Bài tập lớn môn khí cụ điện

Bài tập lớn tìm hiểu về cấu hình các loại tủ điện đóng cắt , điều khiển và bảo vệ, sử dụng cho hệ thống cung cấp điện nói chung và hệ thống nhiệt lạnh nói riêng. File word gồm 24 trang tìm hiểu về các tủ điện thông dụng và phổ biến trong thực tế

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

KHÍ CỤ ĐIỆNTÌM HIỂU VỀ CẤU HÌNH CÁC LOẠI TỦ ĐIỆN ĐÓNG CẮT, ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO

VỆ, SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN NÓI CHUNG VÀ HỆ THỐNG

NHIỆT LẠNH NÓI RIÊNG

Sinh viên: Nguyễn Văn An MSSV: 20121941 Lớp: HT&TB NHIỆT

Trang 2

MỤC LỤC

Trang 3

1.Tủ điện

1.1 Tủ điện là gì ?

Tủ điện là nơi chứa các thiết bị điện, các đấu nối, mạch điều khiển, cầu dao,…nhằm điều khiển hệ thống cung cấp điện cho một hệ thống phụ tải nào đó Chúngthường có hình chữ nhật hoặc hình vuông, tùy theo vị trí và mục đích sử dụng Tủ điện

là bộ phận không thể thiếu được trong các hệ thống cung cấp điện, từ các gia đình đếncác nhà máy, tòa nhà cao tầng Mục đích của tủ điện là để tách biệt các thiết bị điềukhiển mạng lưới điện tránh xa người sử dụng thông thường

Tủ điện công nghiệp là các tủ điện được sử dụng trong tất cả các ngành côngnghiệp, phải đảm bảo các tiêu chí về độ bền bỉ, độ ổn định, liên tục và chính xác trongthời gian dài dưới các môi trường làm việc khác nhau Tủ điện công nghiệp là tủ điệncủa những nơi cần cung ứng điện với công suất lớn, chúng thường có cấu trúc lớn sovới các tủ điện nhỏ tại gia đình, có hệ thống kết nối và các cấu trúc mạch điều khiểnphức tạp

Hình 1 Tủ điện trong thực tế

1.2 Phân loại

Hiện nay có khá nhiều tiêu chí để phân loại tủ điện Một số cách phân loại hay thấy :

• Theo điện thế : Tủ điện cao thế , tủ điện trung thế , tủ điện hạ thế

• Theo chức năng : Tủ điện phân phối , tủ điện động lực , tủ điện điều khiển , tủđiện bảo vệ , …

• Theo lĩnh vực ứng dụng : Tủ điện công nghiệp và tủ điện dân dụng

• Theo vị trí lắp đặt: tủ điện đặt âm tường , tủ điện đặt trong nhà , tủ điện lắp đặt ngoài trời

Trang 4

1.3 Chức năng của tủ điện

Tủ điện là một bộ phận quan trọng trong bất cứ công trình công nghiệp hay dândụng , từ nhà máy điện đến các trạm biến áp , hệ thống truyền tải đến các hộ tiêu thụ

Tủ điện có 2 chức năng chính :

• Là nơi lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị điện, thiết bị điều khiển

• Là nơi đấu nối, phân phối điện cho cả công trình

• Đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng trong quá trình vận hành

Các thiết bị và bộ phận có thể có trong tủ điện :

Nút bấm: đa số các tủ điện đều có nút bấm , thiết bị này thường được thiết kế ở

mặt trước của tủ thuận tiện cho việc vận hành, sử dụng

Nút dừng khẩn cấp: tất cả các tủ điện đều có nút này , đây là nút được sử dụng trong

trường hợp hệ thống xảy ra sự cố, đóng cắt toàn bộ mạch điện

Biến thế: là thiết bị thực hiện truyền năng lượng hay tín hiệu điện xoay chiều giữa các

mạch điện thông qua cảm ứng điện từ

Biến áp: là thiết bị điện được dùng để giảm một dòng điện xoay chiều.

Relay: là thiết bị mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những

giá trị nhất định gồm các relay điện từ , relay cảm ứng , relay nhiệt , relay dòng , …

Contactor: dùng để thường xuyên đóng cắt các mạch điện động lực từ xa

Aptomat: thiết bị bảo vệ đa năng, có chức năng bảo vệ sự cố ngắn mạch, quá tải, sự cố

dòng điện dò, sự cố quá áp Trên thực tế aptomat được sử dụng chủ yếu bảo vệ sự cố ngắn mạch, quá tải cho các động cơ điện Trên thị trường hiện nay đặc biệt đối với các

kỹ sư điện đều năm rõ chức năng của loại thiết bị này, aptomat đang dần thay thế các thiết bị khác như cầu dao hay cầu chì, vận hành tủ tốt hơn so với 2 loại kia

Đồng hồ đo : Đồng hồ đo là thiết bị để đo và hiển thị giá trị

Đèn hiển thị: đèn hiển thị trạng thái của hệ thống điện.

Cầu đấu dây điện: Hay còn gọi là domino là thiết bị để kết nối dây điện với các thiết bị

điều khiển hay động lực, giúp nối liền hệ thống điện trong tủ điện

Trang 5

1.4 Cấu tạo của tủ điện

Tủ điện được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu của người sử dụng sử dụng Tủ bảng điện thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc nhăn với các màu sắc khác nhau tùy theo yêu cầu của thiết kế

Để dễ dàng chia loại cấu tạo tủ điện thì chúng ta có khái niệm form tủ điện Form

tủ điện là khái niệm để quy định sự ngăn cách giữa 3 thành phần chính trong tủ điện hạ thế

• Thiết bị đóng cắt ( thường nằm ở phía trước tủ )

• Điểm đấu nối thiết bị điện : nơi đấu nối điện từ ngoài vào tủ và từ tủ ra thiết bị (thường nằm phía sau tủ )

• Thanh cái truyền dẫn điện: Truyền dẫn điện giữa điểm đấu nối thiết bị điện và thiết bị đóng cắt

Dưới đây là các form được chia theo yêu cầu về độ an toàn của các hệ thống tủ điện

Form 1 Không phân chia trong tủ

Form 1Form 2 Phân chia thanh cái với các

đơn vị chức năng

Form 2a Form 2bForm 3 Phân chia thanh cái với các

đơn vị chức năng và phân chia các đơn vị chức năng với nhau , không phân chia

Form 3a Form 3b

phần chia giữa các lộ ra củacác đơn vị chức năng

Trang 6

Form 4a Form 4b

Hình 2 Tủ điện form 3B trong thực tế

1.5 Ứng dụng

Tủ điện hiện nay được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của ngành điện :

• Tủ điện được dùng để điều khiển máy móc thiết bị và các động cơ điện Việc

sử dụng tủ điện công nghiệp được dùng để quản lý và bảo vệ cho các máy móchoạt động ổn định nhất Các loại tủ điện công nghiệp có rất nhiều ưu điểm:công suất lớn, độ bền cao, điều khiển tốt nhất cho các cho các động cơ điện Tủđiện điều khiển được ứng dụng rất nhiều ở các không gian khác nhau như: nhàmáy bơm nước, xưởng sản xuất hay các khu công nghiệp lớn

• Tủ điện phân phối dùng trong các mạng điện hạ thế để phân phối điện đếnnhững thiết bị dùng điện

• Tủ điện được dùng để bảo vệ các thiết bị trong công nghiệp như động cơ điệnhay máy điện

2 Các loại tủ điện dùng trong hệ thống cung cấp điện nói chung

2.1 Tủ điện âm tường

Tủ điện âm tường còn hay được gọi là hộp đựng ổ cắm âm tường, vật dụng này làthiết bị được sử dụng để chứa các thiết bị điện, aptomat hoặc cầu dao điện, Tủ điệnthường được thiết kế với rất nhiều kích thước khác nhau để người dùng lắp đặt vào

Trang 7

tường nhà hoặc các công trình thi công Bạn có thể đặt vật dụng này tại vị trí nhà vệsinh, chân cầu thang hoặc khu vực gần cửa ra vào,

Về cơ bản, cấu tạo tủ điện âm tường không giống như cấu tạo các loại tủ điệnthông thường khác, sản phẩm này được lắp âm sâu vào trong tường chứ không hề để lộ

ra bên ngoài Với cấu tạo đặc biệt này, tủ điện âm tường vừa có chức năng bảo vệ cácthiết bị điện, lại vừa tạo nét thẩm mỹ cho không gian công trình

Số module của các mẫu tủ điện âm tường chính là số thiết bị có thể lắp đặt đượcbên trong tủ điện Thông thường, các mẫu tủ điện âm tường sẽ chứa được khoảng 2 -

18 module tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và vị trí lắp đặt của thiết bị Số module của

tủ điện âm tường càng lớn thì kích thước tủ điện càng lớn

Hình 3 Tủ điện âm tường

Kích thước của một số loại tủ điện âm tường theo module:

• Tủ điện âm tường 4 module: Có thể lắp đặt được 4 RCBO, RCCB, ECLB hoặc MCB

Trang 8

• Tủ điện âm tường 6 module: Có thể lắp đặt được 6 RCBO, RCCB, ECLB hoặc MCB.

RCCB ( Residual Current Circuit Breaker): aptomat chống dòng rò đơn thuần

RCBO ( Residual Current Circuit Overcurrent): aptomat chống dòng rò với chức năng

chính dùng để ngắt dòng điện khi phát hiện ra có dòng rò và gặp sự cố về thiết bị điện.Điểm ưu việt hơn của RCBO là nó có thể tự động ngắt mạch khi quá tải hoặc ngắnmạch

ECLB ( Earth leakage circuit breaker): là thiết bị làm việc trên nguyên tắc phát hiện sự

chênh lệnh giữa dòng điện đi và dòng điện về để có thể ngắt phía nguồn tiêu thụ nếu có

sự chênh lệch giữa chúng ECLB được dùng để bảo vệ cho lưới điện, quan trọng hơn

là sự an toàn của con người đối với các nguy cơ bị điện giật

MCB (Miniature Circuit Breaker ): là aptomat loại tép, thường có dòng định mức thấp

và dòng cắt quá tải thấp ( dưới 100A )

Kích thước của tủ điện âm tường còn được xét theo chiều cao, chiều rộng và chiều sâu.Dưới đây là một số kích thước tủ điện âm tường được sử dụng phổ biến trong các công trình điện dân dụng

• Tủ điện 200 x 200 x 100mm: Lắp đặt được 2 - 4 module

Trang 9

2.2 Tủ điện MSB

Tủ điện MSB ( Main Distribution Switchboard ) là loại tủ điện được lắp đặt ngay sau các trạm hạ thế ( từ 15kV xuống 380V ) Chức năng chính của tủ MSB là đóng cắt , bảo vệ an toàn cho hệ thống điện phụ tải Tủ điện MSB được lắp đặt tại phòng kỹ thuật điện tổng của các công trình công nghiệp như nhà máy , xưởng công nghiệp , trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bênh viện, trường học, cảng, sân bay,…

Tủ điện MSB được thiết kế module hóa gồm nhiều ngăn , mỗi ngăn có một chức năng riêng biệt như : ngăn chứa ACB ( air circuit breaker ) hoặc MCCB ( moduled casecircuit breaker ) tổng , ngăn chứa MCCB của tải, ngăn chứa thanh đồng, ngăn đo đếm chống tổn thất…

• ACB (air circuit breaker) : máy cắt không khí

• MCCB (mouled case circuit breaker ): là aptomat khối , thường có dòng cắt ngắn mạnh lớn ( có thể tới 80kA)

Tủ MSB có thể được thiết kế để kéo ra kéo vào được , để vận hành thuận tiện và

an toàn nhất Do đó có thể thay thế thiết bị nhanh chóng và thuận tiện và không cần ngắt nguồn điện

Cấu hình cơ bản

Rộng: 600 – 1200 mmSâu: 400 – 1250 mmHình ảnh ví dụ tủ điện MSB trong thực tế

Trang 10

Hình 4 Tủ điện MSB

Cấu trúc của tủ: Cánh tủ được làm bằng tôn sơn tĩnh điện dày 2mm , kích thước

tủ phụ thuộc theo nhu cầu sử dụng Các mặt bên và mặt đơn của tủ đều có khả năng tháo lắp dời Ngõ vào và ngõ ra của tủ được thiết kế ở phía trên và phía dưới Bên trong tủ gồm MCCB tổng và các MCCB nhánh và các thiết bị điện khác ( tùy thuộc vào mạch điện ) , các thiết bị trong tủ được kết nối bằng hệ thống thanh cái làm bằng đồng nguyên chất hoặc bằng hệ thống dây cáp Bên ngoài cánh tủ gồm các đồng hồ hiển thị, đèn báo và nút bấm cho người sử dụng dễ dàng theo dõi và xử lý nếu có sự cố

Hệ thống quạt hút giúp điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong tủ điện để giữ mọi điều kiệnlàm việc của tủ tại nhiệt độ thường

2.3 Tủ điện DB

Hình 5 Tủ điện DB

Trang 11

Tủ điện phân phối DB ( Distribution Board ) là tủ phân phối được sử dụng trong các mạng hạ thế có nhiệm vụ trung gian , lấy nguồn từ tủ phân phối tổng (MSB ) cấp cho các phụ tải Vị trí của tủ DB thường là sau các tủ phân phối tổng MSB tại các nút Dòng điện định mức có thể lên đến 100A, cung cấp điện cho 1 nhóm thiết bị hoặc thiết

bị đầu cuối (máy nén, động cơ, máy móc,…) Nó là loại tủ điện nhỏ nhất, nó đặt gần các phụ tải Các thiết bị điện có trong tủ DB gồm MCB/RCCB , đèn báo pha, cầu chì Một số cái đặc biệt còn có gắn đồng hồ công suất, Ampe kế, Volt kế, bảo vệ mất pha, tụbù,…

• MCB (Miniature Circuit Breaker ) là aptomat loại tép, thường có dòng định mứcthấp và dòng cắt quá tải thấp ( dưới 100A )

• RCCB (Residual Current Circuit Breaker) là aptomat chống dòng rò

STT Danh mục Thông số kỹ thuật cơ bản

1 Tiêu chuẩn IEC 60439-1, IEC60529

2.4 Tủ điện điều khiển động cơ

Tủ điện điều khiển động cơ có chức năng cấp nguồn động lực cho động cơ, điều khiển chế độ khởi động, giám sát và bảo vệ động cơ Tủ điện điều khiển động cơ được ứng dụng trong nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư,… Ứng dụng để điều khiển động cơ công suất lớn hoặc động cơ cần thay đổi tốc độ hay lưu lượng Ví dụ như: điều khiển bơm nước sinh hoạt , bơm cứu hỏa, bơm tăng áp đài phun nước, quạt thông gió tầng hầm, quạt hút khói cầu thang, động cơ của trạm trộn bê tông,… Ở những hệ thống nhỏ và không cần cấp điều khiển quá chính xác thì có thể kết hợp tủ điện động lực ( phân phối) cùng với tủ điện điều khiển Các bộ phận chính của tủ điện điều khiển động cơ có thể: bộ điều khiển trung tâm PLC, thiết bị đóng cắt MCCB/MCB,

contactor, relay, timer, bộ biến tần, thiết bị bảo vệ mất pha,…

Chức năng chính của tủ điện điều khiển động cơ là cung cấp điện ra các hê thống,đóng cắt , bảo vệ an toàn cho hệ thống phụ tải Bao gồm các loại tủ điện:

• Tủ điện điều khiển động cơ khởi động trực tiếp, khởi động sao – tam giác: Thường ứng dụng cho những động cơ có công suất nhỏ (<10kW), phương pháp

Trang 12

khởi động sao/tam giác Phương pháp này có ưu điểm: giá thành rẻ, dễ kiểm tra, hoạt động ổn định Nhược điểm: thường dùng cho động cơ có công suất thấp, dòng khởi động hạn chế không được lớn, đối với những động cơ có công suất cao thì chỉ áp dụng khi nguồn điện cung cấp khỏe ( sử dụng để điều khiển bơm , quạt, pa lăng tời, trạm trộn bê tông, máy nghiền và máy cắt ,…)

• Tủ điện điều khiển động cơ sử dụng khởi động mềm: Thường ứng dụng đối vớiloại động cơ công suất lớn và nguồn điện cung cấp yếu Tủ thường sử dụng các thiết bị khởi động mềm của 1 số hãng uy tín Tủ điều khiển động cơ bằng khởi động mềm có ý nghĩa rất quan trọng trong công nghiệp, giúp tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hưởngđến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ vận hành Ứng dụng này rất

có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ, sẽ giảm dòng khởi động xuốngcòn 1,5 ÷ 3 lần dòng định mức phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện, dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 ÷ 8 lần dòng định mức Loại này có giá thành cao hơn so với khởi độngcứng ( sử dụng để điều khiển các tải có công suất lớn, tải cần thay đổi tốc độ, lưu lượng, )

• Tủ điện điều khiển động cơ sử dụng biến tần: Phương án này có đầy đủ các ưu điểm của khởi động mềm, ngoài ra có thể thay đổi tốc độ động cơ Ưu điểm tiếtkiệm điện năng, tận dụng tối đa công suất làm việc Khởi động bằng biến tần giúp ổn định điện áp, tránh gây sụt áp cho các thiết bị điện khác Bảo vệ động

cơ khi ngắn mạch, quá tải, mất pha, điện áp cao thấp Giúp động cơ bền bỉ tăng tuổi thọ cho động cơ

• Tủ điện điều khiển sử dụng PLC ( sử dụng cho hệ thống điện thông minh và mức độ vận hành cần độ chính xác cao và điều khiển theo chu trình)

• Tủ điện điều khiển cảm biến nhiệt độ, áp suất, và cài đặt thời gian ( Sử dụng trong điều khiển quạt thông gió, hút mùi, quạt nồi hơi, phòng sấy, quạt tăng áp

và hút gió hành lang, quạt thông gió tầng hầm,…)

Cơ chế vận hành của tủ điện điều khiển

• Vận hành tại chỗ hoặc từ xa để đóng ngắt, đảo chiều quay cho các động cơ

• Vận hành tại chỗ hoặc từ xa để thay đổi tốc độ quay của động cơ

Trang 13

1 Tiêu chuẩn IEC 60439-1, IEC 60529

2 Điện áp định mức 220 – 230/380 – 440 VAC

6 Cấp chính xác Class 0.5, Class 1.0, Class 2.0

8 Nhiệt độ làm việc 0 - 500C

2.5 Tủ điện điều khiển chiếu sáng

Tủ điện chiếu sáng được dùng để điều khiển các hệ thống đèn chiếu sáng đường phố, chiếu sáng vườn hoa, khu vực công cộng, chiếu sáng văn phòng, siêu thị, … Tủ điện chiếu sáng sử dụng các bộ điều khiển đóng cắt theo thời gian thực trong ngày, hay theo tuần để đóng cắt các đèn chiếu sáng Thông thường tủ điện chiếu sáng có các chế độ làm việc:

• Chế độ trung tâm: điều khiển tập trung từ trung tâm, tự động báo lỗi về trung tâm điều khiển

• Chế độ điều khiển tự động: Thời gian hoạt động có thể đặt lại được ( ví dụ: Buổi tối 18h – 23h bật 100% số đèn, đêm khuya 23h – 6h tắt bớt 2/3 số đèn, số đèn sáng 60% công suất định mức, giảm 40% công suất tiết kiệm điện Ban ngày 6h – 18h: Tắt toàn bộ đèn)

• Chế độ điều khiển bằng tay: Dùng trong các trường hợp cần điều khiển trực tiếp

Tủ điện chiếu sáng được thiết kế nhỏ gọn, an toàn, lắp đặt ngoài trời hoặc trong nhà

Có thể giám sát toàn diện, điều khiển linh hoạt nhằm mục tiêu tối ưu tiết kiệm điện năng và nâng cao hiệu quả vận hành

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	2,19 MB