Đồ án TÍNH TOÁN và THIẾT kế cụ THỂ, TÍNH TOÁN lựa CHỌN dây dẫn và NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG dây PHÂN PHỐI 22kv

Ngoài những nguồn năng lượng trên còn những nguồn khác như:năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng từ sóngbiển,...Việc thiết kế mạng điện phân phối cần đảm

Mục Lục

Trang

Chương 1: TÓM TẮT SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT 1

I MỞ ĐẦU 1

1.1 VAI TRÒ CỦA NGUỒN ĐIỆN TRONG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẤT NƯỚC 1

1.2 CÁC DẠNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG 1

1.2.1 Nhà mát Thủy Điện 1

1.2.2 Nhà Máy nhiệt điện 1

1.2.3 Nhà Máy Điện Nguyên tử 1

1.2.4 Một số nguồn năng lượng khác 1

1.3 CÁC YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 2

1.4 CÁC SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN TRONG MẠNG ĐIỆN 2

1.4.1.Sơ đồ hình tia 2

1.4.2 Sơ đồ mạng vòng 2

1.4.3 Sơ đồ mạng lưới 3

II LỰA CHỌN ĐƯỜNG DÂY VÀ TÍNH TỔN THẤT CHO ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV 3

2.1 Tính toán sụt áp cho đường dây 22 kV 3

2.2 Tính toán lựa tiết diện cho đường dây 4

III BÙ CÔNG SUẤT CHO ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV 6

3.1 Bù bằng tụ dọc 6

3.2 Tụ bù ngang 7

IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO HỆ THỐNG PHÂN PHỐI 8

4.1 Nguyên nhân 8

4.2 Các hậu quả do ngắn mạch 9

4.3 Cách khắc phục dòng điện ngắn mạch 9

4.4 Mục đích của tính toán ngắn mạch 9

4.5 Các công thức tính toán ngắn mạch trong hệ thống điện phân phối 9

4.6 Phố hợp thiết bị bảo vệ 10

4.6.1 Cầu chì 10

4.6.2 Recloser 11

5.Tính toán tổn thất công suất 12

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỤ THỂ, TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV 17

I TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN 17

1.1 Tính sụt áp và lựa chọn dây dẫn: 17

1.2 Tính các thông số đầu gửi của đường dây phân phối 22kV 19

II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV 2.1 Tính ngắn mạch tại hai nút S1,S2 20

2.2 Tính toán tổn thất công suất và điện năng 26

2.2.1 Tính tổn thất công suất 26

2.2.2 Tính toán tổn thất điện năng 28

3.3.Chọn dao cách ly 31

3.4 Dùng phần mềm kiểm tra lại lí thuyết 32

III.TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

Chương 1: TÓM TẮT SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT

I.2 CÁC DẠNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG :

I.2.1 Nhà máy Thủy điện:

Nguyên lý sử dụng năng lượng thế năng chính và tốc độ chảy củadòng nước để làm quay Tuabi Quá trình là quá trình chuyển đổi năng lượng là Thủynăng -> Cơ năng -> Điện năng Do đó điều kiện là sử dụng độ dốc của các sông ngòilớn, mà đặc thù của Việt Nam là sông ngòi khá nhiều nên Thủy điện rất thuận lợi.Như nhà máy Sơn La (4200 MVA), Hòa Bình (1920 MVA), Vốn đầu tư của Thủyđiện chỉ lúc xây dựng còn vận hành thì không tốn nhiện liệu như Nhiệt điện Ngoài

ra, hiệu suất của Thủy điện khá cao khoảng 85%-90% và giá thành điện năng thấp

I.2.2 Nhà máy Nhiệt điện:

Sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch như: dầu, than đá, đểbiến đổi điện năng thì dùng nguồn năng lượng này đốt và dùng hơi nước làm quayTuabin Nguồn năng lượng này chiếm khá nhiều và chi phí xây dựng không cao, thờigian xây dựng khá nhanh nhưng chí phí về vận hành khá cao so với Thủy điện Một

số nhà máy: Thủ Đức (165 MVA), Cần Thơ (150 MVA), Và hiệu suất không caokhoảng 30%-40%

I.2.3 Nhà máy điện nguyên tử:

Nhà máy điện nguyên tử tương tự như nhà máy Nhiệt điện vềphương diện biến đổi năng lượng, tức là dùng phản ứng phân hủy hạt nhân củaUranium biến thành cơ năng sau đó thành điện năng Tuy nhiên do chất phóng xạ rấtnguy hiểm, do đó các nước tiên tiến thường dùng năng lượng này Còn đối với ViệtNam chưa có đủ khả năng xây dựng Theo chủ trương của chính phủ thì tới 2020 thìViệt Nam chính thức sẽ có nhà máy điện nguyên tử đưa vào mạng điện hệ thốngQuốc Gia

I.2.4 Một số nguồn Năng lượng khác:

Ngoài những nguồn năng lượng trên còn những nguồn khác như:năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng từ sóngbiển,

Việc thiết kế mạng điện phân phối cần đảm bảo các yếu tố như sau:

- Đảm bảo độ bền cơ cho đường dây vững chắc và an toàn

- Cung cấp điện mang tính liên tục

- Chọn các thiết bị đóng cắt hợp lý và đảm bảo an toàn cho hệthống khi xảy ra sự cố

- Điện năng cung cấp chất lượng tốt, đảm bảo sự chênh lệch điện

áp và tần số trong khung cho phép khoảng 5%

- Hiệu suất truyền tải cao

- Đảm bảo điều kiện kinh tế, vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp

- Có khả năng phát triển trong tương lai

1.4 CÁC SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN TRONG MẠNG ĐIỆN:

1.4.1 Sơ đồ hình tia:

Đối với mạng phânphối dạng hình tia thì thường sử dụng cho

các xã, vùng nông thôn hay những phụ tải

không quan trọng thuộc nhóm loại 3

Về mặt ưu điểm: làmạch đơn giản, chi phí rẻ

Nhược điểm: là độ tincậy thấp, sự sụt áp luôn vượt mức cho

phép, ngoài ra khi gặp sự cố thì bị gián

đoạn cho một nhánh hoặc có thể một vùng

Mạng điện phân phối do mắc nhiều phụ tải mắc trực tiếp không quamáy biến áp nên yêu cầu điện năng rất chặt chẽ nên chọn tiết diện rất quan trọng đảmbảo  Ucp<6%Uđm Trong đó, mạng phân phối thiết kế tổng độ sụt áp cho phéptrong khoảng 8%-10%, điện áp rơi từ dây trung áp đến máy biến áp là 2%-2.5% vàđiện áp rơi tại dây nối là 0.1%- 1%.

Ta có:

U U

U

l Q x l P r U

U

đm

i i i

i đm

X Q R P

P: là công suất tác dụngQ: là công suật phản khángHoặc % 2 * 1000*100%

Nếu tiết diện đường dây không thỏa điều kiện phát nóng và tổn thất điện

áp thì ta phải tăng tiết diện lên cho đến khi thỏa đường dây truyền tải với nhữngthông số đặt ra

Ngoài ra khi tính toán cho mạng điện là đường dây liên thông có nhiềunhánh thì ta phải chọn nhánh nào khoảng cách dài nhất và có công suất lớn nhất đểtính toán hay chọn làm tuyến chính cho đường dây

II.2 Tính toán lựa tiết diện cho đường dây.

Khi lựa chọn đường dây phân phối thì thường chú ý các thông số sau:

U<=35kV ta chọn dây nhôm (A) để truyền tải và tiết diện (F) dây tốithiểu là F-35mm2

U>35kV ta chọn dây nhôm lõi thép (ACSR) và tiết diện tối thiểu là 25mm2

F-Trong đó, điện trở suất của dây đồng và nhôm như sau:

- Đối với dây đồng thường, dẫn điện 100% :   1 724x108 (  m)

ở 200 C

- Đối với dây đồng kéo cứng, dẫn điện 97.3% :   1 8x108 (  m)

ở 200 C

- Đối với dây nhôm dẫn điện 61%:   2 86x108 (  m) ở 200 C

- Đối với dây sắt hoặc thép:   12 2x108 (  m) ở 200 C

Chọn kháng sơ bộ cho đường dây hoặc có thể tính theo công thức nhưsau:

- Đường dây 15, 22kV chọn x0=0.35 /km.

- Đường dây >=35kV chọn x0=0.4 /km.Hoặc : x0=fL 2 fL, trong đó L=2*10-4*ln D D

s m

Dm: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây pha (m)

Ds: Bán kính trung bình hình học của dây dẫn (mm)Việc tính tiết diện được tính theo nhiều cách như sau:

- Cách 1: Trên đường dây có P,Q trên đường trục chính ta tính dòngđiện I bằng cách:

U Q p U

S tt

- Cách 2: Khi trên đường dây trục chính ta tính được sụt áp do điệntrở gây ra trên hệ thống điện Sau đó ta dùng công thức sau:

Với: Imax là dòng điện cực đại

Smax là công suất phụ tải cực đại

Uđm điện áp định mức của hệ thống

Và tính toán dòng điện khi dây phát nóng như sau: Imax<k*Icp

K hệ số điều chỉnh nhiệt độ của đường dây trên không tra bảngsau:

Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác để tính tiết diện đường dây trênkhông Tùy theo trường hợp mà sử dụng cho hợp lý

Xét 1 đường dây hình tia như sau: giả sử cung cấp cho đầu nhận có côngsuất PR và cos R và điện áp đầu nhận là VR

R R

R

R  3cos và độ sụt áp: U V V V

R R

S ) * 100 % (

* )

* cos

2 2

- Tăng khả năng tải của đường dây, giảm tổn thất công suất và tổn thấtđiện năng, cải thiện tình trạng điện áp.



b) cosR sớmHình 3.2.1 Đường dây hình tia - ảnh hưởng của hệ số công suất đến sụt áp đường dây

Bù ngang bằng cách mắc song song tụ điện ở đầu nhận nhằm nâng cao hệ

số công suất của đầu nhận (cũng như nâng cao hệ số công suất của đường dây) nhưtrình bày ở hình sau:

- Đối với một phụ tải có công suất P cho trước, dòng điện và công suấtbiểu kiến S tỷ lệ nghịch với hệ số công suất Do đó việc nâng cao hệ số công suấtdẫn đến giảm dòng điện và công suất phụ tải yêu cầu.

- Giảm tổn thất công suất tác dụng ( 2

RI ), dẫn đến tiết kiệm chi phí vậnhành và giảm được yêu cầu công suất tác dụng của nguồn phát

- Giảm tổn thất công suất phản kháng trên đường dây ( 2

XI ) và giảm yêucầu công suất phản kháng ở nguồn phát

IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO HỆ THỐNG PHÂN PHỐI:

4.1 Nguyên nhân:

Nguyên nhân chủ yếu ngắn mạch là do thiết bị hư hỏng, hoặc cách điện bị

hư hỏng do: sét đánh, quá áp, cách điện già cõi Ngoài ra ngắn mạch do thao tácnhằm, chăm nôm không chu đáo, do thi công các công trình gần dây cáp ngầm

Zcb

2



- Tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không trong mạng đối xứng

* 2

2 0

* 3 (

* 2

*

* 3

Z Z Z Z Z Z

Z Z Z

HT f

pha a pha

* )

*

*

2 1 0 1

2 2 0

* 3 (

* 2

*

*

3

Z Z Z Z Z Z

Z Z

Z

HT f

pha a pha





4.6 Phối hợp thiết bị bảo vệ:

Hệ thống cung cấp điện gồm nhiều phần tử và phân bố trên phạm vi rộng

Vì vậy, trong quá trình vận hành thường xảy ra nhiều sự cố xảy ra: quá điện áp, quátần số, sét đánh, quá dòng,… Để hạn chế xảy ra các sự cố trên thì người ta thườngdùng các thiết bị bảo vệ

4.6.1 Cầu Chì:

Cầu chì là phần tử yếu nhất trong phần tử bảo vệ các thiết bị trên hệthống, nhằm làm đứt mạch điện khi có dòng điện vượt qua giá trị cho phép đi qua Vìvậy thiết bị này chủ yếu là bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

Một trong những ưu điểm của cầu chì là dễ thay thế và giá thành hợp lí.Một số loại cầu chì như:

Dây chảy: Thành phần chính của cầu chì là một phần tử chảy vàđặc tinh1 của cầu chì dựa vào dòng-thời gian

Cầu chì tự rơi: các dây chảy ở lưới phân phối thì ta phải đi kèmthiết bị khác để vận hành phù hợp Thiết bị tiêu biểu nhất là cơ cấu tự rơi được sửdụng ở các dạng chảy hở, dạng hở và dạng hợp Và cầu chì FCO như một cầu chìbảo vệ và như một dao cách ly thao tác được, cho phép ta vận hành bằng tay Ngoài

ra FCO còn có bộ phận đặc biệt là dập hồ quang khi xảy ra lúc ngắn mạch

Cầu chì chân không: loại cầu chì có phần tử chảy trong chânkhông Cấu tạo gồm có ống dập hồ quang, tằm chắn và sứ cách điện

Cầu chì hạn dòng: là cầu chì không rơi và có chức năng chính làhạn chế những tác động có thể có đối với thiết bị bảo vệ được loại trừ Thành phầncủa cầu chì hạn chế dòng là phần tử chảy làm bằng dải bằng bạc Dải bằng bạc quấnquanh một phần tuống chứa khí có khả năng ion hóa hổ trợ việc ngắn mạch Cầu chìchứa đầy cát và đặt trong ống cách điện thường làm bằng ống thủy tinh

Các thông số trên Recloser:

Điện áp của hệ thống: điện áp của Recloser phải bằng hoặc lớnhơn điện áp của hệ thống

Dòng điện sự cố lớn nhất có thể xảy ra tại vị trí đặt Recloser vàdòng điện phải lớn hơn dòng điện hệ thống.

Dòng tải cực đại: dòng định mức của Recloser phải lớn hơn dòngtải cực đại ước lượng trước hệ thống

Dòng sự cố cực tiểu: có thể xảy ra ở cuối đoạn đường dây nhằmkiểm tra có thể xem recloser có thể tác động hay không Và việc đặt Recloser phảikết hợp với một số thiết bị bảo vệ khác nhằm đảm bảo tính an toàn của nguồn và tải

Một số yêu cầu chính đối với thiết bị tự đóng lại:

Tác động nhanh nhằm đảm bảo tính liên tục cho phụ tải và ổnđịnh cho hệ thống Tuy tốc độ đóng nhanh nhưng bị hạn chế bởi điều kiện ion hóa tạichỗ ngắn mạch để khi đóng lại nguồn điện ngắn mạch không thể tái tạo lại

Tự đóng lại không được lặp đi lặp lại

Tự đóng lại phải trở về vị trí ban đầu Thời gian tố thiểu của tín hiệu đi đóng lại của máy cắt đủ để máycắt chắc chắn làm việc đúng

Phần tử Role tự đóng lại sẽ được lắp đặt riêng lẻ cho từng phần tửkhởi động, một role cho một pha

Phối hợp thiết bị bảo vệ như: Recloser và cầu chì hoặc Recloser vàRecloser tùy theo điều kiện và mụch đích như thế nào mà ta đặt cho hợp lí

+ Recloser và cầu chì tác dụng của mạch:

Thiết bị phía tải phải xóa một sự cố tạm thời hay vĩnh cửu trướckhi thiết bị phía nguồn tắt mạch

Việc mất điện do sự cố vĩnh cửu gây ra phải được giới hạn vàchỉ mất một phần điện nhỏ trên hệ thống

+ Recloser I và Recloser II: Recloser bảo vệ dự trữ I chỉ đếm số lầncắt nhanh của phía dưới Recloser II nhưng không tác động cắt Trình tự được lặptrình sau cho Recloser I tác động hai lần tác động nhanh, bỏ qua hai lần này thì tácđộng của Recloser II sẽ chậm nhằm đảm bảo tránh mất điện khi sự cố nằm lân cận 2vùng

5 Tính toán toán tổn thất công suất

Các trường hợp tải phân bố đều:

* Phụ tải tập trung

P 

2 0 2

2 2

3 lI r R U

Q P



s r U

S X U

Q P

0 2

2 2

2 2

jQ

P 

s r U

S S r U

Q P

0 2

2 0 2

2 2

tt I I

I '

Tổn thất công suất của 3 trường hợp

Phân bố:

2 0 3

P



Có thể tính tổn thất theo công suất phụ tải:

Trường hợp tải có cùng công suất cos

l r S S S

S P P P

0 2

2 3 2 1

l r Q Q Q

Q l r P P P P

Q Q

Q P P P P

pb tt tt pb pb

tt tt pb

Q Q

Q

0 2

2 0

2 2

3 2

1 3

2 1

Itt

s = l

I’

tt tt

U

S I

3



pb

pb tt

U

S I

3

'



2 0

Hay tính theo công suất phụ tải khi hệ số công suất giống nhau:

tt đm

tt

tt r s U

pb

pb r s U

tt r s U

S

2 '





'

P P

) (

) (

haynhanh phattuyen

haynhanh phattuyen A

A A

Tổn thất điện năng toàn mạng

A toanmang A phattuyen A cacnhanh

Phần trăm tổn thất điện năng toàn mạng

%100

%

) (

) (

haynhanh phattuyen

toanmang A

A A

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỤ THỂ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ NGẮN MẠCH

TRÊN ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV

I TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN:

1.1 Tính sụt áp và lựa chọn dây dẫn:

Với sơ đồ đường dây và công suất phụ tải 22kV (kVA):

Lấy độ sụt áp cho phép của toàn tuyến dây U <=5% và cos   0 8

Do đường dây nhôm truyền tải tiết diện nhỏ nhất cho đường dây phân phối

là 35 mm2 Nên chọn đường dây truyền tải là 35mm2

Với đường dây nhôm 35 mm2 với các thông số:

r0=0.906 Ω/km d= 7.5 mm

Điện kháng của đường dây x0=L0*100π=0.388 Ω/km.

Kiểm tra độ sụt áp cho toàn đường dây:

U

l Q x l P r U

U

đm

i i i

i đm

X Q R

) 2 0 316 411 1 0 506 (

* 388 0 22

) 2 0 510 663 1 0 816 (

* 906 0

% 019 0 100

2 0 0

22

388 0 506

* 0 816

* 0 906 0

NS

U

% 5

% 157 0 100

2 0 0

22

388 0 411

* 663

*

* 906 0

*

*

*

* 2

U

% 5

% 024 0 100

2 0 0

22

388 0 316

* 0 510

* 0 906 0

*

*

*

* 3

S

U

Vậy tổn thất điện áp trên toàn đường dây thỏa điều kiện sụt áp nên chọnđường dây A-35

1.2 Tính các thông số đầu gửi của đường dây phân phối 22kV:

Điện áp đầu gửi và hiệu suất truyền tải của đường dây, bỏ qua tổn thấtvầng quang của đường dây (chỉ xét tổn thất vầng quang đối với U>=110kV)

Ta dùng mạng hai cửa để tính các thông số trên đường dây như A,B,C,D..

Các thông số A, B, C, D tính theo công thức sau:

Chiều dày

đường dây

Mạch tươngđương

1+(YZ)/2 Z(1+(YZ)/4) Y 1+(YZ)/2

Mạch πchuẩn

1+(YZ)/2 Z Y(1+(YZ)/4) 1+(YZ)/2

l S tđ

S * 18 1801.3600 0 2  245



  

Điện trở trên toàn đường dây R=r0*l=0.906*1.3=1.18 Ω/km

Điện kháng toàn đường dây: X=x0*l=0.5 Ω/km

Sử dụng đường dây ngắn để tính điện áp và dòng điện tại đầu gửi:

Do đó điện áp đầu gửi:

R

V A S

S S

S V I

S. . ** =3*12.71  0 01*6.43 31 79=208.42+129.12j(kVA)

Hiệu suất truyền tải H:

Ta có đường dây phân phối 22kV có tiết diện A-35 mm2 Với các thông số

4 4

*

* 779 0

A 1090.12

*

3

20 ) 0388 0 0906 0 (

* 220002

2 1

A97.90162

*

3

233 0 1054 0 ) 0388 0 0906 0 (

* 0

1

0 2 1

*

3

60 233 0 1054 0 ) 0388 0 0906 0 (

* 0

1

0 2 1

j j

j

j j

a pha

N

f f

U

I

6 96214 22000

*

* ) 0388 0 0906 0 {(

) 0388 0 0906 0 (

) 0388 0 0906 0 (

* 120 1 233 0 1054 0

)

* (

* )

*

* 0

2

2

0 2 1 2 1

2 0

j j

j

j j

a pha

N

f f

U

I

55 111670 22000

*

* ) 0388 0 0906 0 {(

) 0388 0 0906 0 (

) 0388 0 0906 0 (

* 120 1 60 233 0 1054 0

)

* (

* )

*

* 0

2

2

0 2 1 2 1

2 0

j j

j

j j

a pha

N

f f

U

I

87 133251 22000

*

* ) 0388 0 0906 0 {(

) 0388 0 0906 0 (

) 0388 0 0906 0 (

* 240 1 233 0 1054 0

)

* (

* )

*

* 0

2

2

0 2 1 2 1

2 0

Z Z Z

j j

j

j j

a pha

N

f f

U

I

16 111236 22000

*

* ) 0388 0 0906 0 {(

) 0388 0 0906 0 (

) 0388 0 0906 0 (

* 240 1 60 233 0 1054 0

)

* (

* )

*

* 0

2

2

0 2 1 2 1

2 0