TỔNG QUAN VỀ KHU ĐÔ THỊ
Các yêu cầu chung và tiêu chuẩn thiết kế
Mọi phương án hoặc dự án đều cần đáp ứng bốn yêu cầu cơ bản, trong đó đầu tiên là độ tin cậy cung cấp điện, phản ánh mức độ đảm bảo liên tục cung cấp điện phù hợp với nhu cầu của hộ sử dụng.
Hộ loại 1 bao gồm những cơ sở cực kỳ quan trọng, nơi không thể xảy ra mất điện vì sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng, chẳng hạn như sân bay và đại sứ quán.
Hộ loại 2 là những hộ gia đình hoặc doanh nghiệp, như khách sạn và trung tâm thương mại, mà khi xảy ra mất điện sẽ gặp thiệt hại về kinh tế Mặc dù thiệt hại này không nghiêm trọng bằng hộ loại 1, nhưng vẫn có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động và doanh thu của họ.
- Hộ loại 3: Là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạm thời khi cần thiết (như : khu sinh hoạt đo thị ,nông thôn ) b Chất lượng điện
Chất lượng điện được đánh giá qua hai tiêu chí chính: tần số (Hz) và điện áp (U) Để đạt được chất lượng điện tối ưu, cần đảm bảo rằng cả tần số và điện áp đều nằm trong giới hạn cho phép Điều này là cần thiết để các thiết bị sử dụng điện hoạt động bình thường và hiệu quả.
Tính kinh tế của một phương án được xác định qua hai chỉ tiêu chính: vốn đầu tư và phí vận hành Phương án cấp điện tối ưu là phương án kết hợp hài hòa giữa hai yếu tố này, nhằm đạt được chi phí tính toán hàng năm thấp nhất.
Hệ số vận hành (a vh) cho các đường dây trên không được xác định là 0,04 cho tất cả các cấp điện áp, trong khi đối với cáp và trạm biến áp, hệ số này là 1 Hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn (a th) được quy định là a tc = 1.
T tc với lưới cung cấp điện T tc = 5 năm →a tc =0,2
∆ A :Tổn thất điện năng trong 1 năm. c : Giá điện tổn thất điện năng (đ/kWh) d An toàn điện
An toàn điện là vấn đề quan trọng, thậm chí phải đặt lên hàng đầu khi thiết kế lắp đặt, vận hành công trình điện
A : Mạng trung áp 22kv , 35kv
Hình 1 : Sơ đồ cấu trúc nguồn trung áp
Hình 2 : Sơ đồ nguyên lý cấu trúc
- Có ít nhất 2 trạm biến áp trung gian 22kv
- Trạm đặt nơi công cộng thoáng khí nhiều cây xanh
- Cáp đi ngầm dưới vỉa hè, lòng đường được luồn trong ống nhựa siêu bền
- Mạng hạ áp của TBA hệ thống cấp điện theo kiểu hình tia
- Tại tủ điện hạ áp tổng tại lô đất thì được cấp điện theo kiểu hình nhánh
- Mỗi tủ hạ áp được cấp tối đa 12 căn, thường đặt ở đầu lô đất
- Cáp đi ngầm dưới vỉa hè, lòng đường phải được luồn trong ống nhựa siêu bền
Hình 3 : Sơ đồ nguyên lý TBA
Hình 4 : Sơ đồ nguyên lý cấp tủ điện
2.3 Các tiêu chuẩn thiết kế
(iii) Các tiêu chuẩn về điện
1 Quy phạm trang bị điện do Bộ Công nghiệp ban hành 11 TCN-2006
2 Cáp điện lực đi ngầm trong đất, phương pháp lắp đặt; TCVN 7997:2009
3 Quy chuẩn Quốc gia các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị
4 Tiêu chuẩn Quốc gia về đặt thiết bị điện trong nhà ở TCVN 9206:2012
5 Cáp điện lực đi ngầm trong đất, phương pháp lắp đặt; TCVN 7997:2009
6 Quy chuẩn Quốc gia về kỹ thuật điện, tập 7 Thi công các công trình điện
7 Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế;
8 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về kỹ thuật điện – tập 8
– Quy chuẩn kỹ thuật điện hạ áp
9 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng QCXDVN-01-2008/BXD
(iv) Các tiêu chuẩn về chiếu sáng
1 Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường, đường phố, quảng trường đô thị
2 Chiếu sáng nhân tạo bên ngoài các công trình công cộng và kỹ thuật hạ tầng đô thị – Tiêu chuẩn thiết kế
3 Đèn điện chiếu sáng đường phố - Yêu cầu kỹ thuật chung
TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐÔTHỊ
Đặt vấn đề
Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu đô thị, bước đầu tiên của người thiết kế là xác định nhu cầu điện năng của các phụ tải trong công trình.
Phụ tải điện của mỗi công trình cần được xác định dựa trên quy mô và thực tế sử dụng, đồng thời cần tính đến khả năng phát triển trong tương lai Đối với việc xác định phụ tải điện cho một khu đô thị, các yếu tố chính bao gồm diện tích sàn, diện tích mặt bằng, mục đích sử dụng và tính chất của các hạng mục xây dựng Việc này giúp đảm bảo tính toán dự phòng hợp lý cho nhu cầu điện năng trong tương lai.
Xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng thiết bị điện Nếu phụ tải tính toán thấp hơn thực tế, thiết bị sẽ bị giảm tuổi thọ và có nguy cơ cháy nổ Ngược lại, nếu phụ tải tính toán cao hơn nhiều so với thực tế, sẽ dẫn đến việc chọn thiết bị quá lớn, gây lãng phí và không kinh tế.
2 Khái niệm chung về phụ tải điện
Phụ tải điện bao gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q cần thiết tại một điểm trong lưới điện với điện áp định mức, được gọi là điểm đặt hay điểm đầu phụ tải Thuật ngữ này dùng để chỉ các hộ tiêu thụ điện và các thiết bị điện.
- Khái niệm về phụ tải tính toán:
Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi là phụ tải tính toán.
A Công suất định mức: Pđ(Kw), Qđ(Kvar),Sđ(Kva) là công suất do nhà sản suất đưa ra, dựa vào cách tính toán phụ tải điện để xác định Công suất này có đặc điểm là công suất lớn nhất của phụ tải
B Công suất tính toán: Ptt(kW), Qtt(kVar),Stt(kVa) là công suất có tính đến hệ số đồng thời thiết bị sử dụng trong cùng một thời gian
Kđt : là hệ số đồng thời thiết bị sử dụng trong cùng một thời gian, tra ở
C Công suất thực tế : Là công suất chỉ có được khi phụ tải được đưa vào sử dụng
Khái niệm chung phụ tải điện
3.1.Tiêu chuẩn cấp điện cho các đối tượng trong khu đô thị.
Tiêu chuẩn cấp điện khu đô thị
TT Loại công trình Đơn vị tính Chỉ tiêu cấp điện
1 Nhà liền kế kw/nhà 6.0
2 Nhà biệt thự kw/nhà 9.0
3 Nhà chung cư cao tầng kw/m 2 sàn 0.07
4 Nhà trẻ, mẫu giáo kw/m 2 sàn 0.02
7 Trung tâm thương mại,dịch vụ kw/m 2 sàn 0.08
8 Công trình dịch vụ văn hóa kw/m 2 sàn 0.08
9 Nhà hành chính kw/m 2 sàn 0.08
10 Công trình hỗn hợp kw/m 2 sàn 0.08
11 Chiếu sáng đường chính Cd/m 2 1,2
12 Chiếu sáng các đường khác Cd/m 2 0,6 đến 0,8
3.2.Phụ tải tính toán toàn khu quy hoạch.
Trong thiết kế cung cấp điện cho khu đô thị, chúng ta áp dụng phương pháp tính toán phụ tải dựa trên suất phụ tải trên một đơn vị diện tích, kết hợp với hệ số đồng thời để đảm bảo hiệu quả và chính xác trong việc phân bổ nguồn điện.
- Đối với đối tượng phụ tải tính toán được xác định theo suất phụ tải trên 1 m 2
Ta có công thức tính :
P0 : Suất phụ tải trên 1m 2 đơn vị diện tích (W/m 2 )
S : Diện tích lô đất công trình (m2)
Pđ : Công suất đặt từng lô công trình
Ptt : Công suất tác dụng của từng lô, từng hạng mục
Qtt : Công suất phản kháng
Stt : Công suất toàn phần
Giá trị P0 và Kđt được xác định dựa trên bảng dữ liệu, phụ thuộc vào đặc tính của phụ tải và phân tích từ số liệu thống kê, cùng với nhu cầu tiêu thụ thực tế của phụ tải và các tiêu chuẩn thiết kế liên quan.
3.2.2 Bảng chỉ tiêu về hệ số dự phòng phát triển.
Hệ số sử dụng đồng thời cho khu đô thị được xác định trong khoảng từ Ksd=0,6 đến 0,8 Đối với đô thị loại 2 gần trung tâm thành phố Hà Nội, chúng ta chọn Ksd=0,8 và hệ số công suất Cos = 0,8.
-Tổn hao công suất trên mạng trung áp 22KV:10%.
-Dự phòng phát triển tương lai:20%
-Tính toán cụ thể cho “ nhà biệt thự 1 ” (C-TT1)
Tên phụ tải Số lượng
(kw ) k sd cos φ tg φ Ptt
Tên phụ tải Số lượng
(kw ) k sd cos φ tg φ Ptt
THIẾT KẾ MẠNG TRUNG ÁP 22/0,4KV
Vị trí đặt trạm biến áp
Trạm biến áp là thiết bị quan trọng trong các khu vực có cây xanh, công trình công cộng, nhà liền kề và biệt thự, thường được lắp đặt ngoài trời để tối ưu hóa việc cung cấp điện Việc bố trí trạm ở trung tâm các phụ tải giúp giảm thiểu tổn thất điện áp và tiết kiệm chi phí đầu tư cho đường dây Đối với các tòa nhà cao tầng và chung cư, trạm biến áp sẽ được lắp đặt bên trong tầng hầm, và loại trạm này sẽ được lựa chọn dựa trên thiết kế kỹ thuật cụ thể của từng công trình.
- Vị trí đặt trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:
+ An toàn và liên tục cấp điện.
+ Thao tác,vận hành,sửa chữa dễ dàng.
+ Phòng nổ,cháy,bụi bặm,khí ăn mòn.
+ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
+Vị trí đặt trạm biến áp phải gần với vỉa hè đường đi để tiện cho việc cấp điện và di dây, cáp điện.
Số lượng máy biến áp, trạm biến áp
Máy biến áp là thiết bị thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện cho khu đô thị, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn điện ổn định và an toàn Khi chọn máy biến áp, cần chú ý đến các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
+ Đảm bảo liên lạc giữa nguồn và phụ tải.
+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải.
+ Đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật.
- Các trạm biến áp sẽ cấp điện cho các phụ tải liền kề, gần nhau theo từng cụm hoặc khu vực nhất định.
Số lượng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp được chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải
Chọn máy biến áp,trạm biến áp
- Lựa chọn máy biến áp: Với trạm 1 máy Sdm Stt
Với trạm 2 máy S dm = Stt / 1,4
Sdm : công suất định mức của máy biến áp nhà chế tạo cho.
Stt : công suất tính toán, nghĩa là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải.
1,4: hệ số quá tải Ứng với điều kiện sau: quá tải không quá 5 ngày mỗi đêm, mỗi ngày không quá tải 6 giờ.
Chọn cáp và dây dẫn
Các tiêu chuẩn chọn cáp ngầm ngoài trời:
Khi lắp đặt cáp dưới đất, cần đặt cáp trong hào với lớp đất mịn ở dưới, không có sỏi, đá hoặc rác Để bảo vệ cáp khỏi tác động cơ học, đối với cáp điện áp dưới 35kV, cần phủ một lớp gạch trên mặt nền dọc theo tuyến cáp.
- Khi các cáp đặt song song nhau thì khoảng cách theo chiều ngang giữa các cáp phải là:
+100mm :giữa các cáp điện áp 10kV trở xuống.
+300mm:giữa các cáp điện áp trong khoảng 10kV đến 35kV.
Hệ thống cáp ngầm XLPE 0,4kV sợi đơn được chôn trực tiếp trong đất với độ sâu 0,7m Tiết diện dây trung tính tương đương với dây pha Mương đất cho cáp có chiều sâu 0,7m và rộng 0,4m Khi cáp băng qua đường, nó được bảo vệ trong ống nhựa siêu bền HPE, với cấu trúc 3 pha (4 dây) nằm trong 1 ống Hệ thống này được tiếp địa một đầu bằng cọc thép mạ đồng có đường kính 18mm.
-Hệ thống đường dẫn điện phải được độc lập về cơ, điện đối với các hệ thống khác và đảm bảo dễ dàng thay thế, sửa chữa khi cần.
Chỗ nối đường hoặc rẽ nhánh dây dẫn, cáp điện cần phải đáp ứng tiêu chuẩn dẫn điện tương đương như một dây dẫn cáp điện liên tục, đồng thời phải được bảo vệ khỏi các tác động lực bên ngoài.
Đường dẫn điện cần được thiết kế phù hợp với điều kiện môi trường, tính chất sử dụng và đặc điểm kiến trúc của công trình Đồng thời, nó cũng phải đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật an toàn và phòng cháy.
Phương án cấp điện mạng trung áp cho khu đô thị mới
2.5.1 Chọn MBA TBA cho khu đô thị
Do độ dài của khu C Khu Đô Thị Kiến Hưng nên ta sẽ chọn 3 TBA tương đương với
3 phụ tải tính toán toàn đô thị
TBA T10 : dùng để cấp điện cho nhà liền kề và biệt thự , trường học , công viên , … TBA T 11 : cấp điện cho trung tâm thương mại (HH3)
TBA T12 : cấp điện cho tòa nhà hỗn hợp ( HH4) Để thuận tiện trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa và vận hành trạm biến áp lắp
Việc sử dụng 2 máy biến áp cùng công suất giúp đơn giản hóa quy trình vận hành và giảm chi phí đầu tư ban đầu, đặc biệt là khi lắp đặt thiết bị bảo vệ cho máy biến áp công suất lớn rất tốn kém Hơn nữa, việc lắp đặt 2 máy tại một trạm còn đảm bảo cung cấp điện liên tục, tránh tình trạng mất điện trên diện rộng trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc khi bảo dưỡng định kỳ.
Lưới điện trung thế được thiết kế theo cấu trúc mạch vòng kín với điện áp định mức 22KV và tần số 50Hz, cho phép vận hành hở Cáp trung thế 22KV được lắp đặt trong các tuy nen kỹ thuật hoặc ngầm trong rãnh cáp, và khi đi qua đường, cáp được bảo vệ bằng ống thép chịu lực có đường kính từ D100 đến D150, đồng thời có dấu hiệu nhận biết cáp 22KV Để đảm bảo an toàn, các công trình xây dựng khác cần cách hào cáp một khoảng tối thiểu nhất định.
Tất cả các trạm biến áp trong khu đô thị được phân chia thành 6 mạch vòng, với hệ thống đường dây mạch vòng được xây dựng ngầm dưới đất để dẫn nguồn điện từ các trạm trung gian.
110/22KV Các trạm biến áp được cấp điện theo sơ đồ mạch vòng kín, vận hành hở.
Dựa trên bảng tính toán phụ tải của khu đô thị, chúng tôi đã đưa ra phương án lựa chọn trạm biến áp phù hợp, đồng thời xác định vị trí đặt trạm dựa trên mặt bằng điện trung thế.
TBA Thông số kĩ thuật Kích thước (mm)
Sđm Tổn hao không tải W
Tổn hao ngắn mạch75 o C Điện áp ngắn mạch
Và chọn MBA các khu vực thuộc TBA T10 :
STT Tên phụ tải Stt ( kVA) Chọn MBA
STT Tên phụ tải Stt Chọn MBA
2.5.2 Tính toán tổn thất công suất,tổn thất điện năng của các trạm biến áp. a.Tính toán tổn thất công suất
Tổn thất công suất tác dụng của trạm biến áp có 2 máy biến áp làm việc song song được xác định :
Trong đó : ΔP : tổn thất công suất của trạm ΔP0; ΔPN tổn hao không tải và có tải của máy biến áp b.Tính toán tổn thất điện năng :
Tổn thất điện năng trong trạm có 2 máy làm việc song song :
Trong đó : t = 8760 (h) – là thời gian v n hành của 1 máy biến áp trong 1 năm τ = (0.124 + 10-4 * Tmax) 2 * 8760 (với Tmax = 3500h)
= 1986.16(h) ΔP : tổn thất công suất của trạm ΔP0; ΔPN tổn hao không tải và có tải của máy biến áp ΔA : tổn thất điện năng :
V dụ:Áp dụng tính cho trạm biến áp 1 có 2 máy biến áp làm việc song song có Sđm 1000KVA ΔP0 = 2.7 kW ; ΔPN = 19.5kW ; Stt = 1712.27 kVA
= 33.99 (kW) Tổn thất điện năng :
2 TBA T11 và T12 được dử dụng kèm với công trình khép kín
Trạm T10 được thiết kế theo kiểu trạm kín, với trạm biến áp đặt tại trung tâm phụ tải để tối ưu hóa bán kính cấp điện khoảng 300m, giúp giảm thiểu tổn thất điện áp cuối đường dây Cửa trạm hướng ra phía đường, và vị trí của các máy biến áp được sắp xếp hợp lý, đảm bảo an toàn chống cháy nổ, đồng thời thuận tiện cho việc lắp đặt, sửa chữa và vận hành.
Trạm biến áp kiosk 4 ngăn bao gồm 2 ngăn dành cho máy biến áp, 1 ngăn chứa tủ trung thế 4 ngăn và 1 ngăn để dãy tủ hạ thế Kích thước và chi tiết cụ thể có thể tham khảo trong bản vẽ kiến trúc.
Trạm biến áp T10 được xây dựng với tường bao quanh và mái bằng bê tông cốt thép, kèm theo nhiều cửa chớp xi măng để tăng cường thông gió, bên ngoài được bảo vệ bằng lưới thép chống chuột Bên trong trạm, các công tắc, ổ cắm và đèn chiếu sáng được bố trí hợp lý để phục vụ cho quá trình vận hành Tại vị trí máy biến áp, có thiết kế hố ga thu dầu nhằm đảm bảo an toàn Trong buồng máy biến áp, các tủ điện trung thế và hạ thế được trang bị bình cứu hỏa để ứng phó kịp thời với sự cố cháy nổ Ngoài ra, buồng máy biến áp còn có thanh chắn cao 1,2m và cửa ra vào thuận tiện.
Phía cao áp: Đặt tủ trung thế 24kV-630A-20kA/s cách điện SF6 hoặc chân không bao gồm
- 02 ngăn tủ cầu dao phụ tải 24kV-630A-20kA/s-lắp cho đầu cáp đến và đi.
- 02 ngăn tủ máy cắt 24kV-200A-20kA/s bảo vệ cho 2 MBA
- Tủ trung thế có lắp thiết bị báo sự cố đầu cáp và thiết bị sấy tự động, có thiết bị chỉ thị áp lực khí
Tại ngăn cáp đến và đi sử dụng 2 đầu cáp T-Plug 24kV-630A-300m2
Tại 2 ngăn cáp sang 2 máy biến áp sử dụng 02 đầu cáp Elbow 24kV-200A- 50mm2 b Máy biến áp:
Thông số kỹ thuật chính của MBA: sử dụng MBA 3 pha 2 cuộn dây.
- Máy biến áp kiểu làm mát bằng dầu
- Số lượng máy biến áp : 2 máy
- Công suất định mức : 1000kVA/ 1 máy
- Tổn hao không tải (Po) : ≤ 1190 (W)
- Tổn hao ngắn mạch định mức (Pk) : ≤ 8400 (W)
- Dòng điện ngắn mạch ( kA/3s) : 25
- Điện áp ngắn mạch ( Uk.%) : 6%
- Tổ đấu dây : Dn /Yo-11
- Máy biến áp được sản xuất theo tiêu chuẩn : TCVN-1984-1994, IEC-76
- Các thông số máy biến áp tuân thủ theo quy định của Tổng Công ty Điện lực
Chọn cáp trung áp
Đối với phụ tải điện trong khu đô thị, việc lựa chọn tiết diện dây dẫn cần dựa vào mật độ dòng kinh tế (Jkt) Đối với điện sinh hoạt, Tmax dao động từ 3000 đến 5000 giờ, từ đó ta xác định Jkt = 3,1 (A/mm2) Điều kiện phát nóng là yếu tố quan trọng đảm bảo an toàn cho dây dẫn và dây cáp, do đó, đây là điều kiện chính trong quá trình lựa chọn dây dẫn và dây cáp.
* Lựa chọn dây trung áp theo Jkt Đối với điện sinh hoạt Tmax = 3500h nên Jkt = 3.1 A/mm2
Vậy ta chọn Cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x35mm 2 do hãng PURUKAW chế tạo: (Nhật bản) chế tạo, với:
Icp= 170(A) (đi dưới đất) r0 = 0.668 (Ω/km) x0 = 0.13 (Ω/km)
Để kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép, ta có công thức ΔUbtcp = 5%Uđm = 5%*22 = 1,1 (kV) tương đương với 1100 (V) Trong đó, n là số dây đi song song và độ dài cáp từ trục vào trạm là 1km.
Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng:
=> Itt = 44.94 (A)Chọn Cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x35mm 2 do hãng PURUKAW chế tạo:
(Nhật bản) chế tạo, với:
Icp= 170(A) (đi dưới đất) r0 = 0.668 (Ω/km) x0 = 0.13 (Ω/km)
Vậy cáp đã chọn thỏa mản:
Ptt Qtt Stt Pyc Qyc Syc Itt Fkt Dây cáp
3x35mm 2 do hãng PURUKAW chế tạo
Ptt Qtt Stt Pyc Qyc Syc Itt Fkt Dây cáp
3x35mm 2 do hãng PURUKAW chế tạo T
3x35mm 2 do hãngPURUKAW chế tạo
Tổn thất công suất và điện năng trên đường dây
+Tổn thất công suất trên các đường dây
+ Tổn thất điện năng dây dẫn
ΔAd = 6729.65 (KWh) Tương tự tính được tổn thất công suất và điện năng trên đường dây cho các khu còn lại ta có:
Tổn thất công suất Tỏn thất điện năng
4.Lựa chọn thiết bị bảo vệ.
Lựa chọn máy cắt và máy cắt liên lạc
Điều kiện để chọn máy cắt :
• Điện áp định mức : U đmMC ≥ U đm mạng
• Dòng điện định mức : IđmMC ≥ Ilv max
• Dòng điện cắt định mức : iđmC ≥ iN
• Công suất định mức cắt : Sđm MC ≥ SN
• Dòng điện ổn định động : idđ MC ≥ ixk
• Dòng ổn định nhiệt trong thời gian ổn định nhiệt :
Ta có dòng điện định mức chạy trong dây trung áp là :
Máy cắt không khí 3 pha (ACB) của hãng Siemens, Đức, có những thông số kỹ thuật cơ bản như: điện áp định mức U đm (kV), dòng điện định mức I đm (A), dòng điện ngắn mạch định mức I đmC (kA) và dòng điện tối đa I Nmax (kA).
Kiểm tra máy cắt đã chọn :
Điện áp định mức : U đmMC ≥ U đm mạng
Dòng điện định mức : IđmMC ≥ Ilv max
Dòng điện cắt định mức : IđmC ≥iN
Dòng điện ổn định động : idđ MC ≥ ixk Điều kiện ổn định nhiệt không cần kiểm tra vì trong máy cắt đã có
4.2 Lựa chọn cầu dao phụ tải
Nhiệm vụ : cách ly đường dây trung áp và trạm biến áp phục vụ cho việc kiểm tra bảo dưỡng các thiết bị trong trạm phía sau
Cầu dao phụ tải và dao cách ly đều có chức năng ngắt mạch điện, nhưng cầu dao phụ tải được trang bị bộ phận dập hồ quang, cho phép đóng cắt mạch điện trong cả hai trạng thái có tải và không tải Ngược lại, dao cách ly chỉ có thể ngắt mạch khi không có tải hoặc với tải rất nhỏ, vì nó không có bộ phận dập hồ quang.
Nguyên lý dập hồ quang sử dụng cầu dao phụ tải kết hợp với dao cắt phụ cao tốc trong buồng dập hồ quang hở Khi mạch điện được đóng, dao cắt phụ sẽ đóng trước, sau đó mới đến dao chính Ngược lại, khi ngắt mạch, dao chính sẽ tách ra trước khi dao phụ vẫn đóng, giúp ngăn chặn sự hình thành hồ quang Khi dao chính tách đến một thời điểm nhất định, lò xo kết nối với dao phụ sẽ kéo tách dao phụ ra nhanh chóng, giảm thời gian cháy của hồ quang Ngoài ra, buồng dập hồ quang cũng góp phần làm tắt hồ quang một cách nhanh chóng.
Ta chọn cầu dao phụ tải cho trạm có công suất lớn nhất là 2000kVA và dùng cho các trạm còn lại.
Chọn cầu dao phụ tải cho trạm T10 2000kVA :
IN = I∞ = I” (kA) Điều kiện lựa chọn cầu dao phụ tải :
+Điện áp định mức : UđmCD ≥ Uđl(kV)
+ Dòng điện định mức : IđmCD ≥ Iđm (A)
+ Dòng điện cắt định mức : IdmC ≥ I’’ (kA)
Tra sổ tay cung cấp điện ta chọn được cầu dao của SIEMENS có thông số sau : loại cầu dao phụ tải U đmCD (kV) I đmCD (A) I NmaxCD (kA)
Kiểm tra cầu dao đã chọn:
+Điện áp định mức : UđmCD ≥ Uđl"(kV)
+ Dòng điện định mức : IđmCD ≥ Iđm (A)
+ Dòng điện cắt định mức : IdmC ≥ I” (kA)
Vậy cầu dao đã chọn thỏa mãn.
4.3 Lựa chọn cầu chì trung áp :
Nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch cho biến áp và cáp tổng thường dung là cầu chì ống cát thạch anh. Điều kiện lựa chọn cầu chì:
+ Điện áp định mức : Udm.CC ≥ Udml (kV)
+ Dòng điện định mức: Idm.CC ≥ Idml (kA)
+ Dòng điện cắt định mức : Idm C ≥ I ” (kA)
+ Công suất cắt đinh mức : Sdm.C≥ S ” (MVA)
Ta chọn cầu chì cho trạm T10 có công suất là 2000 KVA
Chọn cầu chì cho trạm 2000 KVA:
Ixk (kA) Tra sổ tay kỹ thuật chọn cầu chì do hãng SIEMENS chế tạo có các thông số sau: Kiểm tra cầu chì đã chọn:
+ Điện áp định mức : Udm.CC (kV) ≥Udml = 22(kV)
+ Dòng điện định mức : Idm.CC (A) ≥ Idml (A)
+ Dòng điện cắt định mức ' : I dm C 3 (kAđ) ≥ I ” (kA)
Ta thấy S dm.C ≥ S ” Kết luận: Cầu chì đã chọn thỏa mãn. loại cầu chì
U dmcc (KV) I dmcc (A) I Ncc (KA)
Khu 1 3GD1406-4B 24 32 31.5 loại cầu chì
U dmcc (KV) I dmcc (A) I Ncc (KA)
Ngắn mạch là hiện tượng xảy ra khi mạch điện bị chập tại một điểm nào đó, làm giảm tổng trở và dẫn đến sự gia tăng đột ngột của dòng điện Sự gia tăng dòng điện quá mức này có thể gây ra hai hậu quả nghiêm trọng.
- Làm xuất hiện lực điện động rất lớn, có khả năng phá hủy kết cấu của các thiết bị điện, tiếp tục gây chạm chập cháy nổ.
- Làm tăng nhiệt độ lên cao phá hủy các đặc tính cách điện, từ đó cũng gây ra cháy nổ cho các thiết bị điện.
Các số liệu về tình trạng ngắn mạch đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle và xác định phương thức vận hành mạng điện Do đó, việc tính toán ngắn mạch là một phần thiết yếu trong thiết kế cung cấp điện.
Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện:
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất.
Trong đó ngắn mạch 3 pha là nghiêm trọng nhất Vì vậy người ta thường căn cứ vào dòng điện ngắn mạch 3 pha để lựa chọn thiết bị điện.
5.2 Tính toán ngắn mạch phía trung áp.
Dòng ngắn mạch tăng dần khi gần nguồn, vì vậy để tính toán ngắn mạch, ta chỉ cần xem xét các điểm có khả năng xảy ra ngắn mạch gần nguồn nhất.
Tại trạm biến áp 8, thanh cái trung áp là vị trí gần nguồn nhất và có xác suất xảy ra ngắn mạch cao nhất Để tính điện kháng của hệ thống, ta sử dụng công thức cụ thể.
Trong đó UCdm - Công suất máy cắt đầu nguồn.
Với việc chọn máy cắt đầu nguồn là loại 8DC11 do SIEMENS chế tạo, ta có :
Từ trạm biến áp trung áp đến trạm chọn cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x35(mm2) do hãng PURUKAWAthông số của cáp là:
Icp = 170 (A) Điện trở và điện kháng của cáp là:
RC = r0 * 0,l = 0.13 * 0.1 = 0.013 (Ω) Điện kháng và điện trở khi xảy ra ngắn mạch:
Đặt vấn đề
Ngắn mạch là hiện tượng xảy ra khi mạch điện bị chập tại một điểm, dẫn đến giảm tổng trở và làm tăng đột ngột dòng điện trong mạch Sự gia tăng dòng điện vượt mức cho phép có thể gây ra hai hậu quả nghiêm trọng.
- Làm xuất hiện lực điện động rất lớn, có khả năng phá hủy kết cấu của các thiết bị điện, tiếp tục gây chạm chập cháy nổ.
- Làm tăng nhiệt độ lên cao phá hủy các đặc tính cách điện, từ đó cũng gây ra cháy nổ cho các thiết bị điện.
Các số liệu về tình trạng ngắn mạch đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị điện, thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle và xác định phương thức vận hành mạng điện Do đó, tính toán ngắn mạch là một yếu tố thiết yếu trong quá trình thiết kế hệ thống cung cấp điện.
Các dạng ngắn mạch thường xảy ra trong hệ thống cung cấp điện:
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất.
Trong đó ngắn mạch 3 pha là nghiêm trọng nhất Vì vậy người ta thường căn cứ vào dòng điện ngắn mạch 3 pha để lựa chọn thiết bị điện.
Tính toán ngắn mạch phía trung áp
Khi tính toán dòng ngắn mạch, cần chú ý rằng dòng ngắn mạch sẽ lớn hơn khi gần nguồn Do đó, để xác định dòng ngắn mạch, ta chỉ cần xem xét các điểm có khả năng xảy ra ngắn mạch gần nguồn nhất.
Tại trạm biến áp 8, thanh cái trung áp là vị trí gần nguồn nhất, nơi có xác suất xảy ra ngắn mạch cao nhất Để tính điện kháng của hệ thống, có thể sử dụng công thức cụ thể.
Trong đó UCdm - Công suất máy cắt đầu nguồn.
Với việc chọn máy cắt đầu nguồn là loại 8DC11 do SIEMENS chế tạo, ta có :
Từ trạm biến áp trung áp đến trạm chọn cáp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 3x35(mm2) do hãng PURUKAWAthông số của cáp là:
Icp = 170 (A) Điện trở và điện kháng của cáp là:
RC = r0 * 0,l = 0.13 * 0.1 = 0.013 (Ω) Điện kháng và điện trở khi xảy ra ngắn mạch:
Dòng ngắn mạch siêu quá độ
Dòng ngắn mạch xung kích
Dòng ngắn mạch và dong xung kích dùng để kiểm tra trạng thái ổn định nhiệt và ổn định động của thiết bị.
THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN QUY HOẠCH HẠ TẦNG MẠNG HẠ ÁP 22/0,4KV
Đặt vấnđề
- Mạng trung áp là mạng có cấp điện áp lên đến 22 KV.
Việc chọn sơ đồ cung cấp điện mạng trung áp cho khu đô thị đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và đời sống xã hội Một sơ đồ cấp điện hợp lý cần đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy trong cung cấp điện.
+Linh hoạt và đơn giản trong vận hành,bảo dưỡng,sửa chữa.
+Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
+Thỏa mãn các chỉ tiêu kinh tế.
+Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện.
Để nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện, lưới điện trung áp thường được thiết kế theo cấu trúc mạch vòng kín và vẫn hành hở Việc đi ngầm các đường dây không chỉ đảm bảo mỹ quan cho khu đô thị mà còn tăng cường tính an toàn cho hệ thống điện.
- Để đáp ứng được các yêu cầu trên ta phải thực hiện thiết kế mạng cao áp cho khu đô thị theo các bước sau.
+Vạch các phương án cung cấp điện.
+Lựa chọn vị trí ,số lượng,dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọn chủng loại,tiết diện các đường dây cho các phương án.
+Tính toán kinh tế-kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý nhất.
+Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn.
2.Yêu cầu thiết kế mạng lưới trung áp cho khu đô thị.
2.1 Vị trí đặt trạm biến áp.
Trạm biến áp là loại trạm kín lắp đặt ngoài trời, thường được bố trí ở trung tâm các khu cây xanh, công trình công cộng, khu nhà liền kề và biệt thự, nhằm giảm thiểu tổn thất điện áp và tiết kiệm chi phí đầu tư đường dây Đối với các tòa nhà cao tầng và chung cư, trạm biến áp sẽ được lắp đặt bên trong tầng hầm, và loại trạm này sẽ được lựa chọn dựa trên thiết kế kỹ thuật cụ thể của từng công trình.
- Vị trí đặt trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:
+ An toàn và liên tục cấp điện.
+ Thao tác,vận hành,sửa chữa dễ dàng.
+ Phòng nổ,cháy,bụi bặm,khí ăn mòn.
+ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
+Vị trí đặt trạm biến áp phải gần với vỉa hè đường đi để tiện cho việc cấp điện và di dây, cáp điện.
2.2 Số lượng máy biến áp, trạm biến áp:
Máy biến áp đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện cho khu đô thị Việc lựa chọn máy biến áp cần tuân thủ các yêu cầu cụ thể để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong cung cấp điện.
+ Đảm bảo liên lạc giữa nguồn và phụ tải.
+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải.
+ Đảm bảo về mặt kinh tế và kỹ thuật.
- Các trạm biến áp sẽ cấp điện cho các phụ tải liền kề, gần nhau theo từng cụm hoặc khu vực nhất định.
Số lượng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp được chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải
2.3.Chọn máy biến áp,trạm biến áp.
- Lựa chọn máy biến áp: Với trạm 1 máy Sdm Stt
Với trạm 2 máy S dm = Stt / 1,4
Sdm : công suất định mức của máy biến áp nhà chế tạo cho.
Stt : công suất tính toán, nghĩa là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải.
1,4: hệ số quá tải Ứng với điều kiện sau: quá tải không quá 5 ngày mỗi đêm, mỗi ngày không quá tải 6 giờ.
2.4 Chọn cáp và dây dẫn.
Các tiêu chuẩn chọn cáp ngầm ngoài trời:
Khi lắp đặt cáp điện dưới đất, cần phải đặt cáp trong hào có lớp đất mịn không lẫn sỏi, đá hoặc rác Để bảo vệ cáp khỏi các tác động cơ học, cáp điện áp dưới 35kV phải được phủ một lớp gạch trên mặt nền dọc theo toàn bộ tuyến cáp.
- Khi các cáp đặt song song nhau thì khoảng cách theo chiều ngang giữa các cáp phải là:
+100mm :giữa các cáp điện áp 10kV trở xuống.
+300mm:giữa các cáp điện áp trong khoảng 10kV đến 35kV.
Hệ thống cáp ngầm XLPE 0,4kV sử dụng sợi đơn được lắp đặt trực tiếp trong đất với độ sâu 0,7m Tiết diện dây trung tính được thiết kế bằng dây pha Mương đất cho cáp có chiều sâu 0,7m và rộng 0,4m Khi cáp băng qua đường, nó được bảo vệ trong ống nhựa siêu bền HPE, với cấu trúc 3 pha (4 dây) được đặt trong một ống Hệ thống được tiếp địa một đầu bằng cọc thép mạ đồng có đường kính 18mm.
-Hệ thống đường dẫn điện phải được độc lập về cơ, điện đối với các hệ thống khác và đảm bảo dễ dàng thay thế, sửa chữa khi cần.
Chỗ nối đường hoặc rẽ nhánh dây dẫn, cáp điện cần phải tuân thủ đầy đủ tiêu chuẩn dẫn điện như một dây dẫn liên tục và phải đảm bảo không bị tác động bởi lực bên ngoài.
Đường dẫn điện cần phải được lựa chọn phù hợp với điều kiện môi trường, tính chất sử dụng, đặc điểm kiến trúc của công trình, cũng như các yêu cầu kỹ thuật về an toàn và phòng cháy chữa cháy.
2.5 Phương án cấp điện mạng trung áp cho khu đô thị mới
2.5.1 Chọn MBA TBA cho khu đô thị
Do độ dài của khu C Khu Đô Thị Kiến Hưng nên ta sẽ chọn 3 TBA tương đương với
3 phụ tải tính toán toàn đô thị
TBA T10 : dùng để cấp điện cho nhà liền kề và biệt thự , trường học , công viên , … TBA T 11 : cấp điện cho trung tâm thương mại (HH3)
TBA T12 : cấp điện cho tòa nhà hỗn hợp ( HH4) Để thuận tiện trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa và vận hành trạm biến áp lắp
Việc sử dụng hai máy biến áp cùng công suất giúp đơn giản hóa quá trình vận hành và giảm chi phí đầu tư ban đầu Lắp đặt thiết bị bảo vệ cho máy biến áp công suất lớn thường rất tốn kém và phức tạp Hơn nữa, việc có hai máy biến áp trong một trạm đảm bảo cung cấp điện liên tục, ngay cả khi xảy ra sự cố hoặc trong thời gian bảo trì định kỳ, tránh tình trạng mất điện trên diện rộng.
Lưới điện trung thế được thiết kế theo dạng mạch vòng kín, hoạt động hở với điện áp định mức 22KV và tần số 50Hz Cáp trung thế, sử dụng loại cáp điện 22KV, được lắp đặt trong các tuy nen kỹ thuật hoặc ngầm trong rãnh cáp, đi qua đường trong ống thép chịu lực D100-D150 và có báo hiệu cáp 22KV Để đảm bảo an toàn, các công trình xây dựng khác cần phải cách hào cáp một khoảng cách tối thiểu.
Tất cả các trạm biến áp trong khu đô thị được tổ chức thành 6 mạch vòng, với hệ thống đường dây mạch vòng được xây dựng ngầm dưới đất nhằm dẫn nguồn điện từ các trạm trung gian.
110/22KV Các trạm biến áp được cấp điện theo sơ đồ mạch vòng kín, vận hành hở.
Dựa vào bảng tính toán phụ tải của khu đô thị, chúng tôi đã đưa ra phương án lựa chọn trạm biến áp phù hợp Vị trí lắp đặt trạm sẽ được xác định dựa trên mặt bằng điện trung thế, đảm bảo hiệu quả trong việc cung cấp điện cho khu vực.
TBA Thông số kĩ thuật Kích thước (mm)
Sđm Tổn hao không tải W
Tổn hao ngắn mạch75 o C Điện áp ngắn mạch
Và chọn MBA các khu vực thuộc TBA T10 :
STT Tên phụ tải Stt ( kVA) Chọn MBA
STT Tên phụ tải Stt Chọn MBA
2.5.2 Tính toán tổn thất công suất,tổn thất điện năng của các trạm biến áp. a.Tính toán tổn thất công suất
Tổn thất công suất tác dụng của trạm biến áp có 2 máy biến áp làm việc song song được xác định :
Trong đó : ΔP : tổn thất công suất của trạm ΔP0; ΔPN tổn hao không tải và có tải của máy biến áp b.Tính toán tổn thất điện năng :
Tổn thất điện năng trong trạm có 2 máy làm việc song song :
Trong đó : t = 8760 (h) – là thời gian v n hành của 1 máy biến áp trong 1 năm τ = (0.124 + 10-4 * Tmax) 2 * 8760 (với Tmax = 3500h)
= 1986.16(h) ΔP : tổn thất công suất của trạm ΔP0; ΔPN tổn hao không tải và có tải của máy biến áp ΔA : tổn thất điện năng :
V dụ:Áp dụng tính cho trạm biến áp 1 có 2 máy biến áp làm việc song song có Sđm 1000KVA ΔP0 = 2.7 kW ; ΔPN = 19.5kW ; Stt = 1712.27 kVA
= 33.99 (kW) Tổn thất điện năng :
2 TBA T11 và T12 được dử dụng kèm với công trình khép kín
Trạm T10 được thiết kế theo kiểu trạm kín, với trạm biến áp đặt tại trung tâm phụ tải để đảm bảo bán kính cấp điện khoảng 300m, giúp giảm thiểu tổn thất điện áp cuối đường dây Cửa trạm hướng ra phía đường, và vị trí của các máy biến áp được sắp xếp hợp lý, phù hợp với điều kiện mặt bằng, đồng thời đảm bảo an toàn chống cháy nổ, thuận tiện cho công tác lắp đặt, sửa chữa và vận hành.
Trạm biến áp kiosk 4 ngăn có kích thước và chi tiết được thể hiện trong bản vẽ kiến trúc Trạm bao gồm 2 ngăn dành cho máy biến áp, 1 ngăn chứa tủ trung thế 4 ngăn và 1 ngăn để dãy tủ hạ thế.
Trạm biến áp T10 được xây dựng với tường bao quanh và mái bằng bê tông cốt thép, có cửa chớp xi măng để tăng cường thông gió và lưới thép chống chuột bên ngoài Trong trạm được trang bị công tắc, ổ cắm và đèn chiếu sáng phục vụ cho vận hành Khu vực đặt máy biến áp có hố ga thu dầu, cùng với tủ điện trung thế và hạ thế được trang bị bình cứu hỏa để ứng phó kịp thời với sự cố cháy nổ Ngoài ra, buồng máy biến áp còn có thanh chắn cao 1,2m và cửa ra vào để đảm bảo an toàn.
Phía cao áp: Đặt tủ trung thế 24kV-630A-20kA/s cách điện SF6 hoặc chân không bao gồm
- 02 ngăn tủ cầu dao phụ tải 24kV-630A-20kA/s-lắp cho đầu cáp đến và đi.
- 02 ngăn tủ máy cắt 24kV-200A-20kA/s bảo vệ cho 2 MBA
- Tủ trung thế có lắp thiết bị báo sự cố đầu cáp và thiết bị sấy tự động, có thiết bị chỉ thị áp lực khí
Tại ngăn cáp đến và đi sử dụng 2 đầu cáp T-Plug 24kV-630A-300m2
Tại 2 ngăn cáp sang 2 máy biến áp sử dụng 02 đầu cáp Elbow 24kV-200A- 50mm2 b Máy biến áp:
Thông số kỹ thuật chính của MBA: sử dụng MBA 3 pha 2 cuộn dây.
- Máy biến áp kiểu làm mát bằng dầu
- Số lượng máy biến áp : 2 máy
- Công suất định mức : 1000kVA/ 1 máy
- Tổn hao không tải (Po) : ≤ 1190 (W)
- Tổn hao ngắn mạch định mức (Pk) : ≤ 8400 (W)
- Dòng điện ngắn mạch ( kA/3s) : 25
- Điện áp ngắn mạch ( Uk.%) : 6%
- Tổ đấu dây : Dn /Yo-11
- Máy biến áp được sản xuất theo tiêu chuẩn : TCVN-1984-1994, IEC-76
- Các thông số máy biến áp tuân thủ theo quy định của Tổng Công ty Điện lực
