Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xã

Cung cấp điện là một vấn đề rất quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế và nâng cao trình độ dân trí. Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ. Trong đó, công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất. Nước ta đang trong quá trình hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu theo định hướng xã hội chủ nghĩa, xây dựng một nền công nghiệp hiện đại làm nền tảng để phát triển kinh tế đất nước. Việc sản xuất và tiêu dùng điện năng ngày một phát triển, nó có tác động qua lại tới nhiều vấn đề lớn của xã hội như phát triển kinh tế, dân số, chất lượng cuộc sống, trình độ công nghệ, mức độ công nghiệp hóa. Nước ta đang trong quá trình hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu theo định hướng xã hội chủ nghĩa. Trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì điện năng là một trong những thành phần cơ sở hạ tầng của mọi thành phần xã hội do đó điện năng là phải luôn luôn đi trước đón đầu sự phát triển của các ngành kinh tế cũng như xã hội để đáp ứng nhu cầu sử dụng không những của hiện tại mà phải tính trước cả đến tương lai. Do đó, để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện cần phải có biện pháp nâng cấp sửa chữa nguồn điện cũ, xây dựng nguồn điện mới, cải tạo các đường dây cấp điện. Trước những yêu cầu thực tiễn khách quan trên, đề tài tốt nghiệp Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xã do Thầy Ninh Văn Nam hướng dẫn đã được thực hiện.

LỜI NÓI ĐẦU

Cung cấp điện là một vấn đề rất quan trọng trong việc phát triển nền

kinh tế và nâng cao trình độ dân trí Hiện nay nền kinh tế nước ta đang phát triển rất mạnh mẽ Trong đó, công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện năng lớn nhất Nước ta đang trong quá trình hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu theo định hướng xã hội chủ nghĩa, xây dựng một nền công nghiệp hiện đại làm nền tảng để phát triển kinh tế đất nước

Việc sản xuất và tiêu dùng điện năng ngày một phát triển, nó có tác động qua lại tới nhiều vấn đề lớn của xã hội như phát triển kinh tế, dân số, chất lượng cuộc sống, trình độ công nghệ, mức độ công nghiệp hóa Nước ta đang trong quá trình hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu theo định hướng xã hội chủ nghĩa Trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì điện năng là một trong những thành phần cơ sở hạ tầng của mọi thành phần xã hội do đó điện năng là phải luôn luôn đi trước đón đầu sự phát triển của các ngành kinh tế cũng như xã hội để đáp ứng nhu cầu sử dụng không những của hiện tại mà phải tính trước cả đến tương lai

Do đó, để đảm bảo nhu cầu cung cấp điện cần phải có biện pháp nâng cấp sửa chữa nguồn điện cũ, xây dựng nguồn điện mới, cải tạo các đường dây cấp điện

Trước những yêu cầu thực tiễn khách quan trên, đề tài tốt nghiệp " Thiết kế

hệ thống cung cấp điện cho xã " do Thầy Ninh Văn Nam hướng dẫn đã được

thực hiện

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

Số : 09 ………

Họ và tên học sinh : ……… ………… ………

……… ………… ………

Lớp : Điện ……… ………… ………

Khoá : ……… Khoa: Điện

Giáo viên hướng dẫn : Ninh Văn Nam

NỘI DUNG

Một xã nông nghiệp có mặt bằng như sau:

Thôn1 : 100 hộ dân, Thôn2: 260 hộ dân, Thôn3 : 250 hộ dân, Thôn4: 240 hộ dân

ủy ban xã: Gồm 4 tầng mỗi tầng 4 phòng diện tích 10x16m

N Thôn 3

Trạm xá

1km

Trường học

ủy ban xã Thôn 1

bơm

1,5km

Trạm xá: Gồm 2 tầng mỗi tầng 6 phòng diện tích 10x16m

Trường học: Công suất đặt 150KVA, Cos ϕ = 0,8

Trạm bơm: : Gồm 1 tầng mỗi tầng 6 phòng diện tích 10x16m, mỗi phòng 2 máy bơm 12kw, Cos ϕ = 0,78

- Thiết kế chiếu sáng và động lực chi tiết cho Trạm bơm

- Thiết kê cung cấp điện cho xã trên

Điện áp nguồn 10kv, T max = 4000h

Ngày giao đề : ……… Ngày hoàn thành : ……….

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NinhVănNam

CHƯƠNG I THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT XÃ NÔNG NGHIỆP I.1.ĐẶT VẤN ĐỀ.

+ Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏa mãn các điều kiện

cơ bản sau.

 Độ tin cậy cấp điện: Mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào

tính chất và yêu cầu của phụ tải Với những công trình quan trọng cấp quốc gia như: Hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khu quân sự … phải đảm bảo liên tục cấp điện ở mức cao nhất, nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không thể để mất điện Tuy nhiên, quyền quyết định đặt máy phát dự phòng hoàn toàn do phía khách hàng (xí nghiệp, khách sạn) quyết định

 Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần

số và điện áp Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh Người thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức ±5% Ở những xí nghiệp, phân xưởng yêu cầu chất lượng điện áp cao như may, hóa chất, cơ khí chính xác, điện tử chỉ cho phép dao động điện áp ±2,5%

 An toàn: Công tình cấp điện được thiết kế có tính phải an toàn cho

người vận hành, người sử dụng và an toàn cho chính các thiết bị điện và toàn

bộ công trình Người thiết kế ngoài việc tính toán chính xác, chọn dùng đúng các thiết bị và khí cụ điện còn phải nắm vững những quy định về an toàn, hiểu rõ môi trường lắp đặt hệ thống cung cấp điện và

những đặc điểm của đối tượng cấp điện Bản vẽ thi công phải hết sức chính xác, chi tiết và đầy đủ với những chỉ dẫn rõ ràng, cụ thể

Kinh tế: trong quá trình thiết kế thường xuất hiện nhiều phương án cấp

điện cho xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng nào đó có nên đặt máy phát dự phòng hay không, dẫn điện bằng dây trên không, tuyến dây nên đi hình tia hay liên thông v.v Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm riêng, đều có những mâu thuẫn giữa hai mặt kinh tế và kỹ thuật Phương án kinh tế không phải là phương án có vốn đầu tư ít nhất, mà là phương án tổng hòa của hai đại lượng trên sao cho thời hạn thu hồi vốn đầu tư là sớm nhất

 Từ các vấn đề nêu ra trên ta tiến hành thiết kế cung cấp điện cho

một xã nông nghiệp thep các bước sau:

a)Thu thập các số liệu cần thiết

- Đặc điểm công trình được cung cấp điện.

- Dữ liệu về nguồn: công suất, khoảng cách tới tải tiêu thụ

- Dữ liệu về phụ tải: tổng công suất, phân bố, phân loại hộ tiêu thụ.

b)Xác định phụ tải tính toán cho xã nông nghiệp

+ Danh mục các thiết bị tiêu thụ điện

+ Phụ tải điện dân dụng: hộ dân

+ Phụ tải chiếu sáng ngoài trời

+ Phụ tải tổng của mỗi khu dân cư: thôn 1, thôn 2, thôn 3,thôn 4, trạm xá, ủy ban,

trường học, trạm bơm.

c) Chọn trạm biến áp

+ Dung luợng, số lượng, vị trí đặt

+ Số lượng, vị trí của tủ phân phối ở mạng hạ áp

d) Xây dựng phương án cung cấp điện

+ Mạng cao áp; hạ áp

+ Sơ đồ đi dây của trạm biến áp

e) Chọn thiết bị điện

+ Máy biến áp

+ Tiết diện dây dẫn

+ Thiết bị điện cao áp

+ Chống sét cho đường dây cao áp

+ Nối đất trung tính máy biến áp hạ áp.

II.2.THIẾT KẾ CHI TIẾT CUNG CẤP ĐIỆN CHO MỘT XÃ

NÔNG NGHIỆP

a)Các số liệu cần thiết

DANH SÁCH PHU TẢI ĐIỆN CỦA XÃ

Ủy ban xã 4 tâng x 4 phòng x (10 x 16 m)

Trường học Công suất đặt 150KVA,Cosφ=0,8

Trạm xá 2 tâng x 6 phòng x (10 x 16 m)

Trạm bơm 1 tâng x 6 phòng x (10 x 16 m) x 2 máy bơm

12Kw,Cosφ=0,78

+ Điện áp nguồn :10kv

b)Xác định phụ tải tính toán cho toàn xã

Các phương pháp xác định phụ tải tinh toán

Phụ tải điện là số liệu đầu tiên và quan trọng nhất để tính toán thiết kế

hệ thống cung cấp điện Xác định phụ tải điện quá lớn so với thực tế sẽ dẫn đến chọn thiết bị quá lớn làm tăng vốn đầu tư Xác định phụ tải điện quá nhỏ dẫn tới chọn thiết bị điện quá nhỏ sẽ gây quá tải gây cháy nổ hư hại công

trình, làm mất điện

Xác định chính xác phụ tải điện là việc làm khó Công trình điện thường phải được thiết kế, lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi là phụ tải tính

toán Phụ tải tính toán là phụ tải gần đúng chỉ dùng để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện Có nhiều phương pháp các định phụ tải điện Căn cứ vào lượng thông tin thu nhận được qua từng giai đoạn thiết kế để lựa chọn phương án thích hợp

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

+ Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn

W0 - suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Phương pháp này thường được dùng để tính toán cho các thiết bị điện

có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân…khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính tương đối chính xác

+ Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại K max và công suất trung

 Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiếu yếu tố :công suất,số lượng các máy,chế

độ vận hành của chúng,quy trính công nghệ sản xuất …Vì vậy xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ rất quan trọng.Các phụ tải ching trong

xã là :trạm bơm.hộ dân cư,trường học,trạm xá,ủy ban xã…

 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CẤP CHO XÃ.

Tổng công suất cần cấp cho xã là

Ptt = Ptt1 + Ptt2 + Ptt3 + Ptt4 + Pttb + Pubx + Pth

Với Ptt1 là công suất tính toán của thôn 1

Ptt2 là công suất tính toán của thôn 2

Ptt3 là công suất tính toán của thôn 3.

Ptt4 là công suất tính toán của thôn 4

Pttb là công suất tính toán của trạm bơm

Pth là công suất tính toán của trường học

Pubx là công suất tính toán của ủy ban xã

Tính toán phụ tải cho các thôn

P0-suất tiêu thụ công suất trung bình/hộ

Ghi chú:Đối với nông thôn, suất tiêu thụ công suất trung bình /hộ gia đình

Knc= 0.6 + = 0,9

+ Công suất tính toán của nhóm thiết bị động cơ cho 1 phòng:

Ptt= Knc* = 0.9 *(12+12)=21,6(KW)

Thiết kế chiếu sáng cho trạm bơm.

+ Trạm bơm gồm:một tầng mỗi tầng 6 phòng diện tích 10x16m

-Đối với trạm bơm suất phụ tải chiếu sáng:P0=10-15 W/m2 (chọn P0=12.5W/m2)Công suất chiếu sáng cần dùng cho một phòng:

Phụ tải tính toán cho toàn bộ trạm bơm.

Ptt= Kđt *6* Ptt(p) = 0.9*6*23.6=127.44(KW)

Qtt = Kđt*6* Qtt(p) =0.9*6*17.7=95.58(KVAR)

BẢNG TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TOÀN XÃ

c) Chọn trạm biến áp.

Sơ đồ mặt bằng các phụ tải trong xã.

• Căn cứ vào trị số công suất tính toán cho từng khu vực và vị trí mặtbằng,phương án cung cấp điện cho xã trên như sau:

 Đặt một trạm biến áp cho thôn 1 và ủy ban xã:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 180-10/0.4 do VN chế tạo

 Đặt một trạm biến áp cho thôn 2:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 200-10/0.4 do ABB chế tạo

 Đặt một trạm biến áp cho thôn 3:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 180-10/0.4 do VN chế tạo

 Đặt một trạm biến áp cho thôn 4:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 180-10/0.4 do VN chế tạo

 Đặt một trạm biến áp cho trạm xá , trường học:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 180-10/0.4 do VN chế tạo

 Đặt một trạm biến áp cho Trạm bơm:

*Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 180-10/0.4 do VN chế tạo

Bảng:Kết quả chọn MBA cho toàn xã:

Phía cao áp các trạm dùng thiết bị bảo vệ là cầu chì tự rơi và chống sét van phía

hạ áp đặt tủ phân phối trong đó có áp tô mát tổng và các áp tô mát nhánh

d.Lựa chọn phương án cung cấp điện cho toàn xã.

 Việc lựa chọn phương án cấp điện cho toàn xã bao gồm: chọn cấp điện áp,nguồn điện, sơ đồ nối dây,phương thúc vận hành….Các vấn đề này có

ảnh hưởng trục tiếp đến việc vận hành, khai thác, phát huy hiệu quả của

 Thuận tiện trong việc vận hành,lắp ráp và sửa chữa

 Có các chỉ tiêu kinh tế và ki thuật hợp lý

Khi thiết kế những công trình cụ thể chúng ta phải xét tới những yếu

tố để vận dụng đúng đắn các yêu cầu trên N hững yếu tố đó là: yêu cầu cung cấp điện của phụ tải, khả năng cung cấp vốn đầu tư và trang thiết

bị, trình độ kỹ thuật chuyên môn của lực lượng thi công

 Có 2 dạng sơ đồ nối dây cơ bản: sơ đồ hình tia và sơ đồ phân nhánh

1 Sơ đồ hình tia

Ưu điểmlà nối dâyrõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành bảo quản Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn nên thường dùng cung cấp điện cho các hộ loại 1 và 2

2 Sơ đồ phân nhánh

Có ưu khuyết điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia nên thường dùng cung cấp điện cho các hộ loại 2 và 3

 Ta chọn sơ đồ phân nhánh…

Sơ đồ bố trí TBA và mạng cao áp toàn xã.

e.Lựa chọn các thiết bị cao áp cho xã.

Đặt vấn đề:

Tuyến đường dây cao áp cấp điện cho xã lấy từ đường dây 10kV đưa về trạm đầu tiên trên địa phận xã, chiều dài của tuyến đường dây cáp áp dài 0.8km đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo nguồn, điện liên tục cho việc sinh hoạt

và sản xuất của các thôn xóm trong xã vì vậy khi thiết kế tuyến đường dây cao

áp ta phải đặc biệt chú trọng đến độ tin cậy về mặt cơ học của đường dây và lựa chọn các phần tử trên đường dây phù hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để đảm bảo vốn đầu tư và độ an toàn của hệ thống

 Lựa chọn tiết diện dây dẫn

Có 3 phương pháp lựa chọn dây dẫn

+ Chọn theo điều kiện jkt :chọn theo jkt là phương pháp được áp dụng với lưới điện áp U ≥ 110kV.lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung

khoảng cách tải điện điện ngắn,thời gian ngắn , thời gian sử dụng sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo jkt

+ Chọn theo tổn thất điện áp cho phép ∆Ucp : chọn theo ∆Ucp là phương pháp lựa chọn tiết diện lấy chỉ tiêu chất lượng làm điều kiện tiên quyết.

+ Chọn theo điều kiện phát nhiệt cho phép :phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp,áp dụng cho lưới hạ đô thị ,công nghiệp

và sinh hoạt.Nguồn cao thế cho khu vực xã được lấy từ trạm biến ấp trung huyện,cấp điện cho các trạm biến áp theo đường dây cao thế trên không

Vì cấp điện cho 1 xã nông nghiệp là hộ tiêu thụ điện số 3 do đó ta chỉ cần cấp điện theo 1 lộ

F kt = = = 50.4 (mm 2 )

Vậy chọn dây AC với tiết diện tối thiểu là AC – 70.

• Kiểm tra theo tổn thất điện áp và phát nóng cho phép:

tt tt

S −PVới Stt = 959.17 kVA

Ptt = 803.08 kW

 Qtt = 524.5kVAr

Ucp = 5%Uđm = = 500V

⇒ UCP > ∆U.Vậy đáp ứng đúng yêu cầu của bài.

- Theo điều kiện phát nóng cho phép

Với ISC = 2Itt = 2 55.4 = 110,8 (A)

Mà dây AC - 70 có ICP = 265A

⇒ ISC < ICP

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠNG CAO ÁP CẤP ĐIỆN CHO XÃ

A.Lựa chọn các phân tử cao áp.

loại PBC-220có Uđm= 220 KV, đặt cả ba pha.

Lựa chọn dây dẫn hạ áp tới các máy biến áp trong thôn(tính cho nơi có phụ tải lớn nhất).

Lộ 1:phụ tải lớn nhất đặt tại thôn 3

- Chọn dây dẫn

Ta có: I tt = = = 10.2 (A)

Chọn tiết diện dây theo điều kiện kinh tế Lấy T max = 4000h => J kt = 1,1(A/mm 2 )

F kt = = = 9.3 (mm 2 ) Vậy chọn dây AC với tiết diện tối thiểu là AC – 25mm 2

Lộ 2:phụ tải lớn nhất đặt tại thôn 2

+ Tính toán ngắn mạch.

Dự kiến dùng 12 cọc thép góc L 60x60x6 dài l = 2,5m Chôn sâu thẳng đứng đóng xuống đất theo mạch vòng hình chữ nhật Thanh nối dùng thép 40x4mm chôn ở độ sâu l = 0,8m

Xác định điện trở của cọc: Rc =

Với l = 2,5m

Độ chôn sâu của cọc: tc = t1 + = 0,8 + 0,5 = 1,3(m)

D = 0,95 B = 0,95.60 = 57mm = 0,057

đo mà khô thì lấy giá trị là 1,5.104 Ωcm = 1,5.102Ωm

Thay vào công thức ta có:

Rc = 87,83Ω

Điện trở của thanh là: RT =

t = 0,8m

Như vậy điện trở hệ thống gồm cọc và thanh là phù hợp với yêu cầu.

Thiết kế trạm biến áp: dùng 12 cọc thép L60x60x6 dài 2,5m, chôn thành mạch vòng 22m, nối với nhau bằng thanh thép dẹt 40x4 đặt cách mặt đất 0,8m.Điện trở nối đất thực tế của hệ thống là Rd < 10Ω Cách nối các thiết bị của TBA vào hệ thống tiếp địa: hệ thống tiếp địa làm sẵn 3 đầu nối:

- Trung bình 0,4kV nối với đầu nối thứ nhất

- Đáy của 3 chống sét nối với đầu nối thứ 2

- Toàn bộ các phần bằng sắt trong TBA như cổng trạm, vỏ máy biến áp, vỏ

tủ phân phối nối với đầu nối thứ 3

B.Lựa chọn các thiết bị hạ áp cho xã

1.Chọn tủ phân phối

+ Chọn aptomat tổng cho các trạm biến áp thô:

Trạm biến áp T1-Thôn 1+ủy ban xã:

Với hệ số đồng thời là 0.8 ta có công suất tính toán tương ứng:

Với hộ dân là: 0.6*0.8 = 0.48 kVA

Dòng tổng 1 pha của mỗi hộ dân tương ứng:

Imax hộ dân = = = 4,8 A

Chọn áptômát tổng cho mỗi căn hộ cùng loại BD-63 của Panasonic (National) có Iđm = 5A

Lựa chọn thanh góp cho các trạm biến áp.

Thông số dòng điện tính toán của các trạm biến áp

Itt-T1 Itt-T2 Itt-T3 Itt-T4 Itt-T5 Itt-T5

175.89(A) 278.84(A) 268.12(A) 257.39(A) 242.03(A) 235.03(A) Khi lựa chọn thanh cái, việc đầu tiên là phải tính được dòng điện làm việc cao nhất theo đơn vị tính ampe Sau đó theo bảng dưới lựa chọn Ilv ≤ Icp

Dựa vào phụ lục 7(trang 237), ta chọn thanh góp cho các trạm biến áp TBA

bằng đồng,nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh +250C,chọn loại

thanh góp 30x4 với Icp = 475(A)

1.2.Lựa chọn dây dẫn cho các thôn:

1.2.1.Lựa chọn dây dẫn cho thôn 1 + UBX

Lựa chọn đặt trạm biến áp ở giữa các thôn.Tịa tủ phân phối,sẽ được chia làm hai nhánh,hai nhánh sẽ được tính toán phụ tải bằng nhau.Cáp được chọn theo tiêu

chuẩn phát nóng cho phép,kiểm tra phối hợp với các thiết bị bảo vệ và điều kiện

ổn định khi có ngắn mạch.Dochiều dài dây cáp không lớn nên có thể bỏ qua

điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Điều kiện chọn cáp:

Khc*Icp ≥ Itt

Trong đó: