Tổng quan về thiết kế cung cấp điện
Trong bối cảnh nền kinh tế thị trường hiện nay, các doanh nghiệp phải tự hoạch toán kinh doanh để cạnh tranh về chất lượng và giá cả sản phẩm Chất lượng điện kém, đặc biệt là điện áp thấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng sản phẩm, dẫn đến tình trạng phế phẩm và giảm hiệu suất lao động.
Chất lượng điện áp là yếu tố quan trọng đối với các xí nghiệp may, hóa chất, chế tạo lắp đặt cơ khí và điện tử chính xác Do đó, việc đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng trở thành ưu tiên hàng đầu trong thiết kế cấp điện cho các hộ sử dụng điện trong lĩnh vực công nghiệp và dân dụng.
Một đề tài đồ án môn học, bất kể quy mô nhỏ, vừa hay lớn, thường có cấu trúc và nội dung bao gồm các thành phần cơ bản như sau:
1.1.1 Yêu cầu về bố cục trình bày một đồ án cung cấp điện
Một đề tài đồ án môn học, bất kể quy mô nhỏ, vừa hay lớn, thường có cấu trúc trình bày bao gồm các tiêu chí cụ thể.
- Cỡ chữ: Nội dung c ch 13; Chương c ch 16
- Các đề mục của Chương (Chương 1, 2, 3…) thì đánh theo yêu cầu như sau: Chương 1:………
- Tương tự cho các chương còn lại (các đề mục ký hiệu không quá 4 chữ số)
- Tên Chương, các đề mục phải bôi đen
* Cách s ắp xếp bố cục của ĐAMH CCĐ theo tr ình t ự sau (khổ giấy A4):
- Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn
- Lời nói đầu (các đề tài lớn thường có thêm Lời cảm ơn)
Danh mục các từ viết tắt
Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh
Toàn bộ nội dung đề tài (Chương 1, 2, 3…)
Kết luận và kiến nghị về hướng phát triển của đề tài
Tài liệu tham khảo: Tên tác giả/đồng tác giả (năm xuất bản), Tên tài li ệ u tham kh ả o , Nhà xuất bản, Nơi xuất bản
1.1.2 Yêu cầu nội dung cơ bản một đồ án cung cấp điện
Nội dung cơ bản của một đồ án cung cấp điện thường được thực hiện theo trình tự như sau:
Để thực hiện đồ án cung cấp điện, cần thu thập số liệu liên quan đến đề tài, bao gồm bảng vẽ mặt bằng, thông tin về máy móc thiết bị điện, các tiêu chí kinh tế và kỹ thuật, cùng với những đặc điểm và tính chất của hộ tiêu thụ cần thiết kế cấp điện.
- Giới thiệu tổng quát về hộ tiêu thụ cần thiết kế cấp điện
Để thiết kế hệ thống cấp điện hiệu quả, cần xác định nhu cầu sử dụng điện của hộ tiêu thụ, bao gồm việc phân chia nhóm phụ tải, xác định tâm phụ tải và tính toán phụ tải cần thiết Việc này giúp đảm bảo cung cấp điện ổn định và đáp ứng đúng yêu cầu sử dụng của từng nhóm thiết bị.
- Tính chọn thiết bị bảo vệ (CB, cầu chì, …)
- Tính chọn nguồn máy biến áp và nguồn dự phòng (nếu cần thiết)
- Tính toán ngắn mạch và kiểm tra độ sụt áp
- Tính toán bù hệ số công suất
- Tính toán nối đất bảo vệ
Quá trình thiết kế bao gồm việc xử lý thông tin và biểu diễn chúng, phản ánh ảnh hưởng của con người lên đối tượng thiết kế qua các phương tiện thiết kế Đồ án thiết kế cấp điện, dù ở quy mô lớn, vừa hay nhỏ, đều cần đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế cơ bản.
Để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người sử dụng và thiết bị điện, việc thiết kế hệ thống cấp điện cần tính toán chính xác và lựa chọn thiết bị hợp lý Ngoài ra, cần am hiểu các quy định an toàn và môi trường lắp đặt, đặc điểm của đối tượng cấp điện Bản vẽ thi công cũng phải chi tiết, đầy đủ với những chỉ dẫn rõ ràng và cụ thể để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình lắp đặt.
Để đảm bảo độ tin cậy trong cấp điện, mức độ liên tục cấp điện cần phù hợp với yêu cầu của phụ tải Đối với các công trình quan trọng, việc duy trì nguồn điện liên tục ở mức cao nhất là bắt buộc, không được phép xảy ra mất điện trong bất kỳ tình huống nào Do đó, các nhà máy, xí nghiệp và tổ hợp sản xuất cần trang bị máy phát điện dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục.
Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính là tần số và điện áp Tần số được điều chỉnh bởi cơ quan quản lý hệ thống điện quốc gia, trong khi điện áp ở lưới trung áp và hạ áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ± 5% so với giá trị định mức Đối với các xí nghiệp và phân xưởng có yêu cầu cao về chất lượng điện áp, mức dao động cho phép là ± 2.5%.
- Chi phí vận hành hàng năm thấp
- Đánh giá kinh tế- kỹ thuật giữa các phương án để chọn lựa được phương án hợp lý nhất.
Phân chia nhóm phụ tải và xác định phụ tải tính toán
1.2.1 Xác định tâm phụ tải
Tùy thuộc vào dây chuyền công nghệ, vị trí thiết bị và công suất, chúng ta sẽ phân chia các thiết bị thành các nhóm phù hợp với từng tủ cấp điện Nếu động cơ có công suất lớn, có thể lắp đặt tủ riêng cho nó.
Tâm phụ tải được tính theo công thức:
Để tối ưu hóa hiệu suất điện, việc đặt tủ đông lực ở vị trí trung tâm của phụ tải là rất quan trọng Điều này giúp giảm thiểu tổn thất điện áp và công suất, đồng thời tiết kiệm chi phí cho kim loại màu Ngoài ra, vị trí lắp đặt cũng cần xem xét các yếu tố như mỹ quan và sự thuận tiện trong thao tác.
1.2.2 Xác định phụ tải tính toán
Mục đích xác định phụ tải tính toán là nhằm làm cơ sở cho việc chọn lựa dây dẫn và các thiết bị trên lưới
Một vài hệ số của đồ thị phụ tải và chế độ dung điện:
Hệ số sử dụng của thiết bị K sd hoặc nhóm thiết bị K sd được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất tác dụng trung bình của hệ tiêu thụ và công suất định mức của thiết bị đó.
Bảng 1.1: Bảng trị số trung bình K sd trong cả mạng tải lớn nhất và Cos của các nhóm thiết bị điện
Nhóm thiết bị K sd Cos
1 Nhóm máy gia công kim loại (tiện, cưa, bào, mài, khoan…):
- Phân xưởng sửa chửa cơ khí
- Phân xưởng làm việc theo dây chuyền
2 Nhóm máy của phân xưởng rèn
3 Nhóm máy của phân xưởng đúc
4 Nhóm động cơ làm việc liên tục (quạt gió, máy bơm, máy nén khí…)
5 Nhóm động cơ làm việc ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (cầu trục, cần cẩu, palăng…)
6 Nhóm máy vận chuyển làm việc liên tục
- Nhóm lò điện (lò điện trở,lò sấy)
- Lò điện trở làm việc liên tục
- Biến áp hàn hồ quang
- Thiết bị hàn nối han đường, nung tán đinh
Hệ số sử dụng trong mạng tải lớn nhất là chỉ tiêu quan trọng của đồ thị phụ tả, được tính bằng công thức Ksd = Ptb/Pđm, trong đó Ksd là hệ số sử dụng, Ptb là công suất thực tế của thiết bị và Pđm là công suất định mức.
- Hệ số sử dụng của một nhóm thiết bị:
Với: n là số thiết bị trong nhóm; P đmi là công suất định mức của thiết bị thứ i
Hệ số phụ tải theo công suất tác dụng là tỷ lệ giữa công suất tác dụng thực tế tiêu thụ và phụ tải trung bình đóng điện trong chu kỳ khảo sát.
Ptpđd) và công suất định mức: Kpt = Ptpdđ/Pđm
Hệ số công suất tác dụng cực đại Kmax được xác định bằng tỉ số giữa công suất tính toán và công suất tác dụng trung bình, với công thức Kmax = Ptt / Pb Hệ số này phụ thuộc vào số lượng thiết bị hiệu quả và hệ số sử dụng, đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất năng lượng.
Bảng 1.2: Bảng giá trị K max theo hệ số sử dụng n hq
Hệ số nhu cầu K ac được xác định bằng tỉ số giữa công suất tính toán trong điều kiện thiết kế hoặc công suất tác dụng tiêu thụ trong điều kiện vận hành so với công suất định mức, được tính theo công thức K nc = Ptt/Pđm.
Các hệ số Kmax và Knc thường được sử dụng cho nhóm thiết bị
Bảng 1.3: Bảng giá trị của Knc
Tên phân xưởng K nc Cos Tên phân xưởng K nc Cos
Phân xưởng cơ khí lắp ráp
Phân xưởng sửa chữa cơ khí
Phân xưởng nhuôm, tẩy, hấp Phân xưởng nén khí
Phân xưởng mộ Phòng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học
Nhà hành chính, quản lý
Phụ tải trung bình: sau một khoảng thời gian nào đó được xác định:
Ptb = ∫ ; Qtb = ∫ Với một nhóm thiết bị sẽ là Ptb và Qtb và dược định nghĩa tương tự:
Phụ tải trung bình sau ca mang tải lớn nhất sẽ được dùng cho tính toán phụ tải tính toán
Phụ tải cực đại là giá trị cao nhất của các phụ tải trung bình trong một khoảng thời gian nhất định, được phân thành hai loại: phụ tải cực đại lâu dài và phụ tải cực đại tức thời Phụ tải cực đại lâu dài thường được đo trong khoảng thời gian 10 phút.
Trong quá trình lựa chọn các phần tử của hệ thống cung cấp điện, việc xác định thời gian phát nóng là rất quan trọng, với các khoảng thời gian 30 phút và 60 phút được sử dụng để đánh giá Tính toán tổn hao công suất cực đại cũng cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả hoạt động Đồ thị 1.1 minh họa đặc tính đốt nóng theo thời gian của phụ tải điện, cung cấp thông tin hữu ích cho việc phân tích và thiết kế hệ thống điện.
Phụ tải tính toán được xác định dựa trên điều kiện đốt nóng cho phép, phản ánh phụ tải không đổi lâu dài của các phần tử trong hệ thống cung cấp Nó tương ứng với kỳ vọng phụ tải thay đổi trong điều kiện tác động nhiệt nặng nề nhất, chỉ khảo sát về mặt nhiệt độ Phụ tải tính toán liên quan đến phụ tải cực đại lâu dài, tức trị trung bình lớn nhất Thời gian lấy trung bình cần phải phù hợp và hợp lý về đốt nóng, liên quan đến sự đốt nóng cho phép của các phần tử Đối với dây dẫn, thời gian này liên quan đến thời gian để nhiệt độ dây đạt 95% nhiệt độ xác lập, với thời gian lấy trung bình bằng 3 lần hằng số thời gian đốt nóng của dây (hằng số T0) Đối với mạng hạ thế, hằng số ny xấp xỉ 10 phút, do đó phụ tải tính toán còn được gọi là phụ tải cực đại nửa giờ.
Chế độ làm việc của tải được phân chia thành ba loại: dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại Đối với các thiết bị có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, nếu thời gian đóng điện và thời gian không điện không đủ để nhiệt độ đạt đến giá trị ổn định hoặc trở về nhiệt độ môi trường, cần phải quy đổi sang chế độ làm việc dài hạn với công thức Pđmqd = Pđm .
: hệ số đóng điện tương đối có thể lấy hệ số đóng điện tương đối là: 0,25; 0,5…
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: các phương pháp trình bày sau đây đều là phương pháp tính gần đúng:
Phương pháp hệ số nhu cầu công suất đặt:
P tt = K nc P đặt ; Q tt =P tt tg
Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm (hoặc theo công suất riêng): P tt = P tb = (M ca a)/T ca
Với: a là suất tiêu hao diện năng trên đơn vị sản phẩm (kwh/đơn vị sản phẩm)
Mca là lượng sản phẩm của ca mang tải lớn nhất
Nếu theo công suât riêng: P tt = poF
Với: p o là công suất trên một đơn vị diện tích; F là diện tích sử dụng
Phương pháp tính toán phụ tải theo K max và công suất trung bình là cách tiếp cận hiệu quả cho mỗi nhóm thiết bị Khi có thông tin rõ ràng về chế độ vận hành như đồ thị và thời gian đóng điện, hoặc có khả năng tra cứu các hệ số sử dụng của thiết bị, việc tính toán phụ tải trở nên chính xác hơn.
Tính số thiết bị hiệu quả n hp : nhq 2
Pđmi là công suất định mức của thiết bị thứ i
Số thiết bị hiệu quả của nhóm n thiết bị được xác định là số qui đổi tương ứng với n thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc tương tự, tạo ra phụ tải tính toán tương đương với phụ tải thực tế tiêu thụ bởi nhóm thiết bị đó.
Trong trường hợp số thiết bị trong nhóm lớn có thể áp dụng cách tính gần đúng sau:
- Tính n 1 là số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất
- Xác định tổng công suất của số thiết bị nói trên và ký hiệu là P 1
Trong đó: P đm - tổng công suất định mức của toàn nhóm
- Tra bảng 1.4 để tìm số thiết bị hiệu quả
Bảng 1.4: Bảng tính n hp * theo n 1 * và P 1*
Tính Ksd của nhóm theo công thức:
Với: Pđm là công suất định mức của nhóm; K sdi là hệ số sử dụng của thiết bị thứ i
Tìm Ptb của nhóm: P tb = Ksd Pđm
Công suất Ptb là công suất trung bình của ca mang tải lớn nhất
- Nếu: nhp< 4 và n>4 thì: Ptt = đmi ; Qtt = đmi tgđmi
- Nếu: n hp < 4 và n>4 thì P tt = đmi ; Q tt = đmi tgđmi k pti
- Nếu n hp ≥ 4: tìm K max theo n hp và K sd
Ptt = Kmax Ksd Pđm = Kmax Ptb
Q tt = 1.1 Q tb , nếu n hp ≤ 10 = Qtbnh nếu n hp > 10 với: Q tb = P tp tg tb ; cos tb = (∑cos i P đmi )/( ∑P đmi )
Phương pháp tính P tt theo hệ số sử dụng K u (theo tiêu chuẩn IEC) và hệ số đồng thời K đt : P tt 0 đt đmi n ui i
Phụ tải chiếu sáng có thể được xác định gần đúng dựa trên công suất chiếu sáng trên mỗi mét vuông Đối với chiếu sáng chung, cần xác định chính xác diện tích chiếu sáng, độ cao tính toán, độ rọi và loại đèn sử dụng để tra suất phụ tải (W/m²).
Phụ tải chiếu sang bao gồm cả công suất của ballats và có thể lấy gần đúng là 20% công suất đèn
Phụ tải tính toán của nhóm (tủ động lực, tủ phân phối):
Tủ động lực: Stt = P tt 2 Q tt 2
Với: n là số nhóm đi vào tủ phân phối
K đt là hệ số đồng thời, ta lấy trong khoảng 0,85 -1.0, phụ thuộc số phần tử đi vào nhóm
Nếu phụ tải chiếu sang đi vào tủ thì cần phải cộng thêm (P cs và Qcs vào trong công thức (1.7) Xác định: I tt 3 đm
Phương pháp xác định phụ tải định nhọn là quá trình xác định phụ tải cực đại tức thời, nhằm tính toán ảnh hưởng của việc khởi động các thiết bị điện.
Iđn = {Ikđ: đối với nhóm động cơ}
Iđn= {Ikđmax + [Itt - ksd Iđmmax)]: đối với nhóm động cơ}
Trong đó: I kđmax là dòng mở máy lớn nhất của thiết bị trong nhóm
Iđmmax) là dòng định mức của thiết bị có dòng mở máy lớn nhất
Lựa chọn dây dẫn
Nguyên tắc chọn tiết diện dây trong lưới hạ thế dựa vào việc kiểm soát sự phát nóng của dây kết hợp với thiết bị bảo vệ Sau đó, cần kiểm tra các điều kiện như tổn thất điện áp và ổn định nhiệt để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho hệ thống.
Xác định kiểu đi dây tùy vào điều kiện cụ thể mà xác định cách đi dây là kiểu: hở, chôn dưới đất, âm trong tường, trên thang cáp…
Các bước lựa chọn dây dẫn như sau:
- Xác định mã chữ cái: dạng của mạch 1 pha, 3 pha… dạng lắp đặt
- Xác định hệ số K phản ánh các ảnh hưởng sau: số cáp trong rãnh cáp; nhiệt độ môi trường, cách lắp đặt
1.3.1 Trường hợp cáp không được chôn dưới đất
Các chữ các (B đến F) phụ thuộc vào dạng của dây và cách lắp đặt nó
Có nhiều phương pháp lắp đặt, nhưng những phương pháp tương tự sẽ được phân loại thành 4 nhóm dựa trên các điều kiện môi trường xung quanh, như trình bày trong bảng 1.5.
Bảng 1.5: Bảng tra mã chữ cái phụ thuộc vào dạng dây và cách lắp đặt
Dạng của dây Cách lắp đặt Chữ cái
Dây 1 lõi và nhiều lõi
- Dưới lớp nắp đúc, có thể lấy ra được hoặc không bề mặt đổ lớp vữa hoặc nắp bằng
- Dưới sàn nhà hoặc sau trần giả
- Trong rãnh hoặc ván lát chân tường
- Khung treo có bề mặt tiếp xúc với tường hoặc trần
- Trên những khay cáp không đục lỗ
Cáp có nhiều lõi - Thang cáp, khay có đục lỗ hoặc trên cong xom đỡ
- Cáp móc xích tiếp nối nhau
Với các mạch không chôn dưới đất, thì hệ số K thể hiện điều kiện lắp đặt được xác theo biểu thức: K=K1xK2xK2
Bảng 1.6 : Bảng tra hệ số K1 thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt
Mã chữ Cách lắp đặt Giá trị
Cáp đặt thẳng trong vật liệu cách điện chịu nhiệt 0,70 Ống dây đặt thẳng trong vật liệu cách điện chịu nhiệt 0,77
Hầm và mương cáp kín 0.95
Bảng 1.7: Bảng tra hệ số K2 thể hiện ảnh hưởng tương hỗ của hai mạch đặt kề nhau
Số lượng mạch hoặc cáp đa lõi
BC Lắp hoặc chôn trong tường
C Hàng đơn trên tường hoặc nền nhà, hoặc trên khay cáp không đục lỗ
Khi số hàng cáp nhiều hơn một, thì K2 cần được nhân với các hệ số như sau: 2 hàng : 0,80 ; 3 hàng : 0,73 ; 4 hoặc 5 hàng : 0,70
Bảng 1.8: Bảng tra hệ số K3 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện ( khi nhiệt độ môi trường khác 30 0 C)
Cao su/chất dẻo PVC Butyl polyethylene (XLPE), cao su có ethylene propylene
Chọn dây phải trên cơ sở phụ tải tính toán xác định dòng điện làm việc lớn nhất I’ Z , dây được chọn theo điều kiện như sau : I Z '
Trong đó: K là tích các hệ số hiệu chỉnh
I’Z (Ilvmax) là: Iđm cho một thiết bị và Itt cho nhóm thiết bị
Lưu ý: I’Z là dòng cưỡng bức (Icb) trong trường hợp tính cho thanh dẫn đầu ra cùa MBA trong trường hợp có hai MBA trên trạm
Bảng 1.9: Bảng giá trị tiết diện các loại dây không chôn dưới đất theo mã chữ cái, vật liệu, dạng cách điện và dòng điện I’ Z
Cách điện và số dây Cao su hoặc PVC Butyl hoặc XLPE hoặc EPR
Tiết diện cắt ngang dây đồng
Tiết diện cắt ngang dây nhôm
1.3.2 Trường hợp cáp được chôn dưới đất
Để xác định hệ số K trong trường hợp này, mã chữ cái liên quan đến cách lắp đặt không cần thiết Đối với mạch chôn trong đất, hệ số K được tính theo công thức K = K4 x K5 x K6 x K7, phản ánh các điều kiện lắp đặt cụ thể.
Hệ số K4 thể hiện ảnh hưởng của các lắp đặt được tra theo bảng 1.10
Bảng 1.10: Bảng tra hệ số K4 theo cách lắp đặt
Cách lắp đặt K4 Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rãnh đúc 0,8
Hệ số K5 phản ánh tác động của số dây đặt kề nhau, với điều kiện khoảng cách L giữa các dây nhỏ hơn hai lần đường kính của dây lớn nhất Thông tin chi tiết được trình bày trong bảng 1.11.
Bảng 1.11: Bảng tra hệ số K5 cho số dây trong hàng Định vị dây đặt kề nhau
Số mạch hoặc cáp nhiều lõi
Nếu cáp được đặt theo vài hàng, K5 được nhân với các giá trị sau : 2 hàng: 0,8 ; 3 hàng : 0,73 ; 4 hoặc 5 hàng : 0,7
Hệ số K6 thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp
Bảng 1.12: Bảng tra hệ số K6 theo tính chất của đất
Tính chất đất K6 Đất rất ướt (bảo hoà) 1,21 Đất ướt 1,13 Đất ẩm 1,05 Đất khô 1,0 Đất rất khô 0,86
Hiệu chỉnh nhiệt độ theo nhiệt độ chuẩn của quốc gia chế tạo dây K7
Trong đó: cp là nhiệt độ cho phép của dây; mt là nhiệt độ môi trường làm việc
0 là nhiệt độ chuẩn của môi trường chế tạo
Hệ số K7 tính đến ảnh hưởng của đất khác 20 o C, có thể chọn K7 theo bảng 1.13
Bảng 1.13: Bảng tra hệ số K7 phụ thuộc vào nhiệt độ của đất Cách điện
XLPE, EPR (cao su ethylen-propylene)
XLPE, EPR (cao su ethylen-propylene)
1.3.3 Lựa chọn dây trung tính (N)
SN = Spha: Cần lưu ý nếu có tải bất đối xứng vượt quá 10%, hoặc tải gây nóng hài, hoặc mạch có đèn phóng điện Đồng thời, đối với các mạch 1 pha, S pha phải lớn hơn 16mm² (Cu) và 25mm² (Al).
SN = 0.5Spha: cho các trường hợp còn lại, nhưng đối với dây trung tính thì phải có phương pháp bảo vệ phù hợp
Trong đó: SN là tiết diện dây trung tính (dây nguội), đơn vị là [mm 2 ]
Spha là tiết diện dây pha (dây nóng), đơn vị là [mm 2 ]
Lựa chọn các thiết bị bảo vệ
Thiết bị bảo vệ trong lưới hạ thế bao gồm các cầu dao (CB) và cầu chì, cần chú ý đến khả năng cắt ngắn mạch khi lựa chọn Việc phối hợp với dây dẫn là rất quan trọng để đảm bảo lưới hoạt động bình thường, bao gồm các chức năng đóng và cắt động cơ.
1.4.1 Lựa chọn cầu chì Điều kiện chọn cầu chì: U đmdc ≥ U đmlưới
Iđmdc ≥ I lvmax Trong đó: U đmdc : là điện áp định mức dây chì
Uđmlưới: là điện áp định mức của lưới điện
Iđmdc: là dòng định mức dây chì
Ilvmax: là dòng điện lớn nhất đi qua thiết bị
Khi sử dụng cầu chì chuyên dụng cho mạch động cơ (cầu chì ống aM), điều kiện chọn lựa dựa trên dòng điện là Iđmdc ≥ Ilvmax, mà không cần quan tâm đến dòng khởi động của động cơ.
Khi sử dụng cầu chì thường, cần kiểm tra khả năng tác động của cầu chì khi khởi động động cơ Cụ thể, điều kiện Itđ = αIđmdc > Ikđ phải được đảm bảo, trong đó Iđn là dòng điện đỉnh nhọn cho nhóm động cơ Thời gian kiểm tra nên từ 1s đến 10s theo đặc tuyến tác động hoặc theo công thức Iđmdc ≥ Ikđ.
α: phụ thuộc vào chế độ khởi động động cơ và đặc tuyến làm việc của cầu chì (với cầu chì liên xô thì α = 1,6 ÷ 2,5)
1.4.2 Lựa chọn CB (Circuit Breaker) Điều kiện chọn CB: Uđmtb ≥ Uđmlưới
Idm ≥ Ilvmax (dòng làm việc lớn nhất đi qua thiết bị)
Itđtu ≤ INmin (dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua)
Icắtđm ≥ INmax (dòng ngắn mạch lớn nhất đi qua)
Trong đó: I nhiệt là dòng tác động nhiệt của các thiết bị bảo vệ
K Bv là hệ số thễ hiện sự phối hợp bảo vệ với dây dẫn
I tđtừ là dòng tác động tức thời
I cắtđm là dòng cắt định mức của thiệt bị bảo vệ
Icp là dòng cho phép của dây sau khi đã hiệu chỉnh
Trong hệ thống cung cấp điện trung tính cách ly hoặc sơ đồ TT, dây trung tính (N) và dây bảo vệ (PE) hoạt động độc lập, dẫn đến các cầu chì (CB) không nhận được theo điều kiện I tđtu ≤ I Nmin Để đảm bảo an toàn, cần lắp đặt các thiết bị bổ sung như thiết bị chống dòng rò.
Khi lựa chọn cầu dao (CB) có dạng cài đặt cao, chẳng hạn như loại D, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu dòng khởi động lớn như đèn phóng điện, máy biến áp, máy X quang và máy hàn công nghiệp, thì việc kiểm tra khả năng tác động của CB khi động cơ khởi động là không cần thiết.
Nếu chọn các CB loại khác thì cần kiểm tra khả năng tác động của CB theo điều kiện: Itđtừ > Iđn (hoặc Ikđ cho một động cơ)
1.4.3 Phối hợp lựa chọn thiết bị bảo vệ với dây dẫn
Thiết bi bảo vệ cần phải phối hợp với dây mà nó bảo
- Với các mạch thường: để đảm bảo phối hợp dây dẫn và cầu chì cần tuân thủ điều kiện: I2 ≤ kqt I’cp
Trong đó: I 2 là dòng chảy cầu chì trong vòng 1giờ và bằng αIđmdc
Cầu chì gL lấy I2 = 1,3Iđmdc; cầu chì gG, gM: ấy I2 = (1,6 ÷1,9) Iđmdc; cầu chì Liên Xô (1,3-1,5) Iđmdc
I’ cp là dòng cho phép của dây sau khi đã hiệu chỉnh
Iđmdc là dòng định mức của dây chảy, trong khi kqt là hệ số quá tải ngắn hạn cho phép của dây dẫn trong thời gian không quá 1 giờ, thường được lấy là 1,45 tùy thuộc vào nhà sản xuất Để đảm bảo an toàn, điều kiện cần tuân thủ là Idm ≤ Kbv I’cp, trong đó Kbv được xác định bằng tỉ số kqt.
- Với cầu chì chuyên dụng cho mạch động cơ, chức năng bảo vệ quá tải do rơle nhiệt của khởi động từ đảm nhận
- Chọn CB cho các mạch thông thường thì: Inhiệt ≤ kqt.I’cp
Với: Inhiệt là dòng tác động nhiệt của CB bằng: K.Iđm Ir; Ir là dòng hiệu chỉnh của CB
K ; kqt là hệ số quá tải ngắn hạn cho phép của đường dây trong vòng 1h Một cách gần đúng thì K bv = 1, hay có thể xem I đmCB ≤ I’ cp
Chọn mạch động cơ có thể sử dụng cầu dao (CB) kết hợp với bộ tác động cắt tức thời, trong đó chức năng phối hợp với dây sẽ thuộc về rơle nhiệt của khởi động từ.
Tính và lựa chọn máy biến áp
1.5.1 Lựa chọn số lượng máy biến áp
Lựa chọn máy biến áp bao gồm lựa chọn số lượng, công suất, chủng loại, kiểu cách và các tính năng khác của máy biến áp
Số lượng máy biến áp đặt trong một trạm phụ thuộc vào độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải của trạm đó:
- Phụ tải loại một: là phụ tải quan trọng, không được phép mất điện thì phải đặt hai máy biến áp
- Phụ tải loại hai: như nhà máy, xí nghiệp sản xuất, công ty, siêu thị thường dùng 1 máy biến áp và một máy phát dự phòng
- Phụ tải loại ba: phụ tải ánh sáng sinh hoạt, khu chung cư, trường học, thôn xóm thường đặt một máy biến áp
1.5.2 Lựa chọn công suất máy biến áp
Khi lựa chọn dung lượng máy biến áp, cần chú ý đến khả năng quá tải thường xuyên Để đảm bảo hiệu quả, nên thực hiện theo các bước sau một cách lần lượt.
- Xác định đồ thị phụ tải của trạm
- Xác định hệ số K 1 , K2 theo các công suất đẳng trị (nhiệt)
- Xác định nhiệt độ đẳng trị môi trường t 0 đtmt
Việc sử dụng đường cong quá tải cho phép là rất quan trọng, đặc biệt là khi xem xét các tiêu chuẩn IEC liên quan đến biến áp Các đường cong quá tải của MBA Liên Xô và các quốc gia khác có sự khác biệt đáng kể, đặc biệt khi công suất biểu kiến S < 1000kVA hoặc nhiệt độ môi trường t0 ≥ 30°C Đồ thị 1.2 minh họa rõ ràng vùng quá tải và thời gian quá tải, giúp người sử dụng dễ dàng xác định các thông số an toàn cho thiết bị.
Để xác định các hệ số K1, K2, trước tiên cần phân tích đồ thị phụ tải và công suất định mức của máy biến áp (Sđm) nhằm xác định vùng quá tải, được thể hiện qua vùng gạch chéo trong đồ thị 1.1: a.
Việc xác định đẳng trị tương đương về mặt nhiệt dựa trên dòng điện, nhưng sử dụng công suất biểu kiến mang lại lợi ích hơn Do S tỉ lệ với I, công suất đẳng trị được tính theo công thức phù hợp.
Trong đó: ti là khoảng thời gian quá tải ở phân đoạn i thuộc vùng quá tải
Si là công suất phân đoạn i thuộc vùng quá tải (qt)
- Nếu S’2 ≤ 0,9Smax thì ta chọn S2 =0.9 Smax để đảm bảo tương đương về mặt nhiệt cần tính lại thời gian quá tải như sau :
- Nếu S’ 2 > 0,9S max thì chọn S 2 = S’ 2 ; t qt =t’ qt
Công thức để tính công suất đẳng trị S 1 cho vùng non tải được tính trong vòng
S i i t S S Đồ thị tương đương hai bậc có dạng như đồ thị 1.2: b
Từ đây ta tính: K1 = S1/Sđm ; K2 =S2/Sđm
Để xác định xem máy biến áp có phù hợp hay không, cần so sánh K2cp với K2 Nếu K2 ≤ K2cp, máy biến áp được chọn là phù hợp Ngược lại, nếu K2 > K2cp, cần lựa chọn máy biến áp có dung lượng phù hợp hơn.
Các biểu đồ a, c, e, h, k dành cho máy biến áp có công suất từ 1kVA đến 1000kVA
Các biểu đồ b, d, f, l được thiết kế cho máy biến áp có công suất từ 1000kVA đến 3200kVA Biểu đồ h và l tương ứng với nhiệt độ môi trường đẳng trị là 20°C, trong khi biểu đồ k áp dụng cho nhiệt độ 30°C.
Biểu đồ 1.1: Biểu đồ tra cứu về đường cong quá tải của MBA
Khi trạm có hai máy, cần chú ý đến khả năng quá tải của máy, được xác định theo tiêu chuẩn của từng hãng chế tạo Đối với máy của Liên Xô, khả năng quá tải là 40% khi điều kiện chịu tải trước đó không vượt quá 0.93, trong khi đó, các quốc gia khác có thể có mức nhỏ hơn.
- Nếu không có thông tin cụ thể có thể tiếp nhận 140% cho các máy Liên
Xô và 130% cho các máy của các hãng khác theo IEC Điều kiện để chọn máy biến áp: kqtsc ≥ S y/c
Với: S y/e là phụ tải yêu cầu của phân xưởng, nếu S y/e = Slt ( không bị cắt giảm điện theo điều kiện sự cố) thì: k qtsc SđmBA ≥ S tt
Hệ số k qtsc thể hiện mức độ quá tải sự cố của máy biến áp, và hình 1.3 minh họa khả năng quá tải của một số máy biến áp sản xuất tại Liên Xô.
Tính toán ngắn mạch và kiểm tra sụt áp
Mục đích của việc tính ngắn mạch là xác định khả năng cắt của thiết bị bảo vệ, kiểm tra ổn định nhiệt của dây, độ nhạy và độ bền điện động của thiết bị bảo vệ Để thực hiện, ta cần tuân theo các bước cụ thể.
* L ập sơ đồ đẳ ng tr ị :
Nguồn điện có thể được biểu diễn bằng điện áp 400V (380V) với tổng trở trong bằng 0 Khi lập sơ đồ thứ tự 0, cần chú ý đến cách đấu dây của biến áp nguồn.
Y/Y 0 : lấy x 0BA = 1 x 0BT = U 2 đmba /S đmba ; r 0 = r 1
Trong đó: U Nr là điện áp ngắn mạch (thành phần phản kháng)
- Nếu là dây trung tính hoặc PE thì điện trở thứ tự 0 sẽ lấy bằng 3 điện trở thứ tự thuận
- Nếu là dây dẫn có thể coi điện kháng thứ tự 0 bằng 2 lần điện kháng thứ tự thuận
Lưu ý: để đơn giản trong việc tính toán ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ lên điện trở
* Tính ng ắ n m ạ ch ba pha để ki ể m tra kh ả năng c ắ t c ủ a thi ế t b ị b ả o v ệ :
Dòng ngắn mạch của 3 pha được tính như sau: (3) 400
Để tính toán tổng trở ta cần sử dụng điện trở suất = 22,5m.mm 2 /m (Cu)
Nếu ngắn mạch ở gần động cơ lớn cần tính ảnh hưởng của động cơ theo biểu thức: (3) (3) 0, 9
Với: INOĐC là dòng ngắn mạch khi không tính đến động cơ:
Imm là dòng mở máy của động cơ
* Tính dòng ngắn mạch 1 pha (lưới trung tính nối đất với sơ đồ TN) để kiểm tra độ nhạy của thiết bị bảo vệ: (1)
là điện kháng thứ tự nghịch và cho bằng Z 1
, với tổng trở của dây được tính theo điện trở suất = 22,5m.mm 2 /m
1.6.2 Kiểm tra sụt áp cho phép
Kiểm tra độ sụt áp là nhằm kiểm tra chất lượng mạng điện được thiết kế Độ sụt áp cần thỏa: cp n i i i i i i R I U
Trong đó: P1 (Qi), Ii là công suất tác dụng (phản kháng) và dòng truyền trên phân đoạn i
Ri (Xi), cos i là điện trở (cảm kháng), hệ số công suất của phân đoạn i
N là số phân đoạn từ nguồn đến nới cần kiểm tra
Ucp là độ sụt áp cho phép (V)
- Ta chỉ cần tiến hành tính toán sụt áp cho những thiết bị nào có khoảng cách điện xa nhất và công suất lớn
- Có thể chọn những thiết bị có: S l
F max; S là công suất biểu kiến của thiết bị; l là chiều dài của dây đến thiết bị; F là tiết diện của dây.
Tính toán chiếu sáng
2.1.1 Khảo sát đối tượng chiếu sáng
Ta nghiên cứu đối tượng chiếu sáng theo các góc độ sau đây:
- Hình dạng, kích thước, các bề mặt, các hệ số phản xạ các bề mặt, màu sơn, đặc điểm và sự phân bố các đồ đạc, thiết bị…
- Mức độ bụi, ẩm, rung, ảnh hưởng của môi trường
- Các điều kiện về khả năng phân bố và giới hạn
- Đặc tính cung cấp điện (nguồn 3 pha, 1 pha)
- Đặc tính loại công việc của đối tượng chiếu sáng
- Mức độ yêu cầu công việc, lứa tuổi người sử dụng, các khả năng và điều kiện bảo trì…
2.1.2 Chọn lựa độ rọi theo yêu cầu Độ rọi (lux) là độ sáng trên bề mặt được chiếu sáng, độ rọi được chọn phải đảm bảo nhìn thấy rõ mọi chi tiết cần thiết mà mắt nhìn không bị mệt mỏi
Các giá trị độ rọi tiêu chuẩn trong thang độ rọi: 0.2; 0.3; 05; 1; 2; 3; 4; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000 lux
Khi lựa chọn giá trị độ rọi, cần dựa vào thang độ rọi đã được quy định, tránh việc chọn các giá trị ngoài thang này Ví dụ, bạn có thể chọn E = 200 lux hoặc E = 300 lux, nhưng không nên chọn E = 250 lux.
Việc chọn độ rọi theo yêu cầu phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Loại công việc, kích thước các vật, sự sai biệt của vật và hậu cảnh
- Mức độ căng thẳng của công việc
- Lứa tuổi người sử dụng
- Hệ chiếu sang, loại nguồn sáng lựa chọn
Các giá trị độ rọi yêu cầu trên bề mặt làm việc đối với đèn phóng điện như huỳnh quang, thủy ngân cao áp, halogen kim loại, natri cao áp và natri hạ áp được nêu trong Bảng 2.1 Đối với đèn nung, giá trị độ rọi yêu cầu thường được chọn thấp hơn một bậc so với các loại đèn phóng điện.
Bảng 2.1: Bảng tra một số giá trị độ rọi yêu cầu trên bề mặt làm việc Đối tượng E tc (lux) Đối tượng E tc (lux)
Hành chính: đánh máy, máy tính, phòng vẽ, thiết kế… 200 ÷ 500 Trường học: phòng học, giảng đường, thí nghiệm, thư viện… 200 ÷ 500 Phân xưởng cơ khí 200 ÷ 750 Xí nghiệp may mặc 300 ÷ 1000
Công nghiệp (CN) điện 150 ÷ 700 CN thực phẩm 100 ÷ 500
Xưởng đúc 100 ÷500 CN hóa học 100 ÷ 1000
CN thủy tinh, đồ gốm 100 ÷ 500 CN đồng thép 100 ÷ 500
CN dệt 100 ÷ 1000 Nhà máy và xưởng gỗ 150 ÷ 700
Thường có hai hệ chiếu sáng:
Hệ chiếu sáng chung không chỉ cung cấp ánh sáng cho bề mặt làm việc mà còn chiếu sáng toàn bộ không gian trong phòng Đèn được lắp đặt ở độ cao lớn so với sàn, đảm bảo sự phân bố ánh sáng đồng đều Hệ thống này bao gồm hai phương thức lắp đặt đèn: chiếu sáng chung đều và chiếu sáng theo khu vực.
Trong hệ thống chiếu sáng đồng nhất, các đèn trong một dãy và khoảng cách giữa các dây được bố trí đều đặn, nhằm đảm bảo điều kiện chiếu sáng đồng đều ở mọi vị trí.
Khi cần bổ sung hệ thống chiếu sáng cho khu vực làm việc, việc lựa chọn đèn chiếu sáng phù hợp là rất quan trọng, đặc biệt khi không gian bị hạn chế Các đèn được chọn cần có hướng phân bố quang thông tối ưu để giảm thiểu bóng tối trên bề mặt do sự sắp xếp của các đồ vật gần nhau.
Hệ chiếu sáng hỗn hợp bao gồm đèn chiếu sáng chung và đèn chiếu sáng trực tiếp tại nơi làm việc, giúp nâng cao độ rọi khi cần thiết Việc lựa chọn hệ chiếu sáng phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Yêu cầu của đối tượng chiếu sáng
- Đặc điểm, cấu trúc căn nhà và sự phân bố của thiết bị
- Tính khả thi, tiêu chí kinh tế-kỹ thuật, điều kiện bảo trì
Vi ệ c l ự a ch ọ n ngu ồ n chi ế u sáng ph ụ thu ộ c vào nhiêu y ế u t ố như:
- Nhiệt độ màu của nguồn sáng theo biểu đồ Kruithof
- Các tính năng của nguồn sáng: đặc tính điện (điện áp, công suất), kích thước, hình dạng bóng đèn, đặc tính ánh sáng, màu sắc, tuổi thọ đèn
- Mức độ sử dụng (liên tục hay gián đoạn); nhiệt độ môi trường, điều kiện kinh tế…
Chọn nhiệt độ màu T m theo biểu đồ Kurithof (Bảng 2.2) giúp lựa chọn bóng đèn phù hợp với độ rọi cần thiết trong môi trường tiện nghi Ví dụ, ứng dụng này có thể được sử dụng để tối ưu hóa ánh sáng trong các không gian sống và làm việc.
Etc = 200 lux, khoảng cho phép của nhiệt độ màu nằm trong khoảng Tm 2800 + 3800 °K, chúng ta sẽ lựa chọn bóng đèn có nhiệt đọ nằm trong khoảng cho phép đó
Bảng 2.2: Bảng giá trị của Kruithof về sự tương ứng giữa nhiệt độ màu với môi trường
Chỉ số màu Ra phản ánh sự thay đổi màu sắc của một vật thể khi chiếu các loại đèn khác nhau lên nó Sự biến đổi này xuất phát từ phổ phát xạ khác nhau của các bóng đèn, được đo lường qua độ sai lệch màu và gán cho chỉ số màu Ra.
R a < 50: các màu vật được bị chiếu hoàn toàn thay đổi
Ra < 70: sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu thứ yếu
70 < Ra 80: sử dụng những nơi đòi hỏi sự thể hiện màu rất quan trọng
Vi ệ c ch ọ n b ộ đèn dự a trên các y ế u t ố sau
- Tính chất môi trường xung quanh
- Các yêu cầu về sự phân bố ánh sáng, sự giảm chói
- Các cấp bộ đèn đã được phân chia theo tiêu chuẩn IEC; Kinh tế
Căn cứ vào các yêu cầu trên ta trọn bộ đèn theo bảng 2.3
Bảng 2.3: Bảng tra thông số của một vài loại đèn
Loại Công suất Cấp hiệu suất L dọcmax L ngangmax Ứng dụng
Hành chính, trường học, nơi công cộng, tòa nhà cao
Hành chính, trường học, nơi công cộng, tòa nhà cao
Công nghiệp (phần xưởng, kho, lắp ráp ), thể thao, những nơi khác (giao thông, trần giả…)
Công nghiệp (phần xưởng, kho, lắp ráp ), thể thao, những nơi khác (giao thông, trần giả…)EBP standard 1x36 0,63H+0,15T 1,8h tt 2,3h tt Những nơi ẩm ướt, bụi
Chiếu sáng lối đi, những nơi có độ cao lớn, trong nhà và ngoài trời
Phòng thí nghiệm, phân xưởng, bếp, nơi ẩm ướt, bụi…
RI (đèn TNCA) chóa nhôm
Công nghiệp (phần xưởng, kho, lắp ráp…), tòa nhà cao…
RI (đèn TNCA) chóa sơn
RI (đèn Natri) chóa nhôm
Những nơi có độ cao lớn, phân xưởng, kho, sân bãi…
RI (đèn Natri) chóa sơn
Ví d ụ 1: Bộ đèn Aresa 202, công suất 2×36, cấp hiệu suất 0.58H+0.31T,
Bộ đèn Aresa có các thông số kỹ thuật quan trọng như hiệu suất trực tiếp ηd đạt 0.58 và hiệu suất gián tiếp ηi là 0.31 Mỗi bộ đèn bao gồm 2 chiếc, với khoảng cách tối đa cho phép giữa các đèn trong một dãy là Ldọcmax = 1.6htt và khoảng cách tối đa giữa các dãy đèn là Lngangmax = 2htt.
Ví d ụ 2: Bộ đèn RI-GT, công suất 1x36, cấp hiệu suất 0.81E, Ldọcmax = 1,6htt,
L ngang tối đa cho phép giữa các đèn trong một dãy là 1.85h tt, với hiệu suất trực tiếp η d = 0.58 và hiệu suất gián tiếp ηi = 0 Khoảng cách tối đa giữa các dãy đèn là L dọc max = 1.6h tt.
2.1.6 Lựa chọn chiều cao treo đèn
Tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng, loại công việc, loại bóng đèn, mức độ giảm chói và bề mặt làm việc, chúng ta có thể phân bố đèn sát trần hoặc cách trần một khoảng nhất định Chiều cao bề mặt làm việc có thể từ 0,8m so với mặt sàn hoặc ngay trên sàn, tùy thuộc vào công việc cụ thể Do đó, độ cao treo đèn so với bề mặt làm việc được tính bằng công thức: h tt = H – h’ – 0,8.
Chiều cao lắp đặt đèn huỳnh quang không nên vượt quá 4m để đảm bảo độ sáng đủ cho bề mặt làm việc Đối với các loại đèn như đèn thủy ngân cao áp và đèn halogen kim loại, nên treo ở độ cao từ 5m trở lên để giảm thiểu hiện tượng chói mắt.
2.1.7 Xác định các thông số kỹ thuật ánh sáng
Tính ch ỉ s ố địa điể m: đặc trưng cho kích thươc hình học của địa điểm
Với: a, b là chiều dài và rộng của căn phòng; htt là chiều cao h tính toán
Tính hệ số bù là một bước quan trọng trong việc lựa chọn giá trị phù hợp cho hệ thống chiếu sáng Người dùng có thể tham khảo bảng 2.4 để chọn hệ số bù dựa trên loại đèn và mức độ bụi trong môi trường Ngoài ra, có thể tính toán hệ số bù theo công thức: D 1 2.
- Chọn hệ số suy giảm quang thông 1 tùy theo loại bóng đèn
- Chọn hệ số suy giảm quang thông 2: tùy theo mức độ bụi, bẩn, loại khí hậu, mức độ kín các bộ đèn
Bảng 2.4: Bảng tra hệ số bù D
Mức độ bụi Đèn nung sáng Huỳnh quang
Với h’ là chiều cao từ bề mặt đèn đến trần
Xác định hệ số sử dụng:
Dựa trên các thông số như loại bộ đèn, tỷ số địa điểm, và hệ số phản xạ của trần, tường, sàn, chúng ta có thể tra cứu giá trị hệ số sử dụng từ các nhà chế tạo đã cung cấp.
Tính toán bù hệ số công suất (Cos)
Hiện nay, các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng điện năng sản xuất, do đó việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng trong các xí nghiệp trở nên vô cùng quan trọng Mạng điện trong xí nghiệp thường sử dụng điện áp thấp và có đường dây phân phối dài, dẫn đến tổn thất điện năng lớn Vì vậy, thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong xí nghiệp là cần thiết để giảm thiểu lãng phí và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
2.2.1 Định nghĩa về hệ số công suất (Cos)
* H ệ số công suất tức thời:
Hệ số tức thời là giá trị đo được tại một thời điểm cụ thể, thường sử dụng thiết bị đo Cos hoặc các dụng cụ đo công suất, điện áp và dòng điện.
Phụ tải thường xuyên thay đổi dẫn đến hệ số cos tức thời cũng biến động theo thời gian Do đó, hệ số cos tức thời không được áp dụng trong các phương pháp bù hệ số cos.
Hệ số công suất trung bình là giá trị Cos trung bình trong một khoảng thời gian cụ thể, như một ca làm việc, một ngày đêm hoặc một tháng Hệ số này được sử dụng để đánh giá khả năng tiết kiệm điện và tính hợp lý trong hoạt động của các xí nghiệp và cơ sở sản xuất.
Hệ số công suất tự nhiên là một chỉ số quan trọng, thể hiện hệ số Cos trung bình trong suốt năm khi không có thiết bị bù Hệ số này được sử dụng làm cơ sở để tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng.
2.2.2 Bù hệ số công suất (Cos)
Để nâng cao hệ số công suất (Cos), có hai nhóm chính: nhóm đầu tiên là các biện pháp tự nhiên không sử dụng thiết bị bù, và nhóm thứ hai là các phương pháp sử dụng thiết bị bù để cải thiện hệ số Cos thông qua việc bù suất phản kháng.
Trong quá trình tính toán, việc lựa chọn các biện pháp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế cao là rất quan trọng Chúng ta cần xem xét biện pháp nâng cao hệ số công suất Cosφ để đạt được hệ số Cos tự nhiên tối ưu.
Nâng cao hệ số công suất Cos tự nhiên là việc tìm kiếm các biện pháp nhằm giảm thiểu tiêu thụ công suất phản kháng Q của thiết bị điện Điều này có thể đạt được thông qua việc áp dụng các công nghệ tiên tiến và sử dụng hợp lý các thiết bị điện.
2.2.3 Các biện pháp thay đổi hệ số công suất (Cos)
* C ải tiến quy tr ình công ngh ệ:
Cải tiến quy trình công nghệ là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất làm việc của các thiết bị điện Việc sắp xếp quy trình một cách hợp lý và hiệu quả dựa trên các điều kiện cụ thể sẽ giúp nâng cao hiệu suất và đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử dụng.
Giảm thiểu tác động và loại bỏ các nguyên công thừa, cùng với việc áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến, giúp tiết kiệm điện năng và giảm lượng điện tiêu thụ cho mỗi đơn vị sản phẩm.
Trong các xưởng cơ khí, máy nén khí tiêu thụ khoảng 30-40% điện năng của toàn nhà máy Do đó, việc thiết lập chế độ vận hành hợp lý cho máy nén khí rất quan trọng trong việc tiết kiệm điện Theo kinh nghiệm, khi phụ tải của máy nén khí gần đạt kpt = 1, điện năng tiêu hao cho mỗi đơn vị sản phẩm sẽ giảm đến mức tối thiểu Vì vậy, máy nén khí cần được vận hành với công suất tối đa để đạt hiệu quả tiết kiệm năng lượng tốt nhất.
* Thay đổi phụ tải (động cơ)
Biện pháp này thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn Ta tính theo biểu thức sau:
Động cơ làm việc non tải có hệ số công suất (Cos) thấp, ví dụ, với Cos = 0,8 thì kpt = 1, còn khi kpt = 0,5 thì Cos chỉ đạt 0,65 Thay thế động cơ non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn sẽ giúp tăng hệ số kpt và cải thiện Cos Để việc thay thế động cơ có lợi, cần giảm tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống và động cơ Các tính toán cho thấy rằng việc này là khả thi.
- k pt < 0,45 thì việc thay thế mới có lợi
Khi giá trị k pt nằm trong khoảng 0,45 đến 0,7, việc xác định tính khả thi của việc thay thế động cơ cần phải dựa trên so sánh kinh tế và kỹ thuật Điều kiện kỹ thuật cần đảm bảo cho việc thay thế động cơ bao gồm: nhiệt độ của động cơ phải thấp hơn mức nhiệt cho phép, cùng với việc đáp ứng các yêu cầu về mở máy và điều kiện làm việc của động cơ.
* Gi ảm điện áp đặt v ào động cơ làm việc non tải
Biện pháp này được áp dụng khi không thể thay thế động cơ Thực tế, để giảm điện áp cho các động cơ không đồng bộ hoạt động non tải, người ta thường sử dụng một số biện pháp hiệu quả.
- Đổi dây quấn từ nối dây hình tam giác sang nối dây quấn hình sao
- Thay đổi các phân nhóm của dây quấn stato
- Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ điện áp của mạng phân xưởng
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ không đồng bộ
Các nhà máy và phân xưởng sản xuất thường sử dụng động cơ có công suất lớn mà không cần điều chỉnh tốc độ, như máy bơm và máy quạt Trong trường hợp này, động cơ đồng bộ là lựa chọn lý tưởng nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
Tính toán nối đất bảo vệ
HTCCĐ có vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng, đặc biệt là khi hoạt động trên diện tích rộng và có nhiều người làm việc với thiết bị điện Những nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn điện giật bao gồm cách điện bị chọc thủng và việc không tuân thủ quy tắc an toàn của người vận hành Do đó, việc áp dụng các biện pháp an toàn là cần thiết, trong đó nối đất bảo vệ cho các thiết bị điện là một phương pháp hiệu quả và tương đối đơn giản.
- Điện trở dây nối từ vỏ thiết bị đến hệ thống cọc tiếp địa (cọc nối đất) chôn sâu dưới mặt đất
- Điện trở cọc tiếp địa (cọc nối đất)
- Điện trở của đất với dòng điện đi vào trong đất (gọi là điện trở phân tán của đất)
Điện trở phân tán là thành phần quan trọng nhất trong ba thành phần của điện trở nối đất, và nó phụ thuộc vào đặc tính của từng loại đất Do đó, điện trở nối đất không chỉ phụ thuộc vào điện trở của đất mà còn liên quan đến kết cấu, độ ẩm, độ nén và các muối khoáng có trong đất, tức là phụ thuộc vào điện trở suất của đất.
2.3.2 Điện trở suất của đất Điện trở suất của đất là điện trở của 1cm 3 đất, có tiết diện của 1cm 2 với chiều cao 1cm Điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ ẩm, nhiệt độ, lượng axit, kiềm các muối khoán trong đất
2.3.3 Các dạng nối đất bảo vệ
- Nối đất trung tính nguồn (N): nối điểm trung tính của nguồn điện với đất để tạo ra HTCCĐ có trung tính nguồn nối đất (nối đất cho MBA nguồn)
Để giảm thiểu tác hại từ sự cố ngắn mạch một pha trong hệ thống ba pha có trung tính nguồn nối đất, việc thực hiện nối đất lặp lại là rất cần thiết Điều này đặc biệt quan trọng khi dây trung tính ở cuối đường dây dài hơn 200m hoặc tại điểm đầu của các nhánh đường dây.
Nối đất bảo vệ là quá trình kết nối các bộ phận kim loại của thiết bị không mang điện với mặt đất nhằm ngăn ngừa tai nạn điện Việc này giúp giảm thiểu rủi ro khi có sự cố ngắn mạch hoặc khi có điện áp cảm ứng từ các phần mang điện tác động lên vỏ kim loại của thiết bị điện.
Hiện nay, việc áp dụng hệ thống nối đất bảo vệ (nối không) trong các thiết bị điện trong mạng trung tính nối đất làm việc trở nên phổ biến tại các phân xưởng, xí nghiệp, nhà máy và công trường Để đảm bảo hiệu quả cao nhất cho hệ thống nối đất, cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
* Đảm bảo điện trở hệ thống đủ nhỏ:
Hệ thống nối đất đảm bảo trị số điện trở nối đất đủ nhỏ theo yêu cầu đối với hệ thống của nguồn điện
- Điện áp lưới 1000V thì Rđ cp 4
- Điện áp lưới >1000V thì Rđ cp 2 0,5
* Đảm bảo cân bằng thế tốt:
Chất lượng hệ thống nối đất cần đảm bảo điện chạm và điện áp bước ở mức an toàn trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Để đạt được điều này, cần bố trí điện cực cân bằng thế hoặc thêm điện cực tại các lối đi lại, đồng thời liên kết toàn bộ các cấu trúc kim loại xung quanh khu vực lắp đặt thiết bị điện trong hệ thống nối dây.
* Đảm bảo độ bền cơ, l ý hóa:
Để đảm bảo độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn của hệ thống nối đất, cần tính toán và chọn kích thước cũng như loại điện cực phù hợp với điều kiện thực tế của vị trí nối đất Các mối nối liên kết trong hệ thống phải đảm bảo chất lượng, nếu sử dụng hàn thì phải thực hiện đúng quy cách, còn nếu dùng bulông thì cũng cần tuân thủ quy định Ngoài ra, các bộ phận trong hệ thống cần được sơn chống gỉ để tăng cường độ bền.
* Tính ổn định v à tinh c ậy cao:
Hệ thống nối đất phải làm việc ổn định, tin cậy và kinh tế
Việc tính toán hệ thống nối đất phải phù hợp, khi thi công phải theo quy định mà các quy trình, quy phạm đề ra
* Các hình th ức bố trí nối đất: thường hệ thống nối đất được bố trí thành một mạch vòng kín là tốt nhất (sơ đồ 2.1)
Sơ đồ 2.1: Sơ đồ về hệ thống tiếp địa thành mạch kín
Trong trường hợp không thể thiết lập vị trí nối đất tập trung, có thể áp dụng phương án nối đất hình tia Tuy nhiên, cần đảm bảo rằng giá trị điện trở nối đất vẫn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết (sơ đồ 2.2).
Sơ đồ 2.2: Sơ đồ về hệ thống tiếp địa thành mạch hình tia
2.3.4 Phương pháp tính toán hệ thống nối đất
Phương pháp này được sử dụng để tính toán hệ thống nối đất trung tính của nguồn máy biến áp và hệ thống nối đất bảo vệ Có hai loại phương pháp nối đất chính là nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo.
* N ối đất tự nhi ên:
Nối đất tự nhiên là quá trình sử dụng các ống dẫn nước hoặc ống kim loại đặt trong lòng đất để tạo ra hệ thống nối đất an toàn Các thành phần này bao gồm các kết cấu kim loại của công trình xây dựng và vỏ bọc kim loại của cáp, loại trừ các ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy.
Trong một số trường hợp không có các điều kiện để thực hiện được nối đất tự nhiên thì phải sử dụng phương pháp nối đất nhân tạo
Nối đất nhân tạo thường sử dụng cọc thép, thanh thép hoặc thép góc dài từ 2m đến 3m, được đóng sâu xuống lòng đất với phần đầu cọc cách mặt đất từ 0,5m đến 0,7m Để chống ăn mòn kim loại, nên chọn các ống thép, thanh cái dẹp hoặc thép góc có chiều dày tối thiểu 4mm.
Việc nối đất tự nhiên thường không đảm bảo đầy đủ các quy định về điện trở nối đất, do đó, chúng ta thường áp dụng phương pháp nối đất nhân tạo hoặc kết hợp cả hai phương pháp để đạt hiệu quả tốt hơn.
* Trình t ự tính toán nối đất :
Bước 1: Xác định điện trở nối đất cho phép (Rđcp)của hệ thống cần nối đất bảo vệ.
Bước 2: Xác định điện trở của nối đất có tính đến sự ảnh hưởng của các yếu tố khác (tra bảng 2.8 và bảng 2.9) theo biểu thức sau: đtt đ
Trong đó: đ là điện trở suất của đất (vùng chôn cọc nối đất) là hệ số thời tiết
Bảng 2.8: Bảng tra hệ số thời tiết tiêu biểu
Kiểu nối đất Độ chôn sâu của hệ thống nối đất
Hệ số thời tiết Ghi chú
Thanh nằm ngang 0,8÷1 1,25÷1,45 Số nhỏ mùa khô
Cọc thẳng đứng 0,8 1,2÷1,4 Số lớn mùa mưa
Bảng 2.9: Bảng giá trị điện trở suất của một số loại đất phổ biến
Loại đất Giá trị điện trở suất 10 4 (.cm)
Cát pha 3 Đất cát 0.6 Đất đen 1,0÷1,5 Đất sét cát 1 Đất mùn 0,4
Bước 3: Chọn loại nối đất và kiểu liên kết các cọc nối đất để tính điện trở nối đất cần thiết thông qua bảng 2.10
Bảng 2.10: Bảng tra cách tính điện trở nối đất
Loại cọc Cách bố trí Công thức tính Ghi chú
Cọc tròn đóng sâu dưới đất R= + đ : Điện trở suất tính toán
Thép L đóng sâu trong đất R= +
: Điện trở suất tính toán
Bước 4: Xác định số cọc lý thuyết: = đ đ
Trong đó: R đ là điện trở nối đất
R đcp là điện trở nối đất cho phép
Tùy thuộc vào cách bố trí các cọc tiếp địa, chúng ta xác định chu vi khu vực đặt cọc Sau đó, cần phân bố và xác định khoảng cách giữa các cọc tiếp địa dựa trên công thức a tt.
Trong đó: L là tổng chiều dài phân bố cọc tiếp địa
A: Khoảng cách giữa hai cọc
Từ đó ta xác định được tỷ số a/l (l là chiều dài cọc tiếp địa), thường ta chọn tỷ số a/l=1 hoặc =2
Bước 5: Tính toán các cọc thực tế cần sử dụng theo biểu thức: = đ đ
Với tt là hệ số sử dụng ứng với số cọc vừa tính, tra bảng 2.11
Bảng 2.11: Bảng tra hệ số tt
Tỷ lệ Đặt các cọc theo hàng Đặt các cọc thành mạch vòng kín
Số cọc lý thuyết tt Số cọc lý thuyết tt
Bước 6: Tính toán chiều dài và độ chôn sâu của thanh ngang liên kết các cọc đất thành hệ thống hoàn chỉnh Chiều dài của thanh nối được xác định là L = l, trong khi độ chôn sâu của thanh nối được tính bằng công thức h = h + ⁄2.
Bước 7: Tính điện trở của thanh nối: tra bảng 2.10, ta tính được điện trở của thanh nối ngang theo biểu thức sau: = ln
Bước 8: Tính điện trở nối đất tổng thể của các cọc và thanh nối là:
Trong đó: là điện trở nối đất của thanh nối ngang
So sánh điện trở nối đất cho phép nếu: < thì thỏa mãn điểu kiện Nếu > thì ta phải tính toán lại
* Ki ểm tra h ệ thống nối đất sau tính toán :
Sau khi tính toán hệ thống nối đất xong, ta tiến hành thử nghiệm và kiểm tra điện trở yêu cầu cần thiết cua hệ thống nối đất
Tính toán chống sét
Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây với đất mang điện tích khác nhau
Sét có năng lượng cực lớn với điện áp từ 25KV đến 30KV, dòng điện đạt 50KA đến 100kA và nhiệt độ lên tới 10.000 độ C, kéo dài trong thời gian ngắn từ 20µs đến 30µs, gây nguy hiểm cho con người và thiết bị Do đó, các công trình xây dựng và hệ thống cung cấp điện cần được trang bị thiết bị bảo vệ chống sét đánh.
Thiết bị chống sét là giải pháp hiệu quả để bảo vệ các thiết bị điện khỏi quá điện áp do sét đánh Bằng cách được lắp đặt song song với các thiết bị khác, nó hoạt động ngay khi có hiện tượng quá điện áp, giúp giảm thiểu điện áp tác động lên thiết bị và ngăn ngừa những rủi ro có thể xảy ra.
* Ch ống sét đánh trực ti ếp :
- Sử dụng kim chống sét: để thu dòng điện sét, sau đó nhanh chóng dẫn dòng điện xuống đất
- Sử dụng lưới chống sét: thu dòng điện bằng hệ thống nhiều kim thu sét lập thành lưới rồi dẫn dòng điện xuống đất
Để bảo vệ hệ thống điện, cần sử dụng đường dây chống sét, được đặt song song với đường dây tải điện hoặc một đường dây thu sét, nhằm dẫn dòng điện xuống đất một cách an toàn.
* Ch ống sét lan truyền từ đường dây v ào tr ạm biến áp :
Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét cơ bản nhất, bao gồm hai điện cực Một điện cực được kết nối với dây dẫn điện, trong khi điện cực còn lại được nối với hệ thống nối đất chống sét.
- Ưu điểm: Chi phí cho hệ thống này đơn giản, ít tiền
Một nhược điểm đáng lưu ý là do thiết bị không được trang bị hệ thống dập hồ quang, nên khi xảy ra hiện tượng phóng điện, dòng điện và áp suất có thể tăng lên rất cao Điều này dễ dẫn đến việc xuất hiện ngắn mạch tạm thời, gây ra khả năng tác động nhầm cho các rơle bảo vệ.
Hình 2.6: Hình mô tả về khe hở phóng điện
Chống sét ống bao gồm hai khe hở phóng điện S1 và S2 Khe hở S1 được đặt trong một ống làm từ vật liệu sinh khí (fbro bakelit) Khi xảy ra hiện tượng quá điện áp, cả hai khe hở sẽ phóng điện, giúp dẫn dòng điện sét an toàn xuống đất.
- Ưu điểm: hiệu quả hơn khe hở phóng điện
- Nhược điểm: khả năng dập hồ quang còn hạn chế
Hình 2.7: Hình mô tả về chống sét ống
Chống sét van bao gồm hai thành phần chính: khe hở phóng điện và điện trở làm việc Khe hở phóng điện là một chuỗi các khe hở, trong khi điện trở phóng điện là loại điện trở phi tuyến được chế tạo từ chất vilit với đặc tính đặc biệt Khi điện áp tăng, điện trở giảm, giúp tăng khả năng dẫn điện; ngược lại, khi điện áp trở lại mức bình thường, điện trở tăng để đảm bảo khả năng cách điện.
- Ưu điểm: có khả năng dập hồ quang, nâng cao độ tin cậy và an toàn trong quá trình vận hành
- Nhược điểm: giá thành cao
Hình 2.8: Hình mô tả về chồng sét van
Sơ đồ 2.3: Sơ đồ mô tả về chồng sét cho trạm điện
Để bảo vệ trạm biến áp khỏi hiện tượng quá điện áp, việc lắp đặt hệ thống chống sét là rất quan trọng Cần phối hợp chặt chẽ với cách điện của trạm để đảm bảo hiệu quả bảo vệ Hệ thống nối đất chống sét cho trạm cần tuân thủ các quy định nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
- Với TBA có trung tính nối đất trực tiếp, điện áp ≥ 110KV: ≤ 0,5Ω
- Với TBA có trung tính nối đất trực tiếp, điện áp ≤ 110KV: ≤ 0,4Ω
- Với TBA có công suất nhỏ: ≤ 10Ω
- Với các công trình xây dựng công ngiệp và dân dụng: ≤ 4 ÷ 10Ω
Hệ thống chống sét gồm 3 thành phần chính: kim thu sét, dây dòng sét, cọc tiêu tán năng lượng sét
Cọc tiêu tán năng lượng sét là hệ thống cọc riêng biệt, không được sử dụng chung với hệ thống nối đất cung cấp điện Để tránh hiện tượng nhiễm điện trong quá trình quá độ của dòng điện sét, cần lắp đặt thiết bị đẳng thế nối chung giữa hai hệ thống này Khi đặt hai hệ thống trong cùng một khu vực, khoảng cách tối thiểu giữa chúng phải từ 5m trở lên.
* Điện trở chống sét ti êu chu ẩn:
Dây dẫn sét thường được làm bằng kim loại với đường kính từ 10mm đến 20mm, được lắp đặt theo đường ngắn nhất giữa kim thu sét và bộ phận nối đất Dây dẫn này có thể kết nối thành mạng lưới từ các kim thu sét xuống hệ thống cọc Mỗi đoạn dây không được dài quá 50m và cần được định vị chắc chắn vào kết cấu khung của thiết bị được bảo vệ.
Bộ phận nối đất bao gồm nhiều thành phần và thanh nối đất được kết nối với nhau, được đặt cách móng công trình từ 3m đến 5m Đối với khu dân cư và khu trại chăn nuôi gia súc, cần đảm bảo khoảng cách tối thiểu từ 10m để tránh hiện tượng điện áp bước khi có sự cố xảy ra.
2.4.2 Phạm vi bảo vệ của kim thu sét
* Tính toán theo lý thuy ết:
Khoảng không gian bảo vệ gần kim thu sét là khu vực mà vật thể được bảo vệ ít có khả năng bị sét đánh Trong các phân xưởng sản xuất, hệ thống kim thu sét thường được bố trí theo dãy và theo hàng, sử dụng nhiều kim có chiều cao không quá 30m, liên kết với nhau để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế, đồng thời phù hợp với không gian cho phép của các phân xưởng.
Phạm vi hoạt động của kim thu sét được mô tả bằng hình nón cong xoay tròn, với tiết diện ngang là hình nón tại độ cao h x và bán kính Rx Giá trị bán kính Rx có thể được xác định theo các thông số kỹ thuật cụ thể trong hình 2.9.
Hình 2.9: Hình mô tả các thông số trong pham vi bảo vệ của một kim chống sét
- Nếu hx/h ≤ 2/3 thì bán kính của đường tròn Rx được tính theo biểu thức sau đây: R x = 1, 5 [1 ]
- Nếu hx/h > 2/3 thì bán kính của đường tròn Rx được tính theo biểu thức sau đây: Rx = 0, 75 [1 h x ] h P
Trong đó: P là hệ số với h ≤ 30m thì P = 1
Ta có thể xác định bán kính của đường tròn Rx theo công thức gần đúng của Liên Xô như sau: Rx = 1, 6 a x h h
Chiều cao của đối tượng được bảo vệ trong vùng bảo vệ của kim thu sét được ký hiệu là h x Chiều cao hiệu dụng của kim thu sét được tính bằng công thức h a = h - h x, trong đó h là chiều cao tương đối của kim thu sét.
Xác định bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở cao độ h x theo biểu thức sau:
Trong ví dụ 6, chúng ta thực hiện tính toán bảo vệ chống sét cho phân xưởng cơ khí với các thông số: chiều rộng 20m, chiều dài 40m, và chiều cao đỉnh mái 6m Kim chống sét được đặt ở độ cao 5.5m, với hệ thống 6 kim thu sét được bố trí thành vòng kín trên mái phân xưởng, như thể hiện trong hình 2.10.
Hình 2.10: Hình mặt đứng bố trí kim thu sét
Hình 2.11: Hình mặt bằng bố trí kim thu sét
