PBL4: Đồ Án phần Điện trong nhà máy Điện

ĐỒ ÁN PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP, PHẦN 1. Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 2021

CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Nhiệm vụ thiết kế phần điện cho nhà máy điện nhiệt điện ngưng hơi với công suất 240MW, bao gồm 4 tổ máy 60MW, yêu cầu chú ý đến số lượng và công suất máy phát điện Việc lựa chọn này cần căn cứ vào các yếu tố kỹ thuật và hiệu quả vận hành để đảm bảo hoạt động ổn định và tối ưu hóa hiệu suất của nhà máy.

Máy phát điện có công suất lớn đòi hỏi vốn đầu tư cao, nhưng lại giúp giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và chi phí vận hành hàng năm cho mỗi đơn vị điện năng sản xuất Tuy nhiên, để đảm bảo cung cấp điện ổn định, công suất tối đa của máy phát không được vượt quá khả năng dự trữ quay về của hệ thống.

- Để thuận tiện trong việc xây dựng cũng như vận hành về sau nên chọn máy phát cùng loại

Chọn điện áp định mức cao cho máy phát giúp giảm thiểu dòng định mức và dòng ngắn mạch, từ đó dễ dàng hơn trong việc lựa chọn các thiết bị điện phù hợp.

Theo nhiệm vụ thiết kế thì nhà máy ta cần thiết kế là nhà máy nhiệt điện ngưng hơi nên chọn máy phát là kiểu tua bin hơi

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần chọn máy phát điện có công suất tương ứng với công suất của từng tổ máy, đồng thời lựa chọn máy phát cùng loại.

Ta chọn cấp điện áp máy phát là 10.5KV vì cấp điện áp này thông dụng

Tra sách “Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái, ta chọn được máy phát điện theo bảng 1.1

Thông số định mức Điện kháng tương đối n v/ph

Như vậy, công suất đặt toàn nhà máy là:

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

Phụ tải cấp điện áp máy phát (10,5 KV)

Công suất cực đại 𝑃 𝑈𝐹𝑚𝑎𝑥 = 75 MW

Hệ số công suất 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑈𝐹 = 0,85 Đồ thị phụ tải hình 1.1 (H:1):

Công suất phụ tải cấp điện áp máy phát được tính theo công thức sau:

SUF(t) là công suất phụ tải cấp điện áp máy phát tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp máy phát

PUFmax, hay còn gọi là công suất cực đại, cùng với hệ số công suất phụ tải cấp điện áp máy phát, đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích hiệu suất của hệ thống điện Bằng cách áp dụng công thức (1.1) và tham khảo hình 1.1, chúng ta có thể xây dựng bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp máy phát như được trình bày trong bảng 1.2.

Phụ tải cấp điện áp trung (110 KV)

Công suất cực đại 𝑃 𝑈𝑇𝑚𝑎𝑥 = 100 MW

Hệ số công suất 𝑐𝑜𝑠 𝑈𝑇 = 0,85 Đồ thị phụ tải hình 1.2 (H:2):

Hình 1.2 Công suất phụ tải cấp điện áp trung được tính theo công thức sau:

SUT(t) là công suất phụ tải cấp điện áp trung tại thời điểm t

P% là phần trăm công suất phụ tải cấp điện áp trung theo thời gian

PUTmax, hay còn gọi là công suất cực đại, cùng với hệ số công suất phụ tải cấp điện áp trung, được xác định thông qua công thức (1.2) và hình 1.2 Kết quả được thể hiện trong bảng phân bố công suất phụ tải cấp điện áp trung như trong bảng 1.3.

Công suất tự dùng trong nhà máy

Phụ tải tự dùng của nhà máy được xác định theo công thức sau:

Std(t) là công suất tự dùng của nhà máy tại thời điểm t

 là hệ số tự dùng của nhà máy, 6%

SF(t) là công suất phát của nhà máy tại thời điểm t

SNM là công suất đặt của nhà máy, SNM = 300 MVA

Vì nhà máy phát luôn phát hết công suất nên công suất phát của nhà máy tại mọi thời điểm t là:

SF(t) = SNM = 300 (MVA) Áp dụng công thức (1.4) ta có công suất tự dùng của nhà máy tại mọi thời điểm t đều cực đại:

Công suất dự trữ của toàn hệ thống

Công cuất dự trữ quay của hệ thống được xác định theo công thức sau:

Bảng tổng hợp phân bố công suất trong toàn nhà máy

Nhà máy của chúng tôi luôn duy trì liên hệ chặt chẽ với hệ thống điện và hoạt động ở mức công suất tối đa Do phụ tải liên tục thay đổi theo thời gian, mối liên hệ giữa nhà máy và hệ thống được xác định bởi một lượng công suất nhất định.

Công suất thừa mà nhà máy có thể phát về hệ thống tại thời điểm t được ký hiệu là Sth(t) Qua quá trình tính toán, chúng ta đã lập được bảng số liệu cân bằng công suất của toàn nhà máy theo thời gian trong một ngày, như thể hiện trong bảng 1.5.

Theo bảng 1.5, nhà máy điện có khả năng cung cấp đủ công suất cho nhu cầu tải ở các cấp điện áp trong điều kiện làm việc bình thường, đồng thời còn dư thừa công suất có thể đưa vào hệ thống trong suốt cả ngày Điều này cho thấy nhà máy có tiềm năng phát triển phụ tải ở tất cả các cấp điện áp.

1.2.6 Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy:

Từ bảng 1.5, ta vẽ đồ thị phụ tải tổng của toàn nhà máy theo công suất toàn phần Hình 1.3

Std : Đường đặc tính công suất tự dùng

SUF : Đường đặc tính công suất cấp điện áp máy phát

SUT : Đường đặc tính công suất cấp điện áp trung ΣSpt : Đường đặc tính công suất tổng phụ tải

SNM : Đường đặc tính công suất nhà máy

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải tổng hợp của hệ thống.

Đồ thị phân bố công suất của toàn nhà máy

Chọn sơ đồ nối điện chính của nhà máy là một bước quan trọng trong thiết kế nhà máy điện, đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng nhiệm vụ thiết kế và nắm vững số liệu ban đầu Dựa vào bảng 1.5 và các nhận xét tổng quát, cần vạch ra các phương án nối dây khác nhau, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ Các phương án này phải khác biệt về cách ghép nối máy biến áp, số lượng và dung lượng của máy biến áp, cũng như số lượng máy phát điện Sơ đồ nối điện giữa các cấp điện áp cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.

Để đảm bảo hiệu quả trong hệ thống điện, số lượng máy phát điện kết nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát cần đáp ứng yêu cầu rằng khi một máy phát lớn nhất ngừng hoạt động, các máy phát còn lại vẫn phải cung cấp đủ điện cho cả phụ tải cấp điện áp máy phát và phụ tải cấp điện áp trung.

- Công suất mỗi bộ máy phát - máy biến áp không được lớn hơn dự trữ quay của hệ thống ( SdtHT = 162 (MVA) > Sbộ = 75 (MVA) )

Chỉ nên kết nối bộ máy phát - máy biến áp hai cuộn dây vào thanh góp điện áp khi phụ tải cực tiểu lớn hơn công suất của bộ này, nhằm tránh tình trạng bộ không phát hết công suất hoặc dẫn đến tổn thất do công suất phải chuyển qua hai lần máy biến áp, gây quá tải cho máy biến áp ba cuộn dây Đối với máy biến áp tự ngẫu liên lạc, điều kiện này không cần thiết.

Khi phụ tải cấp điện áp của máy phát nhỏ, có thể lấy rẽ nhánh từ bộ máy phát máy biến áp Tuy nhiên, công suất rẽ nhánh không được vượt quá 15% của tổng công suất bộ máy phát.

Máy biến áp ba cuộn dây chỉ nên được sử dụng khi công suất truyền tải qua một cuộn dây không nhỏ hơn 15% so với cuộn dây khác Mặc dù đây không phải là quy định bắt buộc, nhưng đây là yếu tố quan trọng cần lưu ý khi áp dụng máy biến áp này Tỷ số công suất giữa các cuộn dây thường là 100/100/100, 100/66,7/66,7 hoặc 100/100/66,7, trong đó cuộn dây có công suất thấp nhất đạt 66,7% công suất định mức Nếu công suất truyền tải qua một cuộn dây quá thấp, khả năng tải của nó sẽ không được tận dụng hiệu quả.

- Không nên dùng quá hai máy biến áp ba cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu để liên lạc hay tải điện giữa các cấp điện áp

- Máy biến áp tự ngẫu chỉ sử dụng khi cả hai phía điện áp cao và điện áp trung có trung tính trực tiếp nối đất (𝑈 ≥ 110 𝑘𝑉).

VẠCH SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY

Phương án I

- Hệ thống gồm ba cấp điện áp: 10,5 ; 110 ; 220 kV

- Sơ đồ gồm 3 máy phát F1, F2, F3 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Một bộ máy phát F4 – máy biến áp hai cuộn dây B3 nối vào thanh góp cấp điện áp trung

Hình 1.4: Sơ đồ nối điện phương án I

- Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, có khả năng phát triển phụ tải ở các cấp với công suất trong phạm vi cho phép một cách dễ dàng

Máy biến áp B3 được kết nối với thanh góp cấp điện áp trung, giúp giảm chi phí cho máy biến áp và các thiết bị liên quan so với hệ thống điện áp cao.

- Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp đơn giản

- Khi sự cố máy biến áp B3 thì máy phát F4 phải ngừng làm việc

Khi xảy ra sự cố tại một phân đoạn, toàn bộ khu vực đó sẽ bị mất điện Các máy phát điện ở các phân đoạn khác hoạt động độc lập, dẫn đến hiệu quả kinh tế không cao.

Phương án II

- Hệ thống gồm ba cấp điện áp: 10,5 ; 110 ; 220 kV

- Sơ đồ gồm 4 máy phát F1, F2, F3, F4 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng 2 máy biến tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

Hình 1.5: Sơ đồ nối điện phương án II

- Đảm bảo yêu cầu cung cấp điện, độ tin cậy cũng như sự liên lạc giữa các cấp điện áp với nhau và giữa nhà máy với hệ thống

Số lượng máy biến áp ít giúp đơn giản hóa quá trình lắp đặt và vận hành, đồng thời giảm thiểu diện tích cần thiết cho việc lắp đặt cũng như vốn đầu tư cho phương án.

Việc nhiều tổ máy kết nối vào thanh góp yêu cầu thiết kế mạch vòng, dẫn đến hệ thống thanh góp cung cấp điện áp cho máy phát trở nên phức tạp Điều này không chỉ làm tăng khả năng xảy ra sự cố mà còn làm gia tăng chi phí và giá thành.

- Thanh góp cấp điện áp máy phát nối vòng nên tính toán bảo vệ rơle phức tạp

- Dung lượng máy biến áp lớn, dòng làm việc lớn nên phải chọn các khí cụ điện hạng nặng, đắt tiền.

Phương án III

- Hệ thống gồm ba cấp điện áp: 10,5; 110; 220 kV

- Sơ đồ gồm 3 máy phát F1, F2, F3 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng 2 máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Một bộ máy phát F4 – B3 nối vào thanh góp cấp điện áp cao

Hình 1.6: Sơ đồ nối điện phương án III

- Sơ đồ đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các phụ tải các cấp điện áp

- Sơ đồ đảm bảo sự liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Số lượng máy phát nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát ít nên thanh góp đơn giản

- Máy biến áp hai cuộn dây nối bên cao áp nên cách điện sử dụng trong máy biến áp tốn kém dẫn đến giá thành tăng

Khi xảy ra sự cố trên một phân đoạn nào đó, các máy phát sẽ hoạt động độc lập, chỉ cung cấp điện cho các phụ tải ở cấp điện áp máy phát Trong khi đó, các phụ tải cấp điện áp trung sẽ phải lấy công suất từ hệ thống điện.

Phương án IV

- Hệ thống gồm ba cấp điện áp: 10,5; 110; 220 kV

- Sơ đồ gồm hai máy phát F1, F2 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

- Dùng hai máy biến áp tự ngẫu B1, B2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

- Hai bộ máy phát F3 – B3, F4 – B4 tương ứng nối vào thanh góp cấp điện áp trung và cấp điện áp cao

Hình 1.7: Sơ đồ nối điện phương án IV

Sơ đồ cung cấp điện đảm bảo yêu cầu về độ tin cậy và liên lạc giữa các cấp điện áp, cũng như kết nối giữa nhà máy và hệ thống điện.

Máy biến áp tự ngẫu có công suất nhỏ thường được lựa chọn vì đi kèm với bộ máy phát và máy biến áp nối bên cao Do dung lượng máy biến áp nhỏ, nên cần chọn các khí cụ điện hạng nhẹ để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Số lượng máy phát kết nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát hạn chế, dẫn đến việc thiết kế thanh góp đơn giản và giảm thiểu chi phí xây dựng cho hệ thống này.

- Số lượng máy biến áp nhiều dẫn đến tổn thất điện năng lớn nên giá thành đầu tư lớn

Số lượng máy biến áp lớn dẫn đến việc phân bố thiết bị ngoài trời rộng, chiếm nhiều diện tích xây dựng và gây khó khăn cho công tác bảo dưỡng định kỳ máy biến áp liên lạc.

- Vì có bộ máy phát – máy biến áp hai cuộn dây nối ở phía cao nên tốn kém vì phải dùng thiết bị có cách điện cao

- Số lượng thiết bị ở cấp trung và cao áp nhiều nên dễ bị sự cố và giá thành xây dựng thanh góp cấp điện áp cao và trung lớn

- Số lượng máy biến áp hai cuôn dây nhiều nên tốn kém.

Nhận xét chung

Sau khi phân tích các ưu và nhược điểm của từng phương án, phương án I nổi bật với sự đảm bảo về mặt kỹ thuật và nhiều ưu điểm vượt trội Do đó, chúng ta quyết định chọn phương án I để thực hiện các tính toán cho các phần tiếp theo.

CHỌN MÁY BIẾN ÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

Chọn MBA cho phương án I

2.1.1 Chọn máy biến áp nối bộ phía trung áp B 3

Hình 2.1: Sơ đồ nối điện phương án I

Máy biến áp này là máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây nên điều kiện chọn là:

Theo phụ lục 3 trong sách "Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp" của PGS Nguyễn Hữu Khái, thông số máy biến áp B3 được xác định với công suất tối thiểu là 80 MVA, với yêu cầu rằng S đmB3 phải lớn hơn hoặc bằng S đmF4, trong đó S đmF4 được quy định là 75 MVA.

MVA Điện áp cuộn dây kV

Máy biến áp tự ngẫu 3 pha này được thiết kế với công suất lựa chọn dựa trên điều kiện tải tối đa, nhằm tận dụng công suất thừa từ thanh góp cấp điện áp của máy phát.

3 3 th max mFi tdFi max UF min i 1 i 1

Như vậy, công suất của máy biến áp ba cuộn dây 𝐵 1 , 𝐵 2 là: mB1 mB2

Trong tài liệu "Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp" của PGS Nguyễn Hữu Khái, thông số máy biến áp 𝐵 1 và 𝐵 2 được trình bày trong bảng 2.2 với mã hiệu ATДЦTH_160MVA.

A Điện áp cuộn dây kV

2.1.3 Kiểm tra quá tải của máy biến áp

2.1.3.1 Kiểm tra quá tải bình thường

Công suất định mức của máy biến áp 𝐵 1 , 𝐵 2 , 𝐵 3 được chọn lớn hơn công suất tính toán nên không cần kiểm tra quá tải bình thường

2.1.3.2 Kiểm tra quá tải sự cố a Khi sự cố máy biến áp 𝐵 3 m sc

Với máy biến áp tự ngẫu K sc qt 1, 2

Vế trái 2.K K S Cl sc qt đ mB 1 2.0,5.1, 2.160 192 (MVA)

  0,85  Vậy thõa mãn điều kiện quá tải b Khi sự cố máy biến áp tự ngẫu 𝐵 1 hoặc 𝐵 2

Cl qt UT ma tdF4

Vế trái K K S C l sc qt đ mB 1 0,5.1, 2.16096 (MVA)

Vế phải UT max  mB 4 tdF 4 

 đ      Vậy thỏa mãn điều kiện quá tải

Các máy biến áp đã chọn thỏa mãn điều kiện làm việc bình thường và sự cố

2.1.4 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp

2.1.4.1 Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp 𝑩 𝟑

Tổn thất điện năng trong máy biến áp bap ha hai cuộn dây là: a mB

 đ  Trong đó: +P 0 là tổn thất công suất không tải của máy biến áp

+ t là thời gian vận hành máy biến áp

+P N tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

+S B3max là công suất cực đại qua máy biến áp

Vậy tổn thất điện năng trong 24h của máy biến áp ba pha hai cuộn dây là:

2.1.4.2 Tính tổn thất điện năng trong hai máy biến áp 𝑩 𝟏 và 𝑩 𝟐 Đối với máy biến áp tự ngẫu 3 pha nhà chế tạo cho biết công suất định mức của máy biến áp, tỷ số công suất các cuộn dây so với công suất định mức của máy biến áp, tổn thất không tải và tổn thất ngắn mạch

Để xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp dựa vào đồ thị phụ tải của từng cuộn dây, trước tiên cần tính toán tổn thất công suất ngắn mạch cho cuộn dây.

 Tính tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây:

Nhà chế tạo chỉ cho biết trị số: P NC T   380 kW, thì được coi

Tổn thất điện năng trong 2 máy biến áp tự ngẫu làm việc song song được xác định như sau: đmB1 đmB1

+ n là số máy biến áp làm việc song song

Công suất qua các cuộn dây cao áp, trung áp và hạ áp của MBA được ký hiệu là S, S, S Ci Ti Hi Trong khi đó, tổn thất ngắn mạch trong các cuộn dây của MBA được biểu thị bằng các ký hiệu P, P, P NC  NT  NH.

+ P 0 là tổn thất không tải của MBA

 Tính công suất qua các cuộn dây:

Ti UT bô UT đ mF3 td ma F3 x UT UT

Sơ đồ gồm 4 máy phát 𝐹 1 , 𝐹 2 , 𝐹 3 , 𝐹 4 nối vào thanh góp cấp điện áp máy phát

Dùng hai máy biến áp tự ngẫu 𝐵 1 , 𝐵 2 để liên lạc giữa các cấp điện áp và giữa nhà máy với hệ thống

Tổn thất điện năng của máy biến áp trong một ngày:

B1,B2 0 NC NT N đmB đmB đmB

Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp trong 1 ngày là: ng B1,B2 B3

Tổng tổn thất điện năng trong các máy biến áp trong 1 năm là:

2.2.1 Phân bố phụ tải cấp 𝑼 𝑭

Xét phụ tải cấp gồm:

2 Đường dây đơn x 7,5MW cos 0,85

Hình 2.2: Sơ đồ phân bố đường dây cấp điện áp máy phát

- Công suất phụ tải cấp trên phân đoạn 1 và phân đoạn 3: đ1max đ1max đ3max p p p

- Công suất phụ tải cấp trên phân đoạn 2: đ 2 max

    a Tính dòng điện bình thường qua kháng:

     b Tính dòng điện cưỡng bức qua kháng:

 Khi sự cố 1 máy phát F1:

B min td max UF max

K1 B min td1max pđ1max

B max td max UF min

K1 B max td1max pđ1min

 Khi sự cố 1 máy biến áp:

Ta có: k k S qt Cl đm B 1, 2.0,5.16096 (MVA)

 Khi sự cố một máy phát F2:

- Công suất cưỡng bức qua kháng:

- Dòng điện cưỡng bức qua kháng: đ cb b m c K

Bảng tổng hợp các thông số tính toán:

Các thông số tính toán

Theo phụ lục X.I trong sách “Thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái, loại kháng điện được lựa chọn có thông số được trình bày trong Bảng 2.4.

+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường: bt bt K bt

+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc cưỡng bức: cb cb K cb

Vậy chọn kháng điện với X % % K

+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc bình thường: bt bt K bt

+ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp lúc làm việc cưỡng bức: cb cb K cb

Vậy chọn kháng điện với X % % K

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Mở đầu

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là để lựa chọn các loại khí cụ điện phù hợp Trong chương này, phương pháp tính toán ngắn mạch được áp dụng là phương pháp đường cong tính toán, dựa trên những nguyên tắc cơ bản.

Trị số tương đối của dòng ngắn mạch được xác định thông qua đường cong tính toán, với công thức Ick = f(Xxk), theo tài liệu trong sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái, NXB Hà Nội.

- Hệ số xung kích (Xxk) và (q) được tra ở bảng 3-2, trang 28 sách “Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp” của PGS Nguyễn Hữu Khái - NXB Hà Nội

- Tính xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch (BN) ta dùng phương pháp thời gian tương đương(Ttđ) Trong đó, Ttđ được tra trên đường cong tính toán

Dạng ngắn mạch tính toán là loại ngắn mạch mà dòng điện qua thiết bị điện đạt giá trị lớn nhất Việc lựa chọn dạng ngắn mạch tính toán phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể, tuy nhiên, để đơn giản hóa, người ta thường chọn ngắn mạch 3 pha đối xứng.

Điểm ngắn mạch tính toán là điểm được xác định trên sơ đồ, phản ánh tình trạng vận hành và phù hợp với những điều kiện thực tế nguy hiểm nhất.

Tính toán ngắn mạch cho phương án I

3.2.1 Sơ đồ nối điện có vị trí điểm ngắn mạch tính toán:

3.2.1.1 Sơ đồ tính toán

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía cao áp

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía trung áp

Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống vận hành bình thường

Mục đích của bài viết là hướng dẫn cách chọn và kiểm tra khí cụ điện cho các mạch hạ áp của máy biến áp Trong trạng thái sơ đồ, tất cả các máy phát và hệ thống đều hoạt động bình thường, ngoại trừ máy biến áp B1 đang trong trạng thái nghỉ.

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch phân đoạn

Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát và hệ thống đang vận hành bình thường, máy phát F1 và máy biến áp B1 nghỉ

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch máy phát

+ Điểm N 5 : Chỉ có máy phát F1 làm việc

+ Điểm N : Tất cả làm việc bình thường trừ máy phát F1 nghỉ 5 '

+ Điểm N 6 : Chỉ có máy phát F2 làm việc

+ Điểm N : Tất cả đều làm việc bình thường, trừ máy phát F2 nghỉ ' 6

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dùng và mạch phụ tải cấp điện áp máy phát

Trạng thái sơ đồ: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành bình thường

Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dùng nối bộ F4- B3

Trạng thái sơ đồ: Tất cả máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành bình thường

Từ sơ đồ hình 3.1 và giải thiết tính toán ngắn mạch, ta có:

Theo nguyên lý xếp chồng

Vì các máy phát như nhau: E 1 E 2 E 3 E 4

Hình 3.2: Sơ đồ thay thế

3.2.2 Tính toán các đại lượng, thông số của các sơ đồ thay thế

3.2.2.1 Chọn đại lượng cơ bản

Chọn đại lượng cơ bản m cb đ cb tb

 Dòng điện cơ bản ở từng cấp điện áp cb cb10,5 cb10,5

3.2.2.2 Các thông số của sơ đồ thay thế:

3.2.2.2.1 Điện kháng của máy phát F , F , F , F 1 2 3 4

3.2.2.2.2 Điện kháng của kháng điện phân đoạn: đ cb10,5

3.2.2.2.3 Điện kháng của MBA hai cuộn dây B3 đmB

3.2.2.2.4 Điện kháng của máy biến áp liên lạc B1, B2

- Điện kháng của cuộn hạ:

- Điện kháng của cuộn trung:

- Điện kháng của cuộn cao:

3.2.2.2.5 Điện kháng của đường dây liên lạc với hệ thống H1

Công suất cực đại truyền lên hai hệ thống đạt 146,706 MVA Với mạng điện khu vực 220 kV, có thể áp dụng mật độ dòng điện kinh tế Do đó, lựa chọn dây nhôm lõi thép AC với mật độ dòng điện J kt là 1,1 A/mm².

Chọn sơ bộ tiết diện dây ( dây kép):

Vì mạng 220 kV nên F240 mm 2 để tránh hiện tượng vầng quang Vậy chọn dây AC – 240

Thông số của dây AC – 240:

- Dòng phụ tải cho phép ngoài trời: I cp 610 A

 Kiểm tra phát nóng:

-Khi bình thường: đ th max bt max cp m

-Khi sự cố đứt một mạch của dây kép sc max bt max cp

Khi tải lên một hệ thống, dây AC-240 đã đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật Do đó, khi công suất được phân bổ cho hai hệ thống, hiệu suất vẫn được đảm bảo vì công suất trên mỗi hệ thống sẽ giảm Điện kháng của dây AC-240 với khoảng cách hình học giữa các dây là 6m được tính là 0,401 (Ω/km).

3.2.2.2.6 Điện kháng của đường dây liên lác với hệ thống H 2 cb

3.2.2.2.7 Điện kháng của hệ thống H1

Với công suất ngắn mạch S N 2000 (MVA) thì điện kháng tương đối của hệ thống được tính như sau:

3.2.2.2.8 Điện kháng của hệ thống H2 t đ

3.2.3 Tính toán ngắn mạch

Từ sơ đồ hình 3.3a, ta có:

Vì sơ đồ hình 3.3a có tính đối xứng qua điểm ngắn mạch Nên ta có sơ đồ hình 3.3b và giá trị điện kháng:

Sơ đồ hình 3.3c, ta có:

Sơ đồ hình 3.3d, ta có:

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng tính toán và hệ đơn vị tương đối định mức (X * ttđ m) Việc này giúp xác định các thông số cần thiết cho việc phân tích và thiết kế hệ thống điện hiệu quả.

Trong sách thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp, trang 44, phương pháp tính toán đường cong 3.5 giúp xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát cung cấp đmFi đmF

Dòng ngắn mạch duy trì do các máy phát cung cấp đmFi đm

Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp

Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N1

Dòng ngắn mạch xung kích tại N1

Giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích sau nửa chu kì đầu tiên kể từ khi ngắn mạch

Tương tự như ngắn mạch tại N1, Sơ đồ hình 3.4a đối xứng nhau qua điểm ngắn mạch N2 nên ta có sơ đồ hình 3.4b Ta có các giá trị điện kháng:

Từ sơ đồ hình 3.4c, ta có:

Từ sơ đồ 3.4d, ta có:

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng tính toán và hệ đơn vị tương đối định mức (X * ttđ m) Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong các phép tính liên quan đến dòng ngắn mạch.

Theo đường cong tính toán hình 3.5 trên trang 44 của sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, ta có thể xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát cung cấp đmFi đmF

Dòng ngắn mạch duy trì do các máy phát cung cấp đmFi đm

Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp

Từ giá trị tính trước, ta có:

Sơ đồ 3.5b: Đẳng trị H1, H2 và biến đổi / Y.

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng tính toán và hệ đơn vị tương đối định mức (X * ttđ m) Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong quá trình phân tích và đánh giá hiệu suất của hệ thống điện.

Theo nội dung trong sách thiết kế phần điện của nhà máy điện và trạm biến áp, trang 44, việc tra đường cong tính toán hình 3.5 giúp xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Dòng siêu quá độ ban đầu do các máy phát cung cấp đmFi đmFi c

Dòng ngắn mạch duy trì do các máy phát cung cấp đmFi đmF

Dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp cb10,5 cb10,5 H

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng và hệ đơn vị tương đối theo định mức Việc này giúp sử dụng đường cong tính toán một cách hiệu quả hơn.

Theo đường cong tính toán hình 3.5 trên trang 44 của sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp, chúng ta có thể xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N5,N6

Dòng ngắn mạch xung kích tại N5,N6

Hình 3.7a từ trước, ta có:

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng và hệ đơn vị tương đối định mức (X * ttđ m) Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong việc sử dụng đường cong tính toán cho các ứng dụng liên quan.

Tra cứu đường cong tính toán hình 3.5 trên trang 44 của sách thiết kế phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp giúp xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N5’

Dòng ngắn mạch xung kích tại N5’

Hình 3.8a Từ trước ta có:

Hình 3.8b Do tính chất đối xứng qua điểm N’6 nên ta gộp lại

Để tính toán dòng ngắn mạch, cần quy đổi điện kháng và hệ đơn vị tương đối định mức (X * ttđ m) Việc này giúp đảm bảo tính chính xác trong quá trình sử dụng đường cong tính toán.

Trong sách thiết kế phần điện cho nhà máy điện và trạm biến áp, trang 44, việc tra cứu đường cong tính toán hình 3.5 giúp xác định bội số của thành phần chu kỳ dòng điện ngắn mạch.

Trị số dòng điện ngắn mạch tại điểm N6’

Dòng ngắn mạch xung kích tại N6’

Hình 3.9b Vì đối xứng qua N8 nên ta gộp 2 thành phần lại:

Hình 3.9c Gộp mạch song song, mạch nối tiếp

CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY

Điều kiện chung để chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng chạy qua

Mỗi khí cụ điện đều có những điều kiện riêng cần được đáp ứng Sau khi lựa chọn, cần kiểm tra lại tính ổn định động và ổn định nhiệt của các khí cụ điện; nếu không đạt yêu cầu, chúng ta phải tiến hành lựa chọn lại.

Khi lựa chọn khí cụ điện, cần xem xét các yếu tố như điều kiện khí hậu và vị trí lắp đặt Bên cạnh đó, cần cân nhắc về mặt kỹ thuật và kinh tế để đảm bảo sự phù hợp và hiệu quả trong quá trình sử dụng.

4.1.2 Điện áp Điện áp định mức của các khí cụ điện chủ yếu do cách điện của nó quyết định Cách điện của chúng phải chịu được khi làm việc lâu dài với điện áp định mức và khi có sự cố Điều kiện: đmKCÐ đmmang

Trong đó:U đmKCÐ -Điện áp định mức các khí cụ điện đmmang

U -Điện áp định mức của mạng nơi đặt khí cụ điện

4.1.3 Dòng điện làm việc

Các khí cụ điện và các phần có dòng điện chạy qua cần phải đảm bảo điều kiện phát nóng khi làm việc đmKCÐ l cb v

Trong đó: I đmKCÐ Dòng điện làm việc định mức của khí cụ điện

IlvcbDòng điện làm việc cưỡng bức của KCĐ

4.1.4 Kiểm tra ổn định động

Khi xảy ra ngắn mạch, các thiết bị điện và các thành phần có dòng điện phải tạo ra những xung động lớn do lực điện động sinh ra từ dòng ngắn mạch Điều kiện để kiểm tra là i ô đđ phải lớn hơn hoặc bằng i x k.

Trong đó: i ôđ đ -Dòng ổn định động của thiết bị i -Dòng xung kích xk

4.1.5 Kiểm tra ổn định nhiệt

Nhiệt độ quá cao của khí cụ điện và dây dẫn có thể gây hỏng hóc Do đó, cần quy định nhiệt độ cho phép để đảm bảo ổn định nhiệt, không để nhiệt độ vượt quá mức cho phép Việc kiểm tra điều kiện này là rất quan trọng.

B B Trong đó: B N -Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch

BNTT -Là dòng nhiệt tính toán dòng ngắn mạch. Đối với những thiết bị đó có I đm 1000 Athì không cần kiểm tra điều kiện ổn đinh nhiệt.

Tính toán dòng điện làm việc bình thường và cưỡng bức

4.2.1 Các mạch phía cáo áp 220kV

Khi lựa chọn đường dây liên lạc cho hệ thống có hai hệ thống điện kết nối, ta có thể xem như bỏ một hệ thống và chỉ tính toán cho hệ thống còn lại để xác định loại dây dẫn phù hợp Do đó, dòng tính toán sẽ là: th max đm bt.

Trong đó: S th max là công suất thừa lớn nhất nhà máy phát về hệ thống cb bt

4.2.1.2 Mạch cao áp máy biến áp liên lạc B 1 , B 2

- Dòng bình thường: m đ a m th m x ptc ax

- Dòng cưỡng bức được dựa trên khả năng quá tải của máy biến áp: sc qt cb

4.2.1.3 Thanh góp cấp điện áp cao

- Dòng bình thường: Ibt max I  bti 0,193 (kA)

- Dòng cưỡng bức: Icb max I  cbi 0,504 (kA)

4.2.2 Các mạch cấp điện áp trung 110kV

4.2.2.1 Đường dây đơn của phụ tải m Ð pt max Ð bt

4.2.2.2 Đường dây kép của phụ tải

4.2.2.3 Mạch trung áp máy biến áp liên lạc B 1 , B 2

Dòng cưỡng bức được tính sự cố một máy biến áp liên lạc và phụ tải ở phía trung là lớn nhất

T sc đmB1 đm qt cb

4.2.2.4 Mạch máy biến áp nối bộ B 3

4.2.2.5 Thanh góp cấp điện áp trung

- Dòng bình thường: Ibt max I  bti 0,37 (kA)

- Dòng cưỡng bức: Icb max I  cbi 1, 008 (kA)

4.2.3 Các mạch cấp điện áp máy phát 10,5kV

4.2.3.1 Mạch hạ áp máy biến áp liên lạc B 1 , B 2

4.2.3.2 Mạch đầu cực máy phát F 1 , F 2 , F 3 , F 4 đmF Fđm bt

4.2.3.3 Mạch tự dùng td max F đm bt

4.2.3.4 Đường dây đơn của phụ tải Ð pt max Ð bt

4.2.3.5 Đường dây kép của phụ tải

4.2.3.6 Mạch nối từ đầu cực máy phát F 4 đến máy biến áp B 3

4.2.3.7 Thanh góp cấp điện áp máy phát bt   bti

Tính chọn khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua cho các mạch cấp điện áp máy phát

4.3.1.1 Điều kiện chọn máy cắt

- Điều kiện điện áp: U đmMC U m ng a

- Điều kiện ổn định động: i ô đ đ i xk K 2.I xk '' ON

- Điều kiện ổn định nhiệt: I 2 nh đm t n h B N

Inhđ -Dòng nhiệt ổn định nhiệt của MC ứng với thời gian ổn đinh nhiệt tnh

BN -Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch Điều kiện này chỉ xét khi MC có dòng điện định mức dưới 1000 A

4.3.2 Chọn dao cách ly (CL)

Chọn loại trong nhà hay ngoài trời

4.3.2.1 Điều kiện chọn CL như sau:

- Điều kiện áp: U đmCL U m ng a

- Điều kiện ổn định động: i ô đ đ i XK K XK 2.I '' 0 N

- Điều kiện ổn định nhiệt: I 2 nh đm t n h B N

- Điều kiện này chỉ xét khí CL có dòng điện định mức dưới 1000 A

Dựa vào kết quả tính toán ta chọn được máy cắt và dao cách ly có thông số như các bảng sau:

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật máy cắt

NM Điều kiện tính toán Các thông số định mức của mặt cắt

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật dao cách ly

NM Điều kiện tính toán Các thông số định mức của dao cách ly

4.3.3 Chọn thanh góp, thanh dẫn, cáp điện lực:

Thanh góp, thanh dẫn và cáp điện lực là những thành phần thiết yếu trong các nhà máy điện và trạm biến áp Thanh dẫn kết nối các thiết bị điện theo sơ đồ nhất định và có thể được chế tạo từ vật liệu mềm hoặc cứng, với hình dáng và kích thước đa dạng Yêu cầu chính của chúng là khả năng dẫn điện tốt, độ bền cơ và nhiệt cao, cùng với cấu tạo đơn giản Đối với thiết bị trong nhà, thanh dẫn cứng thường được sử dụng để tiết kiệm diện tích Ngược lại, trong các thiết bị phân phối điện ngoài trời, dây dẫn mềm nhiều sợi bằng đồng hoặc nhôm lõi thép thường được ưa chuộng do không bị hạn chế về kích thước.

4.3.3.1 Chọn thanh góp cấp điện áp máy phát: a Điều kiện chọn:

Ta chọn thanh dẫn cứng bằng nhôm, tiết diện hình máng Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài:

Icp- là dòng điện cho phép của thanh dẫn sau khi đã qui đổi về điều kiện làm việc thực tế

K1 - là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, chọn K1 = 0,90

K2 - là hệ số hiệu ứng gần, chọn thanh dẫn cứng hình máng nên K2 = 0,95

Vậy, ta chọn thanh góp có các thông số như bảng 4.4:

Dòng điện cho phép cả hai thanh, h b c r (A)

Một thanh Hai thanh Một thanh Hai thanh

Wx-x Wy-y Wyo-yo Jx-x Jy-y Jyo-yo

Hình 4.1: b Kiểm tra ổn định nhiệt:

Kiểm tra ổn định nhiệt theo điều kiện tiết diện cho phép:

Schọn - là tiết diện của thanh dẫn cần kiểm tra ổn định nhiệt

Smin - là tiết diện nhỏ nhất mà thanh dẫn có thể chịu đựng được khi thanh dẫn xảy ra ngắn mạch

C - là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh dẫn, ta chọn thanh dẫn làm bằng vật liệu nhôm nên C = 79 As 1 / 2 /mm 2

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt c Kiểm tra ổn định động:

Sử dụng phương pháp đơn giản hóa với điều kiện: cp ttAl

- Ứng suất cho phép của vật liệu; nhôm = 700 KG/cm 2

Kiểm tra ổn định động bằng phương pháp đơn giản hóa cho phép xem mỗi nhịp thanh dẫn như một dầm tĩnh với chiều dài l1 Khi ngắn mạch thanh dẫn chịu tác động của lực không đổi F1, lực này đạt giá trị cực đại khi ngắn mạch ba pha tính với pha giữa Mỗi thanh dẫn hình máng bao gồm hai thanh dẫn hình chữ.

U ghép lại với nhau, nên ứng suất trong thanh dẫn gồm hai phần σ1 và σ2

Trong bài viết này, σ1 đại diện cho ứng suất phát sinh từ sự tương tác của dòng điện giữa các pha, trong khi σ2 là ứng suất do dòng điện trong hai thanh dẫn cùng pha tác động lẫn nhau.

Lực điện động giữa các pha sinh ra:

- i ( xk 3 ) là dòng điện xung kích khi ngắn mạch ba pha (tại điểm N5)

- a là khoảng cách giữa các thanh dẫn, chọn a = 35 cm

- l1 là chiều dài của một nhịp thanh dẫn, chọn l1 = 180 cm

Mômen uốn tác dụng lên thanh dẫn khi số nhịp lớn hơn 2:

Mômen chống uốn của thanh dẫn:

W W  250 [cm ] Ứng suất trong thanh dẫn σ1 dưới tác động của mômen uốn M1:

M : mômem uốn trên trên độ dài 2 l 2 giữa hai miếng đệm

 12 Với: l 2 : Khoảng cách giữa hia miếng đệm f : Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn 2

Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn

Trong đó: h là chiều cao thanh dẫn, h = 17,5 cm

Ta có điều kiện để thanh dẫn ổn định động là: cp 1 2

Vậy để đảm bảo ổn định động thì ta tính số miếng đệm đặt giữa hai sứ

Thanh góp có thể được lắp đặt mà không cần tấm đệm giữa hai sứ, vẫn đảm bảo điều kiện ổn định động Việc kiểm tra ổn định động cần được thực hiện khi xem xét đến dao động riêng.

Lực điện động dao động với tần số f và 2f khiến sứ và thanh dẫn cũng dao động riêng biệt Khi tần số dao động của thanh dẫn đạt f r = 2f, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, làm tăng ứng suất lên 5 lần so với trạng thái tĩnh Do đó, khi chọn thanh dẫn, cần đảm bảo tần số dao động riêng của nó nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% Cụ thể, với tần số dòng điện 50Hz, tần số dao động riêng của thanh dẫn phải nằm ngoài các khoảng (45-55)Hz và (90-100)Hz.

Tần số riêng của thanh dẫn được xác định như sau:

- L: khoảng cách giữa hai sứ liền nhau l = 180cm

- E: Mômem đàn hồi của vật liệu thanh dẫn

- J: Mômem quán tính của tiết diện thanh dẫn đối với trục thẳng góc và phương uốn

- S: Tiết diện ngang của thanh dẫn S2.24, 4048,8 (cm ) 2

- :Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn   Al 2, 74 (g/cm ) 3

Vậy thanh dẫn ổn định khi xét đến dao động riêng

4.3.3.2 Chọn thanh dẫn từ thanh góp máy phát 10,5 kV đến hạ áp máy biến áp liên lạc Đoạn trong nhà máy ta dùng thanh dẫn cứng, còn đoạn ngoài trời ta dùng thanh dẫn mềm

4.3.3.2.1 Chọn thanh dẫn cứng cho đoạn đặt trong nhà máy Điều kiện: I cp I MC cb

Ta chọn thanh dẫn cứng bằng nhôm, tiết diện hình máng Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài:

- I ' cp là dòng điện cho phép của thanh dẫn sau khi đã qui đổi về điều kiện làm việc thực tế

- K1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, chọn K1 = 0,90

- K2 là hệ số hiệu ứng gần, chọn thanh dẫn cứng hình máng nên K2 = 0,95

Vậy, ta chọn thanh góp có các thông số như bảng 4.4:

Hình 4.2: a Kiểm tra ổn định nhiệt:

- Schọn là tiết diện của thanh dẫn cần kiểm tra ổn định nhiệt

- Smin là tiết diện nhỏ nhất mà thanh dẫn có thể chịu đựng được khi thanh dẫn xảy ra ngắn mạch

C là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh dẫn, ta chọn thanh dẫn làm bằng vật liệu nhôm nên C = 79 As 1 / 2 /mm 2

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt b Kiểm tra ổn định động:

Kiểm tra ổn định động có thể thực hiện bằng phương pháp đơn giản hóa, trong đó mỗi nhịp thanh dẫn được coi như một dầm tĩnh với chiều dài l1 Khi ngắn mạch, thanh dẫn chịu tác động của lực không đổi F1, tương ứng với lực cực đại h x r y x h y y y y o y o b c trong trường hợp ngắn mạch ba pha với pha giữa Mỗi thanh dẫn hình máng bao gồm hai thanh dẫn hình chữ U ghép lại, do đó ứng suất trong thanh dẫn được phân chia thành hai phần là σ1 và σ2.

Ta có: σtt = σ1 + σ2 (KG/cm 2 )

- σ1 là ứng suất do dòng điện giữa các pha tác động với nhau sinh ra

- σ2 là ứng suất do dòng điện trong hai thanh dẫn cùng pha tác động với nhau sinh ra

- M : mômem uốn trên trên độ dài 2 l 2 giữa hai miếng đệm

 12 Với: -l 2 : Khoảng cách giữa hia miếng đệm

-f : Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn 2 Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn

Trong đó: h là chiều cao thanh dẫn, h = 17,5 cm

Ta có điều kiện để thanh dẫn ổn định động là: cp 1 2

Vậy để đảm bảo ổn định động thì ta tính số miếng đệm đặt giữa hai sứ

Thanh góp có thể không cần thêm tấm đệm giữa hai sứ mà vẫn đảm bảo điều kiện ổn định động Việc kiểm tra ổn định động cần được thực hiện khi xem xét dao động riêng.

Lực điện động dao động với tần số f và 2f khiến sứ và thanh dẫn cũng dao động riêng Khi tần số dao động của thanh dẫn đạt f r = 2f, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, dẫn đến ứng suất tăng vọt lên 5 lần so với khi thanh dẫn ở trạng thái tĩnh Do đó, khi chọn thanh dẫn, cần đảm bảo tần số dao động riêng của nó nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% Cụ thể, với tần số dòng điện 50Hz, tần số dao động riêng của thanh dẫn phải nằm ngoài khoảng (45-55)Hz và (90-100)Hz.

- S: Tiết diện ngang của thanh dẫn

- :Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn

Vậy, thanh dẫn đã chọn ổn định khi xét đến dao động riêng

Khi chọn thanh dẫn mềm cho đoạn ngoài trời, cần đảm bảo tiết diện dây dẫn đáp ứng điều kiện I cp ≥ I lvcb = 5,279 kA Do đó, bộ dây dẫn mềm bằng nhô với các thông số phù hợp là lựa chọn tối ưu.

5 dây dẫn AC – 700/86 có dòng cho phép một dây là I cp1 1220 (A) nên dòng cho phép 5 dây là

Icp 5.12206100 (A) b Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Điều kiện: min B N

Do đó: S ch 5.6873435 (mm ) 2 S m in 254, 667 (mm ) 2

Vậy thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch

4.3.3.3 Chọn thanh dẫn từ đầu máy phát lên thanh góp 10,5kV

- Vật liệu: Thanh dẫn cứng bằng nhôm đặt trong nhà, tiết diện hình máng

Vậy ta chọn thanh dẫn cứng bằng nhôm có các thông số như bảng sau:

Hình 4.3: h x r y x h y y y y o y o b c a Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

- Schọn là tiết diện của thanh dẫn cần kiểm tra ổn định nhiệt

- Smin là tiết diện nhỏ nhất mà thanh dẫn có thể chịu đựng được khi thanh dẫn xảy ra ngắn mạch

- C là hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm thanh dẫn, ta chọn thanh dẫn làm bằng vật liệu nhôm nên C = 79 As 1 / 2 /mm 2

Schọn = 2.1370 = 1740 mm 2 > 214,648 mm 2 Vậy, thanh dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt b Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch

Kiểm tra ổn định động bằng phương pháp đơn giản hóa xem xét mỗi nhịp thanh dẫn như một dầm tĩnh với chiều dài l1, chịu tác động của lực không đổi F1 Lực này đạt giá trị cực đại khi ngắn mạch ba pha tính với pha giữa Mỗi thanh dẫn hình máng bao gồm hai thanh dẫn hình chữ U ghép lại, do đó ứng suất trong thanh dẫn được chia thành hai phần là σ1 và σ2.

Ta có: σtt = σ1 + σ2 (KG/cm 2 )

- σ1 là ứng suất do dòng điện giữa các pha tác động với nhau sinh ra

- σ2 là ứng suất do dòng điện trong hai thanh dẫn cùng pha tác động với nhau sinh ra

- M : mômem uốn trên trên độ dài 2 l 2 giữa hai miếng đệm

 12 Với: l 2 : Khoảng cách giữa hai miếng đệm f : Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn 2

Lực tác dụng lên độ dài 1 [cm] của thanh dẫn

Trong đó: h là chiều cao thanh dẫn h = 12,5 cm

- Ta có điều kiện để thanh dẫn ổn định động là: cp 1 2

Vậy, để đảm bảo ổn định động thì ta tính số miếng đệm đặt giữa hai sứ

Để đảm bảo ổn định động, thanh góp cần thêm 2 tấm đệm giữa 2 sứ Việc kiểm tra ổn định động cũng cần xem xét đến dao động riêng.

Lực điện động dao động với tần số f và 2f, dẫn đến việc sứ và thanh dẫn cũng dao động riêng Khi tần số dao động của thanh dẫn là f_r = 2f, hiện tượng cộng hưởng xảy ra, khiến ứng suất tăng vọt lên 5 lần so với khi thanh dẫn ở trạng thái tĩnh Do đó, khi lựa chọn thanh dẫn, cần đảm bảo tần số dao động riêng của nó nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn ±10% Cụ thể, với tần số dòng điện 50Hz, tần số dao động riêng của thanh dẫn nên nằm ngoài các khoảng (45-55)Hz và (90-100)Hz.

- S: Tiết diện ngang của thanh dẫn

- :Khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn

Vậy, thanh dẫn ổn định khi xét đến dao động riêng

4.3.4 Chọn cáp cho đường dây cấp điện áp máy phát 10,5kV

Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Điều kiện chọn cáp: m ax 2 c kt

- S : Tiết diện của cáp (mm c 2 )

- I m ax : Dòng điện làm việc cực đại (A)

- J : Mật độ dòng kinh tế (A/mm kt 2 )

Mật độ dòng kinh tế được chọn phụ thuộc vào loại cáp và thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax

Ta có công thức: t max max t ti ti % max t

Tra tài liệu tham khảo đối với cáp bằng đồng và T max 7008 (h) ta được:

2 jkt 2 (A / mm ). a Chọn cáp cho đường dây đơn:

Đối với đường dây đơn Tra "Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp" của tác giả PSG Nguyễn Hữu Khái, chúng ta lựa chọn một sợi cáp đồng 3 lõi được đặt trong đất với các thông số kỹ thuật cụ thể.

 Kiểm tra phát nóng của cáp theo dòng điện làm việc bình thường: t

- K1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, chọn K1 = 1

- K2 là hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song; với khoảng cách 300 mm, nếu 2 sợi cáp thì K2 = 1 Đ

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng theo dòng điện làm việc bình thường b Chọn cáp cho đường dây kép

3 3 max bt dmH F cb bt

Đối với đường dây kép, chúng ta tham khảo sách "Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp" của tác giả PSG Nguyễn Hữu Khái Trong thiết kế này, chúng ta lựa chọn một sợi cáp đồng 3 lõi, được đặt trong đất với các thông số cụ thể.

 Kiểm tra phát nóng của cáp theo dòng điện làm việc bình thường Điều kiện: I ' cp  K K I I 1 2 c p  b t

- K1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, chọn K1 = 1

- K2 là hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song; với khoảng cách 300 mm, nếu

- Đối với đường dây kép:

Vậy, cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng theo dòng điện làm việc bình thường

 Kiểm tra phát nóng của cáp theo dòng điện làm việc cưỡng bức sc

THIẾT KẾ PHẦN TỰ DÙNG CHO NHÀ MÁY ĐIỆN

Tiêu đề	Đồ án phần điện trong nhà máy điện
Tác giả	Mai Quốc Toản
Người hướng dẫn	PGS. TS. Lý Đình Dương
Trường học	Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
Chuyên ngành	Điện
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	3,29 MB