LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
4.1. Những vấn đề chung:
Trong điều kiện vận hành các khí cụ điện có thể ở một trong ba chế độ làm việc cơ bản. Ở mỗi chế độ làm việc để đảm bảo độ tin cậy, các khí cụ cần có sự lựa chọn cho thích hợp.
Chế độ làm việc lâu dài.
Chế độ quá tải (đối với một số thiết bị điện có thể cho phép quá tải từ 1÷1.4 so với định mức).
Chế độ ngắn mạch.
Ngoài ra, còn phải chú ý đến vị trí thiết bị, nhiệt độ môi trường xung quanh, mức độ ẩm ướt, nhiễm bẩn v.v…
4.2. Chọn các phần tử trong hệ thống điện:
4.2.1. Lựa chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải:
Máy cắt phụ tải là thiết bị đóng cắt đơn giản, rẻ tiền hơn máy cắt điện.
Nó gồm hai bộ phận chính: Bộ phận đóng cắt bằng tay và cầu chì. Vì bộ phận dập hồ quang của máy cắt phụ tải có cấu tạo đơn giản nên máy cắt phụ tải chỉ đóng cắt được dòng điện phụ tải, chứ không cắt được dòng ngắn mạch.
Bảng 1-1: Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải
Với S”: Công suất ngắn mạch S" 3.UđmmangI" (1-33) STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán
1 Điện áp định mức UđmMCPT, kV UđmMCPT Uđmmang
2 Dòng điện định mức IđmMCPT , A IđmMCPT Ilvmax
3 Dòng ổn định lực điện động Imax, kA imax ixk hay Imax Ixk 4 Dòng điện ổn định nhiệt Iôđn, A
oõủn oõủn t qủ
. t I
I
5 Dòng điện định mức của cầu chì IđmCC, A IđmCC Ilvmax
6 Công suất định mức cầu chì Sđm cắt CC, MVA Sđm cắt CC S”
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
I”: Giá trị dòng điện chu kỳ ban đầu của dòng ngắn mạch, I” = Ick. 4.2.2. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì:
- Cầu chì là khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện khi ngắn mạch. Cầu chì đơn giản, rẻ tiền nhưng độ nhạy kém và nó phụ thuộc vào vật liệu làm dây chảy.
Bảng 1-2: Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra cầu chì
STT Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán 1 Điện áp định mức UdmCC, kV UdmCC Udm.mạng
2 Dòng điện định mức IdmCC, A IdmCC Ilv.max 3 Công suất cắt định mức SdmcắtCC SdmcắtCC S”
Dòng điện định mức của cầu chì dùng để bảo vệ động cơ được chọn theo hai điều kiện sau:
a. Theo điều kiện làm việc bình thường:
IdmCC Ilvđc
Ilvđc = dmdc
dm
b. P
U cos 3
(1-34)
Trong đó:
Ilvđc : Dòng điện làm việc của động cơ.
b : Hệ số mang tải của động cơ, nó là tỉ số của công suất động cơ tiêu thụ với công suất định mức của động cơ.
: Hiệu suất của động cơ.
Pdmđc : Công suất tiêu thụ của động cơ.
b. Theo điều kiện mở máy:
- Khi mở máy nhẹ:
IđmCC Imm
2,5 (1-35)
- Khi mở máy nặng:
IdmCC Imm
1,6 2,0 (1-36)
Trong đó:
Imm : Dòng điện mở máy cực đại của động cơ.
4.2.3. Lựa chọn và kiểm tra thanh dẫn:
- Thanh dẫn đồng và nhôm được dùng làm các thanh góp trong các trạm phân phối và trạm biến áp. Thanh dẫn thường có tiết diện hình chữ nhật được lắp đặt trên các sứ cách điện.
- Thanh dẫn được chọn theo điều kiện dòng điện và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt:
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Bảng 1-3: Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh dẫn Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức tính toán Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép, A K1K2Icb Icb
Khả năng ổn định động, kg/cm2 cp tt Khả năng ổn định nhiệt, mm2 F a.I. tqd Trong đó:
K1, K2: const.
K1 = 1 khi thanh dẫn đặt đứng;
K1 = 0,95 khi thanh dẫn đặt ngang;
K2 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường.
Icb : Dòng điện cưỡng bức (dòng cực đại chạy qua thanh dẫn).
cp : ứng suất của vật liệu làm thanh dẫn.
+ Với thanh góp nhôm: cp = 700 (kg/cm2).
+ Với thanh góp đồng: cp = 1400 (kg/cm2).
tt : ứng suất tính toán, xuất hiện trong thanh góp do tác động của lực điện động dòng ngắn mạch
tt = M
W (kg/cm2) (1-37)
Moment uốn quán tính M:
M = F .ltt
10 (kg.m2) (1-38)
Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch Ftt: Ftt= 1,76.10-2. l ixk
a (kg) (1-39)
Trong đó:
l : Khoảng cách giữa các sứ của 1 pha, cm.
a : Khoảng cách giữa các pha, cm.
M : Moment chống uốn của các loại thanh dẫn, kg.m.
4.2.4. Lựa chọn và kiểm tra tiết diện cáp và dây cáp cho mạng điện xí nghiệp:
Có hai cách để lựa chọn chủ yếu:
- Lựa chọn theo điều kiện phát nóng.
- Lựa chọn theo điều kiện tổn thất điện năng cho phép.
Ngoài ra, người ta còn lựa chọn theo kết cấu của dây dẫn và cáp như loại một sợi, nhiều sợi…
a. Lựa chọn tiết diện cáp và dây cáp theo điều kiện phát nóng:
Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn thì vật dẫn sẽ nóng lên. Nếu nhiệt độ dây dẫn và cáp quá cao thì làm giảm tuổi thọ, giảm cách điện hoặc hư hỏng. Sự nóng lên của vật dẫn do hiệu ứng Jun gây nên, một phần nhiệt lượng sẽ đốt nóng dây dẫn và phần nhiệt còn lại tỏa ra môi trường xung quanh.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Đối với mỗi loại cáp, nhà sản xuất sẽ cung cấp giá trị dòng điện cho phép Icp, dòng Icp ứng với nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường là: Không khí 25oC, đất là 15oC.
Nếu nhiệt độ nơi lắp đặt khác nhiệt độ tiêu chuẩn thì ta có dòng hiệu chỉnh cho phép.
Icp (hiệu chỉnh) = k.Icp (1-40) Do đó điều kiện phát nóng là:
Ilvmax Icp (hiệu chỉnh) Trong đó:
Icp : Dòng điện cho phép của dây dẫn ứng với điền kiện nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường, A.
k : Hệ số hiệu chỉnh, tra từ sổ tay.
Ilvmax: Dòng điện làm việc lâu dài lớn nhất.
Icp (hiệu chỉnh): Dòng điện cho phép đã hiệu chỉnh, A.
b. Lựa chọn tiết diện cáp và dây cáp theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép:
Đối với mạng hạ áp do trực tiếp cung cấp điện cho các phụ tải nên vấn đề đảm bảo điện áp là rất quan trọng. Đây là điều kiện đầu tiên để chọn tiết diện dây dẫn và cáp, sau đó kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng.
Điều kiện tổn thất điện áp cho phép là:
Umax% Ucp% Trong đó:
Ucp : Tổn thất điện áp cho phép ( 5% hoặc 2,5% tùy loại phụ tải).
Umax: Tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng.
Nếu mạng có nhiều nhánh thì phải tìm điểm nào có tổn thất điện áp lớn nhất để so sánh.
Tổn thất điện áp trong mạng được tính theo công thức:
U% = PR 2 QX U
= U’+ U” (1-41)
Trong đó:
U’: Tổn thất điện áp gây nên bởi công suất tác dụng và điện trở đường dây.
U”: Tổn thất điện áp gây nên bởi công suất phản kháng và điện kháng đường dây.
Giá trị điện kháng trên mỗi km đường dây nằm trong khoảng:
xo = 0,3 0,43 /km, để đơn giản có thể lấy xo = 0,35 /km.
U” = QX2 U
= o i i
2 dm
x Q l U
(1-42)
Ucp cho trước, do đó ta có:
U’ = Ucp-U” (1-43) U’ = PR 2
U
= o i i
2 dm
P l U
r (1-44)
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Thay ro= 1
F
Với : điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn; F: tiết diện dây dẫn,mm2. Ta có:
U’ = i2i
dm
P l
FU
(1-45)
Tiết diện dây dẫn được xác định như sau:
F = 2 i i'
dm
P l U U
,mm2 (1-46)
Ngoài ra, người ta còn lựa chọn theo mật độ dòng kinh tế.
F = bt
kt
I
j ,mm2 (1-47)
Trong đó:
jkt: Mật độ dòng kinh tế của dây dẫn, A/mm2
Ibt: Dòng điện làm việc bình thường của thanh dẫn,A
Mật độ dòng kinh tế phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn và thời gian sử dụng công suất cực đại.
Bảng 1-4: Mật độ dòng kinh tế jkt (mm2)
Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax
Loại dây dẫn Dưới 3000h 3000
5000h
Trên 5000h
Loại dây dẫn và thanh cái bằng đồng 2,5 2,1 1,8
Loại dây dẫn và thanh cái bằng nhôm 1,3 1,1 1
Cáp cách điện bằng giấy, bọc cao su và
lõi đồng 3 2,5 2
Cáp cách điện bằng giấy, bọc cao su và
lõi nhôm 1,6 1,4 1,2
Cáp đồng cách điện bằng cao su 3,5 3,1 2,7
4.2.5. Lựa chọn và kiểm tra Áptômát:
Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp, có tác dụng bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
Ngày nay áptômát được sử dụng rộng rãi rong lưới điện hạ áp.
Áptômát được chế tạo với nhiều cấp điện áp khác nhau: 400V, 440V, 500V, 600V, 690V…
Người ta cũng chế tạo loại áptômát một pha, hai pha, ba pha và cả áptômát chống dòng rò.
Lựa chọn áptômát theo ba điều kiện:
Uđm.AT Uđm.MĐ
Iđm.AT Itt Icđm.AT IN
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Trong đó:
Uđm.AT : Điện áp định mức của áptômát, kV.
Uđm.MĐ : Điện áp định mức của máy điện, kV.
Iđm.AT : Dòng điện định mức của áptômát.
Itt : Dòng điện tính toán.
Icđm.AT : Dòng cắt điện định mức của áptômát, kA.
IN : Dòng điện ngắn mạch.
Với lưới điện hạ áp vì ngắn mạch xa nguồn nên:
IN = I = I” (1-48) Ixk = 1,8. 2.IN, kA. (1-49) Trong đó:
I : Dòng ngắn mạch ổn định, kA.
I” : Dòng ngắn mạch siêu quá độ, kA.
Ixk : Dòng điện xung kích, kA.