Đồ án Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và thiết kế trạm biến áp 10/0,4kV

ạch tại điểm N4 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm hệ thống và nhà máy, trong đó máy phát F1 nghỉ nên ta có sơ đồ thay thế như sau : Thu gọn sơ đồ ta được : Nhập hai nguồn phía nhà máy lại : Biến đổi Y (X4, X14, X17) sang Ð (X18, X19) ta được sơ đồ rút gọn : Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 ở các thời điểm t = 0 và t =¥ - Phía nhánh hệ thống : SdmS1 = SHT = 3000 MVA ta có: - Phía nhánh máy phát : SdmS2 = SSFđm = 4 68,75 = 275 MVA Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 1,3 ; Itt2(¥) = 1,38 Dòng điện cơ bản tính toán : Vậy dòng ngắn mạch tại N4 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N4 là : e.Tính toán ngắn mạch tại điểm N5 Dòng ngắn mạch tại N5 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N5 là: Bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 1 : I”N(kA) IN∞(kA) Ixk(kA) 5,026 4,529 12,794 N2 12,035 8,065 30,636 N3 30,242 10,396 76,984 N4 31,039 32,250 79,012 N5 61,281 42,646 155,996 3.3.2.Tính toán ngắn mạch cho phương án 2 Ta có sơ đồ thay thế : a.Tính toán ngắn mạch tại điểm N1 Lập và biến đổi sơ đồ thay thế : Điểm ngắn mạch N1 có tính chất đối xứng, sau khi thu gọn sơ đồ ta có : Nhập hai nguồn E12 và E34 lại : Nhập hai nguồn E5 và E1234 lại : Ta được sơ đồ rút gọn như sau : Tính dòng ngắn mạch tại điểm N1 ở các thời điểm t = 0 và t =¥ - Phía nhánh hệ thống : SdmS1 = SHT = 3000MVA ta có: Tra đường cong tính toán ta được : Itt1(0) = 0,335 ; Itt1(¥) = 0,355 - Phía nhánh máy phát : SdmS2 = SSFđm = 5 68,75 = 343,75MVA Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 3,6 ; Itt2(¥) = 2,3 Dòng điện cơ bản tính toán : Vậy dòng ngắn mạch tại N1 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N1 là : b.Tính toán ngắn mạch tại điểm N2 Lập và biến đổi sơ đồ thay thế : Điểm ngắn mạch N2 có tính chất đối xứng,sau khi thu gọn sơ đồ ta có : Nhập hai nguồn E12 và E34 lại và biến đổi Y (X1, X14, X17) sang Ð (X19, X20) ta được sơ đồ : Nhập hai nguồn E5 và E1234 lại : Ta được sơ đồ rút gọn như sau : Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 ở các thời điểm t = 0 và t =¥ - Phía nhánh hệ thống : SdmS1 = SHT = 3000MVA ta có: - Phía nhánh máy phát : SdmS2 = SSFđm = 5 68,75 = 343,75MVA Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 4,5 ; Itt2(¥) = 2,45 Dòng điện cơ bản tính toán : Vậy dòng ngắn mạch tại N2 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N2 là : c.Tính toán ngắn mạch tại điểm N3 Do nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N3 chỉ có máy phát F1 nên ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau : Ta có : SdmS = SFdm = 68,75MVA Tra đường cong tính toán ta được : Itt(0) = 8 ; Itt(¥) = 2,75 Dòng điện cơ bản tính toán : Vậy dòng ngắn mạch tại N3 là : Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N3 là : d.Tính toán ngắn mạch tại điểm N4 Nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 gồm hệ thống và nhà máy, trong đó máy phát F1 nghỉ nên ta có sơ đồ thay thế như sau : Thu gọn sơ đồ ta được : Nhập hai nguồn E2 và E34 lại và biến đổi Y (X1, X14, X17) sang Ð (X19, X20) ta được sơ đồ : Nhập hai nguồn E234 và E5 lại ta có sơ đồ : Biến đổi Y (X19, X21, X4) sang Ð (X22, X23) ta được sơ đồ rút gọn : Tính dòng ngắn mạch tại điểm N4 ở các thời điểm t = 0 và t =¥ - Phía nhánh hệ thống : SdmS1 = SHT = 3000 MVA ta có: - Phía nhánh máy phát : SdmS2 = SSFđm = 4 68,75 = 275 MVA Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 1,27 ; Itt2(¥) = 1,36 Dòng điện cơ bản tính toán : Vậy dòng ngắn mạch tại N4 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N4 là : e.Tính toán ngắn mạch tại điểm N5 Dòng ngắn mạch tại N5 là: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N5 là: Bảng kết quả tính toán ngắn mạch cho phương án 2 : I”N(kA) IN∞(kA) Ixk(kA) N1 5,63 4,658 14,332 N2 11,201 7,663 28,513 N3 30,242 10,396 76,984 N4 30,256 31,617 77,019 N5 60,498 42,013 154,003 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU 4.1. Chọn sơ đồ nối điện chính cho các phương án Trong nhà máy điện, các thiết bị điện và khí cụ điện được nối lại với nhau thành sơ đồ điện. Yêu cầu chung của sơ đồ nối điện là: Làm việc đảm bảo, tin cậy, cấu tạo đơn giản, vận hành linh hoạt, kinh tế và đảm bảo an toàn cho người vận hành. Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ điện. Ví dụ : Hộ tiêu thụ điện loại 1 phải được cung cấp bằng 2 đường dây lấy từ 2 nguồn độc lập, mỗi nguồn phải cung cấp đủ công suất khi nguồn kia nghỉ làm việc. Tính linh hoạt của sơ đồ được thể hiện bởi khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác nhau. Tính kinh tế của sơ đồ được giải quyết bằng hình thức của các hệ thống thanh góp, số lượng khí cụ điện dùng cho sơ đồ. Ngoài ra cách bố trí thiết bị trong sơ đồ phải đảm bảo an toàn cho người vận hành. Căn cứ vào nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải ở cấp điện áp và vai trò của nhà máy đang thiết kế đối với hệ thống, sơ đồ nối điện của các phương án được chọn theo sơ đồ: - Phía 220kV : Dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có máy cắt liên lạc. - Phía 110kV : Dùng sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng. - Phía 10kV : Không dùng hệ thống thanh góp đầu cực máy phát. 4.2. Tính toán kinh tế của các phương án 4.2.1. Phương án 1 a.Sơ đồ nối điện chi tiết b.Chọn máy cắt Máy cắt điện dùng để đóng cắt mạch điện với dòng phụ tải khi làm việc bình thường và dòng ngắn mạch khi sự cố. Vì vậy máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức của máy cắt : Uđm ³ Uđm mạng - Dòng điện định mức của máy cắt : Iđm ³ Icb - Dòng điện cắt định mức của máy cắt : Icắt đm ³ I” Trong đó : Icb là dòng cưỡng bức của mạch đặt máy cắt. I’’ là dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ. Ngoài ra máy cắt được chọn phải kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch : - Kiểm tra điều kiện ổn định động : iđđm ³ ixk ( ixk là dòng xung kích khi ngắn mạch ) - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : I2nhđm . tnhđm ³ BN (BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch ) Đối với các máy cắt có Iđm ³ 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Các máy cắt ở cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Căn cứ vào kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch ta tiến hành chọn máy cắt cho phương án 1 như bảng sau : Tên mạch điện Điểm ngắn mạch Uđm mạng điện kV Các đại lượng tính toán Ký hiệu máy cắt Các đại lượng định mức Icb kA I” kA ixk kA Uđm kV Iđm kA Icđm kA iđđm kA 220kV N-1 220 0,380 5,026 12,794 3AQ1 245 4 40 100 110kV N-2 110 0,379 12,035 30,636 3AQ1 123 4 40 100 Hạ áp MBA liên lạc N-3 10,5 3,969 30,242 76,984 8BK41 12 12,5 80 225 Máy phát N-4 10,5 3,969 31,039 79,012 8BK41 12 12,5 80 225 c.Tính vốn đầu tư Vốn đầu tư của một phương án được tính như sau : V = VB + VTBPP Vốn đầu tư máy biến áp : VB = kB . vB Trong đó : - kB là hệ số xét đến việc vận chuyển và lắp ráp máy biến áp. - vB là giá tiền mua máy biến áp. Ở phương án này ta sử dụng : - Hai máy biến áp tự ngẫu loại ATдцTH-160 có kB = 1,4. Giá tiền 7400.106 đồng/máy. - Ba máy biến áp ba pha hai dây quấn loại TPдцH-80 có kB = 1,5. Giá tiền 4160.106 đồng/máy. Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp của phương án 1 là : VB = ( 1,4 × 7400 × 2 + 1,5 × 4160 × 3 ) . 106 = 39,44.109 đồng Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối : VTBPP = n1vTBPP1 + n2vTBPP2 +......+ nnvTBPPn Trong đó : - n1, n2, ..., nn là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2, ..., Un - vTBPP1, vTBPP2,......, vTBPPn là giá tiền của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2, ..., Un Từ sơ đồ nối điện của phương án 1 ta nhận thấy : - Cấp điện áp 220 kV gồm 5 mạch máy cắt SF6 loại 3AQ1-245/4000 giá: 1125.106 × 5 = 5,625.109 đồng - Cấp điện áp 110 kV gồm 13 mạch máy cắt SF6 loại 3AQ1-123/4000 giá : 675.106 × 13 = 8,775.109 đồng - Cấp điện áp 10,5 kV gồm 2 mạch máy cắt không khí loại 8BK41-12/12500 giá : 300.106 × 2 = 0,6.109 đồng Vậy tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối (chủ yếu là máy cắt) của phương án 1 là: VTBPP =(5,625 + 8,775 + 0,6) .109 = 15.109 đồng Tổng vốn đầu tư cho phương án 1 là : V1 = VB + VTBPP = ( 39,44 + 15 ) . 109 = 54,44.109 đồng d.Tính phí tổn vận hành hàng năm Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định theo công thức sau : P = PK + Pt + Pp Trong đó : - PK là khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn ( a : hệ số khấu hao , % ) đồng - Pt là chi phí tổn thất điện năng hàng năm ( chủ yếu trong máy biến áp ) (b : giá tiền 1 kWh tổn thất = 500 đ/kWh) đồng - PP là tiền lương công nhân ( thường nhỏ nên bỏ qua ) Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 1 là : P1 = 3,484 . 109 + 5,063 . 109 = 8,547 .109 đồng f.Chi phí tính toán Chi phí tính toán của phương án 1 : Z1 = ađm . V1 + P1 Trong đó : ađm là hệ số định mức của hiệu quả kinh tế ( ađm= 0,15 ). Þ Z1 = 0,15 . 54,44 . 109 + 8,547 . 109 = 16,713 . 109 đồng 4.2.2. Phương án 2 a.Sơ đồ nối điện chi tiết b.Chọn máy cắt Tương tự như phương án 1 kết quả chọn máy cắt điện cho phương án 2 như bảng sau : Tên mạch điện Điểm ngắn mạch Uđm mạng điện kV Các đại lượng tính toán Ký hiệu máy cắt Các đại lượng định mức Icb kA I” kA ixk kA Uđm kV Iđm kA Icđm kA iđđm kA 220kV N-1 220 0,380 5,630 14,332 3AQ1 245 4 40 100 110kV N-2 110 0,379 11,201 28,513 3AQ1 123 4 40 100 Hạ áp MBA liên lạc N-3 10,5 3,969 30,242 76,984 8BK41 12 12,5 80 225 Máy phát N-4 10,5 3,969 30,256 77,019 8BK41 12 12,5 80 225 c.Tính vốn đầu tư Vốn đầu tư của một phương án được tính như sau : V = VB + VTBPP Vốn đầu tư máy biến áp : VB = kB . vB Trong đó : - kB là hệ số xét đến việc vận chuyển và lắp ráp máy biến áp. - vB là giá tiền mua máy biến áp. Ở phương án này ta sử dụng : - Hai máy biến áp tự ngẫu loại ATдцTH-160 có kB = 1,4. Giá tiền 7400.106 đồng/máy. - Hai máy biến áp ba pha hai dây quấn loại TPдцH-80 có kB = 1,5. Giá tiền 4160.106 đồng/máy. - Một máy biến áp ba pha hai dây quấn loại TPдцH-100 có kB = 1,4. Giá tiền 4360.106 đồng/máy. Vậy tổng vốn đầu tư mua máy biến áp của phương án 2 là : VB = ( 1,4 × 7400 × 2 + 1,5 × 4160 × 2 + 1,4×4360 ) .106 = 39,304.109 đồng Vốn đầu tư mua thiết bị phân phối : VTBPP = n1vTBPP1 + n2vTBPP2 +......+ nnvTBPPn - n1, n2, ..., nn là số mạch của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2, ..., Un - vTBPP1, vTBPP2,......, vTBPPn là giá tiền của thiết bị phân phối ứng với cấp điện áp U1, U2, ..., Un Từ sơ đồ nối điện của phương án 2 ta nhận thấy : - Cấp điện áp 220 kV gồm 6 mạch máy cắt SF6 loại 3AQ1-245/4000 giá: 1125.106 × 6 = 6,750.109 đồng - Cấp điện áp 110 kV gồm 12 mạch máy cắt SF6 loại 3AQ1-123/4000 giá : 675.106 × 12 = 8,100.109 đồng - Cấp điện áp 10,5 kV gồm 2 mạch máy cắt không khí loại 8BK41-12/12500 giá : 300.106 × 2 = 0,6.109 đồng Vậy tổng vốn đầu tư cho thiết bị phân phối (chủ yếu là máy cắt) của phương án 2 là: VTBPP =(6,75 + 8,1 + 0,6) .109 = 15,45.109 đồng Tổng vốn đầu tư cho phương án 2 là : V2 = VB + VTBPP = ( 39,304 + 15,45 ) . 109 = 54,754.109 đồng d.Tính phí tổn vận hành hàng năm Phí tổn vận hành hàng năm của mỗi phương án được xác định theo công thức sau : P = PK + Pt + Pp Trong đó : - PK là khấu hao hàng năm về vốn đầu tư và sửa chữa lớn (a : hệ số khấu hao , %) đồng - Pt là chi phí tổn thất điện năng hàng năm (chủ yếu trong máy biến áp) (b : giá tiền 1 kWh tổn thất = 500 đ/kWh) đồng - PP là tiền lương công nhân ( thường nhỏ nên bỏ qua ) Vậy phí tổn vận hành hàng năm của phương án 2 là : P2 = 3,504 . 109 + 4,672 . 109 = 8,176 .109 đồng f.Chi phí tính toán Chi phí tính toán của phương án 2 : Z2 = ađm . V2 + P2 Trong đó : ađm là hệ số định mức của hiệu quả kinh tế (ađm = 0,15) Þ Z2 = 0,15 . 54,754 . 109 + 8,176 . 109 = 16,389 . 109 đồng 4.3.Lựa chọn phương án tối ưu Bảng tổng kết so sánh hai phương án: Các chỉ tiêu Phương án Vốn đầu tư V.109 đ Phí tổn vận hành P.109 đ Chi phí tính toán Z.109 đ 1 54,44 8,547 16,713 2 54,754 8,176 16,389 Do V1 P2 nên phương án tối ưu được chọn theo thời gian thu hồi chênh lệch vốn. Thời gian thu hồi chênh lệch vốn được tính theo công thức sau : Vậy phương án 2 là phương án tối ưu. CHƯƠNG 5 CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN Trong quá trình làm việc khí cụ điện và dây dẫn thường bị phát nóng. Nguyên nhân chủ yếu là do : - Tác dụng nhiệt của dòng phụ tải lâu dài. - Tác dụng nhiệt và lực động điện của dòng ngắn mạch. Nếu nhiệt độ tăng quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng, nhất là những chỗ tiếp xúc hoặc làm giảm tuổi thọ cách điện của chúng. Vì vậy đối với khí cụ điện và dây dẫn cần phải quy định nhiệt độ cho phép. Đồng thời khi chọn chúng cần phải tính toán sao cho trong quá trình vận hành ở chế độ bình thường cũng như khi sự cố xảy ra, chúng phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt. Trong nhà máy nhiệt điện các thiết bị chính như máy biến áp, máy phát điện, máy bù cùng với các khí cụ điện như máy cắt, dao cách ly... được nối với nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và cáp điện lực. Thanh dẫn có hai loại chính là thanh dẫn mềm và thanh dẫn cứng : - Thanh dẫn mềm được dùng làm thanh góp cho các phụ tải ở các cấp điện áp 220kV và 110kV. Chúng thường dùng dây nhôm lõi thép. - Thanh dẫn cứng có thể bằng đồng hoặc nhôm và được dùng để nối từ đầu cực máy phát điện đến gian máy và dùng để làm thanh góp điện áp máy phát. 5.1.Chọn máy cắt điện và dao cách ly 5.1.1.Chọn máy cắt điện Máy cắt điện dùng để đóng cắt mạch điện với dòng phụ tải khi làm việc bình thường và dòng ngắn mạch khi sự cố. Vì vậy máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức của máy cắt : Uđm ³ Uđm mạng - Dòng điện định mức của máy cắt : Iđm ³ Icb - Dòng điện cắt định mức của máy cắt : Icắt đm ³ I” Trong đó : Icb là dòng cưỡng bức của mạch đặt máy cắt. I’’ là dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ. Ngoài ra máy cắt được chọn phải kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch : - Kiểm tra điều kiện ổn định động : iđđm ³ ixk ( ixk là dòng xung kích khi ngắn mạch ) - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt : I2nhđm . tnhđm ³ BN (BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch ) Đối với các máy cắt có Iđm ³ 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Các máy cắt ở cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Căn cứ vào kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch ta tiến hành chọn máy cắt như bảng sau : Tên mạch điện Điểm ngắn mạch Uđm mạng điện kV Các đại lượng tính toán Ký hiệu máy cắt Các đại lượng định mức Icb kA I” kA ixk kA Uđm kV Iđm kA Icđm kA iđđm kA 220kV N-1 220 0,380 5,630 14,332 3AQ1 245 4 40 100 110kV N-2 110 0,379 11,201 28,513 3AQ1 123 4 40 100 Hạ áp MBA liên lạc N-3 10,5 3,969 30,242 76,984 8BK41 12 12,5 80 225 Máy phát N-4 10,5 3,969 30,256 77,019 8BK41 12 12,5 80 225 Tự dùng - Phụ tải địa phương N-5 10,5 60,498 154,003 8BK41 12 12,5 80 225 5.1.2.Chọn dao cách ly Dao cách ly dùng để ngắt mạch với dòng không tải. Chúng được chọn theo các điều kiện sau : - Điện áp định mức của dao cách ly : Uđm ³ Uđm mạng - Dòng điện định mức của dao cách ly : Iđm ³ Icb - Điều kiện kiểm tra ổn định động : iđđm ³ ixk ( ixk là dòng xung kích khi ngắn mạch ) - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : I2nhđm . tnhđm ³ BN (BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch ) Đối với các dao cách ly có Iđm ³ 1000A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt. Các dao cách ly ở cùng cấp điện áp được chọn cùng chủng loại. Căn cứ vào kết quả tính dòng cưỡng bức và dòng ngắn mạch ta tiến hành chọn dao cách ly như bảng sau : Tên mạch điện Điểm ngắn mạch Uđm mạng điện kV Các đại lượng tính toán Ký hiệu dao cách ly Các đại lượng định mức Icb kA I” kA ixk kA Uđm kV Iđm kA iđđm kA 220kV N-1 220 0,380 5,630 14,332 SGC -245/1250 245 1,25 80 110kV N-2 110 0,379 11,201 28,513 SGCP -123/1250 245 1,25 80 Hạ áp MBA liên lạc N-3 10,5 3,969 30,242 76,984 PBK-20/5000 20 5 200 Máy phát N-4 10,5 3,969 30,256 77,019 PBK-20/5000 20 5 200 Tự dùng - Phụ tải địa phương N-5 10,5 60,498 154,003 PBK-20/5000 20 5 200 5.2.Chọn thanh dẫn cứng cho mạch máy phát điện 5.2.1.Chọn tiết diện thanh dẫn cứng cho mạch máy phát Thanh dẫn cứng được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép : I’cp ³ Icb Trong đó : - I’cp : dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn . Với: qcp = 700C : nhiệt độ cho phép làm việc lâu dài của thanh dẫn q0 = 350C : nhiệt độ môi trường nơi đặt thanh dẫn q0qd = 250C : nhiệt độ quy định khi tính Icp - Icb : dòng điện làm việc cưỡng bức qua thanh dẫn ( Icb = 3,969 kA ) Ta có : 0,882 Icp ³ 3,969 Þ Icp ³ 4,5 kA Vậy ta chọn thanh dẫn bằng máng đồng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần đồng thời tăng khả năng làm mát. Thanh dẫn chọn có các thông số kỹ thuật như sau : ,kA Kích thước (mm) Tiết điện 1 cực () Mô men trở kháng ( ) Mô men quán tính ( ) Một thanh Hai thanh Một thanh Hai thanh 5,5 h b c r 125 55 6,5 10 1370 50 9,5 100 290,3 36,7 625 5.2.2.Kiểm tra ổn định nhiệt Vì thanh dẫn đã chọn có Icp = 5,5kA > 1kA nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt. 5.2.3.Kiểm tra ổn định động Mặt cắt của thanh dẫn : Theo tiêu chuẩn độ bền cơ, ứng suất của vật liệu thanh dẫn không được lớn hơn ứng suất cho phép của nó, nghĩa là : stt £ scp Đối với đồng ứng suất cho phép là scp = 1400 kG/cm2 Đối với thanh dẫn gép ứng suất trong vật liệu thanh dẫn gồm hai thành phần: ứng suất do lực tác động giữa các pha gây ra (s1) và ứng suất do lực tương tác giữa các thanh dẫn trong cùng một pha gây ra (s2). Do đó ứng suất tính toán : stt = s1 + s2 Xác định ứng suất s1: Lực tính toán : ixk : dòng điện xung kích ; ixk = 77,019 kA l : độ dài một nhịp ; l = 120 cm a : khoảng cách giữa các pha ; a = 60 cm Do số nhịp lớn hơn 3 nên mômen uốn là : Ứng suất tính toán : So sánh với scp ta thấy: s1 = 25,056 kG/cm2 < scp = 1400 kG/cm2. Xác định khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm l2max: Để xác định khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm ta cho stt= s1+s2 = scp . Khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm được xác định theo công thức sau : Lực điện động tác dụng lên 1cm chiều dài thanh dẫn trên một pha do dòng điện của các thanh dẫn cùng pha tác dụng lên nhau sinh ra là: So sánh khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau l = 120cm và khoảng cách lớn nhất giữa hai miếng đệm l2max = 254,5 cm ta thấy giữa hai sứ đỡ không cần đặt thêm các miếng đệm. 5.2.4.Kiểm tra dao động riêng của thanh dẫn Tần số dao động riêng của thanh dẫn cần phải nằm ngoài khu vực cộng hưởng với giới hạn tần số chính của hệ thống. Đối với tần số hệ thống là 50Hz thì tần số riêng này phải nằm ngoài giới hạn và . Tần số riêng của thanh dẫn được xác định theo công thức sau : Trong đó : E là môđun đàn hồi của vật liệu thanh dẫn, ECu = 1,1.106kG/cm2 g là khối lượng riêng của vật liệu thanh dẫn, gCu = 8,93 g/cm3 l là độ dài thanh dẫn giữa hai sứ, l = 120 cm S là tiết diện ngang của thanh dẫn, S = 13,7 cm2 Jy0-y0 là mômen quán tính của thanh dẫn, Jy0-y0 = 625 cm4 Ta thấy tần số dao động riêng của thanh dẫn nằm ngoài khu vực cộng hưởng nên thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện dao động riêng. 5.3.Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng mạch máy phát điện 5.3.1.Điều kiện chọn sứ ( đặt trong nhà ) Sứ được chọn theo điều kiện sau : Uđmsứ ³ Uđmmạng = 10 kV Ta chọn loại sứ : OfP-10-750-IIYT3 có thông số kỹ thuật như sau: Uđmsứ = 10 kV ; Fph = 750 kG ; H = 225 mm 5.3.2.Kiểm tra ổn định động Điều kiện kiểm tra ổn định động : F’tt Fcp = 0,6.Fph Ta có : Do F’tt = 266,805kG Fcp = 450kG nên sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật . 5.4.Chọn thanh dẫn mềm Thanh dẫn mềm được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép : I’cp ³ Icb Trong đó : I’cp là dòng cho phép làm việc lâu dài đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt thanh dẫn, I’cp = khc.Icp . Icb là dòng làm việc cưỡng bức. Các thanh dẫn được chọn phải thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi xảy ra ngắn mạch : Trong đó : S là tiết diện của thanh dẫn mềm BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch 3 pha C là hằng số phụ thuộc vật liệu thanh dẫn, CAl = 79 As1/2mm-1 Thanh dẫn chọn đồng thời phải thoả mãn điều kiện chống phát sinh vầng quang. Với điện áp 100 kV trở lên ta phải kiểm tra theo điều kiện : Uvq ³ Uđmmạng 5.4.1.Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 220kV Dòng cưỡng bức trên thanh góp cấp điện áp 220 kV là : Icb = 0,38 kA Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm : I’cp ³ Icb hay khc . Icp ³ Icb Do đó ta chọn thanh góp mềm loại dây nhôm lõi thép có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau : Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 150/19 148 18,8 16,8 5,5 445 a.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Khi ngắn mạch xung lượng nhiệt do dòng ngắn mạch sinh ra được tính theo công thức : Trong đó : tcắt là thời gian cắt của máy cắt (thời gian tồn tại ngắn mạch), giả thiết tcắt = 1s . It là giá trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch tại thời điểm t, được xác định như sau : hay BN = BNCK + BNKCK Trong đó : BNCK là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ BNKCK là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ Tính BNCK : được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: Theo kết quả tính toán ở chương 3, khi ngắn mạch tại N1 ta có : - Điện kháng tính toán phía hệ thống : Xtt1 = 2,94 Tra đường cong tính toán ta được : Itt1(0) = 0,335 Itt1(0,1) = 0,328 Itt1(0,2) = 0,322 Itt1(0,5) = 0,328 Itt1(1) = 0,345 - Điện kháng tính toán phía nhà máy : Xtt2 = 0,282 Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 3,6 Itt2(0,1) = 2,9 Itt2(0,2) = 2,6 Itt2(0,5) = 2,4 Itt2(1) = 2,25 Vậy dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm là: Tính BNKCK : Vì tcắt = 1s (tương đối lớn) nên BNKCK được tính theo biểu thức : Trong đó : Ta là hằng số thời gian tương đương của lưới điện. Với lưới cao áp thì ta lấy Ta = 0,05s. ICK0 = I”N1(0) = 5,63 kA Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh góp 220 kV là : BN = BNCK + BNKCK = 21,819. 106 + 1,585. 106 = 23,404.106 A2s Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn có tiết diện nhỏ nhất là : Ta thấy Schọn = 150 mm2 > Smin = 61,238 mm2 Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. b.Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Điều kiện kiểm tra : Uvq ³ Uđmmạng Trong đó : Uvq là điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì ta có : Trong đó: m là hệ số xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn; m = 0,85 r là bán kính ngoài của dây dẫn; r = 0,84 cm a là khoảng cách giữa các trục dây dẫn; a = 5 m = 500 cm Thay vào công thức trên ta có: Do các thanh góp 220 kV được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang cho nên Uvq của pha giữa giảm đi 4% còn Uvq của pha bên tăng lên 6% nên ta chỉ cần xét Uvq của pha giữa. Ta có : Uvq(pha giữa) = 166,415 . 0,96 = 159,758 kV < Uđmmạng = 220 kV Như vậy thanh dẫn đã chọn không thoả mãn điều kiện vầng quang . Do đó ta chọn lại thanh dẫn có tiết diện lớn hơn, có các thông số kỹ thuật: Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 400/22 394 22 26,6 6 835 Khi đó : > Uđmmạng = 220 kV Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang . 5.4.2.Chọn thanh dẫn mềm làm thanh góp cấp điện áp 110kV Dòng cưỡng bức trên thanh góp 110 kV là : Icb = 0,379 kA Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm : I’cp ³ Icb hay khc . Icp ³ Icb Do đó ta chọn thanh góp mềm loại dây nhôm lõi thép có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau : Tiết diện chuẩn Tiết diện, mm2 Đường kính, mm Icp, A Nhôm Thép Dây dẫn Lõi thép 150/19 148 18,8 16,8 5,5 445 a.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch Tính BNCK : được xác định theo phương pháp giải tích đồ thị: Theo kết quả tính toán ở chương 3, khi ngắn mạch tại N2 ta có : - Điện kháng tính toán phía hệ thống : Xtt1 = 4,38 > 3 nên ta có : Itt1(0) = Itt1(0,1) = Itt1(0,2) = Itt1(0,5) = Itt1(1) = 0,228 - Điện kháng tính toán phía nhà máy : Xtt2 = 0,227 Tra đường cong tính toán ta được : Itt2(0) = 4,5 Itt2(0,1) = 3,55 Itt2(0,2) = 3,15 Itt2(0,5) = 2,75 Itt2(1) = 2,5 Vậy dòng ngắn mạch tại N1 ở các thời điểm là: Tính BNKCK : Vì tcắt = 1s (tương đối lớn) nên BNKCK được tính theo biểu thức : Trong đó : Ta là hằng số thời gian tương đương của lưới điện. Với lưới cao áp thì ta lấy Ta = 0,05s. ICK0 = I”N2(0) = 11,201 kA Vậy xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch trên thanh góp 110 kV là : BN = BNCK + BNKCK = 85,73 . 106 + 6,273. 106 = 92,003 . 106 A2s Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn có tiết diện nhỏ nhất là : Ta thấy Schọn = 150 mm2 > Smin = 121,415 mm2 Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. b.Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang Điều kiện kiểm tra : Uvq ³ Uđmmạng Trong đó : Uvq là điện áp tới hạn phát sinh vầng quang Nếu dây dẫn 3 pha được bố trí trên ba đỉnh của tam giác đều thì ta có : Trong đó: m - hệ số xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn; m = 0,85 r - bán kính ngoài của dây dẫn; r = 0,84 cm a - khoảng cách giữa các trục dây dẫn; a = 5 m = 500 cm Thay vào công thức trên ta có: Do các thanh góp 110 kV được bố trí trên mặt phẳng nằm ngang cho nên Uvq của pha giữa giảm đi 4% còn Uvq của pha bên tăng lên 6% nên ta chỉ cần xét Uvq của pha giữa. Ta có : Uvq(pha giữa) = 166,415 . 0,96 = 159,758 kV > Uđmmạng = 110 kV Vậy thanh dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện vầng quang . 5.5.Chọn máy biến áp đo lường 5.5.1.Chọn máy biến điện áp (BU) a.Chọn BU cho cấp điện áp máy phát 10,5kV BU được chọn theo các điều kiện sau : - Loại biến điện áp được chọn dựa vào vị trí đặt, sơ đồ nối dây và nhiệm vụ của nó. Để cấp điện cho công tơ chỉ cần dùng 2 BU một pha đấu V/V. - Điều kiện về điện áp : UđmBU ³ Uđmmạng = 10,5 kV - Cấp chính xác của BU : vì cấp điện cho công tơ nên chọn BU có cấp chính xác là 0,5. - Công suất định mức : tổng phụ tải nối vào BU (S2) phải nhỏ hoặc bằng công suất định mức của BU với cấp điện áp đã chọn : S2 £ SđmBU . Sơ đồ nối các dụng cụ đo vào máy biến điện áp và máy biến dòng điện mạch máy phát : A A A W VAr W Wh VArh V f F a b c A B C 2xHOM-10 Ta phải phân bố các đồng hồ điện phía thứ cấp đồng đều cho hai BU tương ứng như bảng sau : Tên đồng hồ Ký hiệu Phụ tải BU pha AB Phụ tải BU pha BC W (P) VAr(Q) W (P) VAr(Q) Vôn kế Oát kế Oát kế phản kháng Oát kế tự ghi Tần số kế Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng Э 2 д 341 д 342/1 д 33 д 340 И 670 И 672 7,2 1,8 1,8 8,3 - 0,66 0,66 - - - - - 1,62 1,62 - 1,8 1,8 8,3 6,5 0,66 0,66 - - - - - 1,62 1,62 Tổng cộng - 20,42 3,24 19,72 3,24 Biến điện áp pha AB có : ` Biến điện áp pha BC có : Ta chọn BU cho cấp điện áp 10,5 kV có thông số : Kiểu BU Cấp điện áp (kV) Điện áp định mức (V) Công suất định mức (VA) Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp Cấp 0,5 Cấp 1 HOM - 10 10 10500 100 75 150 Chọn dây dẫn nối giữa BU và các dụng cụ đo lường : - Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho tổn thất điện áp trên nó không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 0,3% khi không có công tơ. - Để đảm bảo độ bền cơ: tiết diện tối thiểu của dây dẫn là 1,5 mm2 đối với dây đồng và 2,5 mm2 đối với dây nhôm khi không nối với dụng cụ đo điện năng. Và 2,5 mm2 đối với dây đồng và 4 mm2 đối với dây nhôm khi nối với dụng cụ đo điện năng. Tính dòng điện trong các dây dẫn : Để đơn giản ta coi Ia = Ic = 0,2 A và cosjab = cosjbc = 1 Như vậy dòng điện Ib = . Ia = . 0,2 = 0,34 A Điện áp giáng trên dây a và b bằng : Giả sử khoảng cách từ dụng cụ đo đến BU là l = 50 m, bỏ qua góc lệch pha giữa và . Vì trong mạch có công tơ nên DU = 0,5% do vậy tiết diện dây dẫn phải chọn là : Theo tiêu chuẩn độ bền cơ học ta lấy dây dẫn là dây đồng có tiết diện S = 1,5mm2 đối với dây dẫn không nối với dụng cụ đo điện năng và có tiết diện S = 2,5mm2 đối với dây dẫn nối với dụng cụ đo điện năng. b.Chọn BU cho cấp điện áp 110kV và 220kV Phụ tải thứ cấp của BU phía 110kV và 220kV thường là các cuộn dây điện áp của các đồng hồ Vônmét có tổng trở tương đối lớn nên công suất thường nhỏ nên không cần tính phụ tải thứ cấp. Nhiệm vụ chính của các BU ở các cấp điện áp này là kiểm tra cách điện và đo lường điện áp do vậy ta chọn ba biến điện áp một pha đấu Y0/Y0. Ta chọn các BU có thông số sau : Loại BU Cấp điện áp (kV) Điện áp định mức các cuộn dây (V) Công suất theo cấp chính xác (VA) Công suất max (VA) Sơ cấp Thứ cấp Cấp 0,5 Cấp 1 HKf - 110 - 57 HKf - 220 - 58 110 220 110000/ 220000/ 100/ 100/ 400 400 600 600 2000 2000 5.5.2.Chọn máy biến dòng điện (BI) Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau : - Sơ đồ nối dây và kiểu máy : sơ đồ nối dây tuỳ thuộc vào nhiệm vụ của máy biến dòng điện. Kiểu biến dòng điện phụ thuộc vào vị trí đặt. - Điện áp định mức : UđmBI ³ Uđmmạng - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ³ Icb - Cấp chính xác của BI chọn phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo. Phụ tải thứ cấp của BI chọn tương ứng với cấp chính xác. BI có một phụ tải định mức là ZđmBI. Để đảm bảo độ chính xác yêu cầu tổng phụ tải thứ cấp (Z2) của nó kể cả tổng trở dây dẫn không được vượt quá ZđmBI. Z2 = Zdc + Zdd £ ZđmBI Trong đó : Zdc là tổng phụ tải của dụng cụ đo. Zdd là tổng trở dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo. a.Chọn biến dòng cho cấp điện áp máy phát 10,5kV Từ sơ đồ nối dây các dụng cụ đo lường vào BI ta xác định được phụ tải thứ cấp của BI ở các pha như sau : Tên dụng cụ đo lường Ký hiệu Phụ tải thứ cấp (VA) a B c Am pe mét Oát kế tác dụng Oát kế tự ghi Oát kế phản kháng Công tơ tác dụng Công tơ phản kháng Э 302 д 341 д 33 д 324/1 И 670 И 672 1 5 10 5 2,5 2,5 1 - - - - 5 1 5 10 5 2,5 2,5 Tổng cộng 26 6 26 - Điện áp định mức của BI : UđmBI ³ Uđmmạng = 10,5 kV - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ³ Icb = 3,969 kA - Cấp chính xác : 0,5 ( vì trong mạch thứ cấp có công tơ ) Vậy từ các điều kiện trên ta chọn BI cho cấp điện áp máy phát là loại TПШ-10 có các thông số : Uđm = 10,5 kV ; IđmSC = 4000A ; IđmTC = 5A Với cấp chính xác 0,5 ta có ZđmBI = 1,2 W Chọn dây dẫn nối từ BI đến dụng cụ đo: Giả thiết khoảng cách từ BI đến dụng cụ đo là l = 30m. Vì biến dòng mắc trên cả 3 pha nên chiều dài tính toán là : ltt = l = 30m. Tổng trở các dụng cụ đo lường mắc vào pha a ( hoặc pha c ) là : Để đảm bảo độ chính xác thì tổng phụ tải thứ cấp (Z2) kể cả tổng trở dây dẫn không được vượt quá ZđmBI : Z2 = Zdc + Zdd £ ZđmBI = 1,2 W Vậy ta chọn dây dẫn bằng đồng có tiết diện là S = 4mm2 Máy biến dòng đã chọn không cần phải kiểm tra ổn định động vì nó quyết định bởi điều kiện ổn định động của thanh dẫn mạch máy phát. Ta có IđmSC = 4000A > 1000A do vậy BI đã chọn không cần kiểm tra ổn định nhiệt. b.Chọn biến dòng cho cấp điện áp 110kV và 220kV BI chọn theo điều kiện : - Điện áp định mức của BI : UđmBI ³ Uđmmạng - Dòng điện định mức sơ cấp : IđmSC ³ Icb Với cấp điện áp 110kV ta có Icb = 379 A Với cấp điện áp 220kV ta có Icb = 380 A Ta chọn BI có thông số như bảng sau : Thông số tính toán Loại BI Uđm kV Bội số ổn định động Bội số ổn định nhiệt Iđm (A) Cấp chính xác Phụ tải (W) iđđm (kA) Uđm (kV) Icb (A) Sơ cấp Thứ cấp 110 220 379 380 TfHД-110M TfH220-3T 110 220 110 75 34,6/3 60/1 400 400 5 5 0,5 0,5 1,2 2 145 24-48 5.6.Chọn cáp và kháng điện cho phụ tải địa phương 5.6.1.Chọn cáp Phụ tải cấp điện áp Udm = 10kV, Pmax = 8MW, cosj = 0,87 bao gồm 4 đường dây cáp kép × 2MW × 2km . Chọn tiết diện cáp kép theo mật độ dòng điện : Dòng điện làm việc bình thường trên đường dây phụ tải địa phương : Tra bảng với cáp lõi nhôm và Tmax = 7117,5 h ta có Jkt =1,2A/mm2 Tra bảng chọn cáp ba lõi bằng nhôm có cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông và chất dẻo không chảy, vỏ bằng chì, đặt trong đất ( nhiệt độ đất tođ = 15oC ) ta được : S = 70mm2 ; Uđm = 10 kV ; Icp = 165 A ; x0 = 0,086 W/km Kiểm tra cáp kép đã chọn theo điều kiện phát nóng : Điều kiện : k qtsc .k1.k2.Icp ³ Icb = 2Ilvbt Trong đó : k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, k1 = 0,882. k2 - hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đặt song song, k2 = 0,92. kqtsc - hệ số quá tải sự cố. Do nên kqtsc = 1,3 Thay vào điều kiện trên ta được : 1,3.0,882.0,92.165 = 174,054 A > Icb = 2.66 = 132 A Như vậy cáp đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng cho phép. 5.6.2.Chọn kháng điện Kháng điện đầu đường dây phụ tải địa phương được chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp : UdmK ³ Udm.mạng=10kV - Dòng điện : IdmK ³ IcbK Trong đó : IcbK là dòng điện cưỡng bức qua kháng, được tính khi phụ tải địa phương là lớn nhất và sự cố một kháng. Ta có : Ta chọn kháng điện đơn cuộn dây bằng nhôm: PbA-10-600 có IđmK = 600A - Điện kháng XK% : Để tính điện kháng XK% ta lập sơ đồ thay thế như sau : Ta có : Cáp một có tiết diện SC1 = 70mm2 lõi bằng nhôm do vậy ta có dòng ổn định nhiệt của cáp một là: với C là hệ số phụ thuộc vật liệu cáp ( CAl = 90 ). t1 thời gian cắt của máy cắt 1 : t1 = 0,8s Mặt khác ta có: Vậy : Ta chọn kháng điện đơn có cuộn dây bằng nhôm loại PbA-10-600-6 có : IđmK = 600 A; XK%=6%; UdmK=10kV Kiểm tra kháng điện đã chọn : Điện kháng của kháng đã chọn tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản là: Khi ngắn mạch tại điểm N6 trên sơ đồ ta có dòng ngắn mạch là: Do IN6 = 8,579 > InhC1 = 7,044 kA nên kháng điện đã chọn không thoả mãn yêu cầu kỹ thuật. Ta chọn kháng điện đơn có cuộn dây bằng nhôm loại PbA-10-600-8 có : IđmK = 600 A; XK%=8%; UdmK=10kV Ta có : Do IN6 = 6,674 < InhC1 = 7,044 kA nên kháng điện đã chọn thoả mãn yêu cầu kỹ thuật. CHƯƠNG 6 CHỌN SƠ ĐỒ VÀ THIẾT BỊ TỰ DÙNG Điện tự dùng là một phần điện năng không lớn nhưng lại giữ một phần quan trọng trong quá trình vận hành nhà máy điện, nó đảm bảo hoạt động của nhà máy như : chuẩn bị nhiên liệu, vận chuyển nhiên liệu, bơm nước tuần hoàn, quạt gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu và liên lạc ... Điện tự dùng trong nhà máy nhiệt điện cơ bản có thể chia làm hai phần : - Một phần cung cấp cho các máy công tác đảm bảo sự làm việc của lò và tua bin các tổ máy. - Phần kia cung cấp cho các máy công tác phục vụ chung không liên quan trực tiếp đến lò hơi và tuabin nhưng lại cần thiết cho sự làm việc của nhà máy. Ta chọn sơ đồ tự dùng theo nguyên tắc kinh tế và đảm bảo cung cấp điện liên tục, đối với nhà máy điện thiết kế ta dùng hai cấp điện áp tự dùng 6,3kV và 0,4kV. 6.1.Chọn máy biến áp tự dùng cấp 1 Các máy này có nhiệm vụ nhận điện từ đầu cực máy phát 10,5 kV cung cấp cho phụ tải tự dùng cấp điện áp 6,3 kV phần còn lại cung cấp tiếp cho phụ tải cấp điện áp 0,4 kV. Công suất định mức của máy biến áp tự dùng cấp 1 được chọn như sau : Trong đó : a là hệ số % tự dùng n là số máy phát trong nhà máy Ta chọn máy biến áp loại TMH - 4000 có các thông số như sau : Loại máy biến áp UđmC (kV) UđmH (kV) SđmB (kVA) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% TMH - 4000 10 6,3 4000 5,45 33,5 6,5 0,9 Máy biến áp dự trữ : được chọn phù hợp với mục đích của chúng : máy biến áp dự trữ chỉ phục vụ để thay thế máy biến áp công tác khi sửa chữa . Công suất máy biến áp dự trữ được chọn như sau : Ta chọn máy biến áp dự trữ loại TMHC - 10000 có các thông số như sau: Loại máy biến áp UđmC (kV) UđmH (kV) SđmB (kVA) DP0 (kW) DPN (kW) UN% I0% TMHC - 10000 10,5 6,3 6300 8 46,5 8 0,9 6.2.Chọn máy biến áp tự dùng cấp 2 Các máy biến áp tự dùng cấp 2 dùng để cung cấp điện cho phụ tải cấp điện áp 0,4 kV và chiếu sáng. Công suất của các loại phụ tải này thường nhỏ nên công suất máy biến áp thường được chọn loại máy có công suất từ 630-1000 kVA. Loại lớn hơn thưòng không được chấp nhận vì giá thành lớn và dòng ngắn mạch phía 0,4kV lớn. Công suất của máy biến áp tự dùng cấp 2 được chọn như sau : Vậy ta chọn loại máy biến áp ABB-500 có các thông số sau : Loại máy biến áp SđmB (kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN% cuộn cao cuộn hạ D Po D PN ABB -500 500 6,3 0,4 1 7 4 6.3.Chọn máy cắt phía cao áp của máy biến áp tự dùng cấp 1 Chọn tương tự như với máy cắt của cấp điện áp 10,5 kV đã được lựa chọn trong chương 4 .Tức là loại máy cắt 8BK41. Cấp điện áp (kV) Đại lượng tính toán Loại máy cắt Đại lượng định mức Icb (kA) IN (kA) Ixk (kA) Uđm (kV) Iđm (kA) Icắt đm (kA) Iđđm (kA) 10,5 - 60,347 153,618 8BK41 12 12,5 80 225 6.4.Chọn máy cắt phía hạ áp của máy biến áp tự dùng cấp 1 Để chọn máy cắt điện trong trường hợp này ta tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 6,3 kV ( điểm N6 ) .Ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau: Máy cắt được chọn theo điều kiện sau: UđmMC ³ Uđmmạng ; IđmMC ³ Icb I2nh . tnh ³ BN iđđm ³ ixk Icđm ³ I”N6 Trong chương ngắn mạch ta tính được dòng ngắn mạch để chọn khí cụ điện mạch tự dùng là : IN5 = 60,498 kA . Điện kháng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N5 là : Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp 1 là : Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N6 là : Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N6 là : Ta chọn máy cắt 8BM20 có các thông số kỹ thuật như sau : Loại máy cắt Uđm(kV) Iđm(A) Icđm (kA) iđđm (kA) 8BM20 7,2 1250 25 63 Máy cắt đã chọn có : Iđm = 1250A > 1000A iđđm = 63kA > ixk = 13,595kA Do vậy không cần kiểm tra ổn định động và ổn định nhiệt. 6.5.Chọn áptômát Để chọn áptômát ta tính dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 0,4kV (điểm N7). Ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch như sau : Áptômát được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức : - Dòng điện định mức : - Dòng điện cắt định mức : Trong đó : - Imax là dòng điện lớn nhất phía 0,4kV - IN7 là dòng ngắn mạch tại thanh góp phân đoạn 0,4kV Điện kháng của máy biến áp tự dùng cấp 2 : Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N7 là : Ta chọn áptômát C801N có thông số kỹ thuật như sau : Loại áptômát Uđm(V) Iđm(A) Icđm (kA) C801N 690 800 25 PHẦN II. THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP Nhiệm vụ: Thiết kế trạm biến áp 10/0,4kV. Công suất phụ tải là 240kVA. Trạm có 4 lộ ra, đặt cách trạm biến áp trung gian là 4km. Công suất ngắn mạch tính đến trạm biến áp trung gian là 364MVA. CHƯƠNG 1 CHỌN THIẾT BỊ VÀ KHÍ CỤ ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP 1.1.Chọn máy biến áp Căn cứ vào các thông số sau: UđmC = 10 kV UđmH = 0,4 kV Spt = 240 kVA Ta chọn máy biến áp do hãng ABB chế tạo có các thông số kỹ thuật sau: Sđm (kVA) Uđm (kV) DPo (W) DPN (W) UN% Kích thước (mm) Dài-rộng-cao Trọng lượng (kg) 250 10/0,4 640 4100 4,5 1370-820-1485 Tổng Dầu 1130 310 1.2.Chọn dây dẫn Đường dây 10kV từ trạm biến áp trung gian đến vị trí đặt máy biến áp được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép : Trong đó : Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất : khc là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường: Ta chọn dây dẫn loại AC-35 có ro = 0,85 W/km; xo = 0,4 W/km; Icp = 175A 1.3.Chọn chống sét van Chống sét van được chọn có điện áp định mức phù hợp với điện áp định mức của mạng : UđmCSV ³ Uđmmạng = 10kV Dùng chống sét van do Liên bang Nga chế tạo có các thông số kỹ thuật cho ở bảng sau : Loại Uđm (kV) Umax (kV) Điện áp đánh thủng khi f=50Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích khi tpđ=2¸10s (kV) PBT-10 10 12,7 26 50 1.4.Chọn dao cách ly Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau : - Điện áp định mức của dao cách ly : Uđm ³ Uđm mạng = 10kV - Dòng điện định mức của dao cách ly : Iđm ³ Icb Dòng điện cưỡng bức đi qua dao cách ly chính là dòng quá tải của máy biến áp, thường trong những giờ cao điểm cho phép máy biến áp quá tải 30%. Vậy dòng điện cưỡng bức là : - Điều kiện kiểm tra ổn định động : iđđm ³ ixk (ixk là dòng xung kích khi ngắn mạch) - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : I2nhđm . tnhđm ³ BN (BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch) Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn dao cách ly có thông số kỹ thuật cho ở bảng sau : Loại Uđm (kV) Iđm (A) Iđđm (kA) Inhđm (kA) tnh (s) 3DC 12 400 40 16 10 1.5.Chọn cầu chì tự rơi Cầu chì tự rơi được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức của cầu chì : Uđm ³ Uđm mạng = 10kV - Dòng điện định mức của cầu chì : Iđm ³ Icb = 18,013A - Dòng điện cắt định mức : Qua các điều kiện trên ta chọn cầu chì do hãng Change chế tạo có các thông số sau: Loại cầu chì Uđm (kV) Iđm (A) IcắtN (kA) C710-112PB 15 100 10 1.6.Chọn dây cáp tổng từ máy biến áp ra tủ hạ thế Cáp được chọn theo điều kiện sau : - Dòng làm việc lâu dài cho phép : K1.K2.Icp ³ Icb - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : Trong đó: K1 là hệ số kể đến môi trường đặt cáp : K2 là hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đặt trong cùng 1 rãnh, vì là cáp đơn nên K2 = 1. Icp là dòng điện cho phép của cáp để nhiệt dộ không vượt quá nhiệt độ cho phép. Icb là dòng cưỡng bức của cáp được tính như sau : Tra bảng chọn loại cáp đồng 4 lõi cách điện bằng nhựa PVC do hãng LENS sản xuất. Tiết diện cáp (3x185+70)mm có Icp = 450 A 1.7.Chọn áptômát Áptômát được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp định mức : - Dòng điện định mức : - Dòng điện cắt định mức : 1.7.1.Chọn áptômát tổng Dòng điện làm việc lớn nhất qua áptômát tổng là : Ilvmax = 346,41A Tra bảng ta chọn áptômát tổng loại NS400E có các thông số kỹ thuật sau : Loại Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) NS400E 500 400 15 1.7.2.Chọn áptômát nhánh Do từ thanh cái hạ áp có 4 lộ ra nên dòng điện làm việc lớn nhất qua áptômát nhánh là : Tra bảng ta chọn áptômát nhánh loại C100E có các thông số kỹ thuật sau : Loại Uđm (V) Iđm (A) IcắtN (kA) C100E 500 100 7,5 1.8.Chọn thanh cái hạ áp Thanh cái hạ áp được chọn theo điều kiện sau : - Dòng làm việc lâu dài cho phép : K1.K2.Icp ³ Icb - Khả năng ổn định động : scp ³ stt - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : Trong đó: K1 = 0,95 với thanh cái đặt nằm ngang. K2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường: Căn cứ vào Icb ta chọn thanh cái hạ áp bằng đồng có kích thước (30x4)mm và Icp = 475A. 1.9.Chọn sứ đỡ thanh cái Sứ đỡ thanh cái được chọn theo điều kiện sau : - Điện áp : Uđmsứ ³ Umạng = 0,4 kV - Khả năng ổn định động : F’tt Fcp = 0,6.Fph Tra bảng chọn loại sứ O F- 1- 750 OBYT3 có : Uđm = 1 kV, Fph = 750 kG, H = 72 mm 1.10.Chọn máy biến dòng Chọn BI theo điều kiện sau: UđmBI ³ Uđmmạng = 0,4 kV Iđmsơ ³ Icb = 346,41 A ZđmBI ³ Zdc + Zdd hay S2đmBI ³ Stt Vì phụ tải phía thứ cấp của BI rất nhỏ do đó S2đmBI không cần tính toán. Căn cứ vào điều kiện trên ta chọn BI có các thông số sau: Uđm = 500V; Isơ/ Ithứ = 400/5A 1.11.Chọn các đồng hồ đo - 3 đồng hồ Ampemét có thang đo 0 ¸ 400A - 1 đồng hồ Vônmét có thang đo 0 ¸ 500V - 1 công tơ hữu công 3 pha 3 phần tử - 1 công tơ vô công 3 pha 3 phần tử 1.12.Chọn dây dẫn nối từ biến dòng đến các dụng cụ đo Để đảm bảo độ bền cơ học, ta chọn dây dẫn đồng 1 sợi bọc nhựa PVC tiết diện 2,5mm2 trở lên. 1.13.Chọn chống sét van cho phía hạ áp 0,4kV Chống sét van được chọn có điện áp định mức phù hợp với điện áp định mức của mạng : UđmCSV ³ Uđmmạng = 0,4kV Dùng chống sét van do Liên bang Nga chế tạo có các thông số kỹ thuật cho ở bảng sau : Loại Uđm (kV) Umax (kV) Điện áp đánh thủng khi f=50Hz (kV) Điện áp đánh thủng xung kích khi tpđ=2¸10s (kV) PBH-0,5Y 0,5 0,5 1,3 1,9 - 2,5 1.14.Chọn cáp đầu ra của các nhánh Cáp được chọn theo điều kiện sau : - Dòng làm việc lâu dài cho phép : K1.K2.Icp ³ Ilvmax - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : Dòng điện làm việc lớn nhất trên mỗi nhánh là : Ilvmax = 86,603A. Tra bảng chọn loại cáp đồng 4 lõi cách điện bằng nhựa PVC do hãng LENS sản xuất. Tiết diện cáp (3x35+25)mm có Icp = 158 A 1.15.Chọn tủ hạ thế Tủ hạ thế là tủ điện tự chế tạo, căn cứ vào thiết bị và chủng loại đặt trong tủ mà người ta chế tạo tủ hạ thế . Ta chọn tủ do SAREL chế tạo có kích thước : cao 1,8m - rộng 0,8m - sâu 0,4m. CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Tính toán ngắn mạch để xác định trị số dòng điện ngắn mạch nhằm kiểm tra thiết bị đã chọn theo các điều kiện cắt, điều kiện ổn định lực điện động, ổn định nhiệt. Chọn điểm ngắn mạch: Để kiểm tra các thiết bị phía cao áp ta chọn điểm ngắn mạch N1. Để kiểm tra các thiết bị điện phía hạ áp 0,4kV ta chọn điểm ngắn mạch : N2 – Kiểm tra cáp ra và áptômát tổng. N3 – Kiểm tra các áptômát nhánh và cáp của lộ phụ tải. 2.1.Tính toán ngắn mạch phía cao áp 10kV Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch tại điểm N1 : Ta có : Utb = 1,05Uđm = 10,5kV Điện kháng của hệ thống là: Điện trở đường dây : RD = ro.l = 0,85.4 = 3,4 W Điện kháng đường dây : XD = xo.l = 0,4.4 = 1,6 W Vậy tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch N1 là: Dòng ngắn mạch tại điểm N1là : Dòng xung kích tại điểm N1 là : 2.2.Tính toán ngắn mạch phía hạ áp 0,4kV Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch : Xác định giá trị của các phần tử trong sơ đồ : - Điện kháng của hệ thống quy về phía 0,4kV là : - Tổng trở đường dây quy về phía 0,4kV là : - Tổng trở của máy biến áp quy về phía 0,4kV là : - Tổng trở của cáp nối từ máy biến áp ra tủ hạ áp : ZC = RC + j XC Cáp nối từ máy biến áp ra tủ hạ áp có : r0 = 0,091W/km, x0 = 0,081W/km. Giả sử cáp có chiều dài là 3m ta được : ZC = 0,091.3 + j0,081.3 = 0,273 + j0,243 mW - Tổng trở của áptômát tổng : ZAT = RAT+j XAT=(R1 + R2)+jXAT =(0,4 + 0,15)+j0,1= 0,55+j0,1 mW Trong đó : R1 = 0,4mW là điện trở tiếp xúc các tiếp điểm của áptômát. R2 = 0,15mW, XAT = 0,1mW là điện trở và điện kháng của cuộn dây áptômát. - Tổng trở của áptômát nhánh : ZAN =RAN+j XAN=(R1 + R2)+jXAN=(0,75 + 1,3)+j0,86 = 2,05+j0,86 mW * Tổng trở tính đến điểm ngắn mạch N2 là : ZS2 = jXHT + ZD + ZB + ZC + ZAT = j0,44 + 5,44 + j2,56 + 10,496 + j72 + 0,273 + j0,243 + 0,55 + j0,1 = 16,759 + j75,343 mW Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 là : Dòng xung kích tại điểm N2 là : * Tổng trở tính đến điểm ngắn mạch N3 là : ZS3 = ZS2 + ZAN = 16,759 + j75,343 + 2,05 + j0,86 = 18,809 + j76,203 mW Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N3 là : Dòng xung kích tại điểm N3 là : CHƯƠNG 3 KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐÃ LỰA CHỌN 3.1.Kiểm tra dao cách ly - Điều kiện kiểm tra ổn định động : iđđm = 40kA ³ ixkN1 = 3,961kA - Điều kiện kiểm tra ổn định nhiệt : I2nhđm . tnhđm ³ BN với BN = I2N1 (t + Ta) Þ BN = 1,5562 .(1 + 0,05) = 2,542 kA2s < I2nhđm . tnhđm = 162.10 = 2560 kA2s Như vậy dao cách ly đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.2.Kiểm tra cầu chì tự rơi - Dòng điện cắt định mức : Như vậy cầu chì đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.3.Kiểm tra áptômát tổng - Dòng điện cắt định mức : Như vậy áp tô mát tổng đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.4.Kiểm tra áptômát nhánh - Dòng điện cắt định mức : Như vậy áp tô mát nhánh đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.5.Kiểm tra thanh cái hạ áp - Kiểm tra điều kiện ổn định động: scp ³ stt Trong đó : scp = 1400 kG/cm2 với thanh dẫn đồng. Ta có : ( do số nhịp nhỏ hơn 3 ) Trong đó: W là mômen chống uốn của tiết diện ngang thanh dẫn Vì thanh dẫn nằm ngang nên : Ftt là lực tính toán do tác dụng của dòng điện ngắn mạch Ftt = 1,76 .10-8 . a là khoảng cách giữa các pha lấy a = 15cm. ixk là dòng điện xung kích phía hạ máy biến áp (theo tính toán trong phần ngắn mạch thì ixk = 7,616 kA). l là khoảng cách giữa các sứ trong 1 pha, lấy l = 70cm. Vậy mô men uốn là: Ứng suất tính toán trong vật liệu làm dây dẫn: Do scp = 1400 kG/cm2 ³ stt = 69,475 kG/cm2 nên thanh dẫn đã cho đảm bảo điều kiện ổn định động. - Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: Trong đó : F là tiết diện của thanh dẫn, F = 30.4 = 120mm2 C = 171 As1/2/mm2 đối với dây dẫn đồng. Vậy thanh dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. 3.6.Kiểm tra sứ đỡ thanh cái Kiểm tra sứ đỡ theo điều kiện ổn định động : F’tt Fcp Trong đó: Fcp = 0,6 .Fph = 0,6 .750 = 450 kG Vậy sứ đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. 3.7.Kiểm tra cáp đầu ra máy biến áp Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt: Trong đó : F là tiết diện của cáp, F = 185mm2 C = 141 As1/2/mm2 đối với cáp đồng. Vậy cáp đầu ra máy biến áp đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. 3.8.Kiểm tra cáp đầu ra các nhánh Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt: Trong đó : F là tiết diện của cáp, F = 35mm2 C = 141 As1/2/mm2 đối với cáp đồng. Vậy cáp đầu ra các nhánh đảm bảo điều kiện ổn định nhiệt. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM Hệ thống nối đất được kết cấu bởi các thanh thép góc L60x60x6mm dài l = 2,5m và chúng được nối với nhau bằng thép dẹt 40x4mm tạo thành mạch vòng nối đất xung quanh trạm biến áp. Các cọc đóng sâu được chôn sâu h = 0,8m. Mặt bằng trạm là: l1xl2 = (6x4)m2. Điện trở suất của đất đo được là rđo = 0,4.104 (Wcm). Hệ số hiệu chỉnh theo mùa của cọc và thanh nối đát là: Hệ số mùa an toàn Kmt = 1,6; Kmc = 1,4 Yêu cầu của điện trở nối đất đối với trạm có Uđm = 10kV : Rnđ £ 4 W. 4.1.Điện trở nối đất của thanh Điện trở nối đất của thanh được tính theo công thức sau : Trong đó : r = rđo.Kmt = 0,4.104.10-2.1,6 = 64 Wm L là chu vi mạch vòng : L = (6+4).2 = 20m d là đường kính thanh, vì thanh là thép dẹt nên : K là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối đất K = f (l1/l2)=f(6/4)=f(1,5)=5,81 4.2.Điện trở nối đất của cọc Điện trở nối đất của cọc tính theo công thức: Trong đó: r = rđo.Kmc = 0,4.104.10-2.1,4 = 56 Wm l là chiều dài cọc : l = 2,5m d là đường kính cọc, vì cọc là thép góc L60x60x6 nên d = 0,95b. d = 0,95.60.10-3 = 0,057 m 4.3.Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc - Gọi số cọc cần phải đóng là n - Gọi khoảng cách giữa các cọc là a Þ a = - Nếu lấy tỷ số = 1 Þ a = l/2 = 2,5m Vậy số cọc cần đóng là n = = 8 cọc. Tra tài liệu kỹ thuật điện cao áp ta có hệ số sử dụng của thanh và cọc là: ht = 0,36; hc = 0,56. Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc : Ta có : Rht = 3,107W < Rđ = 4W Vậy hệ thống nối đất đã thiết kế cho trạm đạt yêu cầu kỹ thuật. TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp – TS. Đào Quang Thạch Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp – PGS. Nguyễn Hữu Khái Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp – PGS.TS. Phạm Văn Hòa Ngắn mạch trong hệ thống điện – GS.TS. Lã Văn Út Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp – Nguyễn Minh Chước