Đồ án Trang thiết bị điện tàu chở nhựa đường 1700m 3 – đi sâu nghiên cứu thiết kế bảng điện chính

vận chuyển dầu , máy lọc dầu , bơm nước thì k đt =0,5 ( nếu tàu hành trình ) , k đt =1 ( nếu tàu đang điều động ). Khi chọn k t : đối với nhóm máy phụ vụ máy chính thì thường lấy k t = 0,7 0,8 ; Nhóm chiếu sáng k t = 1 ; máy lái k t = 0,5 ; la bàn con quay k t = 0,7 ; Các nhóm khác k t  0,8 . Riêng nhóm quạt máy k t = 0,9 và k đt = 0,9 . Ngoài ra , khi tính toán công suất bằng phương pháp bảng tải ta còn có hệ số đồng thời năng lượng k đtnl = 0,8 . K đtnl : một nhóm phụ tải bất kì nào đó được xác định trong chế độ công tác của tàu . Tuy nhiên , nhóm phụ tải này không công tác toàn bộ thời gian của chế độ đó . Để giảm bớt công suất dư thừa của trạm phát điện ta thường đưa ra khái niệm đồng thời năng lượng . 57 Để xác định công suất Q cho mỗi nhóm phụ tải riêng ta xuất phát từ biểu thức : Q = P.tg , (tg được tính dựa vào cos ) . Sau đó xác định công suất biểu kiến S và hệ số cos TB bằng các công thức: S2 = P2 + Q2 cos TB = P/S , ( P = U.I. cos = S. cos ) (2.5) Khi chọn số lượng và công suất máy phát ta dựa vào tải trong các chế độ công tác của tàu , các máy phát được lựa chọn phải đảm bảo hiệu suất cao nhất ở mọi chế độ công tác . Để có độ tin cậy cao máy phát phải có độ dự trữ công suất từ 20  25 % . Điều đó đáp ứng được các điều kiện cần thiết trong các quá trình khai thác như : tăng số phụ tải nhỏ , đáp ứng được lúc khởi động các động cơ dị bộ . Trong trạm phát điện nhất thiết phải có máy dự trữ có công suất sao cho nếu một trong các máy bị sự cố thì nó có thể đảm bảo chế độ công tác của tàu khi hành trình cũng như khi bị sự cố . Thường chọn máy phát điện trong trạm phát điện phải giống nhau để tăng độ ổn định khi công tác song song . Còn nếu chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá , một máy công tác mà quá dư thừa công suất thì ta phải chọn thêm một máy có công suất nhỏ hơn phù hợp với chế độ công tác đó , ta thường hay gọi là máy phát cảng . Khi chọn các máy phát thường dựa vào công suất tác dụng . Nếu cos TB của tải nhỏ hơn cos TB của máy phát thì ta phải dựa vào công suất biểu kiến S . ( Nếu không lúc đó Pt sẽ lớn hơn PđmF ) . * Tính toán công suất trạm phát điện bằng phương pháp phân tích Trong thực tế người ta còn tính toán công suất trạm phát điện bằng phương pháp phân tích vì phương pháp này rất đơn giản và dựa trên cơ sở tổng hợp tài liệu vận hành các trạm phát điện tàu thuỷ đã có . +. Chế độ hành trình Đồ thị tải không phụ thuộc vào loại tàu , mục đích của tàu , nó rất ổn định . Vì nhóm phụ tải quy định cho chế độ này là phục vụ chính , công suất trung bình thay đổi từ 5  15 % . Do vậy công suất tiêu thụ của trạm phát điện trong chế độ này phụ thuộc vào công suất của máy chính . Biểu thức của chế độ này như sau : Ptb = 6+ 0,024 . N ( N là công suất của máy chính tính bằng KW) . (2.6) Khi có tính đến công suất của các phụ tải làm việc ngắn hạn bất thường như bơm cứu hoả , bơm dằn tàu thì chúng ta cộng thêm vào Ptb ở biểu thức (1) công suất của phụ tải ngắn hạn lớn nhất . Ta có : P = 6 + 0,024.N + P nhmax (P nhmax : công suất của phụ tải ngắn hạn lớn nhất ) . Công suất dự trữ P nhmax có thể dùng cho các phụ tải không nằm trong các phụ tải đã tính toán .Ví dụ như : quạt máy sinh hoạt , điều hoà nhiệt độ , bếp điện . Nếu tổng công 58 suất của các phụ tải vừa kể trên lại lớn hơn P nhmax thì chúng ta sẽ lấy tổng công suất phụ tải để cộng . Khi đó : P = 6 + 0,024.N + P ph +. Chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá Đồ thị tải rất ổn định , giá trị công suất của các phụ tải tỷ lệ với lượng nước choán của tàu . Do đó biểu thức tính công suất cho chế độ này là: P = 11 + 0,002.D (2.7) ( D là trọng lượng nước choán của tàu tính bằng tấn ) . Để đảm bảo đủ công suất khi các phụ tải ngắn hạn hoạt động thì ta phải cộng thêm một lượng P nhmax : P = 11 + 0,002.D + P nhmax +. Chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hoá Đồ thị tải có tính chất nhảy vọt đột biến , tải của trạm phát điện dao động trong giới hạn từ chế độ tàu đứng không bốc xếp hàng hoá đến một giá trị ngắn hạn cực đại nào đó . Sự thay đổi này phụ thuộc vào loại hàng , cường độ số lần xếp dỡ và số lượng tời hàng công tác . Ta có công thức tính như sau : Pth = kc .  n 1 ( 0,147.Gđm . Vđm ) (2.8) Trong đó : kc là hệ số nhu cầu (kc = 0,53 +1,05/ n ) n là số lượng tời hàng công tác . Gđm là trọng tải định mức . Vđm là tốc độ nâng hàng định mức . Như vậy để đủ công suất cho chế độ tàu đứng có bốc xếp hàng hoá thì : P = P tb + P th + P nhmax (2.9) +. Chế độ tàu điều động Đồ thị tải không ổn định phụ thuộc vào đặc điểm việc thực hiện điều động . Tuy nhiên đối với một tàu nhất định giá trị tải là ổn định , công suất cần thiết trong chế độ điều động phải được đảm bảo trước hết là nhờ tất cả các máy phát kể cả dự trữ ( theo qui định thường tất cả các máy phát đều hoạt động trừ máy phát sự cố) . Công suất cần thiết cho chế độ điều động được tính như sau : Pđđ = Phtr + 0,8 ( Ptm + Pn ) (2.10) Trong đó : Ptm là P tời mũi . Pn là P máy nén khí . +. Chế độ tàu sự cố Chế độ này trạm phát điện phải đảm bảo hành trình của tàu và tăng cường công tác của các phương tiện như : hút nước , chữa cháy , các yêu cầu năng lượng điện này có thể được đảm bảo nhờ công suất dự trữ của trạm phát hoặc nhờ việc cắt bớt các phụ tải không quan trọng trong thời gian có sự cố . 59 * Tính toán công suất trạm phát điện bằng phương pháp thống kê Phương pháp này dựa trên các loại tàu đã được đóng sẵn mà ta tính toán cho các tàu khác có cùng tính năng như vậy . Phương pháp này ta sẽ lập bảng cho từng loại tàu , tính toán đơn vị công suất / tấn phụ tải . 2.4.2.Tính chọn số lượng và công suất của máy phát cho tạm phát điện tàu chở nhựa đường bằng phương pháp lập bảng tải a, Lý thuyết phương pháp lập bảng tải Mục đích của việc lập bảng tải là xác định công suất của trạm phát điện trong các chế độ công tác khác nhau của tàu và lựa chọn được những máy phát chính và máy phát dự trữ . Bởi vậy bảng tải phải phản ánh được công suất ở các chế độ công tác của các loại tàu khác nhau . Chẳng hạn với tàu chở hàng có các chế độ sau : + Tàu đứng không bốc xếp hàng hoá . + Tàu đứng có bốc xếp hàng hoá . + Chế độ tàu hành trình . + Chế độ tàu điều động . + Chế độ sự cố . Thành lập một bảng phụ tải cho trạm phát điện xoay chiều , trình tự có các cột như sau : + Cột 1 : Số thứ tự . + Cột 2 : Ghi tên các phụ tải được chia thành các nhóm chính , nhóm phụ tải phục vụ máy chính , nhóm phụ tải phục vụ buồng máy , nhóm phụ tải trên boong , nhóm phụ tải phục vụ sinh hoạt . + Cột 3 : Ghi số lượng từng loại thiết bị . + Cột 4 : Ghi công suất định mức của từng phụ tải ( Pđm ) . + Cột 5 : Ghi hiệu suất định mức của từng phụ tải ( đm ) . + Cột 6 : Ghi hệ số công suất của từng phụ tải ( cos ) . + Cột 7 : Ghi công suất đơn vị thực tế ( Pđv = Pđv.n ) . + Cột 8 : Ghi tổng công suất thực tế ( PTT = Pđv.n ) . Các cột tiếp theo của bảng tải được chia thành 5 chế độ như đã nêu trên, mỗi chế độ đều có các cột giống nhau . + Cột 9 : Ghi hệ số đồng thời ( Kđt = PLV/PTN ) . PLV : Tổng công suất phụ tải đang làm việc . PTN : Tổng công suất toàn nhóm . + Cột 10 : Ghi hệ số tải KT . + Cột 11 : Ghi hệ số công suất cos . + Cột 12 : Ghi công suất tiêu thụ P , cụ thể có tính đến hệ số tải và hệ số đồng thời ( P = 1 n PTT.KT.Kđt ) . + Cột 13 : Ghi công suất biểu kiến ( S= cos P ) . 60 + Tương tự các chế độ tiếp theo cũng được phân thành các cột , thứ tự giống nhau . Sau đó ta tính tổng của từng cột . Cần lưu ý khi chọn máy phát phải dựa vào công suất tác dụng nếu : + cosMF > cosTB thì phải dựa vào công suất tác dụng S để chọn . +cosMF < cosTB thì phải dựa vào công suất toàn phần P để chọn . + Đối với tàu buôn số lượng máy phát thường chọn từ 3  5 máy đều có công suất như nhau , cùng loại cùng seri . + Nếu trong chế độ tàu đứng yên trong cảng không bốc xếp hàng hoá , công suất tiêu thụ tương đối ít thì cho phép được chọn một máy phát có công suất đáp ứng được chế độ đó và có thể nhỏ hơn máy phát khác ( máy phát cảng ) . Khi chọn công suất của máy phát cần lưu ý sao cho trong chế độ đó có thể 1 , 2 hoặc 3 máy phát làm việc và mỗi máy phải chịu 60  90% tải ( để lượng dầu tiêu hao nhỏ nhất) + Khi chọn số lượng và công suất của trạm phát trong các chế độ của tàu thì các máy phát được chọn phải đảm bảo hiệu suất cao nhất . Để có độ tin cậy cao máy phát phải có độ dự trữ công suất từ 20  25% điều đó đáp ứng được các điều kiện của khai thác . + Thường chọn các máy phát có công suất giống nhau để tăng tính ổn định khi công tác song song . + Khi khởi động các động cơ dị bộ lồng sóc từ ( 5  7,5 )Iđm thì công suất cua trạm phát phải đáp ứng được . b, Tính chọn công suất và số lượng máy phát cho trạm phát tàu chở nhựa đường Từ kết quả tính toán bảng tải (phần phụ lục)dựa vào đó tra các máy phát mà số lượng và công suất do những kỹ sư thiết kế tàu đã chọn và lắp đặt cho tàu là hợp lý . Chọn trạm phát điện xoay chiều 2 máy phát điện + Điện áp định mức : 450V . + Dòng định mức : 295A . + Tần số định mức : 60Hz . + Cos định mức : 0,8 . + Công suất định mức : 225 KVA . Cấp cách điện là cấp F. Máy phát sự cố: + Điện áp định mức : 220V + Dòng định mức : 40A . + Tần số định mức : 60Hz + Cos định mức : 0,8 + Công suất định mức : 15 KVA . Cấp cách điện là cấp F. 61 2.5.Ngắn mạch trong hệ thống điện tàu chở nhựa đường 2.5.1. Khái niệm chung a. Định nghĩa Ngắn mạch là sự nối kín giữa các pha hay giữa các cực thông qua tổng trở trong mạch gần như bằng không hoặc rất nhỏ . Nếu trong hệ thống có 4 dây thì sự nối kín giữa các pha hoặc nối kín giữa các pha và dây trung tính . Còn trong hệ thống có dây trung tính tiếp mát thì ngắn mạch còn là sự nối kín của các pha hoặc các pha với mát . b. Nguyên nhân cơ bản gây ra ngắn mạch Do hư hỏng chất cách điện của các bộ phận cách điện vì sự già hoá tự nhiên , sự quá điện áp gây ra đánh xuyên chất cách điện , sự bảo dưỡng không đúng quy trình , hoặc do tác động của cơ khí . Ngắn mạch còn do thao tác đấu nối nhầm lẫn của nhân viên phục vụ . c . Hậu quả của dòng ngắn mạch Khi ngắn mạch dòng điện sẽ tăng lên rất lớn . Giá trị dòng ngắn mạch khác nhau tuỳ theo vị trí ngắn mạch có thể đạt tới hàng trăm nghìn A . Nhanh chóng đốt nóng các phần tử dẫn điện mà nó đi qua đến nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cho phép nhiều lần . Có thể làm cháy khí cụ , làm nóng chảy các tiếp điểm nếu nó không được tính toán để chịu được dòng ngắn mạch . Dòng ngắn mạch làm xuất hiện như các trụ đỡ , thanh cái hoặc các vật cố định Dòng ngắn mạch làm còn gây ra sụt áp rất lớn và đột ngột , làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải khác nhất là động cơ ( động cơ bị dừng dưới điện ) Dòng ngắn mạch có thể làm mất đồng bộ khi các máy phát đang công tác song song . Nếu xảy ra ngắn mạch hồ quang điện có thể gây ra hoả hoạn , đốt cháy các phần tử . d. Các dạng ngắn mạch Trong hệ thống điện 3 pha có 3 dạng ngắn mạch cơ bản được biểu diễn trên hình sau: * Ngắn mạch 3 pha : * Ngắn mạch 2 pha : * Ngắn mạch 1 pha với dây trung tính : Hình 2.16 Các dạng ngắn mạch R S T R S T R S T 62 Ngắn mạch 3 pha là hình thức ngắn mạch ít nguy hiểm nhất , gọi là ngắn mạch đối xứng vì chế độ công tác giống nhau . Còn ngắn mạch 1 pha , 2 pha gọi là ngắn mạch không đối xứng . Khi ngắn mạch không đối xứng thì sự cân bằng dòng điện giữa các pha bị phá hỏng . e . Ý nghĩa của việc tính toán ngắn mạch Tính toán ngắn mạch nhằm mục đích xác định những thông số cho trước trong việc lựa chọn các thiết bị bảo vệ ngắn mạch để nghiệm lại sức bền chịu tác dụng của lực điện từ hay nghiệm lại sức chịu đựng của tác dụng nhiệt với tất cả các thiết bị điện . Ngoài ra có thể nghiệm lại tính ổn định của các khí cụ hay chỉnh định lại các rơle bảo vệ và phân tích các loại sự cố 2.5.2. Tính toán dòng ngắn mạch cho trạm phát điện xoay chiều a. Quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch 3 pha Quá trình này xảy ra có thể phân thành 3 thời kỳ : + Thời kỳ siêu quá độ . + Thời kỳ quá độ . + Thời kỳ ổn định . Trong thành phần dòng ngắn mạch 3 pha có thành phần chu kỳ , thành phần không chu kỳ tắt dần . Ta có thể biểu thị đặc tính ngắn mạch 3 pha như đồ thị (hình 2.21) . Hình 2.17. Đặc tính dòng ngắn mạch 3 pha I t T Thành phần chu kỳ 0 Thành phần không chu kỳ 63 Đặc tính của dòng ngắn mạch 3 pha không đối xứng qua thành phần không chu kỳ . Khi tính toán cần chú ý dòng xung kích là giá trị dòng lớn nhất khi xảy ra ngắn mạch . Dòng xung kích ( Ixk ) xuất hiện từ khi xảy ra ngắn mạch đến thời gian nửa chu kỳ T/2 = 0,01s , T = 1/f = 0,02s ( f = 50 Hz ) . Trong tính toán ngắn mạch người ta thường dựa vào các quan điểm coi thành phần chu kỳ là dao động tắt dần . H ình 2.18. Đặc tính ngắn mạch siêu quá độ + I"F : Dòng ngắn mạch siêu quá độ . + I'F : Dòng ngắn mạch quá độ . + T"d : Hằng số thời gian của thời kỳ siêu quá độ . + T'd : Hằng số thời gian của thời kỳ quá độ . + IF : Dòng ngắn mạch ổn định của máy phát . b. Các phương pháp tính dòng ngắn mạch của mạng điện xoay chiều Để tính dòng ngắn mạch người ta thường áp dụng những phương pháp sau : + Phương pháp tính trực tiếp . + Phương pháp đồ thị . + Phương pháp máy tính mô hình . * Phương pháp tính trực tiếp Tính trực tiếp theo nguồn riêng : Phương pháp này tính dòng tại thời điểm ngắn mạch ở từng nguồn rồi cuối cùng tổng hợp lại . Tính trực tiếp theo nguồn chung : Ta dẫn dắt sơ đồ tới điểm ngắn mạch đó bằng sơ đồ tương đương có một tổng trở rồi tính toán . * Phương pháp đồ thị Dựa trên các đồ thị ngắn mạch của từng máy phát , xác định các thông số ngắn mạch và liên hệ với tổng trở của mạch . * Phương pháp mô hình Chỉ được sử dụng cho các sơ đồ phức tạp ở trên bờ . t I IF T'd T"d I'F I"F 64 c. Tính toán ngắn mạch bằng phương pháp IEC Đây là phương pháp do hội đồng hàng hải thế giới đề ra và có thể áp dụng tính toán ở các quốc gia . Phương pháp này tính toán dòng ngắn mạch trực tiếp theo nguồn riêng cho từng máy phát và cho từng động cơ có công suất lớn hơn 200 KVA và cho động cơ tương đương có công suất nhỏ hơn 200 KVA . * Tính dòng ngắn mạch gần máy phát ( Trên thanh cái hay từ máy phát đến thanh cái ) Khi xảy ra ngắn mạch ở gần máy phát , tổng trở ngắn mạch gần như bằng trở kháng của các máy đang công tác bởi vậy tổng trở của thanh cái và cáp nối là không đáng kể và có thể bỏ qua . Khi ngắn mạch trên thanh cái ta có thể xac định dòng siêu quá độ theo biểu th ức sau : I"F = = (2.11) X"d : Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tuyệt đối . x"d : Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tương đối . IdmF : Dòng định mức của máy phát . Udm : Điện áp định mức của máy phát . Nếu xảy ra ngắn mạch mà tại thời điểm máy phát đang chịu tải định mức nghĩa là UMF = Udm , IF = Idm , cos = cosdm . Thì độ lớn ban đầu của dòng ngắn mạch siêu quá độ sẽ lớn hơn dòng tính theo (2.11) vì sức điện động lúc này lớn hơn không tải .Do đó : IFdm = I"F . 1,1 (2.12) Dòng này sẽ nhanh chóng nhỏ dần vì sự nhỏ dần của thành phần siêu quá độ . Dòng trong cuộn ổn định nhỏ dần , sau khi thành phần siêu quá độ đã tắt . Thì dòng trong cuộn ổn định bằng không . Trong mạch chỉ còn dòng quá độ , nếu máy phát bị ngắn mạch khi không tải ta có thể xác định như sau (2.13) Trong đó : X'd là trở kháng quá độ dọc trục ở đơn vị tuyệt đối . x'd là trở kháng quá độ dọc trục ở đơn vị tương đối Nếu ngắn mạch máy phát đang chịu tải định mức thì dòng ngắn mạch quá độ là giá trị hiệu dụng : I'Fdm = I'F . 1,1 (2.14) Độ lớn hiệu dụng thành phần quá độ nhỏ dần theo sự nhỏ dần của thành phần không chu kì ( vì sự nhỏ dần của thành phần quá độ trong cuộn kích từ ) . ằng số thời gian siêu quá độ và T'd thời kì quá độ chính là các thông số để chọn aptomat để bảo vệ . Độ lớn hiệu dụng của dòng ngắn mạch sau một vài chu kì kể từ khi ngắn mạch ta có thể tính theo công thức : Udm IdmF X"d x"d x'd IdmF I'F = Udm X'd = 65 ICKF = ( I"F - I'F ) e + I'F (2.15) Với giả thiết I"F không nhỏ đi và giả thiết này không gây sai lầm lớn trong một vài chu kì đầu vì T'd thường lớn gấp 10 lần T"d . Dòng ngắn mạch imax ta gọi là dòng xung kích Ixk . Như vậy giá trị Ixk phụ thuộc vào dòng siêu quá độ "FI , Tỉ số ' " d d x x , hằng số thời gian siêu quá độ " dT ( vì " dT xác định tốc nhỏ dần thành phần chu kỳ kể từ khi xuất hiện dòng ngắn mạch xung kích ) và hệ số công suất của mạch ngắn mạch ( vì tốc độ nhỏ dần của thành phần không chu kì cùng với sự tắt dần hằng số thời gian Tok phụ thuộc vào Cos ngm của ngắn mạch ). Ixk =  2 ( I"F - I'F ) ).e dT T "2  + I"F  + 2 I"F. e OKT T 2  (2.16) Khi tính toán dòng xung kích dựa vào đồ thị và x'd , x"d đã biết . Tìm IXK/I"F dựa vào kết quả tìm được đó là giá trị I"F . Từ đó tìm dòng xung kích , chú ý 2 là cơ số để dòng xung kích đúng với thực tế . * Tính toán dòng ngắn mạch xung kích cho động cơ Để tính toán dòng xung kích cho động cơ cần chú ý sau : + Các động cơ không phải là nguồn ổn định của dòng ngắn mạch , nó sẽ giảm dần tới 0 sau giai đoạn quá độ . + Sức điện động của động cơ nhỏ hơn điện áp định mức cấp cho động cơ và sức điện động động cơ nhỏ nhất khi tải động cơ là định mức . Trong trường hợp không có chỉ dẫn chính xác của các nhà chế tạo thì khi ngắn mạch tại bảng điện chính ( thanh cái ) ta coi tất cả các động cơ cung cấp dòng cho điểm ngắn mạch là một động cơ tương đương được gần trực tiếp với thanh cái . Công suất của động cơ này bằng tổng công suất của tất cả các động cơ đang công tác lúc đó . Các động cơ có công suất nhỏ hơn 5KW . Qua nhiều kết quả đo đạc : + Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kỳ . I'dc = 6,25 Idmdc . Trong đó : Idm là dòng định mức của động cơ . Nếu lúc xảy ra ngắn mạch mà động cơ đang có tải là định mức thì I'dc nhỏ hơn 6,25Idmdc vì suất điện động của động cơ trong chế độ công tác định mức nhỏ hơn suất điện động trong chế độ không tải . Nhưng khi tính toán ta vẫn lấy là 6,25Idmdc . + Sự nhỏ dần của thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch như sau : Thời gian trong đơn vị chu kỳ Thành phần chu kỳ kể từ khi ngắn mạch của dòng T 2,5Idmdc 2T 1,0Idmdc -t T"d 66 + Hệ số công suất mạch ngắn của động cơ tương đương gần bằng 0,3 . Vì vậy dòng xung kích của động cơ Ixkdc không thể vượt qua trị số Ixkdc = 8.Idmdc . Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch quá độ sẽ nhỏ dần với hằng số thời gian T . Dòng xung kích sẽ xuất hiện sau thời gian 0,5T kể từ khi ngắn mạch và lúc đó thành phần chu kỳ ngắn mạch của động cơ gần 4Idmdc . Trong tính toán ta chấp nhận thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ tại thời điểm xuất hiện dòng xung kích là 4Idmdc . Từ thực tế rút ra kết luận là tại thời điểm xuất hiện dòng xung kích Ixkdc thì tỷ số giữa dòng xung kích và thành phần dòng chu kỳ I'dc động cơ tương đương xấp xỉ bằng 2 nên Ixkdc = 8Idmdc . Đối với động cơ có công suất lớn hơn 50KW nếu tính như trên thì chưa đủ mà ta phải tính cụ thể hơn từ thông số sau : + Công suất định mức Pdm + Tổng trở khi động cơ ở trạng thái tĩnh Zb . + Trở kháng tĩnh Xb ( hoặc xb ) . + Trở thuần tĩnh của rôto Rr ( hoặc rr ) . + Trở thuần tĩnh của stato Rs ( hoặc rs ) . Hình 2.19 + Hằng số thời gian thời kì quá độ . T' = ( 2.17) + Hằng số thời gian của thành phần không chu kỳ . 2 1,5 0,5 1 0 T 6 5 4 3 2 1 I'dc= f(t) 6,25 T'dc xb 2.f.rr 67 Tok = (2.18) + Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch . Idc = 2 (2.19) + Thành phần không chu kỳ . Iok= (2.20) + Dòng ngắn mạch xung kích xuất hiện tại thời điểm t = T/2 . Ixkdc= 2 + 2 (2.21) * Dòng ngắn mạch tổng Sau khi đã tính toán xong dòng xung kích của các nguồn cung cấp cho điểm ngắn mạch , trong đó là dòng xung kích của các máy phát và động cơ , ta tính dòng ngắn mạch tại thời điểm ngắn mạch bằng cách cộng số học các dòng kể trên lại với nhau . 2.5.3.Tính toán ngắn mạch trạm phát điện tàu chở nhựa đường Cho biết các thông số sau : + F1 , F2 : các máy phát có cùng công suất . + S = 225 KVA + x"d = 0,162 + TOK = 18,9 ms + Idm = 295 A + x'd = 0,195 + rs = 0,0227 + Udm = 450 V + T"d = 8,3 ms + Cos = 0,8 + T'd = 156 ms Động cơ M ( tương đương ) có các thông số sau : + S = 225 KVA + T' = 20 ms + Idm = 295 A + Rss = 16 m + Udm = 450 V + Rr = 8 m + Zb = 0,16 + TOK = 10 ms + xb = 0,15 Sơ đồ mạch điện như sau : xb 2.f.rs Udm Zb -t T' e Udm Zb -t e Tok Udm Zb -t e 2Tok Udm Zb -t 2T' e 68 Hình 2.20. Sơ đồ biểu diễn dòng ngắn mạch tại các điểm A1,A2,A3 a. Tính dòng ngắn mạch tại điểm A2 Vì điểm ngắn mạch trên thanh cái chính nên gọi là điểm ngắn mạch gần máy phát . Khi ngắn mạch ở gần máy phát thì tổng trở ngắn mạch gần bằng trở kháng của máy phát đang công tác . Bởi vậy tổng trở của cáp nối và thanh cái là không đáng kể nên ta bỏ qua . Dòng ngắn mạch siêu quá độ gần máy phát là . I"F = = = 162.0 295,0 = 1,82 KA Trong đó : + X"d : Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tuyệt đối . + x"d : Trở kháng dọc trục siêu quá độ của máy phát trong đơn vị tương đối . Sau khi thành phần siêu quá độ tắt , trong mạch chỉ còn dòng quá độ . KA Trong đó : + X'd : Trở kháng dọc trục quá độ của máy phát ở đơn vị tuyệt đối . + x'd : Trở kháng dọc trục quá độ của máy phát ở đơn vị tương đối . Udm X"d IdmF x"d x'd IdmF I'F = Udm X'd = 0,295 0,195 = = 1,51 69 Độ lớn hiệu dụng thành phần chu kì dòng ngắn mạch được tính như sau : ICKF = ( I"F - I'F ).e dT t "  + I'F + Cho t(ms) các giá trị ta có bảng sau : Ta có :IOKF = 2 .I"F.e dT t "  (KA) + Cho t(ms) các giá trị ta có bảng sau : 0,77 Với thời gian t = T/2 = 10 (ms)  Dòng xung kích của máy phát được tính theo biểu thức sau : IXKF = 2 .[( I"F - I'F ).e dT T "2  + I"F ]+ 2 I"F.e OKT T 2  IXKF = 2 .[( 1,82 - 1,51).e 3,8 10 +.1,82]+ 2 .1,82.e 9,18 10 = 4,22(KA) Ta thấy với thời gian t = T/2 = 10(ms) tra được dòng ngắn mạch của động cơ tương đương xấp xỉ bằng 4Idm của động cơ . IXKDC = 2 .KXK.4Idmdc ( KXK = dmdc dmdc I I .4.2 8 = 2 ) t (ms) I'F (KA) ICKF (KA) 1,1.ICKF (KA) ( I"F - I'F ).e -t T"d (KA) 0 10 20 30 40 0,31.1 0,31.0,3 0,31.0,09 0,31.0,027 0,31.0,008 1,51 1,51 1,51 1,51 1,51 1,82 1,54 1,6 1,52 1,51 2 1,76 1,69 1,67 1,66 t(ms) 2 .I"F.e -t T"d (KA) 0 10 20 30 40 2,57 \ 0,2 0,07 0,02 70 IXKDC = 2 . 2 .4.0,295 = 2,36 (KA) - Dòng xung kích của động cơ . IXKDC = 8.Idmdc = 8.0,295 = 2,36 (KA) - Ngắn mạch tại điểm A2 . ICK = 2.1,1.ICKF + ICKDC Kết quả tính toán thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch tại điểm A2 với các thời gian khác nhau .Ta có bảng sau: - Dòng xung kích tại điểm ngắn mạch A2 . IXKA1 = 2.IXKF + IXKDC = 2.4,22 + 2,36 = 10,8 (KA) b. Tính dòng ngắn mạch tại điểm A3 (Tương tự tại điểm A2) c. Tính ngắn mạch tại điểm A1 - Tính đổi các thông số của máy phát cho trước từ đơn vị tương đối ra đơn vị tuyệt đối : X"d = dm dm S U 2 .X"d = 225.10 162,0.450 3 2 = 0,146() = 146(m) Rs = dm dm S U 2 .rs = 225.10 450 3 2 .0.0227 = 20,43(m) - Theo đề bài ta có điện trở và điện kháng từ máy phát đến thanh cái : R1 = 1,24(m) R2 = 15,5(m) X1 = 1,31(m) X2 = 6,7(m) - Tổng trở toàn mạch của 2 máy phát công tác song song tới điểm ngắn mạch điểm A1 : R = 2 1 2 R RRs   = 5,15 2 24,143,20   = 26,34(m) t(ms) 2,2.ICKF(KA) ICKDC(KA) ICK(KA) 0 10 20 30 40 2,2.1,82 = 4,00 2,2.1,6 = 3,52 2,2.1,54 = 3,38 2,2.1,52 = 3,34 2,2.1,51 = 3,32 6,25.0,295 = 1,84 4.0,295 = 1,18 2,5.0,295 = 0,74 1,5.0,295 = 0,44 1,0.0,295 = 0,30 5,84 4,7 4,12 3,78 3,62 71 X" = 2 1 2 " X XX d   = 7,6 2 31,1146   = 80,34(m)  Z" = 22 "XR  = 84,6(m) - Dòng ngắn mạch siêu quá độ của máy phát . I"F = 3"Z U dm = 73,1.60,84 450 = 3,07(KA) - Hằng số thời gian của thành phần không chu kỳ của máy phát có kể đến điện trở mạch ngoài và trở kháng mạch ngoài : TOKZ = s z s z OK R R Rf x T   1 .2 = 2 43,20 2 24,1 5,15 1 2 43,20.60.14,3.2 2 31,1 7,6 9,18     = 7,33(ms) - Hằng số thời gian siêu quá độ của máy phát có kể đến điện trở mạch ngoài và trở kháng mạch ngoài : T"dz = T"d. d z d z x x x x ' 1 " 1   = 8,3. 2 195,0 2 31,1 7,6 1 2 162,0 2 31,1 7,6 1     = 9,97(ms) - Do ảnh hưởng của trở kháng mạch ngoài Xz , hằng số thời gian T"dz = 9,97(ms) và T"d = 8,3(ms) . Vì khi tăng hằng số thời gian làm ảnh hưởng đến dòng I"F nên ta tính dòng xung kích của máy phát ( khi t = 10 ) IXKF = 2 .I"F. [ 1 + e OKZT t 2  ] = 1,41.1,82. [ 1 + e 33,7.2 10 ] = 3,86(KA) - Dòng ngắn mạch của động cơ : Zb = dm dm S U 16,0.2 = 295,0.450.73,1 16,0.4502 = 141,1(m) Xb = dm dm S U 155,0.2 = 295,0.450.73,1 155,0.4502 = 136,7(m) - Hằng số thời gian quá độ của động cơ : T'dc = r b Rf X .2 = 8.60.14,3.2 10.1,141 3 = 46,80(ms) - Hằng số thời gian thành phần không chu kỳ của động cơ : 72 TOKDC = ss b Rf X .2 = 16.60.14,3.2 10.7,136 3 = 22,67(ms) - Tổng trở toàn bộ từ động cơ đến điểm A1 : RTH = Rss + R2 = 16 + 15,5 = 31,5(m) XTH = Xb + X2 = 136,7 + 6,7 = 143,4 (m)  ZTH = 22 THTH XR  = 146,82(ms) - Thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ tại thời điểm t = T/2 : I'CKDC = TH dm Z U .3 .e dcT t '  = 80,46 10 . 82,146.73,1 450  e = 1,43(KA) - Thành phần không chu kỳ dòng ngắn mạch của động cơ tại thời điểm t = T/2 : IOKDC = OKDCT t TH dm e Z U  . .3 = 67,22 10 . 82,146.73,1 450  e = 1,14(KA) - Dòng ngắn mạch xung kích của động cơ xuất hiện tại thời điểm t=T/2 : IXKDC = TH dm Z U .3 .2 [ e dcT t '  + e OKDCT t ] = 1,41. 82,146.73,1 450 [ e 80,46 10 + e 67,22 10 ] = 2,9 (KA) - Dòng ngắn mạch tổng hợp tại điểm A1 : I"F + I'CKDC = 3,07 + 1,43 = 4,5(KA) IXKF + IXKDC = 3,86 + 2,9 = 6,76(KA) 2.6.Tính chọn cáp cho cho máy phát điện và các phụ tải tàu chở nhựa đường 1700 m khối 2.6.1.Khái niệm chung Trong các bảng điện cáp được dùng để nối liền từ máy phát đến thanh cái và từ thanh cái đến các hộ tiêu thụ.Khi chọn cáp cần chú ý đến chất lượng sau đây: 1.Lựa chọn cáp theo những điều kiện mà nó sẽ công tác như số lượng của lõi cáp. Ví dụ :Nếu chọn cáp một lõi ở hệ thống xoay chiều sẽ gây nên tổn hao do tác dụng của dòng xoáy và từ trễ.Tổn hao này sẽ làm nóng cáp lên,làm nóng cả vách kim loại của tàu.Nếu chọn cáp ba lõi cho ba pha hoặc bốn lõi cho hệ thống bốn dây (có dây trung tính) thì tổng từ thông sẽ bằng không và sẽ không có hiện tượng trên hoặc là chọn cáp hai lõi cho một pha thì cũng khử được tình trạng trên. 73 2.Chọn điện áp của cáp xuất phát từ điện áp Uđmcđ là điện áp định mức của cáp điện phải thỏa mãn tức là Uđml>Uđmcđ khoảng 15% vì có tính đến hệ số dự trữ 3.Lựa chọn tiết diện dây dẫn cần phải căn cứ vào cường độ dòng tải dài hạn và phải đảm bảo được nguyên tắc IđmdhK1.K2.Icp Trong đó: Iđmdh là dòng tải dài hạn trên đường dây K1 là hệ số tính đến sự thay đổi dòng điện cho phép của cáp trong điều kiện nhiệt độ khác nhiệt độ qui định trong tính toán K2 là hệ số tính đến khả năng cáp đi trần hoặc đi trong các đường ống có chiều dài >1,3m Icp là dòng tải cho phép ứng với nhiệt độ 4045 0C Khi chọn cáp xong cần phải có sự kiểm tra cáp về tổn hao nhiệt và tổn hao điện áp .Cáp dùng trên tàu thủy phải có những tính chất tốt hơn cáp trên bờ như cách điện và có thể công tác ở điều kiện khó khăn như độ ẩm cao,nước mặn,có dầu mỡ và chấn động cơ học 2.6.2.Cơ sở tính toán +Bảng tính chọn cáp điện được áp dụng trong qui phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép do Đăng kiểm Việt nam ban hành năm 1997. +Các bước tính toán :Với bất kì phụ tải hay nhóm phụ tải nào,ta đều tính toán và lựa chọn cáp điện.Trường hợp cáp điện dùng chung cho một nhóm phụ tải,ta xác định nhóm đó như một phụ tải độc lập có tính đến hệ số làm việc đồng thời. *Xác định dòng điện tính toán Itt -Đối với phụ tải xoay chiều: Itt=  CosKKU KKKP itđm zdđm   0 310 (A) (2.22) -Đối với phụ tải một chiều: Itt= itđm dđm KKU KzKKP    0 310 (A) (2.23) Trong đó : Pđm :Công suất định mức của phụ tải (W) Ko :Hệ số làm việc đồng thời Kd :Hệ số đi dây cáp điện Kz :Hệ số dự phòng  :Hiệu suất phụ tải Uđm :Điện áp định mức phụ tải (V) Kt :Hệ số tải Cos :Hệ số công suất Ki :Hệ số pha : 3pha=1,73 ;1pha=1 Khi dòng điện tính toán Itt được xác định,ta lựa chọn cáp điện (tiết diện và số lõi) theo sổ tay tra cứu.Chọn cáp điện sao cho dòng cho phép tối thiểu bằng dòng tính toán. *Kiểm tra độ sụt áp của cáp điện 74 Sau khi tính toán được Itt và lựa chọn được cáp điện.Để xác định cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện lắp đặt xuống tàu ta phải kiểm tra độ sụt áp của chúng. -Sụt áp trên lưới điện xoay chiều : %U = đm tt US CosIL   1003 (V) (2.24) -Sụt áp trên lưới điện một chiều : %U = đm tt US IL   1002 (V) (2.25) Trong đó : L: Là chiều dài cáp điện (m) S: Tiết diện lõi cáp (mm2)  : Điện trở suất vật liệu làm ruột cáp ( mmm /2 ). Sau khi tính toán độ sụt áp thực tế.Dựa vào qui phạm,nếu độ sụt áp thực tế lớn hơn độ sụt áp cho phép thì ta chọn lại tiết diện cáp cho thích hợp.Chọn xong ta kiểm tra theo bước 2. 2.6.3.Tính chọn cáp điện cho máy phát điện và một số phụ tải tàu 1700 3 a)Tính chọn cáp cho phụ tải là bơm dằn tàu l=30(m);Uđm=450(V);Pđm=18.5(KW);Cos=0,8; =0, 86; Ko=1; Kd=1; Kt=0,8; Kz=0,9; Ki = 1,73 =>Itt= 8,073,18,045086,0 9,011105.18 3   =39(A) Dựa vào bảng chọn cáp điện ta chọn được cáp điện cho bơm dằn tàu có :Ic =47(A), Số lõi n=3,Tiết diện lõi S =10(mm2). Sụt áp thực : %06,1 45061010 8,08.38308107,11003%   U Sụt áp cho phép trên cáp là 6%.Vậy cáp vừa chọn là thoả mãn. b)Tính chọn cáp cho bơm cứu hỏa và cấp nước cho nhà bếp l=28m;Pđm=25.3KW;Uđm=450V; Cos=0,8; =0.9;Ko=1; Kd=1;Kt=0,65; Kz=0,9;Ki = 1,73. =>Itt= 8,073,165,04509,0 9,011103.25 3   =62(A) Dựa vào bảng chọn cáp điện ta chọn được cáp điện cho bơm cứu hỏa và cấp nước cho nhà bếp có :Ic =63(A), Số lõi n=3,Tiết diện lõi S =16(mm 2). Sụt áp thực : %99.0 45061016 8,04.62288107.11003%   U Sụt áp cho phép trên cáp là 6%.Vậy cáp vừa chọn là thoả mãn. c)tính chọn cáp cho máy fát chính số 1: l=35m;Pđm=180KW;Uđm=450V; Cos=0,8; =0.89;Ko=1; Kd=1;Kt=0,9; Kz=0,9;Ki = 1,73 75 =>Itt= 8,073,19,045089,0 9,01110180 3   =325(A) Dựa vào bảng chọn cáp điện ta chọn được cáp điện cho máy máy phát 1 có :Ic =386(A), Số lõi n=3,Tiết diện lõi S =2  95(mm2). Sụt áp thực : %89,0 4506102 8,07.324358108.21003% 95   U Sụt áp cho phép trên cáp là 6%.Vậy cáp vừa chọn là thoả mãn. 2.7. ACB và lựa chọn ACB cho trạm phát tàu chở nhựa đường 1700 m khối Thiết bị đóng cắt trên bảng điện chính tàu thuỷ phần lớn là loại thiết bị điện áp thấp, phổ biến điện áp sử dụng không vượt quá 1000V, xuất phát từ vấn đề an toàn nên chỉ ở những tàu đặc biệt hoặc tàu quân sự người ta mới sử dụng điện áp trung áp. Về chủng loại, thiết bị đóng cắt dùng trên tàu thuỷ cũng sử dụng hết sức hạn chế : Cầu dao chính ACB, các cầu dao phụ tải, cầu dao cách ly, cầu dao phân đoạn và một số thiết bị đóng cắt công suất nhỏ. Cầu dao chính khác với các cầu dao phụ tải do yêu cầu về tính năng kĩ thuật, độ tin cậy, tính an toàn và khả năng làm việc… vì vậy tầm quan trọng của ACB là rất cao. Chính vì lí do này mà trong thiết kế tính toán cũng như khi lựa chọn thiết bị bao giờ người ta cũng rất chú ý đến thiết bị trọng yếu này. Hình 2.21: ACB của hãng TERASAKI Hình 2.21 giới thiệu một ACB của hãng Terasaki loại AME4B là thiết bị có thể đóng cắt bằng tay và bằng động cơ, dòng định mức Idm = 400 A , khả năng cắt tới 16 KA. Trước hết về dung lượng ACB bao giờ cũng được lựa chọn dòng định mức của thiết bị luôn lớn hơn dòng định mức tính toán với hệ số k = 1,1 – 1,75 trong đó dải dòng điện có khả năng lựa chọn bảo vệ phải rộng, tuyến tính. Dung lượng dòng cắt của ACB càng lớn hơn dòng định mức càng tốt. Thông thường dung lượng dòng cắt có thể gấp10 đến 50 lần dòng định mức. Ví dụ dòng định mức của một máy phát tính toán là 385 A, lựa chọn ACB loại AME6B có dòng định mức là 630 A khả năng cắt của cầu dao này có thể đạt 6160 A. Với giá trị dòng cắt này, sau tác động bảo vệ ACB vẫn hoạt động trở lại bình thường không bị bất cứ một lỗi kĩ thuật nào. 76 Một số đặc tính kỹ thuật của ACB đó là đặc tính ampe – giây có sai số nhỏ hơn các CB thông thường, điều này nói đến tính chính xác của ACB trong hoạt động tác động bảo vệ hay nói cách khác là công nghệ chế tạo đòi hỏi cao hơn giá thành cao hơn. Một đặc tính kĩ thuật nữa cũng phải kể đến đó là khả năng tích hợp các tính năng trong một ACB cao hơn rất nhiều. Một ACB phải bảo vệ được ngắn mạch với các nấc tác động : Long Time Delay, Short Time Delay, intstant trip; bảo vệ quá tải với các khả năng cắt ưu tiên theo nhiều nấc, với việc cắt quá tải nhiều thiết kế trong trạm phát cũng phân vùng tác động cho bản thân ACB, cho rơle quá tải OCR, cắt máy phát. Bảo vệ thấp áp với thiết bị UVC, bảo vệ cao áp OVC, bảo vệ công suất ngược RPR… Hiện nay công nghệ thông tin phát triển, ACB thường được thiết kế một máy tính nhỏ tích hợp trong nó để thực hiệ thêm một số chức năng kinh điển: tham gia điều khiển đóng cắt cho chính ACB. Đo lường các đại lượng và hiển thị đo lường. Cài đặt một số đại lượng và thông số giám sát, điều khiển giám sát. Ghép nối với các hệ thống thông qua mạng truyền thông công nghiệp và gửi cũng như nhận các lệnh điều khiển từ xa qua các đường truyền nội bộ. Đặc tính A – S của ACB được trình bày trên hình sau đây: T I0 I1 I3 I2 Hình 2.22: Đặc tính A-S Đây là đường xây dựng theo lí thuyết với Long Time – Delay Trip Pick – Up Current I1, Short Time – Delay Trip Pick Up Current I2 và Instaneous Trip Pick – Up Current I3 Các đường cong này trong các ACB thực tế bao giờ cũng có một dải dung sai dao động trong khoảng từ 5% - 25% đây là sai số cho phép và với dòng I1 thì việc đặt dòng với dung sai cho phéo ( Pick – Up Current Setting Tolerence % ) là  7,5%, với I2 thì dòng đặt với dung sai  15% và với I3 thì dung sai là  20%. Với từng ACB có thể chọn cách tính giá trị dòng I1 theo một trong 5 cách sau đây: I1 = Idm ( 0,8 – 1,0 – 1,1 – 1,15 – 1,25) (2.26) 77 Giá trị dòng I2 ( STD ) được tính như sau: I2 = Idm( 2,0 – 2,5 – 3,0 – 3,5 – 4,0 ) (2.27) Giá trị dòng I3 ( INST ) được tính như sau: I3 = Idm( 4,7,12,15 ) (2.28) Chọn AIR CIRCUIT BREAKER :Từ catalog ta chọn loại E1B800 Dòng làm việc bình thường là 800 A,giới hạn cách điện là AC1000 V Giới hạn dòng điện mà aptomat có thể bảo vệ là : Icu = 42 kA Khi dòng tải I1=115%Idm=339A thì thời gian bảo vệ là 20S Khi dòng tải I2=300%Idm=885A thì thời gian bảo vệ là 20mS Khi dòng tải I3=1200%Idm=3540A thì bảo vệ ngay tức khắc E1B800 W MP FP HR LSIG, 800AT, 42kAIC@440v, Draw-out Type Php171,976.00 ABB SACE E MAX Series - Air Circuit Breakers  3Pole, Draw-out Type, Manually Operated  With Electronic Tripping Device Type LSIG  2NO+2NC Auxiliary Contact Rated Breaking Capacity 60Hz Order No. Current 230Vac 440Vac 500Vac (A) (KA) (KA) (KA) 800 42 42 36 E1B800 W MP FP, HR LSIG Ở phần tính toán ngắn mạch,dòng xung kích ta tính được là 10,8KA mà khi dòng tải I3=1200%Idm=3540A thì APTOMAT ta vừa chọn bảo vệ ngay tức khắc tức là chúng bảo vệ ngắt trước khi xuất hiện dòng xung kích . Dòng xung kích nằm trong giới hạn dòng điện mà aptomat có thể bảo vệ là : Icu = 42 kA ,tức là khi xuất hiện dòng xung kích thì APTOMAT vẫn hoạt động bình thường,không bị phá hủy APTOMAT ta vừa chọn thỏa mãn 78 2.8. Tính chọn thanh cái cho taù chở nhựa đường 1700m3 Tất cả các trạm phát điện , không phụ thuộc vào loại động cơ truyền động máy phát đều cung cấp năng lượng điện đến hệ thống thanh cái và từ hệ thống thanh cái mới phân đi các nơi . Dựa trên sơ đồ trạm phát với hệ thống thanh cái có thể phân ra các hệ thống thanh cái sau : + Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn . + Trạm phát với một hệ thống thanh cái . + Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn . Các hệ thống thanh cái nêu trên đều có thể được ứng dụng trên trạm phát điện tầu thuỷ với mức độ tự động hoá cao . Tuy nhiên các thiết bị bảo vệ phải được lắp đúng vị trí để phòng mọi khả năng xảy ra sự cố của hệ thống . 2.8.1. Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn . Hình 2.23. Hệ thống thanh cái không phân đoạn Tính chất đặc trưng của hệ thống thanh cái không được chia ra thành các phân đoạn (hình 2.23). Các máy phát cung cấp năng lượng lên một hệ thanh cái và các phụ tải cũng được nối với hệ thanh cái đó thông qua các cầu dao hay cầu chì . Hệ thống này có những ưu nhược điểm quan trọng như không đảm bảo tính tin cậy và tính cơ động trong vận hành . Nếu bị ngắn mạch trên thanh cái hay trên phụ tải nào đó mà thiết bị bảo vệ phụ tải đó không hoạt động sẽ dẫn đến cắt tất cả các máy phát và toàn bộ phụ tải bị mất điện . Ngoài ra khi sửa chữa và bảo dưỡng thanh cái cần phải cắt toàn bộ máy phát . F F F F 79 Hình 2.24. Hệ thống thanh cái không phân đoạn có cuộn cảm Hình 2.25. Hệ thống thanh cái không phân đoạn có cuộn cảm và cầu chì mắc song song Nếu xảy ra ngắn mạch ở hình 2.24 sẽ cơ động hơn nhờ cuộn cảm 1 ,ví dụ nếu ngắn mạch ở đoạn thanh cái I lập tức các thiết bị bảo vệ ngắn mạch aptomat W1 , W2 hoạt động ngắt máy phát F1 và F2 ra khỏi thanh cái . Nếu điểm ngắn mạch chưa bị loại trừ thì dòng ngắn mạch sẽ tiếp tục chạy đến 2 máy phát F3 và F4 . Cường độ dòng ngắn mạch nhỏ đi không phải chỉ do nguyên nhân máy phát F1 và F2 đã bị cắt mà còn do tác động của cuộn cảm 1 hạn chế . Bảo vệ ngắn mạch trong trường hợp này được chọn sao cho với dòng ngắn mạch này chạy trong mạch sau một thời gian nhất định aptomat W3 và W4 sẽ hoạt động ngắt tiếp máy phát F3 và F4 . Nhưng nếu sau khi máy phát F1 và F2 được cắt khỏi thanh cái mà tiếp điểm ngắn mạch đã bị loại trừ thì hệ thống tiếp tục công tác do máy phát F3 và F4 cấp nguồn . F F F F W4 W2 W3 I II W1 2 1 F F F F W4 W2 W3 I II W1 80 Hệ thống trên có nhược điểm cơ bản là gây ra tổn hao điện áp và công suất trên cuộn cảm khi có lượng công suất truyền qua nó . Ta có thể loại trừ nhược điểm trên bằng cách mắc cầu chì số 2 song song với cuộn cảm ( hình 2.25 ) . Nếu xảy ra ngắn mạch thì cầu chì 2 sẽ bị cắt ngay và cuộn cảm được đưa vào để hạn chế dòng ngắn mạch . Trường hợp sửa chữa thanh cái và các thiết bị khác đặt trong bảng điện chính mà có máy phát cảng như hình 2.26 thì hệ thống sẽ rất cơ động . Hệ thống này sẽ hoạt động bình thường khi cầu dao O đóng . Tuy nhiên hệ thống thanh cái này không được gọi là phân đoạn . Khi cần thiết phải sửa chữa thanh cái và các thiết bị trong bảng điện chính ở khu vực mà tất cả các máy phát chính cấp điện ta có thể cắt và cho nghỉ tất cả các máy chính bằng cách mở cầu dao O . Một số phụ tải cần thiết khi tầu đứng trong cảng phải hoạt động thì do máy phát cảng cấp nguồn Hình 2.26. Hệ thống thanh cái không phân đoạn có cầu dao Với mục đích dễ dàng tiếp xúc sửa chữa trạm phát điện có thể ứng dụng sơ đồ trạm phát như hình 2.27 . Hình 2.27. Hệ thống thanh cái không phân đoạn có 2 cầu dao F F F F W4 W2 W3 W1 O F F F W4 W2 F W3 W1 O O 81 Nhóm máy phát I và II được đóng , cắt trên thanh cái nhờ cầu dao O . Đôi khi xuất phát từ khả năng cắt của các áptomat trong hệ thống không phân đoạn các nhà thiết kế cho phép các máy phát công tác song song chỉ trong giới hạn trễ. Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn bị hạn chế về tính cơ động khi ngắn mạch và trong thời gian sửa chữa nên ngày càng được sử dụng ít hơn . 2.8.2 .Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn Phân đoạn thanh cái là chia thanh cái ra làm một số đoạn không phụ thuộc vào nhau mà trong đó mỗi phân đoạn được cấp nguồn độc lập . Như vậy có thể loại trừ được một số nhược điểm của trạm phát của trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn (hình 2.28). Hình 2.28. Trạm phát với hệ thống thanh cái phân đoạn Khi tiến hành sửa chữa hay thay thế ở phân đoạn thanh cái nào ta chỉ việc F F F F a- Phân đoạn bằng cầu dao W4 W2 W3 W1 O F F F F b- Phân đoạn bằng cầu nối ( hay cáp ) W4 W2 W3 W1 Z F F F F c- Phân đoạn bằng Aptomat W4 W W3 W1 W 82 cắt nó ra khỏi các phần còn lại . Các phần còn lại vẫn hoạt động bình thường . Mức độ cơ động khi có ngắn mạch của thanh cái phân đoạn cao hơn so với thanh cái không phân đoạn . Mức độ cơ động cũng còn phụ thuộc vào phân đoạn thanh cái bằng cầu dao , cầu nối hay aptomat . Nếu phân đoạn thanh cái bằng cầu dao hay cầu nối khi ngắn mạch cũng như thanh cái không phân đoạn , chỉ khác là sau khi ngắn mạch có thể nhanh chóng cho phân đoạn không bị hỏng hóc hoạt động lại ngay sau khi cắt cầu dao hay tháo cầu nối . Nếu phân đoạn thanh cái bằng aptomat , khi bị ngắn mạch phân đoạn thanh cái hỏng sẽ được cắt ra tự động và phân đoạn còn lại vẫn tiếp tục hoạt động bình thường . Do vậy phân đoạn thanh cái bằng áptomat là rất cần thiết . 2.8.3. Trạm phát với một hệ thống thanh cái Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn tuy có nhiều ưu điểm song vẫn bộc lộ một số nhược điểm nhất định . Ví dụ trường hợp sửa chữa một phân đoạn mà phân đoạn này cấp nguồn cho một số phụ tải không có nguồn dự trữ , các phụ tải này không thể hoạt động được . Hơn nữa các phụ tải rất quan trọng và quan trọng sẽ không có nguồn dự trữ trong thời gian sửa chữa một phân đoạn Ngoài ra công suất của trạm phát bị nhỏ đi một trị số bằng tổng công suất các máy phát nối với phân đoạn đang sửa chữa . Hình 2.29 Các nhược điểm trên sẽ bị loại trừ trong trạm phát với một số hệ thống thanh cái (hình 2.29). Mỗi máy phát cấp nguồn cho hệ thống thanh cái độc lập , việc cấp điện có thể đấu với bất cứ hệ thống thanh cái nào nhờ thiết bị đổi nối I . F F F Hình.2.33. Bảng điện chính gồm 3 hệ thống thanh cái W2 W3 W1 83 2.8.4 . Tính chọn thanh cái Để làm thanh cái trong bảng phân phối điện ta chọn là thanh đồng . Thanh cái là thiết bị tập hợp và phân phối năng lượng điện.cho nên điều kiện cần là thanh cái phải chịu được dòng định mức lớn nhất của các máy phát là 295 2 =590 A.ta tính đến 15% lượng dự trữ 15%  590 88.5A. dòng điện ta tính toán được cho thanh cái là 590+88.5=678.5A Ta dựa vào bảng tính chọn thanh cái (phần phụ lục)ta chọn được thanh cái bằng đồng,đã được sơn,số lượng là 1,có tiết diện là (40 5 ) và có dòng làm việc dài hạn là 735A.Ở chế độ công tác ổn định dòng cho phép của thanh cái được xác định như sau . Icp = . .( )o ocp dK F v v R  (2.29) Trong đó : K là hệ số tính đến các hình thức truyền nhiệt có đơn vị là W/m2 F là diện tích làm mát cho phép của thanh cái (m2) o cpv nhiệt độ dài hạn cho phép của thanh cái odv nhiệt độ của môi trường R là điện trở của thanh cái Với các thông số như sau Icp = 735A K = 1,1W/m2 F = 2 l 04.0 +2 l 0002.02005.0  m2 o cpv = 90 0C o dv = 45 0C R = S l. = S l -8101.72   735 = l ll   81872,1 0002.045)0004.0005.0204.02(1,1 l = 4,9 m Vậy ta chọn được thanh cái bằng đồng,phân đoạn bằng cầu nối ,là loại đã được sơn,số lượng là 1,có tiết diện (40 5 ) và có tổng chiều dài là 4900 mm.được chia làm 2 phần :phần vuông góc với chiều dọc của tàu dài 3300 mm, phần trùng với chiều dọc của tàu dài 1600 mm được gắn với nhau bằng bulong,ốc vít 84 2.9. Báo động và bảo vệ cho trạm phát Trong quá trình vận hành, khai thác luôn có khả năng xảy ra sự cố hoặc hư hỏng, chính vì vậy hệ thống nào cũng bao gồm một hoặc nhiều thiết bị bảo vệ riêng biệt. + Ý nghĩa: - Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố, tách khỏi những phần tử khác đang hoạt động bình thường. Nó tác dụng ngăn ngừa những hậu quả tiếp theo, có thể đưa đến ngắn mạch phần tử khác. - Tự động ngắt mạch một số phần tử, dự báo những chế độ công tác khác với chế độ công tác định mức. - Ngắt mạch khi dòng công tác xấp xỉ hoặc lớn hơn dòng định mức, điện trở của hệ thống giảm quá giới hạn. + Yêu cầu: - Có tính chọn lọc. - Có độ nhạy cao. - Có tính tác động nhanh. - Có độ tin cậy. 2.9.1. Bảo vệ quá tải. Bảo vệ quá tải máy phát được thực hiện bởi khối LSU-112DG,IRU01 IRU02. Tín hiệu điện áp và tín hiệu dòng tải của máy phát thông qua biến dòng gửi tới LSU-112DG thông qua chân 1,3,28 và 29. Nếu máy phát 1 bị quá tải, ACB1 có tín hiệu đóng tiếp điểm làm cho đầu vào 11 của khối IRU01 có tín hiệu tiếp điểm của nó đóng lại cấp tín hiệu tới PLC xử lý, làm đầu ra của PLC 03 ở S61 có tín hiệu, khi đó đèn RL sáng báo máy phát số 1 quá tải.Khi máy phát 1 bị quá tải thì khối IRU01(S31) cũng gửi tín hiệu đến PLC, từ PLC gửi tín hiệu đến các cuộn SHC(S26) để ngắt các phụ tải không quan trọng như thiết bị làm lạnh, quạt gió, máy đốt rác và các hệ thống không quan trọng khác. Nếu như ngắt các phụ tải không quan trọng mà vẫn còn quá tải thì LSU-112DG gửi tín hiệu đến chân 9,10 làm K042-1 có điện và tiếp điểm K042-1(S21) mở YU mất điện ngắt ACB1,đèn SL13 sáng báo đã ngắt ACB1. Nếu máy phát 2 bị quá tải thì quá trình bảo vệ tương tự như đối với máy phát 1. 2.9.2 Bảo vệ ngắn mạch. Bảo vệ ngắn mạch là việc hết sức quan trọng đối với các máy phát cũng như các thiết bị trên tàu thủy, nếu xảy ra ngắn mạch mà không được bảo vệ kịp thời thì gây ra: - Tác động về nhiệt có thể làm nóng chảy hoặc bốc cháy các tiếp điểm hoặc các dây cáp mà nó đi qua. - Gây ra một lực điện động rất lớn làm cong vênh hoặc phá vỡ các vật cố định của phần tử nó đi qua như bung các giá đỡ, trụ đỡ. - Làm sụt áp trong mạng rất lớn gây ra sự công tác không ổn định của các hộ tiêu thụ. 85 - Làm các máy phát công tác song song mất đồng bộ. Việc thực hiện bảo vệ ngắn mạch được thực hiện phối hợp bởi các aptomat và cầu chì. Khi xảy ra ngắn mạch thì aptomat có tác động để mở tiếp điểm của nó. Khi xảy ra ngắn mạch tùy từng trường hợp mà aptomat thực hiện bảo vệ với thời gian khác nhau. + Khi dòng tải I = 115% Iđm thì thời gian bảo vệ là 20s. + Khi dòng tải I = 250 % Iđm thì thời gian bảo vệ là 20ms. + Khi dòng tải I = 1200% Iđm thì thời gian bảo vệ ngay tức khắc. 2.9.3 Bảo vệ công suất ngược. Bảo vệ công suất ngược được thực hiện bởi khối RPR11(S11),RPR21(S12). Giả sử khi máy phát số 1 xảy ra hiện tượng công suất ngược thì RPR11 hoạt động đóng tiếp điểm của nó ở S21 cấp điện cho K091-1 làm tiếp điểm K091-1 dẫn đến YU mất điện và ACB1 ngắt. Đồng thời có tín hiệu đến chân 8 của khối IRU01,khối này sẽ gửi tín hiệu đến PLC và đâu ra 02 của PLC có tín hiệu làm đèn RL sang báo máy 1 công suất ngược. 2.9.4 Bảo vệ điện áp thấp. Bảo vệ điện áp thấp được thực hiện bởi khối UVC, vì lý do nào đó mà điện áp giảm xuống thấp dưới 80%Uđm thì khối UVC tác động gửi tín hiệu ngắt aptomat ra khỏi lưới điện để đảm bảo an toàn cho hệ thống. 2.9.5 Báo động cách điện thấp. - Mạng 440V. Điện áp 440V của máy phát được đưa vào khối GRS51(S05). Khi có cách điện thấp thì đầu ra 5-6 của khối GRS51(S05) có tín hiệu gửi đến PLC nếu sau 30s cách điện vẫn thấp thì đầu ra 2.2 của PLC có tín hiệu đèn RL(L508)sáng báo cách điện 440V thấp. - Mạng 220V.Điện áp 220V của máy phát được đưa vào khối GRS61(S07). Khi có cách điện thấp thì đầu ra 5-6 của khối GRS61(S07) có tín hiệu gửi đến PLC,nếu sau 30s cách điện vẫn thấp thì đâu ra 2.3 của PLC co tín hiệu làm đèn RL(L509) sáng báo cách điện 220V thấp. KẾT LUẬN Sau thời gian ba tháng nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành xong với nội dung gồm hai phần : Phần I : Trang thiết bị điện tàu chở nhựa đường 1700m3 Phần III : Đi sâu nghiên cứu thiết kế bảng điện chính Đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành với sự nỗ lực cao của bản thân trong việc nghiên cứu tìm hiểu một số hệ thống điện trên tàu chở nhựa đường. Bằng những kiến thức đã được trang bị ở trường, kiến thức thực tế trong thời gian thực tập tại nhà máy đóng tàu Hạ Long và tìm hiểu một số tài liệu tham khảo có liên quan đến vấn đề đang nghiên cứu, em đã cố gắng trình bày đồ án một cách ngắn gọn và đầy đủ nhất. Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên đề tài của em còn nhiều thiếu sót. Qua đây em mong muốn nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là Thầy giáo PGS.TS. Phạm Ngọc Tiệp để đồ án của em ngày càng hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Phạm Ngọc Tiệp, cùng các thầy cô giáo trong Khoa Điện - Điện tử tàu biển đã giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Phạm Văn Thức Hải phòng , tháng 02 năm 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Bính. Điện tử công suất . Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật (2004) 2.KS. Lưu Đình Hiếu. Truyền động điện tàu thủy. Nhà xuất bản Hà Nội( 2004) 3.GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn. TS Nguyễn Tiến Ban. Trạm phát và lưới điện tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật (2008) 4.KS.Bùi Thanh Sơn. Trạm phát điện tàu thủy. Nhà xuất bản giao thông vận tải ( 2000) 5.TS. Lưu Kim Thành. Phần tử tự động. Nhà xuất bản Hải Phòng (2007) 6.Hồ sơ kĩ thuật tàu chở nhựa đường 1700 m3 .Công ty ICT