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 - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN: THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Xuân Cường Sinh viên thực hiện: Trần Anh Dũng MSSV: 1912964 Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 MỤC LỤC GIỚI THIỆU 0.1 Đề xuất catalogue dùng cho dự án a) Máy biến áp b) Dây dẫn c) CB (Circuit Breaker) 0.2 Các tài liệu kỹ thuật a) Bộ tiêu chuẩn thiết kế lắp đặt điện TCVN 7447 (IEC 60364) b) 2018 Electrical Installation Guide (Electrical Installation Guide, IEC Standards) TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính dịng điện tải Ib a) Dòng điện định mức tải b) Dòng điện làm việc tải c) Dòng điện tải dây dẫn 1.2 Lựa chọn CB TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC DÂY DẪN 10 2.1 Lựa chọn máy biến áp 10 a) Tính cơng suất biểu kiến cung cấp cho mạng điện 10 b) Chọn máy biến áp 12 2.2 Tính tốn lựa chọn dây dẫn 14 2.3 Tính tốn độ sụt áp 21 a) Tính tốn, kiểm tra sụt áp điều kiện làm việc bình thường 21 b) Kiểm tra sụt áp động có cơng suất lớn lúc khởi động 24 TÍNH TỐN LỰA CHỌN CB THEO DÒNG NGẮN MẠCH 25 3.1 Tính tốn dịng ngắn mạch pha lớn 25 3.2 Kiểm tra khả cắt dòng ngắn mạch CB 29 3.3 Kiểm tra độ bền nhiệt dây dẫn 29 LỰA CHỌN BỘ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ 31 4.1 Lựa chọn bảo vệ động 32 4.2 Kiểm tra việc phối hợp CB công tắc tơ, rơ le nhiệt 36 TÍNH BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG 37 KIỂM TRA SỰ BẢO VỆ CHỌN LỌC CỦA CB 38 BẢO VỆ ĐIỆN GIẬT GIÁN TIẾP 44 7.1 Tính tốn kiểm tra bảo vệ giật gián tiếp 44 a) Tổng quan bảo vệ giật gián tiếp 44 b) Tính toán chọn dây dẫn bảo vệ PE 47 7.2 Tính dịng chỉnh định bảo vệ ngắn mạch CB 48 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 53 8.1 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, fuse 54 8.2 Lựa chọn CT 58 8.3 Lựa chọn VT 59 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TAY VỚI ECODIAL 61 9.1 Sơ đồ sợi ecodial 61 9.2 Dòng điện tải 68 9.3 Kích thước dây dẫn 69 9.4 Sụt áp 69 9.5 Dòng ngắn mạch 70 10 KẾT LUẬN 70 10.1 Nhận xét 70 10.2 Kết luận 71 GIỚI THIỆU Sơ đồ sợi dự án Đề 4: Phụ tải L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 Pđm (kW) 90 37 45 11 185 40 35 20 Dây dẫn C10 C11 Ib (A) 200 260 Dây dẫn C1 C15 C7 C8 Mã số IV VIII IX VII V C9 C10 C11 C16 C17 C18 C19 C20 C21 I X II III VI XI XII 0.1 Đề xuất catalogue dùng cho dự án Đường link Drive: https://drive.google.com/drive/folders/19z4JFrUhBL5uSJ8e6KPrGTTpCVfYgzH?usp=sharing a) Máy biến áp XIII Sơ đồ sợi dùng máy biến áp ba pha T1 với điện áp định mức phía thứ cấp Uđm = 400V máy biến áp pha T7 với cấp điện áp 400/230V, ta tra theo Catalogue hãng Thibidi b) Dây dẫn Thông số dây dẫn phương thức lắp đặt tra theo catalogue hãng Cadivi c) CB (Circuit Breaker) Thông số CB tra theo catalogue MCB Acti-9, Compact MCCB, Easypact MCCB, Masterpact ACB hãng Schneider 0.2 Các tài liệu kỹ thuật a) Bộ tiêu chuẩn thiết kế lắp đặt điện TCVN 7447 (IEC 60364) TCVN 7447_2005: Hệ thống lắp đặt điện tòa nhà TCVN 7447_2006: Hệ thống lắp đặt điện tòa nhà TCVN 7447_2010: Hệ thống lắp đặt điện hạ áp TCVN 7447_2010: Hệ thống lắp đặt điện hạ áp TCVN 7447_2015: Hệ thống lắp đặt điện hạ áp b) 2018 Electrical Installation Guide (Electrical Installation Guide, IEC Standards) Nội dung sách đề cập đến nhiều vấn đề rộng lớn lĩnh vực lắp đặt trang thiết bị điện: từ giới thiệu tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm đến thơng số tính máy móc, dụng cụ, trang thiết bị điện, phương pháp tính tốn, thiết kế sơ đồ cấp điện đảm bảo yêu cầu tin cậy, bảo vệ chống bị điện giật bảo vệ chống hư hỏng xảy phần tử khác lưới điện, đặc biệt lưới điện hạ áp cơng trình dân dụng Ngồi ta tham khảo thêm thiết kế lắp đặt điện theo IEC Tiếng Việt TÍNH TỐN SƠ BỘ 1.1 Tính dịng điện tải Ib a) Dòng điện định mức tải Dịng điện định mức động tính theo công thức: 𝐼đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 ∗ 1000 √3𝑈đ𝑚 ∗ 𝜂 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 Trong đó: 𝐼đ𝑚 : Dịng điện định mức động (A) 𝑃đ𝑚 : Công suất trục động (W) 𝑈đ𝑚 : Điện áp định mức động (V) 𝜂 : Hiệu suất động 𝑐𝑜𝑠𝜑 : Hệ số cơng suất động Tính tốn cho động L15: 𝐼đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 ∗ 1000 √3𝑈đ𝑚 ∗ 𝜂 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 90 ∗ 1000 √3 ∗ 220 ∗ ∗ 0.8 = 295.236 (𝐴) (Điện áp định mức 220V sụt áp đường dây trình truyền tải) Ở có tải L15 có điện áp định mức 220V, tải cịn lại có điện áp định mức 380V) Áp dụng tính tốn dịng điện định mức cho tải cịn lại, ta có bảng tính tốn dịng điện định mức tải sau: Phụ tải Pđm (kW) L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 90 37 45 11 185 40 35 20 η (%) Cosφ Iđm (A) 100 90 91 87 94 100 100 100 0.8 0.86 0.86 0.86 0.87 0.8 0.8 0.8 295.236 72.630 87.363 22.337 343.701 75.967 66.471 37.984 Bảng 1: Kết tính dịng điện định mức tải b) Dòng điện làm việc tải Dịng điện làm việc tải tính theo công thức: 𝐼𝑏 = 𝐾𝑠𝑑 ∗ 𝐼đ𝑚 Trong điều kiện hoạt động bình thường, cơng suất tiêu thụ tải nhỏ công suất định mức Hệ số sử dụng (𝐾𝑠𝑑 ) nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị điện Hệ số áp dụng cho tải riêng biệt, cho động chúng chạy đầy tải Trong hệ thống lắp đặt cơng nghiệp, hệ số ước tính trung bình 0.75 động cơ, tải khác phụ tải chiếu sáng sợi đốt, ổ cắm, sạc xe điện Áp dụng vào sơ đồ mạch, ta lấy 𝐾𝑠𝑑 = 0.75 tải M16, M17, M8, M9 𝐾𝑠𝑑 = tải L15, L19, L20, L21 Tính tốn dịng điện làm việc cho tải L15: 𝐼𝑏 = 𝐾𝑠𝑑 ∗ 𝐼đ𝑚 = ∗ 295.088 = 295.088 (𝐴) Áp dụng tính tốn dịng điện làm việc cho tải cịn lại, ta có bảng tính tốn dịng điện làm việc tải sau: Phụ tải Iđm (A) Ksd Ib (A) L15 M16 M17 M18 M9 L19 L20 L21 295.236 72.630 87.363 22.337 343.701 75.967 66.471 37.984 0.75 0.75 0.75 0.75 1 295.236 54.473 65.522 16.753 257.776 75.967 66.471 37.984 Bảng 2: Kết tính dịng điện làm việc tải c) Dịng điện tải dây dẫn Dòng điện tải dây dẫn tính theo cơng thức: 𝐼𝑏_𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐾đ𝑡 ∑ 𝐼𝑏_𝑖 𝑖 Hệ số đồng thời (𝐾đ𝑡 ) cho biết tính hoạt động đồng thời nhóm thiết bị thiết bị hệ thống Việc xác định hệ số phụ thuộc vào kinh nghiệm người thiết kế yêu cầu chi tiết hệ thống lắp đặt dựa theo tiêu chuẩn định sẵn Đối với sơ đồ mạch bài, ta xác định hệ số đồng thời nhánh cho bảng theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9206:2012 lắp đặt thiết bị điện nhà cơng trình cơng cộng: Theo bảng tra, ta xác định được: Thanh B12 có 𝐾đ𝑡 = 0.9 (do có số mạch 3) Thanh B6 có 𝐾đ𝑡 = 0.8 (do có số mạch 5) Các phụ tải khác có hệ số đồng thời Dòng Ib nhánh C10 C11 cho sẵn, nên ta không cần xác định hệ số đồng thời cho B13 B14 Áp dụng tính tốn dịng điện tải đoạn dây dẫn, ta có bảng kết sau: Dây dẫn Ib (A) C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 808.49 169.76 123.07 257.78 200.00 260.00 295.24 54.47 65.52 16.75 75.97 66.47 37.98 Bảng 3: Dòng điện tải dây dẫn 1.2 Lựa chọn CB Các điều kiện chọn CB: Điện áp định mức: 𝑈đ𝑚_𝐶𝐵 ≥ 𝑈𝑙ướ𝑖 Dòng điện định mức: 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 ≥ 𝐼𝑏_𝑡ủ (đối với tủ) Dòng điện định mức: 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 ≥ 𝐼𝑏_𝑡ℎ𝑖𝑒𝑡𝑏𝑖 (đối với thiết bị) Dòng cắt ngắn mạch 𝐼𝑐𝑢 ≥ 𝐼𝑛𝑚 (dòng ngắn mạch 𝐼𝑏 ≤ 𝐼𝑟 ≤ 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 (dòng hiệu chỉnh dây (3) pha) Dòng cắt nhiệt: dẫn) Dòng cắt từ: (1) 𝐼đỉnh nhọn ≤ 𝐼𝑚 ≤ 𝐼𝑛𝑚 Do chưa có thơng số dịng ngắn mạch pha dòng ngắn mạch pha, nên ta chọn sơ tương đối cho thông số 𝐼𝑐𝑢 𝐼𝑚 Chọn CB tổng cho toàn mạch (CB Q1 ứng với 6): Thơng số dịng điện: Dịng điện tính tốn: 𝐼𝑏_𝐵6 = 808.49 (𝐴) Theo điều kiện chọn CB: 𝑈đ𝑚_𝐶𝐵 ≥ 𝑈𝑙ướ𝑖 = 380 (𝑉) 𝐼đ𝑚_𝐶𝐵 > 𝐼𝑏_𝐵6 = 808.49 (𝐴) Ta chọn MCCB Schneider mã hiệu NS1000H 4P với thơng số: Dịng điện định mức: 𝐼đ𝑚𝐶𝐵 = 1000 (A) Dòng cắt ngắn mạch 𝐼𝑐𝑢 = 70 (kA) Trip unit Micrologic 2.0, xác định dòng cắt nhiệt 𝐼𝑟 hệ số chỉnh định dòng tải 𝑘𝑟 theo điều kiện: 808.49 (A) ≤ 𝐼𝑟 ≤ 1000 (A) 808.49 (A) ≤ 1000 ∗ 𝑘𝑟 ≤ 1000 (A) Tra theo bảng ta chọn 0.81 ≤ 𝑘𝑟 ≤ 𝑘𝑟 = 0.9 Dòng định mức sơ cấp MBA: 𝐼𝑁𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟 = 630 ∗ 103 √3 ∗ 22000 = 16.533 (𝐴) 𝐼𝑓𝑢𝑠𝑒(0.1𝑠) ≥ 12 ∗ 𝐼𝑁𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟 = 12 ∗ 16.533 = 198.396 (𝐴) Dòng định mức fuse: 𝐼𝑁𝑓𝑢𝑠𝑒 ≥ 1.3 ∗ 𝐼𝑜𝑣𝑒𝑟𝑙𝑜𝑎𝑑 = 1.3 ∗ (1.4 ∗ 𝐼𝑁𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟 ) = 30.09 (𝐴) Dòng cắt ngắn mạch lớn nhất: 𝐼1 ≥ 𝐼𝑠𝑐_𝑚𝑎𝑥 = 13,122 (𝑘𝐴) Dòng ngắn mạch nhỏ nhất: 𝐼𝑁𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒𝑟 ≥ 𝐼3 𝑈𝑠𝑐 % => 𝐼3 ≤ 16.533 = 275.55 (𝐴) 6% Tra bảng chọn fuse, ta có: 57 𝐼𝑁𝑓𝑢𝑠𝑒 = 40 (𝐴) ≥ 30.09 (𝐴) (𝑡ℎỏ𝑎) 𝐼1 = 40 (𝑘𝐴) ≥ 13.122(𝑘𝐴) (𝑡ℎỏ𝑎) 𝐼3 = 150 (𝐴) ≤ 275.55(𝐴) (𝑡ℎỏ𝑎) Vậy ta chọn Fuse mã hiệu 51006544M0 với 𝑈đ𝑚 = 24 (𝑘𝑉 ), 𝐼𝑁𝑓𝑢𝑠𝑒 = 40 (𝐴), 𝐼1 = 40 (𝑘𝐴), 𝐼3 = 150 (𝐴) 8.2 Lựa chọn CT 58 Ta lựa chọn CT loại AD22/N1 mã hiệu 03811410N0 với thông số: Điện áp định mức U = 24 (kV), tần số f = 50Hz Điện áp xung Up = 125 (kV) Dòng điện định mức sơ cấp: I1n = 25 (A) Dịng điện định mức phía thứ cấp: I2n = (A) Tỉ số biến: Is = 5A Cấp xác: 5P10 Cơng suất định mức: S = 16 (VA) Dòng điện ngắn mạch lớn nhất: Ith = 16 (kA) > Isc_max =13.122 (kA) 8.3 Lựa chọn VT 59 Ta lựa chọn VT loại VRQ2n/S1 mã hiệu 03811746N0 với thông số: Điện áp sơ cấp lớn Ud = 22 (kV), tần số f = 50Hz Điện áp định mức thứ cấp Ud = 110 (V) Tỉ số biến: Is = 5A Cấp xác: 0.5 Công suất định mức: S = 30-50 (VA) 60 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TAY VỚI ECODIAL 9.1 Sơ đồ sợi ecodial 61 62 63 64 65 66 67 9.2 Dịng điện tải C1 Ib (A) (tính tay) 808.49 Ib (A) (Ecodial) 909 Sai số (%) 11.06 C7 169.76 231 26.51 C8 123.07 113 8.91 C9 257.78 280 7.94 C10 200 200 0.00 C11 260 260 0.00 C15 295.24 295 0.08 C16 54.47 66 17.47 C17 65.52 80 18.10 C18 16.75 22 23.86 C19 75.97 72.5 4.79 Dây dẫn 68 C20 66.47 63.1 5.34 C21 37.98 36.1 5.21 Dịng điện tải tính tay mơ phần mềm tương đối giống 9.3 Kích thước dây dẫn Dây dẫn Sph (𝒎𝒎𝟐 ) (tính tay) Sph (𝒎𝒎𝟐 ) (Ecodial) C1 C7 C8 8x300 2x120 2x95 8x300 185 95 C9 185 2x150 C10 C11 C15 C16 C17 70 2x95 300 50 185 70 185 300 50 185 C18 16 10 C19 C20 C21 50 2x25 35 50 70 35 Kết chọn dây dẫn từ tính tay phần mềm tương đối giống 9.4 Sụt áp Dây dẫn C1 C7 C8 C9 C10 C11 C15 C16 C17 C18 ∑ 𝛥𝑈 % ∑ 𝛥𝑈 % (tính tay) (Ecodial) Sai số (%) 0.25 0.55 2.05 0.50 1.81 1.02 1.35 3.16 2.17 2.22 0.38 0.869 2.07 0.686 1.95 1.27 1.45 3.67 2.28 2.66 34.21 36.71 0.97 27.11 7.18 19.69 6.90 13.90 4.82 16.54 69 C19 C20 C21 3.68 2.31 2.74 3.69 2.32 2.98 0.27 0.43 8.05 Sai số giá trị sụt áp tính tay giá trị sụt áp mô phần mềm số nhánh lớn Điều q trình tính tốn sử dụng sai thơng số bảng tra, dẫn đến tính sai giá trị tổng trở, số nhánh dịng Ib tính sai lệch với phần mềm dẫn đến sai số lớn sụt áp 9.5 Dòng ngắn mạch Dây dẫn Inm_3pha (A) (tính tay) Inm_3pha (A) (Ecodial) Sai số (%) C1 C7 C8 C9 C10 13.04 11.33 5.06 11.94 7.47 15.6 16.41 9.19 6.36 14.3 9.2 23.29 20.44 16.50 18.80 C11 C15 C16 C17 10.44 5.09 2.40 4.65 12.6 4.63 3.01 5.65 17.14 9.94 20.27 17.70 C18 C19 C20 C21 3.30 2.66 4.86 1.76 3.52 3.46 6.11 2.28 6.25 23.12 20.46 22.81 Sai số dòng ngắn mạch nhìn chung lớn, ngun nhân sai số việc tính tốn, tra bảng tính toán tổng trở 10 KẾT LUẬN 10.1 Nhận xét Kết việc tính tay chạy mơ phần mềm tương đối giống nhau, áp dụng phương thức tính tốn tiêu chuẩn quốc tế IEC Tuy vậy, lúc tính tốn có khả sử dụng nhầm lẫn thông số, nhập sai thông số vào phần mềm gây nên sai số lớn 70 10.2 Kết luận Bài tập lớn tổng hợp cho sinh viên kiến thức tảng cần thiết cho quy trình thiết kế hệ thống cung cấp điện thực tế, bao gồm tiêu chuẩn quốc gia lắp đặt hệ thống điện, kiến thức thiết bị điện động cơ, CB, dây dẫn,… Qua việc tính tốn thơng số lựa chọn thiết bị, sinh viên có khả giải nhiều trường hợp đặc biệt gặp q trình thiết kế sau 71 ... vực lắp đặt trang thiết bị điện: từ giới thiệu tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm đến thơng số tính máy móc, dụng cụ, trang thiết bị điện, phương pháp tính toán, thiết kế sơ đồ cấp điện đảm bảo yêu... 47 7.2 Tính dịng chỉnh định bảo vệ ngắn mạch CB 48 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 53 8.1 Lựa chọn sơ đồ bảo vệ, fuse 54 8.2 Lựa chọn CT ... tính dịng điện làm việc tải c) Dòng điện tải dây dẫn Dịng điện tải dây dẫn tính theo công thức: