Bài giảng Cung cấp điện - Chương 6: Lựa chọn các thiết bị điện trong lưới cung cấp điện

BÀI : LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG LƯỚI CUNG CẤP ĐIỆN 6.1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Lựa chọn máy biến áp bao gồm lựa chọn số lượng, công suất, chủng loại , kiểu cách và các tính năng khác của máy biến áp . Số lượng biến áp đặt trong một trạm phụ thuộc vào độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải trạm đó . 6.1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Với phụ tải quan trọng không được phép mất điện, phải đặt hai biến áp Với các xí nghiệp hàng tiêu dùng, khách sạn, siêu thị (hộ loại 2) thường đặt một máy biến áp cộng với máy phát dự phòng . Với các hộ ánh sáng sinh họat thường chỉ đặt một trạm máy. 6.1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Công suất máy biến áp được lựa chọn theo các công thức sau : với trạm một máy S đmB ≥S tt với trạm hai máy S đmB ≥ S tt /1,4 S đmB : Công suất định mức của máy biến áp, nhà chế tạo cho. S tt : Công suất tính toán, nghĩa là công suất lớn nhất của phụ tải 1,4 : Hệ số quá tải K qt . 6 .1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Cần lưu ý rằng hệ số quá tải phụ thuộc vào thời gian quá tải . Lấy Kqt = 1,4 là ứng với điều kiện thời gian như sau : quá tải không quá 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ. Nếu không thoả mãn điều kiện thời gian trên phải tra đồ thị tìm Kqt trong sổ tay cung cấp điện hoặc không cho quá tải. 6 .1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Khi sử dụng máy ngoại nhập chưa nhiệt đới hoá cần phải đưa vào công thức hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ K hc kể đến sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường chế tạo với môi trường sử dụng máy : - Nhiệt độ môi trường sử dụng ( 0 C ) - Nhiệt độ môi trường chế tạo ( 0 C ) 6 .1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Khi đó công suất máy biến áp chọn là : 6 .1 .LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Khi biết phần trăm phụ tải loại 1 thì kết quả là sẽ lựa chọn được cỡ máy nhỏ hơn , hợp lý hơn . Công thức chọn công suất cho trạm 2 máy là Ví dụ Yêu cầu chọn máy biến áp cho khu chung cư có phụ tải điện Stt= 300 (kVA), điện áp trung áp 22 ( kV ). GIẢI Vì cấp điện cho khu trung cư , trạm đặt một : SđmB ≥ 300 kVA Chọn máy 315(kVA) do ABB chế tạo : 315 – 22/0,4 Trường hợp này nếu dùng máy Nga : Chọn máy BAPP do Nga chế tạo : TM-400-22/0,4. Ví dụ 6.2 Yêu cầu chọn máy biến áp cho trạm biến áp nhà máy luyện kim có phụ tải Stt = 1200 ( kVA) trong hai trường hợp : không biết hệ số % phụ tải loại 3 và biết phụ tải loại 3 là 20%. GIẢI Trạm cấp điện cho nhà máy luyện kim phải đặt hai máy biến áp. Khi không biết số phụ tải loại ba của nhà máy, khi sự cố 1 máy biến áp , máy còn lại phải cấp đủ công suất 1200 ( kVA ). Chọn dùng 2 máy biến áp do CTTBĐ Đông Anh chế tạo, công suất :1000 ( kVA ) 2*1000-22/0,4 GIẢI Trường hợp khảo sát thống kê được trong nhà máy có 20% phụ tải loại 3 (ví dụ nhà kho, nhà hành chính, phân xưởng sửa chữa) Chọn dùng 2 máy biến áp do CTTBĐ Đông Anh chế tạo có công suất 750 ( kVA ) :2*750-11/0,4 6.2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Máy cắt điện, kí hiệu MC, là thiết bị đóng cắt mạch điện cao (trên 1000 V ). Ngoài nhiệm vụ đóng, cắt điện phụ tải phục vụ cho công tác vận hành, máy cắt còn có chức năng cắt dòng điện ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống cung cấp điện. 6.2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Máy cắt cũng được chế tạo nhiều chủng loại, nhiều kiểu cách, mẫu mã. Có máy cắt ít dầu, máy cắt nhiều dầu, máy cắt không khí, máy cắt chân không , máy cắt khí SF6. 6.2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Máy cắt hợp bộ ( MCHB) là loại máy cắt chế tạo thành tủ, trong đó đặt sẵn máy cắt và 2 dao cách li, loại này dùng rất tiện lợi cho các trạm biến áp hoặc trạm phân phối kiểu trong nhà. 6.2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Máy cắt phụ tải (MCPT) bao gồm dao cắt phụ tải dùng kết hợp với cầu chì , trong đó dao cắt phụ tải dùng để đóng cắt dòng phụ tải còn cầu chì ( CDPT-CC) để cắt dòng ngắn mạch. Máy cắt phụ tải rẻ tiền hơn nhưng làm việc không chắc chắn, tin cậy bằng máy cắt. CÁC ĐIỀU KIỆN CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT. Điện áp định mức : U đm_MC ≥ U đm_LĐ . Dòng điện định mức : I đm _ MC ≥ I cb Dòng cắt định mức (kA ) : I Cđm ≥ I’’ N Công suất cắt định mức : S C_đm ≥ S’’ N Dòng điện ổn định động (kA ) : I ôđđ ≥ i xk Dòng điện ổn định nhịêt (kA ) : ĐIỀU KIỆN CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT PHỤ TẢI Điện áp định mức : U đmMC ≥ U đmLĐ . Dòng điện định mức : I đmMC ≥ I cb Dòng điện ổn định động (kA) : I ôđđ ≥ i xk Dòng điện ổn định nhịêt (kA) : ĐIỀU KIỆN CHỌN VÀ KIỂM TRA MÁY CẮT PHỤ TẢI Dòng điện định mức của cầu chì (A) : : I đm C C ≥ I cb Dòng cắt định mức của cầu chì (kA) :I CCđm ≥ I ’’ Công suất cắt định mức của cầu chì(MVA ) : S Cđm ≥ S ’’ 6 .2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. Trong 2 bảng trên : U đmLĐ - điện áp định mức của lưới điện (kV) Icb - dòng điện cưỡng bức, nghĩa là dòng điện làm việc lớn nhất đi qua máy cắt, xác định theo sơ đồ cụ thể. I N ,I ” - dòng ngắn mạch vô công và siêu quá độ, trong tính toán ngắn mạch lưới cung cấp điện coi ngắn mạch là xa nguồn các trị số này bằng nhau và bằng dòng ngắn mạch chu kì. 6 .2 . LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN. i xk : dòng điện ngắn mạch xung kích ,là trị số tức thời lớn nhất của dòng ngắn mạch : I N S’’ : Công suất ngắn mạch : U tb .I” Ví dụ 6.4 Trạm áp phân phối 1000(kVA)-22/0,4(kV) cấp điện cho khách sạn dùng máy cắt phụ tải (DCPT-CC)22 (kV).Biết dòng ngắn mạch sau cầu chì trung áp I’’= 8 (kA), yêu cầu lựa chọn máy cắt phụ tải cho TBAPP. GIẢI  Dòng cưỡng bức qua máy cắt chính là dòng định mức của biến áp với giả thiết không cho biến áp quá tải (nếu cho biến áp quá tải thi:Iqt = 1,25IđmB (trạm 1 máy ), Iqt = 1,4 IđmB (trạm 2 máy ) GIẢI  Chọn dùng dao cắt phụ tải của ABB kết hợp với bộ cầu chì ống của Siemens có các thông số kỹ thuật ghi trong bảng. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA DAO CẮT PHỤ TẢI DO ABB CHẾ TẠO GIẢI  BẢNG KIỂM TRA DCTT-CC ĐÃ CHỌN 6.3. Lựa chọn cầu dao, cầu chì hạ áp Cầu chì hạ áp được đặc trưng bởi 2 đại lượng : I dc : dòng định mức của dây chảy cầu chì, A I vỏ - dòng định mức của vỏ cầu chì (bao gồm cả đế và nắp). Khi lựa chọn cầu chì hạ áp phải lựa chọn cả I dc và I vỏ . Thường chọn Ivỏ lớn hơn I dc vài cấp để khi dây chảy đứt quá tải, ngắn mạch hoặc khi cần tăng tải ta chỉ cần thay dây chảy chứ không cần thay vỏ 6.3. Lựa chọn cầu dao, cầu chì hạ áp Khi nói cầu chì 100 (A) phải hiểu cầu chì có vỏ I vỏ = 100 (A) Khi nói bộ cầu dao - cầu chì 100 (A) phải hiẻu là I CD = I vỏCC = 100 (A) 6.3. 1 . Lựa chọn cầu dao hạ áp Cầu dao hạ áp được chọn theo 2 điều kiện : U đmCD ≥U đmLĐ I đmCD ≥ I tt U đmCĐ : Điện áp định mức cuả cầu dao, thường chế tạo 220 (V), 230 (V), 250 (V), 380 (V), 400 (V), 440 (V), 500 (V), 690 (V). U đmLĐ : Điện áp định mức của lưới điện hạ áp, có trị số 220(V) ( điện áp pha ), hoặc 380 (V) (điện áp dây ). Ngoài ra còn phải chú ý đến số pha, số cực, khả năng cắt tải, trong nhà, ngoài trời .v.v... 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  a ) Trong lưới điện thắp sáng, sinh hoạt Cầu chì được chọn theo 2 điều kiện UđmCC ≥UđmLĐ Idc ≥ Itt U đmCC : điện áp định mức của cầu chì I dc : dòng định mức của dây chảy, ( A I tt : dòng điện tính toán, là dòng lâu dài lớn nhất chạy qua dây chảy cầu chì, (A) 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  Với phụ tải một pha (ví dụ các thiết bị điện gia dụng) Đèn sợi đốt, bàn là, bếp điện, bình nóng lạnh, cos φ = 1 Quạt, tủ lạnh, điều hoà, đèn tuýp, cos φ = 8,0 Căn hộ gia đình, cos φ = 0,85 Lớp học dùng quạt + đèn tuýp, cos φ = 0,8 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  Với phụ tải 3 pha : U đm : Điện áp dây định mức, bằng 380 (V) cos φ : lấy theo phụ tải 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  b . Trong lưới điện công nghiệp Cầu chì bảo vệ 1 động cơ chọn theo 2 điều kiện : Kt : hệ số tải của động cơ,nếu không biết lấy Kt = 1 ; I đmĐ : dòng định mức của động cơ tính theo công thức : 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  I đmĐ : Dòng định mức của động cơ tính theo công thức : U đm = 380 (V) là điện áp định mức 3 pha hạ áp Cos φ : -Hệ số công suất định mức của động cơ, η : Hiệu suất của động cơ, nếu không biết lấy bằng 1 ; Kmm : Hệ số mở máy của động cơ, nhà chế tạo cho, thường K mm = 5,6,7. 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  α : hệ số lấy như sau : với động cơ mở máy nhẹ ( hoặc không tải ) như máy bơm, máy cắt gọt kim loại α = 2,5 với động cơ mở máy nặng ( có tải ) như cần cẩu, cầu trục, máy nâng α = 1,6 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  Trong trường hợp cầu chì bảo vệ nhiều động cơ lấy theo tính chất của động cơ mở máy 6.3. 2. Lựa chọn cầu chì hạ áp  Nếu không biết K t thì xác định theo phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại Cầu chì tổng được chọn theo 2 điều kiện Ví dụ Ví dụ 1 : Yêu cầu lựa chọn cầu chì bảo vệ bóng đèn sợi đốt 100 (V) Ví vụ 2 :Yêu cầu chọn các bộ CC-CD cho tủ điện của nhà giảng đường 2 tầng, mỗi tầng có 6 lớp học Ví dụ Yêu cầu chọn 3 cầu chì nhánh (động cơ 3 và 4 chung 1 cầu chì ) và bộ CC-CD tổng cho cấp điện cho 4 động cơ có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau 6.4 .LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT Áptômát được chọn theo 3 điều kiện Ví dụ 1 . Yêu cầu chịn áptômát tổng cho căn hộ gia đình co công suất đặt 6 (kW). 2. Trạm biến áp phân phối 250 (kVA), điện áp 10/0,4 (KV) cấp điện cho hai dãy phố, mỗi dây có công suất tính toán 100 (KV). Yêu cầu lựa chọn các áptômát đặt trong tủ phân phối của trạm. 6.5. LỰA CHỌN DÂY DẪN 6.5.1 . Lựa chọn dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép chọn dây dẫn theo cùng tiết diện và thỏa mãn điều kiện sụt áp cho phép 6.5.2.Chọn tiết diện theo mật độ dòng kinh tế j kt 6.5.3 . lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng 6.5.1. Lựa chọn dây dẫn theo tổn thất điện áp cho phép chọn dây dẫn theo cùng tiết diện và thỏa mãn điều kiện sụt áp cho phép Đối với đường dây một phụ tải, tổn thất điện áp được tính theo công thức Nếu lấy tổn thất điện áp trên đường dây bằng trị số cho phép ∆ U cp thì ta có: ∆U ’ +∆U ’’ = ∆U cp tiết diện dây F theo công thức: Trong đó: ρ là điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn ρ Al = 31,5 Ω mm 2 /km ; ρ Cu = 18,8 Ω .mm 2 /km là điện dẫn suất của kim loại γ Al = 31,7.10 -3 km / Ω .mm 2 ; γ Cu = 53.10 -3 km / Ω mm 2 F: tiết diện dây (mm 2 ) P (kW); l (km); U đm (kV); ∆U ’ (V) Trường hợp đường dây liên thông cung cấp cho một số phụ tải : Để xác định tiết diện chọn x 0 Ví dụ 1.5:  Mạng điện 35kV cung cấp cho ba phụ tải, chiều dài đường dây và phụ tải kVA cho trên hình vẽ. Hy xc định tiết diện dây dẫn nếu toàn bộ mạng điện dùng dây nhôm. Biết tổn thất điện áp cho phép là 6% U đm 6.5.2.Chọn tiết diện theo mật độ dòng kinh tế j kt Trình tự chọn tiết diện dây dẫn theo phương pháp này như sau: Căn cứ vào loại dây, vật liệu làm dây và trị số T max tra bảng 4.6 chọn j kt Nếu đường dây có nhiều phụ tải có T max khác nhau thì xác định trị số trung bình T max theo biểu thức: Trong đó S i , P i là phụ tải của hộ tiêu thụ Xác định trị số dòng điện lớn nhất chạy trên các đoạn dây ; Với n – số lộ đường dây (lộ đơn n =1, lộ kp n = 2).Tính tiết diện kinh tế từng đoạn tra bảng chọn tiết diện bé hơn gần nhất Kiểm tra lại tổn thất điện áp trong trường hợp bình thường và sự cố Bảng 1.6. Gi trị j kinh tế theo T max Loại dây dẫn Thời gian sử dụng công suất cực đại T max (h/năm) Thời gian sử dụng công suất cực đại T max (h/năm) Thời gian sử dụng công suất cực đại T max (h/năm) < 3000(h) 3000  5000(h) >5000(h) Dây dẫn đồng trần Dây dẫn nhôm Cáp cách điện hoặc dây dẫn bọc cao su lõi đồng. 2,5 1.3 3 2,1 1.1 2.5 1.8 1 2 Cáp cách điện hoặc dây dẫn bọc cao su lõi nhôm. Cáp đồng cách điện bằng cao su 1.6 3.5 1.4 3.1 1.2 2.7 Ví dụ  Chọn tiết diện dây dẫn cho đường dây 10KV, cấp điện cho hai xí nghiệp 1 và 2 có phụ tải, cosφ , chiều dài và T max cho như hình vẽ dưới đây: Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế cho đường dây 10,5KV , cấp điện cho ba xí nghiệp như hình vẽ, biết dây dẫn bằng nhôm 6.5.3 . Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Tiết diện dây dẫn và cáp chọn phải thỏa mãn điều kiện sau: k.I cp  I lvmax I lvmax là dòng điện làm việc cực đại của dây dẫn, I cp là dòng điện cho phép ứng với dây dẫn chọn. Xác định hệ số K Với các mạch không chôn dưới đất, hệ số K đặc trưng cho điều kiện lắp đặt. Nó là tích của 3 hệ số K 1 , K 2 , K 3 . Hệ số hiệu chỉnh K 1 K 1 thể hiện ảnh hưởng của cách thức lắp đặt. Mã chữ K 1 B Cáp đặt thẳng trong vật liệu cách điện chịu nhiệt 0.7 Ống dây đặt trong vật liệu cách điện chịu nhiệt 0.77 Cáp đa lõi 0.9 Hầm và mương cáp kín 0.95 C Cáp treo trên trần 0.95 B, C, E, F Các trường hợp khác 1 Hệ số hiệu chỉnh K 2 K 2 thể hiện ảnh hưởng tương hỗ của hai mạch đặt kề nhau. Mã chữ cái Cách đặt gần nhau Hệ số k 2 Số lượng mạch hoặc cáp đa lõi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 16 20 BC Lắp hoặc chôn trong tường 1 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 C Hàng đơn trên tường hoặc nền nhà, hoặc trên khay cáp không đục lỗ 1 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,7 0,7 Hàng đơn trên trần 0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,61 0,61 E,F Hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng 1 0,88 0,82 0,77 0,75 0,73 0,73 0,72 0,72 0,72 Hàng đơn trên thang cáp côngxom 1 0,87 0,82 0,8 0,8 0,79 0,79 0,78 0,78 0,78 Khi số hàng cáp nhiều hơn một, K 2 cần được nhân với các hệ số sau : 2 hàng : 0,8 3 hàng : 0,73 4 hoặc 5 hàng : 0,7 Hệ số hiệu chỉnh K 3 Hệ số K 3 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ tương ứng với dạng cách điện. Bảng 1.3.4. Hệ số K 3 cho nhiệt độ môi trường khác 30 0 C Nhiệt độ môi trường Cách điện Cao su ( chất dẽo) PVC XLPE cao su (EPR) 10 15 20 25 1,29 1,22 1,15 1,07 1,22 1,17 1,12 1,07 1,15 1,12 1,08 1,04 30 35 40 45 1 0,93 0,82 0,58 1 0,93 0,87 0,79 1 0,96 0,91 0,87 50 55 60 65 70 75 80 - - - - - - - 0,71 0,61 0,5 - - - - 0,82 0,76 0,71 0,65 0,58 - - Ví dụ : Cho cáp 3 pha 3 lõi dạng XLPE đặt trên khay đục lỗ có 3 mạch cáp khác gồm - 1 cáp 3 pha 3 lõi ( kí hiệu là 1). - 3 cáp 1 pha ( kí hiệu là 2). Hình 1.3.1 ví dụ để xác định K 1 , K 2 , K 3 - 6 cáp 1 pha ( kí hiệu là 3). Mạch cáp số 3 chứa 2 cáp cho mỗi pha. Như vậy sẽ có 5 cáp 3 pha có trong hàng Nhiệt độ môi trường là 40 0 C. Mã chữa cái ở bảng H1-12 là E. K 1 = 1 theo bảng H1-13, K 2 = 0,75 theo bảng H1-14, K 3 = 0,91 theo bảng H1-15 K = K 1 x K 2 x K 3 = 1 x 0,75 x 0,91 = 0,68 Xác định cỡ dây chôn dưới đất Trong trường hợp này cần phải xác định hệ số K, Hệ số K 4 K 4 thể hiện ảnh hưởng của cách lắp đặt . Cách lắp đặt K 4 Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rảnh đúc 0,8 Trường hợp khác 1 Hệ số K 5 K 5 thể hiện ảnh hưởng của số dây đặt kề nhau Nếu cáp được đặt theo vài hàng, K5 được nhân với 2 hàng : 0,8 3 hàng : 0,73 4,5 hàng : 0,7 Đơn vị dây đặt kề nhau K 5 Số mạch hoặc cáp nhiều lõi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 16 20 Chôn ngầm 1 0,8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45 0,41 0,38 Hệ số K 6 K 6 thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp. Tính chất của đất K 6 Rất ướt 1,21 Ướt 1,13 ẩm 1,05 Khô 1 Rất khô 0,86 Hệ số K 7 K 7 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ của đất . T 0 đất ( 0 c ) Cách điện PVC XLPE, EPR ( cao su ethylen - propylene 10 15 20 25 1,1 1,05 1 0,95 1,07 1,04 1 0,96 30 35 40 45 0,89 0,84 0,77 0,71 0,93 0,89 0,85 0,8 50 55 60 0,63 0,55 0,45 0,76 0,71 0,65