Luận văn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư

gược lại. Phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ: 1. Trạm biến áp trung gian: Trạm cĩ nhiệm vụ nhận điện của hệ thống điện ở cấp cao áp cĩ U = 110 – 220 kV để biến đổi thành cấp trung áp 2. Trạm biến áp khu vực: Trạm nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi xuống các loại điện áp thích hợp để phục vụ cho các phụ tải khu vực. Phía sơ cấp cĩ thể là 15, 22 hoặc 35 kV phía thứ cấp cĩ thể là 660 V, 380/220 V. Phân loại trạm biến áp theo hình thức và cấu trúc của trạm: 1.Trạm biến áp ngồi trời: Các thiết bị điện như dao cách ly, máy cắt, máy biến áp, thanh gĩp v.v… đều đặt ngồi trời. Riêng phần phân phối phía hạ áp thì đặt trong nhà hay đặt trong các tủ sắt chuyên dùng. Trạm ngồi trời thích hợp cho các trạm biến áp trung gian cơng suất lớn. Sử dụng loại trạm đặt ngồi trời sẽ tiết kiệm nhiều kinh phí khi xây dựng nên đang được khuyến khích dùng ở những nơi cĩ điều kiện đất đai phù hợp. N gồi ra cịn cĩ loại trạm biến áp (cĩ cơng suất nhỏ) mà máy biến áp đặt ngay trên các cột điện. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 20 2.Trạm biến áp trong nhà: Tồn bộ các thiết bị đều đặt trong nhà. Thường dùng làm trạm biến áp cho các khu vực trong thành phố. Ở một vài xí nghiệp muốn chống cháy nổ, chống ăn mịn hĩa học, Nm ướt ảnh hưởng tới các thiết bị điện người ta phải đặt trạm biến áp ở một địa điểm thích hợp, trạm biến áp loại này gọi là trạm biến áp độc lập. B) Xác định vị trí, số lượng và cơng suất của trạm biến áp: 1. Vị trí và số lượng trạm biến áp: Các yêu cầu cơ bản cần thoả mãn khi xác định vị trí của trạm biến áp: - An tồn và liên tục cung cấp điện; - Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới; - Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng: - Phịng chống cháy nổ, bụi bặm, ăn mịn hĩa học; - Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ. Chú ý đặt các trạm biến áp cĩ cơng suất lớn ở gần trung tâm phụ tải. Máy biến áp cĩ tỷ số biến đổi nhỏ nên đặt gần nguồn điện và ngược lại. Số lượng trạm biến áp trong một khu vực phụ thuộc vào mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải, phụ thuộc vào tính chất quan trọng của phụ tải về mặt liên tục cung cấp điện (loại phụ tải). 3. Xác định dung lượng trạm và dung lượng máy biến áp: Một vài phương pháp thường dùng để chọn cơng suất máy biến áp: a) Xác định dung lượng máy biến áp theo mật độ phụ tải 2/, mkVAσ . Phương pháp này khá đơn giản, chỉ cần tính mật độ phụ tải theo cơng thức dưới đây, sau đĩ tra bảng để tìm cơng suất cần thiết cho trạm biến áp cần tính tốn. Mật độ phụ tải tính theo cơng thức: ϕσ cos.F P= trong đĩ: ∑= ;,. kWPkP đnc ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 21 F: diện tích khu vực phụ tải tập trung, m2; ∑ đP : tổng cơng suất đặt, kW; knc: hệ số nhu cầu; ϕcos : hệ số cơng suất trên thanh cái của trạm. b) Xác định dung lượng máy biến áp theo khả năng quá tải cho phép: Khi xác định được phụ tải tính tốn phía hạ áp của biến áp cĩ chú ý tới sự phát triển của phụ tải sau này và tính chất đồng thời của phụ tải là ta cĩ đủ điều kiện để chọn dung lượng máy biến áp. Tuy nhiên các máy biến áp thường vận hành với điều kiện khác với những điều kiện tiêu chuNn đã chọn khi thiết kế chế tạo, vì vậy phải hiệu đính lại dung lượng của máy đã chọn. Máy biến áp được thiết kế chế tạo với tuổi thọ từ 17 tới 20 năm, vận hành trong điều kiện lớp dầu phía trên khơng quá 900C. Khi nhiệt độ tăng quá 80C thì tuổi thọ của máy giảm đi 50%. N hiệt độ trung bình lúc vận hành khoảng 70 – 800C. N hiệt độ phát nĩng cục bộ cho phép lớn hơn nhiệt độ trung bình 150C. Tất cả các máy biến áp làm việc ở những nơi cĩ nhiệt độ trung bình hàng năm lớn hơn 50C đều phải hiệu đính lại theo cơng thức sau: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−= 100 51' tbđmSS θ trong đĩ: S’: dung lượng đã hiệu đính theo nhiệt độ trung bình, kVA; Sđm: dung lượng định mức ghi trên biển máy, kVA; tbθ : nhiệt độ trung bình hàng năm của mơi trường nơi đặt máy, 0C. Khi nhiệt độ mơi trường nơi đặt máy cĩ nhiệt độ cực đại lớn hơn 350C thì ta phải hiệu đính thêm một lần nữa: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −−= 100 51 100 351' tbcđđmSS θθ trong đĩ: cđθ : nhiệt độ cực đại của mơi trường đặt máy,0C. Sau hai lần hiệu đính theo nhiệt độ, dung lượng của máy biến áp giảm đi khá nhiều. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 22 Nhưng vì phụ tải mùa đơng và mùa hè khác nhau khá xa, máy lại cĩ khả năng quá tải nhất định nên người ta đưa ra hai khả năng quá tải cho phép sau: 1.Quy tắc quá tải 3% người ta quy định rằng nếu phụ tải vận hành thấp hơn phụ tải định mức 10% thì khi cần thiết cĩ thể cho phép quá tải 3%. Quy tắc này chỉ áp dụng khi nhiệt độ khơng khí xung quanh khơng quá 350C. Cơng thức xác định mức quá tải cho phép 3%: %100. 10 100.3% km −= trong đĩ: k: hệ số điền kín phụ tải, ∑= tIk . /24Icđ. Trong đĩ I, t và Icđ xác định theo đồ thị phụ tải hàng ngày. 2.Quy tắc quá tải 1% nếu trong các tháng 6, 7 và 8 của mùa hè mà phụ tải trung bình cực đại hàng ngày nhỏ hơn cơng suất định mức thì khi cần thiết cĩ thể cho phép quá tải với tỷ lệ tương ứng. N hưng mức quá tải tối đa khơng được quá 15%. Kết hợp cả hai quy tắc với máy biến áp đặt ngồi trời khơng cho phép quá tải lớn hơn 30%, với máy biến áp đặt trong nhà khơng cho phép quá tải lớn hơn 20%. C) Kết cấu trạm biến áp: Trạm biến áp hạ áp cĩ cấp điện áp 10, 15, 22, 35/0,4 kV cơng suất tương đối nhỏ (hàng trăm đến hàng ngàn kVA). Loại trạm biến áp này thường dùng cung cấp điện cho khu dân cư hoặc dùng làm trạm biến áp phân xưởng. Căn cứ vào địa hình, vào mơi trường, mỹ quan, kinh phí mà chọn loại trạm cho phù hợp(trạm treo, trạm cột, trạm kín, trạm trọn bộ). a)Trạm treo: Tồn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được đặt trên cột . Tủ hạ áp đặt trên cột hay đặt trong buồng phân phối xây dưới đất. Trạm này thường rất tiết kiệm đất nên thường được dùng làm trạm cơng cộng cung cấp cho một vùng dân cư. Trạm treo thường cĩ cơng suất nhỏ dưới 400 kVA, cấp điện áp 10 ~ 22/0,4 kV. Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan đơ thị nên về lâu dài chúng khơng được khuyến khích sử dụng trong thành phố. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 23 c) Trạm cột (cịn gọi là trạm bệt): Thường dùng ở những nơi cĩ điều kiện đất đai như ở vùng nơng thơn, cơ quan xí nghiệp vừa và nhỏ. Thiết bị cao áp được đặt trên cột, máy biến áp đặt trên bệ xi măng dưới đất , tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà. Xung quanh trạm cĩ xây dựng tường rào bảo vệ. d) Trạm kín (trạm xây dựng trong nhà): Thường dùng ở những nơi cần độ an tồn cao, mỹ quan dơ thị. Loại trạm này thường cĩ ba phịng: phịng cao áp đặt thiết bị cao áp, phịng máy biến áp và phịng hạ áp đặt các thiết bị hạ áp. Trong trạm cĩ thể đặt một hay hai máy biến áp. Dưới bệ máy biến áp cần cĩ hố dầu sự cố. Cửa thơng giĩ cho phịng máy và phịng cao hạ áp phải cĩ lưới chắn đề phịng chim, rắn, chuột. e) Trạm trọn bộ: Thường dùng ở những nơi quan trọng như khách sạn lớn, khu văn phịng, cơ quan ngoại giao v.v…vì an tồn, chắc chắn, gọn đẹp. Loại trạm này được chế tạo, lắp đặt trọn bộ trong các tủ cĩ cấu tạo vững chắc chịu va đập chống mưa, Nm ướt và ăn mịn hĩa học. Cơng suất thơng thường từ 1000 kVA trở xuống. IV. Lựa chọn các thiết bị điện trong hệ thống cung cấp điện: Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trong điều kiện vận hành cĩ thể ở một trong ba chế độ cơ bản như sau: - Chế độ làm việc lâu dài (làm việc bình thường). - Chế độ quá tải. - Chế độ chịu dịng điện ngắn mạch. Dịng điện ngắn mạch là số liệu quan trọng để chọn và kiểm tra các thiết bị điện. Lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện cĩ ý nghĩa quan trọng là đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an tồn, tin cậy và kinh tế. A) Tính tốn ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện: N gắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện. Tính tốn ngắn mạch là một phần khơng thể thiếu được của thiết kế cung cấp điện để lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le, định phương thức vận hành v.v… ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 24 Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện là ngắn mạch ba pha, hai pha và một pha chạm đất. Trong đĩ ngắn mạch ba pha là nghiêm trọng nhất. Vì vậy thường người ta căn cứ vào dịng điện ngắn mạch ba pha để lựa chọn các thiết bị điện. Tính tốn ngắn mạch nĩi chung là phức tạp. Tuy nhiên các hệ thống cung cấp điện thường cĩ cấp điện áp là trung và hạ áp và được coi là ở xa nguồn (qua nhiều cấp điện áp) đồng thời cĩ cơng suất tương đối nhỏ so với hệ thống điện quốc gia, vì vậy cho phép dùng phương pháp đơn giản để tính dịng điện ngắn mạch. 1. Tính tốn ngắn mạch phía cao áp: Phía cao áp của mạng điện khu dân cư, xí nghiệp thường thường là cấp trung áp. Khi tính tốn ngắn mạch phía cao áp vì khơng biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng của hệ thống điện quốc gia thơng qua cơng suất ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn và coi hệ thống cĩ cơng suất vơ cùng lớn. N HÌNH 3.2 TRẠM BIẾN ÁP TRUNG GIAN MC2 N ĐƯỜNG DÂY XddRdd MC1 XHT HT TRẠM BIẾN ÁP KHU VỰC Điện kháng của hệ thống điện được tính theo cơng thức sau: Ω= , 2 cdmMC tb HT S UX ; trong đĩ: ScdmMC: cơng suất cắt của máy cắt đầu đường dây trung áp, MVA; ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 25 Utb: điện áp trung bình của lưới điện, kV. Utb = 1,05.UđmLĐ Điện trở và điện kháng của đường dây: Ω= Ω= , , 0 0 lxX lrR đd đd trong đĩ: r0, x0: điện trở và điện kháng trên 1 km dây dẫn, km/Ω ; l: chiều dài dường dây, km. Do ngắn mạch ở xa nguồn nên dịng điện ngắn mạch siêu quá độ ''I bằng dịng điện ngắn mạch ổn định ∞I , nên cĩ thể viết là: ; 3 '' Σ ∞ === Z UIIIN trong đĩ: ΣZ : tổng trở từ hệ thống tới điểm ngắn mạch, ,Ω U: điện áp của đường dây, kV. 2. Tính ngắn mạch phía hạ áp: Tính tốn ngắn mạch phía hạ áp thì cĩ thể coi máy biến áp hạ áp là nguồn (vì được nối với hệ thống cĩ cơng suất vơ cùng lớn), vì vậy điện áp phía hạ áp khơng thay đổi khi xảy ra ngắn mạch, do đĩ ta cĩ: ∞== IIIN '' . Trong mạng hạ áp, khi tính tốn ngắn mạch phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạng như máy biến áp ,dây dẫn, cuộn dây sơ cấp của máy biến điện áp BU, máy biến dịng điện BI, cuộn dịng điện của áptơmát (CB), điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm đĩng cắt v.v... Điện trở và điện kháng của các phần tử trong mạng hạ áp được tính như sau: * Máy biến áp: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 26 Ω= ΩΔ= ,10. %. ,10. . 2 3 2 2 đm đmN B đm đmN B S UUX S UP R trong đĩ: NPΔ : Tổn thất ngắn mạch của máy biến áp, kW, tra được trong lý lịch máy; UN %: Trị số tương đối của điện áp ngắn mạch của máy biến áp, tra trong sổ tay; Sđm: Dung lượng định mức của máy biến áp, kVA; Uđm: Điện áp định mức của máy biến áp, kV. * Đường dây: - Điện kháng của đường dây, một cách gần đúng cĩ thể lấy như sau: Đường dây cáp: )/(/1,00 mmkmx ΩΩ= Đường dây trên khơng: )/(/3,00 mmkmx ΩΩ= - Điện trở của dây dẫn: Ω= ,1 F Rdd ρ ; trong đĩ: F: Tiết diện dây dẫn, mm2; ρ : Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn: Đồng: kmmmcu /8,18 2Ω=ρ N hơm: kmmmAl /5,31 2Ω=ρ Sắt: kmmmFe /140 2Ω=ρ l: chiều dài dây dẫn, km Điện kháng và điện trở của các phần tử khác cĩ thể tra trong sổ tay. Tương tự như ở phần cao áp, dịng điện ngắn mạch ở mạng hạ áp tính như sau: ;, 3 '' 22 kA XR UIII đmN ΣΣ ∞ +=== trong đĩ: U: tính bằng V; :ΣΣvàXR Tính bằng Ωm ; B) Các điều kiện chung để lựa chọn thiết bị điện: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 27 1. Chọn thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện theo điều kiện làm việc lâu dài: a) Chọn theo điều kiện điện áp định mức: Điện áp định mức của thiết bị điện (TBĐ) được ghi trên nhãn máy phù hợp đối với độ cách điện của nĩ. Mặt khác khi thiết kế chế tạo các TBĐ đều cĩ dự trữ độ bền về điện, nên cho phép chúng làm việc lâu dài khơng hạn chế với điện áp cao hơn định mức 10 – 15% và gọi là điện áp làm việc cực đại của TBĐ. N hư vậy trong điều kiện làm việc bình thường, do độ chênh lệch điện áp khơng quá 10 - 15% điện áp định mức nên khi chọn TBĐ phải thỏa mãn điều kiện điện áp sau đây: ;.. mđmTBĐđm UU ≥ trong đĩ: :.TBĐđmU điện áp định mức của thiết bị điện; :.mđmU điện áp định mức của mạng điện. ;... mmđmTBĐđmTBĐđm UUUU Δ+≥Δ+ trong đĩ: :.TBĐđmUΔ độ tăng điện áp cho phép của thiết bị điện; :mUΔ độ lệch điện áp cĩ thể của mạng so với điện áp định mức trong điều kiện vận hành. b) Chọn theo dịng điện định mức: Dịng điện định mức của thiết bị điện Iđm.TBĐ là dịng điện đi qua TBĐ trong thời gian khơng hạn chế với nhiệt độ mơi trường xung quanh là định mức. Lúc đĩ nhiệt độ đốt nĩng của các bộ phận của thiết bị điện khơng vượt quá trị số cho phép lâu dài. Chọn TBĐ theo dịng điện định mức sẽ đảm bảo cho các bộ phận của nĩ khơng bị đốt nĩng nguy hiểm trong tình trạng làm việc lâu dài định mức. Điều này là cần thiết để cho dịng điện làm việc cực đại của các mạch Ilv.max khơng vượt quá dịng điện định mức của thiết bị điện: TBĐđmlv II .max. ≤ Dịng điện làm việc cực đại được tính như sau: - Đường dây cáp khơng cĩ dự trữ: tính khi sử dụng khả năng quá tải của nĩ. - Mạch máy biến áp: tính khi máy biến áp sử dụng khả năng quá tải của nĩ. Các TBĐ được chế tạo với nhiệt độ định mức của mơi trường xung quanh là +350C. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 28 N ếu nhiệt độ mơi trường xung quanh xqθ khác nhiệt độ định mức thì phải hiệu chỉnh dịng điện cho phép của thiết bị điện như sau: N ếu Cxq 035>θ thì: 35 ' . − −= cp xqcp TBĐđmcp II θ θθ trong đĩ: cpθ : nhiệt độ cho phép nhỏ nhất đối với các phần riêng rẽ của TBĐ. N ếu Cxq 035<θ thì: dịng điện cpI ' cĩ thể tăng lên 0,005đm.TBĐ mỗi khi nhiệt độ giảm xuống 10C so với +350C, nhưng tất cả khơng được vượt quá 0,20Iđm.TBĐ. C)Lựa chọn các thiết bị thao tác (đĩng ngắt) trên lưới: Dao cách ly(DS): Dao cách ly dùng để tạo khoảng khơng nhìn thấy được giữa bộ phận đang mang dịng điện và bộ phận được được cắt điện nhằm mục đích đảm bảo an tồn cho các nhân viên sữa chữa thiết bị điện. Dao cách ly khơng cĩ bộ phận dập tắt hồ quang nên khơng thể cắt được dịng điện phụ tải chỉ dùng đĩng ngắt mạch khơng tải. Cầu chì tự rơi:FCO (Fuse Cut Out): Cầu chì là một thiết bị bảo vệ đơn giản, rẻ tiền nhưng độ nhạy kém. N ĩ chỉ tác động khi dịng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi ngắn mạch. Trong các thiết bị 10-35 kV cầu chì được dùng để bảo vệ cho mạng hình tia và các máy biến áp cĩ cơng suất nhỏ. N gồi ra nĩ cịn sử dụng để bảo vệ các máy biến áp 35 kV trở lại. Cầu chì là thiết bị bảo vệ quá dịng trên lưới, vẫn cĩ thể thao tác đĩng ngắt trên lưới với dịng mang tải nhỏ (< 50A). ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 29 STT Thơng số lựa chọn và kiểm tra Điều kiện Dao cách ly Cầu chì 1 Điện áp định mức, kV mđmTBđm UU .. ≥ X X 2 Dịng điện định mức, A max.. lvTBđm II ≥ X X 3 Dịng điện ngắn mạch xung kích cho phép, kA xkđm II ≥ X 4 Dịng điện ổn định nhiệt trong thời gian ổn định nhiệt tđm.nh nhđm qđ đm t t II . ∞≥ X 5 Cơng suất cắt định mức, MVA ''SSđm ≥ X 6 Dịng điện cắt định mức, kA ''. II cutđm ≥ X LBFCO (Load Break Fuse Cut Out): Tương tự như FCO nhưng dịng mang tải lớn hơn. Chỉ cho phép đĩng cắt tải < 200A. LBS (Load Break Switch): Khi thao tác ta khơng thấy được trạng thái đĩng cắt nên để cho an tồn thường đuợc gắn kèm với DS. Chỉ cho phép đĩng cắt tải < Iđm (Iđm do nhà sản xuất qui định) VD:640A. D) Lựa chọn máy biến dịng điện BI và máy biến điện áp đo lường BU: Máy biến dịng điện BI: Máy biến dịng điện cĩ nhiệm vụ biến đổi dịng điện lớn (sơ cấp) thành dịng điện 5A (thứ cấp) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hố. Máy biến dịng điện lựa chọn theo điều kiện điện áp, dịng điện, phụ tải phía thứ cấp, cấp chính xác và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 30 STT Thơng số lựa chọn và kiểm tra Điều kiện 1 Điện áp định mức, kV mđmBIđm UU .. ≥ 2 Dịng điện sơ cấp định mức, A 2,1 max . II BIđm ≥ 3 Phụ tải cuộn dây thứ cấp, VA ttBIđm SS ≥.2 4 Hệ số ổn định động BIđm xk đ I iK .2 ≥ 5 Hệ số ổn định nhiệt nhđmđmBI qđ nh tI tI K . ∞≥ Máy biến điện áp đo lường BU: Máy biến áp đo lường làm nhiệm vụ biến đổi điện áp từ cao xuống thấp thường là 100V, để cung cấp cho thiết bị đo lường, bảo vệ rơ le và tự đơng hố. N guyên lý hoạt động của BU giống như máy biến áp điện lực thơng thường nhưng cĩ đặc điểm là tổng trở mạch ngồi của thứ cấp BU rất lớn, vì vậy cĩ thể xem như BU thường xuyên làm việc khơng tải. STT Thơng số lựa chọn và kiểm tra Điều kiện 1 Điện áp định mức (sơ cấp), kV mđmđmBU UU .≥ 2 Phụ tải một pha, VA phphđm SS 2.2 ≥ 3 Sai số cho phép %][% NN ≤ trong đĩ: S2ph: Phụ tải thứ cấp từng pha của BU phụ thuộc vào cơng suất và sơ đồ đấu dây của các dụng cụ đo phía thứ cấp. E) Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện cĩ điện áp đến 1000 V: Các thiết bị điện ở mạng điện hạ áp như áptơmát(CB), cầu dao, cầu chì v.v...được lựa chọn theo điều kiện điện áp, dịng điện, kiểu loại và điều kiện làm việc. Để thuận tiện, nhà sản suất đã tính tốn để các thiết bị điện ở mạng hạ áp làm việc ổn định trong mạng do máy biến áp cĩ S = 1000 kVA cung cấp. N hư vậy khi cơng suất của máy biến áp hạ áp khơng quá 1000 kVA thì các thiết bị điện dùng trong mạng hạ áp của máy biến áp đĩ khơng cần kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 31 định nhiệt nữa. Đối với CB và cầu chì chỉ phải kiểm tra khả năng cắt dịng điện ngắn mạch và cần chỉnh định mức cắt dịng điện quá tải đối với CB. V. Nối đất và chống sét: Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ dùng điện. Do đĩ đặc điểm quan trọng của hệ thống cung cấp điện là phân bố trên diện tích rộng và thường xuyên cĩ người làm việc với các thiết bị điện. Khi cách điện của các thiết bị điện bị chọc thủng, người vận hành khơng tuân theo các quy tắc an tồn v.v... đĩ là các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tai nạn điện giật. Sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào thiết bị khơng những làm hư hỏng các thiết bị điện mà cịn gây nguy hiểm cho người vận hành. Biện pháp an tồn cĩ hiệu quả và tương đối đơn giản là thực hiện việc nối đất và đặt các thiết bị chống sét nhất thiết phải cĩ trong hệ thống cung cấp điện. A) Nối đất và trang bị nối đất: Biện pháp an tồn trong hệ thống cung cấp điện là nối đất. N ếu thiết bị hư hỏng vỏ cách điện thì nĩ sẽ mang điện áp và cĩ dịng rị chạy từ vỏ thiết bị xuống thiết bị nối đất, khi đĩ nếu người vận hành chạm vỏ thiết bị điện thì điện trở của người Rng được mắc song song với điện trở nối đất Rđ, do đĩ dịng điện chạy qua người sẽ là: ;. đ ng đ ng IR RI ≈ trong đĩ: Iđ: dịng điện chạy qua điện trở nối đất. N ếu thực hiện nối đất tốt ta sẽ cĩ: ngđ RR << thì dịng điện chạy qua người sẽ rất nhỏ tới mức khơng gây nguy hiểm cho người. Thơng thường điện trở của người khoảng 800 – 500.000 Ω phụ thuộc vào lúc da Nm ướt hay khơ ráo cịn điện trở nối đất an tồn theo quy định phải nằm trong khoảng 4 – 10 Ω . Khi cĩ trang bị nối đất, dịng điện ngắn mạch xuất hiện do cách điện của thiết bị điện với vỏ bị hỏng sẽ chạy qua vỏ thiết bị và theo dây dẫn nối đất xuống các điện cực và chạy tản vào trong đất. Mặt đất tại chỗ đặt điện cực cĩ điện thế lớn nhất, càng xa điện cực thế suy giảm dần và cĩ thể coi như bằng 0 khi ở nơi cách xa điện cực từ 15m đến 20m. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 32 N ếu bỏ qua điện trở nhỏ của dây nối đất thì điện trở nối đất được xác định theo cơng thức: ; đ đ đ I UR = trong đĩ: Uđ: điện áp của trang thiết bị nối đất đối với đất. Trong hệ thống cung cấp điện cĩ ba loại nối đất: - N ối đất an tồn: thiết bị nối đất loại này được nối vào vỏ thiết bị điện; - N ối đất làm việc: thiết bị nối đất loại này được nối vào trung tính của máy biến áp; - N ối đất chống sét: thiết bị nối đất loại này được nối vào kim thu sét. N ếu tay người hoặc bộ phận nào đĩ của cơ thể người chạm vỏ thiết bị thì điện áp tiếp xúc Utx giữa chỗ chạm nhau ở cơ thể người với chân người được xác định: ϕϕ −= dtxU trong đĩ: dϕ : điện thế lớn nhất tại điểm đặt điện cực nối đất; ϕ : điện thế trên mặt đất, chỗ chân người đứng. Khi người tới gần thiết bị hỏng cách điện thì xuất hiện điện áp bước giữa hai chân Ub là: 21 ϕϕ −=bU Để tăng độ an tồn cĩ thể bố trí các điện cực thích hợp trên diện tích đặt thiết bị điện và đặt mạch vịng xung quanh thiết bị điện (khi Utx và Ub cịn khá lớn cĩ thể gây nguy hiểm tới tính mạng con người). B) Tính tốn nối đất: 1.Phân loại: N ối đất cĩ 2 loại: nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. N ối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẫn nước hay các ống bằng kim loại khác đặt trong đất (trừ các ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy), các kết cấu bằng kim loại của nhà cửa, cơng trình cĩ nối đất v.v...làm trang bị nối đất. N ối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng cọc thép, ống thép, thanh thép dẹt hình chữ nhật hoặc thép gĩc dài 2 - 3 mét chơn sâu xuống đất sao cho đầu trên ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 33 của chúng cách mặt đất khoảng 0,5 - 0,7 mét để giảm sự thay đổi của điện trở nối đất theo thời tiết. Đối với mạng cĩ điện áp dưới 1000V, điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm khơng được lớn hơn 4Ω . N ối đất lặp lại của dây trung tính trong mạng 380/220V phải cĩ điện trở khơng quá 10Ω . Trường hợp cĩ nhiều thiết bị phân phối cĩ điện áp khác nhau đặt trên cùng một khu đất nên thực hiện trang bị nối đất chung. Điện trở nối đất chung cần phải thoả mãn các yêu cầu của trang bị nối đất nào địi hỏi điện trở nhỏ nhất. Trên các đường dây 3 pha 4 dây 380/220V cĩ điểm trung tính trực tiếp nối đất, các cột sắt, xà sắt cần phải được nối với dây trung tính. Điện trở nối đất chủ yếu xác định bằng điện trở suất của đất, hình dạng, kích thước điện cực và độ chơn sâu trong đất. Điện trở suất của đất phụ thuộc thành phần, mật độ , độ Nm và nhịêt độ của đất và chỉ cĩ thể xác định chính xác bằng đo lường. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất ).( cmΩρ Cát 7.10 4 Các lẫn đất 3. 10 4 Đất sét, đất sét lẫn sỏi 1. 10 4 Đất vườn, ruộng 0,4. 10 4 Đất bùn 0,2. 10 4 Trong tính tốn phải lấy trị số lớn nhất trong năm ρmaxΚ=Ρtt ; trong đĩ: maxΚ : hệ số tăng cao, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu của nơi sẽ xây dựng trang bị nối đất; maxΚ cịn gọi là hệ số mùa. Đối với các ống và thanh thép gĩc dài 2 - 3 m, khi đầu trên cách mặt đất 0,5 - 0,8 m thì maxΚ = 1,2 – 2 cịn với thanh thép dẹt đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8 m thì maxΚ =1,5 – 7. 2.Tính tốn nối đất tự nhiên: Điện trở nối đất tự nhiên được tính theo cơng thức: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 34 n tntntntn n tntntntn tn RRRR RRRRR ++++ ××××= ... ... 321 321 trong đĩ: ntntntntn RRRR ,,, 321 là điện trở khuếch tán của các vỏ cáp hoặc ống nước đặt riêng rẽ. 3.Tính tốn nối đất nhân tạo: - Xác định điện trở nối đất Rđ theo quy định của quy trình quy phạm về nối đất. - Xác định điện trở của một cọc: Đối với một cọc bằng thép ống hoặc thép gĩc chơn thẳng đứng thì điện trở khuếch tán được tính. Ω⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ++Κ= , 4 4lg 2 12lg366,0 max1 lt lt d l l R c ρ trong đĩ: ρ : điện trở suất của đất, cm/Ω ; kmax: hệ số mùa; d: đường kính ngồi của cọc, m; l: chiều dài cọc, m; t: độ chơn sâu của cọc, tính từ mặt đất tới điểm giữa của cọc, cm Đối với thép gĩc, đường kính ngồi đẳng trị được tính theo: d= 0,95.b ( với b là bề rộng của cạnh thép gĩc). - Xác định sơ bộ số cọc: Số cọc thường được xác định theo kinh nghiệm, hay cĩ thể xác định sơ bộ theo cơng thức: ;1 đc c R Rn η= trong đĩ: R1c: điện trở nối đất của một cọc, Ω (tính theo cơng thức ở trên); Rđ: điện trở nối đất theo quy định, Ω ; ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 35 cη : hệ số sử dụng của cọc. Theo quy định số cọc khơng được ít hơn hai. - Xác định điện trở của thanh nối nằm ngang: bt lk l Rt 2 max 2lg...366,0 ρ= , Ω ; trong đĩ: l: chiều dài (chu vi) mạch vịng tạo bởi các thanh nối, cm; b: bề rộng của thanh nối, cm (thường lấy b bằng 4 cm); d: đường kính của thanh thép trịn . cm t: độ chơn sâu tính từ mặt đất đến giữa thiết diện ngang của thanh, cm (thường lấy t=0,8 cm) Điện trở của thanh nối thực tế cịn cần phải xét tới hệ số sử dụng thanh tη : t t t RR η=' , Ω - Xác định điện trở (khuếch tán) của n cọ chơn thẳng đứng Rc : ηn RR cc 1= , Ω trong đĩ: R1c: điện trở của một cọc hay mơt điện cực thẳng đứng; η : hệ số sử dụng của các điện cực chơn thẳng đứng. - Xác định điện trở (khuếch tán) của thiết bị nối đất gồm hệ thống cọc và các thanh nối nằm ngang: tc tc nđ RR RRR += . ,Ω So sánh điện trở nối đất tính được Rnđ với điện trở nối đất theo quy định Rđ, nếu Rnđ>Rđ thì tăng số cọc lên và tính lại. C) Sét và thiết bị chống sét: Sét là sự phĩng điện trong khí quyển giữa các đám mây tích điện và đất hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu. Ta cần phải cĩ biện pháp bảo vệ chống sét để tránh cho các cơng trình bị sét đánh trực tiếp. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 36 1) Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp: a) Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: Dùng cột thu sét, gồm kim thu sét bằng kim loại đặt trên cột cao hơn vật cần bảo vệ để thu sét và dây dẫn dịng sét xuống đất cùng với trang thiết bị nối đất để tản dịng sét xuống đất một cách an tồn. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là hình nĩn cong trịn xoay cĩ tiết diện ngang là những hình trịn ở độ cao hx cĩ bán kính Rx - Khi ; 3 2 hhx < thì: ;.8,01.5,1 Ph hhR xx ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= - Khi ; 3 2 hhx > thì: ;.1.75,0 Ph hhR xx ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= trong đĩ: hx: chiều cao của đối tượng được bảo vệ nằm trong vùng được bảo vệ của cột thu sét; P: hệ số, khi 30≤h m thì P = 1, khi 30>h m thì h P 5,5= . b) Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm: Các đường dây trên khơng dù cĩ được bảo vệ chống sét hay khơng thì các thiết bị điện cĩ nối với chúng đều phải chịu tác dụng của sĩng sét truyền từ đường dây tới. Biên độ của quá điện áp khí quyển cĩ thể lớn hơn điện áp cách điện của thiết bị, dẫn tới chọc thủng cách điện, làm hư hỏng thiết bị. Do đĩ để bảo vệ thiết bị trong trạm biến áp tránh sĩng quá điện áp truyền từ đường dây vào thì phải dùng các thiết bị chống sét để hạ thấp biên độ sĩng quá điện áp tới trị số an tồn cho cách điện cần được bảo vệ (cách điện của máy biến áp và của các thiết bị khác đặt trong trạm). Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là chống sét van (CSV) và khe hở phĩng điện. Khe hở phĩng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất gồm hai điện cực trong đĩ cĩ một điện cực được nối với mạch điện cịn điện cực kia nối với đất. Khi làm việc bình thường khe hở cách ly các phần tử mang điện (dây dẫn) với đất. Khi cĩ sĩng quá điện áp chạy trên dường dây, khe hở phĩng điện sẽ phĩng ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 37 điện và truyền xuống đất. Khe hở phĩng điện đơn giản, rẻ tiền nhưng nĩ khơng cĩ bộ phận dập hồ quang nên khi nĩ làm việc thì thiết bị bảo vệ rơle cĩ thể sẽ cắt mạch điện nên khe hở phĩng điện chỉ được dùng làm bảo vệ phụ. Chống sét van (CSV) gồm cĩ hai phần tử chính là khe hở phĩng điện và điện trở làm việc. Khe hở phĩng điện của chống sét van là một chuỗi các khe hở cĩ nhiệm vụ như đã nĩi ở trên. Điện trở làm việc là điện trở phi tuyến cĩ tác dụng hạn chế dịng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van khi sĩng quá điện áp chọc thủng các khe hở phĩng điện. Dịng điện này được duy trì bởi điện áp định mức của mạng điện. Cần hạn chế dịng ngắn mạch chạm đất để dập tắt hồ quang trong khe hở phĩng điện sau khi chống sét van làm việc. Điện trở của chống sét van (làm bằng chất vilit) sẽ giảm khi tăng điện áp đặt vào và sẽ tăng khi điện áp đặt vào giảm xuống bằng điện áp của mạng điện. Bảo vệ chống sĩng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp đạt được bằng cách đặt chống sét van và các biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm. c) Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp khu vực: Thường đặt van chống sét phía cao áp để bảo vệ cho trạm. Điều kiện chọn van chống sét là: Uđm CSV ≥ Uđm mạng điện Để đảm bảo van chống sét luơn sẵn sàng và làm việc tin cậy phải kiểm tra định kỳ và thử nghiệm các thơng số kỹ thuật của van như: điện áp phĩng điện, dịng điện rị v.v... d) Bảo vệ chống sét trong mạng hạ áp (mạng dân dụng): N hằm bảo vệ các thiết bị điện trong mạng hạ áp khơng bị sét đánh trực tiếp người ta dùng van chống sét hạ áp. Van chống sét hạ áp cĩ thể đặt ở thanh cái hạ áp của trạm biến áp khu vực. Van chống sét hạ áp cĩ cấu tạo gồm một khe hở phĩng điện và điện trở phi tuyến bằng ZnO. Khi cĩ điện áp sét lớn đặt lên van chống sét, điện trở của van giảm xuống rất nhanh, vì vậy dịng điện sét truyền thẳng xuống đất nên các thiết bị điện mắc sau nĩ sẽ được bảo vệ khỏi sự phá hủy của dịng điện sét. Van chống sét hạ áp thường đặt sau áptơmát (CB). ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 38 Chương 4 THIẾT KẾ CHI TIẾT CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU DÂN CƯ 1. Các số liệu ban đầu: Khu dân cư gồm: Khu A: _ 50 nhà liên kế. _ 45 Biệt thự. _ 1 Bãi đậu xe và một tồ nhà cơng cộng. Khu B: _ 64 nhà liên kế. _ 18 biệt thự. _ 1 Khu vườn ở và 1 nhà trẻ. Khu C: _ 101 biệt thự. _ 18 nhà liên kế. Khu D: _ 16 biệt thự. _ 80 nhà liên kế. Trong đĩ: • Phụ tải đặt của nhà liên kế: 3 kVA. • Phụ tải đặt của biệt thự: 5 kVA. • ∑ Phụ tải đặt của tải cơng cộng: 30%∑ (Phụ tải đặt của nhà liên kế + Phụ tải đặt của biệt thự). 2. Phương án cung cấp điện: Chi phí đầu tư cho lưới điện ngầm cao gấp ba lần lưới điện nổi nhưng so với lưới điện nổi thì lưới điện ngầm sẽ ổn định chất lượng, an tồn hơn để cung cấp điện và cơng tác vận hành, quản lý. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 39 Mặt khác, khi cĩ sự cố xảy ra hay cần ngưng cung cấp điện để sửa chữa sẽ hạn chế được phạm vi mất điện trên diện rộng. Đối với lưới điện nổi thì trường hợp mất điện do xảy ra sự cố như sét đánh, cây ngã, tình trạng thả diều gây ra là bất khả kháng nhưng lưới điện ngầm sẽ hạn chế thấp nhất các sự cố đĩ. Ngồi ra, khi chọn phương án lưới điện ngầm thì trường hợp dây cáp chằng chịt như mạng nhện trên trụ điện sẽ khơng xảy ra gĩp phần làm tăng vẻ mỹ quan đơ thị 3. Xác định phụ tải tính tốn cho khu dân cư: Cơng suất tính tốn tồn phần của mỗi khu: Stt = kđt.Sđặt kVA Chọn: kđt = 0,8 là hệ số đồng thời cĩ tính đến khả năng các thiết bị điện làm việc đồng thời. Khu A: ( ) ( ) ( ) ( )[ ]{ } 390%305453505453508,0. =××+×+×+××=AttS kVA. Khu B: ( ) ( ) ( ) ( )[ ]{ } 28,293%305183645183648,0. =××+×+×+××=BttS kVA. Khu C: ( ) ( ){ } 2,44731851018,0. =×+××=CttS kVA. Khu D: ( ) ( ){ } 2563805168,0. =×+××=DttS kVA. Cơng suất tính tốn cho 2 khu vực lớn AB và CD: • Stt.AB= Stt.A + Stt.B = 390 + 293,28 = 683,28 kVA. • Stt.CD= Stt.C + Stt.D = 447,2 + 256 = 703,2 kVA. 4. Chọn trạm biến áp phân phối: Chọn dung lượng máy biến áp cho trạm cĩ 2 máy biến áp: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 40 Xét khi cĩ sự cố ở một máy biến áp, thì máy cịn lại phải cĩ khả năng chạy quá tải trong thời gian 1 – 2 ngày để sửa chữa máy hỏng. Cơng suất máy biến áp xác định theo cơng thức kinh nghiệm sau: 4,1 tt đmBA SS = 1,488 4,1 28,683 4,1 . )( === ABttABđmBA SS kVA 286,502 4,1 2,703 4,1 . )( === CDttCDđmBA SS kVA Chọn 2 trạm biến áp mỗi trạm gồm hai máy cĩ cơng suất 560 kVA để cung cấp cho 2 khu (khu AB; khu CD). 0,38 Kv 22 Kv HÌNH 4.1 Dùng máy biến áp ba pha 2 dây quấn do Việt Nam chế tạo (THIBIDI), điện áp 22kV, 22kV %5,22×± /0,4 kV. (Bảng 8.20 tài liệu [2]) Cơng suất định mức (kVA) Dịng điện định mức (A) Thơng số kỹ thuật Trọng lượng (kg) Kích thước (mm) I1 I2 0PΔ (W) I0 (%) NPΔ (W) uN (%) cuộn dây và dầu tổng rộng dài cao 22 0,4 ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 41 (kV) (kV) lõi thép 560 16,7 808,3 1300 1,4 7600 5,0 1477 644 2774 1200 1800 2240 5. Chọn thiết bị điện cho mạng trung áp, hạ áp: 1. Chọn thiết bị điện cho mạng trung áp: 1.1 Chọn chống sét van cho mạng trung áp 22 kV: Chọn chống sét van do Siemens chế tạo Bảng 8.2 trang 380 Tài liệu [3] Loại đặt ở hệ thống phân phối, thiết bị đĩng cắt. Vật liệu Uđm (kV) Dịng điện phĩng định mức, (kA) Vật liệu vỏ 3EG4 Cacbua silic (SiC) 24 5 sứ 1.2 Phân bố cơng suất tính tốn cho các khu vực: Cơng suất tính tốn tồn phần của mỗi khu: Stt = kđt.Sđặt kVA Chọn: kđt = 0,8 là hệ số đồng thời cĩ tính đến khả năng các thiết bị điện làm việc đồng thời. *Khu AB1: Gồm khu A5, A6, ½ tải cơng cộng khu A. ( ) ( ) ( )[ ] 165%30545350 2 154968,01. =⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ ××+×++×=ABttS kVA. *Khu AB2: Gồm khu A3, A4, ½ tải cơng cộng khu A. ( ) ( ) ( )[ ] 169%30545350 2 170858,02. =⎭⎬ ⎫ ⎩⎨ ⎧ ××+×++×=ABttS kVA. *Khu AB3: Gồm khu A1, (B1, B2). { } 6,177192308,03. =+×=ABttS kVA. *Khu AB4: Gồm khu A2, B3, tải cơng cộng khu B. ( ) ( )[ ]{ } 68,171%3051836490408,04. =××+×++×=ABttS kVA. *Khu CD1: Gồm khu D1, C2. 6,185)15082(8,01. =+×=CDttS kVA. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 42 *Khu CD2: Gồm khu C1, D2. 164)55150(8,02. =+×=CDttS kVA. *Khu CD3: Gồm khu C3, C4 2,183)54175(8,03. =+×=CDttS kVA. *Khu CD4: Gồm khu C5, D3, D4. 4,170)998430(8,04. =++×=CDttS kVA. Dịng điện cực đại của các khu vực trong mạng hạ áp: 692,250 38,03 165 3 1. 1.max =×=×= đm ABtt AB U SI A. 769,256 38,03 169 3 2. 2.max =×=×= đm ABtt AB U SI A. 835,269 38,03 6,177 3 3. 3.max =×=×= đm ABtt AB U SI A. 841,260 38,03 68,171 3 4. 4.max =×=×= đm ABtt AB U SI A. 99,281 38,03 6,185 3 1. 1.max =×=×= đm CDtt CD U SI A. 172,249 38,03 164 3 2. 2.max =×=×= đm CDtt CD U SI A. 344,278 38,03 2,183 3 3. 3.max =×=×= đm CDtt CD U SI A. 896,258 38,03 170 3 4. 4.max =×=×= đm CDtt CD U SI A. 1.3 Chọn cầu chì tự rơi (FCO) cho mạng trung áp: Dịng điện lâu dài lớn nhất qua cầu chì tự rơi trung áp 22 kV là dịng quá tải của máy biến áp, với trạm đặt 2 máy biến áp thì IqtMBA = 1,4.Iđm.MBA = MBAđm MBAđm U S . . .3 .4,1 575,20 22.3 560.4,1.22max === MBAqtkV II A. Tương tự ta cĩ dịng điện lâu dài lớn nhất phía hạ áp của máy biến áp: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 43 2,1191 38,0.3 560.4,1.4,0max === MBAqtkV II A. Các điều kiện chọn cầu chì: Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện 1. Điện áp định mức (kV) 2. Dịng điện định mức (A) 3. Dịng cắt định mức (kA) 4. Cơng suất cắt định mức (MVA) đmLĐđmcc UU ≥ cbđmcc II ≥ Icđm "I≥ Scđm "S≥ Trong đĩ: đmLĐU : Điện áp định mức của lưới điện. cbI : Dịng điện cưỡng bức, nghĩa là dịng làm việc lớn nhất đi qua thiết bị cần kiểm tra, xác định theo sơ đồ cụ thể. "I : Dịng ngắn mạch siêu quá độ. "S : Cơng suất ngắn mạch: "..3" IUS tb= tbU : Điện áp trung bình của lưới điện, kV: đmLĐtb UU .05,1= Coi ngắn mạch là xa nguồn, thành phần dịng ngắn mạch khơng chu kỳ đã tắt, khi đĩ: "IIIN == ∞ N tb N Z UI .3 = Trong đĩ: NZ : Tổng trở ngắn mạch, tức là tổng trở tính từ nguồn tới điểm tính ngắn mạch. Chọn cầu chì tự rơi trung áp do Chance (Mỹ) chế tạo: Bảng 2.1 Trang 104 tài liệu [3] Lọai Mã số Ulvmax (kV) Iđm (A) IN (kA) Khối lượng (kg) 27 kV cĩ điện áp chịu đựng 125 kV C710 – 211PB 27 100 8 9,07 1.4 Chọn cáp ngầm cho lưới trung áp 22 kV: Lưới trung áp nĩi chung cĩ khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng cơng suất lớn nên chọn cáp ngầm dẫn điện theo điều kiện Jkt: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 44 Chọn thời gian sử dụng cơng suất cực đại: Tmax > 5000 (h) Tra bảng 4.3 Trang 194 tài liệu [3]: Ta cĩ: Jkt= 2,7 A/mm2. Dịng điện lớn nhất qua cáp cũng chính là dịng lớn nhất qua cầu chì vừa tính ở trên: 575,20 22.3 560.4,1.22max === MBAqtkV II A Tiết diện kinh tế của cáp 22 kV cần chọn . 62,7 7,2 575,2022.max === kt kV kt J IF mm2 Chọn cáp đồng 3 lõi, đai thép 12/20(24) kV cách điện XLPE cĩ đai thép, do hãng ALCATEL (Pháp) chế tạo: Bảng 4.41 Trang 262 tài liệu [3] Tiết diện lõi F mm2 Điện trở ở 900C r0 km/Ω Điện kháng L0 kmmH / Điện dung C0 kmF /μ Dịng điện tải cho phép (A) ở vùng nĩng dưới đất Icp 25 0,927 0,55 0,13 124 Giá trị điện kháng trên 1 km đường dây cáp nằm trong khoảng: x0 = km/)1,008,0( Ω÷ Chọn x0 = 0,1 km/Ω cho đơn giản, ta cĩ Z0 = r0 + jx0 = 0,927 + j0,1 Z = r0.l + jx0.l = R + j.X Với l: chiều dài dây dẫn km; lCD = 42,07 m (Chỉ chọn chiều dài đọan CD để tính tốn vì chiều dài AB rất nhỏ so với CD) Khu dân cư cĩ tải sinh hoạt nên chọn 75,0cos =ϕ tt tt S P=ϕcos tttt SP ×=⇒ ϕcos 46,51228,68375,0 =×=ttABP kW 4,5272,70375,0 =×=ttCDP kW 882,075,0cos =→= ϕϕ tg ϕtgPQ tttt ×= ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 45 99,451882,046,512 =×=×= ϕtgPQ ttABttAB kVAr 167,465882,04,527 =×=×= ϕtgPQ ttCDttCD kVAr Kiểm tra điều kiện kỹ thuật đối với tiết diện cáp đã chọn : VkVkVUUU đmbtcpbt 11001,122%.5%.5 ====Δ<Δ (đối với lưới 35≤ kV) Trong đĩ: btUΔ : tổn thất điện áp của đường dây trong trường hợp làm việc bình thường btcpUΔ : tổn thất điện áp cho phép khi đường dây làm việc bình thường đm bt U XQRPU .. +=Δ V U XQRPU kV CDttCDCDCDtt btCD 1 22 1007,421,0167,4651007,42927,04,527 33 22 . =×××+×××= ×+×=Δ −− VUVU btcpbtCD 11001 =Δ<=Δ Vậy cáp đã chọn là thỏa mãn yêu cầu. Xác định dịng ngắn mạch: Điện kháng hệ thống điện được tính theo cơng thức sau: cdmMC tb H S UX 2 = Trong đĩ: tbU : Điện áp trung bình của lưới điện, kV: đmLĐtb UU .05,1= cdmMCS : Cơng suất cắt định mức của máy cắt dầu đường dây trung áp (MVA). Hiện nay trên hệ thống điện Việt Nam cịn đang sử dụng nhiều máy cắt của Liên Xơ, nếu khơng cĩ bảng tra cứu thì cĩ thể lấy cơng suất cắt của các máy cắt bằng 250÷300 MVA . Ở đây chọn cdmMCS = 275 MVA. Ω=×= 94,1 275 )2205,1( 2 HX Tổng trở đường dây cáp ngầm 22 kV (cung cấp cho khu CD): ZC = r0.lCD + jx0.lCD = RCD + j.XCD ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 46 = 0,927.42,07.10-3 + j0,1.42,07.10-3 = 0,003899 + j4,207.10-3 Ω Trị số dịng ngắn mạch: kA XXR U Z UI CHC tb N tb N 858,6 )10207,494,1(03899,03 2205,1 )(33 232 22 =×++× ×= ++×=×= − Kết quả kiểm tra cầu chì đã chọn cho theo bảng sau: Các đại lượng Kết quả kiểm tra 1. Điện áp định mức, (kV) 2. Dịng điện định mức, (A) 3. Dịng cắt định mức, (kA) 4. Cơng suất cắt định mức, (MVA) 2224 =>= đmLĐđmcc UU 575,20100 =>= cbđmcc II Icđmcc 858,6"8 ==>= NII Scđm 858,6.22.05,1.3"8.22.05,1.3 =>= S 2. Chọn thiết bị điện cho mạng hạ áp: Ta cĩ dịng điện lâu dài lớn nhất phía hạ áp của máy biến áp (đã tính ở phần chọn cầu chì tự rơi): 2,1191.4,0max == MBAqtkV II A. 2.1 Chọn áptơmát : Áptơmát được chọn theo điều kiện: UđmA ≥ UđmLĐ IđmA ≥ Itt Với lưới hạ áp vì ngắn mạch xa nguồn nên khơng cần kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. Sau khi chọn áptơmát cần phải chỉnh định mức cắt dịng điện quá tải. 2.1.1. Chọn áptơmát do Merlin Gerin sản xuất cho các tủ phân phối lớn trong trạm biến áp: 2.1.1.1 Chọn áptơmát tổng hạ áp của mỗi máy biến áp và áptơmát liên lạc giữa 2 máy biến áp: Chọn 6 cái cùng loại NS1250 của Merlin Gerin cĩ Iđm = 1250A ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 47 Trạm đặt 2 máy biến áp, khi một máy bị sự cố cho phép máy cịn lại quá tải 40%, ta cĩ dịng quá tải máy biến áp là: 2,1191.4,0max == MBAqtkV II A. Để làm được chức năng bảo vệ quá tải máy biến áp, áptơmát phải cắt khi cĩ dịng lớn hơn 1191,2 A, nghĩa là phải hiệu chỉnh bộ phận cắt quá tải của mạch Micrologic 2.0A cĩ hệ số khởi động: Ir(1250) > 1191,2 A 2.1.1.2 Chọn áptơmát tổng cho các khu vực: AB1; AB2;AB3; AB4; CD1; CD2; CD3; CD4. Chọn 8 cái cùng loại NS400 của Merlin Gerin cĩ Iđm = 400A Để làm được chức năng bảo vệ quá tải cho từng khu vực, áptơmát phải cắt khi cĩ dịng lớn hơn dịng cho phép lớn nhất, nghĩa là phải hiệu chỉnh bộ phận cắt quá tải của trip STR23SE cĩ hệ số khởi động: Ir(AB1) = 250,692 A Ir(AB2) = 256,769 A Ir(AB3) = 269,835 A Ir(AB4) = 260,841 A Ir(CD1) = 281,99 A Ir(CD2) = 249,172 A Ir(CD3) = 278,344 A Ir(CD4) = 258,896 A 2.1.2. Chọn áptơmát do Panasonic (National) sản xuất cho các tủ phân phối nhỏ đến từng căn hộ: Cơng suất đặt nhà liên kế là: 3kVA Cơng suất đặt biệt thự là: 5kVA Với hệ số đồng thời là 0,8 ta cĩ cơng suất tính tốn tương ứng: Với nhà liện kế là: 3.0,8 = 2,4 kVA Với biệt thự là: 5.0,8 = 4 kVA ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 48 Dịng tổng 1 pha của mỗi căn hộ tương ứng: Imax nhà liên kế = 91,1022,0 4,2 == đm tt U S A Imax biệt thự = 182,1822,0 4 == đm tt U S A Dịng tổng 3 pha của 9 căn hộ tương ứng trong tủ phân phối: Imax nhà liên kế = 82,32 38,0.3 9.4,2 == đm tt U S A Imax biệt thự = 696,54 38,0.3 9.4 == đm tt U S A Chọn áptơmát tổng cho mỗi căn hộ cùng loại BD-63 của Panasonic (National) cĩ Iđm = 20A Chọn áptơmát tổng cho tủ phân phối đến 9 căn hộ loại BD-63 của Panasonic (National) cĩ Iđm = 63A 2.2 Chọn cáp ngầm hạ áp theo điều kiện dịng điện phát nĩng cho phép: Phương pháp này dùng chọn tiết diện dây dẫn lưới hạ áp cơng nghiệp và sinh hoạt đơ thị (trang 209 tài liệu [3]) 2.2.1 Lựa chọn loại dây, tiết diện dây dẫn theo biểu thức k1.k2.Icp ≥ Itt Trong đĩ: k1 – Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ứng với mơi trường đặt cáp. k2 – Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng cáp đi chung một rãnh. Icp – Dịng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện cáp định chọn lựa.(Tra bảng) 2.2.2 Thử lại theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ là áptơmát: k1.k2.Icp ≥ IkđnhA/1,5 = 1,25.IđmA/1,5 trong đĩ: IkđnhA: Dịng điện khởi động nhiệt của áptơmát (chính là dịng điện khởi động cắt quá tải). IđmA: Dịng điện định mức của áptơmát. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 49 2.2.3 Kiểm tra tổn thất điện áp: đmbtcpbt UUU %.5=Δ≤Δ 2.2.4 Chọn cáp ngầm hạ áp từ các tủ phân phối đến các khu vực: Chọn nhiệt độ lớn nhất cho phép của dây cáp ngầm là 800C, từ nhiệt độ mơi trường xung quanh là +300C tra bảng 4.73 trang 286 tài liệu [3] ta cĩ: k1= 0,88 Chọn khoảng cách giữa các sợi cáp ngầm là 100 mm, tra bảng 4.74 trang 286 tài liệu [3] xác định k2 = 0,9 khi cĩ 2 sợi cáp đặt chung một rãnh dưới đất. Chọn cáp XLPE 3, 4 lõi đồng điện áp 600/1000 V do DELTA chế tạo Bảng 4.31 trang 254 tài liệu [3] Fđm mm2 Iđm (A) của cáp 3, 4 lõi đai đứng, 600/1000 V 120 363 k1.k2.Icp = 0,88.0,9.363 = 287,496 A > Imax tt=ImaxCD1 = 281,99 A Thỏa mãn điều kiện 8 khu vực cần cung cấp Kiểm tra điều kiện kỹ thuật đối với tiết diện cáp đã chọn: Thử lại theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ là áptơmát : k1.k2.Icp ≥ IkđnhA/1,5 = 1,25.IđmA/1,5 (IkđnhA= Imax tt=ImaxCD1 = 281,99 A ) 287,496≥ 281,99/1,5 =187,99 A Thỏa mãn điều kiện 8 khu vực cần cung cấp Kiểm tra tổn thất điện áp: 38,0%.5=Δ≤Δ btcpbt UU kV = 0,019 kV = 19 V Điện trở của cáp đã chọn: F r ρ=0 km/Ω với 8,18=cuρ kmmm /2Ω 1567,0 120 8,18 0 ==r km/Ω ; chọn x0 = 0,1 km/Ω Chiều dài dây cáp lớn nhất là đường dây cấp điện cho khu AB2. lAB2 = 222,43 m ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 50 Coi đường dây điện cung cấp cho khu vực là phân bố đều trên chiều dài 222,43 m. Để tính tốn lựa chọn tiết diện dây dẫn ta thay thế phụ tải khu vực bằng phụ tải tập trung tại giữa đường dây: l / 2 l p t d + j q t d p i + j q i suy ra 215,111 2 43,222 2 ' 22 === ABAB ll m SttAB2 = 169 kVA. Khu dân cư cĩ tải sinh hoạt nên chọn 75,0cos =ϕ tt tt S P=ϕcos tttt SP ×=⇒ ϕcos 75,12616975,0cos 22 =×=×= ttABttAB SP ϕ kW 882,075,0cos =→= ϕϕ tg ϕtgPQ tttt ×= 794,111882,075,12622 =×=×= ϕtgPQ ttABttAB kVAr CZ ' = r0. 2'ABl + jx0. 2'ABl = 2'ABR + j. 2'ABX 38,0 10.215,111.1,0.794,11110.215,111.1567,0.75,126 '' 33 2222 −− += ×+×=Δ đm ABttABABttAB bt U XQRPU = 9,085 V VUVU btcpbtAB 19085,92 =Δ<=Δ Vậy cáp đã chọn là thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật. Tính ngắn mạch hạ áp với sơ đồ thay thế như sau: ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 51 22 kV N AT400A XBRB AT1250A 0,38 kV AT400A Tổng trở biến áp quy về phía hạ áp: Ω=== Ω==Δ= m S UuX m S UPR đmB đmBN B đmB đmBN B 893,1210. 560 38,0.510.%. 499,310. 560 38,0.6,710.. 4 2 4 2 6 2 2 6 2 2 1567,0 120 8,18 0 ==r km/Ω ; chọn x0 = 0,1 km/Ω Dịng ngắn mạch cĩ trị số: kA XRZ UI BB N 422,16 )893,12()499,3(.3 380 )()(.3 380 3 22 22 = += +== ∑ Dịng ngắn mạch qua AT1250A và AT400A gần như nhau khi bỏ qua điện trở tiếp xúc của áptơmát và điện trở, điện kháng của cuộn dây bảo vệ quá dịng trong áptơmát. Áptơmát AT1250A và AT400A đã chọn là thỏa mãn yêu cầu. 2.3 Chọn máy biến dịng hạ áp (BI): Dịng điện lớn nhất qua biến dịng (Của khu CD1). 99,2811.max =CDI A. ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 52 Phụ tải thứ cấp của BI gồm: 1. Ampemét: 0,1 A 2. Cơng tơ hữu cơng: 2,5 VA Tổng phụ tải:0,1 + 2,5 = 2,6 VA Các đồng hồ cĩ cấp chính xác 0,5 Chọn dùng máy biến dịng điện hạ áp 600≤U V do cơng ty thiết bị đo điện chế tạo tra bảng 8.6 trang 383 tài liệu [3] Mã sản phNm Dịng sơ cấp (A) Dịng thứ cấp (A) Số vịng dây sơ cấp Dung lượng (VA) Cấp chính xác Trọng lượng (kg) BD8 300 5 1 10 0,5 1,48 Chọn dùng 3 BI đặt trên ba pha đấu hình sao và dây dẫn dùng loại dây đồng cĩ tiết diện 2,5 mm2 ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 52 Chương 5 TỔNG KẾT THIẾT KẾ THEO DẠNG BẢNG SỐ LIỆU 1) Phụ tải tính tốn cho khu dân cư dựa trên số liệu ban đầu: Phụ tải đặt của nhà liên kế: 3 kVA. Phụ tải đặt của biệt thự: 5 kVA. ∑ Phụ tải đặt của tải cơng cộng: 30%∑ (Phụ tải đặt của nhà liên kế + Phụ tải đặt của biệt thự). Khu Nhà liên kế Biệt thự Tải cơng cộng Stt (kVA) A 50 45 1 bãi đậu xe, tịa nhà cơng cộng 390 B 64 18 1 khu vườn ở, 1 nhà trẻ. 293,28 C 101 18 447,2 D 16 80 256 AB 114 63 1 bãi đậu xe, tịa nhà cơng cộng 1 khu vườn ở, 1 nhà trẻ 683,28 CD 117 98 703,2 2) Số lượng, dung lượng của máy biến áp: Số máy Cơng suất định mức (kVA) Dịng điện định mức (A) Thơng số kỹ thuật Trọng lượng (kg) Kích thước (mm) 4 I1 I2 0PΔ (W) I0 (%) NPΔ (W) uN (%) cuộn dây và lõi thép dầu tổng rộng dài cao 22 (kV) 0,4 (kV) 560 16,7 808,3 1300 1,4 7600 5,0 1477 644 2774 1200 1800 2240 ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 53 3) Chống sét van cho mạng trung áp 22 kV: Số lượng Loại đặt ở hệ thống phân phối, thiết bị đĩng cắt. Vật liệu Uđm (kV) Dịng điện phĩng định mức, (kA) Vật liệu vỏ 6 3EG4 Cacbua silic (SiC) 24 5 sứ 4) Cầu chì tự rơi trung áp do Chance (Mỹ) chế tạo: Số lượng Loại Mã số Ulvmax (kV) Iđm (A) IN (kA) Khối lượng (kg) 6 27 kV cĩ điện áp chịu đựng 125 kV C710 – 211PB 27 100 8 9,07 5) Cáp ngầm trung áp 22 kV: Cáp đồng 3 lõi, đai thép 12/20(24) kV cách điện XLPE cĩ đai thép, do hãng ALCATEL (Pháp) chế tạo: Tiết diện lõi F mm2 Điện trở ở 900C r0 km/Ω Điện kháng L0 kmmH / Điện dung C0 kmF /μ Dịng điện tải cho phép (A) ở vùng nĩng dưới đất Icp 25 0,927 0,55 0,13 124 6) Cáp ngầm hạ áp từ các tủ phân phối đến các khu vực: Cáp XLPE 3, 4 lõi đồng điện áp 600/1000 V do DELTA chế tạo: Fđm mm2 Iđm (A) của cáp 3, 4 lõi đai đứng, 600/1000 V 120 363 ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 54 7) Số lượng áptơmát: Khu Stt (kVA) Imax (A) Số lượng áptơmát AB1 165 250,692 1 NS 400 AB2 169 256,769 1 NS 400 AB3 177,6 269,835 1 NS 400 AB4 171,68 260,841 1 NS 400 CD1 185,6 281,99 1 NS 400 CD2 164 249,172 1 NS 400 CD3 183,2 278,344 1 NS 400 CD4 170,4 258,896 1 NS 400 AB 1191,2 3 NS 1250 CD 1191,2 3 NS 1250 8) Tủ phân phối tổng AB, CD: 2 tủ. 9) Tủ phân phối cho từng căn hộ: 61 tủ 10) Máy biến dịng hạ áp (BI): Chọn dùng máy biến dịng điện hạ áp 600≤U V do cơng ty thiết bị đo điện chế tạo. số lượng Mã sản phNm Dịng sơ cấp (A) Dịng thứ cấp (A) Số vịng dây sơ cấp Dung lượng (VA) Cấp chính xác Trọng lượng (kg) 12 BD8 300 5 1 10 0,5 1,48 ww w. 4te ch .co m. vn Thiết kế cung cấp điện khu dân cư 55 11) Bảng tổng hợp các loại áptơmát, tủ phân phối dùng trong thiết kế: Khu vực Số lượng áptơmát Số lượng tủ phân phối Hãng sản xuất Tủ phân phối tổng Tủ phân phối cho từng khu vực Merlin Gerin Panasonic NS 1250 NS 400 BD63 20A BD63 63A AB1 1 63 7 7 AB2 1 81 9 9 AB3 1 81 9 9 AB4 1 72 8 8 CD1 1 54 6 6 CD2 1 45 5 5 CD3 1 54 6 6 CD4 1 99 11 11 AB 3 4 297 33 1 33 CD 3 4 252 28 1 28 Tồn bộ 6 8 549 61 2 61