Đồ án môn học: Xây dựng hệ thống điều khiển bù cos tự động

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1
LỜI NÓI ĐẦU
***

Cùng với quá trình phát triển kinh tế và xã hội của đất nước , nghành điện
luôn phải đi trước một bước trong công cuộc công nghiệp hóa. Các nhà máy xí
nghiệp , các khu công nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ
công suất phản kháng càng tăng, điều này làm giảm hệ số cosϕ. Do đó hệ số công
suất cosϕ có giá trị nhỏ điều này ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ
thuật của mạng điện như : giảm chất lượng điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng
đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn hạn chế khả năng truyền tải công suất tác
dụng, không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp, giảm chất lượng điện, tăng
giá thành điện năng.
Vấn đề bù cosϕ là giải pháp giảm tổn thất điện năng rất được coi trọng ở các
nước tiên tiến.giải pháp này được quan tâm ngay từ khâu thiết kế, lựa chọn thiết bị
và dây truyền công nghệ sản xuất trong công nghiệp.
Với đề tài “Xây dựng hệ thống điều khiển bù cosϕ tự động ”, nhóm em
đã cố gắng tìm kiếm, học hỏi, tính toán và tổng hợp để hoàn thành một cách tốt
nhất đề tài. Song do kiến thức còn hạn chế nên bài làm của nhóm em không thể
tránh khỏi những thiếu sót, do vậy, nhóm em kính mong nhận được sự đóng góp
ý, bảo ban của thầy, cùng với sự giúp đỡ của các bạn để nhóm em có thể hoàn
thành đề tài của mình và hoàn thành tốt việc học tập trong nhà trường cũng như
công việc sau này.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 1

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Số : Đề 1
Họ và tên HS-SV : Đào Văn An
Nguyễn Thành An

Lớp : Điện 4k7
Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
NỘI DUNG

Xây dựng hệ thống điều khiển bù cosϕ tự động với tải có công suất S =
100KVA, 380VAC
T

Tên bản vẽ

Khổ giấy

T

1
2
3
4

PHẦN VIẾT BÁO CÁO

1 Tìm hiểu về các hệ thống bù cosϕ trong công nghiệp
2 Xây dựng phương án bù và tính chọn các thiết bị liên quan
3 Xây dựng hệ thống bù cosϕ tự động
CHƯƠNG 1

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 2

Số lượng


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Tìm hiểu về các hệ thống bù cosϕ trong công nghiệp
1.1 Khái niệm về hệ số cosϕ:
Mức độ tiêu thụ công suất phản kháng được đánh giá bởi hệ số công suất, mà

được xác định bởi tỷ số giữa công suất tác dụng (P) và công suất biểu kiến (S)
Hscs= P/S, còn hệ số cosϕ được hiểu là tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất
toàn phần của thành phần tần số cơ bản: cosϕ= .
Như vậy hệ số cosϕ chỉ ứng với mạch điện xoay chiều tần số cơ bản , nó
khác với hệ số công suất, được xét trong mạng điện có sự hiện diện của các thành
phần sóng hài. Biểu hiện của sự hiện diện của sóng hài là hệ số công suất đo đếm
có giá trị nhỏ hơn hệ số cosϕ. Tuy nhiên trong thực tế tính toán người ta thường bỏ
qua sự ảnh hưởng của các thành phần sóng hài và coi hệ số công suất chính là hệ
số cosϕ. Hệ số công suất trung bình của mạng điện có thể xác định theo biểu thức:

cosϕ = =
1.2 Ảnh hưởng của hệ số cosϕ đối với các tham số kỹ thuật của mạng điện.
Khi cosϕ của các thiết bị càng lớn, tức là mức độ tiêu thụ công suất phản
kháng ngày càng bé, vì vậy làm cho mức độ yêu cầu về Q từ lưới ít, nó góp phần
cải thiện chế độ làm việc của lưới.Hệ số cosϕ của các hộ tiêu thụ lại phụ thuộc vào
chế độ làm việc của các phụ tải điện.khi hệ số cosϕ thấp sẽ dẫn đến tăng công suất
phản kháng, sự truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện làm giảm sút các
chỉ tiêu kỹ thuật của mạng điện.
1.2.1 Làm tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn.
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 3


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Tổn thất công suất trong mạng điện được xác định theo biểu thức:

=3R = R = + ;
Khi truyền tải điện năng trong mạng điện cao áp do điện trở phản kháng lớn
lên thành phần tổn hao công suất phản kháng thường lớn hơn thành phần tổn thất
công suất tác dụng.
1.2.2 Tăng tiết diện dây dẫn.
Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện
phát nóng cho phép, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng
điện chạy qua các phần tử được xác định :

I==
1.2.3 Không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp.
Khi tăng công suất phản kháng truyền tải sẽ dẫn tới hiện tượng không sử
dụng hết khả năng của động cơ sơ cấp và máy phát vì để đảm bảo giá trị định mức
của cosϕ thì công suất tác dụng phải giảm xuống.Nếu công suất phản kháng vượt
quá giá trị định mức mà được xác định bởi cosϕthì tại nhà máy điện người ta buộc
phải giảm công suất tác dụng của các máy phát để tránh sự đốt nóng quá mức của
máy.

1.2.4 Giảm chất lượng điện.
Tăng công suất phản kháng sẽ làm giảm chất lượng điện do tổn thất điện áp
tăng và do dao động điện áp khi công suất phản kháng thay đổi. Như đã biết, tổn
thất điện áp được xác định bởi biểu thức:
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 4


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

= +

Thành phần tổn thất phản kháng tỷ lệ thuận với công suất phản kháng. Việc
tăng công suất Q sẽ làm tăng đáng kể tổn thất điện áp, do đó làm giảm chất lượng
điện.
1.2 Phương pháp nâng cao hệ số công suất:
Tất cả các giải pháp nâng cao hệ số công suất có thể phân thành các nhóm sau :
1.2.1 Các giải pháp tổ chức –kĩ thuật
Nhóm các giải pháp tổ chức kĩ thuật không đòi hỏi chi phí vốn đầu tư thiết
bị thường được gọi là các giải pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên , bao gồm các giải
pháp cơ bản sau :
+ Sắp sếp hợp lý các quy trình công nghệ , cải tiến các quy trình công
nghệ để các thiết bị điện hợp lý nhất .
+ Thay các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ
công suất thấp hơn .
+Thiết lập các chế độ điện áp tối ưu : ta có thể nâng cao hệ số cos bằng
cách giảm điện áp ở những động cơ làm việc non tải, thường ta thay đổi
tổ nối dây động cơ từ tam giác ra đấu sao .
+Thiết lập chế độ làm việc kinh tế của trạm biến áp .
+Dùng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ không đồng bộ .
+Dùng các thiết bị chỉnh lưu với hệ số công suất vượt trước
1.2.2 Các giải pháp kĩ thuật
Các giải pháp kĩ thuật thường được áp dụng để nâng cao hệ số cos áp dụng
cho các cơ cấu bù công suất phản kháng . Do phụ tải trong thực tế chủ yếu mang
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 5


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

tính điện cảm nên vecto dòng điện chậm hơn so với vecto điện áp , nếu bù được
toàn bộ lượng công suất phản kháng thì chỉ còn lại thành phần tác dụng nên vecto
dòng và áp sẽ trùng nhau . có thể dùng tụ bù hoặc máy bù đồng bộ . Biện pháp này
được gọi chung là bù cos.
1.2.3 xác định công suất của các thiết bị bù
+ Xác định dung lượng bù công suất phản kháng theo hệ số công suất yêu
cầu .
+Xác định dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng .
+Phân bố công suất bù giữa các phân xưởng .
+Chọn vị trí của thiết bị bù tại trạm biến áp phân phối .
1.2.4 Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng .
+ Đương lượng bù công suất phản kháng .
Hiệu quả bù công suất phản kháng có thể đánh giá trên cơ sở so sánh lượng
điện năng tiết kiệm được do việc lắp đặt các thiết bị bù.
+ Hiệu quả kinh tế bù công suất phản kháng .
Giá trị đương lượng bù công suất phản kháng chỉ cho biết mức độ tiết kiệm
điện năng do đặt thiết bị bù , mà chưa xét đến vốn đầu tư của thiết bị , bởi
vậy cần phải xem xét hiệu quả bù thực sự của các thiết bị bù .
1.4 Các hệ thống bù cosϕ trong công nghiệp.
Tổn thất điện áp của lưới điện phụ thuộc vào rất nhiều công suất truyền tải
và thông số đường dây. Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp tại
vị trí trên lưới so với định mức nằm trong phạm vi điện áp cho phép.
1.4.1 Tụ bù ngang.
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 6

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

1.4.1.1. Chức năng, ứng dụng.
Véc tơ dòng đi qua tụ bao giờ cũng vượt trước véc tơ điện áp, do vậy tụ điện
luôn phát ra công suất phản kháng Q, cung cấp cho phụ tải, giảm lượng công suất
phản kháng truyền tải từ lưới về có tác dụng nâng cao điện áp tại cuối đường dây.
Như vậy, với các đường dây truyền tải có điện dung pha đất nhỏ thì việc nối rẽ
nhánh tụ công suất (bù ngang) tại đầu vào tải hoặc trạm phân phối sẽ giảm được sự
sụt áp và giữ ổn định tại các nút phụ tải.
Sơ đồ thay thế như sau :

Như vậy, sẽ giảm khi có , trong trường hợp tải P nhỏ hơn hoặc không tải mà lớn thì
< 0, điều đó có nghĩa là sẽ xảy ra sự dâng quá áp tại các nút có lắp đặt .

1.4.1.2 Cấu tạo, đặc điểm.
Các bản tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại được cách điện bởi
màng giấy mỏng tẩm dung môi và được cuốn lại với nhau thành các lớp xen kẽ và
được nhúng trong dầu cách điện. Để có các bộ tụ cao áp, người ta ghép nối nhiều ổ
tụ nhỏ chia đều điện áp đặt lên mỗi ổ tụ.
Đặc điểm của phương pháp dùng tụ bù ngang :
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 7


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

+ Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp.
+ Điều chỉnh điện áp theo từng cấp cố định tùy theo dung lượng bù.
+ Lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới.
1.4.2 Kháng bù ngang.
1.4.2.1 Chức năng, tác dụng.
Là thiết bị chỉ tiêu thụ CSPK nên có tác dụng triệt tiêu, điều chỉnh lượng
CSPK dư thừa do lưới điện sinh ra, giảm điện áp và giữ ổn định hệ thống.
Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài, điện dung pha – đất và pha – pha là
rất lớn. Điện dung này phát ra CSPK lớn, vì vậy trong trường hợp đường dây
không tải hoặc tải nhỏ lượng CSPK dư thừa lớn thì điện áp ở cuối đường dây sẽ
nâng cao hơn đầu đường dây. Để giảm bất lợi của điện dung này, người ta mắc rẽ
nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt CSPK . Đối với đường dây siêu cao áp
500kv, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm đặt kháng là 500km.

Hình 2.2.Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lưới.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 8


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

1.4.2.2. Nguyên lý cấu tạo.
Cuộn kháng có thể coi như một máy biến áp mà trong đó không có cuộn dây
thứ cấp, tất cả dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải ).

Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tương tự như của máy biến áp, nhưng vì
tất cả dòng chảy vào quận kháng là dòng kích từ nên nếu dùng khung từ như máy
biến áp thông thường, nó sẽ bão hòa rất nhanh, trở kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn
và dòng chảy qua cuộn kháng sẽ nhỏ.
Trong cuộn kháng, đường khép mạch từ khác so với máy biến áp.Mạch từ
được khép kín qua khe hở của không khí nhằm tránh bão hòa nhanh cho khung
từ.Muốn được như vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép, người ta tao rất
nhiều những khoảng trống bằng nêm chèn vào trong lõi thép.
1.4.3 Tụ bù dọc.
1.4.3.1 Chức năng, tác dụng.
Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha – đất và pha – pha
là rất lớn, do đó khi không tải hoặc tải nhỏ thì điện áp cuối đường dây sẽ cao hơn
đầu đường dây. Vì vậy, kháng bù ngang có tác dụng giảm sự tăng áp này, giữ điện
áp tại cuối đường dây ổn định bằng điện áp định mức.Đối với tụ bù dọc chỉ có tác
dụng giảm điện áp giáng trên đường dây, dàn đều điện áp trên đường dây bằng với
điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đường dây.
Đồ thị điện áp dọc đường dây như sau :
Đường 1: khi không có tụ và kháng bù.
Đường 2: Khi có tụ và kháng bù.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 9


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

2.3. Đồ thị điện áp dọc đường dây

1.4.3.2 Nguyên lý bù.
Tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng trở đường
dây nhỏ đi: XS = X . Trở kháng trong hệ thống truyền tải bao gồm phần lớn là
thành phần điện kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở: = R + J.XS. Do đó, nếu
chúng ta thay đổi được XS thì sẽ thay đổi được điện áp ở phía tải bởi vì sự sụt áp
trên đường dây được gây nên bởi dòng điện điện kháng nhiều hơn dòng điện điện
trở.
Sơ đồ mô phỏng đường dây khi có tụ bù dọc :

Hình 2.4: Sơ đồ mô phỏng đường dây.
Sau khi bù, điện kháng trên đường dây là: = X GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 10


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Như vậy, U sẽ giảm lắp tụ bù khi dọc.
1.4.4 Tụ bù nền.
Tụ bù nền là lượng tụ bù được đóng thường trực trong hệ thống điện.Dung
lượng của tụ bù nền thường phải đảm bảo không gây ra hiện tượng bù dư.
Cần phân biệt bù nền và bù riêng lẻ : bù nền dùng cho 1 nhóm thiết bị hoặc cả
phân xưởng, bù riêng áp dụng cho 1 thiết bị. Cách lắp đặt và hoạt động của bù nền
và bù riêng khá giống nhau.
Việc điều khiển có thể thực hiện bằng tay qua MCCB, bán tự động dùng
contactorhoặc mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải.
Các tụ điện được đặt:
- Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm ( động cơ điện và

máy biến áp ).
- Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có
tính cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém.
- Trong các trường hợp khi tải không thay đổi.

Giả sử :có 1 nhà máy có công suất đỉnh là 160kW, hệ số công suất Costrước
khi bù là 0.75, hệ số công suất bạn mong muốn sau khi bù là 0.95. Nhà máy này
làm việc liên tục 24/24.Trong quá trình hoạt động, khảo sát nhận thấy nhà máy chỉ
hoạt động tại các mức công suất 100kW, 110kW, 120kW, 130kW, 140kW, 150kW
và 160kW.
Ta xem xét phương án bù nền sau:

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 11


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Hoạt động của bộ điều khiển lúc này như bảng sau
Công suất (kW)
Dung lượng cần bù (kVar)
Dung lượng bù (kVar)
Sai số bù (kVar)

100
55.0
60.0

5.0

110
60.5
60.0
0.5

120
66.0
70.0
14.0

130
71.5
70.5
4.0

140
77.0
80.0
3.0

150
82.5
80.0
-2.5

160
88.0
90.0

2.0

Nhận xét: Sử dụng tụ bù nền thì lượng bù đáp ứng chính xác hơn.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 12


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Tuy nhiên, nếu chúng ta tiến hành tụ bù nền không phù hợp dễ dẫn đến hư hỏng
thiết bị trong thời gian không tải vì tụ bù nền sẽ gây hiện tượng quá điện áp.Một
giải pháp hữu hiệu để phòng trường hợp này là tụ bù nền được đóng cùng với công
tắc mở nguồn của một hệ thống máy móc.

Chương 2
Xây dựng phương án bù và tính chọn các thiết bị liên quan
2.1 Xây dựng phương án bù
2.1.1 Xây dựng bài toán
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 13


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Nâng cao chất lượng điện áp bằng cách thay đổi hệ số công suất cos . Áp dụng
tính toán thiết kế tụ bù cho trạm biến áp có công suất tải là 100kVA, 380VAC . Hệ
số cos khi chưa bù là 0.75 yêu cầu sau khi bù phải đạt từ 0.880.99 để tránh bị phạt
tiền công suất phản kháng.
Để nâng cao chất lượng điện năng, tránh bị phạt tiền công suất phản kháng
ta lắp đặt 01 tủ tự động bù hệ số công suất tại thanh cái 0,4kV. Tủ tự động bù đảm
bảo làm việc hoàn toàn tự động, khi thiếu công suất phản kháng nó sẽ tự động
đóng các bộ tụ vào, còn khi phụ tải dừng làm việc đủ công suất phản kháng tủ sẽ
lại tự động nhả các bộ tụ ra đảm bảo ổn định điện áp cho phụ tải.
2.1.2 Các phương án bù cos
Bù trên lưới điện áp
Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng :
- Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền).
- Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục
theo yêu cầu khi tải thay đổi.
Tụ bù nền
Bố trí tụ bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi.
Bộ tụ bù điều khiển tự động ( bù ứng động )
- Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt
từng bộ phận công suất.
- Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ số
công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được
chọn.
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 14


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

- Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất
phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng. ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối
chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn.
Vị trí lắp đặt tụ bù :Gồm 3 kiểu bù
Bù tập trung : áp dụng cho tải ổn định và liên tục.
Nguyên lý : bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng
trong thời gian tải hoạt động.
Ưu điểm:
- Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng .
- Làm giảm công suất biểu kiến.
- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải
cần thiết.
Bù nhóm ( từng phân đoạn ).
Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời
gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.
Nguyên lý : bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực . hiệu quả do bù nhóm mang
lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được
thể hiện rõ nhất.
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.
- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 15

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

- Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây
cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.
Bù riêng:Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so
với mạng điện.
Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm
( chủ yếu là các động cơ ).
Bộ tụ định mức ( kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung tại
đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.
Ưu điểm :
Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)
Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.
2.2 Tính chọn các thiết bị bù
Từ phương án bù nhóm em chọn phương pháp bù điều khiển tự động bằng
tụ bù theo kiểu bù tập trung.
2.2.1Tính chọn
Cách chọn công suất cho tủ bù tự động :
Với tải có công suất là 100KVA thì hệ số coskhi chưa bù là:
cos=0.75 tan=0.88 .
vậy công suất đặt là : P=S*cos= 100*0.75=75 kW

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 16

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

+ Để ổn định điện áp và tránh bị phạt tiền CSPK cần nâng cao hệ số cos từ
mức 0.880.99 ta chọn mức bù : cos=0.95 tan=0.33 vậy công suất cần bù là:
=P*(0.88-0.33)=75*0.55=41,2 kVAr.
Ta chọn tủ bù có công suất là 50kVAr .
Thông số kĩ thuật tủ bù:
- Thông số kỹ thuật :
Thông số

Giá trị

Điện áp định mức đầu vào

380/400 VAC, 3 pha

Điện áp định mức đầu ra

1 pha 220VAC, 3 pha 380VAC

Dòng định mức

25 ÷ 6300A (Theo nhu cầu thực tế thiết bị)

Dòng cắt

25 ÷ 100kA

Tần số

50/60Hz

Dải công suất bù

Từ 15 ÷ 1000 KVAr

Các cấp bù

6-9-12-14

Mật độ dòng điện

1.5A ÷ 3A/mm2

Cấp bảo vệ

IP54 (tủ điện ngoài trời ) / IP42 (tủ điện trong
nhà)

Tiêu chuẩn lắp ráp

IEC 60439-1

Giám sát trạng thái từ xa qua

Có

Cài đặt nhiệt độ và hiển thị nhiệt độ làm

việc bên trong tủ điện

Không

Tự động điều chỉnh độ ẩm không khí trong Không

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 17


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

tủ điện
Tự động tắt mở đèn khi đóng và mở cửa tủ
Có
điện
Bộ cắt lọc sét

Có

Bảo vệ mất pha

Có

Đồng hồ Volt

Có

Đồng hồ Ampe

Có

Kích thước tủ (H x W x D)

1800x800x600mm / Theo thiết kế

Số lớp cửa

2

Bề mặt

Sơn tĩnh điện

Vật liệu

Thép cán nguội, thép cán nóng, tráng kẽm,
Inox, dầy 2-3mm

Lắp đặt

Đặt sàn/treo tường

Ảnh tủ tụ bù :

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 18


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

2.2.2Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển cho hệ thống bù .
Giả sử dây cáp điện từ tủ phân phối tổng sang tủ tụ bù có chiều dài là 5m .
Ta tính toán tiết diện cáp theo điều kiện đốt nóng cho phép :
*
Với : K1_hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
K2_hệ số hiệu chỉnh theo số cáp
dòng điện tnhs toán, A
_dòng điện cho phép,A
=
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 19


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Ta có =50kVAr , sindo tải có tính thuần trở
==72.17 A
Ở nhiệt độ tiêu chuẩn là 25độ , nhiệt độ môi trường xung quanh là 30độ thì
có K1=0.94 . số sợi cáp đặt chung rãnh là 1 , nên K2 = 1
=76.78A .

Tra bảng 4.24 sổ tay thiết bị điện ( Ngụ Hồng Quang T249) ta có thông số dây
cáp:

F,

,

,A

3G15

0.124

76.78

Lựa chọn thiết bị cho tủ tụ bù
•

Lựa chọn tụ bù

Trong hệ thống điện tụ điện được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau :
bù kinh tế , bù kĩ thuật bù thay đổi thông số đường dây …trong thực tế
người ta chế tạo tụ điện bù cosp với nhiều kích cỡ chủng loại với công suất
từ vài kVAr đến vài trăm kVAr có 1 pha và 3 pha , có loại tụ điện rời có loại
lắp đặt sẵn thành tủ .
ở đây ta lựa chọn tụ điện rời loại có điện áp 0.38 kV được lắp tại thanh cái
0.4kV là loại 3 pha , từ trên ta tính được công suất tụ bù là : =50kVAr .
Tra bảng 6.9 sổ tay tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang (Trang
343)chọn tụ điện bù cos điện áp 400V, do DAE YEONG chế tạo có các thông số:
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 20


Đồ án chuyên môn tự động

Uđm,V
400

Qb, kVAr
50

Nhóm 1

C, F
99,5

Mã hiệu
DLE- 4J5K5T

Iđm.A
7.2

Do dung lượng bù mỗi tụ là 5 kVAr mà công suất của tụ bù là 50kVAr nên
ta cần 10 tụ trong tủ bù .
•

Lựa chọn aptomat
Aptomat là thiết đóng cắt hạ áp dùng trong lưới điện phân xưởng của
các xí nghiệp và trong mạng lưới sinh hoạt dân dụng . Nhiệm vụ của

aptomat là đóng cắt dòng điện phụ tải có khả năng đóng cắt dòng ngắn
mạch tương tự như lưới cắt điện trong lưới điện cao áp .
Aptomat được chế tạo với nhiều cấp điện áp khác nhau : 400v, 440v ,
500v, 600v… người ta cũng chế tạo aptomat 1 pha, 2 pha, 3 pha với số
cực khác nhau 1 cực, 2 cực, 3 cực .
Chọn và kiểm tra aptomat
Aptomat được chọn theo dòng điện định mức , điện áp định mức và
được kiểm tra về độ ổn định lực điện động , ổn định về nhiệt theo dòng
ngắn mạch cũng như khả năng cắt tương tự như máy cắt điện . Việc lựa
chọn và kiểm tra aptomat được tiến hành theo các công thức trong bảng :
Chọn và kiểm tra aptomat

Đại lượng chọn và kiểm tra
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Công thức
Page 21


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Điện áp định mức aptpmat
Dòng điện định mức aptomat
Dòng điện ổn định lực điện động cho
phép của aptomat
Dòng điện ổn định nhiệt cho phép của
aptomat
Dòng điện cắt định mức cho phép của

aptomat
Do tụ mắc song song nên mỗi một cấp tụ có =5 kVAr.
Tra bảng sách cung cấp điện ta lựa chọn aptomat có thông số kĩ thuật sau :

Loại
A
•

Số cực

,V

,A

3

380

1.650

Lựa chọn contactor có = 15 A

Lựa chọn máy biến dòng:
Chức năng của máy biến dòng điện là biến đổi dòng điện sơ cấp có trị số bất
kì xuống 5A (đôi khi 1A và 10A), nhằm cấp nguồn dòng cho các mạch đo lường,
bảo vệ, tín hiệu, điều khiển…
Riêng biến dòng hạ áp chỉ làm nhiệm vụ cấp nguồn cho đo đếm. Ký hiệu máy biến
dòng là TI hoặc BI.
Thường máy biến dòng được chế tạo với 5 cấp chính xác 0.2 – 0.5, 1, 3 và
10.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 22


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Về hình thức, máy biến dòng chế tạo theo kiểu hình hộp, kiểu hình xuyến,
kiểu trục, kiểu đế.
Ngoài các loại máy biến dòng thông dụng, trong hệ thống điện cũng có biến
dòng thứ tự không, biến dòng bão hòa nhanh,…
Máy biến dòng được chọn theo các điều kiện sau:
-

Sơ đồ nối dây và kiểu máy.
Điện áp định mức:
Dòng điện định mức:
Cấp chính xác: Cấp chính xác của biến dòng phải phù hợp với cấp chính xác
của các dụng cụ nối vào phía thứ cấp.
Do ở trên ta tính được = 72.17A, nên ta chọn máy biến dòng điện hạ áp U
600V. Tra bảng 8.6 (T383) sổ tay tra cứu thiết bị điện 0.4 – 500kV (Ngụ
Hồng Quang) ta có :
Mã
BD30

Dòng sơ
cấp, A

50

Dòng thứ
cấp, A
5

Số vòng
dây sơ cấp
2

Dung lượng Cấp chính
xác
2.5
0.5

Tính toán ngắn mạch tại điểm N để kiểm tra các thiết bị đã chọn:
Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng và thường xảy ra trong hệ thống
cung cấp điện.Tính toán ngắn mạch là một phần không thể thiếu được trong các
thiết kế cung cấp điện để lựa chọn thiết bị điện. Tính toán ngắn mạch nói chung là
phức tạp. Tuy nhiên các hệ thống cung cấp điện thường có cấp điện áp là trung và
hạ áp được coi là ở xa nguồn, đồng thời có công suất tương đối nhỏ so với hệ
thống điện quốc gia, vì vậy cho phép dùng phương pháp đơn giản để tính dòng
ngắn mạch.
Sơ đồ tính toán ngắn mạch:

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 23

Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch:

Trong đó: là tổng trở máy biến áp 100kVA – 380V
= +
Điện trở máy biến áp:
= = = 78,98mΩ
Điện không máy biến áp:
= = = 79,42mΩ
là tổng trở aptomat tổng
+ = 0,189 + 0,343 =0,532 mΩ
GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 24


Đồ án chuyên môn tự động

Nhóm 1

= 0,144 mΩ
là tổng trở thanh cái hạ áp
Điện trở thanh cái hạ áp:
= 0,450,5 mΩ
Chọn = 0,47 mΩ
Điện kháng thanh cái hạ áp:
= 1,5 1,7 mΩ

Chọn = 0,16 mΩ
là tổng trở đoạn cáp từ tủ phân phối tổng sang tủ tụ bù
Điện trở đoạn cáp:
= .l = 0,124*0,005* = 0.62 mΩ
Điện kháng đoạn cáp:
= .l = 0,08*0,005* = 0.4 mΩ
là tổng trở aptomat 1
Điện trở aptomat 1 tra bảng:
+ = 0,42 + 0,66 = 1,1 mΩ
Điện kháng aptomat 1 tra bảng:
= 0,31mΩ
Tổng trở tính ngắn mạch:
=
=
=17.61mΩ
Vậy dòng ngắn mạch là:
= 12.46 kA
Vậy các thiết bị đã chọn đảm bảo.

GVHD: T.s Nguyễn Đăng Toàn

Page 25