Đề tài Thiết kế cung cấp điện cho khu phố mới

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT KHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ --------------- BÀI TẬP DÀI Bộ môn: Cung cấp điện ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU PHỐ MỚI Giáo viên hướng dẫn : Lê Minh Tiệp Học sinh thực hiện : Nguyễn Thị Thảo Hiền Lớp : Điện - Đ2TC Ngày ra đề : 20/04/2010 Ngày hoàn chỉnh : 20/05/2010 Phú Thọ, ngày 15 tháng 05 năm 2010 LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, hiện nay điện năng đóng vai trò rất quan trọng. Điện năng được áp dụng rộng rãi trong các nghành kinh tế quốc dân, bởi vì điện năng là nguồn năng lượng có nhiều ưu điểm hơn so với các nguồn năng lượng khác. Khi xây dựng các nhà máy, xí nghiệp, khu phố, đô thị. Trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các thiết bị, máy móc hoạt động và cả nhu cầu dùng điện làm việc và sinh hoạt của con người. Việc thiết kế trang cung cấp điện cho một khu phố mới là rất cần thiết và quan trọng, nhưng lại là một vấn đề tương đối mới mẻ đối với em. Do kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế, mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng lại không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo. I.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KHU PHỐ MỚI. - Trong các khu phố có nhiều thiết bị sử dụng điện làm việc khác nhau để tính toán phụ tải, thì người ta không tính toán riêng cho từng thiết bị mà tính toán cho nhóm thiết bị hoặc hộ gia đình. - Các thiết bị điện trong khu phố có thể chia ra làm nhiều nhóm, mỗi nhóm có thể có n tùy theo người thiết kế. Nhưng thực tế người ta chon. - Nếu chọn n quá lớn sẽ khó khăn cho việc thiết bị đóng cắt. Bảo vệ cho tải việc đi dây sẽ trở nên chồng chéo hoặc khó khăn. - Việc chia nhóm phải đảm bảo các yêu càu sau: + Các thiết bị phải được bố trí gần nhau. + Đi dây thuận tiện không chồng chéo. + Do chọn phương pháp đi dây trong ống nên góc độ của ống phải . - Theo yêu cầu và căn cứ vào sơ đồ đã cho ta thực hiện xác định phụ tải tính toán của khu dân cư. Chúng ta cần xác định công suất tác dụng chiếu sáng cho các khu riêng. Khu chung cư 1, khu chung cư 2, khu nhà mặt phố, trường tiểu học và vườn hoa. Các khu sử dụng đèn sợi đốt nên cos=1Qcstt=0. 1. Khu chung cư 7 tầng 1 Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m là P0= 10(w/m) công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình: Pcstt1hg1= P0.S = 10.60.10-3 = 0,6 (KW) S= S= 0,6(KVA) Công suất chiếu sáng tính toán của tầng 1 Pcstt1tầng= P.10 = 0,6.10 = 6 (KW) Pttcs1tầng= Pcstt1tầng= 12 (KVA) Công suất chiếu sáng tính toán của 7 tầng: Pcstt4tầng= Pcstt1tầng.7 = 6 . 7 = 42 (KW) Þ Pcstt7tầng= Pcstt7tầng= 42 (KVA) 2. Khu chung cư 5 tầng 2. Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P= 10(w/m) công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình: P= P0.S = 10 . 80.10= 0,8(KW) S= S= 0,8 (KVA) công suất chiếu sáng tính toán một tầng khu chung cư : Pcstt1tầng= P.2 = 12 . 15 = 12 (KW) Pttcs1tầng= Pcstt1tầng= 12 (KVA) Công suất chiếu sáng tính toán của 5 tầng: P= Pcstt1tầng.5 = 12 . 5 = 60 (KW) S= P= 60 (KVA) 3. Khu nhà mặt phố Dùng toàn sợi đốt nên Cosj=1 Þ Qtt=0 Chọn công suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P0= 25(W/m2) công suất chiếu sáng tính toán của một hộ gia đình: P= P0.S = 25 . 80.10= 2(KW) Pttcs1tầng= Pcstt1tầng= 2 (KVA) công suất chiếu sáng tính toán của 100 hộ gia đình: p= P. 100 = 2 . 100 = 200(KW) S= P= 200(KVA) 4. Trường tiểu học Ptt= P0.S Ta chọn P0 cho 1 phòng học là 30(W/m) Pcstt1 phòng= P0.S = 30 . 80 . 10-3= 2,4(KW) Tất cả phòng học đều dùng đèn tuýp nên cos= 8 ; tg= 0,75 Q= P. tg= 2,4 . 0,75 = 1,8(KVAR) S= ) = 6,24(KVA) Công suất chiếu sáng tính toán một tầng: Pcstt1t = Pcstt1p . 10 = 2,4 . 10 = 24 (KW) Qtt1t = Qtt1p . 10 = 1,8 . 10 = 18 (KVAR) Sttcs1t = Sttcs1p . 10 = 6,24 . 10 = 62,4 (KVA) Công suất chiếu sáng tính toán 2 tầng học: Pcstt3t = Pcstt1t .2 = 24 . 2 = 48 (KW) Qtt3t = Qtt1t . 2 = 18 . 2 = 36 (KVAR) Sttcs1t = Sttcs1t . 2 = 62,4 . 2 = 124,48 (KVA) * Nhà hành chính dùng đèn sợi đốt: Cosφ = 1 Þ Qtt = 0 Chọn suất phụ tải trên một đơn vị m2 là P0 = 25 (W/m2) Công suất chiếu sáng tính toán là: Pcstt = P0 . 5 = 25 . 100 . 10-3 = 2,5 (KW) Þ Sttcs = Pcstt = 2,5 (KVA) 5. Vườn hoa Dùng đèn sợi đốt nên Cosφ = 1; Qttcs = 0 Chọn suất phụ tải trên 1 đơn vị m2 là P0 = 0,5 (W/m2) Công suất tính toán chiếu sáng: Pcstt = P0 . S = 0,5 . 3500 . 10-3 = 1,75 (KW) Þ Sttcs = Pcstt = 1,75 (KVA) Ta có công suất tác dụng của cả khu phố mới: SPtt = 352,25 (KW) SQtt = 36 (KVAR) SttStkp = Kđt . Kpt . Chọn Kđt = 0,8 Kpt = 1,1 là hệ số phát triển kể đến khả năng phát triển của toàn khu phố mới. SttStkp = 0,8 . 1,1 . (3,6KVA) II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN 1. Đặt vấn đề Thiết kế mạng điện cho một khu phố mới là một phần quan trọng để đảm bảo ổn định và phát triển đời sống của nhân dân. Việc lựa chọn và thiết kế mạng điện phải đảm bảo các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế, điều đó rất quan trọng. (Để cung cấp điện cho một khu phố mới ta phải cung cấp 2 phần) - Mạng điện khu phố gồm hai phần: Phần bên trong và phần bên ngoài. + Phần bên trong: Gồm các đường dây cung cấp điện cho các nhà chung cư, nhà mặt phố, trường tiểu học, vườn hoa. + Phần bên ngoài: Các đường dây dẫn điện từ hệ thống điện đến khu tiêu thụ. - Mạng điện của khu phố phải đảm bảo các yêu cầu: + Kỹ thuật: Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện phù hợp với từng yêu cầu của các phụ tải, đảm bảo chất lượng điện năng. Sơ đồ nối dây phải đảm bảo đơn giản, có tính khoa học, thuận tiện cho việc vận hành, sửa chữa. + Kinh tế: Vốn đầu tư ban đầu hợp lý. Chi phí vận hành hàng năm hợp lý, tiết kieemk. - Trong thực tế thì hai yêu cầu trên luôn đối lập nhau. Khi chọn phương án cung cấp điện tốt thì không lớn và ngược lại. Như vậy, ta phải tìm ra phương án cung cấp điện hợp lý. Để thiết kế mạng điện cho khu phố, chúng ta có sơ đồ hình tia, phân nhánh, kết hợp hình tia và phân nhánh. Chọn sơ đồ cung cấp điện cho khu phố: Để cấp điện cho từng khu vực trong khu phố, ta phải đặt một tủ phân phối, dây cáp ngầm cấp điện cho tủ phân phối. Thanh cái của tủ này cấp điện cho 5 tủ động lực, ta cấp điện cho từng khu vực. Đặt aptomat (AB) ở đầu ra của trạm áp làm đầu AB đầu nguồn cho các phân xưởng. Tủ phân phối của xưởng đặt một AB tổng và 6 AB nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng. Tủ động lực được cấp điện bằng đường cáp hình tia, đầu vào đặt dao cách ly (CB) và cầu chì (CC), các nhánh ra đặt cầu chì. Sơ đồ nguyên lý cấp điện - Chọn sơ đồ đi dây cung cấp điện cho các thiết bị: Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng của khu phố và sự bố trí thiết bị trong khu vực tiêu thụ với công suất không bằng nhau. Trong mỗi nhóm các thiết bị phân phối tương đối độc lập chúng ta chọn sơ đồ đi dây hình tia với mục đích đảm bảo về kỹ thuật. 2. Lựa chọn các phần tử của hệ thống cung cấp điện. a. Chọn cầu chì và cáp dẫn điện cho từng thiết bị. *) Chọn dây chảy cầu chì Để đảm bảo an toàn cho thiết bị, cho đường dây thì mỗi một thiết bị có đường dây cung cấp điện, ta dùng một cầu chì bảo vệ. Việc chọn dây chảy phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Dây chảy cung cấp không được chảy khi làm việc với Iđmmax và cho phép quá tải ngắn hạn. - Dây chảy cung cấp phải chảy khi có dòng ngắn mạch đi qua hoặc dòng quá tải lớn hơn giá trị cho phép. Idc ³ Iđm * Chọn dây dẫn và cáp Cáp và dây dẫn hạ áp được lựa chọn theo điều kiện lâu dài cho phép nhằm đảm bảo cho nhiệt của dây dẫn, của cáp không vượt quá nhiệt độ cho phép để đảm bảo cách nhiệt cho dây dẫn. Ngoài ra việc lựa chọn cáp điện và dây dẫn liên quan đến việc lựa chọn dây chảy cầu chì. Dây dẫn và cáp được lựa chọn theo hai điều kiện dau: Trong đó: [I]: Dòng làm việc lâu dài của dây dẫn. K1: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ của môi trường so với nhiệt độ tiêu chuẩn. Chọn K = 0,93 K2: Là hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp đặt trong một rãnh. Trong phần này, số lượng cáp không nhiều nên chọn K2 = 1. K3: là hệ số xét tới chế độ làm việc của thiết bị nếu làm việc dài hạn. Chọn K3 = 1 K: Là hệ số kể tới cấu trúc của đường dây, ta lấy là 3. K = 1,25 ® 1,5 cấp điện cho một nhóm thiết bị. K = 0,8 cấp điện cho mạng lưới chiếu sáng. * Tính chọn dây chảy cầu chì và dây dẫn cho từng thiết bị: Khu chung cư: Idc ³ Iđm . 12A Idc ³Kmm. = 2,28 A. Chọn cầu chì D - 2. I ³ A I ³ Chọn dây dẫn 5,5mm2 p PTO (Liên Xô sản xuất) Có I = 35A + Khu nhà mặt phố: Idc ³ Chọn cầu chì Ç P - Icáp ³ A Icáp ³ (A) Chọn dây dẫn 3,5mm2 p PTO (Liên Xô sản xuất) Có [I] = 35A + Trường tiểu học: Idc ³ Iđm = 13,5 A Idc ³ Iđm . = 32,4 Chọn cầu chì P - 2. Icáp ³ A Icáp ³ (A) Chọn dây dẫn 4mm2 p PTO (Liên Xô sản xuất) Có [I] = 25 (A) + Vườn hoa Idc ³ Iđm = 5 A Idc ³ A Chọn cầu chì Ç P-2 60/15 [I] ³ (A) [I] ≥ Chọn dây dẫn 2,5mm2 pPTO (Do Liên Xô sản xuất) Có [I] = 25 (A) Chọn dây chảy của cầu chì ở đầu vào các tủ động lực (chọn cầu chì tổng cho phụ tải). Cầu chì tổng của các nhóm thiết bị được tính theo các điều kiện: Idc ≥ Itt Idc ≥ Cầu chì tổng lớn hơn ít nhất hai cấp so với cầu chì nhánh trong đó. Itt là dòng điện tính toán của nhóm. Immmax: Là dòng điện mở máy của động cơ lớn nhất. Ksd, Iđm: Ứng với động cơ có Immmax Với phụ tải như vậy thì: Idc ≥ 28A Idc ≥ A Do vậy chọn Idc > 60A (tra bảng ta có). Chọn lá kẽm làm dây chảy cho cầu chì tổng, có bề rộng: 05mm, dày 0,5mm. Dày . Rộng = 2,5mm2. Có Iđm = 100 A b. Chọn cáp từ các tủ phân phối tới các tủ động lực: Cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực phải thỏa mãn: Uđmcáp ≥ Uđmmạng (380V) [Icáp] ≥ K1: Là hệ số tính đến sự sai khác giữa nhiệt độ môi trường với nhiệt độ tiêu chuẩn. K1 = 0,93 K2 là hệ số kể đến số lượng cáp đặt trong một đơn vị, K2 = 1 [I] ≥ = A [I] ≥ A Chọn cáp cu đặt trong mặt đất < M-10, [I] = 85 A c. Chọn tủ phân phối Uđmtủ = Uđmmạng Iđm vào tủ ≥ Ittkp Iđm ra tủ ≥ Idctb Số đầu ra của tủ phân phối ≥ 6, chọn tủ có 1 nguồn cấp. Tra bảng chọn tủ phân phối loại pP - 9332 do Liên Xô chế tạo. d. Chọn Áptômát AB theo điều kiện UđmAB ≥ Uđmlưới IđmAB ≥ Iđmlưới 3. Lựa chọn phương án cung cấp điện cho thành phố. Dựa vào các yêu cầu trên và căn cứ vào sơ đồ mặt bằng khu phố. Iđm = 10 KV Khu phố phụ thuộc hệ phụ tải tiêu thụ loại 3. Sau khi có các điều kiện chọn phương án cấp điện, xây dựng một trạm biến áp một máy có: Sđm = 1000 KVA cung cấp cho khu phố. 4. Chọn thanh cái cho trạm biến áp Thanh cái biến áp 10KV và hạ áp 0,4KV và hạ áp 0,4KV được chọn theo điều kiện phát nóng. Icp ≥ Trong đó: K1: Hệ số hiệu chỉnh môi trường xung quanh khác với nhiệt độ quy chuẩn. Vì nhiệt độ môi trường không khí đặt thanh cái là 250C và nhiệt độ cho phép phát nóng lớn nhất của thanh cái l,à 700C nên K1 = 1. K2: Là hệ số hiệu chỉnh xét tới nhiều thanh cái trong một pha. Ilvmax: Dòng điện làm việc cực đại qua thanh cái. a. Chọn thanh cái cao áp 10KV Dòng điện làm việc cực đại của máy biến áp mang tải cực đại, bỏ qua tổn thất công suất có: Ilvmax = = (A) Þ I = 82 (A) Chọn thanh cái bằng nhôm kích thước 25 x 3 (mm2) Mỗi pha một thanh, tiết diện 75mm2, [I] = 265 (A) Khối lượng m = 0,203 (Kg/m). b. Chọn thanh cái hạ áp máy biến áp Dòng làm việc cực đại của thanh cái hạ áp máy biến áp là dòng thứ cấp của MBA khi nó làm việc. Chế độ sự cố: Ilvmax = (A) Chọn một bộ thanh cái bằng nhôm, mỗi pha một thanh có tiết diện: S = 120 . 10 = 1200 (mm2) [I] = 2070 (A) c. Chọn sứ cách điện khi thanh cái qua cao áp 10KV * Chọn sứ xuyên: Điều kiện chọn: Uđmsứ ≥ Uđmmạng = 10KV Ta có Ilvmaxsứ = Ilvmax = 82 A Chọn sứ xuyên kiểu HK - * Chọn sứ đỡ * Chọn sứ xuyên: Điều kiện chọn: Uđmsứ ≥ Uđmmạng = 10KV Ta chọn sứ đỡ đặt trong nhà kiểu 0f - 35 - 375 5. Tính ngắn mạch và kiểm tra thiết bị điện đã chọn Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng thường xảy ra trong hệ thống điện nói chung. Khi xảy ra ngắn mạch dòng điện tăng vọt đến trị số rất lớn (IN>Iđm). Gây nên hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực điện động, đe doạ phá huỷ đến các thiết bị điện trong mạng và gây nguy hiểm cho con người. Đồng thời với sự tăng vọt của dòng điện là sự suy giảm đáng kể của điện áp mạng, gây nên ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của của các thiết bị điện, trường hợp nặng nề hơn có thể gây mất ổn định hệ thống. Vì vậy các phần tử trong hệ thống phải được tính toán và lựa chọn sao cho không những làm việc tốt trong trạng thái làm việc bình thường mà còn có thể chịu được, không bị hư hỏng trong thời gian ngắn mạch. Độ tin cậy làm việc của các thiết bị điện trong điều kiện sự cố được đảm bảo trên cơ sở kiểm tra chúng theo các điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt ứng với tình trạng ngắn mạch nặng nề nhất. Đối với mỗi thiết bị trong một sơ đồ cụ thể và phương án vận hành xác định ta có thể chỉ ra vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch nào (N2, N3,...) sẽ cho dòng ngắn mạch chạy qua thiết bị đó là lớn nhất. Như vậy, việc kiểm tra các thiết bị điện được thực hiện trên cơ sở tính toán dòng ngắn mạch tại những điểm đặc trưng nhất của sơ đồ tính toán. Ngoài ra việc tính toán ngắn mạch còn để tính toán thiết kế bảo vệ rơ le và để kiểm tra độ nhạy của aptomat, khả năng cắt của máy và cầu chì. A. TÍNH NĂNG NGẮN MẠCH A1. Chọn điểm để tính ngắn mạch Ta chọn những điểm đặc trưng nhất của sơ đồ tính toán để tính ngắn mạch như sau: 1. Ở phần cao áp + Điểm N1 - trên thanh cái cao áp 10KV của đầu vào trạm biến áp khu phố. 2. Ở phía hạ áp + Điểm N2: - trên thanh cái hạ áp 0,4 KV của đầu ra máy biến áp. + Điểm N3: - Đầu vào tủ phân phối trung gian cho từng khu. + Điểm N4: Đầu vào tủ động lực A2. Tính ngắn mạch Tôi thiết lập sơ đồ tính toán ngắn mạch cho hệ thống điện như sau: SHT CL1 TG2 CL2 MC2 BA2 AM-2500 TG4 A3130 A3130 TPP TĐL N1 N2 N3 N4 1. Tính ngắn mạch 3 pha a. Tính ngắn mạch 3 pha ở phía cao áp: Điểm N1 Mục đích tính toán ngắn mạch 3 pha tại điểm N1 là để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thanh dẫn và các khí cụ điện áp. Khi ngắn mạch 3 pha ở điện áp cao 10KV người ta cho phép bỏ qua điện trở, điện k,háng của dao cách ly, thanh cái và chỉ kể đến điện kháng của hệ thống Xht và dây dẫn Xdd. - Tại điểm ngắn mạch N1 có: + Điện kháng của hệ thống: Xht = Trong đó: + Utbdm = 23KV + SMN = 400MVA Ta tính được: Xht = (mW) Xht có giá trị rất nhỏ tương đương như nguồn có công suất vô cùng lớn. Điện kháng của dây tải điện từ nguồn tới khu phố: Với đường dây trên không, chiều dài 9km, dây dẫn AC - 35 có X0 = 0,4 (W/km). (Theo bảng 2-35, TL2). Ta tính được Xdd = X0 . L = 0,4 . 9 = 3,6 (W) - Điện kháng tổng đối với điểm ngắn mạch N: S XN1 = Xdd + Xht = 3,6 (A). Vì nguồn có công suất vô cùng lớn nên ta có: I"(N1) = I¥N1 A Trong đó: - I"(N1) : Là trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch trong chu kỳ đầu tiên tại điểm Nt (dòng điện siêu quá độ). - I¥N1: Là trị số hiệu dụng của thành phần chu kỳ ổn định của dòng ngắn mạch tại điểm N. - Giá trị tức thời cực đại của dòng ngắn mạch toàn phần (dòng ngắn mạch xung kích tại điểm ngắn mạch Nt). Kxk: Là hệ số xung kích, trường hợp điểm ngắn mạch N1 này có Kxk = 1,8 Þ IxkN1 = = 9,36 KA - Trị số hiệu dụng của dòng xung kích tại điểm N: Ixk(N1) = I"N1 . Þ Ixk(N1) = I"N1 . = 5,5 KA. - Công suất ngắn mạch tại điểm N1: SN1=.Utbdm.I"N1=146,6MVA b. Tính ngắn mạnh 3 pha phía hạ áp Đối với mạng hạ áp, khi tính ngắn mạch cần phải khể tới điện trở của các phần tử trong mạch ngắn mạch như điện trở của máy biến áp, cuộn dòng điện của aptomat và điện trở tiếp xúc tại tiếp điểm. *Tính điện trở, điện kháng của các phần tử (quy về hạ áp): - Điện kháng của hệ thống và đường dây cao áp quy về hạ áp: X'httdd=Xht(N1) . ()2 = 3,6 . ()2 = 10 = 1 m - Điện trở, điện kháng của máp biến áp 320 - Theo bảng 2 - 41 (TL2) có: rBA = 1,52 m ; XBA = 8 m - Điện trở, điện kháng của đường dâp cáp từ trạm biến áp khu phố tới đầu vào phân phối trung gian của từng phụ tải, ứng với nhôm có: S = 50 mm2 r0dd3 = 0,4 /km ; X0dd3 = 0,6 /km Với chiều dài đường cáp l = 0,30km sẽ có: rdd = 0,4 . 0,30 . 103 = 120 m Xdd = 0,60 . 0,3 . 103= 180 m - Điện trở, điện kháng của thanh hạ áp máy biến áp BA2 Theo bảng 2 - 40 (TL2) có: r0TG4 = 0,035m/m ; X0TG4 = 0,157m/m Với chiều dài thanh cái lTG4 = 5m thì: rTG4 = r0TG4 . lTG4 = 0,175 m XTG = X0TG4 . lTG4 = 0,785 m - Điện kháng của aptomat A3130 + Điện trở, điện kháng của cuộn dây: Theo bảng 2 - 24 (TL2) có: rcd = 0,36 m ; Xcd = 0,28 m + Điện trở tiếp xúc của aptomat: rcd = 0,6 m - Điện trở kháng của aptomat AM - 250 + Điện trở, điện kháng của cuộn dây: Theo bang 2 -42 (TL2) có: rcd = 0,1 m ; Xcd = 0,09 m + Điện trở tiếp xúc của aptomat: rcd = 0,04 m *Tính ngắn mạch 3 pha tại điểm N2: Mục đích của việc tính ngắn mạch 3 pha tại điển N2 để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của aptomat AM - 2500 và của thanh cái hạ áp máy biến áp BA. - Sơ đồ đẳng thị: SHT Xhtdd r1x(BA2) r1x(TG4) r1x(AM-2500) N2 - Điểm ngắn mạch N2 có: X = X'httdd + XBA + XTG4 + XAM2500 = 1 + 8,2 + 0,785 + 0,09 = 9,875mW r = rBA2 + rTG4 + rcd(AM2500) + rTX(AM2500) = 1,52 + 0,175 + 0,1 +0,04 = 1,835 mW Þ Tổng trở đối với điểm ngắn mạch N2 là: Z = = 10,044 mW - Dòng ngắn mạch tại điểm N2 là: I" = I(N2) = = = 22,99KA Þixk(N2) = = .1,3 . 22,99 = 4227 KA - Trị hiệu dụng của dòng xung kích tại điểm N: Ixk(N2) = I"N2 . = 24,97 KA - Công suất ngắn mạch của điểm N: SNM(N2) = .Utbdm . I"N2 = 15,93 MVA c. Tính ngắn mạch 3 pha tại điểm N3: Mục đích của việc tính ngắn mạch 3 pha tại điểm N3 là để kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt của cáp và aptomat A3130 khi có dòng ngắn mạch chạy qua. Sơ đồ đẳng thị: SHT X1r N(2) 2(X1l)(A3130) r1Xdd N2 - Điện trở, điện kháng tổng đối với điểm ngán mạch N3 là: r = r+ 2 . rcd(A3130) + 2 . rTX(A3130) + rdd3 = 1,835 + 2 . 0,36 + 2 . 0,6 + 120 = 123,755 mW X= X + 2 . Xcd(A3130) + Xdd3 = 9,875 + 2 . 0,28 + 180 = 190,435 mW Þ Tổng trở đối với điểm N3 là: Z= = 227,11 mW - Dòng ngắn mạch tại điểm N3 là: I"N3= = 1,02 KA ixk(N3) = IN1== 1,87 KA - Trị hiệu dụng của dòng xung kích tại điểm N3: Ixk(N3) = I"(N3) . = 1,11 KA SNM(N3) = .Utbdm . I"N3 = 0,71 MVA 2. Tính ngắn mạch 1 pha Mục đích của việc tính ngắn mạch một pha là để kiểm tra độ nhạy của các aptomat và tính toán cho việc bảo vệ rowle. Điểm chọn để tính ngắn mạch một pha là N2 và N3 Trạng thái ngắn mạch một pha là không đối xứng, do đó tổng trở của mạch ngắn mạch được phân tích thành các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không, trong đó trị số của tổng thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch bằng nhau. Dòng ngắn mạch một pha được tính theo công thức: I(1)N = . (KA) Trong đó: - K: là hệ số kể tới độ sụt điện áp khi xảy ra ngắn mạch, K = 0,92P . 0,95 - R1, X1: là điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận ( bằng thành phần thứ tự nghịch) tính từ nguồn tới điểm ngắn mạch (mΩ) - Utbdm = 400 V a. Tính ngắn mạch một pha tại điểm * Điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận và thứ tự không của các phần tử trong mạch ngắn hạn một pha tại điểm. Áptômát AM - 2500, có: r1AM = 0,14 (mΩ) X1AM = 0,09 (mΩ) r0AM = 0,14 (mΩ) X0AM = 0,09 (mΩ) - Thanh cái hạ áp 0,4 KV, có: r1TG4 = 0,175 (mΩ) X1TG4 = 0,785 (mΩ) r0TG4 = 10 . r1TG4 = 175 (mΩ) X0TG4 = 8 . X1TG4 = 6,28(mΩ) - Máy biến áp 1000 - 22/0,4 có: r1BA = 1,52 (mΩ) X1BA = 8 (mΩ) r0BA = 70(mΩ) X0BA = 86 (mΩ) - Trong đó: X0BA = 0,3 -> 1: là trị số tương đối của điện kháng thành phần thứ tự không của máy biến áp. * Điện trở, điện kháng tổng đối với điểm ngắn mạch một pha: r= r1AM + r1TG4 + r1BA = 1,835 (mΩ) X= X1AM + X1TG4 + X1BA = 8,875 (mΩ) r0= r0AM + r0TG4 + r0BA = 71,89 (mΩ) X0= X0AM + X0TG4 + X0BA = 92,37 (mΩ) * Dòng ngắn mạch một pha tại điểm N2: I'N2 = (KA) a. Tính ngắn mạch một pha tại điểm N3: * Điện trở, điện kháng thành phần thứ tự thuận và thứ tự không của các phần tử trong mạch ngắn mạch một pha tại điểm: - Áptômát A3130 có: 2.r1(A3130) = 0,96 . 2 = 1,92 (mW) 2.x1(A3130) = 0,28 . 2 = 0,56 (mW) 2.r0(A3130) = 0,96 . 2 = 1,92 (mW) 2.x0(A3130) = 2. 0,28 = 0,56 (mW) - Đường dây cáp tới: r1(dd3) = 90 (mW) x1(dd3) = 90 (mW) r0(dd3) = 10. r1(dd3) = 600 (mW) x0(dd3) = 4 . x1(dd3) = 360 (mW) * Điện trở, điện kháng tổng đối với điểm ngắn mạch một pha: r1S(N3) = r1S(N2) + r1(A3130) + r1XT(CL) + r1(dd3) = 63,7 (mW) x1S(N3) = x1S(N2) + x1(A3130) + x1XT(CL) + x1(dd3) = 99,435 (mW) r0S(N3) = r0S(N2) + r0(A3130) + r0XT(CL) + r0(dd3) = 673,81 (mW) x0S(N3) = x0S(N2) + x0(A3130) + x0(dd3) = 452,93 (mW) * Dòng ngắn mạch một pha tại điểm: (A) B. KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN Các thanh dẫn và khí cụ điện đã được lựa chọn hợp lý và đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật trong chế độ làm việc bình thường, để đảm bảo không bị xảy ra ngắn mạch chúng ta phải thoả mãn các điều kiện kiểm tra về độ ổn định động và ổn định nhiệt. Đối với các thiết bị bảo vệ quá dòng, cần kiểm tra thêm độ nhạy và khả năng cắt dòng ngắn mạch. Từ kết quả tính ngắn mạch đã tính ở trên, ta ,tiến hành kiểm tra các thiết bị điện đã chọn. B1. Kiểm tra cáp tải điện tới khu phố Đối với cáp, do kết cấu chắc chắn nên ta không cần kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động mà chỉ cần kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch. Điều kiện kiểm tra: S ³ S0dn = a . I¥(N3) . Trong đó: + S0 = 50mm2: Là tiết diện của cáp được chọn. + a = 12: Ứng với cáp ruột nhôm. + I¥(N3) = 1,02 KA: Dòng ngắn mạch tại điểm N3 khi ổn định. + tgt1 = tgtck1 + tgttd1. + tgttd1: Là thời gian giả thiết của các thành phần tắt dần của dòng điện ngắn mạch. tgt1 = = 0,05 . b"2 b"2 = Þ tgttd1 = 0,05 (s) + tgtck1: Là thời gian giả thiết của thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch. + tgtck1 = f(tN,b") = 0,015 (s) Vì là nguồn có công suất vô cùng lớn Þ tgtck1 = tN = 0,015 (s) + tN: Là thời gian ngắn mạch tại điểm N3, nó chính là thời gian tác động của áptômát A3130. tgtck1 = tN + ttd(A3130) = 0,05 + 0,015 = 0,65 s Þ tgt1 = 0,5. Vậy Sôdn = 12. 1,02 . = 3,12. Kết luận: Cáp chọn cho phân xưởng cơ khí đảm bảo điều kiện kỹ thuật yêu cầu. B2. Kiểm tra áptômát A3130 - Kiểm tra theo điều kiện ổn định động: Ixk(A3130) = 30 (KA) > Ixk(N3) = 1,87 (KA) Kiểm tra độ nhạy: Điều kiện kiểm tra: Knh = Trong đó: = 0,637 (KA): Dòng ngắn mạch một pha tại N3 Itd = dòng tác động tức thời của áptômát. Áptômát A3130 có Itd = 1050A Þ Knh = 0,637/1,050 = 0,61 < 1,5 Kết luận: Áptômát A3130 được chọn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. B3. Kiểm tra Áptômát AM-2500 - Kiểm tra theo điều kiện ổn định động. Ixk(AM-2500) = 120 (KA) > Ixk(N2) = 42,27 (KA) Kiểm tra độ nhạy, điều kiện kiểm tra Knh = Trong đó: = 4,93 (KA): Dòng ngắn mạch một pha tại N3 Itd(AM) = 2. Idm(AM) = 2. 2500 = 5000 (A) = 5 (KA) Þ Knh = 4,93/5 = 0,986 < 1,5 Kết luận: Áptômát AM-2500 thoả mãn điều kiện ổn định lực điện động dòng ngắn mạch nhưng không đảm bảo độ nhạy khi ngắn mạch một pha tại điểm. B4. Kiểm tra thanh cái hạ áp 1. Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực nhiệt động. Điều kiện kiểm tra |s| ³ sU Trong đó: |s|: Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh cái, Kg/cm2 sU: Ứng suất tính toán khi có dòng ngắn mạch chạy qua, Kg/cm2 Với thanh góp bằng Cu thì s = 900kg/cm2 Xác định sU sU = M/W + M: mô men tác dụng lên thanh góp do dòng ngắn mạch gây ra với thanh góp 3 nhịp trở lên, ta có: M = (kg.cm) + L: Khoảng cách giữa hai sứ liên tiếp, chọn L = 200cm + a: khoảng cách giữa hai pha, a = 30 cm. + F(3) = (1,7,i2.kN2.L/a).102 = 209,6 (kg) + M = 209,6.200/10 = 4192 (kg.cm) + W: Mômen phải kháng của thanh góp. W = b . h2/6 = 24cm3 Vậy: sU = 4192/24 = 174,67 (kg/cm2) Ta có: |s| = 900kg/cm2 > sU = 147,67 kg/cm2 2. Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt Điều kiện kiểm tra: Stg3 ³ SôđnTG3: Là tiết diện cho phép của thanh góp ở điều kiện phát nóng đổi dòng ngắn mạch (mm2). Các bước tiến hành thiết kế CCD cho XNCN + SôđmTG3: Là tiết diện cho phép của thanh góp ở điều kiện phát nóng bởi dòng ngắn mạch (mm2). SôđmTG3 = a . I¥(N2) . (mm2) Thanh góp bằng Cu có a = 11 + I¥(N2): Dòng ngắn mạch tại điểm N2 khi ổn định, KA. + tGT2: Thời gian giả thiết ứng với điểm ngắn mạch đầu ra của biến áp BA3. Để kiểm tra thanh cái hạ áp máy biến áp tôi chỉ cần kiểm tra thanh cái đầu ra máy biến áp vì khi xảy ra ngắn mạch đầu ra máy biến áp thì nó phải làm việc trong chế độ nặng nề nhất. Như vậy tGT2 tính được như sau: tGT2 = tgtck2 + tgttd2 tgttd2 = 0,05.b"2 b" = Þ tgttd2 = 0,05 s Vì nguồn có công suất vô cùng lớn nên tgtck2 = tN Thời gian ngắn mạch tN khi điểm ngắn mạch ngay đầu ra máy biến áp được tính như sau: tN = ttd(AM2500) + Dt + tMC Trong đó: + ttd(AM2500) = 0,18 (s): Là thời gian tác động của Áptômát AM-2500 khi xảy ra ngắn mạch tại điểm. + Dt = 0,4 (s): Là cấp chọn lọc bảo vệ dòng cực đại. + tMC = 0,1 (as): Là thời gian tác động của máy cắt. Þ tN = 0,18 + 0,4 + 0,1 = 0,68 (s) Þ tgt2 = 0,68 + 0,05 = 0,73 (s) Vậy: SôđnTG3 = 11 . 22,99. = 216,07 mm2 Þ STG2 = 1200mm2 > SôdnTG3 = 216,07 mm2 3. Kiểm tra điều kiện cộng hưởng Điều kiện kiểm tra fr = 3,36 . 105 . ¹ f = (n.50± 10%.n.50) 4. Kết luận Thanh góp được chọn đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật. B5. Kiểm tra thanh cao áp 1. Kiểm tra theo điều kiện Điều kiện kiểm tra stt = M/W Thanh cái được đặt nằm nên: W = cm2 - Với thanh góp 3 nhịp trở lên, ta có: M = F(3).<L/10 (kG.cm) L: Khoảng cách giữa hai sứ cùng pha, chọn L = 300 cm a: Khoảng cách giữa hai pha gần nhau, a = 50 cm F(3) = (1,76 . i2xk(N1).L/a).10-2 = 1,76 . 9.362 . 300 . 10-2)/50 = 9,25 (kG) M = = 277,5, kG.cm Þ Như vậy: stt = 888kG/cm2 < |s| = 900kG/c,m2 2. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Điều kiện kiểm tra: STG2 ³ SođnTG2 = aI¥(N1). Trong đó: + STG2 = 75: Là tiết diện của thanh cái cao áp đã chọn. + Hệ số a = 11 ứng với thanh góp bằng nhôm. + aI¥(N1) = 3,68 (KA) + tgt4: là thời gian giả thiết, có trị số như thời gian giả thiết của việc kiểm tra ổn định nhiệt của dao cách ly PB-35/600. + tgt4: 1,13 (s) aI¥(N1) . = SôdnTG2 = 11.3,68. 43,03 (mm2) Như vậy: fr = 75 mm2 > SôdnTG2 = 43,03 (mm2) 3. Kiểm tra theo điều kiện cộng hưởng Điều kiện kiểm tra: fr = (3,36.105.b/l2) ¹ f = (n.50.±10%.n.50) Tần số dao động riêng của thanh cao áp ,TG1 là: fr = (45n,55n) Với n là số tự nhiên 1,2,3... 4. Kết luận SƠ ĐỒ MẶT BẰNG VÀ ĐI DÂY CHO KHU PHỐ  Thanh cái cao áp được chọn đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật. B1. Kiểm tra sứ đỡ thanh cái cao áp Điều kiện kiểm tra: |F| ³ Ftt Trong đó: + |F| = 0,6 . Fph là lực tác động lên đầu sứ cho phép, kG. Đối với sứ loại s Fph = 375kG Þ |F| = 0,6 . 375 = 225 kG + Ftt là lực tác động thực tế khi có dòng ngắn mạch chạy qua thanh cái cao áp. Ftt = (1,76.i2xk(N1).1/a).102 kG Ftt (1,76 . 9,362.300.10-2)/50 = 9,25 kG Như vậy: |F| = 255kG > Ftt = 9,25kG Kết luận: Như vậy sứ đỡ 0f-35-375 đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định lực điện động. III. THIẾT KẾ MỘT TRẠM BIẾN ÁP Đối với khu phố mới và sơ đồ mặt bằng như đã cho ta nên chọn trạm biến áp treo. Toàn bộ các thiết bị cao áp và máy biến áp đều được đặt trên cột. Tủ hạ áp hoặc được đặt trên cột hoặc được đặt trong buồng phân phối xây dưới đất. Trạm này có công suất nhỏ hơn 400KVA, cấp điện áp 10-22/0,4KV nên thích hợp cho phố này. Kết cấu của trạm: 1. Máy biến áp 5. Tủ phân phối hạ áp 2. Cầu chì tự rơi 6. Thanh đồng d,,8 3. Chống sét van 7. Dây dẫn 4. Sứ cách nhiệt 8. Thanh sắt 9. Ghế cách điện Tính toán tối ưu cho trạm biến áp: Chọn trạm biến áp một máy biến áp với SđmBA = 320KVA cung cấp cho toàn bộ khu phố. HÌNH VẼ: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHI TIẾT TRẠM BIẾN ÁP Để thuận tiện cho việc sử dụng ta quan tâm đến yếu tố chính là vốn đầu tư ban đầu: - Chi phí vận hành hàng năm - Tổn thất điện năng trong phạm vi khu phố. - Đối với hệ vận hành độc lập phải tính đến DAtrạm. - Trong tính toán để tổn thất điện năng cho các máy biến áp thường sử dụng công thức: DABA = DP0.t + DPN . KPL2 . e Trong đó: t = 8760h. e: Là thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, nó sẽ phụ thuộc vào Tmax và cosjMN là thời gian sử dụng công suất lớn nhất đối với toàn khu phố. Lấy Tmax = 2150h/5 năm cosjMN = 0,79. Tra bảng ta có: e = 2500h Ta có DP0' = DP0 . DQ0 . KKT Trong đó: KKT tương đương kinh tế của công suất phản kháng. KKT = 0,05 (KW/KVR) DP'N = DPN + DQN . KKT DP'0; DP'N là tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất ngắn mạch, KKT nói lên mức độ tổn thất tác dụng do một KVAR công suất phản kháng gây ra. * Tính mBA: - Tổn thất của mBA: DQ0 = I0%.Sđm/100. = 1,2 . 320/100 = 3,84 (KVAR) DQN = VN%.Sđm/100 = 1,5. 320/100 = 4,8 (KVAR) DP'0 = P0 + DQ0 . KKT = 1,72 . 0,192 = 1,912 (KW) DP'N = PN + DQN . KKT = 12,9 . 0,24 = 13,14 (KW) DABA = DP'0 . t + DP'N . KPL2 . e 42700,62 (KWh) Tổn thất điện năng của trạm: V1 = n.K (n: là số mBA, K là đơn giá l,ấy 150000/1kVA) V1 = 320 . 150000 = 48000000 (đ) - Chi phí vận hành hàng năm: C1 = a . V1 + gA trạm = 38764500 (đ)\ Chi phí tính toán hàng năm: Z1 = Khq . V1 + C1 Khq là hệ số hiệu quả, Khq = 1/Tđm Trong đó: Tđm là thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch định mức ở Việt Nam. Tđm = 5 nên Khq = 0,2 Þ Z1 = 96.691.500 (đ) 4. Thiết kế chiếu sáng cho một phòng học 8 x 10 m2 + Chọn suất phụ tải P0 = 20W/m2 tính Pcs = P0.S = 20 . 80 = 1600W + Tính số lượng đèn: Chọn đèn tuýp 1,2 m, Pđ = 40W n = (bóng) Chọn 6 quạt: Pquạt = 80W Pq = 8 . 80 = 640 W + Bố trí đèn trên trần bố trí 4 dãy, mỗi dãy 5 đèn đôi 2 bóng, ta có sơ đồ như hình vẽ: + Lựa chọn Áptômát IđmAT ³ Ittå = Chọn Áptômát tổng IđmA = 15 A Chọn A1 Þ IđmA1 ³ Itt = 9,1 A Chọn A1 có Iđm = 10A Chọn A2 Þ IđmA2 ³ Itt= = 3,6 A Chọn A2 có Iđm = 5A Chọn dây dẫn cho đèn K1, K2 ICP = = 1,8 A Chọn dây đồng 2 x 2 mm2 Chọn dây cho quạt K1, K2 ICP ³ Itt = 0,45 A Chọn dây 2 x 1mm Chọn Áptômát bảo vệ ICP ³ A TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê - Cung cấp điện - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. 2. Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạch Hoạt - hệ thống cung cấp điện của Xí nghiệp công nghiệp - đô thị và nhà cao tầng - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội - 2005. 3. Vụ trung học chuyên nghiệp - dạy nghề giáo trình cung cấp điện ,- NXB