THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP 3P1000kVA CẤP ĐIỆN CHO HỘ KINH DOANH LÊ THÁI HÀ, ẤP GÀNH DẦU, HUYỆN PHÚ QUỐC, TỈNH KIÊN GIANG

Nghiên cứu,thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện giúp cho chúng ta cái nhìn tổng thể về kiến thức chuyên nghành được đào tạo rút ra được những kiến thức kinh nghiệm và tác phong trong thực hiện công việc. Trong quá trình thực hiện đề tài giúp nhóm trao đổi được kiến thức của mình với bạn bè, giảng viên hướng dẫn và các thế hệ đi trước. Từ đó, trau dồi thêm kỹ năng nghề nghiệp và khả năng vận dụng lý thuyết vào thực tế một cách chính xác và hiệu quả hơn.

1

MỤC LỤC

TRANG LỜI CẢM ƠN 3

I Lý do chọn đề tài 4

II Mục tiêuvà giới hạn của đề tài 4

III Phương pháp nghiên cứu 4

IV Nội dung nghiên cứu 5

Chương I

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 6

1.1 Cơ sở lý thuyết về cung cấp điện 6

1.1.1 Các dạng nguồn điện: 6

1.1.2 Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện 6

1.2 Phụ tải điện 7

1.2.1 Phụ tải điện 7

1.2.2 Phân loại: 8

1.2.3 Đồ thị phụ tải 8

1.3 Tính toán ngắn mạch 8

1.3.1 Mục đích và yêu cầu 8

1.3.2 Dòng điện bình thường và cưỡng bức: 8

1.4 Chọn khí cụ và các phần dẫn điện 9

Chương II

BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI VÀ PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN 9

2.1 Biểu đồ phụ tải 9

2.1.1 Đặc điểm chung 9

2.1.2 Đặc tính phụ tải 10

2.1.3 Tìm hiểu địa hình 10

2.2 Phương án cấp điện 11

Chương III

THIẾT KẾ TRẠM 22/0,4kV 11

3.1 Chọn máy biến áp 11

3.2 Chọn chống sét van 12

3.3 Chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ 13

3.4 Chọn dây dẫn hạ áp 15

3.5 Chọn biến áp và biến dòng do đếm (TU, TI) 15

2

Chương IV

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

VÀ CHỌN KHÍ CỤ BẢO VỆ CÁC PHÂN XƯỞNG 17

4.1 Ngắn mạch trung áp của máy biến áp 17

4.2 Chọn lựa các khí cụ bảo vệ mạng hạ áp 18

4.3 Chọn dây dẫn mạng động lực chính của hệ thống 20

Chương V

TÍNH TOÁN BÙ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 23

5.1 Tính toán dung lượng bù để nâng cao hệ số cosφ lên 0,95 23

5.1.1 Đặt vấn đề 23

5.1.2 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ 24

5.1.3 Biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên 26

5.1.4 Chọn thiết bị bù 29

5.1.5 Nâng cao hệ số Cosφ bằng phương pháp bù 29

5.1.6 Các thiết bị bù trong hệ thống cung cấp điện 30

5.1.7 Xác định và phân bố dung lượng bù 31

Chương VI

THIẾT KÊ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 32

6.1 Nối đất cho trạm biến áp: 32

6.2 Nối đất chống sét trạm biến áp 34

Chương VII

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

7.1 Kết luận 35

7.2 Kiến nghị 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

tế cuộc sống hàng ngày, tuy khối lượng tính toán là rất lớn song lại thu hút được sự nhiệt tình, say mê của sinh viên

Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự say mê cố gắng, nỗ lực trong công việc của nhóm cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các Thầy trong bộ cung cấp Điện, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy Võ Viết Cường, em đã hoàn thành đồ án môn học của mình Từ đồ án này mà em biết cách vận dụng lý thuyết vào trong tính toán thực tế

và càng hiểu sâu lý thuyết hơn Tuy đã cố gắng cho đố án thực tế này nhưng do kiến thức còn hạn chế, nên khó tránh khỏi có nhiều thiếu sót Em mong nhận được sự nhận xét và chỉ bảo của các Thầy và bạn bè để nhóm thực hiện rút kinh nghiệm nhằm hoàn thiện hơn kiến thức của bản thân

Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Võ Viết Cường cùng các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án môn học này

Xin chân thành cảm ơn!

NHÓM THỰC HIỆN

Nguyễn Quốc Lưu Nguyễn Minh Nhựt

Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, mà đi đầu là công nghiệp, nền công nghiệp nước ta đang có được những thành tựu đáng kể: Các xí nghiệp công nghiệp, các nhà máy với những dây truyền sản xuất hiện đại đã và đang được đưa vào hoạt động Gắn liền với những công trình đó, để đảm bảo sự hoạt động liên tục ,tin cậy và

an toàn thì cần phải có một hệ thống cung cấp điện tốt

Là sinh viên ngành điện bản thân nhận thấy rằng, việc thiết kế trong đồ án cung cấp điện là việc cần thiết và quan trọng, giúp bản thân đánh giá, tích lũy kiến thức trong thời gian học tập tại trường, đồng thời từ đó có thể áp dụng được kiến thức chuyên nghành

vào thực tế nơi công tác Đó là lý do nhóm chọn đề tài “Tính toán, thiết kế TBA 1000kVA Cấp điện cho hộ kinh doanh Lê Thái Hà, Ấp Gành Dầu, xã Gành Dầu, huyện Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang” để nghiên cứu và thực hiện

3P-II Mục tiêu và giới hạn của đề tài

Nghiên cứu,thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện giúp cho chúng ta cái nhìn tổng thể về kiến thức chuyên nghành được đào tạo rút ra được những kiến thức kinh nghiệm

và tác phong trong thực hiện công việc Trong quá trình thực hiện đề tài giúp nhóm trao đổi được kiến thức của mình với bạn bè, giảng viên hướng dẫn và các thế hệ đi trước Từ

đó, trau dồi thêm kỹ năng nghề nghiệp và khả năng vận dụng lý thuyết vào thực tế một cách chính xác và hiệu quả hơn

III Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết thông qua các tài liệu như: Sách, giáo trình và tham khảo các nguồn tài liệu thiết kế tại đơn vị công tác

Tính toán công suất của nhà máy, từ đó đưa ra cơ sở chọn phương án cấp điện, chọn máy biến áp…

5

Nhận định và so sánh với kết quả thực tế tại nhà máy đang vận hành

IV Nội dung nghiên cứu

Đồ án môn học thiết kế hệ thống Cung cấp điện cho hộ kinh doanh Lê Thái Hà Ấp Gành Dầu, xã Gành Dầu, huyện Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang cần thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Tổng quan về đề tài nghiên cứu

- Xác định nhu cầu phụ tải tính toán

- Tính toán thiết kế trạm biến áp 3P-22/0,4kV

6

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Cơ sở lý thuyết về cung cấp điện

Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác, dễ truyền tải và phân phối Vì vậy nó là ngành năng lượng chính trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt của con người

Điện năng không tích trữ được, trừ pin, ắc quy có công suất nhỏ Vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện phải luôn đảm bảo cân bằng Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ Quá trình xảy ra rất nhanh Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như: Điều độ, thông tin, đo lường, bảo vệ, tự động hóa

1.1.1 Các dạng nguồn điện:

Hiện nay có nhiều dạng nguồn điện Do có nhiều phương pháp biến đổi các dạng lượng khác như nhiệt năng, thủy năng, năng lượng hạt nhân

 Nhà máy nhiệt điện:

Đây là dạng Nguồn điện kinh điển: Nó giữ tỷ lệ khá quan trọng trong tổng công suất của hệ thống điện

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau: Nhiệt năng (của than, khí gas, dầu,….) => cơ năng (tuabin, động cơ diezel) => điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy than ( khí, diezel)

 Nhà máy thủy điện:

Quá trình biển đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện:

Thủy năng (của cột nước) => cơ năng (tua bin nước) => điện năng (máy phát điện)

=> nhà máy thủy điện

 Nhà máy điện nguyên tử:

Do lo ngại vấn đề an toàn và ô nhiễm phóng xạ nên việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử chỉ được xem xét đến khi các nguồn điện khác đã được khai thác hết

1.1.2 Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện

Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ

có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt

7

 Độ tin cậy cung cấp điện:

Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc hộ tiêu thụ loại nào Trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt

 Chất lượng điện:

Chất lượng điện được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp Chỉ tiêu tần số

do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (từ hàng chục MW) trở lên mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện

Điện áp ở lưới chung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ± 5% điện áp định mức Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ± 2,5%

 An toàn cung cấp điện:

Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh những nhầm lẫn trong vận hành; Các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng công suất Việc vận hành quản lý hệ thốn điện có vai trò hết sức quan trọng Người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành quy định về an toàn sử dụng điện

Phụ tải điện có thể được biểu diễn dưới dạng tổng quát:

Trong đó: P = S.cos (W) là công suất tác dụng

Q = S.sin (Var) là công suất phản kháng

S = UI = P + Q2 2 (VA) là công suất biểu kiến (1.2)

1.2.3 Đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải là hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa công suất phụ tải (S, P, Q) theo thời gian (t): S = f(t) ; P = f(t); Q = f(t)

Đồ thị phụ tải hằng ngày: được sử dụng khi thiết kế để chọn công suất máy biến

áp, tính toán các phần dẫn điện, tính tổn thất điện năng trong máy biến áp Từ đồ thị phụ tải hằng ngày suy ra: Pmax, Pmin, Tmax, Angàyđêm

Angày đêm= PiTi ; Tmax =

max

A

Đồ thị phụ tải hằng năm: dùng để xác định điện năng tiêu thụ trong một năm và

cho thời lượng đã sử dụng các bậc phụ tải có thể dùng để đưa ra kế hoạch tu sửa thiết bị

1.3 Tính toán ngắn mạch

1.3.1 Mục đích và yêu cầu

Mục đích tính toán dòng ngắn mạch (IN) để phục vụ cho việc chọn các khí cụ điện (máy cắt, kháng điện, biến dòng, biến điện áp) và các phần dẫn điện (dây dẫn, thanh dẫn, cáp)

Chỉ tính ngắn mạch ba pha (N(3)) vì thường dòng ngắn mạch ba pha lớn hơn dòng ngắn mạch hai pha (N(2)) và một pha (N(1))

Khi tính toán ngắn mạch trong hệ thống U > 1000V có thể bỏ qua thành phần điện trở R mà chỉ xét điện kháng X Khi tính ngắn mạch trong mạng U < 1000V mới xét đến

R

1.3.2 Dòng điện bình thường và cưỡng bức:

9

Dòng làm việc bình thường Ibt là dòng lớn nhất mà các phần tử của hệ thống điện làm việc bình thường Dòng điện làm việc bình thường dùng để chọn tiết diện của dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế

Dòng điện cưỡng bức thường lớn hơn dòng làm việc bình thường Dòng điện cưỡng bức cực đại dùng để chọn khí cụ điện và dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài

Khi chọn dây dẫn trong trạm biến áp phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Theo dòng điện cho phép lâu dài

Icp.K1.K2.K3 cb max

qt

I

Trong đó: Kqt - hệ số quá tải

K1 – hệ số hiệu chỉnh theo môi trường xung quanh

K2 – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc số dây song song

K3 - là hệ số phụ thuộc vào độ nghiêng của dây dẫn trong quá trình lắp đặt

- Theo điện áp cho phép

- Theo sự phát nóng ngắn hạn

Chương II BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI VÀ PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN

2.1 Biểu đồ phụ tải

2.1.1 Đặc điểm chung

10

Xây dựng Nhánh rẽ trung thế 3P-22kV tại vị trí trụ 478PQ/501 tuyến 478 và trạm biến áp 3P-1000kVA cấp điện cho hộ kinh doanh Lê Thái Hà thuộc ấp Gành Dầu, xã Gành Dầu, huyện Phú Quốc, tỉnh Kiên Giang

Cấp điện nhằm mục đích phục vụ nhà máy sản xuất là chính

2.1.2 Đặc tính phụ tải

Hình 2 1: Đồ thị phụ tải điển hình trong ngày

11

 Xà hiện hữu: Xà cân 2m; 2,4m mạ kẽm

 Cách điện đường dây: Cách điện đứng và cách điện treo 24kV

Khoảng cách từ vị trí đấu nối tại trụ tại vị trí trụ 478PQ/501 lắp đặt trạm biến áp đến trạm trung gian 110kV Phú Quốc khoảng 04km đảm bảo khả năng cấp điện ổn định với chất lượng cao

2.2 Phương án cấp điện

Có 2 phương án để cấp điện cho nhà máy:

- Phương án 1: đặt 2 trạm biến áp, 1 trạm có công suất 400kVA, và 01trạm có công

suất 630kVA

- Phương án 2: đặt 1 trạm biến áp có công suất 1000kVA

 Ta quyết định chọn phương án 2 vì :

i Phụ tải cung cấp cho nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại 1 cần được cấp nguồn liên tục

và giảm được chi phí đầu tư xây dựng

ii Vì phụ tải của trường có Kdt < 1 nên ta chọn máy 1000kVA làm máy cấp nguồn chủ yếu

iii Đối với phụ tải trong phân xưởng nhà máy có nhu cầu cấp điện liên tục thiết yếu ta

đi dây lộ kép từ trạm nguồn 1000kVA để:

 Khi sửa chữa, bảo trì tránh mất điện (đóng mạch song song)

 Đảm bảo việc cấp điện liên tục cho các thiết bị có nhu cầu cao trong phân xưởng

- Chú ý: Khi lựa chọn vị trí đặt máy biến áp phân xưởng hoặc trạm biến áp nhà máy,

ta cần xác định tâm phụ tải Nếu đặt đúng tâm phụ tải sẽ giảm được tổn thất công suất và

điện năng

Chương III TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRẠM 3P-1000kVA

3.1 Chọn máy biến áp

Với công suất nhà máy đăng ký được thể hiện thông qua sơ đồ phụ tải được duyệt ta có:

Ptt = 860kW

12

Cosφ = 0,85 đến 0,9 sau khi bù

85 , 0

Với ST = 1012 kVA nên chọn 01 máy biến áp theo gam máy có công suất 1000kVA

do công ty thiết bị điện ThiBiDi chế tạo có thông số kỹ thuật

13

- Cấu tạo cơ bản bên trong chống sét gồm những đĩa điện trở oxit kim loại (MOV) xếp chồng lên và liên kết đến 2 điện cực, được quấn chặt lại với các lớp sợi thủy tinh tẩm epoxy chịu lực tạo thành 1 khối bền vững có khả năng chịu đựng về điện và lực uốn cơ học cao

- Vật liệu cách điện Polymer (Silicone rubber) có độ bền cao, đặc biệt phù hợp khi vận hành trong các điều kiện môi trường ô nhiễm như: khu vực miền biển, sương muối, ô nhiễm công nghiệp, bức xạ UV cũng như khí hậu nhiệt đới

Hình 3.2: Chống sét van 18kV – 10kA

3.3 Chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ

Dòng định mức qua sơ cấp (Trung thế):

) ( 3 , 26 22 3

1000 3

)

U

S I

đm

tt sc

, 0 3

1000 3

)

U

S I

đm

tt tc

Chọn cầu chì tự rơi, loại FCO-27kV-100A sử dụng loại 1 pha, kiểu lắp đặt trên trụ, ngoài trời có gắn phần tử dây chảy (fuse link)

Theo tiêu chuẩn số 1302 của Quyết định số 3352/QĐ - ĐL2-4, quy định dây chì bảo

vệ phía sơ cấp máy biến áp (fuse link) Ta chọn loại dây chảy 24K

→Từ kết quả trên ta chọn:

- Phía sơ cấp chọn cầu chì bảo vệ loại tự rơi (FCO – 100A – 27kV)

14

Điện áp định mức: 24KV

Dòng điện định mức: 100A

Thân làm bằng vật liệu polymer, nhẹ, dể bảo quản, vận chuyển và lắp đặt

Chiều dài đường rò cao: > 590mmm

Điện áp thử đạt tần số công nghiệp: Khô 75KV, ướt 50kV

Điện áp thử đạt xung 125kV(1,2/50micro sec)

Độ bền cơ khí cao

Thích ứng với các môi trường họat động khắc nghiệt như ô nhiểm cao, axít, muối biển

Hình 3.3: Cầu chì tự rơi 27kV – 100A (Polyme)

- Phía thứ cấp chọn ACB đóng cắt bảo vệ chủng loại 600V – 1600A – 65kA

ACB 3P

Cơ cấu nạp lò xo bằng tay

Relay bảo vệ kiểu tiêu chuẩn

Điện áp đinh mức: 600V

Dòng điện định mức: 1600A

Dòng cắt ngắt mạch: 65kA

Số cực: 3P

, 0 3

1000

S I

Dòng cho phép của cáp Icp = 3x602 = 1806 (A) > 1445 (A) thỏa điều kiện vận hành

và phát nóng cho phép

3.5 Chọn biến áp và biến dòng do đếm (BU, BI)

Theo tiêu chuẩn số 0002 của Quyết định số 3352/QĐ – ĐL2-4 ngày 16/12/2005 của

Công ty Điện lực 2 “V/v ban hành tiêu chuẩn công tác lưới điện phân phối trên không

trong Công ty Điện lực 2”, quy định với trạm khách hàng có dung lượng máy biến áp

SMBA 250kVA thì trong trạm phải sử dụng bộ đo đếm gián tiếp ở trung thế

Với công trình thiết theo vị trí lắp đặt phụ tải nên phải sử dụng bộ đo đếm bên trung thế làm cơ sở tính toán trong quá trình trong quá trình mua bán điện Các bộ BI, BU và các đồng hồ đo đếm điện năng đều do điện lực cấp Do đó, trong quá trình thiết kế ta chỉ

cần chọn BI và BU có tỉ số biến điện phù hợp

+ Giải Pháp Chọn TI

Theo tiêu chuẩn số 1304 của Quyết đinh số 3352/QĐ-ĐL2-4, ngày 16/12/2005 của Công ty Điện lực 2 quy định đối với máy biến áp 3P-1000kVA, chọn bộ biến đổi dòng điện TI 24kV - 30/5A

Kiểm tra giải pháp:

- Theo như ta biết, khi máy biến áp hoạt động hết công suất (với hệ số đồng thời cực đại) Ilvmax = 26,3A và xem như là dòng làm việc định mức

- Với biến dòng có dòng sơ cấp định mức 15A đã chọn xem ra là hợp lý theo tiêu chuẩn quy định

Vậy chọn TI - 30/5A - cấp 24kV

+ Giải Pháp Chọn TU

Chọn TU cấp 24kV, tỉ số 12000/120V

16

Hình 3.5: Bộ TU và TI đo đếm trung thế 24kV

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý TBA 3P-1000kVA

17

Chương IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

VÀ CHỌN KHÍ CỤ BẢO VỆ MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY

4.1 Ngắn mạch trung áp của máy biến áp

Ta có thông số máy biến áp đã chọn:

Thiết bị bảo vệ trung áp có các thông số cụ thể như sau:

Cầu chì bảo vệ loại tự rơi (FCO – 100A – 27kV)

Điện áp định mức: 27KV

Dòng điện định mức: 100A

Thân làm bằng vật liệu polymer, nhẹ, dể bảo quản, vận chuyển và lắp đặt Chiều dài đường rò cao: > 590mmm

Điện áp thử đạt tần số công nghiệp: Khô 75kV, ướt 50kV

Điện áp thử đạt xung 125kV(1,2/50micro sec)

2205,105

U

(4.1) Tổng trở đường dây ACX- 240 (4km)

ZD = RD +j XD = r0l +jx0l = 0,65 x 4 + 0,368 x 4 = 2,6 + j 1,472 ()

Dòng ngắn mạch 3 pha phía trước máy biến áp

18

) ( 8 , 3 ) 472 , 1 9 , 0 ( 6 , 2 3

1 , 23 )

( 3

22 05 , 1

X X R

Z

U I

D H D

phương án cho phù hợp với mục đích sử dụng

Hình 4.1 Sơ đồ đơn tuyến mạng động lực nhà máy