Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện 2

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
63
CHƯƠNG 5
CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ DÂY DẪN

Những thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm điện như máy phát, máy
biến áp, máy bù cùng các khí cụ điện như máy cắt điện, dao cách ly, kháng điện
được nối với nhau bằng thanh dẫn , thanh góp và cáp điện.
Để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy ta dùng thanh dẫn cứng. Thanh
dẫn cứng khi dòng điện nhỏ thường dùng thanh hình chữ nh
ật còn khi có dòng
điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ 2 hay 3 thanh hình chữ nhật đơn, còn khi có
dòng > 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng ( Để giảm hiệu ứng mặt ngoài và
hiệu ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát chúng).
Tất cả các dây dẫn từ máy biến áp lên thanh góp 220 KV và 110 KV ta
dùng dây dẫn mềm. Nó là dây xoắn đồng hay nhôm lõi thép. Khi dùng 1 sợi dây
không đủ tải dòng cần thiết phải dùng chùm các dây dẫn mềm.

I.CHỌN THANH DẪN CỨNG

a. Chọn thiết bị theo dòng cho phép lâu dài
• Dòng cho phép lâu dài của thanh dẫn I
cp
phải lớn hơn dòng cưỡng bức qua
nó
I
cb

≤
I

cp

I
cp
: Là giá trị dòng cho phép lâu dài đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ










• Thanh dẫn cứng ở đây dùng để nối từ cực máy phát đến máy biến áp. Trong
chương 5 ta đã tính được dòng cưỡng bức
I
cb
= 1,05.
KA335,4
5,10.3
75
=

• Tra tài liệu “ Thiết kế nhà máy điện ” ta chọn thanh dẫn hình máng bằng
đồng có các thông số:
h = 125 cm
b = 55 cm
c =6,5 cm

r = 10 cm
Tiết diện 1 cực là: 1370 mm
2

h
1
h
x x
y
0
y
0
r
c
y

y

b
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
64

Mô men trở kháng:
W
xx
= 50 cm
3

W

yy
= 9,5 cm
3

W
yoyo
= 100 cm
3

Dòng điện cho phép là: 5500 A

• Hiệu chỉnh dòng điện cho phép theo nhiệt độ môi trường
MT
θ
= 25
0
C, nhiệt
độ môi trường xung quanh nơi đặt thanh dẫn là
xq
θ
= 35
0
C, nhiệt độ cho phép
vận hành lâu dài của thanh dẫn
cp
θ
= 70
0
C

⇒
K
hc
=
MTcp
xqcp
θθ
θθ
−
−
=
88,0
2570
3570
=
−
−

Vậy dòng cho phép hiệu chỉnh theo nhiệt độ
I
hc cp
= k
hc
.I
cp
= 0,88.5500 = 4840 A > I
cb
= 4,335 KA thoả mãn điều kiện

b.Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch
Thanh dẫn đã chọn có I
cp
= 5500 A > 1000 A nên không cần kiểm tra điều
kiện ổn định nhiệt.

c.Kiểm tra ổn định động
• Điều kiện kiểm tra ổn định động:

2
/1400 cmKg
cptt
=≤
σσ


cp
σ
: ứng suất cho phép của thanh dẫn đã chọn là thanh dẫn đồng có
cp
σ
= 1400Kg/cm
2

• Xác định ứng suất do dòng ngắn mạch giữa các pha
Lực tính toán F
tt
tác dụng lên thanh dẫn các pha
F
tt

= 1,76 .10
-8
.
2
.
xk
i
a
L
( Kg )
I
xk
: Dòng ngắn mạch xung kích
L : Khoảng cách giữa 2 sứ liền nhau
A : Khoảng cách giữa các pha
ở cấp điện áp U = 10,5 KV lấy L = 180 cm, a= 45 cm

⇒
F
tt
= 1,76.10
-8
.
)(97,488)10.34,83.(
45
180
23
Kg=

Mô men uốn M

M =
).(46,8801
10
180.97,488
10
.
cmKg
LF
tt
==

ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
65

2
/0146,88
100
46,8801
¦
cmKg
W
M
yoyo
tt
===
σ

Ta thấy

22
/1400/0146,88 cmKgcmKg
cptt
=<=
σσ

• Khoảng cách giữa các miếng đệm (L
2
)
Lực điện động do ngắn mạch trong cùng 1 pha gây ra trên 1 đơn vị độ
dài:
f
2
= 1,68.10
-8
.
hdm
kI
h
l
..
2"

K
hd
: Hai thanh hàn chặt vào nhau; K
hd
= 1
h : Bề rộng của hình máng; h =17,5 cm

⇒
f
2
= 1,68.10
-8
.
5,17
1
(
2
.32,74. 10
3
)
2
= 2,058 Kg/cm
Khoảng cách giữa 2 miếng đệm
L =
2
).(.12
f
W
ttcpyy
σσ
−
=
cm269
058,2
)0146,881400.(5,9.12
=
−

So sánh L
max
= 269 cm với khoảng cách L = 180 cm ta thấy giữa 2 sứ đỡ
không phải đặt thêm miếng đệm mà thanh dẫn vẫn đảm bảo ổn định động khi có
ngắn mạch.

II.CHỌN THANH DẪN MỀM

1.Chọn dây dẫn từ máy biến áp tự ngẫu lên thanh góp 220KV.
• Điều kiện
I
cp

≥
I
lvcb

I
lvcb
=
KA
U
S
HT
38,0
220.3
35,145
.3

max
==

• Tra tài liệu “ Thiết kế nhà máy điện ” chọn dây nhôm lõi thép AC-300 có
I
cp
= 690 A
d = 29,2 mm ( Đường kính dây dẫn )
• Hiệu chỉnh dòng điện theo nhiệt độ môi trường với K
hc
= 0,78
I
hc CP
= 0,78.690 = 538 ( A )
I
hc CP
= 538 A > I
cb
= 380 A

• Kiểm tra điều kiện vầng quang
U
vq

≥
U
đm
= 220 KV
U
vq

: Điện áp tới hạn phát sinh vầng quang
Dây dẫn đặt trên mặt phẳng nằm ngang ta có
U
vq
=.84.m.r.lg
r
a
(KV)
m : Hệ số xét tới bề mặt nhẵn của dây dẫn m= 0,85
r : Bán kính ngoài của dây dẫn r = 29,2/2=14,6 mm = 1,46cm
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
66
a : Khoảng cách giữa các trục dây dẫn a = 500 cm

⇒
U
vq
= 84.0,85.1,46.log
KV2,264
46,1
500
=

U
vq
> U
đm
= 220 KV
⇒

Điều kiện vầng quang thoả mãn
• Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt
Xung lượng nhiệt khi ngắn mạch đựơc xác định theo biểu thức
B
N
=
∫
t
t
dtI
0
2
.
A
2
s
Một cách gần đúng ta lấy I
t
là giá trị hiệu dụng tức thời của dòng ngắn mạch
I
t
2
= I
ckt
2
+ i
kckt
2

I

CKt
: Giá trị hiệu dụng tức thời dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ
i
KCKt
: Giá trị tức thời dòng ngắn mạch thành phần không chu kỳ
I
t
2
=
22
KCKtCKt
iI +

B
N
=
∫
t
t
dtI
0
2
.
=
∫
t
t
CK
dtI
0

2
.
+
∫
t
t
KCK
dtI
0
2
.

B
N
= B
NCK
+ B
NKCK

B
NCK
: Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch chu kỳ
B
NKCK
: Xung lượng nhiệt dòng ngắn mạch không chu kỳ
Xác định B
NCK
dùng phương pháp giải thích đồ thị
Tìm giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ I
CKt

tại các thời
điểm khác nhau 0; 0,1; 0,2 s là các giá trị I
0
; I
0,1
; I
0,2
đến thời điểm t.
Biểu diễn trên đồ thị ta có diện tích giới hạn của đường cong này với các
trục toạ độ chính là B
NCK
. Một cách gần đúng diện tích này có thể xác định theo
đường bậc thang hoá
I
tbi
2
=
t
II
ii
Δ
+
−
.
2
22
1

B
NCK

=
∑
=
Δ
n
i
TBi
tI
1
2
.


tΔ
: Khoảng chia thời gian từ khi ngắn mạch cho đến khi cắt xong ngắn
mạch.
Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N1 ta có :






* Nhánh hệ thống X
1
= 0,078
X
tt
= X
1

.
cb
HT
S
S

E
1234
E
HT
X
1
X
16
0,078
0,116
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
67
= 0,078.
34,2
100
3000
=

Tra đường cong tính toán ta có
I
0
= 0,425 I
0,1

= 0,41 I
0,2
= 0,4
Chuyển sang đơn vị có tên:
I
0
= 0,425.
KA2,3
230.3
120
=

I
0,1
= 0,41.
KA
1,3
230.3
3000
=

I
0,2
= 0,4.
KA
3
230.3
3000
=

* Nhánh máy phát điện
X
tt
= X
16
.
cb
dmMF
S
S
∑
4
1
= 0,116.
348,0
100
300
=

Tra đường cong tính toán ta có
I
0
= 2,9 I
0,1
= 2,45 I
0,2
= 2,2
Chuyển sang đơn vị có tên
I

0
= 2,9.
KA
18,2
230.3
300
=

I
0,1
= 2,45.
KA
85,1
230.3
300
=

I
0,2
= 2,2.
KA
66,1
230.3
300
=


⇒
Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N1 do hệ thống và nhà máy cung cấp
I

0N1
= 3,2 + 2,18 = 5,38KA
I
0,1N1
= 3,1 + 1,85 = 4,95 KA
I
0,2N1
= 3 + 1,66 = 4,66 KA
Bình phương các trị số dòng điện có tên
I
0
2
N1
= 28,9 KA
2
I
0,1
2
N1
= 24,5 KA
2
I
0
2
,2N1
= 21,7 KA
2

Tìm các trị số trung bình bình phương
I

tb1
2
=
=
+
2
2
1,0
2
0
II
2
7,26
2
5,249,28
KA=
+

I
tb2
2
=
=
+
2
2
2,0
2
1,0
II

2
1,32
2
7,215,24
KA=
+

 Vậy ta có xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
68
B
NCK
=
∑
Δ
4
1
2
.
itbi
tI

= (26,7 + 23,1).10
6
.0,1 = 4,98.10
6
A
2
.S

 Xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch thành phần không chu kỳ
B
NKCK
= I
”
.T
a

T
a
: Hằng số thời gian tương đương của lưới. Đối với lưới có U
≥
1000V có thể lấy T
a
= 0,05s

⇒
B
NKCK
= 0,05.5,36.10
6
= 1,45.10
6
A
2
s
 Vậy ta có xung lượng nhiệt toàn phần
B
N
= B

NCK
+ B
NKCK

= 4,98.10
6
+ 1,45.10
6
= 6,43.10
6
A
2
s
Để đảm bảo ổn định nhiệt thì dây dẫn đã chọn phải có tiết diện nhỏ nhất là:
S
min
=
C
B
N
với dây nhôm lõi thép thì C = 88 As
1/2
/mm
2
ta có:
S
min
=
2
6

8,28
88
10.43,6
mm=

Mà ta đã chọn dây AC-240
⇒
thoả mãn điều kiện: S
chọn
> S
min
= 28,8 mm
2

2.Chọn thanh dẫn cho cấp 110KV
a.Điều kiện phát nóng lâu dài
• Dòng điện cưỡng bức ở cấp điện áp này: I
cb
= 0,413 KA
• Dây dẫn ta chọn phải thoả mãn điều kiện:
I
cp
hc
> I
cb

⇒
I
cp
.K

hc
≥
I
cb
⇒
I
cp

≥

hc
cb
K
I
=
KA53,0
78,0
413,0
=

• Tra sách “ Thiết kế nhà máy điện ” chọn dây AC-240 có I
cp
= 610 A có
đường kính dây dẫn là 21,6 mm
• Hiệu chỉnh dòng điện theo nhiệt độ môi trường với K
hc
= 0,78
I
cp
hc

= 0,78.610 = 475,8 A
I
cp
hc
> I
cb
= 0,413 KA

⇒
Điều kiện phát nóng lâu dài thoả mãn

b.Điều kiện vầng quang
• U
vq

≥
U
đm

• U
vq
: Điện áp tới hạn để phát sinh vầng quang. Nếu dây dẫn 3 pha bố trí
trên mặt phẳng nằm ngang thì ta tính theo công thức
• U
vq
= 84.m.r.lg
r
a
KV
Ta đã có m = 0,87; r = 21,6/2= 10,8 mm = 1,08cm; D = 400 cm

⇒
U
vq
= 84.0,87.1,08.lg
KV7,202
08,1
400
=

 Như vậy U
vq
= 202,7 > U
đm
= 110 KV
⇒
Điều kiện vầng quang thoả mãn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện
Nguyễn Thị Tuyết H7B – HTĐ
69

c.Điều kiện ổn định nhiệt
Hoàn toàn tương tự như cấp điện áp 220 KV ta sẽ tính dòng ngắn mạch tại
N2 ở các thời điểm t=0; 0,1; 0,2
I
tbi
2
=
t
II

ii
Δ
+
−
.
2
22
1

B
NCK
=
∑
=
Δ
n
i
TBi
tI
1
2
.


tΔ
: Khoảng chia thời gian từ khi ngắn mạch cho đến khi cắt xong ngắn
mạch.
= Ở phần tính toán ngắn mạch tại điểm N2 ta có :

* Nhánh hệ thống X
1
= 0,114
X
tt
= X
17
.
cb
HT
S
S
= 0,114.
KA42,3
100
3000
=

Ta cos X
tt
> 3 nên không tra đường cong tính toán mà tính
I
0
= I
0,1
= I

0,2
= I” =
KA39,45,0.
114,0
1
=


* Nhánh máy phát điện
X
tt
= X
18
.
cb
dmMF
S
S
∑
4
1
= 0,15
Tra đường cong tính toán ta có
I
0
= 7 I
0,1
= 5,2 I
0,2
= 4,3

Chuyển sang đơn vị có tên
I
0
= 7.
KA5,10
115.3
300
=

I
0,1
= 5,2.
KA83,7
115.3
300
=

I
0,2
= 4,3.
KA48,6
115.3
300
=

 Vậy dòng ngắn mạch tại điểm N2 do hệ thống và nhà máy cung cấp
I
0N2
= 4,39 + 10,5 = 14,89 KA
I

0,1N2
= 4,39 + 7,83 = 12,22 KA
I
0,2N2
= 4,39 + 6,48 = 10,87 KA
E
1234
E
HT
X
17
X
18
0,114
0,05