Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống cung cấp điện hiện đại, trạm biến áp phân phối đóng vai trò trung gian quan trọng nhằm tiếp nhận nguồn điện từ lưới điện phân phối trung áp (22 kV – 35 kV) và hạ áp xuống cấp điện áp sinh hoạt, sản xuất (0,4 kV / 0,22 kV). Việc lựa chọn cấu hình trạm và tính toán thiết kế kỹ thuật chính xác cho đường dây và trạm biến áp không chỉ quyết định đến độ tin cậy cung cấp điện liên tục cho phụ tải mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ an toàn vận hành, mỹ quan kiến trúc và hiệu quả kinh tế của dự án.

Đề tài tốt nghiệp "Thiết kế đường dây và trạm biến áp 400kVA - 35/0,4" do sinh viên Nhâm Văn Linh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Dương tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (thời gian thực hiện từ ngày 04/04/2022 đến ngày 24/06/2022) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật trọn vẹn cho một trạm biến áp hợp bộ kiểu Kiosk.

Các nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể trong đề tài bao gồm:

  1. Nghiên cứu hệ thống hóa cơ sở lý luận về quy trình thiết kế kỹ thuật, vai trò của người kỹ sư, các quy định, tiêu chuẩn (TCVN, IEC) và quy chuẩn kỹ thuật bắt buộc áp dụng trong thiết kế hệ thống điện.
  2. Khảo sát, phân tích và so sánh đặc tính kỹ thuật, ưu nhược điểm của các dạng trạm biến áp phân phối phổ biến (trạm xây trong nhà, trạm treo/giàn, trạm hợp bộ Kiosk, trạm một cột) để lựa chọn phương án trạm Kiosk tối ưu.
  3. Thu thập dữ liệu phụ tải đầu vào (công suất năm đầu $P_{tt} = 328\text{ kW}$, thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 3200\text{ h}$, tốc độ tăng trưởng tải $12%/\text{năm}$ trong chu kỳ dự báo 5 năm) để tính toán dung lượng và lựa chọn máy biến áp 400 kVA – 35/0,4 kV.
  4. Thiết kế chi tiết phần điện: tính toán lựa chọn tiết diện cáp trung áp theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$), cáp hạ áp, thanh cái đồng, khí cụ đóng cắt và bảo vệ phía trung áp (dao cắt phụ tải LBS, cầu chì cao áp, chống sét van) và phía hạ áp (Aptomat tổng MCCB, máy biến dòng đo lường, chống sét van hạ áp, tụ bù).
  5. Tính toán kiểm tra chế độ ngắn mạch mạng trung áp 35 kV và thanh cái hạ áp 0,4 kV nhằm kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt, ổn định động của dây dẫn, cáp và các thiết bị điện đã chọn.
  6. Thiết kế phần xây dựng móng trạm, vỏ trạm, hệ thống nối đất an toàn và lập dự toán chi phí đầu tư, phân tích dòng tiền tài chính của công trình.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là trạm biến áp hợp bộ kiểu Kiosk công suất định mức 400 kVA, cấp điện áp 35/0,4 kV và tuyến đường dây cáp ngầm trung thế cấp nguồn. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phạm vi tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho nhóm phụ tải công nghiệp/dân dụng phụ cận với bán kính cấp điện cục bộ, chu kỳ tính toán kinh tế kỹ thuật là 5 năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết mạng lưới cung cấp điện, lý thuyết tính toán chế độ ngắn mạch và thiết kế khí cụ điện. Toàn bộ các bước tính toán, lựa chọn và kiểm tra thiết bị đều tuân thủ các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành hiện hành tại Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế:

  • Văn bản quy phạm pháp luật và quy chuẩn:
    • Quy phạm trang bị điện ban hành kèm theo Quyết định số 19/2006/QĐ-BCN ngày 11/07/2006 của Bộ Công nghiệp.
    • Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/07/2010 của Bộ Công Thương quy định hệ thống điện phân phối.
    • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện ban hành kèm theo Thông tư số 40/2009/TT-BCT ngày 31/12/2009 của Bộ Công Thương.
    • QCVN 07:2009/BTNMT về ngưỡng chất thải nguy hại.
    • Quy trình vận hành, sửa chữa máy biến áp ban hành kèm theo Quyết định số 623/ĐVN/KTNĐ ngày 23/05/1997 của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam.
  • Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và quốc tế:
    • Tiêu chuẩn máy biến áp: TCVN 6306-1:2006 đến TCVN 6306-5:2006 (Máy biến áp điện lực); TCVN 8525:2010 (Hiệu suất năng lượng tối thiểu của máy biến áp phân phối); TCVN 3715-82 (Trạm biến áp trọn bộ công suất đến 1000 kVA, điện áp đến 20 kV); IEC 60076, IEC 60354, IEC 60296, IEC 60551.
    • Tiêu chuẩn thiết bị đóng cắt và bảo vệ: IEC 62271-1, IEC 62271-100, IEC 62271-102, IEC 62271-103, IEC 62271-200, IEC 60282, IEC 60099-4, IEC 61869-2/3/5, IEC 60871-1, IEC 255, IEC 376.
    • Tiêu chuẩn dây dẫn và nối đất: TCVN 9207-2012, IEC 60502, IEC 364-5.2, IEC 724.
    • Tiêu chuẩn bản vẽ kỹ thuật: TCVN 7285:2003, TCVN 7286:2003, TCVN 3808:2008, TCVN 3824:2008, TCVN 7284:2004, TCVN 7583:2006.

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp so sánh: Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật, tính an toàn, diện tích chiếm đất, mỹ quan đô thị và chi phí xây lắp của 4 cấu hình trạm phân phối để xác định dạng trạm Kiosk phù hợp nhất.
  • Phương pháp tính toán kỹ thuật điện:
    • Lựa chọn tiết diện dây dẫn trung áp theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$): $F_{kt} = \frac{I_{max}}{J_{kt}}$, kết hợp hiệu chỉnh dòng điện phát nóng cho phép qua các hệ số môi trường ($k_1, k_2, k_3$).
    • Lựa chọn cáp hạ áp và thanh cái đồng theo dòng điện làm việc cực đại ($I_{lvmax}$) và điều kiện phát nóng dài hạn ($I_{cp}$).
    • Tính toán ngắn mạch đối xứng bằng phương pháp hệ số đơn vị/trở kháng quy đổi nhằm xác định dòng điện ngắn mạch siêu quá độ ($I''$), dòng ngắn mạch ổn định ($I_\infty$) và dòng điện xung kích ($I_{xk}$).
    • Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của cáp/thanh dẫn: $F \ge \frac{I_\infty \cdot \sqrt{t_{qd}}}{\alpha}$; kiểm tra ổn định động của thanh dẫn theo ứng suất uốn cho phép: $\sigma_{tt} \le \sigma_{cp}$.
  • Phương pháp dự toán kinh tế và phân tích dòng tiền: Áp dụng định mức xây dựng TCVN để lập bảng kê chi tiết vật tư, tính khối lượng bê tông móng trụ và khái toán chi phí lắp đặt trạm.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án là các thông số phụ tải giả định chuẩn, catalog kỹ thuật của các hãng chế tạo thiết bị điện (Schneider Electric, Siemens, ABB, CADISUN, CADIVI, EMIC), giáo trình "Cung cấp điện" (TS. Ngô Hồng Quang) và sổ tay tra cứu thiết bị điện.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống trạm biến áp hợp bộ Kiosk 400 kVA - 35/0,4 kV được thiết kế hoàn chỉnh từ cấu trúc cơ khí vỏ trạm đến sơ đồ nối điện và bố trí thiết bị:

Kiến trúc vỏ trạm và phân khoang chức năng

  • Vỏ trạm được chế tạo từ tôn/thép tấm dày 2 mm – 3 mm có dập gân tăng cứng, gắn trên hệ thống khung thép định hình dày 3 mm – 4 mm, sơn tĩnh điện hai mặt chống ăn mòn môi trường.
  • Toàn bộ trạm được chia làm 3 khoang riêng biệt có vách ngăn kín và cửa mở độc lập để phục vụ vận hành, bảo dưỡng:
    • Khoang trung thế: Lắp đặt tủ hợp bộ RMU cách điện khí SF6, tích hợp dao cắt phụ tải kết hợp cầu chì ống bảo vệ máy biến áp và chống sét van.
    • Khoang máy biến áp: Bố trí máy biến áp 3 pha ngâm dầu (hoặc khô) 400 kVA – 35/0,4 kV có rãnh thoát dầu và thông gió tự nhiên.
    • Khoang hạ thế: Lắp đặt tủ phân phối tổng (MSB) chứa máy cắt Aptomat tổng, các ngăn Aptomat nhánh, hệ thống biến dòng đo lường, đồng hồ chỉ thị, chống sét van hạ áp và ngăn tủ tụ bù công suất phản kháng.

Thiết kế phần điện và thông số lựa chọn thiết bị

  1. Đường cáp ngầm trung thế:
    • Tuyến cáp từ lưới 35 kV đến trạm dùng cáp đồng 1 lõi Cu/XLPE/PVC của hãng CADISUN, tiết diện $F = 50\text{ mm}^2$ ($z_0 = 0,387 + 0,08j\text{ }\Omega/\text{km}$, $I_{cp} = 286\text{ A}$).
    • Với dòng cực đại $I_{max} = 20,99\text{ A}$, cáp thỏa mãn điều kiện kinh tế ($F_{kt} = 6,77\text{ mm}^2$) và điều kiện phát nóng ($I_{max} < k_1 \cdot k_2 \cdot k_3 \cdot I_{cp}$).
  2. Khí cụ đóng cắt và bảo vệ trung áp:
    • Dao cắt phụ tải (LBS): Chọn mã LBS-SF6 24 kV (hoặc cấp 35 kV tương đương) do ABB chế tạo với $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, dòng cắt định mức $I_{cđm} = 50\text{ kA}$, dòng chịu ngắn mạch 1s $I_{N1s} = 16\text{ kA}$.
    • Cầu chì trung thế: Hãng Siemens mã 3GD1 405-4B ($U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 31,5\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch $I_{cắtN} = 31,5\text{ kA}$).
    • Chống sét van trung thế: Hãng Siemens mã 3EG1 loại oxit kim loại không khe hở ($U_{đm} = 35\text{ kV}$, dòng phóng định mức 5 kA).
  3. Phần điện hạ thế và thanh cái tủ MSB:
    • Cáp xuất tuyến hạ áp từ máy biến áp sang tủ MSB: Dùng 11 sợi cáp đơn CADIVI Cu/XLPE/PVC tiết diện $1 \times 240\text{ mm}^2$ (mỗi pha ghép 3 sợi, $I_{cp} = 500\text{ A/sợi}$).
    • Aptomat tổng tủ hạ thế: Chọn MCCB 4 cực của Schneider mã NS125M4N2 ($U_{đm} = 400\text{ V}$, $I_{đm} = 630\text{ A}/1250\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch tối đa $I_N = 50\text{ kA}$).
    • Biến dòng điện (BI): Hãng EMIC tỉ số $630/5\text{ A}$, $U_{đm} = 600\text{ V}$, hệ số ổn định nhiệt $K_{ôđn} = 45$, ổn định động $K_đ = 31$.
    • Thanh cái đồng hạ áp: Tiết diện chữ nhật $100 \times 5\text{ mm}$ ($F = 500\text{ mm}^2$, $r_0 = 0,084$, $x_0 = 0,15$, $I_{cp} = 1391\text{ A}$), bố trí 2 thanh/pha.
    • Chống sét van hạ áp: Hãng Siemens mã 5SD7003 làm bằng SiC ($U_{đm} = 380\text{ V}$, 4 cực, dòng phóng 100 kA).

Kiểm tra tính toán ngắn mạch và ổn định thiết bị

  • Phía trung áp 35 kV: Với công suất ngắn mạch nguồn $S_N = 250\text{ MVA}$ ($X_{HT} = 2,1344\text{ }\Omega$), cáp trung thế dài $L = 50\text{ m}$ ($Z = 2,138\text{ }\Omega$). Tính được dòng ngắn mạch $I_N = I'' = I_\infty = 5,94\text{ kA}$, dòng xung kích $I_{xk} = 15,12\text{ kA}$ (với hệ số xung kích $k_{xk} = 1,8$). Các thiết bị ABB LBS ($I_{ôđđ} = 50\text{ kA} > 15,12\text{ kA}$) và cầu chì Siemens đều thỏa mãn.
  • Phía hạ áp 0,4 kV: Dòng ngắn mạch tại thanh cái hạ thế đạt $I_N = 73,49\text{ kA}$.
    • Cáp hạ áp $240\text{ mm}^2$ thỏa mãn ổn định nhiệt với tiết diện yêu cầu $F_{ôđn} = 122,49\text{ mm}^2$ ($t_{qd} = 0,5\text{ s}$).
    • Thanh cái đồng $100 \times 5\text{ mm}$ chịu lực uốn động khi ngắn mạch có ứng suất tính toán $\sigma_{tt} = 931,33\text{ kG/cm}^2$, nhỏ hơn ứng suất cho phép $\sigma_{cp} = 1400\text{ kG/cm}^2$, đảm bảo an toàn tuyệt đối về ổn định động.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Chương này cung cấp nền tảng lý luận về kỹ thuật và quy trình thực hiện đồ án thiết kế:

  • Trình bày định nghĩa kỹ thuật, vai trò khép kín của người kỹ sư trong mối quan hệ giữa chủ đầu tư, nhà thầu chế tạo, lắp đặt và giám sát công trình.
  • Thiết lập quy trình thiết kế kỹ thuật chuẩn gồm 8 bước: (1) Xác định sự cần thiết của sản phẩm; (2) Mô tả cụ thể bài toán; (3) Thu thập và xử lý thông tin; (4) Đề xuất giải pháp sơ bộ; (5) Tính toán thiết kế chi tiết; (6) Kiểm tra và đánh giá; (7) Tối ưu hóa; (8) Dự toán thuyết minh và thuyết trình.
  • Phân định rõ khái niệm, phân loại và hiệu lực pháp lý giữa Quy định, Tiêu chuẩn (TCVN, TCCS) và Quy chuẩn kỹ thuật (QCVN, QCĐP).
  • Phân tích chức năng của các công cụ phần mềm hỗ trợ kỹ sư: AutoCAD (vẽ kỹ thuật 2D chính xác), Revit (mô hình hóa 3D trực quan, kiểm soát va chạm), Excel (lập module tính toán tự động), Word và PowerPoint (thuyết minh, báo cáo).
  • Tổng hợp các quy định bắt buộc về bản vẽ kỹ thuật: khổ giấy từ A0 đến A4 (TCVN 7285:2003), kích thước khung tên chuẩn trong trường học ($140 \times 32\text{ mm}$), quy cách chữ viết (TCVN 7284:2004), tỷ lệ bản vẽ và quy chuẩn ghi kích thước (TCVN 7583:2006).

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP KIOSK, 400KVA – 35/0,4KV

Chương 2 là nội dung tính toán cốt lõi của đồ án:

  • Phân loại, so sánh chi tiết ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của 4 loại trạm biến áp phân phối: trạm xây trong nhà (trạm trọn bộ, trạm kín, trạm GIS), trạm treo/giàn, trạm hợp bộ Kiosk và trạm một cột (trụ thép đứng compact). Từ đó luận giải việc chọn trạm Kiosk nhờ ưu điểm nhỏ gọn, an toàn, mỹ quan cao, lắp đặt nhanh.
  • Tổng hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho tủ trung thế (Bảng 2-1) và tiêu chuẩn thử nghiệm máy biến áp theo TCVN, IEC (Bảng 2-2, Bảng 2-3).
  • Thực hiện chuỗi tính toán kỹ thuật:
    • Dự báo phụ tải và xác định công suất máy biến áp 400 kVA.
    • Tính toán và lựa chọn cáp ngầm trung thế CADISUN $50\text{ mm}^2$ theo $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$.
    • Tính toán ngắn mạch thanh cái 35 kV ($I_N = 5,94\text{ kA}$, $I_{xk} = 15,12\text{ kA}$) để chọn dao cắt phụ tải ABB LBS-SF6, cầu chì ống Siemens 3GD1 31,5 A và chống sét van Siemens 3EG1.
    • Lựa chọn cáp xuất hạ thế CADIVI $1 \times 240\text{ mm}^2$, Aptomat tổng Schneider NS125M4N2, biến dòng EMIC $630/5\text{ A}$, chống sét van hạ áp Siemens 5SD7003 và thanh cái đồng $100 \times 5\text{ mm}$.
    • Tính toán ngắn mạch hạ áp ($I_N = 73,49\text{ kA}$) và kiểm tra ổn định nhiệt, ổn định động cho thanh cái đồng ($\sigma_{tt} = 931,33\text{ kG/cm}^2 < 1400\text{ kG/cm}^2$).
  • Thiết kế phần xây dựng móng trạm, lập bảng kê khối lượng vật tư chi tiết, định mức cấp phối bê tông mác TCVN và lập bảng tính toán chi phí, phân tích dòng tiền tài chính dự án.

CHƯƠNG 3: PHẦN III: KẾT LUẬN

Chương 3 tổng kết toàn bộ quá trình thực hiện đồ án:

  • Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ thiết kế so với mục tiêu ban đầu đặt ra.
  • Tổng kết thu hoạch kiến thức của bản thân sinh viên về phương pháp luận thiết kế kỹ thuật hệ thống điện và kỹ năng ứng dụng các công cụ tính toán, vẽ kỹ thuật chuyên ngành.
  • Khái quát đối tượng thiết kế trạm Kiosk 400 kVA và các bộ bản vẽ nguyên lý, bố trí thiết bị, tiếp địa và móng trạm hoàn thiện.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và lựa chọn thiết bị

Toàn bộ các thông số kỹ thuật đầu ra của hệ thống trạm biến áp Kiosk 400 kVA – 35/0,4 kV được tổng hợp trong bảng đối chiếu sau:

Hạng mục thiết bị Chủng loại / Mã hiệu lựa chọn Hãng sản xuất Thông số kỹ thuật danh định Kết quả kiểm tra điều kiện kỹ thuật
Máy biến áp Máy biến áp phân phối 3 pha Tiêu chuẩn IEC / TCVN $S_{đm} = 400\text{ kVA}$, $35/0,4\text{ kV}$ Đảm bảo công suất phụ tải $P_{tt} = 328\text{ kW}$
Cáp trung thế Cáp 1 lõi Cu/XLPE/PVC CADISUN Tiết diện $F = 50\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 286\text{ A}$ Thỏa mãn $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$ và phát nóng
Dao cắt phụ tải LBS-SF6 24 kV (hoặc 35 kV) ABB $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, $I_{cđm} = 50\text{ kA}$ Ổn định động $I_{ôđđ} = 50\text{ kA} > I_{xk} = 15,12\text{ kA}$
Cầu chì trung thế Cầu chì ống cao áp 3GD1 405-4B SIEMENS $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 31,5\text{ A}$, $I_{cắt} = 31,5\text{ kA}$ Cắt ngắn mạch $I_{cđm} = 31,5\text{ kA} > I'' = 5,94\text{ kA}$
Chống sét van MT Oxit kim loại 3EG1 SIEMENS $U_{đm} = 35\text{ kV}$, Dòng phóng $5\text{ kA}$ $U_{đmCSV} \ge U_{đmLD}$
Cáp xuất hạ thế $11 \times \text{Cu/XLPE/PVC}$ đơn CADIVI Tiết diện $1 \times 240\text{ mm}^2$, 3 sợi/pha Đảm bảo dòng tải $1154,7\text{ A}$ và ổn định nhiệt
Aptomat tổng MCCB 4 cực NS125M4N2 Schneider Electric $U_{đm} = 400\text{ V}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, $I_N = 50\text{ kA}$ Bảo vệ quá tải và ngắn mạch hạ áp
Máy biến dòng Biến dòng đo lường hạ thế (BI) EMIC Tỉ số $630/5\text{ A}$, $U_{đm} = 600\text{ V}$ $K_{ôđn} = 45$, $K_đ = 31$ đạt chuẩn đo lường
Thanh cái hạ thế Thanh đồng kép chữ nhật Tiêu chuẩn Kích thước $100 \times 5\text{ mm}$ ($F = 500\text{ mm}^2$) $\sigma_{tt} = 931,33\text{ kG/cm}^2 < \sigma_{cp} = 1400\text{ kG/cm}^2$
Chống sét van HT 5SD7003 chất liệu SiC SIEMENS $U_{đm} = 380\text{ V}$, 4 cực, Dòng phóng $100\text{ kA}$ Bảo vệ quá điện áp lan truyền tủ hạ thế

Giải pháp và đóng góp của đồ án

  • Cung cấp một phương án thiết kế trọn gói hoàn chỉnh cho trạm biến áp Kiosk 400 kVA từ việc chuẩn hóa quy trình tính toán lý thuyết, lựa chọn thiết bị công nghiệp thực tế đến bản vẽ thi công móng và hố cáp.
  • Đưa ra giải pháp kỹ thuật đáp ứng tính đồng bộ cao giữa các khoang chức năng, nâng cao độ tin cậy vận hành và an toàn điện, đồng thời giải quyết bài toán tiết kiệm diện tích mặt bằng tại các khu đô thị hoặc khu công nghiệp quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Mô hình trạm biến áp Kiosk được thiết kế theo module đóng gói định sẵn với dung lượng máy biến áp cố định 400 kVA, do đó không gian bên trong các khoang vỏ trạm bị giới hạn, gây khó khăn cho việc nâng cấp công suất máy biến áp hoặc lắp đặt mở rộng thêm các lộ xuất tuyến hạ áp mới sau này.
    • Công suất ngắn mạch hệ thống nguồn $S_N = 250\text{ MVA}$ được lấy theo giả định tính toán gần đúng đối với phụ tải xa nguồn do thiếu số liệu đo đạc thực tế từ cơ quan quản lý lưới điện khu vực.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu tích hợp hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa (SCADA/DMS) thông qua các rơle kỹ thuật số thông minh tại tủ RMU và tủ MSB.
    • Phát triển giải pháp tự động hóa đóng cắt bù công suất phản kháng theo biểu đồ phụ tải thực tế theo thời gian thực nhằm tối ưu hóa hơn nữa tổn thất điện áp và tổn thất công suất của trạm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật Điện tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật làm đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Cung cấp điện hoặc Thiết kế trạm biến áp.
  • Các kỹ sư thiết kế điện công trình, cán bộ kỹ thuật của các nhà thầu cơ điện (M&E) cần tài liệu tra cứu quy chuẩn chọn thiết bị trung/hạ thế, quy trình kiểm tra ổn định lực điện động thanh cái đồng và phương pháp lập dự toán xây lắp trạm biến áp Kiosk.
  • Phần đáng tham khảo nhất là quy trình tính toán kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt thanh cái và cáp khi ngắn mạch, cùng hệ thống tra cứu tiêu chuẩn IEC/TCVN được tổng hợp đầy đủ trong Chương 2.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp nào được sử dụng để lựa chọn tiết diện cáp ngầm trung thế trong đồ án và kết quả cụ thể ra sao?
Tác giả sử dụng phương pháp chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$). Với thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 3200\text{ h}$ và ruột dẫn bằng đồng, tra được $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$. Với dòng điện cực đại $I_{max} = 20,99\text{ A}$, tiết diện kinh tế tính toán là $F_{kt} = 6,77\text{ mm}^2$. Đồ án chọn cáp CADISUN Cu/XLPE/PVC tiết diện tiêu chuẩn $F = 50\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 286\text{ A}$) và kiểm tra thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép sau khi nhân hệ số hiệu chỉnh $k_1 \cdot k_2 \cdot k_3$.

2. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch và dòng điện xung kích tại thanh cái trung thế 35 kV là bao nhiêu?
Với công suất ngắn mạch nguồn giả định $S_N = 250\text{ MVA}$ ($X_{HT} = 2,1344\text{ }\Omega$) và trở kháng tuyến cáp $50\text{ m}$ ($Z = 2,138\text{ }\Omega$), dòng điện ngắn mạch 3 pha tính được là $I_N = I'' = I_\infty = 5,94\text{ kA}$. Với hệ số xung kích $k_{xk} = 1,8$, dòng điện xung kích cực đại đạt $I_{xk} = 15,12\text{ kA}$.

3. Thanh cái đồng trong tủ phân phối hạ thế được lựa chọn với quy cách nào và kết quả kiểm tra lực điện động uốn ngắn mạch ra sao?
Thanh cái đồng được chọn dạng chữ nhật kích thước $100 \times 5\text{ mm}$ ($F = 500\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 1391\text{ A}$), bố trí 2 thanh/pha. Khi xảy ra ngắn mạch phía hạ áp với dòng $I_N = 73,49\text{ kA}$, ứng suất uốn tính toán lớn nhất xuất hiện trên thanh cái là $\sigma_{tt} = 931,33\text{ kG/cm}^2$, nhỏ hơn ứng suất uốn cho phép của đồng ($\sigma_{cp} = 1400\text{ kG/cm}^2$), đảm bảo thanh cái hoàn toàn ổn định động.

4. Vỏ trạm biến áp Kiosk được thiết kế với cấu trúc và vật liệu như thế nào?
Vỏ trạm Kiosk được chế tạo bằng thép tấm dày 2 mm – 3 mm có dập gân chịu lực, lắp ráp trên hệ khung thép dày 3 mm – 4 mm, toàn bộ được sơn tĩnh điện 2 mặt chống ăn mòn. Vỏ tủ chia thành 3 khoang riêng biệt: khoang tủ trung thế RMU, khoang máy biến áp và khoang tủ đóng cắt hạ thế tổng MSB.

5. Thiết bị đóng cắt và bảo vệ chính ở hai phía trung áp và hạ áp của trạm gồm những loại nào?
Phía trung áp sử dụng dao cắt phụ tải cách điện khí ABB LBS-SF6 24 kV ($I_{đm} = 630\text{ A}$), cầu chì cao áp Siemens 3GD1 405-4B ($31,5\text{ A}$) và chống sét van oxit kim loại Siemens 3EG1 (35 kV). Phía hạ áp sử dụng máy cắt Aptomat khối Schneider NS125M4N2 (4 cực, $I_{đm} = 630\text{ A}/1250\text{ A}$), biến dòng đo lường EMIC $630/5\text{ A}$ và chống sét van Siemens 5SD7003 ($380\text{ V}, 100\text{ kA}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nhâm Văn Linh đã hoàn thành trọn vẹn việc thiết kế kỹ thuật cho trạm biến áp hợp bộ Kiosk 400 kVA – 35/0,4 kV dựa trên cơ sở tính toán khoa học và hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Toàn bộ các phần tử từ đường cáp ngầm trung thế, máy biến áp, thanh cái đến các khí cụ đóng cắt, bảo vệ phía trung áp và hạ áp đều được tính toán lựa chọn và kiểm tra nghiêm ngặt về điều kiện làm việc lâu dài, ổn định nhiệt và ổn định động khi ngắn mạch. Công trình mang lại giải pháp cấp điện an toàn, đảm bảo mỹ quan đô thị và có giá trị tham khảo cao đối với đào tạo và thực tiễn kỹ thuật ngành điện.