Báo cáo đồ án môn học 1 thiết kế mạng điện

ĐAMH 1 1 LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng chính trong đời sống sinh hoạt cũng như trong quá trình sản xuất Quá trình xây dựng, phát triển và hoàn thiện hệ thống điện chiếm một vị trí quan trọ[.]

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng chính trong đời sống sinh hoạt cũng như trong quá trình sản xuất Quá trình xây dựng, phát triển và hoàn thiện hệ thống điện chiếm một

vị trí quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.Thiết kế mạng điện là vấn đề quan trọng trong hệ thống điện, có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật của hệ thống điện.Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế-kỹ thuật trong thiết kế, xây dựng và vận hành sẽ mang lại lợi ích đối với nền kinh tế nói chung và hệ thống điện nói riêng

Nhiệm vụ đồ án môn học 1 gồm những nội dung chính sau đây:

 Tính toán thiết kế đường dây phân phối 22kV

 Tính toán sự cố ngắn mạch đường dây 22kV

 Lựa chọn MBA phân phối và cầu chì bảo vệ

MỤC LỤC

Lời nói đầu……… 1

Mục lục……… 2

Chương I:Tính toán thiết kế đường dây phân phối 22kV……… 3

1.1 Tổng quan về đường dây phân phối……… 3

1.2 Tính toán thiết kế đường dây phân phối……… 3

1.2.1 Lựa chọn dây dẫn cho phát tuyến chính……….3

1.2.2 Lựa chọn dây dẫn cho các nhánh……….… 5

Chương II:Tính toán ngắn mạch cho đường dây phân phối………9

2.1 Các thông số của hệ thống và đường dây……….9

2.1.1 Thông số trạm 110/22kV……… 9

2.1.2 Thông số đường dây 22kV……….11

2.2 Tính toán ngắn mạch………11

2.2.1 Hai máy cắt phân đoạn đóng……… 11

2.2.2 Hai máy cắt phân đoạn mở……….13

2.2.3 Máy cắt phân đoạn 110kV đóng và máy cắt phân đoạn 22kV mở… 14

2.2.4 Máy cắt phân đoạn 110kV mở và máy cắt phân đoạn 22kV đóng… 15

Chương III:Lựa chọn và bảo vệ MBA phân phối……… 16

3.1 Lựa chọn công suất MBA phân phối………16

3.2 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ MBA phân phối……….16

3.3 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ cho mạch nhánh……….17

Tài liệu tham khảo……… 19

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22 kV

1.1 Tổng quan về đường dây phân phối

-Đường dây phân phối là đường dây trung thế điện áp 22kV hay 15kV

-Đường dây phân phối gồm phát tuyến chính được cung cấp từ phía hạ áp của trạm biến áp phân phối 110/22 kV và một số đường dây nhánh lấy điện từ phát tuyến chính -Phát tuyến chính hay đường nhánh cung cấp cho phụ tải tập trung hay phân bố đều -Phụ tải được cung cấp qua máy biến áp phân phối hạ áp đặt trong trạm treo, trạm giàn, trạm nền hay phòng biến điện, điện áp máy biến áp phân phối 22/0.4kV

-Yêu cầu của thiết kế đường dây phân phối là chọn dây thỏa mãn độ sụt áp cho phép -Đường dây phân phối được bảo vệ bằng máy cắt đầu nguồn, cầu chì tự rơi và được phân đoạn bằng cầu dao phân đoạn để tiện cho việc sửa chữa, bảo trì

-Mạng phân phối thường có cấu trúc hình tia hay mạch vòng kín bình thường vận hành

hở nhằm đảm bảo liên tục cung cấp điện cho khách hang

-Dây dẫn có thể là dây trên không hay cáp ngầm

1.2 Tính toán thiết kế đường dây phân phối 22kV

Mạng phân phối trong đồ án này là mạng hình tia, việc lựa chọn dây dẫn đối với phát tuyến chính và các nhánh được thực hiện theo độ sụt áp cho phép (lấy độ sụt áp cho phép là 5%)

1.2.1 Lựa chọn dây dẫn cho phát tuyến chính

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Đoạn 1-2 2-3 3-4 4-5 2-6 6-7 3-8 8-9 5-11 11-12 12-13 Khoảng

cách 3km 4 km 3 km 5 km 3 km 5 km 2 km 4 km 1 km 2 km 2 km

Thông số mạng phân phối 22kV

Phát tuyến chính là đoạn từ 1 đến 5, phụ tải với phát tuyến chính có thể thu gọn như sau:

 Phụ tải tương đương quy về cuối đường dây:

 Giả thiết :

 Chọn dây AC-120; ( )

Dòng điện tổng:

√

 Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m:

 Hằng số sụt áp:

 Sụt áp thực tế:

 Lập bảng tính sụt áp trên phát tuyến chính: STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 4-5 5 1700 5 0,731 0,731 2 3-4 3 2600 3 0,6708 0,6708 3 2-3 4 3400 4 1,1696 1,1696 4 1-2 3 4400 3 1,1352 1,1352

1.2.2 Lựa chọn dây dẫn cho các nhánh:  Sụt áp cho phép trên nhánh 5-13:

- Giả thiết :

- Chọn dây AC-35; ( )

- Dòng điện tổng:

√

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1.2 m:

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

- Bảng tính sụt áp trên nhánh 5-13 STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 13-12 2 500 2 0,1863 0,1863 2 12-11 2 1500 2 0,5589 0,5589 3 11-5 1 1700 1 0,31671 0,31671

 Sụt áp cho phép trên nhánh 3-9:

- Giả thiết

- Chọn dây AC-16; ( )

vì để còn có khả năng phát triển phụ tải trong tương lai mà không cần thay cả đường dây nhánh rẽ - Dòng điện tổng:

√

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

Bảng tính toán sụt áp trên nhánh 3-9 STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 8-9 4 500 4 0,78 0,78 2 3-8 2 800 2 0,624 0,624

 Sụt áp cho phép trên nhánh 2-7:

- Giả thiết :

Chọn dây AC-16; ( ) vì để còn có khả năng phát triển phụ tải trong tương lai mà không cần thay cả đường dây nhánh rẽ - Dòng điện tổng:

√

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

Bảng tính toán sụt áp trên nhánh 2-7

STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI

Tính toán ngắn mạch đường dây nhằm xác định các dòng sự cố trong các trường hợp vân hành hệ thống, giúp ta có thể lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp và chỉnh định chính xác

Giá trị dòng ngắn mạch ở cấp điện áp 22kV sẽ tùy thuộc vào trạng thái của các máy cắt phân đoạn trong trạm Với dạng sơ đồ trạm đã sử dụng, ta cần tính giá trị ngắn mạch trong 4 trường hợp sau:

 TH1: Hai máy cắt phân đoạn trên thanh góp đều đóng

 TH2: Hai máy cắt phân đoạn trên thanh góp đều mở

 TH3: Máy cắt phân đoạn thanh góp 110kV mở, máy cắt phân đoạn thanh góp 22kV đóng

 TH4: Máy cắt phân đoạn thanh góp 110Kv đóng, máy cắt phân đoạn thanh góp 22kV mở

Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống là ngắn mạch 3 pha – N(3), ngắn mạch 2 pha – N(2) và ngắn mạch 1 pha chạm đất – N(1) Trong đó dòng ngắn mạch 3 pha là dòng có giá trị lớn nhất nên người ta thường dùng dòng này trong việc lựa chọn khí cụ điện

2.1 Các thông số của hệ thống và đường dây

2.1.1 Thông số trạm 110/22kV

-MBA: Sđm=40MVA, UN%= 12,2%

-Chiều dài l=80 (km)

-Điện kháng đường dây x0=0.4 (Ω/km)

-Công suất ngắn mạch ba pha của hệ thống:

S(3)N=5300MVA

-Có 8 phụ tải phía thanh góp 22 kV có cùng cộng suất 4.4MVA với chiều dài mỗi lộ là L=15(km) có thông số phát tuyến chính đường dây 22kV như sau:

(km)

Chọn công suất cơ bản: Scb=100MVA

Chọn điện áp cơ bản:

-Phía sơ cấp máy biến áp: Ucb=110kV

-Phía thứ cấp máy biến áp: Ucb=22kV

Ta tính được dòng điện cơ bản và tổng trở cơ bản:

-Phía sơ cấp máy biến áp:

1

1

100

0.5249

3 3.110

cb cb

cb

S I

U

1 1

110

121 100

cb cb

cb

U Z

S

-Phía thứ cấp máy biến áp:

2

2

100

2.6243

cb cb

cb

S I

U

2 2

22 4.84 100

cb cb

cb

U Z

S

Từ thông số trên ta tiến hành tính toán trở kháng và điện kháng:

-Hệ thống:

* 100

0, 0189 5300

cb HT N

S x

S

-Dây dẫn:

* *

100

0, 4.80 0, 2644

110

cb

cb

S

U

-Máy biến áp:

* *

1 2

% 12, 2% 100

0,305

N cb

dm

S

2.1.2 Thông số đường dây 22kV:

Phát tuyến chính

Đoạn l (km) r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km)

Nhánh 1

Đoạn l (km) r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km)

Nhánh 2

Nhánh 3

2.2 Tính toán ngắn mạch

2.2.1 Trường hợp hai máy cắt phân đoạn đóng

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

1 2 1

0.2644

2

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

* * * *

1 2

0.305

2

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

Z12  0.6  j0.975 (Ω)

* 12

12

2

0.6 0.975

0.124 0.2 4.84

cb

Z



 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát tuyến chính:

Z*E2  j(x*2)Z*12 j0.3036 0.124  j0.20.124 j0.5036 (đvtđ)

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(3)

2 *

2

0.124 0.5036

E

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Thông số các nhánh

Nhánh 1 Đoạn l (km) r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km)

Nhánh 2

Nhánh 3

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Điểm NM Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

IN(3) (kA) 1.61 0.7 1.684 0.82 1.58 1.27 1.08

2.2.2 Trường hợp hai máy cắt phân đoạn cùng mở

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

1

1 HT d 0.0189 0.2644 0.2833

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

1

2 1 B 0.2833 0.305 0.5883

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

Z12  0.6  j0.975 (Ω)

* 12

12

2

0.6 0.975

0.124 0.2 4.84

cb

Z



 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát tuyến chính:

Z*E2  j(x*2)Z*12 j0.5883 0.124  j0.20.124 j0.7883 (đvtđ)

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(3)

2 *

2

0.124 0.7883

E

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

(đvtđ)

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Điểm

NM Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

IN(3)

(kA) 1.5 0.69 1.57 0.81 1.41 1.21 1.06

2.2.3 Máy cắt phân đoạn 110kV đóng và máy cắt phân đoạn 22kV mở

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

1 2 1

0.2644

2

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

x*2 x*1x*B1 0.1511 0.305 0.4561 (đvtđ)

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

Z12 0.6  j0.975 (Ω)

* 12

12

2

0.6 0.975

0.124 0.2 4.84

cb

Z



 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát tuyến chính:

* * *

2 (x 2) 12 0.4561 0.124 0.2 0.124 0.6561

E

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(3)

2 *

2

0.124 0.6561

E

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Điểm

NM Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

IN(3)

(kA) 1.57 0.7 1.66 0.83 1.51 1.28 1.1

2.2.4 Máy cắt phân đoạn 110kV mở và máy cắt phân đoạn 22kV đóng

Trong trường hợp này giá trị dòng ngắn mạch sẽ giống với giá trị dòng ngắn mạch trong trường hợp 1 do các giá trị điện kháng tương đương TTT,TTN đến thanh cái 22kV bằng với giá trị điện kháng tương ứng trong trường hợp 1 Ta thực hiện tính toán cho các nút trên phát tuyến chính, dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

Ta thực hiện cách tính tương tự cho các nút tại các nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Điểm

NM Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

IN(3)

(kA) 1.61 0.7 1.684 0.82 1.58 1.27 1.08

CHƯƠNG III LỰA CHỌN VÀ THỰC HIỆN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP PHÂN PHỐI 3.1 Lựa chọn công suất MBA phân phối

Công suất máy biến áp được chọn theo công suất phụ tải:

 Với trạm biến áp một máy: S MBA S pt

 Với trạm biến áp hai máy:

1.4

pt MBA

S

Trong đó:

MBA

S : Công suất định mức của máy biến áp

pt

S : Công suất phụ tải, là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải mà người thiết kế cần tính toán xác định nhằm lựa chọn máy biến áp

Tra Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500kV, ta lựa chọn MBA phân

phối hai cấp điện áp do ABB chế tạo với các thông số như sau:

STT

Công suất

phụ tải

(kVA)

Loại phụ tải

Công suất định mức MBA (kVA)

Số lượng MBA

Uđm (kV)

Tổn hao không tải (W)

Tổn hao ngắn mạch (W)

UN

%

3.2 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ MBA phân phối

Điều kiện để chọn cầu chì FCO bảo vệ MBA:

 Uđmcc ≥ Ulưới

 Iđmcc ≥ Icb

 Icắtcc ≥ INM

Trong đó:Icb là dòng cưỡng bức, tức là dòng làm việc cực đại đi qua thiết bị được bảo

vệ

Vị trí

Số lượng MBA

Ulưới (kV)

SMBA (KVA) IđmMBA (A) Icb (A) IN

(3) (kA)

Phụ tải 1

Phụ tải 2

Phụ tải 3

Phụ tải 4

Phụ tải 5

Phụ tải 6

Phụ tải 7

Phụ tải 8

Kết quả lựa chọn:

Kết quả ta chọn bộ chì FCO của hãng CHANCE (Mỹ) có các thông số sau:

Phụ

tải

Loại cầu

I đm (A)

I N (kA)

1

27kV có điện áp chịu đựng

125 kV

3.3 Lựa chọn FCO bảo vệ cho mạch nhánh

Ta thực hiện việc lựa chọn FCO tương tự như ở phần trước với các điều kiện:

 Uđmcc ≥ Ulưới

 Iđmcc ≥ Icb

 Icắtcc ≥ INM

Trong đó:

Icb là dòng làm việc lớn nhất chạy qua chỗ đặt FCO, khi tải đạt cực đại

INM là dòng ngắn mạch ngay sát chỗ đặt BV, xem như ngắn mạch tại các nút

Vị trí Ulưới

(kV) Smax (kVA) Icb (kA) IN

(3) (kA) Nhánh 1

Nhánh 2

Nhánh 3

Kết quả chọn FCO của hãng CHANCE (Mỹ) :

Nhánh Loại cầu

chì tự rơi Mã số Ulvđm(kV)

Iđm (A)

IN (kA)

1 27kV có

điện áp chịu đựng

125 kV

Kết luận:

-MBA phân phối, cầu chì FCO đã chọn hoàn toàn thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hồ Văn Hiến.Hướng dẫn đồ án môn học 1:Thiết kế mạng điện.Nhà xuất bản Đại

học Quốc Gia TpHCM

[2] Nguyễn Hoàng Việt.Thiết kế Hệ thống điện Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia

TpHCM

[3] Ngô Hồng Quang.Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500kV.Nhà

xuất bản khoa học và kĩ thuật