I. Chọn cáp và dây dẫn
1. Chọn cáp và dây dẫn:
Dây dẫn và cáp là một trong những thành phần chính của một mạng cung cấp điện. Vì vậy, việc tính tốn lựa chọn dây dẫn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an tồn và liên tục, đồng thời góp phần khơng nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích lớn khơng chỉ cho ngành điện mà cịn cho cả nền kinh tế quốc dân.
Tùy theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trị quyết định và điều kiện đóng vai trị quan trọng hay ngược lại. Do đó, cần phải nắm vững bản chất của phương pháp chọn dây dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả.
a) Các loại cáp, dây dẫn và phạm vi ứng dụng:
Trong mạng điện hạ áp, cáp điện hạ áp thường gặp là cáp đồng hoặc cáp nhôm được bọc cách điện bằng PVC, XLPE, PE…hoặc sử dụng hệ thống thanh dẫn.
Các chủng loại cáp và dây dẫn thường được sử dụng của hãng CADIVI tại Việt Nam là:
- Dây cáp điện lực CV: là loại cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột
dẫn là bằng đồng nhiều sợi xoắn chặt lại với nhau. Loại cáp này thường dùng cho mạng điện phân phối khu vực có điện áp lên tới 660V, được sử dụng cho những đường dây có cơng suất lớn, đường dây cấp điện từ máy biến áp đến các tủ phân phối chính và từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối phụ.
Nhiệt độ làm việc cho phép là 70 độ C, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80 độ C trong khoảng 24 giờ.
-Dây cáp điện lực CVV: đây là loại cáp đồng nhiều sợi xoắn chặt lại với nhau, có 2, 3 hoặc 4 ruột. Điện áp cách điện đến 660V. Loại cáp này thường được sử dụng để cung cấp điện cho các động cơ 3 pha hoặc 1 pha. Nhiệt độ làm việc cho phép là 70 độ C, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80 độ C trong khoảng 24 giờ.
-Dây cáp vặn xoắn LV-ABC: đây là loại dây vặn xoắn, bọc cách điện bằng XLPE, ruột bằng dây nhôm cứng, nhiều sợi xoắn ép chặt. Loại dây này có thể chế tạo loại là 2, 3 và 4 ruột, thường được dùng cho cấp điện áp 0,6/1kV và làm việc lâu dài ở nhiệt độ bằng 90 độ C. Do cấu tạo được xoắn chung thành chùm nên có nhiều chức năng ưu việt, an tồn khi sư dụng, đảm bảo mỹ quan và thuận tiện khi lắp đặt và sửa chữa.
-Dây đơn một sợi hoặc nhiều sợi mã hiệu VC: đây là loại dây đồng 1 sợi, cách điện bằng PVC, điện áp cách điện đến 660V, thường được dùng trong việc thiết bị đường dẫn điện chính trong nhà. Nhiệt độ làm việc cho phép là 70 độ C, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80 độ C trong khoảng 24 giờ.
b) Chọn loại cáp và dây dẫn:
Do mạng phân phối hạ áp có tải công suất nhỏ và cự ly truyền tải ngắn nên chỉ tiêu kinh tế đóng vai trị quan trọng mà khơng đóng vai trị quyết định như chỉ tiêu kĩ thuật. Chỉ tiêu kĩ thuật cần quan tâm khi chọn dây dẫn và cáp bao gồm:
- Nhiệt độ dây hoặc cáp không được vượt quá nhiệt độ cho phép quy định bởi nhà chế tạo trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong chế độ vận hành khi có sự cố xuất hiện ngắn mạch.
- Độ sụt áp không được vượt quá độ sụt áp cho phép.
2 . Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện phát nóng cho phép:
Dây dẫn và cáp hạ áp cho phân xưởng được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép và kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp.
Vì khoảng cách từ tủ phân phối đến tủ động lực cũng như từ tủ động lực đến từng thiết bị là ngắn, nếu như thời gian làm việc của các máy ít thì việc lựa chọn theo dịng phát nóng sẽ đảm bảo về chỉ tiêu kỹ thuật cũng như ít lãng phí về kim loại màu
a) Chọn dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính (MDB)
Tuyến dây đi từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính là tuyến dây chính, chịu dịng tải lớn nên thường dùng 4 sợi (3 dây pha và 1 dây trung tính). Ta chọn phương án đi cáp ngầm trong đất và được đặt trong ống nhựa luồng cáp ngầm HDPE chuyên dùng của (đi ngầm cách mặt đất 50cm) trong mương cáp.
Ta có : Itt = 3 ∗0.38Smba = 560 3 ∗0.38
560
3 ∗0.38 =851 (A)
Chọn dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính đi ngầm trong đất ta có:(các hệ số K trong đồ án được tra trong sách Giáo trình cung cấp điện của
PGS.TS Quyền Huy Ánh-Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố HCM) K4:xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt
K5:số mạch/dây cáp trong một hàng đơn K6:tính chất của đất
K7:nhiệt độ đất khác 200C
- K4=1 (ống nhựa xoắn HDPE)
- K6= 1,05 (đất ẩm)
- K7= 0,93 do nhiệt độ của đất là 30 độ C cách điện XLPE - K = K4.K5.K6.K7= 0,9765
=> Iz(dịng phát nóng) = IttIttKK ==0,9765 = 871,5 (A)0,9765 = 871,5 (A)851851
Vậy ta chọn cáp như sau: ta chọn đi hai sợi cáp 4 lõi từ máy biến áp đến tủ MDB cùng tiết diện 300mm2 trên một lõi: 2 cáp 4x1Cx300mm2
Cu/XLPE/PVC đi trong ống chôn trong đất loại CXV ( theo Cataloge cáp hạ thế CADIVI)
Tiết diện ruột dẫn (mm2) Dòng định mức
(A) Độ sụt áp (mV/A/m)
300 495 0,19
b) Chọn cáp từ tủ phân phối chính (MDB) đi đến tủ động lực (DB)
Xét theo điều kiện lắp đặt thực tế, dịng phát nóng cho phép của cáp không chôn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm:
K1: xét ảnh hưởng của cách lắp đặt
K2: xét đến số mạch dây/cáp trong trong một hàng đơn K3: xét đến nhiệt độ môi trường khác 300C
K = K1*K2*K3
Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ động lực ta đi dây 4 sợi (3 dây pha và một dây trung tính) và đi hàng đơn trong ống treo trên tường nên ta có: (Tra bảng chọn hệ số K sách Giáo trình cung cấp điện của PGS.TS Quyền Huy Ánh-Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố HCM )
Ta có:
K1= 0,95 (hàng đơn treo trên trần nhà) K2= 0,95 ( số lượng mạch là 1 mạch) K3= 0,93 ( nhiệt độ mơi trường 35 độ C) => K=K1*K2*K2=0,8393
Ta có dịng làm việc của nhóm 1: Itt1= 3 ∗������1 = 156,4
3 ∗0,38= 237,6 (A)
Vậy dịng phát nóng: Iz= ���1
� =240,67
0,8393= 276,75 (A)
Vậy ta chọn dây đi từ tủ phân phối chính (MDB) đến tủ động lực DB1 là 1 cáp 4 lõi (3 pha + 1 trung tính) tiết diện 120mm2 cáp điện ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ bọc PVC khơng có giáp bảo vệ: 4x1Cx120mm2
Cu/PVC/PVC do hãng cáp CADIVI sản xuất: Tiết diện danh định (mm2) Dòng định mức
(A) Độ sụt áp (mV/A/m)
120 284 0,45
Tương tự ta có dịng làm việc của nhóm 2: Itt2 = ���2
3 ∗���= 81,29
3 ∗0,38 =123,5 (A) Vậy dịng phát nóng nhóm 2: Iz=���2� = 123,5
0,8393=147,2 (A)
Vậy ta chọn dây đi từ tủ phân phối chính (MDB) đến tủ động lực DB2 là 1 cáp 4 lõi (3 pha +1 trung tính) tiết diện 50mm2 cáp điện ruột đồng CVV, cách
điện PVC, vỏ bọc PVC khơng có giáp bảo vệ: 4x1Cx50mm2 Cu/PVC/PVC do hãng cáp CADIVI sản xuất:
Tương tự ta có dịng làm việc của nhóm 3: Itt3 = ���3
3 ∗��� = 85,54
3 ∗0,38 =130 (A) Vậy dịng phát nóng nhóm 3: Iz=���3
� = 123,5
0,8393 =154,84(A)
Vậy ta chọn dây đi từ tủ phân phối chính (MDB) đến tủ động lực DB3 là 1 cáp 4 lõi (3 pha+1 trung tính) tiết diện 50mm2 cáp điện ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ bọc PVC khơng có giáp bảo vệ: 4x1Cx50mm2Cu/PVC/PVC do hãng cáp CADIVI sản xuất:
Ta có dịng làm việc của nhóm 4: Itt4 = ���4
3 ∗��� = 136,9
3 ∗0,38 = 208 (A) Vậy dịng phát nóng nhóm 4: Iz =���4
� = 208
0,8393= 247,8 (A)
Vậy ta chọn dây đi từ tủ phân phối chính (MDB) đến tủ động lực DB4 là 1 cáp 4 lõi (3 pha + 1 trung tính) tiết diện 120mm2 cáp điện ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ bọc PVC khơng có giáp bảo vệ: 4x1Cx120mm2
Cu/PVC/PVC do công ty CADIVI sản xuất:
c) Chọn cáp từ tủ động lực DB tới các động cơ:
Ta lựa chọn phương án đi dây là đi cáp trên máng kiểu F để đi từ DB tới các động cơ, vì vậy ta phụ thuộc những hệ số K gồm:
K1: xét ảnh hưởng của cách lắp đặt
K2: xét đến số mạch dây/cáp trong trong một hàng đơn K3: xét đến nhiệt độ mơi trường khác 300C
K = K1*K2*K3 Đối với nhóm 1 ta có :
K1=1 (đi cáp trên máng cáp) K2=0,72 (12 động cơ )
K3= 0,93 ( cách điện PVC, nhiệt độ môi trường 35 độ C ) Vậy hệ số K của nhóm 1 là K= 0,6696
Dòng làm việc của tải 1A: Itt1A= ���1�3 ∗���= 5
3 ∗0,38= 7,6 (A)
=> Iz1A=���1�� =0,66967,6 = 11,35 (A)
Vậy ta đi cáp từ tủ động lực DB1 tới động cơ 1A là 1 cáp 4 lõi (3 pha+1 trung tính) cáp ruột đồng CVV, cách điện PVC, vỏ PVC lắp trên máng cáp tiết diện là 1,5mm2 : 4x1Cx1,5mm2 Cu/PVC/PVC
Tính tương tự cho các thiết bị của các nhóm cịn lại với hệ số K của các nhóm là :
Với K1=1 (đi trên máng cáp)
K2=0,73 (do có 6 mạch cáp 3 pha vào 6 động cơ) K3=0,93 (Nhiệt độ môi trường 35 độ C)
=>Nhóm 2: K=0,6789
Tương tự nhóm 3 có K=K1*K2*K3 Với K1=1 (đi trên máng cáp)
K2=0,73 (7 mạch cáp 3 pha vào 7 động cơ) K3=0,93 (Nhiệt độ mơi trường 35 độ C) => Nhóm 3: K=0,6789
Tương tự nhóm 4 có K=K1*K2*K3 Với K1=1 (đi trên máng cáp)
K2=0,72 (12 mạch cáp 3 pha vào 12 động cơ) K3=0,93 (Nhiệt độ mơi trường 35 độ C) => Nhóm 4: K=0,6696
Ta có bảng tổng hợp chọn tiết diện cáp cho tất cả các thiết bị của các nhóm:
Nhóm Thiết
bị Itt(A) Iz(A)
Tiết diện Dòng Sụt áp
danh định (mm2) định mức (A) (mV/A/m)
3A 21.47 32.06 CVV 6mm2 38 6 3B 21.47 32.06 CVV 6mm2 38 6 3C 21.47 32.06 CVV 6mm2 38 6 4A 16.71 24.96 CVV 4mm2 32 9 4B 16.71 24.96 CVV 4mm2 32 9 6A 13.67 20.42 CVV 2,5mm2 24 13 6B 13.67 20.42 CVV 2,5mm2 24 13 6C 13.67 20.42 CVV 2,5mm2 24 13 12A 30.39 45.38 CVV 10mm2 55 3,3 12B 30.39 45.38 CVV 10mm2 55 3,3 12C 30.39 45.38 CVV 10mm2 55 3,3 2 3D 21.49 31.65 CVV 6mm2 38 6 3E 21.49 31.65 CVV 6mm2 38 6 5A 30.39 44.76 CVV 10mm2 55 3,3 7A 16.71 24.62 CVV 4mm2 32 9 7B 16.71 24.62 CVV 4mm2 32 9 7C 16.71 24.62 CVV 4mm2 32 9 3 5C 30.4 44.8 CVV 10mm2 55 3,3 5D 30.4 44.8 CVV 10mm2 55 3,3 8A 4.0 5.9 CVV 1,5mm2 19 24
8B 4.0 5.9 CVV 1,5mm2 19 24 9C 16.7 24.6 CVV 4mm2 32 9 9D 16.7 24.6 CVV 4mm2 32 9 10C 27.8 40.9 CVV 10mm2 55 3,3 4 1B 7.60 11.34 CVV 1,5mm2 19 24 2A 12.15 18.15 CVV 2,5mm2 24 24 2B 12.15 18.15 CVV 2,5mm2 24 24 5B 30.39 45.38 CVV 10mm2 55 3,3 8C 3.99 5.96 CVV 1,5mm2 19 24 9A 16.71 24.96 CVV 4mm2 32 9 9B 16.71 24.96 CVV 4mm2 32 9 10A 27.78 41.49 CVV 10mm2 55 3,3 10B 27.78 41.49 CVV 10mm2 55 3,3 11A 17.58 26.26 CVV 6mm2 38 6 11B 17.58 26.26 CVV 6mm2 38 6 11C 17.58 26.26 CVV 6mm2 38 6
3.Kiểm tra tổn thất điện áp
Chất lượng điện năng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của một phân xưởng sản xuất. Để đảm bảo phân xưởng hoạt động tốt, năng suất cao, phát huy được tối đa hiệu suất của các máy móc thiết bị thì phải đảm bảo chất lượng điện
năng đặc biệt là chất lượng điện áp. Muốn vậy phải đảm bảo độ sụt áp hay tổn thất điện áp trên đường dây (U) phải nằm trong giới hạn cho phép.
Đối với mạng hạ áp thì tổn thất điện áp cho phép là: Với:
Độ sụt áp phụ thuộc trực tiếp vào công suất của phụ tải, chiều dài dây dẫn và tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp. Vì vậy, khi chọn dây dẫn cần phải kiểm tra lại tổn thất điện áp cho phép, nếu khơng thoả thì tăng tiết diện lên một cấp rồi kiểm tra lại.
Với cơng suất của các nhóm phụ tải cũng như cơng suất của các tuyến trong cùng một nhóm tương đối bằng nhau nên tổn thất điện áp phụ thuộc nhiều vào chiều dài dây.
a) Tổn thất điện áp từ MBA tới tủ phân phối chính MDB
Khoảng cách từ trạm biến áp đến tủ phân phối là: l=20m=0,02Km.
Vì cáp ta chọn từ MBA tới tủ phân phối chính là 2 cáp CXV 4x1Cx240mm2 Cu/XLPE/PVC với dòng điện định mức của cáp lên tới 440 (A) , thỏa điều
kiện dịng tính tốn của phân xưởng là Itt=851(A) và dịng phát nóng cho phép Iz= 871,5 (A)
Với :
Ta tính tốn được điện trở và điện kháng của đường dây:
R = ρCu ∗sl = 22,5∗20
300∗2 = 0,75 (mΩ)
X= x0*l = 20*0,08= 1,6(mΩ)
Ptảiđmpx =PtảiđmN1+PtảiđmN2+PtảiđmN3+PtảiđmN4=427 (kW) Stảiđmpx= StảiđmN1+StảiđmN2+StảiđmN3+StảiđmN4= 555,98 (kVA)
Qtảiđmpx= Stảiđmpx2 − Ptảiđmpx2 = 555,982− 4272 =356 (kVar) Từ đó ta tính được tổn thất điện áp U : U=Ptảiđmpx∗R+Qtảiđmpx∗X �đ� = 427∗0,75+356∗1,6 380 = 2,34 (V) U% = ∆U �đ�= 2,34 380 = 0,62%
b) Kiểm tra độ sụt áp từ tủ phân phối chính (MDB) đến tủ động lực nhóm 4 (DB4):
Ta nhận thấy tủ động lực nhóm 4 (DB4) có khoảng cách xa nhất tính từ tủ phân phối chính (MDB) nên ta chỉ cần kiểm tra độ sụt áp này, nếu thỏa mãn yêu cầu độ sụt áp U% <5% thì tất cả các nhóm cịn lại đều thỏa, trong đó chiều dài cáp đi từ tủ phân phối chính có chiều dài l = 60m
Với chủng loại cáp là cáp CVV ruột đồng, tiết diện 120mm2, cách điện PVC, vỏ bọc PVC khơng có giáp bảo vệ: 4x1Cx120mm2 Cu/PVC/PVC do cơng ty CADIVI sản xuất có:
Iđm = 284 (A) và tiết diện danh định là 120mm2
R = ρCu ∗sl =22,5∗60
120 = 11,25 (mΩ)
X= x0*l = 60*0,08= 4,8(mΩ)
PđmN4= 127 (kW) SđmN4= 163,7 (kVA)
QđmN4= StảiđmN42 − PtảiđmN42 = 163,72 − 1272 = 103,3 (kVar)
Từ đó ta tính được tổn thất điện áp U : U=PtảiđmN4∗R+QtảiđmN4∗X �đ� = 127∗11,25+103,3∗4,8 380 = 4,03 (V) U% = ∆U �đ�= 4,03 380 = 1,06%
c) Kiểm tra độ sụt áp từ tủ động lực nhóm 4 (DB4) đến các tải ở khoảng cách xa nhất của nhóm 4 là tải 2A: khoảng cách từ tủ động lực DB4 tới tải 2A có chiều dài cáp khoảng 35 mét và chủng loại cáp mà ta chọn để đi là cáp CVV tiết diện lõi 1,5mm2có :
Iđm =19 (A) và tiết diện 2,5 mm2. R = ρCu ∗sl =22,5∗35 2,5 = 315 (mΩ) X= x0*l = 35*0,08= 2,8(mΩ) Pđm2A= 9 (kW) Sđm2A= 10 (kVA)
QđmN4= Stảiđm2A2− Ptảiđm2A2 = 102 − 92 = 4,36 (kVar)
Từ đó ta tính được tổn thất điện áp U : U=Ptảiđm2A∗R+Qtảiđm2A∗X �đ� = 9∗315+4,36∗2,8 380 = 7,5 (V) U% = ∆U �đ�= 7,5 380*100%= 1,97%
Tổng tổn thất điện áp từ máy biến áp đến nhánh có chiều dài xa nhất là:
U% = 0,62% + 1,06% +1,97% =3,65% <5%
Vậy tổn thất điện áp đường dây từ MBA đến tủ phân phối chính, tuyến dây từ tủ phân phối chính đến tủ động lực của nhóm 4 và tuyến dây từ tủ động lực nhóm 4 đến các thiết bị 2A đảm bảo độ sụt áp hay tổn thất điện áp trên đường dây( U)nằm trong giới hạn cho phép:
II. Chọn CB
1.Tổng quan về CB:
CB là thiết bị đóng cắt duy nhất (trừ dao cách ly) thỏa mãn đồng thời các chức năng cơ bản của một hệ thống điện, hơn nữa nó cịn đảm bảo một số
chức năng khác nhờ các linh kiện hỗ trợ như báo hiệu, bảo vệ điện áp thấp, điều khiển xa. Những thuộc tính này làm cho CB trở thành thiết bị cơ bản của tất cả các lưới điện hạ áp.
Trong mạng hạ áp: có 3 loại CB chính:
• MCCB (Model Case Circuit Breaker): đây là loại CB vỏ đúc, thường là loại CB 3 pha. Có cấu tạo bao gồm: tiếp điểm đóng cắt, buồng dập hồ quang, rơle nhiệt, rơle từ, tay gạt, nút gạt, và một số phụ kiện khác. Loại CB này có dịng định mức từ 16A đến 2500A hoặc lớn hơn và có khả năng cắt dịng ngắn mạch từ 25KA đến 100KA. MCCB này thường được trang bị cho những đường dây có cơng suất lớn như ngõ vào của các tủ điện chính và ngõ vào của tủ điện phụ.
• MCB (Miniature Circuit Breaker): đây là thiết bị đóng cắt loại nhỏ, thường có dịng định mức từ 6A đến 63A, dòng cắt ngắn mạch 3, 6, 10KA. MCB có thể được chế tạo loại 1,2,3 hoặc 4 cực. MCB thường được trang bị cho những đường dây có tải nhỏ, thường là các tuyến dây đi ra từ tủ phân phối đến thiết bị tiêu thụ điện.