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 TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -o0o - BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÂN PHỐI ĐIỆN Giảng viên phụ trách: Nguyễn Xuân Cường Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tân Mssv: 1915065 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2022 MỤC LỤC PHẦN 0: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN: PHẦN 1: TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính dịng điện tải Ib 1.2- Lựa chọn CB Phần 2: TÍNH TỐN LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 2.1 - Lựa chọn máy biến áp 2.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn 2.3- TÍNH TỐN ĐỘ SỤT ÁP 11 Phần 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB THEO DỊNG NGẮN MẠCH 13 3.1 Tính tốn dịng ngắn mạch pha lớn 13 3.2 Kiểm tra khả cắt dòng ngắn mạch CB 17 3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt dây dẫn 17 Phần 4: LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ 19 Phần 5: TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 23 Phần 6: Lựa chọn kiểm tra bảo vệ chọn lọc CB 25 Phần 7: BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP 26 Phần 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 29 8.1.Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ trường hợp có hai lộ vào 22kV 29 8.2 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ yêu cầu cáp điện liên tục có lộ vào 22kV 38 Phần 9: Mô phần mềm ECODIAL 40 1.So sánh dòng điện tải dây dẫn tính tốn ecodial 43 So sánh chọn máy biến áp 44 So sánh lựa chọn CB 44 4.So sánh phối hợp bảo vệ động 45 5.Kích thước dây dẫn 46 So sánh sụt áp dây dẫn đến tải 46 7.So sánh dòng ngắn mạch lớn 47 Bù công suất phản kháng 48 PHẦN 0: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN: Dự án xây dựng, phát triển phân xưởng sợi Phân xưởng có thơng 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 A1: SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP ĐƯỢC CUNG CẤP BỞI MÁY BIẾN THẾ Trong đó: T: máy biến thế; C: dây quấn; Q: Áptômát (Circuit Breaker: CB) B: cái; M: tải động cơ; L: tải bình thường; K: công tắc tơ Công suất tải Phụ tải Pdm (kW) L15 36 M16 5.5 M17 22 M18 45 M9 160 L19 40 L20 30 L21 120 Dòng điện tải dây dẫn Ib Dây dẫn Ib (A) Điều kiện lắp đặt dây dẫn C10 152 C11 310 Dây dẫn C1 C15 C7 C8 C9 C10 C11 C16 C17 Mã số VIII II X XI XII XIII VII I III Ký hiệu lắp đặt dây dẫn Chiều dài (m) I 56 II 125 C18 C19 C20 C21 VI IV IX V Phương pháp điều kiện lắp đặt dây dẫn Cáp điện đơn lõi, đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt máng (khay) cáp, nhiệt độ môi trường 400C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt máng (khay) cáp với mạch khác, nhiệt độ môi trường 400C III 28 IV 55 V 40 VI 20 VII 50 VIII 135 IX 30 X 55 XI 130 XII 45 XIII 185 Cáp điện đơn lõi, nhôm (Al), cách điện PVC, đặt ống chôn ngầm đất ẩm với mạch khác, nhiệt độ môi trường 350C Cáp điện đơn lõi, đồng (Cu), cách điện PVC, đặt ống chôn ngầm đất ướt, nhiệt độ môi trường 250C Cáp điện đơn lõi, đồng (Cu), cách điện XPLE , đặt ống chôn ngầm đất khô với mạch khác, nhiệt độ môi trường 350C Cáp điện đơn lõi, nhôm (Al), cách điện PVC, đặt máng (khay) cáp với mạch khác, nhiệt độ môi trường 450C Cáp điện đơn lõi, nhôm (Al), cách điện XLPE, đặt ống chôn ngầm đất ẩm với mạch khác, nhiệt độ môi trường 300C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt máng (khay) cáp vơi mạch khác, nhiệt độ môi trường 450C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện PVC, đặt ống chôn ngầm đất ướt với mạch khác, nhiệt độ môi trường 250C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện PVC, đặt thang cáp với mạch khác, nhiệt độ môi trường 300C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện XPLE , chôn tường với mạch khác, nhiệt độ môi trường 350C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện PVC, chôn tường với mạch khác, nhiệt độ môi trường 300C Cáp điện đa lõi, đồng (Cu), cách điện XLPE, đặt máng (khay) cáp với mạch khác, nhiệt độ mơi trường 300C PHẦN 1: TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính dịng điện tải Ib a, Dịng điện định mức tải - Từ bảng B4 cho tài liệu kèm, tra theo công suất Pđm motor, ta có thơng số hiệu suất η cos(φ) bảng trên, từ tính dịng điện Iđm cơng thức : Iđm = 𝑃đ𝑚×1000 (𝜂/100)×√3×cos(𝜑)×𝑈đ𝑚 - Ví dụ tính cho tải L15 : IL15đm = 𝑃đ𝑚 (𝜂/100)∗√3∗cos(𝜑)∗𝑈đ𝑚 = 36∗1000 (100/100)∗√3∗0,8∗230= 282,39 A Phụ tải L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Pđm 36 5.5 22 45 160 40 30 120 Ƞ(%) 100 84 89 91 94 100 100 100 cos(ϕ) 0.8 0.83 0.86 0.86 0.87 0.8 0.8 0.8 Uđm 230 400 400 400 400 400 400 400 112.959 11.3863 41.4871 82.9950 282.391 72.1687 54.1265 216.506 5 9 Iđm Bảng 1: Kết tính dịng điện định mức tải b) Dòng điện làm việc tải -Dịng điện tải Ib tính theo cơng thức : Ib=Ksd×Iđm (A) - Hệ số Ksd phụ thuộc chủ yếu vào quy trình cơng nghệ cơng trình, chưa có u cầu quy trình cơng nghệ, hệ số Ksd chọn để đảm bảo an toàn để đảm bảo cho việc tính tốn thiết kế sau khơng bị tải - Ví dụ tính cho tải L15 : Ib= Ksd×Iđm =1×112.9598= 112.9598A Phụ tải Iđm(A) Ksd(A) Ib(A) L15 112.9598 112.9598 M16 11.38635 11.38635 M17 41.48715 41.48715 M18 82.99502 82.99502 M9 282.3919 282.3919 L19 72.16878 72.16878 L20 54.12659 54.12659 L21 216.5064 216.5064 Bảng 2: Kết tính dịng điện làm việc tải c) Dòng điện tải dây dẫn - Cơng thức tính dịng điện tải dây dẫn : Ibtổng= Kđt× ∑𝑖 𝐼𝑏 (A) - Hệ số Kđt phụ thuộc chủ yếu vào quy trình cơng nghệ cơng trình, tải Dựa vào tài liệu tham khảo, để đảm bảo an toàn, đảm bảo cho việc tính tốn thiết kế, tối ưu chi phí hệ số đồng thời chọn bảng sau - Ví dụ tính dịng Ib tổng cho dây dẫn : Ibtổng C8= 0.9× ( IM16 + IM17 + IM18)= 0.9×(11.38635+ 41.48715+ 82.99502) = 122.28 A Dây C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 dẫn Kđt 1 0.9 0.9 Ib(A) 1034.08 195.65 122.28 254,15 152 310 112.9598 C16 0.8 9.11 C17 0.8 33.19 C18 0.8 66.40 C19 0.9 64.95 C20 0.9 48.71 C21 0.9 194.86 Bảng 3: Dòng điện tải dây dẫn 1.2- Lựa chọn CB -Chọn CB với phần tử bảo vệ (Trip Unit ) phù hợp với tải Dây dẫn Ib(A) In(A) Tên CB C1 1034.08 1250 NT12H1 C7 195.65 320 NSX-400R C8 122.28 200 NSX-250B C9 254,15 320 NSX-400R C10 152 500 NSX250B C11 310 220 NSX-630F C15 112.9598 200 NSX-250B C16 9.11 25 NSX100B C17 C18 C19 C20 33.19 66.40 64.95 48.71 50 80 80 63 NSX-100B NSX100B NSX100B NSX100B C21 194.86 220 NSX250B Tên Trip Unit W/o tripunit Micrologic 6.3 E-M TM-200D Micrologic 6.3 E-M Micrologic 2.2M Micrologic 2.3M TM-200D Micrologic 2.2M TM-50D TM80D TM80D TM63D Micrologic 2.2M Hệ số chỉnh định dòng tải Icu(kA) 42 0,9 288 200 0,9 180 25 0,9 288 200 0,8 176 36 0,7 350 25 0,8 180 25 0.7 17.5 25 0,8 0.9 0.9 0.95 40 72 72 59.85 25 25 25 25 0.8 176 25 Phần 2: TÍNH TỐN LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 2.1 - Lựa chọn máy biến áp - Công suất biểu kiến cung cấp cho mạng điện : S1= √3 × 𝑈đ × 𝐼 = √3 × 400 × 1034,08 = 716,43 𝐾𝑉𝐴 -Cơng suất biểu kiến cung cấp cho đường dây tải C15: S7= √3 × 𝑈đ × 𝐼 = √3 × 230 × 112,9598 = 45 𝐾𝑉𝐴 -Công suất máy biến áp T1 (22KV/410V) chọn theo bảng sau: Ir (A) => chọn MBA T1 có cơng suất 800KVA - Cơng suất MBA T7 có cơng suất 100KVA -Dịng tải Ib hiệu chỉnh : • Dịng tải C1: • Dịng tải C15: Ib1= √ × đ Ib15== = √ × đ √ × = = 1154,7𝐴 √ × => Dòng tải hiệu chỉnh C7 : Ib7=Ib15× = 251,02𝐴 = 251,02 × = 143,76A - Chọn lại CB phía thứ cấp máy biến áp: +Lưu ý: chọn CB C7 theo điều kiện kèm máy biến áp T7 Dây dẫn Ib (A) In (A) Tên CB Tên trip unit C1 C7 C15 1154,7 143,76 251,02 1250 200 NT12H1 NSX250B NSX400R With out trip unit TM-200D 320 Micrologic 6.3 E-M Chọn lại CB cho phù hợp với máy biến áp 2.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn + Kt=П𝐾 : Hệ số hiệu chỉnh dây dẫn Hệ số chỉnh định dòng tải 0,9 0,9 Ir (A) 1250 180 288 + Iz= - Với : +Ki : Hệ số hiệu chỉnh xét theo điều kiện lắp đặt cáp +Iz : Dòng điện lớn cho phép cáp theo bảng tra - Các hệ số hiệu chỉnh ứng với điều kiện lắp đặt cáp : + K1: Hệ số hiệu chỉnh khả mang dòng cáp theo nhiệt độ mơi trường khơng khí xung quanh( cáp lắp đặt nổi) +K2: Hệ số hiệu chỉnh khả mang dịng cáp theo nhiệt độ mơi trường đất xung quanh( cáp lắp đặt ngầm đất) +K3 : Hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào tính chất đất +K4: Hệ số giảm nhóm, dây dẫn cáp cách điện lắp đặt nhóm Hình G12 Các hệ số hiệu chỉnh ( K1) cho nhiệt độ khơng khí xung quanh ngồi 30 ° C áp dụng cho khả mang dịng điện cáp khơng khí Do sơ đồ bảo vệ sử dụng tủ GBC-B nên ta dung loại VT sau: VRQ2-n/S2; VRC2/S1 VRM3-n/S2 Ta chọn VT loại VRC2/S1 mã hiệu 03811829N0 34 Điện áp định mức V1 = 24kV ( 22kV )và điện áp thứ cấp V2 =100V Công suất định mức 50VA chịu đến 500VA cấp xác 0.5 8.1.3.Chọn Fuse: Ta chọn cầu chì bảo vệ máy biến áp phải thỏa điều kiện sau: I fuse > 12* INtransformer (1) 1.3*Ioverload < I Nfuse (2) INtransformer/Usc > I3 (3) 35 Ta có máy biến áp T1 có cơng suất 800kVA, module chọn QM điện áp hoạt động 22kV nên ta chọn cầu chì Fusarc CF40A Kiểm tra đặc tính cầu chì: Ta có 1.3*Iquá tải=1.3*13.12=17 056 < I Nfuse = 40 A điều kiện thứ thỏa Để kiểm tra điều kiện cịn lại ta tra catalogue cầu chì Fusarc CF40A 36 Ở lưới điện trung Usc= 6% nên INtransformer/Usc= thứ thỏa mãn 275.5>I3= 164 A nên điều kiện Dựa vào đặc tính thời gian dịng điện ta có I fuse=300A > 12* INtransformer = 12*.16.53=198.36A Do điều kiện thỏa Cầu chì đạt yêu cầu: Chọn fuse Fusarc CF40 mã hiệu 51108821M0 cho MBA T1 công suất 800 kVA, Uđm = 22kV 37 8.2 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ yêu cầu cáp điện liên tục có lộ vào 22kV Sử dụng hệ thống chuyển mạch tự động (Automatic transfer system) để đảm bảo tính cung cấp điện liên tục - Chọn tủ NSM-cables SM6-24 - Chọn tủ Fuse-switch QM SM6-24 - Chọn tủ đo lường GBC-B SM6-24 Sơ đồ đấu nối dây: 38 39 Phần 9: Mô phần mềm ECODIAL T1, C1, Q1 40 Tụ bù, Q7, C7, T7, Q15, C15, L15 41 Q8, C8, Q16 (17,18), C16 (17,18), M16 (17,18) 42 C9 (10, 11, 19, 20, 21), Q9 (10, 11, 19, 20, 21), M9, L19 (20, 21) 1.So sánh dòng điện tải dây dẫn tính tốn ecodial Cáp Tính tốn lý thuyết Mơ Ecodial C1 1034.08 1642 C7 195.65 135 C8 122.28 166 C9 254,15 226 C10 152 360 C11 310 346 C15 112.9598 320 C16 9.11 37.5 C17 33.19 40.3 C18 66.40 91.4 C19 64.95 92.8 C20 48.71 58.4 C21 194.86 202 43 -Nhận xét: Sai số đáng kể (>10%) C7 C15 Nguyên nhân Ib bảng cột tính theo lí thuyết Ib hiệu chỉnh theo máy biến áp, cịn phần mềm Ecodial chưa hiệu chỉnh -Khắc phục: Khơng cần khắc phục cách hiểu Ib khác nhau, bản, Ib tính theo lí thuyết chưa hiệu chỉnh gần Ib tính phần mềm Ecodial So sánh chọn máy biến áp Máy Biến Áp Tính tốn lý thuyết Mô Ecodial T1 800kVar 800 kVar T7 100kVar 50 kVar -Nhận xét: có khác cơng suất định mức máy biến áp T7 -Nguyên nhân: +Theo Electrical Installation Guide (according to IEC) bảng chọn cơng suất khơng có giá trị 125KVA cơng suất định mức nên chọn 160KVA -Cách khắc phục: chọn lại công suất định mức MBA T7 125kVA So sánh lựa chọn CB Tính tốn lý thuyết CB Mơ Ecodial In(A) Tên CB Trip Unit In(A) MTZ1 Micrologic 5.0X 1250 NSX250F MA 250 NSX160B TM-D 160 320 NSX250F MA 250 500 NSX160B TM-D 160 220 NSX400F Micrologic 5.3E 400 NT12H1 W/o tripunit Q1 NSX-400R Micrologic 6.3 E-M 1250 Q7 NSX-250B TM-200D 320 Q8 NSX-400R Q9 NSX250B Q10 NSX-630F Q11 NSX-250B Micrologic 6.3 E-M Micrologic 2.2M Micrologic 2.3M TM-200D 200 44 12H1 Acti9 Q15 NSX100B Micrologic 2.2M 200 C 80 C120 C120N Q16 NSX-100B TM-50D 25 P25M M 14 Q17 NSX100B TM80D 50 NSX100F Micrologic 2.2M 100 Q18 NSX100B TM80D 80 NSX100F Micrologic 2.2M 25 Acti9 C 80 C 50 Micrologic 5.2E 250 Q19 NSX100B TM63D C120 - 80 C120N Acti9 Q20 Q21 NSX250B NT12H1 Micrologic 2.2M 63 W/o tripunit 220 C120 – IC60N NSX250B -Nhận xét: Tất CB tính theo lí thuyết hay phần mềm Ecodial chấp nhận mặt kĩ thuật Tùy theo điều kiện kinh tế phân phối thiết bị điện theo vùng mà chọn loại CB hợp lí Không cần khắc phục 4.So sánh phối hợp bảo vệ động Động Pdm(kW) M16 M17 M18 Tính tốn lý thuyết 37 LC1D25 45 LC1D50 11 LC1D115 Mô Ecodial LC1K12 LC1D50A LC1D95 M9 LC1F225 185 LC1F330 -Nhận xét: Contactor chọn cho M18 khác lí thuyết phần mềm Lí chọn CB, phần mềm lí thuyết chọn khác nhau, đảm bảo mặt kĩ thuật sử dụng theo contactor chọn phần mềm tiết kiệm chi phí Khơng cần khắc phục -Cịn contactor động M9 chọn phần mềm khác so với lí thuyết lí từ đầu dịng tải Ib khác nhau, dẫn đến việc chọn CB contactor khác -Khắc phục: tính tốn chọn lại CB contactor cho M9 45 5.Kích thước dây dẫn Cáp Tính tốn lý thuyết(mm2) Mơ Ecodial(mm2) C1 3x240 4x300 C7 150 50 C8 95 95 C9 185 300 C10 70 240 C11 2x150 300 C15 150 150 C16 1.5 C17 25 25 C18 25 50 C19 16 50 C20 16 25 C21 185 240 -Nhận xét: Khác tính tốn lý thuyết mơ ecodial -Nguyên nhân: +Khi mô điều chỉnh điều kiện đặt cáp chưa xác Đồng thời dịng tải Ib số dây tính tốn mơ khác nên dẫn đến Ir khác nhau, từ làm cho Iz khác +Do dịng Iz cáp khác tính tốn lý thuyết mô nên dẫn tới việc chọn tiết diện dây pha khác nhau, dẫn tới việc chọn dây PE khác -Cách khắc phục: Tính lại chọn lại dây So sánh sụt áp dây dẫn đến tải Tải M9 L15 Tính tốn lý thuyết (%) 6.56202 7.43595 46 Mô Ecodial(%) 2.22 1.85 M16 10.6723 4.94 M17 9.98609 4.17 M18 9.99674 4.01 L19 9.96439 4.32 L20 9.71555 4.59 L21 9.1295 2.72 -Nhận xét: Khác tính tốn lý thuyết mơ ecodial Có thể chấp nhận kết từ tính lý thuyết mơ sụt áp 5% Ngun nhân tiết diện dây dẫn chọn khác -Khắc phục: Đã khắc phục phần chọn lại tiết diện dây 7.So sánh dịng ngắn mạch lớn CB Tính tốn lý thuyết(kA) Mơ Ecodial(kA) Q1 5.5395 16.2 Q7 5.5089 16.2 Q8 5.5089 16.2 Q9 5.5089 16.2 Q10 5.5089 16.2 Q11 5.5089 16.2 Q15 3.3261 2.93 Q16 4.6399 6.57 Q17 4.6399 6.57 Q18 4.6399 6.57 Q19 1.3569 6.37 Q20 1.3569 6.37 Q21 13.7 9,663 -Nhận xét: có khác tính tốn ngắn mạch lí thuyết phần mềm Ecodial Lí dây dẫn lựa chọn khác nhau, dẫn đến tổng trở ngắn mạch tính khác nhau, nữa, phần mềm Ecodial bỏ qua điện trở CB -Khắc phục : Khắc phục phần chọn lại dây dẫn 47 Bù công suất phản kháng Vị trí bù Tính tốn lý thuyết Mơ Ecodial Cơng suất tụ bù (kVar) 186kVar 175 kVar -Nhận xét: khác công suất tụ bù Ngun nhân dịng tải Ib khác nhau, dẫn đến cách tính cơng suất phản kháng để bù khác 48 ... 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 29 8.1 .Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ trường hợp có hai lộ vào 22kV 29 8.2 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ yêu cầu cáp điện. .. 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 8.1 .Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, thiết bị bảo vệ trường hợp có hai lộ vào 22kV 8.1.1 .Tính tốn theo máy biến áp T1 29 8.3 Do máy biến áp T1 ta lựa chọn. .. PHẦN 1: TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính dịng điện tải Ib 1.2- Lựa chọn CB Phần 2: TÍNH TỐN LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 2.1 - Lựa chọn máy biến áp