Sơ đồ lựa chọn:
Hình 3-1: Sơ đồ cấp điện trung áp
Mục Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Mô tả Dùng máy cắt phụ tải và cầu chì. Dùng dao cách ly và máy cắt. Dùng dao cách ly và cầu chì. Ưu điểm Dùng máy cắt phụ tải có thể đóng cắt mạch điện có tải và bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp bằng cầu chì, vì vậy an toàn thuận tiện cho vận hành.
Dao cách ly làm nhiệm vụ cách li và tạo khoảng cách nhìn thấy được để đảm bảo an toàn. Cho phép đóng cắt khi có dòng điện ngắn mạch.
Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp và dao cách ly cách ly an toàn. Phương án đơn giản, chi phí thấp.
Nhược điểm Phương án không kinh tế Không cho phép các thao tác đóng cắt khi mang tải.
Đề xuất
Bảng 3-1: Phương án chọn sơ độ cấp điện trung áp
3.1.3. Tính toán dung lượng máy biến áp và máy phát
• Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện, TBA dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Các trạm biến áp trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhà máy điện làm thành một hệ thống truyền tải điện năng thống nhất.
Dung lượng của máy biến áp, vị trí đặt, số lượng các phương thức vận hành của các TBA có ảnh hưởng rất lớn đến chi tiêu kinh tế, kĩ thuật của hệ thống cung cấp điện. Vì vậy việc lựa chọn dung lượng máy biến áp bao giờ cũng gắn liền với việc lựa chọn phương án cấp điện.
Dung lượng và các thông số của MBA phụ thuộc vào phụ tải của nó và cấp điện áp của mạng và phương thức vận hành MBA…vì thế để lựa chọn TBA tốt nhất ta phải dựa trên các yếu tố sau:
- An toàn và liên tục cấp điện.
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ nhất.
- Dung lượng MBA được chọn theo điều kiện: SđmBA>Stt SđmBA> 235,8 KVA.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội Công suất (kVA) Điện áp (kV) 𝛥Po(W) ΔPN(W) UN(%) Kích thước(mm) 250 22/0,4 640 4100 4 1370-820-1485 Bảng 3-2: Chọn máy biến áp
• Dung lượng máy phát cấp cho phụ tải ưu tiên của tòa nhà được chọn theo điều kiện:
SđmMP > Sưt
Với Sưt = 85,4 kVA chọn máy phát điện diezen có thông số:
SđmMP= 100 kVA ; f= 50 Hz ; Uđm= 380 V
Chuyển nguồn từ nguồn lưới sang nguồn máy phát sử dụng tủ chuyển nguồn tự động ATS.
Hình 3-2: Sơ đồ cấp điện từ máy biến áp và máy phát
3.1.4. Phương án chọn máy biến áp, máy phát dự phòng
Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:
- Vị trí đặt MBA phải thỏa mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, an toàn và kinh tế… - Số lượng MBA đặt trong các trạm biến áp được lựa chọn căn cứ vào
yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đặt, chế độ làm việc của phụ tải. các trạm biến áp cung cấp cho hộ loại 1 và loại 2 nên đặt 2 máy biên áp, hộ loại 3 có thể đặt 1 máy biến áp. Dựa vào sơ đồ mặt bằng và công suất tiêu thụ của phụ tải toàn bộ tòa nhà ta
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội Mục Phương án 1 Phương án 2 Mô tả chọn máy biến áp Đặt một trạm biến áp với một máy biến áp dầu.
Đặt một trạm biến áp với máy biến áp khô.
Mô tả chọn máy phát điện
Một máy phát điện dự phòng cấp cho phụ tải ưu tiên.
Một máy phát điện dự phòng cấp cho toàn tòa nhà.
Ưu điểm
Chi phí thấp, lắp đặt đơn giản, tổn hao công suất, tổn
hao chi phí thấp.
Độ tin cậy cấp điện cao
Nhược điểm Độ tin cậy thấp hơn.
Chi phí cao, lắp đặt, vận hành phức tạp, tổn hao công
suất hàng năm cao
Đề xuất
Bảng 3-3: Phương án chọn máy biến áp và máy phát
Vị trí đặt máy biên áp sẽ gần tâm phụ tải và phụ hợp về mỹ quan. Dự kiến trạm biến áp sẽ đặt ở phía sau tòa nhà và trong khu vực ít người qua lại.
3.1.5. Phương án cấp điện hạ áp
Mục Phương án 1 Phương án 2
Mô tả
Hệ thống phân phối điện sử dụng cáp.
Hệ thống phân phối điện sử dụng thanh dẫn.
Ưu điểm
Kinh tế đối với phụ tải nhỏ, phân tán, lắp đặt dễ dàng
Lắp đặt dễ dàng, không nhỏ, tổn thất điện năng thấp và dễ mở rộng
điểm hành, sửa chữa phức tạp.
Đề xuất
Bảng 3-4: Phương án cấp điện hạ áp
3.1.6. Sơ đồ nguyên lí trạm điện
Từ trạm biến áp kéo cáp hạ áp vào tòa nhà. Đặt một tủ điện hạ áp riêng cho tòa nhà để cấp điện cho các tầng. Trong mỗi tủ điện đặt một aptomat tổng và hai aptomat nhánh để cung cấp điện cho phụ tải ưu tiên và phụ tải không ưu tiên.
Bảng 3-5: Sơ đồ nguyên lí trạm điện
3.2. Các trạm bảo vệ
Mục tiêu bảo vệ trong ngành điện là nhằm đảm bảo an toàn cho người bảo vệ chống những mối nguy hiểm hoặc phá hỏng tài sản, nhà máy thiết bị .
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
-Bảo vệ người và chống lại sự nguy hiểm do quá điện áp, điện giật, cháy nổ vv…
-Bảo vệ các thiết bị và các thành phần khác trong hệ thống điện, chống lại sự nguy hiểm do ngắn mạch, sét đánh và không ổn định của hệ thống vv… -Bảo vệ người và nhà máy không bị nguy hiểm do vận hành sai hệ thống bằng
cách sử dụng khóa liên động bằng cơ tay hay điện.
3.2.1. Bảo vệ chống điện giật và quá áp
Bảo vệ chống điện giât do chạm điện trực tiếp hoặc gián tiếp.
Bảo vệ chống điện giật do chạm trực tiếp:
-Biện pháp chủ yếu chống chạm trực tiếp là đặt tất cả các phần dẫn điện trong vỏ bọc cách điện, hoặc ngoài tầm với (đặt sau rào chắn cách điện hoặc trên cao) hoặc dùng vật chắn.
-Vỏ kim loại của máy biến áp hoặc thiết bị điện được nối vào dây nối đất bảo vệ.
Bảo vệ chống chạm điện gián tiếp:
-Hạn chế dòng chạm đất phía trung thế.
-Giảm điện trở nối dất trạm xuống giá trị nhỏ nhất có thể. -Tạo điều kiện đẳng thế ở trạm và lưới hạ thế.
-Bảo vệ chống quá điện áp.
-Bảo vệ quá điện áp do hư hỏng cách điện phía trung thế làm xuất hiện điện áp phía thứ cấp bằng rơle quá áp (over voltage relay –OVR).
-Bảo vệ quá điện áp khí quyển do sét lan truyền vào trạm đối với đường dây trung thế trên không bằng chống sét van ( suge arrester).
-Quá tải máy biến áp thường là do nhu cầu ngẫu nhiên của một số phụ tải, do sự gia tăng nhu cầu phụ tải của mạng, do mở rộng công trình. Sự tăng tải làm tăng làm tăng nhiệt độ của máy biến áp làm giảm tuổi thọ. Thiết bị chống quá tải thường đặt phía sau trạm biến áp khách hàng nhưng thường đặt trước trạm biến áp công cộng.
-Bảo vệ quá tải máy biến áp được thực hiện bằng cách sử dụng rơle quá tải có trễ. Bảo vệ này sẽ tác động cắt mạch phái đầu ra của máy biến áp. Thời gian trễ này nhằm đảm bảo không cắt nhầm MBA trong trường hợp quá tải ngắn hạn.
Ngoài ra còn có bảo vệ sự cố bên trong MBA
3.2.3. Bảo vệ ngắn mạch
Ngắn mạch có thể xảy ra giữa các dây pha, pha-đất, hoặc ba pha. Sự cố ngắn mạch cuộn sơ cấp thứ cấp sẽ tạo thành dạng ngắn mạch chạm đất.
Bảo vệ ngắn mạch thường dùng CB đầu ra MBA, máy cắt hay cầu chì hay FCO phía trung áp. Dùng hệ thống bảo vệ rơle (EFR-Earth Fault Relay).
3.3. Chọn dây và khí cụ bảo vệ
3.3.1. Cơ sở lí thuyết
Trong điều kiện vận hành của các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận cách điện khác có thể ở một trong ba chế độ sau: chế độ làm việc lâu dài, chế độ làm việc quá tải, chế độ làm việc ngắn mạch:
-Chế độ làm việc lâu dài: các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp định
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
-Chế độ làm việc quá tải: trong chế độ làm việc quá tải dòng điện qua khí cụ điện, sứ cách điện và bộ phận dây dẫn điện khác sẽ có trị số lớn hơn giá trị định mức. Sự làm việc tin cậy của các phần tử trên được đảm bảo bằng các quy định giá trị và thời gian điện áp hay dòng điện tăng cao mà không vượt quá giá trị cho phép.
-Chế độ làm việc ngắn mạch: trong tình trạng ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác 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 .
Ngoài ra, còn chú ý đến vị trí đặt thiết bị, nhiệt độ môi trường xung quanh . mức độ ẩm ướt, mức độ ô nhiễm vv…
3.3.2. Lựa chọn máy cắt phụ tải
Máy cắt phụ tải có thể đóng cắt mạch điện khi đang mang tải ở lưới điện trung áp nhưng không cắt được dòng điện ngắn mạch, cầu chì sẽ đảm nhận. máy cắt phụ tải thường kết hợp với cầu chì thành bộ MCPT-CC.
Điều kiện chọn MCPT dựa trên cơ sở điện áp định mức và dòng điện định mức.
UdmMCPT>Udm.m (KV) IdmMCPT>Icb (A)
Với Icb = 6,6 (A)
Chọn dao cắt phu tải do ABB chế tạo, thông số dao cắt phụ tải chọn cho ở bảng PL 3.4:
Loại MCPT Udm(𝐾𝑉) Idm(A) INmax(KA) IN3s(kA)
= Smba
√ 3Udm = 250 √ 3.22
NPS 24 B1-K4J2 24 400 40 10
Bảng 3-6:Thông số máy cắt phụ tải
3.3.3. Lựa chọn cầu chì cao áp
Cầu chì trong trường hợp này dụng để bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp. Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức và dòng điện cắt định mức.
Đại lượng Công thức
Điện áp định mức(KV) UdmCC> Udm.mạng Dòng điện lâu dài định mức(A) IdmCC >𝐼lvmax Công suất cắt định mức(MVA) SdmCC> S’’ Dòng điện cắt định mức (KA) Idmcắt > I’’
Bảng 3-7: Bảng điều kiện chọn cầu chì cao áp
Từ điều kiện trên tra bảng PL 3.12 ta chọn cầu chì cao áp loại 3GD1402-4B do hãng SIEMENS chế tạo:
Loại cầu chì Udm(𝐾𝑉) Idm(A) I𝑐ắ𝑡𝑁(KA)
IcắtN min(KA)
3GD1402-4B 24 10 40 56
Bảng 3-8: Thông số cầu chì cao áp
3.3.4. Tính toán khí cụ bảo vệ và dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối: phối:
• Chọn áptômat (CB)
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Dòng điện tính toán của phụ tải là: IttA
.
Theo tiêu chuẩn IEC ta có : Icb Itt Icb Itt.1,15 = 360.1,15 = 414 A
Tra bảng báo giá thiết bị đóng cắt của MITSUBISHI ta chọn MCCB 3P có mã là NF630-SW có dòng định mức là 500A.
• Chọn dây dẫn:
Nguồn điện đi từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính là nguồn 3 pha 4 dây với Udm = 380V, ta chọn phương án đi dây cáp ngầm .
Với phương án đi dây ngầm ta cần xác định hệ số K. K=K4.K5.K6.K7
-K4: Là thể hiện của cách lắp đặt.
Phương án đi dây ngầm trong ống PVC chôn dưới đất theo IEC chọn K4=0,8. - K5: Thể hiện ảnh hưởng của số đặt kề nhau..
Các dây được coi là kề nhau nếu khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn hai lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây theo IEC chọn hệ số K5=1.
-K6: Thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp. Vì chôn cáp trong đất khô nên theo IEC chọn hệ số K6 =1.
-K7: Thể hiện ảnh hưởng nhiệt độ của đất.
Do nhiệt độ trong đất của công trình mà ta đang tính toán là 300C. Theo IEC bảng H1-22 trang H1-31 ta chọn hệ số K7 = 0,89. Vậy hệ số xác định : K=K4.K5.K6.K7 = 0,8.1.1.0,89 = 0,71.
Từ đó ta tính được : Icp = == 583,1 A.
𝐾
Từ kết quả tính được như trên, tra PL 5.12 ta chọn 3 cáp đồng hạ áp từ trạm biến áp một lõi do hàng LENS sản xuất:
F (mm2) d (mm) M (kg/km) R0 ở 20độ (ôm/km) Icp(A) Lõi Vỏ Min Max 3x70 + 50 10/8,4 31,1 36,2 3120 0,268 254
Bảng 3-9: Thông số cáp từ máy biến áp đến tủ phân phối
•Chọn thanh dẫn
Dòng điện tính toán của toàn công trình là:
Itt 360 A
3.Udm 3.380
Chọn thanh dẫn theo các yêu cầu như sau:
𝐼𝑙𝑣 2 Mật độ dòng: F= mm
𝐽𝑘𝑡
Trong đó :Jkt: Mật độ dòng kinh tế của thanh dẫn ( A/mm2) Ilv: Dòng điện làm việc bình thường của thanh dẫn (A)
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
Với Tmax =5000 giờ/năm và sử dụng loại dây trần và thanh cái bằng đồng theo IEC ta chọn Jkt =1,8 A/mm2
⇒ F =Ilv = = 200 mm2
Jkt
Tra bảng PL5.6 ta chọn thanh dẫn có tiết diện F= 50.5 = 250 mm2
3.3.5. Chọn thiết bị bảo vệ và dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối phụ và đến các phòng phân phối phụ và đến các phòng
Sơ đồ nối dây thường có 2 dạng cơ bản là hình tia và phân nhánh:
- Sơ đồ hình tia: Có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng đến nhau, độ tin cậy cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành bảo quản.
- Sơ đồ phân nhánh: Các hộ được cấp chung một đường dây nên độ tin cậy cung cấp điện không cao.
Vì vậy để cung cấp điện cho tòa nhà ta dùng sơ đồ mạng điện hạ áp hình tia cung cấp cho phụ tải để thuận tiện cho việc quản lí, vận hành.
a) Tủ điện không ưu tiên TĐ1 •Chọn aptomat
Aptomat tổng cho phụ tải không ưu tiên: Aptomat tổng có dòng điện tính toán là:
It1−t7
Aptomat tầng cho phụ tải không ưu tiên:
Từ tầng 1-7 của tòa nhà giống nhau nên chỉ cần tính cho tầng 1 Aptomat nhánh có dòng điện tính toán là:
It1 44,3 (A)
Aptomat nhánh cho các phòng
Pph = 4,413= 23,6 (A) - Phòng học: Iph=cosØ.𝑈 0,85.0,22
- Phòng chờ giáo viên: Iph=cos PgvØ𝑈= 0,185,447.0,22= 7,7 (A)
Tra bảng PL 5.1-5.2-5.3 ta chọn aptomat do hãng Merlin Gerin chế tạo:
CB Loại Uđm Itt Idm IN Số cực CB tổng NS 225E 500 217.1 225 7.5 3 CB tầng 1 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 2 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 3 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 4 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 5 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 6 C60N 440 44.3 63 6 3 CB tầng 7 C60N 440 44,3 63 6 3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công Nghiệp Hà Nội
CB phòng giáo viên V40H 240 23.6 40 10 1+N
Bảng 3-10: Thông số aptomat cho phụ tải không ưu tiên
• Chọn thanh dẫn
Thanh dẫn được chọn theo điều kiện dòng điện và kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Đại lượng Công thức
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép(A) K1.K2 Icp >Ilvmax Khả năng ổn định động (kg/cm2) ɵcp > ɵtt
Khả năng ổn định nhiệt (mm2) 𝐹3.
Bảng 3-11: Điều kiện chọn thanh dẫn
K1 = 1 khi thanh dẫn đặt đứng. K1 = 0.95 khi thanh dẫn đặt ngang. K2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.