BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN Cho mạng điện một dự án X như hình A1 với các số liệu như trong bảng Đ1, Đ2, Đ3 Các thông số chung của mạng điện như sau: Điện áp định mức phía thứ cấp MBA T1: Uđm = 400 V MBA hạ áp T7 : 400230 V Các phụ tải bình thường (ví dụ tủ điện phân phối) ký hiệu L: cosφ= 0,8, η=1 Các phụ tải động cơ ký hiệu M: cos , tra tra theo hướng dẫn của IEC. Mạng điện nối đất theo sơ đồ TNS Trạm máy biến áp phân phối đặt trong nhà, điện áp luới trung thế 22kV, trung tính nối đất trực tiếp. Công suất ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp phân phối T1: P = 500 MVA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -o0o - BÁO CÁO BTL Môn: Thiết bị điện phân phối điện Lớp: L01 HK221 SINH VIÊN THỰC HIỆN: Lê Nguyễn Nhân Thọ MSSV: 1910574 MỤC LỤC Tính tốn sơ bộ………………………………………………………………… Trang Tính tốn kích thước dây dẫn………………………………………………… Trang 10 Tính tốn lựa chọn CB theo dòng ngắn mạch………………………………… Trang 23 Lựa chọn bảo vệ động cơ…………………………………………………… Trang 30 Tính bù cơng suất phản kháng………………………………………………… Trang 32 Lựa kiểm tra bảo vệ chọn lọc CB……………………………………… Trang 34 Bảo vệ điện giật gián tiếp……………………………………………………… Trang 39 Lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ máy biến áp…………………………Trang 44 Tính tốn phần mềm ecodial…………………………………………… Trang 52 Kết luận………………………………………………………………………… Trang 54 BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN Cho mạng điện dự án X hình A1 với số liệu bảng Đ1, Đ2, Đ3 Các thông số chung mạng điện sau: - Điện áp định mức phía thứ cấp MBA T1: Uđm = 400 V - MBA hạ áp T7 : 400/230 V - Các phụ tải bình thường (ví dụ tủ điện phân phối) ký hiệu L: cosφ = 0,8, η = - Các phụ tải động ký hiệu M: cosφ , η tra tra theo hướng dẫn IEC - Mạng điện nối đất theo sơ đồ TNS - Trạm máy biến áp phân phối đặt nhà, điện áp luới trung 22kV, trung tính nối đất trực tiếp - Cơng suất ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp phân phối T1: P = 500 MVA HÌNH A.1: SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP ĐƯỢC CUNG CẤP BỞI MỘT MÁY BIẾN ÁP Đề 48: Phụ tải L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Pdm (kW) 160 5,5 55 11 110 40 30 50 Dây dẫn C10 C11 Ib (A) 280,5 180 Dây dẫn C1 C15 C7 C8 C9 C10 C11 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Mã số XIII II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I I Tính tốn sơ Tính dịng điện tải 𝐈𝐛 a) Dòng điện định mức tải Từ bảng B4 kèm tài liệu tham khảo giao để tra η cos 𝜑 động tải bình thường theo đề η = 100% cos 𝜑 = 0,8 Cơng thức tính: Iđm = Pđm √3 × 𝑈 × η × cos 𝜑 (𝐴) Trong đó: U L15 230V cịn lại 400V Ví dụ: Dịng điện định mức tải L15: Iđm L15 = 160000 √3 × 230 × × 0,8 = 502,04 (𝐴) Dòng điện định mức tải M16: Iđm L15 = 5500 √3 × 400 × 0,84 × 0,83 = 11,39 (𝐴) Bảng 1: Kết tính dịng điện định mức tải Phụ tải 𝐋𝟏𝟓 𝐌𝟏𝟔 𝐌𝟏𝟕 𝐌𝟏𝟖 𝐌𝟗 𝐋𝟏𝟗 𝐋𝟐𝟎 𝐋𝟐𝟏 𝐏đ𝐦 (kW) 160 5,5 55 11 110 40 30 50 𝛈 (%) 100 84 92 87 93 100 100 100 𝐜𝐨𝐬 𝝋 0,8 0,83 0,86 0,86 0,87 0,8 0,8 0,8 𝐈đ𝐦 (A) 502,04 11,39 100,34 21,22 196,23 72,17 54,13 90,21 b) Dòng điện làm việc tải Dòng điện làm việc tải Ib tính theo cơng thức: Ib = K sd × Iđm Hệ số K sd phụ thuộc vào quy trình cơng nghệ cơng trình, chưa có u cầu cụ thể quy trình cơng nghệ, để đảm bảo tính an tồn cao cho cơng trình ta lựa chọn K sd = Ví dụ cho L15 Ib L15 = K sd × Iđm L15 = × 502,04 𝐴 Bảng 2: Kết tính dịng điện làm việc tải Phụ tải 𝐋𝟏𝟓 𝐌𝟏𝟔 𝐌𝟏𝟕 𝐌𝟏𝟖 𝐌𝟗 𝐋𝟏𝟗 𝐋𝟐𝟎 𝐋𝟐𝟏 𝐈đ𝐦 (A) 502,04 11,39 100,34 21,22 196,23 72,17 54,13 90,21 𝐊 𝐬𝐝 0,7 0,7 0,7 0,7 1 𝐈𝐛 (A) 502,04 11,39 100,34 21,22 196,23 72,17 54,13 90,21 c) Dịng điện tải dây dẫn Cơng thức tính dịng điện tải dây dẫn : Ib = K đt × ∑ Ib Giống với hệ số K sd , hệ số K đt phụ thuộc vào quy trình cơng nghệ cơng trình, chưa có u cầu quy trình cơng nghệ, để đảm bảo tính an tồn cao cho cơng trình ta lựa chọn K đt = Việc chọn K đt = nhóm tải làm việc khoảng thời gian khảo sát để đảm bảo cho việc tính tốn thiết kế cho dự án khơng bị q tải Ví dụ tính dịng tải qua dây 𝐶7 : 𝐼𝑏 𝐶7 = 160000 √3 × 400 × 100% × 0,8 × K sd × K đt = 288,68 (𝐴) Trong đó: K sd = chịu tải L15 K đt = có tải Từ bảng ta tính dịng tải dây cấp cho tủ đó: 𝐶8 𝑐ó 𝐼𝑏 𝐶8 = K đt × (𝐼𝑏 𝐶16 + 𝐼𝑏 𝐶17 + 𝐼𝑏 𝐶18 ) = × (11,39 + 100,34 + 21,22) = 132,94 (A) Bảng 3: Dòng điện tải dây dẫn Dây dẫn 𝐈𝐛 (A) 𝑪𝟏 𝑪𝟕 𝑪𝟖 𝑪𝟗 𝑪𝟏𝟎 𝑪𝟏𝟏 𝑪𝟏𝟓 𝑪𝟏𝟔 𝑪𝟏𝟕 𝑪𝟏𝟖 𝑪𝟏𝟗 𝑪𝟐𝟎 1078,35 288,68 132,94 196,23 280,50 180,00 502,04 11,39 100,34 21,22 72,17 54,13 𝑪𝟐𝟏 90,21 Lựa chọn CB Dây 𝐈𝐛 𝐈𝐧 dẫn (A) (A) C1 1078,35 1250 NS1250N Micrologic 2.0 1250A C7 288,68 400 NSX400F C8 132,94 160 C9 196,23 C10 Hệ số chỉnh 𝐈𝐫 𝐈𝐜𝐮 (A) (kA) 0,95 1188 50 MicroLogic 2.3 400A 0.9 360 200 NSX160B TM-D 160A 0.9 144 25 220 NSX250R MicroLogic 2.2M 220A 0,92 202,4 200 280,50 320 NSX400F MicroLogic 2.3 400A 0.9 288 36 C11 180,00 200 NSX250B TM-D 200A 200 25 C15 502,04 570 NSX630F Micrologic 4.3 570A 0,9 513 40 C16 11,39 16 xC60 D curve 16A 16 15 C17 100,34 125 C120N D curve 125A 125 10 C18 21,22 25 xC60 D curve 25A 25 15 C19 72,17 80 C120N C curve 80A 80 10 C20 54,13 63 iC60N C curve 63A 63 10 C21 90,21 100 C120N C curve 100A 100 10 Tên CB Tên trip unit / curve định dịng q tải Lưu ý: Tại phần tính tốn sơ dựa vào Ib để chọn CB trip unit (hoặc curve) Đối với CB dây motor C9, C16, C17, C18 chọn lại xét đến phần bảo vệ động II Tính tốn kích thước dây dẫn: Lựa chọn máy biến áp: Ta lựa chọn công suất MBA 22kV/400V theo bảng A.16: Công suất biểu kiến cung cấp cho mạng điện: S1 = √3 × Uđm × Ib1 = √3 × 400 × 1078,35 ≈ 747,1 kVA Vậy ta chọn máy biến áp 𝐓𝟏 22kV/400V có cơng suất 800 kVA Ta lựa chọn công suất MBA 400V/230V theo bảng trang N25: Công suất biểu kiến cung cấp cho tải L15: S7 = √3 × Uđm × Ib15 = √3 × 230 × 502,04 ≈ 199,99 kVA Vậy ta chọn máy biến áp 𝐓𝟕 400/230V có công suất 200 kVA 10 Từ cách chọn ta có bảng kết sau: Dây dẫn L (m) Vật liệu lõi C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 185 125 28 55 40 20 50 135 30 55 130 45 56 Đồng Đồng Nhôm Đồng Đồng Nhôm Nhôm Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng 𝑆𝑝ℎ𝑎 (𝑚𝑚2 ) x 240 240 300 150 x 185 185 x 240 10 70 50 35 25 𝑆𝑃𝐸 (𝑚𝑚2 ) x 240 120 150 95 185 95 x 240 10 35 25 16 16 Ta tiến hành chọn tiến tổng trở cho dây PE suy tổng trở từ nguồn qua dây pha, dây PE qua lại nguồn: Ta có cơng thức: 𝑋 = ρ𝑋 × 𝐿 𝑣ớ𝑖 ρ𝑋 = 0,08 𝑚Ω/m 𝑅=𝜌 Trong đó: 𝐿 𝑛×𝑆 + ρ = 18,51 𝑚𝑚2 /m (đối với dây đồng) 29,41 𝑚𝑚2 /m (đối với dây nhôm) + L chiều dài dây dẫn (m) + S tiết diện dây dẫn (𝑚𝑚2 ) + n số dây pha (trong trường hợp pha nhiều sợi) Giải thích 𝜌: 40 Từ hướng dẫn Catalogue, ρ giá trị 20 độ C dùng để tính dịng ngắn mạch lớn tức trường hợp xấu nhất, tương tự ta chọn giá trị ρ để tính dịng chạm vỏ: Ví dụ: Dây C1: 185 R C1 = 18,51 × = 7,13 mΩ × 240 X C1 = 185 × 0,08 = 14,8 mΩ Dây C7: R C7 = 18,51 × 125 = 19,28 mΩ 120 X C7 = 125 × 0,08 = 10 mΩ Tổng: R C7 tổng = R C1 + R C7 = 7,13 + 19,28 = 26,41 mΩ X C7 tổng = X C1 + X C7 = 14,8 + 10 = 24,8 mΩ 41 Tương tự với trường hợp lại ta có bảng sau: Dây dẫn L (m) C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 185 125 28 55 40 20 50 135 30 55 130 45 56 Vật liệu lõi Đồng Đồng Nhôm Đồng Đồng Nhôm Nhôm Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng 𝑆𝑃𝐸 (𝑚𝑚2 ) 𝜌 (mΩ mm²/m) 𝑅𝑃𝐸 (mΩ) 𝑋𝑃𝐸 (mΩ) 𝑅𝑃𝐸 tổng (mΩ) 𝑋𝑃𝐸 tổng (mΩ) x 240 120 150 95 185 95 x 240 10 35 25 16 16 18,51 18,51 29,41 18,51 18,51 29,41 29,41 18,51 18,51 18,51 18,51 18,51 18,51 7,13 19,28 5,49 10,72 4,00 6,19 3,06 249,89 15,87 203,61 96,25 52,06 64,79 14,80 10,00 2,24 4,40 3,20 1,60 4,00 10,80 2,40 4,40 10,40 3,60 4,48 7,13 26,42 12,62 17,85 11,14 13,33 3,06 262,51 28,49 216,23 107,39 63,20 78,11 14,80 24,80 17,04 19,20 18,00 16,40 4,00 27,84 19,44 21,44 28,40 21,60 20,88 Tại coi nguồn C15 quay MBA Đường I chạm vỏ qua tổng trở: đường dây truyền tải, MBA T1, dây C1, dây pha, dây PE quay lại nguồn Từ kết BTL phần R X pha bảng bao gồm đường dây truyền tải, MBA T1, dây C1, dây pha Nên ta có cơng thức: 𝑅𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑅𝑃𝐸 𝑡ổ𝑛𝑔 + 𝑅𝑝ℎ𝑎 𝑡ổ𝑛𝑔 𝑋𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑋𝑃𝐸 𝑡ổ𝑛𝑔 + 𝑋𝑝ℎ𝑎 𝑡ổ𝑛𝑔 𝑍𝑡ổ𝑛𝑔 = √𝑅𝑡ổ𝑛𝑔 + 𝑋𝑡ổ𝑛𝑔 Công thức tính I chạm vỏ: 𝐼𝑐ℎạ𝑚 𝑣ỏ = 400 √3 × 𝑍𝑡ổ𝑛𝑔 42 Ví dụ: Dây C1: R C1 tổng = R C1 PE tổng + R C1 pha tổng = 7.13 + 6,5 = 13,64 mΩ X C1 tổng = X C1 PE tổng + X C1 pha tổng = 14,8 + 28,05 = 42,85 mΩ Ztổng = √R tổng + X tổng = √13,642 + 42,852 = 44,97 mΩ IC1 chạm vỏ = 400 √3 × Ztổng = 400 √3 × 44,97 = 5,14 kA Tương tự với trường hợp cịn lại, ta có bảng kết quả: 𝑋𝑝ℎ𝑎 tổng (mΩ) R tổng (mΩ) X tổng (mΩ) Z tổng (mΩ) I chạm vỏ 14,80 𝑅𝑝ℎ𝑎 tổng (mΩ) 6,50 28,05 13,64 42,85 44,97 5,14 26,42 24,80 19,01 38,05 45,42 62,85 77,55 2,98 C8 12,62 17,04 9,93 30,29 22,56 47,33 52,43 4,40 C9 17,85 19,20 17,22 32,45 35,07 51,65 62,43 3,70 C10 11,14 18,00 9,59 31,25 20,72 49,25 53,43 4,32 C11 13,33 16,40 10,42 29,65 23,75 46,05 51,81 4,46 C15 3,06 4,00 46,58 77,66 49,64 81,66 95,57 2,42 C16 262,51 27,84 426,41 41,09 688,92 68,93 692,36 0,33 C17 28,49 19,44 15,78 32,69 44,27 52,13 68,39 3,38 C18 216,23 21,44 264,45 34,69 480,68 56,13 483,95 0,48 C19 107,39 28,40 57,71 41,65 165,10 70,05 179,35 1,29 C20 63,20 21,60 35,62 34,85 98,81 56,45 113,80 2,03 C21 78,11 20,88 51,89 34,13 130,00 55,01 141,16 1,64 Dây dẫn 𝑅𝑃𝐸 tổng (mΩ) 𝑋𝑃𝐸 tổng (mΩ) C1 7,13 C7 43 Chỉnh thông số CB: - Đối với CB có trip unit Micrologic ta chỉnh mức n cho: Isd = n × Ir < I chạm vỏ - Đổi với CB có trip unit TM-D: Im < I chạm vỏ Định nghĩa Isd theo Schneider Electric Dây dẫn CB Trip unit Ir (A) I chạm vỏ (kA) Isd (A) C1 NS1250N Micrologic 2.0 1250A 1188 5,14 x Ir C7 NSX400F MicroLogic 2.3 400A 294 2,98 x Ir C10 NSX400F MicroLogic 2.3 400A 288 4,32 10 x Ir C15 Compact NSX630F Micrologic 4.3 570A 513 2,42 x Ir TMD trip unit 160A Ir (A) 160 I chạm vỏ (kA) 4,4 Im (A) 1250 TMD trip unit 200A 200 4,46 2000 Dây dẫn CB Trip unit C8 ComPact NSX160B C11 ComPact NSX250N VIII Lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ máy biến áp lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ trường hợp hai lộ vào 22kv Sơ đồ bảo vệ: Để tăng tính an tồn cháy nổ điện, ta sử dụng sơ đồ TN – S cho dự án Sơ đồ có dây gồm dây pha, dây trung tính dây PE Dây PE chọn phần trước Thiết bị bảo vệ: 44 Tiến hành chọn tủ SM6 22kV cho MBA T1 có S = 800kVA Xét trường hợp lộ vào: Tủ SM6 bao gồm module ghép lại với gồm: - Tủ switching IM SM6 – 24: - Tủ fuse – switch QM SM6 – 24: - Tủ có chức đo dòng áp GBC – B: 45 Sơ đồ sợi: Xét trường hợp lộ vào: Tủ SM6 bao gồm module ghép lại với gồm: - Tủ ATS NSM - cables SM6 – 24: - Tủ fuse – switch QM SM6 – 24: 46 - Tủ có chức đo dịng áp GBC – B: Sơ đồ sợi: 47 LỰA CHỌN CT, VT VÀ FUSE Fuse: Điều kiện chọn: Dòng ngắn mạch lớn < I1 Dòng ngắn mạch nhỏ > I3 Để cho PNM = 500 MVA: INM max = 500 × 106 √3 × 22 × 103 = 13,1 kA Hạ thế: Z tổng gồm Z dây truyền tải Z MBA T1 Các thông số trở lấy từ kết phần trước: R = 0,035 + 2,9 = 2,935 mΩ X = 0,351 + 12,9 = 13,251 mΩ Z = √R2 + X = √2,9352 + 13,2512 = 13,572 mΩ INM = 400 × 95% √3 × Z = 16,2 kA Quy cao thế: INM = INM (thứ cấp) = 293,911 A 22 0,4 Ta tính thêm I định mức dựa vào MBA T1 có S = 800 kVA Iđm MBA = 800 × 103 √3 × 22 × 103 48 = 20,99A Vậy chọn fuse có: I1 > 13,1 𝑘𝐴 I3 < 293,911 𝐴 Iđm MBA = 20,99 A Dựa vào bảng để chọn fuse loại Fusarc CF: Vậy ta chọn fuse có chiều dài 442mm có mã số 51006542M0 CT: U đường dây 22kV nên chọn Uđm CT = 24kV Iđm MBA = 800 × 103 √3 × 22 × 103 = 20,99A Chọn dòng điện định mức sơ cấp CT Ip = 25 A Dòng điện thứ cấp CT chọn Is = 5A lý bên bán hàng cung cấp CT loại 5A 49 Tỉ số biến dịng = Ip/Is = 25/5 Cấp xác bên khách hàng yêu cầu 0,5 I ngắn mạch phía cấp 13,1 kA Cơng suất định mức CT công suất tối đa mà biến dịng chịu mà khơng gây sai số vượt giới hạn cho phép Các giá trị tiêu chuẩn 2.5 – – 10 – 15 – 30 VA Để tính cơng suất này, ta phải tính điện trở dây kết nối Chọn dây có cách điện XLPE, lõi làm Cu, tiết diện 𝑚𝑚2 , dài m Ta sử dụng công thức tính R phần trước: L 𝑅 = ρ = 23,69 × = 7,897mΩ S Tính cơng suất CT: SCT = I2 × R = 3,479 VA Dựa vào bảng sau điều kiện tính tốn để chọn CT: 50 Ta chọn loại CT AD22/N1 có mã số 03811410N0 VT: Điều kiện chọn: U đường dây 22kV nên chọn Uđm VT = 24kV Chọn điện áp thứ cấp 110 V Có cấp xác 0,5 Chọn loại 50VA để kinh tế Dựa vào bảng sau: Vậy VT phù hợp loại VDC21/S1 có mã số 03811799N0 51 IX Tính tốn phần mềm ecodial Dịng tải dây dẫn Cách tính sai số: %sai số = Kết Ecodial − Kết tính tay × 100 Kết tính tay Dịng tải dây dẫn (A) C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Tính % sai Ecodial tay số 1154,70 1157 0,20 288,68 289 0,11 132,94 135 1,55 196,23 197 0,39 280,50 281 0,18 180,00 180 0,00 502,04 503 0,19 11,39 12 5,39 100,34 101 0,66 21,22 22 3,67 72,17 72 0,23 54,13 54 0,23 90,21 90 0,23 Công suất máy biến áp Công suất máy biến áp T1 T7 Tính tay Ecodial 800 800 200 200 Nhận xét: Đối với I tải C1, sử dụng I ecodial T1 cần cơng suất 802 kVA tức cần phải nâng công suất lên 1000 kVA Để có tính kinh tế T1 nên dùng MBA có cơng suất 800 kVA CB Contactor, Phối hợp bảo vệ động cơ, Kích thước dây dẫn Đối với phần phần tính tay chọn mô Ecodial Sụt áp 52 Độ sụt áp (%) C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Tính tay 2,27 3,80 2,45 3,08 2,58 2,47 0,44 3,75 2,86 4,08 4,60 3,31 4,49 % sai số 29,53 29,36 29,57 21,79 28,77 32,11 94,25 20,43 24,46 19,10 9,89 17,86 12,29 Ecodial 2,94 4,92 3,17 3,75 3,32 3,26 0,848 4,52 3,56 4,86 5,05 3,9 5,04 Dòng ngắn mạch lớn Dòng ngắn mạch lớn (kA) C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Tính tay 8,42 5,87 7,66 6,92 7,49 7,77 3,12 0,92 6,57 1,33 3,45 5,10 3,94 Ecodial 8,7 6,09 7,85 7,06 8,07 7,99 3,5 0,97 6,76 1,39 3,65 5,43 4,09 Tụ bù Tính tay 225 Tụ (kVAr) Ecodial 225 53 % sai số % sai số 3,31 3,81 2,53 2,10 7,78 2,78 12,18 4,95 2,95 4,47 5,81 6,41 3,71 X Kết luận Thông qua môn học em học nhiều thứ từ chọn thiết bị mô phần mềm chuyên nghiệp, cách mà doanh nghiệp điện làm việc làm dự án Điện thật -Hết- 54 ... C 15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 1 85 1 25 28 55 40 20 50 1 35 30 55 130 45 56 x 240 240 300 150 x 1 85 1 85 4x240 10 70 50 35 25 18 ,51 18 ,51 29,41 18 ,51 18 ,51 29,41 29,41 18 ,51 18 ,51 18 ,51 18 ,51 18 ,51 ... 240 120 150 95 1 85 95 x 240 10 35 25 16 16 18 ,51 18 ,51 29,41 18 ,51 18 ,51 29,41 29,41 18 ,51 18 ,51 18 ,51 18 ,51 18 ,51 18 ,51 7,13 19,28 5, 49 10,72 4,00 6,19 3,06 249,89 15, 87 203,61 96, 25 52,06 64,79... 1 85 1 25 28 55 40 20 50 1 35 30 55 130 45 56 Đồng Đồng Nhôm Đồng Đồng Nhôm Nhôm Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng Đồng