ĐỒ án môn học THIẾT kế hệ THỐNG điện TRẠM BIẾN áp 22011022 kv (2)

z
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
VIỆN KỸ THUẬT



BÁO CÁO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP
220/110/22 kV
Ngành: Kỹ thuật điện – điện tử
Chuyên ngành: Điện công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn : Đoàn Thị Bằng
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Minh Trọng

Lớp

: 14DDC03

MSSV

: 1411020338

TP. Hồ Chí Minh, 10/2017

ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
BM01/QT05/
ĐT-KT

Viện Kỹ thuật Hutech

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao cho sinh viên nộp về văn phòng Viện
trong 02 tuần đầu thực hiện đồ án môn học)
1. Sinh viên thực hiện đề tài
Họ tên

: Nguyễn Minh Trọng

Ngành

: Kỹ thuật điện, điện tử

MSSV: 1411020338

Lớp:14DDC03

Chuyên ngành : Điện công nghiệp
2. Tên đề tài: Thiết kế phần điện trạm biến áp 220/110/22kV với các thông số ở trang
02 đính kèm
3. Nhiệm vụ thực hiện đề tài:
1. Cân bằng công suất phụ tải

2. Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp
3. Chọn máy biến áp điện lực
4. Tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp
5. Sơ đồ nối điện
6. Tính toán ngắn mạch
7. Chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện
8. Thiết kế phần tự dùng của máy biến áp
9. Tính toán kinh tế-kĩ thuật quyết định phương án thiết kế
10. Thiết kế chống sét nối đất cho trạm
Ghi chú: Mỗi sinh viên một phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài và nhiệm vụ của từng sinh
viên
TP. HCM, ngày 03 tháng 10 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Thiết kế trạm biến áp 220/110/22kV với các thông số sau:
1. Điện áp hệ thống:
UHT = 220kV, số đường dây là 2.
SHT= 8000 ( MVA); xht = 0,4 ()
2. Các phụ tải ở cấp điện áp:
2.1: Phụ tải ở 220kV:
- Có 2 đường dây, hệ số công suất cos = 0,85
- Công suất: Smax = 80 x 1,3 ( MVA )
- Đồ thị phụ tải ở cấp 220kV như hình 1.1
100

100S%
90
80
70
60
60
50
50
40
30
20
10
0
0
2
4

90

90

80

80
70
50

t(h)
6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Hình 1.1: Đồ thị phụ tải ở cấp 220kV
2.2: Phụ tải ở 110kV:
- Có 4 đường dây, hệ số công suất cos = 0,8
- Công suất: Smax = 60 x 1,4 ( MVA )
- Đồ thị phụ tải ở cấp 110kV như hình 1.2
100

100S%

100
90

90
80

80

80
70

70

70
60
50

50

50

40
30
20
10

t(h)

0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Hình 1.2: Đồ thị phụ tải ở cấp 110kV

22

24


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

2.3: Phụ tải ở 22kV:
- Có 6 đường dây, hệ số công suất cos = 0,85
- Công suất: Smax = 40 x 1,1 ( MVA )
- Đồ thị phụ tải ở cấp 22kV như hình 1.3
100

S%

100
90

90

90

80

80

70

70

60

60

50

50

50
40
30
20
10
0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Hình 1.3: Đồ thị phụ tải ở cấp 22kV

20

22

t(h)

24


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
BM04/QT05/ĐTKT

Viện Kỹ thuật Hutech

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(GVHD nộp Bản nhận xét này về Văn phòng Viện)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm 1):
(1) NGUYỄN MINH TRỌNG
MSSV: 1411020338
Lớp: 14DDC03
(2) .......................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............
(3) .......................................................... MSSV: ………………… Lớp: ...............

2.
3.

4.

5.

Ngành
: Kỹ thuật điện – điện tử
Chuyên ngành : Điện công nghiệp
Tên đề tài: Thiết kế phần điện trạm biến áp 220/110/22kV
Tổng quát về ĐA:
Số trang:
112
Số chương:
11
Số bảng số liệu:
15
Số hình vẽ:
27
Số tài liệu tham khảo: 3
Phần mềm tính toán: 0
Số bản vẽ kèm theo: 3
Hình thức bản vẽ:
Autocad
Hiện vật (sản phẩm) kèm theo: 0
Nhận xét:
a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
b) Những kết quả đạt được của ĐA:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................

..........................................................................................................................................
c) Những hạn chế của ĐA:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Đề nghị:
Được bảo vệ (hoặc nộp ĐA để chấm) 
Không được bảo vệ 
TP. HCM, ngày 10 tháng 01 năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ghi chú: Đính kèm Phiếu chấm điểm ĐA/KLTN


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
BM03/QT05/ĐTKT

Viện Kỹ thuật Hutech
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: TRẠM BIẾN ÁP
Họ và tên SV:

Nguyễn Minh Trọng

MSSV: 1411020338

Lớp: 14DDC03

Nội dung hướng dẫn

Nội dung thực hiện

Giao đề tài: Thiết kế phần

Tìm hiểu về trạm biến áp

Ca: 3
Ngày: 3/10/2017

điện trạm biến áp 220/ 110/
22 kV

220/110/22kV

2
Ca: 3
Ngày: 11/10/2017

Tổng quan về trạm biến áp

Tính toán công suất, cân

và cân bằng phụ tải

bằng công suất và vẽ đồ thị
phụ tải của toàn trạm.

1

3

Sơ đồ cấu trúc trạm biến áp

Ca:3
Ngày:18/10/2017
4
Ca: 3
Ngày: 25/10/2017

Sơ đồ cấu trúc và chọn
phương án thiết kế trạm biến
áp

Chọn máy biến áp điện lực Chọn máy biến áp điện lực,
và tính tổn thất điện năng tính tổn thất điện năng trong
trong máy biến áp.
máy biến áp.

Tính tổn thất điện năng Tính tổn thất điện năng
Ca: 3
trong máy biến áp và vẽ sơ trong máy biến áp và vẽ sơ
Ngày: 01/11/2017
đồ nối điện.
đồ nối điện.
5

6
Ca: 3
Ngày: 08/11/2017
7
Ca: 3
Ngày: 15/11/2017
8
Ca: 3
Ngày: 23/11/2017

Chọn sơ đồ nối điện và tính Chọn sơ đồ nối điện và tính
toán ngắn mạch.
toán ngắn mạch.

9

Thiết kế chống sét và nối đất Thiết kế chống sét và nối đất

Chọn khí cụ điện và phần Chọn khí cụ điện và phần
dẫn điện cho trạm biến áp.
dẫn điện cho trạm biến áp.
Tính phần tự dùng cho trạm Tính phần tự dùng cho trạm
biến áp và chọn phương án biến áp và chọn phương án
thiết kế.
thiết kế.

Ca: 3
hệ thống cho trạm biến áp.
Ngày: 30/11/2017
10

Hoàn thiện báo cáo
Ca: 3
Ngày: 07/12/2017

hệ thống cho trạm biến áp.
Hoàn thiện báo cáo

Ký tên


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................2
PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRẠM
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
1.1. Giới thiệu về trạm biến áp: ..............................................................................4
1.2. Phân loại trạm biến áp:....................................................................................4
1.2.1. Theo điện áp: .............................................................................................4
1.2.2. Theo chức năng: ........................................................................................4
1.2.3.

Theo cấu trúc: ............................................................................................4

1.3. Các thiết bị chính trong trạm biến áp: ...........................................................5
1.4. Những vấn đề chính khi thiết kế trạm biến áp: .............................................5
1.4.1. Vị trí đặt trạm biến áp được xác định dựa trên các điều kiện sau: ............5
1.4.1. Yêu cầu khi thiết kế trạm biến áp: .............................................................6

1.5. Nhiệm vụ thiết kế: ............................................................................................6
1.5.1. Điện áp hệ thống: .......................................................................................6
1.5.2.

Các phụ tải ở cấp điện áp:..........................................................................6

1.6. Trình tự thiết kế: ..............................................................................................8
CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI
2.1. Khái niệm cân bằng công suất: .......................................................................9
2.2. Đồ thị phụ tải của từng cấp điện áp: ..............................................................9
2.1.1. Đồ thị phụ tải của cấp 220kV: ...................................................................9
2.1.2. Đồ thị phụ tải của cấp 110kV: .................................................................10
2.1.3. Đồ thị phụ tải của cấp 22kV: ...................................................................11
2.1.4. Đồ thị phụ tải của trạm: ................................................................................12
CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHỤ TẢI
3.1. Khái niệm: .......................................................................................................14
3.2. Sơ đồ cấu trúc và chọn phương án thiết kế cho trạm biến áp: ..................14
3.2.1. Phương án 1: Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây. Phụ tải cấp
22kv được lấy từ cuộn hạ của MBA. .......................................................14
3.2.2. Phương án 2: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kv và 2 máy
3.2.3.

biến áp hai cuộn dây 110/22 kv. ..............................................................16
Phương án 3: Dùng 2 máy biến áp hai cuộn dây 220/110 kv và 2 máy
biến áp hai cuộn dây 220/22 kv. ..............................................................17


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP
3.2.4.

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Phương án 4: Sử dụng 2 máy biến áp từ ngẫu 3 cuộn dây để tải công suất
từ điện áp cao sang trung và sử dụng máy biến áp 2 cuộn dây để tải công
suất từ điện áp trung sang hạ. ..................................................................18

3.3. Nhận xét: .........................................................................................................19
CHƯƠNG 4: CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC
4.1. Khái niệm chung: ...........................................................................................20
4.1.1. Khi sử dụng máy biến áp cần lưu ý các đặc điểm sau: ............................20
4.1.2.

Hệ thống làm mát máy biến áp: ...............................................................21

4.2. Khả năng quá tải của máy biến áp: ..............................................................22
4.2.1. Quá tải bình thường (qua tải thường xuyên): ..........................................22
4.2.2. Qua tải sự cố: ...........................................................................................23
4.3. Các phương án chọn máy biến áp: ...............................................................24
4.3.1. Phương án 1: ............................................................................................24
4.3.2. Phương án 2: ............................................................................................26
4.3.3.

Phương án 4 : ...........................................................................................29

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN TỔN THẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP
5.1. Khái niệm: .......................................................................................................32
5.2. Cách tính tổn thất điện năng của các loại máy biến áp: .............................32
5.2.1. Tổn thất điện năng trog máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây:..........................32
5.2.2. Tổn thất điện năng trog máy biến áp từ ngẫu: .........................................32
5.3. Tính tổn thất điện năng trong máy biến áp: ................................................33

5.3.1. Tính tổn thất điện năng trong MBA của phương án 1: ...........................33
5.3.2. Tính tổn thất điện năng trong MBA của phương án 2: ...........................36
5.3.3. Tính tổn hao điện năng trong MBA của phương án 4: ............................38
CHƯƠNG 6: SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN
6.1. Khái niệm: .......................................................................................................42
6.2. Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản: ...................................................................43
6.2.1. Nhóm thứ nhất: ........................................................................................43
6.2.2. Nhóm thứ hai:. .........................................................................................44
6.2.3. Nhóm thứ ba: ...........................................................................................45
6.2.4. Sơ đồ cầu: ................................................................................................46
6.3. Chọn sơ đồ nói điện cho các phương án:......................................................47
6.3.1. Sơ đồ nối điện của phương án 1: .............................................................48
6.3.2.
6.3.3.

Sơ đồ nối điện của phương án 2: .............................................................49
Sơ đồ nối điện của phương án 4: .............................................................50

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
7.1. Lý thuyết tính toán ngắn mạch: ....................................................................51


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

7.1.1. Khi tính toán ngắn mạch cần quan tâm đến những giả thiết sau: ............53
7.1.2. Trình tự tính toán ngắn mạch ba pha: ......................................................53
7.2. Tính toán ngắn mạch: ....................................................................................52
7.2.1. Các công thức cần thiết để xác định điện kháng: ....................................53

7.2.2.

Các đại lượng cơ bản: ..............................................................................53

7.3. Tính ngắn mạch cho từng phương án: .........................................................54
7.3.1. Phương án 1: ............................................................................................54
7.3.2.
7.3.3.

Phương án 2: ............................................................................................57
Phương án 4: ............................................................................................59

CHƯƠNG 8: CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN
8.1. Khái niệm chung: ...........................................................................................62
8.1.1. Các khí cụ điện: .......................................................................................63
8.1.2.

Các phần dẫn điện:...................................................................................63

8.2. Những vấn đề có liên quan đến tính toán để chọn các khí cụ điện và phần
dẫn điện: ..........................................................................................................63
8.2.1. Tính toán các chế độ làm việc: ................................................................63
8.2.2. Tính toán xung nhiệt của dòng ngắn mạch:.............................................64
8.2.3.

Các điều kiện chung để chọn khí cụ và phần dẫn điện:...........................64

8.3. Chọn máy cắt, dao cách ly cho các phương án:...........................................65
8.3.1. Máy cắt: ...................................................................................................65
8.3.2. Dao cách ly: .............................................................................................70

8.4. Thanh dẫn – thanh góp: .................................................................................74
8.4.1. Thanh dẫn – thanh góp đơn, tiết diện hình chữ nhật: ..............................74
8.4.2. Chọn dây dẫn: ..........................................................................................75
8.4.3. Chọn thanh dẫn – thanh góp: ...................................................................75
8.5. Chọn máy biến dòng(BI), máy biến điện áp (BU): ......................................77
8.5.1. Máy biến dòng (BI): ................................................................................77
8.5.2. Chọn máy biến dòng (BI): .......................................................................79
8.5.3. Máy biến điện áp (BU): ...........................................................................80
8.5.4. Chọn máy biến điện áp (BU): ..................................................................81
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ PHẦN TỰ DÙNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP
9.1. Chọn máy biến áp tự dùng: ...........................................................................84
9.2. Tính toán ngắn mạch cho cấp điện áp 0,4kV: .............................................85
9.3. Chọn cáp ngầm và tủ tự dùng: ......................................................................85
9.3.1. Chọn cáp ngầm từ máy biến áp đến tủ tự dùng 0,4 kV: ..........................85
9.3.2. Chọn tủ tự dùng 0,4 kV: ..........................................................................86


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

CHƯƠNG 10: TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ
10.1. Khái niệm: .......................................................................................................87
10.1.1. Chi phí kinh tế dược xác định như sau: ..................................................87
10.1.2. Phí vận hành hằng năm:...........................................................................87
10.1.3. Vốn đầu tư: ..............................................................................................87
10.2. Phần tính toán: ...............................................................................................89
10.2.1. Phương án 1: ............................................................................................89
10.2.2. Phương án 2: ............................................................................................89

10.2.3. Phương án 4: ............................................................................................89
10.3. So sánh kinh tế và kỹ thuật: ..........................................................................90
PHẦN B: THIẾT KẾ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP
CHƯƠNG 1: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM
1.1. Khái niệm chung: ...........................................................................................91
1.2. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét: .....................................................................92
1.2.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét: ........................................................92
1.2.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét: .........................................................93
1.2.3.

Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét: .....................................................94

1.3. Các yêu cầu kỹ thuật kinh tế khi dùng hệ thống cột thu sét để bảo vệ sét
đánh trực tiếp vào trạm biến áp: ..................................................................95
1.3.1. Về mặt kỹ thuật:.......................................................................................95
1.3.2. Về mặt kinh tế:.........................................................................................95
1.3.3. Các mặt khác: ..........................................................................................95
1.4. Áp dụng tính toán cho trạm: .........................................................................95
1.4.1. Cấp 220 kV: .............................................................................................95
1.4.2.
1.4.3.
1.4.4.
1.4.5.

Cấp 110 kV: .............................................................................................98
Kiểm tra phạm vi bảo vệ các cột thu sét đã chọn: ...................................99
Cấp 22 kV: .............................................................................................103
Kết luận chung về cột thu sét, kim thu sét của trạm: .............................104

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT

2.1. Khái niệm: .....................................................................................................105
2.2. Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất: ......................................................105
2.2.1. Hệ thống nối đất tự nhiên: .................................................................... 105
2.2.2. Hệ thống nối đất nhân tạo: .................................................................... 106
2.2.3. Hệ thống nối đất làm việc: .................................................................... 106
2.2.3. Hệ thống nối đất bảo vệ: ....................................................................... 106
2.3. Áp dụng tính toán nối đất cho trạm: ..........................................................107
2.3.1. Tính toán điện trở nối đất tự nhiên khu vực phân phối 220kV: ........... 107


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

2.3.2. Tính toán điện trở nối đất tự nhiên khu vực phân phối 110kV: ........... 107
2.4. Nối đất an toàn cho cấp 22 kV: ...................................................................108
2.4.1. Điện trở nối đất mạch vòng thanh: ....................................................... 108
2.4.2. Xác định RC của mạch vòng: ................................................................ 109
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 111
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 112
BẢN VẼ THIẾT KẾ


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
LỜI MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay, trong xu thế hội nhập quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa được

phát triển rất mạnh mẽ. Trong những năm gần đây, nước ta đã đạt được rất nhiều
các thành tựu to lớn, tiền đề cơ bản để đưa đất nước bước vào thời kì mới thời kì
công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong quá trình đó thì ngành điện lực đã đóng một
vai trò hết sức quan trọng, là then chốt, là điều kiện không thể thiếu của ngành sản
xuất công nghiệp, giao thông vận tải, thông tin liên lạc... Ngoài sự phát triển mạnh
mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội của người dân càng được nâng cao, nhu cầu sử
dụng điện của các ngành công nông nghiệp và dịch vụ tăng lên không ngừng theo
từng năm, nhu cầu đó không chỉ đòi hỏi về số lượng mà còn phải đảm bảo chất
lượng điện năng. Để đảm bảo cho nhu cầu đó chúng ta cần phải thiết kế trạm biến
áp truyền tải và phân phối điện năng. Đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật, an toàn, tin
cậy và phù hợp với mức độ sử dụng. Do đó đồ án thiết kế trạm biến áp là yêu cầu
bắt buộc với sinh viên ngành điện công nghiệp.
Đồ án: “Thiết kế hệ thống điện trạm biến áp 220/110/22kV” là một bước
làm quen của sinh viên ngành điện công nghiệp về lĩnh vực thiết kế trạm biến áp.
Vì nó là một đề tài mới và còn khá nhiều vấn đề phức tạp trong quá trình thiết kế.
Sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của cô Đoàn Thị Bằng, đến nay,
về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này. Do thời gian có hạn nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, giúp đỡ của
các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện hơn. Đồng thời giúp em nâng cao trình
độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này.
2. Tình hình nghiên cứu:
Trong tình hình kinh tế thị trường nước ta, cùng với xu thế hội nhập quốc tế
hiện nay là mở rộng quan hệ quốc tế, có nhiều nhà đầu tư nước ngoài đến với
chúng ta. Ngay tại Thành phố Hồ Chí Minh đã và đang xây dựng rất nhiều các tòa
nhà chung cư cao tầng, trung tâm thương mại, khu dân cư, khu công nghiệp, khu
chế xuất… Chính vì vậy, vấn đề đặt ra là chúng ta phải có năng lực thiết kế các
trạm biến áp cung cấp điện một cách bài bản và đúng quy cách, phù hợp với các
tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
3. Mục đích nghiên cứu:
Ngày nay, trong vấn đề truyền tải điện tới các hộ tiêu thụ việc thiết kế trạm biến

áp là một khâu rất quan trọng. Nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ vì
vậy, đòi hỏi không gian sinh hoạt và mức tiêu thụ về điện cũng tăng cao. Do đó
SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

2


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

việc thiết kế trạm biến áp đảm bảo đủ điện năng cung cấp đến hộ tiêu thụ không
thể thiếu được trong xu thế hiện nay.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Tìm hiểu, thu thập kiến thức các môn học: nhà máy điện- trạm biến áp và bảo
vệ rơle, hệ thống cung cấp điện, mạng truyền tải, an toàn điện, kỹ thuật cao á  8)
.P=1,6.13,8.(
 5,87 m .
(h0  hx )
(13,8  8)

Kết luận: Vì hai cột 7 và 10 có h 0 =13.8m > h x =11m nên xà có độ cao
h x =11m được bảo vệ.
1.4.3.4.
-

Phạm vi bảo vệ cột 10-11:

Độ cao giả tưởng giữa cột 10-11: h0  h 

a
7

Với a: khoảng cách từ cột 10 tới cột 11 là 44m
h: chiều cao cột thu sét bằng 19m
a
7

Suy ra: h0  h  = 19 
-

Bán kính bảo vệ của cột giả tưởng:
Ta có: r 0

-

x

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
.P( Với p=1 vì h<30m)
(h0  hx )

Với xà đỡ dây có độ cao h x =11m
Suy ra: r 0

-

44

 12.7m
7

x 11

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,77  11)
 1,46m .
.P =1,6.12,7.(
(12,7  11)
(h0  hx )

Đối với xà đỡ dây có độ cao h x =8m
Suy ra: r x

8

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,7  8)
 4,61m .
.P=1,6.12,7.(
(h0  hx )
(12,7  8)

Kết luận: Vì hai cột 10 và 11 có h 0 =12,7m > h x =11m nên xà có độ cao
h x =11m được bảo vệ.

1.4.3.5.
-

Phạm vi bảo vệ cột 11-12:

Độ cao giả tưởng giữa cột 11-12: h0  h 

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

a
7

101


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Với a: khoảng cách từ cột 11 -12 =33m
h: chiều cao cột thu sét bằng 19m
a
7

Suy ra: h0  h  = 19 
-

Bán kính bảo vệ của cột giả tưởng:
(h0  hx )
.P( Với p=1 vì h<30m)

(h0  hx )

Ta có: r 0 x =1.6p.h 0 .(
-

Với xà đỡ dây có độ cao h x =11m
Suy ra: r 0

-

33
 14,28m
7

x 11

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(14,28  11)
.P =1,6.14,28(
 3,08m .
(14,28  11)
(h0  hx )

Đối với xà đỡ dây có độ cao h x =8m
Suy ra: r x

8

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(14,28  8)
.P=1,6.14,28(
 5,3m .
(h0  hx )
(14,28  8)

Kết luận: Vì hai cột 11 và 12 có h 0 =14,28 > h x =11m nên xà có độ cao
h x =11m được bảo vệ.
1.4.3.6.
-

-

Phạm vi bảo vệ cột 4-7:

Cột 4 và 7 có độ cao khác nhau:
+ Độ cao cột 4 là 25.5m
+ Độ cao cột 7 là 18m
Khoảng cách từ cột 4 -7 là 44m
Gọi a’ là khoảng cách tù cột 7 đến cột h’ ( h’ là độ cao giả tưởng giữa cột 7 và
cột 4 có độ cao bằng độ cao cột 7 và cách cột 7 một khoảng a’ về phía cột 4).
a’ được tính:
a’ =a-1.6p.h .(
4

-

(h4  h7 )
(25,5  18)
=44-1,6.25,5
=36,9m
(h4  h7 )
(25,5  18)

Gọi h 0 là độ cao cột giả tưởng giữa cột 7 và cột h’ và được tính:
h0  h7 

a'
7

Với a’=38,5m ; h 7 =18m
Suy ra: h0  h7 
-

Bán kính bảo vệ của cột giả tưởng:
Ta có:

-

38,5
a'
=1812,5m
7
7

r0

x

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
.P( Với p=1 vì h<30m)
(h0  hx )

Với xà đỡ dây có độ cao h x =11m

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

102


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

Suy ra: r 0
-

x 11

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,7  11)
.P =1,6.12,7.(
 1,46m .

(12,7  11)
(h0  hx )

Đối với xà đỡ dây có độ cao h x =8m
Suy ra: r x

8

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,7  8)
.P=1,6.12,7.(
 4,61m .
(h0  hx )
(12,7  8)

1.4.3.7. Phạm vi bảo vệ cột 6-9:
- Cột 4 và 7 có độ cao khác nhau:
+ Độ cao cột 6 là 25.5m
+ Độ cao cột 9 là 18m
-

Khoảng cách từ cột 6 -9 là 44.5m
Gọi a’ là khoảng cách tù cột 9 đến cột h’ ( h’ là độ cao giả tưởng giữa cột 6 và
cột 9 có độ cao bằng độ cao cột 9 và cách cột 9 một khoảng a’ về phía cột 6).
a’ được tính:
a’ =a-1.6p.h .(
4

-

(h6  h9 )
(25,5  18)
=44,5-1,6.25,5
=37,46m
(h6  h9 )
(25,5  18)

Gọi h 0 là độ cao cột giả tưởng giữa cột 9 và cột h’ và được tính:
h0  h9 

a'
7

Với a’=37,46m ; h 9 =18m
Suy ra: h0  h9 
-

Bán kính bảo vệ của cột giả tưởng:
Ta có: r 0

-

x

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
.P( Với p=1 vì h<30m)

(h0  hx )

Với xà đỡ dây có độ cao h x =11m
Suy ra: r 0

-

37,46
a'
=1812,6m
7
7

x 11

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,6  11)
.P =1,6.12,6.(
 1,3m .
(12,6  11)
(h0  hx )

Đối với xà đỡ dây có độ cao h x =8m
Suy ra: r x

8

=1.6p.h 0 .(

(h0  hx )
(12,6  8)
.P=1,6.12,6.(
 4,5m .
(h0  hx )
(12,6  8)

1.4.4. Cấp 22 kV:
Được lắp đặt toàn bộ trong nhà phân phối có độ cao 6m.
-

Phạm vi bảo vệ cột entena:
+ Độ cao cột entena h=40m.
+ Độ cao cần bảo vệ h x =11m.

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

103


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

-

Bán kính bảo vệ của cột entena:

-

Ta có: r x =1.6p.h.(
Với P=

5,5
h



5,5
40

(h  hx )
(h  hx )

.p ( Với p=1 vì h<30m)

 0,869

Vậy: r x =1.6p.h.(

(h  hx )
(h  hx )

.P=1,6.40.

40  11
.0,869  31,62m
40  11

Với bán kính bảo vệ cột entena đã bảo vệ an toàn phạm vi nhà điều khiển, nhà
phân phối và một phần trong trạm.
1.4.5. Kết luận chung về cột thu sét, kim thu sét của trạm:
Vậy kiểm tra sự phân bố cột chống sét sét như trên là hợp lý vì đã bảo vệ an
toàn các thiết bị trong trạm.
Ta có:

h KTS = h C - h’ C

Trong đó: h KTS : Chiều cao kim thu sét.
h C : Chiều cao cột thu sét.
h’ C : Chiều cao sẳn có của cột đặt kim thu sét.
Bảng số liệu chiều cao cột thu sét và kim thu sét:
Cột thu sét

Kí hiệu

h C (m)

h’ C (m)

h KTS (m)

Cấp 220Kv

h1,h2,h3,h4,h5,h6

25,5

20,5

5

Cấp 110KV

h7,h8,h9,h10,h11,h12 19

14

5

Antena

Hanten

35

5

40

Bảng 1.3: Bảng số liệu chiều cao cột thu sét và kim thu sét

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

104


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP
2.1.

Khái niệm:
Hệ thống nối đất :tập hợp các cực tiếp địa và dây nối đất có nhiệm vụ truyền

dẫn dòng điện xuống đất. Hệ thống nối đất bao gồm nối đất tự nhiên và nối đất nhân
tạo.
Cực tiếp địa : Cọc bằng kim loại dạng tròn, ống hoặc thép góc, dài 23 mét
được đóng sâu trong đất. Các cọc này được nối với nhau bởi các thanh giằng bằng
phương pháp hàn.
Nối đất cho trạm đóng vai trò quan trọng trong việc phát huy tác dụng bảo vệ
của hệ thống chống sét. Đối với trạm ngoài trời có điện áp  110KV hệ thống thu sét
sẽ đặt trên kết cấu công trình trạm. Nên một phần dòng sét sẽ tản qua mạch nối đất an
toàn. Vậy phải thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho trạm và trên cơ sở đó tính toán
hệ thống nối đất này theo yêu cầu chống sét.
Tính toán và thiết kế hệ thống nối đất:
Lưới điện áp 110KV trở lên thuộc hệ thống trung tính nối đất trực tiếp có dòng
ngắn mạch chạm đất lớn hơn 500KV. Theo quy phạm về nối đất các trang thiết bị

2.2.

điện trở nối đất an toàn của trạm phải thỏa yêu cầu: R  0.5 
Nếu nối đất nhân tạo có điện trở R nt thì theo qquy phạm trên điện trở tản tổng
của toàn bộ hệ thống nối đất phải thỏa yêu cầu:
R=

Rtn .Rnt

 0,5 R nt 1
Rtn  Rnt

R nt 1 nhằm tăng cường và dự phòng trong các trường hợp khi nối đất tự
nhiên thay đổi.
Các hệ thống nối đất:
2.2.1. Hệ thống nối đất tự nhiên:
- Hệ thống các thiết bị, công trình ngầm bằng kim loại có sẵn trong lòng đất như
các cấu kiện bê tông cốt thép, các hệ thống ống dẫn bằng kim loại, vỏ cáp ngầm
- Sơ đồ thay thế:

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế hệ thống nối đất tự nhiên.
SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

105


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Đó là điện trở đầu vào của mạch, điện thông số tập trung tạo nên điện trở nối
đấtq của các cột điện và điện trở tác dụng của dây chống sét giữa 2 cột:
RC

RCS-C=
0,5 

RC 1


RCS 4

Đối với nghững đường dây chỉ được bảo vệ bằng dây chống sét trên toàn tuyến
thì số cột đặt dây chống sét lớn, thường m<20 nên có thể tính gần đúng:
R CS _ C =m. RC .RCS .Coth

RCS
RC

Các thông số cần thiết:
-

R C : Diện trở nối đất của cột điện tới trạm. Nếu điện trở suất trong khu cực
có giá trị như sau:
+ Chọn R C =10  khi   500.m
+ Chọn R C =15  khi   500.m

-

R CS : Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt( Giả thiết
các khoảng vượt đều bằng nhau)

Ta có:

R CS =k.r 0 .l

Trong đó: l là chiếu dài trung bình của khoảng vượt (km)
r 0 là điện trở dài của dây chống sét
k là hệ số phụ thuộc dây chống sét (k=1:1 DCS; k=0,5:2 DCS)
Nếu có nối đất đường dây chống sét vào tram: R tn 

RCS _ C
n

2.2.2. Hệ thống nối đất nhân tạo:
- Hệ thống bao gồm các cực tiếp địa bằng thép hoặc bằng đồng được nối liên
kết với nhau bởi các thanh ngang. Phân biệt hai dạng nối đất là nối đất làm
việc và nối đất bảo vệ.
2.2.3. Hệ thống nối đất làm việc:
- Hệ thống nối đất mà sự có mặt của nó là điều kiện tối cần thiết để các thiết
bị làm việc bình thường, ví dụ nối đất điểm trung tính của máy biến áp, nối
đất của các thiết bị chống sét v.v.
2.2.4. Hệ thống nối đất bảo vệ:
- Hệ thống nối đất với mục đích loại trừ sự nguy hiểm khi có sự tiếp xúc của
người với các phần tử bình thường không mang điện nhưng có thể bị nhiễm
điện bất ngờ do những nguyên nhân nào đó. Ví dụ nối đất vỏ thiết bị, nối
đất khung, bệ máy v.v.
SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

106


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP
2.3.

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Áp dụng tính toán nối đất cho trạm:
2.3.1. Tính toán nối đất tự nhiên:
2.3.1.1. Tính toán điện trở nối đất tự nhiên cho khu vực phân phối 220 kV:

-

Điện trở suất của đất tại vị trí trạm:
 đo  150.m ( chọn đất khô)

 tt  k m . do

Trong dó: k m =1,6 vì chọn thanh vòng chon ngang có độ sâu là 0,8m.
Vậy  tt  k m . do =1,6.150=240 .m <500 .m
Nên ta chọn điện trở nối đất của cột điện ở đoạn đến trạm là R C  10 .
Điện trở tác dụng của đoạn dây chống sét trong khoản vượt( Giả thiết các
khoảng vượt đều bằng nhau)
Ta có:

R CS =k.r 0 .l

Trong đó: l là chiếu dài trung bình của khoảng vượt (km) l=0,3km
r 0 =2,38 .m do dùng dây CS TK-70
k là hệ số phụ thuộc dây chống sét( k=0,5: 2 dây CS)
Vậy R CS =k.r 0 .l=0,5.2,38.0,3=0,357 
-

Điện trở tổng của hệ thống dây chống sét- cột.
RC

Rcs-c=
0,5 

-

RC 1

RCS 4

10
10
0,5 
 0,25
0,357

 1,72

Khu vực 220 kV có 2 đường dây nối với trạm nên điên trở của trạm là:
R tn 

2.3.1.2.
-

=

RCS _ C
n

=

1,72
 0,86
2

Tính toán điện trở nối đất tự nhiên cho khu vực phân phối 110 kV:

Điện trở suất của đất tại vị trí trạm:
 đo  150.m ( chọn đất khô)

 tt  k m . do

Trong đó: k m =1,6 vì chọn thanh vòng chon ngang có độ sâu là 0,8m.
Vậy  tt  k m . do =1,6.150=240 .m <500 .m
Nên ta chọn điện trở nối đất của cột điện ở đoạn đến trạm là R C  10
Điện trở tác dụng của đoạn dây chống sét trong khoản vượt( Giả thiết các
khoảng vượt đều bằng nhau)
Ta có:

R CS =k.r 0 .l

Trong đó: l là chiếu dài trung bình của khoảng vượt (km) l=0,2km
SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

107


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

r 0 =3,7 .m do dùng dây CS TK-50
k là hệ số phụ thuộc dây chống sét( k=1vì có 1 dây CS)
Vậy R CS =k.r 0 .l=1.3,7.0,2=0,74 
-

Điện trở tổng của hệ thống dây chống sét- cột:
RC

Rcs-c=

RC 1

RCS 4

0,5 

-

10
10
0,5 
 0,25
0,74

RCS _ C
n

=

2,375
 0,594
2

Vậy điện trở nối đất tự nhiên toàn trạm:
R tn =R tn _ 220 // Rtn _ 110 =

-

 2,375

Khu vực 220KV co 2 đường dây nối với trạm nên điên trở của trạm là:
R tn 

-

=

0,86.0,594
 0,35
0,86  0,594

Do điện trở nối đất tự nhiên R tn =0,35<0,5  đã đật yêu cầu về quy phạm
nối đất an toàn.

2.4. Nối đất an toàn cho cấp 22 kV:
 Thiết kế mạch vòng nối đất:
Mức cách điện xung của cấp điện áp trung thế nhỏ hơn rất nhiều so với cách
điện xung của cấp cao thế. Do đó hệ thống nối đất an toàn của cấp điện áp này phải
tách rời khỏi hệ thống nối dất chống sét của trạm và phải cách mạng nối đất này trên
3m trong đất để tránh trường hợp phóng điện ngược lên các thiết bị phân phối.
Theo qui định hiện hành, điện trở tản xoay chiều tần số công nghiệp của hệ
thống nối đất trung thế phải thỏa mãn điều kiện: R at  4
Chọn mạch vòng ven chu vi trạm có kích thước:
-

Chiều dài: l 1 =20m

-

Chiều rộng: l 2 =30m

-

Chu vi mạch vòng: l=2(l 1 +l 2 )=2.(20+30)=100m

2.4.1. Điện trở nối đất mạch vòng thanh:
Rt 
Với  tt = 

đo

 tt
k.L2
ln
2. .l t 0 .d

.k m ( m ): Điện trở suất của đất nối với thanh.

k m : Hệ số phụ thuộc vào mùa khi có điện trở suất của đất.
k m =1,6 đất khô.
 tt =150.1,6=240( m )

Dùng thanh là loại thép dẹt có tiết diện (4x40 mm 2 )
SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

108


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
b
2

d=  20mm  0,2m
Thanh chôn sâu có t 0 =0,8m
k: Hệ số hình dáng của mạch vòng phụ thuộc vào tỷ số l 1 , l 2 .
l 1 /l 2

1

1,5

2

3

4

K

5,53

5,81

6,42

8,17

10,4

Với

l 1 /l 2 =20/30=1,5

Vậy R t =

Suy ra: k=5,81

240
5,81.100
ln
 5,77
2.3,14.100 0,8.0,02

2.4.2. Xác định RC của mạch vòng:
RC 
Với  tt = 

đo

c
2.l
1 4.t  l c
[ln( c )  ln(

)]
2. .l c
d
2 4.t  l c

.k m ( m )

k m : Hệ số phụ thuộc vào mùa khi có điện trở suất của đất.
k m =1,4 đất khô, chon cọc đứng.
 tt =150.1,4=210( m )

l c =3m : Chiều daì cọc.
d=0,04m đường kính cọc dùng thép tròn.
t 0 =0,8m
-

Suy ra: t= t 0 +

-

Suy ra: R C 

lc
3
 0,8   2,3m
2
2

210
2.3

1 4.2,3  3
[ln(
)  ln(
)]  62,73
2.3,14.3
0,03 2 4.2,3  3

Như vậy ta có điện trở tản của mạch vòng có them cọc ven chu vi của trạm
được xác định như sau:
-

R mv =

RC .Rt
RC . t  Rt . C .n

Xác định các cọc đóng vào mạch vòng:
Ta chọn

a
3
lc

Bằng cách chọn khoảng cách giữa các cọc từ đó suy ra cọc cần thì:
Suy ra a=3.3=9m  n=

a
3
lc

l 100

 11,1 (cọc)
a
9

Như vậy ta chọn số cọc cần dùng là 20 (cọc).

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

109


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG

Tra bảng hệ số sử dụng của cọc bố trí dọc theo mạch vòng.
Với n=20;

a
 3  C =0,73
lc

Tra bảng hệ số sử dụng của thanh khi có cọc bố trí dọc theo mạch vòng.
Với n=20;

a
 3   t =0,45
lc

Từ các số liệu đã tính như trên thay vào công thức:
R mv 

62,73.5,77
 3,2  4
62,73.0,45  5,77.0,73.20

Vậy hệ thống nối đất an toàn cho cấp điện áp 22KV thỏa điều kiện an
toàn.

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

110


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
KẾT LUẬN



*Ưu điểm, nhược điểm:
Sau 10 tuần thực hiện đồ án: “Thiết kế hệ thống điện trạm biến áp
220/110/22kV” đã đạt được một số ưu, nhược điểm sau:
-

Ưu điểm:
+ Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của

phụ tải.
+ Có các hệ thống cấp nguồn dự phòng.
+ Thuận tiện trong vận hành, lắp ráp và sửa chữa.
+ Có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý.
- Nhược điểm:
+ Phụ tải chưa tập trung, mật độ phụ tải còn thấp.
Để hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn: cô

Đoàn Thị Bằng, nguời đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em thực hiện đề tài đúng thời gian
và đúng hướng. Những kiến thức em học được trong quá trình nghiên cứu đề tài, phần
lớn là được thầy hướng dẫn, giúp em hiểu rõ hơn, nắm chắc hơn một số vấn đề cơ bản.
Đồng thời, sẽ giúp em trong con đường học tập sau này cũng như trong tương lai.
Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm
còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu xót . Em rất mong được sự giúp đỡ
và tham khảo ý kiến của quý thầy cô và các bạn nhằm đóng góp và phát triển thêm đề
tài.

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

111


ĐỒ ÁN TRẠM BIẾN ÁP

GVHD: ĐOÀN THỊ BẰNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Giáo trình Nhà máy điện, trạm biến áp và bảo vệ rơ-le – Th.S Nguyễn Quý
– Trường ĐH Công nghệ TP.HCM.
2. Giáo trình Hệ thống cung cấp điện – Th.S Nguyễn Quý – Trường ĐH Công

nghệ TP.HCM.
3. Giáo trình nhà máy điện và tram biến áp - PGS. Nguyễn Hữu Khái - Nhà
xuất bản Giáo dục Việt Nam.

SVTH: NGUYỄN MINH TRỌNG

112