Sử dụng phần mềm EXCEL để thiết kế cung cấp điện cho trường đại học nha trang theo tiêu chuẩn IEC

LỜI MỞ ĐẦUHệ thống điện của trường Đại học Nha Trang vì mang tính lịch sử, phát triểncùng với sự phát triển của nhà trường nên mang tính chắp vá, sau thời gian dài sửdụng, cải tạo lại nh

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống điện của trường Đại học Nha Trang vì mang tính lịch sử, phát triểncùng với sự phát triển của nhà trường nên mang tính chắp vá, sau thời gian dài sửdụng, cải tạo lại nhưng chưa có sự tính toán thiết kế toàn bộ, do đó việc thực hiện đềtài: “Sử dụng phần mềm EXCEL để thiết kế cung cấp điện cho trường Đại học NhaTrang theo tiêu chuẩn IEC” là cần thiết và mang tính thực tế cao

Đề tài này thiết kế lại mạng điện của trường Đại học Nha Trang theo tiêu chuẩnIEC và có sử dụng phần mềm EXCEL để hổ trợ tính toán

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài này em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm,giúp đỡ Thông qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn:

- Ban Chủ nhiệm khoa và các Thầy, Cô trong khoa Điện-Điện tử đã giúp đỡ vàtạo điều kiện thuận lợi tốt nhất cho em hoàn thành tốt đồ án này

- Cô Nguyễn Thị Ngọc Soạn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trìnhthực hiện đồ án và có những ý kiến đóng góp cho đồ án được hoàn thiện hơn

- Anh Trung nhân viên trung tâm phục vụ thiết bị trường học, các cô, chú quản lýgiảng đường và bạn bè cùng lớp

Một lần nữa, em xin thành thật cảm ơn!

Nha Trang, ngày 30 tháng 05 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Trung Trực

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Với đề tài: “Sử dụng phần mềm EXCEL để thiết kế cung cấp điện cho trường Đạihọc Nha Trang” mục đích chính là tìm hiểu, nắm vững kiến thức và thiết kế lại hệthống cung cấp điện cho Trường Đại học Nha Trang

Đề tài tập trung khảo sát lại mạng điện hiện tại của nhà trường, căn cứ vào tiêuchuẩn thiết kế IEC để tính toán phân bố lại mạng điện của nhà trường Quá trình thựchiện như sau:

- Khảo sát và nghiên cứu hệ thống điện hiện tại của trường

- Trình bày cơ sở lí thuyết cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC

- Tính toán, thiết kế lại hệ thống điện

Nội dung cụ thể của đề tài được trình bày trong 6 chương:

- Chương 1: Tổng quan về trường Đại học Nha Trang

- Chương 2: Giới thiệu tiêu chuẩn IEC

- Chương 3: Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ thống cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC

- Chương 4: Giới thiệu về phần mềm EXCEL

- Chương 5: Khảo sát hệ thống điện hiện tại của Trường Đại học Nha Trang

- Chương 6: Thiết kế mạng điện Trường Đại học Nha Trang

Mục đích của Đồ án là cấu trúc lại mạng điện có tính thống nhất hơn, nâng cao được độ an toàn, tính liên tục cung cấp điện

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT x

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 1

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 1

1.2 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU 2

1.3 NĂNG LỰC VÀ QUY MÔ ĐÀO TẠO 3

CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN IEC 5

2.1 GIỚI THIỆU VỀ TIÊU CHUẨN IEC 5

2.2 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN IEC 6

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN THEO TIÊU CHUẨN IEC 9

3.1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 9

3.1.1 Đặt vấn đề 9

3.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 9

3.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 14

3.3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 16

3.3.1 Khái niệm chung 16

3.3.2 Phương pháp tính dòng ngắn mạch 17

3.4 CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ 21

3.4.1 Chọn loại dây và tiết diện dây dẫn 21

3.4.2 Chọn phương án nối dây hợp lý về kinh tế và kỹ thuật 24

3.4.3 Chọn các thiết bị bảo vệ 29 3.5 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 33

3.5.1 Giới thiệu thiết bị bù 33

3.5.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên 36

3.5.3 Tính toán công suất bù 37

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM EXCEL 38

4.1 GIỚI THIỆU EXCEL 38

4.2 HƯỚNG DẤN THAO TÁC TRÊN EXCEL 2010 40

CHƯƠNG 5: HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 41

5.1 CƠ SỞ HẠ TẦNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 41

5.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN HẠ THẾ TRONG TRƯỜNG ĐHNT 41

5.3 THAM SỐ CHỦ YẾU CÁC TRẠM BIẾN ÁP 45

5.4 CÔNG SUẤT PHỤ TẢI ĐIỆN 45

5.4.1 Công suất phụ tải mới lắp đặt tính từ 2012 45

5.4.2 Công xuất phụ tải hiện trạng 46

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 48

6.1 PHỤ TẢI TÍNH TOÁN HIỆN TẠI 48

6.1.1 Phụ tải tính toán của tất cả các tòa nhà 51

6.1.2 Sơ đồ mặt bằng phụ tải 54

6.2 CHỌN DUNG LƯỢNG VÀ SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP 54

6.2.1 Xác định tâm phụ tải điện 54

6.2.2 Chọn số lượng máy biến áp 56

6.2.3 Chọn dung lượng máy biến áp 56

6.2.4 Chọn dụng cụ đo lường cho trạm biến áp 58

6.2.5 Chọn thiết bị bảo vệ trạm, nối đất chống sét cho trạm 59

6.3 CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 68

6.3.1 Chọn sơ đồ nối dây mạng điện 68

6.3.2 Chọn nguồn điện 68

6.3.3 Chọn tủ điện 68

6.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 71

6.4.1 Tính toán ngắn mạch phía cao áp 71

6.4.2 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái của máy biến áp 72

6.4.3 Tính toán ngắn mạch tại các tủ phân phối chính 73

6.5 CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ 78

6.5.1 Chọn dây dẫn 78

6.5.2 Lựa chọn aptomat 83

6.6 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 85

6.6.1 Xác định hệ số cos φ giờ cao điểm 86

6.6.2 Chọn phương án bù 86

6.6.3 Xác định dung lượng bù 86

CHƯƠNG 7 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT 89

7.1 TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA BA TRẠM BIẾN ÁP CŨ 89

7.1.1 Tính toán tổn thất công suất 89

7.1.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 92

7.2 TÍNH TOÁN TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP 93

7.2.1 Tính tổn thất công suất trong máy biến áp 93

7.2.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp 95

7.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT KHÁC 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mặt bằng trường Đại học Nha Trang 2

Hình 3.1: Sơ đồ mạng phân nhánh 15

Hình 3.2: Sơ đồ mạng hình tia 15

Hình 3.3: Sơ đồ đường đây một lộ 27

Hình 3.4: Sơ đồ đường đây hai lộ 28

Hình 5.1: Mặt bằng cấp điện của 3 máy biến áp trong khuôn viên

trường ĐHNT 41

Hình 5.2: Sơ đồ phân phối điện của trạm T120 42

Hình 5.2: Sơ đồ phân phối điện của trạm T120 42

Hình 5.4: Sơ đồ phân phối điện của trạm T122 44

Hình 6.1: Máy biến áp ABB 58

Hình 6.2: Thiết bị đo lường trạm BA 59

Hình 6.3: Mặt bằng nối đất trạm BA 66

Hình 6.4: sơ đồ nối dây mạng điện 68

Hình 6.5: Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch phía cao áp 71

DANH SÁCH BẢNG BIỂ

Bảng 3.1: Giá trị Usc cho MBA có điện áp sơ cấp ≤ 20kV 18

Bảng 3.2: Mật độ dòng điện kinh tế 22

Bảng 3.3: Khấu hao hàng năm về hao mòn và phục vụ 25

Bảng 5.1: Tham số của các trạm biến áp [4] 45

Bảng 5.2: Công suất phụ tải lắp đặt tính từ năm 2012 45

Bảng 5.3: Công suất phụ tải hiện trạng 46

Bảng 6.1 Bảng số liệu phụ tải Giảng đường G1 51

Bảng 6.2: Bảng phụ tải tính toán của các khu nhà 52

Bảng 6.3: Bảng số liệu tính toán tâm phụ tải của trường 55

Bảng 6.4: Thông số kỹ thuật của máy biến áp 57

Bảng 6.5: Điều kiện chọn và kiểm tra dao cách ly 60

Bảng 6.6: Điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì 61

Bảng 6.7: Điều kiện lựa chọn CB 62

Bảng 6.8: Điều kiện chọn CT 63

Bảng 6.9: Điều kiện chọn VT 64

Bảng 6.10: Bảng số liệu công suất của các tủ 70

Bảng 6.11: Bảng tính toán ngắn mạch tại các tủ phân phối 73

Bảng 6.10: Kết quả chọn cáp cho mạng điện 80

Bảng 6.12: Bảng thông số dây dẫn từ các tủ phân phối chính đến các khu nhà 81

Bảng 6.13: Bảng chọn aptomat nhánh 83

Bảng 6.14: Bảng chọn aptomat cho các khu nhà 84

Bảng 6.15: Các thông số MCCB ABE 103b 50A 87 Bảng 6.16: Các thông số MCCB Panasonic 3P 60A 88 Bảng 6.17: Bảng so sánh tổn thất điện năng và tổn thất công suất 95

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

ĐHNT : Đại học Nha Trang

KTTT : Kĩ thuật tàu thủy

BT : Bảo tàng thủy sinh vật

GP : Internet G7 và cafe Phượng

A1 : Hội trường số 1

A3 : Hội trường số 3

A : Khu nhà Ban giám hiệu

TT : Khu nhà Khoa kĩ thuật tàu thủy

NT : Khu nhà nuôi trồng

HH : Khu nhà Thực hành hóa học

TB : Khu nhà Trung tâm phục vụ trường học (quản trị thiết bị)

TVSV : Tư vấn sinh viên

ML : Khu nhà Thực hành máy lạnh khoa chế biến

BT1 : Bảo tàng ngư cụ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Ra đời và trưởng thành trong một giai đoạn lịch sử hào hùng của dân tộc, trảiqua hơn 55 năm xây dựng và phát triển, Trường Đại học Nha Trang đã đạt được nhiềuthành tích to lớn trong sự nghiệp đào tạo cán bộ khoa học kỹ thuật, quản lý kinh tếphục vụ ngành Thủy sản và nhiều ngành nghề kinh tế khác của Việt Nam

1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ

Trường Đại học Nha Trang (Nha Trang University - NTU) là cơ sở đào tạo trựcthuộc Bộ Giáo dục và Đào tạo Địa chỉ của Trường: số 02, Nguyễn Đình Chiểu, thànhphố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa, Việt Nam

Cơ sở chính của Trường Đại học Nha Trang tọa lạc trên khu vực đồi La San,phường Vĩnh Thọ, cách trung tâm thành phố 4 km về phía Bắc, gồm quần thể các ngọnđồi có diện tích hơn 20 hecta cạnh khu du lịch Hòn Chồng Với địa hình độc đáo củađồi núi xen kẽ bên cạnh vịnh Nha Trang, các công trình kiến trúc phục vụ học tập vàsinh hoạt được kết nối bởi những con đường trải nhựa uốn lượn dưới bóng cây xanhmát, Đại học Nha Trang là một trong những trung tâm đào tạo, văn hóa lớn của khuvực và một địa chỉ du lịch hấp dẫn của thành phố biển Nha Trang

Khuôn viên trường Đại học Nha Trang gồm hạ tầng giao thông, 8 khu giảngđường, hệ thống các phòng thí nghiệm thựcc hành, các khu nhà hành chính, thư viện,căn tin, 8 khu ký túc xá cho sinh viên nội trú, khu thể thao, công viên

Hình 1.1: Mặt bằng trường Đại học Nha Trang1.2 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU

Với số lượng đông đảo sinh viên trên khắp mọi miền đất nước cùng các du họcsinh các nước bạn, trường tổ chức đào tạo nhiều cấp bậc cao đẳng, đại học, thạc sĩ, tiếnsĩ; nghiên cứu khoa học, chuyển giao công nghệ và cung cấp dịch vụ chuyên mônnhiều lĩnh vực phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, trong đó lĩnh vực thủy sản làthế mạnh

Áp dụng nhiều tiến bộ khoa học kĩ thuật và phương thức đào tạo mới, trườngĐại học Nha Trang đang hướng đến năm 2030 là trường Đại học định hướng ứng dụng

đa lĩnh vực, đa ngành đứng đầu khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên, có uy tín trong

nước, đạt trình độ của các đại học lớn trong khu vực Đông Nam Á và từng bước tiếnđến một đại học định hướng ứng dụng.

1.3 NĂNG LỰC VÀ QUY MÔ ĐÀO TẠO

Là cơ sở đào tạo đại học và trên đại học có bề dày truyền thống gần 55 năm.Trường Đại học Nha Trang không ngừng củng cố và nâng cao chất lượng đào tạo nhằmphục vụ ngành Thủy sản cả nước Trường đã không ngừng tăng cường quy mô và cơcấu ngành học theo hướng một đại học đa ngành

tế Nông nghiệp và Quản trị kinh doanh), số lượng học viên không ngừng tăngtheo từng năm

- Đại học & Cao đẳng: Đã được Bộ GD&ĐT cho phép tuyển sinh đào tạo cácngành sau đây:

+ Thuỷ sản - 7 ngành: Khai thác thuỷ sản; Chế biến thuỷ sản; Kinh tếnông nghiêp/thuỷ sản; Nuôi trồng thuỷ sản; Bệnh học thuỷ sản; Quản lý Nguồnlợi thuỷ sản; Quản lý thủy sản

+ Kĩ thuật và Công nghệ - 15 ngành: Khoa học hàng hải; Kĩ thuật điện –điện tử; Kỹ thuật tầu thuỷ; Công nghệ kỹ thuật Cơ khí; Công nghệ kỹ thuật Ôtô; Công nghệ thông tin; Công nghệ kỹ thuật nhiệt; Chế tạo máy; Kĩ thuật xâydựng; Cơ điện tử; Công nghệ thực phẩm; Công nghệ Sau thu hoạch; Công nghệHóa học; Công nghệ sinh học; Công nghệ Môi trường

+ Kinh tế và Quản lý - 6 ngành: Kinh doanh thương mại; Quản trị kinhdoanh; Quản trị kinh doanh du lịch và Lữ hành; Kế toán; Tài chính; Hệ thốngthông tin quản lý.

+ Xã hội nhân văn - 1 ngành: Ngôn ngữ Anh

Ngoài bậc đại học, Trường được Bộ GD&ĐT cho phép đào tạo bậc caođẳng cho tất cả các ngành của bậc đại học đang đào tạo

Hiện nay Trường có trên 20.000 sinh viên theo học, với 2 phương thứcđào tạo là: Chính quy và vừa học vừa làm

Chính vì vậy, khả năng nâng cao cơ sở vật chất, trang thiết bị và việc hoàn chỉnh

hệ thống cung cấp điện an toàn, liên tục và ít tổn hao là rất cần thiết để phục vụ chonhu cầu học tập và sinh hoạt của sinh viên

CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN IEC

2.1 GIỚI THIỆU VỀ TIÊU CHUẨN IEC

Uỷ ban Kỹ thuật Điện Quốc tế hay IEC (viết tắt của tiếng Anh: International

Electrotechnical Commission) được thành lập năm 1906 Mục tiêu của IEC là thúc đẩy

sự hợp tác quốc tế về tiêu chuẩn hoá trong lĩnh vực điện - điện tử và các vấn đề có liênquan như: chứng nhận sự phù hợp tiêu chuẩn điện và hỗ trợ cho thông hiểu quốc tế [7]

IEC có mối quan hệ hợp tác chặt chẽ với nhiều tổ chức tiêu chuẩn hoá vàchuyên môn quốc tế như: ISO, Liên đoàn Viễn thông quốc tế - ITU; Ban Tiêu chuẩnhoá Kỹ thuật điện Châu Âu - CENELEC Đặc biệt, giữa IEC và ISO đã thiết lập mộtthoả thuận về phạm vi hoạt động của mỗi tổ chức Theo thoả thuận này, phạm vi hoạtđộng của IEC bao gồm tiêu chuẩn hoá trong lĩnh vực điện - điện tử ISO và IEC đãphối hợp thành lập một ban kỹ thuật hỗn hợp về công nghệ thông tin được đặt trong cơcấu các cơ quan kỹ thuật của ISO (ISO/IEC/JTC1) [7]

Trụ sở ban đầu của tổ chức này đóng ở Luân Đôn, nay chuyển trụ sở sang đóngtại Genève từ năm 1948

Bộ tiêu chuẩn điện kỹ thuật (chuẩn hoá quốc tế IEC) bao gồm trên 6500 tiêuchuẩn về thiết kế, lắp đặt hệ thống điện

Những tiêu chuẩn của IEC được sắp xếp theo dãy số từ 6000 đến 79999 Ví dụIEC 60432

Bộ tiêu chuẩn cũ của IEC đưa ra trước năm 1997 được đánh số lại bằng cáchcộng số cũ với 6000 Ví dụ tiêu chuẩn cũ số IEC 237 đặt lại là IEC 60237

Như chúng ta đã biết, một hệ thống điện bao gồm các thành phần: Nguồn cungcấp, thiết bị quản lý điều hành, mạng lưới dây dẫn điện, các phụ tải tiêu thụ điện, mạngtiếp địa,

Tại hội thảo Quốc tế về tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt điện IEC 60364 ngày02/12/2003 Bộ xây dựng khuyến khích các đơn vị tư vấn thiết kế điện theo IEC60364

đã được hầu như các nước trên thế giới sử dụng

Tiêu chuẩn IEC 60364 do Hội đồng Kỹ thuật điện Quốc tế (InternationalElectrotecnical Commission) ban hành theo tinh thần chung là mạng điện sử dụngtrong công trình phải đáp ứng các quy trình về an toàn cho con người và trang thiết bị.Đây là tiêu chuẩn mới đối với thị trường nước ta mà rất nhiều dự án đầu tư, nhất là các

dự án của nước ngoài và liên doanh yêu cầu thực hiện

Sự ban hành các tiêu chuẩn của bộ khoa học công nghệ nước ta trên cơ sở chấpnhận các tiêu chuẩn của IEC trong quyết định 514/QĐ- BKHCN ngày 13/03/2006 Tuynhiên, khi nước ta gia nhập vào hệ thống WTO, hầu hết các nước lớn có nền côngnghiệp phát triển đều sử dụng hệ thống tiêu chuẩn về điện theo IEC mà sự chuyển dịch

để công nhận của chúng ta còn quá khiêm tốn

Bộ khoa học và công nghệ chấp thuận một số tiêu chuẩn để phục vụ và hội nhậpquốc tế trong phần xây lắp điện của các dự án xây dựng ở nước ta

Những tiêu chuẩn IEC sắp theo dãy số 60000-79999

Ví dụ:

+ IEC60417: Ký hiệu hình vẽ dùng trên thiết bị - Giải thích tiêu chuẩnnày dựa trên tiêu chuẩn cũ trước năm 1997 cộng thêm 60000

+ IEC27: theo tiêu chuẩn Việt nam mới có nghĩa là IEC600027

2.2 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN IEC

Các tiêu chuẩn IEC 364 do các chuyên gia y tế và kỹ thuật các nước trên thếgiới xây dựng thông qua việc so sánh cá kinh nghiệm thực tế ở phạm vi quốc tế Hiện

nay các nguyện tắc về an toàn của IEC 364 và 479-1 là nền tảng của hầu hết các tiêuchuẩn trên thế giới.

Khi Việt Nam gia nhập WTO, Bộ Khoa học Công nghệ đã ban hành một số tiêuchuẩn TCVN chấp nhận IEC để chuyển dịch thành tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

Trong quyết định 514/QĐ-BKHCN ngày 13 tháng 03 năm 2006, các tiêu chuẩnViệt nam sau đây được công nhận theo IEC:

- TCVN7447-1: 2004 (IEC60364-1): Phần 1: Các nguyên tắc chung, sự đánh giácác đặc trưng kỹ thuật chung, các định nghĩa

- TCVN7447-4-42: 2005 (IEC60364-5-53: 2001): Hệ thống lắp đặt điện của tòanhà Phần 4-42: Bảo vệ an toàn; Bảo vệ chống các ảnh hưởng nhiệt

- TCVN7447-5-53: 2005 (IEC60364-5-53: 2002): Hệ thống lắp đặt điện tòa nhà.Phần 5-53: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện Cách ly, đóng cắt và điều khiển

- TCVN7447-5-54: 2005 (IEC60364-5-54: 2002): Hệ thống lắp đặt điện của tòanhà Phần 5-54: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện Bố trí nối đất, dây bảo vệ và dây liênkết bảo vệ

- TCVN7447-5-55: 2005 (IEC60364-5-55: 2002): Hệ thống lắp đặt điện của tòanhà Phần 5-55: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện, các thiết bị khác

Ngày 19/10/2006 Bộ Khoa học công nghệ đã ra quyết định số BKHCN về việc ban hành tiêu chuẩn Việt nam như sau:

2265/QĐ TCVN56992265/QĐ 22265/QĐ 17: 2006 (IEC603352265/QĐ 22265/QĐ 17: 2006): Thiết bị điện gia dụng và thiết

bị điện tương tự an toàn Phần 2-17: Yêu cầu cụ thể đối với chăn gối và các thiết

bị gia nhiệt uốn được tương tự

- TCVN5699-2-30: 2006 (IEC60335-2-30: 2004): Thiết bị điện gia dụng và thiết

bị điện tương tự An toàn Phần 2-30: Yêu cầu cụ thể đối với thiết bị sưởi dùngtrong phòng

- TCVN5699-2-36: 2006 (IEC60335-2-36:2005): Thiết bị điện gia dụng và thiết

bị điện tương tự An toàn Phần 2.36: Yêu cầu cụ thể đối với dãy bếp, lò, ngăngiữ nóng và phần tử giữ nóng dùng trong thương mại

- TCVN5699-2-61: 2006 (IEC60335-2-61:2005): Thiết bị điện gia dụng và thiết

bị điện tương tự An toàn Phần 2-61: Yêu cầu cụ thể đối với thiết bị sưởi tíchđiện dùng trong phòng

- TCVN5699-2-66: 2006 (IEC60335-2-66: 2003): Thiết bị điện gia dụng và thiết

bị điện tương tự An toàn Phần 2-17: Yêu cầu cụ thể đối với thiết bị gia nhiệtđệm nước

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

THEO TIÊU CHUẨN IEC

3.1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

3.1.1 Đặt vấn đề

Xác định phụ tải là công việc quan trọng, và là bước đầu tiên trong việc thiết kế

hệ thống cung cấp điện nhằm mục đích lựa chọn, kiểm tra các phần tử mạng điện, vàbiến áp theo phương pháp phát nóng và các chỉ tiêu kinh tế

Tính toán phụ tải điện nhằm chọn tiết diện dây dẫn của lưới điện, công suất máybiến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, tính toán tổn thất công suất, tổn thấtđiện năng, lựa chọn dung lượng tụ bù, công suất phản kháng…hợp lý, đảm bảo an toàn

và kinh tế

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố: công suất, chế độ làm việc của cácthiết bị điện, phương thức vận hành hệ thống Vì vậy, xác định chính xác phụ tải là mộtnhiệm vụ khó khăn Bởi vì, nếu phụ tải tính toán xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽlàm giảm tuổi thọ của thiết bị điện và phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế thì sẽgây ra lãng phí

3.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Stt= √ ptt2+ Qtt2 (3.3)

Trong đó:

Pđmi : công suất định mức của thiết bị thứ i [kW];

Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất toàn phầncủa nhóm thiết bị [kW, kVAr, kVA]

knc : hệ số nhu cầu (tra ở sổ tay);

n : số thiết bị trong nhóm

Nếu hệ số công suất Cos của thiết bị trong nhóm không giống nhau ta phải tính

hệ số công suất trung bình theo công thức:

cos ϕ tb=p1cos ϕ1+p2cos ϕ2+ pn cos ϕ n

Công thức tính:

Ptt= p0F (3.5)

Trong đó:

F - diện tích sản xuất [m2],

p0 - suất phụ tải trên một đơn vị diện tích [kW/m2].

Suất phụ tải tính toán trên một đơn vị diện tích sản xuất phụ thuộc vào dạng sảnxuất và được phân tích theo số liệu thống kê

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy được dùng trong thiết kế

sơ bộ Nó cũng được dùng để tính toán phụ tải điện các phân xưởng có mật độ máymóc tương đối đều như phân xưởng gia công cơ khí, dệt , sản suất vòng bi…

vị sản phẩm

Công thức tính :

P tt= M w o

T max (3.6)Trong đó : M: Số đơn vị sản suất ra trong một năm

wo :Suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm (KWh/1đvsản phẩm)

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

ksdi - hệ số sử dụng của thiết bị thứ i;

kmax - hệ số cực đại, kmax = f(ksd, nhq);

nhq : số thiết bị dùng điện hiệu quả;

P đmi : công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm

Xác định n1 số thiết bị thỏa điều kiện: P đmi¿

: tổng công suất của n thiết bị.

Sau khi tính được n*và P* tra bảng ta tìm = f (n*, P*)

Từ đó ta tính nhq*, từ đó ta tính được số thiết bị hiệu quả: nhq = nhq * n

Khi áp dụng phương pháp này, trong một số trường hợp có thể tính gần đúngnhư sau:

kti : hệ số phụ tải của thiết bị thứ I, P dmi: công suất định mức của thiết bị thứ i

cosφ: là hệ số trung bình của nhóm máy

 Trường hợp n hq > 300, ksd < 0.5 thì

hệ số cực đại kmax sẽ lấy ứng với nhq = 300

Hình 3.1: Sơ đồ mạng phân nhánh

Hình 3.2: Sơ đồ mạng hình tia

Trong đó: DCL1: Dao cách ly cao áp

DCL2: Dao cách ly hạ ápBAHA: Biến áp hạ áp

So sánh giữa các loại sơ đồ mạng hình tia và mạng phân nhánh ta thấy sơ đồ nàođảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện hơn, giảm được chi phí vận hành và sửa chữathì ta chọn sơ đồ đó

3.3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

3.3.1 Khái niệm chung

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập lại với nhau và chạm đất, hay nói cáchkhác đó là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở suất nhỏ có thể xem nhưbằng không Khi ngắn mạch tổng trở của hệ thống bị giảm xuống và tùy theo vị trí củađiểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở của hệ thống giảm nhiều hayít

Khi ngắn mạch dòng điện và điện áp trong thời gian quá độ đều thay đổi, dòngđiện tăng lên rất nhiều so với lúc làm việc bình thường Còn điện áp trong mạng điệncũng giảm xuống nhiều hay ít là tùy thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch so với nguồncung cấp Thời gian điện áp giảm xuống xác định bằng thời gian tác động của rơle bảo

vệ và của máy cắt điện đặt gần nhất

Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch sau:

- Ngắn mạch ba pha 5%

- Hai pha 10%

- Một pha 65%

- Hai pha chạm đất 20%

Để lựa chọn được tốt các phần của hệ thống cung cấp điện, chúng ta phải dựđoán được các tình trạng ngắn mạch như: dòng điện ngắn mạch và công suất ngắnmạch, các số liệu này còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, địnhphương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện…Vì vậy tính toán ngắn mạch làphần không thể thiếu được khi thiết kế hệ thống cung cấp điện

Nguyên nhân ngắn mạch:

- Tác động cơ học: cây đổ, gãy, giông bão, tai nạn…

- Tác động bên trong: cách điện hỏng bởi dùng quá nhiêt

 Ngắn mạch tại thanh cái của MBA phân phối

Một cách sơ bộ có thể tính toán dòng ngắn mạch bỏ qua tổng trở của hệ thốnglưới trung thế:

I SC=I n ×100

U SC

I n=P n ×103

√3 × U20

Trong đó: Pn : Công suất định mức của MBA (kVA)

U20 : Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)

In : Dòng định mức (A)

ISC : Dòng ngắn mạch (A)

Usc : Điện áp ngắn mạch (%)Giá trị tiêu biểu Usc của MBA phân phối được cho trong bảng sau:

Bảng 3.1: Giá trị Usc cho MBA có điện áp sơ cấp ≤ 20kV

Công suất định mức của MBA

USC (%)Dạng của MBA

Trường hợp nhiều MBA mắc song song thì dòng ngắn mạch trên đầu đường dây

ra có thể coi là tổng các dòng ngắn mạch tại các đầu ra của mỗi MBA riêng

 Ngắn mạch 3 pha tại điểm bất kì của lưới hạ thế

Dòng ISC tại điểm bất kì là:

ISC = U20

√3 × Z T

Trong đó: U20: Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)

ZT : Tổng trở mỗi pha tới điểm ngắn mạch (Ω))

ZT2 = RT2 + XT2

Với RT và XT là trở kháng và cảm kháng của phân đoạn đi vào tập hợpnày

Xác định tổng trở của mạng điện phía hạ áp

 Hệ thống điện phía sơ cấp của MBA phân phối

Z S=U2

0

P SC

Trong đó: PSC: Công suất ngắn mạch 3 pha của hệ thống phía sơ cấp (kVA)

ZS : Tổng trở của hệ thống phía sơ cấp biến áp (mΩ))

U0 : Điện dây thứ cấp khi không tải (V)

Trong đó: U20 : Điện áp dây thứ cấp khi không tải (V)

Pn : Công suất định mức của MBA (kVA)

USC : Điện áp ngắn mạch (%)Trở kháng của cuộn dây có thể tính theo tổn thất công suất:

Rtr : điện trở của pha (mΩ))

3.4 CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ

3.4.1 Chọn loại dây và tiết diện dây dẫn

Chọn tiết diện dây dẫn của mạng điện được tiến hành chú ý đến các chỉ tiêu kinh

tế - kỹ thuật, khả năng tải của dây dẫn theo điều kiện phát nóng, trong các điều kiện sau

sự cố, độ bền cơ của các đường dây trên không, các điều kiện tạo thành vầng quangđiện.

Tiết diện dây dẫn của mạng điện cần phải chọn sao cho phù hợp với quan hệ tối

ưu giữa chi phí đầu tư xây dựng đường dây và chi phí về tổn thất điện năng Khi tăngtiết diện dây dẫn, chi phí đầu tư sẽ tăng, nhưng chi phí về tổn thất điện năng sẽ giảm.Xác định quan hệ tối ưu này là vấn đề khá phức tạp và trở thành bài toán tìm tiết diệndây dẫn tương ứng với các chi phí quy đổi nhỏ nhất

Trong mạng cao áp, vì các đường dây thường tải công suất và có chiều dài lớncho nên yếu tố kinh tế đóng một vai trò rất quan trọng Trong mạng cao áp lại cónhững biện pháp điều chỉnh điện áp như: thay đổi đầu phân áp của máy biến áp, bù, …cho nên thường chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế và kiểm tra điều kiện về kỹthuật

Nếu biết thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải và biết đường dâydùng loại dây gì, tra bảng được Jktế Từ đó, dễ dàng tìm được tiết diện dây dẫn:

n : số mạch đường dây (đường dây 1 mạch n = 1, đường dây 2 mạch n = 2)

Uđm : điện áp định mức của mạng điện, kV;

Smax : công suất chạy trên đường dây ở chế độ tải cực đại, MVA;

Jktế : mật độ dòng điện kinh tế, A/mm2

Dây cáp với cách điện giấy, dây dẫn cách

điện bằng caosu và vật liệu tổng hợp có

Trong các chế độ sau sự cố, dòng điện chạy trên các dây dẫn có thể vượt đáng

kể dòng điện làm việc bình thường Trường hợp như thế có thể xảy ra trên đường dâyhai mạch, khi một mạch ngừng cung cấp điện, và cũng như trên đường dây có hai phíacung cấp, khi cung cấp điện từ một trong hai điểm cung cấp điện bị ngừng Trong các

trường hợp như vậy, tiết diện dây dẫn được lựa chọn phải thoả mãn các điều kiện phátnóng cho phép giới hạn khi các dòng điện của chế độ sau sự cố chạy qua Điều kiệnkiểm tra về dòng điện tải lâu dài cho phép theo phát nóng như sau:

K1 : hệ số hiệu chỉnh theo cách lắp đặt dây, dây trên không K1 = 1;

K2 : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

Điều kiện về tổn thất điện áp cho phép:

ΔUU sc% : tổn thất điện áp của đường dây khi xảy ra sự cố nguy hiểm nhất,

% Đối với đường dây có 2 mạch, nếu ngừng một mạch thì tổn thất điện áp trênmạch còn lại:

ΔUU isc %=2 ΔUU ibt%

ΔUUsccp% : tổn thất điện áp cho phép trong trường hợp sự cố,%:

Ở đây: a vh : khấu hao hằng năm về hao mòn và phục vụ đối với các

đường dây trong mạng điện, %

Bảng 3.3: Khấu hao hàng năm về hao mòn và phục vụ

Tên phần tử trong hệ thống Khấu hao về hao

mòn

Khấu hao vềphục vụCác đường dây trên không:

Các thiết bị trong trạm 6% 2,5 %

a tc : hệ số hiệu quả của vốn đầu tư.

a tc= 1

T tc (T

tc – thời gian tiêu chuẩn thu hồi vốn) (3.15)

Kđ - vốn đầu tư xây dựng đường dây, đ;

n: hệ số phụ thuộc vào số mạch đường dây Đối với đường dây 1 mạch n

= 1, đối với đường dây 2 mạch đặt trên cùng một cột n = 1.6, đối với đường dâyhai mạch đặt trên hai cột khác nhau n = 1.8;

li: chiều dài đường dây thứ i, km;

K0i: giá thành 1 km đường dây một mạch, đ/km;

m : khối lượng 1 km đường dây, kg/km;

K0 : giá thành 1 kg đường dây, đ/kg;

ΔΑ : tổng tổn thất điện năng hàng năm, MW.h;

ΔUP imax : Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây thứ i ở chế độ tải cực đại,

MW;

τ i : Thời gian tổn thất công suất cực đại trên đường dây thứ i, h;

τ =(0 , 124+Tmax×10−4)2×8760 (3.20)Với Tmax: Thời gian sử dụng công suất cực đại, h;

c : Giá 1 kW.h điện năng tổn thất, đ/kW.h

3.4.2.2 So sánh các phương án về mặt kỹ thuật

Ngoài các yếu tố ΔUU≤ΔUUcp , kiểm tra phát nóng dây dẫn lúc sự cố nặng nề

nhất còn phải chú ý đến độ liên tục cung cấp điện của mạng, …

Xác xuất ngừng cung cấp điện xác định được đối với một sơ đồ cung cấp điệnnhờ vào hai định nghĩa sau đây:

Xác xuất xảy ra sự cố trên phần tử mạng điện:

tq : thời gian sửa chữa một sự cố, h;

tf : số giờ sửa chữa định kỳ trong thời gian T, h

- Xét sơ đồ đường dây 1 lộ

Hình 3.4: Sơ đồ đường đây hai lộ

Xác suất ngừng cung cấp điện:

: Xác suất xảy ra đồng thời trên 2 lộ;

fD : Xác suất sửa chữa định kỳ đường dây;

kf : Hệ số bé hơn 1, xét đến những biện pháp được thực hiện nhằmđảm bảo cho đường dây còn lại vận hành tốt hơn khi sửa chữa đường dây kia.Đối với đường dây 2 lộ, số liệu thống kê cho xác suất sự cố trên 1 lộ gồm cả xácsuất sự cố đồng thời trên 2 lộ, trong đó xác suất sự cố đồng thời trên 2 lộ chiếm khoảng

án nào đảm bảo về điện áp vận hành cao hơn, sơ đồ nối dây đơn giản hơn, có nhiều khảnăng phát triển, mức đảm bảo cung cấp điện cao, tổ chức thi công và quản lý vận hànhđơn giản hơn, có xu hướng phát triển mạng trong tương lai, … thì phương án đó đượcchú ý nhiều hơn

Cuối cùng phải nói là khi thiết kế mạng điện, cần phải biết cân nhắc một cáchthận trọng và toàn diện, phải biết rõ tinh thần trách nhiệm, … để đưa ra một phương ánphù hợp với nền kinh tế quốc dân, đảm bảo về kỹ thuật, an toàn và có xu hướng pháttriển trong tương lai.

3.4.3 Chọn các thiết bị bảo vệ

3.4.3.1 Máy cắt hạ áp (LVCB)

- MCCB (Molded Case Circuit Breaker)

Đây là loại CB vỏ đúc, thường là loại CB 3 pha, có cấu tạo bao gồm tiếp điểmđóng cắt, buồng dập hồ quang, rơle nhiệt, rơle từ, tay gạt và các thiết bị khác MCCBthường được trang bị cho những đường dây có công suất lớn, cho ngõ vào của các tủđiện chính, ngõ ra của tủ điện chính và ngõ vào của tủ điện phụ

- MCB (Miniature Circuit Breaker)

Đây là thiết bị đóng cắt loại nhỏ MCB có thể được chế tạo loại 1 cực, 2 cực, 3cực hoặc 4 cực MCB được trang bị cho những đường dây có tải nhỏ, thường là cáctuyến dây đi ra từ tủ phân phối phụ đến thiết bị điện

- RCCB (Residual Current Circuit Breaker)

Đây là CB ngoài các chức năng đóng cắt và bảo vệ như các CB thông dụng, nócòn có thêm chức năng chống dòng rò, bảo vệ an toàn cho người khi thiết bị điện bị ròđiện Các dòng rò định mức là 10, 30, 300 mA RCCB còn có tên khác là ELCB (EarthLeakage Circuit Breaker)