Báo cáo đồ án môn học 1: Thiết kế mạng điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN ---------------o0o---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN

ĐAMH 1

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng chính trong đời sống sinh hoạt cũng như trong quá

trình sản xuất. Quá trình xây dựng, phát triển và hoàn thiện hệ thống điện chiếm một

vị trí quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.Thiết kế

mạng điện là vấn đề quan trọng trong hệ thống điện, có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu

kinh tế -kỹ thuật của hệ thống điện.Giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế-kỹ thuật trong

thiết kế, xây dựng và vận hành sẽ mang lại lợi ích đối với nền kinh tế nói chung và hệ

thống điện nói riêng.

Nhiệm vụ đồ án môn học 1 gồm những nội dung chính sau đây:

 Tính toán thiết kế đường dây phân phối 22kV.

 Tính toán sự cố ngắn mạch đường dây 22kV.

 Lựa chọn MBA phân phối và cầu chì bảo vệ.

ĐAMH 1

MỤC LỤC

Lời nói đầu……………………………………………………………………..1

Mục lục………………………………………………………………………...2

Chƣơng I:Tính toán thiết kế đƣờng dây phân phối 22kV………………...3

1.1 Tổng quan về đường dây phân phối…………………………………….....3

1.2.1 Lựa chọn dây dẫn cho phát tuyến chính……………………………….3

1.2 Tính toán thiết kế đường dây phân phối…………………………………...3

1.2.2 Lựa chọn dây dẫn cho các nhánh………………………………….…...5

Chƣơng II:Tính toán ngắn mạch cho đƣờng dây phân phối………………9

2.1 Các thông số của hệ thống và đường dây………………………………….9

2.1.1 Thông số trạm 110/22kV……………………………………………....9

2.1.2 Thông số đường dây 22kV…………………………………………….11

2.2.1 Hai máy cắt phân đoạn đóng…………………………………………..11

2.2.2 Hai máy cắt phân đoạn mở…………………………………………….13

2.2.3 Máy cắt phân đoạn 110kV đóng và máy cắt phân đoạn 22kV mở…....14

2.2 Tính toán ngắn mạch………………………………………………………11

Chƣơng III:Lựa chọn và bảo vệ MBA phân phối…………………………..16

3.1 Lựa chọn công suất MBA phân phối………………………………………16

2.2.4 Máy cắt phân đoạn 110kV mở và máy cắt phân đoạn 22kV đóng…....15

3.2 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ MBA phân phối…………………………….16

3.3 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ cho mạch nhánh…………………………….17

Tài liệu tham khảo……………………………………………………………...19

ĐAMH 1

CHƢƠNG I

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐƢỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22 kV

1.1 Tổng quan về đƣờng dây phân phối

-Đường dây phân phối là đường dây trung thế điện áp 22kV hay 15kV.

-Đường dây phân phối gồm phát tuyến chính được cung cấp từ phía hạ áp của trạm

biến áp phân phối 110/22 kV và một số đường dây nhánh lấy điện từ phát tuyến chính.

-Phát tuyến chính hay đường nhánh cung cấp cho phụ tải tập trung hay phân bố đều.

-Phụ tải được cung cấp qua máy biến áp phân phối hạ áp đặt trong trạm treo, trạm

giàn, trạm nền hay phòng biến điện, điện áp máy biến áp phân phối 22/0.4kV.

-Yêu cầu của thiết kế đường dây phân phối là chọn dây thỏa mãn độ sụt áp cho phép.

-Đường dây phân phối được bảo vệ bằng máy cắt đầu nguồn, cầu chì tự rơi và được

phân đoạn bằng cầu dao phân đoạn để tiện cho việc sửa chữa, bảo trì.

-Mạng phân phối thường có cấu trúc hình tia hay mạch vòng kín bình thường vận hành

hở nhằm đảm bảo liên tục cung cấp điện cho khách hang.

-Dây dẫn có thể là dây trên không hay cáp ngầm.

1.2 Tính toán thiết kế đƣờng dây phân phối 22kV

Mạng phân phối trong đồ án này là mạng hình tia, việc lựa chọn dây dẫn đối với phát

tuyến chính và các nhánh được thực hiện theo độ sụt áp cho phép (lấy độ sụt áp cho

phép là 5%).

1.2.1 Lựa chọn dây dẫn cho phát tuyến chính

ĐAMH 1

STT

Đoạn

1-2

2-3

3-4

4-5

2-6

6-7

3-8

8-9

5-11 11-12 12-13

3km 4 km 3 km 5 km 3 km 5 km 2 km 4 km 1 km 2 km

2 km

Khoảng cách

Thông số mạng phân phối 22kV

Phát tuyến chính là đoạn từ 1 đến 5, phụ tải với phát tuyến chính có thể thu gọn như

 Phụ tải tương đương quy về cuối đường dây:

 Giả thiết :

 Chọn dây AC-120; ( )

Dòng điện tổng:

 Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m:

√

ĐAMH 1

 Hằng số sụt áp:

 Sụt áp thực tế:

 Lập bảng tính sụt áp trên phát tuyến chính:

STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 4-5 5 1700 5 0,731 0,731

2 3-4 3 2600 3 0,6708 0,6708

3 2-3 4 3400 4 1,1696 1,1696

4 1-2 3 4400 3 1,1352 1,1352

 Sụt áp cho phép trên nhánh 5-13:

1.2.2 Lựa chọn dây dẫn cho các nhánh:

- Giả thiết :

- Chọn dây AC-35; ( )

ĐAMH 1

- Dòng điện tổng:

√

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1.2 m:

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

- Bảng tính sụt áp trên nhánh 5-13

STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 13-12 2 500 2 0,1863 0,1863

2 12-11 2 1500 2 0,5589 0,5589

3 11-5 1 1700 1 0,31671 0,31671

 Sụt áp cho phép trên nhánh 3-9:

ĐAMH 1

- Giả thiết

- Chọn dây AC-16; (

) vì để còn có khả năng phát triển phụ tải trong tương lai mà không cần thay cả đường dây nhánh rẽ.

- Dòng điện tổng:

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m

√

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

Bảng tính toán sụt áp trên nhánh 3-9

STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 8-9 4 500 4 0,78 0,78

2 3-8 2 800 2 0,624 0,624

ĐAMH 1

 Sụt áp cho phép trên nhánh 2-7:

Giả thiết :

Chọn dây AC-16; ( ) vì

để còn có khả năng phát triển phụ tải trong tương lai mà không cần thay cả

đường dây nhánh rẽ.

- Dòng điện tổng:

- Cho khoảng cách trung bình pha của đường dây 22 kV là : Dtb = 1,2 m

√

- Hằng số sụt áp:

- Sụt áp thực tế:

ĐAMH 1

Bảng tính toán sụt áp trên nhánh 2-7

STT Đoạn l (km) Stt (KVA) stt (km)

1 6-7 5 500 5 0,975 0,975

2 2-6 3 1000 3 1,17 1,17

CHƢƠNG II

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRÊN ĐƢỜNG DÂY PHÂN PHỐI

Tính toán ngắn mạch đường dây nhằm xác định các dòng sự cố trong các trường hợp

vân hành hệ thống, giúp ta có thể lựa chọn các thiết bị bảo vệ phù hợp và chỉnh định

chính xác.

Giá trị dòng ngắn mạch ở cấp điện áp 22kV sẽ tùy thuộc vào trạng thái của các máy

cắt phân đoạn trong trạm. Với dạng sơ đồ trạm đã sử dụng, ta cần tính giá trị ngắn

mạch trong 4 trường hợp sau:

 TH1: Hai máy cắt phân đoạn trên thanh góp đều đóng.  TH2: Hai máy cắt phân đoạn trên thanh góp đều mở  TH3: Máy cắt phân đoạn thanh góp 110kV mở, máy cắt phân đoạn thanh góp

22kV đóng.

 TH4: Máy cắt phân đoạn thanh góp 110Kv đóng, máy cắt phân đoạn thanh góp

22kV mở.

Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống là ngắn mạch 3 pha – N(3), ngắn mạch 2 pha – N(2) và ngắn mạch 1 pha chạm đất – N(1). Trong đó dòng ngắn mạch 3

pha là dòng có giá trị lớn nhất nên người ta thường dùng dòng này trong việc lựa chọn

khí cụ điện.

2.1 Các thông số của hệ thống và đƣờng dây

2.1.1 Thông số trạm 110/22kV

-MBA: Sđm=40MVA, UN%= 12,2%.

-Chiều dài l=80 (km).

-Điện kháng đường dây x0=0.4 (Ω/km).

ĐAMH 1

N=5300MVA.

-Công suất ngắn mạch ba pha của hệ thống: S(3)

-Có 8 phụ tải phía thanh góp 22 kV có cùng cộng suất 4.4MVA với chiều dài mỗi lộ là

L=15(km) có thông số phát tuyến chính đường dây 22kV như sau:

Loại dây ro(Ω/km) xo(Ω/km) R(Ω) X(Ω)

AC-150 Chiều dài (km) 15 0.2 0.325 3 4.875

Chọn công suất cơ bản: Scb=100MVA.

Chọn điện áp cơ bản:

-Phía sơ cấp máy biến áp: Ucb=110kV.

-Phía thứ cấp máy biến áp: Ucb=22kV.

Ta tính được dòng điện cơ bản và tổng trở cơ bản:

(kA).

(Ω).

-Phía sơ cấp máy biến áp:

(kA).

(Ω).

Từ thông số trên ta tiến hành tính toán trở kháng và điện kháng:

-Phía thứ cấp máy biến áp:

-Hệ thống:

(đvtđ).

-Dây dẫn:

ĐAMH 1

(đvtđ).

-Máy biến áp:

(đvtđ).

2.1.2 Thông số đƣờng dây 22kV:

Phát tuyến chính

Đoạn 1-2 1-3 1-4 1-5 l (km) 3 7 10 15 r0 (Ω/km) 0.2 0.2 0.2 0.2 x0 (Ω/km) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km) 0.6 1.4 2 3 0.975 2.275 3.25 4.875 0.325 0.325 0.325 0.325

Nhánh 1

Đoạn 2-6 2-7 l (km) 3 8 r0 (Ω/km) 2.06 2.06 x0 (Ω/km) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km) 6.18 16.48 1.191 3.176 0.397 0.397

Nhánh 2

3-8 3-9 2 6 0.397 0.397 2.06 2.06 4.12 12.36 0.794 2.382

Nhánh 3

5-11 5-12 5-13 1 3 5 0.37 0.37 0.37 0.85 0.85 0.85 0.85 2.55 4.25 0.37 1.11 1.85

2.2 Tính toán ngắn mạch

2.2.1 Trƣờng hợp hai máy cắt phân đoạn đóng

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

(đvtđ).

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

(đvtđ).

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

ĐAMH 1

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

(Ω).

(đvtđ).

 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát

tuyến chính:

(đvtđ).

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(kA).

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn

mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

(3) (kA)

Điểm NM Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5

5.06 3.18 2.48 1.8 IN

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Thông số các nhánh

Nhánh 1

Đoạn 2-6 2-7 l (km) 3 8 r0 (Ω/km) 2.06 2.06 x0 (Ω/km) 0.397 0.397 R0 (Ω/km) 6.18 16.48 X0 (Ω/km) 1.191 3.176

Nhánh 2

3-8 3-9 2 6 2.06 2.06 0.397 0.397 4.12 12.36 0.794 2.382

Nhánh 3

5-11 5-12 5-13 1 3 5 0.85 0.85 0.85 0.37 0.37 0.37 0.85 2.55 4.25 0.37 1.11 1.85

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các

nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

ĐAMH 1

(3) (kA)

Điểm NM Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

1.61 0.7 1.684 0.82 1.58 1.27 1.08 IN

2.2.2 Trƣờng hợp hai máy cắt phân đoạn cùng mở

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

(đvtđ).

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

(đvtđ)

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

(Ω).

(đvtđ).

 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát

tuyến chính:

(đvtđ).

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(kA).

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn

mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

(3) (kA)

Điểm NM Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5

3.29 2.39 1.98 1.53 IN

ĐAMH 1

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các

nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

1.5 0.69 1.57 0.81 1.41 1.21 1.06 Điểm NM (3) IN (kA)

2.2.3 Máy cắt phân đoạn 110kV đóng và máy cắt phân đoạn 22kV mở

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 110kV

(đvtđ).

 Điện kháng tương đương TTT,TTN từ hệ thống đến thanh cái 22kV

(đvtđ).

 Ngắn mạch tại các nút trên phát tuyến chính

Xét ngắn mạch tại nút 2

 Tổng trở TTT,TTN đoạn 1-2 trên phát tuyến chính

(Ω).

(đvtđ).

 Tổng trở tương đương TTT,TTN tính từ hệ thống đến nút 2 của phát

tuyến chính:

(đvtđ).

 Dòng ngắn mạch 3 pha tại nút 2 trên phát tuyến chính

(kA).

ĐAMH 1

Ta thực hiện tính toán tương tự cho các nút còn lại trên phát tuyến chính, dòng ngắn

mạch 3 pha tại các nút trên trên phát tuyến 22 kV có kết quả như sau:

(3) (kA)

Điểm NM Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5

3.93 2.19 1.65 2.7 IN

 Ngắn mạch tại các nút trên nhánh

Ta thực hiện cách tính tương tự như các nút trên phát tuyến chính cho các nút tại các

nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13 Điểm NM

(3) IN (kA)

1.57 0.7 1.66 0.83 1.51 1.28 1.1

2.2.4 Máy cắt phân đoạn 110kV mở và máy cắt phân đoạn 22kV đóng

Trong trường hợp này giá trị dòng ngắn mạch sẽ giống với giá trị dòng ngắn mạch

trong trường hợp 1 do các giá trị điện kháng tương đương TTT,TTN đến thanh cái

22kV bằng với giá trị điện kháng tương ứng trong trường hợp 1. Ta thực hiện tính toán

cho các nút trên phát tuyến chính, dòng ngắn mạch 3 pha tại các nút trên trên phát

tuyến 22 kV có kết quả như sau:

(3) (kA)

Điểm NM Nút 2 Nút 3 Nút 4 Nút 5

5.06 3.18 2.48 1.8 IN

Ta thực hiện cách tính tương tự cho các nút tại các nhánh, kết quả dòng ngắn mạch 3

pha tại các nút trên các nhánh cho kết quả như sau:

Nút 6 Nút 7 Nút 8 Nút 9 Nút 11 Nút 12 Nút 13

1.61 0.7 1.684 0.82 1.58 1.27 1.08 Điểm NM (3) IN (kA)

ĐAMH 1

CHƢƠNG III

LỰA CHỌN VÀ THỰC HIỆN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP PHÂN PHỐI

3.1 Lựa chọn công suất MBA phân phối

Công suất máy biến áp được chọn theo công suất phụ tải:

 Với trạm biến áp một máy:

 Với trạm biến áp hai máy:

Trong đó:

: Công suất định mức của máy biến áp.

: Công suất phụ tải, là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải mà người thiết kế

cần tính toán xác định nhằm lựa chọn máy biến áp.

Tra Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0.4 đến 500kV, ta lựa chọn MBA phân

phối hai cấp điện áp do ABB chế tạo với các thông số như sau:

STT Loại phụ tải Uđm (kV) UN % Công suất phụ tải (kVA) Số lượng MBA Tổn hao không tải (W) Tổn hao ngắn mạch (W)

Công suất định mức MBA (kVA) 200 315 500 800 800 1 2 3 4 5 200 300 500 900 1000 3 3 3 2 2 1 1 1 2 2 22/0.4 22/0.4 22/0.4 22/0.4 22/0.4 530 720 1000 1400 1400 3450 4850 7000 10500 10500 4 4 4 5 5

3.2 Lựa chọn bộ chì FCO bảo vệ MBA phân phối. Điều kiện để chọn cầu chì FCO bảo vệ MBA:

 Uđmcc ≥ Ulưới

 Iđmcc ≥ Icb

 Icắtcc ≥ INM

Trong đó:Icb là dòng cưỡng bức, tức là dòng làm việc cực đại đi qua thiết bị được bảo

vệ.

ĐAMH 1

(3) (kA)

Vị trí IđmMBA (A) Icb (A) IN Ulưới (kV) SMBA (KVA) Số lượng MBA

1 22 500 13.12 1.61 13.12

1 22 500 13.12 0.7 13.12

1 22 315 8.27 1.684 8.27

1 22 500 13.12 0.82 13.12

2 22 800 23.62 2.48 21

1 22 200 5.25 1.58 5.25

2 22 800 26.24 1.27 21

1 22 500 13.12 1.08 13.12 Phụ tải 1 Nút 6 Phụ tải 2 Nút 7 Phụ tải 3 Nút 8 Phụ tải 4 Nút 9 Phụ tải 5 Nút 4 Phụ tải 6 Nút 11 Phụ tải 7 Nút 12 Phụ tải 8 Nút 13

Kết quả lựa chọn:

Kết quả ta chọn bộ chì FCO của hãng CHANCE (Mỹ) có các thông số sau:

Mã số Ulvđm (kV) Loại cầu chì tự rơi

27kV có điện áp chịu đựng 125 kV

27 27 27 27 27 27 27 27 Phụ tải 1 2 3 4 5 6 7 8 C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB C710 -211PB Iđm (A) 100 100 100 100 100 100 100 100 IN (kA) 8 8 8 8 8 8 8 8

3.3 Lựa chọn FCO bảo vệ cho mạch nhánh. Ta thực hiện việc lựa chọn FCO tương tự như ở phần trước với các điều kiện:

 Uđmcc ≥ Ulưới

 Iđmcc ≥ Icb

 Icắtcc ≥ INM

Trong đó:

Icb là dòng làm việc lớn nhất chạy qua chỗ đặt FCO, khi tải đạt cực đại.

INM là dòng ngắn mạch ngay sát chỗ đặt BV, xem như ngắn mạch tại các nút.