Những điều kiện chung để chọn các thiết bị điện

Chương 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP

5.1. Những điều kiện chung để chọn các thiết bị điện

Các thiết bị điện, sứ và các trang bị dẫn điện trong điều kiện vận hành làm việc ở ba chế độ cơ bản:

- Chế độ làm việc dài hạn.

- Chế độ quá tải (đối với một số thiết bị phụ tải tăng cao tới 1,4 định mức).

- Chế độ ngắn mạch.

Trong chương này không xét tới chế độ làm việc không đối xứng.

Ở chế độ làm việc lâu dài sự làm việc tin cậy của các thiết bị, sứ và các trang bị dẫn điện được đảm bảo bằng cách lựa chọn chúng theo điện áp định mức và dòng điện định mức. Ở chế độ quá tải sự làm việc của các thiết bị được đảm bảo bằng cách hạn chế giá trị và thời gian tăng điện áp hay dòng điện ở một giới hạn nào đó phù hợp với mức dự trữ về độ bền của chúng.

Đối với các máy cắt điện, cầu chì, máy cắt phụ tải còn phải chọn thêm theo khả năng cắt.

Khi chọn các thiết bị và các phần tử dẫn điện cần phải chú ý tới hình thức lắp đặt (trong nhà hoặc ngoài trời), nhiệt độ, độ ẩm, độ bẩn của môi trường xung quanh và độ cao lắp đặt của các thiết bị so với mặt biển.

Khi thành lập sơ đồ để tính toán dòng điện ngắn mạch đối với mỗi thiết bị ta phải chọn chế độ sao cho khi đó thiết bị làm việc trong các điều kiện thực tế nặng nề nhất.

Điểm tính toán ngắn mạch phải chọn sao cho khi đó dòng điện ngắn mạch chạy qua thiết bị là lớn nhất. Các thiết bị được chọn còn cần phải thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.

5.1.1. Chọn thiết bị theo điều kiện làm việc lâu dài 5.1.1.1. Chọn theo điện áp định mức

Điện áp định mức của thiết bị là điện áp mà thiết bị làm việc với tuổi thọ cao nhất, phù hợp với mức cách điện của nó. Để đảm bảo thiết bị làm việc an toàn cách điện của nó có một mức dự trữ nào đó về độ bền điện cho phép thiết bị làm việc lâu dài ở điện áp cao hơn định mức (1015)% điện áp định mức.

Để thiết bị điện làm việc an toàn, khi chọn các thiết bị điện cần thoả mãn các điều kiện sau đây:

UđmTB  Uđm mạng

Trong đó: - UđmTB là điện áp định mức của thiết bị.

- Uđm mạng là điện áp định mức của mạng điện nơi thiết bị điện làm việc.

Đối với các thiết bị điện trong vận hành cho phép có một độ tăng áp nào đó. Dưới đây nếu các giá trị độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức của thiết bị:

- Cáp: 1,1 Udm

- Điện kháng: 1,1 Udm

- Máy biến điện áp: 1,1 Udm

- Cầu chì: 1,1 Udm

- Sứ: 1,15 Udm

- Cầu dao: 1,15 Udm

- Máy cắt: 1,15 Udm

- Máy chống sét: 1,25 Udm

Các trị số điện áp cho phép nói trên tương ứng với điều kiện các thiết bị điện làm việc ở độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt biển. Nếu thiết bị làm việc ở độ cao trên 1000m thì điện áp cho phép phải được giảm xuống.

5.1.1.2. Điều kiện dòng điện định mức.

Dòng điện định mức của thiết bị IđmTB là dòng điện chạy qua thiết bị ở chế độ làm việc dài hạn khi các thông số là định mức (Sđm, Uđm, nhiệt độ định mức). Việc chọn đúng thiết bị theo dòng định mức đảm bảo không xảy ra hiện tượng quá nhiệt gây nguy hiểm cho các phần của thiết bị khi làm việc lâu dài ở chế độ định mức.

Khi chọn thiết bị, phải đảm bảo cho dòng điện định mức của nó lớn hơn hoặc bằng dòng điện thực tế lớn nhất, được xác định theo biểu thức sau:

Iđm TB  Ilv max

Trong đó: Ilv max là dòng điện thực tế lớn nhất.

Dòng điện thực tế lớn nhất xuất hiện trong các trường hợp sau đây:

- Mạch có các đường dây làm việc song song khi cắt đi một đường.

- Mạch các máy biến áp khi sử dụng khả năng quá tải của chúng.

- Các đường cáp không dự trữ, khi sử dụng khả năng quá tải của chúng.

- Các thanh cái của các nhà máy điện, các trạm biến áp, các thanh cái trong các mạch phân đoạn trong điều kiện bất lợi nhất ở chế độ vận hành.

- Đối với máy phát điện tính bằng 1,05 lần dòng điện định mức của nó vì máy phát điện chỉ cho phép quá tải về dòng điện đến 5%.

Thiết bị điện đều được thiết kế ứng với nhiệt độ môi trường xung quanh (không khí) là định mức. Nhiệt độ định mức dm ở mỗi nước được qui định khác nhau:

+) Nga: dm = +50C.

+) Trung Quốc: dm = +400C.

+) Việt nam: dm = +350C.

Khi nhiệt độ môi trường xung quanh lớn hơn đm nghĩa là điều kiện làm mát kém đi, thì dòng điện làm việc lâu dài cho phép của thiết bị điện phải giảm xuống. Dòng điện lâu dài cho phép của thiết bị theo nhiệt của môi trường xung quanh được tính theo biểu thức sau:

dm cp dmTB cp

cp I

I  

 

 

.

Trong đó:

- IđmTB : là dòng định mức của thiết bị ứng với nhiệt độ xung quanh là dm. - Icp.: là dòng điện làm việc lâu dài cho phép ứng với nhiệt độ xung quanh là .

- cp : là nhiệt độ cho phép của thiết bị điện.

Nếu nhiệt độ không khí nhỏ hơn đm thì khi nhiệt độ giảm 10C, cho phép dòng điện tăng 0,5%, nhưng tổng cộng không vượt quá 20%.

5.1.2. Kiểm tra thiết bị theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.

5.1.2.1. Kiểm tra ổn định động.

Khi dòng ngắn mạch chạy qua thiết bị có thể phá hỏng thiết bị bằng lực điện động do dòng điện ngắn mạch có giá trị rất lớn gây ra.

Dòng ngắn mạch để kiểm tra các thiết bị điện theo điều kiện ổn định lực điện động có thể là dòng ngắn mạch một pha hoặc ba pha. Trong mạng điện cao áp (135)kV có trung tính cách điện với đất dòng tính toán là dòng ngắn mạch ba pha.

Trong mạng 110 kV và cao hơn làm việc với trung tính trực tiếp nối đất, dòng ngắn mạch tính toán có thể là ba pha hoặc một pha, khi kiểm tra lấy dòng điện lớn nhất trong 2 trường hợp trên.

Điều kiện kiểm tra ổn định lực điện động là:

imax  ixk

Hoặc:

Imax  Ixk

Trong đó:

- imax, Imax là trị số biên độ và hiệu dụng của dòng điện lớn nhất cho phép của thiết bị điện.

- imax, Ixk là trị số biên độ và hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích.

Như vậy khả năng ổn định động là khả năng chống lại tác động của lực điện động của khí cụ điện hoặc đặc trưng bởi dòng điện ổn định động định mức. Dòng điện này chính là dòng điện cực đại có thể chạy qua khí cụ điện mà lực điện động do nó sinh ra không thể phá hoại khí cụ điện được.

5.1.2.2. Kiểm tra ổn định nhiệt.

Dây dẫn và các khí cụ điện khi có dòng điện chạy qua sẽ bị nóng lên, khi nhiệt độ của khí cụ điện quá cao có thể bị hư hỏng cách điện hay giảm tuổi thọ. Khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua thiết bị nhiệt độ của nó không được vượt quá nhiệt độ cho phép. Đối với thiết bị điện khả năng ổn định nhiệt được đặc trưng bởi dòng điện ổn định nhiệt định mức Iodnvà thời gian ổn định nhiệt định mức todn.

Điều kiện kiểm tra sự ổn định nhiệt của thiết bị là:

I2odn.todn  I2.tgt

Hoặc

odn

odn tgt

I t I  . Trong đó:

- Iodn là dòng điện ổn định nhiệt định mức của thiết bị, cho phép thiết bị có thể làm việc trong khoảng thời gian todn theo các số liệu của nhà chế tạo.

- I là dòng điện ngắn mạch xác lập trong mạch của thiết bị được xác định theo tính toán.

- todn là thời gian ổn định nhiệt định mức theo các số liệu của nhà chế tạo (thường là 1,5 hoặc 10s tuỳ theo loại thiết bị).

- tgt là thời gian tác động quy đổi của dòng ngắn mạch khi kiểm tra ổn định nhiệt của thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện khác, thời gian này được xác định bằng tổng thời gian tác động của bảo vệ chính đặt tại chỗ máy cắt điện sự cố với thời gian tác

động toàn phần của máy cắt điện đó. Nói một cách ngắn gọn đó chính là thời gian tồn tại dòng điện ngắn mạch.

Dòng ngắn mạch ổn định I dùng để kiểm tra khả năng ổn đinh nhiệt của thiết bị được chọn trong hai trị số I(2) và I(3) và lấy trị số lớn nhất. Ở mạng điện xí nghiệp nói chung I(3)> I(2) nên ta thường căn cứ vào I(3) để kiểm tra ổn định nhiệt.