CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠNG HẠ ÁP CHO TÒA NHÀ 7 TẦNG
4.2. CHỌN SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP VÀ DUNG LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP
4.2.1. Tính toán chọn máy biến áp.
Để xác định dung lượng trạm biến áp thì người ta căn cứ vào phụ tải của toàn công trình công suất của trạm được xác định như sau:
SdmMBA ≥ Stt
Dựa vào kết quả tính toán ở chương 3 ta có các thông số sau: Stt=151,5 kVA
Dòng điện tính toán của toàn công trình là: Itt = Stt
Udm =
151,5
220 = 0,69 kA = 690 A
Để xác định số lượng và dung lượng máy biến áp ta cần phải tiến hành tính toán kinh tế kĩ thuật cho nhiều phương án, sau đó chọn phương án tối ưu nhất
Tổn hao diện năng được xác định theo công thức: ΔA = ΔP′0. t + ΔP′N× [ Stt
SdmMBA]
2
× τ (kWh) (4.1) Trong đó:
ΔP′0: tổn thất công suất tác dụng không tải kể cả phần do công suất phản kháng gây ra:
ΔP′0 = P0 + kkt × ΔQ0 (4.2) P0: tổn thất công suất không tải của máy biến áp được ghi trên nhãn máy. kkt: hệ số dung lượng kinh tế thường chọn kkt=0,05 (kW/kVA).
t: là thời gian sử dụng máy biến áp trong một năm t=8760 giờ τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất
τ = (0,0124 + Tmax × 10−4)2× 8760 (4.3)
Với Tmax: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất theo tài liệu 2 trang 25 ta chọn.
Trang 72 ΔQ0 =I% × SdmMBA
100 (kVA) (4.4) I%: dòng điện không tải ghi trên nhãn máy.
SdmMBA: dung lượng định mức của máy biến áp
ΔP′N: tổn thất điện áp lúc ngắn mạch kể cả công suất phản kháng gây ra. ΔP′N=ΔPN + kkt × ΔQN. (4.5) Với ΔPN: tổn thất lúc ngắn mạch (nghi trên nhãn máy)
ΔQN: tổn thất công suất phản kháng lúc ngắn mạch gây ra.
ΔQN =UN% × SdmMBA 100 (kVAR) (4.6) ΔΑ = n × ΔP0. t +1 nP′N[ Stt SdmMBA] 2 . τ (kWh) (4.7) Trong đó:
SdmMBA: dung lượng định mức MBA
ΔP′N: tổn thất điện áp lúc ngắn mạch kể cả công suất phản kháng gây ra.
ΔP′0: tổn thất công suất tác dụng không tải kể cả phần do công suất phản kháng gây ra.
n số lượng máy biến áp mắc song song.
t là thời gian sử dụng máy biến áp trong một năm t=8760 giờ τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất
τ = (0,0124 + Tmax× 10−4)2× 8760
Tmax: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Tmax =5000 (giờ/năm)
⇒ Thời gian tổn thất công suất lớn nhất: τ = 3411 giờ
Dựa vào phụ tải toàn tòa nhà là:Stt=151,5 kVA ta đưa ra nhiều phương án lựa chọn máy biến áp cho phù hợp. Theo tiêu chuẩn:
TCVN 1983-1994 điện áp 15kV; 22kV±2× 2,5%/0,4 kV Có tổ đấu dây là Dyn-11(Δ-Y/0-11)
(Theo tài liệu tham khảo số [5])
(Đối với công trình đang xét thì ta đưa ra phương án chọn MBA tất cả các máy đều tra theo tài liệu Giáo trình cung cấp điện, trang 3-3)
4.2.2. Phương án phù hợp nhất.
Dùng 1 máy biến áp 3 pha của hãng Thibidi có dung lượng là: 180 kVA - Có các thông số kĩ thuật sau:
Công suất định mức:180 kVA Điện áp định mức đến 24 kV
Tổn hao không tải P0=315 (W)= 0,315 kW Dòng điện không tải I0% = 2
Trang 73 Điện áp ngắn mạch: UN% = 4 ± 6
Với các thông số trên ta áp dụng kiểm tra các tổn thất của MBA Tổn thất công suất phản kháng lúc ngắn mạch: ΔQN =UN%. SdmMBA 100 = 4.180 100 = 7,2 kVAR Tổn thất công suất tác dụng lúc ngắn mạch: ∆P′N = ∆PN+ kkt. ∆QN = 2,185 + 0,05.7,2 = 2,54 kW
Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp: ΔQ0 =IN%. SdmMBA
100 =
2.180
100 = 3,6 𝑘𝑉𝐴𝑅
Tồn thất công suất không tải kể cả phần do công suất gây ra:
∆P′0 = ∆P0 + kkt. ∆Q0 = 0,315 + 0,05.3,6 = 0,495 kW
Tổn thất điện năng trong máy biến áp có dung
∆A1 = ∆P′0. t + ∆P′N. [ Stt SdmMBA] 2 . τ = 0,495.8760 + [151,5 180 ] 2 . 3411 = 10473,7 kWh
Số tiền tổn thất điện tính trong 1 năm với giá là: CAt = ∆A1. c∆
CA1 = 10473,7.1500 = 15710550 VND
Trong đó: 𝑐∆=1500 KWh (Dựa trên giá buôn điện của EVN năm 2017)
4.2.3. Kết luận.
Qua phương án đề xuất chọn máy và công suất trạm như trên thì ta thấy phù hợp với công suất phụ tải của dãy nhà 7 tầng. Các hệ số tổn hao thấp và công suất biểu kiến còn dư tương đối phù hợp cho sự phát triển của công trình trong tương lai.
4.3. BẢO VỆ MẠNG CẤP ĐIỆN TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN DỰ PHÒNG. 4.3.1. Lựa chọn cụ thể máy phát điện.
Khi thiết bị được cung cấp từ những nguồn xoay chiều từ biến áp trung hạ hoặc máy phát điện hạ áp, vấn đề khó khăn là đảm bảo sự hoạt động tốt của hệ thống bảo vệ với các nguồn khác nhau. Cốt lõi của vấn đề này là sự khác nhau rất lớn giữa tổng trở của các nguồn. Tổng trở của máy phát lớn hơn nhiều tổng trở của máy biến áp
Hầu hết các lưới điện công nghiệp và thương mại lớn đều gồm một số tải quan trọng mà nguồn phải duy trì trong trường hợp lưới điện quốc gia gặp sự cố như:
Các hệ thống an toàn (chiếu sáng sự cố, thiết bị chữa cháy tự động, quạt thoát khói, báo động và tín hiệu, vv….)
Các mạch điện quan trọng cấp điện cho thiết bị mà nếu ngừng hoạt động sẽ gây thiệt hại cho sản xuất, hay làm hư hỏng dụng cụ…
Một trong những biện pháp duy trì cung cấp điện cho tải thiết yếu khi có sự cố nguồn là sử dụng máy phát điện diesel. Được nối thông qua cầu dao đảo với tủ đóng cắt dự phòng và nuôi các thiết bị đó.
Trang 74
G
Tải không quang trọng Tải quang trọng
Cầu dao chuyển mạch (đảo điện) trung
hạ
Hình 4a. Mạch điện được cung cấp từ máy biến áp và máy phát.
Lựa chọn chọn máy phát dự phòng phụ thuộc vào tính chất mạng điện cần cung cấp:
Địa điểm hoạt động Tổng công suất tải lắp đặt
Độ nhạy của các mạng điện đối với gián đoạn điện. Độ sẵn sang của mạng lưới phân phối.
Để chọn chính xác máy phát điện theo lý thuyết thì phải qua nhiều bước như tính toán công suất biểu kiến, dòng điện danh nghĩa, hệ số tiêu dùng…
Trước khi chọn máy phát điện chúng ta cần tính toán tất cả công suất thực (kW) sau đó qui đổi ra công suất biểu kiến (kVA). Việc tính toán đúng công suất cũng rất quan trọng nhằm tránh quá tải nếu chọn công suất máy nhỏ hơn công suất tải. Nếu chọn công suất máy lớn hơn nhiều công suất tải thì lãng phí. Các hệ số công suất tương ứng với các thiết bị tải như sau:
Trang 75
4.3.2. Tính toán chọn máy phát điện dự phòng Bảng 4.1 Hệ số cos Bảng 4.1 Hệ số cos
Đối với dãy nhà 7 tầng các tải cần cấp nguồn khi mất điện như: Các phòng hành chính tầng ở các tầng , thang máy, máy bơm nước chữa cháy, đèn hành lang. Theo tính toán phụ tải ở trên ta có công suất của các thiết bị như sau:
Sau khi có công suất của các tải cần cấp nguồn (kW), ta quy đổi ra công suất biểu kiến (kVA).
Như đã tính toán ở chương 3, Stt=151,5 kVA. Chọn máy phát điện mới 100%:
Chọn máy phát điện mới với hệ số an toàn khoảng 1.1, nghĩa là chọn công suất máy phát điện bằng cách nhân công suất tải với hệ số an toàn.
S= 151,5 x 1,1= 166,7 kVA
Để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện khi sự cố mất điện ta chọn máy phát điện dự phòng có thống số kỹ thuật của nhà sản xuất như sau: Tổ máy phát điện công nghiệp 160kva chạy dầu diesel 3pha, Thùng cách âm sơn tĩnh điện, nhập khẩu đồng bộ nguyên chiếc. Tổ máy được sản xuất theo tiêu chuẩn Châu Âu(CE). Với Công suất liên tục 160 kVA và Công suất dự phòng 175 kVA.
Loại tải Hệ số cos
Mô tơ, máy lạnh, tủ lạnh, máy tính 0.8
Đèn led 0.9
Trang 76
Bảng 4.2. Tổng hợp công thức tính toán chương 4.
4.4. LẮP ĐẶT TRẠM. 4.4.1. Chọn địa điểm. 4.4.1. Chọn địa điểm.
- Địa điểm lắp đặt tốt nhất là ở trung tâm phụ tải, tại vị trí khô ráo an toàn. ngoài ra cũng xem xét thêm các yếu tố về mỹ quan giao thông vv…
Để chọn vị trí lắp đặt trạm cho dãy nhà 7 tầng thì ta đặt trạm gần gần đường dây mạng trung áp. Khoảng cách từ trạm vào công trình là 50m. Theo tài liệu 1 trang 59 ta chọn Máy biến áp ba pha hai dây quấn do Việt Nam chế tạo (THIBIDI) có công suất là: - Sđm MBA = 180 kVA - Cấp điện áp 22 kV± 2 x 2,5/0,4 kV - Tổ đấu dây /0 11, - Kích thước: 870 x 1320 x 1510 (mm) - Dòng định mức I14,7A - Dòng định mức I2259,8 A STT Tên công thức Công thức Đơn vị 4.1 Tổn hao
diện năng ΔA = ΔP′0. t + ΔP′N × [ Stt SdmMBA] 2 × τ kWh 4.2 Tổn thất công suất tác dụng không tải ΔP′0=P0+ kkt× ΔQ0 kVA 4.3 Thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ = (0,0124 + Tmax × 10−4)2× 8760 h 4.4 Tổn thất công suất phản kháng ΔQ0 =I% × SdmMBA 100 kVAr 4.5 Tổn thất điện áp lúc ngắn mạch ΔP′N=ΔPN + kkt× ΔQN. kVA 4.6 Tổn thất công suất phản kháng lúc ngắn mạch ΔQN =UN% × SdmMBA 100 kVAr
Trang 77
4.4.2. Các phương pháp bảo vệ trạm.
a. Mục tiêu
Mục tiêu bảo vệ trong nhành 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.
Bảo vệ người và chống lại sự nguy hiểm do quá điện áp, điện giật, cháy nổ vv… Bảo vệ cá thiết bị và các thành phần khác trong hệ thống điện, chống lại sự nguy
hiểm do 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 lien động bằng cơ tay hay điện
b. Bảo vệ chống điện giật và quá áp.
Bảo vệ chống điện giật do chạm trực tiếp:
Biện pháp chủ yếu chống chạm trực tiếp là dặt 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)
c. Bảo vệ điện
Bảo vệ quá tải
- 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 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
Trang 78 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 role (EFR-Earth Fault Relay). Chọn thiết bị bảo vệ
Chọn thiết bị bảo vệ phía trước.
Bảo vệ bằng cầu chì, khi chọn cầu chì cần thực hiện theo hai trị số dòng điện sau:
- Dòng chuẩn Ib, giá trị này được xem là dòng định mức của MBA - Dòng ngắn mạch 3 pha nhỏ nhất tại vị trí lắp cầu chì
Khi dòng chuẩn Ib < 45A, chỉ có 1 MBA có thể thực hiện bảo vệ cầu chì mối quan hệ giữa dòng chuẩn Ib,dòng định mức của cầu chì In, và dòng ngắn mạch sơ cấp MBA được xét theo tiêu chuẩn quốc gia và có quan hệ như sau: Khi trạm chỉ có 1 MBA, dòng định mức của cầu chì Inphải thõa mãn quan hệ như sau:
In > 1,4.Ib và In < IC / 6 Trong đó:
In: là dòng định mức của cầu chì Ib: là dòng định mức của MBA
IC: là dòng nhỏ nhất phái sơ cấp khi có ngắn mạch cuộn thứ cấp
Như vậy theo bảng 3-7 tài liệu tham khảo [5] ta chọn dòng định mức của cầu chì bảo vệ MBA là 16 A theo tiêu chuẩn IEC-282-1 với điện áp định mức lưới là 22 KV
Bảo vệ bằng máy cắt khi trạm được cấp nguồn thông qua một máy cắt trung áp, thì ta cần đảm bảo (sự cố ngắn mạch hoặc quá tải…) trong mạch hạ áp sẽ không làm các rơle bảo vệ phía nguồn tác động nhầm.
Chọn thiết bị bảo vệ phía sau MBA
- Thiết bị bảo vệ là máy cắt hạ thế (CB) hoặc cầu chì cầu dao đặt sau MBA phải tuân thủ các yêu cầu sau:( IEC -364).
- Phải có dao cách ly (nhằm đảm bảo an toàn cho người), dao này có tiếp điểm khi mở ra tạo khoảng hở có thể nhìn thấy một cách rõ ràng
- Có dòng định mức phù hợp với dóng ngắn mạch 3 pha phía thứ cấp. - Có số cực phù hợp với dòng ngắn mạch 3 pha phía thứ cấp.
- Có số cực phù hợp với kiểu sơ đồ nối đất dây trung tính
4.4.3. Dụng cụ đo lường điện
- Chỉ lắp đặt công tơ điện tại các trạm biến áp có nhu cầu kiểm tra tổn thất điện năng
Trang 79
- Việc đo đếm điện năng bằng công tơ điện được thực hiện gián tiếp qua máy biến dòng điện (CT-Current Tranformer)
- Khi kiểm tra điện áp và dòng điện thì sử dụng đồng hồ đo Vôn (V) và Ampe (A) - Máy biến dòng điện, công tơ điện được đặt trong tủ phân phối hạ áp cùng với CB tổng
Tra bảng 3-8 tài liệu tham khảo [5] ta có một số thiết bị chính của trạm 180 KVA như sau:
Máy biến áp: 180kVA
- Cầu chì tự rơi; FCO-22 (số lượng 3) - Chống sét van LA-22 (số lượng 3) - Tủ điện 0,81,3
- CB 3 pha tổng 300 A
Cầu chì 3pha 3125 (số lượng 24) - CT- biến dòng 300/5A (số lượng 3) - Dây dẫn A-50 mm2 - Dây nối 1kV M70 MCB MCB LA-22 FCO-22 CT MBA 180 KVA CT MCCB 300A MCB MCB MCB MCB MCB Y Δ
Trang 80
4.5. PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY. 4.5.1. Nguồn cung cấp. 4.5.1. Nguồn cung cấp.
Trong hệ thống cung cấp điện nói chung có quan hệ mật thiết với phụ tải, cấp điện áp, sơ đồ cung cấp điện, bảo vệ, tự động hóa và chế độ vận hành. Do đó phải xem xét toàn diện khi xác định nguồn điện. Khi có nhiều phương án thì việc chọn nguồn điện phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế kĩ thuật.
Tùy theo quy mô của hệ thống cung cấp điện và nguồn điện có thể là: Nhà máy nhiệt điện, thủy điện trạm phát diezen, trạm biến áp khu vực, trạm biến áp trung gian