chọn và kiểm tra các thiết bị

Ở chế độ làm việc lâu dài sự làm việc tin cậy của các thiết bị được đảm bảo bằng cách lựa chọn chúng theo điện áp định mức và dòng điện định mức.. Khi xét chọn các thiết bị điện cần phải

Chương 6 CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

6.1 Những điều kiện chung để chọn và kiểm tra TBĐ

6.2 Chọn và kiểm tra máy cắt

6.3 Chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải

6.4 Chọn và kiểm tra cầu dao cách ly

6.5 Chọn và kiểm tra cầu chì

6.6 Chọn và kiểm tra áp tô mát

6.7 Chọn và kiểm tra sứ cách điện

6.8 Chọn và kiểm tra thanh cái, cáp và dây dẫn

6.9 Chọn và kiểm tra TI

6.10 Chọn và kiểm tra TU

Câu hỏi ôn tập

Bài tập Tra cứu

6-1 NH NG ĐI U KI N CHUNG Đ CH N Ữ Ề Ệ Ể Ọ

6-1 NHỮNG ĐIỀU KIỆN CHUNG ĐỂ CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

I Khái niệm chung

Trong chương này không xét tới chế độ làm việc không đối xứng.

Ở chế độ làm việc lâu dài sự làm việc tin cậy của các thiết bị được đảm bảo bằng cách lựa chọn chúng theo điện áp định mức và dòng điện định mức.

Ở chế độ quá tải cần phải quan tâm đến mức độ và thời gian quá dòng điện ở một giới hạn nào đó phù hợp.

Ở chế độ quá áp cần phải quan tâm đến mức độ quá điện áp và thời gian và thời gian quá điện áp ở một giới hạn nào đó phù hợp

Ở chế độ ngắn mạch cần phải quan tâm đến khả năng ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị trong thời gian ngắn mạch Đối với các máy cắt điện, cầu chì, máy cắt phụ tải còn phải xét đến thêm khả năng cắt ngắn mạch.

- Chế độ làm việc dài hạn ( I lv ≅ I đm )

- Chế độ quá tải ( I qt > I đm )

- Chế độ ngắn mạch ( I NM > > Iđm )

Khi xét chọn các thiết bị điện cần phải chú ý tới hình thức lắp đặt (trong nhà hoặc ngoài trời), nhiệt độ, độ ẩm, độ bẩn của môi trường xung quanh và độ cao lắp đặt của thiết bị so với mặt biển.

Khi thành lập sơ đồ để tính dòng điện ngắn mạch tính toán đối với mỗi thiết bị ta phải chọn chế độ vận hành và điểm ngắn mạch sao cho khi đó dòng điện ngắn mạch chạy qua thiết bị

là lớn nhất.

Các thiết bị được chọn còn cần phải thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật

II Các điều kiện chọn.

1 Điều kiện điện áp định mức U dm

Điện áp định mức của thiết bị là do nhà máy chế tạo quy định, nó được ghi nrõ trên mác máy (lý lịch máy) đó là giá trị điện áp lớn nhất mà thiết bị có thể làm việc được ở chế độ dài hạn mà cách điện của nó không bị hỏng trước tuổi thọ quy định.

Để thiết bị điện làm việc an toàn, cần thoả mãn các điều kiện sau đây.

U dmTB ≥ U dm mạng

Trong đó:

- U dmTB là điện áp định mức của thiết bị.

- U dm mạng là điện áp định mức của mạng điện nơi thiết bị điện làm việc.

Trong vận hành, điện áp mạng có thể thăng giáng khỏi giá trị định mức Để đảm bảo an toàn cho thiết bị, nhà máy chế tạo đã kể tới hệ số dự trữ về độ bền cách điện khi xác định trị

số điện áp định mức của nó, thường khoảng (10÷15)% tùy thuộc mỗi loại thiết bị.

Ví dụ các giá trị độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức của thiết bị:

- Cáp, Điện kháng , Máy biến điện áp, Cầu chì : 1,1 U dm

- Sứ, Cầu dao, Máy cắt : 1,15 U dm

2 Điều kiện dòng điện định mức, I đm

Dòng điện định mức của thiết bị I dmTB là dòng điện chạy qua thiết bị ở chế độ làm việc dài hạn ứng với các thông số liên quan là định mức (S đm , U đm , nhiệt độ xung quanh định mức) Việc chọn đúng thiết bị theo dòng định mức đảm bảo không xảy ra hiện tượng quá nhiệt gây nguy hiểm cho thiết bị trong thực tế làm việc.

Điều kiện chọn thiết bị được xác định theo biểu thức sau:

I dm TB ≥ I lv max

Trong đó:

- I lv max là dòng điện làm việc thực tế lớn nhất

- I đm TB là dòng điện định mức của thiết bị

Khi nhiệt độ môi trường xung quanh là θ lớn hơn θđm nghĩa là điều kiện làm mát kém đi, thì dòng điện làm việc lâu dài cho phép của thiết bị điện phải hiệu chỉnh giảm xuống Biểu thức hiệu chỉnh như sau:

Trong đó:

- I dmTB là dòng định mức của thiết bị ứng với nhiệt độ xung quanh là θdm

- I cp θ là dòng điện làm việc lâu dài cho phép ứng với nhiệt độ xung quanh là θ.

- θcp là nhiệt độ cho phép của thiết bị điện

−θ là nhi t ệ độ môi tr ườ ng n i l p ơ ắ đặ t thi t b i n ế ị đ ệ

dm cp

cp dmTB

cp I

I

θθ

Thiết bị điện đều được chế tạo ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh (không khí) là

định mức Nhiệt độ định mức θdm ở mỗi nước được qui định khác nhau:

Điều kiện kiểm tra ổn định động là:

i max ≥ xk

III Các điều kiện kiểm tra

1 Kiểm tra về ổn định lực điện động

Khi ngắn mạch thiết bị có thể bị phá hỏng bởi lực điện động do dòng điện ngắn mạch có giá trị rất lớn gây ra

Dòng ngắn mạch để kiểm tra phải là dòng ngắn mạch tính toán lớn nhất, nó tùy thuộc đặc điểm mạng điện, dạng ngắn mạch và điểm ngắn mạch.

Hoặc:

I max ≥ I xk

Trong đó:

-i max , I max là đàu bài cho hoặc ghi trong lý lịch thiết bị

-i max , I xk được tính từ bài toán ngắn mạch nặng nề nhất đối với thiết bị cần kiểm tra.

2 Kiểm tra ổn định nhiệt.

Khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua thiết bị, nhiệt độ của thiết bị tăng lên phải không được vượt quá nhiệt độ cho phép

Do đó điều kiện kiểm tra sự ổn định nhiệt của thiết bị là:

odn

gt odn

t

t I

6-2 CH N VÀ KI M TRA MÁY C T ĐI N Ọ Ể Ắ Ệ

Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt hoàn hảo nhất ứng dụng trong mạng điện cao áp, nó có thể thao tác

trực tiếp hoặc điều khiển xa và chủ yếu là tự động hóa Máy cắt là phần tử chấp hành của bảo vệ rơle Máy cắt có thể đóng cắt lặp lại dòng điện ngắn

mạch

Máy cắt làm việc tin cậy, nhưng có giá thành cao nên chỉ được dùng ở những nơi quan trọng.

Phân loại máy cắt

Theo phương pháp dập hồ quang máy cắt có thể phân thành:

• Máy cắt ít dầu, nhiều dầu.

• Máy cắt không khí (khí nén).

• Máy cắt tự sinh khí.

• Máy cắt chân không.

• Máy cắt SF6

Phân loại máy cắt

Một số máy cắt trong mạng điện thực tế

Máy cắt khí SF6 ngoài trời

RECLOSER

Các máy c t i n ắ đ ệ đượ c ch n theo i u ki n i n ọ đ ề ệ đ ệ áp nh m c, dòng i n nh m c, đị ứ đ ệ đị ứ

ki u lo i, h ể ạ ình th c l p ứ ắ đặ t, ph ù h p v i c ợ ớ ác ch tiêu kinh t v ỉ ế à k thu t v ỹ ậ à đượ c ki m ể tra v n nh l c i n ề ổ đị ự đ ệ độ ng, n nh nhi t v ổ đị ệ à kh n ng c t ch ả ă ắ ở ế độ ng n m ch ắ ạ

odn

gt odn

t

t I

I ≥ ∞

TDL

N cat

3 Dòng điện ổn định lực điện động, kA i max i max≥ i xk

4 Dòng điện ổn định nhiệt, kA Iodn

5 Công suất cắt, MVA S cắt S cat ≥ S" N

6 Công suất cắt khi có thiết bị tự động đóng lặp lại S cắt

S" N = U dm I" N

- Khi trong mạch có kháng điện đặt sau máy cắt, thì máy cắt có thể được kiểm tra theo dòng điện ngắn mạch ở phía sau kháng điện, tức là ứng với điều kiện dòng điện ngắn mạch

đã được hạn chế

Máy cắt phụ tải

Máy cắt phụ tải

6-4 CH N VÀ KI M TRA C U DAO CÁCH Ọ Ể Ầ

LY

Cầu dao cách ly là một loại cầu dao cao áp đặc biệt, nó không

có khả năng đóng cắt dòng điện phụ tải nhưng không thể thiếu được trong các mạng điện cao áp, đặc biệt là trong các TPP

Ngoài chức năng chuyển mạch nó còn tác dụng quan trọng nữa là để cách ly các thiết bị điện khi đã cắt điện với mạng điện đang có điện

Khi cắt cầu dao cách ly sẽ tạo ra khoảng cách lớn giữa hai

phần má động không có điện và má tĩnh có điện để đảm bảo an toàn cả về kỹ thuật và yếu tố tâm lý sao cho dễ

trông thấy từ xa giúp cho công nhân sửa chữa an tâm làm việc.

Ví dụ, với cấp điện áp tới 35kV cầu dao cách ly chỉ được

với cấp điện áp 110 kV công suất MBA lớn nhất có thể cắt không tải là 20MVA

Khi thao tác dao cách ly phải tuân thủ đúng quy trình quy

phạm

Trường hợp đóng cắt dao cách ly có dòng phụ tải sẽ gây sự cố rất nặng nề, hồ quang phát sinh lớn bao chùm lên cả 3 pha gây NM 3 pha sẽ phá hủy trạm cầu dao và người thao tác đồng thời sự cố lây lan ra cả mạng điện.

Dao cách ly là một trong những phần tử chính trong các TPP hay TBA các máy cắt luôn có dao cách ly đi kèm.

Trình tự thao tác dao cách ly: CẦU DAO ĐI TRƯỚC VỀ SAU

CL1 CL2 MC

Cầu dao cách ly 3 pha

Dao Cách Ly Máy cắt SF6 Máy biến dòng

Cầu dao cách ly được phân biệt theo nhiều cách khác nhau:

 Theo vị trí lắp đặt có thể chia ra loại trong nhà và loại ngoài trời.

 Theo số pha có thể chia ra loại một pha riêng rẽ hay ba pha liên động

 Theo cách thao tác có thể chia ra loại thao tác bằng tay, loại thao tác điều khiển xa.

Các điều kiện chọn và kiểm tra dao cách ly:

 Kiểu loại, hãng sản xuất

 Các thông số điện:

- Chọn theo dòng, áp định mức.

- Kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.

Các điều kiện chọn và kiểm tra là các điều kiện (1÷4) trong bảng chọn máy cắt.

6-5 CH N VÀ KI M TRA C U chi Ọ Ể Ầ

Cầu chì là thiết bị bảo vệ mạch điện theo nguyên tắc quá dòng điện như đặc tính dưới đây Khi Ilv > Iđmdch thì cầu chì sẽ tác động nếu mức độ quá dòng càng lớn thì thời gian tác động càng nhanh, đặc biệt khi NM thời gian tác động cực ngắn khoảng 0,008 giây

Cầu chì có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền Nên được dùng rất phổ biến trong

cả mạng điện cao áp và hạ áp

 Trong hệ thống điện chủ yếu ta nghiên cứu cầu chì cao áp.

 Tong mạng điện xí nghiệp ta chủ yếu nghiên cứu cầu chì hạ áp trong các tủ điện phân xưởng

Nhược điểm của cầu chì là đặc tính làm việc phụ thuộc nhiều yếu tố trong thực tế Cầu chì cấu tạo gồm hai bộ phận chính là vỏ cầu chì và ống dây chảy

Đặc tính cầu chì

t(s)

Iđm dch

Bộ cầu dao cầu chì hạ áp

a.Vỏ cầu chì: Là bộ phận để lắp ống dây chảy với các thông số cơ bản là:

-Điện áp định mức U đm : Cách điện pha so với đất và cách điện giữa các pha trên cùng một bộ vỏ.

-Công suất I đm vỏ : Là công suất lớn nhất của cầu chì ứng với các điều kiện tiêu chuẩn do nhà máy chế tạo quy định.

b.Ống dây chảy: Là bộ phận để lắp dây chảy, nó gồm hai phần chính:

- Phần ống ngoài làm bằng vật liệu cách điện như : sứ, chất dẻo, phíp bên trong lắp dây chảy, hai đầu nắp kín có đầu nối điện ra để gá lắp với cầu nối điện trên vỏ cầu chì.

- Phần dây chảy lắp trong ống là dây kim loại ( chì, đồng, bạc ) được chế tạo theo các cấp

dòng điện định mức Dây chảy có nhiều hình dạng, kiểu cách khác nhau, dây chảy có I đm lớn làm bằng kim loại có điện dẫn tốt hơn để giảm nhỏ tiết diện và khả năng dập hồ quang tốt hơn.

Để thuận lợi cho chế tạo và tính chọn cầu chì người ta tiêu chuẩn hóa cầu chì theo nguyên tắc:

- - Với một cấp công suất vỏ cầu chì có thể lắp lẫn cho một vài cấp ống dây chảy có công suất bằng từ (0,5.I đm vỏ đến I đm vỏ )

- Một cấp công suất ống dây chảy có thể lắp lẫn cho một vài cấp dây chảy có công suất bằng từ (0,5.I đm ống dch đến I đm ống dch )

Các điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì Bảng 6-2

2 Dòng điện định mức dây chảy, kA I đm dch I đmTB ≤ I đm dch ≤ I đm vo

3 Điều kiện mở máy

4 Điều kiện cắt chọn lọc I dch 1 > I dch 2

Khi chọn cầu chì bảo vệ cho một động cơ nếu biết được đặc tính khởi động của động cơ và

đặc tính tác động của cầu chì ta xác định chúng trên cùng hệ toạ độ sẽ chọn được cầu chì có

Khi không biết đặc tính khởi động của động cơ ta có thể áp dụng công thức:

Dây chảy chọn theo đường số 1 thì sẽ chảy khi động cơ đang khởi động Vậy ta phải nâng cấp I đm dch lên như đường số 2

a

I

k a

Trong đó:

- I dn là dòng điện đỉnh nhọn.

- k mm là hệ số khởi động của động cơ.

+) Đối với động cơ không đồng bộ k mm = (5÷7)

+) Đối với động cơ đồng bộ k mm =(2÷2,5).

- a là hệ số chọn theo tình hình cụ thể của phụ tải và tần số khởi động.

+) Đối với động cơ mở máy có tải a = (1,6÷2).

+) Đối với động cơ mở máy không tải a = 2,5

Khi chọn cầu chì bảo vệ cho nhánh cung cấp điện cho một nhóm động cơ thì dòng đỉnh

nhọn của nhóm được xác định như sau:

I đnh = K mm max I đm max + I tt nhom – K sd max I đm max

Để bảo vệ cho máy biến áp, việc chọn I dc được tiến hành với dòng định mức của máy biến

áp I đmBA

I đm dch ≥ I đm BA Nhưng phải chú ý tới khả năng vận hành quá tải của máy biến áp:

Đố ớ ác m ng cung c p i n i v i c ạ ấ đ ệ đượ c b o v b ng c u ch ả ệ ằ ầ ì, vi c ph i h p gi a dòng ệ ố ợ ữ

i n cho ph

đ ệ ép c a dây d n [I] v ủ ẫ à dòng nh m c c a dây ch y I đị ứ ủ ả dch theo nguyên t c t ắ ùy theo t ng tr ừ ườ ng h p c th ợ ụ ể

Đối với mạng cung cấp điện cho những nơi phụ tải khó lường trước để đảm bảo an

toàn cho dây dẫn nên chọn:

Đối với mạng chiếu sáng trong phân xưởng, phụ tải ít thay đổi:

)5,125,1(][

÷

=

dch

I I

- Đối với các đường dây chính trong các mạng cung cấp điện cho phụ tải có nhiều khả năng xuất hiện trong đỉnh nhọn nên chọn:

I dc ≤ 3 [I]

1][

=

dch

I I

Máy biến áp đặt ngoài trời khả năng quá tải lớn nhất có thể đến 1,4 I dm BA

Máy bi n ế áp đặ t trong nh à kh n ng qu ả ă á t i l n nh t c ả ớ ấ ó th ể đế n 1,2 I dm BA

Để đả m b o t ả ính tác độ ng ch n l c, c ọ ọ ác c u ch ầ ì ph i ả đượ ính ch n theo nguyên c t ọ

• Trong mạng điện cao áp đến 35 kV để bảo vệ các TBA công suất vừa và nhỏ người ta thường dùng cầu chì tự rơi.

Cầu chì tự rơi 35 kV cho phép đóng cắt không tải MBA công suất đến 750 kVA và bảo vệ quá dòng cho MBA.

Để tăng khả năng đóng cắt cho cầu chì rơi người ta thiết lập các vách ngăn hồ quang giữa các pha và khi đó cầu chì rơi được xem như một máy cắt phụ tải.

Cầu chì tự rơi

6-5 CH N VÀ KI M TRA ÁPToMÁT Ọ Ể

• Áptômát là thiết bị chuyển mạch và bảo vệ theo nguyên tắc quá dòng điện trong mạng điện hạ áp.

• Áptômát có thể được đóng cắt dòng phụ tải bằng tay hoặc qua hệ thống điều khiển xa Khi quá dòng thì áptômát sẽ cắt tự động

Chức năng bảo vệ của áptômát được thực hiện nhờ hai phần tử riêng biệt:

• Bảo vệ cực đại bằng phần tử nhiệt

• Bảo vệ cắt nhanh bằng phần tử từ

Các áptômát được chế tạo với dải công suất rất rộng, từ một vài A đến hàng ngàn A Một áptômát có một đặc tính chuẩn theo Iđmcủa nó là quan hệ ttđ = f(I) với I > Iđm

Một số loại Áptômát

Ngày nay các áptômát hầu như đều chế tạo kiểu có đặc tính điểu chỉnh được Như vậy mỗi áptômát sẽ cho ta một họ đặc tính

Điều này rất thuận lợi cho việc tính chọn áptômát trong công tác thiết kế cung cấp điện.

Các điều kiện chọn và kiểm tra Áptômát được

kê như bảng sau:

Số

Ký hiệu

Khi chọn Áptômát bảo vệ cho một nhóm máy ta có thể chỉnh định như sau:

- k at = 1,25 là hệ số an toàn để AT không tác động nhầm với dòng đỉnh nhọn

- I đm max là dòng định mức của động cơ có dòng mở máy lớn nhất.

- k sd max , k mm max là hệ số sử dụng và hệ số mở máy của động cơ có dòng mở máy lớn nhất.

- I tt là dòng điện tính toán của nhóm các thiết bị mắc sau áp tô mát.

Áptômát bảo vệ cho một nhóm máy phải được kiểm tra độ nhạy theo điều kiện:

trong đó:

- k nh là độ nhạy của áp tô mát.

- I N min là dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở cuối vùng bảo vệ của áp tô mát.

- I tđ.AT là giá trị đặt dòng tác động của áp tô mát

3,

1I

Ik

AT td

min N

Với tiến bộ mới, đặc tính của áptômát còn được điều chỉ theo nhiều cấp

Ngày nay đã có các áptômát kỹ thuật số có khả năng đáp ứng rất cao cho các yêu cầu của bảo vệ:

•Cài đặt chế độ bảo vệ thuận lợi

6-6 CHỌN VÀ KIỂM TRA SỨ CÁCH ĐIỆN

Sứ cách điện là thiết bị gá, đỡ các bộ phận mang điện, dẫn điện và đảm bảo cách điện (pha – pha) hoặc (pha – đất)

Vì vậy sứ phải có đủ độ bền cơ học và độ bền cách điện thích hợp với mạng điện

Trong trạm biên áp hay trạm phân phối sứ có hai loại chính:

- Sứ đỡ: Dùng để đỡ các thanh cái, dây dẫn và các thiết bị điện khác.

- Sứ xuyên: Dùng để dẫn dẫn điện xuyên qua tường hay các vách ngăn khác.

 Đối với đường dây trên không sứ có hai loại là sứ đỡ và sứ chuỗi.

 Theo vị trí sử dụng có thể phân thành Sứ trong nhà và sứ ngoài trời.

Sứ xuyên

Chuỗi cách điện Silicon

Chuỗi cách điện silicon có các

đặc tính:

• Chống được ăn mòn

• Có khả năng tự làm sạch bề mặt trong điều kiện không có mưa

(Thông qua cơ chế: Bụi bám trên bề mặt sẽ bị gom lại thành từng giọt như hình trên và khi nước bốc hơi sẽ mạng bụi bám đi theo)

• Không thấm nước

• Chống được sự phá huỷ của tia cực tím.

• Các tính chất lý hoá không bị thay đổi dưới tác động của nhiệt độ từ