Giáo trình Cung cấp điện mỏ: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Cung cấp điện mỏ tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: mạng điện xí nghiệp; mạng điện; chiếu sáng xí nghiệp mỏ; cung cấp điện một chiều; lựa chọn các thiết bị đóng cắt và bảo vệ; các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện xí nghiệp;... Mời các bạn cùng tham khảo!

138

PHẦN II MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP

Chương 5 MẠNG ĐIỆN 5.1 Phân loại mạng điện

5.1.1 Phân loại mạng điện

Có 3 cách phân loại sau:

- Theo cấp quản lý người ta chia ra các mạng sau:

- Theo cấp điện áp có thể chia thành:

Mạng hạ thế, mạng trung thế, mạng cao thế, mạng siêu cao thế và mạng cực cao Ngoài ra cũng có thể phân thành mạng đường dây trên không, mạng cáp, mạng một chiều, mạng xoay chiều v.v…

5.2 Sơ đồ cung cấp điện

139

Sơ đồ hình tia là sơ đồ mà ở đó điện năng từ nguồn cung cấp truyền thẳng đến các trạm biến áp phân xưởng Nguồn cung cấp có thể là trạm biến áp chính, trạm phân phối hay nhà máy điện tự dùng

Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau Độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ vận hành và bảo quản Nhược điểm là vốn đầu tư lớn Do vậy nó được dùng để cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại I, II

Hình 5.1 Sơ đồ cung cấp điện hình tia

- Cung cấp điện theo sơ đồ mạch vòng kín (Hình 5.2)

Hình 5.2 Sơ đồ cung cấp điện mạch vòng kín

Trong chế độ vận hành bình thường thì vòng sẽ được hở ra tại một trạm nào đó phía cao áp mỗi phụ tải được lấy trên các phân đoạn 6 kV khác nhau Khi sự cố một

35110kV

6-10kV

140

nhánh các phụ tải cần thiết sẽ chuyển sang lấy điện ở phân đoạn 6 kv còn lại Sơ đồ này thường dùng cung cấp điện cho các hộ dùng điện loại II,III ở các mỏ lộ thiên

- Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính (Hình 5.3)

Hình 5.3 Sơ đồ cung cấp điện với đường dây kép chính

Ở sơ đồ này mỗi trạm được trang bị tối thiểu 2 máy biến áp, thanh cái phân đoạn

ở cả 2 cấp điện áp hoặc chỉ ở thanh cái điện áp thấp, đồng thời được cung cấp từ hai đường dây chính

5.2.2 Mạng điện áp thấp

Thường sử dụng các sơ đồ nối dây chính sau:

Sơ đồ hình tia: (Hình 5 4, a,b)

a) Cung cấp điện cho b) Cung cấp điện cho

các phụ tải tập trung các phụ tải phân tán

Hình 5.4 Sơ đồ hình tia

141

- Sơ đồ dạng phân nhánh (sơ đồ dạng trục chính) (Hình 5.5 a, b)

Hình 5.5 a Sơ đồ phân nhánh có thanh cái

Hình 5.5 b Sơ đồ phân nhánh máy biến áp - trục chính Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, thì có nhiều điểm tiêu thụ hay nhiều điểm phân phối được cung cấp từ các vị trí khác nhau trên trục chính này

5.3 Tính toán tổn thất điện áp trong mạng điện

Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ thì mỗi phần tử của mạng điện do có tổng trở đều gây nên tổn thất công suất và tổn thất điện áp

5.3.1 Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có một phụ tải tập trung

Giả thiết mạng điện làm việc ở chế độ đối xứng, do đó ta có thể tách một pha ra

để nghiên cứu Trên hình vẽ biểu diễn một đường dây có tổng trở Z = R+j X[] và một

6/0,4kV

2 dm

U

XQR

Uđm- điện áp định mức của lưới điện (kV)

Yêu cầu: phải đảm bảo đường dây làm việc bình thường, tức là:

U%  Ucp% 5.3.2 Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có nhiều phụ tải tập trung

i , cos

x Q r P U

i i i i dm

xQrP

U2 1

.100

1

Trong đó:

Pi , Qi- công suất chạy trên đoạn thứ i [kW, kVAR];

ri, xi - điện trở và điện kháng của đoạn dây thứ i []

Uđm- điện áp dây định mức của lưới điện[kV]

Nếu tính tổn thất điện áp không xuất từ dòng điện chạy trên đường dây (I1, I2, ,

In) mà theo dòng điện phụ tải: i1, i2, , in thì ta sẽ được:





n i

i i i i dm

XqRp

U2 1

.100

1

Trong đó:

pi , qi - Công suất của phụ tải tại điểm đấu thứ I, (kW, kVAR);

Ri, Xi - Điện trở và điện kháng của đường dây kể từ đầu nguồn đến điểm thứ I, ();

Uđm- điện áp dây định mức của lưới điện, (kV)

5.3.3 Trường hợp đặc biệt

Nếu đường dây đồng nhất: tức là đường dây có các đoạn dây dẫn cùng loại, cùng tiết diện, cùng cách lắp đặt (có r0, x0 như nhau) Khi đó tổn thất điện áp trên sẽ là:

144

U

3 100

3 i

cos U 3

10 p

 ; (5.10)

cos U

10 10

tb

2 dm

2 3

nếu: điện trở và điện kháng (r0,x0) trên một đơn vị chiều dài của dây dẫn, (/km);

pi - Công suất của phụ tải thứ i, (kW);

Li - Chiều dài dây dẫn từ đầu nguồn đến phụ tải thứ i, (km);

Uđm - điện áp dây định mức, (kV)

Thì ta có:

cos

100

1

2

tb dm

cos P

145

.100

1

2 dm

5.3.4 Tổn thất điện áp trên đường dây 3 pha có phụ tải phân bố đều

Trong thực tế ta có thể gặp một số đường dây có phụ tải phân bố đều (như hình vẽ)

Hình 5.8 Với phụ tải S0 phân bố đều (S0=S/L) thì tổn thất điện áp trên đường dây là:

dm

U.2

X.QR.P

Từ đây ta có nhận xét là: Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều

sẽ bằng một nửa tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung ở cuối đường dây

Nếu trên đường dây chỉ có những đoạn mà phụ tải phân bố đều (như hình vẽ)

Hình 5.9

Khi đó, ta có thể coi các phụ tải phân bố đều tương đương với một phụ tải tập trung đặt tại điểm giữa các đoạn có phụ tải phân bố đều và có trị số bằng tổng các phụ tải tập trung

2 dm

Nếu thay: r0=1/ .F với  = 1/  - gọi là điện dẫn xuất của vật liệu làm dây dẫn

Đối với vật liệu bằng đồng cu = 53,4, (m/.mm2);

Đối với vật liệu bằng nhôm Al = 31,5, (m/.mm2);

F- tiết diện của dây dẫn mm2;

= M - gọi là mô men phụ tải, (kW.m)

5.3.6 Tổn thất điện áp trong máy biến áp

Tương tự như trường hợp tính tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải tập trung, tổn thất điện áp trong máy biến áp là:

UT% =

100

1

2 dm

U

XQR

R, X - là điện trở và điện kháng của máy biến áp []

5.4 Tính toán tổn thất công suất trong mạng điện

Tổn thất công suất gây ra tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, làm tăng giá thành truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém

5.4.1 Tổn thất công suất trên đường dây có một phụ tải tập trung

Hình 5.10 Giả sử có một đường dây AB có tổng trở Z = R+j X dùng để cung cấp cho một phụ tải tập trung có công suất (P,Q) và hệ số công suất cos

P,Q

2

2 2 2

S

2

2 2 2

Trong đó:

P- tổn thất công suất tác dụng, (MW);

Q- tổn thất công suất phản kháng, (MVAR);

S - công suất biểu kiến truyền tải trên đường dây, (MVA);

U- điện áp định mức của lưới điện, (kV);

R, X- tương ứng là điện trở tác dụng và điện kháng của đường dây, ()

b Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều

Hình 5.11 Khi tính toán tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều, ta thay phụ tải phân bố đều bằng một phụ tải tập trung đặt ở 1/3 đường dây tính từ nguồn

5.5 Tổn thất công suất trong máy biến áp

Tổn thất công suất trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất trong lõi thép hay tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn hao đồng)

 S   S0   Scu Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng tổn thất không tải

dl

I

I 0

P0 -tổn thất công suất tác dụng không tải;

Tổn thất công suất trong máy biến áp khi mang tải là định mức:

Tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi tải là định mức:

Upk%- thành phần điện áp phản kháng của điện áp ngắn mạch, %

Đối với máy biến áp có công suất Sđm  1000 kVA do xba  rba thì tổn thất công suất phản kháng định mức trong dây quấn máy biến áp được xác định:

Khi đó tổn thất trong các cuộn dây là:

Tổn thất điện áp dẫn đến điện áp tại các hộ tiêu thụ bị giảm thấp quá, ảnh hưởng đến chất lượng điện

Tổn thất điện năng trên đường dây và trong máy biến áp

Tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên đường dây đựơc xác định như sau:

Trong đó:

Pdd- là tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây với phụ tải tính toán  - thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất

Tổn thất điện năng trong máy biến áp:

Đối với trạm biến áp có một máy biến áp thì tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

AT = P0.t + Pk(

dm

pt S

S max

Nếu máy biến áp làm việc liên tục trong một năm t =8760h;

Đối với trạm biến áp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song thì tổn thất điện năng đựợc tính theo công thức:

S

)2., [kW.h]; (5.30) với t- thời gian vận hành thực tế của máy biến áp, h;

Nếu bình thường máy biến áp luôn đóng vào mạng thì t = 8760 h

Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi số lượng máy biến áp tuỳ theo mức phụ tải (như hình vẽ) lúc ấy tổn thất diện năng của trạm trong một năm được xác định:

AT = P0.



m i i

itn

Ở đây: số máy biến áp làm việc trong thời gian ti

Hình 5.12 5.7 Các phương pháp lựa chọn các dây dẫn, cáp trong mạng điện

Dây dẫn và cáp thường được chọn theo 2 điều kiện chủ yếu sau đây:

Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dòng nung nóng cho phép

Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Khi lựa chọn dây dẫn và cáp có thể dựa vào một trong 2 điều kiện trên và kiểm tra theo điều kiện còn lại Ngoài ra, còn có thể chọn dây dẫn và cáp theo mật độ dòng điện kinh tế của mạng điện

151

5.7.1 Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện dòng nung nóng cho phép

Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn hoặc dây cáp thì dây dẫn sẽ bị nóng nên, nếu nhiệt độ của dây dẫn hoặc cáp quá cao có thể làm cho chúng bị hư hoặc giảm tuổi thọ Mặt khác, độ bền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống Do vậy nhà chế tạo qui định nhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn và cáp

Do đó tiết diện dây dẫn và cáp được chọn phải thoả mãn điều kiện sau:

k1.k2.Icp  Ilvmax (5.32) Trong đó:

Ilvmax - Dòng làm việc cực đại của dây dẫn.;

Icp - Dòng cho phép ứng với dây dẫn chọn;

k1- Là hệ số kể tới nhiệt độ môi trường làm việc của dây dẫn và cáp khác với nhiệt

độ tiêu chuẩn +250C và mặt đất là +150C;

k2- Là hệ số kể tới số lượng cáp đặt cùng trong một rãnh

Dòng điện cho phép Icp là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua dây dẫn trong thời gian không hạn chế và không làm cho nhiệt độ của nó vượt quá trị số cho phép

5.7.2 Lựa chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Đối với mạng trung và hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải điện nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng

Vì vậy người ta lấy điều kiện tổn thất điện áp làm điều kiện đầu tiên để chọn tiết diện dây dẫn và cáp Sau đó kiểm tra lại theo điều kiện dòng nung nóng cho phép Điều kiện tổn hao điện áp cho phép là:

Trong đó:

152

Ucp% - Tổn thất điện áp cho phép (5% hoặc 2,5% tuỳ thuộc vào loại phụ tải) Umax% - Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng

5.7.2.1 Xác định tiết diện dây dẫn khi toàn bộ đường dây cùng một tiết diện

ta xét một mạch điện đơn giản như hình vẽ:

i i i i dm

x Q r P U

LprU

dm

n i i i dm

n i i i

,

1

0 1

153

U” =

dm

n i i i

U

lQ

1

0

Giá trị điện kháng trên một km đường dây x0 nói chung ít thay đổi dù dây lớn hay

bé (x0= 0,3  0,43 /km) Do vậy có thể lấy một trị số trung bình nào đó để tính toán

U” Đối với đường dây trên không thì x0 trung bình có thể lấy bằng 0,4 /km, còn đối với đường dây cáp thì x0 = 0,07 /km

Trị số tổn thất điện áp cho phép Ucp từ nguồn đến phụ tải xa nhất đã cho theo yêu cầu của mạng điện Do vậy ta tính U’ theo công thức:

biết:

dm

n 1 i

i i 0 '

U

L p r

U







 thay r0 =1/F với  - điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn

Do vậy, ta tính được tiết diện F như sau:

dm '

n 1

U U

l.

P F

Khi xây dựng đường dây cùng một tiết diện trên toàn bộ chiều dài của nó sẽ đưa đến việc sử dụng một khối lượng kim loại màu lớn Do đó, nếu thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là lớn, thì đối với mạng điện trung và hạ áp ta nên chọn dây dẫn theo mật độ dòng không đổi Lúc đó tổn thất công suất và điện năng sẽ bé nhất

Ta biết: U’ = Ucp - U”,V

Cho x0 một giá trị tuỳ ý trong khoảng giá trị của nó, ta tính được thành phần tổn thất U” theo công thức:

U” =

dm

n i i i

U

lQ

1

0

, Với đường dây có hai phụ tải như trên ta có:

2

2 2 2 1

1 1 1 '

' '

.

cos 3

cos 3

F

l I F

l I U

cos1, cos2- là hệ số công suất trên đoạn oa và ab của mạng đang xét

Ta có định nghĩa về mật độ dòng điện J = I/ F, các đoạn dây đều chọn theo mật

độ dòng điện không đổi, nên ta có:

2

2 1

1

F

IF

155

Từ đây ta rút ra được:

' cos cos

3

U J

l

UJ

1

'

cos 3

li và cosi - là chiều dài và hệ số công suất của đoạn thứ i;

Từ đây, ta xác định được tiết diện của đoạn dây dẫn thứ i cần chọn là:

Cuối cùng, ta tra bảng chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất và bé hơn với tiết diện tính toán và kiểm tra lại theo điều tổn hao điện áp cho phép, nếu không thoả mãn ta cần tăng tiết diện của dây dẫn nên một cấp

5.7.2.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phí tổn kim loại màu ít nhất

Khi xây dựng một đường dây, để hợp lý ta nên chọn mỗi đoạn một tiết diện khác nhau, tất nhiên phải đảm bảo được tổn thất điện áp trên đường dây đó phải bé hơn tổn thất điện áp cho phép Do vậy ta sẽ giảm được tiêu tốn khối lượng kim loại màu

Xét đường dây cung cấp cho hai phụ tải a,b như hình vẽ:

1 1 oa

U U

l.

P F

2 2 ab

U U

l.

P F





2 2

U U U

oa

2 1 1

l.

P U

l.

P U

2 1

.

3

oa oa

l P U

l P U

1 1 2 2

' dm

2

U.U

1

U.U

157

Dựa vào tiết diện tính toán, tra bảng tiết diện tiêu chuẩn, đối với dây dẫn đầu do công suất truyền tải lớn nên chọn tiết diện gần nhất lớn hơn tiết diện tính toán còn đối với đoạn dây dẫn cuối nguồn nên chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn tiết diện tính toán cuối cùng, cần kiểm tra xem tổn thất điện áp trên đường dây có bé hơn tổn thất điện

áp cho phép không

5.7.3 Tính toán mạng cáp hạ áp khu vực

Việc tính toán mạng cáp cho khu vực hạ bao gồm các công việc sau:

Tính chọn cáp để đảm bảo theo điều kiện dòng nung nóng cho phép, điều kiện độ bền về cơ học, điều kiện tổn hao điện áp cho phép Sau đó kiểm tra theo điều kiện khởi động của động cơ có công suất lớn nhất và xa nhất

Chọn mã hiệu cáp để đảm bảo điều kiện vận hành an toàn trong môi trường tuỳ theo mỏ Đối với cáp cao áp 6kv ngoài việc chọn tiết diện và mã hiệu cáp đảm bảo các điều kiện trên còn cần chọn thêm theo hai điều kiện nữa:

Lựa chọn cáp theo điều kiện kinh tế;

Lựa chọn cáp theo điều kiện ổn định nhiệt

5.7.3.1 Lựa chọn cáp theo điều kiện theo điều kiện dòng nung nóng cho phép Điều kiện chọn tương tự như ở phần lựa chọn dây dẫn và cáp

Vì mỗi một tiết diện của cáp chỉ có thể đảm bảo được điều kiện vận hành an toàn với điều kiện có một dòng điện nhất định đi qua Nếu chọn cáp không đúng dòng vượt quá giá trị định mức sẽ không đảm bảo điều kiện dòng nung nóng tức là cáp sẽ chóng bị già hoá cách điện làm giảm tuổi thọ, còn chọn dòng quá nhỏ sẽ không thoả mãn điều kiện kinh tế

Trong một số trường hợp dòng tính toán được tính như sau:

Khi đường dây cung cấp cho một phụ tải thì dòng tính toán được lấy bằng dòng định mức của phụ tải:

158

Itt = Iđm =

dm dm

dm

dm U

P



 cos

3

10 3

,A (5.52) Trong đó:

Pđm- công suất định mức của phụ tải [kW];

Uđm- điện áp định mức của mạng [V];

d - hiệu suất định mức của phụ tải;

cos - hệ số công suất của phụ tải;

Khi đường dây cung cấp cho nhiều phụ tải

Itt =

tb dm

dmi yc

U

P k



cos 3

10

costb - hệ số công suất trung bình của các phụ tải

5.7.3.2 Tính toán mạng điện theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép

Trong quá trình làm việc nếu điện áp trên các cực của phụ tải (MBA, động cơ điện, thiết bị chiếu sáng …) sai lệch quá nhiều so với định mức, sẽ ảnh hưởng đến khả năng làm việc

Trong ngành công nghiệp mỏ, phụ tải điện chủ yếu là các động cơ không đồng bộ, chúng rất nhạy với sự dao động của điện áp Vì mô men quay tỉ lệ với bình phương của điện áp Khi tăng điện áp so với định mức, công suất phản kháng của động cơ không

Trong thực tế vận hành, việc đảm bảo giá trị định mức trên cực phụ tải là khó có khả năng hoặc không hợp lý về kinh tế, vì thế trong mạng điện hạ áp độ lệch điện áp cho phép trên cực phụ tải là + 10% và - 5% so với định mức Từ đó tổn hao điện áp cho phép trong mạng hạ áp (từ máy biến áp đến cực phụ tải) là:

Ucpm = Uđba - 95% Uđm (5.54) Trong đó:

Uđba - điện áp định mức phía thứ cấp của máy biến áp khi không tải, với mạng điện 380V thì:

Ucpm = 400 - 0,95.380 = 39V 5.7.3.3 Tính mạng theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép lúc làm việc bình thường

Trạng thái làm việc bình thường của mạng được xem là trạng thái tất các phụ tải đang làm việc bình thường mà không ở trong chế độ khởi động

Điều kiện tổn hao điện áp cho phép trong mạng là:

Trong đó:

Uba - tổn thất điện áp trong MBA, V;

Ucc - tổn thất điện áp trong cáp chính, V;

Ucm - tổn thất điện áp trong cáp mềm, V;

160

Ucp- tổn thất điện áp cho phép trong mạng, V;

Ucp= 5%.Uđm

Uđm- điện áp định mức của phụ tải, V

Tổn hao điện áp trong MBA được xác định:

Uđtc - Điện áp định mức phía thứ cấp của MBA khi không tải ;

Uba% -Tổn hao điện áp phần trăm trong máy biến áp;

Uba% = (ua costb+up.sintb), (5.57)  - là hệ số mang tải của máy biến áp, ( = Stt/Sđm);

ua = (Pn/Sđm).100% - thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch máy biến áp;

Pn - tổn hao công suất ngắn mạch của MBA khi tải định mức, kW;

Sđm - công suất định mức của máy biến áp, kVA;

Un - điện áp ngắn mạch của máy biến áp, %;

costb - hệ số công suất trung bình thực tế của các phụ tải đấu vào MBA

Từ đó ta có:

Ucc+ Ucm= Ucp- Uba (5.58)

161

Thông thường chọn tiết diện cáp mềm Scm cung cấp cho động cơ có công suất lớn nhất và xa nhất theo điều kiện dòng nung nóng cho phép hoặc theo điều kiện độ bền về

cơ học

Từ đó tổn hao trong cáp mềm được xác định như sau:

Ucm = 3.Iđc(rcm.cosđc + xcm.sinđc ), (5.59) Nếu bỏ qua điện kháng của đường dây:

Ucm =

dc cm

cm dc S

L P



 .

10

; (5.60) Trong đó:

Iđc - dòng định mức của động cơ, A;

Lcm- chiều dài của đoạn cáp mềm, m;

đc- hiệu suất của động cơ;

 = 1/  - điện dẫn suất của vật liệu làm lõi cáp, đối với cáp lõi đồng trong mỏ hầm lò lấy: cu= 50 m/mm2

Tổn hao điện áp cho phép trên đường cáp chính, được xác định:

Ucc= Ucp- Uba - Ucm (5.61) Trên hình vẽ là sơ đồ tính toán mạng hạ áp theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép

Hình 5.21

U ba

162

Do đó tiết diện của cáp chính được xác định theo biểu thức:

cc dm

cc dmi yc

cc

U U

L P k k S



.

10

 , mm2 (5.62)

Trong đó:

k - hệ số kể đến điện kháng của cáp;

kyc- hệ số yêu cầu của các phụ tải nối vào đường cáp chính;

Pđmi- tổng công suất định mức của các phụ tải đấu vào đường cáp chính, kW;

Lcc- chiều dài của đường cáp chính, m

Như vậy tổn hao điện áp thực trên đường cáp chính được xác định:

cc dm

cc dmi yc

cc

S U

L P k k U

.

10





Tổn hao điện áp trên đường cáp mềm lúc này được xác định:

Với giá trị Ucm sẽ xác định được tiết diện của cáp mềm, ví dụ của phụ tải thứ i nào đó:

Scmi =

cm dm

cmi dci U U

L P



10

Từ đó chọn được tiết diện của cáp mềm cho các phụ tải còn lại

Theo điều kiện vận hành, tiết diện của cáp trong mỏ hầm lò không được vượt quá

120 mm2 Vì thế nếu Scc  120 mm2 thì chọn tiết diện cáp chính là tối đa và xác định chiều dài cho phép của cáp chính, nghĩa là xác định được bước dịch chuyển của trạm biến áp di động theo công thức:

10

.

.

dmi yc

cc dm cc cc

P k

k

U U S

163

5.7.3.4 Kiểm tra mạng cáp theo điều kiện mở máy

Khi đấu trực tiếp động cơ rô to lồng sóc vào mạng, dòng mở máy đạt tới 5  7 lần dòng định mức, do đó tổn hao điện áp trong máy biến áp và trong mạng có thể đạt tới giá trị lớn, điện áp còn lại trên cực của động cơ không đủ để động cơ tăng tốc và có thể dừng cưỡng bức các động cơ khác đang làm việc, nghĩa là tạo ra trạng thái ngắn mạch của các động cơ Ngoài ra, nếu điện áp giảm quá thấp các tiếp điểm của công tắc tơ trong thiết bị điều khiển mở ra, dẫn đến động cơ ngừng làm việc

Như vậy việc kiểm tra mạng theo điều kiện mở máy là đảm bảo cho động cơ rotor lồng sóc có công suất lớn nhất và xa nhất mở máy được trong khi tất cả các động cơ còn lại đang làm việc bình thường

Để động cơ mở máy được thì mô men mở máy thực tế trên trục của động cơ phải thoả mãn điều kiện:

Trong đó:

Mm min - Mô men mở máy tối thiểu cần thiết để động cơ mở máy được

Mô men mở máy thực tế của động cơ phụ thuộc vào điện áp trên cực, và được xác định:

Mmt = Mmđ 22

dm

m U

U

(5.68) Trong đó:

Mmđ - mô men mở máy định mức của động cơ;

Um - điện áp thực tế trên cực động cơ khi mở máy;

Uđm- điện áp định mức của động cơ

Như vậy điều kiện mở máy là:

164

Mmđ 22

dm

m U

Trong đó:

a - được lấy theo đặc tính kỹ thuật của động cơ;

k = 1 1,2 (đối với máy khấu than);

k = 1,2 1,5 (đối với máng cào);

k = 1,2 1,4 (đối với băng truyền);

k = 1,2 1,3 (đối với tời trục);

k = 0,5 0,6 (đối với quạt và bơm)

Như vậy điều kiện kiểm tra mạng là:

Utcđ- (Ubam+ Uccm+ Ucmm ) Um.min (5.71) Trong đó:

Ubam- tổn hao điện áp trong máy biến áp khi động cơ rôtor lồng sóc có công suất lớn nhất và xa nhất mở máy, các động cơ khác làm việc bình thường

Uccm- tổn hao điện áp trên đường cáp chính khi động cơ rôtor lồng sóc có công suất lớn nhất và xa nhất mở máy, các động cơ khác làm việc bình thường

Ucmm- tổn hao điện áp trên đường cáp mềm khi động cơ mở máy

165

Cần lưu ý rằng đường cáp chính và cáp mềm đấu điện đến cho động cơ đang được kiểm tra theo điều kiện mở máy

Tổn hao điện áp trong máy biến áp khi mở máy:

Ubam = Uba

Uba- tổn hao điện áp trong MBA lúc làm việc bình thường, V

Iba - dòng thứ cấp MBA lúc làm việc bình thường, được xác định từ biểu thức sau:

Iba =

tb dm

3 dmi yc

cos.U.3

10.P.k

m dcm

tb

' ba

2 m dcm

Iđcm - dòng mở máy của động cơ

Vì điện áp trên cực của động cơ mở máy chưa biết, nên dòng Iđcm chưa thể xác định được để tính toán ta giả thiết động cơ mở máy với điện áp tối thiểu Ummin, do đó:

Imđ - dòng mở máy định mức của động cơ, A

Tổn hao điện áp trong đường cáp chính khi mở máy, được xác định theo biểu thức:

Ucc.m = 3.Icc.m(rcc.coscc.m + xcc.m.sincc.m ), V (5.77)

Trong đó:

Icc.m- dòng qua cáp chính khi mở máy, được xác định tương tự như đối với Ibam

Trong trường hợp MBA cấp điện cho toàn bộ phụ tải chỉ qua một đường cáp chính thì:

Icc.m= Ibam coscc.m- hệ số công suất của các phụ tải nối vào cáp chính khi mở máy

coscc.m=

m ba

tb ba

m m

dc

I

I I

.

'

Tổn hao điện áp trên đường cáp mềm khi mở máy được xác định:

Ucm.m = 3.Iđc.m(rcm.cosm + xcm.sinm ), V (5.79)

Nếu sau khi tính kiểm tra mà không đảm bảo điều kiện khởi động của động cơ

thì cần tăng tiết diện của cáp hoặc cần sử dụng giải pháp khác

5.8 Một số các ví dụ

Ví dụ 1: Xác định tiết diện lõi cáp cách điện bằng giấy tẩm dầu 10kV, cung cấp điện cho

một phụ tải có dòng điện tính toán 78A Dây dẫn nhôm, đặt trong đất với nhiệt độ đất là

+200C

Cáp nhôm tiết diện 25mm2 đã chọn là thoả mãn điều kiện phát nóng

Đối với mạng điện điện áp dưới 1kV được bảo vệ bằng cầu chì và áp tô mát, để thoả mãn điều kiện phát nóng, dây dẫn và cáp cũng được chọn theo điều kiện phát nóng nhưng phải phối hợp với thiết bị bảo vệ theo điều kiện sau:

Nếu bảo vệ bằng cầu chì:



 dc cp

II

Trong đó:

Idc - Dòng điện định mức dây chảy cầu chì;

 - Hệ số, phụ thuộc đặc điểm của mạng điện, với mạng động lực

 =3, mạng sinh hoạt  =0,8

Nếu bảo vệ bằng áp tô mát:

; 5 , 1

kdnhiet cp

kddientu cp

168

Ví dụ 2: Chọn cáp bốn ruột, lõi nhôm cung cấp cho bảng phân phối 380/220V Biết dòng điện tính toán tổng của bảng phân phối điện là 242A, đường dây được bảo vệ bằng cầu chì có dòng điện định mức dây chảy Idc =260A

Bài giải:

Tiết diện cáp được chọn theo các điều kiện sau:

A873

260I

I dc





Tra bảng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện 120mm2 với Icp=270A

Ví dụ 3: Hai phụ tải A và B được cấp điện xoay chiều ba pha bằng đường dây trên không, điện áp định mức Uđm =10kV Dây dẫn bằng nhôm trần, lắp đặt trên ba đỉnh của tam giác đều có cạnh là 1m Tổn thất điện áp Ucp 5,0% Các số liệu cho như trên hình vẽ

Bài giải:

Đường dây trên không, bố trí trên cạnh của tam giác đều nên có thể lấy giá trị điện kháng

là 0,3 / km Do khoảng cách ab tương đối ngắn (5km), vì vậy để thuận tiện trong thi công và tính tới khả năng phát triển của phụ tải B trong tương lai nên chọn dây dẫn của đoạn ab cũng cùng loại với dây dẫn của loại oa

Bước 1: Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng

169

Từ hình vẽ chúng ta thấy rằng đoạn oa phải tải toàn bộ SA và SB, vậy:

)kVA(1985S

1300j1500

Vậy

.A7,11410.3

1985U

.3

SI

Tổn thất điện áp tính theo công thức:

2

1

U

10 ).

QX PR

R = r0.l - điện trở của dây dẫn, ;

X = x0.l - điện kháng của dây dẫn, ;

170

%5U

%7,510

5.3,0.3004.3,0.13005

.39,0.5004

.39,0.1500

Bài giải:

Chọn điện kháng của đường dây x0=0,3 / km Tính được tổn thất điện áp do điện kháng và tổn thất công suất gây ra U'':

%83,0)

380,0(

10)

05,0.1805,0.1805,0.1805,0.27(3,0U

lQx

1 2

dm

i i 0

Vậy thành phần tổn thất điện áp do điện trở và công suất tác dụng gây ra là:

%17,4

%83,0

%5U

UU

U

'

'' cp

b 50m

d 81+j27 kVA

171

2 2

3 '

2 dm

j

0417,0.)380,0.(

031,0

10.05,0)

14396981(UU

lP





Chọn dây nhôm A-70 lắp đặt ngoài trời có Icp=265A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng:

Tổng phụ tải của đường dây là:

S =81+j27=85,38 kV Vậy dòng điện làm việc trên đường dây là:

A6,224380

,0

31,85

Ilv  

Ta có:

Ilv=224,6A<Icp=265A Kết luận: Tiết diện đường dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện điện áp và dòng điện cho phép

Đề thi mạng điện

Ví dụ 5: Đường dây trên không 10kV cấp điện cho 4 phụ tải, toàn bộ đường dây sử dùng AC-50 (r0 = 0,65/km; x0 = 0,4/km), các số liệu cho trên hình vẽ Xác định tổn hao điện áp trên các đoạn A1, 12, 23 và 14?

S4=41+j38 kVA2km

4

Ví dụ 6: Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép khi toàn bộ đường dây sử dụng một tiết diện cho hệ thống có sơ đồ như hình vẽ Hệ thống sử dụng dây nhôm lõi thép Uđm = 10kV; Ucp = 3%; = 31,5mm2/km; x0 = 0,4/km

) ( 56 , 48 10

2 , 1 ).

38 35 32 38 ( 95 , 1 ).

41 43 35 42 (

dm

A A A A



) ( 13 , 27 10

4 , 1 ).

35 32 ( 28 , 2 ).

43 35 (

. 12 12 1212

U

X Q R P U

6 , 1 35 6 , 2 43

. 23 23 2323

U

X Q R P U

8 , 0 38 3 , 1 41

. 14 14 1414

U

X Q R P U

173

Điện trở và điện kháng của dây nhôm lõi thép

Bài giải:

Xác định thành phần phản kháng của tổn hao điện áp Ux

Xác định thành phần tác dụng của tổn hao điện áp Ur

Ur = Ucp - Ux = 300 – 75,24 = 224,76(V)

Xác định tiết diện tính toán

Căn cứ vào bảng chọn loại dây dẫn có tiết diện AC – 35

Tra bảng ứng với dây dẫn AC- 35 có r0 = 0,85/km và x0 = 0,403 /km

] 3 85 7 , 3 ).

85 82 ( 4 ).

85 82 85 [(

4 , 0 1

0

V U

l Q x U

dm

n i

)(300000.10100

,224.10

]3.867,3)

8696(4)

869695[(

3,31

2

UU

lPF

r dm

n i



 

174

Xác định lại tổn thất điện áp trong mạng

Tổng tổn hao điện áp trong mạng: U = Ur + Ux = 279,74(V)

Ví dụ 7: Đường dây trên không 10kV cấp điện cho 3 phụ tải, toàn bộ đường dây sử dùng AC-50 (r0 = 0,65/km; x0 = 0,4/km), các số liệu cho trên hình vẽ Xác định tổn hao điện áp trong mạng?

]3.867,3)

8696(4)

869695.[(

85,0

1

0

VU

lPrU

dm

n i

) ( 8 , 75 10

] 3 85 7 , 3 ).

85 82 ( 4 ).

85 82 85 [(

403 , 0 1

0

V U

l Q x U

dm

n i

4km 3,5km

4,5km

P dm1 =640kW cos    Pcosdm2=400kW 

P dm3 =540kW cos   

175

Q1 = P1.tg1 = 640.0,75 = 480 (kVAr)

Q2 = P2.tg2 = 400.1,02 = 408 (kVAr)

Q3 = P3.tg3 = 540.0,88 = 475,2 (kVAr)

Xác định tổn thất điện áp trên các đoạn dây dẫn

Ví dụ 8: Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn hao điện áp cho phép khi toàn bộ đường dây sử dụng một tiết diện cho hệ thống có sơ đồ như hình vẽ Hệ thống sử dụng dây nhôm lõi thép Uđm = 10kV; Ucp = 3,2%;  = 31,5mm2/km; x0 = 0,4/km

Điện trở và điện kháng của dây nhôm lõi thép

) ( 44 , 572 10

8 , 1 ).

2 , 475 408 480 ( 07 , 2 ).

540 400 604 (

dm

A A A A



) ( 275 10

4 , 1 ).

2 , 475 408 ( 61 , 1 ).

540 400 (

. 12 12 1212

U

X Q R P U

6 , 1 2 , 475 84 , 1 540

. 23 23 2323

U

X Q R P U

176

Bài giải:

Xác định thành phần phản kháng của tổn hao điện áp Ux

Xác định thành phần tác dụng của tổn hao điện áp Ur

Ur = Ucp - Ux = 300 – 91,36 = 228,64(V)

Xác định tiết diện tính toán

Căn cứ vào bảng chọn loại dây dẫn có tiết diện AC – 35

Tra bảng ứng với dây dẫn AC- 35 có r0 = 0,85/km và x0 = 0,403 /km Xác định lại tổn thất điện áp trong mạng

Tổng tổn hao điện áp trong mạng: U = Ur + Ux = 307,02 (V)< Ucp

Vậy dây dẫn vừa chọn thoả mãn điều kiện kỹ thuật

)(36,9110

]4.858,3)

8595(5)

859572[(

4,0

1

0

VU

lQxU

dm

n i

)(320000.10100

2,3

V



) ( 84 , 34 64

, 228 10

] 4 97 8 , 3 ).

97 98 ( 5 ).

97 98 85 [(

5 , 31

2

U U

l P F

r dm

n i



 

)(97,21410

]4.978,3)

9798(5)

979885[(

85,0

2 1

0

mmU

lPrU

dm

n i

) ( 05 , 92 10

] 4 85 8 , 3 ).

85 95 ( 5 ).

85 95 72 [(

403 , 0 1

0

V U

l Q x U

dm

n i

177

Ví dụ 9: Đường dây trên không 10kV cấp điện cho 4 phụ tải, toàn bộ đường dây sử dùng AC-50 (r0 = 0,65/km; x0 = 0,4/km), các số liệu cho trên hình vẽ Xác định tổn hao điện áp trên các đoạn A1, 12, 23 và 14?

5km

S 2 =87+j82 kVA

S 1 =85+j78 kVA

) ( 85 , 163 10

2 ).

78 68 82 68 ( 25 , 3 ).

85 75 87 75 (

dm

A A A A



) ( 59 , 49 10

2 , 1 ).

68 82 ( 95 , 1 ).

75 87 (

. 12 12 1212

U

X Q R P U