BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 13

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 bài tập lớn thiết bị điện trong phân phối điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

- -

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

BỘ MÔN: THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG

ĐIỆN

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Xuân Cường Sinh viên thực hiện: Trần Anh Dũng

MỤC LỤC

0 GIỚI THIỆU 3

0.1 Đề xuất catalogue dùng cho dự án 3

a) Máy biến áp 3

b) Dây dẫn 4

c) CB (Circuit Breaker) 4

0.2 Các tài liệu kỹ thuật 4

a) Bộ tiêu chuẩn thiết kế lắp đặt điện TCVN 7447 (IEC 60364) 4

b) 2018 Electrical Installation Guide (Electrical Installation Guide, IEC Standards) 4

1 TÍNH TOÁN SƠ BỘ 5

1.1 Tính dòng điện tải Ib 5

a) Dòng điện định mức của tải 5

b) Dòng điện làm việc của tải 6

c) Dòng điện tải trong các dây dẫn 7

1.2 Lựa chọn CB 8

2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 10

2.1 Lựa chọn máy biến áp 10

a) Tính công suất biểu kiến cung cấp cho mạng điện 10

b) Chọn máy biến áp 12

2.2 Tính toán lựa chọn dây dẫn 14

2.3 Tính toán độ sụt áp 21

a) Tính toán, kiểm tra sụt áp tại điều kiện làm việc bình thường 21

b) Kiểm tra sụt áp đối với động cơ có công suất lớn nhất lúc khởi động 24

3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CB THEO DÒNG NGẮN MẠCH 25

3.1 Tính toán dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất 25

3.2 Kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch của CB 29

3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn 29

4 LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ 31

4.1 Lựa chọn bộ bảo vệ động cơ 32

4.2 Kiểm tra việc phối hợp CB và công tắc tơ, rơ le nhiệt 36

5 TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 37

6 KIỂM TRA SỰ BẢO VỆ CHỌN LỌC CỦA CB 38

7 BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP 44

7.1 Tính toán kiểm tra bảo vệ giật gián tiếp 44

a) Tổng quan về bảo vệ giật gián tiếp 44

b) Tính toán chọn dây dẫn bảo vệ PE 47

7.2 Tính dòng chỉnh định bảo vệ ngắn mạch của CB 48

8 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 53

8.1 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, fuse 54

8.2 Lựa chọn CT 58

8.3 Lựa chọn VT 59

9 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TAY VỚI ECODIAL 61

9.1 Sơ đồ một sợi ecodial 61

9.2 Dòng điện tải 68

9.3 Kích thước dây dẫn 69

9.4 Sụt áp 69

9.5 Dòng ngắn mạch 70

10 KẾT LUẬN 70

10.1 Nhận xét 70

10.2 Kết luận 71

Mã số VII IV V VIII IX I X II III VI XI XII XIII

0.1 Đề xuất catalogue dùng cho dự án

Đường link Drive: KPrGTTpCVfYgzH?usp=sharing

https://drive.google.com/drive/folders/19z4JFrUhBL5uSJ8e6-a) Máy biến áp

Sơ đồ một sợi dùng 1 máy biến áp ba pha T1 với điện áp định mức phía thứ cấp

Uđm = 400V và 1 máy biến áp một pha T7 với cấp điện áp 400/230V, ta tra theo Catalogue của hãng Thibidi

0.2 Các tài liệu kỹ thuật

a) Bộ tiêu chuẩn thiết kế lắp đặt điện TCVN 7447 (IEC 60364)

TCVN 7447_2005: Hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà

TCVN 7447_2006: Hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà

và tính năng máy móc, dụng cụ, trang thiết bị điện, phương pháp tính toán, thiết kế các

sơ đồ cấp điện đảm bảo yêu cầu về tin cậy, bảo vệ chống bị điện giật và bảo vệ chống các hư hỏng có thể xảy ra đối với những phần tử khác nhau trong lưới điện, đặc biệt là lưới điện hạ áp và trong các công trình dân dụng

Ngoài ra ta có thể tham khảo thêm ở cuốn thiết kế lắp đặt điện theo IEC bản Tiếng Việt

1 TÍNH TOÁN SƠ BỘ

1.1 Tính dòng điện tải Ib

a) Dòng điện định mức của tải

Dòng điện định mức của động cơ được tính theo công thức:

𝐼đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 ∗ 1000

√3𝑈đ𝑚 ∗ 𝜂 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑Trong đó:

𝐼đ𝑚 : Dòng điện định mức động cơ (A)

𝑃đ𝑚 : Công suất cơ trên trục động cơ (W)

𝑈đ𝑚 : Điện áp định mức động cơ (V)

𝜂 : Hiệu suất động cơ

𝑐𝑜𝑠𝜑 : Hệ số công suất động cơ

Tính toán cho động cơ L15:

𝐼đ𝑚 = 𝑃đ𝑚∗ 1000

√3𝑈đ𝑚∗ 𝜂 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 =

90 ∗ 1000

√3 ∗ 220 ∗ 1 ∗ 0.8 = 295.236 (𝐴) (Điện áp định mức là 220V do sụt áp trên đường dây trong quá trình truyền tải)

Ở đây do chỉ có tải L15 có điện áp định mức là 220V, các tải còn lại có điện áp định mức là 380V)

Áp dụng tính toán dòng điện định mức cho các tải còn lại, ta có bảng tính toán dòng điện định mức của tải như sau:

Pđm

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

b) Dòng điện làm việc của tải

Dòng điện làm việc của tải được tính theo công thức:

𝐼𝑏 = 𝐾𝑠𝑑 ∗ 𝐼đ𝑚Trong điều kiện hoạt động bình thường, công suất tiêu thụ của tải đôi khi nhỏ hơn công suất định mức Hệ số sử dụng (𝐾𝑠𝑑) nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện Hệ số này được áp dụng cho từng tải riêng biệt, nhất là cho các động cơ vì chúng ít khi chạy đầy tải

Trong một hệ thống lắp đặt công nghiệp, hệ số này có thể được ước tính trung bình

là 0.75 đối với động cơ, và bằng 1 đối với các tải khác như phụ tải chiếu sáng sợi đốt,

ổ cắm, sạc xe điện

Áp dụng vào sơ đồ mạch, ta lấy 𝐾𝑠𝑑 = 0.75 đối với các tải M16, M17, M8, M9 và

𝐾𝑠𝑑 = 1 đối với các tải L15, L19, L20, L21

Tính toán dòng điện làm việc cho tải L15:

𝐼𝑏 = 𝐾𝑠𝑑 ∗ 𝐼đ𝑚 = 1 ∗ 295.088 = 295.088 (𝐴)

Áp dụng tính toán dòng điện làm việc cho các tải còn lại, ta có bảng tính toán dòng điện làm việc của tải như sau:

Phụ tải L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Iđm

(A) 295.236 72.630 87.363 22.337 343.701 75.967 66.471 37.984

Ib

(A) 295.236 54.473 65.522 16.753 257.776 75.967 66.471 37.984

Bảng 2: Kết quả tính dòng điện làm việc của tải

c) Dòng điện tải trong các dây dẫn

Dòng điện tải trong các dây dẫn được tính theo công thức:

𝐼𝑏_𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐾đ𝑡∑ 𝐼𝑏_𝑖

𝑖

Hệ số đồng thời (𝐾đ𝑡) cho biết tính hoạt động đồng thời của một nhóm thiết bị hoặc của các thiết bị trong một hệ thống Việc xác định hệ số này phụ thuộc vào kinh nghiệm của người thiết kế và yêu cầu chi tiết của các hệ thống được lắp đặt dựa theo tiêu chuẩn định sẵn

Đối với sơ đồ mạch trong bài, ta xác định hệ số đồng thời của các nhánh được cho

ở bảng 8 theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9206:2012 về lắp đặt thiết bị điện trong nhà

ở và công trình công cộng:

Theo bảng tra, ta xác định được:

Thanh cái B12 có 𝐾đ𝑡 = 0.9 (do có số mạch là 3)

Thanh cái B6 có 𝐾đ𝑡 = 0.8 (do có số mạch là 5)

Các phụ tải khác có hệ số đồng thời là 1

Dòng Ib ở nhánh C10 và C11 được cho sẵn, nên ta không cần xác định hệ số đồng thời cho thanh cái B13 và thanh cái B14

Áp dụng tính toán dòng điện tải trên các đoạn dây dẫn, ta có bảng kết quả sau:

Dòng cắt nhiệt: 𝐼𝑏 ≤ 𝐼𝑟 ≤ 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 (dòng hiệu chỉnh dây dẫn)

Hệ số chỉnh định dòng quá tải

Ir (A)

Icu (kA)

2 TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN

2.1 Lựa chọn máy biến áp

a) Tính công suất biểu kiến cung cấp cho mạng điện

Bảng tính toán công suất cho các phụ tải:

Pn

𝑄𝐵12 = 0.9 ∗ (18.295 + 22.007 + 5.627) = 41.336 (𝑘𝑉𝑎𝑟) Công suất tác dụng trên thanh cái B13, 𝐼𝑏 = 200 (A) là:

𝑃𝐵13 = (√3 ∗ 380 ∗ 200) ∗ 0.8 = 105.309 (kW) Công suất phản kháng trên thanh cái B13:

𝑄𝐵13 = 𝑃𝐵13∗ tgφ = 105.309 ∗ 0.75 = 78.982 (kVar) Công suất tác dụng trên thanh cái B14, 𝐼𝑏 = 260 (A) là:

𝑃𝐵14 = (√3 ∗ 380 ∗ 260) ∗ 0.8 = 136.901 (kW) Công suất phản kháng trên thanh cái B14:

𝑄𝐵14 = 𝑃𝐵13∗ tgφ = 136.901 ∗ 0.75 = 102.676 (kVar) Công suất tác dụng trên thanh cái B6, hệ số đồng thời 𝑘𝑠= 0.8 là:

𝑃𝑡𝑡 = 0.8 ∗ (90 + 69.664 + 105.309 + 136.910 + 147.606) = 439.584 (kW) Công suất phản kháng trên thanh cái B6, hệ số đồng thời 𝑘𝑠= 0.8 là:

𝑄𝑡𝑡 = 0.8 ∗ (67.5 + 41.366 + 78.982 + 102.676 + 83.652) = 299.317 (kVar)

Công suất biểu kiến tổng:

Ta chọn máy biến áp ba pha Schneider Trihal 630kVA, cấp điện áp 20kV/0.4kV,

tổ đấu dây Dyn11 với các thông số được cho như sau:

Chọn CB bảo vệ cho hai máy biến áp T1 và T7:

Bảng tra chọn CB bảo vệ máy biến áp theo hướng dẫn lắp đặt điện 2021 của Schneider:

Từ bảng tra trên, ta chọn được CB bảo vệ cho máy biến áp T1 và T7 như sau:

Dây dẫn Ib

(A)

In (A) Tên CB Tên Trip Unit

Hệ số chỉnh định dòng quá tải

Ir (A)

C1 808.49 1250 NS1250H MicroLogic 5.0 0.7 875 C7 169.68 400 NSX400F MicroLogic 2.3 0.7 280 C15 295.09 630 NS630bN MicroLogic 5.0 0.6 378 Kiểm tra khả năng bảo vệ quá tải phía thứ cấp máy biến áp theo điều kiện sau:

𝐼𝑏 ≤ 𝐼𝑟 ≤ 𝐼đ𝑚_𝑀𝐵𝐴

Đối với máy biến áp T1:

Dòng làm việc trên đường dây C1 là 𝐼𝑏 = 808.49 (𝐴)

Dòng dây định mức phía thứ cấp máy biến áp T1:

𝐼đ𝑚2_𝑇1 = 630

√3 ∗ 0.4 = 909.32 (𝐴) Dòng hiệu chỉnh CB Q1 là 𝐼𝑟 = 875 (𝐴)

Xét điện bảo vệ quá tải MBA trên, ta có:

𝐼𝑏 ≤ 𝐼𝑟 ≤ 𝐼đ𝑚2_𝑇1Vậy CB Q1 đã chọn có khả năng bảo vệ quá tải máy biến áp

Đối với máy biến áp T7:

Dòng làm việc trên đường dây C15 là 𝐼𝑏 = 295.09 (𝐴)

Dòng dây định mức phía thứ cấp máy biến áp T7:

𝐼đ𝑚2_𝑇7 = 160

√3 ∗ 0.23= 401.63 (𝐴) Dòng hiệu chỉnh CB Q15 là 𝐼𝑟 = 378 (𝐴)

Xét điện bảo vệ quá tải MBA trên, ta có:

𝐼𝑏 ≤ 𝐼𝑟 ≤ 𝐼đ𝑚2_𝑇7Vậy CB Q15 đã chọn có khả năng bảo vệ quá tải máy biến áp

2.2 Tính toán lựa chọn dây dẫn

Chọn dây dẫn là việc rất quan trọng, vì dây dẫn chọn không phù hợp, tức không thõa các yêu cầu về kỹ thuật thì có thể dẫn đến các sự cố như chập mạch do dây dẫn bị phát nóng quá mức dẫn đến hư hỏng Từ đó làm giảm độ tin cậy cung cấp điện và có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng

Bên cạnh việc thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật thì việc chọn lựa dây dẫn cũng cần phải thỏa mãn các yêu cầu kinh tế

Dòng hiệu chỉnh của dây dẫn được xác định theo công thức:

𝐼𝑧 = 𝐼𝑟

𝑘1𝑘2𝑘3𝑘4Các hệ số hiệu chỉnh dây dẫn bao gồm:

𝑘1: Hệ số hiệu chỉnh cho cáp không chôn ngầm, biểu thị khả năng mang dòng của cáp trong không khí dựa vào nhiệt độ trung bình của không khí ở 30°C Với các nhiệt

độ khác, hệ số hiệu chỉnh được tra theo bảng dưới đây, tùy theo loại vật liệu cách điện PVC, XLPE và EPR

Ví dụ: Cáp C8 là cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt trong máng (khay) cáp, nhiệt độ môi trường 45°C thì 𝑘1 = 0.87

𝑘2: Hệ số hiệu chỉnh biểu thị khả năng mang dòng của cáp đi trong đất dựa vào nhiệt độ trung bình của đất ở 20°C Với các nhiệt độ khác, hệ số hiệu chỉnh được tra theo bảng dưới đây, tùy theo loại vật liệu cách điện PVC, XLPE và EPR

Ví dụ: Cáp C1 là cáp điện đơn lõi, bằng nhôm (Al), cách điện XLPE, đặt trong ống chôn ngầm trong đất ẩm, nhiệt độ môi trường 30°C thì 𝑘2 = 0.93

𝑘3: Hệ số hiệu chỉnh cho cáp chôn ngầm, theo tính chất của đất được tra theo bảng sau

Ví dụ: Cáp C1 được đặt trong ống chôn ngầm trong đất ẩm thì 𝑘3 = 1.05

𝑘4: Hệ số hiệu chỉnh cho các cách lặp đặt khác nhau của dây dẫn, đối với trường hợp nhóm nhiều hơn một mạch hoặc cáp đa lõi

Đối với cáp không chôn ngầm, ta tra thông qua bảng dưới đây:

Ví dụ: Cáp C8 là cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt trong

máng (khay) cáp vơi 3 mạch khác, nhiệt độ môi trường 45°C thì 𝑘4 = 0.75

Đối với cáp chôn ngầm, ta tra theo bảng dưới đây:

Ví dụ: Cáp C1 là cáp điện đơn lõi, bằng nhôm (Al), cách điện XLPE, đặt trong

ống chôn ngầm trong đất ẩm với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường 30°C thì 𝑘4 = 0.5 Sau khi tính được dòng điện lớn nhất cho phép của cáp, ta thực hiện tra tiết diện của cáp bằng 1 trong hai bảng sau:

Đối với cáp không được chôn trong đất:

Ví dụ: đối với cáp C8, ta tính được dòng Iz = 230.77 (A), tra theo bảng trên ta được tiết diện dây cho phép là 95 𝑚𝑚2

Đối với cáp được chôn trong đất:

Ta có bảng tính toán cáp điện như sau:

Sph (𝒎𝒎𝟐)

C1 VII

(D1)

Cáp điện đơn lõi, bằng nhôm (Al), cách điện XLPE, đặt trong ống chôn ngầm trong đất ẩm với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường

0.89 1 0.65 0.58 280 482.76 2x120

đất khô với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường 35°C

C8 VIII

(C)

Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt trong máng (khay) cáp vơi 3 mạch khác, nhiệt độ môi trường 45°C

khác, nhiệt độ môi trường

Bảng 6: Bảng tính toán cáp điện và busway

2.3 Tính toán độ sụt áp

a) Tính toán, kiểm tra sụt áp tại điều kiện làm việc bình thường

Khi dây mang tải sẽ luôn tồn tại sự sụt áp giữa đầu và cuối đường dây Ở chế độ vận hành của tải (như động cơ, chiếu sáng ) sẽ phụ thuộc nhiều vào điện áp đầu vào của chúng và đòi hỏi giá trị điện áp gần với giá trị định mức Do vậy cần phải chọn kích cỡ dây sao cho khi mang tải lớn nhất, điện áp tại điểm cuối phải nằm trong phạm

vi cho phép thỏa với điều kiện sụt áp

Độ sụt áp lớn nhất cho phép sẽ thay đổi tùy theo từng quốc gia, các giá trị điển hình đối với lưới hạ áp được cho như dưới đây:

Ta có công thức tính toán sụt áp như bảng sau:

Với mạch 3 pha tính sụt áp trên đường dây bằng công thức:

𝛥𝑈 = √3𝐼𝑏(𝑅𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝑋𝑠𝑖𝑛𝜑)

Trong đó:

𝛥𝑈 − Sụt áp trên đoạn dây (V)

𝐼𝑏 − Dòng điện tải trên dây dẫn (A)

𝑅 − Điện trở của dây dẫn (mΩ)

𝑋 − Điện kháng của dây dẫn (mΩ)

 Trở kháng máy biến áp

Trở kháng máy biến áp được tra theo bảng G37 trong hướng dẫn lắp đặt điện 2018:

Đối với máy biến áp T1, Sđm = 630kVA:

𝑅𝑡𝑟 = 3.5 (𝑚𝛺), 𝑋𝑡𝑟 = 16.4 (𝑚𝛺) Đối với máy biến áp T7, Sđm = 160kVA:

𝑅𝑡𝑟 = 18.6 (𝑚𝛺), 𝑋𝑡𝑟 = 63.5 (𝑚𝛺)

 Trở kháng trên đường dây sẽ được tính theo công thức:

𝑅 = 𝜌𝐿𝑛𝑆Trong đó:

𝜌 - điện trở suất của vật liệu dây khi có nhiệt độ vận hành bình thường

 đối với đồng 𝜌 = 22.5 𝑚𝛺 𝑚𝑚2/𝑚

 đối với nhôm 𝜌 = 36 𝑚𝛺 𝑚𝑚2/𝑚

L – Chiều dài đường dây

S - Tiết diện cắt ngang của dây dẫn (𝑚𝑚2)

n – số dây trong cáp Cảm kháng của cáp có thể được cung cấp bới nhà chế tạo Đối với tiết diện dây nhỏ hơn 50𝑚𝑚2 , cảm kháng có thể được bỏ qua Nếu không có số liệu nào khác,

có thể lấy bằng 0,08mΩ/m (khi f=50Hz)

 Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp dây dẫn đối với động cơ lúc hoạt động bình thường 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.8 và khi khởi động 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0.35

Áp dụng tính toán sụt áp trên đường dây C1

Trở kháng trên đường dây C1:

𝑅 = 𝜌𝐿

𝑛𝑆 =

22.5 ∗ 50

8 ∗ 300 = 0.47 (𝑚𝛺) Cảm kháng trên đường dây C1:

𝑋 = 0.08 ∗ 50

8 = 0.5 (𝑚𝛺) Sụt áp trên đường dây C1:

Ib (A)

L (m)

R (mΩ)

X (mΩ)

ΔU (V)

∑ 𝛥𝑈 (V)

∑ 𝛥𝑈 %

C1 VII

(D1) 8x300 808.42 50 0.47 0.5 0.95 0.95 0.25 C7 V

(D1) 2x120 169.68 40 3.75 1.6 1.16 2.11 0.55 C8 VIII

(C) 2x95 123.07 135 31.97 10.8 6.83 7.78 2.05 C9 IX

(D1) 185 257.78 30 1.82 1.2 0.97 1.92 0.50 C10 I

(C) 70 200.00 56 18.00 4.48 5.92 6.86 1.81 C11 X 2x95 260.00 55 6.51 2.2 2.94 3.89 1.02

(C)

C15 IV

(D1) 300 295.09 55 4.13 4.4 3.04 5.14 1.35 C16 II

(C) 50 54.47 125 56.25 0 4.25 12.02 3.16 C17 III

(D1) 185 65.52 28 3.41 2.24 0.46 8.24 2.17 C18 VI

(C) 16 16.75 20 28.13 0 0.65 8.43 2.22 C19 XI

(A2) 50 77.66 130 58.50 10.4 7.13 14.00 3.68 C20 XII

(A2) 2x25 68.70 45 20.25 0 1.93 8.79 2.31 C21 XIII

(C) 35 39.70 185 118.93 0 6.54 10.43 2.74

Bảng 7: Bảng tính toán độ sụt áp trên dây dẫn

b) Kiểm tra sụt áp đối với động cơ có công suất lớn nhất lúc khởi động

Động cơ có công suất lớn nhất là động cơ M9, 𝑃𝑛 = 185 (kW), 𝐼đ𝑚 = 343.701 (A) Lấy 𝐾𝑚𝑚 = 5, ta tính được dòng khởi động động cơ là:

𝐼𝑚𝑚 = 𝐾𝑚𝑚 ∗ 𝐼đ𝑚 = 5 ∗ 343.701 = 1718.505 (𝐴) Khi mở máy, 𝑐𝑜𝑠𝛺𝑚𝑚 = 0.35, ta tính được sụt áp trên đường dây C9:

𝛥𝑈𝐶9 = √3𝐼𝑚𝑚(𝑅𝑐𝑜𝑠𝜑𝑚𝑚 + 𝑋𝑠𝑖𝑛𝜑𝑚𝑚)

= √3 ∗ 1718.505 ∗ (1.82 ∗ 0.35 + 2.4 ∗ 0.94) ∗ 10−3 = 8.61 (𝑉) Khi động cơ M9 ở chế độ hoạt động bình thường, dòng điện tải trên đường dây C1

là 𝐼𝑏 = 808.42 (A), khi động cơ M9 khởi động thì dòng điện tải trên đường dây C1 sẽ nhận thêm một lượng ∆𝐼𝑚𝑚 từ động cơ M9:

∆𝐼𝑚𝑚 = 𝐼𝑚𝑚 − 𝐼đ𝑚 = 1718.505 − 343.701 = 1374.804 (𝐴) Sụt áp cuối đường dây C1 trong điều kiện bình thường là 𝛥𝑈 = 4.41 (V), vậy sụt

áp cuối đường dây C1 khi động cơ M9 khởi động là:

𝛥𝑈𝐶1 =4.41 ∗ (1374.804 + 808.42)

808.42 = 11.91 (𝑉) Tổng sụt áp phần trăm trên động cơ M9 lúc khởi động là:

𝑈0 - Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải của máy biến áp (V)

𝑍𝑡ℎ - Tổng trở trên mỗi pha từ điểm ngắn mạch nhìn về phía nguồn (mΩ)

𝑍𝑎 - Tổng trở của hệ thống phía sơ cấp máy biến áp (mΩ)

𝑈0 - Điện áp dây thứ cấp khi không tải (V)

𝑃𝑠𝑐 - Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ thống điện trung thế (MVA)

𝑍𝑎 = √𝑅𝑎2+ 𝑋𝑎2Giá trị của trở kháng Ra là rất nhỏ so với Xa, do đó có thể xem như Xa gần bằng

Za Nếu đòi hỏi chính xác hơn, Xa = 0.995Za và Ra = 0.1Xa

Ta có thể tra tổng trở hệ thống điện trung thế theo bảng G36 trong hướng dẫn lắp đặt điện 2018 với các giá trị công suất ngắn mạch 3 pha là 250MVA và 500MVA

Áp dụng vào sơ đồ mạch, nguồn trung thế 22kV, công suất ngắn mạch 3 pha 𝑃𝑠𝑐 =

500 (𝑀𝑉𝐴), tra bảng G26 ta được giá trị tổng trở hệ thống điện trung thế:

𝑈0 - điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)

𝑆𝑛 - công suất định mức máy biến áp (kVA)

𝑈𝑠𝑐 - điện áp ngắn mạch của máy biến áp (%)

Trở kháng của các cuộn dây 𝑅𝐵 có thể tính theo tổn thất công suất

𝑅𝐵 =𝑃𝑐𝑢 ∗ 10

33𝐼𝑛2 (𝑚𝛺)Trong đó:

𝑃𝑐𝑢 - tổn thất đồng (W)

In - dòng định mức phía thứ cấp (A)

𝑅𝐵 - điện trở máy biến áp (mΩ)

𝑋𝐵 = √𝑍𝑡2− 𝑅𝑡2

Đối với máy biến áp MV/LV, ta có thể xác định tổng trở MBA bằng cách tra bảng G3 trong hướng dẫn lắp đặt điện 2018

Áp dụng tính toán tổng trở máy biến áp cho T1 và T7:

Đối với MBA T1:

Máy biến áp T1 là máy biến áp MV/LV 22/0.4kV, công suất 630kVA, ta xác định tổng trở máy biến áp bằng cách tra bảng G36 trong hướng dẫn lắp đặt điện:

𝑅𝑇1 = 3.5 (𝑚𝛺), 𝑋𝑇1 = 16.4 (𝑚𝛺)

Đối với MBA T7:

Điện áp không tải phía sơ cấp 𝑈0 = 230 (𝑉), công suất định mức MBA 𝑆𝑛 =

𝐼𝑆𝐶(3) = 𝑈0

√3 ∗ √𝑅𝑇2+ 𝑋𝑇2=

400

√3 ∗ √42+ 17.252 = 13.04 (𝑘𝐴)Bảng tính toán dòng ngắn mạch 3 pha:

3.2 Kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch của CB

Bảng kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch CB:

Dây dẫn In

Ir (A)

Iscmax (kA)

Icu (kA)

C1 1250 NS1250H MicroLogic 5.0 875 10.93 70 C7 400 NSX400F MicroLogic 2.3 280 9.17 36 C8 160 NSX160N MicroLogic 2.2 150 4.83 50 C9 400 NSX400F MicroLogic 2.3M 320 9.67 36 C10 250 NSX250N MicroLogic 2.2 225 6.90 50 C11 400 NSX400N MicroLogic 2.3 320 8.47 50 C15 630 NS630bN MicroLogic 5.0 378 4.32 36 C16 100 NSX100F MicroLogic 2.2M 63 2.37 36 C17 100 NSX100F MicroLogic 2.2M 80 4.45 36 C18 40 NSX100F MicroLogic 2.2M 32 3.23 36 C19 100 NSX100F MicroLogic 2.2 90 2.62 36 C20 100 NSX100F MicroLogic 2.2 80 4.69 36 C21 100 NSX100F MicroLogic 2.2 50 1.75 36

Kết luận: Tất cả các CB đều có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn nhất

3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn

Dây dẫn chịu được dòng ngắn mạch khi thỏa mãn biểu thức sau:

𝑆2𝑘2 ≥ 𝐼2𝑡Trong đó:

𝑆: Tiết diện dây dẫn (𝑚𝑚2)

Hệ số k phụ thuộc vào chất liệu dây dẫn, vật liệu cách điện và tiết diện dây Hệ số

k được tra theo bảng G52 hướng dẫn lắp đặt điện 2018

𝐼2𝑡: Đường cong giới hạn năng lượng của CB

Ta tra đường cong giới hạn năng lượng của CB theo catalogue được cho bởi hãng Schneider

Áp dụng trên đường dây C1:

𝑆 = 300𝑥4 (𝑚𝑚2)Vật liệu dẫn điện Al, cách điện XLPE, hệ số k = 94

𝑆2 𝑘2 = (300 ∗ 4)2∗ 942 = 12723840000 (𝐴2𝑠)

CB là loại NS1250H, tra theo đường cong giới hạn năng lượng ở trên, ta có:

𝐼2𝑡 = 100000000 (𝐴2𝑠)

Do 𝑆2 𝑘2 > 𝐼2𝑡 nên dây dẫn C1 thỏa điều kiện độ bền nhiệt

Áp dụng tương tự trên các đoạn dây còn lại, ta được bảng sau:

2.3M 9.67 1452372100 2200000 Đạt C10 70 Cu XLPE NSX250N MicroLogic 2.2 6.90 100200100 800000 Đạt C11 2x95 Cu PVC NSX400N MicroLogic 2.3 8.47 477422500 2400000 Đạt C15 300 Cu PVC NS630bN MicroLogic 5.0 4.32 1190250000 20000000 Đạt C16 50 Cu XLPE NSX100F MicroLogic

2.2M 2.37 51122500 600000 Đạt C17 185 Al PVC NSX100F MicroLogic

2.2M 4.45 197683600 600000 Đạt C18 16 Al PVC NSX100F MicroLogic

C19 50 Cu XLPE NSX100F MicroLogic 2.2 2.62 51122500 600000 Đạt C20 2x25 Cu PVC NSX100F MicroLogic 2.2 4.69 33062500 600000 Đạt C21 35 Cu XLPE NSX100F MicroLogic 2.2 1.75 25050025 600000 Đạt

Kết luận: Tất cả các đường dây đều thỏa điều kiện độ bền nhiệt

4 LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ

4.1 Lựa chọn bộ bảo vệ động cơ

Thường thì dòng điện khởi động có mức cao gấp 5 -8 lần có thể gây nên tình trạng

hư hỏng với các dây của động cơ Điều đó sẽ dẫn đến tình trạng máy móc không có hiệu quả hoạt động tốt Nhiều trường hợp còn gây nên tình trạng sụt giảm điện áp ở mức nghiêm trọng khiến các thiết bị điện khác được kết nối chung 1 đường dây bị hư hỏng

Chính vì thế, để bảo vệ động cơ khi dòng điện tăng vọt như vậy, việc sử dụng thêm motor starter là điều cần thiết Nó sẽ giúp giới hạn dòng điện ở mức ban đầu khi động cơ khởi động Đến khi động cơ đã đạt được một mức nhất định thì sẽ ổn định dòng điện và kết nối chúng đến với động cơ như bình thường Có thể nói, bộ khởi động

có động cơ có thể giúp bảo vệ động cơ khỏi các trường hợp quá dòng, điện áp thấp một cách rất hiệu quả

Bộ khởi động động cơ (motor Starter) có chức năng cơ bản như:

 Đảm bảo động cơ được khởi động /dừng một cách an toàn

 Hỗ trợ đảo ngược hướng cho động cơ

 Giúp động cơ hoạt động an toàn khi có sự cố quá dòng

Tổ hợp CB – Contactor là sự phối hợp hiệu quả nhất của các bảo vệ khác nhau (chống ngắn mạch và quá tải)

Các động cơ sử dụng ở đây là loại động cơ không đồng bộ, rotor lồng sóc, có thể khởi động và tắt động cơ khi đang chạy, nên ta sử dụng bộ bảo vệ động cơ loại AC3

Ta chọn bộ motor starter cho các động cơ theo type 2:

 Không nguy hiểm cho con người và hệ thống

 Thiết bị khởi động không bị hư hỏng

 Cách điện vẫn duy trì và các thiết bị khởi động phải có khả năng khởi động lại

 Trước khi khởi động lại, chỉ cần kiểm tra sơ bộ

Ví dụ: Thang máy, dây chuyền đóng chai,…

Bảng tra motor starter:

Lựa chọn bộ bảo vệ phối hợp CB và Contactor:

Động cơ

Công

suất (kW)

Iemax (A) Mã hiệu CB

Irm (A) Contactor Relay M9 185 343.701 NSX400N 5500 LC1F400 LR9F7379