THIẾT KẾ MẠNG ĐỘNG LỰC BẰNG ECODIAL

Khái quát:Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy vi tính, kéo theo sự bùng nổ về lĩnh vực phần mềm máy vi tính, nhiều phần mềm ứng dụng trở thành công cụ đắc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG

 Trần Duy Khương

 Trần Minh Đức

 Nguyễn Mạnh Tuấn

T.p Hồ Chí Minh, Tháng 12 Năm 2012

Mục Lục

1 KHÁI QUÁT: 4

2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ECODIAL: 4

2.1 M ỘT SỐ TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT CỦA E CODIAL : 4

2.2 C ÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG VÀ NGUYÊN TẮC TÍNH TOÁN CỦA E CODIAL : 4

2.3 M ỘT SỐ HẠN CHẾ CỦA E CODIAL : 5

3 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO THƯỜNG GẶP KHI LÀM VIỆC VỚI ECODIAL: 5

3.1 N GUỒN CUNG CẤP : 5

3.1.1 Máy biến áp (Transformer) 5

3.1.2 Máy phát (Generator) 5

3.1.3 Nguồn bất kỳ (Source) 5

3.2 C ÁC THANH CÁI : 5

3.2.1 Các thanh cái có phần tính toán: 5

3.2.2 Các thanh cái không có phần tính toán: 6

3.3 V ẬT DẪN : THƯỜNG GỌI LÀ CÁC BUSWAY VÀ CÁP 6

3.3.1 Cáp (cable) 6

3.3.2 Hệ số các thanh cái (Busbar trunking systems) 6

3.4 T ẢI (L OAD ) 6

3.4.1 Mạch tải bất kỳ: 6

3.4.2 Mạch tải động cơ (Motors) 7

3.4.3 Mạch tải chiếu sáng (Lighting) 7

3.5 M ÁY BIẾN ÁP HẠ ÁP 7

3.6 T HIẾT BỊ BẢO VỆ 7

3.7 C ÔNG TẮC CHUYỂN MẠCH 7

3.8 Đ ƯỜNG DẪN ĐẾN CÁC DỰ ÁN PHÍA TRÊN : 7

4 CÁC THƯ VIỆN PHẦN TỬ TRONG ECODIAL: 9

4.1 T HƯ VIỆN NGUỒN : 9

4.2 T HƯ VIỆN THANH CÁI : 10

4.3 T HƯ VIỆN MẠCH LỘ RA : 10

4.4 T HƯ VIỆN TẢI : 11

4.5 T HƯ VIỆN MÁY BIẾN ÁP : 12

4.6 T HƯ VIỆN CÁC PHẦN TỬ KHÁC : 12

5 TRÌNH TỰ THAO TÁC TÍNH TOÁN VỚI ECODIAL 13

5.1 K HỞI ĐỘNG PHẦN MỀM .13

5.2 C HUẨN BỊ SƠ ĐỒ ĐƠN TUYẾN .15

5.2.1 Hiệu chỉnh sơ đồ 18

5.2.2.1 Phân xưởng 3 20

5.2.2.2 Động cơ 20

5.2.2.4 Phân xưởng 2 22

5.2.2.5 Phân xưởng 1 23

5.3 X ÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT NGUỒN CẦN THIẾT .24

5.4 T ÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN TỪNG BƯỚC 25

5.4.2 Tính toán từng bước theo các ràng buộc (chế độ Calculate) 27

5.5 P HỐI HỢP ĐẶC TUYẾN BẢO VỆ CỦA CB, MÁY CẮT 27

5.5.1 Kiểm tra thiết bị đóng cắt của nguồn với nhánh sơ đồ phân xưởng 1 27

5.5.2 Kiểm tra thiết bị đóng cắt của nguồn với nhánh sơ đồ chiếu sáng 28

5.6 H IỂN THỊ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ IN 30

6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MỘT MẠNG ĐIỆN THEO CHẾ ĐỘ TỪNG BƯỚC 31

1 Khái quát:

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy vi tính, kéo theo sự bùng nổ về lĩnh vực phần mềm máy vi tính, nhiều phần mềm ứng dụng trở thành công cụ đắc lực giúp con người thiết kế và giải quyết nhanh chóng các bài toán trong kỹ thuật

Để thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp, nhà máy, người thiết kế phải giải quyết một khối lượng lớn các bài toán về kinh tế - kỹ thuật khá phức tạp và mất nhiều thời gian Trong chuyên ngành cung cấp điện, việc tính toán thiết kế cho lưới điện

hạ áp là công việc không thể thiếu được với các sinh viên, kỹ sư Có nhiều chương trình giúp cho việc thiết kế hệ thống điện

2 Giới thiệu về phần mềm ecodial:

Ecodial là một trong các chương trình chuyên dụng EDA cho việc thiết kế, lắp đặt mạng điện phía hạ áp Nó cung cấp cho người thiết kế đầy đủ các loại nguồn, thư viện linh kiện, các kết quả đồ thị tính toán và một giao diện trực quan với đầy đủ các chức năng cho việc lắp đặt hạ áp

Một điểm cần lưu ý: Ecodial là một chương trình cho các kết quả tương thích với tiêu chuẩn quốc tế IEC nếu áp dụng vào tiêu chuẩn Việt Nam cần có sự hiệu chỉnh

2.1 Một số tiêu chuẩn kỹ thuật của Ecodial:

 Mức điện áp: điện áp nguồn từ 220V đến 690V

 Tần số từ 50Hz đến 60Hz

 Các sơ đồ hệ thống nối đất IT, TN, TT, TNC, TNS

 Nguồn được sử dụng là 4 nguồn chính và 4 nguồn dự phòng

 Tính toán và lựa chọn theo tiêu chuẩn NFC15100, UTE-C15500,

IEC947-2, CENELEC R064-003

 Tiết diện cho phép tối đa của dây dẫn 95 – 120 – 150 – 185 – 240 – 300 –

400 – 500 – 630 (mm)

 Sai số khi lựa chọn tiết diện từ 0 đến 5%

2.2 Các đặc điểm chung và nguyên tắc tính toán của Ecodial:

Ecodial đưa ra 2 chế độ tính toán phụ thuộc vào nhu cầu người thiết kế:

 Tính toán sơ bộ (ở chế độ Pre-sizing) để tính toán nhanh thông số của mạng điện Ở chế độ này, Ecodial sẽ lấy các thông số mặc định có sẵn trong phần mềm

 Tính toán từng bước (ở chế độ Calculate), ở chế độ tính toán này Ecodial sẽ tính toán các thông số của mạng từng bước theo các đặc tính hay cáa rảng buộc do người thiết kế nhập vào

 Tính toán phụ tải.

 Chọn các chế độ nguồn và bảo vệ mạch

 Lựa chọn kích thước dây dẫn

 Chọn máy biến áp và nguồn dự phòng

 Tính toán dòng điện ngắn mạch và độ sụt áp

 Xác định yêu cầu chọn lọc cho các thiết bị bảo vệ

 Kiểm tra tính nhất quán của thông tin được nhập vào

 Trong quá trình tính toán, Ecodial sẽ báo lỗi bất kỳ các trục trặc nào gặp phải và đưa các yêu cầu cần thực hiện

 In trực tiếp các tính toán như các phai văn bản khác có kèm theo cả sơ đồ đơn tuyến

2.3 Một số hạn chế của Ecodial:

• Ecodial không thực hiện được tính toán chống sét cho mạng hạ áp

• Ecodial không tính toán việc nối đất mà chỉ đưa ra sơ đồ nối đất để tính toán và lựa chọn các thiết bị khác

• Trong mỗi dự án Ecodial chỉ cho phép tối đa 75 phần tử của mạch

3 Các thông số đầu vào thường gặp khi làm việc với Ecodial:

Để thực hiện việc tính toán với phần mềm thiết kế cần nhập vào các thông số đầu vào cho từng phân tử mạch Các thông số đầu vào và các giá trị tính toán được liệt kê như sau:

3.1 Nguồn cung cấp:

3.1.1 Máy biến áp (Transformer)

Dựa vào công suất định mức của máy biến áp và công suất ngắn mạch của hệ cao áp chương trình Ecodial tính tất cả các đặc tính của nguồn

3.2.2 Các thanh cái không có phần tính toán:

Thanh cái không có phần tính toán (trở kháng bằng 0) cho phép có 1 nhánh rẽ dưới 1 mạch Thông thường khi đặt một thanh cái không có phần tính toán, dùng

“busbar” trên sơ đồ, nếu cần thì hiệu chỉnh lại mạch để tạo một nhánh rẽ

3.3.1 Cáp (cable)

Hệ số nhu cầu (Kuser) cho phép người dùng đưa những thông số sau vào tính toán tiết diện cáp

Hệ số hiệu chỉnh theo các úng dụng khác:

 K = 0.9: Đối với 10% công suất dự phòng

 K = 1.2: Đối với 80% hệ dố sử dụng đồng thời của cáp

Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp đi song song trên một mạch

3.3.2 Hệ số các thanh cái (Busbar trunking systems)

Các giá trị tính toán cho dây dẫn (cáp và thanh cái BTS):

 Dòng ngắn mạch cực đại tại cuối dây dẫn: Ik1max, Ik2max, Ik3max; dòng ngắn mạch cực đại của 1 pha, 2 pha và 3 pha

 RboN: Điện trở pha – trung tính

 XboN: Điện kháng pha – trung tính

 Iscmax: Dòng ngắn mạch cực đại phía tải của dây dẫn

 Iscmax: Dòng ngắn mạch cực đại phía nguồn của dây dẫn (xác định khả năng cắt của thiết bị bảo vệ)

 Ik1min, Ik2min: Dòng ngắn mạch cực tiểu 1 pha, 2 pha

 XbPh-Ph: Trở kháng vòng pha – pha

 RbNe: Điện trở pha trung bình

 Ifault: Dòng sự cố giữa dây pha với dây PE

BTS hay thanh cái dùng kết nối với tải phân bố không đều

Mỗi BTS đều có các thông số cho phép người dùng nhập giá trị vào theo các yêu cầu thiết kế

sẽ tính ra dòng điện và ngược lại

 Sơ đồ nối đất: thường chuyển từ TN – C sang TN – S, do quy định các tải

tải di động phải sử dụng sơ đồ nối đất TN – S.

3.4.2 Mạch tải động cơ (Motors)

3.4.3 Mạch tải chiếu sáng (Lighting)

3.5 Máy biến áp hạ áp

Các MBA hạ áp dùng để thay đổi sơ đồ nối đất, từ dạng này sang dạng kháchay để thay đổi các điện áp (chẳng hạn từ 400V của mạng 3 pha thành 220V củamạng 3 pha)

Các thông số cần nhập đối với máy biến áp hạ áp tương tự như thông số cần nhập đối với MBA nguồn

3.6 Thiết bị bảo vệ

 Bảo vệ và điều khiển động cơ

Đây là hai hình thức bảo vệ khác nhau nhưng mục dích chung cũng là bảo vệ cho động cơ và mạch điện Nói chung các hình thức bảo vệ đều cùng chung những đặc tính như sau

 Bảo vệ chống chạm đất

 Số tiếp điểm ngắt

 Số hiệu của công tắc

3.8 Đường dẫn đến các dự án phía trên:

Giá trị của các phần tử được mô tả chung trong bảng tóm tắt sau:

Mô tả Nội dung

Trung tính kiểu phân

Un ph-ph (V) Điện áp dây định mức của phía hạ áp:220-230-240-380-400-415-440-500-525-600-660-690V.

Điện áp ngắn mạch

(%) Điện áp ngắn mạch của MBA tính theo % Có thể chọn giá trị chuẩn mặc định

Thời gian cắt sự cố

Xph của mạng ( mΩ) Tổng trở tương đương của 1 pha tính bằng mΩ

Rpha máy biến áp

Xpha máy biến áp

Phương pháp lắp đặt Phương pháp lắp đặt cáp IEC 364-5- 523

Cách điện

Vật liệu cách điện:

XLPE: cấp cách điện bằng Polyme lien kết cheo

PVC: cấp cách điện bằng PolyVinylCloride Cao su: cấp cách điện bằng cao su

4 Các thư viện phần tử trong Ecodial:

Thư viện chính của Ecodial được trình bày dưới dạng sơ đồ cây rất tiện ích cho người sử dụng Thư viện này xuất hiện ngay khi khởi động chương trình để chuẩn bị thiết kế Chỉ bằng một động tác nhấp chuột và di chuyển đến nơi muốn

vẽ, nhấp chuột lần nữa bạn có thể lấy ra bất kỳ sản phẩm nào như mong muốn Cửa sổ màn hình thư viện ban đầu xuất hiện cũng chính là của sổ thư viện nguồn như sau:

4.1 Thư viện nguồn:

Thư viện Mô tả Chức năng

- Máy biến áp

- Cáp hoặc BTS hoặc không có nối mạch

- CB

- Máy phát

- Cáp hoặc BTS hoặc không có nối mạch

- CB

- Máy cắt hạ thế phân đoạn dùng cho 2 loại thanh cái khác nhau.

- Có thể được sử dụng như một máy cắt thông thường

4.2 Thư viện thanh cái:

Thư viện Mô tả Chức năng

Thanh cái có tính toán hoặc không tính toán (tương đương nhánh rẽ)

Liên động cơ khí giữa hai thanh cái nối vào các nguồn khác nhau

4.3 Thư viện mạch lộ ra:

4.4 Thư viện tải:

4.4 Thư viện tải:

4.5 Thư viện máy biến áp:

4.6 Thư viện các phần tử khác:

5 TRÌNH TỰ THAO TÁC TÍNH TOÁN VỚI ECODIAL

Nhấp nút Close để đóng hộp thoại Ecodial Overview Chương trình được mở

ra cùng với hộp thoại thư viện library và hộp thoại chứa các đặc tình chung General Characteristics như sau:

Các số liệu trong hộp thoại General Characteristics có thể thay đổi yêu cầu của người thiết kế Bước đầu tiên cần xác định đặc tính chung cho mạng trong hộp thoại này

Nếu hộp thoại này không xuất hiện trên màn hình soạn thảo mà bạn muốn gọi

ra thì vào calculation > General characteristics… trên thanh tiêu đề

5.2 Chuẩn bị sơ đồ

đơn tuyến

Trước khi bắt đầu chuẩn bị sơ đồ đơn tuyến nên kiểm tra các đặc tính chung

ấn định cho mạng Hộp thoại General Characteristics (các đặc tính chung) được hiển thị khi bạn khởi động phần mềm và bất cứ khi nào bạn tạo dự án mới Theo yêu cầu của bài này, các thông số dự án yêu cầu phải thiết đặt trực tiếp trên hộp thoại General Characteristics Chọn điện áp định mức Un = 380V Chọn kiểu mạng điện TNS ( kiểu 3 pha 4 dây, trung tính nối đất) Chọn Yes ở mục yêu cầu kỹ thuật xếp tầng và mục yêu cầu kỹ thuật chọn lọc Chọn tiết diện 30.000 mm2 mặc định Chọn No ở mục tiết diện dây trung tính bằng dây pha Chọn 5% ở mục sai số cho phép Chọn hệ số công suất 0.8 và chọn tiêu chuẩn IEC 974-2 mặc định sau đó nhấp chọn OK

Trên màn hình làm việc của chương trình sẽ có các công cụ giúp cho việc thiết kế như sau:

Khi màn hình soạn thảo thiết kế đã sẵn sàng cần tạo ra một mạng điện có sơ

đồ đơn tuyến theo yêu cầu như mạng điện sau:

Để tạo được sơ đồ này phải sử dụng thư viện mạch, nó được hiển thị tự động dưới dạng công cụ khi khởi động chương trình Khởi đầu là cửa sổ thư viện nguồn (source) Trước tiên chọn nguồn cho dự án bằng cách nhấp chuột vào phần

tử nguồn gồm máy biến áp – dây dẫn – thiết bị bảo vệ

Khi bất kỳ phần tử nào được chọn đưa ra màn hình thiết kế sẽ có màu đỏ Muốn thoát khỏi lệnh chọn chỉ cần nhấp chuột bên cạnh phần tử đó

Tương tự có thể chọn bất cứ phần tử nguồn nào như mong muốn, sau đó nhấp chọn thư viện thanh cái cho mạch điện với biểu tượng như bước 2

Sau khi chọn thanh cái cho mạch bước tiếp theo là chọn tải tiêu thụ trên biểu tượng thư viện tải Nhấp vào nút Display load symbols

Để hoàn thiện lộ ra thứ hai cần chọn tiếp thư viện mạch lộ ra như bước 4 trên màn hình Tại thư viện này chọn cáp kết nối và thanh dẫn BTS Cuối cùng trở lại thư viện chọn tải, động cơ và đèn để hoàn chỉnh sơ đồ Các bước tiến hành tương tự như nhau

5.2.1 Hiệu chỉnh sơ đồ

chỉnh sơ đồ Nếu muốn kéo các thanh cái Busbar dài ra hoặc thu ngắn lại theo kích thước của sơ đồ, nhấp chọn thanh cái, khi hình vẽ xuất hiện màu đỏ, di chuyển chuột đến thanh công cụ, nhấp chọn biểu tượng (Resize XY) Di chuyển con trỏ chuột đến vị trí đầu bên phải hay bên trái của thanh cái, khi con trỏ chuột chuyển thành hình mũi tên hai chiều, nhấn giữ chuột và dịch chuyển có thể thu ngắng hay kéo dài kích thước thanh cái theo yêu cầu của sơ đồ Lúc này có thể tạm ngắt thư viện nguồn để cho việc thiết kế dễ dàng.

Muốn di chuyển một phần tử nào đó (hoặc cả sơ đồ) tới vị trí mới thì nhấp chọn phần tử (hoặc cả sơ đồ) cho hiển thị màu đỏ rồi giữ chuột tới vị trí mới buông tay chuột

Trong quá trình thao tác nếu muốn xem chi tiết các phần tử thì dùng lệnh

công cụ, con trỏ có dạng kích thước phóng đại Sử dụng con trỏ này để khoanh vùng muốn zoom bằng cách giữ chuột trái kéo thành một hình chữ nhật đứt nét Buông chuột vùng được chọn sẽ hiển thị lớn hơn

Bước kế tiếp cần phải nhập các thông số của các phần tử trong mạch điện và đặt tên cho chúng dễ quan sát cũng như hiệu chỉnh

Muốn nhập thông số cho phần tử nào thì nhấp đúp vào phần tử đó một hộp

5.2.2.1 Phân xưởng 3

• Nhập tên tải (phân xưởng 3) vào phần Name

• Chọn kiểu bảo vệ Earth Protection trong phần Decription

• Khung Q7: Ký hiệu của máy cắt Circuit- Breaker

• Khung C7: Chọn ký hiệu dây dẫn dạng Cable (cáp)

• Khung L7: Là ký hiệu tải load

• Ở khung đặc tính Characteristics, lần lượt đặt các thông số theo xưởng yêu cầu

• Nhập thông số 30 m cho chiều dài cáp

5.2.2.2 Động cơ

• Chọn kiểu bảo vệ Earth Protection trong phần Decription

• Khung K8: Thiết bị bảo vệ Contactor

• Khung Q8: Ký hiệu bảo vệ động cơ Motor protection

• Ở khung đặc tính Characteristics, lần lượt đặt các thông số theo xưởng yêu cầu sau.

• Nhập thông số 20m cho chiều dài cáp

• Chọn kiểu cực tính 3P

• Chọn mạng nối đất kiểu TNS

5.2.2.3 Chiếu sáng

• Nhập tên tải (chiếu sáng ) vào phần Name

• Khung Q9: Ký hiệu của cầu chì Fuse

• Khung D9: Chọn ký hiệu dây dẫn dạng Cable (cáp)

• Khung E9: Là ký hiệu tải chiếu sáng Lighting

• Nhập thông số 25m cho chiều dài cáp C9

• Nhập thông số 10m cho chiều dài cáp D9

• Chọn loại đèn Halogen

• Chọn mức công suất định mức đèn là 75W

• Chọn số bóng trong một bộ đèn bằng 1

5.2.2.4 Phân xưởng 2

• Nhập tên tải (Phân Xưởng 2) vào phần Name

• Chọn kiểu bảo vệ Earth Protection trong phần Decription

• Khung Q4: Ký hiệu của máy cắt Circuik- Breaker

• Khung C4: Chọn ký hiệu dây dẫn dạng Cable (cáp)

• Khung L4: Là ký hiệu tải Load

• Nhập thông số 50m cho chiều dài cáp

• Chọn mạng nối đất kiểu TNS

• Chọn hệ số công suất là 0,80

5.2.2.5 Phân xưởng 1

 Nhập tên tải (Phân Xưởng 1) vào phần Name

 Chọn kiểu bảo vệ Earth Protection trong phần Decription

 Khung Q3: Ký hiệu của máy cắt Circuik- Breaker

 Khung C3: Chọn ký hiệu dây dẫn dạng Cable (cáp)

 Khung L3: Là ký hiệu tải Load

 Ở khung đặc tính Characteristics, lần lượt đặt các thông số theo xưởng yêu cầu

 Nhập thông số 30m cho chiều dài cáp

 Chọn mạng nối đất kiểu TNS

 Chọn hệ số công suất là 0,80

 Chú ý:

Đối với bài tập này chỉ nhập số liệu tải, động cơ, đèn như các mục ở trên, tiết diện dây cáp, công suất nguồn, kích thước thanh cái, CB, sẽ do phần mềm tự tính toán Nếu muốn hiệu chỉnh thì khi phần mềm tính xong sẽ hiệu chỉnh sau

5.3 Xác định công suất nguồn cần thiết

Để xác định nhanh công suất nguồn cần thiết chạy Power sum calculation.Chọn Power sum trong menu calculation

thanh công cụ Một thông báo xuất hiện trên màn hình Nhấp

chọn Yes, hộp thoại Power sum xuất hiện Hộp thoại này hiển

thị các giá trị đặc tính chung của mạch như:

 Điện áp nguồn (380V)

 Số nguồn 1

 Công suất tính toán của nguồn

 Công suất nguồn có thể chọn

 Hệ số đồng thời Ks

 Dòng điện tải của nhánh đang hiển thị

 Các đặc tính tải của nhánh đang hiển thị như: dòng điện, công suất, hệ số công suất, hệ số đồng thời, số cực tính

 Giá trị Ku và Ks của các phần tử trong mạch được mặc định là 1.00 Thay đổi các trị số này nếu muốn hoặc có thể giữ nguyên giá trị mặc định