BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 3

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN Cho mạng điện một dự án X như hình A1 với các số liệu như trong bảng Đ1, Đ2, Đ3 Các thông số chung của mạng điện như sau: Điện áp định mức phía thứ cấp MBA T1: Uđm = 400 V MBA hạ áp T7 : 400230 V Các phụ tải bình thường (ví dụ tủ điện phân phối) ký hiệu L: cosφ= 0,8, η=1 Các phụ tải động cơ ký hiệu M: cos ,  tra tra theo hướng dẫn của IEC. Mạng điện nối đất theo sơ đồ TNS Trạm máy biến áp phân phối đặt trong nhà, điện áp luới trung thế 22kV, trung tính nối đất trực tiếp. Công suất ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp phân phối T1: P = 500 MVA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

- -

LỚN

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN

Contents

0/ Giới thiệu dự án 3

1 TÍNH TOÁN SƠ BỘ 4

1.1 Tính dòng điện tải ib 4

a) Dòng điện định mức của tải 4

b) Dòng điện làm việc của tải 5

c) Dòng điện tải trong dây dẫn Ib 6

1.2 Lựa chọn CB 7

2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN: 8

2.1 Lựa chọn máy biến áp 8

2.2 Tính Toán lựa chọn dây dẫn 11

2.3 Tính toán sụt áp 18

3.TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CB THEO DÒNG NGẮN MẠCH 22

3.1 Tính toán dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất 22

3.2 Kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch của CB 25

3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn 26

4 LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ 29

4.1 Lựa chọn bảo vệ động cơ 29

4.2 Lựa chọn bộ bảo vệ phối hợp CB với Contactor 30

4.3 Kiểm tra việc phối hợp giữa CB và Contactor 31

5 TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 31

6 LỰA KIỂM TRA SỰ BẢO VỆ CHỌN LỌC CỦA CB 33

7 BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP 34

8 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 35

8.1 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ trong trường hợp có một và hai lộ vào 22kV 35

8.2 Lựa chọn CT, VT và fuse 37

9 TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM ECODIAL 41

10 KẾT LUẬN 47

0/ Giới thiệu dự án

- Thiết kế, tính toán mạng điện dự án phân xưởng cơ khí

- Các tải động cơ gồm máy cắt CNC, máy phay CNC, máy mài, máy tiện CNC,… và lấy công suất định mức theo đề để phục vụ cho việc tính toán mạng điện

Các thông số chung của mạng điện như sau:

- Điện áp định mức phía thứ cấp MBA T1: Uđm = 400 V

- MBA hạ áp T7 : 400/230 V

- Các phụ tải bình thường (ví dụ tủ điện phân phối) ký hiệu L: cosθ = 0,8, η = 1

- Các phụ tải động cơ ký hiệu M: cosθ , η tra tra theo hướng dẫn của IEC

- Mạng điện nối đất theo sơ đồ TNS

- Trạm máy biến áp phân phối đặt trong nhà, điện áp luới trung thế 22kV, trung

tính nối đất trực tiếp

Công suất ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp phân phối T1: P = 500 MVA

- Sơ đồ mạng điện 1 sợi (đề số 26)

Đề 26:

Bảng Đ.1 : Công suất của tải

Phụ tải L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Pđm

a) Dòng điện định mức của tải

-Công suất biểu kiến S (kVA) là hàm của công suất đầu ra, hiệu suất η và hệ số công suất cos 𝜃 của động cơ

𝛈 ∗ 𝐜𝐨𝐬 𝜽-Dòng điện định mức Iđm đối với động cơ 3 pha được xác định theo công thức sau:

𝑰đ𝒎 = 𝑷𝒏∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎

√𝟑 ∗ 𝑼 ∗ 𝛈 ∗ 𝐜𝐨𝐬 𝜽-Tính dòng điện định mức Iđm cho động cơ M16:

Ta có Uđm = 380V do trong quá trình truyền tải trên đường dây sẽ xuất hiện sụt áp trên đường từ nguồn đến động cơ hay tải bình thường

𝐼đ = 𝑃 ∗ 1000

√3 ∗ 𝑈 ∗ η ∗ cos 𝜃=

37 ∗ 1000

√3 ∗ 380 ∗ 0.9 ∗ 0.86 = 72.63 (A)

Bảng 1: Kết quả tính dòng điện định mức của tải

b) Dòng điện làm việc của tải

-Trong điều kiện vận hành bình thường, công suất tiêu thụ thực của thiết bị thường bé hơn trị định mức của nó Do đó hệ số sử dụng Ksd được dùng để đánh giá trị công suất tiêu thụ thực Hệ số này cần được áp dụng cho từng tải riêng biệt (nhất là cho các động cơ vì chúng hiếm khi chạy đầy tải)

-Trong mạng điện công nghiệp, hệ số này được ước chừng là 0.75 cho động cơ Vơi đèn chiếu sáng, nó bằng 1 Với ổ cắm, hệ số này phụ thuộc hoàn toàn dạng thiết bị cắm vào ổ -Dòng điện làm việc của tải được tính theo công suất sau:

c) Dòng điện tải trong dây dẫn I b

-Thông thường thì sự vận hành đồng thời của tất cả các tải có trong một lưới điện là không bao giờ xảy ra Hệ số đồng thời (Kđt) sẽ được dùng để đánh giá phụ tải

-Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

Bảng B16 (Trong tài liệu hướng dẫn thiết kế lắp mạch điện) cho giá trị giả thuyết

Kđt của tủ phân phối cung cấp điện cho một số mạch (mà không có thông tin về cách phân chia tải giữa chúng)

-Ta có dòng điện tải trong dây dẫn được tính theo công thức sau:

+Tại thanh Bus B6 có tổng 5 mạch phân nhánh => Kđt=0.8

+Tại thanh Bus B12 có tổng 3 mạch phân nhánh => Kđt=0.9

+Tại thanh Bus B13 có tổng 2 mạch phân nhánh => Kđt=0.9

-Tính dòng điện tải trong dây dẫn Ib của đường dây C8:

I _ = Kđ ∗ (I + I + I ) = 0.9 ∗ (54.47 + 65.52 + 16.76) = 123.08 (A) -Tương tự :

I = Kđ ∗ I + I + I + I + I

= 0.8 ∗ (169.76 + 123.08 + 257.78 + 200 + 260) = 808.49 (A)

Bảng 3: Dòng điện tải trên các dây dẫn

- Chọn CB với phần tử bảo vệ (trip unit) phù hợp với tải

- Chọn dòng định mức của CB và dòng định mức của trip unit (In) theo dòng điện

tải của dây dẫn (Ib)

- Chỉnh định dòng điện bảo vệ quá tải Ir sao cho thỏa mãn điều kiện I b ≤ Ir ≤ In

(tham khảo catalogue Schneider )

Hệ số chỉnh định dòng tải

Ir (A)

Icu (kA)

C15 295.23 400 Compact NSX 400F Micrologic 2 0.9 320 36

C16 54.47 100 Compact NSX 100F Micrologic 2.3 M 0.9 90 36

C17 65.52 100 Compact NSX 100F Micrologic 2.3 M 0.8 80 36

C18 16.76 25 Compact NSX 100F Micrologic 2.3 M 0.8 20 36

C19 75.97 100 Compact NSX 100F Micrologic Vigi 4 0.9 90 36

C20 66.47 100 Compact NSX 100F Micrologic Vigi 4 0.9 90 36

C21 37.98 50 Compact NSX 100F Micrologic Vigi 4 0.9 45 36

2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN:

2.1 Lựa chọn máy biến áp

Tính công suất biểu kiến cho mạng điện:

-Công suất biểu kiến yêu cầu của tải được tính theo công suất sau :

𝑺 = 𝑷𝒏

𝛈 ∗ 𝐜𝐨𝐬𝛉-Tính công suất biểu kiến của tải động cơ M16:

η ∗ cosθ=

370.9 ∗ 0.86 = 47.8 (𝑘𝑉𝐴)

Bảng tổng hợp công suất của các phụ tải

STPPC =Sthanh cái 6 = 532.74 (kVA) => Ta chọn Máy biến áp T1 với Sđm_MBA=630 (kVA)

Stb15 =112.5 (kVA) => Ta chọn Máy biến áp T7 với Sđm_MBA=160 (kVA)

-Chọn lại các CB phía thứ cấp các máy biến áp:

Bảng 5: Chọn lại CB cho phù hợp với máy biến áp

+Dòng định mức của MBA T1: 𝐼đ _ =

√ ∗ = ∗

√ ∗ = 909.32 (𝐴) +Dòng điện bảo vệ quá tải: 𝐼 ≤ 𝐼 ≤ 𝐼đ => 808.49 ≤ 𝐾 ∗ 1250 ≤ 909.32

 Khc = 0.7; Ir=0.7*1250=875(A)

+Dòng định mức của MBA T7: 𝐼đ _ =

√ ∗ = ∗

√ ∗ = 401.64 (𝐴) +Dòng điện bảo vệ quá tải: 𝐼 ≤ 𝐼 ≤ 𝐼đ => 295.23 ≤ 𝐾 ∗ 630 ≤ 401.64

 Khc = 0.6; Ir=0.6*630=378(A)

2.2 Tính Toán lựa chọn dây dẫn

-Tính toán dòng điện lớn nhất cho phép theo công thức sau:

𝑰𝒁 = 𝑰𝒓

𝑲𝒕 ; 𝑲𝒕 = 𝑲𝟏 ∗ 𝑲𝟐 ∗ 𝑲𝟑 ∗ 𝑲𝟒 ∗ …

-Tính dòng điện lớn nhất cho phép cho dây dẫn C16:

+Xác định phương pháp lắp đặt dây dẫn thuộc loại A-F

 Vì đường dây C16 là cáp điện đa loại, đặt trong máng (khay) cáp => Phương pháp

lắp đặt thuộc loại C

+Ta tra hệ số K1, K2, K3, K4 theo điều kiện lắp đặt dây dẫn

Bảng tra K1 cáp được đặt trong không khí

Bảng tra K2 cáp được đặt trong đất

Bảng tra K3 đối với cáp được đặt trong đất

Bảng tra K4

 Điều kiện lắp đặt cáp C16: Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt trong máng (khay) cáp cùng với 1 mạch khác, nhiệt độ môi trường 40C

=>Hệ số K1 = 0.91 (Vì cáp được đặt trong máng cáp, cách điện XLPE)

K2 và K3 không xét vì cáp không được chôn dưới đất

K4 = 0.85 (Vì phương pháp lắp đặt cáp thuộc loại C và đặt cùng với 1 mạch khác)

+Chọn thiết diện dây cáp thỏa điều kiện sau:

𝑰𝒅â𝒚 ≥ 𝑰𝒁

Bảng tra thiết diện dây cáp

=>Thiết diện dây cáp C16: Sph = 25mm2

Bảng 6: Tính toán cáp điện và busway

Sph (mm 2 )

0.95 1.13 1 1.07 378 353.27 300

C16 (C) II

Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt trong máng (khay) cáp cùng với 1 mạch khác, nhiệt độ môi trường 40C

ẩm với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường

-Phương pháp tra bảng:

Bảng tra hệ số K (V/A/km)

=>Chú ý: đối với đường dây cáp từ MBA-TPPC, hay TPPC-TĐL thì ta tra hệ số K ở cột

cosθ=1 còn đối với tải động cơ thì ta tra 2 cột còn lại

+Độ sụt áp của cáp: ΔU= K*Ib*L ; với K (V/A/km) là hệ số được tra từ bảng trên,

L (km) chiều dài của cáp, Ib (A) là dòng điện đi qua dây cáp

+Độ sụt áp tổng từ MBA- tải động cơ:

𝚫𝐔𝑴𝑩𝑨 𝒕ả𝒊 = 𝚫𝐔𝑴𝑩𝑨 𝑻𝑷𝑷𝑪+ 𝚫𝐔𝑻𝑷𝑷𝑪 𝑻Đ𝑳+ 𝚫𝐔𝑻Đ𝑳 𝒕ả𝒊

-Nhận xét : Về phương pháp tra bảng thì giúp ta nhanh chóng, đơn gian trong việc

tính toán sụt áp, và kiểm tra sụt áp trên đường dây có đạt đủ điều kiện không Hạn chế của phương pháp này sai số của việc tính toán sẽ khá lớn so với tính theo công thức như bình thường

-Giải pháp khắc phục : Nếu độ sụt áp trên dây cáp lớn hơn 5% thì ta có thể tăng

thiết diện dây dẫn nhằm mục đính làm cho tổng trở trên đường dây giảm kéo theo sụt áp giảm

-Tính sụt áp trên đường dây C1:

Vì ta chọn dây bằng cách ghép song song các dây cáp để đạt yêu cầu cho việc truyền tải điện nên dòng điện Ib sẽ được chia đều trên mỗi dây cáp

Ib’=Ib/2=808.49/4=202.12 (A)

+ Ta tra hệ số K (V/A/km) dựa vào chất liệu dây dẫn và thiết diện dây mà ta chọn trước

Ib’=Ib/số dây (A)

K (V/A/km)

L (km)

ΔU

Sph (Hiệu chỉnh lần 1)

Sụt áp sau hiệu chỉnh (%) C1 (D1) VII 4x300 202.12 0.13 0.05 1.31 1.31 0.35 4x300 0.35

Ikđ

=5*Ib (A)

K (V/A/km)

L (km)

ΔU

Sph (Hiệu chỉnh lần 2)

Sụt

áp sau khi hiệu chỉnh (%)

-Từ bảng trên ta được tổng trở nguồn từ trung thế sang hạ thế (MV/LV):

Với Psc = 500 MVA => Ra=0.035 (mΩ); Xa=0.351 (mΩ)

-Tổng trở của máy biến áp T1 (Cast-resin) tra bảng:

Với Pn = 630 kVA => Rtr=3.5 (mΩ); Xtr=16.4 (mΩ)

-Tổng trở của máy biến áp T7 (Pn=160 kVA) (LV/LV) :

Ta có:

𝑅 = ∆𝑃 ∗ 𝑈đ

5900 ∗ 230160𝑘 = 12.19 (𝑚𝛺)

-Tính điện trở, trở kháng của đường dây C1:

+Ta chọn ρ theo trường hợp xấu nhất với đường dây bằng nhôm:

-Tổng trở của cả đường dây C1:

Chú ý: Ta không xét tổng trở tại CB vì nó quá nhỏ, không đáng kể

RT = Ra + Rtr +Rdây_C1=0.035 + 3.5 + 1.23=4.77 (mΩ)

XT = Xa + Xtr +Xdây_C1=0.351 + 16.4 + 4 = 20.75 (mΩ)

-Tính dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất:

3.2 Kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch của CB

- Điều kiện kiểm tra khả năng cắt dòng của CB:

Icu (kA)

3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn

-Điều kiện kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn:

𝑺𝟐𝑲𝟐 ≥ 𝑰𝟐𝒕

-Ta tra hệ số K qua bảng dưới đây:

-Ta tra I2t bằng đồ thị sau:

Độ thị tra của CB Compast NSX:

Độ thị tra của CB Compast NS:

Bảng 9: Kết quả kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn

Compact

NS 1250N

Micrologic

Compact NSX 400F

Micrologic

Compact NSX 160F

C9 2x150 Copper PVC

Compact NSX 400F

Micrologic

Compact NSX 250F

Compact NSX 400F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

Compact NSX 100F

Micrologic

4 LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ

4.1 Lựa chọn bảo vệ động cơ

-Mạch cấp nguồn cho động cơ chịu các ràng buộc đặc thù so với các mạch phân phối khác,

do đặc tính đặc biệt của động cơ :

+Dòng khởi động lớn và về thực chất là dòng kháng và do đó có gây sụt áp đáng kể

+Dòng khởi động lớn nghĩa là các thiết bị bảo vệ quá tải động cơ phải có đặc tuyến làm việc tránh tác động khi khởi động

-Có 2 loại bảo vệ :

+Bảo vệ ngắn mạch

+Bảo vệ quá tải

Theo tiêu chuẩn IEC60947 đã tiêu chuẩn hóa tổ hợp CB –Contactor Đó là sự phối hợp hiệu quả nhất của các bảo vệ khác nhau (chống ngắn mạch và quá tải), và thiết bị điều khiển (công tắc tơ )để tạo ra bộ khởi động cho động cơ.Đối với Contactor : ở đây, dòng

mở máy quy ước chuẩn là 6-7 dòng điện định mức

Phân loại sử dụng contactor:

AC-1 Tải mang tính trở (hoặc mang ít tính cảm) cosθ ≥0.95 (sưởi, phân phối)

AC-3 Động cơ lồng sóc: khởi động và tắt động cơ khi đang chạy

AC-4 Động cơ lồng sóc: khởi động, lên tải, tăng tải lên từ từ

4.2 Lựa chọn bộ bảo vệ phối hợp CB với Contactor

- Ta chọn Type 2 để đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện

-Tra catalogue ta được Bảng 10 sau:

4.3 Kiểm tra việc phối hợp giữa CB và Contactor

Các động cơ sử dụng ở đây đều là các động cơ đồng bộ, rotor lồng sóc Các hiện tượng gặp phải khi khởi động động cơ này là:

-Ta có công suất biểu kiến của thanh cái 6:

Stt thanh cái 6= 532.74 (kVA) (Tính ở phần 2.1)

-Ta sẽ tiến hành tính toán bộ tụ bù để nâng cao hệ số công suất cosϕsaubu = 0.95

-Dung lượng tụ bù được xác định :

Với : cosϕtruocbu = 0.83 => tanϕtruocbu = 0.67

cosϕsaubu = 0.95 => tanϕsaubu = 0.33 Như vậy: Qbu = 440.17 × ( 0.67 - 0.33 ) = 149.66( kVAr)

Trong thực tế, tụ bù có nhiều loại 1 pha hay 3 pha với dung lượng định mức khác nhau Dựa vào kết quả tính toán Qbù= 149.66 (kVAr) ta chọn 8 bộ tụ bù 3 pha SMB-35020KT của hãng SAMWA với thông số:

• Q = 20 kVAr

• C = 369.6 uF

Kiểm tra hệ số công suất cosϕsaubu như sau :

Qsaubu = Qtruocbu – Qbu = 𝑆 − 𝑃 – 8 × 20 =300.1-8x20 = 140.1 (kVAr)

. = 0.953

6 LỰA KIỂM TRA SỰ BẢO VỆ CHỌN LỌC CỦA CB

Bảng 11: Kết quả kiểm tra điều kiện chọn lọc của CB

Phía nguồn

NS1250N+

Micrologic 5.0

NSX 160F+

Micrologic 2.2

NSX 250F+

TM250D

NSX 400F+

Micrologic 2.3

NSX 100F+

7 BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP

- Mạng điện nối đất theo sơ đồ TN-S

-Ta chọn Switching->IM và Fuse-Switching->QM

8.2 Lựa chọn CT, VT và fuse

-Lựa chọn Fuse

Quy tắc chọn Fuse

-Từ bảng trên ta được tổng trở nguồn từ trung thế sang hạ thế (MV/LV):

Với Psc = 500 MVA => Ra=0.035 (mΩ); Xa=0.351 (mΩ)

-Tổng trở của máy biến áp T1 (Cast-resin) tra bảng:

=> Ta chọn CT loại ARJM2/N1J mã số 03811495N0 như hình:

9 TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM ECODIAL

- So sánh dòng điện tải trong dây dẫn

ra không thể chọn theo yêu cầu của bản thân

- Dòng dây C15 sai số ít mà dòng dây C7 lại sai số nhiều do khi tính toán cho dòng C7 ta qui từ dòng C15 theo tỉ số 230/400 ( điều kiện lý tưởng) nên dẫn đến sai số

-So sánh công suất máy biến áp

Nhận xét : dây C1 chênh nhau khá lớn do việc chọn dây của Ecodial lấy dòng Ib=IđmMBA

để chọn dây nên số dây sẽ lớn hơn nhiều

-So sánh sụt áp trên dây dẫn

Sụt áp(%)

Ecodial Sụt áp(%)

Sai số

Nhận xét: Sai số còn khá lớn có thể do trong khi tính toán tổng trở chọn hệ số điện trở suất

của đất ở điều kiện xấu nhất nên sẽ khác so với phần mềm tính toán

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

MBA T1

MBA T7

NHÁNH ĐỘNG CƠ M16, M17, M18

NHÁNH TẢI THƯỜNG L19, L20

NHÁNH TẢI L21

10 KẾT LUẬN

- Qua bài tập lớn môn Thiết bị điện và phân phối điện đã giúp em hiểu rõ hơn quy trình lắp đặt điện cho một công trình

- Hiểu rõ hơn về chức năng và nhiệm vụ của các thiết bị điện

- Làm quen với phần mềm tính toán Ecodial phục vụ cho việc đưa ra kết quả nhanh và tương đối chính xác hơn và việc dùng phần mềm giúp hạn chế, nhẹ đi cho việc tính tay