BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 8

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

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN

Phần I:TÍNH TOÁN SƠ BỘ

b) Dòng điện làm việc của tải

Ta có công thức Ib = Ksd * Iđm Mà theo đề Ksd = 1 (Vì không thể xác định chính xác thông số,

• Vì không thể xác định hệ thống sử dụng đồng thời Kđt, nên chọn Kđt = 1

1.2-Lựa chọn CB

-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 thỏa mãn điều kiện Ib < Ir < In

Phần II Tính Toán Lựa Chọn Dây Dẫn

2.1) Tính toán lựa chọn máy biến áp

Công suất biểu kiến của MBA T1:

S1 = √3𝑈 ∗ 𝐼𝑏1= √3 ∗ 400 ∗ 𝐼𝑏1 = √3 ∗ 400 ∗ 1081 = 748.938 (KVA)

Công suất biểu kiến của MBA T7:

S7 = √3 U*I= √3*230*Ib1= √3*230*90.2= 35.93 (KVA)

Với : - Ki: hệ số hiệu chỉnh khi xét đến điều kiện lắp đặt cáp

- Iz : dòng điện lớn nhất cho phép của cáp theo bảng tra

- K3: Hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện đât (trang G12)

- K4: Ảnh hưởng của số mạch đặt kề nhau

- Tính Kt và Iz để tìm ra tiết diện hợp lí của dây dẫn

Bảng tra K1

Bảng tra K2

Bảng tra K3

Bảng tra K4

Dây dẫn Kí hiệu Điều kiện lắp đặt dây dẫn K1 K2 K3 K4 K t I r I z = I r /K t Sph

C1 VIII Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt

trong máng (khay) cáp vơi 3 mạch khác, nhiệt độ môi trường 45C

C7 III Cáp điện đơn lõi, bằng nhôm (Al), cách điện

PVC, đặt trong ống chôn ngầm trong đất ẩm với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường 35C

C8 IV Cáp điện đơn lõi, bằng đồng (Cu), cách điện PVC,

đặt trong ống chôn ngầm trong đất ướt, nhiệt độ

C9 X Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện

PVC, đặt trên thang cáp cùng với 1 mạch khác, nhiệt

C10 I Cáp điện đơn lõi, bằng đồng (Cu), cách điện

XLPE, đặt trong máng (khay) cáp, nhiệt độ môi

C11 VII 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 30C

0.93 1.05 0.7 0.68 213

311.61 185*2

C15 IX Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện PVC,

đặt trong ống chôn ngầm trong đất ướt với 2 mạch

khác, nhiệt độ môi trường 25C

C16 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

C17 V Cáp điện đơn lõi, bằng đồng (Cu), cách điện

XPLE , đặt trong ống chôn ngầm trong đất khô với 2 mạch khác, nhiệt độ môi trường 35C

0.89 1 0.7 0.62 112

179.78

185

C18 VI Cáp điện đơn lõi, bằng nhôm (Al), cách điện

PVC, đặt trong máng (khay) cáp cùng với 2 mạch

khác, nhiệt độ môi trường 45C

C19 XI Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XPLE ,

chôn trong tường với 1 mạch khác, nhiệt độ môi

C20 XII Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện PVC,

chôn trong tường với 1 mạch khác, nhiệt độ môi

C21 XIII Cáp điện đa lõi, bằng đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt

trong máng (khay) cáp cùng với 1 mạch khác, nhiệt

*Không có trong bảng tra nên ta dùng công thức tính :

-Với R bỏ qua khi tiết diện lớn hơn 500mm2

-X=0.08Ω/km

-Dòng làm việc lớn nhất : Ib = 1081A

- cos :

+ Đối với tải chiếu sáng :1

+ Đối với tải động cơ khi hoạt động bình thường : 0.8

+ Đối với tải động cơ khi khởi dộng : 0.35

-Từ đó ta tính sụt áp

+Sụt áp: cos=0.8, sin=0.6

𝛥𝑈 = √3 × 𝐼𝑏 × (𝑋 𝑠𝑖𝑛 𝜑) × 𝐿 = √3 × 1081 × (0.08 × 0.6) × 0.135 = 12.13(𝑉) +Phần trăm sụt áp:

+Sụt áp:

∆U = K x IB x L = 0.31x 80.75 x 0.135 = 3V

+Tổng sụt áp trên C8:

∑ 𝛥𝑈 = 2.7 + 3 = 5.7(𝑉) +Tổng phần trăm sụt áp:

+Sụt áp:

𝛥𝑈 = 𝐾 × 𝐼𝑏 × 𝐿 = 0.4 × 90.22 × 0.028 = 1.01𝑉

+Tổng sụt áp trên C7:

∑ 𝛥𝑈 = 2.7 + 1.01 = 3.71(𝑉) +Tổng phần trăm sụt áp:

Với : - PCu: tổn hao đồng (W)

- U20 : điện áp dây thứ cấp mấy biến áp (V)

- Sn : công suất định mức máy biến áp (VA)

2 = 29.1(𝑚𝛺)

+Sụt áp trên MBA

𝑈𝑇7 = 𝐼𝑏 × 𝑍 = 156.88 × 29.1 × 10−3 = 4.57(𝑉) +Sụt áp trên Cáp

𝛥𝑈 = 𝐾 × 𝐼𝑏 × 𝐿 =× 156.88 × 0.03 = 15.96(𝑉) +Tổng sụt áp trên C15 quy về phía thứ cấp:

∑ 𝛥𝑈 = 4.57 + 14.41

400230

Bảng 7: Tính toán độ sụt áp trên dây dẫn

cos : + Đối với tải chiếu sáng :1

+ Đối với tải động cơ khi hoạt động bình thường : 0.8

+ Đối với tải động cơ khi khởi dộng : 0.35

- Từ đó ta tính sụt áp

+ Sụt áp: cos=0.8, sin=0.6

𝛥𝑈 = √3 × 𝐼𝑏 × (𝑋 𝑠𝑖𝑛 𝜑) × 𝐿 = √3 × 1081 × (0.08 × 0.6) × 0.135 = 12.13(𝑉) +Phần trăm sụt áp:

12.13

Phần III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CB THEO DÒNG NGẮN MẠCH

+U20: điện áp dây phía thứ cấp khi không tải

+ZT: tổng trở tổng mỗi pha tới điểm ngắn mạch

3.1.1.Tính toán tổng trở của các phần tử trong mạng điện

-Lưới trung thế: có Psc = 500MVA => Ra = 0.035mΩ, Xa = 0,351mΩ

- MBA: T1 có S=800kVA, chọn loại MBA dầu có Usc(%)=4, RT1=2.9mΩ, XT1= 12.9 mΩ

230

=> Chọn MBA T7 có Sn = 100kVA => 𝑃0 = 570𝑊, 𝑃𝐶𝑢 = 3700𝑊, 𝑈𝑠𝑐 = 5.5%

+Tính theo công thức, ta có :

+𝑈20: điện áp dây thứ cấp mấy biến áp (V)

+Sn : công suất định mức máy biến áp (VA)

- CB: Trong lưới hạ thế, tổng trở của các CB nằm phía trước vị trí sự cố cần phải được tính đến,

giá trị cảm kháng cho mỗi CB là XCB=0,15mΩ, trở kháng có thể được bỏ qua

- Thanh cái: Trở kháng của thanh cái được bỏ qua khi S>200mm2 Ngược lại Trở kháng sẽ được

tính bằng: Rtc= pl/S

Cảm kháng đặt giá trị 0,15mΩ cho 1m chiều dài(f=50Hz) và bằng 0.18mΩ/m khi f=60Hz

-Thanh cái B6 chọn tiết diện là 500mm2, dòng điện theo IEC=800A>Ib1,dài 2m

RtcB6 có thể bỏ qua, XtcB6=0.15*2=0.6mΩ

-Dây dẫn: Trở kháng Rd của dây dẫn sẽ được tính theo: Rd= pl/S

P: điện trỏ suất khi có nhiệt độ vận hành bình thường bằng:

- 22,5mΩ.mm2/m đối với đồng

- 36mΩ.mm2/m đối với nhôm

Cảm kháng: Đối với tiết diện nhỏ hơn 50mm2 có thể bỏ qua cảm kháng Có thể lấy bằng 0,08mΩ/m khi 50Hz hoặc 0,096mΩ khi 60 Hz

Cáp C1: Cu, l = 135m, S= 8*2410mm2

 Rc1=𝑝∗𝑙

𝑆 =22,5∗135

240∗8 = 1.58mΩ , Xc1 = 0,08 * 135 = 10.8mΩ Cáp C7: Al, l = 28m, S= 150mm2

 Rc7=𝑝∗𝑙

𝑆 =36∗28

150 = 6.72mΩ , Xc7 = 0,08 * 28 = 1.4mΩ Cáp C8: Cu, l = 55m, S= 120mm2

 Rc8=𝑝∗𝑙

𝑆 =22,5∗55

120 = 10.31mΩ , Xc8 = 0,08 * 55 = 4.4mΩ

Cáp C9: Cu, l = 55m, S= 185mm2

 Rc9=𝑝∗𝑙

𝑆 =22,5∗55

185 = 6.69mΩ , Xc9 = 0,08 * 55 = 2.4mΩ Cáp C10: Cu, l = 56m, S= 150mm2

 Rc10=𝑝∗𝑙

𝑆 =22,5∗56

150 = 8.4mΩ , Xc10 = 0,08 * 56 = 4.48mΩ Cáp C11: Al , l = 50m, S= 185mm2

𝑋𝑡′ =𝑋𝑡

𝑎2 = 91.851(400230)

3.2 Kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch của CB

Dây

dẫn Sph

Ruột dẫn Cách điện CB TRIP UNIT Isc(KA) K S2K2 I2t

Kết quả C1

8x240

Đồng XLPE

12H2

MTZ1-15.96

143 1,177,862,400

Phần IV: LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ

Có 3 loại phối hợp bảo vệ động cơ:

• Phối hợp bảo vệ tối ưu:

• Phối hợp loại 1: Phối hợp loại 1 đòi hỏi rằng trong tình trạng ngắn mạch, tiếp xúc hoặc khởi động không được gây nguy hiểm cho nhân viên hoặc cơ sở và không được tiếp tục hoạt động mà không cần sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận

• Phối hợp loại 2: Phối hợp loại 2 yêu cầu trong tình trạng ngắn mạch, bộ tiếp xúc hoặc khởi động không được gây nguy hiểm cho nhân viên hoặc cơ sở và sau đó phải được có thể tiếp tục hoạt động Nguy cơ hàn tiếp xúc được cho phép; trong trường hợp này, nhà sản xuất phải chỉ ra các biện pháp cần thực hiện liên quan đến việc duy trì thiết bị

 Lựa chọn phối hợp bảo vệ động cơ loại 2 vì phối hợp loại 2 làm:

- tăng độ tin cậy của hoạt động

- giảm thời gian ngừng hoạt động của máy, giảm bảo trì sau khi ngắn mạch Và về mặt kinh tế

nó ở mức đầu tư vừa phải

Dòng định mức Iđm = Ie =15.527A => Ip =13*Ie= 201.85A

Chọn CB GV2LE20 có trip unit bảo vệ lưới In=18A và Isd = 223A > Ip

Nên khi khởi động CB sẽ không bị nhảy

-I đm các giá trị này lấy lại từ phần 1

-I p là giá trị tức thời tối đa của dòng khởi động bằng khoảng 13 lần I đm

• Động cơ M17: 11KW

Dòng định mức Iđm = Ie =22.22A => Ip =13*Ie= 288.86A

Chọn CB GV2LE22 có trip unit bảo vệ lưới In=25A và Isd = 327A > Ip

Nên khi khởi động CB sẽ không bị nhảy

• Động cơ M18: 45KW

Dòng định mức Iđm = Ie =82A => Ip =13*Ie= 1066A

Chọn CB GV4L115 có trip unit bảo vệ lưới In=115A và Isd = 1380A > Ip

Nên khi khởi động CB sẽ không bị nhảy

• Động cơ M9: 132KW

Dòng định mức Iđm = Ie =232.97A => Ip =13*Ie= 3028.6A

Chọn CB NSX400 Micrologic 1.3M có trip unit bảo vệ lưới In=320A và Isd = 3200A > Ip => Nên khi khởi động CB sẽ không bị nhảy

-I đm các giá trị này lấy lại từ phần 1

-I p là giá trị tức thời tối đa của dòng khởi động bằng khoảng 13 lần I đm

• Động cơ M16: 30KW

Dòng định mức Iđm = Ie =59.55A => Ip =13*Ie= 774.15A

Chọn CB GV3L65 có trip unit bảo vệ lưới In=65A và Isd = 910A > Ip

• Động cơ M17: 63KW

Dòng định mức Iđm = Ie =113.6A => Ip =13*Ie= 1476.8 A

Chọn CB NSX160F có trip unit bảo vệ lưới In=160A và Isd =1250A > Ip

• Động cơ M18: 45KW

Dòng định mức Iđm = Ie =82.96A => Ip =13*Ie= 1066A

Chọn CB GV4L115 có trip unit bảo vệ lưới In=115A và Isd = 1380A > Ip

Trip unit

M16 30 GV3L65 Magnetic LC1D65A LRD365

NSX- 160M

Micrologic 2.3M

M17 63 NSX160F Magnetic LC1D150

LR9D536

9 NSX-250R

Micrologic 2.3M

M18 45 GV4L115 Magnetic LC1D115 LRD3363 NSX-160F

Micrologic 2.3M

M9 150 NSX400F

Micrologic 1.3M LC1F330 LR9F7375 NSX-630F

Micrologic 2.3M

Động cơ M16: Pđm = 30KW ,Uđm = 400V, cos = 0.86, =89%

Động cơ M17: Pđm = 63KW ,Uđm = 400V, cos = 0.87, =92%

Động cơ M18: Pđm = 45KW ,Uđm = 400V, cos = 0.86, =91%

Cáp C8 nối qua 3 tải M16, M17, M18 => k đt = 0.9 ( tra theo sách thiết kế cung cấp điện )

-Tổn thất công suất phản kháng khi đầy tải MBA

+MBA T1: có Sdm=800kVA => QT1 = 54.5kVar

+MBA T7: có Sdm=100kVA, Un = 5.5%, chọn 𝐼0 = 1%

• Công suất phản kháng cần bù của các nhóm được tính theo công thức:

Q bù = P tt * (tanφ mới – tanφ cũ )

Ví dụ: Q bùc7 = P tt * (tanφ mới – tanφ cũ ) = 30*( tanφ mới – tanφ cũ )=

Trong đó: cosφ mới = 0.9 là tối thiểu

VI LỰA KIỂM TRA SỰ BẢO VỆ CHỌN LỌC CỦA CB

PHÍA NGUỒN C7

NSX-400F TD-400D

C8 NSX- 400F TD- 400D

C10 NSX- 400F TD- 400D

C11 NSX-250B TD-400D

C1 MTZ1- 12H2

TeSys GV3L50 Magnetic C17

NSX160F Magnetic

Chọn lọc hoàn toàn C18

TeSys GV4L115 Magnetic C19

NSX-100M Micrologic 2

Chọn lọc hoàn toàn C20

NSX-100M Micrologic 2

Chọn lọc hoàn toàn C21

NSX-100M Micrologic 2

Chọn lọc giới hạn ( 2.5kA) C7

NSX-400F TD-400D

Chọn lọc hoàn toàn C9

NSX630F Micrologic 1.3M

Chọn lọc hoàn toàn C8

NSX-400F TD-400D

Chọn lọc hoàn toàn C10

NSX-400F TD-400D

Chọn lọc hoàn toàn C11

NSX-250B TD-400D

Chọn lọc hoàn toàn

Vd:

PHẦN VII: BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP

+∑R : tổng các điện trở trong mạch vòng ngắn mạch mà dòng chạm vỏ chạy qua

+∑X : tổng các điện kháng trong mạch vòng ngắn mạch mà dòng chạm vỏ chạy qua

𝑅 =𝜌 × 𝑙

22.5 × 40

90 = 10(𝑚𝛺), 𝑋 = 0.08 × 𝑙 = 0.08 × 40 = 3.2(𝑚𝛺) +C18: Al, l = 20 m, S = 185 mm2

𝑅 =𝜌 × 𝑙

36 × 20

185 = 3.89(𝑚𝛺), 𝑋 = 0.08 × 𝑙 = 0.08 × 20 = 1.6(𝑚𝛺) +C19: Cu, l = 130 m, S = 95 mm2

• ΣX = (Xcc +XT1+XC1+XQ1+XPE_C1+XT7+XC7+XQ7+XPEC 7

k2 + XC15+ XQ15 + XPEC15 0.351+12.9+10.8+0.15+10.8+65.11+1.4+0.15+2.24

• ΣR = Rcc + RT1 + RC1 + RPE_C1+ RC8+ RPE_C8+ RC16+ RPE_C16

• ΣR = Rcc + RT1 + RC1 + RPE_C1+ RC8+ RPE_C8+ RC17+ RPE_C17

𝐼𝐶𝑉 = 0.8𝑈0

√(𝛴𝑅)2+(𝛴𝑋)2 = 0.8×400

√3×√45.4052+46.981 2 = 2.8(𝑘𝐴) L21:

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

C9

C9 NSX-630F Micrologic 1.3M

Kiểm tra khả năng cắt dòng chạm vỏ của CB

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

PHẦN VIII: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

8.1) VIII Lựa chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ máy biến áp

a Trường hợp 1 lộ vào

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

Phần IX:TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM ECODIAL

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

9.1.2.Dòng điện trên tải dây dẫn Ib

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

9.1.3.Chọn CB

Chênh lệch và làm tròn số khi tính Ib nên khi tính tay được kết quả khác so với phần mềm

Với độ sụt áp cho phép có thể tham khảo Ecodial chọn lại dây để tiết kiệm tiền

Khác nhau giữa tính toán lý thuyết và mô phỏng ecodial

-Dòng ngắn mạch được tính theo công thức: 20

3

sc

T

U I

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

T

Z gồm R T và X T trong R T luôn có R của dây dẫn

+Do tiết diện giữa tính toán lý thuyết và mô phỏng khác nhau, dẫn đến R khác nhau

=> I sc giữa tính toán và mô phỏng khác nhau

Cách khắc phục: Tính lại

9.1.7 Lựa chọn bộ bảo vệ động cơ

có sự khác nhau đối với động cơ M16, M18

+Khi tính toán, ta chọn contactor phối hợp bảo vệ động cơ bằng cách tra bảng dựa trên công suất định mức của động cơ Động cơ M9, M16, M17, M18 là loại 2

Khắc phục: chọn lại contactor có thể tiết kiệm được chi phí

Trường Đại học Bách Khoa Bộ môn Thiết bị điện

9.1.8.Bù công suất phản kháng

• Khi tính toán ta chọn phương pháp bù nhóm nhưng khi mô phỏng phần mềm

không hỗ trợ bù theo nhóm nên khi mô phỏng ta dùng phương pháp bù trên thanh cái chính