Bài giảng Cung cấp điện 2

11/2/2011 1 CUNG CẤP ĐIỆN 2 GV: Nguyễn Quang Thuấn 11/2/2011 2 Nội dung môn học 15TN 5Kỹ thuật chiếu sáng11 6Bảo vệ chống quá điện áp khí quyển9 4Nâng cao hệ số công suất10 45Tổng số: 6Bảo vệ rơle và tự động hóa HTCCĐ8 9Lựa chọn các phần tử, thiết bị trong HTCCĐ7 SỐ TIẾTNỘI DUNGCHƯƠNG 11/2/2011 3 Tài liệu tham khảo 1. TS. Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện, NXBKHKT- 2006 2. TS. Ngô Hồng Quang Lựa chọn các phần tử thiết bị từ 0,4-500kV, NXBKHKT- 2005 3. TS. Trần Quang Khánh Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2005 4. GS. Nguyễn Công Hiền Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2004 11/2/2011 4 Chương 7. LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ, THIẾT BỊ TRONG HTCCĐ 7.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Đặt vấn đề Trong quá trình làm việc, các phần tử, thiết bị có thể phải chịu 3 chế độ làm việc:  Bình thường: Uđm, Iđm  Quá tải: > Uđm, Iđm  Sự cố (NM): >> Iđm→ Phải cắt phần tử, thiết bị bị sự cố ra khỏi nguồn càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên phải có thời gian → PT, TB phải chịu đựng được trong thời gian tồn tại sự cố này. Bởi vậy các PT, TB đưa vào làm việc cần phải được lựa chọn thảo mãn đồng thời 3 điều kiện trên. 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: a. Điều kiện để PT, TB đảm bảo làm việc bt và qt: )1( max.. ..      lvTBđm mđmTBđm II UU  Đối với đd lv //: Ilvmax = 2Ibt= 2Icp (tức là tính khi 1 đd bị đứt);  Đối với mạch MBA: Ilvmax = kqtmaxIbt=kqtmaxIđmBA(thg kqtmax= 1,4 );  Đối với mạch MPĐ: Ilvmax = kqtmaxIbt= 1,05Iđm 11/2/2011 5 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: b. Điều kiện để PT, TB đảm bảo chịu đựng được ở chế độ sự cố: Dòng điện NM lớn → sinh ra lực điện và nhiệt lớn có thể phá hỏng và đốt cháy phẫn dẫn/cách điện của PT, TBĐ. Do đó cần kiểm tra theo 2 điều kiện:  Điều kiện ổn định động: Iđ.đm ≥ ixk (2)  Điều kiện ổn định nhiệt: )3( . . dmnh qd dmnh t t II  (Với tqd = tN) Lưu ý: 1) Đối với các PT, TB hạ áp (U ≤1000V) không cần kiểm tra ổn định động 2) Đối với PT, TB có Iđm ≥ 1000A, không cần kiểm tra ổn định nhiệt 3) Đối với dây dẫn và thanh dẫn, điều kiện ổn định nhiệt kiểm tra theo tiết diện tối thiểu: )( S 2minch mmC B S N 11/2/2011 6 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 1. Lựa chọn MCĐ Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)6 Iđ.đm  ixkDòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)5 SC.đmMC  SNCông suất cắt định mức, SC.đm (MVA)4 IC.đm  INDòng điện cắt định mức, IC.đm (kA)3 IđmMC  Ilv.maxDòng điện định mức, IđmMC (A)2 UđmMC  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmMC (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT dmnh qd dmnh t t II . .  11/2/2011 7 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP SC.đmCC  SNCông suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A)7 IC.đmCC  INDòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A)6 IđmCC  Ilv.maxDòng điện định mức của CC, IđmCC (A)5 Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)4 Iđ.đm  ixkDòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)3 IđmMC  Ilv.maxDòng điện định mức, IđmMC (A)2 UđmMC  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmMC (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT 2. Lựa chọn MC phụ tải dmnh qd dmnh t t II . .  11/2/2011 8 Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)4 Iđ.đm  ixkDòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)3 IđmDCL  Ilv.maxDòng điện định mức, IđmDCL (A)2 UđmDCL  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmDCL (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT dmnh qd dmnh t t II . .  3. Lựa chọn DCL 4. Lựa chọn CC cao áp SC.đmCC  SNCông suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A)4 IC.đmCC  INDòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A)3 IđmCC  Ilv.maxDòng điện định mức, IđmCC (A)2 UđmCC  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmCC (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT 11/2/2011 9 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1. Lựa chọn MBA điện lực  Đối với TBA có 1 máy: khcSđmB  Stt  Đối với TBA có 2 máy: khckqtmaxSđmB  Stt 100 1 21  hck 21 , Ví dụ: Hà nội nhiệt độ trung bình 240C; Mátcơva nhiệt độ trung bình 50C; Thì: - nhiệt độ môi trường sử dụng và nhiệt độ chế tạo (0C) Hệ số hiệu chỉnh giữa mt chế tạo và sử dụng (chỉ sử dụng khc nếu MBA ngoại nhập) 81,0 100 1 21  hck Trong đó: SđmB - công suất đm của MBA, (nhà chế tạo cho); Stt - công suất tính toán (công suất lớn nhất của phụ tải). kqtmax - hệ số quá tải lớn nhất của MBA, kqtmax = 1,4 (quá tải không quá 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ). 11/2/2011 10 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2. Lựa chọn MBA đo lường a. Máy biến dòng điện (BI) 1,2 I lv.max .1 BIđmI BIdm xk đ I ik .12  dmnhBIdm qd nh tI tI k ..1 . Hệ số ổn định nhiệt, knh5 Hệ số ổn định động, kđ4 S2đm.BI  S2ttPhụ tải cuộn dây thứ cấp, S2đm.BI, (VA)3 Dòng điện sơ cấp định mức, I1đm.BI (A)2 Uđm.BI  Uđm.mĐiện áp sơ cấp định mức, Uđm.BI (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT 11/2/2011 11 2. Lựa chọn MBA đo lường b. Máy biến điện áp (BU)  %N Sai số cho phép, N%3 S2đm.pha  S2tt.phaPhụ tải 1 pha thứ cấp, S2đm.BI, (VA)2 Uđm.BU  Uđm.mĐiện áp sơ cấp định mức, Uđm.BU (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT - sai số tiêu chuẩn.  %% NN  11/2/2011 12 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP motor control Lưới điện hạ áp Cách lyCách ly Đóng cắtĐóng cắt Bảo vệ ngắn mạchBảo vệ ngắn mạch Bảo vệ quá tảiBảo vệ quá tải Điều khiển công suấtĐiều khiển công suất Khởi động mềm Điều khiển với biến tần Cách lyCách ly Đóng cắtĐóng cắt Bảo vệ ngắn mạchBảo vệ ngắn mạch Điệ n-c ơ Điệ n-c ơ Điệ n tửĐiệ n tử 11/2/2011 13 motor starter Switch (cầu dao) Cầu dao tải Công- tắctơ Rơ le nhiệt Áptômát kiểu từ điện Áptômát kiểu từ nhiệt Thiết bị tích hợp Cách ly Đóng cắt Ngắn mạch Quá tải Điều khiển 11/2/2011 14 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP  Các khí cụ ở mạng điện hạ áp như áptômát, côngtắctơ, cầu dao, cầu chì,....được lựa chọn theo điều kiện điện áp và dòng điện, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc không cần kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt do dòng ngắn mạch.  Riêng chọn áptômát và cầu chì cần lưu ý:  Đối với ATM: Phải kiểm tra khả năng cắt dòng điện ngắn mạch và chỉnh định để cắt dòng điện quá tải;  Đối với CC: Phải phân biệt dùng cho mạng điện sinh hoạt, chiếu sáng hay dùng trong mạng công nghiệp mà chọn cho đúng. Sau đây, sẽ nêu cách chọn các thiết bị này. 11/2/2011 15 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP BI 1. Chọn ATM: IC.đm  INDòng điện cắt định mức, IC.đm (kA)3 IđmATM  Ilv.maxDòng điện định mức, IđmATM (A)2 UđmATM  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmATM (V)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT Quá tải: chỉnh định 11/2/2011 16 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 2. Chọn cầu chì: IđmCC  Ilv.max= IttDòng điện định mức, IđmCC (A)2 UđmCC  Uđm.mĐiện áp định mức, UđmCC (V)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT a. Đối với CC dùng cho mạng điện chiếu sáng: 11/2/2011 17 2. Chọn cầu chì: b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: TT C¸c ®¹i l­îng chän vµ kiÓm tra C«ng thøc chän vµ kiÓm tra 1 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC  Itt = ktI®m.®C 2 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC  = mmI  DC.dmmm IK Trong ®ã: kt - hÖ sè tải cña ®éng c¬, nÕu kh«ng biÕt lÊy kt = 1; I®m.®C- dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬, I®m.®C = U®m- ®iÖn ¸p d©y ®Þnh møc, U®m = 380V; Cos®m - hÖ sè c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®.c¬, th­êng Cos®m = 0,8;  - hiÖu suÊt cña ®c¬, th­êng  = 0.8-0,95 (cã thÓ lÊy  = 1); Kmm - hÖ sè më m¸y ®.c¬ (nhµ chÕ t¹o cho), th­êng Kmm = 5; 6; 7;  - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khëi ®éng cña ®.c¬, lÊy nh­ sau: Víi ®.c¬ më m¸y nhÑ (hoÆc kh«ng tải) nh­ m¸y b¬m, m¸y c¾t gät kim lo¹i  = 2,5; Víi ®éng c¬ më m¸y nÆng (cã tải) nh­ cÇn cÈu, cÇn trôc, m¸y n©ng  =1,6; dmdm DC.dm cosU3 P   Nếu BV cho 1 động cơ: 11/2/2011 18 b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp:  Nếu BV cho nhiều động cơ:   n 2i DCi.dmti I.k     1n 2i DCi.dmtimaxmm IkI TT C¸c ®¹i l­îng chän vµ kiÓm tra C«ng thøc chän vµ kiÓm tra 1 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC  2 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC  11/2/2011 19 7.5. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế PP này chỉ dùng chọn tiết diện dd của các mạng điện cao áp. Tmax > 5000hTmax = 3000-5000hTmax ≤ 3000hLoại dây dẫn 1,0 2,7 1,2 1,1 3,1 1,4 1,3 3,5 1,6 A và AC Cáp lõi đồng Cáp lõi nhôm Jkt, A/mm2 kt tt kt kt j I j IF  max1) Điều kiện chọn tiết diện: 2) Kiểm tra:  Tổn thất điện áp:  Phát nóng: Isc ≤ Icp Ngoài ra, đối với cáp bắt buộc phải kiểm tra thêm điều kiện ổn định nhiệt: α - hệ số nhiệt độ, αcu = 6 và αAl = 11; tqđ = (0,5-1)s cp đm U U QXPR U     qdch tI.F  11/2/2011 20 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép  PP này dùng để chọn tiết diện dd ở mạng điện hạ áp và mạng điện địa phương (U ≤ 35kV) chiều dài lớn.  Xuất phát từ công thức tính tổn thất điện áp:   XR n i iiii dmdm n i ii n i ii UUXQRP UU lQxlPr U        1 1 0 1 0 ..1 .. Nhận thấy, r0 và x0 đều phụ thuộc vào tiết diện F, do đó ta có thể chọn tiết diện bằng cách chọn điện kháng x0 (vì x0 = 0,35÷0,45Ω/km - không thay đổi nhiều). Các bước chọn tiết điện dd theo phương pháp này làm như sau: B1. Chọn sơ bộ x0 - Đối với dây hạ áp: Chọn x0 = 0,35Ω/km - Đối với dây TA áp: Chọn x0 = 0,38Ω/km (với 10÷22kV); x0 = 0,4Ω/km (với 35kV) B2. Từ x0 đã chọn, xác định được: dm n i ii X U lQx U   1 0 . 11/2/2011 21 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép B3. Từ ∆Ucp xác định được ∆UR: ∆UR = ∆Ucp - ∆UX B4. Xác định tiết diện dây dẫn cần chọn: Từ F tính được, tra bảng phụ lục để chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất B5. Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: - Nếu điều kiện được thỏa mãn thì dây dẫn chọn đạt yêu cầu; - Trường hợp không thảo mãn, chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn 1 cấp, rồi kiểm tra lại theo điều kiện trên. dmR n i ii dm n i ii R UU lP F U lPr U      11 0 .. - điện dẫn suất, ví dụ:  2/32 mmmAl    cp n i iiii dmdm n i ii n i ii UXQRP UU lQxlPr U        1 1 0 1 0 ..1 .. 11/2/2011 22 PP nµy dïng ®Ó chän tiÕt diÖn d©y dÉn l­íi h¹ ¸p c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t ®« thÞ. Tr×nh tù c¸c b­íc chän tiÕt diÖn theo ph­¬ng ph¸p nµy nh­ sau: - B­íc 1: X¸c ®Þnh dßng ®iÖn tÝnh to¸n mµ ®­êng d©y ph¶i t¶i Itt; - B­íc 2: Lùa chän lo¹i d©y, tiÕt diÖn d©y theo biÓu thøc: k1k2Icp  Itt Trong ®ã: k1- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, øng víi m«i tr­êng ®Æt d©y, c¸p; k2- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, kÓ ®Õn sè l­îng d©y hoÆc c¸p ®i chung mét r·nh; k1 vµ k2 tra trong phô lôc. Icp- dßng ®iÖn l©u dµi cho phÐp øng víi tiÕt diÖn d©y hoÆc c¸p ®Þnh chän (tra b¶ng) 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp 11/2/2011 23 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp - B­íc 3: KiÓm tra l¹i: * Theo ®iÒu kiÖn kÕt hîp víi thiÕt bÞ b¶o vÖ: + NÕu b¶o vÖ b»ng cÇu ch×:   dccp21 I Ikk (§èi víi m¹ch ®énh lùc  = 3; cßn m¹ch ¸nh s¸ng sinh ho¹t  = 0,3) + NÕu b¶o vÖ b»ng ATM: 5,1 I Ikk; 5,4 I Ikk kdnhcp21 kddt cp21  Ikddt - dßng ®iÖn khëi ®éng ®iÖn tõ cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t ng¾n m¹ch) Ikdnh - dßng ®iÖn khëi ®éng nhiÖt cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t qu¸ t¶i cña r¬ le nhiÖt) 11/2/2011 24 * Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh nhiÖt dßng ng¾n m¹ch: 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp qdch tI.F  Trong ®ã: -hÖ sè phô thuéc vËt liÖu lµm dd, cu = 6; Al = 11 tq® = tN = (0,5-1)s * Theo ®iÒu kiÖn tæn thÊt ®iÖn ¸p: Umax Ucp = 5%U®m 11/2/2011 25 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) qdtIF Khả năng ổn định nhiệt, F (mm2)3 cp  ttKhả năng ổn định động, cp (kG/cm2)2 k1k2Icp  Ilv.maxDòng điện phát nóng lâu dài cho phép, Icp (A)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT Trong đó: k1 – hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào việc đặt thanh dẫn. + Đặt đứng: k1 = 1; + Đặt nằm ngang:k1 = 0,95. k2 – Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra trong sổ tay KTĐ khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ TC).  - hệ số phụ thuộc vật liệu làm thanh dẫn: Cu = 6; Al = 11. cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn (cp.Cu= 1400 kG/cm2; cp Al= 700 kG/cm2; cp Fe= 1600 kG/cm2). 11/2/2011 26 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) tt - ứng suất tính toán (kG/cm2): suất hiện khi có lực điện động của dòng NM: a a l A B C Hệ thanh dẫn 3 pha 2/, ¦ cmkG W M tt  kGcmlFM tt , 10 .  kGcmlFM tt , 8 .  kGi a F xktt , l.10.76,1 22 , M - mô men uốn tính toán, + Khi thanh dẫn có từ 3 nhịp trở lên: + Khi thanh dẫn có 2 nhịp: ixk- dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha, kA l - khoảng cách giữa các sứ trong một pha (chiều dài một nhịp thanh cái), cm; a - khoảng cách giữa các pha, cm; W - mô men chống uốn của TC, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: 11/2/2011 27 W - mô men chống uốn của thanh dẫn, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: b h b h Hh D Dd 6 2hbW  6 2bhW  H hHW 6 44   32 3DW  D dDW 32 )( 44    Đặt ngangĐặt đứng Thanh tròn rỗngThanh trònThanh chữ nhật rỗng Thanh chữ nhật 11/2/2011 28 7.7. CHỌN SỨ ĐỠ THANH DẪN Inh.đm  IDòng ổn định nhiệt cho phép, Inh.đm (mm2)4 Fcp  kFttLực cho phép tác động lên đầu sứ, Fcp (kG), 3 Iđm.S  Ilv.maxDòng điện định mức, Iđm.S (A)2 Uđm.S  Uđm.mĐiện áp định mức, Uđm.S (kV)1 Công thức chọn và kiểm traCác đại lượng chọn và kiểm traTT H’H Thanh dẫn đặt trên sứ Fcp - Lực cho phép tác động lên đầu sứ, (kG): (Fcp = 0,6Fph, Fph-lực phá hỏng sứ, nhà chế tạo cho) k – hệ số hiệu chỉnh: H Hk ' H - chiều cao sứ; H’ - chiều cao từ chân sứ đến tâm tiết diện thanh dẫn kGi a F xktt , l.10.76,1 22