Tiếp nội dung phần 1, Sách tham khảo Kỹ thuật điện: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Máy điện đồng bộ; máy điện một chiều; thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạch điện; tính toán mạng điện hạ áp dân dụng;... Mời các bạn cùng tham khảo!
CHƯƠNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG 8.1.1 Định nghĩa Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rotor n với tốc độ quay từ trường n1 gọi máy điện đồng Máy điện đồng có dây quấn: dây quấn stator nối với lưới điện có tần số f khơng đổi, dây quấn rotor kích thích dịng điện chiều rotor sử dụng nguồn kích thích nam châm vĩnh cửu (trường hợp có dây quấn stator) Ở chế độ xác lập, máy điện đồng có tốc độ quay rotor ln khơng đổi tải thay đổi 8.1.2 Công dụng Máy điện đồng nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp turbin hơi, turbin khí turbin nước Cơng suất máy phát đạt đến 600 MVA lớn chúng thường làm việc song song Ở lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng kéo động diesel turbin khí, làm việc đơn lẻ hai ba máy làm việc song song Động đồng sử dụng truyền động cơng suất lớn, đạt đến vài chục MW Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động đồng sử dụng để truyền động máy bơm, nén khí, quạt gió,… với tốc độ khơng đổi Động đồng công suất nhỏ sử dụng thiết bị đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, thiết bị điện sinh hoạt,… Trong hệ thống điện, máy bù đồng dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất ổn định điện áp 8.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Cấu tạo máy điện đồng gồm hai phận stator rotor Trên Hình 8.1 vẽ mặt cắt ngang trục máy Hình 8.1 Trong đó: 1: thép stator; 2: dây quấn stator; 3: thép rotor; 4: dây quấn rotor 158 8.2.1 Stator Stator máy điện đồng giống stator máy điện không đồng bộ, gồm hai phận lõi thép stator dây quấn ba pha stator Dây quấn stator gọi dây quấn phần ứng Loại tốc độ chậm có chiều dài dọc trục ngắn; cịn loại tốc độ cao có chiều dài dọc trục lớn gấp nhiều lần đường kính Có hệ thống làm mát (bằng nước hay Hydro) 8.2.2 Rotor Rotor máy điện đồng có cực từ dây quấn kích từ dùng để tạo từ trường cho máy Đối với máy nhỏ, rotor nam châm vĩnh cửu Với máy lớn rotor cấp từ nguồn điện chiều Có hai loại: rotor cực ẩn rotor cực lồi Rotor cực lồi dùng máy có tốc độ thấp, có nhiều đơi cực (Hình 8.2) Hình 8.2 Rotor cực ẩn thường dùng máy có tốc độ cao, có hai đơi cực (Hình 8.3) Dùng cho máy phát tốc độ cao Vì tốc độ cao nên bị ảnh hưởng lực ly tâm, mà rotor đúc ngun khối có đường kính nhỏ Hình 8.3 8.2.3 Dây quấn kích từ Để có sức điện động sin, từ trường cực từ rotor phải phân bố hình sin dọc theo khe hở khơng khí stator rotor, đỉnh cực từ có từ cảm cực đại 159 Dây quấn kích từ quấn trục rotor, cung cấp điện chiều để tạo từ thông không đổi theo thời gian Dòng điện chiều lấy từ kích từ Đối với rotor cực ẩn, dây quấn kích từ đặt rãnh Đối với rotor cực lồi, dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vòng trượt (cổ góp) đặt đầu trục, thơng qua hai chổi điện (chổi than) để nối với nguồn kích từ (Hình 8.4) Nguồn kích từ lấy từ: Máy phát chiều; Dùng chỉnh lưu; Dùng chỉnh lưu xoay Cực từ xoay Trục xoay Chổi than Cổ góp Mạch kích từ Hình 8.4 8.3 NGUN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Xét máy phát điện đơn giản Hình 8.5 Khi quay rotor động sơ cấp, từ trường rotor cắt dây quấn phần ứng stator cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là: E0 = 4,44.f.N.k dq Φ0 (8.1) Trong đó: E0, N, kdq, 0 sức điện động pha, số vòng dây quấn pha, hệ số dây quấn, từ thơng cực từ rotor Hình 8.5 160 Nếu rotor có p đơi cực, rotor quay vịng, sức điện động phần ứng biến thiên p chu kỳ Do tần số f sức điện động là: f = p.n; n ( vòng⁄s ) (8.2) n( vòng⁄phút ) (8.3) Hoặc f = p.n ; 60 Vì pha lệch góc 1200 khơng gian nên sức điện động pha lệch góc pha 1200 EA = E0 √2sinωt EB = E0 √2sin(ωt − 1200 ) EC = E0 √2sin(ωt − 2400 ) Khi dây quấn stator nối với tải, dây quấn có dịng điện ba pha Giống máy điện khơng đồng bộ, dịng điện ba pha dây quấn tạo nên từ trường quay với tốc độ n1 = 60.f/p, tốc độ n rotor Do loại máy điện gọi máy điện đồng 8.4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Cho dịng kích từ Ik chạy vào dây quấn rotor khơng có dịng chạy stator (chế độ khơng tải) từ thơng cực từ rotor 0 cắt dây quấn stator cảm ứng sức điện động E0 chậm pha so với góc 900 Khi stator có tải, chúng sinh từ trường có 2p cực quay chiều tốc độ rotor, gọi từ trường phản ứng phần ứng Từ trường phần cảm từ trường phần ứng tổng hợp lại sinh từ thông tổng hợp kết phản ứng phần ứng sức điện động máy phụ thuộc vào góc lệch pha dịng ứng sức điện động khơng tải, tức hệ số công suất tải 8.4.1.1 Khi tải trở R (Hình 8.6) Hình 8.6 Khi trục cực kề đối diện với cạnh cuộn dây, sức điện động cảm ứng cuộn dây cực đại Vì dịng ứng pha với sức điện động nên cực đại 161 tạo từ thông xung quanh cuộn dây mà chiều cho mũi tên Từ thơng có hướng vng góc với từ thông cảm nên gọi từ thông phản ứng ngang Kết từ thông tổng hợp bị giảm sức điện động giảm theo 8.4.1.2 Khi tải cảm L (Hình 8.7) Hình 8.7 Dịng ứng chậm pha 900 so với sức điện động nên qua cực đại rotor quay thêm 900 điện Lúc trục cực Nam Roto trùng với trục cuộn dây Từ thơng phản ứng có đường ngược chiều với từ thông cảm nên gọi từ thông phản ứng dọc khử từ Kết từ thông tổng hợp bị giảm sức điện động giảm theo 8.4.1.3 Khi tải dung C (Hình 8.8) Hình 8.8 Dòng ứng sớm pha 900 so với sức điện động nên qua cực đại trước đó, tức lúc trục cực Bắc rotor trùng với trục cuộn dây Từ thơng phản ứng có đường chiều với từ thông cảm nên gọi từ thông phản ứng dọc trợ từ Kết từ thông tổng hợp tăng lên sức điện động tăng theo 8.4.1.4 Khi tải (R-L-C) Đây trường hợp thực tế, máy có từ trường phản ứng dọc ngang Kết tùy thuộc vào giá trị dấu của góc hệ số cơng suất tải 162 8.5 MƠ HÌNH TỐN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 8.5.1 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi Khi máy phát điện từ thông cực từ 0 gây sức điện động E0 dây quấn stator Khi máy có tải có dòng điện I điện áp U tải Ở máy cực lồi, khe hở dọc trục ngang trục khác nên ta phải phân tích ảnh hưởng phản ứng phần ứng theo hướng dọc trục ngang trục Từ trường phần ứng ngang trục tạo nên sức điện động ngang trục: Ėưq = − jİq X ưq Trong Xưq điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục Từ trường phần ứng dọc trục tạo nên sức điện động dọc trục Ėưd = -jİd Xưd , Xưd điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục Từ thông tản dây quấn stator đặc trưng điện kháng tản Xt không phụ thuộc hướng dọc trục ngang trục: Ėt = −jX t = − jİd X t − jİq X t Bỏ qua điện áp rơi dây quấn phần ứng IRư ta có phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi: U̇ = Ė0 − jİd X ưd − jİd X t − jİq X ưq − jİq X t (8.4) U̇ = Ė0 − jİd (X ưd + X t ) − jİq (X ưq + X t ) (8.5) Gọi Xưd + Xt = Xd điện kháng đồng dọc trục; Xưq + Xt = Xq điện kháng đồng ngang trục, ta viết lại phương trình 8.5 sau: U̇ = Ė0 − jİd X d − jİq X q (8.6) Phương trình 8.6 tương ứng với đồ thị vector máy phát đồng cực lồi Hình 8.9 Ė jİd Xd jİq Xq U̇ 𝜃 İq İ 𝜑 𝜓 İd Hình 8.9 Từ phương trình điện áp đồ thị vector ta thấy góc lệch pha điện áp U sức điện động E0 tải định 163 8.5.2 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực ẩn Đối với máy phát cực ẩn trường hợp đặc biệt cực lồi Xd = Xq gọi điện kháng đồng Xđb Phương trình điện áp máy phát đồng cực ẩn viết: U̇ = Ė0 − jİX đb (8.7) Đồ thị vector vẽ Hình 8.10 A Ė0 jİXđb B 𝜓 𝜑 İ 𝜃 O Hình 8.10 8.6 CƠNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ CỰC LỒI 8.6.1 Công suất tác dụng Công suất tác dụng máy phát cung cấp cho tải P = mUIcosφ (8.8) Trong đó: U,I điện áp pha dòng điện pha; m số pha Theo đồ thị vector Hình 8.9 ta có φ = ψ − θ đó: P = mUIcosφ = mUIcos(ψ - θ) = mUIcosψcosθ + mUIsinψsinθ Vì Icosψ = Iq Isinψ = Id nên: Iq = Usinθ E0 − Ucosθ Id = Xq Xd Thế biểu thức Id Iq vào phương trình cơng suất điện từ, bỏ qua tổn hao biến đổi ta có: Pđt = mU E0 U2 1 ) sin2θ sinθ + m ( − Xd Xq Xd Ta nhận thấy công suất điện từ gồm hai thành phần: 164 (8.9) - Thành phần mUE0 sinθ dòng điện kích từ tạo nên tỷ lệ với sinθ Đó thành Xd phần công suất chủ yếu máy phát - Thành phần m U2 1 Xq Xd ( − ) sin2θ, khơng phụ thuộc vào dịng điện kích từ xuất Xd ≠ Xq Đối với máy cực ẩn, Xd = Xq thành phần không Người ta chế tạo động rotor có khe hở dọc trục ngang trục khác (cực lồi) mà khơng cần dịng điện kích từ, ảnh hưởng thành phần công suất tạo nên moment quay, nguyên lý động phản kháng Đặc tính P = f(θ) gọi đặc tính góc cơng suất Máy phát làm việc ổn định θ nằm khoảng ÷ π/2; tải định mức θ = 200 ÷ 300 Pđt Pđt mU 900 E0 sinθ Xd 1800 θ U2 1 ) sin2θ m ( − Xq Xd Hình 8.11 8.6.2 Cơng suất phản kháng Cơng suất phản kháng máy phát đồng là: Q = mUIsinφ = mUIsin(ψ − θ) = m(UIsinψcosθ − UIcosψsinθ) (8.10) Từ đồ thị vector Hình 8.10 ta có: IX đb sinψ = AB = OA − OB = E0 − Ucosθ Do Isinψ = E0 − Ucosθ X đb (8.11) IX đb cosφ = BC = Usinθ Do Icosφ = Usinθ X đb 165 (8.12) Thay 8.11, 8.12 vào 8.10 ta có: mUE0 cosθ mU2 Q= − X đb X đb (8.13) Biểu thức 8.13 công suất phản kháng máy phát đồng theo thông số máy 8.6.3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng 8.6.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng Máy phát biến đổi thành điện năng, muốn điều chỉnh cơng suất tác dụng P, phải điều chỉnh công suất động sơ cấp (turbin turbin khí,…) 8.6.3.2 Điều chỉnh cơng suất phản kháng Từ biểu thức công suất phản kháng 8.13 ta có: Q= mU(E0 cosθ − U) X đb (8.14) Khi giữ U, f P khơng đổi Nếu: E0cosθ < U Q < E0cosθ = U Q = E0cosθ > U Q > Khi Q < 0, nghĩa máy không phát công suất phản kháng mà nhận công suất phản kháng lưới điện để tạo từ trường quay, máy thiếu kích từ Khi Q > 0, máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải, máy kích từ Từ cơng thức trên, ta có nhận xét muốn thay đổi công suất phản kháng, phải thay đổi E0, nghĩa phải điều chỉnh dịng điện kích từ Muốn tăng công suất phản kháng phát ra, phải tăng kích từ Thật vậy, tăng dịng điện kích từ, E0 tăng, cosθ tăng (vì E0sinθ = const) Q tăng 8.7 ĐẶC TÍNH NGỒI VÀ ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH 8.7.1 Đặc tính ngồi máy phát điện đồng Đặc tính ngồi máy phát quan hệ điện áp U cực máy phát dịng điện tải I tính chất tải khơng đổi (cosφt = const), tần số dịng điện kích từ máy phát khơng đổi Từ phương trình điện áp, ta vẽ đồ thị vector máy phát ứng với loại tải khác Ta thấy tải tăng, tải cảm tải trở, điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn), tải dung điện áp tăng Hình 8.11 vẽ đặc tính ngồi máy phát Ikt = const (E0 = const) cosφt không đổi, ứng với tải R, L, C Khi tải có tính chất cảm, phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thông giảm đặc tính ngồi dốc tải điện trở Để giữ điện áp U định mức, phải thay đổi E0 cách điều chỉnh dịng điện kích từ 166 Ut cosφ Sớm (Tải Dung) E0 cosφ = cosφ Trễ (Tải Cảm) I Iđm Hình 8.12 8.7.2 Đặc tuyến điều chỉnh Đường đặc tuyến điều chỉnh quan hệ dịng điện kích từ dịng điện tải điện áp U khơng đổi định mức Hình 8.13 vẽ đặc tính điều chỉnh máy phát đồng với hệ số công suất khác Phần lớn máy điện đồng có tự động điều chỉnh dịng kích từ giữ cho điện áp khơng đổi Ikt cosφ < Trễ (Tải Cảm) cosφ = cosφ < Ikt0 Sớm (Tải Dung) I Hình 8.13 8.8 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng làm việc song song với nhau; tạo thành lưới điện Công suất lưới điện lớn so với cơng suất máy riêng lẻ, điện áp tần số lưới giữ không đổi, thay đổi tải Để máy làm việc song song, phải đảm bảo điều kiện sau: Điện áp máy phát phải điện áp lưới điện trùng pha Tần số máy phát phải tần số lưới điện Thứ tự pha máy phát phải giống thứ tự pha lưới điện 167 Hệ số đồng thời theo chức mạch (TCVN 9206-2012): Chức mạch Hệ số Kđt Chiếu sáng Lò sưởi máy lạnh Ổ cắm 0,5 đến 0,8 Thang máy cẩu(1) - Cho động có cơng suất lớn - Cho động có cơng suất lớn thứ 0,75 - Cho động khác 0,6 CHÚ THÍCH: (1) Dịng điện lưu ý dòng định mức động tăng thêm trị số 1/3 dịng khởi động 11.2.3.4 Phương pháp cơng suất tính tốn theo hệ số sử dụng hệ số đồng thời Theo phương pháp này, hệ số công suất phụ tải khác cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau: Ptt = K đt ∑ k sdi Pđmi (KW) (11.15) Q tt = K đt ∑ k sdi Q đmi (KVAR) (11.16) Stt = Ptt2 + Q2tt (KVA) (11.17) Trong đó: ksdi hệ số sử dụng thiết bị thứ i; Pđmi công suất định mức thiết bị thứ i; n số thiết bị nhóm Hệ số sử dụng thiết bị khác tra sổ tay thiết kế Trường hợp coi hệ số công suất thiết bị không khác nhiều thì cơng suất tính tốn nhóm n thiết bị xác định theo biểu thức sau: Stt = K đt ∑ k sdi 𝑆đmi (11.18) Phương pháp tính tốn đơn giản, thuận tiện cho kết xác 221 11.2.3.5 Xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Cơng thức tính: Ptt = p0 F (11.19) Trong p0 - suất phụ tải m2 diện tích sản xuất, kW/m2; F - diện tích sản xuất, m2 Đối với loại nhà máy sản xuất giá trị p0 khác Phương pháp cho kết gần đúng, dùng giai đoạn thiết kế sơ dùng để tính phụ tải tính tốn phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối Chỉ tiêu cấp điện cơng trình cơng cộng, dịch vụ (TCVN 9206-2012): STT Chỉ tiêu cấp điện Tên phụ tải Văn phịng: - Khơng có điều hịa nhiệt độ 45 W/m2 sàn - Có điều hịa nhiệt độ 85 W/m2 sàn Trường học - nhà trẻ, mẫu giáo - Nhà trẻ, mẫu giáo + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn - Trường phổ thơng + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn - Trường đại học + Khơng có điều hịa nhiệt độ 25 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ 65 W/m2 sàn Cửa hàng, siêu thị, chợ, trung tâm thương mại, dịch vụ 35 W/m2 sàn + Khơng có điều hịa nhiệt độ 90 W/m2 sàn + Có điều hịa nhiệt độ Khối khám chữa bệnh (cơng trình y tế) 222 STT Chỉ tiêu cấp điện Tên phụ tải - Bệnh viện cấp quốc gia 2,5 kW/ giường bệnh - Bệnh viện cấp tỉnh, thành phố kW/ giường bệnh - Bệnh viện cấp quận, huyện 1,5 kW/ giường bệnh Rạp hát, rạp chiếu phim, rạp xiếc - Có điều hịa nhiệt độ 125 W/m2 sàn Trụ sở quan hành chính: - Khơng có điều hịa nhiệt độ 45 W/m2 sàn - Có điều hịa nhiệt độ 85 W/m2 sàn 11.3 TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG DÂY Bản thân dây dẫn tồn điện trở r điện kháng x (hay tổng trở z = r + jx) Khi có dịng điện I chạy qua đường dây gây sụt áp tổng trở có trị số: ΔU = I.(r + jx) (11.20) Trong dịng điện I biết tính tốn từ cơng suất chạy đường dây Đối với mạng điện pha: I= S P = Uđm Uđm cosφ (11.21) Đối với mạng điện ba pha: I= S √3Uđm = P √3Uđm cosφ (11.22) Đối với thiết bị sử dụng điện, điện áp thấp mức quy định khơng thể khởi động làm việc bình thường Nên thiết kế, tính toán ta phải quan tâm đến vấn đề tổn thất điện áp dây dẫn Thông thường tổn thất điện áp cho phép: + Đối với mạng động lực: [U%] = % Uđm + Đối với mạng chiếu sáng: [U%] = 2, % Uđm Trường hợp khởi động động mạng điện tình trạng cố độ lệch điện áp cho phép tới (-10 +20 %)Uđm 11.3.1 Trường hợp đường dây hình tia có phụ tải tập trung Xét đường dây hình tia có điện áp định mức Uđm (KV), chiều dài l (km), điện trở r0 (Ω/km), cảm kháng x0 (Ω/km) đơn vị chiều dài, công suất tác dụng P (KW), 223 công suất phản kháng Q(KVAR) tổn thất điện áp ΔU (V) xác định theo biểu thức sau: Hình 11.4 Sơ đồ phụ tải a Đối với đường dây ba pha: ∆U = P.R+Q.X Uđm (11.23) Với R = r0.l (Ω), X = x0.l (Ω); P (KW), Q (KVAR); Uđm (KV), ΔU (V) b Đối với đường dây pha dây: ∆U = P.R+Q.X Uđm (11.24) Với R = 2.r0l (Ω); X = 2.x0.l (Ω) - điện trở cảm kháng đường dây pha dây trung tính 11.3.2 Trường hợp đường dây liên thông phụ tải tập trung Xét đường dây cung cấp cho phụ tải Hình 11.5 S2 = p2 + jq2 S1 = p1 + jq1 S3 = p3 + jq3 Hình 11.5 Sơ đồ thay có dạng S01 S12 S1 S2 Hình 11.6 Cơng suất đoạn: S 01 S S S (p1 p p ) j(q1 q q ) S 12 S S (p p ) j(q q ) S 23 S p jq 224 S23 S3 Tính U theo công suất chạy đoạn: r01 + jx01 P01 + jQ01 r12 + jx12 r23 + jx23 P12 + jQ12 P23 + jQ23 Hình 11.7 ΔU ΔU 01 ΔU12 ΔU 23 P01r01 Q 01x 01 P12 r12 Q12 x 12 P23 r23 Q 23 x 23 U dm U dm U dm Tổng quát cho mạng có n phụ tải: ΔU P r Q x ΔU% ij ij ij ij (11.25) U dm ΔU 100 100 (Pij rij Q ij x ij ) U dm 1000.U dm (11.26) Trong đó: U - (V) Pij ; Qij - (KW) ; (KVAr) Udm - (KV) rij ; xij - () 11.3.3 Trường hợp đường dây có phụ tải phân bố x l01 lx l02 Hình 11.8 Bỏ qua điện kháng đường dây trường hợp sau: đường dây cung cấp cho phụ tải có cos = 1; mạng hạ áp r0 >>> x0 … Gọi p0 công suất phân bố đơn vị chiều dài dl Tại điểm x cách nguồn khoảng lx Trên vi phân chiều dài dl (xét điểm x) có lượng cơng suất dp=p0.dl Công suất gây đoạn lx tổn thất điện áp dU = r0.lx.dp/Udm d∆U = r0 po lx dl Uđm Tổn thất toàn đoạn dây: 225 (11.27) ΔU12 dU l 02 l 02 l 01 l 01 = 2 r0 p 0l x r0 p l02 l01 dl U dm U dm r0 p l 02 l 01 (l 02 l 01 ) U dm (11.28) Ta có: p0(l02 – l01) = l12.p0 = P l 01 l 02 l '2 2’ điểm đoạn 1-2 ΔU12 r0 P.l '2 P.R '2 U đm U đm Sơ đồ thay tương đương 2’ l2’ Hình 11.9 l12’ = l12 /2 Từ sơ đồ thay tương đương ta suy ra: với đường dây có phụ tải phân bố ta tính sụt áp phụ tải tập trung có P = pi, đặt cách xa nguồn khoảng l’2=l01 + 0,5.l12 11.4 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 11.4.1 Lựa chọn kiểm tra dây dẫn Đối với lưới điện hạ áp dân dụng người ta thường chọn dây dẫn theo điều kiện sau: Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp, nghĩa tiết diện dây phải đủ lớn để tổn thất điện áp từ đầu đường dây đến cuối đường dây nhỏ tổn thất điện áp cho phép ΔUcp, để tải cuối đường dây làm việc bình thường Chọn tiết diện dây dẫn theo dịng điện phát nóng cho phép Icp, nghĩa tiết diện dây phải đủ lớn để dịng điện làm việc lâu dài qua khơng làm cho dây dẫn phát nóng nhiệt độ cho phép Vì với loại dây người ta quy định dịng điện cho phép Ví dụ: Dịng điện định mức cáp đồng hạ áp cách điện PVC, vỏ PVC Cadivi chế tạo lắp đặt không: 226 Dòng điện định mức Tiết diện ruột dẫn Cáp điện lõi, cáp đặt cách khoảng Cáp điện lõi mm2 A A 1,5 24 22 2,5 31 29 4,0 45 38 6,0 58 45 Đảm bảo điều kiện sức bên học cho phép, nghĩa tiết diện dây dẫn phải đủ lớn để không bị đứt trọng lượng thân dây lực học bên ngồi (gió, bão,…) Ngồi ta chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế dòng điện jkt 11.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp Đối với phương pháp tồn đường dây chọn theo tiết diện Cơng thức để tính tổn thất điện áp: ΔU n n i 1 i 1 r0 Pi l i x Q i l i U đm ΔU ' ΔU" (11.29) Trong đó: U ' - thành phần tổn thất điện áp công suất tác dụng gây ra; U " - thành phần tổn thất điện áp công suất phản kháng gây ra; r0 - điện trở dây dẫn đơn vị chiều dài, Ω/km; x0 - điện kháng dây dẫn đơn vị chiều dài, Ω/km: + Đối với đường dây không: x0 = 0,35 - 0,4 (Ω/km.); + Đối với đường dây cáp: x0 = 0,07 (Ω/km.) Thành phần ΔU’ tính nhờ biểu thức: x n ΔU" Q l U đm i1 i i (11.30) Từ xác định trị số cho phép thành phần ΔU’: ΔU 'cp ΔU cp ΔU" Mà 227 (11.31) ΔU ' n r0 n ρ Pi l i Pi l i U đm i1 U đm F i1 (11.32) Vậy, tiết diện dây dẫn cần tìm là: F n ρ Pi l i ΔU 'cp U đm i 1 (11.33) Căn vào trị số tính tốn tiết diện dây dẫn F, ta chọn tiết diện dây tiêu chuẩn gần với tiết diện tính tốn Với tiết diện này, tra bảng tìm x0 r0 tính toán kiểm tra tổn thất đường dây Nếu tổn thất khơng thoả ta tăng tiết diện dây sau tiếp tục kiểm tra lại tổn thất 11.4.3 Chọn tiết diện dây dẫn theo dịng điện phát nóng cho phép Icp Dòng cho phép Icp dây dẫn thiết lập điều kiện chuẩn Việc đặt nhiều dây kề gây bất lợi cho việc tản nhiệt vào môi trường xung quanh ảnh hưởng nhiệt lẫn Khi dòng cho phép cho điều kiện chuẩn bị giảm xuống Tương tự cho trường hợp nhiệt độ môi trường điều kiện lắp đặt khác với điều kiện chuẩn Như vậy, dòng cho phép thực tế xác định theo dòng cho phép theo điều kiện chuẩn hệ số hiệu chỉnh I tt I cp k1.k (11.34) Như tiết diện dây dẫn chọn theo điều kiện: k 1.k I cp I tt (11.35) Trong đó: k1 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ứng với môi trường đặt dây, cáp; k2 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng dây cáp chung rãnh; Icp - dòng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện dây cáp định lựa chọn Thử lại cáp vừa chọn theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ: a Nếu bảo vệ cầu chì: Điều kiện kiểm tra: k k I cp I dc (11.36) Trong đó: Idc - dịng điện định mức dây chảy cầu chì, A; Hệ số α, với mạch động lực α = 3; với ánh sáng sinh hoạt α = 0,3 b Nếu bảo vệ CB: 228 Điều kiện kiểm tra: IkđđtCB 4,5 (11.37) IkđnhCB 1,25 IđmCB ≥ 1,5 1,5 (11.38) k1 k Icp ≥ k1 k Icp ≥ Trong đó: IkđđtCB - dịng điện khởi động điện từ CB (chính dịng chỉnh định để CB cắt ngắn mạch); IkđnhCB - dòng điện khởi động nhiệt CB (chính dịng điện tác động relay nhiệt để cắt tải) Kiểm tra cáp dây vừa chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: Điều kiện kiểm tra: ΔU max ΔUcp Nếu đường dây ngắn khơng cần kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp 11.5 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP 11.5.1 Chọn cầu dao Chọn cầu dao phải đảm bảo điều kiện: Uđmcd ≥ Uđm Iđmcd ≥ Itt Trong đó: Uđmcd: điện áp định mức cầu dao; Uđm: điện áp định mức mạng điện; Iđmcd: dòng điện điện mức cầu dao; Itt : dịng điện tính tốn (dịng điện làm việc lâu dài qua cầu dao) 11.5.2 Chọn cầu chì 11.5.2.1 Chọn cầu chì cho mạng điện chiếu sáng, mạng sinh hoạt Idc ≥ Itt Trong đó: Idc: dịng điện định mức dây chảy cầu chì (dịng điện lớn mà dây chảy cầu chì chịu lâu dài mà khơng bị đứt) 229 11.5.2.2 Chọn cầu chì nhánh cấp điện cho động phải thỏa mãn điều kiện Idc ≥ IđmĐC Idc ≥ ImmĐC 2,5 Trong đó: ImmĐC: dòng điện định mức động cơ; ImmĐC: dòng điện mở máy động cơ; với động khơng đồng rotor lồng sóc Imm = (5 ÷ 7) Iđm Ta chọn dây chảy cầu chì theo trị số lớn hai trị số Chọn cầu chì đường dây cung cấp điện cho nhóm động theo điều kiện sau: Idc ≥ Ittnhóm Idc ≥ Immd 2,5 Trong đó: Ittnhóm: dịng điện tính tốn đường dây xét đến hệ số đồng thời, hệ số sử dụng; Immd: dòng điện mở máy chạy đường dây động thứ k mở máy (các động tải khác làm việc bình thường) Động thứ k động có hiệu (Immk - Ilvk) lớn tất động Immd = Immk + (Ittnhóm - Ilvk) Trong đó: Immk: dịng điện mở máy động thứ k; Ilvk: dịng điện làm việc động thứ k Ngồi hai điều kiện trên, dây chảy phải thỏa mãn điều kiện chọn lọc: Idc cầu chì phải lớn cấp so với Idc cầu chì nhánh lớn Dưới dây đưa dịng điện định mức dây chảy cầu chì Idc (A): 6; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 80; 100; 125; 150; 200; 225; 250; 300; 350; 450; 500; 600; 7000; 850; 1000 11.5.3 Chọn CB Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài IđmCB ≥ Itt UđmCB ≥ Uđm Trong đó: 230 Itt: dịng điện tính tốn (làm việc lâu dài); IđmCB: dòng điện định mức CB; UđmCB: điện áp định mức CB; Uđm: điện áp định mức mạng điện CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 11 Liệt kê số ký hiệu vẽ điện Nêu đặc điểm loại vẽ cung cấp điện Phương pháp xác định phụ tải điện Vì phải xác định phụ tải tính tốn? Xác định tổn thất điện áp đường dây có phụ tải tập trung Xác định tổn thất điện áp đường dây có nhiều phụ tải tập trung liên thông Xác định tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện dịng điện phát nóng cho phép BÀI TẬP CHƯƠNG 11 Bài tập 11.1: Tính cơng suất tính tốn Ptt, Qtt, Stt cho phân xưởng có số liệu sau: tổng cơng suất định mức thiết bị 950KW; diện tích phân xưởng S = 2500m2 hệ số nhu cầu knc = 0,75; hệ số công suất cosφ = 0,85; công suất chiếu sáng p0 = 15W/m2 Giải Cơng suất tính tốn động lực Pđl = knc.Pđm = 0,75.950 = 712,5 KW Công suất chiếu sáng phân xưởng Pcs = p0.S = 15 2500 = 37,5 KW Cơng suất tính tốn phân xưởng Ptt = Pđl + Pcs = 712,5 + 37,5 = 750 KW cosφ = 0,85 suy tgφ = 0,62 Qtt = Ptt.tgφ = 750 0,62 = 465 KVAR Stt = P2tt + Q2tt = 7502 + 4652 = 882,5 KVA Bài tập 11.2: Tính cơng suất tính tốn cho hộ có số liệu sau: Thiết bị dùng điện dùng hộ sau: 231 Số lượng Công suất điện (W) Công suất đặt (W) Đèn sợi đốt 40 80 Đèn ống huỳnh quang + chấn lưu 45 360 Quạt trần 80 160 Quạt bàn 65 195 Tủ lạnh 120 120 Ti vi 100 100 Bàn 1000 1000 Nồi cơm điện 630 630 Bơm nước 250 250 Tên thiết bị Giải Pđ = 80 + 360 + 160 +195 + 120 +100 + 1000 + 630 + 250 = 2985 W Lấy hệ số đồng thời kđt = 0,8 Cơng suất tính tốn cho hộ tính theo công suất đặt Pttch = kđt Pđ = 0,8 2985 = 2316 W = 2,316 KW Bài tập 11.3: Một nhà tập thể gồm 56 hộ, trung bình hộ tiêu thụ điện tập 11.2 Tính cơng suất tính tốn nhà tập thể Giải Cơng suất tính tốn nhà tập thể tính theo cơng suất tính tốn hộ Ptt = kđt Pttch = 0,4 2,316 56 = 51,878 KW tra kđt từ bảng Hệ số đồng thời nhà tập thể, chung cư (TCVN 9206-2012) Bài tập 11.4: Xác định dịng điện tính tốn chạy đường dây pha cung cấp điện cho hộ tập 11.2 Biết hộ lấy điện mạng 380/220V; hệ số công suất trung bình hộ cosφ = 0,9 Giải Nguồn điện cấp vào hộ lấy từ dây pha dây trung tính, có Upđm = 220V Dịng điện tính tốn chạy đường dây pha vào hộ Itt = Ptt 2316 = = 11,7 A Upđm cosφ 220 0,9 232 Bài tập 11.5: Tính dịng điện tính tốn chạy đường dây từ máy biến áp đến nhà tập thể tập 11.3 Cho biết người ta đưa điện ba pha đến nhà tập thể, sau phân pha cho tầng Giải Dịng điện tính tốn chạy đường dây Itt = Ptt √3Upđm cosφ = 51,578.103 √3.380 0,9 = 87,072 A Việc tính tốn dịng điện quan trọng, từ trị số ta chọn tiết diện dây dẫn, chọn cầu chì, CB, tính tổn thất điện áp đường dây,… Bài tập 11.6: Chọn cầu chì đường dây nhánh cung cấp điện cho động không đồng có Iđm = 11,5A, dịng điện mở máy Imm = 5,5.Iđm Giải Hai điều kiện chọn cầu chì Idc ≥ Iđm = 11,5 A Idc ≥ Imm 5,5 11,5 = = 25,3 A 2,5 2,5 Ta chọn dây chảy cầu chì có Idc = 30A Bài tập 11.7: Chọn cầu chì đường dây cung cấp điện cho động cơ, cho biết Ittnhóm = 51,75A, động thứ có Iđm = 11,5A, Imm = 5,5 Iđm hệ số tải kt = 0,3 động có hiệu (Imm - Ilv) lớn Dây chảy cầu chì nhánh lớn 30A Giải Ittnhóm = 51,75A Động cớ thứ 5: Imm5 = 5,5.Iđm5 = 5,5 11,5 = 63,25A Ilv5 = kt.Iđm5 = 0,3 11,5 = 3,45A Điều kiện chọn Idc cầu chì nhánh chính: Idc ≥ Ittnhóm = 51,75 A Idc ≥ Immd Imm5 + (Ittnhóm - Ilv5 ) 63,25+(51,75-3,45) = ≥ = 44,62 A 2,5 2,5 2,5 Chọn dây chảy có Idc = 60A thỏa mãn điều kiện nêu 233 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, “Kỹ thuật điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2012 [2] Vũ Gia Hanh, “Máy điện 1”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [3] Vũ Gia Hanh, “Máy điện 2”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2007 [4] Hướng dẫn lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC, NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 [5] Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình an toàn điện, NXB Giáo Dục, 2008 [6] TCVN 9206-2012: Đặt thiết bị điện nhà công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, “Kỹ thuật điện , 2012 V ia anh, “ i n , hoa h c h V ia anh, “ i n , hoa h c h ng d n i n heo iê ch n p ặ , hoa h c h hoa h c h 2001 [5] g n Đ nh h ng, i [6] TCVN 9206Tiê ch n hiế kế t nh n t n điện, i o D c, : Đặ hiế bị i n rong nhà công r nh công cộng - ... điện phần ứng Iư = Iđm + Ikt = 21 7,4 + 92 = 22 6,6 A Sức điện động máy Eư = U + R Iư = 115 +22 6,6 0, 023 8 = 120 ,4 V Từ thông Φ Φ= 60aEư 60 120 ,4 = = 1,8 52. 10 -2 Wb pNn 300 1300 b Dòng điện phần. .. động tiêu thụ P1 = Pđm 10 = = 11, 628 KW η 0,86 Iđm = P1 11, 628 = = 52, 85 A Uđm 22 0 Dòng điện định mức Dòng điện mở máy trực tiếp Imm = Ikt + Uđm 22 0 = 2, 26 + = 123 8 A Rư 0,178 Dòng điện mở máy... Uđm = 2Iđm R + R mm Từ Uđm = 2Iđm − Ikt = 25 2,85 − 2, 26 = 103,44 A R + R mm Suy R mm = 22 0 − 0,178 = 1,96 Ω 103,44 Bài tập 9.5: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp điện áp định mức Uđm = 22 0V,