II. Thiết kế
2. Thiết kế mạng phân phối hạ áp
a. Chuẩn bị số liệu
Phân nhóm phụ tải và xác định vị trí đặt tủ phân phối, trạm biến áp
Bảng 2.1:Thông số phụ tải điện của các nhóm thiết bị Tên nhóm và thiết bị điện Kí hiệu trên mặt bằng Số lượng Pn [kW] ku (hệ số sử dụng) Nhóm 1: Phụ tải động lực 263.3 Nhánh 1.1 Máy tiện A 3 2 22 0.8 Máy tiện B 2 2 7.5 0.8 Nhánh 1.2 Máy tiện CNC 6 1 11 0.8 Máy tiện A 3 3 22 0.8 Nhánh 1.3 Máy bào 1 3 15 0.8 Máy phay 5 2 10 0.8 Nhánh 1.4 Máy tiện B 2 1 7.5 0.8 Máy doa 4 3 10 0.8 Máy khoan 8 1 6.3 0.8 Nhánh 1.5 Ổ cắm 13 10 1.85 0.2 Nhóm 2: Phụ tải động lực 238.3 Nhánh 2.1 Máy phay CNC 10 1 15 0.8 Máy phay 5 2 10 0.8 Nhánh 2.2 Máy doa CNC 9 3 11 0.8 Máy phay 5 1 10 0.8 Nhánh 2.3 Máy tiện CNC 7 2 20 0.8 Máy công cụ 12 2 15 0.8 Nhánh 2.4 Máy bào CNC 11 2 22 0.8 Máy khoan 8 2 6.3 0.8 Máy phay CNC 10 1 15 0.8 Nhánh 2.5 Ổ cắm 13 10 1.85 0.2 Nhóm 3: Phụ tải chiếu sáng 7.89 Nhánh 3.1 Chiếu sáng khu A - 6 3.51 0.8
Nhánh 3.2 Chiếu sáng khu B - 6 3.51 0.8 Nhánh 3.3 Chiếu sáng khu C và phòng điều hành - 4-2 0.87 0.8 Nhóm 4: Tụ bù Xác định bằng phần mềm Ecodial
Hình 2.3.Sơ đồ bố trí các tủ phân phối và sơ đồ đi dây phân xưởng
Việc phân bố nhánh phụ tải trong Bảng 2.1 là dựa vào cách bố trí các thiết bị trong khu vực. Những thiết bị nằm gần nhau sẽ gôm về một nhánh. Ngoài ra còn có thể phân nhánh phụ tải theo sự phân chia đồng đều công suất hoặc theo chức năng của nhóm thiết bị.
Các yêu thiết kế cầu chung
Trong thiết kế, yêu cầu đồng bộ các nhóm thiết bị là rất quan trọng. Điều này giúp dễ dàng trong việc tìm mua thiết bị và dự trữ cho việc thay thế. Vì thế trong mỗi khu vực hay trong một thiết bị sẽ được đồng bộ cho khâu thiết kế mạng điện hạ áp.
Bảng 2.2: Các đặc tính chung khi thiết kế Đặc điểm
Từ thanh góp hạ áp trạm biến áp đến đến tủ phân phối chính
Sử dụng sơ đồ đi dây hình tia
Cáp tải điện: đồng (Cu), đơn lõi, cách điện PVC, tiết diện tối đa là 240 mm2. Nếu dòng tải lớn hơn dòng phát nóng của cáp, phần mềm Ecodial sẽ tự tách pha (sử dụng nhiều cáp đơn lõi cho một pha)
Cáp trung tính có tiết diện bằng 0.5 tiết diện cáp pha
Cáp được đi ngầm dưới đất, có lớp bọc cơ khí Từ tủ phân phối
chính đến các tủ phân phối phụ
Sử dụng sơ đồ đi dây hình tia
Truyền tải điện bằng Busway
Từ tủ phân phối chính đến tủ tụ bù, tủ chiếu sáng
Sử dụng sơ đồ đi dây hình tia
Cáp tải điện: cáp hạ áp, đồng đơn lõi, cách đi ện PVC
Cáp trung tính có tiết diện bằng 0.5 tiết diện cáp pha
Cáp được đi nổi trên thang và máng cáp
Từ tủ phân phối đến các động cơ
Sử dụng sơ đồ phân phối hình tia cho các động cơ có công suất lớn và sơ đồ phân nhánh cho các động cơ có công suất nhỏ.
Dây tải điện: dây đồng ba lõi, cách điện PVC. Dây được đi chìm dưới đất, chôn trong ống PVC
Từ tủ phân phối đến các ổ cắm
Sử dụng sơ đồ phân nhánh
Các ổ cắm một pha sẽ được phân đều trên 3 pha ở mức có thể
Dây tải điện: dây đồng đơn cứng, cách điện PVC. Dây được đi chìm dưới đất, chôn trong ống PVC
Từ tủ chiếu sáng đến các bộ đèn
Sử dụng sơ đồ phân nhánh
Các bộ đèn sẽ được phân đều trên 3 pha
Dây tải điện: dây đồng đơn cứng, bọc cách điện PVC. Dây đi nổi trên máng cáp
Khoảng cách dây dẫn giữa các phần tử
Trạm biến áp
Tủ phân phối chính 10m
Tủ phân phối chính Tủ phân phối khu A (nhóm 1) 30m
Tủ phân phối khu B (nhóm 2) 30m Tủ phân phối khu C (nhóm 3) 20m
Tủ tụ bù 20m
Bước 1: Khởi động phần mềm Ecodial 3.4, sau đó thiết lập các thông số chung cho phần thiết kế:
Hình 2.4. Giao diện nhập các thông số chung
Ph-Ph V (V): điện áp pha-pha (dây) định mức phía hạ áp: 400 V
Earthing arrangement (các dạng nối đất phía hạ áp): TNC
Max.permissible CSA (mm2) (tiết diện CSA) cho phép tối đa của dây dẫn:240mm2
N CSA/ Ph CSA: tỷ số giữa tiết diện dây trung tính trên tiết diện dây pha:½
Target power factor : giá trị hệ số công suất mặc định (dùng khi tính điện áp rơi) chúng ta có thể nhập thông só tùy theo dự án thiết kế: 0.95
Standard : chọn chuẩn khi thiết kế (IEC947)
System frequency (Hz) :tần số của hệ thống:50 Hz
CSA tolerance (%): sai số tiết diện tính theo phần trăm cho phép. Sai số lựa chọn dây dẫn trong khoảng 0 đến 5% : 0%
NhấpOkđể xác nhận các thông số đã nhập.
Hình 2.5.Sơ đồ nguyên lý mạng phân phối chính
Nhập máy biến áp: vào thư viện Sources, nhấp biểu tượng máy biến áp (Transformer – Conductor – Protection), rê chuột đặt máy biến áp vào vị trí mong muốn.
Nhập máy phát dự phòng: vào thư việnSources,nhấp biểu tượng máy phát (Generator – Conductor – Protection), rê chuột đặt máy phát vào vị trí mong muốn.
Nhập khóa liên động: vào thư việnDrawing,nhấp biểu tượng khóa liên động (Interlock), rê chuột đặt khóa vào vị trí mong muốn. Lưu ý, khi dùng khóa liên động, Ecodial yêu xác nhận phần tử chính và phần tử dự phòng. Ở đây, máy phát là phần tử dự phòng vì vậy nhập chuột vào phần tử máy phát đánh dấu ôReplacement.
Nhập tủ phân phối: vào thư viện Busbar, nhấp biểu tượng thanh cái
(Busbar Trunking System),rê chuột đặt thanh cái vào vị trí mong muốn (khi đặt biểu tượng Busbar vào gần máy biến áp và máy phát thì Ecodial sẽ tự thực hiện chức năng bắt dính để kết nối vào phần tử này)
Nhập nhánh 1: vào thư viện Feeder Circuits, nhấp biểu tượng (Protection - Conductor), rê chuột đặt nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Nhánh 2 và 3 thực hiện tương tự nhánh 1
Nhập nhánh 4 (bộ tụ bù): vào thư viện Sources,nhấp biểu tượng bộ tụ bù (Protection – Conductor - Capacitor), rê chuột đặt bộ tụ bù vào vị trí mong muốn.
Để liên kết với các tập tin mô tả phụ tải nhánh 1, nhánh 2, nhánh 3 vào thư việnMiscellaneous,nhấp chuột vào biểu tượng OutGoing,đặt biểu tượng vào đầu cuối nhánh tương ứng.
Bước 3:Nhập thông số cho các phần tử
B3 Switchboard3 G2 Circuit2 C2 Q2 nhom 3 nhom 2 T1 C1 Circuit1 Q1 Q7 Circuit7 C7 R7 Q6 Circuit6 C6 Q5 Circuit5 C5 nhom 1 C4 Circuit4 Q4
Máy biến áp: nhập chiều dài cáp nối từ máy biến áp đến tủ phân phối. Các thông số còn lại sẽ do Ecodial tự tính hoặc lấy từ thông số cài đặt chung.
Nhánh 1, nhánh 2, nhánh 3: nhập chiều dài cáp nối, số nhánh tương tự, dòng làm việc cực đại hay công suất nhánh, cực tính mạch phía tải, kiểu hệ thống nối đất, hệ số công suất, thời gian cực đại cắt ngắn mạch pha – đất
Nhánh 4: nhập chiều dài cáp nối, công suất nguồn phát sóng hài (nếu có). Các thông số còn lại do Ecodial tự xác định hay lấy theo mặc định.
Máy biến áp và máy phát dự phòng
Nhánh 2 và nhánh 3
Bước 4: Tính toán tổng công suất cho trạm biến áp Trên thanh công cụ, nhấp Calculation→ Power sum…
Vì chỉ tính toán sơ bộ chọn công suất máy biến áp và máy phát nên khi nhập công suất phụ tải cho nhánh có thể tính tổng công suất suất phụ tải của từng thiết bị có trong nhánh để tính cho bước này.
Trong bước này, cần chú ý đến hệ số sử dụng (ku) và hệ số đồng thời trên thanh cái (ks). Giá trị kuchọn theobảng 2.1,giá trị kschọn theo bảng sau,
Bảng 2.3: Hệ số đồng thời Kđtcho tủ phân phối (IEC 439)
Số mạch Hệ số Kđt
2 và 3
(tủ được kiểm nghiệm toàn bộ) 0.9
4 và 5 0.8
6 đến 9 0.7
10 và lớn hơn 0.6
KS= 0.9
Kết quả tính toán tổng công suất cho máy biến áp và máy phát Máy biến áp Máy phát dự phòng Công suất tính toán [kVA] 482.38 459.41
Công suất chọn [kVA] 500 500
Bước 5:Tính toán gần đúng
Sau khi tính toán tổng công suất, khởi động tính toán gần đúng bằng cách: vào thực đơn Calculation → Pre-sizing. Ecodial sẽ tự động tính gần đúng và sơ bộ chọn dây dẫn, cáp, thanh cái, các thiết bị đóng cắt và bảo vệ.
Đây là bước xác định sơ bộ để người thiết kế đánh giá khái quát về phương án cấp điện. Nếu không cần thiết, người thiết kế có thể bỏ qua bước này.
Bước 6:Tính toán từng bước
Bước này phần mềm có thể tính chính xác theo yêu cầu lắp đặt và điều kiện làm việc thực tế. Vào thực đơnCalculation→Calculate Step by Step..
Giao diện tính toán hiện ra và trong cửa sổ bên tay trái sẽ hiện cờ màu đỏ cho các nhánh chưa được tính toán.
Nhập giá trị yêu cầu thiết kế lần lượt cho từng nhánh Circuit 1, Circuit 2, Switchboard3, Circuit 4, Circuit 5, Circuit 6, Circuit 7.
Trong Circuit 1, Circuit 2 chọn loại cáp (Conductor type), cách đi cáp
(Insulation)và chiều dài cáp(Length)theobảng 2.2ở mụcCable.
Và mục Circuit breaker có thể áp đặt việc lựa chọn CB (Range) theo các dòngCompact, Multi9,Easypact, Masterpact.
Sau khi nhập thông số nhấpCalculate để Ecodial tính toán cho bước này. Nếu có sai sót trong quá trình chọn phương án thiết kế Ecodial sẽ tự động báo lỗi và chỉ dẫn vị trí thông số đặt không đúng. Sau khi chỉnh sửa nhấp
chuột vào Calculate để tính toán lại. Cờ báo của nhánh chuyển sang màu xanh là tính toán thành công.
Circuit 4, Circuit 5 :hai nhánh này chú ý chọn busway cho phù hợp với dòng làm việc cực đại của nhánh. CB ép chọn theo dòng Compact
Busway: Terminal distribution(phân phối cho thiết bị đầu cuối);KSA800 – Straight Distribution (phân phối thẳng) - dòng làm việc định mức 800A ( việc chọn dòng làm việc định mức dựa vào giá trị tính toán Power sum để ước lượng).
Sau khi nhập thông số nhấpCalculateđể Ecodial tính toán cho bước này.
Circuit 6, Circuit 7 chọn loại cáp (Conductor type), cách đi cáp
Vì dòng làm việc ở hai mạch 6 và 7 tương đối nhỏ nên chọn CB loại Multi9 trongCircuit breaker→Range.
Sau khi nhập thông số nhấpCalculateđể Ecodial tính toán cho bước này.
Ngoài ra có thể nhập hết tất cả thông số rồi nhấp Calculate all để Ecodial bắt đầu tính toán từ trên xuống dưới theo thứ tự…
Sau khi tính toán thành công các cờ hiển thị sang màu xanh.
Bước 7: Xây dựng phân phối cho nhánh nhóm 1
Vào thư việnMiscellaneous, nhấp vào biểu tượng Upstream project, rê chuột vào vị trí mong muốn và nhấp chuột trái xác nhận thực hiện xong thao tác.
Nhập tủ phân phối: vào thư viện Busbar, nhấp biểu tượng thanh cái (Busbar), rê chuột và đặt biểu tượngBusbarvào vị trí mong muốn.
Nhập nhánh 1.1: vào thư viện Feeder circuits, nhấp chuột vào biểu tượng Protection – Conductor, rê chuột và đặt biểu tượng nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Lưu ý: vì Ecodial không hỗ trợ sơ đồ nối dây kiểu phân nhánh, do đó để có thể thực hiện sơ đồ nối dây này phải thêm các thanh góp phụ. Nhưng chỉ trên mô phỏng, thanh góp này không tồn tại trong quá trình thi công thực tế.
Nhập các nhánh dây phụ tải của nhánh 1.1: vào thư viện Feeder
circuits, nhấp chuột vào biểu tượng Protection – Conductor, rê chuột và đặt biểu tượng nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Nhập phụ tải động cơ: vào thư viện Loads, nhấp chọn biểu tượng
Protection – Control of a motor feeder, rê chuột và đặt biểu tượng nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Thực hiện tương tự cho nhánh 1.2, 1.3, 1.4
Nhập nhánh dây phụ 1.5: vào thư việnFeeder circuits, nhấp chuột vào biểu tượng Protection – Conductor, rê chuột và đặt biểu tượng nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Nhập Ổ cắm: vào thư viện Loads, nhấp chọn biểu tượng Electricity sockets, rê chuột và đặt biểu tượng nhánh đường dây vào vị trí mong muốn.
Đặt tên các phần tử của sơ đồ.
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạng phân phối nhánh 1
Bước 8:Nhập các thông số nhánh 1
Upstream project: trong phần Characteristics, nhấp “…” ngang hàng với dòng Upstream project. Một cửa sổ phụ mở ra, chọn tập nguồn thiết kế tủ phân phối chính ở bước 2. Nhấp chuột vào nút Open. Nhấp chuột vào dòng Upstream circuit, sơ đồ mạng phân phối chính hiện ra, chọn nhánh 1, nhấp chuột và chọn Ok.
Các nhánh Protection – Conductor : còn nhập chiều dài cáp,số nhánh tương tự , dòng làm việc hay công suất nhánh, cực tính phía tải, kiểu hệ thống nối đất, hệ số công suất, thời gian cực đại cắt ngắn mạch pha-đất.
Các động cơ: nhập chiều dài dây dẫn, chọn công suất động cơ theo các định mức có sẵn, kiểu khởi động; hệ số công suất, hiệu suất, tỷ số giữa dòng khởi động và dòng định mức ; loại thiết bị đóng cắt.
Các ổ cắm: nhập chiều dài cáp nối, số nhánh tương tự, dòng làm việc cực đại hay công suất nhánh, cực tính mạch phía tải, kiểu hệ thống nối đất, hệ số công suất, loại tải (ổ cắm - socket)
Chạy tính toán từng bước cho nhánh 1. Lưu kết quả.
Bước 9:Xây dựng sơ đồ phân phối và tính toán cho nhánh 2 Thực hiện các bước như cho nhánh 1,
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mạng phân phối nhánh 2 Chạy tính toán từng bước cho nhánh 1. Lưu kết quả
Bước 10:Xây dựng sơ đồ phân phối và tính toán cho nhánh 3
B13 Switchboard13 Switchboard7 B7 Switchboard10 B10 B31 Switchboard31 Switchboard16 B16 Switchboard19 B19 Switchboard22 B22 Switchboard25 B25 Switchboard28 B28 B34 Switchboard34 B37 Switchboard37 B40 Switchboard40 Switchboard2 B2 Circuit46 Circuit5 New1.hil W45 X44 x1 Circuit44 C44 Q44 Q43 Circuit43 C43 x1 M42 may khoan 4.2 C42 Q42 x1 M41 may khoan 4.1 C41 Q41 Q39 Circuit39 C39 x1 M38 may phay CNC 4.1 C38 Q38 Q36 Circuit36 C36 x1 M35 may bao CNC 4.2 C35 Q35 Q33 Circuit33 C33 Q6 Circuit6 C6 x1 M30 may cong cu 3.2 C30 Q30 x1 M29 may cong cu 3.1 C29 Q29 Q27 Circuit27 C27 x1 M26 may tien CNC 3.2 C26 Q26 Q24 Circuit24 C24 x1 M23 may tien CNC 3.1 C23 Q23 x1 M21 may phay 2.1 C21 Q21 x1 M20 may doa CNC 2.3 C20 Q20 Q18 Circuit18 C18 x1 M17 may doa CNC 2.2 C17 Q17 Q15 Circuit15 C15 x1 M14 may doa CNC 2.1 C14 Q14 x1 M12 may phay 1.2 C12 Q12 x1 M11 may phay 1.1 C11 Q11 Q9 Circuit9 C9 C3 Circuit3 Q3 Q5 Circuit5 C5 x1 M32 may bao CNC 4.1 C32 Q32 Q4 Circuit4 C4 x1 M8 may phay CNC C8 Q8 Q45 Circuit45 C45 B7 Switchboard7 Switchboard3 B3 Q10 Circuit10 C10 Circuit10 D10 E10 x1 x1 E9 D9 Circuit9 C9 Circuit9 Q9 x1 E11 D11 Circuit11 C11 Circuit11 Q11 x1 E8 D8 Circuit8 C8 Circuit8 Q8 Q5 Circuit5 C5 Q2 Circuit2 C2 Circuit1 Circuit6 New1.hil W1
Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý mạng phân phối nhánh 3
Bộ đèn chiếu sáng cần nhập: chiều dài dây dẫn, loại đèn sử dụng ( Loại, công suất, hệ số công suất), số bóng đèn trên bộ đèn, số bộ đèn.
Hình 2.9. Giao diện nhập thông số bộ đèn
Bước 11: Kiểm tra tính bảo vệ chọn lọc giữa các CB phía trên và phía dưới