CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHỤ TẢI CÔNG SUẤT 400 KVA – 10/0,4 KV

1

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP PHỤ TẢI
CÔNG SUẤT 400 KVA – 10/0,4 KV


Công suất
(kVA)
Điện áp
(kV)
ΔP
0

(kW)
ΔP
N

(kW)
R
()
X
()
400
10/0,4
0,92
5,5
1370-820-1485
1130

2

Đề bài: Thiết kế trạm biến áp phụ tải cung câp điện cho 234 hộ dân
thuộc Xóm 1, xã Thiệu Khánh, huyện Thanh Hóa. Đường dây 0,4kV được
chia làm 3 lộ trục, cấp điện cho số hộ tương ứng mỗi lộ là 76 hộ.
1.1. Xác định phụ tải tính toán
1.1.1. Nhu cầu phụ tải thực tế
Qua khảo sát thì khu vực trung bình có các thiết bị dùng điện sau:
+ Mỗi hộ có 3 phòng, diện tích 25 m
2
(p
o
= 9 W/m
2
) cho cả
chiếu sáng và quạt.
+ Mỗi bóng đèn cổng có công suất 100W.
+ Nồi cơm điện công suất 500W.
+ Tivi: 100W
+ Catset: 40W
Tổng cộng: 100+40+500+100+25*9*3 = 1415W
Hệ sô đồng thời: = 0,7
Do đó công suất tính toán trên một hộ là:
Po = 1415*0,7 = 990,5 W ≈ 1kW
1.1.2. Phụ tải tính toán cho toàn khu vực
Công thức tính toán chung:
P
tt
= k.Po.n
Trong đó:
P

tt
: công suất tác dụng tính toán của phụ tải
K: hệ số dự trữ có xét đến khả năng phát triển trong tương lai
của phụ tải
N: số hộ dân cư
Po: suất tính toán trên một hộ
Do đó:
3

P
tt
= 1,1*1*234 = 257,4 kW
Đây là khu vực có đông dân cư với mật độ dân cư cao nên ta có:
cosφ = 0,85
Vậy:
S
tt
= 302,84 kW
1.2. Chọn máy biến áp, sơ đồ đấu dây và kiểu trạm
1.2.1. Chọn máy biến áp
Điều kiện chọn:
S
tt
≤ S
đmMBA

Vậy ta chọn MBA TM-400-10/0,4kV do công ty chế tạo MBA Đông
Anh sản xuất với các thông số sau:
+ Tổ đấu dây: Y/Yo – 12
+ Phạm vi điều chỉnh điện áp: ± 2 *2,5%

+ S
đm
= 400kVA
+ U
cdđ
= 10 kV
+ U
hdđ
= 0,4 kV
+ ∆P
o
= 0,92 kW
+ ∆P
N
= 5,5 kW
+ R = 0,37 
+ X = 10,6 
1.2.2. Chọn kiểu trạm biến áp
Lựa chọn trạm biến áp kiểu bệt ngoài trời có xây tường rào bao quanh
Kích thước MBA 6m*9m
1.2.3. Sơ đồ đấu dây của trạm
- Phía cao áp dùng cầu chì tự rơi
- Dùng chống sét van phía 10kV: ZnO – 10kV
- Dùng tủ phân phối cho trạm: 500 – 600. Gồm 1 Aptomat tổng và 3
aptomat nhánh.
4

1.2.4. Thiết bị cao áp
1.2.4.1. Điều kiện chọn
Điều kiện:

U
đmTB
≥ U
đmmạng

I
đmTB
≥ I
đmmạng

Trong đó:
U
đmTB
, U
đmmạng
: điện áp định mức của thiết bị và mạng điện
I
đmTB
, I
đmmạng
: dòng điện định mức của thiết bị và mạng điện
* Phía 20kV:

3.
302,84
17,48
3.10
tt
tt
dmh

S
I
U
A



* Phía 0,4kV:

3.
302,84
437,11
3.0,4
tt
tt
dmh
S
I
U
A



1.2.4.2. Chọn dây dẫn từ trạm xuống má tĩnh Cầu chì tự rơi
Ta chọn theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế

2
17,48
15,89
1,1

tt
tt
kt
I
F
J
mm



Chọn dây dẫn AC-70 (điều kiện vầng quang và đảm bảo độ bền cơ) có
dòng cho phép I
cp
= 265 A
1.2.4.3. Chọn chống sét van
Chọn chống sét van không khe hở ZnO loại LG34/40-10kBV với các
thông số:

5

Điện áp định mức
11,2 kV
Điện áp làm việc liên tục
10,4 kV
Dòng điện sét định mức
10 kA
Điện trở cách điện
2000 M
Điện áp phóng điện ở tần số công nghiệp
25430 kV

Dòng điện rò ở điện áp một chiều
20 μA
Dòng điện rò ở điện áp xoay chiều
0,2 μA
Mức chịu sét cao nhất
130 kA
Điện áp dư lớn nhất với xung sét
37 kV

1.2.4.4. Chọn cầu chì tự rơi
Chọn loại CR-10/100 với các thông số:
U
đm
= 10kV
U
lvmax
= 11,5kV
I
đm max
= 100kA
S
cắt
= 200MVA
1.2.4.5. Chọn thanh dẫn từ má động Cầu chì tự rơi đến đầu cực MBA
Ta dùng thanh dẫn làm bằng đồng để đảm bảo không bị ngắn mạch
giữa các pha (do khoảng cách giữa các pha ở đầu cực MBA nhỏ )
Chọn thanh đồng theo điều kiện

2
17,48

9,71
1,8
tt
tt
kt
I
F
J
mm



Theo đó ta chọn thanh dẫn đồng loại MT-8 với các thông số sau:
+ F = 50 mm
2

+ d = 8 mm
+ Dòng điện cho phép I
cp
= 260 A
1.2.5. Thiết bị hạ áp
1.2.5.1. Điều kiện chọn
U
đmTB
≥ U
đmmạng

6

I

đmTB
≥ I
tt

Trong đó:
U
đmTB
, U
đmmạng
: điện áp định mức của thiết bị và mạng điện
I
đmTB
: dòng điện định mức của thiết bị và mạng điện
I
tt
: dòng điện tính toán lớn nhất của thiết bị
1.2.5.2. Chọn Aptomat tổng
Chọn loại NS-600E có các thông số
U
đm
= 0,5kV
I
đm
= 600 A
I
cđm
= 15kA
1.2.5.3. Chọn Aptomat nhánh
Ta chọn các nhánh với số hộ như nhau và đều có công suất tính toán
cho mỗi nhánh là:

P
tt
= 257,4/3 = 85,8 kW
Do đó dòng điện tính toán

3.
85,8
145,7
3.0,4.0,85
tt
tt
dmh
S
I
U
A



Vậy ta chọn chung loại Aptomat cho các nhánh hạ áp là loại NS-225E
do hãng MARLIN GERIN sản xuất với các thông số sau
U
đm
= 0,6kV
I
đm
= 225 A
I
cđm
= 7,5 kA

1.2.5.4. Chọn cáp từ MBA đến tủ phân phối (cáp tổng)
Dòng điện tính toán
I
tt
= 437,11 A
Ta chọn cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC-3x185+1x120
7

Với các thông số kỹ thuật như sau
I
đm
= 521 A > I
tt
= 437,11 A
Điện trở tính toán : r
o
= 0,099 
1.2.5.5. Chọn cáp từ sau tủ phân phối đến đường dây hạ áp (cáp nhánh)
Ta có:

3.
85,8
145,7
3.0,4.0,85
tt
tt
dmh
S
I
U

A



Do đó ta chọn cáp CU/XLPE/PVC do hãng CADIVI sản xuất với các
thông số kỹ thuật như sau
Tiết diện: 3x35+1x25 có I
cp
= 158A
Điện trở tính toán: r
o
= 0,524 
1.2.5.6. Chọn thanh cái tủ phân phối
Với I
tt
= 437,11 A
Ta chọn thanh cái làm bằng đồng, tiết diện 40x4 có I
cp
= 625 A. Thanh
cái được đặt lên 2 sứ cách điện gắn vào khung tủ cách nhau 80cm đặt theo
phương nằm ngang.
1.3. Tính toán ngắn mạch
Để kiểm tra sự phù hợp của các thiết bị ta đã chọn thì cần tiến hành
tính toán ngắn mạch tại các điểm sau:
+ Điểm ngắn mạch phía sau cầu chì tự rơi và trước MBA (N1)
+ Điểm ngắn mạch phía sau Aptomat tổng và trước Aptomat
nhánh (N2)
Để tính toán ngắn mạch được đơn giản ta giả thiết:
+ Không tính đến sự bão hòa của mạch từ
+ Không tính đến dòng từ hóa của MBA

+ Không tính đến điện dung
8

+ Điểm ngắn mạch ớ xa nguồn
+ Bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải
+ Bỏ qua điện trở quá độ ngắn mạch với lưới điện cao áp
1.3.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1
Sơ đồ thay thế

XHT XD
N1

Điện kháng của hệ thống

2
2
10
1
100
dm
HT
C
U
X
S

  

Trong đó:
U: điện áp của đường dây

S
C
: Công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn
Điện kháng của đường dây:
Với đường dây AC-70 có chiều dài 1200 m và điện kháng đơn
vị x
o
= 0,341 /km thì X
d
= 1,2.0,341 = 0,41 
Điện kháng tổng:
X
∑
= 1+0,41 = 1,41 
Dòng điện ngắn mạch tại N1:

1
3.
10
4,1
3.1,41
N
U
I
X
kA




Dòng điện xung kích ngắn mạch tại N1:

xk xk N1
i =k .I . 2
4,1. 2.1,81 10,5 kA

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xung kích
9


xk N1 xk
I =i . 1+2(k -1)
4,1. 1+2(1,8-1) 6,64 kA

1.3.2. Tính ngắn mạch tại điểm N2
Vì điểm ngắn mạch N2 là điểm hạ áp nên khi tính toán cần phải chú ý
đến điện trở của các phần tử.
Từ các điểm ngắn mạch tới nguồn có các phần tử sau: MBA, Aptomat
tổng, Aptomat, cáp.
Tổng trở của MBA:
Z
B
= 3,7+j10,6 
Quy đổi về phía hạ áp:
Z
B
’

= 5,92+j16,1 
Cáp tổng 3x185 + 1x120

Có r
o
= 0,099  rất nhỏ so với MBA nên ta có thể bỏ qua
Aptomat 600A có điện trở tiếp xúc r = 0,25 m  cũng được bỏ qua
Vậy dòng điện ngắn mạch tại N2:

2
22
3.
400
13,6
3. 5,92 16,1
N
U
I
X
kA





Từ kết quả tra đường cong tính toán với trị số 16,1/5,92 = 2,72 ta có
k
xk
= 1,23
Theo đó:

k xk N2
i =k .I . 2

1,32. 2.13,6 25,4 kA

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xung kích

xk2 N2 xk
I =i . 1+2(k -1)
13,6. 1+2(1,32-1) 17,42 kA

10

Điểm ngắn mạch tại các đầu các nhánh hạ áp cũng được lấy từ dòng
ngắn mạch tương tự như điểm ngắn mạch N2 vì tổng trở của các phần tử như
Aptomat nhánh, cáp nhánh đều rất nhỏ so với máy biến áp.
1.3.3. Kiểm tra các thiết bị đã chọn
1.3.3.1. Kiểm tra dây dẫn từ dàn trạm xuống má tĩnh cầu chì tự rơi
* Điều kiện phát nóng
I
cb
≤ k.I
cp

Trong đó:
k: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, với dây dẫn trần
thì nhiệt độ tính toán tại môi trường là 20
0
c, ta cho nhiệt độ môi trường tuyệt
đối là 35
0
c, với k = 0,88
I

cb
= 19,3 A < k.I
cp
= 0,88.265=233 A
* Điều kiện ổn định nhiệt
F
ch
≥ F
nh
(mm
2
)
Trong đó:
F
ch
: tiết diện chọn
F
nh
: tiết diện ổn định nhiệt


nh qd
F I t




Với α: hệ số nhiệt độ của vật liệu làm dây dẫn
I


: dòng ngắn mạch ổn định
t
qđ
: thời gian dòng ngắn mạch quy đổi

22

4,1.11. 0,5 31,89 70
nh qd
ch
F I t
mm F mm



   

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt và điều kiện
phát nóng.
1.3.3.2. Kiểm tra cầu chì tự rơi
Điều kiện kiểm tra:
11

S
C
> S
N
Trong đó:
S
C

: công suất cắt ngắn mạch cầu chì
S
N
: công suất ngắn mạch

1
. . 3
4,1.10. 3 70,93
N N dm
S I U
MVA



Ta thấy
S
C
= 200MVA > S
N
= 70,93MVA
Do đó cầu chì tự rơi vân đạt yêu cầu
1.3.3.3. Kiểm tra dây dẫn từ má cầu chì tự rơi xuống đầu cực MBA
* Kiểm tra điều kiện phát nóng
Điều kiện kiểm tra
I
cp
≤ k.I
cp

Với k: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường. Với dây dẫn trần

nhiệt độ tính toán môi trường là 20
0
C , ta cho nhiệt độ thực tế môi trường là
35
0
C
k =0,88
I
tt
= 19,3 A < k.I
cp
= 0,88.260 = 229 A
Thỏa mãn điều kiện phát nóng
* Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Điều kiện kiểm tra
F
ch
≥ F
nh
(mm
2
)
Trong đó:
F
ch
: tiết diện chọn
F
nh
: tiết diện ổn định nhiệt

nh qd
F I t




Với α: hệ số nhiệt độ của vật liệu làm dây dẫn
I

: dòng ngắn mạch ổn định
12

t
qđ
: thời gian dòng ngắn mạch quy đổi

22

6.4,1. 0,5 17,4 50
nh qd
ch
F I t
mm F mm



   

Thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

* Kiểm tra điều kiện ổn định động
Điều kiện kiểm tra
б
tt
≤ б
cp

Trong đó
б
tt
: ứng suất tính toán trong thanh dẫn khi ngắn mạch (kG/cm
2
)
б
cp
: ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn
б
cp
=1400 kG/cm
2

Lực điện động:

1
22
2.
2,86.10 . .
xk
tt
L

Fi
a



Trong đó:
i
xk
: dòng ngắn mạch xung kích tại N1
L: khoảng cách giữa 2 sứ cách điện trong cùng một pha (70cm)
a: khoảng cách giữa 2 pha (15cm)
Theo đó ta có:

1
22
22
2.
2,86.10 . .
2.70
2,86.10 . .10,5 29,4 .
15
xk
tt
L
Fi
a
kG cm






Mômen tác dụng lên thanh dẫn

.
10
29,4.70
205,8 .
10
tt
FL
M
kG cm



Mômen chống uốn của thanh dẫn
W = 4.40
2
/600=10,66 cm
3

Ứng suất tính toán
13


2
205,8
19,3 /
10,66

tt
M
W
kG cm




Theo đó ta có:
б
tt
≤ б
cp

Vậy thanh dẫn được chọn là phù hợp.
1.3.3.4. Kiểm tra Aptomat tổng và nhánh
Loại: NS600E
U
đm
= 0,5kV > U
đmm
= 0,4kV
I
đm
= 600 A > I
tt
= 482 A
I
cđm
= 15kA > I

N
= 13,6 kA
Loại: NS225E
U
đm
= 0,5kV > U
đmm
= 0,4kV
I
đm
= 225 A > I
tt
= 17,48 A
1.3.4. Tính toán nối đất cho TBA phân phối
Nối đất cho trạm biến áp phân phối là loại nối đất chống sét, an toàn
và nối đất làm việc
Quy phạm quy định R
đ
≤ 4 
Cho 
đ
= 0,4.10
4
/cm
Ta sẽ nối đất TBA phân phối 400kVA-10/0,4kV kiểu bệt có kích
thước (6x9)m bằng một mạch vòng kín có kích thước (5x6)m bao quanh
trạm, 6 cọc dùng thép góc L 60x60x60 dài 2,5m chôn sâu 0,8m và thanh nối
là thép dẹt 40x4mm
Ta có:
Điện trở nối đất một cọc là:

14


1
2
.
2 1 4
ln ln
2. . 2 4
0,4.10 .1,4 2(250 80) 1 4.165 (250 80)
ln ln
2. .(250 80) 0,57 2 4.165 (250 80)
20,5
m
C
k
l t l
R
l d t l












  


  



Xác định số cọc cần đóng là

1
.
20,5
7,8 8
0,65.4
C
c yc
R
n
R


  

Số cọc là 8 cọc
Điện trở của thanh nối là:

2
22
.
2.

.ln
2. . .
0,4.10 .1,6 2.2200
.ln 4,89
2. .2200 4.80
m
t
k
l
R
l hb





  

Điện trở nối đất của thanh nối có xét đến hệ số sử dụng thanh:

'
4,8
12
0,4
t
t
t
R
R



  

Điện trở nối đất cần thiết của toàn bộ số cọc là:

'
'
4.
4.12
6
12 4
t
c
t yc
R
R
RR


  


Số cọc cần phải đóng thực tế là

1
.
20,5
5,3
0,65.6
C

cC
R
n
R




Căn cứ vào mặt bằng trạm, ta chọn 6 cọc như dự định. Khi đó điện trở
nối đất của toàn bộ hệ thống nối đất là:
15


.
. . .
20,5.4,8
3,66 4
20,5.0,4 6.4,8.0,65
ct
ht
c t t c
RR
R
R n R



    


Theo đó:
R
ht
= 3,66  < R
yc
= 4 
Hệ thống nối đất TBA phân phối như lựa chọn là đảm bảo yêu cầu.