Thiết kế hệ thống điện phân phối 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km

Chương mở đầu

1. Lý do chọn đề tài

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu sử dụng điện năng của các khu dân cư, khu công nghiệp và các cơ sở sản xuất ngày càng tăng cả về quy mô lẫn chất lượng. Điện năng không chỉ là nguồn năng lượng thiết yếu phục vụ sinh hoạt mà còn là yếu tố quyết định đến sự phát triển kinh tế – xã hội của mỗi địa phương. Do đó, việc xây dựng và vận hành hệ thống điện phân phối có độ tin cậy cao, an toàn và hiệu quả là yêu cầu cấp thiết đối với ngành điện hiện nay.

Tại tỉnh An Giang, khu vực Rạch Giá – Rạch Sỏi là trung tâm kinh tế, hành chính và thương mại quan trọng, có tốc độ đô thị hóa nhanh cùng nhiều khu công nghiệp, khu dân cư và các cơ sở dịch vụ phát triển mạnh. Điều này làm cho nhu cầu tiêu thụ điện năng không ngừng gia tăng, đòi hỏi hệ thống lưới điện trung áp phải được đầu tư và thiết kế hợp lý nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục, giảm tổn thất điện năng và đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai.

Trong hệ thống điện phân phối hiện nay, lưới điện trung áp 22 kV được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng truyền tải công suất lớn trên khoảng cách tương đối xa, đồng thời giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu quả vận hành. Việc thiết kế một tuyến đường dây 22 kV cần phải xem xét nhiều yếu tố như phụ tải, chiều dài tuyến, lựa chọn tiết diện dây dẫn, thiết bị bảo vệ, khả năng chịu dòng ngắn mạch, tổn thất điện áp cũng như các yêu cầu về an toàn và tiêu chuẩn kỹ thuật của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn trên, đề tài “Thiết kế hệ thống điện phân phối 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km” được lựa chọn nhằm nghiên cứu, tính toán và đề xuất phương án thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần củng cố kiến thức chuyên ngành Hệ thống điện mà còn giúp vận dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật vào quá trình thiết kế, đáp ứng yêu cầu thực tiễn trong công tác quy hoạch và xây dựng lưới điện phân phối.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài được thực hiện nhằm hướng đến các mục tiêu chính sau:

• Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điện phân phối trung áp 22 kV và các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.
• Khảo sát đặc điểm phụ tải và điều kiện vận hành của tuyến điện Rạch Giá – Rạch Sỏi.
• Tính toán công suất phụ tải, dòng điện làm việc và các thông số kỹ thuật cần thiết phục vụ thiết kế.
• Lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp dựa trên điều kiện phát nóng, tổn thất điện áp và khả năng chịu dòng ngắn mạch.
• Lựa chọn các thiết bị chính trên tuyến như máy cắt, dao cách ly, chống sét van, cầu chì tự rơi, Recloser và các thiết bị bảo vệ khác.
• Kiểm tra tổn thất công suất, tổn thất điện năng và chất lượng điện áp trên toàn tuyến.
• Đề xuất phương án thiết kế tối ưu đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện và khả năng mở rộng trong tương lai.

Thông qua các mục tiêu trên, đề tài góp phần nâng cao khả năng áp dụng kiến thức chuyên ngành vào thực tế thiết kế hệ thống điện phân phối.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống điện phân phối trung áp 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi, bao gồm đường dây trên không, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ và các phần tử liên quan đến quá trình truyền tải điện năng từ nguồn đến phụ tải.

Đề tài tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

• Thiết kế tuyến đường dây trung áp 22 kV có chiều dài khoảng 15 km.
• Tính toán phụ tải và lựa chọn phương án cấp điện phù hợp.
• Tính toán lựa chọn dây dẫn và thiết bị điện theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Kiểm tra tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên đường dây.
• Tính toán sơ bộ dòng ngắn mạch phục vụ lựa chọn thiết bị bảo vệ.
• Đề xuất sơ đồ cung cấp điện đáp ứng yêu cầu vận hành an toàn và ổn định.

Đề tài không đi sâu vào thiết kế chi tiết các công trình xây dựng như móng cột, kết cấu cơ khí hoặc tính toán điều khiển tự động của trạm biến áp.

4. Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu, đề tài sử dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:

• Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu thập và phân tích các giáo trình, tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), quy phạm trang bị điện, tiêu chuẩn EVN và các tài liệu chuyên ngành liên quan đến thiết kế lưới điện phân phối.
• Phương pháp tính toán lý thuyết: Áp dụng các công thức trong hệ thống điện để tính toán phụ tải, dòng điện, lựa chọn dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ, kiểm tra tổn thất điện áp và tổn thất công suất.
• Phương pháp so sánh và lựa chọn: So sánh nhiều phương án thiết kế nhằm lựa chọn giải pháp tối ưu về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.
• Phương pháp mô phỏng và kiểm tra: Sử dụng các phần mềm chuyên ngành (nếu có) hoặc bảng tính để kiểm tra kết quả tính toán và đánh giá khả năng vận hành của hệ thống.
• Phương pháp tổng hợp và đánh giá: Tổng hợp các kết quả nghiên cứu, đánh giá mức độ đáp ứng của phương án thiết kế đối với yêu cầu vận hành thực tế và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác.

Thông qua các phương pháp trên, đề tài bảo đảm tính khoa học, tính thực tiễn và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế hệ thống điện phân phối trung áp 22 kV.

5. Bố cục của đề tài

Đề tài dự kiến được trình bày trong các chương như sau:

• Chương mở đầu: Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và bố cục của đề tài.
• Chương 1: Tổng quan về khu vực và mạng điện phân phối 22 kV
• Chương 2: Tính toán dự báo phụ tải và lựa chọn phương án kỹ thuật
• Chương 3: Tính toán ngắn mạch, tổn thất và lựa chọn thiết bị bảo vệ
• Chương 4: Thiết kế bảo vệ rơ-le, an toàn và đánh giá hiệu quả kinh tế
• Chương 5: Kết luận
• Tài liệu tham khảo

Chương 1

Tổng quan về khu vực và mạng điện phân phối 22 kV

1.1. Tổng quan điều kiện tự nhiên và kinh tế – xã hội khu vực Rạch Giá – Rạch Sỏi

1.1.1. Vị trí địa lý

Rạch Giá là thành phố trực thuộc tỉnh Kiên Giang, nằm ở khu vực Tây Nam Bộ, tiếp giáp với Vịnh Thái Lan và là trung tâm kinh tế, hành chính, văn hóa của tỉnh. Rạch Sỏi là khu vực nằm ở cửa ngõ phía đông nam thành phố Rạch Giá, giữ vai trò là đầu mối giao thông quan trọng kết nối với các huyện Châu Thành, Giồng Riềng và thành phố Cần Thơ thông qua Quốc lộ 80.

Tuyến điện phân phối 22 kV Rạch Giá – Rạch Sỏi có chiều dài khoảng 15 km, đi qua nhiều khu vực dân cư, khu thương mại, cơ sở sản xuất và các tuyến giao thông chính. Đây là tuyến cung cấp điện quan trọng cho nhiều phụ tải công nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt.

Nhờ vị trí địa lý thuận lợi, khu vực có tốc độ đô thị hóa nhanh, kéo theo nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, đòi hỏi hệ thống điện phân phối phải có độ tin cậy cao và khả năng mở rộng trong tương lai.

Hình 1.1. Bản đồ tỉnh An Giang (sau sáp nhập)

Hình 1.2. Vị trí tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi.

1.1.2. Điều kiện khí hậu

Khu vực Rạch Giá – Rạch Sỏi mang đặc trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa với hai mùa rõ rệt:

• Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11.
• Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.

Nhiệt độ trung bình năm khoảng 27 °C, độ ẩm trung bình từ 80–85%, lượng mưa hàng năm dao động từ 2.000 đến 2.400 mm.

Do nằm gần biển nên không khí có hàm lượng muối khá cao, gây hiện tượng ăn mòn kim loại và làm giảm tuổi thọ thiết bị điện nếu không có biện pháp bảo vệ phù hợp.

Ngoài ra, khu vực thường chịu ảnh hưởng của giông sét vào mùa mưa, vì vậy việc lựa chọn chống sét van, tiếp địa và thiết bị bảo vệ đóng vai trò rất quan trọng trong thiết kế đường dây.

Bảng 1.1. Đặc điểm khí hậu khu vực

1.1.3. Địa hình

Địa hình khu vực tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình từ 0,5 đến 1,5 m so với mực nước biển.

Điều kiện này thuận lợi cho việc thi công đường dây trên không. Tuy nhiên nền đất yếu, nhiều khu vực đất bùn và đất nhiễm phèn nên cần lựa chọn kết cấu móng cột phù hợp nhằm đảm bảo độ ổn định lâu dài.

Các tuyến đường dây chủ yếu đi dọc theo quốc lộ 80 và các tuyến đường giao thông hiện hữu, giúp thuận tiện trong công tác quản lý và bảo dưỡng.

1.1.4. Điều kiện kinh tế – xã hội

Trong những năm gần đây, tốc độ tăng trưởng kinh tế của thành phố Rạch Giá luôn duy trì ở mức khá cao.

Các lĩnh vực phát triển mạnh gồm:

• Thương mại
• Dịch vụ
• Chế biến thủy sản
• Sản xuất vật liệu xây dựng
• Logistics
• Khu dân cư mới

Dân số khu vực ngày càng tăng kéo theo nhu cầu điện sinh hoạt và sản xuất tăng khoảng 8–10% mỗi năm.

Điều này đặt ra yêu cầu:

• Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện;
• Giảm tổn thất điện năng; Tăng khả năng dự phòng của lưới điện.

Hình 1.3. Khu Phú Cường – thành phố Rạch Giá.

Hình 1.4. Hình ảnh khu vực Rạch Sỏi.

1.1.5. Tình hình phát triển phụ tải

Hiện nay khu vực được cấp điện cho:

• Khu dân cư
• Trường học
• Bệnh viện
• Trung tâm thương mại
• Khu công nghiệp
• Cơ sở chế biến thủy sản
• Nhà máy nước
• Chiếu sáng công cộng

Phụ tải tăng trưởng bình quân khoảng 8–10%/năm, đặc biệt vào mùa khô khi nhu cầu sử dụng điều hòa và thiết bị làm mát tăng cao.

Đặc điểm phụ tải:

• Phụ tải dân dụng chiếm khoảng 45%.
• Phụ tải thương mại chiếm khoảng 20%.
• Phụ tải công nghiệp khoảng 30%.
• Phụ tải công cộng khoảng 5%.

Bảng 1.2. Cơ cấu phụ tải

1.2. Tổng quan về mạng điện phân phối 22 kV

1.2.1. Khái niệm

Hệ thống điện phân phối là phần của hệ thống điện có nhiệm vụ truyền tải điện năng từ trạm biến áp trung gian đến các trạm biến áp phân phối và các hộ tiêu thụ.

Tại Việt Nam, cấp điện áp 22 kV hiện là cấp điện áp trung áp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đáp ứng tốt các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế.

Mạng điện phân phối 22 kV bao gồm:

• Đường dây trên không.
• Cáp ngầm.
• Máy cắt.
• Dao cách ly.
• Recloser.
• LBS.
• Chống sét van.
• Trạm biến áp phân phối.

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ.

1.2.2. Vai trò của lưới điện 22 kV

Lưới điện trung áp giữ vai trò trung gian giữa hệ thống truyền tải và phụ tải.

Các nhiệm vụ chính:

• Truyền tải điện đến phụ tải.
• Giảm tổn thất điện năng.
• Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
• Thuận tiện mở rộng lưới điện
• Đảm bảo chất lượng điện áp.

Ngoài ra, hệ thống còn góp phần:

• Giảm thời gian mất điện.
• Cô lập nhanh vùng sự cố.
• Tăng khả năng cấp điện dự phòng.

1.2.3. Đặc điểm kỹ thuật

Một số đặc điểm:

• Điện áp định mức: 22 kV
• Tần số: 50 Hz
• Trung tính nối đất qua điện trở hoặc nối đất trực tiếp
• Đường dây trên không là chủ yếu
• Có thể kết hợp cáp ngầm tại đô thị

Thiết bị chính gồm:

• Máy cắt
• Dao cách ly
• Recloser
• LBS
• Cầu chì tự rơi
• Chống sét van
• Máy biến áp

1.2.4. Cấu trúc mạng điện phân phối

a. Mạng hình tia

Đây là dạng phổ biến nhất.

Ưu điểm:

• Đơn giản.
• Giá thành thấp.
• Dễ quản lý.

Nhược điểm:

Hình 1.6. Sơ đồ mạng hình tia

Khi xảy ra sự cố, toàn tuyến có thể bị mất điện.

b. Mạng vòng vận hành hở

Nguồn điện được cấp từ hai phía nhưng vận hành hở tại một điểm.

Ưu điểm:

• Tăng độ tin cậy.
• Dễ chuyển tải.
• Giảm thời gian mất điện.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư lớn.

c. Mạng kín

Chỉ áp dụng cho phụ tải đặc biệt.

Ưu điểm:

• Độ tin cậy rất cao.

Nhược điểm:

• Bảo vệ phức tạp.

1.2.5. Các thiết bị chính trên lưới 22 kV

Gồm:

• Máy cắt trung áp.
• Dao cách ly.
• Recloser.
• Máy cắt phụ tải (LBS).
• Chống sét van.
• Máy biến áp phân phối.
• Cầu chì tự rơi.
• Dây dẫn.
• Cột điện.
• Hệ thống tiếp địa.

Hình 1.7. Các thiết bị trung áp trên lưới 22 kV (máy cắt, Recloser, LBS, chống sét van).

1.2.6. Các tiêu chuẩn áp dụng

Việc thiết kế lưới điện phải tuân thủ:

• Luật Điện lực Việt Nam.
• Quy phạm trang bị điện.
• TCVN 7447.
• TCVN 9385:2012 (chống sét).
• TCVN 4756:1989 (nối đất).
• IEC 60909 (tính toán ngắn mạch).
• IEC 60287 (tính toán dây dẫn).
• Quy định kỹ thuật của EVN và Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVNSPC).

1.2.7. Yêu cầu kỹ thuật đối với tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi

Trong thiết kế tuyến 22 kV dài 15 km cần bảo đảm:

• Điện áp cuối nguồn nằm trong giới hạn cho phép (±5%);
• Tổn thất công suất nhỏ;
• Tổn thất điện năng thấp;
• Độ tin cậy cung cấp điện cao;
• Dòng điện không vượt khả năng mang tải của dây dẫn;
• Thiết bị đóng cắt đáp ứng dòng ngắn mạch;
• Khả năng mở rộng phụ tải trong tương lai.

Chương 2

Tính toán dự báo phụ tải và lựa chọn phương án kỹ thuật

2.1. Phân tích và tính toán phụ tải điện

2.1.1. Mục đích tính toán phụ tải

Phụ tải điện là cơ sở quan trọng trong thiết kế hệ thống điện phân phối. Việc xác định chính xác phụ tải giúp lựa chọn tiết diện dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ và máy biến áp phù hợp, đồng thời bảo đảm chất lượng điện áp, giảm tổn thất điện năng và tối ưu chi phí đầu tư.

Đối với tuyến 22 kV Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km, phụ tải bao gồm nhiều nhóm khách hàng như khu dân cư, cơ sở thương mại, trường học, bệnh viện và các cơ sở sản xuất. Do đó, việc tính toán phụ tải phải xét đến sự phát triển trong tương lai để bảo đảm khả năng mở rộng của lưới điện.

2.1.2. Giả thiết phụ tải

Để phục vụ cho quá trình thiết kế, giả thiết tuyến điện cấp điện cho các phụ tải như sau:

Lưu ý: Bảng giả thiết phụ tải chưa cung cấp đầy đủ hệ số nhu cầu và cơ sở tổng hợp công suất cho từng nhóm; vì vậy, tổng công suất đặt Pđ = 11 000 kW được giữ như một giả thiết đầu vào độc lập của đề tài để bảo đảm nhất quán với các phép tính tiếp theo.

Pđ = 11 000 kW

Hệ số đồng thời:

Kđt = 0.8

Công suất tính toán:

Ptt = Pđ × Kđt

Ptt = 11 000 × 0.8 = 8 800 kW

2.1.3. Xác định công suất phản kháng

Giả sử hệ số công suất ban đầu:

cosφ = 0.9

Ta có:

tanφ = √(1/cos²φ – 1)

tanφ ≈ 0.484

Suy ra:

Qtt = Ptt × tanφ = 8 800 × 0.484

Qtt ≈ 4 259 kVAr

2.1.4. Công suất biểu kiến

Stt = √(Ptt² + Qtt²)

Stt ≈ √(8 800² + 4 259²) ≈ 9 776 kVA

Theo số liệu làm tròn của bản gốc, Stt được lấy xấp xỉ 9 775 kVA.

2.1.5. Tính dòng điện cực đại

Điện áp lưới:

U = 22 kV

Dòng điện lớn nhất của hệ ba pha:

Imax = Stt/(√3 × U)

Imax ≈ 9 775/(√3 × 22) ≈ 256.6 A

Trong các bước tính toán tiếp theo, đề tài sử dụng Imax ≈ 256 A theo số liệu làm tròn của bản gốc.

Giá trị dòng điện này được dùng để lựa chọn dây dẫn và thiết bị; các kết quả tính toán tiếp theo được hiểu là kết quả sơ bộ theo hệ giả thiết nêu trên.

Bảng 2.1. Kết quả tính phụ tải

Hình 2.1. Biểu đồ phụ tải ngày của tuyến 22 kV.

2.2. Tính toán và lựa chọn tiết diện dây dẫn

2.2.1. Lựa chọn loại dây dẫn

Hiện nay lưới điện trung áp sử dụng:

• ACSR (nhôm lõi thép)
• AAAC
• XLPE
• Cáp ngầm CXV

Đối với tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi:

• chiều dài lớn
• chủ yếu đi trên không
• chi phí đầu tư cần hợp lý

Chọn dây nhôm lõi thép ACSR.

Hình 2.2. Cấu tạo dây nhôm lõi thép ACSR

Ưu điểm:

• nhẹ
• chịu lực tốt
• chống võng
• giá thành thấp
• tuổi thọ cao

2.2.2. Lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

Theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế:

Fkt = Imax/Jkt

Trong đó:

Imax = 256 A

Giả sử:

Jkt = 1.1 A/mm²

Suy ra:

Fkt = 256/1.1 ≈ 233 mm²

Chọn tiết diện tiêu chuẩn:

F = 240 mm²

Bảng 2.2. Lựa chọn dây dẫn

Chọn:

ACSR-240

2.2.3. Kiểm tra điều kiện phát nóng

Điều kiện phát nóng:

Icp ≥ Imax

Kiểm tra:

520 A > 256 A

Điều kiện đạt.

2.2.4. Kiểm tra tổn thất điện áp

Thông số đường dây sử dụng trong tính toán sơ bộ:

Điện trở đơn vị:

r0 = 0.125 Ω/km

Chiều dài tuyến:

L = 15 km

Điện trở toàn tuyến:

R = r0 × L = 0.125 × 15 = 1.875 Ω

Công thức sụt áp ba pha tổng quát:

ΔU = √3 × I × (R cosφ + X sinφ)

Do bản gốc chưa phân bố chi tiết phụ tải dọc tuyến và sử dụng mô hình gần đúng chỉ xét thành phần điện trở, phép tính sơ bộ được trình bày như sau:

ΔUR = √3 × I × R × cosφ = 1.732 × 256 × 1.875 × 0.9 ≈ 748 V

ΔUR ≈ 748 V

Tỷ lệ sụt áp theo mô hình gần đúng:

ΔUR% = (748/22 000) × 100% ≈ 3.4%

Giới hạn kiểm tra sử dụng trong đề tài:

ΔU% ≤ 5%

Theo mô hình gần đúng của bản gốc, kết quả 3.4% đạt giới hạn 5%. Khi triển khai thiết kế kỹ thuật, cần tính đầy đủ thành phần X sinφ và phân bố phụ tải thực tế dọc tuyến trước khi kết luận cuối cùng về sụt áp.

2.2.5. Kiểm tra điều kiện ngắn mạch

Điều kiện

Inm ≤ Ichịu

Giả sử

Inm = 12 kA

Dây ACSR-240 có khả năng chịu ngắn mạch giả thiết:

16 kA

Đạt yêu cầu.

2.2.6. Kiểm tra độ bền cơ

Kiểm tra

• Lực kéo
• Khoảng vượt
• Độ võng
• Tải trọng gió

Theo TCVN và Quy phạm trang bị điện.

Hình 2.3. Biểu đồ độ võng dây dẫn.

2.3. Lựa chọn sơ đồ nối điện và kết cấu tuyến

2.3.1. Lựa chọn sơ đồ cấp điện

Có ba phương án

Phương án 1

Mạng hình tia

Ưu điểm

• Đơn giản
• Rẻ

Nhược điểm

Khi xảy ra sự cố, toàn tuyến có thể bị mất điện.

Phương án 2

Mạng vòng hở

Ưu điểm

• Tin cậy cao
• Dễ chuyển tải

Nhược điểm

• Đầu tư cao hơn

Phương án 3

Mạng kín

Chỉ dùng cho khu công nghiệp lớn.

Sau khi so sánh

Chọn mạng vòng vận hành hở

vì:

• Độ tin cậy cao
• Phù hợp định hướng vận hành của EVNSPC
• Dễ mở rộng

Bảng 2.3. So sánh các phương án

2.3.2. Kết cấu đường dây

Chọn

• Đường dây trên không.
• Cột bê tông ly tâm D14.
• Xà thép mạ kẽm.
• Chuỗi sứ Polymer 24 kV.

Khoảng cách cột

40–50 m.

2.3.3. Thiết bị bảo vệ

Bố trí

• Máy cắt đầu tuyến.
• Recloser tại km 5.
• Recloser tại km 10.
• Dao cách ly phân đoạn.
• Chống sét van tại đầu tuyến và các trạm.
• FCO tại từng máy biến áp.

Bảng 2.4. Thiết bị chính

Hình 2.4. Sơ đồ tuyến 22 kV Rạch Giá – Rạch Sỏi.

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí Recloser và LBS.

2.4. Đánh giá phương án lựa chọn

Sau quá trình tính toán và phân tích, phương án được lựa chọn gồm:

• Mạng điện 22 kV vận hành theo sơ đồ vòng hở nhằm nâng cao độ tin cậy cấp điện và thuận tiện trong chuyển tải khi xảy ra sự cố.
• Đường dây sử dụng dây nhôm lõi thép ACSR-240, đáp ứng yêu cầu về khả năng mang tải và độ bền cơ học; kiểm tra sụt áp được thực hiện theo mô hình gần đúng nêu tại Mục 2.2.4.
• Tuyến được xây dựng trên không bằng cột bê tông ly tâm, kết hợp chuỗi sứ polymer và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ hiện đại như Recloser, LBS, FCO và chống sét van.

Kết quả kiểm tra sơ bộ cho thấy dòng điện làm việc, điều kiện phát nóng và khả năng chịu ngắn mạch đáp ứng các giả thiết kỹ thuật của đề tài. Riêng sụt áp cần được kiểm chứng bằng mô hình đầy đủ có xét điện kháng và phân bố phụ tải khi triển khai thiết kế kỹ thuật.

Chương 3

Tính toán ngắn mạch, tổn thất và lựa chọn thiết bị bảo vệ

3.1. Tính toán ngắn mạch trên tuyến dây 15 km

3.1.1. Mục đích tính toán ngắn mạch

Ngắn mạch là một trong những sự cố nguy hiểm nhất đối với hệ thống điện. Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện tăng lên rất lớn, có thể gấp nhiều lần dòng điện định mức, gây phát nóng mạnh, xuất hiện lực điện động lớn và làm hư hỏng thiết bị nếu không được cắt kịp thời.

Việc tính toán ngắn mạch nhằm các mục đích:

• Xác định dòng điện ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất tại các vị trí đặc trưng trên tuyến.
• Lựa chọn máy cắt, Recloser, LBS, FCO và các thiết bị bảo vệ phù hợp.
• Kiểm tra khả năng chịu nhiệt và chịu lực điện động của dây dẫn.
• Phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt.

Trong đề tài, các điểm tính toán được lựa chọn gồm:

• N1: đầu tuyến.
• N2: giữa tuyến (7,5 km).
• N3: cuối tuyến (15 km).

3.1.2. Sơ đồ thay thế hệ thống điện

Khi tính toán ngắn mạch ba pha đối xứng, hệ thống được quy đổi thành sơ đồ một pha tương đương gồm:

• Nguồn hệ thống.
• Trở kháng máy biến áp nguồn.
• Trở kháng đường dây.
• Điểm xảy ra ngắn mạch.

Tổng trở ngắn mạch tổng quát đến điểm sự cố:

ZΣ = ZN + ZMBA + ZL

Trong đó:

• ZN ​: trở kháng nguồn.
• ZMBA ​: trở kháng máy biến áp.
• ZL ​: trở kháng đường dây.

Hình 3.1. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch.

3.1.3. Các thông số tính toán

Giả thiết tính toán sơ bộ: công suất ngắn mạch Ssc = 500 MVA được xem là công suất ngắn mạch tương đương tại thanh cái 22 kV. Vì vậy, ZN trong phép tính số đại diện cho toàn bộ hệ thống phía nguồn đã quy đổi về cấp 22 kV; không cộng thêm ZMBA riêng để tránh tính trùng trở kháng nguồn.

Điện áp tại thanh cái:

U = 22 kV

Công suất ngắn mạch tương đương của nguồn:

Ssc = 500 MVA

Trở kháng tương đương của nguồn:

ZN = U²/Ssc = 22²/500 ≈ 0.968 Ω

ZN ≈ 0.968 Ω

Đường dây sử dụng ACSR-240.

Thông số:

• r0 = 0.125 Ω/km
• x0 = 0.38 Ω/km

Chiều dài tuyến:

• L = 15 km

Tổng trở đường dây ở cuối tuyến:

• R = r0 × L = 1.875 Ω
• X = x0 × L = 5.7 Ω

Độ lớn tổng trở đường dây:

|ZL| = √(R² + X²) ≈ 6.0 Ω

|ZL| ≈ 6.0 Ω

3.1.4. Tính dòng ngắn mạch tại đầu tuyến

Tổng trở tương đương tại đầu tuyến:

|ZΣ| = 0.968 Ω

Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng:

Ik = U/(√3 × |ZΣ|)

Ik ≈ 22/(√3 × 0.968) ≈ 13.1 kA

3.1.5. Tính tại giữa tuyến

Chiều dài

L = 7.5 km

Trở kháng

• R ≈ 0.94 Ω
• X = 2.85 Ω

Tổng trở

|ZL| ≈ 3.0 Ω

Tổng trở kể cả nguồn (theo cách làm tròn của bản gốc):

|ZΣ| ≈ 4.07 Ω

Dòng ngắn mạch

Ik ≈ 3.12 kA

3.1.6. Tính tại cuối tuyến

Chiều dài

L = 15 km

Tổng trở

|ZΣ| ≈ 6.97 Ω

Dòng ngắn mạch

Ik ≈ 1.82 kA

Bảng 3.1 Kết quả tính ngắn mạch

Hình 3.2. Biểu đồ dòng ngắn mạch giảm dần theo chiều dài tuyến.

3.2. Tính toán tổn thất công suất và điện năng

3.2.1. Tổn thất công suất

Theo công thức tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ba pha:

ΔP = 3I²R

Trong đó:

• I = 256 A
• R = 1.875 Ω

Thay số:

ΔP = 3 × 256² × 1.875 ≈ 368 kW

3.2.2. Tổn thất công suất phản kháng

ΔQ = 3I²X

Với:

X = 5.7 Ω

Kết quả:

ΔQ = 3 × 256² × 5.7 ≈ 1 120 kVAr

3.2.3. Tổn thất điện năng

Điện năng tổn thất năm được ước tính theo:

ΔA = ΔP × τ

Giả sử thời gian tổn thất công suất cực đại tương đương:

Thời gian tổn thất cực đại

τ = 4 000 h/năm

Kết quả:

ΔA = 368 × 4 000 = 1 472 000 kWh ≈ 1.47 GWh

3.2.4. Hiệu suất truyền tải

Hiệu suất truyền tải sơ bộ:

η = Ptt/(Ptt + ΔP) × 100% = 8 800/(8 800 + 368) × 100% ≈ 95.98%

η ≈ 95.98%

Hình 3.3. Biểu đồ sụt áp theo mô hình gần đúng của đề tài.

Bảng 3.2 Tổn thất

Hình 3.4. Biểu đồ tổn thất điện năng trong năm.

3.3. Lựa chọn thiết bị bảo vệ

3.3.1. Máy cắt đầu tuyến

Điện áp định mức

24 kV

Dòng định mức

630 A

Khả năng cắt

20 kA

Chọn: Máy cắt chân không

• 24 kV
• 630 A
• 20 kA

3.3.2. Recloser

Chọn

• Điện áp 24 kV
• Dòng 630 A
• Khả năng cắt 16 kA

Lắp

• km 5
• km 10

3.3.3. Dao cách ly (LBS)

• Điện áp 24 kV
• Dòng 630 A
• Khả năng đóng cắt 400 A

3.3.4. Cầu chì tự rơi FCO

• Điện áp 27 kV
• Dòng 100 A
• Khả năng cắt 12.5 kA

3.3.5. Chống sét van

• Điện áp 24 kV
• Dòng phóng 10 kA

Lắp

• đầu tuyến
• cuối tuyến
• trước MBA

3.3.6. Máy biến dòng TI

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

KHO TÀI LIỆU.rar\TÀI LIỆU 2026 – RAR archive, unpacked size 88,218,451 bytes/ THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 kV

Thiết kế hệ thống điện phân phối 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km Thiết kế hệ thống điện phân phối 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km Thiết kế hệ thống điện phân phối 22 kV tuyến Rạch Giá – Rạch Sỏi dài 15 km