THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÁN KHU DÂN CƯ

Phụ tải tính toán ở điểm nút của hệ thống cung cấp điện phân xưởng, tòa nhà, xí nghiệp… được xác định bằng tổng phụ tải tính toán của các thiết bị nối đền nút này có kể đến hệ số đồng th

Trang: i

MỤC LỤC

PHẦN A: NỘI DUNG

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TOÀN KHU DÂN CƯ 1

1.1 Giới thiệu chung về toàn khu dân cư 1

1.2 Nội dung tính toán thiết kế tính toán bao gồm 2

1.3 Cơ sở lý luận thuyết kế hệ thống điện 2

Chương 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 13

2.1 Tính toán phụ tải cho từng khu 13

2.2 Tính toán phụ tải cho toàn bộ các khu 15

Chương 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN KHU DÂN CƯ 17

3.1 Nguồn điện 17

3.2 Các phương án cung cấp điện cho các khu 17

Chương 4: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ 19

4.1 Khái quát và phân loại trạm biến áp 19

4.2 Chọn vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp 22

4.3 So sánh phương án về phương diện kinh tế - kỹ thuật 29

4.4 Sơ đồ trạm , tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ đường dây và MBA 30

4.5 Chọn phụ kiện 52

Chương 5: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP 55

5.1 Các biện pháp nối đất 55

5.2 Tính toán nối đất 55

5.3 Mặt bằng nối đất trạm 59

Chương 6: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 60

6.1 Phương án cung cấp điện và phụ tải tính toán cùa các tuyến cho từng khu 60

6.2 Chọn dây dẫn 66

6.3 Chọn MCCB phía hạ áp 71

6.4 Chọn tủ phân phối 77

6.5 Trụ điện hạ thế 78

Tài liệu tham khảo 80

Trang: 1

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TOÀN KHU DÂN CƯ

1.1 Giới thiệu chung về toàn khu dân cư

Khu dân cư, có số liệu nêu như sau:

Nhà liên kết tiêu thụ công suất đặt: Sđ =3KVA

Biệt thự tiêu thụ công suất đặt: Sđ =5KVA

Khu vực công cộng tiêu thụ công suất tính toán bằng 30% tổng công suất tính toán của nhà liên kết và biệt thự của khu

Sơ đồ mặt bằng khu dân cư:

Trang: 2

Hình 1.1: Sơ đồ mặt bằng khu dân cư Theo thiết kế, khu dân cư gần đường dây trung thế, đường dây trung thế nằm cách 2.2m

1.2 Nội dung tính toán thiết kế tính toán bao gồm

ـ Xác định phụ tải tính toán

ـ Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn khu dân cư

ـ Thiết kế trạm biến áp

ـ Tính toán nối đất trạm biến áp

ـ Thiết kế mạng điện hạ áp cho từng khu

1.3 Cơ sở lý luận thuyết kế hệ thống điện

1.3 1 Các phương pháp tính phụ tải tính toán

a Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Phụ tải tính toán đựơc xác định theo công thức

tb tt

tt P tg

Q  

(2-1)

Trang: 3

 cos

2

tt tt tt

P Q

P

Trong đó:

+ knc: Là hệ số nhu cầu

+ Pđi: Là công suất đặt của thiết bị thứ i

Phụ tải tính toán ở điểm nút của hệ thống cung cấp điện (phân xưởng, tòa nhà,

xí nghiệp…) được xác định bằng tổng phụ tải tính toán của các thiết bị nối đền nút này có kể đến hệ số đồng thời, tức là như sau:

2 1

2 1

) (

)

n i tti

n i đt

: Tổng phụ tải tác dụng tính toán của các nhóm thiết bị

: Tổng phụ tải phản kháng tính toán của các nhóm thiết bị

: Hệ số đồng thời

Ở phương pháp này ta có các ưu nhược điểm sau:

+ Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản, tính toán nhanh

+ Nhược điểm: Phương pháp này không thật chính xác

b Xác định phụ tải tính toán theo phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Phụ tải tính toán được xác định theo công thức sau:

Ptt = po.F (2-4)

Trong đó:

+ po: Là suất phụ tải trên 1m2 diện tích sản xuất(kW/m2

) + F: Là diện tích sản xuất m2

Đối phương pháp này thì kết quả chỉ gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều

1

đt

K

T

a M

Ptt  (2-5)

Trong đó:

+ M: Là đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

+ a0: Là suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)

+ Tmax: Là thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h

Phương pháp này hay được dùng cho các thiết bị mà có đồ thị phụ tải ít biến đổi với kết quả tương đối chính xác

d phưong pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình (phương pháp số thiết bị hiệu quả)

Phương pháp này thì phụ tải tính toán đựơc xác định theo công thức:

e Nội dung chi tiết của phương pháp hệ số K max và công suất tiêu thụ trung bình P tb

Trang: 5

+ n: Là số thiết bị trong nhóm

+ Pđmi: Công suất định mức của nhóm thiết bị thứ i (kW)

Trong 2 công thức (2-6) và (2-7) ta thấy rằng ta cần phải đi xác định hệ số kmax

và ksd

 Xác định hệ số sử dụng: k sd

Hệ số sử dụng là tỉ số giửa phụ tải tác dụng trung bình với công suất tác dụng định mức của thiết bị Nó nói lên mức độ sử dụng của thiết bị điện trong một chu kì làm việc

 Hệ số k sd được xác định theo công thức:

+ Đối với một thiết bị:

dm

tb sd

n i tbi dm

tb sd

P

P P

P k

1

1 (2-9)

Trên thực tế người ta tính kmax theo đường cong kmax= f (nhq,ksd) hoặc tra theo bảng PL1.6-[1]

 Xác định hệ số thiết bị hiệu quả (n hq)

Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế (gồm các

thiết bị có hế độ làm việc và công suất khác nhau)

Xác định hệ số thiết bị hiệu quả theo công thức:

hq

P

P n

) (

+ n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị

có công suất lớn nhất trong nhóm

+ P, P1: Tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

Sau khi tính được n* và p* ta sửdụng bảng 3-PL1.5-[1] để tìm nhq* từ đó tính

nhq theo công thức:

nhq=nhq*.n

 Xác định công suất trung bình: (p tb )

Phụ tải trung bình là một đặc trưng tính của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ vào đó để đánh giá giới hạn tính toán:

Phụ tải trung bình được xác định theo công thức:

t

Q q

t

P

p tb   tb  

; Đối với một nhóm thiết bị thì:

n

i i

P

1 1

Trong đó:

Trang: 7

+ P, Q: Điên năng tiêu thụ trong một khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr

+ t : Thời gian khảo sát, h

Phụ tải trung bình là một con số rất quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tổn thất điện năng

Các lưu ý khi áp dụng phương pháp này để xác định phụ tải tính toán Trong một số trường hợp cụ thể ta có thể dùng một số công thức gần đúng sau + Trường hợp: n ≤ 3 và nhq < 4 khi đó phụ tải tính toán được xác định theo công thức:

Trong đó: kpt là hệ số phụ tải từng máy

Ta có thể lấy như sau:

kpt = 0,9 đối với các thiết bị làm việc ở chế dộ dài hạn

kpt = 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế đô làm việc ngắn hạn lặp lại + Trường hợp: nhq >300 và ksd < 0.5 thì hệ số kmax được lấy ứng với

Các thiệt bị đó lên 3 pha của mạng và tính phụ tải tính toán cho nó theo

phương pháp một số phụ tải đặc biệt

Phụ tải đỉnh nhọn

Trang: 8

Là phụ tải xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn từ 1s÷2s nó dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, điều kiện làm việc của cầu chì, và chúng được xác định như sau:

+ Đối với một máy:

I đn = Imm =kkđ Iđm (2-17)

Trong đó: kkđ là hệ số mở máy

Đối với động cơ lồng sóc, dây quấn thì: kkđ = 5 đến 7

Đối với các lò điện thì: kkđ  3

Đối với máy, động cơ một chiều: kkđ = 2.5

+ Đối với một nhóm máy:

Iđn = Immmax + ( Itt - ksd Iđmmax) (2-18)

Trong đó:

Immmax: Là dòng mở máy lớn nhất của thiết bị trong nhóm

Iđmmax : Là dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất

1.3.2 Khái quát về phương án cung cấp điện

Việc chọn phương án cung cấp điện bao gồm:

Phương án điện được chọn sẽ xem là hợp lý nếu thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Đảm bảo chất lượng điện

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục phù hợp với yêu cầu phụ tải

- Vận hành đơn giản, dễ lắp ráp và sửa chữa

Đối với các thiết bị trong xí nghiệp có công suất lớn, nhỏ, trung bình khác nhau, nên ta chọn phương pháp cung cấp điện có sơ đồ dạng hỗn hợp (gồm sơ đồ hình tia và sơ đồ phân nhánh), sao cho phù hợp với đặc

- Sơ đồ hình tia: Đơn giản độ tin cậy cao dễ dàng trong vận hành, bảo quản và sửa chữa

b Chọn vị trí, số lượng và công suất của trạm

Vị trí: việc chọn vị trí lắp đặt máy biến p phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Gần tâm phụ tải

- An toàn, liên tục cung cấp điện

- Thao tác vận hành và sửa chửa dễ dàng

- Phòng việc cháy nổ, bụi bặm, khí ăn mòn

- Chi phí đầu tư nhỏ

Số lựơng: Chú ý đến mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải và tính chất quan trọng của phụ tải về phương diện cung cấp điện

Dung lượng máy biến áp: Máy biến áp có công suất đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải:

SMBA Sphụ tải ; AMBA: bé nhất

1.3.4 Tổn thất điện năng và chi phi vận hành

Chi phí vận hành hàng năm trong hệ thống cung cấp điện xí nghiệp bao gồm:

Cbq: Chi phí về tu sửa bảo quản

Ckh: Chi phí về khấu hao

Cmđ: Chi phí tổn thất kinh tế do mất điện chi phí này được kể đến khi so sánh giữa các phương án có độ tin cậy cung cấp điện

Cphụ: Chi phí phú khác như làm mát, sưởi ấm

Trang: 10

Từ công thức trên ta thấy: Trong thành phần của chi phí vận hành hàng năm

thì chi phí về tổn thất điện năng chiếm một vị trí rất quan trọng trong chi phí

chung Chi phí điện năng sinh ra ở trong máy biến áp cũng như ở trên đường dây

trong thời gian vận hành máy biến áp

Tổn thất điện năng trên đường dây:

A = P.t hay A = Pi.ti với ti = 8760h

A = Pmax T KWh

Trong đó :

R U

Q P

r0: Điện trở trên một đơn vị chiều dài /Km

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

S

S P P

đm

pt N



Trong đó: T: Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất (Tra bảng phụ thuộc

vào Tmax vào cos)

t: Thời gian vận hành thực tế của máy biến áp, giờ (h)

đm

pt N BA

S

S P P

Sđm: Phụ tải định mức của MBA, KVA

Spt: Công suất phụ tải, KVA

Thời gian thu hồi vốn đầu tư:

B A

B A

C C

V V

Trang: 11

CA, CB: Chi phí vận hành hàng năm của phương án A, B, đơn vị 103đồng/năm

1.3.5 Ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện

a khái niệm chung

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau và chạm đất, hay nói cách khác

đó là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở suất nhỏ có thể xem như bằng không Khi ngắn mạch tổng trở của hệ thống bị giảm xuống và tùy theo vị trí điểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở hệ thống giảm nhiều hay

ít Khi ngắn mạch dòng điện và điện áp trong thời gian quá độ đều thay đổi, dòng điện tăng lên rất nhiều so với lúc làm việc bình thường Còn điện áp trong mạng điện cũng giảm xuống mức độ giảm nhiều hay ít là tùy thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch so với nguồn cung cấp

Để lựa chọn được tốt các phần của hệ thống cung cấp điện, chúng ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch có thể xảy ra và tính toán được các số liệu về tình trạng ngắn mạch như : Dòng điện ngắn mạch và công suất ngắn mạch, các số liệu này còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, định phương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện Vì vậy tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

Nguyên nhân gây ngắn mạch:

- Tác động cơ học: Cây đổ, gãy, giông bão

- Tác động bên trong: Cách điện hỏng bởi dùng quá nhiệt

Trang: 12

- Tính toán dòng ngắn mạch

1.3.6 Nâng cao hệ số công suất cos

Nâng cao hệ số công suất cos một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng

Hệ số công suất cos được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau đây:

Giảm đựơc tổn thất công suất trong mạng điện

ـ Giảm đựơc tổn thất công suất trong mạng điện

ـ Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

ـ Giảm khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Ngoài ra việc tăng hệ số cos còn đưa đến hiệu quả làm giảm đựơc chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát của máy phát điện v.v

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos

ـ Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên: Là tìm biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như: áp dụng các quá trình công nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý thiết bị điện, v.v

ـ Nâng cao hệ số công suất cos bằng phương pháp dung lựơng bù: Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công suất phản kháng, ta giảm đựơc lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số công suất cos

của mạng

Trang: 13

Chương 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Trong thiết kế cung cấp điện thì phụ tải tính toán là số liệu rất quan trọng

Vì nhờ phụ tải tính toán ta mới có thể chọn được các thiết bị điện: MBA, dây dẫn

và các thiết bị đóng cắt cũng như các thiết bị khác, đồng thời mới có thể tính được các tổn thất: Điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng

Để xác định phụ tải tính toán một cách chính xác là rất khó khăn vì phụ tải điện phụ thuộc các yếu tố như: Công suất, số lượng các thiết bị và chế độ vận

hành cũng như các quy trình công nghệ của các thiết bị trong vận hành Nếu ta xác định phụ tải tính toán không chính xác thì xảy ra một số trường hợp sau:

- Nếu phụ tải tính toán Ptt < Pthựctế khi đó sẽ làm giãm tuổi thọ của thiết

bị và không những có thể gây cháy nổ vì các thiết bị bảo vệ đã chọn không đảm bảo đựợc yêu cầu tác động khi xảy ra sự cố

- Nếu phụ tải tính toán Ptt > Pthựctế khi đó sẽ dẩn dến lãng phí cho đầu tư vốn nhưng không mang lại hiệu quả gì về kinh tế cũng như kỹ thuật Một khu dân cư bao gồm nhiều khu nhỏ cấu thành Vì vậy để xác định phụ tải tính toán của toàn khu dân cư ta xác định phụ tải tính toán cho từng khu sau đó

ta mới tính toán cho toàn khu

Để đưa ra đựơc một phương pháp tính toán phù hợp ta cần phải lựa chọn trên các phương pháp tính toán đã có

2.1 Tính toán phụ tải cho từng khu

2.1.1 Xác định Phụ tải của từng khu

Trang: 14

Stt Tên khu Tên hộ tiêu thụ Số

lượng

Công suất đặt S(KVA)

1 Khu A Nhà liên kết

Biệt thự Bãi đậu xe Tòa nhà công cộng

kết và biệt thự của khu 

2 Khu B Nhà liên kết

Biệt thự Khu vườn ở, nhà

suất tính toán nhà liên

kết và biệt thự của khu 

3 Khu C Nhà liên kết

Biệt thự Khu vực công cộng

suất tính toán nhà liên

kết và biệt thự của khu 

4 Khu D Nhà liên kết

Biệt thự Khu vực công cộng

suất tính toán nhà liên

kết và biệt thự của khu 

Bảng 2.1: Phụ tải của toàn khu dân cư

* 3

8

* 3

28

* 3

96

* 3

04 339



2.2 Tính toán phụ tải cho toàn bộ các khu

Tổng công suất tính toán của toàn bộ khu dân cư:

Stt-k = 436.8 +293.28 + 492.96 + 339.04 = 1562.08kVA

Trang: 16

Dòng điện tính toán của toàn bộ khu dân cư: Itt-k = 2373 34 A

38 0

* 3

08

1562 

Stt Tên khu Stt-k

(kVA)

Itt-k (A)

3.2 Các phương án cung cấp điện cho các khu

Vì đây là một khu dân cư bao gồm 4 khu dân cư hợp thành nên diện tích lớn, công suất tiêu thụ của toàn khu tương đối lớn Vì vậy ta thiết kế 2 trạm biến áp mỗi trạm gồm 2 máy biến áp hoạt động song song vận hành theo sơ đồ sau

22KV

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện

- Tuyến 1: Từ trạm biến áp 1 cung cấp điện cho khu A và khu C

- Tuyến 2: Từ trạm biến áp 2 cung cấp điện cho khu B và khu D

3.2.2 Phương án 2:

Cáp được kéo từ 2 trạm biến áp thành 2 tuyến cáp, mổi tuyến lên cung cấp điện cho 2 khu:

- Tuyến 1: Từ trạm biến áp 1 cung cấp điện cho khu A và khu B

- Tuyến 2: Từ trạm biến áp 2 cung cấp điện cho khu C và khu

Trang: 19

Chương 4: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO

VỆ 4.1 Khái quát và phân loại trạm biến áp

Trạm biến áp phụ tải là trạm biến áp biến đổi điện áp trên lưới trung thế sang cấp điện áp cung cấp cho các thiết bị dùng điện Trạm được xây nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp để lấy điện phục vụ cho sản xuất hoặc ở các khu dân cư cung cấp điện cho các hộ gia đình

Theo mô hình mới, mạng trung thế chỉ còn cấp điện áp cấp 22KV Tuy nhiên, trong giai đoạn quá độ hiện nay vẫn tồn tại các cấp cũ: 6; 10; 15; 35KV Hiện nay, ở Thành Phố cấp điện áp cũ duy nhất tồn tại là cấp 15KV, giai đoạn trước mắt vẫn vận hành ở cấp điện áp này, song song với việc xây dựng các trạm mới tuy vẫn vận hành ở cấp 15KV nhưng có thể chuyển đổi về cấp 22KV như (15

 22)/ 0,4kV (cuộn sơ cấp kiểu tự ngẫu), để cho việc chuyển đổi hoàn toàn trong tương lai

4.1.2 Phân loại trạm biến áp

Các trạm biến áp trung /hạ có kết cấu khác nhau phụ thuộc vào độ lớn của tải

(công suất của trạm), loại nguồn hệ thống, số đường dây đến, đường dây đi, tầm quan trọng phụ tải v.v…

Các trạm có thể được xây nơi công cộng, chẳng hạn như khu dân cư, trong khuôn viên các hộ phụ tải dân dụng công suất lớn, trong khuôn viên xí nghiệp …

Về hình thức và cấu trúc của trạm biến áp được chia thành trạm ngoài trời và trạm trong nhà

a Trạm biến áp ngoài trời

Trạm biến áp ngoài trời: là loại trạm mà các thiết bị điện như dao cách ly, cầu chì, máy cắt, thanh góp, máy biến áp đều đặt ngoài trời Riêng phần phân phối điện áp thấp đặt trong nhà hoặc đặt trong các tủ chế tạo sẵn chuyên dùng

Trang: 20

Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn vì máy biến

áp và các thiết bị phân phối có kích thước lớn nên có đủ diện tích để lắp đặt các thiết bị này trong nhà, và tiết kiệm được chi phí xây dựng khá lớn

b Trạm biến áp trong nhà

Trạm biến áp trong nhà: là loại trạm mà máy biến áp và tất cả các thiết bị điện đều đặt trong nhà, về chức năng trạm biến áp được chia thành trạm trung gian (trạm khu vực) và trạm phân phối (trạm phân xưởng) Loại trạm này hay gặp ở trạm biến áp phân xưởng hoặc các trạm biến áp của các khu vực trong thành phố Trạm biến áp trung gian hay còn gọi là trạm biến áp chính Trạm này nhận điện từ hệ thống điện có điện áp (110 - 220) kV biến đổi thành điện áp 15kV hay 22kV

Trạm phân phối: Công suất tương đối nhỏ cấp điện áp phía sơ cấp là (15

22) kV, phía thứ cấp có các điện áp là 220/127V, 0,4kV Loại trạm biến áp này thường được dùng để cung cấp điện cho khu dân cư hoặc cho phân xưởng

Trạm biến áp loại này thường có kết cấu như sau: Trạm treo, trạm giàn, trạm nền, trạm kín (lắp đặt trong nhà), trạm trọn bộ (nhà lắp ghép)

Trong thực tế cần căn cứ vào địa hình, môi trường làm việc, công suất trạm, tính chất quan trọng của phụ tải, môi trường mỹ quan và kinh phí đầu tư mà chọn loại trạm cho phù hợp

Trạm treo là kiểu trạm toàn bộ các thiết bị trung áp, hạ áp, máy biến áp được đặt trên cột BTLT Máy biến áp thường là loại một pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha Tủ hạ áp có thể đặt trên cột cạnh máy biến áp hay trong nguồn phân phối xây dựng dưới đất

Trạm treo có ưu điểm là tiết kiệm đất, thích hợp cho trạm công cộng đô thị, trạm biến áp cơ quan

Trạm treo, máy biến áp thường là 1 pha hoặc 3 pha Để đảm bảo an toàn chỉ cho phép dùng trạm treo cho cỡ máy có công suất đối với trạm 1 pha: 10-15-25-37,5 – 50kVA, trạm ba pha là ba MBA 1 pha < 3x75kVA Với cấp điện áp (15 

22) / 0,4kV, phần đo đếm được trang bị phía hạ áp

Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan thành phố nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị

d Trạm nền

Trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp vừa và nhỏ

Trang: 21

Đối với loại trạm nền, thiết bị trung áp đặt trên cột, máy biến áp thường là tổ

ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha có dung lượng > 560kVA đặt trên bệ xi măng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà

Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ

Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm

có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp

Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các phân xưởng

d Trạm kín

Trạm kín là loại trạm mà các thiết bị điện và máy biến áp được đặt trong nhà Trạm kín thường được phân làm trạm công cộng và trạm khách hàng

Trạm công cộng thường được đặt ở khu đô thị hóa, khu dân cư mới đảm bảo

mỹ quan và an toàn cho người sử dụng

Trạm khách hàng thường được đặt trong khuôn viên của khách hàng khuynh hướng hiện nay là sử dụng bộ mạch vòng chính (Ring Main Unit) thay cho kết cấu thanh cái, cầu dao, có bợ chì và cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có công suất nhỏ hơn 1000 KVA

Trạm kín dùng nơi cần an toàn, nơi nhiều khí bụi hoá chất ăn mòn

Trạm kín cần dùng ba phòng: phòng đặt thiết bị trung áp, phòng đặt máy biến áp, phòng đặt thiết bị phân phối hạ áp

Đối với loại trạm kiểu này cáp vào và ra thường là cáp ngầm

Các cửa thông gió đều phải có lưới đề phòng chim, rắn, chuột và có hố dầu

Để xác định vị trí hợp lý của trạm biến áp cần xem xét đến các yêu cầu sau:

ـ Gần trung tâm phụ tải

ـ Thuận tiện cho các đường dây vào ra

ـ Thuận lợi trong quá trình lắp đặt và thi công xây dựng

ـ Thao tác, vận hành, sửa chữa, quản lý dễ dàng

ـ Phòng cháy, nổ, ẩm ướt, bụi bặm và khí ăn mòn tốt

ـ An toàn cho người và thiết bị

Đựa vào vị trí có trạm biến áp ngoài trời và trong nhà Do mặt bằng của khu dân cư nên ta xây dựng trạm máy biến áp bên hông của khu để thuận lợi về mặt vận hành, sửa chửa oan toàn

4.2.2 Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp

Có nhiều phương pháp để xác định số lượng và chủng loại máy biến áp,

nhưng thường vẫn phải dựa vào các nguyên tắc chính sau đây:

ـ Chủng loại máy biến áp trong một trạm biến áp nên đồng nhất, để giảm

số lượng máy biến áp dự phòng trong kho và thuận tiện trong lắp đặt, vận hành

ـ Số lượng máy biến áp trong trạm biến áp: Đối với hộ tiêu thụ loại một, thường chọn hai máy biến áp trở lên; đối với hộ tiêu thụ loại hai, số lượng máy biến áp được chọn còn tuỳ thuộc vào việc so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật Tuy nhiên để đơn giản trong vận hành số lượng máy biến áp trong một trạm biến áp không nên quá ba máy và các máy biến

áp này nên có cùng chủng loại và công suất Hộ tiêu thụ loại ba là phụ tải cho phép cung cấp điện với độ tin cậy cung cấp điện thấp nên thường đặt một máy biến áp

Đối với một khu dân cư như trên, ta chọn số lượng máy biến áp như sau:

 Thiết kế 2 trạm biến áp ,chọn hai máy biến áp cho 1 trạm biến áp

 Việc lựa chọn phương án tối ưu sẽ được đưa ra sau khi ta tính toán lựa chọn công suất và so sánh hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật

4.2.3 Chọn công suất máy biến áp

a Phương án 1

 Công suất tính toán của tuyến 1, cung cấp cho khu A và khu C là:

Trang: 23

kVA S

S

S ptT1  ttKA  ttKC  436.8492.96 929.76

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp, khi chọn hai máy biến áp ta phải xét tới khả năng gánh tải của một máy khi máy kia bị sự cố Theo Điều 628 Pháp quy quản lý kỹ thuật của Tập đoàn Điện lực Việt Nam [31] máy biến áp dầu có khả năng quá tải 30% trong 120 phút Công suất mỗi máy biến áp được tính theo công thức sau:

kVA

S

4 1

76 929 4

1

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp vân hành song song, mỗi máy biến

áp có công suất 750kVA

Theo catalogue máy biến áp của Thibidi TCVN 1984-1994, chọn được máy biến áp dầu có các thông số như sau:

MÁY BIÊN ÁP 3 PHA _ 750 KVA

Thông số kĩ thuật

Tổn hao không tải Po (W) 1300

Dòng điện không tải Io (%) 1.5

ΔPo, ΔPN - Là tổn thất khơng tải và tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

t - Thời gian vận hành máy trong một năm t = 8760 giờ

T: Thời gian chịu tổn thất cơng suất lớn nhất tính bằng giờ: T=5000h

Spt, Sđm: Phụ tải và dung lượng định mức của máy biến áp, kVA

Vậy:

- Giá thành máy biến áp: 2* 270,764,000= 541,528,000 đồng

 Cơng suất tính tốn của tuyến 2, cung cấp cho khu B và khu D là:

2 đm

pt '

0 tb

đm

N N

N

đm

0 0

)S

S( PP

=

P

: bộtoànthất

Tổn

)41.25(KVAR

=750

*100

5.5

=.S100

%U

=

Q

Q : machngắn khángn

suất phảcông

thất

Tổn

*

)11.25(KVAR

=750

*100

1.5

=.S100

%I

13.76(KW)

=)750

929.76(

*13.06

*2

1+1.8625

*2

=)S

S(P 2

1+P2

=

đm

pt ' N

' o

Δ

.T)S

S(P2

1+.tP2

=

đm

pt ' N

' o

Δ

h82807.73kW

=A

5000

*)750

929.76(

*13.06

*2

1+8760

*1.8625

*2

=.T)S

S(P2

1+.tP2

=A

1

2 2

đm

pt ' N

' o 1

Δ

Trang: 25

kVA S

S

S ptT2  ttKB  ttKD  293.28339.04  632.32

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp, khi chọn hai máy biến áp ta phải xét tới khả năng gánh tải của một máy khi máy kia bị sự cố Theo Điều 628 Pháp quy quản lý kỹ thuật của Tập đoàn Điện lực Việt Nam [31] máy biến áp dầu có khả năng quá tải 30% trong 120 phút Công suất mỗi máy biến áp được tính theo công thức sau:

kVA

S

4 1

32 632 4

1

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp vận hành song song, mỗi máy biến

áp có công suất 560kVA

Theo catalogue máy biến áp của Thibidi TCVN 1984-1994, chọn được máy biến áp dầu có các thông số như sau:

MÁY BIÊN ÁP 3 PHA _ 560 KVA Thông số kĩ thuật

Trang: 26

Tổn thất cơng suất phản kháng: Q0

P0’ = P0 + Kkt*Q0 = 1 + 0.05* 11.2 =1.56(KW)

PN’ = PN + Kkt*QN = 5.5 + 0,05*25.2 = 6.76(KW)

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

- Giá thành máy biến áp: 2* 236.232.000= 472,464,000đồng

- Tổng tổn hao điện năng trong phương án 1:

S

S ptT1  ttKA  ttKB  436.8293.28  730.08

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp, khi chọn hai máy biến áp ta phải xét tới khả năng gánh tải của một máy khi máy kia bị sự cố Theo Điều 628 Pháp quy quản lý kỹ thuật của Tập đồn Điện lực Việt Nam [31] máy biến áp dầu cĩ khả năng quá tải 30% trong 120 phút Cơng suất mỗi máy biến áp được tính theo cơng thức sau:

kVA

S

4 1

08 730 4

1

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp vận hành song song, mỗi máy biến

áp cĩ cơng suất 560kVA

Theo catalogue máy biến áp của Thibidi TCVN 1984-1994, chọn được máy biến áp dầu cĩ các thơng số như sau:

h48878.08kW

=

A

.5000)

560

632.32(

*6.76

*2

1+8760

*1.56

*2

=.T)S

S(P2

1+.tP2

=

A

2

2 2

đm

pt ' N

' o 2

Δ

25.2(KVAR)

=560

*100

4.5

=.S100

%U

=

Q

Q : machngắn khángn

suất phảcông

thất

Tổn

11.2(KVAR)

=560

*100

2

=.S100

%I

=

Q

đm

N N

N

đm

0 0

Δ

ΔΔ

Trang: 27

MÁY BIÊN ÁP 3 PHA _ 560 KVA Thơng số kĩ thuật

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

ـ Giá thành máy biến áp: 2* 236,232,000= 472,464,000đồng

 Cơng suất tính tốn của tuyến 2 cung cấp cho khu C và khu D là:

h56055.64kW

=

A

5000

*)560

730.08(

*6.76

*2

1+8760

*1.56

*2

=.T)S

S(P2

1+.tP2

=

A

1

2 2

đm

pt ' N

' o 1

Δ

25.2(KVAR)

=560

*100

4.5

=.S100

%U

=

Q

Q : machngắn khángn

suất phảcông

*100

2

=.S100

%I

=

Q

đm

N N

N

đm

0 0

Δ

ΔΔ

Trang: 28

kVA S

S

S ptT2  ttKC  ttKD 492.96 339.04 832

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp, khi chọn hai máy biến áp ta phải xét tới khả năng gánh tải của một máy khi máy kia bị sự cố Theo Điều 628 Pháp quy quản lý kỹ thuật của Tập đoàn Điện lực Việt Nam [31] máy biến áp dầu có khả năng quá tải 30% trong 120 phút Công suất mỗi máy biến áp được tính theo công thức sau:

kVA

S

4 1

832 4

1

Thiết kế trạm biến áp với hai máy biến áp vận hành song song, mỗi máy biến

áp có công suất 630kVA

Theo catalogue máy biến áp của Thibidi TCVN 1984-1994, chọn được máy biến áp dầu có các thông số như sau:

MÁY BIÊN ÁP 3 PHA _ 630 KVA Thông số kĩ thuật

Trang: 29

Tổn thất cơng suất phản kháng: Q0

P0’ = P0 + Kkt*Q0 = 1.3 + 0.05* 12.6 =1.93(KW)

PN’ = PN + Kkt*QN = 6.5 + 0,05*28.35 = 7.9175(KW)

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

- Giá thành máy biến áp: 2* 254,534,000= 509,068,000đồng

- Tổng tổn hao điện năng trong phương án 2:

- Tổng giá thành máy biến áp của phương án 1: 981,532,000đồng

Stt Tên phương án Tổng tổn hao

4.3 So sánh phương án về phương diện kinh tế - kỹ thuật

4.3.1 Phương diện kỹ thuật

Cả hai phương án đều đảm bảo cung cấp điện cho khu dân cư

4.3.2 Phương diện kinh tế

Qua kết quả tính ở bảng trên cho thấy phương án 2 kinh tế hơn phương án 1

=630

*100

4.5

=.S100

%U

=

Q

Q : machngắn khángn

suất phảcông

*100

2

=.S100

%I

=

Q

đm

N N

N

đm

0 0

Δ

ΔΔ

h68335.42kW

=

A

.5000)

630

832(

*7.9175

*2

1+8760

*1.93

*2

=.T)S

S(P2

1+.tP2

=

A

1

2 2

đm

pt ' N

' o 1

Δ

Trang: 30

1,013,992,000 – 981,532,000 = 32,460,000 (triệu đồng)

Thời gian thu hồi vốn đầu tư:

Qua việc so sánh hai phương án trên ta thấy việc chọn phương án 2 là phù hợp

và kinh tế hơn về mặt:

- Vốn đầu tư mua máy

- Tiếc kiệm được chi phí vận hành hàng năm

- Tổn hao về điện năng

4.4 Sơ đồ trạm , tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ đường dây và MBA

4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến

22KV

KWh KWh

FCO TI

TU

FCO2 FCO1

MBT 560kVA MBT 560kVA

CB2 CB1

TI

TU

FCO1 FCO2

MBT 630kVA MBT 630kVA

32,460,000

Trang: 31

4.4.2 Tính toán ngắn mạch

a Khái niệm chung

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện Vì vậy các phần tử trong các hệ thống cung cấp điện phải được tính toán và lựa chọn sao cho không những làm việc tốt trong trạng thái bình thường mà có thể chịu đựng được trạng thái sự cố trong thời gian quy định cho phép Nói chung dòng điện ngắn mạch lớn hơn nhiều lần dòng điện định mức, vì vậy có thể gây ra ứng suất nhiệt và ứng suất động rất lớn Trong trường hợp ngắn mạch chạm đất có thể sinh ra điện áp tiếp xúc không cho phép và xảy ra hiện tượng nhiễu trong hệ thống điện

b Các trường hợp ngắn mạch thường xảy ra

 Sét đánh vào đường dây, thiết bị điện và các thiết bị khác

 Do hệ thống bị hư hỏng như: quá điện áp nội bộ, do cột ngã, cây ngã chạm vào đường dây

 Hậu quả

 Gây hư hỏng cục bộ cho MBA

 Gây ra lực điện động lớn làm phá hủy trụ điện, sứ đỡ hoặc uống cong thanh dẫn, làm hư hỏng thiết bị và cụ điện khác

 Phá vở quá trình làm việc của máy phát điện trong hệ thống, làm hệ thống mất ổn định và tan rã

 Gây ra sự cố mất điện làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch

Để xác định khả năng sự cố ngắn mạch lớn nhất có thể xẩy ra trong hệ thống

 Lựa chọn thiết bị và khí cụ điện như: máy cắt, dao cách ly, thanh dẫn, MCCB

 Chọn phương án hạng chế dòng ngắn mạch

 Tính toán thiết kế bảo vệ relay

Trang: 32

d Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch

 Lập sơ đồ thay thế điện kháng các phần tử

 Chọn các đại lượng cơ bản như: công suất cơ bản, điện áp cơ bản

 Tất cả các suất điện động đều trùng pha nhau

 Các suất điện động của những nguồn ở xa điểm ngắn mạch được gọi là không đổi

 Bỏ qua dòng điện từ hóa của MBA, bỏ qua điện dung ngắn mạch

 Bỏ qua điện trở và điện dung của đầu cáp nối vào trạm

e Chọn và tính toán các đại lượng cơ bản

Trang: 33

Với:

Xht: Tương đương của hệ thống trong đơn vị có tên

RB, XB: Điện trở và điện kháng của MBA

RL, XL: Là điện trở, điện kháng của dây cáp

 Tính toán các số liệu liên quan của tuyến số 1

)(033.2250

222

*05.1

2

*05.1

X

Điện trở, điện kháng của đường dây.(Rd)

)

2mm(S

)km(l.km

2mm.d





Với S tiếp diện dây cáp

: Là điện trở suất của đồng cu  22,5(mm2/km)

S : Là tiếp diện dây cáp

Đường dây cáp ngầm : Chiều dài cáp ngầm l= 25m

Ta chọn : Đối với đường dây trên có điện áp từ 6-220kV thường lấy

x0=0,4 / km, đối với đường dây cáp từ 6-10kV x0=0,08 / km

Tính chọn dây dẫn cáp ngầm theo mật độ dòng điện Jkt

)(16.193.22

3

08 730

A U

t S lv

Chọn cáp với nhiệt độ môi trường là 200C, nhiệt độ thấp nhất là 150C, nhiệt

độ làm việc cao nhất cho phép 500

C

Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

925,01550

2050

ott cp

16.192

.1

A K

K lv I lvhc

Trang: 34

Ứng với Tmax=5000 h tra bảng ta tìm được mật độ dòng điện kinh tế

Jkt=2.5A/mm2 cho cáp lõi đồng XLPE cách điện PVC

Loại dây dẫn

Mật độ dòng điện kinh tế A/mm2 khi Tmax, giờ

1000 – 3000h

3000 – 5000h

3,0 1,6

3,5 1,9

2,1 1,1

2,5 1,4

3,1 1,7

1,8 1,0

2,0 1,2

2,7 1,6

2748.95.2

369.24

mm kt

025 0 5 ,

* 4 ,

*806.22560

24,0

*5.52

2

đm U n P B

R

Trang: 35

Tổng trở máy biến áp

)(310

*857.1210.560

24,0

*5.4

100

2

B

Z

Điện kháng ngắn mạch của MBA:

)(342.122806.22657.122

B R B Z B

2LR.3

đm1U1

0225.0.3

,02

2)4

,02(.3

22

R N R

đm U N

I

Với R0N,42 là điện trở đướng dây qui về phía thứ cấp

)(310

*007.0222

4,0

*0225.021

2.4

U đm U L R N

L

X HT X N

X

)(675.0222

4,0

*043.222

1.24

U đm U N X N

X

0,675 12.3422 17.341( )2

)806.2007,0(.3

Trang: 36

2 4

, 0 2 2

4 , 0 2

2 3

2

)2(

B N

đm N

X X

R R

U I

)(04.3322

342.12675,02)2

806.2007,0(.3

Với XXK là hệ số xung kích, được cho ở bảng sau:

KXK

Sau máy biến áp tiêu thụ công suất 630-1000kVA 1,3

Sau máy biến áp tiêu thụ công suất 100-560kVA 1,2

1

*2

1

)(826.158.1

*217.6

*2

2

*2

2 

)(429.292.1

*341.17

*2

Trang: 37

XK K N I XKN

3

*2

3

)(071.562,1

*04.33

*2

222

*05.1

2

*05.1

X

Điện trở, điện kháng của đường dây.(Rd)

)

2mm(S

)km(l.km

2mm.d





Với S tiếp diện dây cáp

: Là điện trở suất của đồng cu  22,5(mm2/km)

S : Là tiếp diện dây cáp

Đường dây cáp ngầm: Chiều dài cáp ngầm l= 100m

Ta chọn : đối với đường dây trên có điện áp từ 6-220kV thường lấy

x0=0,4 / km, đối với đường dây cáp từ 6-10kV x0=0,08 / km

Tính chọn dây dẫn cáp ngầm theo mật độ dòng điện Jkt

)(834.213.22

3

832

A U

t S lv

Chọn cáp với nhiệt độ môi trường là 200C, nhiệt độ thấp nhất là 150C, nhiệt

độ làm việc cao nhất cho phép 500

C

Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

925,01550

2050

ott cp K

834.212

.1

A K

K lv I lvhc

Ứng với Tmax=5000 h tra bảng ta tìm được mật độ dòng điện kinh tế

Jkt=2.5A/mm2 cho cáp lõi đồng XLPE cách điện PVC

3000 – 5000h

3,0 1,6

3,5 1,9

2,1 1,1

2,5 1,4

3,1 1,7

1,8 1,0

2,0 1,2

2,7 1,6

2108.115.2

77.27

mm kt

1 0 5 ,

* 4 ,

*620.22630

24,0

*5.62

2

đm U n P B

R

Tổng trở máy biến áp

Trang: 39

)(310

*429.1110.630

24,0

*5.4

100

2

B

Z

Điện kháng ngắn mạch của MBA:

)(125.112620.22429.112

B R B Z B

11

L X HT X L R

đm U N

09.0

*3

,02

2)4

,02(.3

22

R N R

đm U N

I

Với R0N,42 là điện trở đướng dây qui về phía thứ cấp

)(310

*03.0222

4,0

*009.021

2

*4

U đm U L R N

L

X HT

X N

X

)(683,0

222

4,0

*073.222

1.24

U đm U N X N

X

0.683 11.1252 19.083( )2

)62.203,0(.3