CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO CÔNG SUẤT 250 KVA – 22/0,4 KV

1

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO
CÔNG SUẤT 250 KVA – 22/0,4 KV


Công suất
(kVA)
Điện áp
(kV)
ΔP
0

(W)
ΔP
N

(W)
U
N

(%)
Kích thước:
Dài-rộng-cao
(mm)
Trọng lượng
(kG)
250
22/0,4
640

4100
4
1370-820-1485
1130

2

I. Phần mở đầu:
Trong ngành điện lực việc thiết kế trạm biến áp là một công việc được
quan tâm, vì khi tính toán cung cấp điện cho một cụm dân cư, một khu phố
hay một khu công nghiệp thì trạm biến áp là một trong những thiết bị quan
trọng trong hệ thống cung cấp điện.
Trong phần thiết kế trạm biến áp ta tiến hành những công việc sau:
1. Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây của trạm.
2. Chọn các thiết bị điện cao áp.
3. Chọn các thiết bị điện hạ áp.
4. Tính toán ngắn mạch để kiểm tra thiết bị đã chọn.
5. Tính toán nối đất.
Các số liệu ban đầu:
1. Trạm biến áp có công suất 250 kVA.
2. Điện trở suất của đất

=0,4.10
4
Ω.cm
3. Công suất cắt ngắn mạch S
N
= 300 kVA.
II. Chọn máy biến áp và sơ đồ nối dây:

1. Chọn máy biến áp chế tạo tại Việt Nam.
2. Ta chọn máy biến áp có hệ thống làm mát tự nhiên bằng dầu loại
250 kVA – 22/0,4 kV do ABB chế tạo có các thông số sau:

Công
suất
(kVA)
Điện
áp
(kV)
ΔP
0

(W)
ΔP
N

(W)
U
N

(%)
Kích thước:Dài-rộng-
cao
(mm)
Trọng
lượng
(kG)
250
22/0,4

640
4100
4
1370-820-1485
1130
III. Chọn thiết bị điện áp cao:
Đối với các thiết bị cao áp ta chọn theo điều kiện sau:
U
dmtb
≥ U
dmmạng
= 22 kV
Dòng điện làm việc cực đại của MBA:
3

I
dmtb
≥ I
lvmax
=
dm
S 250
7,72A
3.U 3.22


U
dm
≥ U
dmmạng

I
dmtb
≥ I
lvmax.

1. Chọn cầu chì tự rơi:
Căn cứ vào 2 điều kiện trên ta chọn cầu chì tự rơi có các thông số sau:
Kiểu
U
dmmax

(kV)
I
dm
(A)
I
Nmin

(A)
I
cắtN

(kA)
Trọng lượng
(kg)
3GD1401-5B
24
10
25
40

4,8
2. Chọn sứ cao thế :
( Phụ lục 2.28 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr 347)
Sứ đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:
Kiểu
U
dm

(kV)
F
(kg)
U
pđ khô
(kV)
U
pđ ướt
(kV)
Trọng lượng
(kg)
0WH-35-
2000
35
2000
120
80
44,6
3. Chống sét van:
Dùng loại chống sét van do SIEMENS chế tạo có các thông số sau:
( Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô
Hồng Quang)

Loại
Vật liệu
U
dm

(kV)
Dòng điện phóng ĐM
(A)
Vật liệu
vỏ
3EG6
Oxyt kim loại
(MO)
24
10
Nhựa
Về phía hạ từ tủ phân phối đi ra 2 lộ cáp và một đường dây trên không
cần đặt chống sét van hạ áp trong tủ phân phối.
Dùng chống set van hạ ap do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số kỹ
thuật sau:
4

Loại
U
dm
(kV)
Số cực
Dòng tháo sét ( kA)
Khối lượng (kg)
5SD7003

0,28
4
100
0,825

4. Chọn thanh dẫn xuống máy biến áp:
Ta chọn thanh dẫn theo độ bền cơ học và theo I
lvmax
:
I
lvmax
=
dm
S 250
6,56A
3.U 22. 3


Ta chọn thanh đồng tròn có sơn để phân biệt pha.
Bảng thông số tra bảng 2 Phụ lục- 10 Giáo trình thiết kế nhà máy điện:
Chủng loại
Đường kính (mm)
I
cp
(A)
Thanh đồng tròn
8
235

5

IV. Chọn thiết bị điện hạ áp:
Khi chọn các thiết bị điện hạ áp ta dựa vào những điều kiện sau:
I
lvmax
=
dm
dm
S
250
360,84A
3.U 0,4. 3


U
dm
≥ U
dmmạng
I
dmtb
≥ I
lvmax.
Yêu cầu bố trí thiết bị điện trong tủ hạ áp sao cho gọn thoáng, dễ kiểm
tra và thao tác.
1. Chọn cáp từ máy sang tủ phân phối.
Cáp chọn theo điều kiện phát nóng.
k. I
cp
≥ I
lvmax.

Tra bảng 4.3 Mạng lưới điện lấy k=1 (vì có 1 đường cáp làm việc);
I
cp
= 360,84 A
Dựa vào điều kiện đó ta chọn cáp tiết diện là cáp PVC (3x 150 + 1x
150)mm
2
.
Tra bảng PL U.29 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr376 ta có các
thông số sau:
F
(mm
2
)
d (mm)
m
(kg/km)
R
0

(Ω/km) ở 20
0

C
I
cp
(A)
Lõi
Vỏ
Trong

nhà
Ngoài
trời
Min
Max
4G150
14
44,5
52,5
6850
0,124
387
395
2. Chọn tủ phân phối :
Tra giáo trình Hệ thống cung cấp điện trang 358 ta có:
Tủ tự tạo có : cao 1,2m - rộng 0,8m – dày 0,3m chứa 1 AT; 3 A nhánh
a) Thanh cái hạ áp:
Chọn theo PL-10 giáo trình thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp ta có
bảng sau:
Kích thước
Tiết diện thanh dẫn
Trọng lượng
Dòng điện cho phép
6

thanh dẫn
(mm
2
)
(kg/m)

(A)
30x4
120
1,066
475
b) Chọn Áptomát tổng:
Căn cứ vào I
lvmax
= 360,84 A.
Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr.355 ta chọn Aptomát
do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:
Loại
U
dm
(V)
I
dm
(A)
I
tđ tức thời
(kA)
R (mΩ)
X(mΩ)
AB-4
400
400
42
0,15
0,1
c) Chọn Áptomát nhánh:

Từ thanh cái hạ áp có 3 lộ ra có I
N
=
360,84
120,28A
3


Tra mục 3.10 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện tr.355 ta chọn Aptomát
do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:
Loại
U
dm
(V)
I
dm
(A)
I
cắt tức thời
(kA)
R (mΩ)
X(mΩ)
A3130
400
200
11
0,36
0,28
d) Chọn máy biến dòng:
Chọn máy biến dòng theo điều kiện sau:

I
dmBI

tt
I
1,2


U
dm
≥ U
dmmạng

Theo Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV- Ngô
Hồng Quang ta có các thông số sau:
Mã sản
phẩm
Dòng
sơ cấp
(A)
Dòng
thứ cấp
(A)
Số
vòng
dây sơ
cấp
Dung
lượng
(VA)

Cấp
chính
xác
Đường
kính
(mm)
Trọng
lượng
(kg)
DR36
100
5
1
2,5
0,5
28
1,3
e) Chọn chống sét van hạ thế:
7



Loại
U
dm
(kV)
U
chọc thủng
(kV)
U

xk
(kV)
PBH 0,5
0,66
>105
3-4,5
f) Chọn công tơ đo đếm:
Công tơ
Đồng hồ Vôn
Đồng hồ Ampe
P + Q
3 x 5 (A)
220/380 (V)

378

378

g) Chọn sứ hạ thế :
Tra PL 2.27 Giáo trình Hệ thống cung cấp điện ta chọn sứ 0

-1-375 do
Liên Xô chế tạo có các thông số sau:
Loại
U
dm
(kV)
U
phá hoại
(kV)

F
phá hoại
(kg)
Khối lượng
(kg)
0

-1-375
1
11
375
0,7

8

V. Tính ngắn mạch:
- Giả thiết ngắn mạch sảy ra là ngắn mạch 3 pha đối xứng ta coi : I” =
I

.
- Thời gian tồn tại của ngắn mạch bằng thời gian bảo vệ của Rơle và Máy
cắt.
I”: Dòng điện siêu quá độ.
I


: Giá trị tức thời của dòng điện ngắn mạch trong chế độ xác lập.
I
xk
: Trị số tức thời của dòng điện xung kích.

I
xb
: Giá trị hiệu dụng lớn nhất của dòng ngắn mạch.
1. Các bước tiến hành tính ngắn mạch:
Tính ngắn mạch tại hai điểm theo sơ đồ sau:

Tính ngắn mạch tại điểm N
1
:
Ta tính ngắn mạch 3 pha đối xứng và nguồn được coi là có công
suất vô cùng lớn vì trạm biến áp ở xa nguồn khi tính toán ngắn mạch
ta có thể xem: I
N
= I” = I

.
Sơ đồ thay thế :
9



Điện kháng hệ thống :
U
tb
= 1,05.U
dm
= 1,05.22 = 23 kV.
X
HT
=

2
2
3
dm
N
U
23
1,763.10 ( )
S 300

  

Điện trở và điện kháng của dây dẫn đối với dây AC-150
Ta có: r
0
= 0,21 (Ω/km) & x
0
= 0,416 (Ω/km) & L = 4 (km)
R
D1
= r
0.
L = 0,21.4 = 0,84 (Ω)
X
D1
= x
0.
L = 0,416.4 = 1,664 (Ω)
Tổng trở từ hệ thống đến đầu điểm N
1

:
Z
Σ1
= R
D1
+j(X
HT
+ X
D1
) = 0,84+j(1,664+
3
1,763.10

) = 0,84+
j1,665 (Ω)
Dòng điện ngắn mạch 3 pha:
I
N
=
dm
22
1
U
22
Z . 3
3. (0,84 1,665 )



6,81 (kA)

Tính toán ngắn mạch tại điểm N
2
:
Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp , ta coi MBA là nguồn , vì vậy điện
áp phía hạ áp không thay đổi khi sảy ra ngắn mạch. Do đó ta có: I
N
= I” =
I

.
Sơ đồ thay thế:


Tổng trở của Máy Biến Áp:

2 6 2 4
n dm n dm
B
2
dm dm
2 6 2 4
2
P .U .10 U %.U .10
Zj
SS
4,1.0,4 .10 4.0,4 .10
j 10,496 j25,6(m )
250 250



    

Cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối dài 60 m , do đó ta có:
Z
D2
= R
D2
= 0,124.60.10
-3
= 0,0074 (mΩ)
Tổng trở của Aptomát tổng:
Z
AT
= R
AT
+j X
AT
= 0,15+j0,1 (mΩ)
10

Do đó ta có tổng trở:
Z
Σ2
= Z
B
+ Z
D2
+ Z
AT

= 0,15+j0,1 +
10,496 j25,6
+ 0,0074
= 10,653+j 25,7 (Ω)
Do đó dòng điện ngắn mạch 3 pha:
I
N2
=
dm
22
2
U
400
8,3(kA)
Z . 3
3. (10,653 25,7 )




Dòng điện xung kích tính toán:
I
xk2
=
xk N2
2.k .I 2.1,3.8,3 15,26(kA)

2. Kiểm tra khí cụ điện cao áp (Cầu chì tự rơi):
I
dm cắt

≥ I
N1
.
Theo như tính toán ở trên ta có :
I
N1
= 6,81 kA.
I
dmcắt
= 25 kA.
Do đó cầu chì tự rơi đã chọn thoã mãn ( đạt yêu cầu).
3. Kiểm tra khí cụ điện cao áp:
Thanh cái hạ áp:
- Kiểm tra ổn định lực điện động:
Khi có ngắn mạch sảy ra , dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh
cái làm cho thanh cái chịu một lực rất lớn, sự rung động có thể làm
cho thanh cái bị uốn cong sinh ra phá hoại thanh cái và các sứ đỡ.
Do đó ta phải kiểm tra thanh cái theo điều kiện sau:
S
cp
≥ S
tt

Ta có S
cp
= 1400 kg/cm
2
.
Ứng suất tính toán được tính theo biểu thức sau :
S

tt
=
2 2 2
xk
1,76.10 .L .i
10.a.


Trong đó :
L = 60 cm : Khoảng cách giữa 2 sứ đỡ.
11

a = 14 cm : Khoảng cách giữa các pha.
I
xk
= 15,26 kA: Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N
2
.


= 0,17.b.h : Mômen chống uốn của thanh cái
Với b=4 mm; h= 30 mm.
Thay vào ta có:
S
tt
=
2 2 2
1,76.10 .60 .15,26
10.14.0,17.0,4.3
=338,5 (kg/cm

2
)
Vậy ta có : S
cp
≥ S
tt

Do đó thanh cái đảm bảo ổn định lực điện động.
- Kiểm tra ổn định nhiệt:
Kiểm tra ổn định nhiệt dựa vào điều kiện sau:
F
cp
≥ F
tt

Ứng lực cho phép trên đầu quả sứ:
F
cp
= 0,6.F
phá hoại

= 0,6.375 = 225 (kg).
Ứng lực tính toán được tính theo biểu thức:
F
tt
= 1,76.10
-2
.
2
xk

i .L
a

Với a=14 cm & L =60 cm ta có :
F
tt
= 1,76.10
-2
.
2
15,26 .60
17,56(kg)
14


Do đó ta có : F
cp
≥ F
tt
nên sứ đã chọn đạt yêu cầu.
- Kiểm tra Aptomát tổng:
Điều kiện kiểm tra:
I
xkkt
≥ I
xkN2

Trong đó:
I
xkkt

: Dòng điện xung kích tra bảng phụ lục IV.10 ta có:
I
xkkt
= 42 (kA)
I
xkN2
: Dòng xung kích tính toán tại điểm ngắn mạch
12

I
xkN2
=15,26 (kA)
Vậy Aptomát tổng đã chọn đã thoã mãn yêu cầu.
VI. Tính toán nối đất cho trạm biến áp:
Trong các trạm biến áp thì nối đất an toàn và nối đất làm việc thường
được nối chung với nhau. Điện trở nối đất của toàn trạm biến áp hạ áp với
công suất không quá 320 kVA thường có R
d
≤ 4 Ω. Căn cứ vào điện trở xuất
của đất của đất

=0,4.10
4
Ω.cm & mặt bằng của trạm có đủ điều kiện đóng
cọc tiếp đất thì ta chọn phương án nối đất của trạm, sau đó tính toán điện trở
nối đất của phương án đã chọn.
Nếu trong trường hợp R
tt
= 4 Ω thì phương án nối đất đạt yêu cầu nếu
R

tt
≥ 4 Ω , ta phải sử lý bằng cách đóng cọc cho đến khi điện trở nối đát đạt
yêu cầu.
Mặt bằng bố trí tiếp địa:

Dự kiến phương án nối đất:
- Ta sử dụng mạch vòng gồm 6 cọc được nối với nhau.
- Cọc sử dụng loại cọc sắt góc L60x60x6
- Thanh ta dùng sắt rẹt 40x4
Dự kiến phương án nối đất như hình vẽ.
Xét độ ẩm của đất , độ ẩm của đất thường có dao động vì nó phụ thuộc
vào mùa mưa hay là mùa khô , do đó ta xác định điện trở nối đất theo mùa.
13



d
=

dtmùa

Tra bảng phụ lục ta có k
mùa khô
= 0,4
k
mùa lạnh
= 1,6
Điện trở nối đất của cả Hệ thống được tính theo công thức sau:

ct

HT
c t t c
R .R
R
R . n.R .




Trong đó:
R
c
: Điện trở của cọc
R
t
: Điện trở của thanh
n : Số cọc


t
;

c
: Hệ số sử dụng của thanh và cọc.
1. Tính điện trở nối đất của cọc:
Cọc nối đất có điện trở được tính theo công thức sau:

2
c
2.L 1 4.t L

R (ln .ln )
2. .L d 2 4.t L






Trong đó :
L: Chiều dài cọc L = 250 cm.
t = h+ L/2 = 250/2+80 = 205 cm.
d: Đường kính cọc
d= 0,95.b = 0,95.6 =5,7 (cm)
Thay số vào ta có :


4
2
c
0,4.10 .1,4 2.250 1 4.205 250
R (ln .ln ) 17,08( )
2.3,14.250 5,7 2 4.205 250

   


2. Tính toán điện trở nối đất của thanh :
Điện trở nối đất của thanh được tính theo biểu thức sau :

2

t
k.L
R .ln
2. .L h.d




Trong đó :
L : Chiều dài của thanh (L =250cm)
14

h: Độ sâu (h=80 cm)
d: Đường kính thanh
d=b/2=4/2=2 (cm)
k = 5,81.
Tra bảng ta có :


t
= 0,45


c
= 0,8
Do đó Điện trở nối đất của thanh được tính :

42
t
0,4.10 250 .5,81

R .ln 31,5( )
2.3,14.250 80.2
  

Điện trở nối đất của toàn trạm :


ct
HT
c t t c
R .R
17,08.31,5
R 3,38( )
R . n.R . 17,08.0,45 6.31,5.0,8

   


Vậy ta có R
HT
=3,38(Ω) < R
d
= 4(Ω)
Do đó phương án nối đất vạch ra trên đây đạt yêu cầu về kỹ thuật.
VII. Kết cấu trạm :
Do điều kiện phố phường chật hẹp và dân cư đông. Nen ta không thể
thiết kế trạm bệt được do vậy ta phải thiết kế trạm treo.
Các thông số của trạm treo :
- Diện tích mặt bằng là : 3m x 5m =15 m
2

.
- Dựng 2 cột ly tâm cao 11m , khoảng cách cột là 3m.
- Dàn trạm cao 2,5m , tủ hạ áp có : Chiều cao 1,2m
Chiều rộng 1m
Bề dày 0,5m