CHƯƠNG 5 : CHỌN DÂY DẪN VÀ TÍNH TOÁN SỤT ÁP
5.1 Chọn dây dẫn và tính toán độ sụt áp
5.1.1 Lý thuyết về chọn dây dẫn và tính độ sụt áp
5.1.1.1 Chọn dây dẫn
Chọn dây dẫn là một công việc khá quan trọng, vì nếu chọn dây dẫn không phù hợp có thể dẫn đến các sự cố như chập mạch do dây dẫn phát nóng quá mức dẫn đến hư hỏng cách điện, từ đó làm giảm độ tin cậy cung cấp điện và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Bên cạnh đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật cũng cần phải thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế.
Các bước để xác định tiết diện dây dẫn: Bước 1: Xác định dòng điện tính toán
Bước 2: Xác định các điều kiện: phương thức lắp đặt, số pha, vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, loại dây dẫn (dây hay cáp một lõi hay cáp nhiều lõi)
Bước 3: Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Hệ số hiệu chỉnh k1: Là hệ số hiệu chỉnh khi nhiệt độ môi trường khác 300C (Bảng G12, trang G11: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
Hệ số hiệu chỉnh k2: Là hệ số hiệu chỉnh khi nhiệt độ trong đất khác 200C (Bảng G13, trang G11: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
Hệ số hiệu chỉnh k3: Là hệ số hiệu chỉnh theo tính chất đất (Bảng G15, trang G12: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
Hệ số hiệu chỉnh k4: Là hệ số hiệu chỉnh đối với trường hợp nhóm nhiều hơn 1 mạch hoặc cáp đa lõi (Bảng G16, trang G12: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
Bước 4: Xác dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp) : (Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
43
I'B= Itt
k1×k2×….
Bước 5: Tra bảng G22, trang G17 hoặc G21a, trang G16 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp hoặc dây dẫn S (mm²) và dòng cho phép mang tải của dây dẫn Iz (A).
Bước 6: Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
5.1.1.2 Độ sụt áp
Độ sụt áp lớn nhất cho phép sẽ thay đổi tuỳ theo quốc gia. Độ sụt áp lớn nhất cho phép từ điểm nối vào lưới điện đến điểm sử dụng lưới điện là 3% (Đối với mạng chiếu sáng), 5% (Đối với các loại tải khác: sưởi,…).
Nói chung, sự vận hành của động cơ đòi hỏi điện áp dao động ±5% xung quanh giá trị định mức của nó ở trạng thái làm việc bình thường.
Công thức tính toán sụt áp 3 pha cân bằng: (Bảng G27, trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L Trong đó:
Itt: Dòng làm việc tính toán lớn nhất (A)
L: Chiều dài của dây dẫn (km)
R: Điện trở của dây dẫn (/km): R=22.5
S (/km )
X: Cảm kháng của dây dẫn (/km) : X = 0.08 (/km )
5.1.2 Tính toán lựa chon tiết diện dây dẫn và kiểm tra độ sụt áp 5.1.2.1 Từ máy biến áp đến tủ phân phối chính 5.1.2.1 Từ máy biến áp đến tủ phân phối chính
5.1.2.1.1 Chọn tiết diện dây từ máy biến áp đến tủ phân phối chính
Dòng điện tính toán:
Itt = 160 × 10³
√3 × 400 = 231 (A) Xác định các điều kiện:
44
Phương thức lắp đặt: Cáp đơn lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha đặt trong dây cáp đi trong đất (Phương thức lắp đặt D)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Nhiệt độ đất: 25℃
Tra bảng G13, trang G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k2=0.95
Tính chất của đất: Khô
Tra bảng G15, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k3=1
Có 1 dây dẫn cho 1 pha:
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=1
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp) : (Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
I'B= 231
0.95×1×1 = 243 (A)
Dòng điện tải hiệu dụng của mỗi dây dẫn là 243 (A).
Tra bảng G22, trang G17 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp 185 (mm²), có dòng cho phép mang tải của mỗi dây dẫn Iz =258 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) do tiết diện dây pha Sph = 185 mm2
> 50 mm2 nên ta chọn SPE = Sph / 2 = 185/2 = 92.5 (mm²).
5.1.2.1.2 Kiểm tra độ sụt áp từ máy biến áp đến tủ phân phối chính
45 Dòng điện: 231 (A)
Chiều dài: L = 20 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/185 = 0.12 (/km )
cosφ = 0.8 suy ra sinφ = 0.6
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 231 × (0.12 × 0.8 + 0.08 × 0.6) × 0.02 = 1.15 (V) ∆𝑈% = 100 × ∆U
400 =
100 × 1.15
400 = 0.288% < 5%
5.1.2.2 Từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng hầm
5.1.2.2.1 Chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng hầm
Dòng điện tính toán:
Itt = 74.2 × 10³
√3 × 400 = 107 (A) Xác định các điều kiện:
Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, nằm kề với cáp khác đi trên máng có lỗ khoan (Phương thức lắp đặt E)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Nhiệt độ môi trường: 35℃
Tra bảng G12, G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k1=0.94
Trong 1 pha có 1 dây dẫn, nằm kề cáp khác
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=0.8
46
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp): ( Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC ).
I'B= 107
0.94×0.8 = 142 (A)
Tra bảng G21a, trang G16 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp 70 (mm²), có dòng cho phép mang tải thực tế của dây dẫn Iz =179 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) do tiết diện dây pha Sph = 70 mm2 > 50 mm2 nên ta chọn SPE = Sph / 2 = 70/2 = 35 (mm²).
5.1.2.2.2 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng hầm
Tiết diện: 70 (mm²) Dòng điện: 107 (A) Chiều dài: L = 50 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/70 = 0.32 (/km )
cosφ = 0.83 suy ra sinφ = 0.56
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 107 × (0.32 × 0.83 + 0.08 × 0.56) × 0.05 = 2.88 (V) ∆𝑈% = 100 × ∆U
400 =
100 × 2.88
400 = 0.72% < 5%
5.1.2.3 Từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 1
5.1.2.3.1 Chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 1
Dòng điện tính toán:
Itt =17.9 × 10³
√3 × 400 = 25.8 (A) Xác định các điều kiện:
47
Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, nằm kề với cáp khác đi trên máng có lỗ khoan (Phương thức lắp đặt E)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Nhiệt độ môi trường: 35℃
Tra bảng G12, G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k1=0.94
Trong 1 pha có 1 dây dẫn, nằm kề cáp khác
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=0.8
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp): (Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
I'B= 26
0.94×0.8 = 34.6 (A)
Tra bảng G21a, trang G16 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp 10 (mm²), có dòng cho phép mang tải thực tế của dây dẫn Iz =60 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 ( Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC ) do tiết diện dây pha Sph = 10 mm2 nên ta chọn SPE = Sph = 10 (mm²).
5.1.2.3.2 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 1
Tiết diện: 10 (mm²) Dòng điện: 26 (A) Chiều dài: L = 55 (m) Ta có:
48 R= 22.5/10 = 2.25 (/km )
cosφ = 0.79 suy ra sinφ = 0.61
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 26 × (2.25 × 0.79 + 0.08 × 0.61) × 0.055 = 4.52 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 4.52
400 = 1.13% < 5%
5.1.2.4 Từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 2
5.1.2.4.1 Chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 2
Dòng điện tính toán:
Itt = 22.2 × 10³
√3 × 400 = 32 (A) Xác định các điều kiện:
Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, nằm kề với cáp khác đi trên máng có lỗ khoan (Phương thức lắp đặt E)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Nhiệt độ môi trường: 35℃
Tra bảng G12, G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k1=0.94
Trong 1 pha có 1 dây dẫn, nằm kề cáp khác
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=0.8
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp): ( Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC ).
I'B= 32
49
Tra bảng G21a, trang G16 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp 10 (mm²), có dòng cho phép mang tải thực tế của dây dẫn Iz =46 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) do tiết diện dây pha Sph = 16 mm2 nên ta chọn SPE = Sph = 10 (mm²).
5.1.2.4.2 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 2
Tiết diện: 10 (mm²) Dòng điện: 32 (A) Chiều dài: L = 60 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/10 = 2.25 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 32 × (2.25 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.06 = 6 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 6
400 = 1.5% < 5%
5.1.2.5 Từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 3, tầng 4, tầng 5, tầng 6
5.1.2.5.1 Chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 3, tầng 4, tầng 5, tầng 6
Do tầng 3, tầng 4, tầng 5 và tầng 6 có công suất cần cung cấp giống nhau nên ta chỉ cần tính toán chọn tiết diện cho 1 tầng, các tầng còn lại tương tự.
Dưới đây, tính toán chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 3: Dòng điện tính toán:
Itt =22.7 × 10³
√3 × 400 = 32.7 (A) Xác định các điều kiện:
50
Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, nằm kề với cáp khác đi trên máng có lỗ khoan (Phương thức lắp đặt E)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
Nhiệt độ môi trường: 35℃
Tra bảng G12, G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k1=0.94
Trong 1 pha có 1 dây dẫn, nằm kề cáp khác
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=0.8
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp): (Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
I'B= 32.7
0.94×0.8 = 43.5 (A)
Tra bảng G21a, trang G16 ( Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC ) ta chọn tiết diện của cáp 16 (mm²), có dòng cho phép mang tải thực tế của dây dẫn Iz =61 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) do tiết diện dây pha Sph = 16 mm2 nên ta chọn SPE = Sph = 16 (mm²).
5.1.2.5.2 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 3
Tiết diện: 16 (mm²) Dòng điện: 32.7 (A) Chiều dài: L = 65 (m) Ta có:
51 R= 22.5/16 = 1.4 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 32.7 × (1.4 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.065 = 4.2 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 4.2
400 = 1.05% < 5%
5.1.2.5.3 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 4
Tiết diện: 16 (mm²) Dòng điện: 32.7 (A) Chiều dài: L = 70 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/16 = 1.4 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 32.7 × (1.4 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.07 = 4.52 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 4.52
400 = 1.13% < 5%
5.1.2.5.4 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 5
Tiết diện: 16 (mm²) Dòng điện: 32.7 (A) Chiều dài: L = 75 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/16 = 1.4 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
52 ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 4.85
400 = 1.21% < 5%
5.1.2.5.5 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 6
Tiết diện: 16 (mm²) Dòng điện: 32.7 (A) Chiều dài: L = 80 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/16 = 1.4 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 32.7 × (1.4 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.072 = 5.17 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 5.17
400 = 1.29% < 5%
5.1.2.6 Từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 7, tầng 8
5.1.2.6.1 Chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 7, tầng 8
Do tầng 7, tầng 8 có công suất cần cung cấp giống nhau nên ta chỉ cần tính toán chọn tiết diện cho 1 tầng, tầng còn lại tính tương tự.
Dưới đây, tính toán chọn tiết diện dây từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 7: Dòng điện tính toán:
Itt =14.1 × 10³
√3 × 400 = 20.4 (A) Xác định các điều kiện:
Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, nằm kề với cáp khác đi trên máng có lỗ khoan (Phương thức lắp đặt E)
Số pha: 3
Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)
Vật liệu cách điện (PVC) Xác định các hệ số hiệu chỉnh:
53
Nhiệt độ môi trường: 35℃
Tra bảng G12, G11 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k1=0.94
Trong 1 pha có 1 dây dẫn, nằm kề cáp khác
Tra bảng G16, trang G12 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta được hệ số hiệu chỉnh k4=0.8
Dòng điện tải hiệu dụng (khả năng mang tải của cáp): (Áp dụng công thức trang G10: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC).
I'B= 20.4
0.94×0.8 = 27.1 (A)
Tra bảng G21a, trang G16 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) ta chọn tiết diện của cáp 10 (mm²), có dòng cho phép mang tải thực tế của dây dẫn Iz =46 (A).
Chọn dây trung tính và dây PE. Tra bảng G58, trang G38 (Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC) do tiết diện dây pha Sph = 10 mm2 nên ta chọn SPE = Sph = 10 (mm²).
5.1.2.6.2 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 7
Tiết diện: 10 (mm²) Dòng điện: 20.4 (A) Chiều dài: L = 85 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/10 = 2.25 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 20.4 × (2.25 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.085 = 5.42 (V) ∆U% = 100 × ∆U
400 =
100 × 5.42
54
5.1.2.6.3 Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối tầng 8
Tiết diện: 10 (mm²) Dòng điện: 20.4 (A) Chiều dài: L = 90 (m) Ta có:
X= 0.08 /km (Trang G21: Hướng dẫn lắp đặt và thiết kế điện theo tiêu chuần IEC). R= 22.5/10 = 2.25 (/km )
cosφ = 0.78 suy ra sinφ = 0.63
∆U = √3 × Itt × (R × cosφ + X × sinφ) × L
= √3 × 20.4 × (2.25 × 0.78 + 0.08 × 0.63) × 0.09 = 5.74 (V) ∆U% = 100 × ∆U