Đồ án cung cấp điện GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH KIỂM TRA THIẾT BỊ & DÂY CÁP ĐÃ CHỌN I. TÍNH NGẮN MẠCH PHÍA CAO ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN: Các dạng ngắn mạch thường xuyên xảy ra trong hệ thống cung cấp điện là ngắn mạch N3, N(1,1), N1. Trong đó ngắn mạch 3 pha là sự cố nghiêm trọng nhất vì vậy thường căn cứ vào ngắn mạch 3 pha để lựa chọn thiết bị điện. Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các thiết bị điện trong mạng cao áp cần xét đến 4 điểm ngắn mạch. Trong đó : ∗ N - điểm ngắn mạch trên thanh cái trạm phân phối trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh góp. (Ngắn mạch phía cao áp) ∗ N1 đến N3 - điểm ngắn mạch phía hạ để kiểm tra cáp và các thiết bị hạ áp trong phân xưởng 1. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế:  Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý phía cao áp của mạng điện  Sơ đồ thay thế: Hình 3.2: Sơ đồ thay thế phía cao áp của mạng điện 2. Các thông số của sơ đồ thay thế:  Thông số hệ thống: XNguồn = = =  (1, 05.22) 2 2 ≈ 266,805 (Ω) Thông số đường dây Nguồn – TBA: Dây D1, mã hiệu XPLE.35 có r0 = 0,524 (Ω/km) , x0 = 0,13 (Ω/km) , Icp = 170 (A), L=150 m SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 1 Đồ án cung cấp điện 3. GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải RD1 == = 0,0393 (Ω) XD1 == = 0,00975 (Ω) Tính toán ngắn mạch, chọn và kiểm tra các thiết bị & dây cáp đã chọn: 3.1. Tính toán ngắn mạch:  Tính ngắn mạch tại N: ⇒ R = RD1 = 0,0393 (Ω) X = XNguồn + XD1 = 266,805 + 0,00975 ≈ 266,815 (Ω) Z = = 0, 03932 + 266,8152 IN = = 22 ≈ 0,0476 (kA) 3.266,815 Ixk.N = .kxk.IN ≈ 266,815 (Ω) Với: kxk = 1,8 (Phụ lục A – Bảng 7.pl.BT) ⇒ = .1,8.0,0476 ≈ 0,121 (kA) Ixk.N 3.2. Kiểm tra thiết bị và dây cáp đã chọn:  Kiểm tra dây cáp Nguồn – TBA XLPE.35 Cáp đã chọn đã được kiểm tra điều kiện phát nóng vì vậy ta chỉ kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của dây cáp: F ≥ Fôđn = Với: Fôđn : tiết diện cáp theo ổn định nhiệt Ct: hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, với cáp đồng Ct = 159 (Phụ lục A - Bảng 8.pl.BT) tk: thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch, tk = 2,5 (s) ⇒  F≥ 0,121. 2,5 .103 ≈ 1,2 (mm2) (thỏa mãn) 159 Kiểm tra dao cách ly PBP-22/8000 Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép: Ixk.DCL = 300 ≥ Ixk.N = 0,121 (kA) (thỏa mãn)  Kiểm tra cầu chảy cao áp loại ΠK có: Dòng điện cắt định mức: Icắt.CC = 12 ≥ IN = 0,0476(kA) (thỏa mãn) SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 2 Đồ án cung cấp điện GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải Vậy các thiết bị và dây cáp đã chọn phía cao áp đều thỏa mãn các điều kiện II. TÍNH NGẮN MẠCH PHÍA HẠ ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN: 1. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế: (xét cho đoạn đường dây HT – TĐL1)  Sơ đồ nguyên lý: Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý phía hạ áp của mạng điện DCL 2 MVA TBA D1 XLPE.35 2x180 kVA 0,15 km MC D2 XLPE.95 1,45m SA603-H TPP SA603-H D3 XLPE.10 44,73m SA403-H N  N1 SA403-H N2 Sơ đồ thay thế: Hình 4.4: Sơ đồ thay thế phía hạ áp của mạng điện 2. Các thông số của sơ đồ thay thế:  Thông số Nguồn quy về phía hạ áp: XNguồn.hạ  = XNguồn.cao. = 266,805. 0,382 ≈ 1,17.10-5 (Ω) = 0,0117 (mΩ) 2 22 = RD1.cao. = 0,0393. XD1.hạ = XD1.cao. = 0,00975.  0,382 ≈ 0,0796 (Ω) = 79,6 (mΩ) 222 Thông số đường dây Nguồn – TBA quy về phía hạ áp RD1.hạ 0,382 ≈ 2,9.10-6 (Ω) = 0,0029 (mΩ) 2 22 Thông số TBA: Trạm có 2 MBA, mỗi máy có: Sđm = 180 (kVA); ∆Pk = 2,15 (kW); ∆Uk % = 4% SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 3 TÐL4 N3 Đồ án cung cấp điện GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải RTBA 0,382 = .∆Pk. = .2,15.10 . ≈ 4,79.10-3 (Ω) = 4,79 (mΩ) 0,182 ZTBA = .. = . XTBA = = 162 − 4, 792 ≈ 15,26 (mΩ)  - - -3 4 0,382 . ≈ 0,016 (Ω) = 16 (mΩ) 100 0,18 Thông số các đường dây phía hạ áp: Dây D2 XLPE.500 có: r0 = 0,04 (Ω/km), x0 = 0,053(Ω/km), LD1 = 0,00145 (km) 0, 00145 ≈ 2,9.10-5 (Ω) = 0,029 (mΩ) 2 RD2 = r0. = 0,04. XD2 = x0. = 0,053. 0, 00145 ≈ 3,84.10-5 (Ω) = 0,0384 (mΩ) 2 Dây D3 XLPE.16 có: r0 = 1,15 (Ω/km), x0 = 0,101 (Ω/km), LD2 = 0,04473 (km) 3. RD3 = r0. LD 3 0,04473 = 1,15. . ≈ 25,72.10-3 (Ω) = 25,72 (mΩ) 2 2 XD3 = x0. LD 3 0, 04473 = 0,101. ≈ 2,26.10-3 (Ω) = 2,26 (mΩ) 2 2 Tính toán ngắn mạch, kiểm tra các thiết bị và dây cáp đã chọn: 3.1. Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N1:  Tính ngắn mạch tại N1: R1 = RTBA = 4,79 (mΩ) X1 = XNguồn.hạ + XTBA = 79,6 + 15,26 = 94,86 (mΩ) Với: = ≈ 94,98 (mΩ) Z1 = = 4,792 + 94,86 2 IN1 = = 380 ≈ 2,31 (kA) 3.94,98 Ixk.N1 = .kxk.IN 94,98 ≈ 19,83 ⇒ kxk = 1,93 (Phụ lục A – Bảng 6.pl.BT) 4, 79 SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 4 Đồ án cung cấp điện ⇒ GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải = .1,93.2,31 ≈ 6,3 (kA) Ixk.N1  Kiểm tra thanh cái hạ áp của TBA: (40 x 5) mm Lấy khoảng cách giữa các pha là a = 30 (cm) Lấy chiều dài nhịp sứ là L = 130 (cm) Lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là : Ftt = 1,76.10-2.L . = 1,76.10-2.130. 6,32 30 ≈ 3,027 (kg) Momen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là: M = = 3, 027.130 = 39,35 (kg.cm) 10 Ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn là: σtt = Trong đó: Wx: là momen chống uốn của tiết diện thanh dẫn với trục thẳng góc với phương uốn khi đặt thanh dẫn nằm ngang. Wx = .h2.b = .42.0,5 = 1,33 (cm3) ⇒  σ = 39,35 ≈ 29,58 (kg/cm2) < σcp.Cu = 1400 (kg/cm2) (thỏa mãn) 1,33 Kiểm tra Aptomat loại SA603-H có Icắt = 85 (kA) > IN1 (thỏa mãn) 3.2. Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N2:  Tính ngắn mạch tại N2: R2 = R1 + RD2 = 4,79 + 0,029 = 4,819 (mΩ) X2 = X1 + XD2 = 94,86 + 0,0384 = 94,898 (mΩ) Z2 = = 4,8192 + 94,892 ≈ 95,01 (mΩ) IN2 = = 380 ≈ 2,3 (kA) 3.95, 01 Với: = 94,898 ≈ 19,69 ⇒ kxk = 1,93 (Phụ lục A – Bảng 6.pl.BT) 4,819 ⇒ Ixk.N2 = .1,93.2,3 ≈ 6,27 (kA)  Kiểm tra Aptomat loại SA603-H có Icắt = 85 (kA) > IN2 (thỏa mãn)  Kiểm tra tiết diện cáp XLPE.500: SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 5 Đồ án cung cấp điện GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải ≥ Fôđn = = F  2,3. 2,5 .103 ≈ 22,87(mm2) (thỏa mãn) 159 Kiểm tra thanh góp của TPP: (40 x 5) mm Lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là : Ftt = 1,76.10-2.L . = 1,76.10-2.130. 6, 27 2 ≈ 2,99 (kg) 30 Momen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là: M = = 2,99.130 = 38,87 (kg.cm) 10 Ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn là: 38,87 ≈ 29,22 (kg/cm2) < σcp.Cu = 1400 (kg/cm2) (thỏa mãn) 1,33 ⇒ σ 3.3. Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị tại N3:  = = Tính ngắn mạch tại N3: R3 = R2 + RD3 = 4,819 + 25,72 = 30,539 (mΩ) X3 = X2 + XD3 = 94,898 + 2,26 ≈ 97,158 (mΩ) Z3 = = IN3 = = Với: = 97,158 30,539 ⇒ Ixk.N3 30,539 2 + 97,1582 ≈ 101,84 (mΩ) 380 ≈ 2,15 (kA) 3.101,84 ≈ 3,18 ⇒ kxk = 1,37 (Phụ lục A – Bảng 6.pl.BT) = .1,37.2,15 ≈ 4,16 (kA)  Kiểm tra Aptomat loại SA403-H có Icắt = 85 (kA) > IN3 (thỏa mãn)  Kiểm tra tiết diện cáp XLPE.70: F  ≥ Fôđn = = 2,15. 2,5 .103 ≈ 21,38 (mm2) (thỏa mãn) 159 Kiểm tra thanh góp của TĐL: (25 x 3) mm Lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là : Ftt = 1,76.10-2.L . = 1,76.10-2.130. SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 6 4,162 ≈ 1,32 (kg) 30 Đồ án cung cấp điện GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải Momen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là: M = = 1,32.130 = 17,16(kg.cm) 10 Ứng suất tính toán trong vật liệu thanh dẫn là: Với: Wx = .h2.b = .(2,5)2.0,3 = 0,3125 (cm3) ⇒ σ = = 17,16 = 54,912 (kg/cm2) < σcp.Cu = 1400 (kg/cm2) (thỏa mãn) 0,3125 Bảng 3.1: Kết quả tính toán Ngắn Mạch R2 X2 LD2 RD3 XD3 R3 X3 Z3 (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) IN3 (kA) Nguồn - TĐL1 4,819 94.898 0,00853 1,66 0,371 6,48 95,27 95,49 2,29 Nguồn - TĐL2 4,819 94.898 0.01908 6,96 0,906 11,78 95,8 96,52 2,27 Nguồn - TĐL3 4,819 94.898 0,03583 20,6 1,8 25,42 96,71 99,99 2,19 Nguồn - TĐL4 4,819 94.898 0,04473 25,71 2,26 30,54 97,16 101,84 2,15 Đoạn dây Kiểm tra thiết bị và dây cáp trên đoạn đường dây đến các TĐL( Kiểm tra cho đoạn có dòng I N 3 lớn nhất: Nguồn – TĐL3)  Kiểm tra Aptomat loại SA403-H có Icắt = 85 (kA) > IN1 (thỏa mãn)  Kiểm tra tiết diện cáp XLPE.70: F  ≥ Fôđn = = Kiểm tra thanh góp của TĐL: (25 x 3) mm kxk.N3.max = 1,91 với: = ⇒ 2, 29. 2,5 .103 ≈ 22,77 (mm2) (thỏa mãn) 159 95, 27 ≈ 14,7 (Phụ lục A – Bảng 6.pl.BT) 6, 48 Ixk.N3.max = .1,91.2,29 ≈6,18 (kA) Lực tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là : Ftt 6,182 = 1,76.10 .L . = 1,76.10 .130. ≈ 2,913 (kg) 30 -2 -2 Momen uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là: SVTH: Nguyễn Đức Hưng Page 7 Đồ án cung cấp điện M GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải = = SVTH: Nguyễn Đức Hưng 2,913.130 = 37,87 (kg.cm) 10 Page 8  ... (thỏa mãn) 1 ,33 ⇒ σ 3. 3 Tính ngắn mạch, kiểm tra thiết bị N3:  = = Tính ngắn mạch N3: R3 = R2 + RD3 = 4,819 + 25,72 = 30 , 539 (mΩ) X3 = X2 + XD3 = 94,898 + 2,26 ≈ 97,158 (mΩ) Z3 = = IN3 = = Với:... Với: = 97,158 30 , 539 ⇒ Ixk.N3 30 , 539 + 97,1582 ≈ 101,84 (mΩ) 38 0 ≈ 2,15 (kA) 3. 101,84 ≈ 3, 18 ⇒ kxk = 1 ,37 (Phụ lục A – Bảng 6.pl.BT) = 1 ,37 .2,15 ≈ 4,16 (kA)  Kiểm tra Aptomat loại SA4 03- H có Icắt... a = 30 (cm) Lấy chiều dài nhịp sứ L = 130 (cm) Lực tác dụng lên nhịp dẫn : Ftt = 1,76.10-2.L = 1,76.10-2. 130 6 ,32 30 ≈ 3, 027 (kg) Momen uốn tác dụng lên nhịp dẫn là: M = = 3, 027. 130 = 39 ,35