Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 2

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như máy phát, máy biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng đi

CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như máy phát, máy biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện được nối với nhau bằng thanh dẫn , thanh góp và cáp điện

Để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy ta dùng thanh dẫn cứng Thanh dẫn cứng khi dòng điện nhỏ thường dùng thanh hình chữ nhật còn khi có dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh hình chữ nhật đơn, còn khi có dòng > 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng ( Để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát chúng)

Tất cả các dây dẫn từ máy biến áp lên thanh góp 220 KV và 110 KV ta dùng dây dẫn mềm Nó là dây xoắn đồng hay nhôm lõi thép Khi dùng 1 sợi dây không đủ tải dòng cần thiết phải dùng chùm các dây dẫn mềm

I.CHỌN THANH DẪN CỨNG

a Chọn thiết bị theo dòng cho phép lâu dài

• Dòng cho phép lâu dài của thanh dẫn Icp phải lớn hơn dòng cưỡng bức qua

nó

Icb ≤ Icp

Icp : Là giá trị dòng cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ

• Thanh dẫn cứng ở đây dùng để nối từ cực máy phát đến máy biến áp Trong chương 5 ta đã tính được dòng cưỡng bức

Icb = 1,05 4 , 335KA

5 , 10 3

75 =

• Tra tài liệu “ Thiết kế nhà máy điện ” ta chọn thanh dẫn hình máng bằng đồng có các thông số:

h = 125 cm

b = 55 cm

r = 10 cm

Tiết diện 1 cực là: 1370 mm2

h 1

h

x x

y 0

y 0

r

c

y y

b

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 64

Mô men trở kháng:

Wxx = 50 cm3

Wyy = 9,5 cm3

Wyoyo = 100 cm3 Dòng điện cho phép là: 5500 A

• Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường θMT= 250C, nhiệt

độ môi trường xung quanh nơi đặt thanh dẫn là θxq= 350C, nhiệt độ cho phép vận hành lâu dài của thanh dẫn θcp= 700C

⇒ Khc =

MT cp

xq cp

θ θ

θ θ

−

−

25 70

35

−

−

Vậy dòng cho phép hiệu chỉnh theo nhiệt độ

Ihc cp = khc.Icp = 0,88.5500 = 4840 A > Icb = 4,335 KA thoả mãn điều kiện

b.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch

Thanh dẫn đã chọn có Icp = 5500 A > 1000 A nên không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

c.Kiểm tra ổn định động

• Điều kiện kiểm tra ổn định động:

2

/

1400Kg cm

cp

tt ≤ σ =

σ

cp

σ : ứng suất cho phép của thanh dẫn đã chọn là thanh dẫn đồng có

cp

σ = 1400Kg/cm2

• Xác định ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha

Lực tính toán Ftt tác dụng lên thanh dẫn các pha

Ftt = 1,76 10-8 .i xk2

a

L ( Kg )

Ixk : Dòng ngắn mạch xung kích

L : Khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau

A : Khoảng cách giữa các pha

ở cấp điện áp U = 10,5 KV lấy L = 180 cm, a= 45 cm

⇒Ftt = 1,76.10-8 .( 83 , 34 10 ) 488 , 97 ( )

45

Kg

=

Mô men uốn M

10

180 97 , 488 10

.

cm Kg L

F tt

=

=

ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn

/ 0146 , 88 100

46 , 8801

M

yoyo

σ

Ta thấy σtt = 88 , 0146Kg/cm2 < σcp = 1400Kg/cm2

• Khoảng cách giữa các miếng đệm (L2)

Lực điện động do ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị độ

dài:

f2 = 1,68.10-8 I m k hd

h

l

" 2

Khd : Hai thanh hàn chặt vào nhau; Khd = 1

h : Bề rộng của hình máng; h =17,5 cm

⇒f2 = 1,68.10-8

5 , 17

1 ( 2.32,74 103)2 = 2,058 Kg/cm

Khoảng cách giữa 2 miếng đệm

L =

2

) (

12

f

W yy σcp −σtt

058 , 2

) 0146 , 88 1400 (

5 , 9

So sánh Lmax = 269 cm với khoảng cách L = 180 cm ta thấy giữa 2 sứ đỡ không phải đặt thêm miếng đệm mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động khi có ngắn mạch

II.CHỌN THANH DẪN MỀM

1.Chọn dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp 220KV

• Điều kiện

Icp ≥ Ilvcb

U

S HT

38 , 0 220 3

35 , 145

3

• Tra tài liệu “ Thiết kế nhà máy điện ” chọn dây nhôm lõi thép AC-300 có

Icp = 690 A

d = 29,2 mm ( Đường kính dây dẫn )

• Hiệu chỉnh dòng điện theo nhiệt độ môi trường với Khc = 0,78

Ihc CP = 0,78.690 = 538 ( A )

Ihc CP = 538 A > Icb = 380 A

• Kiểm tra điều kiện vầng quang

Uvq ≥ Uđm = 220 KV

Uvq : Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang

Dây dẫn đặt trên mặt phẳng nằm ngang ta có

Uvq =.84.m.r.lg

r

a (KV)

m : Hệ số xét tới bề mặt nhẵn của dây dẫn m= 0,85

r : Bán kính ngoài của dây dẫn r = 29,2/2=14,6 mm = 1,46cm

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 66

a : Khoảng cách giữa các trục dây dẫn a = 500 cm

⇒ Uvq = 84.0,85.1,46.log 264 , 2KV

46 ,

1 500 =

Uvq > Uđm = 220 KV⇒ Điều kiện vầng quang thoả mãn

• Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt

Xung lượng nhiệt khi ngắn mạch đựơc xác định theo biểu thức

BN = ∫t I t dt

0

2

. A2s Một cách gần đúng ta lấy It là giá trị hiệu dụng tức thời của dòng ngắn mạch

It2 = Ickt2 + ikckt2

ICKt : Giá trị hiệu dụng tức thời dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ

iKCKt : Giá trị tức thời dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ

It2 = 2 2

KCKt CKt i

I +

BN = ∫t I t dt

0

2

. = ∫t I CK t dt

0

2

. + ∫t I KCK t dt

0

2

.

BN = BNCK + BNKCK

BNCK : Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch chu kỳ

BNKCK : Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch không chu kỳ

Xác định BNCK dùng phương pháp giải thích đồ thị

Tìm giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ ICKt tại các thời điểm khác nhau 0; 0,1; 0,2 s là các giá trị I0; I0,1; I0,2 đến thời điểm t

Biểu diễn trên đồ thị ta có diện tích giới hạn của đường cong này với các trục toạ độ chính là BNCK Một cách gần đúng diện tích này có thể xác định theo đường bậc thang hoá

Itbi2 = I i− +I i Δt

2

2 2 1

BNCK = ∑

=

Δ

n

i TBi t I

1

2

.

t

Δ : Khoảng chia thời gian từ khi ngắn mạch cho đến khi cắt xong ngắn mạch

Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có :

* Nhánh hệ thống X 1 = 0,078

Xtt = X1

cb

HT

S S

E 1234

E HT

X 1 X 16

0,078 0,116

= 0,078 2 , 34

100

3000 =

Tra đường cong tính toán ta có

I0 = 0,425 I0,1= 0,41 I0,2 = 0,4

Chuyển sang đơn vị có tên:

I0 = 0,425 3 , 2 KA

230 3

120 =

I0,1 = 0,41 3 , 1KA

230 3

3000 =

I0,2 = 0,4 3KA

230 3

3000 =

* Nhánh máy phát điện

Xtt = X16

cb

dmMF

S

S

∑4

1 = 0,116 0 , 348

100

300 =

Tra đường cong tính toán ta có

I0 = 2,9 I0,1 = 2,45 I0,2 = 2,2

Chuyển sang đơn vị có tên

I0 = 2,9 2 , 18KA

230 3

I0,1 = 2,45 1 , 85KA

230

3 300 =

I0,2 = 2,2 1 , 66KA

230

3 300 =

⇒Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp

I0N1 = 3,2 + 2,18 = 5,38KA

I0,1N1 = 3,1 + 1,85 = 4,95 KA

I0,2N1 = 3 + 1,66 = 4,66 KA

Bình phương các trị số dòng điện có tên

I02N1= 28,9 KA2

I0,12N1 = 24,5 KA2

I02,2N1 = 21,7 KA2

Tìm các trị số trung bình bình phương

Itb12 = + =

2

2 1 , 0

2

7 , 26 2

5 , 24 9 , 28

KA

= +

Itb22 = + =

2

2 2 , 0

2 1 ,

1 , 32 2

7 , 21 5 , 24

KA

= +

Š Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 68

BNCK = ∑4 Δ

1

2

. i

tbi t I

= (26,7 + 23,1).106.0,1 = 4,98.106A2.S

Š Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ

BNKCK = I”.Ta

Ta : Hằng số thời gian tương đương của lưới Đối với lưới có U≥

1000V có thể lấy Ta = 0,05s

⇒BNKCK = 0,05.5,36.106 = 1,45.106 A2s

Š Vậy ta có xung lượng nhiệt toàn phần

BN = BNCK + BNKCK

= 4,98.106 + 1,45.106 = 6,43.106 A2s

Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn phải có tiết diện nhỏ nhất là:

Smin =

C

B N

với dây nhôm lõi thép thì C = 88 As1/2/mm2 ta có:

Smin = 6 28 , 8 2

88

10 43 , 6

mm

=

Mà ta đã chọn dây AC-240 ⇒ thoả mãn điều kiện: Schọn > Smin = 28,8 mm2

2.Chọn thanh dẫn cho cấp 110KV

a.Điều kiện phát nóng lâu dài

• Dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp này: Icb = 0,413 KA

• Dây dẫn ta chọn phải thoả mãn điều kiện:

Icphc > Icb ⇒ Icp.Khc ≥ Icb ⇒ Icp ≥

hc

cb

K

I

= 0 , 53KA

78 , 0

413 ,

• Tra sách “ Thiết kế nhà máy điện ” chọn dây AC-240 có Icp = 610 A có đường kính dây dẫn là 21,6 mm

• Hiệu chỉnh dòng điện theo nhiệt độ môi trường với Khc = 0,78

Icphc = 0,78.610 = 475,8 A

Icphc > Icb = 0,413 KA

⇒Điều kiện phát nóng lâu dài thoả mãn

b.Điều kiện vầng quang

• Uvq ≥ Uđm

• Uvq : Điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn 3 pha bố trí trên mặt phẳng nằm ngang thì ta tính theo công thức

• Uvq = 84.m.r.lg

r

Ta đã có m = 0,87; r = 21,6/2= 10,8 mm = 1,08cm; D = 400 cm

⇒Uvq = 84.0,87.1,08.lg 202 , 7KV

08 ,

1 400 =

Š Như vậy Uvq = 202,7 > Uđm = 110 KV⇒Điều kiện vầng quang thoả mãn

c.Điều kiện ổn định nhiệt

Hoàn toàn tương tự như cấp điện áp 220 KV ta sẽ tính dòng ngắn mạch tại N2 ở các thời điểm t=0; 0,1; 0,2

Itbi2 = I i− +I i Δt

2

2 2 1

BNCK = ∑

=

Δ

n

i TBi t I

1

2

t

Δ : Khoảng chia thời gian từ khi ngắn mạch cho đến khi cắt xong ngắn mạch

= Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N2 ta có :

* Nhánh hệ thống X 1 = 0,114

Xtt = X17

cb

HT

S

S = 0,114 3 , 42KA

100

3000 =

Ta cos Xtt > 3 nên không tra đường cong tính toán mà tính

I0= I0,1= I0,2= I” = 0 , 5 4 , 39KA

114 , 0

* Nhánh máy phát điện

Xtt = X18

cb

dmMF

S

S

∑4

1 = 0,15 Tra đường cong tính toán ta có

I0 = 7 I0,1 = 5,2 I0,2 = 4,3

Chuyển sang đơn vị có tên

I0 = 7 10 , 5KA

115

3 300 =

I0,1 = 5,2 7 , 83KA

115 3

300 =

I0,2 = 4,3 6 , 48KA

115

3 300 =

Š Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp

I0N2 = 4,39 + 10,5 = 14,89 KA

I0,1N2 = 4,39 + 7,83 = 12,22 KA

I0,2N2 = 4,39 + 6,48 = 10,87 KA

E 1234

E HT

X 17 X 18

0,114 0,05

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 70

Bình phương các trị số dòng điện có tên

I 2N2= 221,7KA2

I0,12N2 = 149,3 KA2

I0,22N2 = 118,2 KA2

Tìm các trị số trung bình bình phương

Itb12 = + =

2

2 1 , 0

2

5 , 185 2

3 , 149 7 , 221

KA

= +

Itb22 = + =

2

2 2 , 0

2 1 ,

7 , 133 2

2 , 118 3 , 149

KA

= +

Š Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:

BNCK = ∑4 Δ

1

2

. i

tbi t I

=(185,5 + 133,7).0,1.106 = 31,92.106 A2s

Š Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ

BNKCK = I”.Ta

= Ta : Hằng số thời gian tương đương của lưới Đối với lưới có U≥

1000V có thể lấy Ta = 0,05s

⇒BNKCK = 0,05.14,39.106 = 10,35.106 A2s

Š Vậy ta có xung lượng nhiệt toàn phần

BN = BNCK + BNKCK

= 31,92.106 + 10,35.106 = 42,27.106 A2s

Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn phải có tiết diện nhỏ nhất là:

Smin =

C

B N

với dây nhôm lõi thép thì C = 88 As1/2/mm2 ta có:

Smin = 6 73 , 88 2

88

10 27 , 42

mm

=

Mà ta đã chọn dây AC-240 ⇒ thoả mãn điều kiện: Schọn > Smin = 73,88 mm2

3.Chọn sứ đỡ cho thanh dẫn

• Loại sứ trong nhà

• Uđm Sứ ≥ Uđm mang = 10KV

Tra bảng chọn loại sứ đỡ 0Φ-10-4250KBY3 có

Uđm = 10KV

Fph = 4250Kg

H = 235 mm = 23,5 cm

H 23 55 mm H'=29,75 mm

F tt

F' tt

Thanh dẫn

• Kiểm tra ổn định động

= Điều kiện F’tt < 0,6 Fph

= F’tt được xác định F’tt = Ftt

H

H '

= Ftt = 488,97 Kg đã tính ở trên

= h = 12,5 cm ( Chiều cao thanh dẫn )

Š Vậy H’ = H +

2

h = 23,5 + 29 , 75cm

2

5 ,

12 =

F’tt = 619KG

5 ,

23

75 , 29

97

,

Š Vậy F’tt = 619Kg < 0,6.Fph = 2550 Kg

⇒Sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu

4.Chọn chống sét van

Chống sét van được dùng để giảm quá điện áp tới mức điện áp dư của nó mà cách điện của thiết bị điện có thể chịu đựng được Ta chọn chống sét van cho các thanh góp và các mạch phía 110 kV, 220 kV cũng như trung tính máy biến

áp

Chọn các loại chống sét van sau :

FP-220

FP-110

5.Chọn cáp cho phụ tải 10,5 KV

• Phụ tải cấp điện áp 10,5 KV gồm :

= 2 đường dây cáp kép P = 2,5 MW Cosϕ = 0,85

S =

ϕ

Cos

85 , 0

5 ,

2 =

= 2 đường dây cáp đơn P = 2 MVA Cosϕ = 0,85

S =

ϕ

Cos

85 ,

0 2 =

• Tiết diện cáp được chọn theo tiêu chuẩn mật độ dòng điện kinh tế Jkt

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 72

Scáp =

kt

lvbt

J I

Ilvbt : Dòng điện làm việc bình thường

* Chọn tiết diện cáp đơn

Các đường cáp đơn có S = 2,35 MVA nên dòng điện làm việc bình thường là: Ilvbt = 0 , 129KA

5 , 10 3

35 ,

Từ đồ thị phụ tải địa phương ta tính thời gian sử dụng công suất cực đại:

S

T

P i i

7 , 5771 41

, 9

4 8 , 4 2 4 , 6 6 6 , 5 4 8 8 4 , 6 365 365

max

24

∑

Tra bảng có Tmax = 5771,7 h ta chọn cáp lõi nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu đặt trong đất có Jkt = 1,3A/mm2

Tiết diện cáp trong trường hợp này

Scáp =

3 , 1

129 = 99mm2 Tra bảng chọn loại cáp ba lõi bằng nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy, vỏ bằng chì

S = 95 mm2 Uđm = 10 KV Icp = 205 A

= Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài

K1.K2.Icp ≥ Ilvbt t

K1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ

K1 =

0

' 0

θ θ

θ θ

−

−

cp cp

cp

θ : Nhiệt độ phát nóng cho phép cáp θcp= 600C

' 0

θ : Nhiệt độ thực tế nơi đặt cáp '

0

θ = 250C

0

θ : Nhiệt độ tính toán tiêu chuẩn θ0= 150C

K1 = 0 , 88

15 60

25

−

−

K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song với cáp đơn có

k2=1

⇒0,88.1.205 = 180 A > Ilvbt = 129 A Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

* Chọn tiết diện cáp kép có S= 2,9 MVA

= Dòng điện làm việc bình thường qua mỗi cáp

U

S

dm

08 , 0 5 , 10 3 2

9 , 2

3

Có Jkt = 1,3A/mm Tiết diện cáp được chọn

Scáp =

kt

lvbt

J

3 , 1

80

mm

=

= Tra bảng chọn loại cáp ba pha lõi nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không cháy vỏ bằng chì đặt trong đất

Uđm = 10 KV S = 70 mm2 Icp = 165 A

• Tương tự như trên ta kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài

K1.K2.Icp ≥ Ilvbt

K1 = 0,88

K2 = 0,9 ( Với 2 cáp đặt song song )

⇒0,88.0,9.165 = 130 A > 80 A = Ilvbt Vậy điều kiện phát nóng lâu dài thoả mãn

• Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi cưỡng bức :

Icb =

dm

U

S

.

3 = 0,16 A Theo quy trình thiết bị điện các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu điện áp không quá 10 KV trong điều kiện làm việc bình thường dòng điện qua chúng không vượt quá 80% dòng cho phép đã hiệu chỉnh thì khi sự cố cho phép quá tải 30% trong thời gian không quá 5 ngày đêm

Vậy ta có

1,3 0,88 0,9 165 = 169 A > Icb = 160 A⇒Điều kiện phát nóng khi

sự cố thoả mãn

Kết luận : Cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

6.Chọn kháng điện

Sơ đồ cung cấp điện cho phụ tải địa phương:

Chọn MC đầu đường dây MC1

Các MC đầu đường dây được chọn cùng loại Dòng cưỡng bức qua máy cắt được tính toán cho đường dây kép khi 1 đường dây bị sự cố

Icb =

3 5 , 10

41 , 9

U

Tra bảng chọn loại máy cắt 8DA-10 có

Uđm=12 KV Iđm=3150 A Icắt đm=40 KA Mục đích của việc chọn kháng điện đường dây để hạn chế dòng ngắn mạch tại hộ tiêu thụ đến mức có thể đặt được máy cắt 8DA - 10 và cáp của lưới điện phân phối có tiết diện nhỏ nhất là 50 mm2 theo yêu cầu đầu bài

Kháng điện được chọn theo điều kiện

Uđm K ≥ Umạng = 10,5 KV

Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ 74

Iđm ≥ Icb

* Xác định dòng cưỡng bức qua kháng:

Dòng cưỡng bức qua kháng được giả thiết khi sự cố 1 kháng điện Lúc này công suất qua kháng còn lại là:

Squa K = ∑ S -

2

1

∑Sđơn

Ta có:

B 2

2 kép 2,9 MVA

=

=

B 1

1 đơn 2,35 MVA

1 đơn 2,35 MVA

10,5 KV

=

=

B 2

Công suất qua kháng

MVA

Kháng 1 Kháng 2

Bình thường 5,25 5,25

= Dòng cưỡng bức qua kháng là:

IcbK =

dm

K U

S

3

5 , 10 3

41 ,

=Tra bảng ta chọn kháng đơn PbA-10-600 có dòng điện IđmK = 600A

* Xác định X K % của kháng

Trong chương 5 tính ngắn mạch ta đã tính được dòng ngắn mạch tại điểm N5

IN5” = 60,94 KA Vậy điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N5 là:

XHT = "

6

N

cb I

I

94 , 60 5 , 10 3

100

=

Điện kháng của cáp 1 là:

XC1 = X0.l 2

tb

cb U

S

5 , 10

100 5 , 2 07 ,

Dòng ổn định nhiệt của cáp 1 là

InhS1 =

1

1

1

t

C

S1: Tiết diện cáp 70 mm2

C1: Hệ số cáp nhôm C= 85As1/2/mm2

t1 : Thời gian cắt của máy cắt 1

tcắt MC1 = tcắt MC2 + Δt = 0,7 + 0,4 = 1,1 sec

⇒InhS1 = 5 , 673KA

1 , 1

85

70 = Dòng ổn định nhiệt cáp 2

E HT

X HT X K X X C1 C1 X C2

N 5 N 6 N 7