Đồ án môn học hệ thống cung cấp điện

đồ án hế thống cung cấp điện Phụ tải động lực gồm các động cơ trang bị cho các máy trong phân xưởng. Để có các số liệu tính toán thiết kế sau này ta chia các thiết bị phân xưởng thành các nhóm. Việc chia nhóm cần phải căn cứ vào các nguyên tắc sau: Các thiết bị gần nhau đưa vào 1 nhóm, mỗi nhóm không quá 8 thiết bị là tốt nhất. Đi dây thuận lợi, không chồng chéo, gấp khúc. Góc gãy > 120¬o Ngoài ra phải kết hợp công suất của các nhóm gần bằng nhau.  Căn cứ vào mặt bằng phân xưởng, công suất của các máy công cụ và sự bố trí, sắp sếp các máy ta chia các thiết bị trong phân xưởng thành 3 nhóm và ta đi xác định phụ tải tính toán của từng nhóm.

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SCCK VÀ TOÀN BỘ NHÀ MÁY CƠ KHÍ HÀ NỘI

ÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG

1.Xác định phụ tải động lực

Phụ tải động lực bao gồm các động cơ được lắp đặt cho máy móc trong phân xưởng Để thu thập số liệu phục vụ cho thiết kế, các thiết bị trong phân xưởng cần được phân chia thành các nhóm Việc phân nhóm này phải dựa trên những nguyên tắc cụ thể.

- Các thiết bị gần nhau đưa vào 1 nhóm, mỗi nhóm không quá 12 thiết bị là tốt nhất

- Đi dây thuận lợi, không chồng chéo, gấp khúc Góc gãy > 120 o

- Ngoài ra phải kết hợp công suất của các nhóm gần bằng nhau

Dựa trên mặt bằng phân xưởng, công suất của các máy công cụ và cách bố trí, sắp xếp các máy, chúng ta phân chia thiết bị trong phân xưởng thành ba nhóm và tiến hành xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm.

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 5 MSSV: K205520216516

1.2.Xác định phụ tải tính toán của từng nhóm a Nhóm máy I

Stt Tên thiết bị Ký hiệu

8 Thiết bị không dùng điện

Số thiết bị trong nhóm máy là n = 10

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện ren : Pmax = 20 (kW)

=>Thiết bị cú cụng suất lớn hơn hoặc bằng ẵ cụng suất của mỏy cú cụng suất lớn nhất 0,5.Pđmmax = 10 kW => n1 = 2

Tổng công suất của n thiết bị có trong nhóm là :

Tổng công suất của n1 thiết bị

Số thiết bị điện có hiệu quả : n* = n1 n = 2

Từ n* và P* tra bảng 2-2 ( trang 32 - tài liệu số 1)

Số thiết bị dùng điện có hiệu quả nhq = n*hq n = 0,42*9= 3,78 => nhq = 4

Ta có : ksdtb I = ∑ P dmI k sdi n t=1

Tra bảng 2.1 ( trang 34 - tài liệu số 1)

Ta có : kmax I = f(nhq, ksdđm I) = f( 4;0,16) = 3,11

Công suất tính toán của nhóm I

Hệ số công suất cos ϕ của nhóm phụ tải : cosϕtb I= ∑ P dmI cos ϕ n i=1

Ta có: Udm=Ud, do tính cho mạng hạ áp nên:

+ Công suất toàn phần của nhóm máy I là :

0,66 = 35,54 (kVA) + Dòng phụ tải tính toán của nhóm máy I là:

√3.0,38 = 53,99 (A) + Công suất phản kháng của nhóm máy I là:

Qtt I = √S ttI 2 − P ttI 2 = √35,54 2 − 23,46 2 = 26,69 (kVAr) b Nhóm máy II

Stt Tên thiết bị Ký hiệu

1 Máy mài tròn vạn năng

6 Bàn thử nghiệm thiết bị điện

Số thiết bị trong nhóm máy là n = 6 Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện ren : Pmax = 14 (kW)

=>Thiết bị cú cụng suất lớn hơn hoặc bằng ẵ cụng suất của mỏy có công suất lớn nhất 0,5.Pđmmax = 7kW => n1 = 4

Tổng công suất của n thiết bị có trong nhóm là :

P = 4,5+8,1+10+14+ 2,8+7 = 46,4(kW) Tổng công suất của n1 thiết bị

Số thiết bị điện có hiệu quả : n* = n1 n = 4

Từ n* và P* tra bảng 2-2 ( trang 32 - tài liệu số 1)

Số thiết bị dùng điện có hiệu quả nhq = n*hq n = 0,75*6 = 4,5 => nhq = 5

Ta có : ksdtb= ∑ P dmII k sdi n t=1

Từ nhq = 5 và ksdtb II = 0,16

Ta có : kmax II = f(nhq, ksdđm II) = f( 5;0,16) = 2,87

Công suất tính toán của nhóm II

Ptt II = kmax II ksdtb II.∑ n i=1 P dmII = 2,87 * 0,16 * 46,4 = 21,30

Hệ số công suất cos ϕ của nhóm phụ tải : cosϕtbII = ∑ n i=1 P dmII cos ϕ

Ta có: Udm=Ud, do tính cho mạng hạ áp nên:

+ Công suất toàn phần của nhóm máy I là :

Stt II = P ttII cosϕ tbII = 21,30

0,6 = 35,5 (kVA) + Dòng phụ tải tính toán của nhóm máy I là:

√3.0,38 = 53,93 (A) + Công suất phản kháng của nhóm máy II là:

Qtt II = √S ttII 2 − P ttII 2 = √35,5 2 − 21,30 2 = 28,4 (kVAr) c Nhóm máy III

STT Tên thiết bị Kí hiệu Số lượng P đm ( kW ) Cos ϕ k sd

• Quy đổi máy biến áp hàn 1 pha từ chế độ làm việc ngắn hạn sang dài hạn

Quy đổi 1 pha sang 3 pha :

Giả sử máy hàn mắc vào pha A :

𝑃 𝐴 = 2,7 (𝑘𝑊) Tổng công suất định mức của các thiết bị 3 pha trong nhóm máy III là: ΣP3f = 4,5+4,5+0,65*2+1+1+2,8+2,7 = 17,8 (kW)

Lượng phụ tải không cân bằng nhỏ hơn 15% tổng công suất của các thiết bị 3 pha trong nhóm, vì vậy khi tính toán phụ tải, máy hàn 1 pha H được xem như thiết bị 3 pha có công suất tương đương.

- Số thiết bị có trong nhóm là: n = 8

+) Thiết bị có công suất lớn nhất là máy bào ngang : Pmax = 4,5 (kW)

+) Số thiết bị có công suất đặt lớn hơn hoặc bằng 1/2 công suất của máy có công suất lớn nhất: 0,5.Pđmmax = 2,25 (kW) => n1 = 4

+) Tổng công suất của n thiết bị có trong nhóm

P = 4,5+4,5+0,65*2+1+1+2,8+2,7,8( kW) +) Tổng công suất của n1 thiết bị

Từ n* và P*, tra bảng 2-2 ( trang 32 -tài liệu số 1)

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 11 MSSV: K205520216516 ta được: n*hq = f(n*,P*) = f(0,5;0,8) = 0,70

+) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả nhq = n*hq.n = 0,70.8 = 5,6 => nhq = 6

- Ta có hệ số sử dụng trung bình các thiết bị trong nhóm III là: ksdtb III ∑ n t=1 P dmIII k sdi

Ta có kmax III = f(nhq, ksdđm III) = f(6; 0,18) = 2,24

- Công suất tính toán của nhóm III:

Ptt III = kmax III ksdtb III.∑ n i=1 P dmIII = 2,24*0,18*17,8= 7,17 (kW)

- Hệ số cosφ của nhóm phụ tải cosϕtb III ∑ n i=1 P dmIII cos ϕ

- Vậy, ta có: Udm=Ud, do tính cho mạng hạ áp nên:

+ Công suất toàn phần của nhóm máy III là :

Stt III = P ttIII cosϕ tbIII = 7,17

0,6 = 11,95 (kVA) + Dòng phụ tải tính toán của nhóm máy III là:

√3.0,38 = 18,15 (A) + Công suất phản kháng của nhóm máy III là:

Qtt III = √S ttIII 2 − P ttIII 2 = √11,95 2 − 7,17 2 = 9,56 (kVAr)

Ta có bảng phụ tải tính toán cho các nhóm :

Ptt(kW) Qtt(kVar) Stt(kVA) Itt(A) cosϕtb Ksdtb

2.Tính toán công suất phân xưởng trên cơ sở công suất các nhóm

Trong sản xuất, chiếu sáng điện là yếu tố cần thiết cho các phân xưởng Có nhiều phương pháp để tính toán giá trị phụ tải, trong đó phương pháp phổ biến nhất là tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất của phân xưởng.

F: là diện tích chiếu sáng đo trên mặt bằng nhà máy

Trong đó: a, b là chiều dài, rộng của phân xưởng

P0: Suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích sản xuất

Dòng điện chiếu sáng phân xưởng là:

Kđt: hệ số đồng thời, chọn Kđt = 0,9

Công suất tác dụng của phân xưởng là :

Công suất phản kháng của phân xưởng là:

Công suất toàn phần của phân xưởng là:

Dòng điện phụ tải của phân xưởng:

Hệ số công suất của phân xưởng: cosϕpx = P ttpx

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TOÀN NHÀ MÁY

Phụ tải tính toán của nhà máy được chia làm 2 phần

Thành phần đầu tiên bao gồm tổng hợp tất cả các phụ tải tính toán từ các phân xưởng, nhà máy, cơ quan hành chính, và kho bãi, như đã chỉ định trong bảng I Điều này bao gồm cả phụ tải tính toán cho động lực và chiếu sáng, cùng với phụ tải tính toán của phân xưởng dụng cụ đã được tính toán trước đó.

Phụ tải tính toán ngoài phân xưởng chủ yếu liên quan đến chiếu sáng cho diện tích bên ngoài các phân xưởng Các khu vực này được chiếu sáng đồng thời, và phụ tải được xác định dựa trên phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, cụ thể là Pttcs = P0.F Thông qua sơ đồ mặt bằng nhà máy, ta có thể tính toán diện tích các phân xưởng một cách chính xác.

Stt Tên phân xưởng Số lượng a (cm) C.dài (bản vẽ) b (cm) C.rộng (bản vẽ)

1 Phân xưởng kết cấu kim loại

2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí

7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí

8 Phân xưởng gia công gỗ

9 Ban quản lý nhà máy

Tổng diện tích các phân xưởng: Fpx 4194

1 Xác định phụ tải chiếu sáng của toàn nhà máy

1.1 Chiếu sáng đất trống và đường đi

Fnm: diện tích toàn bộ mặt bằng nhà máy

Fpx : diện tích các phân xưởng

- Diện tích toàn nhà máy :

- Diện tích các phân xưởng :

Tra bảng 2-7 (CCĐT2) ta có suất phụ tải chiếu sáng cho đất trống và đường đi là:

Pđt+đđ = P0.Fđt+đđ = 1.10 -3 20286 = 20,28 (kW)

1.2 Ban quản lý nhà máy

2 Phụ tải tính toán toàn nhà máy

Stt Tên phân xưởng Ptt

9 Ban quản lý nhà máy 18,207 1

Sttnm = kpt.kđt.√(∑ n i=1 P ttnm ) + 2 (∑ n i=1 Q ttnm ) 2

Trong đó: kpt = 1,15 là hệ số phát triển của nhà máy

Kđt = 0,9 là hệ số đồng thời của nhà máy

+ Tổng công suất tác dụng của toàn nhà máy là :

+ Tổng công suất phản kháng của toàn nhà máy là : n ttpxi i 1

Công suất tác dụng của toàn nhà máy:

Pttnm = kpt.kđt.(∑ 12 i=1 P ttpxi + P csnm )

+ Công suất phản kháng của toàn nhà máy:

Qttnm= kpt.kđt ∑ Q 12 1 ttpxi =1,15.0,9 1198,18 = 1240,11 (kVAr)

+ Hệ số công suất của toàn nhà máy cosϕ = P ttnm

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CUNG CẤP CHO PHÂN XƯỞNG

Đặt vấn đề

Mạng điện phân xưởng có vai trò quan trọng trong việc cung cấp và phân phối điện năng cho phân xưởng, cần đảm bảo các yếu tố kinh tế kỹ thuật như tính đơn giản, tiết kiệm vốn đầu tư, thuận tiện trong vận hành và sửa chữa, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đồng thời đảm bảo chất lượng điện năng với mức tổn hao công suất phụ thấp nhất.

Sơ đồ nối dây của phân xưởng có 3 dạng cơ bản:

-Sơ đồ nối dây hình tia

-Sơ đồ nối dây phân nhánh

Sơ đồ nối dây hình tia mang lại nhiều lợi ích như sự đơn giản và rõ ràng trong việc kết nối dây, độ tin cậy cao, dễ dàng thực hiện tự động hóa, cũng như thuận tiện trong vận hành, bảo trì và sửa chữa Tuy nhiên, nhược điểm lớn của nó là yêu cầu vốn đầu tư ban đầu cao.

Chọn sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng:

Dựa vào đặc điểm và yêu cầu cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí, chúng ta thiết kế sơ đồ cung cấp điện cho các sơ đồ phụ tải động lực theo kiểu sơ đồ hình tia.

Cấu trúc sơ đồ hình tia mạng điện phân xưởng cơ khí bao gồm một tủ phân phối điện từ trạm biến áp, cung cấp năng lượng cho bốn tủ động lực Trong số này, ba tủ động lực được phân bổ cho ba nhóm phụ tải đã được xác định trước, trong khi một tủ động lực còn lại phục vụ cho phụ tải chiếu sáng trong nhà máy Mỗi tủ động lực được đặt rải rác dọc theo tường phân xưởng, đảm bảo cung cấp điện cho từng phụ tải cụ thể.

Tủ động lực đặt ở vị trí thỏa mãn các điều kiện sau:

-Càng gần trung tâm phụ tải của nhóm máy càng tốt

-Thuận tiện cho các hướng đi dây

-Thuận tiện cho các thao tác vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng

Tủ phân phối được đặt ở vị trí thỏa mãn các điều kiện sau:

-Gần trung tâm phụ tải các tủ động lực

-Thuận tiện cho các hướng đi dây

Việc đi dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối trung gian bằng cáp 3 pha 4 lõi cách điện trong hào cáp có nắp đậy bê tông giúp thuận tiện cho thao tác vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng Từ tủ phân phối đến tủ động lực, cáp bọc cách điện được sử dụng, và từ tủ động lực đến các máy, cáp 3 pha 4 lõi bọc cách điện được lắp đặt trong ống thép chôn ngầm dưới nền nhà xưởng sâu khoảng 30cm Mỗi mạch đi dây cần lưu ý không uốn góc quá 2 lần và đảm bảo góc uốn không nhỏ hơn quy định.

Tính chọn thiết bị trong mạch phân xưởng

1 Chọn aptomat bảo vệ cho đường cáp từ tủ động lực tới từng máy

Aptomat là thiết bị lý tưởng để khởi động trực tiếp các động cơ điện có công suất vừa và nhỏ trong mạng điện áp thấp Với khả năng thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ là đóng cắt và bảo vệ, aptomat vượt trội hơn cầu chì nhờ tính năng làm việc an toàn và chắc chắn Nó có khả năng đóng cắt 3 pha và tự động hóa cao, chính vì vậy aptomat được sử dụng rộng rãi để bảo vệ cho các máy móc.

Việc chọn ATM phải dựa vào yêu cầu sau:

-Vì ATM bảo vệ trực tiếp cho các máy nên ta lựa chọn theo điều kiện mở máy (đương nhiên thỏa mãn điều kiện làm việc định mức)

-ATM không được tác động với dòng quá tải ngắn hạn và dòng định mức

-ATM phải tác động khi có dòng cực đại (quá tải lâu dài) và dòng ngắn mạch chạy qua

Theo các điều kiện sau:

Với: UđmATM là điện áp dòng điện định mức của ATM đã chọn

Ilv max là dòng điện làm việc cực đại chạy qua 1 ATM

+ Tính cho máy phay lăn răng :

Tra PL3.5 (Trang 356-tài liệu 1) ta chọn ATM EA53-G do Nhật chế tạo có thông số như sau:

Aptomat 3 cực : EA53-G ; Uđm = 380 (V) ; Iđm = 10 (A) ; IN = 5 (kA)

Tính toán tương tự cho các thiết bị khác ta chọn aptomat bảo vệ cho các thiết bị như trong bảng sau :

Bảng chọn aptomat cho các thiết bị

STT Tên thiết bị Kí hiệu

9 Máy mài tròn vạn năng

2 Chọn ATM cho từng nhóm máy

- Để tránh sự cố lan tràn ở từng tủ động lực, mỗi tủ động lực được thiết kế 1 ATM để bảo vệ riêng

- Điều kiện chọn ATM cho các nhóm:

Với: UđmATM và IđmATM là điện áp và dòng điện định mức của ATM chọn

Tra PL 3.5 trang 356-tài liệu 1) ta chọn ATM do Nhật chế tạo có thông số như sau

Aptomat 3 cực : EA103-G; Uđm = 380 (V) ; Iđm = 60 (A) ; IN = 25 (kA)

Tính tương tự cho các nhóm còn lại ta có

Bảng chọn aptomat cho từng nhóm

3 Chọn ATM bảo vệ cho đầu vào tủ động lực

Aptomat được chọn theo điều kiện:

Tra PL 3.6 trang 356 ta chọn ATM EA do Nhật chế tạo có thông số như sau :

4 Chọn ATM tổng cho phân xưởng

Aptomat tổng được chọn theo điều kiện:

TÊN Uđm (V) Iđm (A) IN(KA) SỐ CỰC

Tra bảng PL 3.5 trang 356-tài liệu 1, ta chọn aptomat do Nhật chế tạo:Kí hiệu EA203-G có thông số :

Aptomat 3 cực : Uđm = 380 (V) ; Iđm = 160 (A) ; IN = 25 (kA)

5 Chọn aptomat cho phụ tải chiếu sáng :

Aptomat bảo vệ cho chiếu sáng cũng được chọn theo điều kiện :

Với : UđmAT và IđmAT là điện áp và dòng điện định mức của aptomat đã chọn

Ilv max là dòng làm việc cực đại chạy qua 1 aptomat

Tra PL3.5 Trang 356-tài liệu 1 ta chọn aptomat EA do Nhật chế tạo có thông số như sau :

Aptomat 2 cực : EA52-G ; Uđm = 220 (V) ; Iđm = 50 (A) ; IN =5 (kA)

Cáp và dây dẫn hạ áp cần được chọn lựa dựa trên dòng điện lâu dài cho phép, nhằm đảm bảo rằng cách điện của chúng không đạt đến mức độ nguy hiểm, bảo vệ an toàn cho hệ thống điện.

Tiết diện của dây dẫn được lựa chọn theo điều kiện sau:

S ≥ 1,5 mm 2 để đảm bảo độ bền cơ

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 24 MSSV: K205520216516 k1: Hệ số xét đến nhiệt độ môi trường lắp đặt dây dẫn khác với nhiệt độ quy chuẩn

Nhiệt độ quy chuẩn được lấy như sau:

+ Nhiệt độ của đất là 15 o C

+ Nhiệt độ của không khí là 25 o C

6.1 Chọn cáp dẫn điện từ tủ động lực đến các thiết bị

Dây dẫn và cáp được lựa chọn dựa trên dòng điện lâu dài cho phép, nhằm đảm bảo nhiệt độ không gây hại cho cách điện Các dây dẫn cung cấp điện cho từng máy được đặt trong ống thép và chôn dưới đất, với nhiệt độ môi trường là 20°C và nhiệt độ tối đa cho phép của dây là 80°C.

Chọn dây dẫn theo 2 điều kiện sau :

Vì các thiết bị được bảo vệ bằng ATM nên :

Trong đó : k1 : Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ tiêu chuẩn

Tra bảng PL4.21 -tài liệu 1 chọn k1 = 0,96 k2 : Hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp hoặc dây dẫn đặt trong cùng

1 hầm hoặc 1 rãnh cáp Tra bảng PL4.22 -tài liệu 1 chọn k2 = 1

Ikd nhiệt : Dòng khởi động của bộ phân cắt mạch điện bằng nhiệt

Ikd nhiệt = 1,25.IđmATM k3 : Hệ số kể đến chế độ làm việc của thiết bị

+ Với chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: k 3 = 0,875

√ε + Với chế độ làm việc dài hạn: k3 = 1

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 25 MSSV: K205520216516 a) Tính cho phay lăn răng :

Tra bảng 4.24 Trang 250-tài liệu 2 chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số kĩ thuật :

Slõi = 4 × 1,5 (mm 2 ) ; Icp = 31 (A) b) Tính cho máy phay vạn năng :

Tra bảng 4.24 Trang 250 -tài liệu 2 chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số kĩ thuật :

Slõi = 4 × 2,5 (mm 2 ) ; Icp = 41 (A) c).Tương tự ta tính cho các máy còn lại trong phân xưởng ta có bảng sau :

Bảng chọn cáp dẫn điện

9 Máy mài tròn vạn năng 11,39 11,86 4 × 1,5 31

6.2 Chọn cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực Điều kiện chọn:

+Ittnh: Dòng điện tính toán của cả nhóm

+Iđm ATM: Dòng điện ATM của cả nhóm

+k1= 0,96: Hệ số kể đến sự sai khác giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ tiêu chuẩn

+k2 = 1: Hệ số kể đến tình trạng đặt nhiều cáp trong rãnh

+k3= 1: Hệ số kể đến cấu trúc của đường dây(ứng với nhóm động cơ)

+k = 1,5: Cáp cung cấp cho nhóm động cơ

0,96.1.1= 56,23 (A) Tra bảng 4.24 Trang 250 -tài liệu 2 chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số kĩ thuật :

Tính tương tự cho các nhóm còn lại ta có bảng sau :

7 Chọn tủ cho phân xưởng

7.1 Chọn tủ động lực cho từng nhóm máy

Chúng tôi đã chọn tủ động lực do hãng Pháp sản xuất, với thiết kế vững chắc, đa chức năng và dễ dàng tháo lắp, phù hợp với kích cỡ tùy chọn của khách hàng Tủ được lắp đặt tiện lợi trên nền xi măng, cho phép lắp đặt các ATM theo nhu cầu Để biết thêm chi tiết, vui lòng tham khảo phụ lục 3.14 trang 360 trong tài liệu sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị.

3 tủ động lực cho 3 nhóm máy với kích thước như sau:

Cao 1800mm ; Rộng 600mm ; Sâu 400mm, cánh tủ phẳng với số cánh tủ là 1 Chọn ATM đầu vào tủ có Iđm = 580(A) , Uđm = 700(V)

7.2 Chọn tủ phân phối trung gian Điều kiện để chọn tủ phân phối:

Để lắp đặt các thiết bị một cách hợp lý, cần chọn kích thước phù hợp cho tủ phân phối, đồng thời nên chọn tủ cùng hãng và có kích thước tương tự như tủ động lực Ngoài ra, việc lựa chọn Aptomat bảo vệ cho đầu ra và đầu vào là rất quan trọng, tương ứng với thiết bị bảo vệ đã được chọn cho phân xưởng cơ khí và các nhóm máy.

PHẦN 3 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CUNG CẤP CHO TOÀN NHÀ MÁY

Thiết kế mạng điện nhà máy là yếu tố then chốt trong quá trình cung cấp điện cho nhà máy, đòi hỏi sự hợp lý và đáp ứng các tiêu chí kinh tế kỹ thuật Mạng điện bao gồm hai phần chính: phần bên ngoài, liên quan đến đường dây nhận điện từ hệ thống điện đến nhà máy, và phần bên trong, bao gồm các trạm biến áp phân xưởng cùng đường dây cung cấp điện cho các khu vực sản xuất Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, mạng điện nhà máy cần đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật nghiêm ngặt.

✓ Vốn đầu tư ban đầu nhỏ

✓ Chi phí vận hành hàng năm ít nhất

✓ Tiết kiệm được kim loại màu

✓ Đảm bảo tính liên tục cung cấp điện phù hợp với từng loại hộ tiêu thụ, đảm bảo chất lượng điện năng

✓ Sơ đồ đi dây đơn giản, xử lý sự cố nhanh, tác động chính xác,dễ vận hành, sửa chữa

Trong quá trình lựa chọn phương án cung cấp điện, cần phải cân nhắc giữa hai yếu tố kinh tế và kỹ thuật, vì chúng thường mâu thuẫn nhau Một phương án có tính kỹ thuật cao có thể tốn kém, trong khi phương án tiết kiệm chi phí có thể không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Do đó, việc so sánh và tìm ra giải pháp tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo cả hai tiêu chí này được thỏa mãn.

Ta có sơ đồ mặt bằng nhà máy:

Chọn sơ đồ cung cấp điện bên trong cho nhà máy

Kí hiệu Tên phân xưởng Ptt (kW) Qtt (KVAR) Hộ phụ tải

9 Ban quản lý nhà máy 18,207 1

Hệ thống cung cấp điện trong nhà máy đảm bảo cung cấp điện từ trạm biến áp đến các thiết bị sử dụng điện Với số lượng máy móc lớn và đường dây dài, việc lựa chọn phương án cung cấp điện hiệu quả là rất quan trọng, nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiết kiệm chi phí đầu tư cũng như vận hành Đặc biệt, nhà máy cơ khí có nhu cầu cung cấp điện cao, vì vậy sơ đồ cung cấp điện hình tia được lựa chọn để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu này.

Sơ đồ hình tia có ưu điểm như kết nối đơn giản, độ tin cậy cao và dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo trì, tự động hóa, cùng với chi phí vận hành hàng năm thấp Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là cần nhiều thiết bị đóng cắt và đường dây, dẫn đến vốn đầu tư cao Để cung cấp điện cho từng phân xưởng, có hai phương pháp là sử dụng cáp ngầm và cáp trên không, nhưng trong trường hợp này, cáp ngầm được ưu tiên sử dụng.

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 32 MSSV: K205520216516 tạo vững chắc, cách điện tốt, không bị sét đánh nên làm việc tin cậy hơn so với đường dây trên không

Cáp điện ngầm có điện kháng thấp, giúp giảm tổn thất điện năng so với đường dây trên không, đồng thời được chôn dưới đất, không gây cản trở cho việc di chuyển trong nhà máy Tuy nhiên, phương pháp này cũng gặp phải một số nhược điểm như chi phí cao, khó thi công và việc phát hiện cũng như sửa chữa sự cố tương đối phức tạp.

Diện tích toàn nhà máy khoảng FNM = 24480 (m 2 )

Phụ tải tính toán và diện tích nhà máy không lớn, với điện áp nguồn 22 kV và không có phụ tải cao áp Để đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, phương pháp hạ 22 kV xuống 0,4 kV được áp dụng, đồng thời chọn sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho toàn bộ nhà máy.

Nhà máy cơ khí Hà Nội gồm :

+ Các phân xưởng: Kết cấu kim loại , nén khí , Ban quản lý nhà máy là những phân xưởng tiêu thụ loại 1

+ Các phân xưởng: Phân xưởng lắp ráp cơ khí , Phân xưởng đúc, Phân xưởng rèn , Phân xưởng sửa chữa cơ khí , là phân xưởng tiêu thụ loại 2

+ Các phân xưởng: phân xưởng gia công gỗ là những phân xưởng tiêu thụ loại

+Dựa vào phụ tải các phân xưởng của nhà máy ta tính được tổng công suất của nhà máy (lấy kết quả từ phần I)

Tổng công suất lớn nhất phụ tải loại 1:

S pt1 max = K pt ⋅ K dt ⋅ √P pt1 2 + Q 2 pt1

Tổng công suất lớn nhất phụ tải loại 2:

S pt 2 max = K pt ⋅ K dt ⋅ √P pt2 2 + Q pt2 2

= 1,15 ⋅ 0,9 ⋅ √923,23 2 + 634,83 2 = 1159,64(kVA) Tổng công suất lớn nhất phụ tải loại 3:

S pt 3 max = K pt ⋅ K dt ⋅ √P pt3 2 + Q 2 pt3

So sánh tỉ lệ ta thấy 𝐍 𝟐 % > 𝐍 𝟏 % > N 3%như vậy nhà máy được xếp là hộ phụ tải loại

1 Phương án cung cấp điện cho nhà máy

1.1 Chọn sơ đồ ngoài nhà máy

Nhà máy cơ khí được phân loại là hộ phụ tải loại 1 với yêu cầu cấp điện cao và không được phép mất điện Để đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện, hệ thống cấp điện ngoài nhà máy sẽ bao gồm hai đường dây trên không 22 kV từ trạm biến áp khu vực đến trạm biến áp nhà máy Trong chế độ làm việc bình thường, cả hai đường dây đều mang tải; khi một đường dây gặp sự cố, đường dây còn lại sẽ đảm bảo cung cấp điện liên tục cho nhà máy, giúp duy trì chất lượng điện năng ổn định.

1.2 Chọn sơ đồ bên trong nhà máy

Hệ thống điện trong nhà máy phải đảm bảo cung cấp điện từ trạm biến áp đến các thiết bị tiêu thụ, với yêu cầu kỹ thuật và kinh tế được cân nhắc Nhà máy cơ khí Hà Nội có nhu cầu cung cấp điện cao, với phụ tải loại 1 chiếm 38,95%, phụ tải loại 2 chiếm 50,84%, và phụ tải loại 3 còn lại Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện, sơ đồ cung cấp điện hình tia được lựa chọn là phương án tối ưu.

Sơ đồ hình tia có ưu điểm như nối dây đơn giản, độ tin cậy cao, dễ thực hiện biện pháp bảo vệ và tự động hoá, thuận tiện cho vận hành sửa chữa và chi phí vận hành hàng năm thấp Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là yêu cầu đầu tư vốn cao do có nhiều thiết bị đóng cắt và đường dây Để cung cấp điện năng đến từng phân xưởng, cáp ngầm được sử dụng vì có độ bền cao, cách điện tốt và không bị ảnh hưởng bởi sét, đảm bảo tính tin cậy Mặc dù vậy, phương pháp này cũng có nhược điểm là giá thành cao và thi công khó khăn.

Diện tích toàn nhà máy:

Phụ tải tính toán và diện tích nhà máy không lớn, với điện áp nguồn 22 kV và không có phụ tải cao áp Để đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, cần hạ điện áp từ 22 kV xuống 0,4 kV và áp dụng sơ đồ hình tia cho hệ thống cung cấp điện toàn nhà máy.

2 Chọn dung lượng và số lượng mba phân xưởng,vị trí đặt TBA

2.1 Xác định vị trí đặt TBA

➢ Việc chọn vị trí đặt trạm biến áp được tiến hành dựa trên một số nguyên tắc sau:

1 An toàn và liên tục cung cấp điện

2 Gần trung tâm phụ tải để giảm thấp tổn thát điện áp và công suất trong mạch thuận tiện cho nguồn đi tới

3 Hạn chế dòng điện ngắn mạch , bố trí đường dây thuận tiện và dự phòng cho việc triển sau này

4 Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng

5 Phòng cháy nổ, bụi và thông gió tốt

6 Vốn đầu tư và chi phí vận hành hợp lý

➢ Xác định trung tâm phụ tải của nhà máy: Lấy chiều dài nhà máy làm trục

Ox, chiều ngang nhà máy làm trục Oy Gốc O đặt lại góc trái mặt bằng xí nghiệp

➢ Thông thường trạm biến áp được đặt liền kề với phân xưởng nào đó

Dựa vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và tải trọng của các phân xưởng, hệ trục tọa độ Oxy gốc được đặt cạnh phân xưởng kết cấu để thuận tiện cho việc phân tích và thiết kế.

Dựa vào bản vẽ mặt bằng nhà máy cơ khí số 6 ta lập bảng thống kê tọa độ các phân xưởng và xác định tâm phụ tải như sau :

STT Tên phân xưởng Ptt

2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 270 5,7 5,8

8 Phân xưởng gia công gỗ 170 11,2 1,6

9 Ban quản lý nhà máy 18,207 3 2

Vậy tâm phụ tải của nhà máy được tính theo công thức :

Ptti : Phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i

(xi,yi) : Toạ độ của phân xưởng thứ i

(X,Y) : Toạ độ của trung tâm phụ tải trên mặt bằng nhà máy

TBA được chọn ở vị trí sao cho :

Để giảm thiểu tổn thất điện áp và công suất, các trạm biến áp (BA) nên được lắp đặt gần trung tâm phụ tải Trong một nhà máy, việc sử dụng ít loại máy biến áp (MBA) càng tốt sẽ giúp thuận tiện cho quá trình vận hành và sửa chữa Đồng thời, việc lựa chọn các thiết bị cao áp cũng góp phần vào việc dễ dàng trong mua sắm thiết bị.

-Có khả năng thiết lập hệ thống dự phòng và có thể phát triển mở rộng trong tương lai

-Đi dây thuận tiện,không chồng chéo ,thuận tiện cho sửa chữa ,thay thế và lắp đặt thêm

-Vốn đầu tư và chi phí vận hành hợp lý

Toạ độ (9,93 ; 6,55) xác định trung tâm phụ tải của nhà máy trên bản vẽ mặt bằng Để đảm bảo an toàn, mỹ quan cho nhà máy và thuận tiện trong việc cung cấp điện, chúng ta cần di chuyển Trạm biến áp đến vị trí được chỉ định trong bản vẽ.

Dựa vào tâm phụ tải của nhà máy, chúng ta xác định vị trí lắp đặt trạm biến áp (TBA) và tiến hành đi dây theo bản vẽ số 1 Để đảm bảo tính mỹ quan và an toàn, trạm được dịch chuyển sát vào tường rào của nhà máy.

2.2 Chọn số lượng và dung lượng các MBA: Để CCĐ cho các phân xưởng ta dùng các MBA phân xưởng đặt ở các trạm biến áp, biến đổi điện áp 22 (kV) của lưới thành cấp điện áp 0,4 (kV) cung cấp cho phân xưởng Để đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế thì số lượng và dung lượng của các máy BA cần phải thoả mãn những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo độ tin cậy CCĐ

Để giảm thiểu tổn thất điện áp và công suất, các trạm BA nên được đặt gần trung tâm phụ tải Trong một nhà máy, việc lựa chọn ít loại MBA sẽ thuận tiện cho công tác vận hành, sửa chữa và thay thế thiết bị cao áp, đồng thời giúp đơn giản hóa quy trình mua sắm thiết bị.

Số lượng và dung lượng MBA trong trạm cần được tối ưu hóa để đảm bảo chi phí đầu tư và chi phí vận hành hàng năm ở mức thấp nhất, đồng thời đáp ứng đầy đủ nhu cầu cung cấp điện cho nhà máy.

+ Có khả năng hạn chế dòng ngắn mạch

+ Có khả năng thiết lập hệ thống dự phòng và có thể phát triển mở rộng trong tương lai

+ Vốn đầu tư và chi phí vận hành hợp lý

+ Tiết kiệm được vật liệu

Chọn số lượng và dung lượng MBA

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ VÀ ĐO LƯỜNG CHO TRẠM BIẾN ÁP

Thiết kế hệ thống bảo vệ

1 Bảo vệ phía cao áp

Để đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật cho nhà máy có công suất nhỏ, việc bảo vệ máy biến áp (MBA) chỉ cần sử dụng 2 máy cắt được lắp đặt ở đầu vào của từng MBA.

Hình 5.1: Máy cắt chân không phía cao áp

2 Bảo vệ phía hạ áp Để bảo vệ khi có sự cố quá tải, ngắn mạch, giảm thấp điện áp, ta sử dụng aptomat để bảo vệ Do aptomat có những ưu điểm sau:

- Vẫn đảm bảo khi có sự cố ngắn mạch , mạng điện vẫn được bảo vệ an toàn

- An toàn hơn cầu chì

- Aptomat là thiết bị vừa đóng cắt vừa bảo vệ mạch điện

- Tự động cắt điện khi có sự cố chập mạch

Cầu dao có thể được thay thế bằng các thiết bị đóng cắt nhanh, giúp giảm hiện tượng hồ quang và quá tải Những thiết bị này tự ngắt điện một cách chính xác hơn so với cầu dao truyền thống, đồng thời không cần phải nối lại như dây cầu chì.

Hình 5.2: ATM bảo vệ phía hạ áp

3 Bảo vệ quá điện áp lan truyền Để chống sét lan truyền từ đườg dây vào trạm thì ta phải đặt các chống sét van trên thanh cái cao áp của trạm Căn cứ cấp điện áp phía cao áp của trạm ta chọn được chống sét van bằng kẽm oxit (ZnO) Bởi ZnO có những ưu điểm sau: Chống sét ZnO bảo vệ tốt hơn, có kích thước và trọng lượng nhỏ do khả năng hấp thụ rất mạnh nên cho phép giảm một cách đáng kể thể tích tác dụng Khả năng chịu đựng của ZnO tốt ngay cả ở vùng bị ô nhiễm, chống sét ZnO có vỏ cách điện, kích thước nhỏ gọn, có độ bền cơ và điện cao, không bị ảnh hưởng bởi những chấn động va chạm từ bên ngoài

Nhận biết được những đặc điểm của chống sét kẽm oxit (ZnO) ta quyết định chọn loại chống sét này

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 94 MSSV: K205520216516 để bảo vệ cho hệ thống

Hình 5.3: Chống sét van thanh cái cao áp

Theo bảng 8.2 trong Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV của Ngô Hồng Quang, chúng ta chọn loại chống sét van bằng kẽm oxit (MO) 3EG4 với các thông số kỹ thuật cụ thể.

(kV) Điện áp cho phép lớn nhất

Dòng điện phóng định mức (kA)

Bảng 5.1: Thông số chống sét van thanh cái cao áp

Trang bị bảo vệ rơ le

Chú thích: O – đỡ; III – có lõi sắt; H – đặt ngoài trời

Máy cắt là thiết bị quan trọng trong mạng điện cao áp, có chức năng đóng cắt phụ tải trong điều kiện làm việc bình thường và tự động ngắt khi xảy ra sự cố Việc lựa chọn máy cắt cần dựa trên các điều kiện cụ thể để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho hệ thống điện.

Uđm mc ≥ Uđm mạng = 22 (kV)

𝑈đ𝑚 𝑚𝑐, Iđ𝑚 𝑚𝑐 : Điện áp và dòng định mức của máy cắt

Ilvmax: Dòng làm việc cực đại qua máy cắt

Chọn máy cắt hợp bộ liên lại thanh cái cao áp

Dòng qua máy cắt liên lạc cung cấp điện cho phụ tải của thanh cái bị mất điện, đặc biệt trong trường hợp mất một nguồn Khi nguồn còn lại cung cấp điện cho thanh cái, các máy biến áp và thiết bị cao áp kết nối phải hoạt động trong điều kiện quá tải Ví dụ, nếu nguồn 1 mất điện và máy biến áp MBA2 hỏng, nguồn 2 sẽ cấp điện cho MBA1 qua máy cắt liên lạc, khiến MBA1 hoạt động ở chế độ quá tải do dòng MCLL lớn nhất.

√3.22 = 45,92 (A) Tra bảng 5.9 (Trang 308-tài liệu 2) ta chọn máy cắt có thông số kĩ thuật ghi trong bảng sau:

(kA) điện áp chịu đựng chống sét

Căn cứ cấp điện áp phía cao áp của trạm ta tra bảng 8.4 trang 382- Sổ tay tra cứu TBĐ 0.4-500KV, Ngô Hồng Quang, ta chọn được:

2 Chọn các thiết bị hạ áp :

2.1 Chọn áp tô mát đầu ra MBA : ATM 2 Áp tô mát là thiết bị bảo vệ tin cậy, có thể đóng cắt tự động cả 3 pha khi sự cố hoặc quá tải Điều kiện chọn :

Tra bảng 3.8 (Trang 151-tài liệu 2 ).Chọn áp tô mát loại M32 do Merlin Gerin chế tạo, số lượng 2 chiếc, có số liệu kỹ thuật như trong bảng sau:

Kiểu Số cực U đm (V) I đmATM

2.2 Chọn thanh cái hạ áp

Thanh cái hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng, khi cho thanh cái đặt đứng lv max cp

K1 = 0,88 : Hệ số kể đến nhiệt độ môi trường (35 0 C) đặt cáp với nhiệt độ tiêu chuẩn (25 0 C)

K2 = 1 : Hệ số hiệu chỉnh thanh cái khi xét đến trường hợp ghép nhiều thanh, ở đây thanh cái là 1 thanh

K3 = 1 : Hệ số hiệu chỉnh kể đến cách lắp đặt thanh cái, ở đây thanh cái đặt nằm ngang

Ilvmax : Dòng điện lớn nhất của MBA khi đủ tải

Tra bảng 7.3 (Trang 363 -tài liệu 2) chọn được thanh cái làm bằng đồng cho phép mỗi pha ghép 3 thanh có số liệu kỹ thuật cho trong bảng sau:

2.3 Chọn sứ đỡ thanh cái hạ áp

Sứ đỡ làm nhiệm vụ giá đỡ, cách ly phần mang điện với đất

Chọn sứ theo điều kiện điện áp :

Dựa trên điều kiện chọn sứ đỡ từ tài liệu Tra PL 2.28 trang 351, chúng tôi đã lựa chọn sứ đỡ do Liên Xô chế tạo, được lắp đặt trong nhà với các tham số như bảng đã cung cấp.

Uđm (kV) Phụ tải phá hoại

2.4 Chọn áp tô mát liên lạc trên thanh cái hạ áp

Khi xảy ra sự cố với MBA trong trạm, điện cho các phụ tải quan trọng sẽ được cung cấp qua áp tô mát liên lạc Điều kiện lựa chọn áp tô mát này rất quan trọng để đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn cho các phụ tải thiết yếu.

Ilvmax là dòng điện lớn nhất mà áp tô mát liên lạc có thể chịu đựng Để chọn áp tô mát phù hợp, chúng ta cần tính toán dòng làm việc dựa trên hai điều kiện khác nhau và sau đó chọn giá trị lớn nhất.

UdmATM, Udm mạng là điện ấp và dòng điện định mức của aptomat

Tiết diện một thanh (mm2)

Dòng cho phép mỗi pha ghép 3 thanh

Khi một máy biến áp trong trạm gặp sự cố, máy biến áp còn lại sẽ cung cấp điện cho tất cả các hộ phụ tải quan trọng thông qua hệ thống ATM liên lạc Do đó, công suất truyền tải của aptomat liên lạc sẽ được xác định dựa trên công suất tính toán của bộ phụ tải loại 1 trên một phân đoạn thanh cái hạ áp có trị số lớn hơn.

Phụ tải quan trọng của MBA1 là :

+ Phân xưởng đúc thép có S qt1 = 430,11 (kVA)c(lấy con phụ tải loại 1 của máy

Phụ tải quan trọng của MBA2 là:

+ Phân xưởng đúc gang có S qt2 = 231,70 (kVA) ( căn tổng p bình + tổng q bình )

Tra bảng 3.8 trang 151-tài liệu 2 ta chọn được aptomat do Merlin Gerin chế tạo có thông số như sau:

2.5 Chọn cáp từ trạm phân phối hạ áp đến các phân xưởng

Cáp dẫn điện được lựa chọn dựa trên dòng điện lâu dài cho phép, nhằm đảm bảo rằng nhiệt độ của dây dẫn không gây hại cho lớp cách điện Việc chọn cáp cần tuân thủ các điều kiện nhất định để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng.

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 59 MSSV: K205520216516 lv max cp

Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường K1 là 0,96, cho thấy sự khác biệt giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ tiêu chuẩn Với nhiệt độ cho phép của cáp là 80°C và nhiệt độ tiêu chuẩn là 25°C, trong khi nhiệt độ môi trường là 30°C, chúng ta cần tham khảo bảng 655 trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị để có thông tin chính xác.

K2 : Hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp hoặc dây dẫn đặt trong cùng 1 hầm hoặc 1 rãnh cáp

K2 = 1 nếu số lộ cáp trong hào là 1 (n = 1)

Sở dĩ phải chia ra n lộ cáp là để sử dụng ít loại cáp

+K3 = 1 : Hệ số kể đến chế độ làm việc của cáp dài hạn

+Ilvmax : Dòng điện lớn nhất cho phép chạy qua cáp, ở đây là dòng điện tính toán phân xưởng

Ta có: ttpx lv max ttpx dm

= = 3.U Tính cho Phân xưởng kết cấu kim loại :

Tra bảng 4.29 trang 380 -tài liệu 1 ta chọn cáp đồng, cách điện PVC do LENS chế tạo:

Tính tương tự cho các phân xưởng còn lại cáp dẫn từ trạm biến áp đến các phân xưởng được chọn như trong bảng sau:

302,4 436,47 454,65 3 151,55 3G35 158 Đúc 409,37 590,87 615,48 4 153,87 3G35 158 Nén khí 177,5 256,19 266,86 2 133,43 3G35 158 Rèn 201,24 290,46 302,56 2 151,28 3G35 158 Trạm bơm 194,69 281,01 292,71 2 146,35 3G35 158

Ban quản lý nhà máy

2.6 Chọn Aptomat bảo vệ đường dây cáp cho các phân xưởng :

Aptomat là thiết bị bảo vệ tin cậy co thể đóng cắt tự động cả 3 pha khi gặp sự cố hoặc quá tải Điều kiện chọn :

Ilvmax = I ttpx n (n: số lộ dây cáp)

Tra bảng PL 3.5 và PL 3.6 trang 356-tài liệu 1 ta chọn được Aptomát kiểu dòng từ 10 ->1000 A do Nhật chế tạo, có thông số ở bảng dưới

9 Ban quản lý nhà máy

3 Tính toán ngắn mạch cho toàn nhà máy

Sử dụng phần mềm etab ta tính toán ngắn mạch cho nhà máy

Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho toàn nhà máy

3.1.TÍNH NGẮN MẠCH TẠI ĐIỂM F1: a tính tổng trở TTT

Tra phụ lục 4.7 (trang 367 -tài liệu 1) chọn được dây nhôm (dây trần); tiết diện 10 mm 2 ta có thông số: (4g10) r (0) ′ = 3,33Ω /km; x (0) ′ = 0.31 Ω /km r (1) ′ = r (0)

Z (1)F1 = 0,341 + j1,33 = 1,37∠75,61°Ω b Tính toán tổng trở TTN

X (2)f1 = X (1)f1 c Tính toán tổn trở TTK

Hình 2 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 3 pha

√3.|1,37| ,19 (A) Dòng ngắn mạch xung kích: k=1,02+0,98e − 3R X =1,02+0,98e −3×

0,341 1,33 =1,47 i p = k√2I k " = 1,47 √2 10,19 = 21,18 (kA) e Dòng điện ngắn mạch 2 pha:

Hình 3 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch hai pha

2 10,19 = 8,82 (kA) Dòng điện ngắn mạch xung kích: i p = k √2 I′′ k2 = 1,57 × √2 × 8,82 = 19,58(KA) f Dòng ngắn mạch 2 pha – đất

Tổng trở khi ngắn mạch 2 pha-đất

Hình 4 Sô đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha chạm đất

4,28 = 9,79 (KA) Trong đó dòng chạt trên pha sự cố bằng:

2 ) | 4,28 = 16,03 (kA) g Dòng điện ngắn mạch 1 pha

Tổng trở khi ngắn mạch 1 pha

Hình 5 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 1 pha

Tổng hợp dòng điện trên thanh cái ngắn mạch tại F1:

BUS 3 pha 2 pha 2 pha đất 1 pha

Tổng trở phía sơ cấp quy đổi về thứ cấp:

(22/0,4) 2 = 0,045 + j0,03 = 0,01∠76,47 0 (mΩ) Tổng trở máy biến áp:

Hệ số hiệu chỉnh tổng trở:

Bỏ qua tổng trở Cáp/Thanh dẫn 3 pha đầu ra MBA

Tổng trở ngắn mạch tại F2:

= 7,12∠79,12°(mΩ) a Dòng điện ngắn mạch 3 pha

Hình 6: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 3 pha

Dòng điện ngắn mạch xung kích: k=1,02+0,98e −3R/X =1,02+0,98e −3×1,34/7 = 1,57 i p = k√2I k " = 1,57 √2 32,35 = 71,82 (kA) b Dòng điện ngắn mạch 2 pha

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 69 MSSV: K205520216516 c Dòng điện ngắn mạch 1 pha

Hình 8: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 1 pha

Tổng trở TTK của máy biến áp:

-Với MBA có tổ nối dây ∆ / Y0

Tổng trở ngắn mạch khi ngắn mạch 1 pha

22 = 31,41 (kA) d.Dòng điện ngắn mạch 2 pha – đất

Hình 9: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha – đất

21,5 = 32,14 (kA) Trong đó dòng chạt trên pha sự cố bằng:

-Ta có: Tra PL 4.7 (Trang 367 – tài liệu 1) của dây dẫn lõi đồng mã hiệu 3G35 có: r′ (0) =0,57Ω /km; ; x (0) ′ = 0,26Ω /km r (1) ′ = r′ (0)

Dòng điện ngắn mạch 3 pha:

Dòng điện ngắn mạch xung kích: k=1,02+0,98e −3R/X =1,02+0,98e−3.22,04/18,5 = 1,04 i p = k√2I k " = 1,04 √2 8 = 11,76 (kA) b.Dòng ngắn mạch 2 pha:

Hình 11: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch hai pha c.Dòng ngắn mạch 1 pha:

Tổng trở khi ngắn mạch 1 pha:

131,88 = 5,24 (kA) d.Dòng ngắn mạch 2 pha – đất

Hình 13: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha – đất

Tổng trở ngắn mạch 2 pha-đất

3.4.NGẮN MẠCH TẠI F4( Từ tủ phân phối tới TC tủ động lực 1)

Tra phụ lục 4.7 (trang 367 tài liệu 1) chọn được cáp đồng; tiết diện 4G4 mm 2 ta có thông số: r′ (0) = 5 Ω /km; ; x (0) ′ = 0,09 Ω /km r (1) ′ = r′ (0)

= (67,86+j19,37) p,57∠19,53° mΩ Dòng điện ngắn mạch 3 pha:

Dòng điện ngắn mạch xung kích k=1,02+0,98e −3R/X =1,02+0,98e−3.67,86/19,37 =1,02 i p = k√2I k " = 1,02 √2 3,26 = 4,7(A) b Ngắn mạch 2 pha

Hình 15: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha c Ngắn mạch 1 pha

354,74 = 1,94 (kA) d.Ngắn mạch 2 pha - đất

Hình 17: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha – đất

3.5.NGẮN MẠCH TẠI F5 (Từ TC tủ động lực 2 đến máy xọc)

-Ta có: Tra PL 4.7 (Trang 367 – tài liệu 1) của dây dẫn lõi đồng mã hiệu 4G1,5 có:

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 79 MSSV: K205520216516 r′ (0) =13,35 Ω /km; ; x (0) ′ = 0,1 Ω/km r (1) ′ = r′ (0)

=(254,76+j20,77) %5,6∠4,66° mΩ Dòng điện ngắn mạch 3 pha

Dòng điện ngắn mạch xung kích k=1,02+0,98e −3R/X =1,02+0,98e −

Hình 19: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pha c.Ngắn mạch 1 pha

=(799,58+j40,43) 0,6∠2,89° mΩ Tổng trở khi ngắn mạch 1 pha:

1311,66 = 0,52 (kA) c Ngắn mạch 2 pha – đất

Hình 21: sơ đồ thay thế khi ngắn mạch 2 pah – đất

4 Kiểm tra thiết bị Để thiết bị điện làm việc tin cậy, sau khi chọn các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn cần phải kiểm tra các thiết bị đã chọn theo các điều kiện ở chế độ sự cố Đó là kiểm tra ổn định lực điện động và kiểm tra ổn định nhiệt Ngoài ra với áp tô mát, cần phải kiểm tra khả năng cắt của dòng ngắn mạch

• Điều kiện kiểm tra ổn định lực điện động là: imax ixk

• Điều kiện kiểm tra khả năng cắt:

IMAX là trị số hiệu dụng và biên độ của dòng điện lớn nhất cho phép của thiết bị Trong khi đó, IXK đại diện cho trị số hiệu dụng và biên độ của dòng xung kích.

I : Dòng điện xác lập của thiết bị chọn (dòng ngắn mạch ổn định)

Iođn : là dòng ổn định nhiệt định mức mà thiết bị có thể chịu được trong thời gian ổn định nhiệt

Thời gian giả thiết dòng ngắn mạch, được xác định qua tính toán, là khoảng thời gian ổn định mà dòng ngắn mạch gây ra trong quá trình ngắn mạch, từ khi bắt đầu cho đến khi được cắt Để kiểm tra ổn định nhiệt cho các thiết bị như máy cắt, dao cách ly, thanh cái và cáp, việc xác định thời gian giả thiết tại các điểm ngắn mạch là rất quan trọng.

Tgt được xác định bằng tổng của tgck và tgttd, trong đó tgck là thời gian giả thiết cho thành phần dòng chu kỳ, được tính dựa trên thời gian ngắn mạch thực tế Tgttd, thời gian giả thiết tắt dần của dòng điện ngắn mạch, được ước lượng gần đúng bằng công thức tgttd = 0,05.β’’ Phần 4.1 đề cập đến việc kiểm tra các thiết bị cao áp, bắt đầu với việc kiểm tra dao cách li đầu vào nhà máy.

Dao cách ly đầu vào nhà máy là loại DN 24/200

Ta thấy dao cách ly đầu vào MBA và dao cách ly cho máy cắt liên lạc, cũng được chọn cùng loại

Do vậy ta chỉ cần kiểm tra dao cách ly đầu vào nhà máy là:

• Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động Điều kiện: INCL = 23 (kA) > IxkN1 = 21,18 (kA)

=> dao cách li thỏa mãn điều kiện b Kiểm tra thanh cái cao áp

• Điều kiện ổn định lực điện động σ CP ≥ σ tt σ CP : thanh dẫn bằng nhôm => σ CP = 900 (kG/cm 2 ) σ tt = M

M: moomen tác dụng do dòng ngắn mạch gây ra

M = F tt l a l: khoảng cách giữa 2 thanh = 50 m a: khoảng cách giữa 2 pha = 10 m

=> Thanh cái thỏa mãn lực điện động

• Điều kiện ổn định nhiệt Điều kiện kiểm tra:

Thanh cái cao áp bằng nhôm có α = 11

Ftc-ca = 75 mm 2 ≥ 11.10,19 √0,2 = 50,12 mm 2 (thỏa mãn)

 Vậy thanh cái cao áp đạt yêu cầu kỹ thuật c Kiểm tra sứ đỡ thanh cái cao áp

Với sứ đỡ thanh cái ta chỉ cần kiểm tra độ bền cơ học Điều kiện kiểm tra:

Với thanh cái nằm ngang: K h = 1

Trong đó l = 50 cm khoảng cách giữa 2 sứ liên tiếp a = 10 cm khoảng cách giữa các pha

=> Sứ đỡ thỏa mãn điều kiện kiểm tra

4.2 Kiểm tra thiết bị hạ áp a Kiểm tra áp tô mát đầu ra MBA: ATM 1 Điều kiện kiểm tra:

Với: I∞ = I N " 2 2,35 kA và todn = 5 s t gtN 2 = t gt tdN 2 +t gt ckN 2

Xác định t gt tdN 2 : tN2 = 0,15 s là thời gian tự động loại sự cố của hệ thống β " = I

Với nguồn có công suất vô cùng lớn thì tgt ck = tN

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 86 MSSV: K205520216516 t gtN 2 = 0,15 + 0,05 = 0,2 s

* Kiểm tra ổn định lực điện động: Điều kiện kiểm tra:

* Kiểm tra độ nhạy: Điều kiện kiểm tra:

3,2 = 10,1 ≥ 1,3 (thỏa mãn) Vậy aptomat AT1 đạt yêu cầu kỹ thuật b.Kiểm tra aptomat liên lạc

*Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động

=> ATM thỏa mãn điều kiện kiểm tra

=> ATM LL thỏa mãn yêu cầu c.Kiểm tra aptomat đầu vào phân xưởng sửa chữa cơ khí

*Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động

=> ATM thỏa mãn điều kiện kiểm tra

*Kiểm tra ổn định nhiệt: Điều kiện kiểm tra:

Với I∞ = I ’’ N3= 8 kA todn = 5 s tgtN3 = tgt tdN3 + tgt ckN3

Xác định tgt tdN3: tN3 = 0,15 s là thời gian tự động loại sự cố của hệ thống β ′′ = I ′′

Với nguồn có công suất vô cùng lớn thì tgt ck =tN

=> ATM thỏa mãn yêu cầu d Kiểm tra ATM bảo vệ cho Máy xọc của phân xưởng sửa chữa cơ khí

* Kiểm tra ổn định nhiệt: Điều kiện kiểm tra:

Với I∞ = I”N5 = 0,9 kA todn = 5 s tgtN5 = tgt tdN5 + tgt ckN5

Xác định tgt tdN5: tN5 = 0,15 s là thời gian tự động loại sự cố của hệ thống β ′′ = I ′′

Với nguồn có công suất vô cùng lớn thì tgt ck = tN

* Kiểm tra ổn định lực điện động: Điều kiện kiểm tra:

INmax = 5 kA và IxkN5 = 1,29 kA,

* Kiểm tra độ nhạy: Điều kiện kiểm tra:

I tdATM ≥ 1,3 Vậy aptomat ATM đạt yêu cầu kỹ thuật e Kiểm tra thanh cái hạ áp

* Kiểm tra ổn định nhiệt: odn gtN odn t

SVTH: Tống Ngọc Hiếu 89 MSSV: K205520216516 Điều kiện kiểm tra:

Thanh cái hạ áp bằng đồng α = 7

F tc = 1370 mm 2 ≥ 7.32,35 √0,2 = 101,27 mm 2 (thỏa mãn)

* Kiểm tra ổn định điện động: Điều kiện kiểm tra:

Thanh cái bằng đồng ∂ = 1600 kg/cm 2

Vậy thanh cái hạ áp đạt yêu cầu kỹ thuật f Kiểm tra sứ đỡ thanh cái hạ áp

Với thanh cái đặt nằm thì điều kiện kiểm tra

Lực cho phép tác động lên đầu sứ

=> [F] u0 (kG) > Ftt = 92,09 (kG) => sứ đỡ thỏa mãn yêu cầu g Kiểm tra cáp từ thanh cái hạ áp đến tủ phân phối phân xưởng sửa chữa cơ khí:

Sơ đồ kiểm tra cáp và dây dẫn như sau : gt odn tc F = a.I t

ATM2 C3 ATM3 C4 ATM4 ATM5 ATM6 C5 DC

0,4kV Tủ PP Tủ ĐL

* Kiểm tra cáp và dây dẫn

* Từ thanh cái hạ áp đên tủ phân phối

Gọi S1 là phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí

Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

Kiểm tra ổn định nhiệt: c1 odn

Ta thấy: S c1 S odn nên cáp 1 thỏa mãn điều kiện

* Từ tủ phân phối đến tủ động lực

Gọi S2 là phụ tải nhóm II:

Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp:

380 = 2,63 (V) Kiểm tra ổn định nhiệt: c 2 odn

Ta thấy: S c 2 S odn nên cáp 2 thỏa mãn điều kiện

* Từ tủ động lực đến máy xọc

Gọi S3 là phụ tải máy xọc :

Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp: ΔU 3 = P 3 R 3 +Q 3 X 3

380 = 1,38 (V) Kiểm tra ổn định nhiệt: dd odn

Ta thấy: S dd S odn nên dây dẫn thỏa mãn điều kiện

PHẦN V THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ VÀ ĐO LƯỜNG CHO TRẠM BIẾN ÁP

I Thiết kế hệ thống bảo vệ