CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 160 KVA – 10/0,4 KV

Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố hay một khu công nghiệp thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành những công việc sau: 1. Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây của trạm. 2. Chọn các thiết bị điện cao áp. 3. Chọn các thiết bị điện hạ áp. 4. Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị đã chọn. 5. Tính toán nối đất.

ΔP 0 (W)

ΔP N (W)

U N (%)

Kích thước:

Dài-rộng-cao (mm)

Trọng lượng (kG)

160 10/0,4 500 2950 4,5 1260-770-1420 820

2

1 Phần mở đầu:

Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố hay một khu công nghiệp thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan trọng trong

hệ thống cung cấp điện

Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành những công việc sau:

1 Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây của trạm

2 Chọn các thiết bị điện cao áp

3 Chọn các thiết bị điện hạ áp

4 Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị đã chọn

5 Tính toán nối đất

Các số liệu ban đầu:

1 Trạm biến áp có công suất 160 kVA

2 Điện áp:10/0,4 kV

3 Điện trở suất của đất  =0,4.104 Ω.cm

4 Công suất cắt ngắn mạch SN = 250 MVA

Kết cấu trạm :

Do điều kiện phố phường chật hẹp và dân cư đông Nên ta không thể thiết

kế trạm bệt được do vậy ta phải thiết kế trạm treo

Các thông số của trạm treo :

- Diện tích mặt bằng là : 3m x 5m =15 m2

- Dựng 2 cột ly tâm cao 11m , khoảng cách cột là 3m

- Dàn trạm cao 2,5m , tủ hạ áp có : Chiều cao 1,2m

3

2 Chọn máy biến áp:

1 Chọn máy biến áp chế tạo tại Việt Nam

2 Ta chọn máy biến áp có hệ thống làm mát tự nhiên bằng dầu loại

160 kVA – 10/0,4 kV do ABB chế tạo có các thông số sau:

Trọng lượng (kG)

3 Chọn thiết bị điện áp cao:

Đối với các thiết bị cao áp ta chọn theo điều kiện sau:

Udmtb ≥ Udmmạng = 10 kV Dòng điện làm việc cực đại của MBA:

Điện áp định mức của mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV

Dòng cưỡng bức đi qua cầu chì chính là dòng quá tải của MBA, những giờ cao điểm cho MBA làm việc quá tải 30%:

Icb = Iqt MBA = 1,3.Iđm MBA = 1,3.9,23=11,99(kA)

Căn cứ vào 2 điều kiện trên ta chọn cầu chì tự rơi có các thông số sau:

Kiểu Udmmax (kV) Idm (A) IN (kA) Trọng lượng (kg)

Điện áp định mức của mạng điện cao áp: Uđm.m = 10 kV

Theo phần trước ta có dòng cưỡng bức: Icb = 11,99 A

( Phụ lục 2.28 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện)

Sứ đặt ngoài trời do Nga chế tạo có các thông số sau:

(kV)

F (kg)

Điều kiện : U dmcsv U dm m.

Dùng loại chống sét van do Nga chế tạo có các thông số sau:

( Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô Hồng Quang)

phép lớn nhất

Umax (kV)

Điện áp đánh thủng khi tần

số 50Hz (kV)

Điện áp đánh thủng xung kích khi thời gian phóng điện 2-10s (kV)

Khối lượng (kg)

6

3.4 Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:

Thanh dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: K1.K2.Icp ≥ Icb

4.1Chọn cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối

Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép:

k1.k2.Icp ≥ IttH

7

Trong đó:

k1 = 1 Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

k2 = 1 Hệ số hiệu chỉnh có kể đến số lượng cáp đi chung một rãnh

Dựa vào điều kiện đó ta chọn cáp tiết diện là cáp PVC loại 4G70 (Tra bảng

PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện) ta có các thông số sau:

(kg/km)

R0 (Ω/km) ở 200 C

Tra giáo trình Hệ thống cung cấp điện trang 358 ta có:

Tủ tự tạo có : cao 1,2m - rộng 0,8m – dày 0,3m chứa 1 AT; 3 AN

Điện áp định mức của mạng điện: Uđm.m = 400 V

Dòng điện tính toán phía hạ áp: IttH = 230,9 A

Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn Aptomát do Nga chế tạo có các thông số sau:

Loại Udm (V) Idm (A) INmax (kA) Số cực

Dòng thứ cấp (A)

Số vòng dây sơ cấp

Dung lượng (VA)

Cấp chính xác

Đường kính (mm)

Trọng lượng (kg)

số 50Hz (kV)

Điện áp đánh thủng xung kích khi thời gian phóng điện 2-10s (kV)

Khối lượng (kg)

PBH-0,5Y1

4.8Chọn thiết bị đo đếm điện năng:

Tra theo phụ lục sách thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn được các thiết bị đo đếm điện năng có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau:

Chiều cao (mm)

5 Tính ngắn mạch:

- Giả thiết ngắn mạch Xảy ra là ngắn mạch 3 pha đối xứng ta coi : I” = I

- Thời gian tồn tại của ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ của Rơle và Máy cắt

I”: Dòng điện siêu quá độ

I : Giá trị tức thời của dòng điện ngắn mạch trong chế độ xác lập

Ixk : Trị số tức thời của dòng điện xung kích

Ixb : Giá trị hiệu dụng lớn nhất của dòng ngắn mạch

Ta tính ngắn mạch 3 pha đối xứng và nguồn được coi là có công suất vô

cùng lớn vì trạm biến áp ở xa nguồn khi tính toán ngắn mạch ta có thể xem:

IN = I” = I

Sơ đồ thay thế :

Điện kháng hệ thống :

Tính toán ngắn mạch tại điểm N 2 :

Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp , ta coi MBA là nguồn , vì vậy điện áp phía hạ áp không thay đổi khi xảy ra ngắn mạch Do đó ta có: IN = I” = I

Sơ đồ thay thế:

15

Dòng điện xung kích tính toán:

Ixk3 = 2.k Ixk N3  2.1,8.4,53 11,55(kA)

Kiểm tra các khí cụ điện:

Kiểm tra khí cụ điện cao áp (Cầu chì tự rơi):

Do đó cầu chì tự rơi đã chọn thoã mãn ( đạt yêu cầu)

Kiểm tra khí cụ điện hạ áp:

Thanh cái hạ áp:

- Kiểm tra ổn định lực điện động:

Khi có ngắn mạch xảy ra , dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái làm cho thanh cái chịu một lực rất lớn, sự rung động có thể làm cho thanh cái bị uốn cong sinh ra phá hoại thanh cái và các sứ đỡ

Do đó ta phải kiểm tra thanh cái theo điều kiện sau:

tt cp

 

Ta có ứng suất tcho phép của thanh góp cp = 1400 kg/cm2

16

Ứng suất tính toán được tính theo biểu thức sau :

tt

MW

Trong đó :

M-momen uốn tính toán(kG/cm)

W-momen chống uốn của thanh góp đặt thẳng đứng (cm3)

a = 14 cm : Khoảng cách giữa các pha

Ixk = 11,91 kA: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N2

Do đó thanh cái đảm bảo ổn định lực điện động

- Kiểm tra ổn định nhiệt:

18

h- chiều cao của thanh góp, h=25mm

b- bề dày miếng kẹp phía dưới thanh góp, b nhỏ có thể bỏ qua

Ftt- lực điện động tác động lên thanh góp khi ngắn mạch 3 pha

2

60 1,76.10 1,76.10 11,91 10,7

t-Thời gian cắt ngắn mạch, lấy thời gian tồn tại ngắn mạch t=0,5s

Tiết diện tính toán nhỏ nhất đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt bằng:

2 min 6.4,68 0,5 19,86

Kiểm tra áptômát tổng:

Dòng điện cắt ngắn mạch định mức của áptômát tổng đã chọn bằng:

19

15

cdm

I  kA

Dòng điện ngắn mạch tại N2 bằng:IN2=4,68kA

Như vậy I cdmI N2 nên áptômát đã chọn đạt yêu cầu kỹ thuật

Kiểm tra máy biến dòng điện:

Phụ tải thứ cấp của BI gồm có:

20

6 Tính toán nối đất cho trạm biến áp:

Trong các trạm biến áp thì nối đất an toàn và nối đất làm việc thường được nối chung với nhau Điện trở nối đất của toàn trạm biến áp hạ áp với công suất không quá 320 kVA thường có Rd ≤ 4 Ω Căn cứ vào điện trở suất của đất của đất  =0,4.104 Ω.cm & mặt bằng của trạm có đủ điều kiện đóng cọc tiếp đất

thì ta chọn phương án nối đất của trạm, sau đó tính toán điện trở nối đất của

phương án đã chọn

Nếu trong trường hợp Rtt = 4 Ω thì phương án nối đất đạt yêu cầu nếu Rtt ≥

4 Ω , ta phải sử lý bằng cách đóng cọc cho đến khi điện trở nối đát đạt yêu cầu Mặt bằng bố trí tiếp địa:

Dự kiến phương án nối đất:

- Ta sử dụng mạch vòng gồm 6 cọc được nối với nhau

- Cọc sử dụng loại cọc sắt góc L60x60x6

- Thanh ta dùng sắt dẹt 40x4

Dự kiến phương án nối đất như hình vẽ

1 Tính điện trở nối đất của cọc:

Cọc nối đất có điện trở được tính theo công thức sau:

22

4

2 c

2 Tính toán điện trở nối đất của thanh :

Điện trở nối đất của thanh được tính theo biểu thức sau :

2 t