Các phương pháp thiết kế cung cấp điện cho cả nước nói chung và cho các khu công nghiệp nói riêng là nền tảng để chúng ta có thểhoàn thành công cuộc thay đổi một các an toàn và bền vững.
Trang 1MỤC LỤC
Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1
Chương 2: PHÂN CHIA NHÓM PHỤ TẢI VÀ XÁC PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 3
2.1 PHÂN CHIA NHÓM VÀ XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI 3
2.2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 7
Chương 3: TÍNH TOÁN CHO TỦ PHÂN PHỐI & CHỌN MBA 14
3.1 Tính toán cho tủ phân phối 14
3.1 Chọn MBA 15
3.3 Xác định dung lượng bù 15
Chương 4: CHỌN DÂY DẪN & TÍNH SỤT ÁP 16
4.1 Chọn dây dẫn 16
4.2 Tính sụt áp 19
Chương 5: TÍNH NGẮN MẠCH & CHỌN CB 22
5.1 Tính ngắn mạch 22
5.2 Chọn CB 25
Chương 6: TÍNH AN TOÀN CHO TOÀN PHÂN XƯỞNG 28
Trang 2Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:
Đất nước ta đang trong đà công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vàphấn đấu tới năm 2020 nước ta sẽ trở thành nước công nghiệp hóa Nhu cầu sử dụngđiện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt đi cùngvới quá trình phát triển kinh tế đất nước Các phương pháp thiết kế cung cấp điện cho
cả nước nói chung và cho các khu công nghiệp nói riêng là nền tảng để chúng ta có thểhoàn thành công cuộc thay đổi một các an toàn và bền vững
Thiết kế cung cấp điện là một công việc quan trọng và rất khó khăn, một công trìnhđiện dù là nhỏ nhất cũng yêu cầu kiến thức tổng hợp từ hàng loạt chuyên ngành hẹp(cung cấp điện, thiết bị điện, an toàn điện,…) Ngoài ra người thiết kế phải có sự hiểubiết nhất định về xã hội, môi trường, đối tượng cấp điện và những lý luận thực tiễn.Công trình thiết kế dư thừa sẽ gây lãng phí về kinh tế, tổn hao lớn Ngoài ra nhữngcông trình thiết kế sai sẽ dẫn đến tổn thất điện năng, tăng tổn thất trong lưới, hoặc gâycháy nổ, hư hỏng thiết bị
1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Phân chia nhóm phụ tải và xác định phụ tải tính toán
Tính toán cho tủ phân phối và chọn MBA
Chọn dây dẫn và tính toán sụt áp
Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ (CB)
Tính toán an toàn điện cho phân xưởng
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Sử dụng phần mềm AutoCad để vẽ mặt bằng
Sử dụng phần mềm Ecodial để vẽ cấu trúc điện
Sử dụng phần mềm Excel để tính toán công suất định mức, dòng điện định mức,…
Trang 3Chương 2: PHÂN CHIA NHÓM PHỤ TẢI &
XÁC PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
2.1 PHÂN CHIA NHÓM VÀ XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI
Phụ tải là các thiết bị hay nhóm thiết bị sử dụng điện năng để biến đổi thành cácdạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng, cơ năng,…
Ta có thể xác định tâm phụ tải theo công thức sau:
Ta chia phân xưởng thành 4 nhóm như sau:
2.1.1 Xác định tâm phụ tải cho nhóm 1
Xnhóm
Ynhóm
94.25 2.42 3.69
Máy phay vạn
Trang 4Để thuận lợi trong việc đi lại và thẩm mỹ ta dời tủ động lực về vị trí (0 ; 4.5)
2.1.2 Xác định tâm phụ tải cho nhóm 2
Tên thiết bị
Pđm(kW)
Xnhóm
Ynhóm
Trang 5Để thuận lợi trong việc đi lại và thẩm mỹ ta dời tủ động lực về vị trí (9 ; 8)
2.1.3 Xác định tâm phụ tải cho nhóm 3
Xnhóm
Ynhóm
Máy mái tròn vạn năng 4.5 8.6 0.6 38.7 2.7
Để thuận lợi trong việc đi lại và thẩm mỹ ta dời tủ động lực về vị trí (8 ; 0)
2.1.4 Xác định tâm phụ tải cho nhóm 4
Trang 6) (kW)
53.25 14.09 4.73
Bể dầu tăng nhiệt 8.5 13.7 7 116.45 59.5
Để thuận lợi trong việc đi lại và thẩm mỹ ta dời tủ động lực về vị trí (16 ; 4.5)
2.1.5 Xác định tâm phụ tải tủ cho phân phối chính
Trang 72.2.1 Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 1
Dòng định mức của thiết bị: Iđmi = Pđmi
√3 *Uđm*cos φ i
Tên thiết bị Kí hiệu cosφ Pđm (kW) Iđm (A)
Máy phay vạn
năng
Trang 8 Tính số thiết bị hiệu quả theo phương pháp:
IđnN1 = I kđmax+I tt−ksd* Iđmmax = 194.8 + 88.86 – 0.2*38.96 = 275.868 (A)
2.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 2
Tên thiết bị Kí hiệu cosφ Pđm (kW) Iđm (A)
Trang 9Bể ngâm có tăng nhiệt 37 0.75 4 8.10
Với ksd = 0.2 và nhq = 7.9, tra bảng A-2 ta được kmax = 1.99
Công suất tính toán của nhóm:
Trang 10 Dòng khởi động lớn nhất của nhóm thiết bị :
I kđmax = kmm* Iđmmax = 243.5 (A)
Dòng đỉnh nhọn của nhóm thiết bị:
Iđn = I kđmax+I tt−ksd* Iđmmax = 351.25 (A)
2.2.3 Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 3
Tên thiết bị Kí hiệu cosφ Pđm (kW) Iđm (A)
Với ksd = 0.2 và nhq = 6.6, tra bảng A-2 ta được kmax = 2.24
Công suất tính toán của nhóm:
Trang 11 Dòng khởi động lớn nhất của nhóm thiết bị :
I kđmax = kmm* Iđmmax = 194.8 (A)
Dòng đỉnh nhọn của nhóm thiết bị:
Iđn = I kđmax+I tt−ksd* Iđmmax = 241.688 (A)
2.2.4 Xác định phụ tải tính toán cho nhóm 4
Tên thiết bị Kí hiệu cosφ Pđm (kW) Iđm (A)
IđmmaxN4 = 38.96A
Hệ số công suất trung bình của nhóm:
Trang 12 Với ksd = 0.2 và nhq = 4.9, tra bảng A-2 ta được kmax = 2.42
Công suất tính toán của nhóm:
Dòng khởi động lớn nhất của nhóm thiết bị :
I kđmax = kmm* Iđmmax = 194.8 (A)
Trang 13+ Điện áp: AC85-227V, 50-60Hz
+ Quang thông: 130lm/W
+ Góc sáng: 60/90/110 độ
+ Kích thước: 415 x 415 x 200mm
Chiều dài toàn phân xưởng: a = 80 (m)
Chiều rộng toàn phân xưởng: b = 40 (m)
Diện tích phân xưởng: S = a*b = 80*40 = 3200 (m2)
Công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích: P0 = 15 W/m2
Pcs = P0*S = 15*3200 = 48 (kW)
Qcs = Pcs*tanφ = 48*0.33 = 15.84 (kvar)
Ittcs = √P2+Q2 = √482+ 15.842 = 50.546 (A)
Trang 14Chương 3: TÍNH TOÁN CHO TỦ PHÂN PHỐI & CHỌN MBA
3.1 Tính toán cho tủ phân phối
Phụ tải tính toán toàn nhà máy là bao gồm hai loại phụ tải, động lực và chiếu sáng
Ta xem phụ tải tính toán động lực và phụ tải tính toán chiếu sáng là đồng thời kđt = 1(hệ số đồng thời)
Hệ số công suất trung bình của tủ phân phối:
Dòng đỉnh nhọn của tủ phân phối:
Iđnpp= I đnmaxN+I ttpp−ksd*IttmaxN = 275.868 + 367.717 – 0.2*117.44 = 588.98 (A)
Trang 15 Chọn công suất MBA:
Ta có: Sttpp = √P2ttpp+ Qttpp2 = √206.262 + 80.82 = 221.521 (kVA)
Công suất phụ tải lớn nhất của phân xưởng: Smax = Sttpp = 221.521 (kVA)
Công suất phụ tải nhỏ nhất của phân xưởng: Smin = 0.6*Sttpp = 132.912 (kVA)Vậy MBA được chọn phải có công suất nằm trong khoảng
Smin = 0.6*Sttpp < SđmMBA < Smax = Sttpp 132.912 < SđmMBA < 221.521
Vậy theo điều ta chọn MBA có công suất là: SđmMBA = 200 (kVA)
Với: + Tổn hao không tải: ∆ P0 = 530W
Trang 16Chương 4: CHỌN DÂY DẪN & TÍNH SỤT ÁP
4.1 Chọn dây dẫn
Dây dẫn và dây cáp là thành phần chủ yếu của mạng điện Việc lựa chọn tiết diệndây dẫn và dây cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, thỏa mãn điều kiện kinh tế, sẽ góp phầnđảm bảo chất lượng cũng như điều kiện cơ bản cho việc cung điện an toàn, liên tụcđồng thời góp phần không nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải điện năng, manglại lợi ích lớn không những cho ngành điện mà còn cho cả các ngành kinh tế quốc dân
4.1.1 Chọn dây dẫn từ MBA đến tủ phân phối và từ tủ phân phối đến tủ động lực, tủ chiếu sáng
Chọn kiểu đi dây là cáp ngầm, hệ số hiệu chỉnh K = K4K5K6K7
Tra sách hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC
Ta có :
K4 = 0.8 ảnh hưởng cách lắp đặt
K5 = 1 ảnh hưởng số dây đặt kề nhau
K6 = 1 ảnh hưởng của đất chôn cáp
K7 = 0.89 ảnh hưởng của nhiệt độ đất
Trang 174.1.2 Chọn dây dẫn từ tủ động lực đến thiết bị
Chọn dây theo điều kiện : Icpdd ≥ Ilvmax
K (trong đó Ilvmax = Iđm)
4.1.2.1 Chọn dây dẫn cho các thiết bị ở tủ động lực 1
Tên thiết bị Kí hiệu Iđm (A) Ilvmax
K (A) Icpdd (A) r0(Ωkm)
4.1.2.2 Chọn dây dẫn cho các thiết bị ở tủ động lực 2
Trang 18Tên thiết bị Kí hiệu Iđm (A) Ilvmax
Máy mái tròn vạn
4.1.2.4 Chọn dây dẫn cho các thiết bị ở tủ động lực 4
Tên thiết bị Kí hiệu Iđm (A) Ilvmax
K (A) Icpdd (A) r0(Ωkm)
4.2 Tính sụt áp
Tổng trở của đường dây tuy nhỏ nhưng không thể bỏ qua Khi mang tải sẽ luôn tồn tại sự sụt áp giữa đầu và cuối đường dây Vận hành của các tải (như động cơ, chiếu sáng, ) phụ thuộc nhiều vào điện áp trên đầu vào của chúng và đòi hỏi giá trị điện áp gần với giá trị định mức Do vậy cần phải chọn kích cở dây sao cho khi mang tải lớn nhất, điện áp tại điểm cuối phải nằm trong phạm vi cho phép
Trang 19Công thức tính sụt áp:
∆Ui = √3 Ilvmax*L*(R*cosφ+X*sinφ)
∆U% = ∆UU 1+ ∆U2+ ∆U3
đm
*100% (với điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm)Biết: 5%Uđm = 0.05*380 = 19V
Trong đó: + S là tiết diện dây (mm2)
+ L là chiều dài dây (km)
+ R là điện trở dây (Ωkm) = 22.5 (Ω mmkm 2)
S (mm2)
+ X là cảm kháng dây = 0.08 (Ωkm) (bỏ qua khi S < 50 mm2)
Ta chia hệ thống ra làm 3 cấp lần lượt là: ∆U1, ∆U2, ∆U3
∆U1 Sụt áp trên đoạn MBA – tủ phân phối
∆U2 Sụt áp trên đoạn tủ phân phối – tủ động lực
∆U3 Sụt áp trên đoạn tủ động lực – thiết bị
Để tính toán sụt áp trên dây dẫn từ tủ động lực đến thiết bị, ta tính sụt áp của thiết bịđặt xa tủ động lực nhất
Bảng tính kết quả sụt áp
Tên thiết bị Ilvmax (A) cosφ S (mm2) L (km) R X ∆Ui
Sụt áp từ MBA đến tủ phân phối (∆U1)
Trang 20 Kiểm tra sụt áp tại tủ động lực 1
∑∆U = ∆U1+ ∆U2+ ∆U3 = 0.749 + 3.703 + 3.314 = 7.767 (V) < 19 (V)
Theo điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm dây dẫn chọn đạt yêu cầu
Kiểm tra sụt áp tại tủ động lực 2
∑∆U = ∆U1+ ∆U2+ ∆U3 = 3.209 (V) < 19 (V)Theo điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm dây dẫn chọn đạt yêu cầu
Kiểm tra sụt áp tại tủ động lực 3
∑∆U = ∆U1+ ∆U2+ ∆U3 = 8.429 (V) < 19 (V)Theo điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm dây dẫn chọn đạt yêu cầu
Kiểm tra sụt áp tại tủ động lực 4
∑∆U = ∆U1+ ∆U2+ ∆U3 = 10.242 (V) < 19 (V)Theo điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm dây dẫn chọn đạt yêu cầu
Kiểm tra sụt áp tại tủ chiếu sáng
∑∆U = ∆U1+ ∆U2 = 1.174 (V) < 19 (V)Theo điều kiện ∆U% ≤ 5%Uđm dây dẫn chọn đạt yêu cầu
Trang 21Chương 5: TÍNH NGẮN MẠCH & CHỌN CB
5.1 Tính ngắn mạch
Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau (đối với mạng trung tính cách ly hoặcnối đất) hoặc hiện tượng các pha chập nhau và chạm đất (mạng trung tính nối đất trựctiếp) Nói một cách khác, ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổngtrở rất nhỏ, xem như bằng 0
Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng, và thường xảy ra trong
hệ thống điện Khi có ngắn mạch thì dòng điện sẽ tăng lên rất cao vàđiện áp trong mạng điện giảm xuống
Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch: ngắn mạch ba pha,hai pha, một pha và hai pha chạm nhau chạm đất
Qua thống kê cho thấy, xác suất xảy ra ngắn mạch một pha là nhiềunhất (65%), còn xác suất xảy ra ngắn mạch ba pha là nhỏ nhất, chỉchiếm 5%, nhưng ngắn mạch ba pha là tình trạng sự cố nặng nề nhất và
ta cần phải xét đến khi tính toán lựa chọn các thiết bị bảo vệ cho hệ
Trang 22thống điện Còn ngắn mạch một pha là tình trạng nhẹ nhất và ta thườngxét đến khi tính toán lựa chọn ngưỡng tác động cho các thiết bị bảo vệ.Công thức tính ngắn mạch:
IN(3) = Uđm
√3 Z
5.1.1 Tính ngắn mạch tại tủ phân phối chính
SđmMBA = 200 (kVA) (điện áp 22/0.4kV)
Tổn hao không tải: ∆ P0 = 530W
Z = Z MBA+Z dd = 34.84 + 0.092 = 34.93 (m)Dòng ngắn mạch ba pha
Z1 = Z+Z dd 1 = 34.93 + 0.457 = 35.38 (m)
Trang 23Z2 = Z+Z dd 2 = 34.93 + 0.383 = 35.313 (m)Dòng ngắn mạch ba pha
Z3 = Z+Z dd 3 = 34.93 + 1.023 = 35.95 (m)Dòng ngắn mạch ba pha
Z4 = Z+Z dd 4 = 34.93 + 1.023 = 35.95 (m)Dòng ngắn mạch ba pha
IN4( 3 ) = Uđm
√3 Z4 = 400
√3 *35.95 = 6.42 (kA)
5.1.2.5 Ngắn mạch tại tủ chiếu sáng
Trang 24Zddcs = √Rdd2 + Xdd2 = 1.023 (m)Vậy tổng trở từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng
Z csφ = Z+Z ddcsφ = 34.93 + 1.023 = 35.95 (m)Dòng ngắn mạch ba pha
Các hệ thống điện hiện đại không thể làm việc bình thường nếu thiếu thiết bị bảo vệ
CB Bảo vệ CB theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tửcủa hệ thống điện Khi xuất hiện sự cố, bảo vệ CB phát hiện và cắt phần hư hỏng, loại
5.2.1 Chọn CB cho tủ phân phối, động lực và chiếu sáng
Tên thiết bị Ilvmax (A) Icpdd (A) IN( 3 ) (kA) IđmCB (A) IcuCB (kA)
Từ MBA đến tủ phân phối
Trang 25Tên thiết bị Kí hiệu Iđm (A) IN( 3 ) (kA) Icpdd (A) IđmCB (A) IcuCB (kA)
Trang 26Máy mài phá 30 5.67 3.95 14 15 14
Chương 6: TÍNH AN TOÀN CHO TOÀN PHÂN XƯỞNG
Trang 27Sơ đồ TN-C-S (Terrence – Neutral – Common – Separated)
Sơ đồ TN-C và TN-S có thể được cùng sử dụng trong cùng một lưới, sơ đồ TN-Ckhông bao giờ sử dụng sau sơ đồ TN-S Điểm phân dây PE tách khỏi dây PEN thường
là điểm đầu của lưới
Ưu điểm: kết hợp ưu điểm của sơ đồ TN-C và TN-S, khắc phục được nhược điểmcủa hai sơ đồ trên
Nhược điểm: có điện áp tiếp xúc lớn
Chọn dây bảo vệ theo tiêu chuẩn IEC
Khi Spha ≤ 16 mm2 (Cu) và 16 mm2 (Al) thì SPE = Spha
16 mm2 ≤ Spha ≤ 35 mm2 (Cu) thì SPE = 16 mm2Hoặc 25 mm2 ≤ Spha ≤ 50 mm2 thì SPE = 25 mm2
SPE ≥ 0.5Spha các trường hợp còn lại
Tên thiết bị Dây pha Rpha(Ωkm) Dây PEN RPEN(Ωkm)
Trang 28Từ MBA đến tủ phân phối
Chọn dây PE cho các thiết bị ở tủ động lực 1
Tên thiết bị Dây pha Rpha(Ωkm) Dây PEN RPEN (Ωkm)
Máy cưa kiểu đại CVV-3x1 18.1 CVV-1x1 18.1
Máy phay vạn năng CVV-3x2 9.43 CVV-1x2 9.43
Bể ngâm có tăng nhiệt CVV-3x1 18.1 CVV-1x1 18.1
Trang 29Chọn dây PE cho các thiết bị ở tủ động lực 3
Tên thiết bị Dây pha Rpha(Ωkm) Dây PEN
Bể ngâm có tăng nhiệt CVV-3x1 18.1 CVV-1x1 18.1
Máy mái tròn vạn năng CVV-3x1 18.1 CVV-1x1 18.1
Chọn dây PE cho các thiết bị ở tủ động lực 4
Tên thiết bị Dây pha Rpha(Ωkm) Dây PEN RPEN (Ωkm)
Trang 30Tính dòng chạm tại tủ phân phối
Ichạmvỏ = 0.95 Upha
√ (RMBA+ RTPP+ RPE)2+√ (XMBA+ XTPP)2
= 0.95*220√
(13.8+0.045+0.09)2+(32+0.08 )2 = 5.96 (kA)Tính dòng chạm tại tủ động lực 1
Ichạmvỏ = 0.95*220√(13.8+0.045+0.45+0.9)2
+(32+0.08+0.08)2 = 5.9 (kA)Tính dòng chạm tại tủ động lực 2
Ichạmvỏ = 0.95*220√
(13.8+0.045+0.375+0.75)2+(32+0.08+0.08)2 = 5.91 (kA)Tính dòng chạm tại tủ động lực 3
Ichạmvỏ = 0.95*220√(13.8+0.045+1.023+1.406 )2
+ (32+0.08 )2 = 5.81 (kA)Tính dòng chạm tại tủ động lực 4
Ichạmvỏ = 0.95*220√(13.8+0.045+1.023+1.406)2
+ (32+0.08 )2 = 5.81 (kA)
Trang 31Tài liệu tham khảo
[1] ThS.Phan Thị Thu Vân (2015) Tài liệu học tập học phần “An toàn điện”, HUTECH[2] ThS.Nguyễn Quý (2015) Tài liệu học tập học phần “Hệ thống cung cấp điện”,