chương 8 bảng phân phối điện chính và bảng điện sự cố

Loại hệ thống phân phối điện năng này có khả năng tiết kiệm được tiết điện dây dẫn khicấp cho phụ tải công suất lớn, tăng độ tin cậy cấp nguồn cho thiết bị.. Hệ thống phân phối theo tia

cụ bảo vệ,v.v

Hệ thống năng lượng phải đáp ứng được những yêu cầu về độ tin cậy, cung cấp năng lượng liên tục,

cơ động, thuận tiện dễ dàng cho người vận hành khai thác và có tính kinh tế cao

II)Các yêu cầu cơ bản của trạm phát điện

1 Độ tin cậy của hệ thống

- Phải thỏa mãn theo yêu, nhiệm vụ chức năng của hệ thống Muốn đảm bảo độ tin cậy trong tất cả cácchế độ công tác phải có các phần tử dự trữ : như máy phát, dây dẫn, động cơ,v.v

- Phân chia toàn bộ mạch chính ra nhiều phần, mỗi phần có thể công tác độc lập, giảm số lượng thiết bị,phần tử trong hệ thống đến mức tối thiểu

- Tự động khởi động các máy phát dự trữ ( máy phát sự cố, máy phát dự trữ, động cơ truyền động máyphụ dự trữ)

- Khi các thông số kỹ thuật vượt quá trị số cho phép, sử dụng các phần tử bảo vệ phân đoạn có thời gianhoạt động nhỏ nhất

2 Tính cơ động của hệ thống

- Tính chất này nhằm thỏa mãn những yêu cầu do bản thân nhiệm vụ chức năng của các phần tử (đảm bảovận hành tàu an toàn, đảm bảo các chế độ công tác làm hang, v.v ) Không những ở chế độ công tác bìnhthường mà ngay cả khi một vài phần tử bị hư hỏng Các thiết bị an toàn và sơ đồ phải đảm bảo nhanhchóng khắc phục những chỗ hư hỏng, cho phép tiến hành kiểm tra để khắc phục sai sót khi vận hành

- Ngoài ra tính cơ động của hệ thống còn thể hiện là cho phép khắc phục các hư hỏng và sửa chữa bảodưỡng dễ dàng khi ngắt điện áp

3 Vận hành và sử dụng thuận tiện

- Sơ đồ phải đơn giản, cấu tạo phải hoàn chỉnh, thời gian sửa chữa ít, tăng thời gian vận hành, áp dụngđiều khiển từ xa, tập trung, dễ dàng phát hiện những

chỗ hư hỏng

4 Kinh tế vận hành trong khai thác

- Ứng dụng các hệ thống tự động rãi, giảm chi phí cho hoạt động của hệ thống như dùng nguồn điện bờkhi tàu đứng trong cảng hoặc ứng dụng máy phát đồng trục khi tàu hành trình

- Phụ tải trên tàu thủy thường chia ra làm ba nhóm.sau:

+ Nhóm thứ nhất : gồm những phụ tải rất quan trọng, nếu mất điện có thể gây nguy hiểm cho tàu vàthuyền viên

Ví dụ : hệ thống đèn hành trình, các thiết bị vô tuyến điện, máy lái v.v Nhóm phụ tải này phảiđược nhận điện áp từ hai nguồn độc lập.( nguồn chính và nguồn sự cố)

+ Nhóm thứ hai : gồm những phụ tải quan trọng như : Neo, các bơm cứu hỏa, bơm la canh và nhữngmáy phục vụ cho máy chính v.v Nguồn điện cấp cho nhóm thứ hai cũng phải thường xuyên và tin cậytrong chế độ công tác bình thường và sự cố

+ Nhóm thứ ba : Các phụ tải ít quan trọng như : bếp điện, quạt gió v.v

Đối với nhóm này cho phép gián đoạn nguồn điện cấp trong một thời gian khi các máy phát bị quátải hay sửa chữa

§ 8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN CHIA ĐIỆN NĂNG

Trong mạng điện tàu thủy ta có thể gặp các loại hệ thống phân phối điện năng sau :

1 Hệ thống phân phối theo hình khuyên

2 Hệ thống phân phối theo tia đơn giản

3 Hệ thống phân phối theo tia phức tạp Sau đây chúng ta lần lượt giới thiệu các loại hệ thống trên

1 Hệ thống phân phối theo hình vành khuyên

Đây là hệ thống mà tất cả các bảng điện phụ có thể được cấp nguồn đồng thời từ hai hướng bằng haiđường cáp khép kín theo hình vành khuyên

Hình (8.1) Sơ đồ hệ thống phân phối theo hình vành khuyên

1-Các máy phát; 2-Bảng điện chính; 3-Các bảng điện phụ;

4- Các cầu dao; 5- Đường cáp; 6- Đường cáp phụ cung cấp cho bảng điện phụ; 7- Các bảng điện nhỏ hay các phụ tải lớn.

- Ngoài ra một số điểm trên hình vành khuyên còn được cấp theo đường cáp phụ 6 sao cho sự sụt áp trêncáp là thấp nhất

7

7

64

G

77

G

21

35

- Các đường cáp tạo thành hình khuyên được đặt phía phải và phía trái của mạn tàu Trường hợp có sự cốmột bên mạn tàu, đồng thời hỏng cáp điện đi phía mạn đó, ta vẫn có cáp của phía mạn kia cấp điện chocác điểm cần thiết Các phụ tải quan trọng hơn được cấp nguồn từ hai bảng điện phụ, một từ bên trái vàmột từ mạn phải Loại hệ thống phân phối điện năng này có khả năng tiết kiệm được tiết điện dây dẫn khicấp cho phụ tải công suất lớn, tăng độ tin cậy cấp nguồn cho thiết bị Nhược điểm của hệ thống là phứctạp và vận hành, khai thác gặp những khó khăn nhất định.

Hệ thống hình vành khuyên thường được ứng dụng trên tàu quân sự hay các tàu vận tải rất lớn

2 Hệ thống phân phối theo tia đơn giản

- Đây là hệ thống mà tất cả máy phát được cấp trên bảng điện chính và từ đó cung cấp đến các phụ tảitrực tiếp bằng cáp qua các cầu dao và các áp tô mát đến các phụ tải

Hình (8.2 ) Sơ đồ phân phối theo tia đơn giản

Các phụ tải động lực; 2-Phụ tải ánh sáng.

- Hệ thống phân phối theo tia đơn giản chỉ được ứng dụng trên các tàu nhỏ

3 Hệ thống phân phối theo tia phức tạp.

- Khi nói đến hệ thống phân phối theo tia phức tạp ta cần phân biệt là hệ thóng được cấp điện từ một sốbảng điện chính (hình 5.4) Đây tất nhiên là một vài hệ thống phân phối theo tia có liên quan mật thiết vớinhau Loại hệ thống từ một số bảng điện chính chỉ được trang bị trên tàu quân sự cỡ lớn hay trên cácchiến hạm

- Cả hai loại hệ thống phân phối theo tia phức tạp kể trên có những tính chất chung Đó là từ bảng điệnchính hay một số bảng điện chính đều phân phối theo tia đến các bảng điện phụ của các nhóm phụ tải, rồi

từ bảng điện phụ này lại phân phối theo tia đến các bảng phụ cấp nguồn trực tiếp cho các phụ tải

- Thứ tự cấp nguồn kiểu này phụ tải lúc nào cũng như nhau Phụ thuộc vào tình thế mà một số phụ tải lớn

và nhỏ có thể được cấp nguồn trực tiếp từ bảng điện chính hoặc từ bảng điện phụ của các nhóm phụ tải

- Trên đội tàu buốn, vận tải, hình htức phân phối điện năng theo tia phức tạp từ một bảng điện chính đượcứng dụng rất phổ biến Xuất phát từ ưu điểm cơ bản là có thể điều khiển phân phối năng lượng điện từmột trung tâm

Hình (8.3) Sơ đồ hệ thống phân phối theo tia phức tạp

1-Các phụ tải được cấp nguồn trực tiếp từ BĐC;

2-Các bảng điện phụ cung cấp đến từng

3-Các bảng điện phụ cung cấp tới từng nhóm phụ tải;

4-Các phụ tải được cấp nguồn từ bảng phụ 3;

5-Các phụ tải được cấp nguồn từ bảng phụ 2.

Hình (8.4) của hệ thống có 4 bảng điện chính

2-Nhóm phụ tải rất quan trọng; 3- Nhóm phụ tải quan trọng;

4- Nhóm phụ tải ít quan trọng.

4 Hệ thống thanh cái trong bảng điện chính

- Tất cả các trạm phát điện, không phụ thuộc vào loại động cơ truyền động máy phát đều cung cấp nănglượng đến hệ thống thanh cái và hệ thống thanh cái mới phân phối đi các nơi

- Dựa trên sơ đồ trạm phát với hệ thống thanh cái ta có thể phân ra các loại hệ thống thanh cái sau đây:

1 Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

2 Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn

3 Trạm phát với một hệ thống thanh cái

Các loại hệ thống thanh cái nêu trên đều có thể được ứng dụng trên trạm phát điện tàu thủy với mức

độ tự động hóa cao Tuy nhiên các thiết bị bảo vệ phải được lắp đặt đúng vị trí để đề phòng mọi khả năngxảy ra sự cố của hệ thống

5 Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

- Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn đơn giản nhất được giới thiệu ở hình sau :

Hình (8.5) Sơ đồ bảng điện chính với một hệ thống

Bđc3

Bđc44

1

- Tính chất đặc trưng của hệ thống này là thanh cái không được chia ra thành các phân đoạn Các máyphát cùg cấp năng lượng lên một hệ thanh cái đó thông qua các cầu daohay cầu chì Hệ thống này cónhững nhược điểm quan trọng như : không đảm bảo tính tin cậy và tính cơ động trong vận hành Nếu bịngắn mạch trên thanh cái hay trên phụ tải nào đó mà thiết bị bảo vệ phụ tải đó không hoạt động sẽ dẫnđến cắt tất cả các máy phát và toàn bộ phụ tải, bị mất điện Ngoài ra khi bảo dưỡng, sửa chữa thanh cáicần phải cắt toàn bộ máy phát.

Hình (134) Sơ đồ bảng điện chính với thanh cái

Hình 8.6 :Hệ thống thanh cái được chia làm hai phần bằng cuộn kháng

Hình (134) Hệ thống thanh cái được chia làm Hình 8.4: Hệ thống thanh cái được chia làm 2 phân đoạn( 1 là cuộn cảm ; 2 là cầu chì )

- Nếu xảy ra ngắn mạch (sơ đồ 8.4) sẽ cơ động nhờ cuộn cảm 1, ví dụ nếu ngắn mạch ở đoạn thanh cái Ilập tức các thiết bị bảo vệ ngắn mạch hoạt động aptomat W1, W2 ngắt máy F1 và F2ra khỏi thanh cái Nếuđiểm ngắn mạch chưa bị loại trừ thì dòng ngắn mạch sẽ tiếp tục chạy từ hai máy phát F3, F4 Cường độdòng ngắn mạch nhỏ đi không phải chỉ do nguyên nhân máy phát F1và F2 đã bị cắt mà còn do tác độngcủa cuộn cảm hạn chế 1 Bảo vệ ngắn mạch trong trường hợp này được chọn sao cho với dòng ngắn mạchnày chạy trong mạch sau một thời gian nhất định aptomat W3, W4 sẽ hoạt động ngắt tiếp máy phát F3và

F4 Nhưng nếu sau khi máy phát F1 và F2 được cắt ra khỏi thanh cái mà điểm ngắn mạch bị loại trừ thì hệthống tiếp tục công tác do máy phát F3 và F4 cấp nguồn

- Hệ thống trên có nhược điểm cơ bản gây ra tổn hao điện áp và công suất trên cuộn cảm khi có lượngcông suất truyền qua nó Ta có thể loại trừ được nhược điểm trên bằng cách mắc cầu chì số 2 song songvới cuộn cảm (hình 8.4) Nếu xảy ra ngắn mạch cầu chì 2 sẽ bị cắt ngay và cuộn cảm được đưa vào đểhạn chế dòng ngắn mạch

- Trường hợp sửa chữa thanh cái và các thiết bị khác đặt trong bảng điện chính mà có máy phát cảng như(sơ đồ hình 8.5) thì hệ thông sẽ rất cơ động Hệ thống này sẽ hoạt động bình thường thì cầu dao 0 đóng.Tuy nhiên hệ thống thanh cái này không gọi là phân đoạn Khi cần thiết phải sửa chữa thanh cái và cácthiết bị trong bảng điện chính Khu vực mà tất cả các máy phát chính cấp điện ta có thể cắt và cho nghỉtất cả máy phát chính,khi mở cầu dao 0 Một số phụ tải cần thiết khi tàu đứng trong cảng phải hoạt độngthì do máy phát cảng cấp nguồn

G3~

G3~

3W

G3~

4W

G3~

G3~

G3~

G3~

2

Hình (8.8) Hệ thống thanh cái phân đoạn với máy phát cảng.

Với mục đích dễ dàng tiếp xúc sửa chữa trạm phát điện có thể ứng dụng sơ đồ trạm phát như hình 8.5

Hình (8.9) Sơ đồ bảng điện chính có thanh cái phụ.

- Nhóm máy phát I và II được đóng, ngắt lên thanh cái nhờ các cầu dao 0 Đôi khi xuất phát từ khả năngcắt của các aptomat trong hệ thống không phân đoạn, các nhà thiết kế cho phép các máy phát công ácsong song chỉ trong giới hạn rất hạn chế

- Trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn bị hạn chế về tính cơ động khi ngắn mạch vàtrong thời gian sửa chữa nên ngày nay ngày ít được ứng dụng hơn

6 Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn- Phân đoạn thanh cái là chia thanh cái ra một số

đoạn không phụ thuộc vào nhau mà trong đó mỗi phân đoạn được cấp nguồn độc lập Như vậy nó có thểlại trừ được một số nhược điểm của trạm phát với một hệ thống thanh cái không phân đoạn

- Khi tiến hành sửa chữa hay thay thế thiết bị ở phân đoạn thanh cái nào ta chỉ việc cắt nó khỏi các phầncòn lại Các phần còn lại vẫn công tác bình thường

G

Bđc0

I

Bđc

Hình (.8.6 ) Trạm phát với hệ thống thanh cái phân đoạn.

- Mức độ động cơ khi có ngắn mạch của thanh cái phân đoạn cao hơn so với thanh cái không phân đoạn.Mức độ cơ động cũng còn phụ thuộc vào phân đoạn thanh cái bằng cầu dao, cầu nối hay aptomat Nếuphân đoạn thanh cái bằng cầu dao hay cầu nối, khi ngắn mạch cũng giống như thanh cái không phânđoạn Chỉ khác là sau khi ngắn mạch có thể nhanh chóng cho phân đoạn không bị hỏng hoạt động lạingay sau khi cắt cầu dao hay tháo cầu nối

Hình (8.7 ) Sơ đồ trạm phát với hệ thống thanh cái

trên tàu được đóng trong những năm gần đây

Nếu phân đoạn thanh cái bằng aptomat, khi ngắn mạch, phân đoạn thanh cái hỏng hóc sẽ được cắt ra tựđộng và phân đoạn còn lại vẫn tiếp tục công tác bình thường Do vậy phân đoạn thanh cái bằng aptomat làcần thiết

Cấp nguồn tin cậy cho các phụ tải có thể còn được nâng cao nếu ta đổi nối nguồn cấp từ phân đoạnmột sang phân đoạn hai bằng máy tự động Tự động đóng nguồn dự trữ trên tàu thủy thường thấy ứngdụng cho việc cấp nguồn máy lái và một số phụ tải quan trọng đặc biệt

Hình 11 Giới thiệu một số trạm phát với hệ thống thanh cái phân đoạn và không phân đoạn có côngsuất lớn trên một số tàu cụ thể Các hệ thống này phức tạp, các máy phát có thể công tác song song vớinhau hoặc không phụ thuộc vào công tác của các nhóm máy phát biệt lập trên phân đoạn của nó

Hệ thống phân đoạn được ứng dụng nhiều trên tàu thủy do tính cơ động trong ngắn mạch và sửachữa

Trạm phát với một số hệ thống thanh cái

Hình8.12- Bảng điện chính gồm 3 hệ thống thanh cái

( H.V 8.8)

- Trạm phát với một hệ thống thanh cái phân đoạn tuy có nhiều ưu điểm song vẫn bộc lộ một số nhượcnhất định ví dụ : trường hợp sửa chữa một phân đoạn, mà phân đoạn này cấp nguồn cho một số phụ tảikhông có nguồn dự trữ Các phụ tải này không thể công tác được Hơn thế nữa các phụ tải rất quan trọng

và quan trọng sẽ không có nguồn dự trữ trong thời gian sửa chữa một phân đoạn Ngoài ra công suất củatrạm phát bị nhỏ đi một trị số bằng tổng công suất các máy phát nối với phân đoạn đang sửa chữa

- Các nhược điểm trên sẽ bị loại trừ trong trạm phát với một số hệ thống thanh cái Sơ đồ trạm phát với ba

hệ thống thanh cái được giới thiệu trên hình 12 Mỗi máy phát cấp nguồn cho hệ thống thanh cái độc lập.Cáp cấp điện có thể đấu với bất cứ hệ thống thanh cái nào đó nhờ thiết bị đổi nối I

- Ưu điểm của hệ thống này là nếu hỏng hóc hay sửa chữa bất cứ hệ thống thanh cái nào ta có thể nhanhchóng đổi nối nguồn cấp cho phụ tải từ các máy phát bất kỳ

- Hệ thống loại này khá phức tạp, giá thành cao nên không được ứng dụng rộng rãi trên tàu thủy

GG

G

Bđc

Phụ tải

§ 8.3 CÁC THIẾT BỊ TRONG BẢNG ĐIỆN CHÍNH

- Trong bảng điện chính được lắp đặt các thiết bị như thanh cái, các aptomat, các công tắc tơ, rơ le, cầuchì, biến áp, biến dòng đo lường và các khí cụ điện khác phục vụ cho việc đưa năng lượng đến các phụtải, kiểm tra và điều khiển hệ thống năng lượng Thiết bị trong bảng điện chính tàu thủy được phân chiatheo chức năng : thiết bị chính phân phối năng lượng điện, cácbảng trung gian, bảng điện phụ và bảngđiện sự cố

- Thiết bị bảng điện được chế tạo có bảo vệ để không có khả năng tiếp xúc với phần có điện áp.Với mụcđích trên thiết bị được bao bọc bởi lưới kim loại hoặc các tấm kim loại mỏng Bảng điện chính được cấutrúc để ngăn ngừa được khi có nước đổ từ trên cao theo phương thẳng đứng

- Bảng điện chính được chia ra thành các panel Các panel cho các máy phát, các panel cho các tải độnglực và các panel cho chiếu sáng và điện cho sinh hoạt Trong các panel cho máy phát điện được đặt cáckhí cụ, thiết bị bảo vệ máy phát, các thiết bị kiểm tra đo lường các thong số I ,U ,f , P và điều khiển cácmáy phát điện

- Trong các panel phân phối năng lượng được lắp đặt các thiết bị đóng ngắt, các thiết bị bảo vệ lưới điệnphụ tải và các aptomat đến cácphụ tải ít quan trọng mà có khả năng tự động được cắt ra nếu máy phát quátải

- Panel điều khiển trung tâm được đặt giữa các panel của các máy phát Panel này được đặt các thiết bịđiều khiển hòa đồng bộ, thiết bị kiểm tra điện trở cách điện, aptomat lấy điện bờ và aptomat phân đoạnthanh cái nếu có

Ampe kế A với công tắc chuyển mạch PA cho phép đo dòng các pha Vôn kế V với công tắcchuyển mạch PW cho phép đo điện áp dây Tần số kế f đo tần số lúc công tắc của máy phát G1, Wat kế W

do công suất tác dụng của máy phát

G1 Ampe kế trong mạch kích từ để đo dòng kích từ Aptomat W phục vụ choviệc đóng ngắt máyphát, bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải cho máy phát Rơle công suất ngược PMZ để bảo vệ khi cócông suất từ thanh cái đi vào máy phát Nếu máy phát không được thiết kế trong trạm phát để công tácsong song thì không cần lắp đặt rơle công suất ngược

Trong panel máy phát còn có công tắc chuyển mạch PSW để điều khiển động cơ séc vô M (thay đổinhiên liệu đưa vào diesel truyền động máy phát) phục vụ cho điều chỉnh tần số khi hòa đồng bộ và nhạntăng tải hay giảm tải tác dụng cho máy phát Ngoài ra còn có nam châm điện từ E dùng để dập tắt từtrường máy phát, các khí cụ và thiết bị khác

Ampe kế, Wat kế và các cuộn dòng của các rơle dòng theo qui tắc được nối qua biến dòng đo lường

1 với mục đích an toàn cho chúng khi có tác động của dòng ngắt mạch và kích thước trọng lượng củathiết bị đo lường

Wat kế, tần số kế, cuộn áp của rơle công suất ngược và đồng bộ được lấy điện áp trên 220V từ biến

áp đo lường 2 Tất cả các thiết bị lấy biến áp từ biến áp hay lấy điện áp trực tiếp từ lưới điện đều phảiđược bảo vệ ngắn mạch hoặc có phần tử hạn chế dòng ngắn mạch

Các bóng đèn tín hiệu 3 có thể không cần phải có cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho từng cái nhưngphải có cầu chì bảo vệ chung Cuộn áp của các khí cụ và thiết bị điều khiển có thể không có bảo vệ ngắnmạch nếu đã thỏa mãn một số điều kiện an toàn khác theo qui định

§ 8.4 THANH CÁI VÀ CÁP ĐỘNG LỰC

1.Thanh cái:

Thanh cái là thiết bị dùng để tập hợp năng lượng điện từ các máy phát gửi đến và phân phối nănglượng điện đó tới các phụ tải.Chúng là những thanh dẫn (bằng đồng, nhôm hoặc thép )không có cáchđiện được đặt trong bảng phân phối điện chính Ở trên tầu thường dùng thanh cái = đồng trống gỉ tốt và

có độ bền cơ học tương đối cao (ở trên bờ có thể bằng nhôm, thép)

- Ở chế độ công tác ổn định dòng điện cho phép của thanh cái là :

k: là hệ số tính tới các hình thức truyền nhiệt

v : là nhiệt độ tính toán của môi trường

R: là điện trở thanh cái ()

 Dòng I ep của thanh cái phụ thuộc vào những yếu tố sau:

+ Sơn thanh cái: Có tác dụng tăng khả năng chịu tải khoảng 15% Khoảng 40% nhiệt lượng thoát ra khỏi

bề mặt thanh cái là = phương pháp phát tia mà nước sơn có hệ số phát tia cố định = 1,5 lần lớn hơn

 

R

v v F k

f

0 0