Thiết kế trạm biến áp 22 0 4 kv

Chọn số lƣợng, công suất, tính các thông số của máy biến áp và tính tổn thất điện năng hằng năm trong trạm biến áp 4.. 20 CHƯƠNG 3: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT, TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Viện Kỹ thuật & Công nghệ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : ĐÀM HUY DẦN

MSSV : 135D5103010075 Khóa : 54

Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử

- Điện kháng tương đương phía hệ thống: 0,1 đvtđ trên cơ bản 250 MVA

- Đường dây cáp 2 tuyến dài 10Km, X0 0,08 (/Km)

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

1 Giới thiệu chung về trạm biến áp

2 Vẽ đồ thị phụ tải - tính toán các hệ số Tmax max và tính toán phụ tải cho trạm biến áp

3 Chọn số lƣợng, công suất, tính các thông số của máy biến áp và tính tổn thất điện năng hằng năm trong trạm biến áp

4 Sụt áp qua máy biến áp, tính chọn đầu phân áp và tính toán ngắn mạch

5 Chọn thiết bị bảo vệ cho trạm biến áp

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

1

Mục lục

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP 5

1.1 KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Các cấp điện áp của các trạm biến áp 5

1.2 PHÂN LOẠI TRẠM BIẾN ÁP 6

1.2.1 Trạm biến áp ngoài trời 6

1.2.2 Trạm biến áp trong nhà 6

1.2.3 Các trạm biến áp thường gặp 6

CHƯƠNG 2: VẼ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI-TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ Tmax, max VÀ TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 14

2.1 VẼ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI-TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ Tmax, max 14

2.1.1 Đồ thị phụ tải 14

2.1.2 Tính các hệ số thời gian Tmax, max 16

2.2 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 18

2.2.1 Đặt vấn đề 18

2.2.2 Mục đích của việc xác định phụ tải 18

2.2.3 Tính toán phụ tải của trạm 18

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TRẠM BIẾN ÁP 20

CHƯƠNG 3: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT, TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HẰNG NĂM TRONG TRẠM BIẾN ÁP 21

3.1 CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT, CÁC THÔNG SỐ CỦA MBA 21

3.1.1 Giới thiệu về máy biến áp (MBA) 21

3.1.2 Nguyên tắc chọn công suất của máy biến áp 22

3.1.3 Chọn số lượng máy biến áp 23

3.1.4 Chọn công suất máy biến áp 24

3.1.5 Tính toán các thông số của máy biến áp 25

3.2 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HẰNG NĂM TRONG TRẠM 27

2

3.2.1 Xác định tổn thất điện năng hằng năm trong trạm biến áp 27

3.2.2 Điện năng cung cấp hằng năm (a) và phần trăm tổn thất điện năng 28

CHƯƠNG 4: SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP, TÍNH CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 29

4.1 SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP LÚC PHỤ TẢI MIN, MAX VÀ SỰ CỐ 29

4.1.1 Sụt áp qua máy biến áp lúc phụ tải bình thường 29

4.1.2 Sụt áp qua máy biến áp lúc gặp sự cố 30

4.2 CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP 31

4.2.1 Lúc tải làm việc bình thường 32

4.2.2 Lúc tải làm việc bị sự cố 34

4.3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 37

4.3.1 Khái niệm chung về ngắn mạch 37

4.3.2 Nguyên nhân, hậu quả và mục đích của ngắn mạch 38

4.3.3 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch 39

4.3.4 Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch 39

4.3.5 Chọn và tính toán các đại lượng cơ bản 39

4.3.6 Tính dòng ngắn mạch 43

4.3.7 Tính dòng xung kích 45

CHƯƠNG 5 CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 47

5.1 VẤN ĐỀ CHUNG 47

5.2 ĐIỀU KIỆN CHUNG CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN 47

5.2.1 Những điều kiện chung để lựa chọn thiết bị điện và các phần tử có dòng điện chạy qua 47

5.2.2 Các điều kiện kiểm tra khí cụ điện theo dòng ngắn mạch 48

5.2.3 Chọn khí cụ cho trạm biến áp 49

5.3 CHỌN DÂY DẪN – THANH GÓP 56

5.3.1 Chọn dây dẫn 56

5.3.2 Chọn thanh góp 59

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT VÀ ĐỊNH KÍCH THƯỚC TRẠM 61

6.1 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC TRẠM 61

Bản vẽ mặt chính 61

3

Bản vẽ mặt bằng 62

Bản vẽ mặt bên phải 63

Bản vẽ mặt bên trái 64

Bản vẽ mặt sau 65

Bản vẽ mặt cắt 1-1 66

Bản vẽ mặt cắt 2-2 67

6.2 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 67

6.2.1 Khái quát chung 67

6.2.2 Cách thực hiện nối đất 68

6.2.3 Tính toán nối đất nhân tạo 69

6.3 SƠ ĐỒ MẶT BẰNG MẶT CẮT TRONG TRẠM BIẾN ÁP 74

Bản vẽ mặt bằng 75

Bản vẽ mặt cắt a-a 76

Bản vẽ mặt cắt b-b 77

Bản vẽ mặt cắt c-c 78

Bản vẽ mặt cắt d-d 79

6.4 THIẾT KẾ NỀN TRẠM BIẾN ÁP 80

CHƯƠNG 7 DỰ TOÁN CHO TRẠM BIẾN ÁP 81

7.1 THUYẾT MINH DỰ TOÁN 81

7.2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 81

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

4

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, đất nước ta đang trên đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá, đời sống nhân dân được nâng cao nhanh chóng Nhu cầu sử dụng điện năng trong tất cả các lĩnh vực ngày càng tăng Vì vậy, công nghiệp điện lực giữ vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế và ổn định xã hội Để đảm bảo cho việc cung cấp điện được tốt, đòi hỏi phải xây dựng được một hệ thống điện gồm các khâu sản xuất, truyền tải,

phân phối điện năng và hoạt động một cách thống nhất với nhau Trong đó, Trạm biến

áp có vai trò quan trọng Vì muốn truyền tải điện năng đi xa ta phải tăng điện áp và

sau đó giảm điện áp xuống thấp cho phù hợp với nơi tiêu thụ Dùng biến áp tiện lợi và kinh tế

Năng lượng là một trong những yếu tố rất quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu trong các lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt Một lực lượng đông đảo cán bộ khoa học kỹ thuật trong ngành điện đang tham gia thiết kế và lắp đặt các công trình cung cấp điện

Đồ án “Thiết kế trạm biến áp” ở đây được trình bày những bước thiết kế cơ bản

cần thiết, dẫn ra từ những công thức tính toán cơ bản để lựa chọn những phần tử của

hệ thống thích hợp cho trạm điện Thiết kế trạm biến áp nhằm giúp sinh viên chúng ta làm quen với công việc thiết kế và còn giúp cho mỗi bản thân chúng ta có một tác phong làm việc độc lập

Do thời gian và tài liệu còn hạn chế, hơn nữa kinh nghiệm thực tiễn của em chưa

có nhiều nên đồ án thiết kế này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý và nhận xét của thầy cô và các bạn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Kỹ

Thuật Điện -Điện Tử và đặc biệt là thầy Phạm Hoàng Nam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên em trong suốt quá trình thực hiện Đồ Án Tốt Nghiệp này

5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRẠM BIẾN ÁP

1.1 KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP

+ Trạm tăng áp thường được đặt ở các nhà máy điện, làm nhiệm vụ tăng điện áp

từ điện áp máy phát lên điện áp cao hơn để tải điện năng đi xa

+ Trạm hạ áp thường được đặt ở các hộ tiêu thụ, để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp nhằm thích hợp với các hộ tiêu thụ

+ Trạm biến áp trung gian chỉ làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai lưới điện có cấp

b) Theo địa dư, TBA được phân loại thành TBA khu vực và TBA địa phương

+ TBA khu vực được cung cấp điện từ mạng điện khu vực (mạng điện chính) của

hệ thống điện (HTĐ) để cung cấp điện cho một khu vực lớn bao gồm thành phố, các khu công nghiệp …

+ TBA địa phương là các TBA được cung cấp điện từ mạng phân phối, mạng địa phương của HTĐ cấp cho từng xí nghiệp, hay trực tiếp cấp cho các hộ tiêu thụ với điện áp thứ cấp thấp hơn

1.1.2 Các cấp điện áp của các trạm biến áp

a) Cấp cao áp: là mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

+ 500 kV: dùng cho hệ thống điện quốc gia, nối liền 3 miền đất nước

+ 220 kV: dùng cho lưới truyền tải, mạng điện khu vực

+ 110 kV: dùng cho lưới phân phối, cung cấp cho phụ tải lớn

b) Cấp trung áp: là mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

+ 22 kV: dùng cho mạng địa phương, cung cấp điện cho các phụ tải vừa và nhỏ hoặc các khu dân cư

6

Do lịch sử để lại, hiện nay nước ta cấp trung áp còn dùng: 66kV, 35kV, 15kV, 10kV, 6kV … nhưng trong tương lai các cấp điện này sẽ được cải tạo, để dùng thống nhất một cấp 22kV

c) Cấp hạ áp: 380/220V gồm:

+ Mạng điện 3 pha, trung tính nối đất trực tiếp

+ Mạng điện 1 pha hai dây và 1 pha 3 dây

1.2 PHÂN LOẠI TRẠM BIẾN ÁP

Về hình thức và cấu trúc của trạm biến áp, TBA được chia thành trạm ngoài trời

và trạm trong nhà

1.2.1 Trạm biến áp ngoài trời

Ở loại TBA này, các thiết bị điện như: máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, thanh góp …đều đặt ngoài trời Phần phân phối phía trung áp có thể đặt ngoài trời, trong nhà hoặc các tủ chuyên dùng Phần phân phối hạ áp thường đặt trong nhà hoặc đặt trong các tủ chuyên dùng chế tạo sẵn

Trạm biến áp ngoài trời thích hợp cho các trạm tăng áp, trạm giảm áp và các TBA trung gian có công suất lớn, có đủ điều kiện về đất đai để đặt các trang thiết bị Các TBA ngoài trời tiết kiệm được rất nhiều về kinh phí xây dựng, nên được khuyến khích dùng nếu có điều kiện

1.2.2 Trạm biến áp trong nhà

Ở loại TBA này, các thiết bị điện như: máy cắt, dao cách ly, máy biến áp, thanh góp … để đặt trong nhà Ngoài ra vì điều kiện chiến tranh, bảo đảm mỹ quan thành phố, người ta còn xây dựng những TBA ngầm Loại trạm này khá tốn kém trong xây dựng, vận hành, bảo quản

Trong thực tế cần căn cứ vài địa hình, môi trường làm việc, công suất trạm, tính chất quan trọng của phụ tải, môi trường mỹ quan và kinh phí đầu tư mà chọn loại trạm cho phù hợp

1.2.3 Các trạm biến áp thường gặp

a) Trạm treo

áp (15 - 22) / 0,4 kV, phần đo đếm đƣợc trang thiết bị hạ áp

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

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

Hình 1.3: Trạm biến áp giàn

- Trạm công cộng thường đặt ở khu đô thị hóa, khu dân cư mới đảm bảo mỹ quan

và an toàn cho người sử dụng

- Trạm khách hàng thường được đặt trong khuôn viên của khách hàng, khuynh hướng hiện nay là sử dụng bộ mạch vòng chính (Ring Main Unit) thay cho kết cấu thanh cái, cầu dao, có bợ chì và cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có công suất nhỏ

1000 kVA

Trạm kín cần dùng 3 phòng: phòng đặt thiết bị cao áp, phòng đặt máy biến áp, phòng đặt thiết bị phân phối hạ áp và được dùng ở những nơi cần an toàn, nơi nhiều khí bụi và nơi có hóa chất ăn mòn

Đối với trạm kín cáp vào và ra thường là cáp ngầm, các cửa thông gió đều phải

có lưới để chống chim, rắn, chuột và có hố dầu sự cố

Hình 1.4: Trạm biến áp kiếu kín

10

e) Trạm một cột

Trạm một cột hay còn gọi là trạm biến áp một cột là loại trạm trong đó máy biến

áp được đặt trên trụ thép đơn hoặc trụ bằng cột bê tông ly tâm Các bộ phận khác được làm bằng tôn tráng kẽm, dày 2mm và được sơn tĩnh điện

Hình 1.5: Trạm biến áp một trụ

Trạm biến áp một cột không giống như các trạm biến áp khác về vị trí lắp đặt, Trạm được lắp đặt ngoài trời và được sử dụng ở các nơi công cộng có không gian hẹp, mật độ dân cư cao như: các trung tâm thương mại, nhà cao tầng, bệnh viện, sân bay, tàu điện, vỉa hè, công viên… Không chỉ vậy trạm biến áp một cột còn được sử dụng trong các khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất Trạm biến áp một cột được sử dụng trong lưới truyền tải và phân phối từ 6kV đến 35kV, công suất máy biến áp đến 630A

Trạm biến áp một cột ra đời nhằm khắc phục những hạn chế nhược điểm của các trạm truyền thống, có vai trò quan trọng trong hệ thống mạng lưới điện, không chỉ vậy nó còn giúp người sử dụng tiết kiệm các chi phí một cách tối đa mà hiệu quả mang lại vẫn cao, do đó trạm biến áp một cột đang là một giải pháp giúp sử dụng nguồn điện một cách an toàn, hiệu quả hơn

11

Ngoài ra với những ưu điểm khác như gọn, đẹp, bền vững, không tốn diện tích lắp đặt, an toàn cho những người dân sống xung quanh, có giá cả phù hợp, do đó trạm luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà đầu tư

So với trạm biến áp thì trạm biến áp một cột đã thu hẹp khoảng cách so với trạm

hỏ và trạm treo mà các trạm điện kín trước đây chưa thực hiện được

+ Trong mạng lưới điện trên không thì trạm biến áp một cột có giá đầu tư tương đương với trạm treo nhưng giá trị của nó lại vượt trội hơn

+ Trạm biến áp một cột có tính an toàn cao, do vậy những dân sống xung quanh trạm sẽ biến áp sẽ không bị ảnh hưởng

+ Trạm biến áp một cột cũng mở nên cơ hội cho các kỹ sư được làm chủ kỹ thuật thiết kế và tạo nên sản phẩm, không chỉ vậy trạm biến áp một cột xuất hiện mở ra

cơ hội cho các nhà thầu thêm sự lựa chọn hoàn hảo hơn

f) Trạm biến áp hợp bộ

Trạm biến áp hợp bộ hay gọi là trạm kios là dạng trạm biến áp được sản xuất sẵn, được sản xuất trọn gói trong một kích thước nhỏ gọn Thông thường có hai loại: trạm

có thể đi vào bên trong và trạm không thể đi vào bên trong Công suất cho trạm thường

630 hoặc 1000KVA Có thể lắp đặt trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất tùy theo yêu cầu công trình Trạm kios được biết đến như trạm biến áp hợp bộ theo kiểu kín được thiết

kế, gia công, chế tạo theo các tiêu chuẩn nhất định, đảm bảo phù hợp và tuân thủ nguyên tắc tiêu chuẩn quốc tế

Hình 1.6: Trạm biến áp hợp bộ

+ Cấp bảo vệ: Trung thế và hạ thế IP32

+ Ngăn biến áp IP21

+ Bảo vệ MBA bằng LBS+ fuse hoặc các rơ le chuyên dụng

Khoang máy biến áp:

+ Công suất định mức: 160 đến 2500(kVA)

+ Điện áp thứ cấp định mức : 220/440(V)

+ Kiểu đấu dây: Dyn hoặc Yzn

Khoang tủ hạ thế:

+ Tủ hạ thế tổng sử dụng ACB/MCCB có dòng định mức tùy chọn

13

+ Phù hợp tiêu chuẩn IEC 60947-2

+ Thiết bị đo lường : Tùy chọn

Vài n t về trạm biến áp kios

Trạm kios là một phần quan trọng của mạng lưới điện Nó chuyển đổi từ điện áp cao hơn sang điện áp thấp hơn của gia đình và các doanh nghiệp

+ Cần lắp đặt các trạm biến áp mới thay thế các thiết bị truyền tải cũ:

Việc lắp đặt các trạm kios mới sẽ phục vụ cho nhu cầu về điện ngày càng tăng

và thay thế các thiết bị đã hoạt động hết tuổi thọ của nó và tính an toàn điện cao hơn Trong những năm gần đây, số lượng thiết bị điện trong gia đình và tại các doanh nghiệp nhà càng nhiều, điều đó dẫn đến năng lượng mà người dân sử dụng càng tăng nhanh Do đó việc lắp đặt các trạm kios trong thành phố, thị trấn các xã, các khu công nghiệp thay cho các thiết bị truyền tải điện cũ là cần thiết và cấp bách

+ Cần lắp đặt một trạm biến áp kios gần nhà/ trường/ doanh nghiệp

Khi các trạm biến áp được đặt quá xa, nó không thể hoạt động hiệu quả và không thể đảm bảo chất lượng nguồn điện cung cấp cho người dân và doanh nghiệp

Quá tr nh ựa chọn các vị trí ắp đặt trạm kios

Tất cả các khoản đầu tư cho mạng lưới điện đều được lên kế hoạch cẩn thận chi tiết Khi chúng ta xác định một khu vực cần lắp đặt trạm biến áp kios, phải điều tra kỹ lưỡng để tìm một vị trí thích hợp để lắp đặt cho hiệu quả về mặt kinh tế nhất và an toàn nhất

Tìm hiểu nhiều các vị trí được đánh giá dựa trên hàng loạt các tiêu chuẩn về kỹ thuật và môi trường Nếu có thể, nên lựa chọn các vị trí các vị trí có tác động tối thiểu đến tài sản xung quanh và các cơ sở cộng đồng Sau khi lựa chọn được vị trí thích hợp, phải thông báo cho lãnh đạo địa phương cũng như gia đình và các doanh nghiệp trong khu vực Phân tích, đánh giá các phản hổi nhận được từ cá nhân và doanh nghiệp để xác định vị trí lắp đặt tốt nhất đáp ứng được yêu cầu của khách hàng tốt nhất

 Theo đề bài yêu cầu, ta thiết kế trạm kín

14

CHƯƠNG 2: VẼ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI-TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ T max, max VÀ

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 2.1 VẼ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI-TÍNH TOÁN CÁC HỆ SỐ T max, max

2.1.1 Đồ thị phụ tải

2.1.1.1 Định nghĩa

Mức tiêu thụ điện năng luôn luôn thay đổi theo thời gian Qui luật biến thiên của phụ tải theo thời gian được biểu diễn trên hình vẽ gọi là đồ thị phụ tải Trục tung của

đồ thị có thể biểu diễn: công suất tác dụng, công suất phản khảng, công suất biểu kiến

ở dạng đơn vị có tên hay tương đối Còn trục hoành biểu diễn thời gian

Đồ thị phụ tải có thể phân loại theo công suất, theo thời gian, theo địa dư

- Theo công suất có đồ thị phụ tải công suất tác dụng, đồ thị phụ tải công suất phản kháng và đồ thị phụ tải công suất biểu kiến

- Theo thời gian có đồ thị phụ năm, đồ thị phụ tải ngày …

- Theo địa dư có đồ thị phụ tải toàn hệ thống, đồ thị phụ tải của nhà máy điện hay TBA, đồ thị phụ tải của hộ tiêu thụ

Đồ thị phụ tải rất cần cho thiết kế và vận hành HTĐ Khi biết đồ thị của toàn hệ thống có thể phân bố tối ưu công suất cho nhà máy điện trong hệ thống, xác định mức tiêu hao nhiên liệu …

Đồ thị phụ tải này của nhà máy hay TBA dùng để chọn dung lượng máy biến áp (MBA), tính toán tổn thất điện năng trong MBA, chọn sơ đồ nối dây …

2.1.1.2 Cách xác định đồ thị phụ tải hằng ngày theo %S max

Đồ thị phụ tải ngày vẽ Watt kế tự ghi là chính xác nhất, nhưng cũng có thể vẽ theo phương pháp từng điểm, nghĩa là cứ sau một khoảng thời gian ghi lại chỉ số phụ tải rồi nối lại thành đường gấp khúc (hình 2.1) Phương vẽ theo từng điểm tuy không chính xác nhưng trong thực tế vẫn dùng phổ biển

Để tính toán thuận tiện thường biến đường gấp khúc thành dạng bậc thang nhưng phải đảm bảo hai điều kiện:

- Diện tích giới hạn bởi đường biểu diễn hình bậc thang với trục tọa độ phải bằng đúng diện tích giới hạn bởi đường biểu diễn gấp khúc với trục tọa độ

15

- Điểm cực đại và cực tiểu trên cả hai đường biểu diễn vẫn không thay đổi

Hình 2.1: Đồ thị phụ tải ngày dạng gấp khúc

2.1.3 Vẽ đồ thị phụ tải theo số iệu ban đầu đề cho

 Số liệu ban đầu:

%Smax 40 50 60 70 70 80 80 100 100 90 80 60

%Smax 40 40 50 60 70 90 90 80 80 60 50 40

16

 Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang

Hình 2.2: Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang

2.1.2 Tính các hệ số thời gian T max, max

Điện năng tiêu thụ phụ thuộc vào phụ tải và thời gian vận hành Song trong quá trình vận hành, phụ tải luôn luôn biến đổi, Vì vậy để thuận tiện trong quá trình tính toán người ta giả thiết phụ tải luôn luôn không thay đổi và bằng phụ tải lớn nhất Do vậy thời gian dùng điện lúc này là thời gian tương đương về phương diện tiêu thụ điện năng

Với giả thiết như trên thì thời gian dùng điện ở phụ tải lớn nhất này (thường lấy bằng phụ tải tính toán) được gọi là thời gian sử dụng công suất lớn nhất

 Tính T max trong một ngày:

24

24

0 max (ngay)

Tmax (ngày) = 16,3 (giờ)

 Tính T max trong một năm:

Dựa vào Tmax trong một ngày ta tính được Tmax (năm) như sau:

Tmax (năm) = Tmax (ngày).365

Về phương diện kinh tế thì Tmax càng lớn đạt giá trị t càng tốt

2.1.2.2 Xác định thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất ((max) )

Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất  là thời gian nếu trong đó mạng điện luôn luôn mang tải lớn nhất sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên mạng điện trong một năm

4 max

4

(0,124 10 ).8760(0,124 5949,5.10 ).8760

 Tmax (ngày) = 16,3 (giờ)

 Tmax (năm) = 5949,5 (giờ)

 (năm) = 6298 (giờ)

Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng cho phép được gọi là phụ tải tính toán không đổi tương đương với phụ tải thực tế thay đổi theo thời gian và cũng gây nên một hiệu ứng nhiệt Do đó về phương diện kỹ thuật, nếu ta chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn cho thiết bị trong các điều kiện vận hành

 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: được chia làm hai nhóm chính

 Nhóm thứ nhất:

Là nhóm dựa vào kinh nghiệm thiết kế và vận hành để tổng kết và đưa ra các hệ

số tính toán Đặc điểm của phương pháp là thuận tiện nhưng chỉ cho kết quả gần đúng

 Nhóm thứ hai:

Là nhóm các phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê Đặc điểm của phương pháp này là có kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố Do vậy nên kết quả tính toán có chính xác hơn song việc tính toán khá phức tạp

2.2.2 Mục đích của việc xác định phụ tải

Việc tính toán phụ tải điện nhằm:

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ lưới 1000 V trở lên

- Chọn số lượng và công suất máy biến áp của trạm biến áp

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối

- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

2.2.3 Tính toán phụ tải của trạm

Có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, tùy theo phương pháp mà ta lựa chọn cách tính cho phù hợp:

19

 Số liệu ban đầu

- Phụ tải tổng của trạm: S= 2400 kVA

- Hệ số phân tán: Kpt=1,5

- Hệ số công suất: cos=0,8

Dựa vào hệ số phân tán (Kpt=1,5) và phụ tải tổng (S=2400kVA) của trạm ta tính đƣợc công suất biểu kiến, công suất tác dụng và công suất phản kháng

2.2.3.1 Công suất biểu kiến tính toán của phụ tải

pt

SS=

K

2400S=

20

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA TRẠM BIẾN ÁP

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp

Trong đó:

 VT (Voltage Transformer): Máy biến áp

 CT (Current Transformer): Máy biến dòng

 CB (Current Breaker): Áptomát

 FCO (Fuse Cut Out): Cầu chì

 DS : Dao cách ly (Distance Switch)

Nguyên tắc hoạt động của mạch nguyên lý

Nguồn được đưa vào thanh cái cao áp 22kV qua 2 đầu cáp, phía cao áp được gắn thiết bị đo đếm điện năng Từ thanh cái cao áp, điện được đưa tới 2 MBA để hạ áp xuống 0,4kV (2 MBA này hoạt động song song)

Ở trạng thái bình thường, CB3 ở trạng thái thường mở Nhóm phụ tải 1 và nhóm phụ tải 2 được cấp điện từ 2 nguồn độc lập nhau (mỗi nguồn được lấy điện từ 1 MBA) Khi gặp sự cố hư hỏng 1 trong 2 MBA thì CB3 đóng lại Thanh cái hạ áp được

nối tắt Lúc này 2 nhóm phụ tải cùng được cung cấp nguồn từ 1 MBA

21

CHƯƠNG 3: CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT, TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HẰNG NĂM TRONG

TRẠM BIẾN ÁP 3.1 CHỌN SỐ LƯỢNG, CÔNG SUẤT, CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP 3.1.1 Giới thiệu về máy biến áp (MBA)

Máy biến áp là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện (HTĐ), tổng công suất các MBA rất lớn và bằng 4 đến 5 lần tổng công suất các máy phát điện Vì vậy vốn đầu tư cho MBA cũng rất nhiều Nên người ta mong muốn chọn số lượng MBA ít

và công suất nhỏ nhưng vẫn đảm bảo an toàn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Chọn MBA trong nhà máy phát điện và TBA là chọn loại, số lượng, công suất định mức và hệ số biến áp Mặc dù hiệu suất của MBA tương đối cao (máy biến áp công suất lớn đạt khoảng 99,5%) nhưng tổn thất điện năng hàng năm trong máy biến

áp rất lớn Vì thế người ta mong muốn giảm số bậc biến áp, giảm công suất đặt của MBA và sử dụng chúng có hiệu quả hơn Điều đó có thể đạt được bằng cách thiết kế các hệ thống điện một cách hợp lý, dùng máy biến áp tự ngẫu và tận dụng khả năng quá tải của máy biến áp trong trường hợp có thể ( 110 kV trở lên, có trung tính trực tiếp nối đất), không ngừng cải tiến cấu tạo của MBA, góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm nguyên liệu

Trong hệ thống điện người ta dùng các MBA 3 pha 2 cuộn và 3 pha 3 cuộn dây, hoặc dùng tổ MBA một pha nhằm để tăng hoặc giảm điện áp sao cho phù hợp với nhu cầu phụ tải

Các MBA 3 pha 2 cuộn và 3 cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong HTĐ Máy biến áp 3 cuộn dây dùng khi cần có hai cấp điện áp ra Việc đặt máy biến áp 3 cuộn dây thay cho 2 máy biến áp 2 cuộn dây sẽ tiết kiệm được diện tích, vật liệu, vốn đầu tư đồng thời giảm được tổn hao năng lượng khi vận hành Máy biến áp 2 cuộn dây chỉ nên đặt ở trạm mà trong tương lai trạm đó không có phụ tải ở cấp điện áp hạ áp khác hoặc phụ tải cấp này nhỏ hơn (1015)% công suất của MBA

Cũng chính vì lý do kinh tế nên máy biến áp 3 pha được dùng rộng rãi trong HTĐ Giá tiền của máy biến áp 3 pha nhỏ hơn khoảng (1225)%, còn tổn hao năng lượng vận hành nhỏ hơn (1215)% so với nhóm 3 máy biến áp 1 pha cùng 1 công suất

22

Tổ máy biến áp 1 pha chỉ dùng khi không có khả năng chế tạo máy biến áp 3 pha với công suất lớn cần thiết hoặc điều kiện chuyên chở không cho phép (ví dụ ở vùng đồi núi)

Trong HTĐ có điện áp cao và trung tính trực tiếp nối đất (110500 kV) thì thường dùng MBA tự ngẫu Loại máy biến áp này ưu việt so với MBA thường Giá thành, chi phí vật liệu và tổn hao năng lượng khi vận hành của nó nhỏ so với MBA thường có cùng công suất

Công suất định mức của máy biến áp là công suất liên tục đi qua máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nó ứng với các điều kiện tiêu chuẩn như: điện áp định mức, tần số định mức và nhiệt độ môi trường làm định mức

3.1.2 Nguyên tắc chọn công suất của máy biến áp

Khi chọn công suất định mức cho máy biến áp luôn tính đến khả năng quá tải của chúng, thông thường xét đến quá tải thường xuyên và quá tải lúc sự cố

3.1.2.1 Chọn theo điều kiện quá tải thường xuyên

Quá tải thường xuyên của máy biến áp là chế độ quá tải mà một phần thời gian phụ tải của máy biến áp vượt quá công suất định mức của nó, phần thời gian còn lại của chu kì khảo sát, phụ tải máy biến áp thấp hơn công suất định mức của nó Với phụ tải như vậy thì hao mòn cách điện sau một chu kì khảo sát không vượt quá hao mòn định mức, tương ứng với nhiệt độ cuộn dây bằng 980C, nhưng không vượt quá 1400

C

3.1.2.2 Chọn theo điều kiện quá tải sự cố

Quá tải sự cố là quá tải cho phép MBA làm việc trong điều kiện sự cố khi hư hỏng một trong các máy biến áp làm việc song song mà không gây hư hỏng chúng Như vậy, trị số quá tải cho phép được quyết định sao cho nhiệt độ của cuộn dây và dầu MBA không vượt quá giá trị cho phép để không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường tiếp theo MBA Nhiệt độ cho phép cực đại đối với dầu là 1150C và đối với điểm nóng nhất của cách điện cuộn dây là 1400C

Trong điều kiện sự cố, MBA được phép quá tải 40% nếu thời gian quá tải của máy không vượt quá 6 giờ trong 5 ngày đêm và hệ số phụ tải bậc một không vượt quá 0,93

- Nếu trạm chỉ có một máy biến áp thì chọn công suất định mức của nó trên cơ sở

có xét đến khả năng quá tải thường xuyên của MBA đó

- Nếu trạm đặt hai MBA thì chọn công suất định mức của nó phải xét đến khả năng quá tải sự cố khi hỏng một trong hai MBA đó Trong điều kiện làm việc bình thường cả hai MBA điều làm việc non tải

Vậy: Dựa vào các nguyên tắc chọn công suất MBA và theo yêu cầu của đề bài là: cung cấp điện liên tục, nên ta chọn máy biến áp làm việc theo điều kiện quá tải sự cố

3.1.3 Chọn số ượng máy biến áp

Vốn đầu tư ban đầu của máy biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng

số vốn đầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng máy biến áp và công suất định mức của chúng rất quan trọng

 Các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật khi chọn máy biến áp:

- An toàn, liên tục cung cấp điện

- Vốn đầu tư ít nhất

- Chi phí vận hành hằng năm bé nhất

- Tiêu tốn kim loại màu bé nhất

- Số lượng MBA không nên chọn quá 2 để đơn giản trong vận hành

- Nên chọn cùng một chủng loại và dung lượng MBA để đơn giản trong lắp đặt và

24

Do đó hai máy biếp áp vận hành song song đƣợc đặt theo sơ đồ sau:

Hình 3.1: Máy biến áp vận hành song song

3.1.4 Chọn công suất máy biến áp

Trong điều kiện sự cố cho phép Kcp=1.4, nên ta xem nhƣ một số tính toán nào đó khi sử dụng lựa chọn máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố

Với trạm cung cấp điện liên tục ta chọn hai máy có cùng công suất:

1, 4

tt dmBA

S

S  Dựa vào điều kiện quá tải ta chọn:

1600

1, 4 1, 4

tt dmBA

SdmBA = 1250 (kVA)

22 kV

0,4 kV

25

Chọn 2 máy biến áp phân phối ba pha kiểu ONAN – 1250 của công ty thiết bị

điện Đông Anh do hãng ABB chế tạo với các thông số kỹ thuật sau:

- Tổ đấu dây: Dyn – 11

 Đặc điểm kỹ thuật chủ yếu:

- Chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 76 và TCVN 1984 – 1994, TCVN 1985 –1994

- Sử dụng trong nhà và ngoài trời

- Tổn hao không tải : Po = 1800(w)

- Dòng điện không tải : Io% = 1.5%

3.1.5 Tính toán các thông số của máy biến áp

3.1.5.1 Sơ đồ thay thế: (các thông số thứ cấp ta qui về sơ cấp)

26

3.1.5.2 Dựa vào số liệu của máy biến áp như : P n , U n % , P o , I o % ta tính được:

a) Điện trở của máy biến áp

S kVA



2 3 2

14.22

.10 4,33( )1250

6.22.10 23, 23( )1250

B

Trong đó:

- Pn : Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

- Un % : Trị số tương đối của điện áp

- XB : Điện kháng của máy biến áp

- Sđm : Công suất định mức của máy biến áp

- Uđm : Điện áp định mức của máy biến áp

Kết luận :

Theo yêu cầu và số liệu ban đầu đề bài cho, chọn hai máy biến áp phân phối ba pha kiểu ONAN-1250 của công ty thiết bị điện Đông Anh do ABB chế tạo có các thông số sau:

- Công suất : Sđm = 1250 (kVA)

- Điện trở của MBA : RB = 4,33 ()

- Điện kháng của MBA : XB = 23,23 ()

- Điện áp ngắn mạch : Un % = 6%

- Tổn hao ngắn mạch : Pn = 14.000 (W)

- Tổn hao không tải : Po =1800 (W)

- Dòng điện không tải: Io % = 1,5%

27

3.2 TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG HẰNG NĂM TRONG TRẠM

3.2.1 Xác định tổn thất điện năng hằng năm trong trạm biến áp

Tổn thất điện năng trong máy biến áp gồm hai phần : tổn thất sắt và tổn thất đồng

- Tổn thất đồng phụ thuộc vào phụ tải, khi phụ tải bằng công suất định mức của máy biến áp thì tổn thất đồng bằng tổn thất ngắn mạch

- Tổn thất sắt bao gồm tổn hao từ trễ của thép làm mạch từ và tổn hao dòng điện xoáy trong lõi thép Tổn thất sắt phụ thuộc vào mật độ thông và tần số thay đổi từ thông trong mạch, không phụ thuộc vào dòng điện, không thay đổi theo phụ tải và lớn bằng nhau dù chạy không tải hay đủ tải

Nếu trạm biến áp có hai máy vận hành song song thì:

- Tổn thất không tải hằng năm đƣợc xác định theo số giờ làm việc t của chúng

trong năm

- Tổn thất phụ có tải đƣợc xác định theo thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất

, nó là hàm số của thời gian sử dụng phụ tải lớn nhất Tmax và cos theo đồ thị phụ tải hằng năm

Tổn thất điện năng trong máy biến áp đƣợc xác định theo công thức sau:

-  là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, giờ: đƣợc cho bởi bảng

Nếu có n máy biến áp làm việc song song thì:

3.2.2.2 Phần trăm tổn thất điện năng hằng năm của trạm

Phần trăm tổn thất điện năng phụ thuộc vào điện năng cung cấp hàng năm và tổn thất điện năng trong trạm

29

CHƯƠNG 4: SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP, TÍNH CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP VÀ

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4.1 SỤT ÁP QUA MÁY BIẾN ÁP LÖC PHỤ TẢI MIN, MAX VÀ SỰ CỐ

Tổn thất điện áp (sụt áp) của máy biến áp được tính theo công thức:

- Q: Công suất phản kháng, (kVAr)

- RB : Điện trở của máy biến áp, ()

- XB : Điện kháng của máy biến áp, ()

b) Sụt áp qua máy biến áp úc phụ tải cực tiểu

Công suất biểu kiến khi phụ tải nhỏ nhất:

Smin = % Smin Stt (kVA)

 

min

40 0, 4.1600 640

os

W2

.sin

Ar2

B

4.1.2 Sụt áp qua máy biến áp úc gặp sự cố

a) Tổn thất điện áp qua máy biến áp lúc sự cố khi tải cực đại

Gọi:

P1(sc) : Là công suất tác dụng cực đại khi gặp sự cố

P1(sc) = Stt cos  =Ptt (kW)

P19sc) = 1280 (kW)

31

Q1(sc): Là công suất phản kháng cực đại lúc gặp sự cố

Q1(sc) = Stt sin (kVAr)

Qtr = 1600 0,6 = 960 (kVAr) Sụt áp qua một MBA khi tải lớn nhất lúc gặp sự cố:

Q2(sc): Là công suất phản kháng cực tiểu khi gặp dự cố

Q2(sc) = Smin sin (kVAr)

Q2(sc) = 640 0,6 = 384 (kVAr) Sụt áp qua một MBA khi tải nhỏ nhất lúc gặp sự cố

4.2 CHỌN ĐẦU PHÂN ÁP CỦA MÁY BIẾN ÁP

Công thức tính điện áp đầu phân áp:

Máy biến áp có phạm vi điều chỉnh điện áp 2 2,5% x , và đầu định mức ở giữa

Tỉ số biến áp sẽ thay đổi nhờ vào việc chọn đúng đầu phân áp trên cuộn sơ cấp

Theo thông số của MBA các đầu phân áp 2 2,5% x là :

 Các số iệu ban đầu

- Điện áp không tải phía thứ cấp lúc phụ tải cực đại

pa TB

Giả sử chọn đầu phân áp: 0% = 22 (kV)

Kiểm tra lại điện áp phía thứ cấp theo công thức:

Từ kết quả trên thì đầu phân áp -2,5% là đạt yêu cầu

 Vậy chọn đầu phân áp -2,5% = 21,45 (kV)

4.2.2 Lúc tải àm việc bị sự cố

Để giữ điện áp trên tải luôn ổn định và đầu ra trạm cho chất lƣợng điện cao, cần chọn đầu phân áp hợp lý

Máy biến áp có đầu phân áp 2x 2 , 5 %, và đầu định mức ở giữa

Tỉ số biến áp sẽ thay đổi nhờ vào việc chọn đúng đầu phân áp trên cuộn sơ cấp

Theo thông số của MBA ta có các đầu phân áp 2x 2 , 5 % là:

 Các số iệu ban đầu:

- Điện áp không tải phía thứ cấp lúc phụ tải cực đại