điện 4.1.1. Tính toán và thiết kế Điện trở hệ thống cũ: R = 7.5 Ω Điện trở cho phép : = 4 Ω Ta có : = - = - = 8.57
Vậy điện trở hệ thống nhân tạo cần thiết là = 8.57 Ω
Ta thiết kế hệ thống nối đất sử dụng cọc có thông số như sau: + Chiều dài cọc là: = 3m
+ Sắt dùng để đóng là sắt góc: 50x50x5mm + Khoảng cách từ mặt đất tới đỉnh cọc: = 0.7m
Sử dụng đồng hồ đo Kyoritsu KEW 4106 ta đo được điện trở của đất: = 16.72 Ω.m và hệ số thời tiết: = 1.4m (Phụ thuộc vào thời tiết với độ sâu từ 0,5÷ 0,8m)
Ta có: h = + = 0.7 + 1.5 = 2.2 (m) Điện trở suất tính toán của đất là: = 16.72×1.4 = 23.408 (Ω.m) Điện trở của 1 cọc là: = (ln + ln ) = (ln +ln) = 7.125 Ω Số cọc cần thiết là: = = = 0.831
Vậy ta cần thêm 1 cọc vào hệ thống nối đất của Phòng thí nghiệm Sử dụng điện để đảm bảo an toàn.
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí mạch
4.1.2. Dự toán kinh phí
Qua hệ thống mới thiết kế ta có thể dự toán kinh phí như sau:
Bảng 4.1: Dự toán kinh phí hệ thống nối đất Phòng thí nghiệm sử dụng điện
STT Công việc Đơn vị tính (vnđ)Giá Số lượng Thành tiền(vnđ)
1 Cọc Sắt Cái 150.000 1 150.000
2 Nhân Công Người/ngày 300.000 2 600.000 3 Dây nối đất
( Sắt 8 )
Mét 14.000 20 280.000
Tổng 1.030.000
4.2. Thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
4.2.1. Tính toán và thiết kế
Ta sử dụng hệ thống nối đất gồm các cọc sắt góc có thông số như sau: - Chiều dài cọc là:= 2m
-
- Khoảng cách giữa các cọc là: a = 2m - Thanh ngang: 40x4mm
- Khoảng cách từ mặt đất tới đỉnh cọc: = 0.7m
Sử dụng đồng hồ đo Kyoritsu KEW 4106 ta đo được điện trở của đất: = 16.72 Ω.m và hệ số thời tiết: = 1.4m
Ta có: h = + = 0.7+1= 1.7 (m) Điện trở suất tính toán của đất là: = 16.72×1.4 = 23.408 (Ω.m) Điện trở của 1 cọc là: (ln) (ln)= 9.243 Ω Số cọc lý thuyết là: Chọn n = 2 cọc,khoảng cách giữa các cọc a = 2m Hệ số = = 1
Với số cọc n= 2, a/l =1 tra bảng ta có: Hệ số sử dụng của cọc là =0.855 Số cọc sơ bộ là: n == = 2.702
Vậy chọn số cọc là n = 3, tra bảng ta có hệ số sử dụng của cọc là= 0.78 Bố trí cọc thành dãy ta có hệ số thanh đặc biệt là K = 1
Thanh nối dài 4m và hệ số sử dụng của thanh nối là = 0.8 Điện trở của thanh nối:
ln=ln= 6.56 Ω Điện trở của hệ thống là:
= = = 2.666Ω
Điện trở của hệ thống mới thiết kế thỏa mãn điều kiện . Vậy hệ thống đạt yêu cầu
Qua khảo sát địa hình thì ta nên đặt hệ thống nối đất ở khoảng đất trống ngay phía sau Xưởng Gia Công Cắt Gọt.
Hình 4.3: Sơ đồ nối đất Xưởng Gia Công Cắt Gọt với hệ thống nối đất mới
4.2.2. Dự toán kinh phí
Qua hệ thống mới thiết kế ta có thể dự toán kinh phí như sau:
Bảng 4.2: Dự toán kinh phí hệ thống nối đất Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Stt Công việc Đơn vị tính Giá (vnđ) Số lượng Thành tiền (vnđ) 1 Cọc Sắt Cái 100.000 3 300.000
2 Thanh Nối Cái 300.000 1 300.000
3 Nhân Công Người/
ngày 300.000 4 1.200.000
4 Dây nối đất ( Sắt 8 )
Mét 14.000 50 700.000
Tổng 2.500.000
4.2.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống nối đất
Ưu điểm: Thứ nhất, bất kỳ một sự cố chạm chập điện nào đó ra bên ngoài vỏ máy sẽ đuợc đưa về đất tức thì, đảm bảo không tạo nên điện thế quá cao nơi vỏ máy, vỏ thiết bị điện,...là những nơi người vốn rất dễ tiếp xúc. Thứ hai, khi có sự cố chạm chập điện, dây tiếp đất tạo mạch kín làm dòng điện theo đất trở về nguồn và nếu dòng đủ lớn thì thiết bị bảo vệ sẽ làm việc và ngắt mạch sự cố ra khỏi nguồn, kết quả là đảm bảo an toàn được cho nguời sử dựng và thiết bị.
Nhược điểm: Nếu điện trở suất lớn thì khó thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn Rđ
≤ 4Ω và sẽ rất tốn kém chi phí đầu tư hệ thống nối đất.
4.3. Thiết kế hệ thống nối dây trung tính cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
4.3.1. Tính toán và thiết kế
Hình 4.4: Sơ đồ cấp điện cho Khoa Cơ Điện
Qua khảo sát ta thấy Xưởng Gia Công Cắt Gọt có sẵn hệ thống dây trung tính, để đảm bảo an toàn cho người sử dụng ta cần nối dây trung tính vào vỏ thiết bị. Khi nối dây trung tính ta cần chú ý kiểm tra các thiết bị bảo vệ như Aptomat có đảm bảo an toàn hay không. Để các thiết bị bảo vệ như aptomat có thể cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ nguy hiểm cho người phải đủ lớn cũng như dòng định mức của thiết bị bảo vệ phải được lựa chọn phù hợp.
Thống kê các aptomat có trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt trong bảng sau:
Bảng 4.3: Thông số của các aptomat trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt ST
T
Loại Aptomat Đối Với Điện Áp Dòng Chịu Được Trong 1s
1 Aptomat MCCB LG 150A 240V AC 25kA 380V AC 14kA 2 Aptomat MCCB LG 40A 240V AC 5kA 380V AC 2.5kA 3 Aptomat MCCB MEC 30A 240V AC 10kA 380V AC 7.5kA 4 Aptomat MCCB LG 20A 240V AC 2.5kA 380V AC 1.5kA 5 Aptomat MCCB LG 10A 240V AC 2.5kA 380V AC 1.5kA
Hình 4.5: Một số Aptomat trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Khi có sự cố rò điện ra vỏ máy thì điểm ngắn mạch sẽ là ngắn mạch ở tải. Để đảm bảo an toàn cho người vận hành và sử dụng thì các thiết bị đóng cắt như Aptomat, cầu dao phải phát hiện dòng rò ra vỏ máy và ngắt điện ngay lập tức.
Để đảm bảo các Aptomat cắt kịp thời thì phải thỏa mãn yêu cầu: Với là dòng điện ngắn mạch 3 pha
là hệ số bảo vệ, ở đây = 1.4 bảo vệ bằng Aptomat có bộ phận cắt điện từ khi dòng điện định mức của Aptomat < 100A.
là dòng điện định mức của Aptomat Áp dụng công thức tính dòng ngắn mạch:
Với : là tổng trở của dây dẫn là tổng trở của MBA
Theo sơ đồ cấp điện cho khoa Cơ Điện thì Máy Biến Áp là loại Máy Biến Áp 3 pha 2 dây quấn do Việt Nam sản xuất 560-35/0.4. Đường dây đi vào Xưởng Gia Công Cắt Gọt sử dụng 240m dây M70 và 13m dây M25. Tra bảng ta có các thông số sau:
+ Tổn thất không tải của MBA:
+ Tổn thất ngắn mạch của MBA: = 9400W + Điện áp ngắn mạch của MBA:% = 6.5% + Dòng điện không tải của MBA:
Điện trở kháng của MBA là: Ω
Điện kháng của MBA là:
= 0.0186 Ω Tổng trở của MBA là:
=Ω
Đối với dây dẫn:
Theo sơ đồ cấp điện cho Khoa Cơ Điện (Hình 4.4) ta thấy : + Dây M70 tra bảng ta có: Ω/km Ω/km + Dây M25 tra bảng ta có: Ω/km Ω = 0.379 = 0.3763 Ω/km Ω Tổng trở của dây dẫn là: =
0.116 Ω
Dòng điện ngắn mạch là:
= = 2823.2 A Kiểm tra với điều kiện : ta có = = 2016.57 A
Ta thấy tất cả các Aptomat đều thỏa mãn yêu cầu cắt sự cố trên. Nhưng với dòng ngắn mạch 3 pha là 2823.2A thì các Aptomat MCCB LG 40A, 20A, 10A không đảm bảo do vượt quá dòng ngắn mạch 3 pha chịu được trong 1 giây. Ta cần thay thế bởi các Aptomat khác có dòng ngắn mạch 3 pha chịu được trong 1 giây lớn hơn 2823.2A
4.3.2: Dự toán kinh phí:
Đề xuất thay thế các Aptomat MCCB LG 40A, 20A, 10A không đảm bảo bởi các Aptomat tương ứng trong bảng sau:
Bảng 4.4: Dự toán kinh phí thay thế Aptomat Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Stt Công việc Dòng chịu được (380V) Đơn vị tính Giá (vnđ) Số lượng Thành tiền (vnđ) 1 Aptomat
MEC 10A 4.5kA Cái
382.00
0 1 382.000
2 Aptomat
MEC 20A 4.5kA Cái
415.00
0 4 1.660.000
3 Aptomat
MEC 40A 6kA Cái
487.00
0 2 974.000
4.3.3. Ý Nghĩa và Ưu điểm, Nhược điểm của hệ thống nối dây trung tính
Ý nghĩa của bảo vệ nối dây trung tính là biến sự chạm vỏ của thiết bị thành ngắn mạch 1 pha để các thiết bị bảo vệ cắt nhanh và chắc chắn phần bị chạm vỏ đảm bảo an toàn cho người.
Ưu điểm: Tránh được quá điện áp lớn trong mạng, cách điện của thiết bị chỉ phải thiết kế với điện áp pha, dễ dàng phát hiện các dạng sự cố, bảo vệ rơle đơn giản tin cậy, dễ dàng sử dụng các MBA công suất nhỏ 1 pha.
Nhược điểm: Khi thiết bị làm việc bình thường, luôn luôn có dòng điện không cân bằng đi trong dây trung tính và các kết cấu kim loại của công trình, gây nguy cơ hỏa hoạn, ăn mòn bộ phận kim loại, gây nhiễu điện từ, …
Cần chú ý:
- Bảo vệ nối dây trung tính chỉ tác động tốt khi có sự cố chạm vỏ thiết bị còn khi có sự cố chạm đất thì bảo vệ nối dây trung tính sẽ không tác động bảo vệ vì khi đó dòng chạm đất bé nên các thiết bị bảo vệ không tác động.
- Cấm không đặt các thiết bị cắt trên dây trung tính.
- Sơ đồ bảo vệ nối dây trung tính cấm không được sử dụng cho mạng điện tiết diện dây dẫn nhỏ hơn nếu là dây đồng hoặc nếu là dây nhôm. Sơ đồ này cũng cấm không được sử dụng cho các ổ cắm điện để cắm các dây mềm cung cấp điện cho các thiết bị lưu động.
4.4. Thiết kế hệ thống bảo vệ bằng Rơle cho Xưởng Gia Công Cắt Gọt
Ngoài các phương án nêu trên, ta có thể sử dụng phương pháp sử dụng các Contacto, Rơle dòng, Rơle áp để cắt thiết bị ra khỏi hệ thống khi có sự cố.
Ở đây ta thiết kế hệ thống sử dụng Rơle dòng RI , có thể thay thế bởi Rơle áp RU.
4.4.1.Hệ thống bảo vệ phía đầu nguồn
Ta thiết kế hệ thống bảo vệ cho aptomat 150A, ở đây ta dùng Rơle dòng RI. Khi có sự cố, dòng điện vượt quá mức cho phép sẽ khiến hệ thống hoạt động tách aptomat 150A ra khỏi mạch. Toàn bộ mạch sẽ mất điện.
Nguyên lý hoạt động: Ở chế độ làm việc bình thường, khi ta muốn cấp điện cho toàn bộ Xưởng hoặc 1 động cơ bất kỳ ta đóng Aptomat 150A, tiếp tục đóng các Aptomat nhánh rồi ấn nút Đ, lúc này cuộn K có điện dẫn tới các tiếp điểm thường mở trong contacto K sẽ chuyển sang trạng thái đóng cấp điện cho thiết bị.
Khi có sự cố rò điện ra vỏ máy, cuộn dây của rơle dòng RI có điện sẽ làm cho tiếp điểm thường đóng của RI mở ra, làm mất điện cuộn K dẫn tới contacto mất điện, các tiếp điểm trong contacto trở về trạng thái mở. Toàn bộ mạch mất điện.
+ Ưu điểm: Dễ dàng lắp đặt vì gọn nhẹ và đơn giản.
+ Nhược điểm: Khi có sự cố chạm vỏ đối với 1 thiết bị thì cả hệ thống sẽ mất điện nên không thuận tiện trong việc sử dụng. Công tác sửa chữa cũng khó khăn vì mất thời gian xác định thiết bị xảy ra rò điện.
Sử dụng phương pháp Bảo vệ đầu nguồn ta có thể đấu nối theo 2 dạng sơ đồ như hình 4.7 và hình 4.8.
Bảng 4.5: Dự toán chi phí cho phương án xây dựng hệ thống bảo vệ đầu nguồn (dạng 1)
Stt Công việc Đơn vị tính Số lượng (vnd)Giá Thành tiền (vnđ) 1 Rơle bảo vệ dòng EOCR-SS Schneider 180v-480V AC Cái 1 550.000 550.000 2 Contacto 150A- 220V AC (MC150A-LS) Cái 1 2.570.000 2.570.000 3 Dây nối 2.5mm Mét 120 7.000 840.000 4 Nút Bấm (on-off) Cái 1 30.000 30.000 Tổng 3.960.000
Bảng 4.6: Dự toán chi phí cho phương án xây dựng hệ thống bảo vệ đầu nguồn (dạng 2)
Stt Công việc Đơn vị tính Số lượng (vnd)Giá Thành tiền (vnđ) 1 Rơle bảo vệ dòng EOCR-SS Schneider 180v-480V AC Cái 1 550.000 550.000
2 Contacto 150A- 220V AC (MC150A-LS) Cái 1 2.570.000 2.570.000 3 Dây nối 2.5mm Mét 50 7.000 350.000 4 Nút Bấm (on-off) Cái 1 30.000 30.000 Tổng 3.500.000
4.4.2.Hệ thống bảo vệ tại các thiết bị
Ta thiết kế hệ thống bảo vệ đặt phía sau tất cả các thiết bị đóng cắt, ở đây ta dùng Rơle dòng RI (có thể thay thế bởi Rơle áp RU). Khi có sự cố, dòng điện vượt quá mức cho phép sẽ khiến hệ thống hoạt động tách thiết bị có sự cố ra khỏi mạch.
Nguyên lý hoạt động: Ở chế độ làm việc bình thường, khi ta muốn cấp điện cho toàn bộ Xưởng hoặc 1 động cơ bất kỳ ta đóng Aptomat 150A, tiếp tục đóng các Aptomat nhánh rồi ấn nút Đ, lúc này cuộn K có điện dẫn tới các tiếp điểm thường mở trong contacto K sẽ chuyển sang trạng thái đóng cấp điện cho thiết bị.
Khi có sự cố rò điện ra vỏ máy, cuộn dây của rơle dòng RI có điện sẽ làm cho tiếp điểm thường đóng của RI mở ra, làm mất điện cuộn K dẫn tới contacto mất điện, các tiếp điểm trong contacto trở về trạng thái mở. Thiết bị có sự cố sẽ mất điện.
+ Ưu điểm: Chỉ thiết bị có sự cố bị mất điện, thuận tiện cho việc phát hiện và sửa chữa.
+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư lớn hơn hệ thống bảo vệ cho 1 Aptomat tổng.
Sử dụng hệ thống bảo vệ tại các thiết bị ta có thể đấu nối theo 2 dạng sơ đồ như hình 4.9 và hình 4.10.
Bảng 4.7: Dự toán chi phí cho phương án xây dựng hệ thống bảo vệ tại các thiết bị (dạng 1)
Stt Thiết Bị Đơn vị tính Số lượng Giá (vnđ) Thành tiền (vnđ) 1 Rơle bảo vệ dòng EOCR-SS Schneider 180v-480V AC Cái 10 550.000 5500.000 2 Contacto LS 40A 220V AC Cái 2 680.000 1360.000 3 Contacto LS 30A 220V AC Cái 3 570.000 1.710.000 4 Contacto LS 20A 220V AC Cái 4 390.000 1.560.000 5 Contacto LS 10A 220V AC Cái 1 220.000 220.000
6 Dây nối 2.5mm Mét 160 7.000 1.120.000
7 Nút bấm (on-off) Cái 10 30.000 300.000
Bảng 4.8: Dự toán chi phí cho phương án xây dựng hệ thống bảo vệ tại các thiết bị (dạng 2)
Stt Thiết Bị Đơn vị tính Số lượng Giá (vnđ) Thành tiền (vnđ) 1 Rơle bảo vệ dòng EOCR-SS Schneider 180v-480V AC Cái 10 550.000 5.500.000 2 Contacto LS 40A 220V AC Cái 2 680.000 1.360.000 3 Contacto LS 30A 220V AC Cái 3 570.000 1.710.000 4 Contacto LS 20A 220V AC Cái 4 390.000 1.560.000 5 Contacto LS 10A 220V AC Cái 1 220.000 220.000
6 Dây nối 2.5mm Mét 130 7.000 910.000
7 Nút bấm (on-off) Cái 10 30.000 300.000
Kết Luận và Kiến Nghị
1. Kết luận
Đề tài mà em thực hiện nhằm mục đích đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao an toàn điện cho các phòng thí nghiệm trong Khoa Cơ Điện.
Sử dụng đồng hồ đo điện trở đất Kyoritsu KEW 4106 để đo điện trở của đất, điện trở nối đất của các thiết bị và điện trở của hệ thống nối đất.
Qua quá trình khảo sát em nhận thấy:
+ Văn phòng Khoa, các phòng thí nghiệm, các nhà xưởng đã có hệ thống chống sét, hệ thống nối đất an toàn, nối đất làm việc.
+ Qua thời gian sử dụng một số hệ thống nối đất có thể đã bị gỉ sét hoặc ăn mòn không còn đảm bảo an toàn cho người vận hành và các thiết bị như:
Hệ thống nối đất an toàn của Phòng thí nghiệm Sử dụng điện có giá trị điện trở nối đất vượt quá giá trị cho phép.
Điện trở nối đất của một số thiết bị trong Xưởng Gia Công Cắt Gọt là vô cùng lớn. Một số thiết bị có điện trở nối đất lớn hơn điện trở nối đất cho phép. Điều này có thể do mối nối từ thiết bị xuống hệ thống nối đất đã bị đứt hoặc gỉ sét, ăn mòn.
+ Một số cầu dao có vỏ nhựa đã cũ bị vỡ, một số mối nối dây không đảm