Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện IEC Bản đẹp Tiếng việt

Các quy tắc chung cho thiết kế mạng điện 1 Phương pháp luận A2 2 Các quy tắc và luật lệ A4 3 Công suất đặt của tải Các đặc tính A10 4 Xác định phụ tải của mạng điện A15 Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia trung thế 1 Nguồn cung cấp ở điện áp trung thế B2 2 Quá trình thiết lập một trạm điện mới B14 3 Các sơ đồ bảo vệ trạm B16 4 Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía hạ thế B22 5 Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía trung thế B30 6 Các thiết lập trạm biến áp phân phối trunghạ áp B35 Các kiểu kết nối mạng điện hạ áp 1 Mạng điện hạ áp công cộng C2 2 Giá điện và đo lường C16 Hướng dẫn chọn lựa cấu trúc lưới trung và hạ thế 1 Các nguyên tắc cho người sử dụng D3 2 Quá trình thiết kế cấu trúc đơn giản hóa D4 3 Các đặc tính của mạng điện D7 4 Các đặc tính công nghệ D11 5 Các tiêu chuẩn đánh giá cấu trúc D13 6 Chọn lựa các phần tử cấu trúc D15 7 Lựa chọn cấu trúc chi tiết D19 8 Lựa chọn thiết bị D24 9 Các đề xuất về tối ưu hóa cấu trúc D26 10 Giải thích thuật ngữ D29 11 Phần mềm IDSpec D30 12 Ví dụ: Mạng điện cho một xưởng in D31 Phân phối trong mạng hạ áp 1 Các sơ đồ nối đất E2 2 Hệ thống phân phối E15 3 Tác động của môi trường ngoài (IEC 60364551) E25 Bảo vệ chống điện giật 1 Tổng quan F2 2 Bảo vệ chống chạm trực tiếp F4 3 Bảo vệ chống chạm điện gián tiếp F6 4 Bảo vệ tài sản khi bị hỏng cách điện F17 5 Biện pháp thực hiện hệ thống TT F19 6 Biện pháp thực hiện hệ thống TN F23 7 Biện pháp thực hiện mạng IT F29 8 Thiết bị chống dòng rò (RCDs) F36 Xác định kích cỡ và bảo vệ dây dẫn 1 Khái niệm chung G2 2 Phương pháp thực tế xác định tiết diện nhỏ nhất cho G7 phép của dây dẫn 3 Xác định độ sụt áp G20 4 Tính dòng ngắn mạch G24 5 Các trường hợp đặc biệt của dòng ngắn mạch G30 6 Dây nối đất bảo vệ (PE) G37 7 Dây trung tính G42 8 Ví dụ: áp dụng tính toán chọn cáp G46 Thiết bị đóng cắt hạ áp: chức năng chọn 1 Các chức năng cơ bản của thiết bị đóng cắt hạ áp H2 2 Thiết bị đóng cắt H5 3 Chọn thiết bị đóng cắt H10 4 Máy cắt hạ áp (CB) H1

(In lần thứ 3 có chỉnh sửa)

Dịch từ nguyên bản tiếng Anh:

Electrical Installation Guide 2009

According to IEC International Standards Schneider Electric

Cuốn «Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện» này là tài liệu duy nhất bao gồm các kỹ thuật, quy định và tiêu chuẩn liên quan đến lắp đặt điện Cuốn sách này dành cho các chuyên gia điện trong các công ty, phòng thiết kế, các tổ chức giám định, v.v

Quyển sách Hướng dẫn kỹ thuật này hướng đến những người sử dụng chuyên nghiệp và cung cấp những nguyên tắc chỉ đạo nhằm mục đích thiết

kế lắp đặt điện công nghiệp và dân dụng Thông tin và các nguyên tắc chỉ đạo trong cuốn hướng dẫn này được AS IS cung cấp Schneider Electric không bảo đảm, dù rõ ràng hay hàm ý, về khả năng thương mại và thích hợp cho một mục tiêu cụ thể nào, cũng không thừa nhận bất kỳ trách nhiệm pháp lý hoặc trách nhiệm về tính đầy đủ, chính xác, hoặc hữu dụng của thông tin, thiết bị, sản phẩm, hoặc quy trình công bố trong tài liệu Hướng dẫn này, cũng không xác định việc sử dụng chúng sẽ không vi phạm quyền sở hữu trí tuệ Mục đích của quyển sách này nhằm tạo điều kiện thuận lợi áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế cho các nhà thiết kế và các nhà thầu, nhưng trong mọi trường hợp, các văn bản gốc của tiêu chuẩn quốc tế hoặc tiêu chuẩn địa phương sẽ được ưu tiên sử dụng

Ấn bản này bao gồm cả những thay đổi mới nhất về kỹ thuật, tiêu chuẩn và quy phạm, đặc biệt là tiêu chuẩn lắp đặt điện IEC 60364

Chúng tôi cảm ơn những góp ý từ các độc giả cho ấn bản trước để giúp hoàn thiện quyển sách này

Chúng tôi cũng cảm ơn rất nhiều cá nhân và tổ chức, không thể kể hết ở đây, vì các đóng góp cho việc chuẩn bị quyển «Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện» này

Cuốn «Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện» này dành cho các kỹ sư điện làm công tác thiết kế, thực hiện, giám sát hoặc bảo trì trong lĩnh vực lắp đặt điện tương hợp với các tiêu chuẩn quốc tế của Hội đồng kỹ thuật điện quốc

tế (IEC - International Electrotechnical Commission) “Các giải pháp kỹ thuật nào sẽ đảm bảo thỏa mãn tất cả các quy định về an toàn?», đó là câu hỏi thường xuyên được đặt ra khi soạn thảo quyển sách này

Tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60364 về “Lắp đặt điện trong công trình xây dựng” xác định một cách bao quát các quy tắc cần thiết nhằm đảm bảo an toàn và các quy định về đặc tính làm việc của mọi dạng lắp đặt điện Do tiêu chuẩn cần có tính bao quát và có thể áp dụng cho mọi loại sản phẩm cũng như các giải pháp kỹ thuật khác nhau được sử dụng trên thế giới, văn bản các quy định của IEC được viết một cách phức tạp và không được trình bày theo một trình tự dễ ứng dụng Các tiêu chuẩn này, vì vậy, không thể xem như một cẩm nang ứng dụng mà chỉ có thể là các tài liệu tham khảo

Mục đích của quyển «Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện» này là khảo sát vấn

đề thiết kế lắp đặt điện tương hợp với tiêu chuẩn IEC 60364 và các tiêu chuẩn khác một cách rõ ràng, thực tiễn và hệ thống Vì vậy, chương đầu tiên, chương (A) trình bày tóm tắt nội dung quyển sách và mỗi chương tiếp theo sẽ lần lượt trình bày từng mục trong tổng số 15 mục được khảo sát Cần lưu ý đặc biệt đến chương (Q) về Tương hợp điện từ (EMC - Electromagnetic Compatibility), được viết dựa trên kinh nghiệm thực tiễn và bao quát về các vấn đề này

Chúng tôi mong quý độc giả sẽ thấy rằng quyển sách này thực sự hữu ích

Schneider Electric S.A.

Lời cảm tạ

Cuốn sách này được viết bởi một đội ngũ

chuyên gia quốc tế giàu kinh nghiệm, dựa trên

tiêu chuẩn IEC 60364, với những phát triển mới

nhất trong lĩnh vực tiêu chuẩn hóa về điện

Chúng tôi đặc biệt trân trọng nhắc đến các

chuyên gia và các lĩnh vực chuyên môn của họ

như dưới đây

Quý độc giả có thể xin tư vấn bởi các chuyên

gia này bằng cách gởi mail theo địa chỉ sau:

FR-Tech-Com@schneider-electric.com

A B C D E F G H J K L M N P Q

Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia trung thế

Các kiểu kết nối mạng điện hạ áp

Hướng dẫn chọn lựa cấu trúc lưới trung và hạ thế

Phân phối trong mạng hạ áp Bảo vệ chống điện giật

Xác định kích cỡ và bảo vệ dây dẫn

Thiết bị đóng cắt hạ áp: chức năng & chọn

Bảo vệ chống quá áp xung trong mạng hạ thế

Hiệu quả năng lượng trong phân phối điện năng

Cải thiện hệ số công suất và lọc sóng hài

Các quy tắc chung cho thiết kế mạng điện

Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia trung thế

4 Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía hạ thế B22

5 Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía trung thế B30

Hướng dẫn chọn lựa cấu trúc lưới trung và hạ thế

Thiết bị đóng cắt hạ áp: chức năng & chọn

Bảo vệ chống quá áp xung trong mạng hạ thế

8 Ví dụ về mạng điện trước và sau khi lắp đặt bù nâng cao HSCS L20

1 Bảo vệ máy phát điện hạ thế và mạng cấp điện từ máy phát N2

Chương A Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

Nội dung

A4 Các qui tắc và luật lệ

2.7 Tính hợp chuẩn (với các tiêu chuẩn và đặc thù) của các

A0 Công suất đặt của tải - Các đặc tính

3.2 Tải nhiệt kiểu điện trở và đèn đốt nóng (thông thường

A5 Công suất tải của lưới điện



2

3

4

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

A2

Nghiên cứu thiết kế lắp đặt điện theo cuốn sách này đòi hỏi phải đọc cẩn thận toàn

bộ các mục theo trình tự được trình bày cho các chương

Liệt kê các nhu cầu công suất phụ tải

Để nghiên cứu một bản thiết kế cung cấp điện cần phải cố các kiến thức căn bản

về các luật lệ và qui định của ngành điện

Công suất tổng có thể được tính từ các dữ liệu vị trí và công suất đặt của từng phụ tải hiểu biết về các chế độ vận hành (trạng thái xác lập, những điều kiện về khởi động, vận hành không đồng thời, v.v.)

Từ những dữ liệu này, có thể xác định được công suất yêu cầu lấy từ nguồn cung cấp và số nguồn (nếu cần) để cấp đầy đủ cho mạng

Những thông tin về giá điện địa phương cũng cần xem xét để cho phép chọn lựa cách kết nối tốt nhất vào lưới ở phía trung áp hoặc phía hạ áp

Kết nối vào lưới điện

Mạng có thể được nối vào:

bPhía trung áp: trong trường hợp này cần phải nghiên cứu, xây dựng và lắp đặt một trạm biến áp khách hàng Trạm này có thể trong nhà hay ngoài trời, được lắp ghép theo những tiêu chuẩn và qui định tương ứng (phía hạ

áp có thể được nghiên cứu riêng nếu cần) Việc đo lường có thể thực hiện phía trung hoặc phía hạ áp đều được

b Phía hạ áp: mạng sẽ được nối vào mạng điện địa phương và sẽ cố (nếu cần thiết) phần đo lường thích hợp tùy thuộc vào giá điện hạ áp

Cấu trúc mạng phân phối

Toàn bộ mạng phân phối sẽ được nghiên cứu như một hệ thống hoàn chỉnh Một bản hướng dẫn chọn lựa cần được đề xuất cho việc xác định cấu trúc hợp lý, bao gồm cả phía trung và hạ thế

Các bố trí nối đất trung tính được lựa chọn phụ thuộc vào các qui định của địa phương, vào nguồn cung cấp và vào bản chất của tải trong mạng

Các thiết bị phân phối, bảng điện, đấu nối mạch được bố trí căn cứ vào sơ đồ mặt bằng vị trí từng thiết bị và nhóm thiết bị Cách bố trí trang thiết bị và môi trường làm việc sẽ ảnh hưởng tới mức an toàn chịu đựng với các tác động bên ngoài

Bảo vệ chống điện giật

Các hệ thống nối đất (TT, IT hoặc TN) cần được xác định trước tiên, sau đó mới chọn lựa thiết bị bảo vệ với mục đích bảo vệ người chống mối nguy hiểm do chạm điện trực tiếp và gián tiếp

Mạch và thiết bị đóng cắt

Từng mạch sẽ được nghiên cứu chi tiết Căn cứ vào giá trị dòng định mức của các tải, dòng ngắn mạch và loại thiết bị bảo vệ, tiết diện cắt ngang của dây dẫn sẽ được xác định Cần phải lưu ý thêm rằng dòng cho phép của dây dẫn còn chịu ảnh hưởng của cách đi dây và môi trường làm việc của chúng

Trước khi chọn tiết diện dây dẫn như đã nói trên, cần phải đảm bảo thỏa những yêu cầu sau:

b Sụt áp trên dây không vượt quá tiêu chuẩn

bBảo đảm chế độ khởi động động cơ

b Đảm bảo việc bảo vệ chống điện giậtSau khi xác định dòng ngắn mạch Isc cần kiểm tra ổn định lực điện động và ổn định nhiệt của dây dẫn

Các tính toán có thể dẫn tới việc chọn các dây dẫn có tiết diện lớn hơn tiết diện được chọn lúc ban đầu

Những đặc tính cần thiết của các thiết bị đóng cắt sẽ giúp xác định được loại và đặc tính của chúng Việc sử dụng kỹ thuật cascade (ghép tầng) và việc phối hợp tính chọn lọc giữa tác động của cầu chì và các CB (máy cắt hạ thế) cũng được khảo sát

1 Phương pháp luận

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

B – Kết nối với mạng trung thế

C - Các kiểu kết nối mạng điện hạ áp

D - Hướng dẫn lựa chọn cấu trúc lưới

trung, hạ

E - Phân phối trong lưới hạ thế

F - Bảo vệ chống điện giật

G - Xác định kích cỡ và bảo vệ dây dẫn

H - Tủ điện hạ thế: chức năng và cách lựa

chọn

Bảo vệ chống quá điện áp

Sét đánh trực tiếp và gián tiếp từ vị trí vài kilomet có thể gây hư hại thiết bị Các xung điện áp thao tác, quá độ và quá áp tần số công nghiệp cũng có một hậu quả tương tự Các ảnh hưởng được khảo sát và từ đó rút ra các giải pháp

Sử dụng hiệu quả năng lượng trong lưới phân phối

Sử dụng các thiết bị đo lường cùng với một hệ thống truyền thông thích hợp trong lưới điện có thể mang lại lợi ích cho người sử dụng hay chủ đầu tư: giảm công suất tiêu thụ, giảm chi phí năng lượng sử dụng hiệu quả các thiết bị điện

Các nguồn cung cấp và tải đặc biệt

Các thiết bị đặc biệt và các trang thiết bị khác được nghiên cứu gồm:

b Các nguồn đặc biệt như máy phát hoặc các bộ nghịch lưu;

bCác tải đặc biệt có các đặc tính đặc biệt như động cơ cảm ứng, mạch chiếu sáng hoặc máy biến áp hạ /hạ;

bMạng điện đặc biệt như mạng một chiều

Khu vực dân dụng và các vị trí đặc biệt

Các dinh cơ và vài vị trí đặc biệt đòi hỏi lưu ý tới các qui định nghiêm ngặt: ví dụ thông thường nhất là đối với khu vực nhà ở dân dụng

Các hướng dẫn về EMC

Một vài qui tắc cơ bản cần được tuân thủ nhằm đảm bảo tính tương hợp điện từ Nếu không sẽ dẫn đến các hậu quả nghiêm trọng trong vận hành lưới điện: nhiễu lên hệ thống thông tin, tác động nhầm các thiết bị bảo vệ và thậm chí phá hủy các thiết bị nhạy cảm

Phần mềm Ecodial

Phần mềm Ecodial (1) cung cấp các giải pháp thiết kế trọn gói mạng hạ áp theo tiêu chuẩn và các khuyến cáo IEC

Nội dung của các phần mềm này gồm:

b Thiết lập sơ đồ đơn tuyến;

bTính toán các dòng ngắn mạch

b Tính toán các giá trị sụt áp;

b Xác định tiết diện dây cáp tối ưu

bĐịnh mức các thiết bị đóng cắt và cầu chì;

b Phối hợp các thiết bị bảo vệ

b Khuyến cáo về sơ đồ ghép tầng;

bKiểm tra việc bảo vệ an toàn cho người;

b In ra toàn bộ số liệu đã được tính toán, thiết kế bằng chương trình này

J – Bảo vệ chống xung điện áp trong mạng hạ

thế

L - Hiệu chỉnh hệ số công suất và lọc sóng hài

N - Đặc tính của một số nguồn và tải đặc

biệt

P - Mạng điện dân dụng và một số vị trí đặc biệt

M - Xử lý sóng hài

(1) Phần mềm Ecodial là sản phẩm của Merlin Gerin, có

phiên bản tiếng Pháp và tiếng Anh

K – Sử dụng năng lượng hiệu quả trong lưới

phân phối

Q - Hướng dẫn về EMC

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 1 Phương pháp luận

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

A4

Mạng hạ áp phải tuân thủ theo một số những văn bản qui định và các yêu cầu như sau:

b Các luật qui định (các sắc luật, các luật lệ của nhà máy, v.v );

bCác hướng dẫn, cách thực hiện do các ủy ban chuyên môn ban hành, các đặc điểm kỹ thuật của công việc;

bCác tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về mạng cung cấp điện;

b Các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về sản phẩm được sử dụng

220 /380V nên đưa điện áp lên tới mức 230 /400V +6% và -10%, các quốc gia có cấp điện áp 240 /415V nên đưa điện áp vào mức 230/400V +10% và -6% Cuối giai đoạn chuyển đổi dải điện áp mạng cho phép là 230 /400V ± 10% Sau đó dải này sẽ thu hẹp lại Các cách thức chuyển đổi như trên cũng được áp dụng tương tự như trường hợp chuyển từ cấp điện áp 380 /660V lên 400 /690V.

Hình A1 : Điện áp chuẩn từ 100 V tới 1000 V (IEC 60038 phiên bản 6.2 2002-07)

Nhóm 1 điện áp lớn nhất của thiết bị (kV) lưới điện (kV)

Nhóm 2 điện áp lớn nhất của thiết bị (kV) điện (kV)

Lưu ý 1 : tỉ số giữa 2 mức điện áp định mức kế cận không nên nhỏ hơn 2.

Lưu ý 2 : Với một hệ bình thường thuộc nhóm 1, trị điện áp lớn nhất và nhỏ nhất

không vượt quá 10% trị điện áp định mức lưới điện Với nhóm 2, trị điện áp lớn nhất không lệch quá 5% còn trị điện áp nhỏ nhất không quá -10% điện áp định mức lưới điện.

(1) Các trị số này không nên dùng đối với mạng phân phối công cộng.

(2) Các hệ thống này thường có 4 dây.

(3) Sự hợp nhất các giá trị này đang được xem xét.

Hình A2 : Điện áp chuẩn từ 1 kV tới 35 kV (IEC 60038 phiên bản 6.2 2002-07)

60 Hz

2.2 Các qui tắc

Trong hầu hết các quốc gia, thiết kế lắp đặt điện cần tuân thủ một loạt các qui tắc và qui định do các cơ quan hay các cá nhân có thẩm quyền ban hành Trước khi thiết kế mạng điện cần nghiên cứu các qui định này

2.3 Các tiêu chuẩn

Quyển sách hướng dẫn này dựa trên các tiêu chuẩn IEC đã ban hành, đặc biệt IEC 60364 Tiêu chuẩn IEC 60364 do các chuyên gia về y tế và điện của tất cả các nước trên thế giới xây dựng, thông qua việc so sánh các kinh nghiệm thực

tế ở cấp độ quốc tế Hiện nay, các nguyên tắc về an toàn của IEC 60364 và 60479-1 là nền tảng cho hầu hết các tiêu chuẩn trên thế giới (xem bảng phía dưới và trang sau)

Các tiêu chuẩn về điện áp

Máy biến áp lực - Sự tăng nhiệt

Máy bién áp lực - Kiểm tra mức cách điện và điện môi và khoảng cách thấy được trong không khí

Máy biến áp lực - Khả năng chịu ngắn mạch

Máy biến áp lực - Mức tiếng ồn

Các bộ chuyển đổi công suất bán dẫn - Các yêu cầu chung và các bộ biến đổi công suất chuyển mạch phụ thuộc lưới

Rơle điện

Dao cách ly cao áp - Các dao cao áp có điện áp định mức từ 1kV đến 52 kV

Cầu chì hạ thế - Các yêu cầu chung

Cầu chì hạ thế - Các yêu cầu bổ sung đối với các cầu chì dành cho những người không có chuyên môn về điện sử dụng (chủ yếu là cầu chì dân dụng và các ứng dụng tương tự)

Cầu chì trung áp - cầu chì giới hạn dòng

IEC 60287-2-2 Cấp điện - Tính toán dòng làm việc liên tục định mức - Phương trình dòng định mức (hệ số tải 100%) và tính toán tổn thất - Đặc tính chung

IEC 60364 Mạng điện của các tòa nhà

IEC 60364-2 Mạng điện của các tòa nhà - Các nguyên tắc cơ bản

IEC 60364-4-44 Mạng điện tòa nhà - Bảo vệ an toàn - Bảo vệ chống điện giật

IEC 60364-4-42 Mạng điện tòa nhà - Bảo vệ an toàn - Bảo vệ chống sự cố do nhiệt

IEC 60364-4-43 Mạng điện tòa nhà - Bảo vệ an toàn - Bảo vệ chống quá dòng

IEC 60364-4-44 Mạng điện tòa nhà - Bảo vệ an toàn - Bảo vệ chống nhiễu điện từ và điện áp

IEC 60364-5-55 Mạng điện tòa nhà - Lựa chọn và hiệu chỉnh thiết bị - Các luật lệ chung

IEC 60364-5-52 Mạng điện tòa nhâ - Lựa chọn và hiệu chỉnh thiết bị - Hệ thống đi dây

IEC 60364-5-53 Mạng điện tòa nhà - Chọn và hiệu chỉnh các thiết bị điện - Cách điện, đóng cắt và điều khiển

IEC 60364-5-54 Mạng điện tòa nhà - Lựa chọn và hiệu chỉnh thiết bị - nối đất

IEC 60364-5-55 Mạng điện tòa nhà - Chọn và hiệu chỉnh các thiết bị điện - Các thiết bị khác

IEC 60364-6-62 Mạng điện tòa nhà - Thẩm tra - Thẩm tra ban đầu

IEC 60364-7-701 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện trong phòng tắm

IEC 60364-7-702 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Hồ bơi hoặc bể bơi

IEC 60364-7-703 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện trong phòng tắm hơi

IEC 60364-7-704 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện dành cho xây dựng

IEC 60364-7-705 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Khu vực làm vườn và cơ sở nông nghiệp

IEC 60364-7-706 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Các vị trí hạn chế dẫn điện

IEC 60364-7-707 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Yêu cầu nối đất cho lưới có các thiết bị xử lý số liệu

IEC 60364-7-708 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện cho nhà lưu động và bãi đậu của chúng

IEC 60364-7-709 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện cho bên du thuyền và du thuyền

IEC 60364-7-710 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện trong khu vực y tế

IEC 60364-7-711 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện trong khu vực triển lãm, phòng trưng bày, khán đài

IEC 60364-7-72 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Hệ thống cung cấp điện mặt trời

IEC 60364-7-713 M ạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện trong khu vực đồ gỗ

IEC 60364-7-714 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện chiếu sáng ngoài

IEC 60364-7-715 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạng điện chiếu sáng có điện áp cực thấp

IEC 60364-7-717 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Các thiết bị di động hoặc xách tay

IEC 60364-7-740 Mạng điện tòa nhà - Các yêu cầu đối với các mạng hoặc vị trí đặc biệt - Mạch điện cho các kết cấu công trình tạm thời, khu giải trí, rạp xiếc

Máy cắt điện xoay chiều cao thế

Máy cắt hạ thế (CB) và các bộ điều khiển - Các thiết bị được kiểm tra toàn phần, hàng loạt và kiểm tra từng phần

CB và các bộ điều khiển - Các yêu cầu riêng đối với hệ thống thanh dẫn đi trong máng (kiểu thanh)

CB hạ thế và các bộ điều khiển - Các yêu cầu riêng đối với CB hạ thế và các bộ phận điều khiển được lắp đặt nơi có những người không có

kỹ năng về điện cơ sẽ thao tác - Tủ phân phối

CB hạ thế và các bộ điều khiển - Các yêu cầu riêng đối với các bộ phận điều khiển được lắp đặt tại công trường

CB hạ thế và các bộ điều khiển - Các yêu cầu riêng đối với CB hạ thế và các bộ phận điều khiển được lắp đặt nơi công cộng

- Hộp đấu nối cáp

Nguyên lý cơ bản và an toàn cho giao tiếp người - máy, đánh dấu và nhận dạng dây dẫn theo màu hoặc số

Ảnh hưởng của dòng điện đối với người và vật nuôi - Các khía cạnh chung

Ảnh hưởng của dòng điện đối với người và vật nuôi - Các khía cạnh đặc biệt

Ảnh hưởng của dòng điện đối với người và vật nuôi - Ảnh hưởng của dòng điện đi qua người và động vật

( Xem tiếp trang sau)

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 2 Các qui tắc và luật lệ

Kích cỡ của thiết bị đóng cắt và điều khiển hạ thế Các lắp đặt theo chuẩn trên ray cho giá đỡ cơ của các thiết bị đóng cắt và điều khiển Hướng dẫn về giới hạn phát nhiệt cho phép của cấp điện lực điện áp định mức 1KV (Um=1.2 kV) và 3kV (Um=3.6kV)

Các yêu cầu chung đối với thiết bị bảo vệ tác động theo dòng rò Hướng dẫn áp dụng để chọn cầu chì kết nối phía trung thế đặt ở máy biến áp

Tụ bù ngang loại self-healing (tự phục hồi) đặt ở mạng xoay chiều có điện áp định mức đến 1kV - Tổng quan - Các đặc tính, kiểm tra, xác định dung lượng - Các yêu cầu về an toàn - Hướng dẫn lắp đặt và vận hành

Thiết bị đóng cắt hạ thế và điều khiển - Các qui tắc chung Thiết bị đóng cắt hạ thế và điều khiển - Máy cắt Thiết bị đóng cắt hạ thế và điều khiển - Cầu dao, dao cắt, tổ hợp cầu dao-cầu chì

IEC 60947-4-2 Thiết bị đóng cắt hạ thế và điều khiển - Công tắc tơ và thiết bị khởi động động cơ - Công tắc tơ điện cơ và thiết bị khởi động động cơ

IEC 60947-6-2 Thiết bị đóng cắt hạ thế và điều khiển - Thiết bị đa chức năng - Bộ tự động chuyển mạch

An toàn điện trong lưới hạ thế tới 1000 V AC và 1500 V DC - Thiết bị thử nghiệm, đo lường, giám sát cho hệ thống bảo vệ Các yêu cầu chung

An toàn điện trong lưới hạ thế tới 1000 V AC và 1500 V DC - Thiết bị thử nghiệm, đo lường, giám sát cho hệ thống bảo vệ

An toàn điện trong lưới hạ thế tới 1000 V AC và 1500 V DC - Thiết bị cho xác định sự cố chạm vỏ trong sơ đồ IT

An toàn điện trong lưới hạ thế tới 1000 V AC và 1500 V DC - Thiết bị đo lường kiểm tra và giám sát bảo vệ - Thiết bị đo lường và giám sát chức năng (PMD)

IEC 6558-2-6 An toàn của máy biến áp lực, các bộ cấp nguồn - Các yêu cầu đặc biệt cho máy biến áp cách ly - Qui tắc chung

IEC 6227- Đặc tính chung về tiêu chuẩn của thiết bị đóng cắt và điều khiển cao thế

2.4 Chất lượng và tính an toàn của mạng cung cấp điện

Chỉ có thể đảm bảo bằng cách:

b Kiểm soát ban đầu sự tuân thủ các tiêu chuẩn và luật lệ qui định đối với mạng cung cấp điện

b Kiểm tra sự tuân thủ các tiêu chuẩn của các thiết bị điện được sử dụng

bKiểm tra định kỳ lưới điện dựa theo các yêu cầu của nhà chế tạo thiết bị

2.5 Kiểm tra ban đầu của một mạng điện

Trước khi ngành điện nối mạng để cung cấp điện, cần thiết phải có sự kiểm tra trước của các ủy ban điện và việc kiểm tra này phải được sở quản lý điện hay các cơ quan có thẩm quyền khác tiến hành

Những kiểm tra này được thực hiện thích ứng với các qui định địa phương và có thể khác nhau đối với các nước Tuy nhiên về mặt nguyên tắc thì các qui định này cùng dựa trên cơ sở tuân thủ các qui định nghiêm ngặt về mặt an toàn trong thiết kế và vận hành mạng điện

Tiêu chuẩn IEC 60364 -6-61 và các tiêu chuẩn có liên quan trong quyển sách này dựa trên sự thống nhất quốc tế về những kiểm tra nói trên, bao gồm tất cả các biện pháp an toàn và cách thức lắp đặt thực tế đã được thông qua đối với mạng dân dụng, mạng điện cho dịch vụ thương mại và mạng xí nghiệp Tuy nhiên, nhiều xí nghiệp lại có các qui định thêm có liên quan tới các loại sản phẩm đặc biệt (xăng dầu, than, gas tự nhiên, v.v ) Những yêu cầu thêm như vậy không được trình bày trong quyển sách này

Những kiểm tra về điện trước khi đưa mạng vào hoạt động và những thanh tra tại chỗ nhằm kiểm định các công trình điện bao gồm các hoạt động sau:

bKiểm tra cách điện của tất cả cáp và dây dẫn của mạng giữa các pha và giữa pha và đất

b Kiểm tra tính dẫn điện và sự liền mạch của dây bảo vệ, dây đẳng thế và dây nối đất

bKiểm tra điện trở của các điện cực nối đất đối với điểm của đất có thế bằng 0

bKiểm tra thao tác đúng của các khóa liên động, nếu có

b Kiểm tra số lượng ổ cắm cho phép trên một mạch

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 2 Các qui tắc và luật lệ

IEC 62271-100 Thiết bị đóng cắt và điều khiển cao thế - Máy cắt điện xoay chiều

IEC 62271-102 Thiết bị đóng cắt và điều khiển cao thế - Dao cách ly và dao tiếp đất

IEC 62271-105 Thiết bị đóng cắt và điều khiển cao thế - Tổ hợp cầu dao-cầu chì

IEC 62271-200 Thiết bị đóng cắt và điều khiển cao thế - Thiết bị đóng cắt và điều khiển hợp bộ với điện áp trên 1kV tới 52kV

IEC 62271-202 Trạm trung/hạ thế kiểu tiền chế

b Kiểm tra tiết diện cắt ngang của tất cả các dây dẫn, thích ứng với mức dòng ngắn mạch, lưu ý tới các thiết bị bảo vệ có liên quan, các vật liệu và các điều kiện khác của mạng (lắp kiểu hở, trong ống dẫn v.v.);

b Xác định lại việc tất cả các vỏ kim loại của thiết bị và tất cả các vật dẫn tự nhiên khác trong mạng đã được nối đất đúng

b Kiểm tra lại những khoảng trống rõ ràng trong các phòng tắm v.v

Những kiểm tra và kiểm soát này là căn bản (nhưng không phải là toàn bộ) đối với những vấn đề chủ yếu của mạng Trong khi đó những kiểm soát và một số các luật lệ lại được bao hàm trong các qui định cho từng trường hợp cụ thể, ví dụ: mạng nối đất kiểu TT, TN hoặc IT, mạng có cấp cách điện là cấp II, mạch SELV và các vị trí đặc biệt khác v.v

Mục tiêu của quyển sách hướng dẫn này hướng sự chú ý vào các khía cạnh riêng biệt của các loại mạng khác nhau và chỉ ra được các luật lệ cần thiết được xem xét, nhằm đạt được mức chất lượng thỏa đáng Đó là các điều kiện để đảm bảo

an toàn và tránh được các mối nguy hiểm khác Những biện pháp được đưa ra trong quyển sách này nên được hiệu chỉnh (nếu cần thiết) nhằm phù hợp với những thay đổi bắt buộc theo qui định của sở quản lý điện địa phương và phù hợp với tất cả những kiểm tra của các ủy ban về điện cũng như những yêu cầu của thanh tra điện

2.6 Kiểm tra định kỳ mạng điện

Ở nhiều nước, tất cả mạng điện của xí nghiệp sản xuất và khu vực thương mại, các mạng điện của các tòa nhà sử dụng cho mục đích công cộng phải được các nhân viên có thẩm quyền kiểm tra theo định kỳ

Hình A3 trình bày tần suất kiểm tra áp dụng chung với các loại mạng.

Hình A3 : Tần suất kiểm tra lưới điện

2.7 Sự phù hợp (với các tiêu chuẩn và các đặc điểm kỹ thuật) của thiết bị được sử dụng trong mạng điện

Sự xác nhận tính phù hợp tiêu chuẩn

Người ta có thể xác nhận sự phù hợp với các tiêu chuẩn của thiết bị bằng:

b Dấu hiệu chứng nhận sự phù hợp, được các tổ chức tiêu chuẩn thừa nhận, hoặc

bGiấy xác nhận sự phù hợp do phòng thí nghiệm cấp, hoặc

b Sự tuyên bố về đảm bảo chất lượng phù hợp do nhà sản xuất công bốHai giải pháp đầu tiên thường không được sử dụng cho các thiết bị cao thế

Sự tuyên bố phù hợp tiêu chuẩn

Khi thiết bị được sử dụng bởi những người có chuyên môn hoặc đã được hướng dẫn, sự tuyên bố hợp chuẩn của nhà sản xuất (bao gồm tài liệu hướng dẫn kỹ thuật) thường được xem là sự chứng nhận hợp lệ Khi năng lực của nhà sản xuất chưa đủ, tuyên bố hợp chuẩn của nhà sản xuất có thể phải được tăng cường bởi giấy chứng nhận hợp chuẩn

Tần suất kiểm tra

Hằng năm

Kiểu lưới Những mạng đòi hỏi phải có sự bảo vệ của nhân viên

- Những nơi có nguy cơ xuống cấp dễ

Từ 1 đến 3 năm

Mạng điện tòa nhà công cộng, nơi cần bảo vệ chống cháy và tránh hỗn loạn Mạng điện dân dụng Tùy thuộc qui định địa phương

Tính phù hợp của các tiêu chuẩn của thiết bị

cần được kiểm tra theo nhiều cách

Tùy thuộc công trình và khả năng tiếp nhận đám đông

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 2 Các qui tắc và luật lệ

Lưu ý: Dấu hiệu CE

Ở Châu Âu, các luật lệ yêu cầu nhà sản xuất gắn dấu hiệu CE lên sản phẩm Điều này có nghĩa là:

bSản phẩm đáp ứng được các yêu cầu về mặt luật lệ

bNó được công nhận tại Châu ÂuDấu hiệu này không phải là dấu hiệu nguồn gốc (xuất xứ) hay chứng nhận hợp chuẩn

Dấu hiệu chứng nhận hợp tiêu chuẩn

Các dấu hiệu về sự phù hợp tiêu chuẩn được khắc trên các thiết bị thường được

sử dụng bởi những người không được hướng dẫn về kỹ thuật (liên quan đến các thiết bị gia dụng) Dấu hiện này được cấp nếu thiết bị đáp ứng các yêu cầu về tiêu chuẩn sử dụng và sau khi được thẩm tra bởi hệ thống quản lý chất lượng của nhà sản xuất

Giấy chứng nhận đảm bảo chất lượng

Các tiêu chuẩn xác định vài phương pháp đảm bảo chất lượng nghiêng về phía tương ứng với các tình huống khác nhau hơn là các mức chất lượng khác nhau

Sự đảm bảo

Phòng thí nghiệm kiểm tra mẫu không thể nào xác nhận sự phù hợp tiêu chuẩn của toàn bộ sản phẩm: những kiểm tra này được gọi là kiểm tra mẫu Trong một vài kiểm tra sự phù hợp với tiêu chuẩn, các mẫu sẽ bị phá hủy (ví dụ kiểm tra cầu chì) Do đó, chỉ có nhà sản xuất có thể xác nhận rằng sản phẩm thực tế có các đặc tính như đã công bố

Giấy chứng nhận đảm bảo chất lượng như một công bố đầy đủ ban đầu về chứng nhận hợp chuẩn Như một minh chứng về việc thực thì đầy đủ các biện pháp đảm bảo chất lượng sản xuất, nhà sản xuất có được chứng nhận đảm bảo chất lượng Giấy này được tổ chức kiểm tra chất lượng cấp, dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 : 2000

Các tiêu chuẩn này xác định 3 hệ thống mô hình kiểm soát chất lượng tương ứng với các tình huống hơn là mức khác nhau về chất lượng

bMô hình 3 đảm bảo chất lượng bằng cách thanh tra và kiểm soát sản phẩm cuối cùng

b Mô hình 2 bao gồm ngoài việc kiểm tra các sản phẩm cuối, còn kiểm tra quá trình sản xuất Ví dụ như sản xuất cầu chì, người ta không thể kiểm tra đặc tính của nó trực tiếp trên sản phẩm ấy vì như vậy cầu chì sẽ bị phá hủy ngay

b Mô hình 1 tương tự mô hình 2 nhưng thêm vào yêu cầu chất lượng của quá trình thiết kế phải được xem xét tỉ mỉ, nghiêm ngặt, ví dụ khi người ta không có ý định sản xuất thử và kiểm tra nguyên mẫu (trường hợp sản phẩm do khách hàng đặt mẫu được chế tạo theo các đặc điểm kỹ thuật riêng)

2.8 Môi trường

Hệ thống quản lý môi trường có thể được chứng nhận bởi các cơ quan chức năng nếu như thỏa yêu cầu của ISO 14001 Loại chứng nhận này chủ yếu liên quan tới các sản xuất công nghiệp và cả những nơi thiết kế sản phẩm

Một thiết kế sản phẩm mang tính môi trường còn được gọi là “thiết kế thân thiện môi trường” là cách tiếp cận phát triển bền vững với mục tiêu thiết kế ra các sản phẩm (hay dịch vụ) đáp ứng được các yêu cầu khách hàng song lại giảm thiểu được các ảnh hưởng môi trường trong suốt vòng đời của mình Phương pháp luận ở đây là lựa chọn kết cấu sản phẩm với các phần tử và vật liệu có tính đến ảnh hưởng lên môi trường trong thời gian vòng đời (từ lựa chọn vật liệu ban đầu tới giai đoạn cuối) nghĩa là từ sản xuất, vận chuyển, phân phối, cuối giai đoạn tuổi thọ.,

Ở Châu Âu có 2 sắc luật được công bố là:

b Sắc luật RoHS (Hạn chế các chất độc hại) có hiệu lực từ tháng bảy năm 2006 (phê chuẩn ngày 13 tháng hai năm 2003, áp dụng từ ngày 1 tháng bảy năm 2006) với mục đích loại bỏ sáu chất nguy hiểm từ các sản phẩm: chì, thủy ngân, cadmium, hexavalent chromium, polybrominated biphenyls (PBB) hoặc polybrominated diphenyl ethers (PBDE)

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 2 Các qui tắc và luật lệ

b Sắc luật WEEE (Chất thải từ thiết bị điện và điện tử) có hiệu lực từ tháng tám

2005 (phê chuẩn ngày 13 tháng hai 2003, áp dụng từ 13 tháng tám 2005) nhằm kiểm soát tuổi thọ sản phẩm và xử lý các thiết bị gia dụng và các thiết bị khác Các nơi khác trên thế giới có thể có các sắc luật khác tương tự

Ngoài những cố gắng của nhà chế tạo sản phẩm thân thiện môi trường, việc lắp đặt mạng điện cũng cần lưu tâm tới môi trường ngay từ giai đoạn thiết kế lưới điện Hiện nay, thực tế cho thấy nếu tối ưu thiết kế mạng điện, lưu tâm tới điều kiện vận hành, chọn vị trí biến thế trung/hạ và kết cấu lưới (tủ điện, cách đi dây )

có thể giảm đáng kể ảnh hưởng tới môi trường (vật liệu thồ, năng lượng, tuổi thọ) Xem chương D về vị trí trạm và tủ điện hạ thế

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 2 Các qui tắc và luật lệ

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

A0

3 Công suất đặt của phụ tải - Các đặc tính

Việc khảo sát các giá trị thực của nhu cầu phụ tải cho phép xác định:

bCông suất yêu cầu được xác định rõ trong hợp đồng với ngành điện

b Dung lượng của máy biến áp trung/ hạ áp được lắp đặt (có cho phép sự tăng phụ tải trong tương lai);

bCác mức dòng điện tải tại mỗi tủ phân phối

3. Động cơ cảm ứng

Dòng điện yêu cầu

Dòng đầy tải Ia cung cấp cho động cơ được xác định theo công thức sau

bĐộng cơ 3 pha: Ia = Pn x 1.000 / √(3 x U x η x cos )ϕ

bĐộng cơ 1 pha: Ia = Pn x 1.000 / (U x η x cos )ϕ

Ia: dòng yêu cầu (Ampe)Pn: công suất định mức (kW)U: đối với động cơ 3 pha là U dây và đối với động cơ 1 pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của động cơ (V) (pha - trung tính hoặc pha - pha)

η: hiệu suất của động cơ ,công suất đầu ra kW / công suất đầu vào kW cos ϕ: hệ số công suất, công suất đầu vào kW / kVA đầu vào

Dòng cận quá độ và cài đặt bảo vệ

bTrị đỉnh dòng cận quá độ có thể rất cao: giá trị điển hình có thể tới 12 đến 15 lần trị định mức (hiệu dụng) của động cơ Inm Thậm chí nó có thể đạt tới 25Inm

bCác máy cắt (CB) của Merlin Gerin, công tắc tơ của Telemecanique và các rơle nhiệt được thiết kế chịu sự khởi động động cơ với dòng cận quá độ rất lớn (trị đỉnh quá độ có thể tới 19 lần Inm)

bNếu có tác động không mong muốn của bảo vệ quá dòng trong khi động cơ khởi động, thì điều đó có nghĩa là dòng khởi động động cơ vượt quá giới hạn bình thường Kết quả là đạt tới các biên chịu đựng của thiết bị đóng cắt, tuổi thọ giảm

và thậm chí một vài thiết bị có thể bị phá hủy Để tránh tình trạng này, việc nâng hạng của thiết bị đóng cắt cần được lưu ý

b Các thiết bị đóng cắt Merlin Gerin và Telemecanique được thiết kế đảm bảo vệ cho các bộ khởi động khỏi ngắn mạch Tùy thuộc vào tình thế, các tổ hợp CB, công tắc tơ hay rơle nhiệt được sử dụng để có mức phối hợp dạng 1 hay 2 (xem chương N)

Bù công suất phản kháng (kVAr) đối với động cơ cảm ứng

Việc giảm dòng cung cấp cho động cơ cảm ứng thường là có lợi cả về mặt kỹ thuật lẫn kinh tế Điều này có thể được thực hiện nhờ các tụ điện, và không ảnh hưởng đến công suất đầu ra của động cơ

Việc áp dụng nguyên tắc này khi vận hành động cơ cảm ứng thường có liên quan tới “cải thiện hệ số công suất” hoặc “hiệu chỉnh hệ số công suất”

Như đã phân tích trong chương L, công suất biểu kiến cung cấp cho động cơ cảm ứng có thể giảm đáng kể do việc mắc song song với nó bộ tụ điện Việc làm giảm công suất biểu kiến đầu vào làm giảm dòng điện vào động cơ (khi điện áp giữ nguyên) Việc bù công suất phản kháng đặc biệt đúng đắn đối với các động cơ làm việc ở chế độ dài hạn với công suất nhỏ hơn

Như đã nói trên cos φ, vì vậy việc giảm kVA đầu vào sẽ làm tăng (nghĩa là cải thiện) hệ số công suất

cos φ = kW đầu vào nên khi kVA đầu vào giảm sẽ tăng (cải thiện)kVA đầu vào

Như đã nóitrị cos φ

Khảo sát công suất thực của các phụ tải là

bước bắt buộc cho công việc thiết kế một

mạng hạ thế

Công suất định mức Pn (kW) của động cơ là

công suất định mức đầu ra (trên trục động

cơ) Công suất biểu kiến Pa (kVA) là hàm của

công suất đầu ra, hiệu suất và hệ số công suất

của động cơ

cos

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

Hình A4 biểu diễn mối quan hệ giữa công suất định mức của động cơ, giá

trị dòng chuẩn động cơ theo điện áp cung cấp

3 Công suất đặt của phụ tải - Các đặc tính

Hình A4 : Công suất và dòng điện định mức

3.2 Các thiết bị nhiệt kiểu điện trở và đèn nung sáng (thông thường hay halogen)

Dòng yêu cầu của thiết bị nhiệt hoặc đèn đốt nóng dễ dàng có được từ công suất định mức do nhà sản xuất cung cấp (khi cos ϕ = 1) (xem Hình A5)

Hình A5 : Dòng yêu cầu của tải trở nhiệt và đun nung nóng (thông thường hoặc halogen)

Công suất Dòng yêu cầu (A) định mức 1-pha 1- pha 3-pha 3-pha

0.1 0.79 0.43 0.25 0.14 0.2 1.58 0.87 0.50 0.29 0.5 3.94 2.17 1.26 0.72

Lưu ý: ở thời điểm mờ công tắc đèn, dây tóc ở trạng thái nguội chịu sự tăng vọt

dòng tới trị số đỉnh nhưng chỉ trong thời gian rất ngắn

Đèn huỳnh quang và các thiết bị liên quan

Công suất Pn (W) được ghi trên bóng đèn không bao gồm công suất của ballast.Dòng sẽ là:

The current is given by:

■cos ϕ = 0.6 khi không có tụ hiệu chỉnh hệ số công suất(2)

■cos ϕ = 0.86 có có tụ hiệu chỉnh hệ số công suất (đèn đơn hay đèn đôi)

■cos ϕ = 0.96 cho ballast điện tửNếu không cho trị số công suất tiêu thụ của ballast, có thể lấy trị số này khoảng 25% công suất Pn

Hình A6 cung cấp các thông số đối với ballast khác nhau

(1) la là Ampe; U-V; Pn-W Nếu Pn là kW, cần nhân phương

trình thêm 1.000.

(2) Hiệu chỉnh hệ số công suất thường được coi là “bù”

trong thuật ngữ đèn tuýp phóng điện.

Cos ϕ thường gần bằng 0,95 (dòng và áp gần trùng pha)

nhưng hệ số công suất là 0,5 do dạng xung của dòng, đỉnh

của nó xuất hiện chậm ở mỗi nửa chu kỳ điện

Bố trí đèn và bộ khởi động ballasts

(3) Công suất (W) được ghi trên ống

Hình A6 : Dòng điện yêu cầu và công suất tiêu thụ của các loại đèn ống huỳnh quang

có kích thước thông dụng (ở 230V- 50Hz)

Đèn huỳnh quang Compact

Đèn huỳnh quang compact có cùng đặc tính về kinh tế và tuổi thọ như các loại đèn ống cổ điển

Chúng thường được sử dụng nơi công cộng, cần được chiếu sáng thường xuyên (ví dụ ở hành lang, quầy rượu, phòng ngoài, v.v ) và trong một số trường hợp khác được chiếu sáng bởi đèn nung sáng (xem Hình A7 trang sau)

Pn

Ia =

Pn (1)

Ia = U

U: điện áp ở các đầu cực của thiết bị

Dòng (A) at 230 V

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 3 Công suất đặt của phụ tải -

Các đặc tính

Công suất (W) thể hiện trên đèn ống

phóng điện không bao gồm công suất tiêu

thụ trong ballast

Hình A7 : Dòng yêu cầu và công suất tiêu thụ của đèn huỳnh quang Compact (ở 230 V-50HZ)

Loại đèn Công suất Dòng tại 230 V

Đèn không tích 10 0.080 hợp ballast 18 0.110

Hình A8 : Dòng yêu cầu của đèn phóng điện

Hơi thủy ngân + kim loại (còn gọi là metal-iodide)

Lưu ý: Những loại đèn này rất nhạy với sự suy giảm điện áp Khi U giảm tháp U<50% điện áp định mức, chúng sẽ tắt và sẽ

không mồi trở lại trước khi được để nguội 4 phút.

Lưu ý: Đèn khí sodium áp suất thấp có hiệu suất chiếu sáng cao hơn (đứng đầu) so với các nguồn khác Tuy nhiên, đèn này bị

cấm sử dụng ở một số nơi do ảnh hưởng tới màu sắc cần phân biệt của các vật được chiếu sáng (do ánh sáng của nó màu vàng cam).

Đèn phóng điện

Hình A8 cho dòng của bộ đèn bao gồm cả các thiết bị phụ trợ

Những loại đèn này dựa trên hiện tượng phát sáng khi phóng điện xuyên qua chất khí hoặc hơi của hỗn hợp bột kim loại được đựng trong vật chứa trong suốt hàn kín ở một áp suất định trước

Những loại đèn này có thời gian khởi động dài, trong khi khởi động có dòng la lớn hơn dòng định mức In Công suất và dòng điện yêu cầu của các loại đèn khác nhau được cho trong Hình A8 (trị số này có thể thay đổi chút ít tùy theo các nhà sản xuất khác nhau)

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 3 Công suất đặt của phụ tải -

Các đặc tính

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện

Công suất đặt là tổng cộng suất định mức

của các thiết bị tiêu thụ điện trong lưới Đây

không phải là công suất thực cần được cung

cấp

Để tính toán thiết kế điện, trước hết cần xác định nhu cầu tải thực tế lớn nhất Nếu chỉ dựa trên việc cộng số học của tổng tải có trên lưới, điều đó sẽ dẫn tới không kinh tế và một sự thực hành kỹ sư kém

Mục đích của chương này là chỉ ra cách gán các giá trị hệ số không đồng thời và

hệ số sử dụng trong việc tính phụ tải hiện hữu và thiết kế Các hệ số không đồng thời tính đến sự vận hành không đồng thời của các thiết bị trong nhóm Còn hệ số

sử dụng thể hiện sự vận hành thường không đầy tải Các giá trị của các hệ số này

có được dựa trên kinh nghiệm và thống kê từ các lưới hiện có

Ngoài việc cung cấp các số liệu cơ bản cho thiết kế các mạch điện riêng rẽ, cần thiết phải có các dữ liệu của toàn bộ mạng điện Từ đây mới có thể xác định được cách thức cấp điện (mạng phân phối, biến thế trung/hạ áp, nguồn dự phòng )

4.1 Công suất đặt (kW)

Hầu hết các thiết bị đều có nhãn ghi công suất định mức của mình (Pn)

Công suất đặt là tổng của các công suất định mức của tất cả các thiết bị tiêu thụ điện trong lưới Đây không phải là công suất tiêu thụ thực tế Với động cơ, công suất định mức là công suất đầu ra trên trục động cơ Công suất tiêu thụ đầu vào rõ ràng sẽ lớn hơn Các đèn huỳnh quang và phóng điện kết hợp với ballast là một trường hợp khác mà công suất định mức ghi trên đèn nhỏ hơn công suất tiêu thụ bởi đèn và ballast Phương pháp xác định công suất tiêu thụ thực của động cơ và đèn được trình bày ở mục 3 của chương này

Công suất yêu cầu (kW) là đại lượng cần thiết để chọn công suất định mức của máy phát hoặc ắc-qui hoặc cho những lưới có các động cơ sơ cấp

Với lưới hạ thế công cộng hoặc cho biến thế trung /hạ (biến thế phân phối), đại lượng quan trọng là công suất biểu kiến (kVA)

4.2 Công suất đặt biểu kiến (kVA)

Công suất đặt biểu kiến thường là tổng số học (kVA) của các tải riêng biệt (kVA) sẽ không bằng tổng công suất đặt

Công suất biểu kiến yêu cầu của một tải (có thể là một thiết bị) được tính từ công suất định mức của nó (nếu cần, có thể phải hiệu chỉnh như đã nói ở trên đối với các động cơ) và sử dụng các hệ số sau:

η = hiệu suất = công suất đầu ra kW / công suất đầu vào kW cos ϕ = hệ số công suất = kW / kVA

Công suất biểu kiến yêu cầu của tải:

số kVA tổng Kết quả thu được do đó, sẽ lớn hơn giá trị thật Nhưng trong thiết kế, điều này là chấp nhận được

Khi không biết được đặc tính của tài, các giá trị ở hình A9 có thể cho phép đánh giá gần đúng số VA yêu cầu (từng tải là rất nhỏ nên không thể biểu diễn ở kVA hoặc kW) Các suất phụ tải chiếu sáng được dựa trên sàn 500m2

(1) để có mức chính xác cao hơn, cần lấy hệ số sử dụng

lớn nhất như sẽ giải thích ở mục 4.3

4 Công suất tải của lưới điện

Công suất đặt biểu kiến thường là tổng số

học (kVA) của các tải riêng biệt Phụ tải

tính toán (kVA) sẽ không bằng tổng cộng

suất đặt.

Hình A9 : ước tính công suất đặt biểu kiến

4.3 Đánh giá công suất thực lớn nhất kVA

Tất cả các tải riêng biệt thường không vận hành hết công suất định mức ở cùng một thời điểm Hệ số ku và ks cho phép xác định công suất sử dụng lớn nhất dùng

để định kích cỡ của lưới

Hệ số sử dụng lớn nhất (ku)

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 ku 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 lưới công nghiệp, hệ số này ước chừng là 0,75 cho động cơ Với đèn dây tóc, nó bằng 1 Với ổ cắm ngoài, hệ số này phụ thuộc hoàn toàn dạng thiết bị cắm vào ổ cắm

có thể cho giá trị chính xác cho mọi trường hợp

Hệ số đồng thời cho tòa nhà chung cư

Một vài giá trị điển hình ks trong trường hợp này sẽ được cho trong Hình A10 và được áp dụng cho tải dân dụng 230/400V (3 pha 4 dây) Trong trường hợp có dùng thiết bị sưởi ấm bằng điện, hệ số ks sẽ bằng 0,8 và không phụ thuộc vào số hộ tiêu thụ

Ví dụ: (hình A11)Tòa nhà 5 tầng, có 25 hộ, mỗi hộ có công suất đặt là 6kVA Tổng công suất đặt của tòa nhà là:

36 + 24 + 30 + 36 + 24 = 150 kVACông suất biểu kiến yêu cầu của tòa nhà: 150 X 0,46 = 69 kVA

Đèn huỳnh quang (bù tới cos ϕ = 0.86)

(lux = l m/m 2 )

Ước tính (VA/m 2 ) cho đèn ống huỳnh quang máng công nghiệp (12)

Công việc chính xác

- Vẽ thiết kế

- Chế tạo, lắp ráp chính xác cao Mạch động lực

Loại sử dụng Trạm bơm khí nén Ước tính (VA/m

Từ hình A10, có thể xác định được dòng trong từng phân đoạn khác nhau trên

cùng một đường cung cấp chính cho các tầng Tiết diện dây đi từ mặt đất lên cao

Hình A11 : Áp dụng hệ số đồng thời (ks) cho tòa nhà chung cư 5 tầng

Hình A10 : Hệ số đồng thời của tòa nhà chung cư

4.4 Ví dụ áp dụng các hệ số ku và ks

Ví dụ xác định tải tại mọi cấp được minh họa ở hình A14 (trang sau)

Trong ví dụ này, tổng công suất đặt là 126,6kVA còn phụ tải thực là 65kVA (tại thanh cái hạ áp của biến thế trung/hạ)

Lưu ý: để chọn kích cỡ dây của mạch phân phối, dòng (A) sẽ được xác định theo công thức:

I = kVAU

Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

Hình A12 cho các giá trị giả thiết ks của tủ phân phối cung cấp điện cho một số mạch (mà không có thêm thông tin về cách thức phân chia tải giữa chúng) Nếu các mạch chủ yếu là cho chiếu sáng, có thể coi ks gần bằng 1

Hình A12 : Hệ số đồng thời cho tủ phân phối (IEC 61439)

■Cho động cơ mạnh nhất

■Cho động cơ mạnh thứ nhì

■Cho tất cả động cơ 0.60(1) trong vài trường hợp, nhất là trong lưới công nghiệp, hệ số này có giá trị lớn hơn (2) dòng được lưu ý bằng dòng định mức của động cơ và tăng thêm một trị bằng 1/3 dòng khởi động của nó.

Bảng A13 : Hệ số đồng thời theo chức năng mạch

Hệ số đồng thời theo chức năng của mạch

Hệ số ks dùng cho các mạch cung cấp điện cho các tải thường dùng được cho

trong bảng A13

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 4 Công suất tải của lưới điện

0.9

1.0

Hình A14 : Ví dụ đánh giá tải của một mạng điện (các giá trị của các hệ số chỉ mang tính minh họa)

1

Tủ phân phối

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

5 5 5 2 2 Máy tiện

18

1 0.8

0.4 1

15 10.6

2.5 2.5 15 15 Máy lạnh

0.28 1

18

1 1

2

1 Máy sưởi

30 đèn huỳnh quang

Máy khoan

14.4

12

1

1 1 1 2.5

2 18 15 15 2.5

Tủ phân phối xưởng A 0.75

Mạch động lực

Mạch động lực

Tủ phân phối xưởng B

Tủ phân phối xưởng C

Từ phân phối chính MGDB

Ổ cắm ngoài

Ổ cắm ngoài

Mạch chiếu sáng

Mạch chiếu sáng

Mạch chiếu sáng

0.9

0.9

0.9

0.9 10.6

3.6 3

12 4.3 1

15.6 18.9

37.8 35

5 2

65

LV / MV

Tủ phân phối

1 1

1

0.2 1

10/16 A

5 ổ cắm ngoài

20 đèn huỳnh quang

5 ổ ngoài

cắm-10 đèn huỳnh quang

3 ổ cắm ngoài

-10/16 A

10/16 A

biểu kiến (Pa) kVA

4.6 Chọn lựa công suất máy biến áp

Nếu lưới được cung cấp trực tiếp từ biến thế trung /hạ và tải lớn nhất đã được xác định, việc chọn máy biến áp cần lưu ý tới (xem Hình A15):

Hình A15 : Công suất chuẩn của biến thế Trung/Hạ và dòng định mức đầu ra

Công suất biểu kiến I n (A)

Công suất biểu kiến yêu cầu max kVA

Hệ số đồng thời Công suấtbiểu kiến

(Pa) kVA

Hệ số đồng thời

Công suất biểu kiến (Pa) kVA

Công suất biểu kiến (Pa) kVA

Hệ số đồng thời

Mạch động lực

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 4 Công suất tải của lưới điện

■Khả năng cải thiện hệ số công suất của lưới (xem chương L);

■Khả năng mở rộng của lưới;

■Các điều kiện ràng buộc (nhiệt độ V.V.);

■Gam, công suất biến thế Dòng định mức In phía hạ áp của máy biến áp 3 pha là:

In = Pa x 103

U 3

■Pa = công suất định mức của biến thế (kVA)

■U = điện áp dây khi không tải (237 V hoặc 410 V)

■In đơn vị là Ampe (A)Với biến áp 1 pha:

In= Pa x 103V

■V = điện áp đầu ra phía hạ thế khi không tải (V)Phương trình đơn giản hóa ở 400 V (tải 3 pha)

■In = kVA x 1.4Công suất máy theo tiêu chuẩn IEC là IEC 60076

4.7 Lựa chọn nguồn cung cấp

Mức quan trọng của cấp điện liên tục sẽ quyết định việc chọn nguồn dự phòng Lựa chọn và các đặc tính của nguồn thay thế sẽ được trình bày trong chương D Nguồn cung cấp chính thường lấy ở lưới trung áp hoặc lưới hạ áp của lưới điện quốc gia Trên thực tế, lấy điện phía trung thế có thể là cần thiết nếu tải vượt quá (hoặc dự định sẽ vượt quá) ngưỡng 250kVA, hoặc nếu chất lượng phục vụ đòi hỏi cao hơn so với chất lượng có từ lưới hạ thế Hơn nữa, nếu lấy điện từ phía hạ thế

mà gây xáo trộn cho khách hàng lân cận thì ngành điện có thể yêu cầu dùng điện

từ phía trung thế

Cung cấp từ phía trung thế có thể lợi cho khách hàng trung thế như sau:

■Không bị xáo trộn bởi các phụ tải khác

■Có thể tự do chọn hệ thống nối đất phía hạ thế

■Có sự lựa chọn rộng hơn một cách kinh tế về hệ thống biểu giá điện

■Có thể cho phép sự tăng tảiTuy nhiên cần lưu ý là:

■Khách hàng là chủ của trạm trung/ hạ, do đó trong một vài quốc gia, họ cần tự

bỏ tiền để lắp đặt trạm Ngành điện sẽ có thể tham gia vào đầu tư, ví dụ như đi dây trung thế

■Một phần của giá thành kết lưới có thể được hoàn vốn nếu có một khách hàngthứ hai cùng nối vào dây trung thế trong một khoảng thời gian sau khi khách hàng thứ nhất kết lưới

■Khách hàng chỉ có quyền tiếp cận phần hạ thế Tiếp cận phần trung thế chỉđược dành cho ngành điện (đọc công tơ, thao tác, v.v) Tuy vậy, trong một vài quốc gia, máy cắt bảo vệ trung thế (hoặc cầu chì - dao cắt tải) có thể do khách hàng vận hành

■Dạng và vị trí của trạm sẽ được chọn theo thỏa thuận giữa khách hàng vàngành điện

A - Các qui tắc chung cho thiết kế mạng điện 4 Công suất tải của lưới điện

Chương B Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia trung thế

Nội dung

B2

B2

Nguồn cung cấp ở điện áp trung thế

1.1 Các đặc tính của mạng phân phối trung thế nguồn lưới quốc gia

B14 Quá trình thiết lập một trạm điện mới

B16 Các sơ đồ bảo vệ trạm

B22 Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía hạ thế

4.3 Chọn lựa panel đóng cắt trung thế cho máy biến thế B25

Trạm biến áp khách hàng với phần đo lường phía trung thế B32

5.1 Tổng quan

B37 Các thiết lập trạm biến áp phân phối trung/hạ áp

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

mạng phân phối có điện áp trên 1 kV và thường lên tới 52 kV (xem tiêu chuẩn IEC 601-01-28)

Trong chương này, mạng phân phối vận hành ở mức điện áp 1,000 V hoặc thấp hơn được xem là mạng hạ thế, trong khi đó các hệ thống phân phối điện cần một cấp máy biến áp giảm áp để nuôi mạng hạ thế sẽ được xem là mạng trung thế

Vì các lý do về kinh tế và kỹ thuật , điện áp định mức của mạng phân phối trung thế, như đã định nghĩa ở trên, ít khi vượt quá 35 kV

1.1 Các đặc tính của mạng phân phối trung thế nguồn lưới quốc gia

Điện áp định mức và các mức cách điện liên quan

Điện áp định mức của một mạng điện hay của một thiết bị được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 60038 là “điện áp mà một mạng điện hoặc một thiết bị được thiết

kế và là mức điện áp thỏa được các đặc tính vận hành” Liên quan chặt chẽ tới điện áp định mức là “mức điện áp cao nhất đối với thiết bị”, nó liên quan tới mức cách điện ở tần số làm việc bình thường Các đặc tính khác trong các số liệu về thiết bị sẽ được đối chiếu tới điện áp này

Mức “điện áp cao nhất đối với thiết bị” được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC

60038 như sau:

“Giá trị điện áp tối đa mà thiết bị có thể được sử dụng, nó xảy ra ở điều kiện vận hành bình thường ở bất kỳ thời điểm nào và ở bất kỳ vị trí nào trên mạng điện Không bao gồm điện áp quá độ, chẳng hạn như do đóng cắt và các thay đổi điện

áp tạm thời "

Chú ý :

1- Mức điện áp cao nhất đối với thiết bị chỉ được chỉ ra đối với mạng điện có điện áp định mức cao hơn 1,000 V Cần phải hiểu rằng, đối với vài loại thiết bị đặc biệt, sự vận hành bình thường không thể được đảm bảo khi điện áp tăng tới "mức điện áp cao nhất đối với thiết bị", ví dụ như các đặc trưng nhạy với điện áp như mất tụ bù , dòng từ hóa nhảy vọt của máy biến áp,vv Trong những trường hợp này, các tiêu chuẩn IEC chỉ rõ giới hạn điện áp có thể vận hành bình thường của các thiết bị.2- Cần phải hiểu rằng các thiết bị được sử dụng trong mạng điện có điện áp định mức không quá 1,000 V chỉ được chỉ định theo điện áp dịnh mức của mạng điện (cho cả vận hành và mức cách điện)

3- Định nghĩa “điện áp cao nhất đối với thiết bị” được cho trong tiêu chuẩn IEC

60038 tương tự với định nghĩa được cho trong tiêu chuẩn IEC 62271-1 ứng với

“điện áp danh định” Tiêu chuẩn IEC 62271-1 liên quan tới thiết bị đóng cắt với mức điện áp trên 1,000 V

Các giá trị trên Hình B1, được lấy từ tiêu chuẩn IEC 60038, bảng này liệt kê những cấp

tiêu chuẩn thường dùng phổ biến nhất của mạng phân phối trung thế, và mối liên hệ giữa điện áp định mức tới các giá trị chuẩn của "Điện áp cao nhất đối với thiết bị" Những hệ thống này thường là 3 dây trừ phi có những chỉ định khác Các giá trị được cho là điện áp dây

Các giá trị được cho trong trong ngoặc đơn được xem là không nên sử dụng Người

ta khuyến cáo rằng các giá trị này không nên sử dụng đối với những mạng điện mới

sẽ được xây dựng trong tương lai

Người ta khuyến cáo rằng ở vài quốc gia tỉ số giữa hai mức điện áp danh định liền

kề không nên bé hơn 2

Để đảm bảo bảo vệ một cách thích hợp thiết bị chống lại quá áp tần số công nghiệp ngắn hạn do tình trạng làm việc không bình thường, và quá áp quá độ do sét, đóng cắt, và do sự cố hệ thống, vv Tất cả thiết bị trung thế phải được chỉ rõ có đủ mức cách điện danh định

(2) Sự thống nhất của các giá trị này đang được xem xét

Hình B1 : Liên hệ giữa điện áp định mức của mạng điện và mức điện áp cao nhất đối với thiết bị

Series I (đối với mạng 50 Hz và 60 Hz )

Điện áp cao nhất đối với thiết bị Điện áp định mức của mạng

3.3 (1) 3 (1) 3.6 (1) 6.6 (1) 6 (1) 7.2 (1)

(1) Những giá trị này không nên sử dụng cho mạng phân phối công cộng.

1 Nguồn cung cấp ở điện áp trung thế

đựng" yêu cầu theo tiêu chuẩn IEC 62271-1 Việc chọn các giá trị giữa Danh sách 1 và Danh sách 2 trong bảng B2 phụ thuộc vào mức độ bắt sét và quá áp

do đóng cắt (1), loại nối đất trung tính, và loại thiết bị bảo vệ quá áp, vv (đối với các chuẩn hướng dẫn tiếp theo nên xét theo IEC 60071)

Cũng cần ghi nhận rằng, ở các mức điện áp theo yêu cầu, quá áp do đóng cắt không được chú ý Đó là vì quá áp do quá độ đóng cắt ít nguy hiểm hơn những mức điện áp sinh ra do hiện tượng sét

(1) Một cách cơ bản Danh sách 1 thường được áp dụng đối với

thiết bị đóng cắt của mạng cáp ngầm trong khi danh sách 2 được

chọn đối với thiết bị đóng cắt của mạng đường dây trên không

Điện áp danh định Điện áp chịu đựng xung sét danh định (trị đỉnh )

U (trị hiệu dụng) Danh sách 1 Danh sách 2

Điện áp chịu đựng ngắn hạn ở tần số công nghiệp danh định (trị hiệu dụng (r.m.s ) Ngang qua

khoảng hở cách ly

Ngang qua khoảng hở cách ly

Đối với đất, giữa các cực

và ngang qua tiếp điểm mở của thiết bị đóng cắt

Ngang qua khoảng hở cách ly

Chú thích: Các giá trị mức điện áp chịu đựng "ngang qua khoảng hở cách ly" chỉ có

giá trị đối với thiết bị đóng cắt có khoảng hở trông thấy giữa các tiếp điểm mở được thiết

kế để đảm bảo yêu cầu cắt mạch (dao cách ly).

Hình B2 : Mức cách điện danh định của thiết bị đóng cắt

Máy biến áp Hình B3 dưới đây được trích từ IEC 60076-3.

Ý nghĩa của danh sách 1 và danh sách 2 tương tự với bảng số liệu của máy cắt,

ví dụ việc chọn lựa phụ thuộc vào mức độ bắt sét , vv

Các thành phần khác

Hiển nhiên rằng đặc tính cách điện những phần tử trung thế khác liên quan tới các thành phần chính của nó, ví dụ sứ cách điện bằng sứ hay bằng kính, cáp trung thế, dụng cụ

Hình B3 : Mức cách điện danh định đối với máy biến áp

Điện áp cao nhất đối với thiết bị (r.m.s.)

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Đối với đất, giữa các cực

và ngang qua tiếp điểm mở của thiết bị đóng cắt

Đối với đất, giữa các cực

và ngang qua tiếp điểm mở của thiết bị đóng cắt

B4 của máy biến áp, vv phải tương hợp với mức cách điện của máy biến áp và

thiết bị đóng cắt nêu trên Lịch kiểm tra những bộ phận này được cho trong các qui định IEC tương ứng

Tiêu chuẩn của vài quốc gia cá biệt thường được hợp lý hóa để bao gồm chỉ một hoặc hai mức của điện áp, hoặc dòng điện, và mức sự cố ,vv

Chú thích tổng quát :Tiêu chuẩn IEC được dùng cho ứng dụng trên toàn thế giới và thường bao gồm một dãy bao quát các mức điện áp và dòng điện

Điều này phản ánh những ứng dụng khác nhau phù hợp với từng quốc gia có thời tiết khác nhau, có những ràng buộc về địa lý và kinh tế khác nhau

Đối với máy cắt trong khoảng điện áp danh định được xét đến trong chương này, Hình B4 cung cấp các trị định mức của dòng khả năng cắt ngắn mạch.Tính dòng ngắn mạch

Những nguyên tắc tính dòng ngắn mạch trong mạng điện được trình bày trong tiêu chuẩn IEC 60909

Việc tính dòng ngắn mạch ở các điểm khác nhau trong một mạng điện có thểtrở thành một việc khó khăn khi mạng điện là phức tạp

Tiêu chuẩn quốc gia của vài quốc gia cá biệt

thường được hợp lý hóa để bao gồm chỉ một

hoặc hai mức điện áp, dòng điện, và mức sự

cố, vv.

Một máy cắt (hoặc công tắc cầu chì, trên mức

điện áp giới hạn) chỉ là một dạng của thiết bị

Nó có thể được sử dụng để tính các dạng ngắn mạch kim loại khác nhau (đối xứng hoặc không đối xứng) xảy ra trong mạng điện :

■ Ngắn mạch 3 pha (tất cả 3 pha), thường là dạng cho dòng sự cố lớn nhất

■ Ngắn mạch hai pha (giữa hai pha), dòng điện nhỏ hơn sự cố 3 pha

■ Ngắn mạch hai pha chạm đất (giữa hai pha và đất)

■ Ngắn mạch một pha chạm đất (giữa một pha và đất), dạng thường xảy ra nhất(chiếm 80% trong tất cả các trường hợp)

Khi một sự cố xảy ra, dòng ngắn mạch quá độ là một hàm theo thời gian

và bao gồm hai thành phần (xem Hình B5).

■ Thành phần xoay chiều (AC), giảm dần tới giá trị xác lập của nó, gây ra bởi cácloại máy điện quay khác nhau và là một hàm của tổ hợp các hằng số thời gian

■ Thành phần một chiều (DC), giảm dần tới trị 0, gây ra bởi sự khởi động dòngđiện và là một hàm theo tổng trở mạch

Thực tế, các giá trị dòng ngắn mạch phải được xác định, nó rất hữu ích trong việc chọn các thiết bị trong mạng và trong bảo vệ hệ thống:

■I’’k: trị hiệu dụng (rms) của dòng điện thành phần đối xứng ban đầu

■Ib: trị hiệu dụng của dòng điện thành phần đối xứng được ngắt nhờ thiết bịđóng cắt khi cực đầu tiên mở với tmin (khoảng trễ ngắn nhất)

■Ik: trị hiệu dụng của dòng điện thành phần đối xứng ở trạng thái xác lập

■Ip: giá trị dòng tức thời tối đa tại đỉnh đầu tiên

■IDC: giá trị dòng điện thánh phần một chiều (DC)Những dòng điện này được nhận dạng bởi chỉ số phụ 3, 2, 2E, 1, phụ thuộc vào loại ngắn mạch, ứng với 3 pha, hai pha không chạm đất, hai pha chạm đất, một pha chạm đất

Phương pháp dựa trên lý thuyết xếp chồng Thevenin và phân tích thành các thành phần đối xứng sẽ được áp dụng tới điểm ngắn mạch và nguồn áp tương đương nhằm xác định dòng điện sự cố Việc tính toán tiến hành theo 3 bước

■ Xác định nguồn áp tương đương áp dụng cho điểm bị sự cố Điện áp này tượng

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Hình B6 : Tính dòng ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909

Đối với các phần tử này, khả năng chịu dòng ngắn mạch được định nghĩa dưới dạng:

■Khả năng chịu lực điện động (“dòng đỉnh chịu đựng ”; giá trị dòng đỉnh được biểudiễn bằng kA), đặc trưng bởi độ bền cơ chịu được lực điện động

■Khả năng chịu nhiệt (“dòng chịu đựng ngắn hạn”; trị hiệu dụng cho theo kA xảy ratrong khoảng giữa 0,5 và 3 giây, giá trị thường dùng là 1 giây), đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt tối đa

Thiết bị tích cực Loại này bao gồm tất cả thiết bị được thiết kế để cắt dòng ngắn mạch, ví dụ máy cắt và cầu chì Thuộc tính này được biểu diễn bằng khả năng cắt và, nếu được yêu cầu, khả năng tạo dòng khi sự cố xảy ra

■Khả năng cắt (xem Hình B7)

Đặc tính cơ bản của thiết bị cắt sự cố này là mức dòng lớn nhất (trị hiệu dụng tính bằng kA), đây là khả năng cắt dưới những điều kiện đặc biệt được định nghĩa theo tiêu chuẩn IEC 62271-100, nó ứng với trị hiệu dụng của thành phần xoay chiều (AC) trong dòng ngắn mạch Trong vài tiêu chuẩn khác, đây là trị hiệu dụng của tổng hai thành phần AC và DC, trường hợp này, đó là "dòng điện không đối xứng”

Khả năng cắt phụ thuộc vào những hệ số khác như:

trưng cho điện áp tồn tại ngay trước khi xảy ra sự cố và bằng điện áp định mức nhân cho một hệ số kể đến sự dao động của nguồn, đầu phân áp điều chỉnh dưới tải tự động và các trạng thái quá độ của các loại máy điện

■Tính tổng trở nhìn tới điểm bị sự cố của từng nhánh tới điểm bị sự cố Đối với hệthống thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch, không xét đến điện dung đường dây và tổng dẫn mắc song song, không xét các loại tải tĩnh

■Một khi điện áp và tổng trở đựơc xác định xong, tiến hành tính các giá trị dòngngắn mạch cực tiểu và cực đại

Các giá trị khác nhau của dòng sự cố tại điểm ngắn mạch được tính bằng cách sử dụng:

■Các biểu thức được cung cấp

■Luật về tổng dòng chạy trên các nhánh nối vào một nút:

Đặc trưng hóa

Có 2 loại thiết bị hệ thống dựa trên phản ứng của chúng khi sự cố xảy ra

Thiết bị thụ độngLoại này bao gồm tất cả thiết bị, do nhiệm vụ, phải có khả năng tải được dòng làm việc bình thường và dòng ngắn mạch

Bao gồm cáp ngầm, đường dây trên không, thanh cái, dao cách ly, công tắc, máy biến áp, cuộn kháng và tụ điện mắc nối tiếp, các thiết bị đo lường của máy biến áp

(xem Hình B6 cách tính dòng , hệ số chỉnh điện áp được xác định theo

tiêu chuẩn; tổng hình học hoặc tổng đại số)

, trong đó nhỏ hơn 2, phụ thuộc vào tỉ số R/X của tổng trở thành phần thứ tự thuận đối với nhánh được cho; tổng trị đỉnh

, trong đó và q nhỏ hơn 1, phụ thuộc vào các máy phát và động

cơ, và khoảng trễ ngắt dòng nhỏ nhất; tổng đại số , khi sự cố ở cách xa máy phát

, đối với một máy phát, trong đó Ir là dòng định mức của máy phát và

là hệ số phụ thuộc vào tình trạng bão hòa của cuộn cảm; tổng đại số

B6 □

Điện áp

□Tỉ số R/X của mạch bị ngắt

□ Tần số tự nhiên của mạng nguồn

□ Số lần thao tác cắt với dòng cực đại, ví dụ với chu kỳ:

O - C/O - C/O (O = mở , C = đóng )Việc xác định đặc tính khả năng cắt là tương đối phức tạp và không có gì đáng ngạc nhiên khi cùng một thiết bị có thể ấn định các khả năng cắt khác nhau phụ thuộc vào tiêu chuẩn được sử dụng để định nghĩa nó

■Khả năng tạo (chịu) dòng ngắn mạch

Thông thường, đặc tính này được định nghĩa giống khả năng cắt vì một thiết bị nên có khả năng đóng ứng với dòng mà nó có khả năng cắt được

Đôi khi, khả năng tạo dòng cần phải cao hơn, ví dụ máy cắt bảo vệ máy phát điện Khả năng tạo dòng được định nghĩa theo trị đỉnh (tính bằng kA) vì đỉnh đầu tiên của dòng không đối xứng gây ra lực điện động là khắc nghiệt nhất

Ví dụ, theo tiêu chuẩn IEC 62271-100, một máy cắt dùng ở mạng điện tần số 50

Hz phải có khả năng vận hành ở trị đỉnh của khả năng tạo dòng bằng 2,5 lần dòng khả năng cắt tính theo trị hiệu dụng (2,6 lần đối với mạng 60 Hz)

Khả năng tạo dòng cũng được yêu cầu đối với cầu dao, và đôi khi với dao cách ly, mặc dù các thiết bị này không có khả năng cắt sự cố

■ Dòng khả năng cắt ngắn mạch kỳ vọng

Vài thiết bị có khả năng giới hạn được dòng ngắn mạch sẽ bị ngắt

Khả năng cắt của chúng được định nghĩa như dòng cắt kỳ vọng tối đa được tạo

ra trong khoảng thời gian ngắn mạch trực tiếp qua các cực phía mạch nguồn của thiết bị

Những đặc tính đặc trưng của thiết bị

Những chức năng được cung cấp bởi các thiết bị ngắt mạch khác nhau

và những ràng buộc chính của chúng được giới thiệu ở Hình B8.

Hình B7 : Dòng cắt định mức của máy cắt tùy

thuộc vào dòng ngắn mạch như theo IEC 60056 Hình B8 : Những chức năng của các thiết bị cắt mạch

Thiết bị Cách ly

hai mạng đang có điện

Điều kiện về dòng khi đóng cắt Ràng buộc chính

Cầu dao không có không Đóng và cắt dòng tải bình thường

Khả năng tạo dòng ngắn mạch Contactor không có không Khả năng cắt và tạo dòng định mức

Khả năng cắt và tạo dòng tối đa Những đặc tính công suất

và làm việc lâu dài Máy cắt không có có Khả năng cắt dòng ngắn mạch

Khả năng tạo dòng ngắn mạch Cầu chì không không có Khả năng cắt dòng ngắn mạch

tối thiểu Khả năng cắt dòng ngắn mạch tối đa

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Bình thường

có

Sự cố không không

IDC: Thành phần một chiều tắt dần

Dòng định mức bình thường Dòng định mức bình thường được định nghĩa là "trị hiệu dụng của dòng điện mà thiết bị có thể vận hành liên tục ở tần số định mức với nhiệt độ không tăng cao quá mức qui định ứng với tiêu chuẩn liên quan"

Những yêu cầu đối với dòng định mức bình thường của máy cắt được quyết định ở giai đoạn thiết kế trạm.

Dòng định mức bình thường ứng với các máy cắt trung thế thông dụng

là 400 A.

Trong lĩnh vự công nghiệp và khu vực đô thị có mật độ tải trung bình, dòng định mức của các mạch điện thường yêu cầu là 630 A, trong khi đó tại một trạm nguồn lớn cấp nguồn cho mạng trung thế, các máy cắt 800 A; 1,250 A; 1,600 A; 2,500 A

và 4,000 A được liệt kê như các định mức chuẩn đối với máy cắt mạch đến máy biến áp, máy cắt phân đoạn và máy cắt kết dàn, vv

Đối với máy biến áp Trung /Hạ có dòng định mức bình thường sơ cấp lên tới

60 A, một bộ kết hợp cầu dao - cầu chì có thể được sử dụng Khi dòng sơ cấp cao hơn, bộ cầu dao - cầu chì thường không có đủ các tác động theo yêu cầu

Không có tiêu chuẩn IEC nào khuyến cáo về các giá trị dòng định mức của bộ cầu dao - cầu chì Dòng định mức thật sự của một bộ được cho sẵn, nghĩa là một thiết bị đóng cắt và một cầu chì xác định, được nhà sản xuất cung cấp như

là "tài liệu tham khảo cầu chì/ dòng định mức" Những giá trị của dòng định mức được định nghĩa bằng cách xem xét những tham số của bộ kết hợp như:

■Dòng nhiệt bình thường của cầu chì

■Sự xuống hạng cần thiết của cầu chì do chúng được đặt trong tủ điện kín

Khi bộ kết hợp được dùng để bảo vệ máy biến áp, cần xem xét thêm các thông

số như được giới thiệu trong Phụ lục A tiêu chuẩn IEC 62271-105 và IEC 60787 Chúng chủ yếu là:

■Dòng bình thường phía trung thế của máy biến áp

■Yêu cầu quá tải có thể của máy biến áp

■Dòng từ hóa nhảy vọt

■Công suất ngắn mạch phía trung thế

■Dải điều chỉnh đầu phân ápCác nhà sản xuất thường cung cấp một bảng áp dụng "điện áp nguồn /công suất máy biến áp / cầu chì tham khảo" dựa trên mạng phân phối chuẩn và thông số máy biến áp Khi sử dụng các bảng này phải rất cẩn thận nếu ứng dụng với các mạng điện không thông thường

Trong sơ đồ như vậy, dao cắt tải nên được lắp phù hợp với thiết bị tác động, ví

dụ với một rơle có khả năng tác động với mức dòng sự cố thấp Dòng này phải bao trùm cả dòng cắt tối thiểu định mức của cầu chì trung thế Theo đó, giá trị trung bình của dòng sự cố nào ngoài khả năng cắt của dao cắt tải sẽ được cắt bằng cầu chì, trong khi những dòng sự cố thấp hơn không thể cắt được bằng cầu chì sẽ được cắt bằng dao cắt tải

Ảnh hưởng của nhiệt đô môi trường và cao độ đối với dòng định mức

Dòng định mức bình thường được ấn định đối với tất cả tất cả thiết bị điện và giới hạn trên được quyết định bởi độ tăng nhiệt độ cho phép gây ra do I2R (watts) tiêu tán trong dây dẫn, (trong đó I = dòng hiệu dụng tính bằng ampere và R = điện trở của dây dẫn (tính bằng ohms), cùng với nhiệt sinh ra bởi từ trễ và tổn thất do dòngxoáy trong động cơ, máy biến áp, vỏ thép, vv cùng với tổn thất điện môi trong cáp

và tụ điện

Việc nhiệt độ tăng cao hơn nhiệt độ môi trường sẽ phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ nhiệt được tản ra môi trường chung quanh Ví dụ, dòng điện lớn có thể đi qua cuộn dây của động cơ điện mà không gây nên quá nhiệt, đơn giản là vì một quạt làm mát được lắp ở trục của động cơ sẽ tản nhiệt với tốc độ bằng với tốc độ sinhnhiệt, và nhờ vậy nhiệt độ đạt giá trị ổn định dưới mức có thể gây nguy hiểm cáchđiện và làm cháy động cơ

Dòng định mức được khuyến cáo theo IEC dựa trên nhiệt độ môi trường thường là nhiệt độ của vùng khí hậu có độ cao không quá 1000 mét, vì vậy những đại lượng này phụ thuộc vào chế độ làm mát tự nhiên do bức xạ và đối lưu không khí, máy

sẽ bị quá nhiệt nếu nó vận hành ở vùng nhiệt đới và / hoặc ở cao độ hơn 1000 mét Trường hợp này, thiết bị cần phải được xuống hạng, nghĩa là phải được ấnđịnh giá trị dòng định mức bình thường thấp hơn so với giá trị thực

Với trường hợp của máy biến áp sẽ được chỉ rõ trong IEC 60076-2

Các hệ thống nối đất

Nối đất và nối đẳng thế với đất các thiết bị cần phải được xem xét cẩn thận, đặc biệt phải chú ý đến an toàn của tải phía hạ thế trong khi xảy ra ngắn mạch với đất phía trung thế

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

kim loại của thiết bị trung thế khỏi điện cực nối đất dùng cho dây trung tính hạ thế Điều này thường thực hiện đối với mạng điện nông thôn, mạng này có điện cực nối đất dây trung tính hạ thế được lắp đặt cách một hoặc hai khoảng vượt so với trạm

Trong hầu hết các trường hợp, giới hạn về không gian ở các trạm đô thị không cho phép thực hiện việc tách rời điện cực nối đất trung thế khỏi điện cực nối đất

hạ thế đủ để tránh sự lan truyền điện áp tới mạng hạ thế và có thể gây nguy hiểm

Ví dụ, dòng chạm đất 10,000 A chạy qua một điện cực nối đất có điện trở (thường rất thấp) 0,5 ohms sẽ làm tăng điện áp tới 5000 V

Với điều kiện tất cả phần bằng kim loại trong trạm được nối" đẳng thế " (nối lại với nhau) rồi được nối tới điện cực nối đất ,điện cực này có dạng (hoặc được nối tới) một lưới gồm các dây dẫn đặt dưới sàn của trạm biến áp, bây giờ sẽ không xuất hiện nguy hiểm đối với người vì dạng nối đất này tạo thành "lồng" đẳng thế, nghĩa là tất cả phần dẫn điện, người trong trạm có cùng độ tăng điện áp

Điện thế lan truyền

Nguy hiểm xảy ra như thế nào từ vấn đề được biết là điện thế lan truyền Có thể nhận thấy điều này trong Hình B9, điểm trung tính của cuộn dây hạ thế trong máy biến áp Trung/Hạ cũng được nối tới điện cực nối đất chung của trạm, vì vậy dây trung tính, cuộn dây pha hạ thế và tất cả dây pha cùng bị nâng điện áp lên theo điện áp của điện cực nối đất

Cáp phân phối hạ thế đi ra khỏi trạm sẽ lan truyền điện áp này tới các hộ tiêu thụ của mạng Cần chú ý rằng sẽ không xảy ra chọc thủng cách điện giữa các pha hoặc giữa pha và trung tính vì chúng được nâng lên cùng mức điện áp Tuy nhiên, có thể cách điện giữa pha và đất của cáp hoặc hoặc của vài bộ phận trong mạng điện bị hư hỏng

Các giải pháp Bước đầu tiên nhằm cực tiểu hóa những nguy hiểm do điện áp lan truyền là làm giảm biên độ của dòng chạm đất phía trung thế Điều này thường được thực hiện bằng cách nối đất trung thế qua điện trở hoặc cuộn kháng tại điểm đấu sao của máy biến áp được chọn nằm ở các trạm nguồn lớn

Điện áp lan truyền khá lớn không thể hoàn toàn tránh được bằng cách này, tuy nhiên biện pháp sau đây có thể phù hợp với một vài quốc gia

Nối đẳng thế mạng điện tại địa điểm khách hàng sẽ tạo ra đất ở xa, nghĩa là có thế bằng 0 Tuy nhiên, nếu mạng nối đất này được nối bằng dây dẫn có tổng trở thấp tới điện cực nối đất của trạm, điều kiện đẳng thế xảy ra ở trạm cũng sẽ xảy

ra ở mạng điện khách hàng

Kết nối qua tổng trở thấp

Kết nối với tổng trở thấp được thực hiện đơn giản bằng cách nối dây trung tính tới mạng đẳng thế của khách hàng, kết quả là tạo ra mạng nối đất TN (IEC 60364) như được trình bày trên sơ đồ A của Hình B10trang kế

Hệ thống nối đất TN thường liên quan tới một sơ đồ bảo vệ nối đất lặp lai nhiều lần (Protective Multiple Earthing (PME), theo đó dây trung tính được nối đất nhiều lần dọc chiều dài cách khoảng đều nhau (mỗi 3 hoặc 4 cột của đường dây phân phối trên không) và tại vị trí đấu nối khách hàng Có thể nhận thấy rằng mạng các dây trung tính tỏa ra từ trạm, mỗi dây được nối đất lặp lại theo cách khỏang đều nhau cùng với điện trở nối đất của trạm tạo thành điện cực nối đất có điện trở thấp rất hiệu quả

Sự phối hợp giữa nối đẳng thế và nối đất trạm qua điện trở thấp khiến khi xảy

ra ngắn mạch chạm đất trực tiếp, mức quá điện áp được giảm thấp đáng kể và hạn chế được tình trạng nguy hiểm đối với cách điện pha - đất khi xảy ra dạng

sự cố chạm đất trung thế như đã mô tả trên

Hạn chế dòng chạm đất trung thế và điện trở nối đất của trạm

Hệ thống nối đất khác được sử dụng rộng rãi như trên sơ đồ C của Hình B10

Nó được xem là hệ thống TT, nối đất mạng khách hàng (được cách ly so với trạm) tạo thành đất ở xa

Điều này có nghĩa là, mặc dù điện áp lan truyền không đặt lên cách điện pha-pha của thiết bị khách hàng, cách điện pha - trung tính của cả 3 pha sẽ bị quá áp.Trường hợp này, biện pháp là làm giảm điện trở nối đất trạm, chẳng hạn như giá trị theo tiêu chuẩn không được vượt quá mức điện áp chịu đựng trong 5 giây giữa pha - đất của thiết bị mạng và thiết bị gia dụng phía hạ thế

(1) Những phần khác không được nối đất Trường hợp đặc

biệt dòng chạm đất được hạn chế bằng cuộn Petersen.

■ Giới hạn biên độ dòng chạm đất trung thế

■ Giảm điện trở nối đất của trạm tới mức thấp

nhất có thể

■ Tạo điều kiện đẳng thế tại trạm và tại mạng

điện khách hàng

N 3 2 1

Rs

Hình B9 : Điện áp lan truyền

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Schneider Electric - Electrical installation guide 2005

LV equipment and appliances will not be exceeded

Practical values adopted by one national electrical power-supply authority, on its

20 kV distribution systems, are as follows:

c Maximum earth-fault current in the neutral connection on overheadline distributionsystems, or mixed (O/H line and U/G cable) systems, is 300 A

c Maximum earth-fault current in the neutral connection on underground systems is1,000 A

The formula required to determine the maximum value of earthing resistance Rs atthe substation, to ensure that the LV withstand voltage will not be exceeded, is:

Where

Uw = the lowest standard value (in volts) of short-term (5 s) withstand voltage for theconsumer’s installation and appliances = Uo + 1200 V (IEC 60364-4-44)

Uo = phase to neutral voltage (in volts) at the consumer’s LV service position

Im = maximum earth-fault current on the HV system (in amps) This maximum earthfault current Im is the vectorial sum of maximum earth-fault current in the neutralconnection and total unbalanced capacitive current of the network

A third form of system earthing referred to as the “IT” system in IEC 60364 iscommonly used where continuity of supply is essential, e.g in hospitals, continuous-process manufacturing, etc The principle depends on taking a supply from anunearthed source, usually a transformer, the secondary winding of which isunearthed, or earthed through a high impedance (u1,000 ohms) In these cases, aninsulation failure to earth in the low-voltage circuits supplied from the secondarywindings will result in zero or negligible fault-current flow, which can be allowed topersist until it is convenient to shut-down the affected circuit to carry out repair work

Diagrams B, D and F(Figure C10)They show IT systems in which resistors (of approximately 1,000 ohms) are included

in the neutralearthing lead

If however, these resistors were removed, so that the system is unearthed, thefollowing notes apply

Diagram B (Figure C10)All phase wires and the neutral conductor are “floating” with respect to earth, to whichthey are “connected” via the (normally very high) insulation resistances and (verysmall) capacitances between the live conductors and earthed metal (conduits, etc.).Assuming perfect insulation, all LV phase and neutral conductors will be raised byelectrostatic induction to a potential approaching that of the equipotential conductors

In practice, it is more likely, because of the numerous earth-leakage paths of all liveconductors in a number of installations acting in parallel, that the system will behavesimilarly to the case where a neutral earthing resistor is present, i.e all conductorswill be raised to the potential of the substation earth

In these cases, the overvoltage stresses on the LV insulation are small or existent

non-Diagrams D and F (Figure C10)

In these cases, the high potential of the substation (S/S) earthing system acts on theisolated LV phase and neutral conductors:

c Through the capacitance between the LV windings of the transformer and thetransformer tank

c Through capacitance between the equipotential conductors in the S/S and thecores of LV distribution cables leaving the S/S

c Through current leakage paths in the insulation, in each case

At positions outside the area of influence of the S/S earthing, system capacitancesexist between the conductors and earth at zero potential (capacitances betweencores are irrelevant - all cores being raised to the same potential)

The result is essentially a capacitive voltage divider, where each “capacitor” isshunted by (leakage path) resistances

In general, LV cable and installation wiring capacitances to earth are much larger,and the insulation resistances to earth are much smaller than those of thecorresponding parameters at the S/S, so that most of the voltage stresses appear atthe substation between the transformer tank and the LV winding

The rise in potential at consumers’ installations is not likely therefore to be a problemwhere the HV earth-fault current level is restricted as previously mentioned

1 Supply of power at high voltage

Rs = Uw −Uo tính bằng ohms (xem trường hợp C và D Hình B10)

Uw = Giá trị điện áp chịu đựng ngắn hạn ( 5s ) tiêu chuẩn thấp nhất ( tính bằngvôn ) của mạng khách hàng và thiết bị dân dụng = Uo + 1200 V (IEC 60364-4-44)

ImTrong đó

Hình B10 : Điện trở nối đất tối đa Rs tại trạm Trung/Hạ đủ để đảm bảo an toàn khi bị ngắn mạch chạm đất trên mạng trung thế ứng với các hệ thống nối đất khác nhau

N 3 2 1

Giá trị Rs

N 3 2 1

Im = giá trị dòng chạm đất cực đại

ở trung thế

Uws = điện áp cách điện định mức ở tần số công nghiệp đối với thiết bị hạ thế tại trạm (do các phần vỏ kim loại của trạm được nối đất thông qua điện trở nối đất chung Rs)

U = điện áp pha - trung tính đối với mạng điện TT, nhưng đối với mạng IT thì sẽ là điện áp pha-pha

R S

N 3 2 1

RS

N 3 2 1

R N

R S

N 3 2 1

Trường hợp E và F, dây bảo vệ hạ thế (nối đẳng thế các vỏ dẫn điện) trong trạm xuống đất

qua điện cực nối đất của trạm, vì vậy thiết bị hạ thế trong trạm có thể bị quá áp

■ Đối với mạng TT-b và IT-c, trung tính phía hạ thế của máy biến áp được nối đất riêng ngoài vùng phạm vi ánh hưởng của điện cực nối đất trạm.

Uw và Uws thường được cho theo tiêu chuẩn IEC 60364-4-44 có giá trị là Uo + 1200 V, trong đó Uo là điện áp pha trung tính định mức của mạng hạ thế tương ứng.

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Uo = điện áp pha - trung tính tại mạng điện khách hàng

B10 Uo = điện áp pha trung tính (tính bằng vôn) tại điểm cấp nguồn cho khách hàng hạ thế.

Im = dòng chạm đất tối đa trên mạng trung thế (tính bằng A) Dòng điện Im này là tổng vectơ của dòng sự cố lớn nhất tại điểm nối trung tính và tổng dòng dung không cân bằng của mạng điện

Dạng thứ ba của hệ thống nối đất được gọi là mạng "IT" trong tiêu chuẩn IEC 60364

và thường được sử dụng ở nơi cần đảm bảo tính liên tục cung cấp điện cao, ví dụ bệnh viện, quá trình sản xuất liên tục, vv Nguyên tắc là nguồn cung cấp không được nối đất, thường là máy biến áp cách ly, cuộn dây thứ cấp không được nối đất hoặc nối đất qua điện trở khá lớn (khoảng 1000 ohm) Trường hợp này, sự cố hỏng cách điện chạm đất trên mạch hạ thế lấy nguồn từ cuộn dây thứ cấp sẽ có dòng bằng 0 hoặc có thể bỏ qua, điều này cho phép duy trì làm việc cho tới khi thuận tiện để cắt và tiến hành sửa chữa

Giả sử cách điện là hoàn hảo, tất cả dây pha và trung tính sẽ bị tăng thế do cảm ứng tĩnh điện tới mức gần với trị số của dây đẳng thế

Thực tế, thường xảy ra do có rất nhiều đường dẫn rò xuống đất của tất cả dây dẫn điện trong mạng làm việc song song, hệ thống sẽ hoạt động tương tự trường hợp tồn tại điện trở trên đường nối trung tính với đất, có nghĩa tất cả dây dẫn sẽ bị tăng thế so với đất của trạm

Trường hợp này, quá điện áp đặt lên cách điện là nhỏ hoặc không tồn tại

Sơ đồ D và F (Hình B10)

Trường hợp này, mức điện áp trung thế của hệ thống nối đất trạm (S/S) sẽ đặt lên dây pha và trung tính cách ly:

■Thông qua điện dung giữa cuộn dây hạ thế và thùng dầu máy biến áp

■ Thông qua điện dung giữa các dây đẳng thế trong S/S và lõi của cáp phân

phối hạ thế ra khỏi S/S (trạm)

■Thông qua đường dẫn dòng rò trong cách điện, tùy từng trường hợp.

Tại các vị trí ngoài vùng ảnh hưởng của hệ thống nối đất S/S, điện dung hệ thống tồn tại giữa các dây dẫn và đất có thế bằng không (điện dung giữa các lõi không liên quan - các lõi bị nâng lên cùng điện thế)

Kết quả về cơ bản là bộ phân áp bằng điện dung, mỗi "tụ điện" được mắc song song với một điện trở (đường dẫn rò)

Thông thường, điện dung với đất của cáp và dây có bọc cách điện hạ thế lớn hơn, điện trở cách điện với đất nhỏ hơn những đại lượng này khi xét tại trạm ( S/S ), vì vậy hầu hết độ tăng điện áp xảy ra tại trạm giữa thùng dầu máy biến

Tiêu chuẩn về lưới đẳng thế được chú thích trong chương F, liên quan đến bảo

vệ chống điện giật do chạm gián tiếp, cụ thể là: điện thế giữa hai phần vỏ kim loại có thể được tiếp xúc đồng thời bởi những phần khác nhau trên cơ thể người phải không được vượt quá 50 V, trong vài trường hợp, khi khô ráo, hoặc 25 V ở điều kiện ẩm ướt

Cần chú ý đặc biệt ở chung quanh vùng đẳng thế để tránh điện áp bước trên mặt đất có thể tăng lên tới mức nguy hiểm

Điều này liên quan tới việc nối đất an toàn hàng rào bao quanh và được bàn thêm ở phụ lục 3.1

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

1.2 Các dạng kết nối lưới trung thế

Phụ thuộc vào loại mạng phân phối trung thế, các dạng kết nối sau đây thường được áp dụng

Kết nối đường dây đơn

Trạm biến áp được cấp nguồn bởi đường dây rẽ nhánh đơn từ mạng phân phối trung thế (cáp ngầm hoặc trên không)

Thông thường, nguồn trung thế được nối vào một tủ điện có chứa Dao cắt tải /

bộ cầu dao - cầu chì và dao nối đất, như trong Hình B11.

Ở vài quốc gia, một máy biến áp treo cột không có thiết bị đóng cắt trung thế hoặc cầu chì (tại cột) cũng tạo thành "trạm biến áp" Loại cấp nguồn trung thế như vậy rất phổ biến ở vùng nông thôn

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ được đặt ở xa máy biến áp và thường máy cắt này điều khiển đường dây nguồn trục chính dạng đường dây trên không, đường dây này có nhiều nhánh rẽ nối vào để cấp nguồn cho các trạm khác

Kết nối kiểu vòng kín

Tủ điện mạch vòng (Ring-main units (RMU)) thường được kết nối để tạo thành mạch vòng trung thế(2) hoặc mạch phân phối liên kết nội bộ(2), theo đó các thanh cái của RMU chịu được toàn bộ dòng điện của mạch vòng hoặc dòng điện của đường dây liên kết (xem Hình B12).

RMU gồm 3 bộ, được tích hợp lại tạo thành một khối, đó là:

■2 bộ đầu vào, mỗi bộ gồm một dao cắt tải / dao cách ly và dao nối đất

■ 1 bộ đầu ra và khối bảo vệ, chứa một dao cắt tải và cầu chì trung thế, hoặcmột bộ dao cắt tải / cầu chì, hoặc một máy cắt và dao cách ly cùng dao nối đất riêng cho từng tủ

Tất cả dao cắt tải và dao nối đất đều có dòng cắt ngắn mạch và dòng tạo ngắn mạch theo định mức

Kết nối này cung cấp cho người sử dụng hai nguồn, nhờ vậy giảm được tình trạng mất điện do hệ thống bị sự cố hoặc do những thao tác của công ty điện lực , vv

RMU được áp dụng chủ yếu đối với các mạng cấp nguồn trung thế dạng cáp ngầm ở khu vực đô thị

Kết nối đường dây song song

Khi nguồn trung thế được nối tới bằng hai đường dây song song loại trên không hoặc cáp ngầm, xuất phát từ cùng một thanh cái của một trạm, thường một tủ điện đóng cắt trung thế tương tự RMU có thể được sử dụng (xem Hình B13).

Sự khác nhau về mặt vận hành chủ yếu ở đây so với một RMU là hai tủ đầu vào phải được liên động với nhau, nghĩa là tại một thời điểm, chỉ được phép đóng một cầu dao lộ vào, việc đóng cầu dao này sẽ ngăn không cho đóng cái còn lại

Khi bị mất nguồn, cầu dao đầu vào đang đóng phải được mở ra và bấy giờ cầu dao đang mở có thể đóng lại được

Thứ tự này có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động

Loại tủ điện này đặc biệt được sử dụng trong mạng có mật độ tải trung bình và vùng đô thị phát triển nhanh và được cấp nguồn từ mạng trung thế cáp ngầm

1.3 Vài dạng vận hành của mạng phân phối trung thế

Đường dây trên không

Gió ở mức trung bình, đóng băng, vv., có thể là nguyên nhân khiến đường dây trên không tiếp xúc với nhau, ví vậy sẽ gây nên ngắn mạch thoáng qua (nghĩa là không lâu dài ) Sự cố cách điện do vỡ sứ ceramic hoặc sứ thủy tinh gây ra bởi bụi không khí có nhiều cát đá ; v.vv hoặc do ô nhiễm nặng trên bề mặt sứ, có thể gây ra ngắn mạch với đất

Nhiều trong các sự cố nêu trên thuộc dạng tự loại trừ Ví dụ, ở điều kiện khô ráo, phần cách điện bị vỡ có thể vẫn duy trì tình trạng làm việc bình thường, nhưng khi có mưa bão, chúng gây nên phóng điện với đất Ngoài ra, các bề mặt sứ bị ô nhiễm thường gây nên phóng điện với đất chỉ trong điều kiện ẩm ướt

Sự di chuyển của dòng sự cố luôn có dạng hồ quang điện, nhiệt sinh ra rất lớn sấy khô phần mạch có dòng phóng điện đi qua, và có thể đạt tới mức phục hồi được cách điện

(1) Đồng là cực âm đối với hầu hết các kim loại khác và vì

vậy nó chống lại sự ăn mò

(2) Mạng vòng kín là mạng phân phối liên tục dưới dạng

vòng khép kín, trong đó đầu đầu và đầu cuối nối vào cùng

một thanh cái Mỗi đầu của mạch vòng được điều khiển bởi

máy cắt riêng Để tăng độ linh hoạt trong vận hành các

thanh cái thường được chia thành hai phân đoạn bởi một

máy cắt phân đoạn thường đóng, mỗi đầu của mạch vòng

được nối tới một phân đoạn khác nhau.

Đường dây liên kết là đường dây liên tục không rẽ nhánh ,

nó nối giữa các thanh cái của hai trạm biến áp Mỗi đầu của

đường dây này thường có máy cắt riêng.

Một đường dây liên kết phân phối có một hoặc nhiều hơn

các trạm biến áp phân phối dọc theo chiều dài của nó.

Đường dây trên không

Hình B11 : Kết nối đường dây đơn

Hình B12 : Kết nối mạng vòng kín

Cáp ngầm mạng vòng kín

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

Hình B13 : Kết nối với đường dây song song

Trong khi đó, thiết bị bảo vệ thường tác động để loại trừ sự cố, nghĩa là cầu chì đứt hoặc máy cắt ngắt sự cố

Kinh nghiệm thực tế cho thấy trong đa số các trường hợp, nguồn cung cấp có thể được phục hồi thành công bằng cách thay cầu chì hoặc đóng trở lại máy cắt Vì

lý do này, có thể xem xét việc nâng cao tính đảm bảo liên tục cấp điện của đường dây trên không trung thế bằng cách áp dụng sơ đồ tự đóng lại máy cắt phía nguồn của mạch liên quan

Những sơ đồ tự động này cho phép một số lần tác động đóng trở lại nếu lần đóng lại đầu tiên không thành công bằng cách chỉnh thời gian trễ giữa các lần đóng lại liền kề (nhằm đảm bảo hết thời gian khử ion của không khí tại chỗ sự cố) trước khi máy cắt bị khóa ở lần tác động cuối nếu các lần đóng lại đều không thành công (thường là 3 lần )

Những cải tiến nhằm nâng cao tính liên tục cấp điện được thực hiện bằng cách điều khiển từ xa các dao cách ly phân vùng và dao cách ly tự động, những thiết

bị này liên kết tác động với máy cắt tự đóng lại

Sơ đồ cuối này được minh họa với chuỗi tác động cuối ở Hình B14 trang sau

Nguyên tắc hoạt động như sau: sau hai lần tự đóng lại nếu máy cắt vẫn cắt ra,

sự cố là lâu dài, có hai khả năng:

■Sự cố xảy ra trên phần mạch phía sau của dao cách ly tự động đường dây, đường dây bị mất điện, dao này được mở ra để cách ly phần mạch bị sự cố khỏi hệ thống trước khi mạch tự đóng lại tác động lần thứ ba (lần cuối),

■ Sự cố ở phía trước của dao cách ly tự động đường dây và máy cắt sẽ đóng lại

lần thứ ba, sau đó nó sẽ cắt ra và bị khóa

Mặc dù những biện pháp này cải tiến một cách đáng kể độ tin cậy cấp điện của đường dây trung thế trên không, khách hàng vẫn phải tự trang bị các công cụ để đối phó với ảnh hưởng của việc ngắt điện tạm thời (giữa các lần tự đóng lại) ở những nơi có tải cần cấp điện liên tục, ví dụ:

■Nguồn dự phòng khẩn cấp đảm bảo không gián đoạn cấp điện

■Đèn không cần làm nguội trước khi mồi trở lại ("tái khởi động nóng").

Mạng cáp ngầm

Sự cố trên mạng cáp ngầm đôi khi do sự bất cẩn của công nhân tại các mối nối cáp hoặc do việc lắp đặt cáp của nhà thầu, vv nhưng thường xảy ra nhất là do đào đất bằng rìu, khoan bằng khí nén và máy đào rãnh,vv Được dùng bởi các ngành công cộng khác

Sự cố cách điện thỉnh thoảng xảy ra trong các hộp đầu nối do quá áp, đặc biệt tại những điểm trên mạng trung thế mà tại đó đường dây trên không được nối vào mạng cáp ngầm Quá điện áp trường hợp này thường có nguồn gốc từ sét,

và ảnh hưởng của sóng điện từ phản xạ tới hộp nối (nơi tổng trở tự nhiên của mạch thay đổi đột ngột) có thể gây ứng suất quá lớn lên cách điện của hộp cáp dẫn tới hỏng hóc Thiết bị bảo vệ quá áp, chẳng hạn như chống sét van, thường được lắp đặt tại những vị trí nà

Sự cố trên mạng cáp ngầm thường ít hơn so với đường dây trên không (O/H) , nhưng thường đây là sự cố lâu dài ,cần nhiều thời gian để xác định vị trí vàsửa chữa hơn so với đường dây trên không

Ở nơi xảy ra sự cố cáp là mạng vòng kín, nguồn cung cấp sẽ nhanh chóng được phục hồi cho tất cả khách hàng khi phần cáp bị sự cố được xác định.Tuy nhiên, nếu sự cố xảy ra trên mạnh hình tia, thời gian trễ chờ định vị sự cố và tiến hành sửa chữa có thể mất nhiều giờ và sẽ ảnh hưởng tới khách hàng phía sau chỗ bị sự cố Trong vài trường hợp, nếu tính liên tục cấp điện là rất cần thiết đối với toàn bộ hoặc ở một phần mạng điện, cần phải lắp nguồn dự phòng

Điều khiển từ xa của mạng Trung thế

Điều khiển từ xa đường dây trung thế làm giảm một cách hữu hiệu thời gian mất điện khi cáp bị sự cố bằng cách cung cấp một phương pháp hiệu quả và nhanh đối với mạng có cấu hình vòng kín Điều này được thực hiện bằng các dao cắt vận hành bằng động cơ được lắp ở vài trạm dọc mạch vòng với các

bộ điều khiển từ xa Trạm được điều khiển từ xa sẽ luôn được khởi động thông qua thao tác điều khiển từ xa trong khi những trạm khác có thể phải chờ các thao tác bằng tay lâu hơn

Cáp nguồn từ mạng

phân phối với hai cáp

ngầm song song

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

b - Sự cố trên phân đoạn được cấp nguồn qua dao cắt đường dây tự động

(Automatic Line Switch)

Điều khiển từ xa tập trung hóa (dựa trên hệ

thống SCADA -Supervisory Control And Data

Acquisition và những phát triển gần đây trong

lãnh vực công nghệ thông tin- IT) ngày càng

trở nên phổ biến hơn ở các quốc gia Dù đắt

tiền song do tính phức tạp của hệ thống điện

liên kết cao, việc điều khiển từ xa này vẫn

được triển khai.

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

sự cố 0.3 s 0.4 s 0.4 s

B - Kết nối mạng phân phối nguồn quốc gia

trung thế

trực tiếp từ lưới trung thế

Ở lưới hạ thế (120/208V, 3 pha 4 dây), phụ tải 50 kVA được coi là lớn, trong khi

đó, ở lưới 240/415V 3 pha, một phụ tải có công suất vượt quá 100 kVA mới được coi là lớn Hai hệ thống điện áp này khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới

Do được quan tâm nhiều, tiêu chuẩn IEC đưa ra 1 tiêu chuẩn toàn cầu với điện

áp chuẩn 230/400V cho lưới 3 pha 4 dây Đó là mức điện áp “dung hòa“ và cho phép các hệ thống điện hiện hữu vận hành với 220/380V và 240/415V, hoặc xấp

xỉ các giá trị này Đồng thời nó cũng cho phép tuân thủ các tiêu chuẩn đã đề ra bằng cách chỉnh định các đầu phân áp của bộ điều áp không tải của các biến thế phân phối

Khoảng cách truyền tải là một yếu tố cần lưu ý cho lưới trung và hạ thế Việc truyền tải công suất tải nhỏ song đi xa cho lưới nông thôn là một ví dụ

Quyết định cấp điện bằng điện áp trung thế hay hạ thế sẽ phụ thuộc vào các tình hình cụ thể của địa phương và những điều đã nói trên, và nói chung phải được cơ quan ngành điện cho phép

Khi cấp điện cho hộ tiêu thụ trực tiếp từ lưới trung thế, sẽ có hai qui trình phổ biến sau:

1 - Ngành điện xây trạm chuẩn gần lãnh địa của khách hàng Tuy nhiên biến thế trung /hạ sẽ được đặt trong phòng bên trong địa phận của khách hàng, gần với tâm phụ tải

2 - Khách hàng tự xây trạm riêng trên địa phận của mình Ngành điện sẽ đặt các liên kết trung thế tại đó

Ở phương pháp thứ nhất, ngành điện quản lý trạm, cáp tới biến thế, máy biến thế, phòng biến thế và họ được phép tiếp cận chúng không hạn chế

Các phòng biến thế nếu do khách hàng xây (theo kế hoạch và quy phạm cung cấp bởi điện lực) sẽ bao gồm cả chân cột (tường), rãnh thoát dầu, tường và trần chịu lửa, hệ thống thông gió, chiếu sáng, nối đất, tất cả đều được ngành điện phê chuẩn

Cấu trúc bảng giá điện sẽ bao gồm cả phần thoả thuận vể chi phí cần thiết cho việc cung cấp dịch vụ thanh toán

Dù theo qui trình nào đi nữa thì những nguyên tắc chung cũng sẽ được áp dụng trong các quan điểm và biện pháp thực hiện của từng dự án Những chú ý sau liên quan đến qui trình thứ hai

2.1 Thông tin ban đầu

Trước khi đàm phán hay thương thảo với nhà cung cấp điện, cần xác định các yếu tố cơ bản sau:

Dự báo nhu cầu công suất lớn nhất (kVA)

Phương pháp xác định thông số này được mô tả cụ thể trong chương A và phải tính đến khả năng phát triển tải trong tương lai Các yếu tố để đánh giá trong giai đoạn này là:

■ Hệ số sử dụng (ku)

■ Hệ số đồng thời (ks)

Sơ đồ mặt bằng và mặt đứng của vị trí trạm điện tương lai

Sơ đồ phải chỉ rõ phương tiện tiếp cận trạm điện, với các hạn chế có thể có về kích thước, ví dụ như hành lang vào, độ cao trần cùng với khả năng chịu tải, cần nhớ rằng:

■ Nhân viên ngành điện phải được tự do và tiếp cận không hạn chế thiết bị

trung thế của trạm bất cứ lúc nào

■ Chỉ nhân viên có trình độ và có thẩm quyền của phía khách hàng mới được

phép vào trạm

■ Một vài nhà cung cấp hay một số qui định yêu cấu phần mạng điện do công ty điệnvận hành cần phải được bố trí trong một phòng tách biệt với phần mạng điện vận hành bởi khách hàng

Mức độ yêu cầu liên tục cung cấp điện

Hộ tiêu thụ phải tự đánh giá hậu quả của việc cắt điện sự cố trong suốt thời gian xảy ra sự cố gây nên:

■ Mất mát sản phẩm

■ An toàn cho người thao tác và thiết bị

2 Qui trình thiết lập một trạm điện mới

Khách hàng tiêu thụ điện phải cung cấp

thông tin đích xác cho cơ quan cung cấp

điện ngay từ giai đoạn đầu của dự án.