Tài liệu Đồ án tốt nghiệp điện - Thiết kế cấp doc

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


1
CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH TỔNG CÔNG SUẤT CẤP CHO XÃ

I. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Xác định tổng công suất cần cấp cho xã đóng vai trò hết sức quan trọng
trong việc lựa chọn máy biến áp, lựa chọn các phần tử trong mạng cao áp và tính
toán thiết kế đường dây tải điện.
Để tính toán tổng công suất cần cấp cho xã ta lần lượt tính toán công suất
của từng thôn theo số liệu đã cho và mặt bằng của xã ta đưa các phụ tải như:
Bách hoá, trụ sở xã, trạm xá, trường h
ọc vào thôn 1; các phụ tải Trại chăn nuôi,
trạm xay xát vào thôn 2 để tiện tính toán và chọn MBA cho các thôn.
II. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CẤP CHO XÃ.
Tổng công suất cần cấp cho xã là.
P
tt
= P
tt1
+ P
tt2
+ P
tt3
+ P
tt4
+ P
ttb

Với P
tt1
là công suất tính toán của thôn 1.
P
tt2
là công suất tính toán của thôn 2.
P
tt3
là công suất tính toán của thôn 3.
P
tt4
là công suất tính toán của thôn 4.
P
ttb
là công suất tính toán của trạm bơm.
1. Công suất tính toán của thôn 1.
1.1. Bách hoá 250m
2
.
Công suất tính toán: P
tt
= P
0
. S.N
Với S: diện tích (m
2
)
N: Số phòng
P
0

: Công suất/1m
2
; P
0
= 20 W/m
2
= 20.10
-3
kW/m
2
.
⇒ P
tt
= 20 . 10
-3
. 250 . 1 = 5kW.
1.2. Trụ sở xã 200m
2
.
⇒ P
tt
= 20.10
-3
. 200 . 1 = 4kW.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


2
1.3. Trạm xá 6 phòng, mỗi phòng 20m

2
.
Lấy P
0
= 13 W/m
2
= 13.10
-3
kW/m
2
.
⇒ P
tt
= 13.10
-3
. 20 . 6 = 1,56 kW.
1.4. Trường học 11 phòng, tổng 120m
2-.
Lấy P
0
= 20W/m
2
= 20. 10
-3
kW/m
2
.
⇒ P
tt
= 20. 10

-3
. 120 = 2,4 kW.
1.5. Số hộ dân 250 hộ.
Lấy P
0
= 0,6 kW/ hộ
⇒ P
tt
= 250. 0,6 = 150 kW.
Vậy công suất cấp cho thôn 1.
P
tt1
= 5 + 4 + 1,56 + 2,4 + 150 = 165,96 (kW)
S
tt1
=
tt1
P
cosϕ
lấy cosϕ = 0,85 ⇒ S
tt1
=
162,96
0,85
= 191,72 (kVA).
2. Công suất thôn 2.
2.1. Trại chăn nuôi.
Có 500 đầu lợn cần dùng 3 máy thái rau mỗi máy 1,7kW; 2 máy bơm loại
2,8kW và 1 máy bơm loại 1,7kW để sử dụng vào việc tắm rửa cho lợn và
chuồng trại.

P
đm
= 3 . 1,7 + 2 . 2,8 + 1 . 1,7 = 12,4 (kW)
Ta có: P
tt
= K
đt

n
ti ®mi CS
1
K.P P+
∑

Trong đó: K
đt
= 0,85 (hệ số đồng thời).
K
t
= 0,9.
P
CS
: Công suất chiếu sáng, lấy 12 bóng mỗi bóng 100W
⇒ P
CS
= 1,2 (kW).
Thay số ⇒ P
tt
= 0,85 . 0,9 . 12,4 + 1,2 = 10,69 (kW)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp

điện


3
2.2. Công suất trạm xay sát.
Trạm xay sát có 2 máy; mỗi máy công suất 7,5 kW
⇒ P
đm
= 2. 7,5 = 15 (kW).
⇒ P
tt
= K
đt
K
t
. P
đm
= 0,85 . 0,9 . 15 = 11,475 (kW).
2.3. Công suất của các hộ dân.
Thôn 2 có 400 hộ, lấy P
0
= 0,6.
⇒ P
tt
= 0,6 . 400 = 240 kW.
Vậy tổng công suất thôn 2:
P
tt2
= 10,69 + 11,475 + 240 = 262,165 (kW).
S

tt2
=
tt2
P
262,165
cos 0,85
=
ϕ
= 308,43 (kVA).
3. Công suất thôn 3.
Thôn 3 có 300 hộ ⇒ P
tt3
= 0,6 . 300 = 180 (kW0.
⇒ S
tt3
=
180
0,85
= 211,76 kVA.
4. Công suất thôn 4.
Công suất cần thiết để tiêu nước:
P
t
= P
0 tiêu
. N
Chọn P
0 tiêu
= 0,35 kW/ha.
Theo số liệu ta có N = 400 ha.

⇒ P
t
= 0,35 . 400 = 140 kW.
Dự định đặt máy bơm 33kW, mỗi giờ bơm 1000m
3
nước.
Số máy cần đặt: n =
140
33
= 4,2 (cái).
Lấy chẵn = 5.
Kiểm tra lại mức tiêu nước của 5 máy trong 3 ngày = 72h.
Trong 3 ngày 5 máy tiêu được:
5. 1000. 72 = 360. 10
3
m
3
nước > 350. 10
3
m
3
.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


4
Vậy đặt 5 máy cho trạm là hợp lý.
Trong những ngày úng các máy bơm.
Làm việc hết công suất.

P
ttb
= 5. 33 = 165 kW
P
b
=
ttb
P
165
Cos 0,85
=
ϕ
= 194,12 kVA
Vậy tổng công suất cần cấp cho xã.
P
tt
= P
tt1
+ P
tt2
+ P
tt3
+ P
tt4
+ P
b

= 162,96 + 262,165 + 180 + 300 + 165 = 1070,125 kW
S
tt

= S
tt1
+ S
tt2
+ S
tt3
+ S
tt4
+ S
b
= 191,72 + 308,43
+ 211,76 + 352,94 + 194,12
= 1258,97 kVA.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


5
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ TUYẾN ĐƯỜNG DÂY
CAO ÁP CẤP ĐIỆN CHO XÃ

I. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Tuyến đường dây cao áp cấp điện cho xã lấy từ trạm biến áp trung gian
110/35kV đưa về trạm đầu tiên trên địa phận xã, chiều dài của tuyến đường dây
cáp áp dài 5km đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo nguồn, điện liên
tục cho việc sinh hoạt và sản xuất của các thôn xóm trong xã vì vậy khi thiết kế
tuyến đường dây cao áp ta phải đặc biệt chú trọng đến độ tin cậy về mặt c
ơ học
của đường dây và lựa chọn các phần tử trên đường dây phù hợp với các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật để đảm bảo vốn đầu tư và độ an toàn của hệ thống.

II. TÍNH TOÁN.
1. Tính toán dây dẫn.
Vì cấp điện cho 1 xã nông nghiệp là hộ tiêu thụ điện số 3 do đó ta chỉ cần
cấp điện theo 1 lộ.
Ta có: I
tt
=
tt
®m
S
1258,97
3U 3.35
=
= 20,76 (A)
Chọn tiết diện dây theo điều kiện kinh tế.
F
kt
=
tt
kt
I
J

Lấy T
max
= 3500h ⇒ tra bảng ta được J
KT
= 1,1.
⇒ F =
tt

kt
I
2076
J1,1
=
= 18,87 (mm
2
).
Vậy chọn dây AC với tiết diện tối thiểu.
AC - 35.
* Kiểm tra theo tổn thất điện áp và phát nông cho phép.
- Theo tổn thất điện áp.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


6
Ta có dây AC - 35:
00
00
x0,4xx.l
r0,85Rr.l
==
⎧
⎨
==
⎩


⇒

{
R0,85.5
X0,4.5
=
=

từ công thức: S
tt
=
22
tt tt
PQ+


⇒
Q
tt
=
22
tt tt
SP−

Với S
tt
= 1258,97 kVA
P
tt
= 1070,125 kW
⇒

Q
tt
=
()( )
22
1258,97 1070,125−
= 663,203 kVAR.
⇒

®m
P.R QX 1070,125.0,85.5 663,203.0,45
U
U35
++
Δ= =

= 167,84 (V)
U
CP
= 5% U
đm
=
3
5.35.10
100
= 1750 V
⇒
U
CP
>

Δ
U
- Theo điều kiện phát nóng cho phép.
Với I
SC
= 2I
tt
= 2. 20,76 = 41,52 (A)
Mà dây AC - 35 có I
CP
= 170A

⇒
I
SC
< I
CP

2. Chọn cột móng.
Trên đường dây hệ thống cấp điện từ 35kV trở xuống thường hay dùng 2
loại cột bê tông cốt thép để truyền tải điện đó là cột li tâm và cột vuông. Ở đây
ta chọn cột li tâm để truyền tải điện từ huyện về xã.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


7


- Chọn khoảng cột, l = 100m.

- Chọn cột: Dây dẫn 3 pha đặt trên cùng 1 xà, cột chôn sâu 2m, cột li tâm
cao 12m. Tại các vị trí trung gian đặt cột LT 12B, vị trí đầu và cuối tuyến đặt 2
cột LT12C. Cột mua tại Xí nghiệp bê tông li tâm Đông Anh có các thông số cho
theo bảng sau:
Loại
Qui cách D
1
/D
2
-H
(mm)
Mác bê
tông
V,
m
3
M(kg)
Lực đầu cột P
CP

KG
LT12B 190/300-12000 400 0,44 1200 720
LT12C 190/300-1200 400 0,44 1200 900

- Chọn xà, sứ:
Các cột trung gian dùng xà đơn X
1
.
Cột đầu cuối dùng xà kép X
2

.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


8



Xà làm = thép góc L73 . 73 . 7 dài 25m.
Kèm xà và chống xà dùng thép góc L60. 60 . 6
Chọn sứ: Dùng sứ cách điện chuỗi do Xí nghiệp thủy tinh Hải Phòng sản
xuất.
1 pha dùng 8 bát sứ, mỗi cột có một sứ đỡ.

Xμ l¾p cét trung gian
X
2

Xμ l¾p cét k?o
φ
20
φ
20
5050
400
240
Sø c¸ch ®iÖn chuçi
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện

9
Chọn móng cột: Dùng móng cột không cấp.
Với cột trung gian móng có kích thước 1. 1,2 . 2m.
Với cột đầu cuối móng có kích thước 1,2 . 1,4 . 2m.


3. Tính toán ứng suất và độ võng của dây.
Hệ số nở dài của dây phức hợp AC là:

α
AC
=
Fe Fe Al Al
Fe Al
.E a. .E
Ea.E
α+α
+

Trong đó:
α
Al
: hệ số nửo dài của nhôm.

α
Al
= 23. 10
-6

(1/
0
C)
α
Fe
: Hệ số nở dài của thép.

α
Fe
= 12 . 10
-6
(1/
0
C).
E
Al
: Mô đun đàn hồi của vật liệu nhôm.
E
Al
= 61,6 . 10
3
N/mm
2

a: Tỉ số tiết diện tính toán.
1m
1,2m
2m 2m
1,4m
1,2m

Höôùng truyeàn
Höôùng truyeàn
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


10
a =
Al
Fe
F
F

Với
{
Al
Fe
F36,9
F6,20
=
=

⇒
a = 5,95
Thay số ta có:
α
AC
=
63 6 3
33

12.10 .196.10 5,95.23.10 .61,6.10
196.10 5,95.61,6.10
−−
+
+

= 19,167 . 10
-6
(1/
0
C).
Mô đun đàn hồi của vật liệu dây phức hợp:
E
AC
=
33
Al Fe
a.E E
5,95.61,6.10 196.10
1a 15,95
+
+
=
++

= 80,49 . 10
3
N/mm
2
.

Hệ số kéo dài đàn hồi dây AC:
β
AC
=
3
AC
11
E
80,49.10
=
= 0,0124 . 10
-3
m
2
/N
Ứng suất cho phép của vật liệu nhôm:

τ
Alcp
=
Algh
n
τ

Với n: hệ số an toàn; n = 2

τ
Algh
= 156 N/mm
2

⇒

τ
Alcp
=
156
2
= 78 (N/mm
2
)
Ta có
τ
AC bão
=
()()
AC
ACcp Al AC 0 b·o Al
Al
E
.E
E
⎡⎤
τ−α−α θ−θ
⎣⎦

Trong đó:
θ
0

= 25
0
C (nhiệt độ môi trường chế tạo dây).

θ
bão
= 25
0
C (nhiệt độ không khí khi bão)
→

τ
ACbão
=
3
66 3
3
80,49.10
78 (23.10 19,167.10 )(15 25).61,6.10
61,6.10
−−
⎡⎤
−− −
⎣⎦

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


11

AC
AC min ACcp Al AC 0 min Al
Al
E
()().E
E
⎡⎤
τ=τ−α−αθ−θ
⎣⎦

víi
θ
min
= 5
0
C.
3
66 3
AC min
3
80,49.10
78 (23.10 19,167.10 )(15 5).61,6.10
61,6.10
−−
⎡⎤
→τ = − − −
⎣⎦

= 98,93 (N/mm
2

)
Khoảng vượt tới hạn của dây AC được tính theo công thức:
l
th
=
( )
Al b·o min
2
2
min
b·o
AC b·o AC min
24. .
g
g
θ
θ
αθ−θ
⎛⎞
⎛⎞
−
⎜⎟
⎜⎟
ττ
⎝⎠
⎝⎠

Chọn vùng khí hậu IV.
Tra bảng ta có: g
bão

= g
3
= 197. 10
-3
(M/m . mm
2
).
⇒
l
th
=
6
22
33
24.23.10 (25 5)
197.10 32,3.10
105 98,93
−
−−
−
⎛⎞⎛ ⎞
−
⎜⎟⎜ ⎟
⎝⎠⎝ ⎠
= 65,41 (m)
⇒
l
th
= 61,41 (l = 100
→

τ
max
xuất hiện khi bão.
Từ phương trình:

τ
Aln
-
22 22
nmAC
ACm n m
22
AC
AC ACn AC ACm
lg lg
()
24 . 24 .
α
= τ− − θ−θ
β
βτ βτ

Trạng thái m:
g
m
= g
1
= 32,2 . 10
-3

M/m . mm
2
.

θ
m
= 5
0
C.

τ
ACm
=
τ
ACθmin
= 98,93.
Trạng thái n:
g
n
= g
1
= 32,2 . 10
-3
M/m . mm
2
.

θ
m
= 40

0
C.
Thay số vào ta được:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


12
232 232
ACn
32 3 2
ACn
100 .(32,2.10 ) 100 (32,2.10 )
98,93
24.0,0124.10 . 24.0,0124.10 (98,93)
−−
−−
τ− = −
τ
-

6
3
19,169.10
0,0124.10
−
−
−
. (40 - 5).
⇒

τ
can
-
2
ACn
34840,05
τ
= 4126.
⇒

32
ACn ACn
.41,26 34840,05τ−τ =

⇒

τ
can
= 53,45 (N/mm
2
) =
τ
ACθmax
.
⇒
Độ võng: f =
223
AC max
l .g 100 .32,2.10

8. 8.53,45
−
θ
=
τ
= 0,75 (m)



Kiểm tra khoảng cách an toàn:
h
0
= h - f - h
1
- h
2

≥
h
cp

Với: h: chiều cao cột, h = 12m.
f: độ võng f = 0,75 m
h
0
: khoảng cách từ mặt đất đến điểm thấp nhất của dây.
h
1
: khoảng cách từ điểm treo dây dưới cùng đến đỉnh cột;
h

1
=0,25m.
100m
h
0
f
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


13
h
2
: Độ chôn sâu của cột, h
2
= 2m.
h
cp
: khoảng cách cho phép; h
cp
= 7.
⇒
h
0
= 12 - 0,75 - 0,25 - 2 = 9 (m) > 7m .
Vậy độ võng của dây đảm bảo khoảng cách an toàn.
4. Kiểm tra độ uốn của cột trung gian.
Cột trung gian chịu mô men uốn do tác động của lực gió lên cột, lực gió
lên dây dẫn. Khi xét khả năng chịu uốn của cột cần phải xét đến lúc vận tốc gió
lớn nhất (V = 40m/s lúc bão).

Lực gió tác dụng lên mặt cột.
P
C
=
2
9,81
..C. .F
16
αυ

Trong đó:
α
: Hệ số biểu thị sự không đồng đều của gió tác dụng lên khoảng cột.
C: Hệ số động lực của không khí phụ thuộc vào bề mặt chịu gió.

α
= 0,7; C = 0,7; v = 40m/s
F: Diện tích mặt cột chịu tác động của gió.
F =
12
2
DD
(h h )
2
+
−

Với D
1
: đường kính trên của cột; D

1
= 190mm = 0,19 m
D
2
: đường kính dưới của cột; D
2
= 300mm = 0,3m.
⇒
F =
2
0,19 0,3
(12 2) 2, 45(m )
2
+
−=

⇒
P
C
=
9,81
16
. 0,7 . 0,7 . 40
2
. 2,45 == 1177,69 (N)
Lực gió tác dụng lên một dây:
P
d
= g
2

. F. l = 176.10
-3
. 35. 100 = 616 (N)
F: Tiết diện dây.
Lực gió đặt vào cột ở độ cao H có giá trị:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


14
H =
120
12
2D D h
2.0,19 0,3 10
..
DD 3 0,19 0,3 3
+
+
=
++
= 4,625 (m).
Tổng mô men tác động lên tiết diện cột sát đất.
M
tt
= n (
Σ
M
i
+ 10%

Σ
M
i
)

Σ
M
i
= 1,1 (M
3d
+ M
C
).
Vì 3 dây đặt ở độ cao 10m.
⇒
M
3d
= 3. 616 . 10 = 18480 Nm.
M
C
= 1177,69 . 4,625 = 5446,82 Nm
⇒

Σ
M
i
= 1,1 (18480 + 5446,82) = 26319,5
⇒
M
tt

= 1,2 (26319,5 + 0,1 . 26319,5) = 34741,74 (Nm).
Qui đổi tính toán về lực đầu cột.
P
tt
=
tt
M
10
= 3474,174 (N) = 354,146 (kg)
Với P
CP
= 720 (kg)
⇒
P
tt
< P
CP
.
Vậy cột trung gian làm việc an toàn trong mọi điều kiện môi trường.
5. Kiểm tra độ uốn cột cuối.
Cột cuối luôn bị kéo về 1 phía bởi sức kéo của dây là:
T
d
=
τ
ACθmin
. F
AC

F

AC
= F
Al
+ F
Fe
= 36,9 + 6,20 = 43,1
⇒
T
d
= 98,93 . 43,1 = 4263,883 (N)
Mô men tính toán tổng đặt lên tiết diện cột sát đất.
M
tt
= n.3 . T. h = 3 . 1,3 . 4263,883 . 10 = 166291,437 (N)
⇒
P
tt
=
tt
M
h
= 16629,1437 (N) = 1695,12 (kg)
Vì cột cuối dùng 2 cột LT 12C có lực đầu cột cho phép = 900kg
⇒
P
tt
<
P
CP
= 2.900 = 1800 (kg).

Vậy cột làm việc an toàn, nhưng do điều kiện đất đai ta đặt cho cột cuối 2
dây néo loại
φ
14 để đảm bảo hơn trong khi làm việc.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp
điện


15
Móng dây néo được chế tạo bằng bê tông cốt thép mác 200 có kích thước
1. 1,5. 0,3 chôn sâu 2 mét, dây néo hợp với mặt đất 1 góc 45
0
, 2 dây néo hợp với
nhau 1 góc 60
0
.
Số cột cần dùng trên đường cao áp dài 5km.
A
tt
=
5000
100
= 50 (cột)
Do đầu và cuối ta dùng 2 cột LT12C do đó số cột cần dùng là: A =52
(cột)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp điện


16

Mặt bằng
tuyến


Cắt dọc






Khoảng cột 100m 100m 100m 100m 100m 100m
Loại cột 2LT12C LT12B LT12B LT12B LT12B LT12B 2LT12B
Loại xà 2X
1
X
1
X
1
X
1
X
1
X
1
2X
1

Sứ cách
điện chuỗi

(bát)
8CN-35 8CN-35 8CN-35 8CN-35 8CN-35 8CN-35 8CN-35
Loại móng M
2
M
1
M
1
M
1
M
1
M
1
M
2

Néo
2
φ
14
Tiếp địa
L60.60.6
1 cọc 1 cọc 1 cọc 1 cọc 1 cọc 1 cọc 1 cọc

SƠ ĐỒ MẶT BẰNG VÀ MẶT CẮT DỌC TUYẾN ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP
Từ TBATG