Thiết kế trạm biến áp III 320KVA cung cấp điện cho hộ kinh doanh nguyễn kim ngân

Điện năng là một nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư… Vì những lý do trên khi lập kế hoạch thiết kế trạm biến

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em Các số liệu sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do em tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện-Điện Tử đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở Trường Đại Học Thủ Dầu Một

Em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn Ths Lê Nguyễn Hòa Bình đã tận tình, chu đáo hướng dẫn em thực hiện và hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài này một cách hoàn chỉnh nhất Nhưng do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu, tiếp cận với thực tế sản xuất cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Em mong được sự góp ý của quý thầy, cô và các bạn để đồ án này được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Số liệu ban đầu: 2

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM VÀ MÁY BIẾN ÁP 3

1.1 Nguồn điện Việt Nam 3

1.1.1 Qúa trình hình thành lưới truyền tải điện Việt Nam 3

1.2 Lưới điện Việt Nam và lưới cung cấp điện 5

1.2.1 Lưới điện Việt Nam 5

1.2.1.1 Phân loại lưới điện 5

1.2.2 Lưới cung cấp điện 6

1.3 Tổng quan về trạm biến áp 6

1.3.1 Máy biến áp là gì? 6

1.3.2 Trạm biến áp là gì? 6

1.3.3 Phân loại máy biến áp 7

1.3.4 Phân loại trạm biến áp 7

1.3.4.1 Trạm Biến Áp ngoài trời: 7

1.3.4.2 Trạm Biến Áp trong nhà: 9

1.4 Phân loại trạm biến áp theo điện lực 10

1.5 Công suất máy biến áp 10

1.6 Các đơn vị cần quan tâm trên trạm 10

Chương 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC THIẾT BỊ CAO ÁP 13

2.1 Chọn máy biến áp 13

2.1.1 Lịch sử máy biến áp 13

2.1.2 Cấu tao máy biến áp 13

2.1.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp 14

2.1.4 Chọn máy biến áp 15

2.1.5 Thông số định mức máy biến áp 18

2.2 Chọn thiết bị cao áp 19

2.3 Chống sét van(LA: Lightning Arrest) 19

2.3.1 Cấu tạo chống sét van 21

2.3.2 Nguyên lý làm việc chống sét van 22

2.3.3 Điều kiện chọn chống sét van 23

2.4 Cầu chì tự rơi (FCO-Fuse Cut Out) 25

2.4.1 Lịch sử phát triển FCO 26

2.4.2 Cấu tao FCO 26

2.4.1 Nguyên lý hoạt động FCO 27

2.4.2 Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì 27

2.4.3 Chọn dây chảy cho FCO 29

2.5 Chọnsứ caoáp 30

Chương 3: CHỌN CÁC THIẾT BỊ HẠ ÁP VÀ ĐO LƯỜNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP 32

3.1 Chọn dây dẫn 32

3.2 Chọn Aptomat 34

3.2.1 Chọn Aptomat tổng (MCCB: Molded Case Circuit Breaker ) 34

3.3 Cầu chì hạ áp 36

3.3.1 Chọn cầu chì hạ áp 36

3.4 Các thiết bị đo lường 37

3.4.1 Chọn máybiếndòngđiện ( TI ) 37

3.4.2 Cấu tạo của máy biến dòng 37

3.4.3 Nguyên lý làm việc của máy biến dòng 37

3.4.4 Các thông số cơ bản của máy biến dòng 37

3.4.5 Chọn máy biến dòng 38

3.5 Giới thiệu máy biến điện áp (TU) 39

3.5.1 Cấu tạo của máy biến điện áp 40

3.5.2 Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp 40

3.5.3 Các thông số máy biến điện áp 40

3.6 Điện năng kế 3 pha 41

3.6.1 Đặc trưng 41

3.6.2 Thông số kỹ thuật công tơ điện VSET3T 42

Chương 4: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 43

4.1 Các vấn đề cơ bản khi thiết kế hệ thống nối đất 43

4.2 Tính toán nối đất cho trạm 44

Chương 5: TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT 48

5.1 Giới thiệu 48

5.1.1 CSPK Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật 48

5.1.2 Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ 49

5.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ 49

5.2.1 Phương pháp nâng cao hệ số cosj tự nhiên 49

5.2.2 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo 49

5.2.3 Cấu tạo và cách lắp đặt tụ bù 50

5.2.4 Cách đấu nối tụ bù 50

5.3 Vị trí đặt tụ bù trong mạng điện phân phối 50

5.4 Các phương thức bù công suất phản kháng bằng tụ bù 51

5.4.1 Bù tĩnh ( bù nền) 51

5.4.2 Bù động:(sử dụng bộ tụ bù tự động) 51

5.5 Tính toán công suất phản kháng và chọn tủ tụ bù 51

5.5.1 Phương pháp tính đơn giản 51

5.5.2 Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt 52

5.6 Quản lý và vận hành hệ thống tụ bù 52

5.6.1 An toàn khi lắp đặt, vận hành và sửa chữa tụ điện 52

5.6.2 Các bước chuẩn bị trước khi đóng điện vào tụ điện 52

5.6.3 Điều kiện chọn các thiết bị đóng cắt cho giàn tụ 53

5.6.4 Vận hành hệ thống tụ bù 53

5.7 Tính chọn tụ bù cho trạm 54

Chương 6: HÌNH ẢNH VÀ BẢN VẼ TRẠM 56

6.1 Một số hình ảnh thực tế về trạm biến áp 320kVA 56

6.2 Sơ đồ trạm biến áp 59

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân loại lưới điện 5

Bảng 2.1 Thông số máy biến áp 320kVA theo tiêu chuẩn ĐL2-QĐ1094 16

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp 3 pha EEMC.EVN-320-22/0.4 17

Bảng 2.3 Một số loại chống sét van hãng cooper 24

Bảng 2.4 Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì 27

Bảng 2.5.Thông số cầu chì tự rơi do AB chance chế tạo 28

Bảng 3.1 Thông số MCCB 3pha do hãng LS chế tạo 35

Bảng 3.2.Thông số của cầu chì ống ha áp 3NA3-365 37

Bảng 3.3 Thông số máy biến dòng CT-06 38

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật công tơ điện VSET3T 42

Bảng 5.1 Thông số tụ bù Schneider 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Nhà máy thủy điện hòa bình 3

Hình 1.2 Hình ảnh về trạm biến áp ngoài trời 7

Hình 1.3 Hình ảnh về trạm biến áp trong nhà 9

Hình 1.4 Sơ đồ trục phân phối song song 11

Hình 1.5 Sơ đồ mạch vòng 11

Hình 1.6 Sơ đồ đơn 12

Hình 1.7 Sơ đồ đôi 12

Hình 2.1 Cấu tạo máy biến áp 14

Hình 2.2 Máy biến áp THIBIDI 320kVA 16

Hình 2.3 Một số hình ảnh về chống sét van hãng cooper 20

Hình 2.4 Cấu tạo của chống sét van 21

Hình 2.5 Cấu tạo bên trong của chống sét van 22

Hình 2.6 Hình ảnh thực tế chống sét van trên trạm 23

Hình 2.7 Chống sét van UHS2410-24kV hãng cooper 24

Hình 2.8 Cầu chì tự rơi 25

Hình 2.9 Cấu tạo của cầu chì tự rơi 26

Hình 2.10 Hình ảnh thực tế của FCO trên trạm 27

Hình 2.11 Cầu chì polymer do AB Chance chế tạo 28

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính ngắn mạch 29

Hình 2.13 Sứ đứng polymer 31

Hình 3.1 MCCB 3 pha ABN803c 35

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính ngắn mạch trạm biến áp 36

Hình 3.3 Máy biến dòng CT-06 39

Hình 3.4 Công tơ điện 3 pha VSE3T 41

Hình 4.1 Hệ thống nối đất trạm biến áp 47

Hình 5.1 Hình tam giác công suất 48

Hình 5.2 Tụ bù EasyCan 55

Hình 6.1 Trạm biến áp 320kVA 56

Hình 6.2 Tủ điều khiển 57

Hình 6.3 Các thiết bị cao áp 58 Hình 6.4 Hình ảnh tổng quan về trạm 59

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay điện năng là một nguồn năng lượng thiết yếu, nguồn năng lượng này

đã tham gia vào mọi lĩnh vực của cuộc sống, phục vụ cho nông nghiệp, công nghiệp,

và đến sinh hoạt của con người Chính vì vậy điên năng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển hóa năng lượng khác như: nhiệt năng, quang năng, cơ năng, … Và dễ dàng truyền tải và phân phối Chính vì vậy điện năng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực Điện năng là một nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư… Vì những lý do trên khi lập kế hoạch thiết kế trạm biến áp 320kVA, phải đi trước một bước, nhằm đảm bảo và thõa mãn nhu cầu cung cấp điện cho hộ kinh doanh trong giai đoạn trước mắt mà còn

dự kiến phát triển trong tương lai

Để thiết kế được một trạm biến áp 320kVA cung cấp điện cho hộ kinh doanh thì đòi hỏi người thiết kế phải có trình độ và tay nghề cao, và phải có nhiều kinh nghiệm và có hiểu biết rộng, vì thiết kế trạm biến áp 320kVA là một việc làm khó Chính vì vậy, đồ án tốt nghiệp này chính là một bài kiểm tra khảo sát quá trình học tập tiếp thu kiến thức của sinh viên

Số liệu ban đầu:

- Công suất trạm S=320kVA

- Điện áp: 22kV/0,4kV

- Công suất ngắn mạch SN=250MVA

- Hệ số cos φ = 0,7

- Chiều dài từ máy biến áp đến tủ phân phối là 10m

- Chiều dài phía cao áp từ lưới điện 22kV đến trạm là 20m

- Dây phía cao áp là đường dây AC-35

- Điện áp ngắn mạch UN%=5%

- Điện trở suất của đất vườn ruộng ρ = 0,4 10š (Ω/cm)

- Dây bọc đồng dài 6m , tiết diện 240 mm2

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM VÀ

MÁY BIẾN ÁP

1.1 Nguồn điện Việt Nam

Hình 1.1.Nhà máy thủy điện hòa bình

- Nhà máy nhiệt điện: Phả Lại, Uông Bí

- Nhà máy thủy điện: Hòa Bình, Sơn La

- Nhà máy điện hạt nhân: Ninh Thuận (đang xây dựng)

1.1.1 Qúa trình hình thành lưới truyền tải điện Việt Nam

Lưới điện truyền tải Việt Nam bắt đầu được xây dựng từ những năm 1960 Sau nửa thế kỷ hình thành và phát triển, đến nay lưới điện truyền tải đã lớn mạnh với hàng vạn km đường dây và hàng trăm trạm biến áp

Năm 1994, lưới điện 500kV chính thức được đưa vào vận hành (ngày 27/05/1994) đồng thời Tổng công ty Điện lực Việt Nam được thành lập (theo Quyết

định số 562/TTg ngày 10/10/1994 của Thủ tướng Chính phủ) là bước ngoặt quan trọng trong quá trình phát triển của lưới điện truyền tải Các Công ty Truyền tải điện thực sự chuyển biến về trình độ kỹ thuật và quản lý vận hành nhờ việc tiếp cận với công nghệ truyền tải điện cao áp 500kV

Năm 2006, Tập đoàn Điện lực Việt Nam được chuyển đổi từ Tổng công ty Điện lực Việt Nam (theo Quyết định số 148/2006/QĐ-TTg ngày 22/06/2006 của Thủ tướng Chính phủ) Lưới điện truyền tải với gần 9.000km đường dây và 21.000MVA dung lượng máy biến áp từ 220kV đến 500kV được quản lý vận hành bởi các Công ty Truyền tải điện 1, 2, 3, 4 trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Năm 2007, “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2006 – 2015 có xét đến năm 2025” được phê duyệt (theo Quyết định số 110/2007/QĐ-TTg ngày 18/07/2007 của Thủ tướng Chính phủ) Lưới điện truyền tải được định hướng phát triển đồng bộ với nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của đất nước với mức tăng GDP khoảng 8,5% - 9%/năm giai đoạn 2006 – 2010 và dự báo nhu cầu điện tăng ở mức 17% (phương án cơ sở) trong giai đoạn 2006 – 2015

Dự kiến trong giai đoạn 2006 – 2015, khoảng 20.000MVA dung lượng máy biến áp 500kV, 50.000MVA dung lượng máy biến áp 220kV, 5.200km đường dây 500kV và 14.000km đường dây 220kV sẽ được xây dựng và đưa vào vận hành

Năm 2008, Tổng Công ty Truyền tải Quốc Gia được thành lập (theo Quyết định

số 223/QĐ-EVN ngày 11/04/2008 của Hội đồng quản trị Tập đoàn Điện lực Việt Nam) trên cơ sở tổ chức lại 04 Công ty Truyền tải điện 1, 2, 3, 4 và 03 Ban Quản lý dự

án các Công trình điện miền Bắc, Trung, Nam theo lộ trình hình thành và phát triển thị trường điện tại Việt Nam mở ra một thời kỳ mới cho sự phát triển của lưới điện truyền tải Việt Nam

Tính đến 31/12/2012, lưới điện truyền tải bao gồm 15.600MVA dung lượng máy biến áp 500kV, 26.226MVA dung lượng máy biến áp 220kV, 3.246MVA dung lượng MBA 110KV, 4.848km đường dây 500kV và 11.313km đường dây 220kV Công nghệ đường dây nhiều mạch, nhiều cấp điện áp, cáp ngầm cao áp 220kV, trạm GIS 220kV, thiết bị SVC 110kV, tụ bù dọc 500kV, hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính và

nhiều công nghệ truyền tải điện tiên tiến trên thế giới đã được áp dụng rộng rãi tại lưới điện truyền tải Việt Nam

1.2 Lưới điện Việt Nam và lưới cung cấp điện

1.2.1 Lưới điện Việt Nam

Lưới điện là một tập hợp bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng điện từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ điện

Lưới điện quốc gia có nhiều cấp điện áp Sử dụng cấp điện áp nào, ở đâu phụ thuộc vào chiều dài và công suất truyền tải Lưới điện Việt Nam hiện có 8 cấp điện áp: 0,4(kV),6(kV),10(kV),22(kV),35(kV),110(kV),220(kV) và 500(kV)

1.2.1.1 Phân loại lưới điện Căn cứ vào trị số điện áp chia ra:

- Lưới hạ áp

- Lưới trung áp

- Lưới cao áp

- Lưới siệu cao áp

Căn cứ vào quy mô của lưới điện chia ra:

- Lưới khu vực

- Lưới địa phương

Ngoài ra còn những cách phân loại khác như phân loại lưới điện theo vùng miền, lãnh thổ( lưới điện miền Bắc, lưới điện miền Trung, lưới điện miền Nam).Phân theo cấu trúc lưới ( lưới điện kín, lưới điện hở),…

Bảng 1.1Phân loại lưới điện

Phân loại lưới

chức năng

Lưới cung cấp điện Lưới truyền tải

1.2.2 Lưới cung cấp điện

Lưới cung cấp điện là một phần của lưới điện Việt Nam làm nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện từ 35(kV) trở xuống, cụ thể là cấp điện cho các phụ tải của 5 cấp điện áp: 0.4(kV),6(kV),10(kV),22(kV),35(kV)

Lưới cung cấp điện thường được phân loại theo đối tượng sử dụng điện, người

ta chia ra:

- Lưới điện đô thị

- Lưới điện nông thôn

Trong mỗi loại lưới trên đều có phẩn điện cấp cho dân dụng (căn hộ, đường phố,dịch vụ…) được gọi là lưới điện dân dụng hoặc lưới điện ánh sang sinh hoạt Có phần điện cấp cho xưởng máy, nhà máy được gọi là lưới điện xí nghiệp

Cũng tùy theo số pha được sử dụng để cấp điện, người ta chia ra lưới điện một pha, lưới điện hai pha, lưới điện ba pha,…

1.3 Tổng quan về trạm biến áp

1.3.1 Máy biến áp là gì?

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện

từ, dùng để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số

Nguyên lý làm việc Máy Biến Áp: Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và một từ trường biến thiên trong lõi sắt Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp một hiệu điện thế thứ cấp Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt

1.3.2 Trạm biến áp là gì?

Trong hệ thống phân phối năng lượng điện, trạm biến áp phân khối là công trình có chức năng chuyển đổi điện áp trung áp 6-10-22-35kV xuống điện áp hạ thế 380-220V để cấp điện phục vụ sản xuất, kinh doanh dịch vụ và sinh hoạt hàng ngày – thường gọi là “Trạm biến áp”

Trạm biến áp là một phần trong hệ thống truyền tải và phân phối điện, được cấu tạo từ nhiều thiết bị trung hạ thế có tiêu chuẩn và qui cách phù hợp với từng công suất

1.3.3 Phân loại máy biến áp

- Máy biến áp điện lực: Dùng đế truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu; máy biến áp hàn điện vv

- Máy biến áp tự ngẫu: Dùng đế biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn, dùng

để mở máy động cơ điện xoay chiều

- Máy biến áp đo lường: Dùng đế giảm các điện áp và dòng điện lớn khi đưa vào các thiết bị đo lường, bảo vệ

- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng đế thí nghiệm các điện áp cao

1.3.4 Phân loại trạm biến áp

1.3.4.1 Trạm Biến Áp ngoài trời:

Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn Vì máy biến

áp, thiết bị phân phối có kích thước lớn nên có đủ diện tích để lắp đặt các thiết bị này, tiết kiệm được chi phí xây dựng khá lớn

Bao gồm các trạm: Trạm hợp bộ, trạm nền (đặt lên nền bê tông), trạm giàn(< 3x100 kVA), trạm treo (< 3x75 kVA), trạm kín (lắp đặt trong nhà), trạm trọn bộ(nhà lắp ghép) Tùy theo giá thành và nhu cầu mà ta lựa chọn các loại biến áp khác nhau

Hình 1.2 Hình ảnh về trạm biến áp ngoài trời

- Trạm Treo:

Là trạm mà toàn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được treo trên cột máy biến áp thường là loại môt pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha Tủ hạ áp được đặt trên cột

Trạm này thường rất tiết kiệm đất nên thường được dùng làm trạm công cộng cung cấp cho một vùng dân cư Máy biến áp của trạm treo thường có công suất nhỏ (3x75kVA), cấp điện áp 15(22)/0,4kV

Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị

- Trạm Giàn:

Trạm giàn là loại trạm mà toàn bộ các trang thiết bị và máy biến áp đều được đặt trên các giá đỡ bắt giữa hai cột Trạm được trang bị ba máy biến áp một pha ( 3 x

75 kVA) hay một máy biến áp ba pha(400 kVA), cấp điện áp 15-22 kV /0,4 kV

Phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp Tủ phân phối hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột đường dây đến có thể là đường dây trên không hay đường cáp ngầm

Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các phân xưởng

Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp

- Trạm Hợp Bộ (Integrated Distribution Substation - IDS):

công suất từ 250 đến 2000 kVAĐặt trên nền, Thi công lắp đặt dể dàng, Độ cách điện cấp K, độ an toàn cao hợp bộ với tủ điện hạ áp đặt trên trạm thành một khối

không dùng khí SF6, thân thiện với môi trường

Đối với loại trạm kiểu này cáp vào và ra thường là cáp ngầm Các cửa thông gió đều phải có lưới đề phòng chim, rắn,chuột và có hố dầu sự cố

- Trạm Trọn Bộ:

Đối với nhiều trạm phức tạp đòi hỏi sử dụng cấu trúc nối mạng nguồn kiểu vòng hoặc tủ đóng cắt chứa nhiều máy cắt,gọn, không chịu ảnh hưởng của thời tiết và chịu được va đập, trong những trường hợp này các trạm trọn bộ kiểu kín được sử dụng các khối được chế tạo sẵn sẽ được lắp đặt trên nền nhà bê tông và được sử dụng đối với trạm ở đô thị cũng như trạm ở nông thôn

- Trạm Gis

Là trạm dùng thiết bị phân phối kín cách điện bằng khí SF6 Đặc điểm của trạm loại này là diện tích xây dựng trạm nhỏ hơn khoảng vài chục lần so với trạm ngoài trời

1.4 Phân loại trạm biến áp theo điện lực

Theo cách phân loại trên, ta lại có 2 tên trạm biến áp:

- Trạm biến áp Trung gian: Nhận điện áp từ 220 kV – 35 kV biến đổi thành điện

áp ra 35 kV – 15 kV theo nhu cầu sử dụng

- Trạm biến áp phân xưởng hay trạm biến áp phân phối: Nhận điện áp 35 kV – 6

kV biến đổi thành điện áp ra 0,4 kV – 0,22 kV => đây là trạm biến áp được dùng trong mạng hạ áp dân dụng tòa nhà, thường thấy là trạm 22/0,4 kV

1.5 Công suất máy biến áp

- Gồm các máy biến áp có cấp điện áp sơ/thứ cấp: 35/0.4kV,22/0.4kV,10/0,4kV

- Công suất biểu kiến Trạm phổ biến: 50, 75, 100, 160, 180, 250, 320, 400, 500,

560, 630, 750, 800, 1000, 1250, 1500, 1600, 1800, 2000, 2500 kVA

- Các công ty Sản Xuất và thi công trạm biến áp như: Thibidi, Cơ điện Thủ Đức, Lioa.v.v

1.6 Các đơn vị cần quan tâm trên trạm

- S: Công suất biểu kiến được ghi trên trạm biến áp (kVA)

- P: Công suất tiêu thụ (kW)

- Q: Công suất phản kháng (kVAr)

- U: điện áp sơ cấp và thứ cấp của trạm (kV hoặc V)

- I: Dòng điện thứ cấp (A), Dòng điện sơ cấp thường rất ít được quan tâm

RMU

MBA 320kVA 22/0,4kV

220/380kV

M

Phụ tải Máy cắt hạ áp

CT

Hình 1.4Sơ đồ trục phân phối song song

Hình 1.5Sơ đồ mạch vòng

Cáp ngầm hạ thế XLPE 2x3M240+M120

APTOMAT 100A-500V Phụ tải

TC trung thế DS-24kV-3f-500A-bợ chì Chì ống

MBT < 1000kVA 15-22/0,4kV

120/208 5A

VT 8400/120V

Hình 1.7 Sơ đồ đôi

Chương 2: CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁC THIẾT BỊ CAO ÁP

2.1 Chọn máy biến áp

2.1.1 Lịch sử máy biến áp

Nguyên lý họat động của máy biến áp dựa trên công trình của Micheal Faraday (1791- 1867) khi ông khám phá được định luật cảm ứng điện từ với hai cuộn dây quấn trên cùng mạch từ, sự thay đổi dòng điện trong một cuộn dây sẽ tạo ra sức điện động cảm ứng trong cuộn dây còn lại Các sức điện động cảm ứng được gọi là điện áp biến

áp (transformer voltages) và thiết bị bao gồm mạch từ với các bộ dây quấn thực hiện mục tiêu trên được gọi là máy biến áp (transformer)

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp được khảo sát và phân tích theo 3 chế độ:

- Chế độ không tải

- Chế độ vận hành mang tải

- Chế độ thử nghiệm ngắn mạch máy biến áp

2.1.2 Cấu tao máy biến áp

Gồm hai bộ phận chính: lõi thép và dây quấn

Lõi thép máy biến áp:

Lỏi thép (hay mạch từ) dùng tập trung đường sức từ để hình thành hiện tượng cảm ứng điện từ Lỏi thép được ghép thành từ các lá thép rời có độ dầy từ 0,35 mm đến 0,5 mm Lá thép kỹ thuật điện là hợp chất của sắt và Silic, hàm lượng Silic từ 1% đến 4%

Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng lá thép kỹ thuật điện, hai mặt có sơn cách điện ghép lại với nhau thành lõi thép

Hình 2.1 Cấu tạo máy biến áp

Dây quấn máy biến áp

- Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện

- Máy biến áp có công suất nhỏ thì làm mát bằng không khí

- Máy có công suất lớn thì làm mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt

- Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp

- Dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn hạ áp

- Bộ dây sơ cấp hay ngõ vào biến áp nhận điện năng từ nguồn cấp vào biến áp

- Bộ dây thứ cấp hay ngõ ra của biến áp cấp điện năng đến tải

2.1.3 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp Có hai loại máy biến áp: Máy biến

áp tăng áp và máy biến áp hạ áp

Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, nếu điện

áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình

Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến

áp một pha, máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến dầu, máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm trong một mặt phẳng gọi là máy biến áp mạch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm trong không gian gọi là máy biến áp mạch từ không gian

Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp,

và một từ trường biến thiên trong lõi sắt Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp một hiệu điện thế thứ cấp Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi

2.1.4 Chọn máy biến áp

Ta chọn máy biến áp 3 pha THIBIDI 320 kVA (TCĐL 2) 22/0,4 kV do công ty THIBIDI sản xuất tại Việt Nam có các thông số như sau:

Hình 2.2Máy biến áp THIBIDI 320kVA

Bảng 2.1 Thông số máy biến áp 320kVA theo tiêu chuẩn ĐL2-QĐ1094

MÁY BIẾN ÁP 3 PHA _ 320 kVA

Thông số kĩ thuật

- Một số loại máy biến áp khác

Máy biến áp 3 pha 320kVA do Công ty CP thiết bị điện Đông Anh Hà Nội sản xuất

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp 3 pha EEMC.EVN-320-22/0.4

Loại máy biến áp : 3 pha ngâm dầu

Cấp điện áp (KV) 22/0.4

Hãng sản xuất : Công ty CP thiết bị điện Đông Anh Hà Nội

Công suất (kVA) : 320

Công nghệ : Lõi tôn xếp

Dòng điện không tải : 2%

Điện áp ngắn mạch : 5%

2.1.5 Thông số định mức máy biến áp

Các thông số định mức của máy biến áp được qui định do nhà sản xuất khi chế tạo để máy vận hành ở chế độ liên tục, dài hạn

Các giá trị định mức gồm :

+ Điện áp định mức

+ Dòng điện định mức

+ Công suất biểu kiến định mức

- Công suất toàn phần (hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến

áp Đơn vị tính bằng kVA hoặc VA

- Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: Là điện áp của dây quấn sơ cấp Đơn vị tính bằng kV hoặc V

- Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức Đơn vị tính bằng kV hoặc V

- Dòng điện dây định mức sơ cấp (I1đm) và thứ cấp (I2đm):Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng dụng với công suất và điện áp định mức Đơn vị tính bằng Ampe hay kA

Đối với máy biến áp 1 pha:

dm

dm dm

U

S I

1

dm

dm dm

U

S I

U

S I

U

S I

- Giới hạn độ tăng nhiệt

- Tổn hao không tải (Po): Tổn hao không tải P0 của máy biến áp bao gồm các tổn hao lõi thép PFe và tổn hao phần đồng trong dây quấn sơ cấp PCu1

- Tổn hao có tải: Điện áp ngắn mạch (Un): Un là điện áp ngắn mạch đo được trong thí nghiệm ngắn mạch, thường được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức:

%100

%

1dm

n n

U

U

(2.3)Lúc ngắn mạch điện áp thức cấp U2 = 0 do đó điện áp ngắn mạch Un là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn

Giá trị hiệu dụng của sức điện động E1 sẽ là:

m m

m

fN fN

p

(2.4)Tương ứng, giá trị hiệu dụng của sức điện động E2 ở dây quấn thứ cấp là:

m m

m

fN fN

E

F

= F

Sau khi tản dòng sét sẽ có dòng điện ngắn mạch duy trì bởi nguồn điện áp xoay chiều (ngắn mạch qua điện trở làm việc) đi qua chống sét van, dòng này gọi là dòng

liên tục Khi cho tác dụng điện trở rất bé do đó dòng sét được tản trong đất dễ dàng và nhanh chóng, ngược lại ở điện áp làm việc thì điện trở tăng cao do đó hạn chế trị số dòng liên tục (thường không quá 80A) tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập hồ quang ở chuỗi khe hở Chính do tính chất cho qua dòng điện lớn khi điện áp lớn và ngăn dòng điện khi điện áp bé nên loại chống sét này được gọi là chống sét van Trị số điện áp cực đại ở tần số công nghiệp mà chống sét van có thể dập tắt hồ quang của dòng điện

kế tục gọi là điện áp dập hồ quang, đó là một trong các tham số chủ yếu của chống sét van

2.3.1 Cấu tạo chống sét van

Cấu tạo của chống sét van gồm hai phần:

Bên ngoài là một ống sứ hay chất dẻo cách điện có hình dạng và kích thước tùy thuộc cấp điện áp định mức sử dụng

Bên trong ống chứa hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến

Hình 2.4 Cấu tạo của chống sét van

Khe hở phóng điện bao gồm nhiều cặp khe hở ghép nối tiếp Mỗi cặp khe hở được chế tạo bởi 2 đĩa đồng mỏng dập định hình Ở giữa là một tấm đệm mica hoặc bìa cách điện dày khoảng 1mm để tạo khe hở phóng điện Mỗi chống sét van có số cặp khe hở phóng điện tùy theo nhà chế tạo thiết kế

Điện trở phi tuyến gồm các tấm hình trụ tròn ghép nối tiếp Điện trở phi tuyến

có thể là Vilit hoặc Tirit hoặc ZnO (thường là Vilit)

Hình 2.5 Cấu tạo bên trong của chống sét van

2.3.2 Nguyên lý làm việc chống sét van

Nguyên lý hoạt động của chống sét van chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của điện trở Vilit Khi điện áp đặt lên Vilit tăng cao thì giá trị điện trở của nó giảm và ngược lại khi điện áp giảm xuống thì điện trở sẽ tăng lên nhanh chóng

Khi có quá điện áp đặt lên chống sét van, điện trở của chống sét van nhanh chóng hạ thấp xuống tạo điều kiện để tháo hết sóng sét qua nó xuống đất, đến khi đặt lên chống sét van chỉ còn là điện áp mạng thì điện trở của chống sét van lại tăng lên rất lớn chấm dứt dòng liên tục vào thời điểm thích hợp nhất

Đồng thời trong khi khảo sát, điện áp dư trên chống sét van cũng có giá trị nhỏ, điều này sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị được bảo vệ

Chống sét van có đặc tính tác động tương đối bằng phẳng nên chống sét van không những có tác dụng hạ thấp biên độ mà còn làm giảm độ dốc của sóng sét Vì thế, nó có thể bảo vệ chống được hiện tượng xuyên kích giữa các vòng dây trong cùng một pha của các máy điện

Điện trở Vilit dễ bị nhiễm ẩm sẽ thay đổi đặc tính điện và làm mất tác dụng của chống sét van, do đó cần có biện pháp chống nhiễm ẩm cho điện trở Vilit

Hình 2.6 Hình ảnh thực tế chống sét van trên trạm

2.3.3 Điều kiện chọn chống sét van

- Điềukiệnchọnchống sétvan:Uđm.csv≥ Uđm.m

- Điệnápđịnhmức củamạngđiệncaoáp:Uđm.m= 22 kV

Với Uđm.m=22kV vậy ta chọn 3 bộ chống sét van UHS2410 -24 kV ,I=10kA ,do hãng cooper chế tạo ( giá 5.950.000₫/1 bộ)

Hình 2.7.Chống sét van UHS2410-24kV hãng cooper

Các loại chống sét van

- Chống sét VAN Loại sứ, 35kV

- Chống sét van loại 200kV và 220kV

- Chống sét van polimer, các loại từ 6-36kV

Bảng 2.3.Một số loại chống sét van hãng cooper

SA / Chống sét van LA, UHS2410, 24kV 10Ka Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UNS0904AFDV1AA1 9kV 5kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UHS0910AFDV1AA1 9kV 10kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UNS18090R1V1AA1 18kV 5kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UHS12060R1V1AA1 12kV 10kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA, UNS0605, 6kV 5kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UNS2405, 24kV 5kA Cooper/USA

SA / Chống sét van SA,UHS 21kV 10kA Cooper/USA

2.4 Cầu chì tự rơi (FCO-Fuse Cut Out)

Hình 2.8 Cầu chì tự rơi

Cầu chì tự rơi là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, được sử dụng nhằm phòng tránh các hiện tượng quá tải trên đường dây gây cháy nổ, bảo vệ mạch

điện và cũng là một thiết bị không thể thiếu trong hầu hết các hệ thống điện hộ gia đình hay các nhà máy xí nghiệp

Cầu chì cao áp được sử dụng trên hệ thống điện có điện áp đến 115kV Cầu chì thường được dùng ở những vị trí sau:

- Đặt ở phía cao áp của máy biến áp để bảo vệ ngắn mạch

- Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp

- Kết hợp với cầu dao phụ tải thành máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp

- Đặt phía cao áp (6,10,22,35 (kV)) các trạm biến áp phân phối để bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp

2.4.1 Lịch sử phát triển FCO

Năm 1847, Breguet khuyến cáo dùng các thiết bị dẫn dòng nhằm tránh cho các trạm điện báo bị sét đánh, bằng cách tan chảy để trở nên nhỏ hơn, các dây này có thể bảo vệ hệ thống điện trong toà nhà Hàng loạt các dây và các tấm vật liệu dễ nóng chảy được lắp đặt nhằm bảo vệ cáp điện báo và hệ thống chiếu sáng tại Mỹ vào các năm

1964

Thomas Edison được cấp bằng sáng chế năm 1890 cho phát minh về cầu chì trong hệ thống phân phối điện thành công của ông

2.4.2 Cấu tao FCO

Hình 2.9 Cấu tạo của cầu chì tự rơi

2.4.1 Nguyên lý hoạt động FCO

Khi quá tải hay ngắn mạch, dây chì được gắn trong FCO sẽ đứt và dao sẽ tự động rơi ra khỏi tiếp điểm FCO không có bộ phận dập hồ quang nên chỉ được đóng và cắt không tải Thực hiện đóng cắt thủ công FCO bằng cách dùng sào cách điện mốc vào vòng có sẵn trên FCO để đóng hoặc mở FCO

Hình 2.10 Hình ảnh thực tế của FCO trên trạm

2.4.2 Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì

Bảng 2.4 Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì

Các điều kiện chọn và kiểm tra Điều kiện

22.3

320.25,125

,

=

=

Vậy tachọn3 bộ cầuchìtựrơido AB Chancechếtạo

Bảng 2.5.Thông số cầu chì tự rơi do AB chance chế tạo

Loại cách điện Uđm(kV) Iđm(A) IN(kA)

Hình 2.11 Cầu chì polymer do AB Chance chế tạo

Tính ngắn mạch kiểm tra cầu chì tự rơi

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính ngắn mạch

Tính toán kiểm tra ngắn mạch

Lấy trị số máy cắt Scđm=250 MVA

Điện kháng của hệ thống : với Utb=1,05Uđm=1,05.22=23,1kV

23 2

2

cđđ

tb H

S

U X

Tổng trở trên đường dây AC-35 dài 20m

W +

= +

= +

=r0l jx0l 0 , 85 0 , 02 0 , 414 0 , 02 0 , 017 j0 , 00828

Z&D

Trị số dòng điện ngắn mạch qua cầu chì tự rơi

kA X

X R

U I

D H D

tb

) 00828 , 0 13 , 2 ( 017 , 0 3

1 , 23 )

(

= +

+

= +

+

=

Vậy chọn cầu chì tự rơi là thỏa điều kiện

2.4.3 Chọn dây chảy cho FCO

Việc xác định cỡ dây chảy cho cầu chì tự rơi (FCO) hoặc cầu chì tự rơi cắt tải (LBFCO) dựa vào dòng điện định mức phía sơ cấp của máy biến áp và cho phép máy biến áp quá tải đến 150%

Theo điều kiện quá tải cho phép của máy biến áp tối đa là 150% công suất định mức, nên thường các trạm biến áp dùng dây chảy loại K, để cắt nhanh máy biến áp ra khỏi lưới, nhằm bảo vệ cho máy biến áp khỏi bị quá tải lâu dài và bị hư hỏng do quá

320kVA

nhiệt

Trình tự xác định cỡ dây chảy của cầu chì tự rơi (FCO)

- Xác định dòng điện định mức của trạm biến áp dựa vào công suất định mức Xác định dòng lớn nhất đi qua dây chảy, khi cho máy biến áp quá tải 150%

Trạm biến áp ba pha – lưới điện cao áp: 22 kV và hạ áp: 0,4 kV

Dòng điện định mức bên phía sơ cấp máy biến áp :

A U

S

3 22

320 3

=

Dòng lớn nhất đi qua dây chảy, khi cho máy biến áp quá tải 150%

Idc=1,5IđmB=1,5.8,4=12,6A Vậy ta chọn cỡ dây chảy 15K

2.5 Chọnsứ caoáp

Sứ đứng (sứ cách điện đứng) làm bằng vật liệu gốm cách điện có độ bền nhiệt cao và chịu được các điều kiện khí hậu khắc nghiệt do vậy sứ đứng (sứ cách điện đứng) được dùng trong cả các điều kiện khí hậu bình thường, vùng sương muối và các vùng khí hậu nhiễm bẩn Do có độ bền cao, nên sứ cách điện đứng vẫn được sử dụng rộng rãi hơn các loại sứ cách điện khác như sứ đứng polymer, sứ đứng silicon,

sứ đứng composite trong các trạm biến áp

Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 61952

Điện áp định mức: 24-35kV

Điện áp chịu đựng xung (BIL): 150-200kV

Chiều dài dòng rò: 680 - 838 - 900mm

Lực phá hủy cơ học: 13kN

Rãnh kẹp dây: dây trần hoặc dây bọc tiết diện từ 35 - 240mm2

Cách điện đứng trung thế (Polymer) - Có kẹp dây

Hình 2.13 Sứ đứng polymer