Hướng dẫn thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn iec sử dụng phần mềm ecodial
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.44 MB, 131 trang )
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
HƯỚNG DẪN THIẾT CUNG CẤP ĐIỆN THEO TIÊU
CHUẨN QUỐC TẾ IEC SỬ DỤNG PHẦN MỀM
ECODIAL
SINH VIÊN
: NGUYỄN VĂN HIẾU
MSSV
: 14069781
LỚP
: DHDI10D
GVHD
: TS. DƯƠNG THANH LONG
TP. HCM, NĂM 2018
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài:
Nguyễn Văn Hiếu
MSSV: 14069781
2. Tên đề tài:
Hướng dẫn thiết kế cung cấp điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC sử dụng phần mềm Ecodial
3. Nội dung:
Áp dụng tiêu chuẩn quốc tế IEC và phần mềm Ecodial cho việc thiết kế cung cấp điện
4. Kết quả:
-
Trình bày cơ sở lý thuyết của việc thiết kế cung cấp điện (tiêu chuẩn IEC)
-
Giới thiệu và hướng dẫn sử dụng phần mềm Ecodial
-
Áp dụng phần mềm vào thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng
Giảng viên hướng dẫn
Tp. HCM, ngày
tháng
Sinh viên
i
năm 20..
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ii
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................................................... ii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................................... viii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN ......................................................................1
1.1. Tầm quan trọng của điện năng ............................................................................................... 1
1.2. Sơ lược về thiết kế cung cấp điện ........................................................................................... 1
1.3
Những yêu cầu chủ yếu khi thiết kế một hệ thống cung cấp điện.......................................... 2
1.4
Một số vấn dề cần tìm hiểu trước khi thiết kế ....................................................................... 2
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ .................................................................................................4
2.1. Sơ đồ nối đất ........................................................................................................................... 4
Sơ đồ IT .............................................................................................................................. 4
Sơ đồ TN ............................................................................................................................ 5
2.1.1.1 Sơ đồ TN-S ....................................................................................................................... 6
2.1.1.2 Sơ đồ TN-C-S ................................................................................................................... 7
2.1.2. Sơ đồ TT ................................................................................................................................. 8
2.2. Phương pháp tính phụ tải tính tốn. ....................................................................................... 9
2.2.1. Định nghĩa về phụ tải tính tốn:............................................................................................ 9
2.2.2. Phương pháp tính: ............................................................................................................... 11
2.3. Cải thiện hệ số cơng suất ...................................................................................................... 12
Tổng quan chung: ............................................................................................................. 12
Tại sao cần cải thiện hệ số công suất:............................................................................... 12
Dung lượng bù: ................................................................................................................. 13
iii
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
2.4. Lựa chọn dây dẫn ................................................................................................................. 14
Lựa chọn dây pha ............................................................................................................. 15
Lựa chọn dây bảo vệ......................................................................................................... 15
Lựa chọn dây trung tính. .................................................................................................. 18
2.5. Lựa chọn CB: ....................................................................................................................... 19
Lựa chọn dịng định mức theo mơi trường: ...................................................................... 19
Lựa chọn theo ngưỡng cắt tức thời, hoặc trì hoãn ngắn: .................................................. 21
2.6. Xác định sụt áp. .................................................................................................................... 21
2.7. Tính tốn ngắn mạch ............................................................................................................ 22
Tính tốn dịng ngắn mạch tại thanh cái hạ áp của máy biến áp phân phối trung/hạ: ..... 22
Tính dịng ngắn mạch 3 pha (Isc) tại điểm bất kỳ của lưới hạ thế: ................................... 23
Cách xác định tổng trở của mỗi phần tử........................................................................... 24
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM THIẾT KẾ ...................................................25
3.1. Giới thiệu phần mềm Ecodial 4.2 ......................................................................................... 25
Khởi động phần mềm và giao diện làm việc của Ecodial 4.2 ......................................... 26
Thư viện thiết lập sơ đồ đơn tuyến . ................................................................................. 29
Trình tự các bước tính tốn trong ecodial 4.2. ................................................................. 30
3.2. Giới thiệu phần mềm Autocad. ............................................................................................ 34
Một số lệnh cơ bản. .......................................................................................................... 34
Các lệnh biến đổi sao chép hình ....................................................................................... 41
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦM MỀM ECODIAL ...................................................................46
4.1. Tính toán phụ tải:.................................................................................................................. 46
Tải thường: ....................................................................................................................... 46
Tải động cơ ....................................................................................................................... 48
Tải chiếu sáng ................................................................................................................... 50
iv
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Phụ tải 3 pha kết hợp tải 1 pha. ........................................................................................ 51
Tính tốn phụ tải cho ổ cắm: ............................................................................................ 54
Tính tốn phụ tải cho một nhóm thiết bị .......................................................................... 55
4.2. Lựa chọn dây dẫn, CB. ......................................................................................................... 60
4.3. Tính tốn sụt áp, ngắn mạch. ................................................................................................ 69
Tính tốn sụt áp. ............................................................................................................... 69
Tính tốn ngắn mạch ........................................................................................................ 71
4.4. Bù công suất phản kháng...................................................................................................... 75
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG ........................................................77
5.1. Mặt bằng bố trí và phân nhóm thiết bị: ................................................................................ 78
5.2. Sơ đồ nguyên lý: ................................................................................................................... 79
5.3. Tính tốn phụ tải:.................................................................................................................. 80
Tính tốn cơng śt từng thiết bị nhóm 1 là: .................................................................... 80
Tính tốn cơng śt từng thiết bị nhóm 2 là: .................................................................... 81
Tính tốn cơng śt từng thiết bị nhóm 3 là: .................................................................... 82
Tính tốn cơng śt từng thiết bị nhóm 4 là: .................................................................... 83
Kết quả tính tốn sử dụng phần mềm: .............................................................................. 84
5.4. Bù công suất phản kháng: .................................................................................................... 86
5.5. Thiết kế mạng hạ áp phân xưởng: ........................................................................................ 89
5.6. Tính tốn kiểm tra sụp áp dây dẫn: ...................................................................................... 97
5.7. Tính tốn dịng ngắn mạch: ................................................................................................ 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 108
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................... 109
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................... 118
v
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 2-1 Các sơ đồ nối đất ........................................................................................................ 4
Hình 2-2 Sơ đồ nối đất IT .......................................................................................................... 4
Hình 2-3 Sơ đồ nối đất TN......................................................................................................... 5
Hình 2-4 Sơ đồ nối đất TN-S ..................................................................................................... 6
Hình 2-5 Sơ đồ nối đất TN-C-S ................................................................................................. 7
Hình 2-6 Sơ đồ nối đất TT ......................................................................................................... 8
Hình 2-7 Quá trình chuyển hóa về cơng śt........................................................................... 12
Hình 2-8 Q trình lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ .......................................................... 14
Hình 2-9 Điều kiện lựa chọn dây pha ...................................................................................... 15
Hình 2-10 Dây N và PE .......................................................................................................... 15
Hình 2-11 Sự kết nối kiểu nối tiếp sẽ làm cho mạng điện phía sau không bị bảo vệ .............. 16
Hình 2-12 Nối trực tiếp dây PEN với đầu nối đất của thiết bị ................................................ 16
Hình 2-13 Sơ đồ TN-C-S ......................................................................................................... 16
Hình 2-14 Điều kiện lựa chọn thiết bị bảo vệ .......................................................................... 19
Hình 2-15 Khuyến nghị IEC về chọn thiết bị bảo vệ .............................................................. 20
Hình 2-16 Tổng trở mỗi phần tử trong hệ thống điện.............................................................. 24
Hình 3-1 Phần mềm Ecodial khi khởi động............................................................................. 25
Hình 3-2 Giao diện Ecodial ..................................................................................................... 26
Hình 3-3 Lựa chọn Option trong Ecoaial ................................................................................ 27
Hình 3-4 Lựa chọn About trong Ecodial ................................................................................. 27
Hình 3-5 Giao diện Design and sizing ..................................................................................... 28
Hình 3-6 Xuất kết quả trong Ecodial ....................................................................................... 29
Hình 3-7 Nhập thông số phụ tải ............................................................................................... 30
Hình 3-8 Nhập thông số dây dẫn ............................................................................................. 31
Hình 3-9 Lựa chọn cách thức lắp đặt cho dây dẫn .................................................................. 32
Hình 3-10 Nhập hệ số đồng thời Ks ........................................................................................ 33
Hình 3-11 Tính tốn dự án Calculate project .......................................................................... 33
Hình 3-12 Nhấn Details để xem chi tiết thông số .................................................................... 34
vi
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Hình 3-13 Vẽ lệnh Line trong Autocad ................................................................................... 34
Hình 3-14 Vẽ cung tròn ........................................................................................................... 36
Hình 3-15 Nhập bán kính đường trịn ngoại tiếp ..................................................................... 38
Hình 3-16 Nhập bán kính đường trịn nội tiếp ......................................................................... 38
Hình 3-17 Nhập kích thước 1 cạnh .......................................................................................... 38
Hình 3-18 Cửa sổ lệnh Array ................................................................................................... 43
Hình 3-19 Tạo mảng hình chữ nhật ......................................................................................... 43
Hình 3-20 Tạo mảng hình tròn ................................................................................................ 44
Hình 3-21 Thanh công cụ Text Formating .............................................................................. 45
Hình 3-22 Các kích thước thơng dụng ..................................................................................... 45
vii
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2-1 Công thức liên hệ giữa P,Q,S cho tải 1 pha và 3 pha............................................... 12
Bảng 2-2 Phương pháp chọn tiết diện dây PE,PEN................................................................. 17
Bảng 2-3 Nhiệt độ giới hạn cho từng lớp cách điện ................................................................ 18
Bảng 2-4 Lựa chọn dây trung tính ........................................................................................... 18
Bảng 2-5 In theo nhiệt độ của CB dân dụng và cơng nghiệp ................................................. 20
Bảng 2-6 Gía trị sụt áp cho phép ............................................................................................. 21
Bảng 2-7 Giá trị Usc cho các máy biến áp có điện áp sơ cấp nhỏ hơn 20kV .......................... 23
Bảng 4-1 Phụ tải 3 pha kết hợp phụ tải 1 pha .......................................................................... 51
Bảng 4-2 Itt trên thanh cái: ...................................................................................................... 53
Bảng 4-3 Phụ tải một nhóm thiết bị ......................................................................................... 55
Bảng 4-4 Bảng thơng số phụ tải............................................................................................... 75
Bảng 5-1 Thông số phụ tải phân xưởng................................................................................... 77
viii
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
ix
Khóa luận tốt nghiệp
CHƯƠNG 1:
SV: Nguyễn Văn Hiếu
TỞNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN
1.1. Tầm quan trọng của điện năng
Điện năng đang ngày càng đóng vai trị hết sức quan trọng trong đời sống con
người chúng ta. Chính vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các nguồn năng
lượng khác (như: dễ chuyển thành các dạng năng lượng khác, dễ truyền tải đi xa, hiệu
suất cao) mà ngày nay điện năng được sử dụng hết sức rộng rãi trong mọi lĩnh vực,
từ công nghiệp, dịch vụ, Cho đến phục vụ đời sống sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia
đình. Có thể nói rằng ngày nay khơng một quốc gia nào trên thế giới không sản xuất
và tiêu thụ điện năng, và trong tương lai thì nhu cầu của con người về nguồn năng
lượng đặc biệt này sẽ vẫn tiếp tục tăng cao. Trong những năm gần đây, nước ta đã đạt
được những thành tựu to lớn trong phát triển kinh tế, xã hội. Số lượng các nhà máy
công nghiệp, các hoạt động thương mại, dịch vụ, gia tăng nhanh chóng, dẫn đến sản
lượng điện sản xuất và tiêu dùng ở nước ta tăng lên đáng kể và dự báo sẽ tiếp tục tăng
nhanh trong những năm tới.
Do đó mà hiện nay chúng ta đang rất cần đội ngũ những người am hiểu về điện
để làm công tác thiết kế cũng như vận hành, cải tạo và sửa chữa lưới điện nói chung,
trong đó có khâu thiết kế hệ thống cung cấp điện.
1.2. Sơ lược về thiết kế cung cấp điện
Thiết kế cung cấp điện là môn học quan trọng đối với sinh viên nghành kĩ thuật điện
trong bước đầu để trở thành một kĩ sư điện trong tương lai , là tiền đề quan trọng để có thể
vận dụng kiến thức đã học để đưa ra những phương án tối ưu nhất ,vấn đề đặt ra là chúng
ta cần phải thiết kế các hệ thống cung cấp điện một cách có bài bản và đúng quy cách ,
phù hợp với các tiêu chuẩn kĩ thuật hiện hành. Có như vậy thì chúng ta mới có thể theo
kịp với trình độ của các nước. tuy nhiên, thiết kế cấp điện cho công trình rất đa dạng và
mang những đặc thù khác nhau. Người thiết kế cần khảo sát, phân tích, cân nhắc kỹ
đặc điểm nhu cầu của từng khu vực, từng đối tượng mới có thể đề ra phương án thiết
kế hợp lý nhất. Hiện nay chúng ta đang rất cần đội ngũ những người am hiểu về điện để
1
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
làm cơng tác thiết kế cũng như vận hành, cải tạo và sửa chữa lưới điện nói chung, trong
đó có khâu thiết kế hệ thống cung cấp điện.
Do đó, học phần thiết kế cung cấp điện được trình bày nhằm mục đích giúp sinh viên
có cái nhìn tổng quan về các bước thiết kế cung cấp điện cho một đối tượng cụ thể.
1.3 Những yêu cầu chủ yếu khi thiết kế một hệ thống cung cấp điện
Thiết kế hệ thống cung cấp điện và lựa chọn các phần tử trong đó phải mang tính
thống nhất sao cho các phần tử này đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, vận hành an toàn
và kinh tế. Trong đó mục tiêu chính là đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao cho phụ tải
với chất lượng điện năng tốt nhất.
Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý và hiệu quả khi thỏa mãn các yêu
cầu sau:
- Đảm bảo phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành ở Việt Nam và thế giới.
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
- Đảm bảo chất lượng điện năng mà chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động của
điện áp và tần số trong giới hạn cho phép.
- Vốn đầu tư nhỏ, chi phí vận hành hằng năm thấp.
- Thuận tiện cho công tác vận hành và sữa chữa…
Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau, nên người thiết kế cần phải cân nhắc
kết hợp hài hòa giữa các yêu cầu tùy vào hoàn cảnh cụ thể. Ngoài ra khi thiết kế cung
cấp điện cũng cần chú ý đến các yêu cầu khác như: hướng phát triển của phụ tải trong
tương lai, rút ngắn thời gian xây dựng…
1.4 Một số vấn dề cần tìm hiểu trước khi thiết kế
- Mục đích sử dụng của cơng trình, kiến trúc, kết cấu và nguồn điện cung cấp cho
công trình.
- Các ảnh hưởng bên ngoài lên thiết bị điện.
- Sự tương hợp giữa các thiết bị điện.
2
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
- Khả năng bảo dưỡng, sữa chữa trong vận hành.
- Khả năng cung cấp kinh phí.
- Nguồn cung cấp điện:
+ Cần tính tốn, xác định nhu cầu công suất của toàn bộ công trình, trong đó cần
chú ý đến hệ số đồng thời.
+ Cần tìm hiểu lưới điện ngoài cơng trình (cơng śt, dịng ngắn mạch…).
+ Xác định đặc tính nguồn điện để có phương án dự phòng hoặc bảo đảm an toàn
khi xảy ra sự cố.
- Phân chia mạch điện.
+ Trang bị điện của công trình phải phân chia thành nhiều mạch nhằm mục đích
hạn chế hậu quả của một sự cố.
+ Tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm, kiểm tra, duy tu và sửa chữa.
+ Hạn chế dòng rò trong mỗi mạch.
- Sự tương hợp giữa các thiết bị:
+ Nếu một thiết bị điện có thể gây ra ảnh hưởng xấu tới các thiết bị điện khác hoặc
các thiết bị khơng phải là điện thì phải có biện pháp giải quyết thích hợp.
- Khả năng bảo dưỡng sửa chữa:
+ Phải tìm hiểu khả năng bảo dưỡng, sửa chữa trong vận hành sau này về mặt thời
hạn và chất lượng của thiết bị điện
3
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
CHƯƠNG 2:
2.1.
LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Sơ đồ nối đất
Xét mối quan hệ giữa hệ thống nối đất bảo vệ
và cách nối dây trung tính hệ thống điện (có
nối về đất hay khơng) người ta phân loại các
hệ thống điện theo các sơ đồ nối đất TT, TN,
và IT. Hệ thống TN cịn có 3 loại TN-C, TNS, TNC-S.
Hình 2-1 Các sơ đồ nối đất
Sơ đồ IT
I (Isolated): điểm trung tính cách ly
với đất (hoặc được nối đất qua một trở
kháng lớn, vài ngàn Ohm).
T (Terrestial): vỏ kim loại của hệ
thống được nối đất.
Hình 2-2 Sơ đồ nối đất IT
Đặc điểm của hệ thống IT:
-
Độ tin cậy cấp điện: rất tốt, khi có chạm điện lần thứ nhất, hệ thống không bị
cắt, khi bị chạm điện lần thứ hai trong hệ thống, hệ thống mới bị cắt.
-
Bảo vệ con người: tốt
-
Bảo vệ tài sản: tốt
-
Độ kháng nhiễu điện từ: trung bình.
Lưu ý khí sử dụng hệ thống IT
Theo quy trình cấp điện tại Việt Nam, Điện lực ln cung cấp mạng điện hạ
thế có trung tính nối đất. Vì vậy hệ thống IT, với ưu điểm nổi trội là tính bảo đảm
4
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
cung cấp điện liên tục cao, chỉ được dùng cho các cơng trình có yêu cầu cao về
mặt liên tục cung cấp điện như trong phịng mỗ, trung tâm khẩn cấp,....Khi đó người
ta sử dụng biến áp cách ly để có được mạng IT cục bộ.
Cần lưu ý các điều kiện sau để có thể áp dụng sơ đồ IT
- Khả năng chịu điện áp của các thiết bị điện: phải chịu được điện áp dây 380V
của nguồn.
- Điện trở cách điện của hệ thống phải tốt: để kiểm tra người ta phải dùng bộ hiển
thị cách điện, thường chỉnh ở mức < 500KΩ với mạng nhỏ hơn 500V
- Độ dài đường dây cấp điện bị hạn chế.
- Phải thường xuyên có một đội ngũ bảo dưỡng điện chuyên nghiệp để phát hiện
và giải quyết sự cố chạm vỏ lần thứ nhất bất cứ lúc nào, không để xảy ra sự cố
lần thứ hai.
- Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ bảo vệ khi sự cố thứ 2 xảy ra là 0.4s.
Sơ đồ TN
Sơ đồ TN-C
Hình 2-3 Sơ đồ nối đất TN
-T (Terrestial): điểm trung tính được trực tiếp nối đất.
-N (Neutral): vỏ kim loại được nối đất với điểm trung tính N (đã nối đất) của nguồn điện.
-C (Combined): dây trung tính và dây bảo vệ của hệ thống dùng chung một dây (PEN).
Trong sơ đồ TN-C, dây trung tính và dây bảo vệ là một dây chung kết hợp. Do đó
dây trung tính trong mạng được ký hiệu là dây PEN (Protective Earth + Neutral).
Trong hệ thống TN-C, sự cố chạm vỏ cũng là sự cố ngắn mạch, dòng sự cố về
nguồn theo dây trung tính, bị cắt nhanh bằng khí cụ cắt dịng ngắn mạch, mà khơng phải
5
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
thêm nhiều khí cụ giám sát bảo vệ bồ sung mắc tiền.
2.1.1.1 Sơ đồ TN-S
-
T (Terrestial): điểm trung tính được
trực tiếp nối đất.
-
N (Neutral): vỏ kim loại được nối đất
với điểm trung tính N (đã nối đất) của
nguồn điện.
-
S (Separated): dây trung tính N và dây
bảo vệ PE của hệ thống dùng hai dây riêng biệt.
Hình 2-4 Sơ đồ nối đất TN-S
Trong sơ đồ TN-S, Dây trung tính và dây bảo vệ là hai dây riêng. Dây trung tính là
dây N, dây bảo vệ là dây PE, cùng suất phát từ điểm trung tính thứ cấp MBA. Dây N
chỉ được nối đất tại nguồn. Dây PE nối đất lặp lại càng nhiều càng tốt.
Hệ thống TN-S giải quyết một số nhược điểm của hệ thống TN-C như sau
-
Điện áp tiếp xúc thấp hơn.
-
Ít nguy hiểm hơn khi đứt dây trung tính.
-
Nhiễu điện từ ít hơn.
Đồng thời vẫn giữ được ưu điểm cơ bản của hệ thống TN: cắt nhanh sự cố chạm điện.
Cần lưu ý các điều kiện sau để có thể sử dụng sơ đồ hệ thống TN-S
-
Khả năng chịu điện áp của các thiết bị điện: chỉ cần chịu được điện áp pha của
nguồn (220V).
-
Điện trở các điện của hệ thống phải tốt > 500KΩ với mạng điện < 500V.
-
Độ dài đường dây cấp điện bị hạn chế.
-
Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ điện khi sự cố chạm đất hay ngắn mạch
xảy ra là 0.4s.
6
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
2.1.1.2 Sơ đồ TN-C-S
Hình 2-5 Sơ đồ nối đất TN-C-S
-
T (Terrestial): điểm trung tính được trực tiếp nối đất.
-
N (Neutral): vỏ kim loại được nối đất với điểm trung tính N (đã nối đất) của nguồn
điện.
-
C (Combined): dây trung tính và dây bảo vệ của hệ thống dùng chung một dây
(PEN), trong phần trước (gần nguồn) của hệ thống.
-
S (Separated): dây trung tính N và dây bảo vệ PE của hệ thống dùng hai dây phân
biệt, trong phần sau của hệ thống.
Trong hệ thống này, dây trung tính và dây bảo vệ là một dây chung (Pen) ở đầu nguồn,
sau đó rẽ ra làm hai dây riêng (N và PE).
Chú ý:
-
Trong một hệ thống TN-C-S, bố trí TN-S khơng được đặt trước (phía thượng nguồn)
đối với bố trí TN-C
-
Trong một hệ thống TN, bất cứ loại nào, không được thực hiện cho các tải có dây
nguồn có tiết diện nhỏ hơn 10 mm2. Ngoài ra, sơ đồ TN-C cấm thực hiện cho các thiết
bị cầm tay.
Đặc điểm của các hệ thống TN:
-
Độ tin cậy cấp điện: trung bình
-
Bảo vệ con người : tốt
-
Bảo vệ tài sản: kém, do bảo vệ chống cháy kém. Trong sơ đồ TN-C, dịng điện khơng
7
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
cân bằng đi trong dây PEN, đồng thời đi ra cả vỏ kim loại, làm cho bộ phận này nóng
lên (ở những chỗ lỏng lẻo), dễ phát sinh tia lửa điện. Cấm dùng hệ thống TN-C tại
nơi có nguy cơ cháy cao.
-
Độ kháng nhiễu điện từ: Kém. Trong sơ đồ TN-C, do dòng điện không cân bằng đi
trong dây PEN, gây ra nhiễu điện từ thường xuyên. Trong sơ đồ TN-S, dòng sự cố
chạm vỏ lớn, gây nhiễu điện từ lớn.
-
Chi phí: rẻ nhất.
Lưu ý khi sử dụng hệ thống TN:
-
Khả năng chịu điện áp của các thiết bị điện: chỉ cần chịu được điện áp pha (220) của
nguồn.
-
Phải dùng nối đất lặp lại cho hệ thống TN-C cho các thiết bị xa nguồn điện.
-
Độ dài đường dây cấp điện bị hạn chế.
-
Phải thường xuyên kiểm tra hệ thống nối đất của nguồn điện để có điện trở nối đất
đạt yêu cầu (R < 4Ω)
-
Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ bảo vệ khi có sự cố là 0.4s.
2.1.2. Sơ đồ TT
-
T (Terrestial): điểm trung tính
được trực tiếp nối đất
-
T (Terrestial): vỏ kim loại của hệ
thống được nối đất.
-
Dây trung tính N và dây bảo vệ PE
độc lập về điện trong toàn hệ thống.
Hình 2-6 Sơ đồ nối đất TT
Một hệ thống phân phối điện được gọi là có cấu hình nối đất TT, hay sơ đồ tiếp
địa TT, khi thỏa hai điều kiện:
- Trung tính của nguồn điện nối với đất bằng nối đất chức năng (nối đất công tác):
T(terrestial).
- Các bộ phận dẫn điện bình thường không mang điện của hệ thống được nối đất về
một hệ thống nối đất bảo vệ độc lập với nối đất công tác: T (terrestial).
8
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Ưu điểm quan trong của hệ thống TT:
Hệ thống TT có một ưu điểm căn bản và quan trọng nhất là: chống xâm nhập điện
áp từ phía cao thế rất tốt, vì nối đất bảo vệ ở phía hạ thế hoàn toàn riêng biệt, khơng có
điểm chung với nguồn điện.
Hệ thống TT kết hợp RCD là một hệ thống trở nên có ưu điểm nhiều nhất, và ngày
nay được sử dụng nhiều trong các hệ thống dân dụng. Hệ thống này được khuyên dùng
ở nhiều nước vì tỏ ra an toàn cho người sử dụng không chuyên, và an toàn cháy nổ.
2.2. Phương pháp tính phụ tải tính tốn.
2.2.1. Định nghĩa về phụ tải tính tốn:
Việc xác định phụ tải tính tốn giúp ta xác định được tiết diện dây dẫn (Sdd) đến
từng tủ động lực, cũng như đến từng thiết bị, giúp ta có số lượng cũng như cơng śt
máy biến áp của phân xưởng, ta chọn các thiết bị bảo vệ cho từng thiết bị, cho từng tủ
động lực, cho tủ phân phối.
Để tính tốn thiết kế điện, trước hết cần xác định nhu cầu tải thực tế lớn nhất. Nếu
chỉ dựa vào việc cộng số học của tổng tải trên lưới, điều này sẽ dẫn đến khơng kinh tế.
Mục đích của chương này là chỉ ra cách gán các giá trị hệ số đồng thời và hệ số sử dụng
trong việc tính tốn phụ tải hiện hữu và thiết kế. Các hệ số đồng thời tính đến sự vận
hành khơng đồng thời của các thiết bị trong nhóm. Cịn hệ số sử dụng thể hiện sự vận
hành thường không đầy tải. Các giá trị của các hệ số này có được dựa trên kinh nghiệm
và thống kê từ các lưới hiện có.
Tải được xác định qua hai đại lượng :
+ Cơng Suất (KW)
+ Công Suất biểu kiến (KVA)
- Công suất đặt (KW):
Hầu hết, các thiết bị đều có nhãn ghi cơng suất định mức của thiết bị (P n). Công
suất đặt là tổng công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ điện trong lưới. Đây không
phải là công suất thực.
9
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Với động cơ, cơng suất định mức là công suất đầu ra trên trục động cơ. Công suất
đầu vào rõ ràng sẽ lớn hơn.
Các đèn Huỳnh Quang và phóng điện có Ballast có cơng suất định mức ghi trên
đèn. Công suất này nhỏ hơn công suất tiêu thụ bởi đèn và ballast.
- Công suất biểu kiến (KVA):
Công suất biểu kiến thường là tổng số học (KVA) của các tải riêng biệt. Phụ tải
tính tốn (KVA) sẽ không bằng tổng công suất đặt.
Công suất biểu kiến yêu cầu của một tải (có thể là một thiết bị) được tính từ cơng śt
định mức của nó (nếu cần, có thể phải hiệu chỉnh đối với các động cơ) và sử dụng các
hệ số sau:
𝜂 = 𝐻𝑖ệ𝑢 𝑠𝑢ấ𝑡 =
𝐾𝑊 𝑛𝑔õ 𝑟𝑎
(2.5)
𝐾𝑊 𝑛𝑔õ 𝑣à𝑜
𝑐𝑜𝑠𝜑 = ℎệ 𝑠ố 𝑐ô𝑛𝑔 𝑠𝑢ấ𝑡 =
𝐾𝑊
(2.6)
𝐾𝑉𝐴
Cơng śt biểu kiến u cầu của tải:
𝑆=
𝑃
(2.7 )
𝜂×𝑐𝑜𝑠𝜑
Thực ra thì tổng số KVA không phải là tổng số học các công suất biểu kiến của từng tải
(trừ khi có cùng hệ số cơng śt). Kết quả thu được do đó sẽ lớn hơn giá trị thực. Nhưng
trong thiết kế, điều này là chấp nhận được.
- Hệ số sử dụng Ksd:
Là tỉ số của phụ tải tính tốn trung bình với công suất đặt hay công suất định mức
của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày đêm,…)
+ Đối với một thiết bị:
+ Đối với một nhóm thiết bị:
𝐾𝑠𝑑 =
𝐾𝑠𝑑
𝑃𝑡𝑏
𝑃đ𝑚
𝑃𝑡𝑏
=
𝑃đ𝑚
10
(2.8)
=
∑
∑
𝑛
𝑖=1
𝑃𝑡𝑏𝑖
𝑛
𝑖=1
𝑃đ𝑚𝑖
(2.9)
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
- Hệ số đồng thời Kđt:
Là tỉ số giữa cơng śt tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung
cấp điện với tổng các cơng śt tác dụng tính tốn cự đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng
biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó:
𝐾đ𝑡 =
𝑃𝑡𝑡
(2.10)
∑𝑛
𝑖 𝑃𝑡𝑡𝑖
Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n đi vào nhóm
Kđt = 0.9 → 0.95 khi số phần tử n = 2 → 4
Kđt = 0.8 → 0.85 khi số phần tử n = 5 → 10
2.2.2. Phương pháp tính:
Nguyên tắc chung để tính PTTT của hệ thống là tính từ thiết bị điện ngược trở về
nguồn, tức là được tiến hành từ bậc thấp đến bậc cao của hệ thống cung cấp điện, và ta
chỉ cần tính tốn tại các điểm nút của hệ thống điện.
Mục đích của việc tính tốn phụ tải điện tại các nút nhằm:
- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ dưới 1000V
trở lên.
- Chọn số lượng và công suất máy biến áp.
- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối
- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ.
Tính tốn phụ tải tính tốn Ptt theo hệ số sử dụng Ksd và Kđt:
Dòng điện định mức của từng thiết bị: Áp dụng cơng thức :
𝐼đ𝑚 =
𝑃đ𝑚 .103
(2.11)
√3.𝑈đ𝑚 .𝑛.𝑐𝑜𝑠𝜑
Dịng điện làm việc của từng thiết bị: Ib = Iđm .Ksd
(2.12)
Dòng điện tải trong các dây dẫn : Ib (tổng) = Kđt . Ib
(2.13)
Phương pháp tính tốn Ptt hệ số sử dụng Ksd
𝑃𝑡𝑡 = 𝑘đ𝑡 × ∑𝑛𝑖=1 𝑘𝑠𝑑𝑖 . 𝑃đ𝑚𝑖
11
(w)
(2.14)
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Qtt = Ptt × tgφ (VAR)
(2.15)
Việc xác định Kđt (hệ số đồng thời) đòi hỏi sự hiểu biết chi tiết về lưới và điều kiện vận
hành của từng tải riêng biệt trong lưới do vậy khó có thể cho giá trị chính xác cho mọi
trường hợp.
2.3. Cải thiện hệ số công suất
Hình 2-7 Quá trình chuyển hóa về cơng suất
Tổng quan chung:
Khi một thiết bị tiêu hao một nguồn điện nghĩa là lúc đó thiết bị tiêu hao về cả P và Q.
Bảng 2-1 Công thức liên hệ giữa P,Q,S cho tải 1 pha và 3 pha
Đơn pha
S (kVA)
P(kW)
Q(kVar)
S= VI
P=VIcos𝜑
Q= VIsin𝜑
S = √3 UI
P = √3UIcos𝜑
Q= √3 UIsin𝜑
Ba pha
Ví dụ: Động cơ điện Pn = 51 KW, hiệu suất 0.91 suy ra Pđiện = 51/0.91 = 56 (kW)
Tại sao cần cải thiện hệ số công suất:
Giảm giá thành tiền điện:
Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là
giảm tiền điện. Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ
năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thoã
thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền
hàng tháng theo giá hiện hành.
Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố phí
12
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số cơng śt.
Tối ưu hố kinh tế - kỹ thuật
Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt
và cáp nhỏ hơn …đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các
thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần
đặt tụ cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng.
Lưu ý khi cải thiện hệ số cơng śt:
Tải mang tính cảm có hệ số cơng śt thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản
kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối. Do đó kéo theo tốn thất
cơng śt và hiện tượng sụt áp.
Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng đường đi
như thành phần cảm kháng của dòng tải. vì vậy hai dòng điện này sẽ triệt tiêu lẫn nhau
IC = IL. Như vậy khơng cịn tồn tại dịng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt
tụ.
Dung lượng bù:
- Dung lượng bù: Cosφ sau khi bù là 0,9 theo TT số:15/2014/TT-BCT
Qb = P (tgφ-tgφ')
với P(kW): công suất điện
tgφ: hệ số công suất trước khi bù.
tgφ': hệ số công suất sau khi bù.
13
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
2.4. Lựa chọn dây dẫn
Hình 2-8 Quá trình lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ
14
Khóa luận tốt nghiệp
SV: Nguyễn Văn Hiếu
Lựa chọn dây pha
Hình 2-9 Điều kiện lựa chọn dây pha
Cách lựa chọn dây dẫn phải thỏa mãn theo tiêu chuẩn IEC:
Ib ≤ In ≤ Iz ở zone a
I2 ≤ 1.45Iz ở zone b
Iscb ≥ Isc ở zone c
- Ib (A) : là dòng đầy tải.
- In (A) : dòng định mức của thiết bị bảo vệ.
- Iz (A) : khả năng mang dòng của dây dẫn tại điều kiện lắp đặt.
- I2 (A) : dòng hoạt động hiểu quả của thiết bị bảo vệ.
Lựa chọn dây bảo vệ.
Một số chú ý khi lắp đặt dây bảo vệ:
- Dây bảo vệ (PE) nối tất cả phần vỏ kim loại của
hệ thống về thanh nối đất chính
- Dây PE bọc cách điện có màu đặc trưng.
15
Hình 2-10 Dây N và PE
