Thiết kế cấp điện cho xưởng cơ khí trường Đh Công Nghiệp Tphcm (Cơ Sở 1)

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO XƢỞNG CƠ KHÍ TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TPHCM (cơ sở 1) SINH VIÊN LÊ VĂN HÙNG 14070831 THÂN HOÀNG PHƢƠNG 14073311 LÊ MẠNH CƢỜNG 14042201 LỚP DHDI10E GVHD GV LÂM TẤN CÔNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2018 Khóa luận tốt nghiệp Lê Văn Hùng Thân Hoàng Phƣơng Lê Mạnh Cƣờng i PHIẾU GIAO ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài (1) Lê Văn Hùng MSSV 14070831 (2) Thân Hoàng Phƣơng MSSV.

TỔNG QUAN CUNG CẤP ĐIỆN VÀ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Nội dung tính toán thiết kế

1.4.1 Thông số thiết bị trong toàn xưởng

STT Tên máy Số lƣợng

Hiệu suất Công suất điện (kw)

Bảng 1.1 : Thông số thiết bị trong phân xưởng

Hình 1.1 Mặt bằng phân xưởng

Tổng diện tích của xưởng thực hành cơ khí là 648 m 2 với kích thước chi tiết được thể hiện trên bản vẽ

Xác định phụ tải tính toán

+ Phân nhóm phụ tải của xưởng thực hành cơ khí

+ Tính phụ tải tính toán cho các nhóm thiết bị trong xưởng thực hành cơ khí Thiết kế mạng điện hạ áp cho xưởng thực hành cơ khí

+ Lựa chọn các phương án cấp điện

+ Lựa chọn các thiết bị cho xưởng thực hành cơ khí

Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ cho phân xưởng

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Phân nhóm phụ tải động lực

Quá trình thiết kế cung cấp thông tin chính xác về bố trí thiết bị, công suất và quy trình công nghệ của từng máy móc trong phân xưởng.

Chúng ta có thể phân chia phụ tải thành các nhóm và xác định phụ tải cho từng nhóm Sau đó, tiến hành tính toán phụ tải tổng cho toàn bộ xưởng thực hành cơ khí.

Trong một phân xưởng, nhiều thiết bị hoạt động ở các chế độ khác nhau, do đó việc xác định phụ tải chính xác là cần thiết Để đạt được điều này, cần phân nhóm các thiết bị điện theo những nguyên tắc nhất định.

Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất cho các đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong cùng nhóm nên được sắp xếp gần nhau.

Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm thường tương đồng, giúp xác định chính xác phụ tải tính toán và thuận lợi trong việc lựa chọn phương thức cấp điện.

+ Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau

Trong thực tế, việc đảm bảo các nguyên tắc này là rất khó khăn, vì sự lựa chọn ưu tiên phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng nhóm phụ tải.

Xưởng thực hành cơ khí của trường được thiết kế chủ yếu để phục vụ giảng dạy và thực hành, do đó các thiết bị có chức năng tương tự được phân loại vào cùng một nhóm Điều này giúp sinh viên dễ dàng thực hành và giảng viên thuận tiện hơn trong việc quản lý và hướng dẫn.

Kết quả phân nhóm được thể hiện dưới bảng

Bảng 2.1 : Thông số thiết bị theo nhóm

Nhóm Kí hiệu Tên máy Số lƣợng K sd Cosφ

1,1 Máy tiện vạn năng MA2160 3 0,18 0,6 8 24

2,2 Máy phay vạn năng BMT 6000F 2 0,18 0,7 16,3 32,6

Tính toán phụ tải động lực cho từng nhóm

Tính toán phụ tải điện là bước đầu tiên và quan trọng trong mọi dự án cung cấp điện, cung cấp dữ liệu cần thiết cho thiết kế lưới điện Giá trị phụ tải tính toán phản ánh chính xác phụ tải thực tế về hiệu ứng nhiệt, từ đó đảm bảo việc lựa chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ phù hợp.

Để tối ưu hóa việc cung cấp điện cho các thiết bị trong xưởng, cần thực hiện phân nhóm các thiết bị thành từng nhóm từ 8-16 thiết bị Mỗi nhóm sẽ được cấp điện từ một tủ động lực riêng, kết nối với một tủ phân phối chung Các thiết bị trong cùng một nhóm nên được đặt gần nhau và có chế độ làm việc tương đồng Số lượng thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều nhằm tránh làm phức tạp quá trình vận hành và giảm độ tin cậy trong việc cung cấp điện.

Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện như hệ số nhu cầu và hệ số tham gia cực đại Để thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí, với thông tin chính xác về mặt bằng thiết bị, công suất và quy trình công nghệ của từng thiết bị, chúng ta áp dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại K max và công suất trung bình P tb Phương pháp này còn được gọi là số thiết bị hiệu quả n hq hay phương pháp sắp xếp biểu đồ, giúp tổng hợp nhóm phụ tải động lực một cách hiệu quả.

Phương pháp xác định phụ tải phân xưởng được áp dụng khi đã nắm rõ thông tin về đối tượng sử dụng điện, bao gồm diện tích phân xưởng, sơ đồ bố trí thiết bị, máy móc, cũng như chủng loại và công nghệ của từng thiết bị Để thực hiện việc này, cần tiến hành các bước cụ thể nhằm tính toán và đánh giá chính xác phụ tải.

 Bước 1: Chia nhóm phụ tải

Nên bố trí các máy đặt gần nhau, có cùng chủng loại, công suất tương đương nhau vào một nhóm

 Bước 2: tính công suất tác dụng của từng nhóm máy

Với các nhóm máy có số máy 4, phụ tải tính toán đƣợc xác định:

+ K sd : hệ số sử dụng của nhóm máy

+ K max : Hệ số cực đại, tra theo đại lƣợng K sd và số thiết bị hiệu quả n hq

+ n hq : Số thiết bị hiệu quả

Số thiết bị hiệu quả đƣợc xác định theo trình tự sau:

+ Xỏc định số thiết bị cú cụng xuất ẵ thiết bị cú cú cụng suất lớn nhất trong nhúm: n 1

+ Xác định P n1 là tổng công suất của n 1 thiết bị nói trên

Trong đó P∑ là tổng công suất của các thiết bị trong nhóm, tra theo và Xác định heo biểu thức = n

* Lưu ý: nếu trong nhóm có thiết bị một pha phải quy đổi về 3 pha

 Bước 3: Tính cosφ TR và tgφ TR của nhóm

 Bước 4: Tính Qtt của nhóm

Q tt = P tt tgφ TR (Var)

 Bước 5: tính công suất toàn phần của từng nhóm

 Bước 6: Tính dòng điện tính toán của nhóm

Trong phần tính toán cho mỗi nhóm ta sử dụng

1 Bảng tra : Bảng 3.1, trang 31, chương 3 (CUNG CẤP ĐIỆN của Nguyễn Xuân Phú, NXB khoa học và kĩ thuật)

2 Bảng tra trị số K max : Phụ lục I.6 trang 256 ( THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN của Ngô Hồng Quang và Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kĩ thuật, Hà Nội-

Bảng thông số sau khi tra và chọn

(kw) cosφ tanφ n k sd n 1 n 1 /n p 1 p 1 /p n* hq n hq K max

Bảng 2.2 : Các thông số liên quan sau khi tra và chọn

Tính toán theo từng nhóm

Kí hiệu trên mặt bằng

Tên máy Số lƣợng K sd Cosφ

Tổng công suất điện (kw)

Bảng 2.3 : Thông số máy theo nhóm 1

= 0.33 Tra bảng ta đƣợc 0.83 => n hq = 0.83 x 16.28

Tra bảng ta đƣợc K max 1.67

Từ giá trị K max và K sd ta có thể tính đƣợc giá trị công suất tính toán của nhóm phụ tải từ công thức

Công suất phản kháng tính toán:

Công suất tính toán toàn phần:

TÍNH TƯƠNG TỰ VỚI CÁC NHÓM CÕN LẠI, TA CÓ BẢNG :

Nhóm P tt =K max *K sd *P Qt =P tt *tanφ S tt I tt

Bảng 2.4 : Kết quả tính toán phụ tải theo nhóm

Tính toán chiếu sáng cho xưởng thực hành cơ khí

Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng a) Kích thước:

Chiều dài : a = 24 m Chiều rộng: b = 27 m Chiều cao : c = 3.5 m Diện tích: S = 648 m 2 b) Màu sơn :

12 c) Độ rọi yêu cầu: (Theo TCVN 7114 : 2002) Ta chọn 500 lux d) Thông số bộ đèn:

Mã hiệu bộ đèn Philip TBS 769 3×14W C7

Quang thông ( ) bộ đèn 3×1200lm

Công suất bộ đèn (PBĐ) 77W

Hiệu suất cấp bộ đèn 0.73C+0.00T

Bảng 2.5 :Thông số bộ đèn e) Chọn hệ chiếu sáng : Chung đều f) Phân bố bộ đèn :

 Chiều cao treo đèn so với bề mặt làm việc : 2,7 m g) Chỉ số địa điểm:

- Với chỉ số địa điểm K = 4.7 hệ số sử dụng U d = 0,78

- Tra bảng thông số bộ đèn ta có cấp, hiệu suất bộ đèn là: (0,73C + 0,00T) Vậy hiệu suất trực tiếp của bộ đèn là : = 0,73

U= d u d  i u i = 0,7 x 0.78 = 0,57 i) Hệ số bù : Ta tra bảng PL5.2.2 ( Sách Đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện) ta có d = 1,25 j) Tỉ số treo: k) Quang thông tổng :

 l) Xác định số bộ đèn :

- Chọn 196 bộ đèn m) Kiểm tra sai số quang thông:

Phù hợp trong khoảng cho phép (-10% đến +20%)

Kết luận: Chọn 189 bộ đèn n) Kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc sau 1 năm:

 Để thuận tiện cho việc lắp đặt, ta chọn số bộ đèn là 196 đèn huỳnh quang có gắn tụ Cos φ =0.93, tan φ = 0.4

Phụ tải chiếu sáng là thiết bị 1 pha sử dụng điện áp pha nên dòng điện đƣợc tính theo công thức

: công Suất chiếu sáng (W/ ) Ở đây ta chọn (W/ )

Phân bố bóng đèn làm 14 dãy 1 dãy 14 bóng

Line 1 gồm 5 dãy gồm 70 bộ đèn công suất tổng 5390 Kw

Công suất toàn xưởng thực hành cơ khí

Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí là :

Nhóm P tt (kw) Q tt (KVAr) S tt (KVA ) I tt (A)

Bảng 2.6 : Kết quả tính toán phụ tải theo nhóm

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO XƯỞNG THỰC HÀNH

Ý nghĩa của việc xác định tâm phụ tải

Đặt tủ động lực hoặc tủ phân phối ở tâm phụ tải giúp cung cấp điện hiệu quả với tổn thất điện áp và công suất tối thiểu, đồng thời đảm bảo chi phí hợp lý Tuy nhiên, vị trí lắp đặt cũng cần xem xét đến yếu tố mỹ quan.

Xác định tâm phụ tải

Tâm phụ tải là vị trí quan trọng trong mặt bằng phụ tải, nơi đặt tủ phân phối chính hoặc trạm biến áp Tại điểm này, các chi phí liên quan đến kim loại màu, tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp được xem là rất nhỏ.

Chọn hệ trục tọa độ Oxy với gốc tọa độ ở góc dưới bên trái; trục tung oy song song với cạnh rộng của mặt bằng phân xưởng, trong khi trục ox song song với cạnh dài của mặt bằng phân xưởng.

Dựa vào hệ trục toạ độ ta xác định đƣợc tâm phụ tải của từng nhóm máy và của toàn phân xưởng

Công thức xác định tâm phụ tải:

, : Tọa độ của điểm tải thứ i

:Công suất của điểm tải thứ i

X,Y: Tọa độ của trạm biến áp phân phối

SƠ ĐỒ PHÂN BỐ PHỤ TẢI

Hình 3.1 : Mặt bằng phân xưởng

Ta tiến hành tính tâm phụ tải của từng nhóm

1 1.1.1 Máy tiện vạn năng MA2160 11,07 13,57 8

Bảng 3.1 : Bảng tọa độ phụ tải trong nhóm 1

∑ = 8.0 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 1 (DL1) ở vị trí có tọa độ: X =0 ,

Tên máy Y(mm) X (mm) P (Kw)

11 2.2.1 Máy phay vạn năng BMT 6000F 4,5 7 16,3

12 2.2.2 Máy phay vạn năng BMT 6000F 2,6 5,1 16,3

= ∑ ∑ ( ) = 6.9 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 2 ở vị trí có tọa độ: X = 4.15 m, Y = 0

= ∑ ∑ ( ) = 3 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 3 ở vị trí có tọa độ: X 5 m, Y = 0 m

∑ = 4.5 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 4 ở vị trí có tọa độ: X = 27m, Y 2.1m

Bảng 3.5 : Bảng tọa dộ phụ tải trong nhóm 5

∑ = 11.2 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 5 ở vị trí có tọa độ: X = 27, Y = 10.2 m

∑ = 15,3 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 6 ở vị trí có tọa độ: X = 27 m,

Từ tọa độ tâm phụ tải của các nhóm, có thể xác định vị trí tối ưu để lắp đặt máy biến áp và tủ phân phối tổng (TPPT).

∑ ∑ ∑ ∑ ∑ = 6,1 (m) Để tiện lợi và thẩm mỹ, ta đặt tủ động lực nhóm 1 ở vị trí có tọa độ: X & m, Y = 0

Chọn phương án cấp điện cho xưởng thực hành cơ khí

 Chọn phương án cung cấp điện

 Những yêu cầu của bản thiết kế cấp điện

Độ tin cậy cấp điện là yếu tố quan trọng đảm bảo liên tục cung cấp điện cho hộ tiêu dùng, phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải Các công trình quốc gia như Hội trường Quốc hội, Nhà khách Chính phủ và ngân hàng cần có nguồn điện ổn định, không để xảy ra mất điện trong bất kỳ tình huống nào Đối với các nhà máy, xí nghiệp, việc lắp đặt máy phát điện dự phòng là cần thiết để duy trì hoạt động sản xuất khi mất điện lưới Khách sạn cũng nên cân nhắc việc trang bị máy phát điện dự phòng, tuy nhiên, quyết định này thuộc về phía khách hàng Các khu dân cư và nhà cao tầng có thang máy cần có máy phát điện dự phòng để đảm bảo an toàn Những hộ gia đình có khả năng tài chính cũng nên xem xét lắp đặt máy phát điện để nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện.

Chất lượng điện được đánh giá qua tần số và điện áp, trong đó tần số được điều chỉnh bởi cơ quan quản lý hệ thống điện quốc gia Tại Việt Nam, tần số duy trì trong khoảng 49,5 - 50,5 Hz Nhà thiết kế cần đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng, với yêu cầu lưới điện trung áp và hạ áp chỉ cho phép dao động điện áp quanh giá trị định mức ±5% (Uđm ±5%).

Việc lắp đặt hệ thống cấp điện cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định an toàn và hiểu rõ môi trường cũng như đặc điểm của đối tượng cấp điện Bản vẽ thi công phải chính xác, chi tiết và cung cấp đầy đủ chỉ dẫn cụ thể Khâu lắp đặt đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến tính an toàn của hệ thống, vì nó có thể dễ dàng bị làm ẩu hoặc không tuân thủ thiết kế và quy định an toàn.

Trong thiết kế hệ thống cấp điện cho xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, có nhiều phương án cần xem xét, như việc lắp đặt máy phát điện dự phòng hay không, lựa chọn giữa đường dây trên không và cáp ngầm, cũng như hình thức tuyến đường dây Mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm riêng, thường dẫn đến mâu thuẫn giữa yếu tố kinh tế và kỹ thuật Phương án có chi phí cao thường mang lại độ tin cậy và chất lượng điện tốt hơn Để đánh giá tính kinh tế của các phương án, cần xem xét hai yếu tố chính: vốn đầu tư và chi phí vận hành Phương án tối ưu không chỉ là phương án có vốn đầu tư thấp nhất, mà là phương án cân bằng giữa hai yếu tố này, nhằm rút ngắn thời gian thu hồi vốn đầu tư.

 Các phương án cung cấp điện

 Sơ đồ mạng trục chính:

Hình 3.2 : Sơ đồ mạng trục chính Đặc điểm:

+ Các phụ tài được đấu nối chung từ một đường trục

+ Chi phí đầu tư, bão dưởng, vận hành cao, độ tinh cậy cung cấp điện thấp

+ Thường xảy ra sự cố trên đường dây

+ Có nhiều mối nối các phụ tải phụ thuộc vào nhau

 Sơ đồ mạng điện hình tia:

Hình 3.3 : Sơ đồ mạng hình tia Đặc điểm:

+ Mỗi phụ tải được cung cấp một đường dây riêng biệt

+ Chi phí vận hành, bào dưởng, đầu tư cao

+ Độ tinh cậy cung cấp điện cao

+ Các phụ tải không phụ thuộc vào nhau

+ Để lắp đặt thêm đường dây dự phòng

Hình 3.4 : Sơ đồ mạch vòng

+ Các phụ tải đƣợc cung cấp điện từ các nguồn khác nhau

+ Các nguồn đƣợc nối thành vòng kính vận hành hờ

+ Chi phí đầu tư, bào dưởng, vận hành cao

+ Độ tinh cậy cung cấp điện cao nhất

+ Khó trong việc lựa chọn thiết bị

3.2.2 Phân tích và lựa chọn phương án cấp điện cho xưởng thực hành cơ khí

Mạng điện hạ áp ở đây đƣợc hiểu là mạng động lực hoặc chiếu sáng trong phân xưởng với cấp điện áp thường là 380/220 V

Sơ đồ nối dây của mạng động lực có hai dạng cơ bản là mạng hình tia và mạng phân nhánh và ƣu khuyết điểm của chúng nhƣ sau:

Sơ đồ hình tia có ưu điểm nổi bật là khả năng nối dây rõ ràng, với mỗi hộ tiêu thụ điện được cấp từ một đường dây riêng, giúp giảm thiểu ảnh hưởng lẫn nhau và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện Phương pháp này cũng dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đồng thời thuận tiện trong việc vận hành và bảo quản Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của sơ đồ này là yêu cầu vốn đầu tư cao, do đó, nó thường được áp dụng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và loại 2.

Sơ đồ phân nhánh có những ưu và khuyết điểm trái ngược với sơ đồ hình tia, do đó, loại sơ đồ này thường được áp dụng để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 2 và 3.

Trong thực tế, việc kết hợp hai dạng sơ đồ cơ bản thành sơ đồ hỗn hợp là phổ biến nhằm nâng cao độ tin cậy và linh hoạt Để đạt được điều này, người ta thường thiết lập các mạch dự phòng chung hoặc riêng.

Dựa trên ưu nhược điểm của các loại sơ đồ điện, chúng tôi quyết định chọn sơ đồ hình tia kết hợp với phương án đi dây ngầm để cung cấp điện cho xưởng thực hành cơ khí Lựa chọn này không chỉ đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật mà còn phù hợp với các đặc điểm của phân xưởng.

3.2.3 Sơ đồ nguyên lí của xưởng thực hành cơ khí

Hình 3.5 : Sơ đồ nguyên lý xưởng thực hành cơ khí

CB: thiết bị đóng cắt tự động (Aptomat)

L: chiều dài các đoạn dây

TPPT: Tủ phân phối tổng

DL1  DL6: các tủ động lực cung cấp điện cho các nhóm phụ tải

Nhóm 1  Nhóm 6: Các nhóm phụ tải của phân xưởng

SƠ ĐỒ ĐI DÂY CHO TOÀN PHÂN XƯỞNG

Hình 3.6 : Mặt bằng đi dây và thiết bị cho phân xưởng

TPP1->TPP6: Các tủ động lực từ 1 đến 6

3.2.4 Xác định dung lƣợng tụ bù và chọn máy biến áp

Xác định dung lƣợng tụ bù

Dung lƣợng bù cần thiết cho nhà máy đƣợc xác định nhƣ sau:

Q bù = P tt (tg -tg ) (kVAr)

P tt: phụ tải tác dụng tính toán kW

: Góc ứng với hệ số công suất trung bình trước khi bù cos =0.70 => tg =1.006

Hệ số công suất trung bình sau khi bù đạt giá trị cos = 0.93, tương ứng với tg = 0.4 Để nâng cao cos𝝋 mà không cần thiết bị bù, hệ số α được xác định là 0.9, tuy nhiên có thể chọn α = 1 để tối ưu hóa hiệu quả.

Dung lƣợng bù cần thiết cho nhà máy là:

Q bù = α.P tt (tg -tg ) ( kVAr) = 1*237.76*(1.4-0.006)4.08( kVAr )

Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, chịu trách nhiệm tiếp nhận và chuyển đổi điện năng giữa các cấp điện áp, đồng thời phân phối điện cho mạng lưới Mỗi trạm biến áp không chỉ có máy biến áp mà còn bao gồm nhiều thiết bị khác nhau để đảm bảo quá trình tiếp nhận và phân phối điện năng hiệu quả Các thiết bị ở phía cao áp được gọi là thiết bị phân phối cao áp, bao gồm máy cắt, dao cách ly và thanh cái, trong khi các thiết bị ở phía hạ áp được gọi là thiết bị phân phối hạ áp, bao gồm thanh cái hạ áp, aptômat, cầu dao và cầu chảy.

Kết cấu của trạm biến áp phụ thuộc vào loại, vị trí và công dụng của chúng Các trạm biến áp trung gian thường được xây dựng theo hai dạng chính.

Trạm biến áp ngoài trời bao gồm các thiết bị phân phối cao áp được lắp đặt bên ngoài, trong khi các thiết bị phân phối thứ cấp được bố trí trong các tủ điện hoặc trong nhà.

Trạm biến áp trong nhà là hệ thống mà toàn bộ thiết bị, bao gồm cả phần sơ cấp và thứ cấp, được lắp đặt trong không gian kín, đi kèm với các tủ phân phối tương ứng.

Tất cả các trạm biến áp cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

+ Sơ đồ và kết cấu phải đơn giản đến mức có thể

+ Dễ thao tác vận hành

+ Đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy với chất lƣợng cao

+ Có khả năng mở rộng và phát triển

+ Có các thiết bị hiện đại để có thể áp dụng các công nghệ tiên tiến trong vận hành và điều khiển mạng điện

+ Giá thành hợp lí và có hiệu quả kinh tế cao

Trong quá trình thiết kế, các yêu cầu có thể mâu thuẫn, do đó cần tìm ra giải pháp tối ưu thông qua việc giải quyết các bài toán kinh tế kỹ thuật.

Vị trí của trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện Nếu trạm biến áp quá xa so với phụ tải, điều này có thể gây ra sự giảm sút chất lượng điện áp và tăng tổn thất điện năng Ngược lại, việc đặt các trạm biến áp gần với các phụ tải phân tán có thể làm tăng số lượng trạm và chi phí cho đường dây cung cấp, dẫn đến giảm hiệu quả kinh tế tổng thể.

Lựa chọn phương pháp tính tiết diện dây dẫn chọn CB

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý đi dây tới các tủ phân phối

CB: Thiết bị đóng cắt tự động (Aptomat)

L: Chiều dài các đoạn dây

DL1  DL6: Các tủ động lực cung cấp điện cho các nhóm phụ tải

Nhóm 1  Nhóm 6: Các nhóm phụ tải của phân xưởng

Tiết diện dây trung lấy lớn hơn hoặc bằng 0.5 tiết diện dây pha Ở đây ta lấy tiết diện dây trung tính bằng tiết diện dây pha

 Các bước để xác định tiết diện dây dẫn:

 Bước 1: Xác định dòng điện tính toán

Bước 2 trong quy trình lắp đặt điện là xác định các điều kiện cần thiết, bao gồm phương thức lắp đặt, số pha, loại vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, và loại dây dẫn, chẳng hạn như dây hoặc cáp một lõi hay cáp nhiều lõi.

 Bước 3: Xác định các hệ số hiệu chỉnh:

K: là hệ số hiệu chỉnh dây đƣợc trình bày nhƣ sau:

Hệ số hiệu chỉnh bao gồm:

K1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đối với dây đi trong không khí

K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đối với dây đi trong đất K3 : Hệ số hiệu chỉnh theo tính chất đất

Hệ số hiệu chỉnh K4 được áp dụng dựa trên kiểu lắp đặt và số lượng cáp đặt gần nhau Để tra cứu các hệ số K1 và K2, người dùng có thể tham khảo bảng G12 và G13 trên trang G11 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC.”

K3 tra bảng G15 trang G12 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “

K4 tra bảng G16 trang G12 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “

Để xác định dòng điện tải hiệu dụng và khả năng mang tải của cáp, bạn cần áp dụng công thức từ trang G10 trong sách "Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC".

Để xác định tiết diện của cáp hoặc dây dẫn S (mm²) và dòng cho phép mang tải Iz (A), bạn cần tra cứu bảng G22, trang G17 hoặc G21a, trang G16 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC”.

 Bước 6: Chọn dây trung tính và dây PE Tra bảng G58, trang G38 trong sách

“Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “

Tính toán chọn tiết diện dây dẫn

Lựa chọn loại dây cho toàn xưởng là cáp lõi đồng cách điện PVC loại mềm đặt cố định do CADIVI chế tạo

Từ giá trị dòng điện cho phép ta có thể tra bảng G21a ở trang G16 trong sách

“Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “

Ký hiệu dây dẫn hạ áp : Vật liệu cách điện (m.F+1 )

+ tiết diện dây trung tính

Lựa chọn dây dẫn cho tủ phân phối và tủ động lực

- Với đoạn từ MBA đến TPPT ( ) Ta có:

 Xác định các điều kiện:

 Phương thức lắp đặt: Cáp đa lõi gồm 3 dây dẫn cho 1 pha đặt trong dây cáp đi trong đất (Phương thức lắp đặt A1)

Tra bảng G13, trang G11 (trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “) ta đƣợc hệ số hiệu chỉnh k2 = 0.89

 Tính chất của đất: Khô

Tra bảng G15, trang G12 (trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “) ta đƣợc hệ số hiệu chỉnh k3 = 1

 Có 3 dây dẫn cho 1 pha:

Tra bảng G16, trang G12 (trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “) ta đƣợc hệ số hiệu chỉnh k4= 0,7

Dòng điện tải hiệu dụng, hay khả năng mang tải của cáp, được xác định theo công thức trong trang G10 của sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế” Việc áp dụng đúng công thức này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế hệ thống điện.

Dòng điện tải hiệu dụng của mỗi cáp đơn trong 1 pha là (A).

Trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC”, trên trang G17, bảng G22 chỉ ra rằng cáp có tiết diện 185 mm² cho phép dòng tải tối đa của mỗi dây dẫn là I z = 304 A.

Chọn dây trung tính và dây PE theo tiêu chuẩn quốc tế IEC Tham khảo bảng G58 và trang G38 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện” để xác định tiết diện dây pha S phù hợp.

= 185 mm 2 > 50 mm 2 nên ta chọn S PE S ph / 2 = 185 / 2 = 93 (mm²) Đoạn dây từ TPPT đến ĐL1

Phương thức lắp đặt cáp đa lõi bao gồm 1 dây dẫn cho 1 pha, được đặt trong dây cáp theo hình thức hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng, được gọi là phương thức lắp đặt E.

 Vật liệu dẫn điện: Đồng (Cu)

 Vật liệu cách điện (PVC)

 Xác định các hệ số hiệu chỉnh:

 Có 1 dây dẫn cho 1 pha: có 5 mạch đi chung

Tra bảng G16, trang G12 (trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC “) ta đƣợc hệ số hiệu chỉnh k4 = 0,75

Dòng điện tải hiệu dụng, hay khả năng mang tải của cáp, được xác định theo công thức trang G10 trong sách "Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế" Việc áp dụng đúng công thức này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế hệ thống điện.

Theo bảng G21 và trang G16 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC”, cáp có tiết diện 35 mm² được chọn, với dòng cho phép mang tải của mỗi dây dẫn là I z = 126 A.

Chọn dây trung tính và dây PE theo tiêu chuẩn quốc tế IEC Dựa vào bảng G58 và G38 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện”, với tiết diện dây pha S ph = 35 mm², ta tính được S PE = S ph / 2 = 17 mm² Đoạn dây từ TPPT đến ĐL2 cần được xác định rõ ràng.

Phương thức lắp đặt cáp đa lõi bao gồm một dây dẫn cho mỗi pha, được đặt trong dây cáp theo hình thức hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng, gọi là phương thức lắp đặt E.

Dòng điện tải hiệu dụng, hay khả năng mang tải của cáp, được xác định theo công thức trang G10 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế” Việc áp dụng đúng công thức này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế hệ thống điện.

Trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC”, tại bảng G21 và trang G16, chúng ta chọn tiết diện cáp 50 mm² với dòng cho phép mang tải của mỗi dây dẫn là Iz = 153 A.

Chọn dây trung tính và dây PE theo bảng G58, trang G38 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC” Với tiết diện dây pha S ph = 50 mm², ta tính được S PE = S ph / 2 = 25 mm² Đoạn dây được sử dụng từ TPPT đến ĐL3.

Phương thức lắp đặt cáp đa lõi bao gồm một dây dẫn cho một pha, được đặt trong dây cáp theo hàng đơn nằm ngang hoặc trên máng đứng, theo phương thức lắp đặt E.

 Vật liệu cách điện (PVC)

 Xác định các hệ số hiệu chỉnh:

Dòng điện tải hiệu dụng, hay còn gọi là khả năng mang tải của cáp, được xác định dựa trên công thức trang G10 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế” Việc hiểu rõ về dòng điện tải hiệu dụng là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong thiết kế hệ thống điện.

Theo bảng G21 và trang G16 trong sách "Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC", chúng ta chọn tiết diện cáp 50 mm², với dòng cho phép mang tải của mỗi dây dẫn là I z = 153 A.

Chọn dây trung tính và dây PE theo tiêu chuẩn quốc tế IEC Dựa vào bảng G58, trang G38 trong sách “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện”, với tiết diện dây pha S ph = 50 mm², ta tính được S PE = S ph / 2 = 25 mm² Đoạn dây cần thiết kế là từ TPPT đến ĐL4.

Chọn CB (APTOMAT)

Hình 3.8 : Sơ đồ tính ngắn mạch

MCCB: thiết bị đóng cắt tự động (Aptomat)

L: chiều dài các đoạn dây

DL1  DL6: các tủ động lực cung cấp điện cho các nhóm phụ tải

Nhóm 1  Nhóm 6: Các nhóm phụ tải của phân xưởng Để tính ngắn mạch hạ áp cho phép lấy kết quả gần đúng bằng cách cho trạm biến áp phân phối là nguồn, trong tổng trở ngắn mạch chỉ cần kể từ tổng trở biến áp đến điểm cần tính ngắn mạch

Dòng điện ngắn mạch tại máy biến áp (1 máy biến áp)

Dòng điện ngắn mạch 3 pha tại một điểm bất kì đƣợc tính theo công thức:

P : Công suất định mức của máy biến áp (KVA)

: dòng ngắn mạch (A) Điện áp ngắn mạch (%)

: Điện áp dây phía thứ cấp khi không tải (V)

Tổng trở từ nguồn đến điểm ngắn mạch bao gồm tổng trở của biến áp, tổng trở của đường dây, tổng trở của CB và tổng trở của thanh cái Đây là tổng số học các trở kháng và cảm kháng của các phân đoạn dẫn đến phụ tải.

Các giá trị thông dụng của đƣợc cho trong bảng

Công suất định mức máy biến áp (KVA)

(%) Máy biến áp dầu Máy biến áp khô

Bảng 3.9 : Bảng giá trị thông dụng của USC

Tính ngắn mạch tại điểm

X TG : : điện kháng thanh góp 0.15 (mΩ/m)

Bỏ qua điện trở thanh góp

√ = 12 (KA) Tính tương tự cho các nhóm còn lại ta được:

DL L(m) Điên trở R (mΩ) Điện kháng X (mΩ) Điện trở

Bảng 3.10 : Kết quả tính ngắn mạch cho từng nhóm

3.5.2 Chọn CB (APTOMAT) cho xưởng thực hành cơ khí

CB (Aptomat) là máy cắt hạ áp với chức năng bảo vệ và đóng cắt mạng điện, bao gồm hai phần tử bảo vệ: cuộn điện từ và rơle nhiệt Cuộn điện từ bảo vệ chống dòng ngắn mạch, trong khi rơle nhiệt bảo vệ chống quá tải CB (Aptomat) có đặc tính bảo vệ tương tự như cầu chì nhưng vượt trội hơn nhờ tính chắc chắn, tin cậy và an toàn Nó có khả năng đóng cắt đồng thời 3 pha và tự động hóa cao, do đó, dù giá cao hơn, CB (Aptomat) ngày càng được ưa chuộng trong lưới điện hạ áp.

- Lựa chọn CB cho tủ phân phối và tủ động lực

CB hạ áp chủ yếu bao gồm MCCB, loại cầu dao vỏ đúc được sản xuất theo cấu trúc ba pha MCCB thường được thiết kế với ba cực, bao gồm ba dây vào và ba dây ra, phù hợp cho việc cung cấp điện cho các tải lớn.

MCB (Mini A Ture Circuit Breaker) là loại cầu dao hạ áp chuyên dùng để bảo vệ các mạch điện có công suất nhỏ MCB có hai loại chính: loại 1 pha với 2 cực và loại 3 pha với 3 cực, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong hệ thống điện.

Loại RCCB hay ELCB (Earth leakage circuit breaker) có tính năng của các loại

CB trên nhƣng nó còn có tính năng bảo vệ chống dòng rò bảo vệ an toàn cho con người

Khi lựa chọn cầu dao (CB) để bảo vệ các thiết bị hạ áp trong mạng điện phân xưởng, cần xem xét những ưu điểm của từng loại CB Việc chọn CB phù hợp không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện.

I đmCB (A) Dòng định mức của tải

Iz (A) : khả năng mang dòng của dây dẫn

I SC Dòng cắt định mức của tải

I sc CB (A): Dòng định mức của thiết bị bảo vệ

U dmCB Điện áp định mức của thiết bị báo vệ

U dm lưới Điện áp định mức của thiết bị

Lựa chọn CB0: Điều kiện chọn:

CB0 là CB tổng có dòng điện phụ tải chạy qua là I tt Q1 (A) ta chọn ECCB loại NV630 do Mistubishi chế tạo với các thông số nhƣ sau:

Tương tự tính được thông sô các CB còn lại

Thông số tủ Thông số MCCB của Mishibishi

Bảng 3.11 : Kết quả chọn thết bị bảo vệ cho các tủ động lực

Chọn Aptomat cở nhỏ điện áp 220/400V, (KA) loại NF63-CV / SNF63-

HV do Mitsubishi chế tạo cho toàn bộ máy động lực 1 pha và 3 pha trong phân xưởng

1 Máy phay BMT 6000F 41,62 60 Mitsubishi SNF63 -HV 50

2 Máy tiện Washino M51 5,14 34 Mitsubishi SNF63 -HV 10

3 Máy tiện MA160 20,26 34 Mitsubishi SNF63 -HV 25

4 Máy tiện FSML - 1440VE 8,1 34 Mitsubishi SNF63 -HV 10

5 Máy khoan 3,01 34 Mitsubishi NF63 -CV 10

6 Máy mài 2,02 34 Mitsubishi NF63 -CV 10

7 Chiếu sáng 35 63 Mitsubishi NF63 -CV 50

Bảng 3.12 : Kết quả chọn thiết bị bảo vệ cho từng phụ tải

Bảng chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho mạng phân phối và phụ tải chiếu sáng

Tên các tủ Đường dây ( ) Thiết bị bảo vệ

TPP1 PVC (3.35+1.35 Misubishi NV125-CV(HS)*

TPP2 PVC (3.50+1.50) Misubishi NV250-CV(HS)*

Chiếu sáng PVC (3.10+1.10) Mitsubishi SNF63 HV

Bảng 3.13 : Kết quả chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho từng tủ phân phối

Bảng chọn dây dẫn và thiết bị bảo vệ cho phụ tải động lực

Thông số động cơ Dây Thông số CB

Chọn dây Tên CB I dm

(A) Máy phay BMT 6000F 41,62 PVC (3.10+1.10) Mitsubishi SNF63 HV 50 Máy tiện Washino M51 5,14 PVC (3.4+1.4) Mitsubishi SNF63 HV 10 Máy tiện MA160 20,26 PVC (3.4+1.4) Mitsubishi SNF63 HV 25

8,1 PVC (3.4+1.4) Mitsubishi SNF63 HV 10 Máy khoan 3,01 PVC (3.4 +1.4) Mitsubishi NF63 CV 10

Máy mài 2,02 PVC (3.4+1.4) Mitsubishi NF63 CV 10

-Ký hiệu thông số đường dây:

Vật liệu cách điện (số dây pha.tiết diện dây pha+tiết diện dây trung tính)

Tên hãng sản xuất+mã hiệu CB

Hình 3.9 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho các tủ động lực

Hình 3.10 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho phụ tải nhóm 1

Hình 3.11 : Sơ đồ cấp điện cho các phụ tải trong nhóm 2

Hình 3.12 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho phụ tải trong nhóm 3

- Ký hiệu đường dây được ký hiệu theo thứ tự sau:

Vật liệu cách điện+(số dây ph-tiết diện dây pha+tiết diện dây trung tính)

(Theo sách “SỔ TAY LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ 0.4 ĐẾN

500Kv” của tác giả NGÔ HỒNG QUANG)

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

Tụ điện

Là thiết bị tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp nên có thể sinh ra công suất Q cung cấp cho mạng điện Ƣu điểm:

+ Tổn thất công suất tác dụng nhỏ

Tụ điện được thiết kế với các đơn vị nhỏ, cho phép chúng ta linh hoạt ghép nối dần vào mạng điện theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất Điều này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng mà không cần tốn nhiều chi phí.

+ Tụ điện nhạy cảm với sự biến động điện áp đặt lên cực tụ điện

Tụ điện có cấu trúc không bền vững, dễ bị hư hỏng khi xảy ra sự cố ngắn mạch Khi điện áp vượt quá 110%, tụ điện có nguy cơ bị chọc thủng, do đó không nên vận hành trong điều kiện này.

Khi tụ điện được kết nối vào mạng, sẽ xuất hiện dòng điện xung Tuy nhiên, khi cắt tụ khỏi mạng, điện áp dư vẫn tồn tại trên cực của tụ, có thể gây ra nguy hiểm cho người sử dụng.

Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là một thiết bị làm việc ở chế độ không tải Ƣu diểm:

Máy bù đồng bộ được thiết kế gọn nhẹ và tiết kiệm chi phí hơn so với động cơ đồng bộ cùng công suất, do không có phụ tải trên trục của động cơ.

Máy bù đồng bộ không chỉ cung cấp công suất phản kháng mà còn có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng trong chế độ thiếu kích thích, giúp điều chỉnh điện áp trong mạng hiệu quả.

Máy bù đồng bộ có phần quay, điều này làm cho việc lắp ráp, vận hành và bảo quản trở nên khó khăn hơn so với tụ điện Động cơ không đồng bộ với rotor dây quấn có thể được đồng bộ hóa một cách hiệu quả.

Khi dòng điện một chiều được cung cấp cho rotor của động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ hoạt động như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp Điều này cho phép động cơ tạo ra công suất phản kháng, cung cấp cho mạng điện Tuy nhiên, loại máy bù này được đánh giá là kém hiệu quả và ít được sử dụng trong thực tế.

Vị trí và phân bố thiết bị bù trong mạng điện hình tia

Thiết bị bù có thể được lắp đặt trong mạng cao áp hoặc hạ áp, với nguyên tắc bố trí nhằm tối ưu hóa chi phí tính toán.

Máy bù đồng bộ do có công suất lớn nên nên thường đặt tập trung ở những nơi quan trọng trong hệ thống điện

Tụ điện có thể đặt ở mạng điện cao áp hoặc mạng điện áp thấp

Tụ điện áp cao đƣợc đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối

Tụ điện điện áp thấp đƣợc đặt theo 3 cách

+ Đặt tập chung ở phía thanh cái điện áp thấp của trạm BAPX

+ Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực

+ đặt phân tán ở từng phụ tải

4.3.1.1 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 đƣợc đóng trong thời gian tải hoạt động

- 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

Vì lý do này kích cỡ dây dẫn , công suất tổn hao không đƣợc cải thiện ở chế độ bù tập trung

4.3.1.2 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

Bộ tụ được kết nối vào tủ phân phối khu vực, giúp cải thiện hiệu suất nhờ vào việc bù nhóm, điều này thể hiện rõ nhất trên dây dẫn từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có lắp đặt tụ.

- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)

- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu

Kích thước dây cáp dẫn đến các tủ phân phối khu vực có thể được giảm bớt, hoặc với cùng một loại dây cáp, có khả năng tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.

- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực

- Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không được cải thiện với chế độ bù nhóm

- Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dƣ và kèm theo hiện tƣợng quá điện áp no.1

Hình 4.2 : Bù theo nhóm (khu vực)

Bù riêng nên đƣợc 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

- 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

Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện

Kết luận: Để đơn giản hóa quá trình tính toán và thuận tiện trong việc điều chỉnh dung lượng bù, chúng tôi quyết định lắp đặt thiết bị bù tập trung tại tủ phân phối tổng sau máy biến áp của xưởng Chúng tôi lựa chọn sử dụng tụ điện tĩnh, hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, nhằm tạo ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng, từ đó nâng cao hệ số công suất cos𝝋 cho xưởng thực hành cơ khí.

Dung lượng bù cần thiết cho phân xưởng được xác định như sau:

Q bù = α.P ttNM (tg -tg ) (kVAr)

P phụ tải tác dụng tính toán của nhà máy kW

Hệ số công suất trung bình sau khi bù đạt cos = 0.93, tương ứng với tg = 0.4 Hệ số α được xem xét để nâng cao cos𝝋 mà không cần thiết bị bù, với giá trị α = 0.9 (chọn α = 1).

Dung lượng bù cần thiết cho phân xưởng là:

Q bù = α.P ttNM (tg -tg ) kVAr

Dựa trên số liệu đã cung cấp, chúng ta lựa chọn tụ bù 25 KVAr/440V từ bảng catalog của nhà sản xuất Để đảm bảo bù đủ cho tải, cần sử dụng tổng cộng 6 tụ 25 KVAr, với tổng công suất phản kháng đạt được là:

6x250(KVAr) với 6 tụ bù này ta chọn bộ điều khiển 6 cấp

Hình 4.3 : Hình ảnh tụ bù

 Công suất tính toán sau khi bù công suất phản kháng:

4.3.2.1 Thiết kế tủ tụ bù

 Bù nền: khi Qc 15% S mba

 Bù tự động: khi Qc > 15% S mba

Các nguyên lý bù tự động (APFC: Automatic power factor control)

Bộ tụ bù bao gồm nhiều phần, mỗi phần được điều khiển bởi contactor Khi contactor được đóng, một số tụ sẽ được kết nối song song với tụ vận hành, cho phép điều chỉnh lượng công suất bù Nhờ vào việc đóng hoặc ngắt contactor, công suất bù có thể tăng hoặc giảm theo từng cấp một cách linh hoạt.

Bộ APFC bao gồm một rơle điều khiển, có chức năng kiểm soát hệ số công suất của mạng điện Rơle này thực hiện việc đóng mở các công tắc tơ tương ứng nhằm duy trì hệ số công suất ổn định cho mạng điện.

 Tụ điện đạt chuẩn đƣợc thiết kế theo chuẩn IEC 60439-1

 Bao gồm các cỡ tụ sau : 5 , 10 , 15 , 20 , 25 , 30, 40…

Khi lựa chọn tụ có công suất nhỏ, lượng công suất bù phản kháng sẽ trở nên mịn màng hơn Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến việc tiêu tốn nhiều cầu dao (CB) và contactor, vì vậy cần phải so sánh số lượng đầu ra phù hợp cho hệ thống điều khiển bù công suất tự động (APFC).

 Nhƣ vậy, khi chọn tụ bù, cần xác định số đầu ra của APFC và so sánh tính kinh tế

 Khi điện áp thay đổi, ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của tụ điện Ở mạng điện

Việt Nam sử dụng cấp điện áp 380V, tuy nhiên, hiện tượng cộng hưởng điện có thể làm tăng điện áp lên đến 410V Do đó, hiện nay, tụ điện được cung cấp với cấp điện áp 410V để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.

Lựa chọn dây dẫn, CB, contactor cho tụ bù

 Khi đóng tụ, dòng điện có thể tăng lên đến 1.5 In Ib = 38 x 1.5 = 57 (A)

 Tra bảng đi dây chọn dây có tiết diện là 25 (mm 2 )

Tương tự chọn dây 95( )dòng cho phép 238 (A) cho dây dẫn vào tụ bù

 Dây 1.5 mm 2 làm dây điều khiển contactor

 Dây 2.5 mm 2 làm dây từ CT (biến dòng) đến AFPC

Hình 4.1 : Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho tủ bù

NỐI ĐẤT

Mục đích và ý nghĩa của hệ thống nối đất

Trong một hệ thống điện an toàn, việc nối đất tất cả các vỏ kim loại là rất quan trọng Điều này được thực hiện thông qua các dây dẫn bảo vệ, nối các điểm kim loại không mang điện của hệ thống về điện áp chuẩn Zero của đất Hệ thống nối đất này bao gồm một hoặc nhiều điện cực kim loại được chôn sâu trong đất, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của hệ thống nối đất là điện trở nối đất R đ, với giá trị lý tưởng là 0Ω Để đảm bảo hiệu suất an toàn, trị số tối đa theo tiêu chuẩn là R đmax = 4Ω, và giá trị này càng nhỏ càng tốt.

Khi xảy ra sự cố chạm điện, Rđ nhỏ dẫn đến điện áp chạm đất U đ nhỏ, từ đó giảm thiểu điện áp tiếp xúc và tăng cường an toàn cho người sử dụng.

Dòng sự cố I đ có khả năng dẫn đường về đất, giúp khí cụ cắt mạch an toàn hoạt động hiệu quả, cách ly khu vực gặp sự cố khỏi mạng điện, từ đó bảo vệ an toàn cho cả con người và thiết bị.

5.1.2 Phân biệt các hệ thống nối đất

Ta cần phân biệt các hệ thống nối đất khác nhau:

 Hệ thống nối đất bảo vệ PE (Protective Earth)

Nối các vật dẫn bình thường không mang điện về một mức đẳng thế của đất Mục đích là để bảo vệ an toàn

Sau đây là sơ đồ một hệ thống nối đất bảo vệ và định nghĩa các bộ phận nó

Hình 5.1 : Sơ đồ hệ thống nối đất bảo vệ

Theo quy định của ngành, hệ thống nối đất bảo vệ (PE) phải có điện trở đất R đmax = 4Ω, được xác định bằng thiết bị đo điện trở tiếp đất, để đảm bảo đạt yêu cầu an toàn.

 Hệ thống nối đất chức năng (Functional Earth)

Trong hệ thống điện 3 pha 220/380/50Hz, các công ty điện lực thường thực hiện việc nối dây trung tính của nguồn điện với đất Hệ thống này được gọi là nối đất chức năng hoặc nối đất làm việc, nhằm đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.

Nối đất đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị điện Theo quy định của ngành điện lực, điện trở tiếp đất tối ưu cho hệ thống nối đất tại trạm biến áp là 4Ω, đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết.

Hệ thống nối đất chống sét LE là một phần thiết yếu trong các tòa nhà hiện đại Hệ thống này bao gồm các bộ phận và sơ đồ cấu tạo đặc biệt, giúp bảo vệ công trình khỏi tác động của sét.

Hệ thống nối đất chống sét nhằm mục đích dẫn điện tích khí quyển thu đƣợc từ kim thu sét qua dây dẫn sét dẫn trung hòa về đất

Theo quy phạm ngành xây dựng, điện trở của một hệ thống thu sét phải nhỏ hơn 10Ω

Hình 5.2 :Hệ thống nối đất LE

 Hệ thống nối đất công tác trạm viễn thông TSE (Telecom serivce Earth)

Trong các trạm viễn thông, việc thiết lập một hệ thống nối đất cho các thiết bị viễn thông là rất cần thiết, nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho các thiết bị thông tin điện tử.

Theo quy định trong ngành bưu chính viễn thông, điện trở tối thiểu của hệ thống nối đất cho một trạm viễn thông dao động từ 0.5Ω đến 10Ω, tùy thuộc vào quy mô và đặc điểm của trạm.

Trong việc phân tích mối liên hệ giữa hệ thống nối đất bảo vệ và cách nối dây trung tính trong hệ thống điện, người ta phân loại các hệ thống điện thành các sơ đồ nối đất TT, TN và IT Hệ thống TN được chia thành ba loại chính: TN-C, TN-S và TNC-S.

Hình 5.3 : Sơ đồ nối đất

Sơ đồ IT

 I (Isolated): điểm trung tính cách ly với đất (hoặc đƣợc nối đất qua một trở kháng lớn, vài ngàn Ohm)

 T (Terrestial): vỏ kim loại của hệ thống đƣợc nối đất

Hình 5.4 : Sơ đồ IT Đặc điểm của hệ thống IT:

Độ tin cậy trong cấp điện rất cao, bởi hệ thống sẽ không bị cắt điện ngay khi xảy ra sự cố chạm điện đầu tiên Chỉ khi có sự cố chạm điện lần thứ hai, hệ thống mới được cắt điện để đảm bảo an toàn.

 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 cung cấp mạng điện hạ thế có trung tính nối đất Hệ thống IT, nổi bật với khả năng cung cấp điện liên tục cao, chỉ được áp dụng cho các công trình yêu cầu khắt khe về điện như phòng mổ và trung tâm khẩn cấp Để thiết lập mạng IT cục bộ, người ta sử dụng biến áp cách ly.

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 đƣợc 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

Để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện, cần duy trì một đội ngũ bảo dưỡng điện chuyên nghiệp thường xuyên Đội ngũ này có trách nhiệm phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố chạm vỏ ngay từ lần đầu, nhằm ngăn chặn việc tái diễn sự cố và bảo vệ thiết bị cũng như con người.

 Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ bảo vệ khi sự cố thứ 2 xảy ra là 0.4s.

Sơ đồ TN

 T (Terrestial): điểm trung tính đƣợc trực tiếp nối đất

 N (Neutral): vỏ kim loại đƣợc 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)

Hình 5.5 : Sơ đồ TN-C Đây là hệ thống điện mà hiện nay không còn đƣợc khuyên dùng

Trong sơ đồ TN-C, dây trung tính và dây bảo vệ được kết hợp thành một dây chung gọi là dây PEN (Protective Earth + Neutral) Hệ thống TN-C cho phép xử lý sự cố chạm vỏ như một sự cố ngắn mạch, với dòng sự cố được dẫn qua dây trung tính và được cắt nhanh chóng bằng thiết bị cắt dòng ngắn mạch, mà không cần sử dụng thêm nhiều thiết bị giám sát bảo vệ tốn kém.

 N (Neutral): vỏ kim loại đƣợc 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

Trong sơ đồ TN-S, dây trung tính (N) và dây bảo vệ (PE) được phân tách rõ ràng Dây N chỉ được nối đất tại nguồn điện, trong khi dây PE nên được nối đất nhiều lần để đảm bảo an toàn Cả hai dây đều xuất phát từ điểm nối đất công tác của nguồn điện.

Hệ thống TN-S giải quyết một số nhƣợc điểm của hệ thống TN-C nhƣ 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 đƣợc ƣu điểm cơ bản của hệ thống TN: cắt nhanh sự cố chạm điện

Cần phải 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 đƣợc điện áp pha của nguồn (220V)

 Điện trở các điện của hệ thống phải tốt > 500KΩ với mạng điện < 500V

 Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ điện khi sự cố chạm đất hay ngắn mạch xảy ra là 0.4s

 N (Neutral): vỏ kim loại đƣợc 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)

 Trong một hệ thống TN-C-S, bố trí TN-S không được đặt trước (phía thượng nguồn) đối với bố trí TN-C

Trong hệ thống TN, không được sử dụng cho các tải có dây nguồn có tiết diện nhỏ hơn 10 mm² Đặc biệt, sơ đồ TN-C cấm áp dụng cho các thiết bị cầm tay Các hệ thống TN có những đặc điểm riêng biệt cần được tuân thủ.

 Độ tin cậy cấp điện: trung bình

 Bảo vệ con người : tốt

74 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 trong hệ thống điện TN-C là kém do dòng điện không cân bằng trong dây PEN, dẫn đến nhiễu điện từ thường xuyên Trong khi đó, sơ đồ TN-S gặp phải vấn đề tương tự khi dòng sự cố chạm vỏ lớn, gây ra nhiễu điện từ đáng kể.

Lưu ý khi sử dụng hệ thống TN:

Cần phải lưu ý các điều kiện sau để có thể áp dụng sơ đồ TN:

 Khả năng chịu điện áp của các thiết bị điện: chỉ cần chịu đƣợc điện áp pha

 Phải dùng nối đất lặp lại cho hệ thống TN-C cho các thiết bị xa nguồn điện

 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.

Sơ đồ TT

 T (Terrestial): vỏ kim loại của hệ thống đƣợc nối đất

 Dây trung tính N và dây bảo vệ PE độc lập về điện trong toàn hệ thống

Một hệ thống phân phối điện đƣợc 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) Hệ thống TT mang lại ưu điểm quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị, giúp ngăn ngừa rủi ro điện giật và tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện.

Hệ thống TT nổi bật với ưu điểm quan trọng là khả năng chống xâm nhập điện áp từ phía cao thế hiệu quả, nhờ vào việc nối đất bảo vệ ở phía hạ thế hoàn toàn tách biệt và không có điểm chung với nguồn điện.

Hệ thống TT kết hợp RCD là một giải pháp an toàn và hiệu quả, ngày càng phổ biến trong các ứng dụng dân dụng Hệ thống này được khuyến nghị sử dụng tại nhiều quốc gia nhờ vào khả năng bảo vệ người dùng không chuyên và giảm thiểu nguy cơ cháy nổ.

Phải chọn RCD có dòng điện dƣ định mức I ∆n phù hợp với điện trở nối đất bảo vệ và điện áp cho phép U L nhƣ sau:

Dòng điện dƣ định mức

I ∆n Điện trở nối đất bảo vệ Ra (Ω)

Bảng 5.1: Dòng điện định mức theo điện trở nối đất

Nhận xét, ta thấy điều kiện điện trở tiếp đất bảo vệ không gắt gao và dễ thực hiện Đặc điểm của hệ thống TT:

Độ tin cậy cấp điện của hệ thống TT được đánh giá là trung bình, thường xuyên gặp phải tình trạng mất điện đột ngột Nguyên nhân chủ yếu là do RCD bị tác động bởi nhiễu, vì vậy việc lựa chọn dòng rò định mức cho RCD cần dựa vào các dòng rò nội tại do các thiết bị trong mạng điện gây ra.

 Bảo vệ con người: tốt nhất Ngay cả khi dây trung tính bị chạm đất RCD cũng tác động

Bảo vệ tài sản, đặc biệt là trong lĩnh vực phòng cháy, là rất quan trọng vì hai lý do chính: đầu tiên, trong điều kiện vận hành bình thường, không có dòng rò nào đi qua vỏ kim loại, như trong hệ thống TN-C; thứ hai, khi có dòng rò điện xuất hiện trên bề mặt cách điện của thiết bị, thiết bị RCD sẽ tự động ngắt ngay lập tức.

 Độ kháng nhiễu điện từ: trung bình

Chi phí lắp đặt hệ thống điện an toàn thường cao nhất do yêu cầu sử dụng hai hệ thống nối đất riêng biệt cho trung tính nguồn điện và phần vỏ kim loại Bên cạnh đó, cần kết hợp thêm các thiết bị bảo vệ như CB dòng rò ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker) hoặc rơle rò đất EFR (Earth Fault Relay) để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Lưu ý khi sử dụng hệ thống TT:

Cần phải lưu ý các điều kiện sau để có thể áp dụng sơ đồ TT:

 Khả năng chịu điện áp của các thiết bị điện: chỉ cần chịu đƣợc điện áp pha (220V) của nguồn điện

 Điện trở cách điện của hệ thống phải tốt: rcd 500KΩ với mạng < 500V

 Không cần có một đội ngũ bảo dưỡng điện chuyên nghiệp làm việc thường xuyên

 Thời gian cắt điện tự động bởi khí cụ bảo vệ RCD khi sự cố xảy ra là 0.2s

Tiêu đề	Thiết Kế Cấp Điện Cho Xưởng Cơ Khí Trường Đh Công Nghiệp Tphcm (Cơ Sở 1)
Tác giả	Lê Văn Hùng, Thân Hoàng Phương, Lê Mạnh Cường
Người hướng dẫn	GV. Lâm Tấn Công
Trường học	Đại học Công Nghiệp Tp.Hcm
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện
Thể loại	Khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,45 MB