Đồ án tốt nghiệp Thiết kế cấp điện cho nhà chung cư cao tầng

Tùy theo quy mô của công trình và phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đén khả năng phát triển của công trình tương lai. Phụ tải điện phụ thuộc vào các yếu tô như : công suất, số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất. Vì vậy xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế thì các thiết bị điện được chọn quá lơnso với yêu cầu, do đó gây lãng phí. Để tính toán phụ tải ta có một số phương pháp thông dụng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện : Phương pháp tính theo hệ số yêu cầu Phương pháp tính theo công suất trung bình Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

CHƯƠNG 3

CáC PHƯƠNG PHáP TíNH TOáN CÔNG SUấT PHụ TảI

Tùy theo quy mô của công trình và phụ tải điện phải đợc xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đén khả năng phát triển của công trình tơng lai Phụ tải điện phụ thuộc vào các yếu tô nh : công suất, số lợng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất Vì vậy xác định phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhng rất quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớnhơn phụ tải thực tế thì các thiết bị điện đợc chọn quá lơnso với yêu cầu, do

đó gây lãng phí

Để tính toán phụ tải ta có một số phơng pháp thông dụng nhất trong thiết

kế hệ thống cung cấp điện :

- Phơng pháp tính theo hệ số yêu cầu

- Phơng pháp tính theo công suất trung bình

- Phơng pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

- Phơng pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu :

Ptt Một cách gần đúng có thể lấy : Pđ = Pđm

- Pđi, Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i , kW

- Ptt, Qtt , Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần của nhóm thiết bị

P P

P

P P

cos cos

2 1

2 2 1

- Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thờng cho trong các sổ tay

- Ưu nhợc điểm của phơng pháp này là :

+ Ưu : đơn giản, tính toán thuận tiện vì thế nó đợc sử dụng rộng rãi

Phơng pháp này chỉ cho kết qủa gần đúng, vì vậy nó thờng dùng trong giai

đoạn thiêt kế sơ bộ Nó cũng đợc dùng để tính toán phụ tải các phân xởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tơng đối đều nh phân xởng gia công cơ khí, sản xuất ôtô, vòng bi …

3 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn

vị sản phẩm :

Ptt=

max 0

.

T

w M

Trong đó :

- M : số đơn vị sản phẩm đợc sản xuất ra trong 1 năm

- w0: suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

- Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Phơng pháp này dùng để tính toán các thiết bị có đồ thị phụ tải ít biến đổi

nh : quạt gió, bơm nớc, máy nén khí, thiết bị điện phân Khi đó phụ tải tínhtoán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính tơng đối chính xác

Công thức : Ptt =Kmax Ksd Pđm = Kmax Qtb

Trong đó :

- Pđm : công suất định mức, w

- Kmax , Ksd : hệ số cực đại và hệ số sử dụng

Khi tính toán phụ tải theo phơng pháp này trong một số trờng hợp cụ thể dùng các công thức gần đúng sau :

Stt =

875 , 0

Nếu không có liệu chính xác , hệ sô phụ tải có thể lấy gần đúng kpt = 0,9 đốivới thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn và kkt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ởchế độ ngắn hạn lặp lại

300 Còn khi nhq> 300 và ksd  0,5 thì :

Ptt = 1,05 ksd Pđm

d) Đối với các thiết bị điện có đồ thị phụ tải bằng phẳng ( các máy bơm,

quạt khí nén ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình :

Ptt = Ptb = ksd Pđm

e) Nếu trong mạng có các thiết bị điện một pha thì phải cố gắng phân bố

đều các thiết bị đó trên cả 3 pha của mạng

CHƯƠNG 4 ChọN PHƯƠNG áN CấP ĐIệN 1.4/ Khái quát chung về phơng án cấp điện :

Phơng án cấp điện bao gồm những vấn đề sau : cấp điện áp, nguồn điện,sơ đồ nối dây, phơng thức vận hành đó là những vấn đề rất quan trọng Bởivì xác định đúng đắn và hợp lý các vấn đề đó sẽ ảnh hởng trực tiếp tới việc vận hành, khai thác, phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Sai lầm phạm phải trong khi xác định phơng án sẽ gây hậu quả lâu dài về sau nhiều khi phải trả giá rất đắt để sửa chữa những sai lầm đó

Một phơng án cấp điện đợc coi là hợp lý phải thoả mãn những điều kiện sau :

- Đảm bảo chất lợng điện, tức đảm bảo tần số, điện áp trong phạm vi cho phép

- Thuận tiện trong vận hành, sửa chữa

- Có chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật hợp lý

2.4/ Giới thiệu về khu vực đợc cấp điện :

Khu vực đợc cấp diện là khu nhà ở cao 17 tầng cha kể tầng hầm Nhu cầu chủ yếu là cung cấp điện là phục vụ cho sinh hoạt, dịch vụ

3.4/ Lựa chọn phơng thức và kỹ thuật cung cấp điện :

a) Nguồn điện :

Nguồn điện cung cấp cho khu vực này đợc lấy từ trạm trung gian

110/220KV

b) Các giải pháp kỹ thuật :

Dự kiến đờng dây 22KV về trạm biến áp khu vực dùng đờng dây trên không, lộ đơn Đờng dây hạ áp ta dùng dây cáp và để đảm bảo mỹ quan phù hợp với xu hớng hiện đại, đờng dây hạ áp ta dùng dây cáp và đợc đi ngầm

Đờng dây sẽ đi dọc hè phố và đờng giao thông để dễ thi công, vận hành

4.4/ Tính công suất tính toán khu nhà và chọn dung lợng trạm biến áp :

Dựa vào bảng vẽ mặt bằng và qua khảo sát thực tế số hộ của khu chung c

ta thấy : các thiết bị trong khu dân c để phục vụ cho sinh hoạt, học tập và giảitrí nh sau : bình nóng lạnh, máy giặt, bàn là, máy casset, máy vi tính, điều hoà nhiệt độ

Trong khu nhà 17 tầng không kể tầng hầm, hộ đợc bố trí từ tầng 2 trở lên,tầng 1 và tầng hầm đợc dùng làm nơi để xe, phòng kỹ thuật, khu dịch vụ, phòng bảo vệ, trạm bơm nớc, hệ thớng thang máy, máy phát điện dự phòng,

hệ thống báo cháy

Trong mỗi tầng gồm 8 căn hộ, đợc chia làm 2 loại :

* Căn hộ (1, 4, 5, 8 ) gọi là căn hộ A có diện tích 90m2bao gồm : một phòng khách, 2 phòng ngủ, 2 phòng tắm và toalet, một phòng ăn và bếp

* Căn hộ (2, 3, 6, 7 ) gọi là căn hộ B có diện tích 120m2bao gồm : một phòng khách, 3 phòng ngủ, 2 phòng tắm và toalet, một phòng ăn và bếp

I/ Tính công suất tính toán của khu nhà :

1/ Bảng thống kê số thiết bị điện của căn hộ (1, 4, 5, 8 ) ( căn hộ A ) :

STT Tªn thiÕt bÞ Số lượng x C«ng suất Tæng c«ng suÊt(kW)

2 Bảng thống kê số thiết bị điện của căn hộ (2, 3, 6, 7 ) ( căn hộ B ) :

Từ bảng thống kê công suất của một căn hộ trong khu chung c, ta xác định

công suất tính toán của căn hộ nh sau :

STT Tªn thiÕt bÞ Số lượng x CsuÊt Tæng c«ng suÊt(kW)

4 B¶ng thèng kª sè thiÕt bÞ ®iÖn cña tÇng 1 khu chung c :

C«ng suÊt tÝnh to¸n thiÕt bÞ ®iÖn tÇng 1 cã tÝnh thªm hÖ sè dù phßng 1,5 lÇn :

P 

= 1046 , 35 2  648 , 74 2 = 1231,14 ( KVA )

II/ Chọn vị trí, dung lợng trạm biến áp khu chung c :

Vị trí trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu sau :

- An toàn

- Gần phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đa đến

- Thao tác vận hành, quản lý dễ dàng

- Tiết kiệm vốn đầu t và chi phí vận hành hàng năm thấp

Số lợng và công suất máy biến áp đợc thực hiện theo tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật :

- Đảm bảo liên tục an toàn cung cấp điện

- Vốn đầu t bé nhất, số lợng biến áp đặt trong trạm biến áp phải ít nhất Bên cạnh đó cần xem xét thêm về giá trị đầu t cho 1 KVA trong điều kiện kỹ thuật tơng đơng Việc giảm số lợng máy biến áp trong trạm biến áp là đơn giản hoá sơ đồ điện, tiết kiệm thiết bị đóng cắt, dụng cụ đo lờng và thiết bị bảo vệ Rơle, đồng thời từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Công suất của máy biến áp đợc chọn theo điều kiện sau :

- Với trạm 1 máy biến áp : SđmB  Stt

- Với trạm có n máy biến áp : n.SđmB  Stt

Trong đó :

SđmB : công suất máy biến áp đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi

trờng (KVA)

Stt : công suất tính toán mà trạm cần truyền (KVA)

1/ Chọn loại máy biến áp :

Để đảm bảo vấn đề an toàn và cung cấp điện liên tuc, ta chọn hai máy biến áp có công suất mỗi máy là 750 KVA Trạm biến áp có 2 máy biến

áp Bình thờng thiết bị liên lạc giữa 2 máy mở, 2 máy làm việc độc lập :

- máy biến áp 1 cung cấp điện cho cụm dân c 1 : gồm các căn hộ từ tầng

10 đến tầng 17

- máy biến áp 2 cung cấp điện cho cụm dân c 2 : gồm các căn hộ từ tầng

2 đến tầng 9 và các dịch vụ chung c nh : trạm bơm, chiếu sáng tầng hầm,không gian để xe, cấp điện thang máy, chiếu sáng sảnh, hành lang, cầu thang

Trong trờng hợp một trong hai máy gặp sự cố, máy còn lại sẽ làm việc quá tải trong 1 thời gian để khắc phục sự cố Khi có sự cố một máy biến

áp, máy còn lại có khả năng quá tải 40% trong thời gian 5 ngày, 5 đêm, mỗi ngày không quá 6h

Ngoài ra, khu nhà còn bố trí thêm 1 máy phát điện dự phòng công suất 100KW Máy phát điện sẽ hoạt động khi mất điện lới Bộ tự chuyển mạch ATS sẽ tự đóng điện cho chiếu sáng chung, trạm bơm và thang máy

Theo ( TL- 1), máy biến áp trạm 2 máy đợc chọn theo 2 công thức (2.35) và (2.36)

SđmB 

2 1

Stt (2.35)

SđmB 

4 , 1

1

Stt (2.36)Với SđmB : công suất phải cấp khi có sự cố 1 máy biến áp

VN do công ty thiết bị điện Đông Anh sản xuất Do công suất của máy

không phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trờng

Kiểm tra sự cố của 2 máy biến áp khi mất 1 máy, máy còn lại phải

chịu quá tải 1,4 lần :

Theo (2.36) (TL – 1) : SđmB 

4 , 1

1

Ssc

Ta có : 1,4.SđmB  Ssc

Mà : 1,4.750 = 1050 KVA

Vậy khi sự cố cần cấp là : 10501231.,10014 = 85,28%

Ta chỉ cần cắt 14,72% phụ tải không quan trọng là hợp lý Các thông số

kỹ thuật đợc cho trong bảng sau :

định mức ( io )

Điện

áp ngắn mạch

(un )

Kích thớc ( mm ) Trọng

lợng( kg )

2/ Chọn vị trí đặt trạm biến áp :

Ta chọn vị trí đặt trạm biến áp cách khu chung c 500m và cách nguồn

chính ( trạm biến áp trung gian 110/ 22 KV ) 2000m

3/ Chọn sơ đồ nối dây của trạm phải thoả mãn các yêu cầu sau :

- Đảm bảo liên tục cấp điện theo yêu cầu của phụ tải

- Sơ đồ nối dây rõ ràng, thuận tiện trong vận hành và xử lý sự cố

- An toàn lúc vận hành và lúc sửa chữa

- Chú ý đến vấn đề phát triển

- Hợp lý về kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật

* Ta chọn sơ đồ nối dây cho trạm biến áp khu chung c nh sau :

- Phía cao áp có cầu chì tự rơi, chống sét vang

- Phía hạ áp có Aptomat liên tục giữa 2 máy biến áp

- Tủ hạ áp có Aptomat tổng, các thiết bị đo lờng BI

Ta có sơ đồ trạm biến áp nh sau : ( hình 4.1 )

YY

YY

AKWhV

V

VAA

Hình 4.1 : Sơ đồ nối dây của trạm biến áp có hai máy biến áp

4/ Chọn tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp trung gian 110/ 22 KV về

trạm biến áp chung c :

Dây dẫn đợc lựa chọn theo chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Nừu tiết diện dây

dẫn quá nhỏ sẽ dẫn đến nhiệt độ dây dẫn quá cao sẽ làm cho dây dẫn h hỏng,

giảm tuổi thọ dây dẫn Ngoài ra tiết diện dây dẫn nhỏ thì điện trở dây dẫn

lớn tổn thất công suất, tổn thất điện áp trên dây dẫn lớn

Có nhiều phơng pháp lựa chọn dây dẫn, cáp trong mạng điện nhỏ :

- Chọn theo mật độ dòng điện kinh tế

- Chọn theo điều kiện phát nóng

- Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Đờng dây từ trạm biến áp trung gian 100/ 22 KV về trạm biến áp khu

chung c ta chọn đờng dây trên không, lộ đơn, dây AC Vì đờng dây cao áp

22KV cấp cho trạm biến áp chung c ngắn nên tiết diện dây dẫn ta chọn theo

= 39.6 (A)

Trong đó :

SđmTBA : tổng công suất trạm biến áp

Uđm : điện áp định mức phía cao áp máy biến áp

Jkt : mật độ dòng điện kinh tế

Ta chọn Jkt = 1,1 (A/mm2 ) ( vì làm việc dài hạn )

Tiết diện dây dẫn đợc tính nh sau :

độ

Khối ợng

dây dẫn

(mm2)

+20o C ( Ω/ km )

tính toáncủadây dẫn (kg/ km)

Phần nhômdẫn điện

Tra bảng PL VI 1 trang 309 ( TL – 1 ) với dây AC -50 , có dòng điện cho

phép khi dặt ngoài trời là : 220 A

Kiểm tra lại dây dẫn theo điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp :

* Với điều kiện phát nóng :

Icp ≥ Ilvmax

Trong đó :

Icp : dòng điện phụ tải cho phép ( A )

Ilvmax : dòng điện làm việc lớn nhất ( A )

Dây AC – 50 đã chọn thì Icp = 220 A và đã tính Ilvmax = 39,36 A Vậy dây

AC – 50 đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

* Kiểm tra lại dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép :

Tổn thất điện áp trên đờng dây :

U =

dm

U

X Q R

- R, X : điện trở, điện kháng của đờng dây ( Ω )

Với dây dẫn AC – 50 chiều dài 2000m Theo bảng PL – 4.6 trang 366

Với ℓ = 2 km ( chiều dài đờng dây )

5/ Tính tổn thất công suất trên đờng dây và trong máy biến áp :

a) Tổn thất công suất trên đờng dây :

S : công suất của khu chung c ( kW )

Uđm :điện áp định mức của đờng dây ( kV )

22

10 3 , 1 14 ,

22

10 784 , 0 14 ,

Tổn thất công suất tác dụng của trạm biến áp có 2 máy biến áp đợc tính theo công thức :

6/ Tính tổn thất điện năng trên đờng dây và trong máy biến áp :

a) Tổn thất điện năng trên đờng dây :

Trong trạm có 2 máy biến áp cùng làm việc cung cấp điện cho khu chung c, nên tổn thất điện năng của các máy biến áp đợc tính nh sau :

- n : số máy biến áp trong trạm

- ∆ Po : tổn thất công suất tác dụng không tải ( kW )

∆ Po = 1,22 ( kW )

- ∆ PN : tổn thất công suất tác dụng ngắn mạch ( kW )

∆ PN = 6,68 ( kW )

- t : thời gian vạn hành thực tế của máy biến áp ( h )

- τ : thời gian tổn thất công suất lớn nhất ( h )

CHƯƠNG 5

LựA ChọN - KIểM TRA DÂY DẫN Và THIếT Bị ĐIệN 5.1/ Những điều kiện chung để lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện

Các thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trong

điều kiện vận hành có thể ở 1 trong 3 chế độ cơ bản sau :

- Chế độ làm việc lâu dài ( tức là chế độ bình thờng )

- Chế độ quá tải

- Chế độ chịu dòng ngắn mạch

Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện và bộ phận dẫn điện kháclớn hơn so với dòng điện định mức Nếu không vợt quá giới hạn cho phép thì các thiết bị điện vẫn làm việc tin cậy

Trong tình trạng ngắn mạch, các khí cụ điện và các bộ phận dẫn điện vẫn

đảm bảo làm việc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo

đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt Tất nhiên khi xảy ra ngắn mạch, để hạn chế tác hại của nó cần phải nhanh chóng loại trừ tình trạng ngắn mạch Tóm lại, việc lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện có ý nghĩa quan trong là đảm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn và kinh tế

I/ Chọn các thiết bị điện và bộ phận dây dẫn :

Các thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện của khu chung c đợc lựa chọn theo điều kiện làm việc lâu dài.

UđmTBĐ ≥ Uđmm

Trong đó :

Uđmm : điện áp định mức của mạng điện

UđmTBĐ : điện áp định mức của thiết bị điện

UđmTBĐ + ∆UđmTBĐ ≥ Uđmm + ∆Uđmm

Trong đó :

∆UđmTBĐ : độ rộng điẹn áp cho phép của thiết bị điện

∆Uđmm : độ tăng điện áp cho phép của mạng điện

2/ Chọn theo dòng điện định mức :

Dòng điện định mức của thiết bị điện IđmTBĐ là dòng điện đi qua thiết

bị điện trong thời gian không hạn chế với nhiệt độ xung quanh là định mức.Khi đó nhiệt độ đốt nóng của các bộ phận thiết bị điện không vợt quá trị số cho phép lâu dài Chọn thiết bị điện theo dòng điện định mức Điều này là cần thiết để cho dòng điện làm việc cực đại của các mạch IđmTBĐ không vợt quá dòng điện định mức của thiết bị điện

Ilvmax ≤ IđmTBĐ

Trong đó :

IđmTBĐ : dòng điện định mức của thiết bị điện

Ilvmax : dòng điện làm việc cực đại của thiết bị điện

* Dòng điện cực đại của các mạch tính nh sau :

- Đối với đờng dây làm việc song song : tính khi cắt bớt 1 đờng dây

- Đối với máy biến áp : tính khi máy biến áp sử dụng khả năng quá tải của nó

- Đối với các đờng dây cáp không có dự trữ : tính khi sử dụng khả năng quá tải của nó

- Đối với thanh góp nhà máy điện, trạm biến áp các thanh dẫn mạch phân đoạn là chế độ vận hành là xấu nhất

II/ Kiểm tra thiết bị điện và bộ phận dẫn điện theo dòng điện ngắn mạch

1/ Kiểm tra ổn định động :

Giữa các bộ phận mang điện có lực tác dụng tơng hỗ gọi là lực điện động Trong vận hành bình thờng, do dòng điện làm việc nhỏ nên lực điện động nhỏ, không gây tác hại Nhng khi ngắn mạch dòng điện rất lớn làm lực điện

động lớn có thể gây nên biến dạng thanh dẫn, h hỏng các cuộn dây do đókhi thiết kế lựa chọn thiết bị điện và bộ phận dẫn điện khác cần phải kiểm tra ổn định lực điện động, để đảm bảo thiết bị điện và các phần có dòng

điện đi qua không bị phá hoại do tác dụng của lực điện động Khi kiểm tra

có thể dùng ngắn mạch trạm biến áp pha hay một pha

Điều kiện kiểm tra ổn định động của các thiết bị điện là :

iđmd ≥ ixk

Trong đó :

iđmd : biên độ dòng điện cực đại co phép ổn định động cao của thiết bị điện

ixk : biên độ dòng điện ngắn mạch xung kích

2/ Kiểm tra ổn định nhiệt :

Dây dẫn và thiết bị điện khi có dòng điện đi qua sẽ bị nóng lên vì có tổn thất công suất Nguyên nhân gây ra tổn thất này là :

- Do điện trở của dây dẫn, các đầu tiếp xúc, các cuộn dây

- Do dòng điện xoáy trong các bộ phận bằng kim loại

- Do mạch từ máy biến áp

Tổn thất công suất trong thiết bị điện vào dây dẫn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh : điện áp, tần số nhng chủ yếu vào bình phơng dòng điện Khi nhiệt độ của thiết bị điện và dây dẫn quá cao sẽ làm cho chúng h hỏng hay giảm thời gian phục vụ Vì vậy cần phải quy định nhiệt độ cho phép của chúng khi làm việc bình thờng cũng nh khi ngắn mạch

Đối với dây dẫn d kiểm tra ổn định nhiệt có thể áp dụng các biện pháp sau :

* Căn cứ vào nhiệt độ cuối cùng của dây dẫn khi ngắn mạch phải nhỏ hơn hay bằng nhiệt độ đốt nóng cho phép lớn nhất của chúng khi ngắn mạch

θ2N ≤ θcp max

Trong đó :

θ2N : nhiệt độ cuối cùng của dây dẫn khi ngắn mạch

θcp max : nhiệt độ đốt nóng cho phép lớn nhất khi ngắn mạch

* Căn cứ vào tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn để có ổn định nhiệt Dây dẫn đợc ổn định nhiệt nếu :

Fch ≥ Fmin =

C

B N

( mm2 )Trong đó :

và vật liệu.

Dòng điện ổn định nhiệt định mức của thiết bị điện là dòng điện hiệu dụng, không thay đổi theo thời gian, có thể đi qua thiết bị điện trong thời gian ổn định nhiệt định mức mà không làm cho nhiệt độ các bộ phận của

I/ Tính toán ngắn mạch phía cao áp :

Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thờng xảy ra trong

* Ta kiểm tra ngắn mạch No tại phía cao áp của trạm biến áp khu chung c để kiểm tra thiết bị phía cao áp

Với : ℓ = 2 (km) chiều dài đờng dây

ro = 0,65 (Ω/ km) : điện trở của dây dẫn ở 1 km chiều dài

Điện kháng đờng dây AC - 50 từ trạm biến áp trung gian đến trạm biến áp khu vực :

Xd = ℓ.xo = 2.0,392 = 0,784 (Ω)

Với : ℓ = 2 (km) chiều dài đờng dây

xo = 0,392 (Ω/ km) : điện kháng của dây dẫn ở 1 km chiều dài Tổng trở đờng dây AC - 50 từ trạm biến áp trung gian đến điểm ngắn mạch No :

= 4,213 ( kA )

IN = I "

= I∞ = 4,214 ( kA ) Trị số dòng điện xung kích tại No :

điện của thiết bị điện dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại cách điện và mạng điện bị cắt ra Vì vậy để bảo vệ các thiết bị điện trong trạm biến áp tránh sóng quá điện áp truyền từ đờng dây vào phải dùng các thiết bị chống sét Ta dùng chống sét van để bảo vệ trạm biến áp khu chung c Chống sét van sẽ hạ thấp biên độ biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách

điện cần đợc bảo vệ ( cách điện của máy biến áp và các thiết bị điện khác ) Chống sét vsn có cấu tạo bằng điện trở phi tuyến Khi diện áp bằng

điện áp định mức thì điện trở r = ∞, không cho dòng điện đi qua Khi có điện

áp sét đặt vào thì R → 0 và chống sét van tháo toàn bộ sóng sét xuống đất Dựa vào bảng PL 6.11 trang 416 ( TL - 2 ), ta chọn bộ chống sét van loại PBC - 35 do Liên Xô chế tạo, có các thông số kỹ thuật sau :

2/ Lựa chọn và kiểm tra cầu chì tự rơi ( CCTR ) :

Đối với trạm biến áp qui mô không lớn và đờng dây cao áp 22 KV, để

đóng cắt và bảo vệ phía cao áp ta dùng cầu chì tự rơi

Bình thờng cầu chì tự rơi liền mạch Khi có sự cố, dây chuyển đứt, đầu trên của cầu chì tự rơi nhả chốt hãm ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng

Umax

( kV )

Điện áp

đánh thủng khi tần

số 50 Hz( kV )

Điện áp đánh thủng

Xung kích khi thời

Gian phóng điện 2-10s ( kV )

Khốilợng ( kg )

cách cách ly giống nh mở cầu dao Vì thế cầu chì tự rơi vừa làm cả hai chức năng vừa là cầu chì vừa là cầu dao.

Cầu chì tự rơi đợc chọn theo điều kiện sau :

- Điện áp định mức : Uđm cc ≥ Uđm m = 22 ( KV )

- Dòng điện định mức : Iđm cc ≥ Ilv max = 27,55 ( A )

Trong đó : Ilv max dòng điện làm việc lớn nhất đi qua cầu chì tự rơi, cũng là dòng quá tải của máy biến áp Khi một máy bị sự cố thì máy còn lại đợc quá tải 40% Do vậy Ilv max sẽ là :

- Dòng điện cắt định mức : IC đm ≥ IN = 4,213 ( A )

- Công suất cắt định mức : SC đm ≥ S "

= 160,54 ( MVA ) Với : S "

= 3.U I "

= 3.22.4,213 = 160,54 ( MVA ) Dựa vào bảng PL 2.10 trang 338 ( TL - 2 ) ta chọn cầu chi tự rơi loại C710-

211PB do hãng CHANGE chế tạo, có các thông số kỹ thuật :

Với dòng điện Ilv max = 39,36 ( A ) , ta cũng chọn cầu chì tự rơi do hãng CHANGE chế tạo với các thông số nh trên

5.3/ Tính chọn và kiểm tra thiết bị hạ áp

I/ Lựa chọn thiết bị hạ áp :

1/ Chọn Aptomat tổng bảo vệ phía hạ áp :

Aptomat là khí cụ điện tự đóng cắt mạch khi có sự cố : quá tải, ngắn mạch Đôi khi aptomat cũng đợc dùng để đóng cắt không thờng xuyên các mạch điện ở chế độ bình thờng

Do có u điểm hơn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn, đóng cắt đồng thời cả trạm biến áp pha và khả năng tự động hoá cao nên aptomat mặc dù có giá trị đắt hơn vẫn ngày càng đợc dùng rộng rãi tronglới hạ áp công nghiệp cũng nh lới sinh hoạt

* Chọn aptomat tổng :

Aptomat đợc chọn theo điều kiện làm việc lâu dài cũng chính la dòng điện tính toán :

Iđm AP ≥ Itt

Ngoài ra còn phải kiểm tra khả năng đóng cặt mạch :

ICđm AP ≥ IN

Với điều kiện : Uđm AP ≥ Uđm m

Đối với aptomat tổng sau máy biến áp của trạm 2 máy ta xét đến hệ số quátải 1,4 :

Theo bảng PL 3.3 trang 365 ( TL - 2 ) , chọn aptomat loại : CM1600N do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kỹ thuật :

Dòng điện tính toán để chọn cáp là dòng quá tải của máy biến áp khi một máy sự cố :

Sđm BA : công suất định mức của máy biến áp

= 378,885 ( A )Theo công thức ( 2.55 ) trang 30 ( TL - 1 ) , ta có :

k1.k2.Icp ≥ I1tt

Suy ra : Icp ≥

2 1

k1 : hệ số kể đến môi trờng lắp đặt cáp : trong nhà, ngoài trời, dới đất

k2 : hệ số hiệu chỉnh theo số lợng cáp đặt trong rãnh

Icp : dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn định chọn

Theo PL 4.21 và PL 4.22 trang 374 (TL- 2), ta tra đợc các hệ số hiệu chỉnh

k1 = 1

k2 = 0,8 vì có 4 sợi cáp đặt trong rãnh cáp

Icp ≥

2 1

F

(mm2)

D ( mm )

M(kg/km ) rkm )o ( Ω/

ở 20o C

Icp( A )

nhà Ngoài trời Min Max

Iđm AP : dòng điện định mức của Aptomat bảo vệ đờng dây

Nh vậy cáp đã chọn thích hợp : vậy ta dùng 4 sợi cáp 4x(3x240+95) mắc

song song để dẫn điện từ máy biến áp đến tủ hạ áp

3/ Chọn thiết bị đo lờng :

Trên tủ phân phối hạ áp đặt 3 Ampemet, một Vônmet, một chuyển

mạch vônmet và một công tơ điện 3 pha ( công tơ điện hữu công )

* Lựa chọn máy biến dòng điện BI :

Máy biến dòng điện làm nhiệm vụ biến đổi dòng điện tải của trạm

biến áp xuống 5 A, cấp nguồn dòng cho các đồng hồ Ampemet , Vônmet và

Theo bảng PL 2.27 trang 350 ( TL-2 ), chọn máy biến dòng do công ty

thiết bị đo điện chế tạo loại 600 ( V ), có các thông số kỹ thuật sau :

Cấpchính xác

DungLợng( VA )

Kích thớc ( mm ) Trọng

Lợng( Kg )

Đờng

Kích thớc

( mm2 )

Tiết diện của một thanh (mm ) Khối lợng ( kg/ m ) Dòng điện cho phép ( A ) 80x8 640 5,698 1690

5/ Chọn Aptomat bảo vệ cho các tủ điện tổng :

Ơ các nhánh từ tủ hạ áp đến tủ điện tổng ta dùng 2 Aptomat bảo vẹ đầu

và cuối đờng dây Hai Aptomat này giống nhau về kết cấu và thông số

bị ta chỉ tính cho 1 cụm, cum còn lại giống hoàn toàn

Aptomat đợc chọn theo điều kiện sau :

1

dm

tt

U P

Ptt1 : công suất tính toán của 1 cụm dân c

Khu chung c chia làm 2 cụm dân c nên :

= 478,08 ( kW ) Với :

P∑Ch = 956,16 ( kW ) tổng công suất tính toán các căn hộ trong khu chung c

Itt1 =

85 , 0 4 , 0 3

08 , 478

3

dm

tt

U P

Ptt3 : công suất tính toán của tầng hầm, tầng 1 và chiếu sáng

sảnh, phòng kỹ thuật và hành lang 16 tầng

Ptt3 = PttT1 + PttTH + PttCS

= 42,687 + 44,82 + 2,688 = 90,195 ( kW )

Trong đó :

- PttT1 = 42,687 ( kW ) công suất tính toán của tầng 1

- PttTH = 44,82 ( kW ) công suất tính toán của tầng hầm

- PttCS = 2,688 ( kW ) công suất tính toán các thiết bị chiếu sáng phòng kỹ thuật, hành lang của 16 tầng

Itt3 = 390.0,,1954.0,85 = 153,16 ( A )

Theo bảng PL 3.3 trang 355 ( TL - 2 ) , ta chọn aptomat loại : NS250N do Merlin

Gerin chế tạo, có các thông số kỹ thuật :

Loại Số cực Uđm ( V ) Iđm ( A ) IN max ( kA )

6/ Chọn cáp từ tủ hạ áp đến các tử điện tổng :

Để đảm bảo mỹ quan, thuận tiện cho việc đi lại trớc khu chung c, ta

quyết định đi cáp ngầm từng tuyến một, căn cứ vào dòng điện tính toán

cho phép

a) Chọn cáp từ tủ hạ áp đến tủ điện tổng 1 :

Ta chọn cáp theo điều kiện phát nóng cho phép

Itt1 = 811,8 ( A )

Do dòng điện lớn nên ta chọn 4 cáp chạy song song Vì thế mỗi cáp sẽ chịu một dòng điện là :

= 202,95 ( A ) Theo công thức ( 2.55 ) trang 30 ( TL-1), ta có :

k1.k2.Icp ≥ I1tt

Suy ra : Icp ≥

2 1

k1 : hệ số kể đến môi trờng lắp đặt cáp : trong nhà, ngoài trời, dới đất

k2 : hệ số hiệu chỉnh theo số lợng cáp đặt trong rãnh

Icp : dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn định chọn

Theo PL 4.21 và PL 4.22 trang 374 (TL- 2), ta tra đợc các hệ số hiệu chỉnh

k1 = 1

k2 = 0,8 vì có 4 sợi cáp đặt trong rãnh cáp

Icp ≥

2 1

F

(mm2)

D ( mm )

M(kg/km ) rkm )o ( Ω/

ở 20o C

Icp ( A )

nhà Ngoài trời Min Max

3x240+50 11,1/8,4 34,7 40,6 3910 0,193/0,387 301 298

Vì cáp ở trong trạm biến áp kín nên có Icp = 298 ( A )

* Kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ : bảo vệ bằng Aptomat Theo công thức ( 4.22 ) trang 209 ( TL-6) :

k1.k2.Icp ≥ I1kdnh,5

= 1,251.,I5dmAP Với :

Iđm AP : dòng điện định mức của Aptomat bảo vệ đờng dây

ở 20o C

Icp( A )

nhà Ngoài trời Min Max

k1.k2.Icp = 1.1.298 = 298 ( A ) ≥ 1,251,.5250 = 208,33 ( A )

Nh vậy cáp đã chọn thích hợp

7/ Chọn thanh góp cho các tủ điện tổng :

Tiết diện thanh góp chọn theo điều kiện phát nóng cho phép :

Kích thớc

( mm2 )

Tiết diện của một thanh (mm ) Khối lợng ( kg/ m ) Dòng điện cho phép ( A ) 50x6 300 2,676 955

Kích thớc

( mm2 )

Tiết diện của một thanh (mm ) Khối lợng ( kg/ m ) Dòng điện cho phép ( A ) 25x3 75 0,668 340

8/ Tính chọn các thiết bị điện từ tủ điện tổng đến hòm công tơ tại mỗi tầng

trong mỗi cụm dân c :

Mỗi cụm dân c gồm các căn hộ ở 8 tầng Mỗi tầng gồm 8 căn hộ : 4 căn

PhA = 6,99 Công suất tính toán của căn hộ loại A

PhB = 6,99 Công suất tính toán của căn hộ loại B

Vậy : P1t = 4.6,99 + 4.7,95 = 59,67 ( kW )

Dòng điện tính toán của mỗi tầng :

P1t =

 cos

Theo bảng PL 3.1 trang 354 ( TL - 2 ) , ta chọn aptomat loại :

NC125H do Merlin Gerin chế tạo, có các thông số kỹ thuật :

F

(mm2)

D ( mm )

M(kg/km ) rkm )o ( Ω/

ở 20o C

Icp

nhà Ngoài trời Min Max

k1.k2.Icp = 0,85.1.206 = 175,1 ( A ) ≥ 1,251,.5125 = 104,17 ( A ) Vậy cáp đã chọn thích hợp

II/ Tính toán ngắn mạch hạ áp và kiểm tra các thiết bị điện đã chọn : A/ Tính ngắn mạch hạ áp :

1/ Tính ngắn mạch tại No ( tại thanh góp của tủ hạ áp )

XB RB Xdo Rđo XApo RApo RtxApo XTGo XTGo No

a)

b)

Hình 5.4 : Sơ đồ tính ngắn mạch : a) Sơ đồ nguyên lý

b) Sơ đồ thay thế

Điện trở và điện kháng máy biến áp :

* Điện trở máy biến áp :

Theo công thức ( 2.43 ) trang 27 ( TL-1 ), ta có :

RB = 2

6

2 10

dm

dm N

S

U P



6 2

750

10 4 , 0 68 ,

Trong đó :

Uđm = 0,4 (kV) điện áp ngắn mạch của máy biến áp

Sđm = 750 (kVA) dung lợng của máy biến áp

∆PN = 6,68 (kW) tổn thất ngắn mạch của máy biến áp

* Điện kháng của máy biến áp :

Theo công thức ( 2.44 ) trang 28 ( TL-1 ), ta có :

XB =

dm

dm N

S

U

U % 2 10 3

10

=

750

10 4 , 0 5 , 4

= 9,6 ( mΩ ) Với : UN% = 4,5 trị số điện áp ngắn mạch của máy biến áp

* Điện trở và điện kháng của cáp hạ áp ( cáp từ máy biến áp

Điện kháng : Xdo = ℓ.xo∑ = 5.10 3.0,0175 = 0,875 (mΩ)

Với : ℓ = 5m : chiều dài đờng dây

* Điện trở và điện kháng của Aptomat :

Với Aptomat : CM1600N có Iđm = 1600 ( A ), tra bảng PL 3.12 và

* Điện trở, điện kháng, tổng trở tại diểm No:

R∑o = RB + Rdo + RAPo + RTGo + RtxAPo =

= 22,7 ( kA )

* Điện trở và điện kháng của Aptomat đặt ở đầu ra tử hạ áp ( Ap1 ) :

Với Ap1 : C10001N có Iđm AP1 = 1000 ( A ), tra bảng PL 3.12 và

Với cáp đồng tiết diện ( 3x95+50 ) mm2 , theo bảng PL 4.7 trang 367( TL-2 ) ta có : ro∑ = 0,21 ( Ω/kmkm ); xo∑ = 0,06 ( Ω/kmkm )

Vì có 4 sợi ghép song song nên :

Xd1 = ℓ.xo∑ = 495.10 3.0,015 = 7,425 (mΩ)

Với : ℓ = 495m : chiều dài đờng dây

* Điện trở và điện kháng của Aptomat đặt ở đầu vào thanh góp từ tủ điện tổng 1 ( A’p1 ) : Với Ap1 : C10001N có Iđm AP1 = 1000 ( A ), tra bảng PL 3.12 và

PL 3.13 trang 360 ( TL-2 ), ta có : R’AP1 = 0,12 ( mΩ )

* Điện trở, điện kháng, tổng trở tại diểm N1:

R∑1 = R∑o + RAP1 + RtxAP1 + Rd1 + R’AP1 + RTG1 + R’txAP1 =

= 2,395 + 0,12 + 0,25 + 26 + 0,12 + 0,0536 + 0,25 =

= 29,188 ( mΩ )

X∑1 = X∑o + X AP1 + Xd1 + X’ AP1 + XTG1 =

= 9,882 + 0,094 + 7,425 + 0,094 + 0,1248 = 34,09 (mΩ)

X Σo R Ap3 X Ap3 R txAp3 R đ3 X d3 R’ txAp3 R TG3 X TG3 N 3

* Điện trở và điện kháng của Aptomat đặt ở đầu ra tử hạ áp ( Ap3 ) :

Với Ap3 : NS250N có Iđm AP3 = 250 ( A ), tra bảng PL 3.12 và

PL 3.13 trang 360 ( TL-2 ), ta có :

RAP3 = 0,36 ( mΩ )

X AP3 = 0,28 ( mΩ )

R = 0,6 ( mΩ )

* Điện trở và điện kháng của cáp từ tủ hạ áp đến tủ điện tổng 3 dài 495m Với cáp đồng tiết diện ( 3x95+50 ) mm2 , theo bảng PL 4.7 trang 367( TL-2 ) ta có : ro = 0,21 ( Ω/kmkm ); xo = 0,06 ( Ω/kmkm )

Vậy : Rdℓ = ℓ.ro = 495.10 3.0,21 = 103,95 (mΩ)

Xdℓ = ℓ.xo = 495.10 3.0,06 = 29,7 (mΩ)

Với : ℓ = 495m : chiều dài đờng dây

* Điện trở và điện kháng của Aptomat đặt ở đầu vào thanh góp từ tủ điện tổng 3 ( A’p3 ) : Với A’p3 : NS250N có Iđm AP3 = 250 ( A ), tra bảng PL 3.12 và

PL 3.13 trang 360 ( TL-2 ), ta có : R’AP3 = 0,36 ( mΩ )

* Điện trở, điện kháng, tổng trở tại diểm N3 :

R∑3 = R∑o + RAP3 + RtxAP3 + Rd3 + R’AP3 + RTG3 + R’txAP3 =

B/ Kiểm tra các thiết bị

1/ Kiểm tra thanh góp hạ áp :

Thanh góp hạ áp có tiết diện (80x8)mm2 dài 0,8m

a) Kiểm tra ổn định động :

Theo công thức ( 7.14 ) trang 288 ( TL-3) :

Ftt = 1,76.10 2 a i2

xk ( kg ) Trong đó :

ℓ = 70 cm khoảng cách giữa các sứ 1 pha

a = 15 cm khoảng cách giữa các pha

= 999,7 ( kg.cm ) Mômen chống uốn của các loại thanh dẫn :

= 8,533 ( cm3 ) Ưng suất tính toán :

δtt = W M = 9998,533,7 = 153,03 ( kg/ cm2 )

b) Kiểm tra ổn định nhiệt :

Thanh góp ổn định nhiệt thì phải thoả mãn :

F ≥ α I∞ t qt

Trong đó :