Việc tính tốn nối đất là để xác định số lượng cọc và thanh ngang cần thiết đảm bảo điện trở của hệ thống nối đất nằm trong giới hạn yêu cầu. Điện trở của hệ thống nối đất phụ thuộc vào loại và số lượng cọc tiếp địa, cấu trúc của hệ thống nối đất và tính chất của đất nơi đặt tiếp địa.
Thông thường để tăng cường cho hệ thống nối đất và tiết kiệm cho hệ thống nối đất nhân tạo, người ta tận dụng các cơng trình ngầm như ống dẫn bằng kim loại, các cấu kiện bê tơng cốt thép, vỏ cáp, nền móng…Tuy nhiên ở đây cần hết sức lưu ý là không bao giờ được sử dụng các đường ống dẫn nhiên liệu. Điện trở của tất cả các cơng trình kể trên gọi là điện trở nối đất tự nhiên Rtn. Giá trị của điện trở nối đất tự nhiên được xác định theo phương pháp đo, bằng thiết bị đo điện trở tiếp địa. Nếu giá trị Rtn<Ryc thì khơng cần phải xây dựng them hệ thống nối đất nhân tạo. Trong trường hợp ngược lại thì cần tiến hành xác định giá trị điện trở tiếp địa nhân tạo Rn.tạo .
Trong đồ án này, sử dụng phương pháp tính tốn nối đất theo điện trở u cầu (Ryc) . Phương pháp gồm các bước chính như sau :
1. Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất 2. Xác định điện trở nối đất nhân tạo nếu có .
3. Chọn điên cực tiếp địa và xác định điện trở của chúng .
4. Xác định số lượng điện cực cần thiết khi chưa tính đến thanh nối ngang . 5. Xác định điện trở của hệ thống nối đất nhân tạo có tính đến điện trở của các
thanh nối ngang .
7. Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt độ của hệ thống
Tiến hành tính tốn cụ thể cho trạm biến áp cơng suất 2×160 kVA
6.1 Tính tốn nối đất :
Như đã biết điện trở nối đất cho phép với trạm biến áp có cơng suất lớn hơn 100 KvA là 4(Ω).Để tiết kiệm ta sử dụng hệ thống móng của nhà
xưởng và hệ thống ống nước làm tiếp địa tự nhiên với điện trở đo được là Rtn=27,6 (Ω)điện trở suất của đất là ρo =1,24.104 (Ωcm)trong điều kiện độ ẩm
trung bình (hệ số điều chỉnh cọc tiếp điểm là Kcoc=1,5 và đối với thanh Kngang=2. Trước hết ta xác định điện trở tiếp địa nhân tạo:
Rnđ= tn. d tn d R R R −R = 27,6.4 27,6 4− =4,68(Ω)
Chọn cọc tiếp địa bằng thép trịn l=2,5 m đường kính 5,6 cm đóng sâu cách mặt đất h =0,5 m điện trở tiếp xúc của cọc này có giá trị
Rcoc= . o 2 1 4 (ln ln ) 2 2 4 coc tb tb K l h l l d h l ρ π + + − = 1,5.,124 2.250 1 4.175 250 (ln ln ) 2.3,14.250 5,6 2 4.175 250 + + − =55,8(Ω)
Chiều sâu trung bình của cọc là:
htb=h + 2 l =50+250 2 =175 cm Sơ bộ chọn số lượng cọc : coc nt R R =55,84,68=11,92 như vậy n=12 cọc
Số cọc này được đóng xung quanh trạm biến áp theo chu vi L =2(5+7) =24 m
Tra bảng 49.pl ứng với tỉ lệ la/l =2/2,5 =0,8 và số lượng cọc là 12, ta xác định được hệ số lợi dụng của các cọc tiếp địa là ηcoc=0,52 số lợi dụng của thanh nối ηnga=0,32
Chọn thanh nối tiếp địa có kích thước b.c =50.6 cm bằng thép .điện trở tiếp xúc của thanh nối ngang:
Rnga = o 2 2 ln 2 . nga K L L b h ρ π = 4 2 2.1, 24.10 2.2400 ln 2.3,14.2400 5.50 =17,67 (Ω)
Điện trở của thanh nối ngang có xét đến hệ số lợi dụng ηnga là:
R’nga= nga nga R η = 17,67 0,32 =55,22 (Ω)
Điện trở cần thiết của hệ thống tiếp địa nhân tạo có tính đến điện trở của thanh nối : R’nt= ' ' . nt nt nt nt R R R −R = 55, 22.4,68 55, 22 4,68− =5,11(Ω) Số lượng cọc chính thức là: nct= ' coc coc nt R R η =0,52.5,1155,8 =20,98 chọn nct =21 cọc
kiểm tra độ ổn định của hệ thống tiếp địa:
Fmin = 3 1. k k t t I C =41690. 2 165 =528,74 mm2 < 300.2 mm2 vậy hệ thống tiếp địa thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt.
Hình 7.1 Sơ đồ hệ thống nối đất
Kiểm tra độ ổn định nhiệt của hệ thống nối đất : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Fmin 74 5 , 2 . 3552 . ) 3 ( 1 = = t k k C t
I = 75,89 < 50x6 = 300 mm2 là tiết diện ngang của thanh ngang . Như vậy hệ thống tiếp địa thỏa mãn về điều kiện ổn định nhiệt .
6.2. Tính tốn chống sét :
Theo quy chuẩn thì ta cần tính tốn chống sét cho cả trạm biến áp nhưng do thời gian có hạn và số liệu dùng trong tính tốn cịn thiếu nên ta chỉ tính tốn cịn thiếu nên ta chỉ tính tốn chống sét cho mắt bằng phân xưởng
Ta chon phương pháp chống sét bằng cột thu sét với phân xưởng có S=24.36=864 chiều cao phân xưởng là H=4,2(m)
Ta phải tính tốn cho phân xưởng nằm trong phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
B=10(m)
2m
3,
Chọn chiều cao cột thu sét h= =5+4,2=9,2(m) Bán kính bảo vệ của cột thu sét :
(do h=9,2 (m) <30(m) chọn p=1)
Số cột cần thiết cho toàn phân xưởng là:
CHƯƠNG 7 NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT
7.1 hệ số cơng suất và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cơng suất
Các đại lượng biểu diễn cơng suất có liên quan mật thiết với nhau qua tam giác công suất
Hình 7.1 Tam giác cơng suất S – Cơng suất tồn phần
P – Công suất tác dụng Q – Công suất phản kháng φ – góc giữa S và P
Trị số của góc φ có ý nghĩa rất quan trọng Nếu φ ↓ thì P ↑, Q ↓ ; khi φ = 0 thì P = S, Q = 0 Nếu φ ↑ thì P ↓, Q ↑ ;khi φ = 900 thì Q = S, P = 0
Trong nghiên cứu và tính tốn thực tế người ta thường dùng khái niệm hệ số công suất (cosφ) thay cho góc giữa S và P (φ)
Khi cơng suất càng nhỏ (tức φ càng lớn ) thì lượng cơng suất phản kháng tiêu thụ (hoặc truyền tải ) càng lớn và công suất tác dụng càng nhỏ, ngược lại cosφ càng lớn (tức là φ càng nhỏ) thì lượng Q tiêu thụ (hoặc truyền tải) càng nhỏ
Lượng Q truyền tải trên lưới điện các cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ càng lớn càng gây tổn thất lớn trên lưới điện
Các xí nghiệp cơng nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ ba pha, thường xuyên non tải hoặc không tải, tiêu thụ lượng Q rất lớn, cosφ thấp, ví dụ các xí nghiệp cơ khí thường có cosφ = 0,5 ÷ 0,6. Lượng Q mà các xí nghiệp cơng nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65 % ÷ 70 % tổng cơng suất Q phát ra từ các nhà máy điện
Nếu các xí nghiệp cơng nghiệp, bằng các giả pháp kĩ thuật nâng cao cosφ, nghĩa là làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện từ các nhà máy đến xí nghiệp, thì sẽ dẫn tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện. Cụ thể là:
1 – làm giảm tổn thất điện áp trên lưới điện
Giả thiết công suất tác dụng không đổi, cosφ của xí nghiệp tăng từ cosφ1 lên cosφ2, nghĩa là lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 xuống Q2. Khi đó, do Q1 > Q2 nên ΔU = . 1. 2 2 U U X Q PR U X Q R P + > + =∆
1 – Làm giảm tổn thất công suất trên lưới điện ΔS1 = 2 21 2 22 2 S Z U Q P Z U Q P + > + =∆
2 - Làm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện ΔA1 = R A R U Q P R U Q P 2 2 2 2 2 2 1 2 2 . . > + =∆ + τ τ
Nhận thấy ΔS và ΔA giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q 3 – Làm tăng khả năng tải của đường dây và biến áp
Vì khi S1 < S2 nghĩa là đường dây và biến áp chỉ cần tải công suất S2 saukhi giảm lượng Q truyền tải. Nếu đường dây và máy biến áp đã chọn để tải S1 thì với (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Q2 có thể tải lượng P lớn hơn. Điều này cho thấy, khi giảm lượng Q có thể làm giảm khả năng tải công suất P của đường dây va máy biến áp (ỳư P1 lên P2 )
Các giải pháp làm tăng cosφ của xí nghiệp cơng nghiệp được gọi bàng một thuật ngữ là bù cosφ
7.2. Các giải pháp bù cosφ tự nhiên
Bù cosφ tự nhiên cũng là một thuật ngữ chỉ những giải pháp không cần đặt thiết bị bù mà vẫn làm tăng được trị số cosφ. Đó chính là những giải pháp đơn giản, rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q của xí nghiệp. Các giải pháp bù công suất tự nhiên thường dùng là:
7.2.1. Thay đổi động cơ thường xuyên non tải bằng động cơ có cơng suất bé hơn
Trị số cosφ của động cơ tỉ lệ với hệ số tải của động cơ, động cơ càng non tải thì cosφ càng thấp
Mỗi xí nghiệp cơng nghiệp lớn có hàng ngàn động cơ các loại, nếu các động cơ thường xun non tải được thay bằng động cơ có cơng suất nhỏ hơn (làm cho hệ số tải tăng lên) thì sẽ làm cho cosφ từng động cơ tăng lên dẫn đến cosφ của tồn xí nghiệp tăng lên đáng kể
Ví dụ cơng tơ máy tiện 10 kW, nhưng do q trình gia cơng chỉ cần sử dụng cơng suất 5,5 kW, khi đó hệ số tải :
kt = 0,55 10
5 , 5
Nếu thay đổi động cơ máy tiện bằng động cơ 7kW, sẽ có hệ số tải :
kt = 0,8 7 5 , 5 ≈ Kinh nghiệm chỉ ra rằng:
- với nhừng động cơ có kt < 0,45 thì nên thay - Với những động cơ có kt > 0,75 khơng nên thay
- Với những động cơ có k t = 0,45 ÷ 0,75 cần phải so sánh kinh tế 2 phương án: thay và không thay, xem phương án nào lợi hơn, sau đó mới quyết định có thay động cơ non tải đó bằng động cơ có cơng suất bé hơn không
7.2.2. giảm điện áp đặt vào cực động cơ thường xuyên non tải
Đây cũng là phương pháp làm tăng hệ số tải của động cơ làm cho cosφ động cơ tăng lên Khi các cuộn dây động cơ đấu tam giác thì mỗi cuộn chịu điện áp dây. Khi động cơ thường xuyên non tải ta chuyển đổi đầu nối tại cực động cơ để chuyển thành nối sao thì điện áp trên 2 cuộn dây là Ud, mỗi cuộn chỉ chịu điện áp pha, mà Uph =
3
d
U
, nghĩa là làm cho công suất động cơ giảm 3 lần
Công suất động cơ đấu tam giác : P = 3Ud.I.cosφ Công suất động cơ sau khi đấu sao : P’ = 3Up.I.cosφ
Với công suất làm việc thực tế Plv khơng đổi thì hệ số tải đã được nâg cao :
k’t = > ' P Plv kt = P Plv (do P’ < P )
7.2.3. Tăng cường chất lượng sửa chữa động cơ
Động cơ sau khi sửa chữa thường có cosφ thấp hơn so với trước sửa chữa, mức độ giảm thấp cosφ tuỳ thuộc vào chất lượng sữa chữa động cơ.
Mỗi xí nghiệp lớn thường xun có hàng trăm động cơ thay nhau sửa chữa, chính vì ở những xí nghiệp này phải xây dựng phân xưởng sửa chữa cơ khí, chủ yếu làm nhiệm vụ sửa chữa động cơ
Nếu chất lượng sửa chữa đảm bảo sẽ góp phần khơng nhỏ vào việc giảm mức tiêu thụ Q của động cơ sau sữa chữa và góp phần làm tăng cosφ của xí nghiệp. Vì thế, tăng chất lượng sữa chữa động cơ rất cần các xí nghiệp cơng nghiệp lưu ý đúng mức.
Tóm lai, bằng các giả pháp tổng hợp và đồng bộ kể trên, chắc chắn sẽ giúp cho cosφ của xí nghiệp được nâng cao trước khi sử dụng các thiết bị bù, điều này đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho các xí nghiêp.
Ví dụ một xí nghiệp cơ khí trung quy mơ có tổng cơng suất tính tốn là P=10000 kW, cosφ = 0,5, lượng Q tiêu thụ sẽ là:
Q = P.tgφ = 10000.1,732 = 17320 kVAr (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giả sử dùng các giải pháp bù tự nhiên nói trên nâng cao được cosφ lên 0,6, khi đó lượng Q tiêu thụ chỉ còn :
Q = 10000.1,33 = 13300 kVAr Nghĩa là giảm được một lượng tiêu thụ Q là : 17320 – 13000 = 4020 kVAr
Như vậy xí nghiệp bớt được khoản tiền mua, lắp đặt, quản lí, bảo dường, 4020 kVAr tự bù.
7.3. Các thiết bị bù cosφ
Bù cosφ tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải trên lưới điệncung cấp cho xí nghiệp.
Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù. Máy bù, hay còn gọilà máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q. Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị bù này giới thiệu trong bảng 7.1
Bảng 7.1 So sánh đặc tính kinh tế - kĩ thuật của máy bù và tụ bù
Máy bù Tụ bù
Cấu tao, vận hành, sữa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sữa chữa đơn giản
Tiêu thụ nhiều điện năng ΔP = 5 % Qb
Tiêu thụ điện năng ΔP = (2 ÷ 5) % Qb
Tiếng ồn lớn Yên tĩnh
Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp
Qua bảng so sánh trên, nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, nhược điểm duy nhất của tụ là công suât Qb phát ra không trơn mà thay đổi theo cấp (bậc thang) khi tăng, khi giámố tụ bù. Tuy nhiên, điều này khơng quan trọng, vì bù cosφ mục đích là làm sao cho cosφ của xí nghiệp lớn hơn cosφ quy định là 0,85 chứ khơng cần có trị số thật chính xác. Thường bù cosφ lên trị số từ 0,9 đến 0,95.
Tóm lai, trên lưới điện xí nghiệp cơng nghiệp, dịch vụ và dân dụng chỉ nên bù bằng tụ điện.
7.4. Phân phối tối ưu cơng suất bù trên lưới điện xí nghiệp.7.4.1. Xác định tổng công suất phản kháng cần bù. 7.4.1. Xác định tổng công suất phản kháng cần bù.
Nếu công suất tác dụng khơng thay đổi thì ứng với cosφ1 ta có: Q1 = P.tgφ1
Với cosφ2 ta có :
Q2 P.tgφ2
Cơng suất cần bù tại xí nghiệp để nâng hệ số cơng suất của xí nghiệp từ cosφ1 lên cosφ2 là :
Qb = Q1 – Q2 = P.tgφ1 – P.tgφ2 = P(tgφ1 – tgφ2) (7.1) Trong đó :P – cơng suất tác dụng tính tốn của xí nghiệp (kW)
7.4.2. Phân phối tối ưu công suất bù.
1- Đặt tụ bù phía cao áp của xí nghiệp: Đặt tại vị trí này có lợi là giá tụ cao áp thường rẻ hơn tụ hạ áp, tuy nhiên chr làm giảm tổn thất điện năng từ 1 trở lên lưới điện không làm giảm được tổn thất điện năng trong trạm biến áp và điện áp hạ áp xí nghiệp.
2- Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp. Tụ điện đặt tại vị trí này, so với vị trí 1, làm giảm thêm tổn thất điện năng trong trạm biến áp và cũng không làm giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ áp xí nghiệp.
3- Đặt tụ bù tại các tủ động lực. Đặt tụ bù tai các điểm này làm giảm được tổn thất điện năng trên các đường dây từ tủ phân phối tới các tủ động lực và trong trạm biến áp xí nghiệp.
4- Đặt tụ bù tại các cực của tất cả các động cơ. Đặt tụ bù tại cực động cơ có lợi nhất về giảm tổn thất điện năng, tuy nhiên vốn đầu tư sẽ cao và tăng chi phí quản lí, vận hành, bảo dưỡng tụ.
Đặt tụ bù ở những vị trí nào với cơng suất bao nhiêu là lời giải của bài toán “Phân phối tối ưu thiết bị bù trong lưới điện xí nghiệp”. Giải thích chính xác bài tốn này rất khó khăn và phức tạp.
Trong thực tế, để bù cosφ cho xí nghiệp, tuỳ ý theo quy mơ của xí nghiệp và kết cấu lưới điện xí nghiệp, người ta tiến hành bù như sau :
- Với một xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù tại
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});