Bài giảng Chuẩn trong thiết kế & thi công các công trình điện - Chương 3: Thiết kế và thi công các công trình điện theo tiêu chuẩn IEC - Phần C: Mạng điện phân phối

C. Mạng điện phân phối LOGO  1. Các nguyên tắc  2. Thiết kế cấu trúc sơ bộ  3. Đánh giá đặc tính của mạng điện  4. Các đặc tính công nghệ  5. Các tiêu chuẩn đánh giá cấu trúc  6. Chọn lựa các phần tử cấu trúc  7. Lựa chọn cấu trúc chi tiết  8. Lựa chọn thiết bị  9. Tối ưu cấu trúc 1 C. Mạng điện phân phối LOGO 1. Các nguyên tắc  Lựa chọn cấu trúc phân phối có ý nghĩa quyết định đến sự vận hành của mạng điện: . Thời gian, tốc độ lắp đặt, tay nghề đội thi công . Chất lượng, độ tin cậy cấp điện, tổn thất công suất . Khả năng tái sử dụng khi hết tuổi thọ.  Việc chọn cấu trúc phân phối thường nhằm thỏa mãn một vài tiêu chuẩn mà khách hàng quan tâm 2 C. Mạng điện phân phối LOGO Các giai đoạn xây dựng lưới phân phối 3 C. Mạng điện phân phối LOGO 2. Thiết kế sơ bộ: Bước1: Lựa chọn của cấu trúc cơ bản. Bước 2: Lựa chọn cấu trúc chi tiết. Bước 3: Lựa chọn thiết bị Bắt đầu từ việc thu thập dữ liệu về đặc tính của mạng điện, Sau bước 1  sơ đồ 1 sợi. Sau bước 2  sơ đồ chi tiết Sau bước 3  giải pháp công nghệ Đánh giá dựa trên các tiêu chí đánh giá để thỏa mãn các khuyến cáo về tối ưu. Quá trình lựa chọn thiết bị trên cơ sở lưu ý đến các đặc tính công nghệ của thiết bị 4 C. Mạng điện phân phối LOGO Sơ đồ một sợi: Ví dụ: Sơ đồ một sợi (hình bên) bao gồm: -Tủ phân phối chính trung / hạ. -Phân phối hạ thế. -Phân phối đầu cuối 5 C. Mạng điện phân phối LOGO 3. Đánh giá đặc tính mạng điện  Dữ liệu về đặc tính mạng điện: Đây là các dữ liệu đầu vào cho việc lựa chọn sơ bộ cấu trúc. Bao gồm: . 1, Hình thức hoạt động: • Công nghiệp: Chế tạo, thực phẩm • Thương mại, dịch vụ: Siêu thị, văn phòng . 2, Cấu trúc công trình: Kiến trúc, mặt bằng . 3, Ràng buộc bố trí thiết bị: Đảm bảo thẩm mỹ, khả năng tiếp cận, các yêu cầu đặc biệt khác . 4, Độ tin cậy cấp điện: • Độ tin cậy tối thiểu: Có khả năng xảy ra mất điện do các điều kiện địa lý, kỹ thuật, kinh tế. • Độ tin cậy chuẩn • Độ tin cậy tăng cường: Dùng các biện pháp đặc biệt để giảm khả năng mất điện 6 C. Mạng điện phân phối LOGO . 5, Khả năng duy trì cấp điện: Khả năng giới hạn ảnh hưởng của việc bảo trì lên vận hành của mạng hoặc 1 phần mạng • Tối thiểu: Để bảo trì, cần ngừng vận hành mạng • Chuẩn: Cho phép vận hành nhưng với chức năng suy giảm • Tăng cường: Có thể bảo trì mà không ảnh hưởng đến vận hành. . 6, Tính linh hoạt của mạng điện: Khả năng dễ dàng di chuyển điểm cấp nguồn hoặc dễ dàng tăng cường cấp nguồn tại 1 điểm nào đó. • Không có tính linh hoạt: Vị trí tải cố định • Linh hoạt khi thiết kế. • Linh hoạt khi áp dụng: Có thể đặt phụ tải sau khi mạng đã vận hành thử. • Linh hoạt khi vận hành: Vị trí tải thay đổi theo quá trình sản xuất. 7 C. Mạng điện phân phối LOGO . 7, Công suất yêu cầu: Tổng công suất biểu kiến lớn nhất, cho phép quá tải thời gian ngắn . 8, Phân bố tải: • Phân bố đều: Chiếu sáng, các vị trí làm việc cá nhân. • Phân bố trung bình: Tải có công suất trung bình đặt theo nhóm • Phân bố tập trung: Tải có công suất lớn, tập trung trong vài vùng. . 9, Mức độ nhạy cảm của tải • Với gián đoạn cấp điện: Mạch có thể ngắt; Cho phép mất điện thời gian dài (>3’); cho phép mất điện thời gian ngắn (<3’); không cho phép mất điện. Đánh giá tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng do mất điện gây ra. – Tải ít quan trọng: sưởi ấm, quạt, điều hòa – Quan trọng vừa: Tủ lạnh, thang máy – Quan trọng cao: IT, an ninh, bệnh viện 8 C. Mạng điện phân phối LOGO • Với nhiễu: Nhiễu có thể dẫn đến sự vận hành không mong muốn, làm việc sai, ngưng làm việc, tăng tổn thất • Các dạng nhiễu: – Quá áp – Méo điện áp – Dao động điện áp – Mất cân bằng điện áp. • Mức nhạy thấp: VD thiết bị nhiệt • Nhạy trung bình: Mạch chiếu sáng, động cơ • Nhạy cao: Thiết bị IT •  Thiết kế mạch điện chuyên biệt, tách riêng tải nhạy khỏi tải gây nhiễu. 9 C. Mạng điện phân phối LOGO . 10, Khả năng gây nhiễu của mạch điện . Khả năng ảnh hưởng đến các mạch lân cận: Sóng hài, dòng khởi động, mất cân bằng, bức xạ điện từ . Không gây nhiễu: . Gây nhiễu vừa phải hoặc ngẫu nhiên: VD Mạch chiếu sáng gây sóng hài. . Rất nhiễu: VD: Động cơ có dòng khởi động lớn, thiết bị hàn với dòng điện dao động.  11, Các yêu cầu khác: . Môi trường, ràng buộc nguồn cấp 10 C. Mạng điện phân phối LOGO 4. Đặc tính công nghệ  Việc lựa chọn giải pháp kỹ thuật dựa trên sơ đồ 1 sợi và lưu tâm đến các đặc tính:  Điều kiện làm việc: . Môi trường, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn  Các chỉ số bảo vệ IP và IK . Chỉ số IP X1 X2: Thể hiện khả năng: • Chống lại sự xâm nhập của vật rắn • Chống lại sự xâm nhập của nước và hơi nước Chỉ số X1 1 2 3 4 5 6 Kích thước (mm) max 50 12 2,5 1 Lọt bụi Tuyệt đối kín có thể xâm nhập bụi 11 C. Mạng điện phân phối LOGO Chỉ số X2 Mức độ bảo vệ 1 Chống nước rơi theo phương thẳng đứng 2 Chống nước rơi theo phương thẳng đứng nghiêng đến 150 3 Chống nước rơi theo phương thẳng đứng nghiêng đến 600 4 Chống nước phun đến từ mọi hướng 5 Giống 4, nhưng áp lực đầu vòi phun đạt 0,3 bar ở khoảng cách 3m 6 Giống 5, nhưng với nước biển 7 Cho phép ngâm sâu dưới nước tới 1m 8 Cho phép ngâm sâu dưới nước với độ sâu > 1m 12 C. Mạng điện phân phối LOGO  Chỉ số phục vụ IS X1 X2 X3 Thao tác (X1) Bảo trì (X2) Nâng cấp (X3) Cấp 1 IS = 1 x x IS = x 1 x IS = x x 1 Có thể gây ngắt điện toàn tủ Ngắt điện toàn tủ điện Ngắt điện toàn tủ Cấp 2 IS = 2 x x IS = x 2 x IS = x x 2 Có thể chỉ mất điện đơn vị Mất điện đơn vị chức Mất điện đơn vị chức năng. năng, với các kết nối chức năng, với các đang làm việc đơn vị chức năng được dự trữ Cấp 3 IS = 3 x x IS = x 3 x IS = x x 3 Có thể chỉ mất điện cho đơn Mất điện đơn vị chức Mất điện đơn vị vị chức năng. năng với các kết nối chức năng trong không làm việc điều kiện việc nâng cấp đang sẵn sàng 13 C. Mạng điện phân phối LOGO IS Thao tác Bảo trì Nâng cấp 1 1 1 Ngắt hoàn toàn tủ điện Th/g làm việc > 1h, Không bao gồm mở rộng lưới 2 1 1 với tổng số không biết rõ Khả năng bổ xung thêm 1 đơn vị Th/g làm việc 1/4 - 1h, 2 2 3 chức thao tác khi vẫn nối lưới Đóng ngắt đơn lẻ 1 đơn vị năng mà không ngắt điện chức năng và thử nghiệm lại < Khả năng bổ xung thêm 1 đơn vị 2 3 2 1h chức năng khi ngắt điện Khả năng bổ xung thêm 1 đơn vị 2 3 3 chức Th/g bảo trì 1/4 - 1h, năng mà không ngắt điện Ngắt khỏi lưới Khả năng bổ xung thêm 1 đơn vị 3 2 2 chức Đóng ngắt đơn lẻ 1 đơn vị năng mà ngắt điện chức năng và thử nghiệm lại < 1/4h Khả năng bổ xung thêm 1 đơn vị 3 3 3 chức năng mà không ngắt điện Một số chỉ số IS 14 C. Mạng điện phân phối LOGO  Những lưu ý khác: . Kinh nghiệm người thiết kế . Khả năng kế thừa thiết kế trước . Các thiết bị, cơ sở hiện hữu . Yêu cầu kỹ thuật: Cosφ, khả năng mở rộng tải . Yêu cầu bên điện lực . Yêu cầu chuẩn hóa phần tử 15 C. Mạng điện phân phối LOGO 5. Đánh giá cấu trúc  Dựa trên một vài tiêu chí: . 5.1. Thời gian lắp đặt . 5.2. Ảnh hưởng môi trường . 5.3. Các mức bảo trì phòng ngừa . 5.4. Khả năng cung cấp điện 16 C. Mạng điện phân phối LOGO 6. Chọn lựa các phần tử của cấu trúc  6.1. Đấu nối vào lưới điện khu vực  6.2. Cấu hình các mạch trung thế  6.3. Số lượng và phân bố các trạm biến thế  6.4. Số lượng biến thế  6.5. Máy phát dự phòng trung thế 17 C. Mạng điện phân phối LOGO 6.1. Đấu nối vào lưới khu vực  Qua đường dây hạ thế  Qua 1 đường dây trung thế  Qua đường dây trung thế kiểu mạch vòng  Qua đường dây trung thế kép  Qua đường dây trung thế mạch kép nhưng chỉ với 1 thanh góp. 18 C. Mạng điện phân phối LOGO Tuyến đơn Mạch vòng Nguồn kép Thanh cái đôi với nguồn kép Đấu nối trung thế vào lưới a, tuyến đơn b, Mạch vòng c, Nguồn kép d, Thanh cái đôi với nguồn kép 19 C. Mạng điện phân phối LOGO Cấu hình Hạ thế Trung thế Thanh cái đôi Các đặc tính cần chú ý Tuyến đơn Mạch vòng Nguồn kép với nguồn kép Công nghệ cao, Tính chất N/A (Bất kỳ) N/A N/A N/A Phòng có độ nhạy Đặc điểm công trình Một tòa nhà Một tòa nhà Một tòa nhà Một tòa nhà Vài tòa nhà Độ tin cậy Cực thấp Cực thấp Tiêu chuẩn Cao Cao Công suất yêu cầu 2500 kVA > 2500 kVA Các ràng buộc khác Những nơi Khu đô thị có Khu đô thị có Khu đô thị có N/A về kết nối biệt lập mật độ thấp mật độ cao tính ràng buộc Một số đặc điểm 20 C. Mạng điện phân phối LOGO 6.2. Cấu hình mạch trung thế Đường dây Mạch vòng hở, 1 trạm Mạch vòng hở, 2 trạm đơn trung thế trung thế Cấu hình mạch vòng trung thế 21 C. Mạng điện phân phối LOGO Cấu hình mạch trung thế Mạch vòng hở Mạch vòng hở, Đặc tính cần lưu ý Đường dây đơn 1 trạm trung thế hai trạm trung thế Tòa nhà có 1 tầng Bất kỳ với Nhiều tòa nhà Đặc điểm công trình hoặc vài tòa nhà diện tích 25000 m2 <= 25000 m2 Mức duy trì cấp điện Tối thiểu hoặc chuẩn Được tăng cường Được tăng cường Công suất yêu cầu Bất kỳ > 1250 kVA > 2500 kVA Chấp nhận mất điện Chấp nhận mất điện Chấp nhận mất điện Độ nhạy với nhiễu lâu trong th/g ngắn trong th/g ngắn Một số đặc điểm 22 C. Mạng điện phân phối LOGO 6.3. Số lượng và phân bố các trạm biến thế trung / hạ  Để xác định trạm biến thế cần quan tâm: . Diện tích tòa nhà hay công trình . Công suất yêu cầu (so sánh với gam biến thế chuẩn) . Phân bố tải.  Cấu hình cơ bản thường được ưa chuộng là loại trạm đơn Cấu hình N trạm, N trạm, Các đặc tính 1 trạm, N biến thế (các trạm M biến thế (công cần lưu tâm N biến thế giống nhau) suất khác nhau) >= 25000 m2 >= 25000 m2 Cấu hình tòa nhà < 25000 m2 1 tòa nhà với nhiều tầng vài tòa nhà Công suất yêu cầu = 2500 kVA >= 2500 kVA Phân bố Phân bố tải Phân bố đều Mật độ trung bình theo nhóm Tiêu chí xác định sơ bộ 23 C. Mạng điện phân phối LOGO 6.4. Số lượng biến thế  Để xác định số lượng biến thế cần lưu ý: . Diện tích công trình. . Tổng công suất tải . Tính chất tải: • Độ nhạy của tải với việc ngừng cung cấp điện • Độ nhạy với nhiễu . Khả năng mở rộng.  Cấu hình cơ bản: 1 biến thế cấp cho toàn bộ tải. Nếu sử dụng nhiều biến thế, thường là cùng công suất.  Số biến thế >1 khi: . Công suất đặt quá lớn (> 1250 kVA) . Diện tích quá lớn (> 5000 m2)  Đặt vài biến thế gần các cụm tải. . Yêu cầu dự phòng. . Yêu cầu tách tải nhạy cảm nhiễu và tải gây nhiễu. 24 C. Mạng điện phân phối LOGO 6.5. Máy phát dự phòng trung thế  Cần lưu ý: . Tổng công suất tải . Yêu cầu độ tin cậy cấp điện . Khả năng của lưới phân phối cấp cho tải  Cấu hình cơ bản thường là không có máy phát dự phòng trung thế. 25 C. Mạng điện phân phối LOGO 7. Lựa chọn cấu trúc chi tiết  Dựa trên sơ đồ mặt bằng, lựa chọn theo các tiêu chí: . Đặt nguồn cấp càng gần tâm phụ tải càng tốt. . Đặt các thiết bị nặng (MBA, MF ) gần tường hay gần lối vào chính để dễ bảo trì. . Các ràng buộc khác: môi trường làm việc, phân khu chức năng 26 C. Mạng điện phân phối LOGO  Cấu trúc tập trung, phân tán Bố trí tập trung từ điểm đến điểm Bố trí phân tán với hệ thống thanh dẫn Cấp điện qua cáp nối trực tiếp từ Sử dụng các thanh dẫn (busway) biến thế MV/LV hay từ tủ phân phối cấp điện cho nhiều tải. phụ (phân bố hình tia, phân bố hình Linh hoạt trong lắp đặt, vận hành. sao) Tải phân bố đều, công suất mỗi Không có tính linh hoạt tải nhỏ. Phân bố tải theo nhóm công suất Tiết kiệm dây dẫn lớn. 27 Các nhánh độc lập C. Mạng điện phân phối LOGO Phân bố tải Tính linh hoạt Tải cụm theo nhóm Phân bố trung bình Phân bố đều Không linh hoạt Tập trung Linh hoạt trong thiết kế Linh hoạt trong lắp đặt Phân tán Linh hoạt trong vận hành Khuyến cáo bố trí tập trung hay phân tán Việc lựa chọn cấu trúc nào cần cân nhắc đến phân bố của tải, chi phí đầu tư, lắp đặt và vận hành. 28 C. Mạng điện phân phối LOGO  Máy phát dự phòng, UPS  Sử dụng máy phát căn cứ vào: . Khả năng cấp nguồn của điện lực. . Là cần thiết nếu tải không được phép mất điện thời gian dài: MF bắt buộc tại Đấu nối MF dự phòng bệnh viện, nhà cao tầng . Khía cạnh kinh tế. . Có thể bố trí máy phát dự phòng cho toàn bộ hay nhóm tải quan trọng  UPS (thiết bị cấp nguồn liên tục)  Yêu cầu về tính liên tục cung cấp điện của tải.  Mức nhạy của tải với nhiễu.  Là cấp thiết khi không cho phép bất kỳ một sự mất điện nào Đấu nối UPS 29 C. Mạng điện phân phối LOGO  Cấu hình mạch hạ thế 1. Mạch đơn hình tia: Là cấu hình chuẩn và đơn giản nhất: tải chỉ được nối với 1 nguồn  độ tin cậy cấp điện thấp nhất Mạch đơn hình tia 2. Cấu hình hai cực: Hai MBA vận hành song song cùng tuyến trung thế Cấu hình 2 cực 30 C. Mạng điện phân phối LOGO 3. Cấu hình 2 cực, với liên kết ½ tủ phân phối chính: TPPC tách thành 2 phần với 1 liên kết NO để tăng khả năng cấp điện khi hỏng thanh góp hoặc khi sửa chữa 1 MBA. Cấu hình 2 cực, với liên kết ½ tủ phân phối chính 4. Tủ có thể cắt điện Tủ đóng cắt hạ thế của 1 nhóm tải có thể được cắt khỏi tủ phân phối hạ thế chính Tủ có thể cắt điện 31 C. Mạng điện phân phối LOGO 5. Tủ có liên kết nội bộ: Các MBA đặt xa nhau có thể liên kết với nhau bằng các thanh dẫn. Khả năng cấp điện được cải thiện. -Dự phòng toàn phần: Mỗi MBA có thể cấp điện cho toàn mạng. -Một phần: Mỗi MBA chỉ cấp được cho 1 phần mạng  Nếu có sự Tủ có liên kết nội cố, 1 vài phụ tải sẽ phải sa thải. bộ 6. Cấu hình mạch vòng: Một tải được cung cấp bởi 1 cụm biến thế. Cấu hình này thích hợp cho mở rộng lưới với mật độ tải cao. Nếu tải chỉ cần 3 biến thế là cấp điện đủ thì sẽ có dự phòng toàn phần. Cần thiết kế hệ thống đóng cắt Cấu hình mạch vòng bảo vệ nhằm phối hợp khi sự cố 32 C. Mạng điện phân phối LOGO 7. Cấp nguồn đôi: Được dùng khi đòi hỏi khả năng cấp điện lớn nhất. Nguyên tắc là cần có 2 nguồn độc lập: -Hoặc 2 MBA cấp điện từ 2 tuyến trung thế riêng biệt. -Hoặc 1 MBA + 1 MF -Hoặc 1 MBA + 1 UPS Chú ý: Sử dụng ATS để cấp điện cho tải. Cấp nguồn đôi 8. Cấu hình hỗn hợp: Tùy thuộc mức quan trong của tải, có thể phối hợp các cấu hình trong 1 mạng Cấu hình hỗn hợp 33 C. Mạng điện phân phối LOGO Cấu hình Đặc tính xem xét Tia Hai cực Tải có thể cắt Tủ liên kết nội bộ Mạch vòng Cấp nguồn đôi 1 mức 2 mức Cấu hình công trình Bất kỳ Bất kỳ Bất kỳ Bất kỳ 5 tới 25000 m2 5 tới 25000 m2 Trung bình hoặc Trung bình hoặc Độ cao công trình Bất kỳ Bất kỳ Bất kỳ Bất kỳ cao cao Mức duy trì cấp điện Tối thiểu Chuẩn Tối thiểu Chuẩn Chuẩn Tăng cường Công suất yêu cầu = 1250 kVA > 2500 kVA Bất kỳ Trung gian hay Phân bố tải Theo nhóm Theo nhóm Theo nhóm Phân bố đều Theo nhóm phân bố đều Chấp nhận Chấp nhận Chỉ được mất điện Mức nhạy đối với mất Chấp nhận mất Chấp nhận mất mất mất Có thể cắt trong th/g ngắn hoặc điện điện lâu dài điện lâu dài điện lâu dài điện lâu dài không mất điện Mức nhạy đối với nhiễu Thấp Cao Thấp Cao Cao Cao Tải cần được Các ràng buộc khác / / / / / cấp nguồn đôi Lựa chọn cấu trúc cấp điện 34 C. Mạng điện phân phối LOGO 8. Lựa chọn thiết bị  Lựa chọn từ Catalog của nhà sản xuất thỏa mãn đặc tính kỹ thuật.  Danh mục thiết bị: . Trạm trung/ hạ . Tủ đóng cắt trung thế . Biến thế . Tủ đóng cắt hạ thế . Thanh dẫn, cáp . UPS, Máy phát . Thiết bị bù cosφ, các thiết bị lọc  Chú ý: Phải thỏa mãn các yêu cầu về chỉ số bảo vệ IP, chỉ số phục vụ IS, xem xét khả năng cung cấp (tính sẵn có), khả năng dự phòng (thay thế), tính đồng bộ thiết bị và các yêu cầu từ khách hàng, phía điện lực.  Tránh dùng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau, ưu tiên các thiết bị được kiểm nghiệm và có mạng lưới cung cấp tin cậy, các thiết bị hợp bộ. 35 C. Mạng điện phân phối LOGO 9. Tối ưu cấu trúc Mục tiêu Giải pháp Giảm chi phí đầu Giảm chiều dài mạch hạ thế Đặt trạm trung / hạ càng gần tâm phụ tải càng tốt tư Phân nhóm mạch hạ thế Khi hệ số đồng thời của nhóm tải <0,7, việc phân nhóm các mạch điện cho phép giảm khối lượng dây dẫn. - Đặt các tủ phân phối phụ càng gần tâm phụ tải của nhóm tải càng tốt. - Thiết lập hệ thống thanh dẫn càng gần tâm của nhóm tải càng tốt (nếu cần thiết lập thanh dẫn). - Việc tìm lời giải tối ưu có thể dẫn tới nhiều phương án phân nhóm khác nhau. Giảm chi phí vận - Lắp đặt tụ bù cosϕ hành - Sử dụng các thiết bị hiệu suất cao - Chuẩn hóa thiết bị, tránh dùng nhiều chủng loại, nhiều dải công suất - Sử dụng thiết bị được kiểm nghiệm. - Ưu tiên thiết bị có mạng lưới cung cấp tin cậy, hoặc luôn có sẵn. - Ưu tiên dùng thiết bị hợp bộ - Sử dụng thiết bị tin cậy, phù hợp với môi trường làm việc - Giảm số tuyến dây trên mỗi tủ (giới hạn ảnh hưởng sự cố) - Bố trí các mạch theo yêu cầu độ tin cậy Một số giải pháp 36