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 bài tập lớn thiết bị điện trong phân phối điện
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÂN PHỐI ĐIỆN HK221 Đề số: 32 GVHD: ThS Nguyễn Xuân Cường SVTH: Nguyễn Minh Luân MSSV: 1916077 Thành phố Hồ Chí Minh – tháng năm 2022 MỤC LỤC PHẦN GIỚI THIỆU .1 0.1 Giới thiệu .1 0.2 Các tiêu chuẩn, tài liệu kỹ thuật catalogues tham khảo 0.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế 0.2.2 Tài liệu kỹ thuật 0.2.3 Catalogues PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính tốn dịng điện tải Ib 1.1.1 Dòng điện định mức tải 1.1.2 Dòng điện làm việc tải .6 1.1.3 Dòng điện tải dây dẫn .7 1.2 Chọn lựa CB PHẦN TÍNH TỐN CHỌN LỰA KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 14 2.1 Chọn lựa máy biến áp (MBA) .14 2.2 Tính tốn chọn lựa dây dẫn 16 2.3 Tính tốn độ sụt áp 28 PHẦN TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB THEO DÒNG NGẮN MẠCH 34 3.1 Tính tốn dịng ngắn mạch pha lớn 34 3.2 Kiểm tra độ bền nhiệt dây dẫn 40 PHẦN CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ 45 PHẦN TÍNH TỐN BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 48 PHẦN KIỂM TRA BẢO VỆ CHỌN LỌC 55 PHẦN BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP 62 PHẦN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MBA 68 8.1 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ thiết bị bảo vệ 68 8.1.1 Sơ đồ bảo vệ trường hợp lộ vào 68 8.1.2 Chọn lựa Fuse, CT VT 69 PHẦN TÍNH TỐN BẰNG PHẦN MỀM ECODIAL .78 9.1 Vẽ sơ đồ mạch tính tốn 78 9.2 So sánh dòng điện tính tốn dịng điện mơ 86 9.3 So sánh chọn MBA 87 9.4 Chọn lựa CB trip unit .87 9.5 Dòng ngắn mạch lớn 88 9.6 So sánh phối hợp bảo vệ động 90 9.7 Chọn lựa dây dẫn 90 9.8 Sụt áp dây dẫn 91 9.9 Dòng ngắn mạch nhỏ 92 9.10 Bù công suất phản kháng 93 PHẦN 10 KẾT LUẬN 94 PHẦN GIỚI THIỆU Bảng thông số phụ tải sau: Phụ tải Pđm (kW) L15 37 M16 30 Dây dẫn Ib (A) C10 210 C11 260 M17 63 M18 45 M9 150 L19 40 L20 35 L21 50 Dây dẫn C1 C15 C7 C8 C9 C10 C11 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Pđm (kW) XIII IX III IV X I VII II V VI XI XII VIII 0.1 Giới thiệu Tên dự án: Thiết kế cung cấp điện cho Xưởng gỗ CNC Tú Xương – Vĩnh Long Tính chất: Hộ tiêu thụ điện loại III Xưởng gỗ chuyên chế tác đồ nội thất, tượng, phù điêu trang trí… cho phép điện sửa chữa Nếu điện đột ngột tạo phế phẩm nhiên ảnh hưởng không nhiều tới kinh tế xưởng Phụ tải điện: Phụ tải đầu đề cho lớn gấp nhiều lần thực tế Nhưng với Bài tập lớn môn học này, coi thông số giao bảng bên thực tế - Động chạy máy bơm chữa cháy: M9 (150 kW); - Máy bơm nước sinh hoạt M17 (63 kW); - Phụ tải phòng sơn phủ L15 (37 kW); - Máy tiện M16 (30 kW); - Máy bào M18 (45 kW); - Phụ tải điều hịa thơng gió L19 (40 kW); - Phụ tải chiếu sáng L20 (35 kW); - Phụ tải sinh hoạt L21 (50 kW) Yêu cầu cung cấp điện: - Đảm bảo tiêu chí kỹ thuật đề ra; - Đảm bảo tính tin cậy cung cấp điện; - Đáp ứng kinh tế kỹ thuật; - Đảm bảo an toàn điện cho người vận hành bảo vệ thiết bị; - Có khả đáp ứng phát triển thêm cho nhu cầu phụ tải Sơ đồ sợi mô tả hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng: - Điện áp định mức thứ cấp MBA T1: Uđm = 400 V; - MBA hạ áp T7: 400/230 V; - Các phụ tải: o bình thường (thí dụ tủ phân phối) kí hiệu L: cosφ = 0.8, η = o động kí hiệu M: cosφ, η tra theo hướng dẫn IEC - Trạm MBA phân phối đặt nhà, lưới trung có điện áp 22 kV, trung tính nối đất Cơng suất ngắn mạch phía sơ cấp MBA phân phối T1: P = 500 MVA 0.2 Các tiêu chuẩn, tài liệu kỹ thuật catalogues tham khảo 0.2.1 Tiêu chuẩn thiết kế - TCVN 9208-2012: Lắp đặt cáp dây dẫn điện cơng trình cơng nghiệp; - TCVN 9207-2012: Tiêu chuẩn đặt đường dẫn điện nhà cơng trình cơng cộng – Tiêu chuẩn thiết kế; - IEC 364: Hướng dẫn lắp đặt điện; - Tiêu chuẩn ngành 11TCN – 18/19/20/21-2006 Quy phạm thiết bị điện; - QCVN 12:2014 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hệ thống điện nhà cơng trình 0.2.2 Tài liệu kỹ thuật - P T T Bình, P T T Vân, D L Hương N T H Liên, Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện, Hồ Chí Minh: NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2020 - P T T Bình, P Q Dũng, D L Hương, L M Hương, T H Phúc P T T Vân, Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC, Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật, 2011 - Schneider Electric, Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC, in lần thứ 3, 2018 0.2.3 Catalogues - Circuit breaker: C60N, LS, Gerin Merlin, Mitsubishi, Schneider; - Cáp điện: Cadivi, Daphaco, Trần Phú; - Busway: ABB, Bảo Kim, le Grand, Luvata, Schneider; - Contactor rơ le nhiệt: ABB, Fuji, Hager, Hyundai, LS, Schneider, Siemens; - Máy biến áp: ABB, CTC, Đông Anh, Sanaky, Thibidi, Trihal; - CT, VT cầu chì: ATO, CS, Eaton Bussman, EMIC, EFO, Schneider, Siemens; - Tụ bù công suất phản kháng: Epcos, Mikro, Nuintek, Samwha, Schneider * Các tài liệu tổng hợp cho phần đính kèm theo link drive: https://drive.google.com/drive/folders/1Vn96V76dwX5nDSIpdrMKNhVALZumZcSH?u sp=sharing PHẦN TÍNH TỐN SƠ BỘ Bảng thơng số phụ tải sau: Phụ tải Pđm (kW) L15 37 M16 30 Dây dẫn Ib (A) C10 210 C11 260 M17 63 M18 45 M9 150 L19 40 L20 35 L21 50 Dây dẫn C1 C15 C7 C8 C9 C10 C11 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Pđm (kW) XIII IX III IV X I VII II V VI XI XII VIII 1.1 Tính tốn dịng điện tải Ib 1.1.1 Dịng điện định mức tải Dựa vào công suất định mức Pđm (hay Pn) cho bảng thông số phụ tải Ta tiến hành tra hiệu suất η hệ số công suất cosφ động theo bảng table B4: power and current values for typical induction motors Từ tính dịng điện định mức cơng thức sau: I dm 100 Trong đó: Iđm Pdm 1000 cos U dm A (1.1) : Dòng điện định mức (A); Udm : Điện áp dây định mức (V); Pđm : Công suất định mức (kW); η : Hiệu suất động cơ; cosφ : Hệ số công suất Lưu ý: Với phụ tải L, lấy cosφ = 0.8 η = 100 Thí dụ tính tốn dịng điện định mức cho tải M16: Tải M16 có cơng suất định mức Pđm = 30 (kW) Tra bảng Pn = 30, thu được: η = 89; cosφ = 0.86 Dùng công thức (1.1), thu được: I dm 30 1000 89 0.86 380 100 59.5510 A Tính tốn dịng định mức cho phụ tải L15: Phụ tải L15 có cơng suất định mức 37kW với hiệu suất 100% cosφ = 0.8; vào công thức (1.1) ta I dm 37 1000 100 0.8 230 100 116.0976 A Tra bảng tính tốn tương tự cho tải lại, ta thành lập bảng sau: Bảng Kết tính dịng điện định mức tải No L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Pđm (kW) η (%) cosφ Idm (A) 37 100 0.8 30 89 0.86 63 92 0.87 45 91 0.86 150 94 0.87 40 100 0.8 35 100 0.8 50 100 0.8 116.0976 59.5510 119.5885 87.3632 278.6763 75.9672 66.4713 94.9590 1.1.2 Dòng điện làm việc tải Dòng điện làm việc tải (Ib) tính cơng thức: Ib K sd Idm A Trong đó: (1.2) Ksd : Hệ số sử dụng; Idm : Dòng điện làm việc định mức tải Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị điện chu kỳ làm việc xét tới (giờ, ca; ngày, đêm, v.v ) Hệ số sử dụng Ksd phụ thuộc chủ yếu vào quy trình cơng nghệ cơng trình/dự án Bài tập lớn giả sử tính toán cung cấp điện cho xưởng gỗ CNC, tiến hành chọn Ksd sau: No L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Ksd 0.75 0.75 0.75 0.75 1 1 Lí giải: - Động chạy máy bơm nước chữa cháy (M9), điều hịa thơng gió (L19), chiếu sáng (L20) phụ tải sinh hoạt (L21) chọn Ksd = Do thời gian làm việc xét tới, phụ tải khai thác liên tục; TÁCH RIÊNG PHẦN SƠ ĐỒ MỘT SỢI 80 81 82 KẾT QUẢ SAU TÍNH TỐN 83 84 85 9.2 So sánh dịng điện tính tốn dịng điện mơ Cáp Dịng tải tính tốn lý thuyết (A) Dịng tải tính tốn mơ Ecodial (A) Sai số(%) C1 909.3267 910 0.07% C7 75.4492 63 16.50% C8 179.8894 180 0.06% C9 278.6763 279 0.12% C10 210 210 0.00% C11 260 260 0.00% C15 116 116 0.00% C16 44.6633 59.6 33.44% C17 89.6914 120 33.79% C18 65.5224 87.4 33.39% C19 75.9672 76 0.04% C20 66.4713 66.5 0.04% C21 94.959 95 0.04% Nhận xét: Hầu hết tính tốn lý thuyết khớp với mơ Chỉ có dịng điện cáp C7, C15, C16, C17 có sai số lớn so với tính tốn Ngun nhân: Với cáp C7, phần mềm EcoDial khơng tính theo dịng hiệu chỉnh MBA mà lấy dịng điện danh định CB phía MBA T7 nhân cho tỉ số MBA để dòng điện làm việc cáp C7 (người dùng loại bỏ CB này, em khơng rõ thuật tốn tính tốn EcoDial việc tính Ib này) Với cáp C16-C17-C18, tính tốn lý thuyết, sinh viên nhân ln hệ số Ku vào, cịn với EcoDial thuật tốn chương trình lên tới tủ nhân Do đó, cáp C8-C10-C11 khơng sai lệch so với tính tốn Vì phần mềm EcoDial, thuật tốn sử dụng khơng nhân cho hệ số trước mà phải đến dây dẫn tủ nhân, nên gây sai số tính tốn 86 Khắc phục: Khơng cần khắc phục cách tính tốn phần mềm 9.3 So sánh chọn MBA MBA T1 T7 Tính tốn lý thuyết 630 kVA 100 kVA Mơ EcoDial 630 kVA 100 kVA Nhận xét: Khơng có chênh lệch chọn MBA 9.4 Chọn lựa CB trip unit CB Tính tốn lý thuyết Trip CB In(A) Unit/Curve Mô Ecodial Trip CB In(A) Unit/Curve Q1 MTZ1 10H1 Micrologic 5.0 1000 MTZ 10H1 Q7 NSX100B TM80D 100 NSX250B Q8 NSX250B TM200D 280 NSX250B Q9 NSX400H Micrologic 1.3 M 320 NSX400F TM250D 250 NSX250B Q11 NSX400N Micrologic 280 NSX400F Q15 NSX160F TM160D 160 Q10 NSX250B Micrologic 5.0 X 1000 C120N Micrologic 6.2 E Micrologic 6.2 E-M Micrologic 2.3 M Micrologic 5.2 E Micrologic 5.3 E C 125 250 250 400 250 400 Q16 GV3L65 - 65 NSX100B MA 100 Q17 NSX160F MA 150 NSX160B MA 160 Q18 NSX100F MA 115 NSX100B MA 100 87 Tính tốn lý thuyết Trip CB In(A) Unit/Curve CB Mô Ecodial Trip CB In(A) Unit/Curve Q19 Acti9 C120N C 80 C120N C 80 Q20 Acti9 C120N C 80 C120N C 80 Q21 Acti9 C120N C 100 C120H C 100 Nhận xét: Sự chọn lựa phần lớn giống khác mặt chọn lựa theo CB theo thuật toán đề xuất EcoDial Các CB trip unit chấp nhận mặt kỹ thuật Song phải dựa vào yếu tố kinh tế mà chọn CB cho hợp lí, khơng cần khắc phục 9.5 Dịng ngắn mạch lớn Cáp C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 Tính tốn lý thuyết (kA) 10.45 10.39 10.39 10.39 10.39 10.39 5.39 8.15 8.15 8.15 7.76 7.76 7.76 Mô Ecodial (kA) 13 13 13 13 13 13 4.01 9.6 9.6 9.6 8.5 8.5 9.6 Nhận xét: 88 Sai số (%) 19.615 20.076 20.076 20.076 20.076 20.076 34.413 15.104 15.104 15.104 8.705 8.705 19.166 Có khác tính tốn ngắn mạch lí thuyết phần mềm Ecodial Bên cạnh lí thơng số dây dẫn lựa chọn khác nhau, dẫn đến tổng trở ngắn mạch tính khác Cịn cơng thức tính tốn từ phần mềm EcoDial Lý do: Trong tính tốn lí thuyết, sinh viên dùng kiến thức học q trình để tính toán ngắn mạch cho trường hợp ngắn mạch ba pha Nhưng tài liệu kỹ thuật cấp Schneider, tính tốn ngắn mạch lập trình theo cơng thức cho bởi: Trong cơng thức này, phần mềm cịn dùng hệ số kM định nghĩa: Mà tính tốn lý thuyết khơng có hệ số Do đó, dẫn tới khác biệt tính tốn lý thuyết mô Khắc phục: Tuy sai số 10% đáng kể mục đích tính tốn ngắn mạch ba pha để chọn Icu cho phù hợp Mà số liệu tính tốn lý thuyết đưa người thiết kế tới chọn lựa an toàn nên số liệu tính tốn lý thuyết đáp ứng, khơng cần phải tính tốn lại dịng ngắn mạch ba pha 89 9.6 So sánh phối hợp bảo vệ động Động Pdm(kW) Tính tốn lý thuyết Mơ Ecodial M16 M17 M18 M9 30 75 45 160 LC1D65A LC1D150 LC1D115 LC1F330 LC1D80 LC1D150 LC1D115 LC1F330 Nhận xét: Contactor chọn giống Nhưng động M16, có khác lựa chọn Ngun nhân: Theo tính tốn lý thuyết, sinh viên chọn CB bảo vệ động GV3L65 Do contactor chọn khơng chênh cấp Cịn EcoDial chọn CB dòng NSX nên phải tăng lên cấp để phối hợp bảo vệ tốt Khắc phục: Khơng cần khắc phục khác khâu chọn lựa CB 9.7 Chọn lựa dây dẫn Cáp Tính tốn Mơ Tiết diện (mm2) Tiết diện (mm2) Dây pha Dây PE Dây pha Dây PE C1 3x240 3x120 3x240 3x120 C7 300 150 300 150 C8 185 95 185 95 C9 120 120 150 150 C10 95 35 95 35 C11 240 120 240 120 C15 95 50 95 50 C16 70 35 70 35 C17 70 35 70 35 90 C18 95 95 95 95 C19 95 50 95 50 C20 95 50 95 50 C21 95 50 95 50 Nhận xét: Tính tốn mơ khác cáp C9 Nguyên nhân: Các thông số hiệu chỉnh điều kiện lắp đặt cáp chưa đồng với điều kiện cài đặt phần mềm Đồng thời, khác tính tốn Ib dẫn tới khác tính tốn Iz Khắc phục: Do tiết diện không sai khác sụt áp cho phép nên không cần hiệu chỉnh Tuy nhiên, thực tế, xét tính kinh tế mà chọn tiết diện cho phù hợp 9.8 Sụt áp dây dẫn Cáp Tính tốn lý thuyết (%) Mơ Ecodial (%) C1 3.08 3.0779 C7 3.34 2.1 C8 3.72 2.6 C9 4.24 2.79 C10 3.87 3.3162 C11 3.43 2.572 C15 0.616 0.4884 C16 4.79 3.37 C17 4.38 3.09 C18 3.99 2.74 C19 4.87 4.38 C20 4.17 3.64 C21 4.81 4.7 Nhận xét: 91 Tính tay mơ cho kết đạt yêu cầu, nên chấp nhận kết tính hay mơ Nguyên nhân: Độ sụt áp cáp tính theo công thức U K Ib L Mơ EcoDial có khác nhau, hệ số K tra bảng khác dịng Ib lúc tính tốn lý thuyết khác với mô nên dẫn tới độ sụt áp phần trăm khác Khắc phục: Vì thuật tốn khác thơng số chi tiết khác dẫn tới lệch kết Nhưng kết tính tốn đạt 5% sụt áp cho phép nên khơng cần tính tốn lại 9.9 Dịng ngắn mạch nhỏ Cáp Tính tốn lý thuyết (kA) Mô Ecodial (kA) Sai số(%) C9 3.2723 5.39 39.29 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 1.9405 2.26 1.12 2.69 3.89 1.37 2.18 1.56 14.14 1.57 10.92 24.1 2.46 4.99 3.47 1.1025 2.3963 2.9526 1.4036 2.0714 1.506 Nhận xét: Có khác tính tốn lý thuyết mô EcoDial cáp C9, C17, C18 Nguyên nhân: Bên cạnh cách hiểu dòng điện Ib phần mềm thông số cáp hiệu 92 chỉnh khác Thì theo tài liệu kỹ thuật cấp Schneider, cơng thức để tính Ief EcoDial cho bởi: Trong thuật tốn tính tốn Schneider cho phần mềm có thêm hệ số α hiệu chỉnh theo sơ đồ hệ số cmin Do kết tính tốn mơ có sai lệch Khắc phục: Khơng cần khắc phục khác thuật tốn Mục đích tính tốn dịng chạm vỏ (hay dòng ngắn mạch nhỏ nhất) để chỉnh định dòng cắt từ Im để bảo vệ người khỏi cố điện giật Nhận thấy rằng, thông số tính tốn mơ có lệch dẫn tới kết hiệu chỉnh thông số Im hợp lí để bảo vệ nên khơng cần khắc phục 9.10 Bù cơng suất phản kháng Cơng suất Tính tốn lý thuyết 135.528 kVAr Mô Ecodial 150 kVAr Nhận xét: Ecodial không cho chế độ bù riêng phần mà cho bù cục Độ chênh lệch không lớn nên chấp nhận 93 Sai số 8.9% Khắc phục: Vẫn đảm bảo nên không cần hiệu chỉnh dung lượng tụ bù Tuy nhiên, chọn lựa bù tập trung hay bù phần chọn lựa tùy theo kinh tế vận hành PHẦN 10 KẾT LUẬN Do số hạn chế việc chọn lựa catalogues độ xác tính tốn tay; hạn chế phần mềm không cung cấp hệ số giống Hướng dẫn lắp đặt điện IEC, phương pháp tính tốn dẫn tới khác biệt kết Bài tập lớn tính tốn mang lại giá trị thực tế cao Qua tính tốn chọn lựa theo catalogue mang lại kinh nghiệm quý Mô cung cấp kiến thức thiết kế phần mềm cách hiệu chỉnh phần mềm học hỏi thêm nhiều hệ số hiệu chỉnh để đảm bảo an toàn thiết kế cho người kỹ sư tương lai Thông qua tập lớn, sinh viên có thêm kiến thức kinh nghiệm phân tích, đọc catalogue, tính tốn chọn lựa thiết bị cách tính tay sử dụng phần mềm Nhận ưu nhược điểm tính toán tay sử dụng phần mềm Và quan trọng hết có nhiều kiến thức quý thiết bị phân phối điện, Sau cùng, em chân thành cảm ơn Thầy nhiệt tâm giảng dạy, truyền đạt kinh nghiệm quý cho tụi em Chúc Thầy nhiều sức khỏe bình an! 94 ... ổn định thiết bị Việc chọn lựa Ks vô quan trọng, lẽ ảnh hưởng trực tiếp đến việc đầu tư sở hạ tầng cho hệ thống điện Bài tập lớn giả sử tính tốn cung cấp điện cho xưởng gỗ CNC, tiến hành chọn KS... .14 2.2 Tính toán chọn lựa dây dẫn 16 2.3 Tính tốn độ sụt áp 28 PHẦN TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB THEO DỊNG NGẮN MẠCH 34 3.1 Tính tốn dịng ngắn mạch pha lớn 34 3.2... 1.1.2 Dòng điện làm việc tải .6 1.1.3 Dòng điện tải dây dẫn .7 1.2 Chọn lựa CB PHẦN TÍNH TỐN CHỌN LỰA KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 14 2.1 Chọn lựa máy biến áp (MBA)