đất được kết cấu bởi các thanh thép góc L63x63x6mm dài 2,5m và chúng được nối với nhau bằng thép dẹt 40x4mm tạo thành mạch vòng nối đất xung quanh trạm biến áp. Các cọc đóng sâu 0,7m, thép dẹt được hàn chặt vào cọc, được chôn sâu 0,8m. Yêu cầu của điện trở nối đất đối với trạm có U = 10 KV Rnđ Ê 4 W. - Mặt bằng trạm là: 6x4,5m. - Điện trở suất của đất đo được là rđo = 0,75.104 (Wcm) Hệ số hiệu chỉnh theo mùa của cọc và thanh nối đát là: - Hệ số mùa an toàn Km thanh = 1,6; Km cọc = 1,4 Sơ đồ bố trí hệ thống tiếp địa như hình vẽ. 1. Điện trở nối đất của thanh nối đất; Rđ tính theo công thức: Rt = Trong đó: : điện trở suất của đất tính cho an toàn. : Pđo.Kmthanh = 0,75.104.10-2.1,6 = 120 (Wm) L: Tổng chiều dài điện cực lấy bằng chu vi mạch vòng L = (10+5).2 = 30m H: Độ chôn sâu 0,8m D: Đường kính thanh, vì thanh là thép dẹt nên: D = = 0,02 m (với b là bản rộng của thanh) K: Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối đất K = f .(h/2) Tra tài liệu kỹ thuật ta có: Rt = = 5,926 (W) 2. Điện trở tiếp đất của cọc tiếp đất: - Gọi số cọc cần phải đóng là: n - Gọi khoảng cách giữa các cọc là a ị a = - Gọi l là chiều dài cọc ị l = 2,5m. - L: Chu vi đóng cọc - Nếu lấy tỷ số = 1 ị a = L ị a = 2,5m Vậy số cọc cần đóng ị n = = 12 cọc. Tra tài liệu kỹ thuật điện cao áp ta có hệ số sử dụng của thanh (nt) và (nC) là: nT = 0,31; nC = 0,55. - Điện trở nối đất của cọc tính theo công thức: RC = Trong đó: - : Điện trở suất của đất đã được hiệu chỉnh theo mùa. = đo.Kmcọc = 0,75.104.10-2.1,4 = 105 (Wm) - L: Chiều dài cọc (l = 2,5m) - d: Đường kính cọc, vì cọc là thép góc L63x63x6 nên d = 0,95b. (b là bề rộng thép góc) d = 0,95.60.10-3 = 0,057 (m) - t: là khoảng cách từ mặt đất đến giữa cọc tiếp địa. t = + 0,7 = 1,95m -Thay vào công thức trên ta có: RC = = 32 (W) 3. Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc. RT-C = = 3,867 (W) So sánh điện trở nối đất yêu cầu của trạm là: Rđ Ê 4 (W) Ta thấy: Hệ thống nối đất đã thiết kế cho trạm đạt yêu cầu kỹ thuật. mục lục