Nghiên cứu ứng dụng comppad trong tính toán thiết kế lắp đặt điện

Từ những tính năng có sẵn của phần mềm, người nghiên cứu mong muốn xây dựng nên một thư viện các công cụ tính toán hỗ trợ trong quá trình tính toán thiết kế lắp đặt điện.. Vì đề tài là “

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ THỊ NGA LINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG COMPPAD TRONG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐIỆN

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN NGA VIỆT

Hà Nội – Năm 2013

LỜI CAM ĐOAN

Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu, bản luận văn gồm 3 chương với các nội dung sau:

Chương 1: Giới thiệu đề tài và đề xuất ý tưởng

Chương 2: Ứng dụng CompPad trong tính toán thiết kế lắp đặt điện

Chương 3: Xây dựng và quản lý công cụ cho người thiết kế

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và kết quả tính toán là công trình nghiên cứu của tôi, với sự giúp đỡ của TS Nguyễn Nga Việt Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung nghiên cứu và kết quả tính toán của mình

Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Lê Thị Nga Linh

MỤC LỤC

Trang phụ bìa 1

Lời cam đoan 2

MỞ ĐẦU 6

Chương 1 –Giới thiệu đề tài và đề xuất ý tưởng 7

1 Khảo sát các công cụ tính toán lắp đặt điện 7

1.1 Công cụ thiết kế lắp đặt 7

1.2 Công cụ tính toán trực tiếp 8

1.3 Công cụ tính toán trên thiết bị di động 9

1.4 Công cụ lập trình 11

1.5 Những ưu điểm của mathcad so với các công cụ tính toán khác 13

2 Khảo sát phần mềm CompPad 13

2.1 Giới thiệu 13

2.2 CompPad với các công cụ tính toán tự động khác 14

3 Đề xuất ý tưởng 15

Chương 2 - Ứng dụng CompPad trong tính toán thiết kế lắp đặt điện 16

1 Phụ tải điện 16

1.1 Cơ sở lý thuyết 16

1.2 Bài tập mẫu 17

1.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 18

2 Tính toán kinh tế - kỹ thuật 20

2.1 Cơ sở lý thuyết 20

2.2 Bài tập mẫu 21

2.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 22

3 Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện 23

3.1 Cơ sở lý thuyết 23

3.2 Bài tập mẫu 26

3.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 26

4 Trạm biến áp 31

4.1 Cơ sở lý thuyết 31

4.2 Bài tập mẫu 31

4.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 32

5 Tính toán ngắn mạch 33

5.1 Cơ sở lý thuyết 33

5.2 Bài tập mẫu 36

5.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 37

6 Chọn thiết bị và các phần tử của hệ thống điện 39

6.1 Cơ sở lý thuyết 39

6.2 Bài tập mẫu 40

6.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 40

7 Nâng cao chất lượng điện 42

7.1 Cơ sở lý thuyết 42

7.2 Bài tập mẫu 44

7.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 44

8 Độ tin cậy cung cấp điện 45

8.1 Cơ sở lý thuyết 45

8.2 Bài tập mẫu 46

8.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 47

9 Chế độ làm việc kinh tế của mạng điện 48

9.1 Cơ sở lý thuyết 48

9.2 Bài tập mẫu 49

9.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 49

10 Kỹ thuật chiếu sáng 51

10.1 Cơ sở lý thuyết 51

10.2 Bài tập mẫu 52

10.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu 52

Chương 3 - Xây dựng và quản lý công cụ cho người thiết kế 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC PHẦN MỀM COMPPAD 62

PHỤ LỤC ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM 81

PHỤ LỤC BẢNG TRA TÍNH TOÁN 83

CompPad là một công cụ mở rộng bổ trợ cho gói phần mềm văn phòng OpenOffice trong việc tính toán Với các ưu điểm nổi bật và dung lượng nhỏ gọn cùng tính năng mã nguồn mở đem đến nhiều tiện ích cho người kỹ sư Từ những tính năng

có sẵn của phần mềm, người nghiên cứu mong muốn xây dựng nên một thư viện các công cụ tính toán hỗ trợ trong quá trình tính toán thiết kế lắp đặt điện Đây sẽ là một thư viện được sắp xếp có hệ thống và dễ tra cứu

Vì đề tài là “Nghiên cứu ứng dụng CompPad trong tính toán thiết kế lắp đặt điện” nên đối tượng nghiên cứu chính là tìm hiểu cách sử dụng phần mềm CompPad và

áp dụng vào thực tế tính toán thiết kế lắp đặt điện Trong đó phạm vi nghiên cứu là các hàm tính toán và cách sử dụng các hàm tính toán thông qua phương pháp nghiên cứu thực tế và tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ ĐỀ XUẤT Ý TƯỞNG

1 Khảo sát các công cụ tính toán lắp đặt điện:

1.1 Công cụ thiết kế lắp đặt:

1.1.1 Công cụ thiết kế Ecodial:

Ecodial là một phần mềm chuyên dụng EDA (Electric Design Automation) Được công ty schneider electric thiết kế ứng dụng vào việc thiết kế lắp đặt mạng điện hạ áp Cung cấp một thư viện với đầy đủ các loại nguồn, linh kiện, các kết quả đồ thị tính toán và một giao diện trực quan Cho kết quả tính toán tương thích với tiêu chuẩn quốc tế IEC [1], [2]

Ecodial đưa ra hai chế độ tính toán phụ thuộc vào nhu cầu người thiết

kế là:

 Tính toán sơ bộ để tính toán nhanh thông số của mạng điện

 Tính toán từng bước để tính toán các thông số của mạng từng

bước theo các đặc tính hay ràng buộc do người thiết kế nhập vào Ngoài những điểm thuận lợi nổi bật, Ecodial còn có những hạn chế:

 Không thực hiện được tính toán chống sét

 Không tính toán việc nối đất mà chỉ đưa ra sơ đồ nối đất, để tính toán và lựa chọn các thiết bị khác

 Trong mỗi dự án, Ecodial chỉ cho phép tối đa 75 phần tử của mạch

1.1.2 Công cụ thiết kế lắp đặt D.O.C.2:

D.O.C.2 là phần mềm mới nhất của ABB chuyên dùng để thiết kế lắp đặt hệ thống điện và chọn lựa thiết bị [3] Các chức năng chính của chương trình bao gồm:

 Thiết kế sơ đồ đơn tuyến từ lưới cho tới các tải (trung thế hoặc hạ thế)

 Tính toán các giá trị dòng điện, sụt áp, sự cố cho từng nhánh mạch trong hệ thống điện

 Tự động lựa chọn kích cỡ cho máy biến áp, dây dẫn và thanh dẫn

 Tự động lựa chọn kích cỡ các thiết bị điện: máy cắt không khí, cầu dao khối tự động, thiết bị bảo vệ dòng rò, cầu dao, cầu chì, công tắc tơ

 Kiểm tra chức năng bảo vệ cho cáp và con người

 Đánh giá quá trình tăng nhiệt độ trong các hộp bọc bảo vệ của thiết bị theo tiêu chuẩn IEC600890 bằng công cụ OTC

 Kiểm tra các đường đặc tính bảo vệ của các thiết bị ABB một cách trực quan trên màn hình với công cụ Curves

 Giao diện và báo cáo đa ngôn ngữ

1.2 Công cụ tính toán trực tiếp:

Calculator Edge là một công cụ tính toán kỹ thuật trực tuyến dành cho các kỹ sư và sinh viên trên toàn thế giới Cung cấp hàng trăm công cụ tính toán

để giải các phương trình phức tạp cũng như các công thức tính toán trong các lĩnh vực như: điện, cơ khí, hóa học, điện tử, luyện kim, dầu khí… [4]

1.3 Công cụ tính toán trên thiết bị di động:

1.3.1 SEE Electrical Calculator:

SEE Electrical Calculator được thiết kế bởi nhóm các chuyên gia IGE+XAO Group Ứng dụng này chạy trên hệ điều hành android của thiết bị

di động Cho phép người dùng tính toán điện áp giảm, điện áp rò, dòng ngắn mạch… một cách nhanh chóng và đơn giản nhất.[5]

1.3.2 mPlan :

mPlan là phần mềm vẽ sơ đồ mạch điện một cách dễ dàng và đơn giản trên điện thoại di động có thư viện linh kiện phong phú [5]

1.4 Các công cụ lập trình:

1.4.1 Matlab:

Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật Tích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dàng cho người sử dụng [6]

Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng

có thể có được những ứng dụng sau đây:

 Sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường

 Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới

 Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế

 Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu

 Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh

 Cho phép phát triển, giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran

1.4.2 MathCad:

Mathcad là công cụ toán học hàng đầu hiện nay với khả năng vượt trội trong tính toán Trong đó định dạng visual độc đáo và giao diện scratchpad tương thích với các ký hiệu toán học cơ bản và biểu đồ chỉ trong một worksheet

Mathcad lý tưởng cho việc ghi lại kiến thức, sử dụng lại công thức và

sự cộng tác trong công việc Thực sự tiên phong trong đổi mới và đem lại nhiều thuận lợi phục vụ cho tính toán cá nhân hay quy trình phát triển sản phẩm hoặc đề cương dự án khoa học Giúp các kỹ sư cùng lúc có thể xây dựng và chứng minh các công thức toán học toàn diện và mạnh mẽ [7]

Các chức năng trong Mathcad:

 Thực hiện, chứng minh và chia sẻ các công thức có giá trị và kế hoạch công việc

 Tính toán, mẫu hóa và hiện thực hóa ý tưởng

 Chứng minh các công thức

 Kiểm ra, thẩm định và chú ý cách giải quyết vấn đề

 Tích hợp dữ liệu qua các phần mềm và hệ thống

 Chia sẻ Mathcad worksheet và hợp tác giữa các mạng

1.5 Những ưu điểm của mathcad so với các công cụ tính toán khác:

Điểm mạnh của Mathcad là giao diện trực quan sinh động, tương đối

dễ sử dụng với người dùng, dễ dàng học và sử dụng Trong đó các ký hiệu toán học hoàn toàn tương đồng với sách giáo khoa toán học

Ngoài ra Mathcad cũng có thể trở thành một ngôn ngữ lập trình để giải quyết một số vấn đề tương đối phức tạp đòi hỏi phải tính các phép toán lặp với đầu vào từ một file txt hoặc excel hoặc có định dạng tương tự

Với Mathcad, người dùng có thể xây dựng một thư viện các bảng tính

để giải quyết các bài toán giống nhau trong các dự án khác nhau một cách thuận tiện Người dùng cũng có thể giấu code của chương trình nếu không muốn người khác thấy hoặc chèn file hình ảnh minh họa vào bảng tính

Phần mềm cho phép người dùng tạo ra các phép toán kỹ thuật dưới dạng những biểu thức toán học thông thường dễ đọc, dễ hiểu Giúp trình soạn thảo với những cú pháp văn bản đơn giản thực hiện được các tính toán nhanh hơn và thể hiện trực quan hơn [8]

CompPad có nhiều tính năng tương tự như MathCad Được chạy trên nền tảng hỗ trợ OpenOffice.org và Sun Java bản 1.5 trở lên Với các phiên bản mới được phát triển và fix lỗi để dần hoàn thiện hơn Phiên bản ổn định CompPad 0.3.04 hiện tại tương thích tới bản OpenOffice 3.4.1

2.2 CompPad với các công cụ tính toán tự động khác:

Đầu tiên ta có các phần mềm tính toán tự động với hệ thống mã nguồn đóng tức phần mã lập trình bên trong cố định, người dùng không thể theo dõi cách thức tính toán hay sửa chữa thay đổi cho phù hợp với thực tế cần sử dụng Các phần mềm tính toán tự động này thường dùng để tính toán những hệ thống

cố định và lớn

Tiếp sau đến các công cụ tính toán kiểu lập trình như Matlab giúp người

sử dụng có thể tự lập trình ra những chương trình tính toán của riêng mình Nhưng gây khó khăn trong quá trình sử dụng khi người dùng chưa biết về các

mã lập trình cũng như cách thức lập trình

Phát triển hơn nữa là phần mềm Mathcad với giao diện thân thiện người dùng, có kết hợp cùng ngôn ngữ lập trình để giải quyết những bài toán phức tạp Nhưng đây là một phần mềm thương mại và được sử dụng hoàn toàn độc lập với dung lượng lớn

Tiếp nữa là sự ra đời của phần mềm CompPad với một số ưu điểm như:

 Là phần mềm mã nguồn mở giúp người dùng có thể xem cách thức thực hiện cũng như thay đồi cho phù hợp với nhu cầu người dùng

 Với các cách thức hiển thị và những công thức tính toán thông thường dễ đọc dễ hiểu nên người dùng ít cần biết về lập trình trong quá trình sử dụng Nếu biết về lập trình, người dùng có thể kết hợp

để thực hiện được những tính toán ở mức độ nâng cao

 Hơn nữa, đây là một phần mềm miễn phí, nhỏ gọn, được tích hợp vào trình soạn thảo của OpenOffice

3 Đề xuất ý tưởng:

Qua việc khảo sát các công cụ tính toán ở trên, ta có thể thấy được nhiều

ưu điểm thuận lợi khi sử dụng phần mềm CompPad Với mong muốn xây dựng nên một thư viện tính toán khi thực hiện tính toán thiết kế lắp đặt điện, trong khuôn khổ đề tài người nghiên cứu tiến hành khai thác các tính năng của CompPad để tạo nên các công cụ cơ bản hữu ích trong thư viện Đồng thời sử dụng phần mềm docear để tiến hành sắp xếp các công cụ đã thực hiện thành một thư viện với cách trình bày logic và có hệ thống; giúp người dùng có cái nhìn tổng quát và dễ dàng trong quá trình tìm kiếm

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG COMPPAD TRONG TÍNH TOÁN THIẾT

KẾ LẮP ĐẶT ĐIỆN

1 Phụ tải điện:

1.1 Cơ sở lý thuyết:

 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số đồng thời:

Theo phương pháp này công suất tính toán là giá trị lớn nhất trong các giá trị công suất ở các thời điểm cực đại (thông thường ta chọn hai thời điểm: cực đại ngày và cực đại đêm)

n ni n dt

tt

P k

P k

k - hệ số đồng thời tại các thời điểm cực đại ngày đêm

Xác định theo công thức:

hd

i i i

i dt

n

p p p

Trong thực tế, phương pháp này thường được áp dụng đối với phụ tải sinh hoạt

 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất:

Trong đó: F - diện tích bố trí

P0 - suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất là 1m2

 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu:

Công thức tính: 





i di nc

tt k p P

1

(2.4) Trong đó: knc - hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị trong các tài liệu tra cứu



cos

tt tt

P

 Công suất đối với động cơ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:

Công suất được tính toán phải quy đổi về công suất ở chế độ làm việc dài hạn [9]

 Cộng phụ tải giữa các nhóm theo phương pháp gia số:

2 2

P

1 1

04 0 1

04 0 1

kW

p0 1.4 và mỗi căn hộ nhỏ là 1.2kW; toàn bộ chung cư có 8 thang máy, công suất của mỗi thang máy là 7.5kW với hệ số tiếp điện   0 8 Coi xác suất đóng trung bình của các thiết bị điện gia dụng ở các giờ cao điểm ngày là p n 0.38

và cao điểm đêm là p d 0.7 Diện tích chiếu sáng chung là 405m2, với suất công suất chiếu sáng trung bình là 2

1.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu:

 Công suất của mỗi thang máy là: pntm = 7.5 kW (p_ntm:=7.5 kW)

 Số thang máy trong chung cư là: ntm = 8 (n_tm:=8)

 Công suất chiếu sáng trung bình là: p0cs = 28 (p_0cs:=28 W/m^2)

 Diện tích chiếu sáng chung là: F = 405 m2 (F:=405 m^2)

15

n n

dtn

(k_dtn:=p_n + 1.5 sqrt (p_n (1- p_n) over n)= )

7397.0

15

d d

p n p k

P shn  dtn( 01 chl  0n chb 174.7(P_shn:=k_dtn (p_0l n_chl + p_0n n_chb)= )

P tm  ntm   6 708 (P_tm:=p_ntm sqrt(ε)= )

Tra bảng 4.pl, ta có hệ số nhu cầu của thang máy: k_nctm:=0.6

Tổng công suất của các thang máy (áp dụng công thức 2.4):

kW P

n k

p

P cs  0cs 11.34 (P_cs:=p_0cs * F= )

Đặt: k = 5kW (k:=5 kW )

Phụ tải tổng hợp giữa hai nhóm phụ tải thang máy và chiếu sáng (áp dụng công thức 2.7 và 2.8):

kW P

k

P P

P tcd tmd [ tmn 0 41 ] cs 39 27

04 0

k

P P

k

P P

shd

td   [( )0.04  0 41 ]  332 8

(P_td:=P_shd + [(P_tcd over k)^0.04 - 0.41] P_tcd= ) Như vậy công suất tính toán sẽ là:

kW P

vh C C C

C   

Cvh – chi phí vận hành và sửa chữa nhỏ (chi phí 0&M)

V k

atc - hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư

tc tc

T

a  1

Ttc - thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn

 Giá thành phân phối và truyền tải điện năng:

i

i i i

i i

A

C PV A

Z C

g    

2.2 Bài tập mẫu:

Xác định chi phí truyền tải điện năng trong mạng điện hạ áp biết: công suất tính toán P tt 213.05kW ; thời gian sử dụng công suất cực đại T M 4150h; đường dây được xây dựng bằng dây nhôm 4xA120 với tổng chiều dài là 4.88km; suất vốn đầu tư đường dây là 6

2.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu:

 Công suất tính toán: P tt 213.05kW (P_tt:=213.05 kW)

 Thời gian công suất cực đại: T M 4150h (T_M:=4150 h)

 Suất vốn đầu tư đường dây: v0  66 65  106d/km (v_0:=66.65*10^6 đ/km)

 Tổng chiều dài: l  4 88km (l:=4.88 km)

 Thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư: T tc 15 năm (T_tc:=15)

 Tỷ lệ khấu hao: k kh 0.038 (k_kh:=0.038)

 Hệ số: k0 0.015 (k_0:=0.015)

 Giá thành tổn thất điện năng: c 650d/kWh (c_Δ:= 650 đ/kWh)

Điện năng tiêu thụ trong năm (áp dụng công thức 2.13):

kWh T

P

A tt M  8 842  105 (A:=P_tt T_M=) Tổn thất trong mạng:

kWh A

A0.2 1.768105

Giá thành đường dây (áp dụng công thức 2.12):

d l

v

V  0 3.253108 (V:=v_0 l=)

06667.0

1





tc tc

T

1047.0

d V

k

C vh  0  4 879  10 (C_vh:=k_0 V=)

Chi phí tổn thất (áp dụng công thức 2.11):

d C

A

C ht      1 149  108 (C_ht:=ΔA c_Δ=) Chi phí phụ khác:

d C

C k  0 15 vh  7 318  105 (C_k:=0.15 C_vh=)

Tổng chi phí tính toán (áp dụng công thức 2.9):

d C

C C pV

Z   vh ht  k  1 546  108 (Z:=p V + C_vh + C_ht + C_k=) Giá thành truyền tải điện năng:

kWh d A

Z

g   174 8 / (g:=Z over A=)

3 Chọn tiết diện dây dẫn trong mạng điện:

3.1 Cơ sở lý thuyết:

 Chọn tiết diện dây dẫn theo hao tổn điện áp cho phép:

Chọn x0 một giá trị trong khoảng 0 35  0 4  /km

Xác định thành phần phản kháng của hao tổn điện áp cho phép:

U

x l Q

U X   i i 0

Xác định thành phần tác dụng của hao tổn điện áp cho phép:

X cp

U U

l P F

Pi – công suất tác dụng trên đoạn dây thứ i

li - chiều dài đoạn dây thứ i

U - điện áp định mức của đường dây

R

U

 - thành phần tác dụng của hao tổn điện áp cho phép

 - điện dẫn của vật liệu (nhôm: 2

/5

31 m mm



2/

Sau đó kiểm tra lại hao tổn điện áp thực tế dây dẫn vừa chọn

 Chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại cực tiểu:

Tiết diện của đường dây không phân nhánh gồm nhiều đoạn được xác định trước hết từ đoạn cuối cùng (đoạn n):







n i i R

n

U U

P F

1

Trong đó: Pn – công suất tác dụng trên đoạn dây thứ n

Giá trị của U R cũng được xác định tương tự như trên Tiết diện của các đoạn dây khác theo biểu thức:

n

i n i

P

P F

 Chọn tiết diện dây dẫn theo phương pháp đường dây phân nhánh:

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp cho phép trên đoạn dây dẫn theo biểu thức:

2 0 0 1 2 0

1

l P

l P

U U

n i i

R R

U U

l P F





Trong đó: P0 – công suất tác dụng chạy trên đoạn dây dẫn

l0 - chiều dài đoạn dây dẫn Chọn dây dẫn có tiết diện gần F0 nhất về phía trên [10]

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp thực tế trên đoạn dây đầu:

U

l r P

R

U U

l P F





2 2 2

R

U U

l P F





Trong đó:

Pi – công suất tác dụng của đoạn dây phân nhánh thứ i

li - chiều dài của đoạn dây phân nhánh thứ i

 Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng không đổi:

Các bước tính toán xác định U R tương tự như các phương pháp khác Mật độ dòng điện không đổi:

J I

3.2 Bài tập mẫu:

Một đường dây 0.38kV, công suất của phụ tải (kVA) và chiều dài các đoạn dây (km) cho trên hình vẽ; hệ số công suất cosφ = 0.82 Hãy chọn tiết diện dây dẫn theo các phương pháp thong dụng khác nhau, cho biết hao tổn điện áp cho phép là U cp  11 5 %

 Hao tổn điện áp cho phép: U cppt  11 5(ΔU_cppt:=11.5)

 Điện dẫn của vật liệu: 2

/5

P1  1cos 36.900 (P_1:=S_1 cosφ=)

kW S

Q1  1sin 25.756 (Q_1:=S_1 sinφ=)

kW S

P2  2cos28.044 (P_2:=S_2 cosφ=)

kW S

Q2  2sin 19.575 (Q_2:=S_2 sinφ=) Dòng công suất trên các đoạn dây:

kW i

Q Q j P P

S AB ( 1 2) ( 1 2)45.331 64.944(S_AB:=(P_1 + P_2) + j (Q_1 + Q_2)=)

kW i

jQ P

x Q x l Q

X  1 0  0  19 4



(ΔU_X:=(Q_AB l_1 x_0 + Q_BC l_2 x_0) over U=)

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp (áp dụng công thức 2.15)::

V U

2 3

1

55.951010

mm U

U

l P l

P F

R

BC AB

x0c 0.3/ (x_0c:=0.3 %OMEGA/km) Kiểm tra hao tổn thực tế:

V U

l Q l Q x l P l P r

183 40 ) (

Vậy dây dẫn đã chọn đáp ứng đúng yêu cầu

b) Cách 2: Chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại màu cực tiểu

Các bước đầu cũng tiến hành tương tự như phần trên (tính đến ΔUX)

Tiết diện dây dẫn đoạn BC (áp dụng công thức 2.17)::

2 2

U U

108 mm P

P F

F

BC

AB BC

Tra bảng 17.pl ta chọn dây A-120 có:

km

r0c2 0.27/ (r_0c2:=0.27 %OMEGA/km )

km

x0c2 0.3/ (x_0c2:=0.3 %OMEGA/km) Kiểm tra hao tổn thực tế:

V U

l x Q r P l x Q r P

892 38 )

( ) ( 0 1 0 1 1 0 2 0 2 2

(ΔU:=((P_AB r_0c1 + Q_AB x_0c1) l_1 + (P_BC r_0c2 + Q_BC x_0c2) l_2) over U=)

Vậy tiết diện đảm bảo yêu cầu

c) Cách 3: Chọn tiết diện dây dẫn theo phương pháp đường dây phân nhánh:

Các bước đầu cũng tiến hành tương tự như phần trên (tính đến ΔUR)

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp trên đoạn dây thứ nhất (áp dụng công thức 2.19)::

V l

P

l P

U U

AB BC

R

1

1 2

U U

l P

Tra bảng 17.pl ta chọn dây A-120 có:

l r P

ABr 0 3 1 14 766





Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp cho phép trên đoạn dây còn lại là (áp dụng công thức 2.22):

V U

2 2

U U

l P

V U

l x Q r P l x Q r P

698 38 )

( ) ( 0 3 0 3 1 0 4 0 4 2

Vậy tiết diện đảm bảo yêu cầu

d) Cách 4: Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng không đổi

Dòng điện chạy trên các đoạn dây:

A U

P

I BC

cos3

1

/946.0cos)(

(J:=γ ΔU_R over (sqrt(3) (l_1 + l_2) cosφ)=)

Tiết diện dây dẫn (áp dụng công thức 2.25):

V U

l x Q r P l x Q r P

416 35 )

( ) ( 0 5 0 5 1 0 6 0 6 2

Vậy tiết diện đảm bảo yêu cầu

4 Trạm biến áp:

4.1 Cơ sở lý thuyết:

 Xác định vị trí tối ưu của trạm biến áp theo phương pháp trung tâm tải:

Tọa độ trọng tâm phụ tải được coi là vị trí của trạm biến áp và được xác định theo biểu thức:

S

x S

S

y S

Trong đó: X, Y - tọa độ của tâm tải

xi ,yi - tọa độ của điểm tải thứ i

Si – công suất của điểm tải thứ i

4.2 Bài tập mẫu:

Hãy xác định vị trí đặt của trạm biến áp phân phối biết công suất và tọa độ của các điểm tải như sau:

Tọa độ (km) Điểm tải Công suất



Sy

Tọa độ các điểm tải và trạm biến áp được thể hiện trên sơ đồ mặt bằng xí nghiệp:

10 20 30 40 50

X,Y

5 Tính toán ngắn mạch:

5.1 Cơ sở lý thuyết:

 Sơ đồ thay thế tính toán:

Sơ đồ thay thế tính toán là sơ đồ mạch điện mà các phần tử của hệ thống được thay bằng các điện trở (đối với máy phát: bằng điện trở và suất điện động) Công thức xác định điện trở của các phần tử hệ tương đối:

TT Các phần tử Hệ đơn vị có tên Hệ đơn vị tương đối

1 Hệ thống

k

cb ht

S

U X

2



k

cb ht

S

U x X

2 ''



mP

cb d mP

S

S x

X *  ''

3 Máy biến áp

2 2

BA

cb k B

S

U P

R  

BA

cb k B

S

U U Z

100

2



2 2

B B

S

S P

R  

BA

cb k B

S

S U Z

100

* 

2

* 2

d

cb dd

U

U l r

R 

2 2 0

d

cb dd

U

U l x

X 

2 0

*

d

cb dd

U

S l r

R 

2 0

*

d

cb dd

U

S l x

X 

5 Kháng điện

kd

kd kd kd

I

U x X

3



kd

cd kd kd

I

I x

X * 

6 Phụ tải

pt

cb pt pt

S

S X X

S

S X

X *  "

Trong đó:

Sk – công suất ngắn mạch của hệ thống (nếu không biết trước Sk thì có thể coi Sk=Scắt của máy cắt tổng của mạng điện cần tính toán ngắn mạch), MVA

Scb – công suất cơ bản, MVA

Ucb - điện áp cơ bản, kV

Ud - điện áp định mức của đường dây, kV

Icb – dòng điện cơ bản, kA

SmP – công suất định mức của máy phát, MVA

SBA – công suất định mức của máy biến áp, MVA

UBA – điện áp định mức của máy biến áp, kV

''

d

x - điện trở siêu quá độ dọc trục máy phát

Uk – điện áp ngắn mạch của máy biến áp, %

k

P

 - hao tổn công suất ngắn mạch trong máy biến áp, MW

xkd - điện trở tương đối của cuộn kháng điện

r0, x0 - suất điện trở tác dụng và phản kháng của đường dây,  /km

l - chiều dài đường dây, km

Ukd, Ikd - điện áp và dòng điện định mức của kháng điện, kV và kA

Đối với máy biến áp 3 cuộn dây, các giá trị điện áp ngắn mạch của từng cuộn dây theo các biểu thức sau:

)(

5

0 kCH kCT kTH

U   

)(

5

0 kTH kCT kCH

U   

)(

5

0 kCH kTH kCT

U   Suất điện động của phụ tải trong hệ đơn vị có tên được xác định theo biểu thức:

)(sin

* 2

cb

pt Pt cb

cb Pt

I

x I U

U U

U

E    

Trong đó:

U - điện áp trung bình nơi đặt phụ tải

Xpt* - điện trở của phụ tải trong hệ đơn vị tương đối

 Biến đổi sơ đồ:

- Mạch nối tiếp: X  X1 X2  X2

- Mạch song song:

n

X X

1

2 1

 Giá trị dòng xung kích:

) 3 (

2 k

xk

xk k I

Trong đó: kxk - hệ số xung kích, phụ thuộc vào tỷ số X/R cho trong bảng 6.pl

Nếu không biết giá trị chính xác của tỷ số X/R, thì đối với mạng cao áp có thể coi k xk 1.8 và mạng hạ áp là coi k xk 1.2

 Công suất ngắn mạch:

) 3 (

Trong mạng điện hạ áp dòng ngắn mạch 3 pha cũng được xác định tương tự

như ở mạng điện cao áp:

dc dc

dc dc

U

P I



 cos

3

Trong đó: Pdc – công suất định mức của động cơ

Udc – điện áp định mức của động cơ

, cos - hệ số hiệu dụng và hệ số công suất của động cơ

I  (3) 

Và dòng xung kích:

xkdc xk

xk i i

 Dòng ngắn mạch 1 pha:

0 2 1

) 1 ( 3*0.95*

2

)72

()63( R B R f X B X B X f

Biết các thông số:

- Hệ thống có công suất ngắn mạch: Sk = 342MVA

- Máy biến áp: SnBA = 180kVA; Uk = 5.5%; P k 4.1kW

- Đường dây bằng cáp hạ áp dài: l = 0.65km; r0 0.34/km; x0 0.3/km

Bỏ qua điện trở của các thiết bị phụ

5.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu:

import("CompPadSettings.txt")

Nhập số liệu:

 Công suất ngắn mạch hệ thống: S k 342MVA (S_k:=342 MVA)

 MBA: S MBA 180kVA (S_MBA:=180 kVA);

5.5

MBA

cb k

U I

k

i xk  xk 2 k3  1 109 (i_xk:=k_xk sqrt(2) I_k3= ) Gía trị hiệu dụng của dòng xung kích:

kA I

i

I xk  xk k3 0.724 (I_xk:=i_xk I_k3= )

Công suất ngắn mạch (áp dụng công thức 2.28):

kVA I

U I

(I_k1:=(3 * 0.95 U_cb) over (sqrt(3) Z_tong)= )

6 Chọn thiết bị và các phần tử của hệ thống điện:

6.1 Cơ sở lý thuyết:

 Điều kiện làm việc bình thường:

Để đảm bảo nhiệt cho khí cụ điện và dây dẫn ở chế độ phát nóng dài hạn thì

tc cp

tt cp

j

I

Với jkt - mật độ dòng điện kinh tế

Kiểm tra ổn định nhiệt: tc

t

k k

F C

t I

) 3 (

30oC, thời gian tồn tại giả định của dòng ngắn mạch là tk = 0.35 s; với dự định chọn thanh cái bằng thanh nhôm

6.3 Sử dụng CompPad giải bài tập mẫu:

import("CompPadSettings.txt")