ĐÒ ÁN TỐT NGHIỆP  THIẾT KẾ MẠNG PHAN PHÔI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 2204Kv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ --- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4kV B- Các yêu cầu thiết kế: - Bù công suất phản kháng:

Khóa : 09

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Thế Cường,

người thầy đã chỉ dẫn cho em những kiến thức quý báu, cũng như những định

hướng quan trọng trong việc hoàn hành luận văn này

Bên cạnh đó, để có kiến thức như ngày hôm nay em xin chân thành cảm

ơn các thầy cô trong khoa điện - điện tử đã hết lòng truyền đạt cho em những

kiến thức quý giá trong suốt thời gian em học tại trường

Nguyễn Hoàng Thanh

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ hiện đại hóa công ngiệp hóa, các ngành nghề phát triển và tut hậu là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên nghành điện chiếm một vị trí quan trọng trong

xã hội hiện đại Việc hiện đại hóa đất nước để đưa đất nước đi lên, các khu công nghiệp rất cần đến nghành điện.Vì vậy thiết kế một mạng điện phân phối đòi hỏi yếu tố kỹ thuật, kinh tế luôn là mục tiêu hàng đầu của xã hội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠNG PHÂN PHỐI VÀ TRẠM BIẾN ÁP 22/0.4kV

B- Các yêu cầu thiết kế:

- Bù công suất phản kháng: Phân bố công suất phản kháng trên từng đoạn của phát theo điều kiện giảm tổn thất điện năng có xét chi phí tụ bù (kinh tế) – Tính toán

điện áp lúc phụ tải cực đại và cực tiểu Bù ứng động Cho K1 = 0.05 kW; K2 = 20

- Giá tiền 1km đường dây: 10.000 USD

- Giá tiền 1kWh: 0.05 USD

- Số đường dây hạ thế: 6 - Giá tiền MBA: 10 USD/ kVA

Yêu cầu:

- Vẽ đồ thị phụ tải

- Xác định phụ tải tính toán

- Chọn công suất MBA

- Tính tổn thất điện năng, nấc phân áp, ngắn mạch

- Chọn các thiết bị trạm: FCO, LA, TU, TI, CB…

- Sơ đồ tụ bù ứng động lúc phụ tải cục tiểu và các kết quả về sụt áp, tổn thất

- Trắc đồ điện áp trước và sau khi bù lúc phụ tải cực tiểu ở các tuyến chính

- Phối hợp bảo vệ

- Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh trạm

Phần 1:THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI CHƯƠNG 1:

CHỌN DÂY VÀ TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP 1.1Tính toán sụt áp và chọn dây cho đường dây phân phối

1.1.1 Tính sụt áp cho một đoạn của phát tuyến chính

Sụt áp trên đường dây phân phối:

b/ Đường dây có phụ tải phân bố đều:

Sụt áp tổng: ∆Utt%=∆Upb%+∆Utt%

1.1.2 Chọn dây theo điều kiện sụt áp cho phép:

a/ Trường hợp đường dây hình tia:

Để chọn tiết diện dây dẫn cho một đường dây sụt áp cho phép đến phụ tải ở cuối đường dây cần qui đổi tất cả phụ tải tập trung hay phân bố về cuối đường dây như trong sơ đồ sau

Đường dây AE chọn cùng một tiết diện, các bước chọn như sau:

- Chọn một loại dây, kiểm tra Icp>Itổng,tính r0,x0(1)

( ) 3

tong tong

- Nếu ∆U%>∆Ucp quay lại (1) chọn dây có tiết diện lớn hơn

- Lưu ý tiết diện dây thỏa sụt áp phải thỏa điềi kiện phát nóng

- Khi chọn dây cần chú ý đến cỡ dây tối thiểu được đề nghị để hạn chế tổn hao vần quang

500

Phụ tải với phát tuyến chính được thu gọn:

-Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 6.6 mm => r= 3.3 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144lg 0.016 0.393( / )

3.3*10

tb

D

km r

 Không đạt yêu cầu

-Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 8.4 mm => r= 4.2 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144 lg 0.016 0.378( / )

4.2*10

tb

D

km r

% % td 1.83*10 * 2277.5 *10 4.16% 4%

U K S l 

 Không đạt yêu cầu

-Kiểm tra điều kiện sụt áp:

5 7

85045.66( )

-Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 5.4 mm => r= 2.7 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144lg 0.016 0.406( / )

2.7*10

tb

D

km r

- Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 6.6 mm => r= 3.3 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144 lg 0.016 0.393( / )

3.3*10

tb

D

km r

- Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 8.4 mm => r= 4.2 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144 lg 0.016 0.378( / )

4.2*10

tb

D

km r

td

S     kVA

S 5-8= 900(kVA)

5 8

90070.86( )

-Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 5.4 mm => r= 2.7 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144 lg 0.016 0.406( / )

2.7 *10

tb

D

km r

- Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 6.6 mm => r= 3.3 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144 lg 0.016 0.393( / )

3.3*10

tb

D

km r

- Kiểm tra điều kiện sụt áp:

d= 8.4 mm => r= 4.2 mm

3 0

1.37 0.144 lg 0.016 0.144lg 0.016 0.378( / )

4.2*10

tb

D

km r

Bảng chọn dây cho các phát tuyến nhánh:

CHƯƠNG 2:

TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2.1 Tính tổn thất công suất và tổn thất điện năng

2.1.1 Cách xác định tổn thất công suất

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng được tính theo công thức:

2 2

2 0

Tổn thất công suất được tính trong 3 trường hợp sau

và phân bố 3

tt tt

S I

U



3

pb pb

S I

Có thể tính tổn thất theo công suất phụ tải

Các phụ tải có cùng hệ số công suất

P P

toanmang

A A

toanmang

P P

toanmang

A A

A



TAC: tổng chi phí hằng năm

AIC: chi phí đầu tư đương hằng năm của một đường dây

AEC: chi phí tổn thất điện năng hằng năm của đường dây

ADC: chi phí yêu cầu hằng năm để bù vào tổn thất công suất của phát tuyến

3.1.1Cách xác định chi phí

Chi phí đầu tư tương đương hằng năm của một đường dây(AIC)

AIC=ICF.iF.l

ICF :chi phí xây dựng đường dây($/km)

Đường dây xây trên không 22kv, mạch đơn cột bê tông cốt thép 14m

ICF = 10000-17000($/km)

iF : hệ số khấu hao, giả thiế bằng 0.1( khấu hao trong 10nam)

l: chiều dài đường dây(km)

chi phí tổn thất điện năng hằng năm của đường dây(AEC)

Chi phí yêu cầu hằng năm để bù vào tổn thất công suất của phát tuyến (ADC)

Chi phí cho 1km phát tuyến hay nhánh: TAC1km=TAC/l,$/km

,

phattuyen nhanh

TAC  AICAECADC

TAC toàn mạng =TAC các phát tuyến+TAC các nhánh

5 3-4 AC

50 3.5 3500 5681.307 622.312 9803.618 2801.033

6 2-3 AC

50 1.5 1500 3283.975 359.715 5143.69 34298.127

CHƯƠNG 4:

TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

BÙ ỨNG ĐỘNG TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong mạng phân phối:

Khả năng tải của đường dây phân phối được giới hạn bởi điều kiện phát nóng hay bởi độ sụt áp Việc lắp đặt tụ bù ngang sẽ cải thiện được hệ số công suất và giảm dòng điện trong mạch với một công suất kW cho trước Do đó, đường dây có thể cung cấp nhiều phụ tải hơn trước khi được nâng cấp nếu cần Việc giảm dòng điện sẽ làm giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

Tụ bù ngang còn có tác dụng tăng điện áp Nếu dùng tụ tự động đóng cắt theo tải ( bù ứng động ) thì điện áp được cải thiện do tụ bù cung cấp công suất kháng thay đổi tùy theo yêu cầu của phụ tải phản kháng

Giảm tổn thất điện năng có xét chi phí đặt tụ bù

Xét một đoạn đường dây có đặt một vị trí tụ bù Tổng tiền tiết kiệm được sau khi đặt tụ bù ( chẳng hạn như một năm):

Σ$=tiết kiệm do giảm tổn thất điện năng trong một năm+tiết kiệm chi phí vận hành trong một năm của nguồn phát để bù vào tổn thất công suất tính theo phần trăm tiền đầu tư nguồn phát- chi phí vận hành hằng năm của tụ bù tính theo phần trăm tiền đầu tư tụ bù

K3: $/kVAr chi phí vận hành hằng năm 1kVAr công suất tụ bù

2

RQ

Giải đồng thời hai phương trình (1) và (2)dtdt để tìm x và c

10

K U F

Nếu giải x>1 thì chọn lại x=1( đặt tụ ở cuối đoạn) và tìm c từ ( $) 0

10 ( $)

số công suất Ở đây tính tụ ứng động theo hệ số công suất

Tính toán lượng cần bù lúc phụ tải cực tiểu được trình bày trong sơ đồ:

Tính tổng phụ tải của phần đường dây phía sau tụ bù lúc phụ tải cực tiểu, tải này coi như một tải tập trung Qtt.min:

Qtt.min = Qtt.min 0 - QC,phía sau

Qtt.min.0 = Ptt.min tg0

Chỉ số 0 tương ứng với số liệu ban đầu của đề bài

Tính hệ số công suất của phần phụ tải tập trung ngay sau tụ:

tgtt,min =

min , tt

min , tt

P

Q

suy ra costt,min

Nếu costt,min < 0,95 thì tiến hành bù ứng động:

Yêu cầu hệ số công suất ở cuối đoạn đường dây ngay sau tụ điện là 0,95 trễ ứng với tgyêu cầu = 0,328684105, suy ra lượng bù lúc phụ tải cực tiểu:

QC,min = Qtt.min - Ptt.min tgyêu cầu

Để có lượng bù ứng động thì điều kiện là:

0 < QC,min < QC, của đoạn lúc tính bù

Suy ra lượng bù ứng động (cắt ra lúc phụ tải cực tiểu):

QC,ứng động = QC, của đoạn lúc tính bù - QC,min

Nếu QC,min > QC, của đoạn lúc tính bù thì không có tụ ứng động cần cắt ra và như vậy vẫn dùng QC, của đoạn lúc tính bù lúc phụ tải cực tiểu, lúc này:

QC,min = QC, của đoạn lúc tính bù

Nếu costt,min > 0,95: cắt luôn tụ QC, của đoạn lúc tính bù lúc này QC,min = 0

2 max

2 max

Trong đó: Giảm_A= 

2

' ' max

2 [2 ]

RQ

cx x x c

U   

Tiết kiệm do giảm tổn thất điện năng:

Tiết kiệm do giảm tổn thất công suất:

Chi phí tụ bù:

Chi phí tụ = Qbù * K3 = 264* 0.5 = 132 $ Tổng tiết kiệm:

Tổng tiết kiệm = tiết kiệm 1 + tiết kiệm 2 – chi phí tụ Tổng tiết kiệm = 8.295+1.103-132=-122$

4.3Tính toán điện áp lúc phụ tải cực đại:

Các đoạn còn lại ta tính tương tự như trên

Điện áp tại các nút lúc phụ tải cực đại

,min ,min ,min * 59.88 78.84*0.328 34( )

-Tính tổng trở thứ tự không của đường dây: chọn trụ đở thẳng dùng đà 2.4(m)

500

-Bán kính tự thân của dây pha:

-Bán kính tự thân của dây trung tính: chọn dây trung tính nhỏ hơn một cấp

-Dây trung tính AC-35: r00.85( / km),x00.378( / km) 

3 8747.33( )1.452

0 2 ( _ _ _ )

0 2 ( )

Phối hợp Recloser và cầu chì

ACR đặt trên tuyến phát chính, cầu chì đặt ở đầu dường dây nhánh để bảo vệ cho đường dây nhánh

Dòng điện lâu dài liên tục của dây chì ( fuse link) chọn khoảng 150% dòng định mức đối với chì thiếc ( tin link ) và bằng 100% dòng định mức đối với chì bạc (silver link)

Căn cứ vào dòng điện ở đầu nhánh lúc phụ tải cực đại để chọn dây chì cố định mức thích hợp và đường đặc tính A-s tương ứng (TTC) Đường đặc tính A-s của dây chì

có tính tản mạn và gồm 2 đường Đường dưới là đường ứng với thời gian chảy tối thiểu,đường trên ứng với thời gian chảy giải trừ lớn nhất

Đường đặc tính của dây chì phải nằm giữa 2 đường đặc tính của A-ACR và B-BCR của recloser

Khi có ngắn mạch trên đường nhánh thì chì không cho đứ ngay vì sự cố có the63thoa1ng qua hi vọng có thể tái lập mà không gây mất điện Khi đó ACR làm việc theo đặc tính nhanh A-ACR Sau 2 lần tác động nhanh mà sự cố vẫn còn tồn tại thì ACR chuye63b sang làm việc theo đặc tính chậm B-ACR và khi đó chì sẽ chảy

và chỉ làm mất điện đường dây nhánh

Do có hiện tượng mỏi do nhiệt của dây chì khi dòng ngắn mạch qua nó trong những lần tác động nhanh của ACR(lúc này chì chưa kịp chảy) Tác dụng nhiệt chồng chất gây ra bởi ACR lên dây chì mà dây chì phải chịu đụng phải nhỏ hơn đặc tính phá hủy dây của dây chì và điều mong muốn là dây chì không đượ phép chảy trong giai đoạn mà ACR làm việc theo đặc tuyến nhanh Điều này thực hiện bù trừ qua phối hợp bằng cách dùng hệ số nhân k để nhân thời gian của A-ACR với hệ số này và

đường mới A’-ACR vẫn còn còn nằm dưới đường đặc tính thời gian chảy tối thiểu của dây chì

1187 631

1013 509

1187 631

1415

628 

1968

747 4111

895

4411

1070

10T  25T 

10T 

25T  50T

100T 200T

Phần 2:

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP

Chương 6:

PHỤ TẢI CỦA TRAM BIẾN ÁP (TBA)

TBA là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện TBA dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Các TBA, trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhà máy phát điện làm thành một

hệ thống phát, truyền tải và phân phối điện năng thống nhất

Giới thiệu các dạng của TBA

TBA thường có các dạng sau: trạm treo, trạm cột, trạm kín, trạm trọn bộ Căn cứ vào điều kiện đất đai, môi trường mỹ quan, kinh phí mà chọn kiều trạm cho thích hợp từng công trình

Trạm treo là kiểu toàn bộ các thiết bị cao áp, hạ áp và máy biến áp được đặt lên cột

Tủ hạ áp có thể được đặt trên cột, cạnh MBA hay trong buồng phân phối dưới đất Trạm treo có ưu điểm là tiết kiệm đất thích hợp cho trạm công công đô thị, TBA cơ quan Để đảm bảo an toàn chỉ cho phép dùng trạm treo cho cỡ máy 250kVA 15 hoặc 22/0.4kV

Trạm cột

Dùng phổ biến ở nông thôn hoặc cơ quan

Thiết bị cao áp đặt trên cột, MBA dưới đất, tủ phân phối đặt trong nhà

Xung quanh trạm có xây tường rào

Trạm kín

Dùng cho nơi cần an toàn, nơi nhiều khói bụi, hóa chất ăn mòn

Gồm 3 phòng: phòng đặt thiết bị cao áp, phòng MBA, phòng đặt thiết bị phân phối

-Thời gian sử dụng công suất cực đại trong 1 năm của phụ tải:

*sin 440*0.66 290.4( )

tt tt

Q S   kVAr  

6.2 Chọn máy biến áp:

440

396

352

308

264

220

176

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 S i (kVA) 176 220 264 308 352 396 264 308 396 440 308 264 220 K i 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.6 0.7 0.9 1 0.7 0.6 0.5 K i2 0.16 0.25 0.36 0.49 0.64 0.81 0.36 0.49 0.81 1 0.49 0.36 0.25 T i 2 2 1 2 1 3 1 2 2 4 1 1 2 K2=1 T2=4 2 2 2 2 2 1 0.9 *5 0.7 *3 0.6 0.8 0.807 10 i i i K T K T           Ta có K1=0.807;T2=4h theo đường cong quá tải K2cp=1.1>K2=1

Điện năng của trạm trong một năm

S

S

6.5 Sụt áp qua MBA lúc phụ tải cực đại và cực tiểu:

Ta kí hiệu phụ tải lúc cực đại là 1 và cực tiểu là 2

B B B

Sụt áp qua MBA lúc phụ tải cực tiểu:

2 2

2

132*13.61 116.16* 46.45

0.327( ) 22

6.6 Chọn đầu phân áp cho MBA:

MBA có 4 đầu phân cấp 2x 2.5%  phía cao áp

Điện áp không tải phía thứ cấp Ukt,hạ=1.05Uđm,hạ=1.05*380=400V

Đối với MBA 22/0.4KV có 4 đầu phân áp cao áp như sau:

5% 23.1 2.5% 22.55

0 22 -2.5% 21.45 -5% 20.09

Tính toán thiết kế đường dây phân phối

Phần trăm sụt áp lúc phụ tải cực đại ∆Umax%= 3.928

6.7 Sơ đồ nguyên lý

cb MVA

cb

U Z

Ucb=Uđm=22kV là điện áp định mức phía cao áp của MBA

Ucb,hạ=Ucb2=0.4kV là điện áp định mức thứ cấp của MBA Tổng trở cơ bản:

Ngắn mạch 3 pha trên thanh góp 0.4kV điểm N2

Tổng trở tương đương nhìn từ thanh góp hạ áp

Chọn cầu chì tự rơi (FCO)

Chọn cầu chì có mã hiệu là C710-211PB do CHANGE chế tạo

Chọn dây chì dùng cho FCO theo dòng điện

 10.49*2.4=25.176(A)

Tra bảng chọn loại dây chì loại 20K ứng với hệ số dây chì là 30 và định mức

cutout là 50(A)

Chọn máy biến dòng (BI)

Gồm 3 BI 22kV có tỷ số biến dòng BI 15/5 cho trạm có công suất là

400(kVA)

Chọn máy biến điện áp (BU)

3 BU 12700/120 V đối với tram2kV

2x2M200+M300: 3 pha, mỗi pha chập 2 sợi cáp một lỏi, tiết diện 1 lỏi

200mm2 Dây trung tính là cáp 1 lỏi tiết diện 300mm2

Icp(1 sợi)=506(A)

Hai sợi có Icp=506*2=1012 > 577.35(A)

Kiểm tra ổn định nhiệt:

N cap

B F

Số đường dây hạ thế cung cấp từ trạm là 6 đường

Giả thiết 6 đường dây mang tải bằng nhau

Dòng điện mỗi đường lúc bình thường

577.35

96.23( )6

I  A

Giả sử trong 6 đường dây có 2 đường vận hàng song song, khi sự cố 1 đường dây, đường dây còn lại phải tải toàn công suất 2 đường Khi đó dòng điện cưỡng bức trên 1 đường dây là

I cb 96.23*2 192.46( ) A

Chọn 3 cáp đồng 1 lỏi tiết diện 50mm2 có ký hiệu 3x1M50 cho 3 pha, có

Icp=207, dây trung tính chọn nhỏ hơn 1 cấp là dây 35, cách điện PVC do LENS chế tạo

Kiểm tra ổn định nhiệt:

N cap

B F

Dòng ngắn mạch phía hạ áp của MBA(điểm N2) IN=13750(A)

Chọn aptomat có mã hiệu: 320-800A C801N do Merlin Gerin chế tạo

Dòng cưỡng bức qua cáp:192.46(A)

Chọn aptomat có mã hiệu:EA-203 do Nhật chế tạo

Chọn chống sét loại giá đỡ dùng cho MBA và đường dây 22kV mã hiệu

AZLP531A24 do hãng Cooper chế tạo

6.13 Nối đất:

Tất cả các trạm biến áp của hệ thống cung cấp điện phải có hệ thống nối đất

với Rđ<=4(Ω),các đường dây cao áp đều phải nối đất cột điện, các tủ điện

cũng phải thực hiện nối đất để đảm bảo an toàn cho người quản lý và vận

hành

Hệ thống nối đất của trạm biến áp gồm 3 chức năng: nối đất làm việc, nối đất

an toàn, nối đất chống sét Hệ thống nối đất của trạm biến áp gồm 2 phần