Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí

Uh) (KV) rP0 (KW) rPn (KW) I0 (%) Un (%) TBA PX B1 2000 22/ 0.4 2.65 20.7 0.9 6 TBA PX B2 1000 22/ 0.4 1.55 11.6 1.3 6 b. Phương án 2: Đặt 3 TBA phân xưởng -Trạm B1: Cấp điện cho Phân xưởng cơ khí, phân xưởng lắp ráp số 1 và phân xưởng lắp ráp số 2 -Trạm B2: Cấp điện cho Phân xưởng dập , phòng thí nghiệm trung tâm và phân xưởng chế thử -Trạm B3: Cấp điện cho phân xưởng sửa chửa cơ khí, trạm bơm, nhà hành chính và quản lý, KCS và kho TP và khu nhà xe 1. Trạm biến áp B1: Cấp điện cho Phân xưởng cơ khí, phân xưởng lắp ráp số 1 và phân xưởng lắp ráp số 2. Trạm được đặt 2 biến áp song song Ta có : Stt = 450.344 + 617.535 + 815.232 = 1883.111 (KVA) Þ SđmB ≥ = 941.5555 (kVA) Ta chọn MBA tiêu chuẩn SđmB = 1000 (kVA) Kiểm tra lại dung lượng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Þ Sđm ≥ = 941.5555 (kVA) Vậy trạm biến áp B1 đặt 2 MBA có Sđm = 1000 (kVA) là hợp lý. 2. Trạm biến áp B2 : Cấp điện cho Phân xưởng dập , phòng thí nghiệm trung tâm và phân xưởng chế thử . Trạm được đặt 2 biến áp song song Ta có : Stt = 1146.108 + 173.795 + 447.462 = 1767.365 (kVA) Þ SđmB ≥ = 883.6825 (kVA) Ta chọn MBA tiêu chuẩn SđmB = 1000 (kVA) Kiểm tra lại dung lượng máy theo điều kiện quá tải sự cố Þ Sđm = 883.6825 (kVA) Vậy trạm biến áp B2 đặt 2 MBA có Sđm = 1000 (kVA) là hợp lý. 3.Trạm biến áp B3 : Cấp điện cho phân xưởng sửa chửa cơ khí, trạm bơm, nhà hành chính và quản lý, KCS và kho TP và khu nhà xe. Trạm được đặt 1 máy biến và 1 máy phát dự phòng Ta có : Stt = 762.534+ 131.803 + 90.807 + 499.75 + 42.25 = 1527.144 (KVA) Þ SđmB ≥ = 763.572 (kVA) Ta chọn MBA tiêu chuẩn SđmB = 1000 (kVA) Kiểm tra dung lượng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Þ Sđm ≥ = 763.572 (KVA) Vậy trạm biến áp B2 đặt 1 MBA có Sđm = 800 (kVA) và 1 máy phát dự phòng Sđm = 800 (kVA) là hợp lý. Ta chọn được loại máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây do Việt nam chế tạo, nhà cung cấp Công ty Thiết Bị Điện Đông Anh, gồm 3 máy giốn nhau: Bảng 2.2 BA2: Tên TBA PX Sđm (KVA) Uc/ Uh) (KV) rP0 (KW) rPn (KW) I0 (%) Un (%) TBA PX B(1,2,3) 1000 22/ 0.4 1.55 11.6 1.39 6 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN DÂY DẪN 3.1 CHỌN CÁP CAO ÁP: 3.1.1. Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm: Đường dây cung cấp từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm của nhà máy dài 10 km, sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép. - Với mạng cao áp có Tmax lớn, dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế jkt , tra bảng 5 ( trang 294, TL1 ), dây AC có thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 4500h, ta có jkt = 1.1 (A/mm2 ) Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn là : I Tiết diện kinh tế là : Chọn dây nhôm lõi thếp tiết diện 50(mm2). Tra bảng PL 4.12 [TL2] dây dẫn AC-50 có Icp = 260 (A) - Kiểm tra dây theo điều kiện khi xảy ra sự cố đứt một dây : Isc = 2×Ittnm =2×54,8 = 109,6 < Icp = 260 (A) Vậy dây đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố. 3.1.2 Chọn cáp cao áp từ trạm biến áp trung gian về trạm biến áp phân xưởng: Cáp cao áp được chọn theo chỉ tiêu mật độ kinh tế của dòng điện jkt. Đối với nhà máy chế tạo cơ khí làm việc 2 ca , thời gian sử dụng công suấtlớn nhất là : Tmax = 4500h, ta dùng cáp lõi đồng , tra bảng 5[Trang 294-TL1] ta tìm được jkt = 3.1 A/mm2 Tiết diện kinh tế của cáp : Cáp từ các TBATG về các trạm biến áp phân xưởng đều là cáp lộ kép nên: Dựa vào trị số Fkt đã tính, tra bảng để lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất . Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng : Trong đó : Isc là dòng điện xẩy ra khi sự cố đứt một dây cáp,Isc = 2.Imax khc = k1.k2 k1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ , ta lấy k1 = 1; k2 là hệ số hiệu chỉnh số dây cáp cùng đặt trong một hào cáp, trong mạng hạ áp, các hào đều được đặt hai cáp và khoảng cách giữa các dây là 300 mm. Theo PL 4.22[TL2] ta tìm được k2 = 0.93. Vì chiều dài cáp từ trạm biến áp trung gian đến trạm biến áp phân xưởng ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ, có thể bỏ qua không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp . + Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian đến B1: Tiết diện kinh tế của cáp là : Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 35mm2, cáp đồng 3 lõi 24 kV cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng CADIVI chế tạo có Icp =170 A Kiểm tra dây đã chọn theo điều kiện phát nóng : 0.93×Icp = 0.93×170 = 158,1 < 2×Imax = 2×105,38 = 210,76 A Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 70mm2với Icp = 250 A Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng : 0.93×Icp = 0.93×250 = 232,5 >Isc = 210,76 A Vậy ta chọn cáp XPLE của CADIVI, có tiết diện F= 70mm2-> 2XPLE (3*70) + Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian đến B2: Tiết diện kinh tế của cáp là : = =6,2 (mm ) Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất F = 35mm2, cáp đồng 3 lõi 6 kV cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng CADIVI ) chế tạo có Icp =170 A Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng : 0.93×Icp = 0.93×170 = 158,81 > 2×Imax = 38,948 A Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta chọn cáp có tiết diện F = 35mm2. 3.2 CHỌN CÁP HẠ ÁP: Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các phân xưởng: Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép , độ dài cáp không đáng kể nên coi tổn thất trên cáp bằng 0, ta không cần xét đến điều kiện tổn thất điện áp cho phép. + Chọn cáp từ trạm biến áp B1 đến PX cơ khí: Vì PX cơ khí thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1nên ta dùng cáp nhiều sợi để cung cấp điện Chỉ có một cáp đi trong hào nên k2 = 1. Điều kiện chọn cáp là : Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 2(3×185) +185 với Icp = 367 A + Chọn cáp từ trạm biến áp B1đến phân xưởng DẬP Vì phân xưởng DẬP thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp nhiều sợi để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 6(3*185) với Icp = 367 A + Chọn cáp từ trạm biến áp B1đến phân xưởng LẮPRÁP số 1 Vì phân xưởng LẮP RÁP số 1 thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp nhiều sợi để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (một lõi trung tính) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 4(3×185) +2×185 với Icp = 367 (A) + Chọn cáp từ trạm biến áp B1đến phân xưởng LẮPRÁP số 2 Vì phân xưởng LẮP RÁP số 2 thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp nhiều sợi để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (một lõi trung tính) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 5(3×185) +2×185 với Icp = 367 (A) + Chọn cáp từ trạm biến áp B1đến phòng thí nghiệm: Vì phòng thí nghiệm TT thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp lộ kép để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 2(3×60) +60 với Icp = 187 (A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B1đến phòng chế thử: Vì phòng chế thử thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp lộ kép để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 3(3×185) +185 với Icp = 367 (A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B2 đến phân xưởng sữa chữa cơ khí: Vì phân xưởng sửa chữa cơ khí thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng cáp nhiều sợi để cung cấp điện. Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (một lõi trung tính) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 5(3×185) +2×185 với Icp = 367 (A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B2 đến trạm bơm: Vì trạm bơm hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng cáp đơn để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện (3×80+40 )với Icp = 222 (A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B2 nhà hành chính và quản lý: Vì nhà hành chính thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng cáp đơn để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện (3×50+25)với Icp = 2164(A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B2 nhà kcs và kho thành phẩm: Vì KCS và kho thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng nhiều sợi để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện 3(3×185+185) với Icp = 2367(A). + Chọn cáp từ trạm biến áp B2 nhà hành để xe: Vì nhà để xe thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng lộ đơn để cung cấp điện Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi ( một lõi trung tính ) cách điện PVC do hãng CADIVI chế tạo tiết diện (3×22+16) với Icp = 102 (A). Kết quả chọn cáp trong nhà máy được tổng kết trong bảng sau: Bảng 3.1 - Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của nhà máy: Đường cáp Lộ/ F (mm) L(m) R0 (W/km) X0 (W/km) Ilvmax (A) Icp (A) Đơn giá (103Đ/m) Thành tiền (103Đ) TBATG-B1 3*35 120 0,524 0,668 105,38 170 551 66120 TBATG-B2 3*35 50 0,524 0,668 19,47 170 551 27550 B1-PXCK 2(3*185) 90 0,0991 0,128 342,1 367 542 97560 B1-PXD 6(3*185) 35 0,0991 0,128 290,2 367 542 113820 B1-PXLR1 4(3*185) 95 0,0991 0,128 243.5 367 542 205960 B1-PXLR2 5(3*185) 70 0,0991 0,128 247,7 367 542 189700 B1->P.TN 2(3*60) 40 0.387 0,387 131,7 187 84 6720 B1->PX.CT 3(3*185) 30 0,0991 0,128 256,6 367 542 48780 B2-T.BƠM 3(3*80) 62 0,234 0,117 200,2 222 291 54126 B2-SCCK 5(3*185) 90 0,0991 0,128 231,7 367 542 243900 HC&QL (3*50) 74 0,378 0,124 138 216 160 11840 KCS&KHO TP 6(3*185) 75 0,0991 0,128 253.09 367 542 243900 N.XE (3*22) 85 0,84 0.13 87.1 102 100 8500 Tổng vốn đầu tư cho đường dây: KD = 1318476 (103Đ) CHƯƠNG IV: TỔN HAO CÔNG SUẤT, TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ 4.1 TỔN HAO CÔNG SUẤT: 4.1.1. Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây: Công thức tính : (kW) (W n - số đường dây đi song song Kết quả tính toán tổn thất được cho trong bảng sau: Bảng 2.5 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của nhà máy Đường cáp F(mm) L(m) R0(W/km) X0 STT(kW) DP(kW) TBATG-B1 3*35 120 0,524 0,668 3650,476 14,4 TBATG-B2 3*35 50 0,524 0,02 1527,144 2.5 B1-PXCK 2(3*185) 90 0,0991 0,004 450,434 0,1 B1-PXD 6(3*185) 35 0,0991 0,0058 1146,108 0,9 B1-PXLR1 4(3*185) 95 0,0991 0,0023 617,535 0,2 B1-PXLR2 5(3*185) 70 0,0991 0,0013 815,232 0,454 B1->P.TN 2(3*60) 40 0.387 0,0074 173,795 0,08 B1->PX.CT 3(3*185) 30 0,0991 0,00091 447,462 0,137 B2-T.BƠM 3(3*80) 62 0,234 0.0048 131,803 0,02 B1-SCCK 5(3*185) 90 0,0991 0,00891 762,534 0,39 HC$QL (3*50) 74 0,378 0,02 90,807 0,021 KCS$KHO 6(3*185) 75 0,0991 0,00123 499,75 0,171 N.XE (3*22) 85 0,84 0,07 42,25 0.01 Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn: ∑DPD = 16,91kW 4.1.2. Xác định tổn thất điện năng trên các đường dây : Tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức : DAD= DPDt [kWh] ∆A =16,9*3300=55770 [kWh] 4.2. TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY: Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện, ở đây chỉ tính đến giá thành các loại cáp và máy biến áp khác nhau giữa các phương án (K=KB +KD) , những phần giống nhau khác đã được bỏ qua không xét tới . Chi phí tính toán Z1 của phương án 1 là : Vốn đầu tư : K1 = KB + KD =2693200. 103 + 1318476. 103 = 2853.430 (x106đ) Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây: DA1 = DAB + DAD = 1104203.236 + 55770= 1152782.536 (kWh) Chi phí tính toán là : Z1 = (avh +atc).K1+DA1.C = (0.1+0.2)×2853.430×106+1152782.536 ×103 = 2008.81154×106 (vnđ) 4.2.1Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm Đường dây cung cấp từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm của nhà máy dài 10 km, sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép. * Với mạng cao áp có Tmax lớn, dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế jkt , tra bảng 5 ( trang 294, TL1 ), dây AC có thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 4500h, ta có jkt = 1.1 (A/mm2) Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn là : Tiết diện kinh tế là : Chọn dây nhôm lõi thếp tiết diện 50 (mm2). Tra bảng PL 4.12 [TL2] dây dẫn AC-50 có Icp = 260 (A) * Kiểm tra dây theo điều kiện khi xẩy ra sự cố đứt một dây : Isc = 2×Ittnm =2×54,8 = 109,6 < Icp = 260 (A) Vậy dây đã chọn thoả mãn điều kiện sự cố . * Kiểm tra dây theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép : Với dây AC-50,có khoảng cách trung bình hình học 2(m) , tra bảng PL4.6 [TL2] ta có r0 = 0.392 W/km và x0 = 0.385 (W/km) =63,20 V (V) Dây đã chọn thoả mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép Vậy ta chọn dây AC-50 4.2.2. Sơ đồ trạm phân phối trung tâm : Trạm phân phối trung tâm là nơi nhận điện từ hệ thống về cung cấp cho nhà máy, do đó vấn đề chọn sơ đồ nối dây có ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp điện cho nhà máy. Sơ đồ phải thoã mãn các điều kiện như : cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải, thuận tiện trong vấn đề vận hành và xử lý sự cố, an toàn lúc vận hành và sửa chữa, hợp lý về kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật . Nhà máy chế tạo máy cơ khí được xếp vào loại phụ tải loại 1, do đó trạm phân phối trung tâm được cung cấp điện bằng đường dây kép với hệ thống thanh góp có phân đoạn, liên lạc giữa hai thanh góp bằng máy cắt hợp bộ. Trên mỗi phân đoạn thanh góp có đặt một máy biến áp đo lường hợp bộ ba pha năm trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất một pha trên cáp 22kV. Để chống sét từ đường dây truyền vào trạm đặt chống sét van trên các phân đoạn của thanh góp . Máy biến dòng được đặt trên tất cả các lộ vào ra của trạm có tác dụng biến đối dòng điện lớn ( phía sơ cấp ) thành dòng 5A cung cấp cho các thiết bị đo lường và bảo vệ . Chọn dùng các tủ hợp bộ của Siemens, cách điện bằng SF6, không cần bảo trì, hệ thống chống sét trong tủ có dòng định mức 1250(A) Loại máy cắt Cách điện Idm (A) Udm (kV) Icắt.3s (kA) Icắt.nmax (kA) 8DC11 SF6 1250 24 25 63 4.2.3 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 1.Tính toán ngắn mạch phía cao áp Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có dòng ngắn mạch 3 pha. Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp, do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính toán gần đúng điện kháng ngắn mạch của hệ thống thông qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp trung gian và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn . Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế để tính toán ngắn mạch được thể hiện trong hình 2.8 BAT MC §DK PPTT C¸p BAPX N N1 HT XH Zd N ZCi N1 Hình 2.8 - Sơ đồ tính toán ngắn mạch Để lựa chọn , kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện ta cần tính toán 6 điểm ngắn mạch sau : N: điểm ngắn mạch trên thanh cái trạm phân phói trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh góp N1-> N5 : là điểm ngắn mạch phía cao áp các trạm biến áp phân xưởng để kiểm tra cáp và các thiết bị trong các trạm Điện kháng của hệ thống dược tính theo công thức : Trong đó SN là công suất ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp trung gian SN = 250MVA ;U là điện áp của đường dây , U = Utb = 24 kV Điện trở và điện kháng của đường dây là : ; Trong đó : r0 , x0 là điện trở và điện kháng trên 1 km đường dây (W/km) l là chiều dài của đường dây Do ngắn mạch xa nguồn nên dòng ngắn mạch siêu quá dộ I” bằng dòng điện ngắn mạch ổn định I¥ nên ta có thể viết như sau : Trong đó : ZN - tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch thứ i (W) U - điện áp của đường dây (kV) Trị số dòng ngắn mạch xung kích được tính theo biểu thức : (kA) Bảng 3.2 Thông số đường dây trên không và cáp: Đường cáp F(mm) L(m) R0(W/km) X0(W/km) R(W/km) X(W/km) TPPTT-B1 3*35 85 0,403 0,410 0.0017 0.00174 TPPTT-B2 3*35 100 0,403 0,410 0.0017 0.00174 TBATG-TPPTT AC-50 1000 0.398 0,392 0,199 0,196 a. Tính toán điểm ngắn mạch N tại thanh góp trạm phân phối trung tâm : R = Rdd = 0,199 (W) X=Xdd + XHT =0,196 + 2.304 = 2,5 (W) b. Tính toán điểm ngắn mạch N1 (tại thanh cái trạm biến áp B1) R1 = Rdd + Rc1= 0.199 + 0,0017 = 0,2 (W) X=Xdd + XHT + Xc1 = 2,5+ 2.304 + 0,00174 = 4,8 (W) Tính toán tương tự tại các điểm N2 ->N5 ta có bảng sau : Bảng 2.21 – Kết quả tính toán ngắn mạch Điểm ngắn mạch IN(kA) IXK(kA) N1 0,6 1,527 N2 0,632 1,524 N3 0,631 1,525 N4 0,61 1,527 N5 0,615 1,528 N 13,25 33,75 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ: 4.3.1 Lựa chọn và kiểm tra máy cắt, thanh dẫn của TPPTT Máy cắt 8DC11 được chọn theo tiêu chuẩn sau : Điện áp định mức : Udm.MC ³ Udm.m=22 (kV) Dòng điện định mức : Idm.MC = 1250A ³ Ilv.max = 2Ittnm = 109,6 (A) Dòng điện cắt định mức : Idm.cắt =25kA ³ IN = 13,25 (kA) Dòng điện ổn định động cho phép : Idm.d = 63kA ³ ixk = 33,75 (kA) Thanh dẫn chọn vượt cấp nên không cần kiểm tra ổn định động 4.3.2 Lựa chọn và kiểm tra máy biến điện áp BU BU được chọn theo điều kiện sau : Điện áp định mức : UđmBU ³Uđm.m = 22 (kV) Chọn loại BU 3 pha 5 trụ 4MS34, kiểu hình trụ do hãng Siemens chế tạo có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng4.3 - Thông số kỹ thuật của BU loại 4MS34 Thông số kỹ thuật 4MS34 Udm(kV) 24 U chịu đựng tần số công nghiêp 1 (kV) 50 U chịu đựng xung 1.2/50 ms(kV) 125 U1dm(kV) 22/ U2dm(kV) 110/ Tải định mức(VA) 400 4.3.3 Lựa chọn và kiểm tra máy biến dòng điện BI BI được chọn theo các điều kiện sau: Điện áp dịnh mức: Udm.B1³ Udm.m=22 (kV) Dòng điện sơ cấp định mức: Chọn BI loại 4ME14, kiểu hình trụ do Siemens chế tạo có các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 4.4 - Thông số kỹ thuật của BI loại 4ME14 Thông số kỹ thuật 4ME14 Udm(kV) 24 U chịu đựng tần số công nghiêp 1 (kV) 50 U chịu đựng xung 1.2/50 ms(kV) 125 I1dm(kA) 5 - 2000 I2dm(kA) 1 hoặc 5 Iôđnhiệt 1s (kA) 80 Iôđđông (kA) 120 4.3.4 Lựa chọn chóng sét van Chống sét van được lựa chọn theo cấp điện áp Udm.m = 22 (kV) Loại chống sét van do hãng COOPER chế tạo có Udm = 24 (kV) , loại giá đỡ ngang AZLP501B24 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN XƯỞNG. Tất cả các trạm biến áp phân xưởng đều đặt hai máy do nhà máy chế tạo Thiết bị điện Đông Anh sản xuất tại Việt Nam.Vì các trạm biến áp này được đặt rất gần trạm phân phối trung tâm nên phía cao áp chỉ cần dặt dao cách ly và cầu chì. Dao cách ly dùng để cách ly máy biến áp khi cần sửa chữa.Cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho máy biến áp . Phía hạ áp đặt aptomat tổng và các aptomat nhánh. Thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng aptomat phân đoạn. Để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm và làm đơn giản việc bảo vệ ta lựa chọn phương thức cho hai máy biến áp làm việc độc lập (aptomat phân đoạn của thanh cái hạ áp thường ở trạng thái cắt). Chỉ khi nào có một máy biến áp gặp sự cố mới sử dụng aptomat phân đoạn để cấp điện cho phụ tải của phân đoạn đi với máy biến áp bị sự cố . 4.4.1. Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly cao áp Ta sẽ dùng một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp để thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt và thay thế. Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau : Điện áp định mức : Udm.MC ³ Udm.m = 22 (kV) Dòng điện định mức : Idm.MC ³ Ilv.max = 2×Ittnm= 109,6 (kA) Dòng điện ổn định động cho phép : idm.d ³ ixk = 8.120 (kA) Hình 2.9 - Sơ đồ trạm biến áp phân xưởng đặt hai máy biến áp Tra bảng PL2.17[TL2] ta chọn dao cách ly 8FG10với các thông số kỹ thuật sau: Bảng 4.5 - Thông số kỹ thuật của dao cách ly 8FG10 Udm(kV) Idm (A) INT (kA) IN max (kA) 24 3150 225 80 4.4.2. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì cao áp Dùng một loại cầu chì cao áp cho tất cả các trạm biến áp để thuận tiện cho việc mua sắm, lắp đặt và sửa chữa. Cầu chì được chọn theo các tiêu chuẩn sau : Điện áp định mức : Udm.CC ³ Udm.m = 22 (kV) Dòng điện định mức : Dòng điện cắt định mức : Idm.cắt ³ IN2 = 13,25 kA ( Vì dòng ngắn mạch trên thanh cái của trạm biến ápB1 có giá trị max) Tra bảng PL2.19 [TL2] ta chọn loại cầu chì 3C1461 do Siemens chế tạo với các thông số kỹ thuật như sau: Bảng 4.5 -1 Thông số kỹ thuật của cầu chì loại 3CJ1461 Uđm (kV) Iđm (A) Icắt min (A) I cắt N (kA) 24 630 432 50 4.4.3. Lựa chọn và kiểm tra áptômát Áptômát tổng, áptômát phân đoạn và các áptômát nhánh đều do Merlin Gerin chế tạo áptômát được lựa chọn theo các điều kiện sau: Điện áp dịnh mức : Udm.A ³ Udm.m = 0.38 kV Dòng điện định mức: Idm.A ³ Ilv max Trong đó : Các trạm biến áp B1, Sdm = 2000kVA Nên Trạm biến áp B2 có Sdm = 1000kVA Nên Chọn aptomat do clipsal chế tạo: Tra bảng PL17[TL2] ta chọn áptômát tổng và áptômát phân đoạn như sau: Bảng 4.6 - Kết quả chọn MCCB tổng và MCCB phân đoạn Tên trạm Loại Số lượng Udm (V) Idm (A) Icắt N (kA) Số cực B1 S4000/3 1 415 4000 90 4 B2 S2000/3 1 415 2000 65 4 Bảng 4.7 - Phụ tải tính toán của các phân xưởng Tên phân xưởng Stt (kVA) SL Itt Loại UĐM (V) IĐM(A) IcắtN (kA P/x cơ khí 450.344 1 684.227 S800/F3 600 800 6 P/x dập 1146.108 1 1741.33 S2000/F3 600 2000 6 P/x lắp ráp số 1 617.535 1 938.247 S1000/F3 600 1000 6 P/x lắp ráp số 2 815.232 1 1328.617 S1600/F3 600 1600 6 P/x Sửa chữa cơ khí 762.534 1 1158.55 S1250/F3 600 1250 6 Phòng thí nghiệm TT 173.795 1 264.054 S400/F3 600 400 6 P/x Chế thử 447.462 1 679.848 S800/F3 600 800 6 Trạm bơm 131.803 1 200.254 225AF 600 225 6 Nhà HC và QL 90.807 1 137.96 NF160-SS 660 160 6 KCS và Kho TP 499.75 1 759.29 S800/F3 600 800 6 Khu Nhà Xe 42.25 1 64.192 100AF 600 100 6 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN TỤ BÙ 5.1 Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT : Nâng cao hệ số công suất Cosφ là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng. Khi có bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất Cosφ của mạch được nâng cao, giữa P, Q và góc có quan hệ như sau: φ = arctg Khi hệ số Cosφ được nâng cao thì đưa đến những hiệu quả sau: Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện. Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện. Tăng khả năng truyền tải của dây và MBA. Các biện pháp giảm tiêu thụ công suất phản kháng của nhà máy có thể chia làm hai loại sau đây: + Giảm mức tiêu thụ phản kháng mà không dùng thiết bị bù. + Giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng bằng cách dùng các thiết bị bù. a/ Biện pháp giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng mà không dùng thiết bị bù: Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất Thay đổi động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn. Giảm điện áp đặt vào đối với động cơ thường xuyên làm việc non tải. Hạn chế động cơ chạy non tải Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ. Nâng cao chất lượng sữa chữa động cơ. Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn. b/ Bù công suất phản kháng bằng các thiết bị bù: Để bù công suất phản kháng ta có thể bù các thiềt bị sau:máy bù động cơ không đồng bộ, tụ điện hoặc động cơ điện đồng bộ, máy phát đồng bộ dùng làm máy bù. Trong nhà máy nước giải khát chương dương là nhà máy cở trung bình,đòi hỏi dung lượng bù không lớn lắm nên ta dùng tụ điện để bù công suất phản kháng. Việc nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là tiết kiệm được điện năng. Đồng thới cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn, giảm tổn thất công suất trong dây dẫn, giảm sụt áp. Lựa chọn phương án bù: Nếu dung lượng của bộ tụ bù nhỏ hơn hoặc bằng15% công suất định mức của máy biến áp cấp nguồn thì sử dụng bù(cố định).Nếu ở mức trên 15% thì nên sử dụng bù điều khiển tự động. Vị trí lắp đặt tụ bù: Bù tập trung : Áp dụng khi tải ổn định và liên tục. Bù nhóm : Áp dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.. Bù riêng : Áp dụng khi công suất động cơ đáng kể so với công suất mạng điện. Do tải của nhà máy có tính ổn định và liên tục nên ta sử dụng bù tập trung, các tụ bù đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động. Ưu điểm của bù tập trung: + Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng. + Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu + Làm nhẹ tải cho máy biến áp,do đó có khả năng phát triển thêm các phụ tải khi cần thiết. 5.2 XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG TỤ BÙ: Dung lượng bù được xác định theo công thức sau: Qbù trong đó: =ứng với hệ số công suất(cos) của phân xưởng =ứng với hệ số công suất(cos) của phân xưởng sau khi chọn hệ số cos = 0.90.95 ta chọn cos =0.92 suy ra tg = 0.426 + Trạm Biến Áp B1 với :Pttnm = 2619 (KW) Qttnm = 2496,5 (KVAr) Sttnm = 3650.476 (KVA) cos= = = 0.717 suy ra tg = 0.972 Suy ra : Qbù = Pttnm × (0.972 - 0.426) =1430 (KVar) Sau khi bù thì công suất phản kháng phân xưởng là: Qttsb = Qttnm – = 2496.5 – 1430 = 1066.5 (Kvar) Hệ số công suất sau khi đặt tụ bù: tg = = = 0.407 suy ra : cos = 0.926 Lựa chọn dung lượng bù: Hiện nay trên thị trường sử dụng các loại tụ của Taiwan, Korea… với các gam (cỡ)như sau: 2; 4, 5; 7,5 ;10 ;15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 35 ; 40 ; 50 ; 60 ;75; 90 ; …400KVAR. Để có thể tinh chỉnh lượng công suất bù, ta lắp đặt tụ bù thành nhiều cấp. Việc điều khiển đóng mở các cấp được thực hiện bởi bộ điều khiển đóng ngắt tụ PFC. Như vậy với lượng công suất phản kháng của nhà máy cần bù là: 1430 (KVAr). Nên ta sử dụng 16 tụ bù mỗi tụ có công suất là (90KVAr) + Trạm Biến Áp B2 với :Pttnm = 1094 (KW) Qttnm = 1043.025 (KVAr) Sttnm = 1527.144 (KVA) cos= = = 0.716 suy ra tg = 0.975 Suy ra : Qbù = Pttnm × (0.975 - 0.426) =600.606 (KVar) Sau khi bù thì công suất phản kháng phân xưởng là: Qttsb = Qttnm – = 1043.025 – 600.606 = 442.419 (Kvar) Hệ số công suất sau khi đặt tụ bù: tg = = = 0.404 suy ra : cos = 0.927 Lựa chọn dung lượng bù: Hiện nay trên thị trường sử dụng các loại tụ của Taiwan, Korea… với các gam (cỡ)như sau: 2; 4, 5; 7,5 ;10 ;15 ; 20 ; 25 ; 30 ; 35 ; 40 ; 50 ; 60 ;75; 90 ; …400KVAR. Để có thể tinh chỉnh lượng công suất bù, ta lắp đặt tụ bù thành nhiều cấp. Việc điều khiển đóng mở các cấp được thực hiện bởi bộ điều khiển đóng ngắt tụ PFC. Như vậy với lượng công suất phản kháng của nhà máy cần bù là: 600.606 (KVAr). Nên ta sử dụng 10 tụ bù mỗi tụ có công suất là (60KVAr). Sơ đồ nối dây máy bù: Khi vận hành máy bù phải đảm bảo điều kiện sau : Tụ điện phải đặt ở nơi khô ráo, ít bụi bặm, không dễ nổ, dễ cháy và không có khí ăn mòn. + Điều kiện nhiệt : Phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không vượt quá + 350C. + Điều kiện điện áp : phải giữ điện áp trên cực của tụ điện không vượt quá 110% điện áp định mức. Khi điện áp của mạng vượt quá giới hạn cho phép nói trên thì phải cắt tụ điện ra khỏi mạng. + Trong lúc vận hành nếu thấy tụ điện bị phình ra thì phải cắt ngay ra khỏi mạng, vì đó là hiện tượng của sự cố nguy hiểm, tụ có thể bị nổ. CHƯƠNG VI: CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT 6.1. CHỐNG SÉT Cột thu sét có nhiều kiểu khác nhau, về cấu tạo gồm có các bộ phận: + Kim thu sét. + Cột gắn kim thu sét. + Dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất. + Bộ phận nối đất. Tiếp sau đó đã có nhiều phương pháp chống sét được phát minh như: đai và lưới thu sét, dây thu sét… Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật và sự đòi hỏi cao về tính bảo đảm an toàn của các công trình nên các phương pháp chống sét hiện đại đã ra đời đó là sử dụng kim thu sét có điện cực phóng xạ hay kim thu sét có điện cực phát xạ sớm. Trên thị trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xạ sớm (ESE) gồm Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hãng EF Carrich System (Thụy Sỹ), Liva(Thổ Nhĩ Kỳ), Dynasphere, Interceptor của hãng Global (Úc)… 6.1.2. Kim thu sét phát xạ sớm: Về cơ bản thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo gồm: Kim thu sét trung tâm bằng Đồng điện phân hoặc thép,hợp kim không gỉ. kim này có tác dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét. Thiết bị tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo, đây là tính năng đặc biệt của đầu thu sét phát xạ sớm. Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao. Tòa nhà BIGEMCO được chọn trang bị hệ thống kim thu sét phát xạ sớm tạo tia tiên đạo Eritech Dynasphere của hãng Global (Úc). 6.1.3. Kim thu sét ERITECH DYNASPHERE Có các đặc tính bao gồm: Công nghệ không sóng radio. Không cần nguồn bên ngoài. Không có các thành phần dịch chuyển. Có thể chọn lựa bán kính đỉnh kim và trở kháng điều chỉnh để hoạt động tối ưu ở các độ cao lắp đặt khác nhau. Đáp ứng chủ động với tia tiên đạo sét đi xuống. a. Nguyên lý hoạt động của ERITECH DYNASPHERE Trong hơn 200 năm, các hệ thống chống sét đã có một ít cải tiến. Tuy nhiên, những nghiên cứu hiện đại và những phương pháp tiên tiến đã dẫn đến những kiến thức mới về quá trình phóng điện của sét, và đạt được nhiều tiến bộ trong mô phỏng các điều kiện điện trường của sét. Hai ý tưởng nổi bật đạt được từ những tiến bộ trên trong quá trình sét đánh và sự hoạt động của kim thu sét: • Các kim thu sét tạo ra nhiều hiệu ứng Corona sẽ thu sét không hiệu quả. • Một kim thu sét hoạt động tối ưu nếu có thể phóng tia tiên đạo đi lên khi điện trường xung quanh đạt đến mức có thể duy trì sự lan truyền của tia tiên đạo. ERITECH DYNASPHERE System 3000 đã được phát triển dựa trên hai ý tưởng trên. DYNASPHERE là một kim Franklin cải tiến với vỏ kim hình bán cầu. Vỏ kim bán cầu này sẽ ghép điện dung với trường điện của tia tiên đạo sét đi xuống. Vỏ kim dẫn điện hình bán cầu này bao quanh một kim được nối đất. Vỏ kim được cách ly với kim nhưng được nối với đất bằng trở kháng biến đổi động theo độ dẫn DC. Kim DYNASPHERE được cách ly với công trình bằng cách sử dụng cột cách ly. Cột cách ly còn cho phép kết nối an toàn cáp dẫn sét ERICORE với kim thu sét. Trong giai đoạn điện trường động của cơn dông, khi tia tiên đạo sét xuống gần, vỏ bán cầu của kim ERITECH DYNASPHERE sẽ tăng điện thế do hiện tượng ghép điện dung. Khi điện thế đủ lớn, một tia hồ quang kích sẽ phóng qua khe hở không khí giữa vỏ bán cầu và kim nối đất. Tia hồ quang kích có 2 tác dụng: • Tạo một số lượng lớn electron cần thiết để khởi tạo tia tiên đạo đi lên. • Tạo sự gia tăng đột ngột điện trường trên đầu kim thu sét, cung cấp thêm năng lượng để khởi tạo tia tiên đạo lan truyền mạnh lên trên. Hai tác dụng trên làm cho việc lan truyền tia tiên đạo được ổn định, đảm bảo việc thu bắt sét được chắc chắn. Kích thước của khe hở không khí được tối ưu hóa sao cho tia hồ quang kích chỉ xuất hiện khi điện trường xung quanh đủ lớn để đảm bảo tia tiên đạo đi lên ổn định và bắt tia tiên đạo đi xuống một cách hiệu quả. Kim ERITECH DYNASPHERE được thiết kế đáp ứng mọi tiêu chuẩn cần thiết cho việc phát tia tiên đạo có thể điều khiển. Ý tưởng “có thể điều khiển” là rất quan trọng bởi nếu phát tia phóng quá sớm sẽ không hiệu quả - điện trường xung quanh sẽ không đủ lớn để biến tia phóng thành tia tiên đạo và do đó tia phóng sẽ ngừng lan truyền. Điều này sẽ tạo ra điện tích không gian và hạn chế khả năng khởi tạo tia tiên đạo tiếp theo. b. Các tính chất của một kim thu sét tối ưu: • Cực tiểu hóa hiệu ứng Corona . • Tia phóng chỉ được phát ra khi điện trường xung quanh đủ lớn để duy trì tia tiên đạo. Cả hai tính chất trên đòi hỏi phải có cấu hình đầu kim dạng tà. Phạm vi bảo vệ của kim thu sét phóng điện sớm: Phạm vi bảo vệ của đầu thu Dynasphere được xây dựng trên phương pháp Collection Volume của tiến sĩ A.J.Eriksow. Phương pháp này được mô tả như sau: Điện tích Q phân bổ dọc theo luồng điện phóng xuống gây sự tăng nhanh điện trường giữa nó và điểm tiếp đất. Khi đạt đến giá trị điện trường tới hạn, điểm tiếp đất phóng một luồng tiếp nhận lên trên. Khoảng cách ở nơi xảy ra sự kiện này gọi là “khoảng cách sét đánh”. Điện trường tới hạn tùy thuộc vào cả điện tích phóng xuống và cả khoảng cách đến điểm tiếp đất. Hình a,cho thấy sự hình thành bán cầu khoảng cách sét đánh xung quanh một điểm tiếp đất đơn độc, điện tích phóng càng lớn khoảng cách này càng lớn. Nếu luồng phóng xuống gần đến chu vi của hình cầu,vận tốc của nó có thể mang nó tiến đến trước để tiếp nhận một luồng điện phóng lên khác. Hình 1: vùng bảo vệ của kim thu sét sớm. Như vậy, có thể có trường hợp luồng điện phóng xuống đi vào trong bán cầu phóng sét mà không có sự tiếp nhận (vì khoảng cách từ tia tiên đạo đến điểm phóng lên khác, nhỏ hơn từ tia tiên đạo đến điểm đang xét). Trong hình b một Parabol giới hạn được đặt trên bán cầu. Đường Parabol này được hình thành trên các yếu tố vận tốc và hoàn chỉnh thể tích thu (Collection Volume). Vậy chắc chắn có sự tiếp nhận bởi một điểm liên hệ trên mặt đất. Xác định vùng bảo vệ của kim thu sét phóng điện sớm dựa trên nguyên lý thể tích hấp thu. Vùng bảo vệ được xây dựng từ một bán cầu phóng điện có bán kính phụ thuộc vào đường Parabol gọi là đường đồng khả năng, giới hạn bán cầu đó. Tùy theo mức bảo vệ công trình, tương ứng với điện lượng hay cường độ sét, mà xác định được các vùng bảo vệ khác nhau: Cường độ sét (KA) Điện lượng (C) Mức bảo vệ 6 0.5 Cao 10 1 Trung bình 15 1.5 Bình thường Kim thu sét Dynasphere được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ của nó phủ khắp các vùng thu sét của các điểm cạnh tranh của cấu trúc (đỉnh nhọn nhô ra, góc nhọn, gờ mái….) hay nói cách khác bán kính bảo vệ Rbv của Dynasphere phải bao trùm các bán kính vùng cạnh tranh Rct của các điểm cạnh tranh. Bán kính vùng bảo vệ tùy thuộc vào độ cao công trình, độ cao thanh đỡ và mức độ bảo vệ: Chiều cao công trình (m) Chiều cao cột đỡ (m) Chiều cao tổng (m) Mức bảo vệ Bình thường Trung bình Cao Dynasphere Interceptor Dynasphere Interceptor Dynasphere Interceptor 5 5 10 72 70 60 58 47 45 10 5 15 92 76 77 63 60 48 15 5 20 100 84 84 70 66 56 20 5 25 116 87 97 72 75 63 25 5 30 120 94 107 78 83 67 30 5 35 120 100 112 83 86 70 35 5 40 120 100 120 92 93 73 40 5 45 120 100 120 92 95 73 50 5 55 120 100 120 92 96 73 60 5 65 120 100 120 92 100 73 70 5 75 120 - 120 - 100 - 80 5 85 120 - 120 - 100 - 90 5 95 120 - 120 - 100 - 100 5 105 120 - 120 - 100 - Bán kính cạnh tranh Rct tùy thuộc vào độ cao H của điểm cạnh tranh: H (m) Rct (m) H (m) Rct (m) H (m) Rct (m) 3 12 14 30 26 37 4 17 16 31 28 38 6 20 18 33 32 39 8 23 20 34 34 40 10 26 22 35 35 41 12 28 24 36 36 42 Hình c: bán kính cạnh tranh của kim thu sét. Tổng quát bán kính bảo vệ của kim thu sét phóng điện sớm được xác định theo biểu thức: Rbv = Ở đây: Rbv : Bán kính bảo vệ của kim thu sét phóng điện sớm (m) h : Chiều cao đặt kim thu sét (m) D: bán kính bán cầu phóng điện (m) D = 10 I: Biên độ dòng sét (KA) : Độ lợi khoảng cách. =106.v. v: Tỷ số giữa tốc độ tia tiên đạo đi lên và tia tiên đạo đi xuống. v : Độ lợi về thời gian và phụ thuộc vào kiểu kim thu sét = (1560) c. Ưu điểm của kim thu sét phóng điện sớm: Kim thu sét phóng điện sớm Kim thu sét Franklin Đặt trên cơ sở kỹ thuật tiên tiến. Bán kính bảo vệ rộng. Dễ dàng lắp đặt trên công trình. Dễ bảo trì bảo quản. Hoạt động hiệu quả và độ tin cậy cao. Không gây mất mỹ quan công trình xây dựng. Dựa trên công nghệ kỹ thuật cách đây hơn 200 năm. Bán kính bảo vệ hẹp. Phức tạp trong việc lắp đặt. Đòi hỏi phải có bảo quản định kỳ. Hoạt động kém hiệu quả và độ ti cậy thấp. Kém mỹ quan. 6.1.4. Dây thoát sét : Dây thoát sét có nhiệm vụ dẫn dòng từ đầu thu sét đến hệ thống nối đất. Dây dẫn sét có 3 dạng chính là dẹp, tròn, hay bện nhiều sợi. Tiết diện thực của chúng phải lớn hơn hoặc bằng 50 mm. Tùy theo điều kiện môi trường và công trình mà các loại dây dẫn được chọn: Dây đồng trần điện phân mạ thiếc có tính dẫn tốt. Dây thép không gỉ dùng trong môi trường ăn mòn cao. Dây nhôm gắn trên công trình bằng nhôm. Có thể dùng cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép của công trình, các vỏ bọc bên ngoài công trình, các ống kim loại, … làm dây dẫn sét (đối với công trình có bảo vệ chống sét cấp 2,3). c Cáp hvsc Cáp đồng M70 Tiết diện đường chéo Số lượng /đường kính mỗi sợi Điện trở 1 chiều của dây dẫn Điện trở 1 chiều của lớp bọc dây dẫn Điện trở cách điện Dòng ngắn mạch có thể chịu được/1s 50 mm2 4/1.38 mm 0.387 W/km 0.448 W/km 1890 MW –km 7.15 kA 70 mm2 34/1.38 mm n/a n/a n/a n/a 6.2. NỐI ĐẤT 6.2.1. Tổng quan về hệ thống nối đất: Mỗi dây dẫn sét phải sử dụng một hoặc hai điểm nối đất. Để tản nhanh dòng sét và giảm thiểu việc quá điện áp trong vùng bảo vệ, hình dáng và kích thước của hệ thống nối đất cùng với giá trị điện trở nối đất phải phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn này. Hệ thống nối đất phải đạt được yêu cầu sau: Hệ thống phải có điện trở nhỏ hơn hay bằng 10 và phải đo trong trường hợp cách ly với các cấu trúc khác. Tổng trở sóng và cảm kháng của hệ thống nối đất phải có giá trị thấp để giảm thiểu ảnh hưởng điện động, làm giảm ảnh hưởng gia tăng điện xảy ra khi có phóng điện, với yêu cầu này, hệ thống nối đất nên sử dụng bằng những cọc và thanh dài. Việc dùng cọc chôn sâu trong lòng đất thì không thuận lợi lắm ngoai trừ đất có điện trở suất cao. Tuy nhiên hệ thống nối đất sẽ có tổng trở sóng cao khi chúng được chôn sâu quá 20m. Trong trường hợp này phải sử dụng một số lớn những cọc đứng và thanh ngang và phải nối chúng với nhau. Tương tự như vậy, Đồng nên được sử dụng làm hệ thống nối đất thay cho thép. Cấu tạo và hình dáng của hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn này giống như tiêu chuẩn NFC15-100. Ngoại trừ những trường hợp không thể thực hiên được, hệ thống nối đất phải đặt bên ngoài công trình. 6.2.2. Các hình thức nối đất: Hình thức và kích thước hệ thống nối đất phụ thuộc vào điện trở suất của vùng nối đất. Điện trở suất của đất có thể đo trực tiếp bằng các thiết bị chuyên dùng hoặc có thể xác định như sau: Khi điện trở suất của đất được xác định, chiều dài của hệ thống nối đất được tính như sau: L = 2/R Trong đó: (m): điện trở suất của đất. R () : điện trở của hệ thống nối đất. L (m) : chiều dài của hệ thống nối đất. Với mỗi dây dẫn sét, hệ thống nối đất ít nhất phải bao gồm: Dây dẫn có tiêt diện và vật liệu giống như dây dẫn sét, chế tạo thành hệ thống chân quạ và được chôn sâu 50 80 cm. Hệ thống cọc đóng thẳng đứng với chiều dài tổng cộng ít nhất là 6m và được sắp xếp bố trí theo đường thẳng hoặc hình tam giác và các cọc cách nhau ít nhất băng chiều dài của thân cọc và được nối với nhau ít nhất 50cm. 6.2.3. Nối đất cho hệ thống chống sét: Nối đất chống sét của tòa nhà được thiết kế gồm hai giếng khoan tiếp địa cách nhau 10m có: Đường kính D = 100 mm Độ sâu L = 30 m Dây thoát sét được nối vào hộp đếm sét gắn trên tường sau đó nối tiếp xuống giếng tiếp địa và gắn với cáp đồng trần có tiết diện 70 mm2 bằng kẹp nối cọc và cáp. Cáp đồng trần nối hai giếng khoan tiếp địa được nối với nhau bằng mối hàn hóa nhiệt. Cáp đồng trần được đưa tới đáy giếng tiếp địa và nối với một cọc thép mạ đồng có đường kính 16 mm và chiều dài 2,4 m cũng bằng một mối hàn hóa nhiệt. Trong giếng khoan tiếp địa có sử dụng hóa chất để làm giảm điện trở đất sao cho điện trở đất trong giếng tiếp địa không vượt quá 10 theo tiêu chuẩn 20TCN 46-84 bộ xây dựng. 6.2.4. Nối đất bảo vệ a. Khái quát về hệ thống nối đất chung cư: Mục đích xây dựng hệ thống nối đất: Chống giật. Chống hỏa hoạn do điện. Cung cấp điện liên tục. Chống quá áp. Chống nhiễu điện. Mỗi sơ đồ đều có ưu điểm và khuyết điểm riêng của nó tùy thuộc hệ thống chung cư mà ta lựa chọn sao cho phù hợp. Để đơn giản về kinh tế cho lắp đặt ta chọn hệ thống bảo vệ theo sơ đồ TN-C-S,tuy nhiên sơ đồ này cũng có nhiều hạn chế. Điều kiện: Sơ đồ TN yêu cầu trung tính phía hạ áp của MBA nguồn, vỏ của tủ phân phối,vỏ của tất cả các phần tử khác trong mạng và các vật dẫn tự nhiên phải được nối đất chung. Đối với một trạm có phần đo lường được thực hiện phía hạ áp, cần có biện pháp cách ly có thể nhìn thấy được ở phía đầu nguồn hạ thế. Dây PEN không bao giờ được cắt trong bất kỳ trường hợp nào.Việc điều khiển và bảo vệ ở các máy cắt mạch trong mạng TN được sắp xếp như sau: Loại 3 cực khi mạch có dây PEN. Loại 4 cực (3 pha + `dây trung tính) khi mạch có dây trung tính riêng biệt với dây PE. Giới thiệu các sơ đồ TN và cách thiết kế Sơ đồ TN Điểm nối sao của nguồn sẽ được nối với tiếp đất. Các bộ phận cần nối đất và vật dẫn tự nhiên của lưới nối với dây trung tính. Một vài phương án của sơ đồ TN là: b. Sơ đồ TN-C (3 pha 4 dây): Đặc tính: Dây trung tính là dây bảo vệ và được gọi là PEN. Sơ đồ này không được phép sử dụng đối với các dây nhỏ hơn 10mm (dây Cu) và 16mm (dây Al) và thiết bị điện cầm tay. Sơ đồ TN-C đòi hỏi một sự đẳng thế hiệu quả trong lưới và nhiều điểm nối đất lặp lại. Các vỏ thiết bị và vật dẫn tự nhiên sẽ nối với dây trung tính. Cách lắp dây PE: dây trung tính và PE được sử dụng chung gọi là dây PEN. Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp sơ đồ có dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn. Có thể ngắt điện trong trường hợp hư hỏng cách điện; Ngắt điện được thực hiện bằng cách CB hoặc cầu chì, RCD (thiết bị chống dòng rò) sẽ không được sử dụng vì sự cố hư hỏng cách điện được coi như ngăn mạch pha-trung tính. Hệ quả: Quá áp: Trong điều kiện bình thường, điểm trung tính, vỏ thiết bị và đất có cùng điện thế. Do hiệu ứng cục bộ của điện cực nối đất, điện thế có thể thay đổi theo khoảng cách đối với điện cực. Do vậy, khi hư hỏng cách điện trung áp, dòng sẽ qua điện cực nối đất của trung tính cuộn hạ và điện tần số công nghiệp sẽ xuất hiện giữa vỏ thiết bị hạ áp và đất ở xa. Độ tin cậy cung cấp điện, nhiễu điện từ và phòng cháy; dòng khi hư hỏng cách điện không được hạn chế bằng điện trở điện cực nối đất và rất lớn(vài KA). Khi hư hỏng cách điện hạ áp,độ sụt áp nguồn, nhiễu điện từ và khả năng hư hỏng(cháy) thường cao. Khi hư hỏng cách điện hạ áp, điện trung tính của tam giác điện áp sẽ dịch chuyển và điện áp giữa pha và vỏ thiết bị sẽ vượt qua điện áp pha-trung tính. Trên thực tế, giá trị 1,45Un thường được tiếp nhận trong tính toán gần đúng(Un-điện áp pha). Dây PEN cần thỏa mãn điều kiện của 2 chức năng và chức năng PE phải được ưu tiên. Sơ đồ TN-C không dùng cho lưới có tiết diện < 10mm (Cu), < 16 mm (Al). Nó cũng không được dùng cho dây mềm kéo di động. Chống cháy: Sơ đồ TN-C không dùng cho những nơi có khả năng cháy nổ cao. Tương hợp điện từ: Khi có dây PEN, dòng do tải không đối xứng chạy qua sẽ tạo nên điện áp rơi và tạo nên các độ lệch điện thế. Do đó sẽ phát sinh dòng điện chạy trong mạch tạo bởi vỏ thiết bị, vật dẫn tự nhiên, cáp đồng trục và các thiết bị thông tin gây nhiễu. Ăn mòn: Sự ăn mòn bắt đầu từ thành phần dòng DC mà dây PEN tải chúng ăn mòn điện cực nối đất. Bố trí bảo vệ chống chạm điện gián tiếp trong sơ đồ có dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn. Tự động cắt nguồn khi có hư hỏng cách điện: CB và cầu chì sẽ đảm bảo việc cắt này. Thiết kế vận hành: Khi dùng CB hoặc cầu chì. Tổng trở nguồn của mạch trước và sau thiết bị cần được xác định khi thiết kế. Tổng trợ này cần được đo sau khi lắp đặt và theo định kỳ. Đặc tính thiết bị bảo vệ sẽ được xác định theo điện trở này. Khi công trình được cung cấp từ 2 nguồn, các đặt tính cắt của CB cần được xác định theo nguồn sử dụng. Bất kỳ sự cải tạo nào của lưới cũng phải kiểm tra điều kiện bảo vệ. c. Sơ đồ TN-S (3 pha 5 dây): Đặc tính: Dây bảo vệ và dây trung tính là riêng biệt. Đối với cáp có vỏ bọc chì, dây bảo vệ thường là vỏ chì. Hệ TNS là bắt buộc đối với mạch có tiết diện < 10mm (Cu) và 16mm (Al) hoặc các thiết bị di động. Cách nối đất: Điểm trung tính của các biến áp được nối đất 1 lần tại đầu vào lưới. Các vỏ kim loại và vật dẫn tự nhiên sẽ được nối vào dây bảo vệ PE, dây này sẽ được nối trung tính biến áp. Bố trí dây PE: Dây PE tách biệt với dây trung tính vá được định kích cỡ theo dòng sự cố lớn nhất có thể xảy ra. Bố trí bảo vệ chống chạm điện. Do dòng sự cố và điện áp tiếp xúc lớn nên: Tự động cắt nguồn khi có hư hỏng cách điện. CB và cầu chì sẽ đảm nhận vai trò này hoặc các RCD Hệ quả: Quá điện áp: Trong điều kiện bình thường, trung tính biến áp và vỏ thiết bị cùng điện thế. Khả năng liên tục cung cấp điện, nhiễu điện từ, phòng cháy thấp. Dây PE không được nối đất lặp lại tránh điện áp rơi và dòng trong dây bảo vệ trong điều kiện vận hành bình thường. Tương hợp điện từ: Trong điều kiện bình thường dây PE không có sụt áp do đó nhược điểm của sơ đồ TNS về vấn đề này. Khi có hư hỏng cách điện, điện áp xung lớn sẽ xuất hiện trên dây PE, tạo nên hiện tượng quá độ như sơ đồ TNC. Sơ đồ: Thiết kế vận hành: Tính toán tổng trở của nguồn và của mạch có kiểm tra bằng đo lường sau lắp đặt và định kỳ sau đó. Xác định điều kiện cắt khi công trình được cấp từ 2 nguồn. Kiểm tra điều kiện bảo vệ khi có sự cải tạo lưới. Sử dụng RCD và dòng tác động 500mA sẽ tránh được hư hỏng về điện cũng như những hư hỏng này xảy ra do hư hỏng cách điện hoặc ngắn mạch qua tổng trở. d. Sơ đồ TN-C-S: Sơ đồ: Sơ đồ TN-C-S là sự kết hợp giữa 2 sơ đồTN-C và TN-S, vì vậy mà ta tận dụng được những ưu khuyết điểm của chúng để bảo vệ an toàn cho chung cư. Khi dùng chung một lưới, sơ đồTN-S luôn sử dụng sau sơ đồ TN-C và điểm phân giữa dây PE khỏi dây PEN thường là điểm đầu của lưới. Từ tủ điện chính đến các tủ phân phối ta sử dụng mạng kiểu TN-C, từ tủ phân phối đến các thiết bị ta sử dụng mạng kiểu TN-S. e. Cách lắp đặt hệ thống nối đất. Ta sẽ chọn sơ đồ TN-C-S nên ta thiết kế hệ thống nối đất trung tính nguồn và nối đất lặp lại Rnđ nguồn 4; Rnđtt 10 Trong đó: hệ số phụ thuộc vào loại đất ,thời tiết điện trở suất tính toán của đất (m) điện trở suất của đất đo được (m) Tùy theo loại đất khác nhau mà ta có khác nhau nó phụ thuộc vào từng mùa trong năm và độ chôn sâu của điện cực vì vậy ta có cách chọn như sau: Khi 300m thì ta sử dụng nối đất tập trung lcọc =2-3m Khi đ lớp trên nhỏ phía dưới là sỏi đá hoặc có đ lớn hơn ta sử dụng nối đất hình tia,chôn sâu từ 0.5-0.8m số tia 4 ,ltia 30m Áp dụng theo công thức sau: ) Khi 700m ta sử dụng hình thức nồi đất mạch vòng hay nối đất hổn hợp Khoảng cách giữa các cọc là a2 chiều dài cọc . Khi điện trở nối đất từ n bộ trở lên Rnd được tính : Với : điện trở nối đất ở tần số công nghiệp điện trở nối đất ở tần số công nghiệp của một bộ phận nối đất hệ số sử dụng tần số công nghiệp. Tính toán nối đất: Ta chọn các thông số sau: Điện trở suất =100m và ta sử dụng nối đất hỗn hợp gồm các dây dẫn nối các cọc (giống nhau) dạng tròn, khoảng cách giữa các cọc a=5m,các cọc được nối với nhau bởi thép dẹt.40 x 4mm ở độ sâu 0,6m. điện trở được tính như sau : Trong đó : d :là đường kính ngoài của cọc: d = 0,95x6 = 5,7 cm. b : bề rộng của thanh thép góc: b = 6 cm. l :chiều dài cọc: lcọc = 2.4 m. t :độ chôn sâu tính từ mặt đất đến giữa cọc t = t0 + = 0,6+ =185(cm). Từ đó ta tính được điện trở của một cọc: Dự kiến đặt 10 cọc được chôn thành mạch vòng cách nhau 5m Với tỉ số = tra bảng phụ lục giáo trình cung cấp điện ta có ksdcọc = 0,69 Điện trở khuếch tán của 10 cọc là : Thanh nối có chiều rộng 4cm được chôn sâu 0,8m và được nối qua 10 cọc, vậy chiều dài của thanh nối là 50m Điện trở khuếch tán của thanh được tính như sau: l:chiều dài mạch vòng l=6m b: chiều rộng thanh nối,b=5cm t chiều sâu chôn thanh nối,t=0,6m R’t=1.97 tra bảng ta có hiệu suất sử dụng thanh nối ksd=0,4 Vậy: Điện trở nối đất của hệ thống là : Trị số này thõa mãn Rnđ,vậy hệ thống nối theo thiết kế thõa mãn yêu cầu. f. Sơ đồ lắp đặt g. Cách lắp đặt. Một phương pháp khá hiệu quả để đạt được nối đất điện trở thấp là chôn dây dẫn theo dạng vòng khép kín vào bên dưới đất ở cuối hố đào móng nhà. Điện trở R của một điện cực như thế(trong đất thuần nhất), tính bằng ôm,sẽ bằng: Trong đó: L = chiều dài của dây dẫn chôn dưới đất,tính bằng mét = điện trở suất của đất tính bằng ôm-mét Cần lưu ý tránh hiện tượng ăn mòn,nhất là ở những nơi mà các kim loại không cùng loại được chôn rất gần nhau. Điện cực nối đất có trở kháng thấp sẽ cải thiện đáng kể mức độ bảo vệ hệ thống điện khỏi những ảnh hưởng điện từ bên ngoài,và đặc biệt trong trường hợp quá điện áp do sét đánh. Tuy nhiên,việc bảo vệ tòa nhà khỏi bị sét đánh trực tiếp đòi hỏi những cuộc nghiên cứu mang tính chuyên nghiệp,ngoài phạm vi thảo luận ở đây. Chất lượng của điện cực nối đất( điện trở càng thấp càng tốt) về cơ bản phụ thuộc vào 2 yếu tố: Phương pháp lắp đặt. Tính chất của đất. h. Phương pháp lắp đặt Có các kiểu lắp đặt điện cực đất phổ biến. Điện cực loại day dẫn tạo thành vòng khép kín bên dưới và dọc theo chu vi tòa nhà sắp xây. Dây dẫn có thể là: Cáp trần bằng đồng hoạc nhiều sợi 25mm2 Cáp thép không rỉ hoặc nhiều sợi 35mm2 Cáp thép mạ. Đồng là chất liệu đắt tiền nhất, xong cũng phù hợp nhất,xét về tính ăn mòn. Không nên dùng kết hợp nhiều chất liệu trong cùng loại đất,vì pin cơ sở (như đồng/kẽm) tạo thành trong “chất điện phân” của đất sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn. Trong trường hợp vừa nêu trên,kẽm thay thế cho đồng,kết quả là dây dẫn bằng thép không bọc (ăn mòn) có điện trở tiếp xúc từ bề mặt tới mặt đất cao. i. Thanh nối đất: Thanh nối đất thẳng đứng thường được dùng ,nhằm cải thiện (tức giảm điện trở của) điện cực nối đất. Các thanh nối đất có thể là: + Đồng hay phồ biến hơn là đồng phủ thép. Dài 1m hoặc 2m và có 2 đầu xoắn ốc. + Ống thép mạ có đường kính 25mm,chiều dài 2m.Thông thương chúng ta cần dùng nhiều thanh. Tổng trở khi đó bằng với điện trở của một thanh chia cho tổng số thanh hiện có. l 3m Điện trở xấp xỉ là = Nếu khoảng cách các thanh >4L với L chiều dài của thanh (m) điện trở suất của đất () N tổng số thanh Tài liệu tham khảo: Cung cấp điện – tác giả: Nguyễn Xuân Phú ( NXB khoa học & kỹ thuật). 2. Hướng dẫn thiết kế - lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC tác giả Scheider ( NXB khoa học và kỹ thuật). Hệ thống điện truyền tải và phân phối – tác giả: Ngô Văn Hiến (NXB Đại học quốc gia TP.HCM). Và các nguồn tài liệu và các giáo trình khác.