Chương 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP
5.3. Lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện hạ áp
5.3.3. Chọn tủ phân phối hạ thế
Tủ phân phối hạ thế làm nhiệm vụ nhận điện từ phía thứ cấp của máy biến áp và cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải xí nghiệp.
Các thiết bị chính trong tủ phân phối bao gồm: Aptomat tổng, các Aptomat nhánh, thanh cái, biến dòng điện, các đồng hồ đo dòng điện, điện áp, đo công suất tác dụng, công suất phản kháng.
5.3.3.1. Chọn và kiểm tra áptômát.
Áptômát là thiết bị dùng để đóng cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng ngắn mạch trong lưới hạ áp.
Việc thực hiện bảo vệ lưới điện bằng cầu chì có nhược điểm là nếu xảy ra sự cố một pha thì cầu chì pha đó nổ, thiết bị điện được bảo vệ có thể làm việc trong trạng thái hai pha, sẽ gây phát nóng và hư hỏng thiết bị điện.
Để khắc phục nhược điểm của cầu chì người ta dùng thiết bị tự động cắt cho cả ba pha (lưới điện xoay chiều) hoặc hai pha (mạch điện một chiều) gọi là áp tô mát.
Các áp tô mát trước đây chế tạo chỉ có bộ phận cắt tự động theo dòng điện cực đại, việc đảm bảo tính tác động chọn lọc giữa các cấp bảo vệ bằng áp tô mát này khó thực hiện nên hiện nay người ta chế tạo các áp tô mát có cơ cấu cắt phụ như:
Rơle nhiệt để bảo vệ quá tải có duy trì thời gian Rơle điện áp thấp để bảo vệ mất điện áp.
Các điều kiện chọn và kiểm tra áp tô mát Bảng 5.3 Số TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức chọn và
kiểm tra 1 Điện áp định mức, V Uđm AT Uđm AT Uđm mạng
2 Dòng điện định mức, A Iđm AT Iđm AT Ilv max
3 Dòng điện ổn định lực điện động, kA Imax Imax Ixk
4 Dòng điện ổn định nhiệt, kA Iođn Iđm I odn
gt
t . t
Trong một số trường hợp nếu cần phải chỉnh định áp tô mát (điều này chỉ thực hiện với các áp tô mát được phép chỉnh định) thì áp tô mát được chỉnh định như sau:
+) Chỉnh định quá tải.
Dòng tác động:
Itd = kat. Itt
Trong đó:
- kat là hệ số an toàn, kat = (1,11,3).
- Itt = Ilv max.
+) Chỉnh định cắt nhanh.
Dòng tác động:
I = k [k I + (I - k . I )]
Trong đó:
- kat là hệ số an toàn, kat = 1,25.
- Iđm max là dòng định mức của động cơ có dòng mở máy lớn nhất.
- ksd, kmm là hệ số sử dụng và hệ số mở máy của động cơ có dòng mở máy lớn nhất.
- Itt là dòng điện tính toán của các thiết bị mắc sau áp tô mát.
Có thể xác định Itd theo công thức sau:
at dt ni11 tt(n1) kdmax
td k . k . I I
I Trong đó:
- kđt là hệ số đồng thời, kdt = (0,351).
- Ikđ max là dòng khởi động của động cơ có công suất lớn nhất, Ikđ max = kmm. Iđm max
+) Kiểm tra độ nhạy của áp tô mát.
3 I ,1
k I
AT . td
min .
nh N
Trong đó:
- knh là độ nhạy của áp tô mát.
- IN.minlà dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở cuối vùng bảo vệ của áp tô mát.
- Itd.AT là dòng tác động của áp tô mát.
Trong các mạch dùng cả cầu chì và áp tô mát bảo vệ, việc phối hợp thời gian tác động có khó khăn, có thể xảy ra tác động nhầm lẫn tại các thời điểm cắt 1, 2, 3 (hình 5.6).
b. Chọn và kiểm tra thanh cái
Chọn thanh cái theo điều kiện phát nóng
Icf = k1 . k2 . k3 . [I]
Hình 5.6. Phối hợp tác động của áptômát và cầu chì.
1 I
t 0
Đặc tính AT Đặc tính CC
2 3
Trong đó:
- Icf là dòng điện cho phép của thanh cái.
- [I] là dòng điện cho phép của một thanh cái khi nhiệt độ thanh dẫn là 700C, nhiệt độ môi trường xung quanh là 250C và thanh dẫn đặt đứng.
- k1 là hệ số điều chỉnh theo điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh.
- k2 là hệ số kể tới trường hợp thanh dẫn gồm nhiều thanh ghép lại.
- k3 là hệ số hiệu chỉnh khi thanh cái đặt đứng hay đặt nằm. Khi thanh cái đặt đứng k3 = 1, khi thanh cái đặt nằm k3 = 0,95.
Khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái và lõi cáp, nhiệt độ của chúng không được vượt quá nhiệt độ cho phép. Để thoả mãn điều kiện đó tiết diện F của thanh cái và cáp phải lớn hơn hoặc bằng tiết diện ổn định nhiệt Fodn:
F Fođn
Với: Fodn I.. tgt (mm2) Trong đó:
- I là dòng điện ngắn mạch ổn định, kA.
- tgt là thời gian giả thiết, s.
- là hệ số.
Với các trị số trong (bảng 5.4) ứng với trường hợp thanh cái làm việc với các tải là định mức. Trong thực tế thanh cái và cáp thường làm việc non tải, nên khi tiết diện tiêu chuẩn nhỏ hơn Fođn một chút thì vẫn cho phép chọn tiết diện đó mà không cần nâng lên một cấp.
Hệ số và nhiệt độ cho phép của thanh cái và cáp lúc ngắn mạch
Bảng 5.4 Vật liệu làm thanh cái và cáp Nhiệt độ cho phép lúc
ngắn mạch 0C Thanh cái
Đồng
Nhôm 6 300
Thép 11 200
Thanh cái nối đất trực tiếp 15 400
Với các thiết bị 17 300
Đồng 10 kV Cáp 7 250
Nhôm 10 kV 12 250
c. Chọn và kiểm tra máy biến dòng (BI).
Máy biến dòng được dùng để cung cấp dòng điện cho các mạch đo lường và bảo vệ.
Phía thứ cấp của máy biến dòng được nối với các cuộn dây dòng điện của dụng cụ đo và của rơle. Các cuộn này có điện trở rất nhỏ, vì vậy trong trạng thái bình thường phía thứ cấp của máy biến dòng bị ngắn mạch. Dòng định mức phía thứ cấp I2 được quy định là 5A (tiêu chuẩn hoá dụng cụ đo và rơle). Để đảm bảo an toàn cho người vận hành cuộn thứ cấp của máy biến dòng phải được nối đất.
Máy biến dòng có rất nhiều loại, thích hợp với nhiều vị trí sử dụng khác nhau.
Theo số vòng của cuộn sơ cấp ta có thể phân máy biến dòng thành loại một vòng và loại nhiều vòng. Theo cách lắp đặt ta có thể phân thành loại xuyên tường và loại đặt trên giá đỡ.
Máy biến dòng loại một vòng có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước tương đối nhỏ so với loại nhiều vòng, tính ổn định khá cao, nhược điểm chủ yếu của nó là khi dòng điện phía sơ cấp nhỏ thì sai số của máy biến dòng khá lớn.
Ưu nhược điểm của máy biến dòng nhiều vòng ngược với ưu nhược điểm của máy biến dòng một vòng.
Ở cấp điện áp từ 35 kV trở lên, máy biến dòng thường được chế tạo theo kiểu
“hình số 8” và được để ngoài trời.
Máy biến dòng được chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải phía thứ cấp, cấp chính xác, kiểu loại. Nó được kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua (điểm ngắn mạch xảy ra ở trong nhà và ở ngoài máy biến dòng). Khi chọn máy biến dòng phải quan tâm đến phụ tải phía thứ cấp của máy để đảm bảo cho máy có thể làm việc với cấp chính xác đã định. Điều kiện phải thoả mãn là:
S2 đm S2 tt
Trong đó: - S2 đm và S2 tt là phụ tải định mức và phụ tải tính toán phía thứ cấp.
Phụ tải định mức của cuộn dây thứ cấp máy biến dòng được tính như sau:
S2 đm = 2 2.dm dm .
2 .Z
I
cd dd tx dm
2 r r r
Z
Trong đó:
- I2đm là dòng điện định mức của cuộn thứ cấp.
- Z2đm là điện trở cho phép của mạch ngoài nối với cuộn thứ cấp máy biến dòng.
- rcd là tổng điện trở các cuộn dây của dụng cụ đo và rơle.
- rdd là điện trở cho phép của dây dẫn.
- rtx là điện trở tiếp xúc của các đầu nối (thường lấy bằng 0,1 ).
Tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn được tính theo công thức:
dd min .rItt
F Trong đó:
- Itt là chiều dài tính toán của dây dẫn.
- là điện trở suất của dây dẫn, , mm2/m.
Các điều kiện chọn và kiểm tra máy biến dòng được ghi trong bảng 5.5.
Các điều kiện chọn và kiểm tra máy biến dòng
Bảng 5.5
Số TT
Đại lượng được chọn và kiểm tra Ký hiệu Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, kV Uđm BI Uđm BI Uđm mạng
2 Dòng điện định mức phía sơ cấp, A Iđm BI Iđm BI Ilv max
3 Phụ tải định mức của cuộn thứ cấp, VA S2 đm S2 đm S2 tt
4
Bội số ổn định lực điện động Kđ
dmBI d xk
I.
2 K l
Bội số ổn định nhiệt Kođn
odn dmBI
gt
odn I t
t . K I
Lực cho phép tác động lên đầu sứ của
máy biến dòng khi có ngắn mạch [F]
i.a 10 . 88 , 0 ] F
[ 2 2xk1
Chú thích:
- l là khoảng cách từ máy biến dòng đến sứ gần nhất.
- a là khoảng cách giữa các pha.
Chiều dài dây dẫn tính toán được xác định theo hình 5.7:
Chiều dài dây dẫn tính toán được xác định theo biểu thức sau:
Trường hợp:
- a, ltt = l.
- b, ltt = 3 . l.
- c, ltt = 2.l.
Ví dụ:
Hãy chọn máy biến dòng đặt trên đường dây đi ra của trạm phân phối. Sơ đồ nối máy biến dòng với dụng cụ đo như hình 5.8. Biết các số liệu sau: Điện áp định mức của đường dây Uđm = 10 kV. Công suất của đường dây S = 6000 kVA. Các số liệu ngắn mạch tại đường dây như sau ixk = 21,4 kA; I = 8,4 kA; tgt = 2,2s.
Sau khi chọn máy biến dòng, hãy tính thiết diện dây dẫn nối giữa máy biến dòng và các dụng cụ đo l1 = 4m.
Cách giải:
Ampe kế và công tơ tác dụng có cấp chính xác là 0,5. Vậy máy biến dòng sẽ chọn cũng phải có cấp chính xác 0,5.
Căn cứ vào điện áp định mức và dòng điện của đường dây, tra bảng phụ lục chương 6 ta chọn được máy biến dòng loại LGF10-0,5/3-400 có cấp chính xác 0,5 và công suất cuộn thứ cấp ứng với cấp chính xác đó là S2 = 15 VA.
l l l
Hình 5.7. Các phương pháp nối dụng cụ đo, rơ le vào máy biến dòng và cách tính chiều dài tính toán.
a b c
l
Hình 5.8. Sơ đồ nối dụng cụ đo
A kWh
Bảng chọn và kiểm tra máy biến dòng
Bảng 5.6 Số TT Số liệu vận hành Tham số của máy biến dòng
LGF 10-0,5/3-400
1 Uđm đường dây 10 kV Uđm BI 10 kV
2 Ilv max 346 A Iđm BI 400 A
3 ixk 21,4 A kd. 2.Iđm BI 165. 2.0,4 = 93 kA 4 I2. tgt (9,4)2
2,2 = 155 (Kođn. ImBI)2. tođn (75.0,4)2.1 = 900
Tra sổ tay ta tìm được cuộn dây Ampe kế tiêu thụ công suất là 1,75 VA. Theo cách nối của các dụng cụ đo ta thấy rằng phụ tải pha A là lớn nhất, vì vậy dùng nó làm căn cứ để tính chọn dây dẫn. Dòng điện định mức phía thứ cấp I2đm = 5A. Chọn điện trở tiếp xúc rtx = 0,1 . Từ công thức ta suy ra:
Sdd = S2đm - Scd - I . r22dm tx
Trong đó: - Sdd là công suất tiêu thụ trên dây dẫn.
- Scd là công suất tiêu thụ trên cuộn dây các dụng cụ đo của pha A.
Scd = 1,75 + 0,525 (VA) Vậy:
Sdd = 15 - 2,275 - 52. 0,1 = 10,23 (VA) Điện trở của dây dẫn là:
41 , 5 0
23 , 10 I
r S2 2
dm 2
dd dd
() Tiết diện nhỏ nhất của dây dẫn được tính theo:
41 , r. 0 l rl F
dd tt dd
min tt
(mm2)
Theo cách nối dây của các dụng cụ đo vào máy biến dòng ta lấy:
I tt 3.L l
Vậy: 0,32
41 , 0 . 533.4 r.
l.
F 3
dd
min 1
(mm2)
Để đảm bảo độ bền cơ học của dây dẫn ta chọn dây đồng có tiết diện 1,5 mm2 và của dây nhôm là 2,5 mm2).
Ví dụ: Một tủ động lực cấp điện cho bốn động cơ có sơ đồ như hình 5.9. Thông số của bốn động cơ cho trong bảng sau:
Bảng 5.7 Động
cơ
Pđm
(KW) cosđm Uđm
(V)
Đặc điểm
M1 4 0,8 380 3 pha
M2 8 0,6 380 3 pha
M3 15 0,6 380 3 pha
M4 2 0,8 220 1 pha
Hình 5.9 a. Biết phụ tải tính toán của nhóm bốn động cơ là Ptt =18,4 KW.
b. Hãy chọn các áptômát trong tủ động lực (bỏ qua các điều kiện kiểm tra).
Cách giải:
Dòng điện tính toán của từng động cơ là
) ( 6 , 8, 7 0 . 38 , 0 . 3
4 cos
. .
3 1
1 1 A
U I P
đm
tt đm
2 2
2
8 20,26( )
3. .cosdm 3.0,38.0,6
tt
dm
I P A
U
) ( 98 , 6 37 , 0 . 38 , 0 . 3 15 cos
. .
3 1 1
3 A
UP I
đm
tt đm
4 1
1
2 11,36( )
.cosdm 0,22.0,8
tt dm
I P A
U
Hệ số công suất trung bình
64 , 2 0
15 8
4,6.8 0,6.15 08,.2 0
4 . 8, cos 0
cos
đmi đmi đmi
P
P
Dòng điện tính toán của nhóm
cos . . 3U Itt Ptt
18,4 43,68( ) 3.0,38.0,64
Itt A
Chọn A1: UđmA1 380 V ; IđmA1 7,6A Chọn A2: UđmA1 380 V ; IđmA2 20,26A Chọn A3: UđmA1 380 V ; IđmA3 37,98A Chọn A4: UđmA1 220 V ; IđmA4 11,36A Chọn AT: UđmAT 380 V ; IđmAT 43,68A
M1 M2 M3 M4
AT
A1 A2 A3 A4
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5
5.1. Những điều kiện chung để chọn các thiết bị điện Theo điều kiện làm việc lâu dài
Theo điều kiện ổn định điện động và ổn định nhiệt 5.2. Nêu cách chọn và kiểm tra tiết diện dây dẫn, dây cáp
Theo mật độ dòng điện kinh tế Theo tổn thất điện áp cho phép Theo điều kiện phát nóng
5.3. Nêu cách chọn và kiểm tra các thiết bị điện hạ áp Máy cắt điện hạ áp
Cầu chì hạ áp Tủ phân phối hạ áp
BÀI TẬP CHƯƠNG 5
Bài 5.1: Cho đường dây trên không 10 KV cấp điện cho hai xí nghiệp có các số liệu như trên hình vẽ 5.10. Biết:
- Đường dây dùng dây AC có mật độ kinh tế của dòng điện Jkt = 1,1 A/mm2 và tổn thất điện áp cho phép của đường dây Ucp=2,5%.
-Phụ tải của các xí nghiệp S1=1100 +j1030 KVA và S2 = 450 +j610 KVA.
Hãy chọn tiết diện dây dẫn, kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp.
Bài 5.2: Cho đường dây trên không 22 KV có cùng tiết diện cấp điện cho hai phụ tải có các số liệu như trên hình vẽ 5.11. Biết:
- Đường dây dùng dây AC có điện trở suất = 31,5 .mm2/km và tổn thất điện áp cho phép của đường dây Ucp=2,5%.
- Phụ tải của các xí nghiệp S1=530 +j470 KVA và S2 = 210 +j250 KVA.
- Hãy chọn tiết diện của đường dây, kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp.
A 3,4 km 1 1,8 km 2
S1 S2
Hình 5.10
A 5,4 km 1 4,2 km 2
S1 S2
Hình 5.11
Bài 5.3: Chọn tiết diện dây dẫn của đường dây trên không10 KV cấp điện cho 2 xí nghiệp có thông số như trên hình 5.12. Biết Jkt=1,1 (A/mm2): Hãy tính chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế.
Hình 5.12
Bài 5.4: Mạng điện hạ áp được cấp điện theo sơ đồ hình tia gồm một áptômát tổng bằng 400A và bốn áptômát nhánh đóng điện cho 4 động cơ sơ đồ như hình 5.13.
Thông số của bốn động cơ cho trong bảng sau:
a. Biết phụ tải tính toán của mạng hạ áp là: Ptt =30 KW.
b. Hãy kiểm tra và lựa chọn các áptômát trong mạng hạ áp.
Bảng 5.8
Hình 5.13
Bài 5.5: Đường dây 10 KV cung cấp điện cho 2 xí nghiệp, số liệu như trên hình 5.13 . Hãy tính chọn tiết diện của dây dẫn biết tổn hao điện áp cho phép là Ucp= 3%?
Hình 5.14
Bài 5.6: Một trạm biến áp có công suất 500 KVA, điện áp 10/0,4 KV cấp điện cho hai dãy phố theo sơ đồ hình tia. Mỗi dãy có công suất tính toán 250 KW, hệ số công suất 0,85. Hãy chọn các áptômát nhánh và áptômát tổng đặt trong tủ phân phối của trạm.
Động cơ
Pđm
(KW) cosđm Uđm
(V)
Đặc điểm
M1 5,5 0,7 380 3 pha
M2 7,5 0,5 380 3 pha
M3 4,5 0,6 380 3 pha
M4 6,5 0,8 380 3 pha
A 8 km 1 7 km 2
S1=1000+j1100 KVA S2=700+j650 KVA
A 7,5 km 1 4,5 km 2
350KVA,
cos=0,8 150KVA,
cos=0,8
M1 M2 M3 M4
AT
A1 A2 A3 A4