Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xưởng cơ khí

ị (m2 ). Giá trị p0 có thể tra trong sổ tay. Giá trị p0 của từng bộ hộ tiêu thụ do kinh nghiệm vận hành thống kế lại mà có. Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. Nó cũng được dùng để tính toán phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối đều. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại . Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên, hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng theo phương pháp tính theo hệ số cực đại. Trong đó : Pdm -công suất định mức của thiết bị hoặc nhóm thiết bị(kW).. kmax -hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ : k max= f (nhq, ksd) ksd-hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kĩ thuật . nhq -số thiết bị dùng điện hiệu quả . Hệ số Ksd trong sổ tay hoặc tính bằng công thức đối với 1 thiết bị hoặc đối với 1 nhóm thiết bị thì: . Hệ số cực đại kmax phụ thuộc vào ksd và nhq. Khi sử dụng công thức này trong một số trường hợp cụ thể ta có thể sử dụng công thức gần đúng sau: Khi n ≤ 3 và nhq < 4 : Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì: Trường hợp n > 3 và nhq < 4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức: Trong đó kpt là hệ số phụ tải từng máy. Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như sau: kpt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn. kpt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Khi nhq > 300, Ksd < 0,5 thì Kmax được tính khảo sát trên đồ thị ứng với nhq = 300. Khi nhq > 300, Ksd > 0,5 thì . Khi thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng thig phụ tải tính toán lấy bằng phụ tải trung bình: Phương pháp tính một số phụ tải đặc biệt Tính toán đối với thiết bị 1 pha: Khi trong mạng vừa có thiết bị 3 pha (thiết bị cân bằng) và cũng vừa có thiết bị một pha (thiết bị không cân bằng) thì phải phân bố các thiết bị đó lên ba pha sao cho trị số không cân bằng là nhỏ nhất. Khi đó phụ tải tính toán được tính như sau: Nếu tổng công suất của thiết bị không cân bằng nhỏ hơn 15% tổng công suất của thiết bị ba pha thì các thiết bị một pha xem như là ba pha có công suất tương đương. Khi đó phụ tải tính toán được tính toán theo công thức sau : Nếu tổng công suất của thiết bị 1 pha lớn hơn 15% tổng công suất của thiết bị 3 pha thì các thiết bị một pha quy đổi về ba pha được tính như sau: Trường hợp các thiết bị một pha đấu điện áp pha: Trong đó: P1pha(max) là phụ tải 1 pha lớn nhất. Trường hợp các thiết bị một pha đấu điện áp dây: Trường hợp trong mạng lưới điện vừa có thiết bị một pha nối vào điện áp dây và vừa có thiết bị nối vào điện áp pha thì ta phải quy đổi về cùng một sơ đồ đấu dây. Khi đó công suất quy đổi được tính như sau: Trong đó Pqd(max) được so sánh từ 3 pha như sau: Sau đó chọn ra pha nào có công suất lớn nhất thì đó lag Pqd(max). Trong đó p(ab)a , p(ba)b, p(cb)c………. :là các hệ số quy đổi được tra bảng dưới đây. Hệ số quy đổi phụ tải 1 pha nối vào điện áp dây thành phụ tải 1 pha nối vào điện áp pha của mạng. Hệ số quy đổi Hệ số công suất của phụ tải cosφ 0,3 0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,9 1 p(ab)a, p(bc)b, p(ca)c 1.4 1.17 1.0 0.89 0.84 0.80 0.72 0.64 0.5 p(ab)b, p(bc)c, p(ca)a -0.4 -0.17 0 0.11 0.16 0.20 0.28 0.36 0.5 q(ab)a, q(bc)b, q(ca)c 1.26 0.86 0.58 0.38 0.30 0.22 0.09 -0.05 -0.29 q(ab)b, q(bc)c, q(ca)a 2.45 1.44 1.16 0.96 0.88 0.80 0.67 0.53 0.29 Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp :1,5&6 là dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho kết quả gần đúng .Tuy nhiên, chúng khá đơn giản và tiện lợi.Các phương pháp còn lại xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê, có xét đến nhiều yếu tố .Do đó, có kết quả chính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán lớn và phức tạp. Tùy theo yêu cầu tính toán và những thông tin có thể có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định PTTT. Trong bài tập này, với phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng. Nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Các phân xưởng còn lại, do chỉ biết diện tích và công suất đặt của nó, nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này, ta áp dụng phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất. TÍNH TOÁN Tính toán phụ tải bộ phận máy Do đây là phân xưởng sữa chữa cơ khí nên theo bảng tra (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang- trang 269) ta có Ksd = 0.15 và cosφ = 0.6. Tổng số thiết bị nhóm 1 là n = 8. Công suất lớn nhất của nhóm thiết bị Pmax = 18 Tổng số thiết bị có công suất ≥ 12 công suất max là n1 = 3 Tra bảng tra (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang- trang 270) ta tìm được nhq*= 0.715 Ta có nhq= nhq*×n= 0.715×8= 5,72 (lấy nhq = 6) Tra bảng tra (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang- trang 271) với nhq= 6 và ksd= 0.15 ta được kmax= 2,64 Phụ tải tính toán của nhóm bộ phận máy: Ptt= kmax.ksd.Pdm = 2,64×0,15×60,2 = 23,84 (kW) Qtt= Ptt.tanφ= 23,84×1,33=31,71 (kVar) (KVA) Tính toán phụ tải ở bộ phận sửa chữa Do đây là phân xưởng sữa chữa cơ khí nên theo bảng tra tra (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang- trang 269) ta có Ksd = 0.15 và cosφ = 0.6. Tổng số thiết bị nhóm 1 là n = 6. Công suất lớn nhất của nhóm thiết bị Pmax = 32 Tổng số thiết bị có công suất ≥ 12 công suất max là n1 = 2 Tra bảng tra (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang- trang 270) từ n* và P* ta tìm được nhq*= 0.77 Ta có nhq= nhq*×n= 0.77×6= 4,62 (lấy nhq = 5) Tra bảng với nhq= 5 và ksd= 0.15 ta được kmax= 2,87 Phụ tải tính toán của nhóm bộ phận sữa chữa: Ptt= kmax.ksd.Pdm = 2,87×0,15×95 = 40,9 (kW) Qtt= Ptt.tanφ= 40,9×1,33=54,4 (kVar) (KVA) Phụ tải tính toán của khu nhà xưởng Do đây là phân xưởng sữa chữa cơ khí nên theo bảng tra ta có Ksd = 0.15 và cosφ = 0.6. Do đây là nhóm thiết bị chỉ có 2 máy bơm, n < 3 nên ta có: Phụ tải tính toán của khu văn phòng Thiết bị ở khu văn phòng là các thiết bị 1 pha. Do đó ta phải quy đổi chúng về công suất 3 pha. Ta có công suất 3 pha tổng của các khu còn lại là Công suất 1 pha ở khu văn phòng : Theo lý thuyết để quy đổi ta phải so sánh công suất 1 pha với 15% công suất 3 pha tổng. ta có: Ta thấy: Theo lý thuyết ở trên ta có: Phụ tải chiếu sáng cho toàn phân xưởng Trong phân xưởng chửa sửa cơ khí, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt, tra bảng (sách thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang - trang 269) ta có p0=15 W/m2. Vậy phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng là: Do dùng đèn sợi đốt nên cosφ=1 Suy ra: Qcs=0 Phụ tải tính toán cho toàn phân xưởng Tính toán dòng định mức cho từng thiết bị Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí thì hệ số cosφ =0,6.Từ đó ta có thể tính được Iđm của từng thiết bị thông qua công suất của chúng . Dựa vào công thức trên ta tính được dòng định mức của các thiết bị theo bảng sau: STT Tên máy Công suất Iđm Bộ phận máy 1 Máy cưa kiểu đại 3 7,6 2 Máy khoan bàn 3,3 8,36 3 Máy mài thô 2,7 6,84 4 Máy sọc 6,7 16,97 5 Máy phay răng 4,5 11,4 6 Máy tiện ren 18 45,58 7 Máy khoan đứng 12 30,39 8 Máy bào ngang 10 25,32 Bộ phận sửa chữa 9 Cầu trục 32 81,03 10 Bể tăng nhiệt 10 25,32 11 Bể ngâm nước nóng 15 37,98 12 Tủ sấy 20 50,64 13 Lò điện 8 20,26 14 Bàn thử nghiệm 10 25,32 Nhà xưởng 15 Máy bơm 4,8 12,15 16 Máy bơm 9,7 24,56 Khu văn phòng 17 Máy vi tính 20 91 18 Máy điều hòa 2 3 13,6 XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI ĐIỆN ĐỂ ĐẶT TỦ PHÂN PHỐI VÀ TỦ ĐỘNG LỰC. Tâm phụ tải điện. Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho mô men phụ tải đạt giá trị cực tiểu. Trong đó: Pi: Công suất của phụ tải thứ i. li: Khoảng cách của phụ tải thứ I đến tâm phụ tải. Tọa độ tâm phụ tải M( x0, y0, z0) được xác định như sau: Trong đó: Si: Công suất toàn phần của phụ tải thứ i. xi, yi, zi: Tọa độ của phụ tải thứ I tính theo một hệ trục tọa độ tùy ý chọn. Trong thực tế thường ta ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa độ x và y của tâm phụ tải. Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây. Tính toán. Ta có bảng số liệu về tọa độ và công suất của các thiết bị: Stt Tên máy Công suất (kw) X(m) Y(m) I. Bộ phận máy A 1 Máy cưa kiểu đại 3 3 18 A 2 Khoan bàn 3.3 9 18 A 3 Máy mài thô 2.7 3 13.5 A 4 Máy xọc 6.7 9 13.5 A 5 Máy phay răng 4.5 3 9 A 6 Máy tiện ren 18 9 9 A 7 Máy khoan đứng 12 3 3.5 A 8 Máy bào ngang 10 9 3.5 II. Bộ phận sửa chữa B 1 Cầu trục 32 16.5 30 B 2 Bể tăng nhiệt 10 22.5 30 B 3 Bể ngâm nước nóng 15 28.5 30 B 4 Tủ sấy 20 34.5 30 B 5 Lò điện 8 10 24 B 6 Bàn thử nghiệm 10 31.5 24 III. Nhà xưởng C 1 Máy bơm 4.8 3 30 C 2 Máy bơm 9.7 9 30 C 3 CHIẾU SÁNG IV. KHU VĂN PHÒNG MÁY VI TÍNH 20 MÁY ĐIỀU HOÀ 2 3 Xác định tâm phụ tải ở khu bộ phận máy: Sau khi xác định trên tâm phụ tải được đánh dấu X trên bản vẽ ta chọn đặt tủ động lực ở gần tâm phụ tải và cửa ra vào như hình trên. Xác định tâm phụ tải ở khu bộ phận sửa chữa: Sau khi xác định trên tâm phụ tải được đánh dấu X trên bản vẽ ta chọn đặt tủ động lực ở gần tâm phụ tải và cửa ra vào như hình trên. Xác định tâm phụ tải ở khu nhà xưởng: Sau khi xác định trên tâm phụ tải được đánh dấu X trên bản vẽ ta chọn đặt tủ động lực ở gần tâm phụ tải và cửa ra vào như hình trên. Xác định tâm phụ tải toàn phân xưởng để đặt tủ phân phối: Sau khi xác định trên tâm phụ tải trên bản vẽ ta chọn đặt tủ phân phối ở vị trí như hình trên. Sơ đồ đi dây phân xưởng CHƯƠNG II CHỌN THIẾT BỊ CHO PHÂN XƯỞNG Chọn máy biến áp Ta có Stt toàn phân xưởng là 223,79 (KVA). Ta chọn máy biến áp của ABB có các thông số kỹ thuật như sau: Sđm (MVA) UTC (kV) USC (kV) ∆P0 (W) ∆PN (W) UN % Trọng lượng (kg) 250 0,4 22 640 4100 4 1130 Kết cấu trạm biến áp ta chọn kiểu trạm nền, một số đặc điểm của trạm nền: Trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp nhỏ và vừa.  Đối với loại trạm nền. thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp thường là tổ ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha đặt bệt trên bệ ximăng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà.  Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ. Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp.  Chọn máy biến dòng BI Ta có Itt = 340 (A) nên ta chọn BI có tỉ số biến dòng là 400/5. ĐẶC TRƯNG: Lõi tôn hình xuyến bằng tôn silic chất lượng cao loại có định hướng, độ thẩm từ cao, tổn hao thấp. Cuộn dây thứ cấp bằng dây êmay chất lượng cao quấn trên lõi tôn hình xuyến. Lõi tôn và cuộn dây được bao bọc bằng epoxy đảm bảo cách điện cao, chịu ẩm tốt. Vỏ ngoài nhựa hoặc epoxy đảm bảo cách điện giữa cuộn dây thứ cấp với cuộn dây sơ cấp (cáp hoặc thanh cái). Cửa sổ rộng, dễ luồn cáp hoặc thanh cái. Có thể thay đổi tỷ số biến dòng bằng cách thay đổi số vòng dây sơ cấp. Ổ đấu dây có nắp che bằng nhựa và vít kẹp chì. Đế thép có 2 lỗ Ø 8 dễ cho việc lắp đặt máy biến dòng CT-0.6 vào bảng điện. Dùng trong nhà. Chú ý cực tính khi đấu dây.  THÔNG SỐ KỸ THUẬT: Kiểu Dòng sơ cấp (A) Dòng thứ cấp (A) Số vòng dây sơ cấp Dung lượng (VA) Cấp chính xác Kích thước (mm) Trọng lượng (kg) Đường kính Dài Rộng Cao Lắp đặt 400/5 400 5 1 10 0.5 50 120 50 140 100 1.50 Chọn máy biến điện áp BU Để kiểm tra cách điện và cung cấp tín hiệu cho hệ thống bảo vệ rơ le , đo lường đặt các máy biến điện áp trên thanh góp 22kV , .Thường chọn máy biến điện áp 4MS34 do hãng SIEMENS ở bảng 28.pl trang 269 (sách Hệ Thống Cung Cấp Điện tập 2 của Thầy Trần Quang Khánh) chế tạo với các thông số như sau : Điện áp sơ cấp Udmsc = 22/ kV Điện áp thứ cấp Udmtc=100/V Cấp chính xác 0,5 Công suất định mức Sdm=400 VA Chọn FCO Tiêu chuẩn: ANSI C37.41, C37.42, IEC 282-2 Điện áp định mức: 24kV Dòng điện định mức: 100 A Tần số định mức: 50Hz Khả năng cắt ngắn mạch: 12kA Điện áp chịu đựng xung (BIL):150kV Chiều dài dòng rò: 600mm Vật liệu cách điện: polymer Ống cầu chì bằng fiberglass chịu lực cao và được bọc chống tia cực tím. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN. Lý thuyết: - Lựa chọn dây dẫn : Có 3 phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn - Chọn theo mật độ dòng kinh tế Jkt. - Chọn theo tổn thất điện áp cho phép DUcp. - Chọn theo dòng điện phát nóng cho phép Icp. Chọn theo mật độ dòng kinh tế Jkt : Jkt(A/mm2) là số (A) lớn nhất trên 1mm2 tiết diện. tiết diện chọn theo phương pháp này có lợi về mặt kinh tế. Chọn theo tổn thất điện áp cho phép DUcp: pháp này lấy chi tiêu chất lượng điện làm điều kiện tiên quyết. Chọn theo dòng điện phát nóng cho phép Icp: phương pháp này tận dụng hết khả năng tải của dây dẫn và cáp. Lưới điện Jkt Icp DUcp > 22kV Sử dụng Jkt,kiểm tra lai theo Icp hay DUcp 1-22kV So sánh kinh tế giữa Jkt và DUcp kiểm tra lại theo Icp <1kV Sử dụng DUcp kiểm tra lại theo Icp Chọn theo Icp trong: - lưới điện có Tmax=5000h - thanh cái ở mọi cấp điện áp 1. Chọn theo mật độ dòng kinh tế Jkt: Khái niệm: Chi phí đầu tư xây dựng của 1 đường dây phụ thuộc nhiều yếu tố, được theo công thức sau: M= a.F+ b Trong đó M: chi phí đầu tư a,b : là các hằng số F: tiết diện dây dẫn Tổn thất điện năng của đường dây (trong 1 năm): Trong đó: : chi phí tổn thất điện năng : tổn thất điện năng : giá thành 1kWh Giá trị Jkt được xác định theo bảng sau: Vật dẫn điện Mật độ dòng điện kinh tế (A/mm2) Số giờ sử dụng phụ tải cực đại trong năm (h) Trên 1000 đến 3000 Trên 3000 đến 5000 Trên 5000 Thanh và dây trần: + Đồng + Nhôm 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 C¸p cách điện giấy, dây bọc cao su, hoặc PVC: + Ruột đồng + Ruột nhôm 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 Cáp cách điện cao su hoặc nhựa tổng hợp: + Ruột đồng + Ruột nhôm 3,5 1,9 3,1 1,7 2,7 1,6 2. Chọn theo tổn thất điện áp cho phép DUcp: a. Tổn thất điện áp cho phép: - Tổn thất điện áp cho phép trong từng trường hợp phụ thuộc vào yêu cầu của loại phụ tải, kể cả khi khởi động các động cơ điện và sự phát triển của phụ tải trong tương lai,nhất là đối với cáp ngầm Về điện áp : trong điều kiện bình thường ,độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ± 5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm hoặc tại vị trí khác . Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố , độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10% b. Chọn dây dẫn: Tổn hao điện áp trên đường dây được xác định: Trong đó : P,Q : công suất truyền tải trên đường dây R,X: điện trở và điện kháng đường dây U: điện áp định mức Trong thực tế :giá tri x0 (Ω/ km) có giá trị sau: Trung thế 10, 15, 22 kV: 0,4 (Ω/ km) Hạ thế <1kV: 0.08(mΩ/ m) 3. Chọn theo dòng điện phát nóng cho phép Icp : a. Các phương thức lắp đặt: Theo tiêu chuẩn IEC 60364-5-52: Tình trạng Cách lắp đặt Gắn không cố định Gắn cố định Đường ống Đường dẫn(treo trên mép nhà) Máng cáp Thang cáp,khay cáp Trên sứ Dây đỡ Dây trần - - - - - - + - Dây bọc cách điện - - + + + - + - Dây bọc vỏ - cáp đa lõi - cáp 1 lõi + 0 + + + + + + + + + + 0 0 + + Trong đó: + : cho phép lắp đặt - : không cho phép lắp đặt 0 : có thể được phép lắp đặt b. Khả năng mang tải của dây dẫn : Khả năng mang tải của dây dẫn Icp phụ thuộc vào thông số sau: - Vật dẫn điện : sự lựa chọn phụ thuộc vào giá thành ,kích thước ,trọng lượng, khả năng mang tải của dây đồng lớn hơn 30% so với dây nhôm cùng kích thước - Vật liệu cách điện: ảnh hưởng đến nhiệt độ lớn nhất dưới điều kiện làm việc và sự cố ngắn mạch. - Kiểu dây dẫn: Dây dẫn: Conductor Cáp 1 lõi: single-core cable Cáp đa lõi: Multi-core cable - Số pha: 2 hoặc 3 pha. - Phương thức lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC, chúng ta có các phương thức lắp đặt sau: A, B, C, D, E. Mã chữ Phương thức lắp đặt K1 A2 Cáp đặt thẳng trong vật liệu cách điện chịu nhiệt 0.7 A1 Đường dẫn đặt trong vật liệu chịu nhiệt 0.77 B2 Cáp đa lõi 0.9 B2 Hầm cáp kín 0.95 C Cáp treo trên trần, tường 0.95 B1 Các trường hợp khác 1 c. Các hệ số hiệu chỉnh: Cùng một loại dây dẫn của một nhà san xuất, nhưng nếu điề kiện nhiệt độ làm việc khác nhau, cũng như số mạch dây đi chung khác nhau rõ ràng là ảnh hưởng đến khả năng làm việc của dây dẫn. Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ K1: Khi nhiệt độ tăng , khả năng mang tải của dây dẫn giảm và ngược lại, khi nhiệt độ giảm khả năng mang tải của dây dẫn tăng. Đối với cáp không lắp đặt dưới đất , nhiệt độ chuẩn là 300C, khi nhiệt độ khác 300C ta phải hiệu chỉnh hệ số K1 như sau: Nhiệt độ môi trường, 0C Loại cách điện Cao su (chất dẻo) PVC Butyl polyethylene (XLPE), cao su có ethylene propylene (EPR) 10 1,29 1,22 1,15 15 1,22 1,17 1,12 20 1,15 1,12 1,08 25 1,07 1,07 1,04 30 1,00 1,00 1,00 35 0,93 0,93 0,96 40 0,82 0,87 0,91 45 0,58 0,79 0,87 50 - 0,71 0,82 55 - 0,61 0,76 60 - 0,50 0,71 65 - - 0,65 70 - - 0,58 75 - - 0,50 80 - - 0,41 Đối với cáp lắp đặt dưới đất , nhiệt độ chuẩn là 200C, khi nhiệt độ khác 200C ta phải hiệu chỉnh hệ số K1 như sau: T0 đất (0C) Cách điện PVC XLPE,EPR ( cao su ethylen-propylene) 10 15 20 25 1,1 1,05 1 0,95 1,07 1,04 1 0,96 30 35 40 45 0,89 0,84 0,77 0,71 0,93 0,89 0,85 0,8 50 55 60 0,63 0,55 0,45 0,76 0,71 0,65 Hệ số hiệu chỉnh theo số lượng mạch đi chung K2 : Khi số lượng cáp trong mạch tăng lên ,khả năng tản nhiệt của từng sợi cáp bị giảm . Vì vậy cần sử dụng hệ số hiệu chỉnh K2 thể hiện ảnh hưởng tương hỗ của 2 mạch kề nhau Hai dây coi là ảnh hưởng liền kề nhau khi khoảng cách L giữa 2 dây nhỏ hơn 2 lần đường kính cáp lớn nhất Loại cáp Phương thức lắp đặt Số dây dẫn Khoảng cách cáp Nil 1De 0.125 0.25 0.5 1 lõi hoặc đa lõi Đi trực tiếptrong đất 2 0.75 0.8 0.85 0.9 0.9 3 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 4 0.6 0.6 0.7 0.75 0.8 5 0.55 0.55 0.65 0.7 0.8 6 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 1 lõi Đặt trong đường ống dẫn đơn trong đất 2 0.85 0.9 0.95 0.95 3 0.75 0.85 0.9 0.95 4 0.7 0.8 0.85 0.8 5 0.65 0.8 0.85 0.9 6 0.6 0.8 0.8 0.9 Đa lõi Đặt trong đường ống dẫn đơn trong đất 2 0.8 0.9 0.9 0.95 3 0.7 0.8 0.85 0.9 4 0.65 0.75 0.8 0.9 5 0.6 0.7 0.8 0.9 6 0.6 0.7 0.8 0.9 Tính toán chọn dây dẫn: *Tất cả tiết diện dây dẫn tra theo bảng B.9.10. Cáp đồng hạ áp 1,2,3 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo trong sách thiết kế cấp điện của thầy Ngô Hồng Quang (trang 296). Dây dẫn từ trạm biến áp đến CB tổng 5.1.1 Xác định hệ số k1 K1 là hệ số ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường. Bảng 5.1.1 T0 đất (0C) Cách điện PVC XLPE,EPR ( cao su ethylen-propylene) 10 15 20 25 1,1 1,05 1 0,95 1,07 1,04 1 0,96 30 35 40 45 0,89 0,84 0,77 0,71 0,93 0,89 0,85 0,8 50 55 60 0,63 0,55 0,45 0,76 0,71 0,65 Ứng với nhiệt độ 300C vật liệu cách điện PVC ta chọn K1 = 0,89 5.1.2 Xác định hệ số K2 K2 là hệ số hiệu chỉnh theo số lượng mạch đi chung. Bảng 5.1.2 Loại cáp Phương thức lắp đặt Số dây dẫn Khoảng cách cáp Nil 1De 0.125 0.25 0.5 1 lõi hoặc đa lõi Đi trực tiếptrong đất 2 0.75 0.8 0.85 0.9 0.9 3 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 4 0.6 0.6 0.7 0.75 0.8 5 0.55 0.55 0.65 0.7 0.8 6 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 1 lõi Đặt trong đường ống dẫn đơn trong đất 2 0.85 0.9 0.95 0.95 3 0.75 0.85 0.9 0.95 4 0.7 0.8 0.85 0.8 5 0.65 0.8 0.85 0.9 6 0.6 0.8 0.8 0.9 Đa lõi Đặt trong đường ống dẫn đơn trong đất 2 0.8 0.9 0.9 0.95 3 0.7 0.8 0.85 0.9 4 0.65 0.75 0.8 0.9 5 0.6 0.7 0.8 0.9 6 0.6 0.7 0.8 0.9 Ở đây từ trạm biến áp đến tủ phân phối ta đi dây theo phương thức đặt trong đường ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 1. Do số mạch là 1 nên không chịu ảnh hưởng bởi số mạch đi chung nên ta chọn k2 = 1. Trong đó: Iz là dòng điện cho phép của dây dẫn Iload là dòng điện tải . Theo bang tra dây dẫn hãng LENS ta chọn dây có tiết diện (3×150+70)mm2 có dòng cho phép IZ = 397(A). Dây dẫn từ tủ phân phối đến các tủ động lực. Nhiệt độ môi trường quanh dây dẫn là 300C, theo bảng 5.1.1 phần trên ta tra ở hàng 5 ứng với nhiệt độ 300C, vật liệu cách điện PVC ở cột 2 ta đươc k1 = 0,89. Do ta đi dây 5 mạch từ tủ phân phối đến các tủ động lực, theo bảng 5.1.2 phần trên với phương thức lắp đặt dây dẫn đặt trong ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 5, các cáp nằm tiếp xúc nhau nên không có khoảng cách giữa các cáp, nên ta được k2 = 0,65. 5.2.1 Tủ phân phối đến tủ động lực của khu vực sửa chữa Theo bảng tra dây dẫn của hãng LENS ta chọn S=50mm2 có dòng cho phép IZ = 206(A) 5.2.2 Tủ phân phối đến tủ động lực của khu vực bộ phận máy Theo bảng tra dây dẫn ta chọn S=16mm2 có dòng cho phép IZ = 113(A) 5.2.3 Tủ phân phối đến tủ động lực của khu nhà xưởng Theo bảng tra day dẫn hãng LENS chọn dây dẫn có tiết diện S=6mm2 có dòng điện cho phép IZ = 66(A) 5.2.4 Tủ phân phối đến tủ động lực của khu văn phòng Theo bảng tra day dẫn hãng LENS chọn dây dẫn có tiết diện S=95mm2 có dòng điện cho phép IZ = 301(A) 5.2.5 Dây dẫn cho phụ tải chiếu sáng Nhiệt độ môi trường là 300 nên ta chọn K1=0,93. Dây dẫn cho phụ tải chiếu sáng ta đi 1 mạch nên K2=0,65. Chọn dây dẫn có tiết diện S=50mm2 có dòng cho phép Iz=206(A). Tiết diện dây dẫn từ các tủ động lực tới các thiết bị theo khu. 5.3.1 Khu bộ phận máy Nhiệt độ môi trường quanh dây dẫn là 300C, theo bảng 5.1.1 phần trên ta tra ở hàng 5 ứng với nhiệt độ 300C, vật liệu cách điện PVC ở cột 2 ta đươc k1 = 0,89. Do ta đi dây 8 mạch từ tủ động lực đến các thiết bị, theo bảng 5.1.2 phần trên với phương thức lắp đặt dây dẫn đặt trong ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 8, các cáp nằm tiếp xúc nhau nên không có khoảng cách giữa các cáp, nên ta được k2 = 0,6. Idm ta lấy kết quả ở phần tính phụ tải tính toán. Tính toán Iz cho máy cưa kiểu đại Chọn dây dẫn có tiết diện S=1.5mm2 có dòng cho phép IZ = 31(A). Tương tự như trên ta có bảng số liệu của các thiết bị trong bộ phận máy: STT Tên máy K1 K2 Iđm (A) Iz(A) Tiết diện S (mm2) 1 Máy cưa kiểu đại 0,93 0.6 7,6 31 1,5 2 Máy khoan bàn 0,93 0.6 8,36 31 1,5 3 Máy mài thô 0,93 0.6 6,84 31 1,5 4 Máy sọc 0,93 0.6 16,97 41 2,5 5 Máy phay răng 0,93 0.6 11,4 31 1,5 6 Máy tiện ren 0,93 0.6 45,58 113 16 7 Máy khoan đứng 0,93 0.6 30,39 66 6 8 Máy bào ngang 0,93 0.6 25,32 53 4 5.3.2 Khu bộ phận sửa chữa Nhiệt độ môi trường quanh dây dẫn là 300C, theo bảng 5.1.1 phần trên ta tra ở hàng 5 ứng với nhiệt độ 300C, vật liệu cách điện PVC ở cột 2 ta đươc k1 = 0,89. Do ta đi dây 8 mạch từ tủ động lực đến các thiết bị, theo bảng 5.1.2 phần trên với phương thức lắp đặt dây dẫn đặt trong ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 6, các cáp nằm tiếp xúc nhau nên không có khoảng cách giữa các cáp, nên ta được k2 = 0,6. Idm ta lấy kết quả ở phần tính phụ tải tính toán. Tính toán Iz cho cầu trục Chọn dây dẫn có tiết diện S=35mm2 có dòng cho phép là 174(A). Tương tự như trên ta có bảng số liệu của các thiết bị trong bộ phận sửa chữa: Bộ phận sửa chữa STT Tên máy K1 K2 Iđm (A) Iz(A) Tiết diện S (mm2) 1 Cầu trục 0,93 0.6 81,03 174 35 2 Bể tăng nhiệt 0,93 0.6 25,32 53 4 3 Bể ngâm nước nóng 0,93 0.6 37,98 87 10 4 Tủ sấy 0,93 0.6 50,64 113 16 5 Lò điện 0,93 0.6 20,26 41 2,5 6 Bàn thử nghiệm 0,93 0.6 25,32 53 4 5.3.3 Khu bộ phận nhà xưởng Nhiệt độ môi trường quanh dây dẫn là 300C, theo bảng 5.1.1 phần trên ta tra ở hàng 5 ứng với nhiệt độ 300C, vật liệu cách điện PVC ở cột 2 ta đươc k1 = 0,89. Do ta đi dây 8 mạch từ tủ động lực đến các thiết bị, theo bảng 5.1.2 phần trên với phương thức lắp đặt dây dẫn đặt trong ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 2, các cáp nằm tiếp xúc nhau nên không có khoảng cách giữa các cáp, nên ta được k2 = 0,85. Idm ta lấy kết quả ở phần tính phụ tải tính toán. Tính toán Iz cho máy bơm 1: Chọn dây dẫn có tiết diện S=1,5mm2 có dòng cho phép là Iz = 31(A). Tính toán Iz cho máy bơm 2: Chọn dây dẫn có tiết diện S=2,5mm2 có dòng cho phép là Iz = 41(A). 5.3.4 Khu văn phòng Nhiệt độ môi trường quanh dây dẫn là 300C, theo bảng 5.1.1 phần trên ta tra ở hàng 5 ứng với nhiệt độ 300C, vật liệu cách điện PVC ở cột 2 ta đươc k1 = 0,89. Theo bảng 5.1.2 phần trên với phương thức lắp đặt dây dẫn đặt trong ống dẫn đơn trong đất, số mạch là 2, các cáp nằm tiếp xúc nhau nên không có khoảng cách giữa các cáp, nên ta được k2 = 0,85. Idm ta lấy kết quả ở phần tính phụ tải tính toán. Iz.k1.k2 ≥ Iload Tính toán Iz cho máy vi tính: Chọn dây dẫn có tiết diện S=25mm2 có dòng cho phép là Iz = 144(A). Tính toán Iz cho máy điều hòa: Chọn dây dẫn có tiết diện S=1,5mm2 có dòng cho phép là Iz = 31(A). Chọn CB. Lý thuyết: Các thông số chính của một CB: STT Hạng mục Đơn vị Ví dụ 1 Điện áp sử dụng định mức, Ue V 690 2 Dòng định mức , In A 1000, 1250 3 Dòng tác động có hiệu chỉnh khi quá tải, Ir A (0.7-1)xIr 4 Dòng định mức cắt ngắn mạch, Icắt A 6 Chức năng chính của CB ngoài đóng cắt có tải phụ tải , nó có đóng vai trò là thiết bị bảo vệ quá tải , bảo vệ ngắn mạch . Ngoài ra, CB còn bảo vệ cho đường dây cấp điện cho phụ tải , do đó các điều kiện chọn CB: *Điều kiện để chọn CB UCB>Uđm Iload≤ ICB ≤ IZ IcắtCB ≥ Inm Trong đó : UdmL : điện áp định mức lưới. IB : dòng điện phụ tải. In : dòng định mức CB. Icp : dòng điện cho phép của dây dẫn . ISCB : dòng cắt ngắn mạch 3 pha của CB. ISC : dòng ngắn mạch 3 pha. Tính toán chọn CB: Chọn CB tổng bảo vệ từ trạm biến áp đến tủ phân phối. Ta có Sdm là công suất định mức của máy biến áp Uđm là điện áp phía thứ cấp của máy biến áp Iđm là dòng điện định mức phía thứ cấp máy biến áp Ta chọn CB của hãng Mitsubishi có các thông số kỹ thuật sau: Thông số kỹ thuật Tên CB Loại Dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF400-CW Kinh tế 3P, 350 A 36 kA 397 A 8,046 kA (trang 62) Chọn CB cho từng khu. 6.2.1 Chọn CB bảo vệ từ tủ phân phối đến tủ động lực của khu bộ phận máy. Với Uđm toàn phân xưởng là 380V với điều kiện UCB>Uđm ta chọn UCB =400V Ta có dòng điện tính toán của khu bộ phận sửa chữa Itt = 60,36(A). Ta chọn CB có thông số kỹ thuật sau: Tên CB Loại Số pha, dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF63-SW Tiêu chuẩn 3P, 63 A 7,5 kA 113 A 5,285 kA (trang 63) 6.2.2 Chọn CB bảo vệ từ tủ phân phối đến tủ động lực của khu bộ phận sữa chữa. Với Uđm toàn phân xưởng là 380V với điều kiện UCB>Uđm ta chọn UCB =400V Ta có dòng điện tính toán của khu bộ phận sữa chữa Itt = 103.57(A). Tên CB Loại Dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF125-CW Kinh tế 3P, 125 A 10 kA 206 A 7,378 kA (trang 62) 6.2.3 Chọn CB bảo vệ từ tủ phân phối đến tủ động lực của khu nhà xưởng. Với Uđm toàn phân xưởng là 380V với điều kiện UCB>Uđm ta chọn UCB =400V Ta có dòng điện tính toán của khu bộ phận máy Itt = 36.77(A). Tên CB Loại Dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF63-SW Tiêu chuẩn 3P, 40 A 7,5 kA 66 A 6,460 kA (trang 64) 6.2.4 Chọn CB bảo vệ từ tủ phân phối đến tủ động lực của khu văn phòng. Với Uđm toàn phân xưởng là 380V với điều kiện UCB>Uđm ta chọn UCB =400V Ta có dòng điện tính toán của khu bộ phận máy Itt = 151.7(A). Tên CB Loại Dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF250-CW Kinh tế 3P, 175 A 18 kA 301 A 7,647 kA (trang 65) 6.2.5 Chọn CB bảo vệ từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng. Với Uđm toàn phân xưởng là 380V với điều kiện UCB>Uđm ta chọn UCB =400V Ta có dòng điện tính toán của khu bộ phận máy Itt = 109(A). Tên CB Loại Dòng định mức Dòng cắt Iz cho phép của dây dẫn Dòng ngắn mạch NF250-CW Kinh tế 3P, 125 A 18 kA 206 A 6,713 kA (trang 65) Chọn CB của từng bộ phận : Công thức để tính dòng định mức của các thiết bị: Với máy cưa kiểu đại ta có dòng Iđm như sau : Tương tự với các thiết bị ở các bộ phận khác ta có bảng số liệu để chọn CB như sau : STT Tên máy Công suất (kW) Iđm (A) Tên CB Iđm CB (A) Icắt CB (kA) Iz(A) Ik đại diện (kA) Bộ phận máy 1 Máy cưa kiểu đại 3 7,6 NF63-CW 3P 10 5 31 2 Máy khoan bàn 3,3 8,36 NF63-CW 3P 10 5 31 3 Máy mài thô 2,7 6,84 NF63-CW 3P 10 5 31 4 Máy sọc 6,7 16,97 NF63-CW 3P 20 5 41 5 Máy phay răng 4,5 11,4 NF63-CW 3P 15 5 31 6 Máy tiện ren 18 45,58 NF63-CW 3P 50 5 113 4,910 (trang 67) 7 Máy khoan đứng 12 30,39 NF63-CW 3P 32 5 66 8 Máy bào ngang 10 25,32 NF63-CW 3P 30 5 53 Bộ phận sửa chữa 9 Cầu trục 32 81,03 NF125-CW 3P 100 10 174 10 Bể tăng nhiệt 10 25,32 NF63-CW 3P 30 5 53 11 Bể ngâm nước nóng 15 37,98 NF63-CW 3P 40 5 87 12 Tủ sấy 20 50,64 NF63-CW 3P 63 5 113 13 Lò điện 8 20,26 NF63-CW 3P 30 5 41 14 Bàn thử nghiệm 10 25,32 NF63-CW 3P 30 5 53 3,18 (trang 66) Nhà xưởng 15 Máy bơm 1 4,8 12,15 NF63-CW 3P 15 5 31 16 Máy bơm 2 9,7 24,56 NF63-CW 3P 30 5 41 3,253 (trang 68) Khu văn phòng 17 Máy vi tính 20 91 NF125-CW 1P 100 10 144 18 Máy điều hòa 2 3 13,6 NF32-SW 1P 16 5 31 Sơ đồ nguyên lý CHƯƠNG III TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH. Khái niệm về ngắn mạch 1.1 Khái niệm Phân tích ngắn mạch là một phần quan trọng trong giải tích hệ thống điện. Bài toán ngắn mạch gồm việc xác định điện áp tại các nút và dòng điện chạy trên các nhánh ngắn mạch 3 pha đối xứng (balanced faults ) và ngắn mạch không đối xứng ( unbalanced faults ) .Ngắn mạch không đối xứng gồm ngắn mạch một dây chạm đất , ngắn mạch hai dây không chạm đất , ngắn mạch hai dây chạm đất .Các thong tin có được từ bài toán ngắn mạch sẽ phục vụ cho công việc chỉnh định rơ le và chọn lựa thiết bị bảo vệ Biên độ của dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào tổng trở của khép kín qua điểm xãy ra ngắn mạch và điện áp của mạng điện . Tổng trở trong bài toán ngắn mạch bao gồm cả tống trở quá độ của máy phát trong lưới ( bao gồm thành phần siêu quá độ , quá độ và ở trạng thái tĩnh ). Chính vì vậy trong những vấn đề khó của bài toán ngắn mạch là thành lập ma trận tổng trở hay tổng dãn Trong cung cấp điện ngắn mạch một pha chạm đất là ngắn mạch có xác suất xãy ra lớn nhất ( khoảng 65%) và ngắn mạch ba pha có xác suất thấp nhất ( khoảng 5%) .Tuy nhiên , chúng ta cần phân tích hai dạng này bỡi các ảnh hưởng của nó là đáng kể đến tình trạng làm việc của hệ thống điện . Mặc khác việc tính toán ngắn mạch một pha tương đối phức tạp hơn so với ngắn mạch ba pha , nên trong thực tế thiết kế người ta hay dung kết quả của bài toán ngắn mạch ba pha đối xứng . Vì tính toán ngắn mạch chúng ta phải kể đến cả máy biến áp và máy phát trong lưới , nghĩa là chúng ta phải tính toán với nhiều cấp điện áp khác nhau . Điều này sẽ phức tạp khi tính trong hệ đơn vị có tên thông thường , do đó khi tính toán ngắn mạch người ta thường quy đổi vể cùng một cấp điện áp thông qua việc sữ dụng hệ đơn vị tương đối ( hệ đơn vị không tên) Nguyên nhân ngắn mạch : nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng . Lý do cách điện bỉ hỏng có thể là : già cỗi khi làm việc lâu ngày , chịu tác động của nhiệt độ Hậu quả của ngắn mạch Phát nóng cục bộ rất nhanh , nhiệt độ cao , gây cháy nổ Gây sụt áp lưới điện , ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc và thiết bị Gây ra mất ổn định hệ thống điện do các máy phát bị mất cân bằng công suất , quay theo những vận tốc khác nhau Mục đích tính toán ngắn mạch Lựa chọn thiết bị phù hợp , chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn mạch Tính toán hiệu chỉnh bảo vệ role Lựa chọn sơ đồ thíc hip làm giảm dòng ngắn mạch Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch Những bài toán liên quan đến tính toán dòng ngắn mạch Lựa chọn sơ đồ mạch cung cấp điện , nhà máy điện Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn Thiết kế chỉnh đỉnh bảo vệ rơ le Tính toán quá điện áp trong hệ thống điện Tính toán nối đất Nghiên cứu ổn định hệ thống điện 1.2 Phân loại ngắn mạch Ngắn mạch gián tiếp : là ngắn mạch qua một điện trở trung gian , gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian , thường rất phức tạp và khó xác định chính xác .Theo thực nghiệm R=1000.lI Trong đó : I: là dòng ngắn mạch (A) l: là chiều dài hồ quang điện (m) Ngắn mạch trực tiếp là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé , có thể bỏ qua ( còn được gọi là ngắn mạch kim loại ) Ngắn mạch đối xứng là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng và áp ba pha ở tình trạng đối xứng Ngắn mạch không đối xứng là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dòng và áp ba pha mất đối xứng Không đối xứng ngang : khi sự cố xãy ra tại một điểm , mà tổng trở các pha tại điễm đó như nhau Không đối xứng dọc : khi sự cố xãy ra mà tổng trở các pha tại một điểm không như nhau Sự cố phức tạp là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không đối xứng ngang dọc trong hệ thống điện Mô hình thay thế các phần tử trong tính toán ngắn mạch 2.1 Ngắn mạch tại thanh cái hạ áp MBA Ngắn mạch tại thanh cái MBA dung để chọn CB hạ áp bảo vệ cho TBA . Trong đó một số trường hợp , kết quả ngắn mạch này dung để tính toán phối hip bảo vệ giữa CB hạ áp và cầu chì trung thế FCO bảo vệ cho MBA Trong quá trình tính toán , chỉ xét tổng trở MBA , bỏ qua các thành phần khác trong HT Tổng trở MBA ZBA=UnI1f=Un%.U1f100.1I1f Dòng ngắn mạch sơ cấp In1=U1fZBA=100Un%.I1f Dòng điện ngắn mạch thứ cấp In2=In1.U1fU2f=In1.I2fI1f=100Un%.I2f Ngắn mạch tại 1 điểm trên lưới hạ thế 2.2 Các giá trị tổng trở 2.2.1 Tổng trở hệ thống quy đổi về thứ cấp MBA Tổng trở hệ thống được xác định dựa vào công suất ngắn mạch 3 pha do ngành điện xác định ZHT = U22Sn, XHT = ZHT, RHT = 0,1.XHT Với U2 điện áp định mức thứ cấp Vói Sn công suất ngắn mạch hệ thống 2.2.2 Tổng trở máy phát – quy đổi về thứ cấp MBA Tổng trở máy phát được xác định dựa vào giá trị điện kháng siêu quá độ của máy phát XMF = xd''.U22SMF Với U2 điện áp định mức thứ cấp của MBA Với SMF công suất định mức máy phát Với xd'' điện kháng siêu quá độ có trong lý lịch máy 2.2.3 Tổng trở MBA quy về thứ cấp RBA = ∆Pn3I22 ZBA = Un%100.U22SBA Với ∆Pncông suất tổn hao ngắn mạch Với Un% điện áp ngắn mạch % U2,I2 điện áp , dòng điện định mức thứ cấp 2.3 Tổng trở dây dẫn Giá trị ro ro = ρF giá trị xo được cho theo nhà chế tạo F<50 mm2 : xo=0 Không cho số liệu :xo=0.08mΩ/m 2.4 Tổng trở CB , thanh góp Tổng trở CB XCB = 0.15mΩ/CB Tổng trở thanh góp xTG = 0.15mΩ/m 2.5 Tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên 2.5.1 Đặt vấn đề Khi ngắn mạch tại điểm trên hình vẽ , chúng ta thấy rằng : Các dòng ngắn mạch ở từng cấp điện áp thì khác nhau Các tổng trở của các phần tử ở từng cấp điện áp khác nhau thì khác nhau Do đó , để tính toán ngắn mạch tại một điểm trong hệ thống có nhiều cấp điện áp , một trong các biện pháp để tính toán là cần quy đổi các phần tử về 1 cấp điện áp chung 2.5.2 Quy đổi phần tử từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Xét MBA có tỉ số biến áp định mức k , khi có : U1U2=k Khi đó , có thể quy đổi các đại lượng từ thứ cấp sang sơ cấp hoặc ngược lại theo các công thức sau I2'I2=1k Z2'Z2=k2 Với I2 Z2 dòng điện và tổng trở thứ cấp của MBA Với I2 Z2 dòng điện và tổng trở thứ cấp của MBA đã được quy đổi về sơ cấp 2.6 Tính toán ngắn mạch 2.6.1 Lý thuyết Giả sử cần tính toán ngắn mạch trong hệ thống có nhiều cấp điện áp Bước 1- Chọn 1 cấp điện áp trong các cấp điện áp ECB Bước 2 – thành lập sơ đồ thay thế ở cấp điện áp đã chọn Bước 3- tính toán tổng trở tương đương tại vị trí ngắn mạch Bước 4- tính dòng ngắn mạch cơ bản Imm = EcbZtd-cb chú ý Ecb Itd-cb : giá trị pha Bước 5- quy đổi dòng ngắn mạch cơ bản về dòng ngắn mạch tại từng cấp điện áp 2.6.2 Tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối Khái niệm Khi tính toán quy đổi về hệ đơn vị tương đối chúng ta phải chọn các đại lượng cơ bản như điện áp cơ bản Ucb , công suất cơ bản Scb. Từ hai giá trị cơ bản này chúng ta tính các giá trị dòng điện và điện kháng cơ bản như sau Icb = Scb3Icb Xcb = Scb3Icb Trong tính toán chúng ta thường chọn giá trị của công suất cơ bản là các giá trị đơn giản cho việc tính toán ( 10MVA, 100 MVA, 1000MVA…) còn điện áp cơ bản thường được chọn bằng giá trị điện áp định mức trung bình của mạng có cấp điện áp phổ biến . Từ đây chúng ta quy đổi các đại lượng về hệ đơn vị tương đối như sau U* = UUcb; E* = EUcb; I* = IIcb; S* = SScb; X* = XXcb = ScbUcb2X Trong một số trường hợp cụ thể các giá trị điện kháng trong hệ đơn vị tương đối được tính như sau Hệ thống Xht* = ScbSn-HT Máy phát điện XMF* = Xd’’ScbSMF Trong đó Xd” là điện kháng siêu quá độ dọc trục Máy biến áp ZBA* =Un%100.ScbSBA RBA*= ∆PnScbSBA2 Un% là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy biến áp bap ha hai cuộn dây Đường dây Rdd* = rolScbUd2 Xdd* = xolScbUd2 Kháng điện XK* = XK%100IcbIđmK Trong đó XK% và IđmK là điện kháng % và dòng điện định mức của kháng điện các bước tính toán ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối Bước 1- chọn hệ đơn vị cơ bản Bước 2- tính toán giá trị điện áp hệ thống hay máy phát trong hệ đơn vị tương đối Bước 3- tính toán các giá trị tổng trở trong hệ đơn vị tương đối Bước 4- tính toán tổng trở tương đối từ vị trí ngắn mạch tới nguồn ( hệ thống hay máy phát ) Bước 5- dòng ngắn mạch tương đối In* = UZ* Bước 6- dòng ngắn mạch ở một hệ đơn vị cơ bản In-cb = In*.Icb Tính toán ngắn mạch khi có 2 nguồn Khi tính toán ngắn mạch trong hệ thống có 2 nguồn , ta dùng phép biến đổi tương đương Các công thức biến đổi Y1* = 1Z1* Y2* = 1Z2 Y12* = Y1*+Y2* Z12* = 1Y12* E12* = E1*.Y1*+E2*.Y2*Y1*+Y2* 2.6.3 Tính toán ngắn mạch cho phân xưởng Theo bản vẽ sơ đồ đi dây ta có bảng số liệu về chiều dài từ tủ phân phối đến các tủ động lực và từ tủ động lực đến các động cơ là: Xác định điện trở của các phần tử , tính trong hệ đơn vị có tên . Chọn Ucb = 0,4 kV . Ta có công suất ngắn mạch là : Sk = 250 MVA .Điện kháng hệ thống : Điện trở và điện kháng của máy biến áp : Trong đó : là điện áp ngắn mạch phần trăm của máy biến áp 250 kVA . Theo bảng thông số kỹ thuật Uk% = 4% . ∆Pn là tổn hao công suất ngắn mạch của MBA, với MBA ta chọn ∆Pn=4,1(kW) Điện kháng của máy biến áp . Tính ngắn mạch thanh cái máy biến áp : Điện trở đến điểm ngắn mạch : Dòng ngắn mạch 3 pha tại thanh cái máy biến áp : Tính ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối : Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ MBA đến tủ phân phối là 23m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=300mm2 ta có: r0 = 0,13 /km , x0 = 0,06 /km dài 23m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: Do đó tổng trở ngắn mạch tại thánh cái tủ phân phối là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP = Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch tại khu bộ phận sửa chữa: Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ở khu bộ phận sửa chữa là 10m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=50mm2 ta có: r0 = 0,4 /km , x0 = 0,06 /km dài 10m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: R = 0,4.10.10-3 = 4.10-3 X = 0,06.10.10-3 = 0,6.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch tại khu bộ phận sửa chữa là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch tại khu bộ phận máy : Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ở khu bộ phận máy là 17m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=16mm2 ta có: r0 = 1,25 /km , x0 = 0,07 /km dài 17m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: R = 1,25.17.10-3 = 0,0213 X = 0,07.17.10-3 = 1,19.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch tại khu bộ phận máy là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch tại khu nhà xưởng : Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ở khu nhà xưởng là 6m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=6mm2 ta có: r0 = 3,33 /km , x0 = 0,09 /km dài 6m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: R = 3,33.6.10-3 = 0,02 X = 0,09.6.10-3 = 0,54.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch tại khu nhà xưởng là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch khu văn phòng Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực ở khu văn phòng là 10m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=95mm2 ta có: r0 = 0,21 /km , x0 = 0,06 /km dài 10m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: R = 0,21.10.10-3 = 2,1.10-3 X = 0,06.10.10-3 = 0,6.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch đến khu văn phòng là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL1 Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch chiếu sáng Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng là 21m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=50mm2 ta có: r0 = 0,4 /km , x0 = 0,06 /km dài 21m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: R = 0,4.21.10-3 = 8,4.10-3 X = 0,06.21.10-3 = 1,26.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch đến tủ chiếu sáng là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL1 Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch thiết bị của khu sửa chữa. Ta chọn thiết bị có tiết diện dây lớn nhất và khoảng cách đên tủ động lực gần nhất để đại diện cho khu sửa chữa để tính ngắn mạch, theo sơ đồ đi dây (trang 24) ta chọn bàn thử nghiệm làm động cơ đại diện tính ngắn mạch thiết bị cho khu sửa chữa. Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ động lực đến bàn thử nghiệm là 10m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=4mm2 ta có: r0 = 5 /km , x0 = 0,09 /km dài 10m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: RPP = 5.10.10-3 = 0,05 XPP = 0,09.10.10-3 = 0,9.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch đến thiết bị là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL1 +ZTB Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch thiết bị của khu bộ phận máy. Ta chọn thiết bị có tiết diện dây lớn nhất và khoảng cách đên tủ động lực gần nhất để đại diện cho khu bộ phận máy để tính ngắn mạch, theo sơ đồ đi dây (trang 24) ta chọn máy tiện ren làm động cơ đại diện tính ngắn mạch thiết bị cho khu bộ phận máy. Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ động lực đến máy tiện ren là 3m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=16mm2 ta có: r0 = 1,25 /km , x0 = 0,07 /km dài 3m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: RPP = 1,25.3.10-3 = 3,75.10-3 XPP = 0,07.3.10-3 = 0,21.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch đến thiết bị là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL +ZTB Dòng ngắn mạch 3 pha là : Tính ngắn mạch thiết bị của khu nhà xưởng. Ta chọn thiết bị có tiết diện dây lớn nhất và khoảng cách đên tủ động lực gần nhất để đại diện cho khu nhà xưởng để tính ngắn mạch, theo sơ đồ đi dây (trang 24) ta chọn máy bơm 2 làm động cơ đại diện tính ngắn mạch thiết bị cho khu nhà xưởng. Theo tỉ lệ bản vẽ sơ đồ đi dây ta có khoảng cách từ tủ động lực đến bơm 2 là 4m. Theo bảng tra Bảng 20.pl thông số của dây dẫn và dây cáp hạ áp (trang 300 ) của sách Hệ Thống Cung Cấp Điện của thầy Trần Quang Khánh, với tiết diện S=2,5mm2 ta có: r0 = 8 /km , x0 = 0,09 /km dài 4m . Do đó điện trở và điện kháng của đoạn dây này là: RPP = 8.4.10-3 = 0,032 XPP = 0,09.4.10-3 = 0,36.10-3 Do đó tổng trở ngắn mạch đến thiết bị là : Zk2 =XHT + ZBA + ZPP +ZĐL +ZTB Dòng ngắn mạch 3 pha là : CHƯƠNG IV BÙ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT Việc đặt bù có lợi về mặt giảm tổn thất điện áp , điện năng , cho đối tượng dung điện là đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ . Tuy nhiên nếu đặt phân tán quá sẽ không có lợi về vốn đầu tư , về quản lý vận hành . Cho nên việc bố trí đặt tụ bù ở đâu là 1 bài toán cần xem xét kĩ . Lý thuyết Một tải tiêu thụ công suất P-kW và Q-kVAr sẽ có hệ số công suất Cosφ = PP2+Q2 Tất cả các máy điện và thiết bị điện AC chứa các phần tử biến đổi điện tù đều cần dòng điện phản kháng tạo từ thông. Hay nói cách khác, chúng đòi hỏi phải được cung cấp công suất phản kháng cho chúng,ngoài công suất thức. Nhũng thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng gồm: Máy móc thiết bị Cosφ Động cơ không đồng bộ 0.55-0.85 Đèn huỳnh quang,không tụ 0.50-0.93 Máy hàn hồ quang 0.5-0.9 Lò hồ quang 0.8-0.85 Do đó cần cung cấp công suất phản kháng cho tải. Việc giảm hệ số cosφ tương ứng giảm công suất phản kháng Q truyền trên đường dây. Nguyên lý bù công suất phản kháng: Công suất tác dụng P từ nguồn vẫn cung cấp cho tải,trong khi đó,công suất phản kháng cho tải được lấy từ 2 nguồn: Qb từ tụ bù và (Q-Qb) từ nguồn. Việc bù sẽ làm giảm được lượng công suất phản kháng Q phải truyền trên đường dây,việc bù công suất phản kháng đồng nghĩa với việc nâng cao hệ số công suất cosφ Q truyền trên đường dây giảm-góc φ giảm- tức cos φ sẽ tăng lên. Công thức tính cos φ cos φ= APAP2+Aq2 AP : điện năng tác dụng Aq: điện năng phản kháng. Tiền mua công suất phản kháng Tq = Ta× k% Tq:tiền mua công suất phản kháng Ta: tiền mua điện năng tác dụng K: hệ số bù đắp chi phí, được xác định theo bảng sau: STT cos φ K(%) STT Cos φ K(%) 1 0.85 0 15 0.71 19.72 2 0.84 1.19 16 0.70 21.43 3 0.83 2.41 17 0.69 23.19 4 0.82 3.66 18 0.68 25.00 5 0.81 4.94 19 0.67 26.87 6 0.80 6.25 20 0.66 28.79 7 0.79 7.59 21 0.65 30.77 8 0.78 8.97 22 0.64 32.81 9 0.77 10.39 23 0.63 34.92 10 0.76 11.84 24 0.62 37.1 11 0.75 13.3 25 0.61 39.34 12 0.74 14.86 26 0.60 41.67 13 0.73 16.44 27 Dưới 0.60 44.07 14 0.72 18.06 Tối ưu hóa kinh tế, kỹ thuật Việc nâng cao hệ số công suất sẽ dẫn đến các lợi ích kỹ thuật sau: Tăng khả năng mang tải của MBA,dây dãn,cáp hay các thiết bị đóng cắt. I= P2+Q23 U Giảm tổn thất công suất,tổn thất điện áp trên dây dẫn ∆P= P2+Q2U2R= P2U2R+ Q2U2R= ∆PP+∆PQ ∆U= PR+QXU= PRU+QXU= ∆UP+∆UQ Xác định dung lượng bù Chúng ta cần xác định dung lượng bù Qb sao cho nâng hệ số công suất từ cosφ1 lên giá trị cosφ2 ứng với cosφ1: Q1 = P.tanφ1 ứng với cosφ2: Q2 = P.tanφ2 công suất cần bù để nâng cao hệ số công suất từ cosφ1 lên cosφ2: Qb = Q1 – Q2 = Pttpx.tanφ1- Pttpx.tanφ2 = P.(tanφ1-tanφ2). Tính toán Xác định dung lượng bù cần thiết : Yêu cầu hệ số công suất cần nâng lên là cosφ2 = 0,85 . Nên tg φ2 = 0,62 . Có : cos φ1 = 0,6. Nên tg φ1 = 1,33. Do đó dung lượng bù cần thiết là Qb = Ppx * (tg φ1 - tg φ2 ) = 125,32 *( 1,33 – 0,62 ) = 88,98 kVAr Xác định vị trí đặt và dung lượng tụ bù : Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí vì công suất của phân xưởng không quá lớn , công suất của các động cơ cũng không quá lớn nên không đặt bù ở các tủ động lực , sẽ phân tán , và tốn kém ( chi phí cho tủ bù , cho tụ ) . Hơn nữa , việc xác định dung lượng bù tối ưu cho từng tủ động lực là khó khăn . Ngoài tủ động lực các phụ tải thông thoáng và làm mát cũng tiêu thụ công suất phản kháng . Như vậy để đơn giản sẽ đặt bù tập trung cạnh tủ phân phối . Theo dung lượng bù cần thiết đã tính được ở trên , tra bảng 40.pl ( Hệ thống cung cấp điện – Trần Quang Khánh ) chọn được tụ điện 3 pha loại KC2-0,38-50-3Y3 có công suất định mức là Qbn = 50kVAr .Để đảm bảo dung lượng bù ta dùng 2 tụ như trên ghép song song với nhau. Vị trí đặt tụ bù Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng : Công suất biểu kiến của phân xưởng sau khi bù sẽ là : Ssaubù = Ptt + j( QN – Qbn ) = 125,32 + j( 166,69– 100 ) = 125,32 + j66,69kVA Giá trị môđun của nó là : Ta nhận thấy nhỏ đi rất nhiều so với giá trị tính toán ban đầu . Như vậy các tiết diện ta chọn ban đầu sẽ được đảm bảo điều kiện phát nóng. Sau khi đặt bù , tổn thất điện năng trên đoạn dây từ nguồn tới biến áp , từ biến áp tới tủ phân phối và trong máy biến áp sẽ giảm . Các tổn thất này được tính như sau Trên đoạn BA – PP : Dây từ máy biến áp tới tủ phân phối với cáp PVC.150 có r0=0,13 và x0 = 0,06 /km (bảng 24.pl) [ hệ thống cung cấp điện tập 2 –Trần Quang Khánh ] Trong 1 máy biến áp : Tra thông số máy biến áp ở trên ta có : Tổn thất không tải của máy biến áp là ∆P0=0,64 kW Tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp là ∆Pk=4,1kW Công suất sau khi bù là S=141,96 KVA Công suất máy biến áp là 250KVA Vậy hao tổn điện năng sau khi bù là : ∆Asb = 1281,08 + 9664,98 = 10946,06 kWh Tổn thất điện năng trước khi bù từ máy biến áp tới tủ phân phối dây từ máy biến áp tới tủ phân phối với cáp PVC.150 có r0=0,13 và x0 = 0,06 /km (bảng 24.pl) [ hệ thống cung cấp điện tập 2 –Trần Quang Khánh ] (h) Trong 1 máy biến áp : ∆ABA = Tra thông số máy biến áp ở trên ta có : Tổn thất không tải của máy biến áp là ∆P0=0,64 kW Tổn thất ngắn mạch trong máy biến áp là ∆Pk=4,1kW Công suất trước khi bù là S=223,79 KVA Công suất máy biến áp là 250KVA Tổng tổn thất trước khi bù Lượng điện năng tiết kiệm được sau khi bù là : A = ∆Atb - ∆Asb =18739,92–10946,06 = 7739,86 (kWh) CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO. Vũ Văn Tẩm - Ngô Hồng Quang, Giáo trình thiết kế cấp điện - NXB giáo dục Việt Nam. TS. Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện tập 1 và 2 - NXB khoa học và kỹ thuật. Giáo trình cung cấp điện - trường ĐH Công Nghiệp Tp HCM. Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC - NXB khoa học và kỹ thuật.