Thiết kế hệ thống cung cấp cho ngắn mạch công nghiệp địa phương

Chương IV: Thiết kế mạng điện hạ áp cho PXSCCK Phân xưởng sửa chữa cơ khí có diện tích là 348 m2, gồm có 44 thiết bị được chia làm 5 nhóm. Công suất tính toán của phân xưởng là 113,43 kVA, trong đó có 5,22 kW sử dụng cho hệ thống chiếu sáng. Để cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí (SCCK) ta sử dụng sơ đồ hỗn hợp. Điện năng từ trạm biến áp được đưa về tủ phân phối của phân xưởng. Trong tủ phân phối đặt 1 aptomat tổng và 6 aptomat nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng. Từ tủ phân phối đến các tủ động lực và chiếu sáng sử dụng sơ đồ hình tia để thuận tiện cho việc quản lý và vận hành. Mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải theo sơ đồ hỗn hợp, các phụ tải có công suất lớn và quan trọng sẽ nhận điện trực tiếp từ thanh cái của tủ, các phụ tải có công suất bé và ít quan trọng hơn được ghép thành các nhóm nhỏ nhận điện từ tủ theo sơ đồ liên thông (xích). Để dễ dàng thao tác và tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện, tại các đầu vào và đầu ra của tủ đều đặt các aptomat làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng. Tuy giá thành của tủ sẽ đắt hơn khi dùng cầu dao và cầu chì, song đây cũng là xu hướng thiết kế cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp hiện đại. 4.1. Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối: 4.1.1. Chọn cáp từ trạm biến áp B5 về tủ phân phối của phân xưởng Theo kết quả đã tính ở chương III, ta có: Cáp từ TBA B5 về tủ phân phối của phân xưởng là cáp đồng hạ áp, 4 ruột, cách điện PVC do hãng Lens chế tạo có Icp = 520 A, đặt trong hào cáp Trong tủ hạ áp của TBA B5, ở đầu đường dây đã đặt một MCCB loại C801N do hãng Merlin Gerin chế tạo, Iđm.A = 500 A. Kiểm tra cáp theo điều kiện phối hợp với MCCB: Vậy tiết diện cáp đã chọn là hợp lý. 4.1.2. Lựa chọn MCCB cho tủ phân phối: Các MCCB được chọn theo các điều kiện tương tự như đã trình bày ở chương III, kết quả đượcghi trong bảng: Bảng kết quả lựa chọn MCCB của Merlin Gerin cho tủ phân phối Tuyến cáp Itt (A) Loại Iđm (A) Uđm (V) Icắt n (kA) Số cực Tpp-đl1 13,75 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl2 24,16 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl3 62,77 NC125 125 415 10 4 Tpp-đl4 16 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl5 92,96 NC125H 125 415 10 4 Mccb tổng 172,34 NS400H 400 690 70 4 4.1.3. Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực: Các đường cáp từ tủ phân phối (TPP) đến các tủ động lực (TĐL) được đi trong rãnh cáp nằm dọc tường phía trong và bên cạnh lối đi lại của phân xưởng. Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép, kiểm tra phối hợp các thiết bị bảo vệ và điều kiện ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Do chiều dài cáp không lớn nên có thể bỏ qua không cần kiểm tra theo điều kiện tổn thất cho phép. Điều kiện chọn cáp: khc.Icp ³ Itt Trong đó: Itt – dòng điện tính toán của nhóm phụ tải Icp – dòng điện phát nóng cho phép, tương ứng với từng loại dây, từng tiết diện. khc – hệ số hiệu chỉnh, ở đây lấy khc = 1. Điều kiện kiểm tra phối hợp với các thiết bị bảo vệ của cáp, khi bảo vệ bằng áptômát: Chọn cáp từ tủ phân phối tới TĐL1: Icp ³ Itt = 13,75 (A) (A) Kết hợp hai điều kiện chọn cáp đồng bốn lõi cách điện PVC do hãng Lens chế tạo, tiết diện 4 mm2 với Icp = 42 A. Các tuyến cáp khác cũng chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng: Bảng kết quả chọn cáp từ TPP đến các TĐL Tuyến cáp Itt (A) Ikđ.đt/1,5 Fcáp (mm2) Icp (A) Tpp-đl1 13,75 33,33 4g4 42 Tpp-đl2 24,16 33,33 4g4 42 Tpp-đl3 62,77 104,17 4g25 127 Tpp-đl4 16 33,33 4g4 42 Tpp-đl5 92,96 104,17 4g25 127 4.2. Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng SCCK để kiểm tra cáp và áptômát: Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp ta xem biến áp B5 là nguồn (được nối với hệ thống có CS vô cùng lớn). Vì vậy điện áp trên thanh cái của trạm được coi là không thay đổi khi ngắn mạch, ta có: IN = I” = Ià . Giả thiết này sẽ làm cho dòng ngắn mạch tính toán được sẽ lớn hơn thực tế nhiều bởi rất khó giữ được điện áp trên thanh cái cao áp của TBAPP không thay đổi khi xảy ra ngắn mạch sau MBA. Song nếu với dòng ngắn mạch tính toán này mà các thiết bị lựa chọn thoả mãn điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt thì chúng hoàn toàn có thể làm việc tốt trong điều kiện thực tế. Để giảm nhẹ khối lượng tính toán, ở đây ta chỉ kiểm tra với tuyến cáp có khả năng xảy ra sự cố nặng nề nhất. Khi cần thiết có thể kiểm tra thêm các tuyến cáp còn nghi vấn, việc tính toán cũng được tiến hành tương tự. 4.2.1. Các thông số của sơ đồ thay thế: Điện trở và điện kháng của MBA: Sđm = 320 kVA DPN = 6,2 KW UN% = 6,5 % Thanh góp TBA phân xưởng: Kích thước: 80 x 10 (mm2) mỗi pha ghép ba thanh Chiều dài l = 1,2 m Khoảng cách trung bình hình học: D = 300 mm Tra bảng PL V.6 (TL[4]) ta tìm được: r0 = 0,025 mW/m ð RTG1 = (1/3).r0.l = (1/3).0,025.1,2 = 0,01 mW x0 = 0,17 mW/m ð XTG1 = (1/3)x0.l = (1/3).0,17.1,2 = 0,068 mW Thanh góp trong tủ phân phối TG2: Chọn theo điều kiện: khc.Icp ³ Ittpx = 113,43 A (lấy khc = 1) Chọn loại thanh cái bằng đồng, có kích thước 30 x 3 (mm2) với Icp = 405 A Chiều dài: l = 1,2 m Khoảng cách trung bình hình học: D = 300 mm Tra PL V.6 (TL [4]) tìm được: r0 = 0,223 mW/m ð RTG2 = r0.l = 0,223.1,2 = 0,2676 mW. x0 = 0,235 mW/m ð XTG2 = x0.l = 0,235.1,2 = 0,282 mW Điện trở và điện kháng của MCCB: Tra bảng PL V.14 và PL V.15 (TL [4]) ta tìm được: MCCB loại C1251N: RA1 = 0,072 mW ; XA1 = 0,064 mW MCCB loại NS400H: RA2 = 0,15 mW ; XA2 = 0,1 mW ; RT2 = 0,4 mW MCCB loại NC125H: RA3 = 0,36 mW ; XA3 = 0,55 mW; RT3 = 0,65 mW Cáp tiết diện 3*120 mm2 – C1: Chiều dài l = 180 m. Tra PL V.12 (TL[4]), tìm được: r0 = 0,153 mW/m ð RC1 = 0,153.180 = 27,54 mW x0 = 0,078 mW/m ð XC1 = 0,078.180 = 14,04 mW Cáp tiết diện 25 mm2 (4G25) – C2: Chiều dài l = 80 m Tra PL V.13 (TL[4]), tìm được:r0 = 0,727 mW/m ð RC2 = 0,727.80 = 58,16 mW x0 = 0,109 mW/m ð XC2 = 0,109.80 = 8,72 mW 4.2.2. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn: Tính ngắn mạch tại N1: Rồ1 = RB + RA1 + RTG1 + 2.RA2 + 2.RT2 + RC1 Rồ1 = 9,96 + 0,064 + 0,01 + 2.0,15 + 2.0,4 + 27,54 = 38,674 mW Xồ1 = XB + XA1 + XTG1 + 2.XA2 + XC1 Xồ1 = 0,001.10-5 + 0,064 + 0,068 + 2.0,1 + 14,04 = 14,372 mW mW (kA) (kA) Kiểm tra MCCB: Loại C1251N có Icắt N = 25 (kA) Loại NS400H có Icắt N = 70 (kA) Vậy các MCCB đã chọn đều thoả mãn điềukiện ổn định động. Kiểm tra cáp tiết diện 3*120 (mm2): Tiết diện ổn định nhiệt của cáp (mm2) Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. Tính toán ngắn mạch tại N2: Rồ2 = Rồ1 + 2.RA3 + 2.RT3 + RTG2 + RC2 Rồ1 = 38,674 + 2.0,36 + 2.0,65 + 0,2676 + 58,16 = 99,1216 mW Xồ2 = Xồ1 + 2.XA3 + XTG2 + XC2 Xồ2 = 14,372 + 2.0,86 + 0,282 + 8,72 = 25,094 mW mW (kA) (kA) Kiểm tra MCCB: Loại NC125H có Icắt N = 10 (kA) Vậy các MCCB đã chọn đều thoả mãn điềukiện ổn định động. Kiểm tra cáp tiết diện 4G25 (mm2): Tiết diện ổn định nhiệt của cáp (mm2) Vậy cáp đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt. 4.3. Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân xưởng: 1) Các MCCB tổng của các tủ động lực có thông số tương tự các áptômát nhánh tương ứng trong tủ phân phối, kết quả lựa chọn ghi trong bảng: Bảng kết quả lựa chọn MCCB của Merlin Gerin cho tủ phân phối Tuyến cáp Itt (A) Loại Iđm (A) Uđm (V) Icắt n (kA) Số cực Tpp-đl1 13,75 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl2 24,16 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl3 62,77 NC125 125 415 10 4 Tpp-đl4 16 V40H 40 240 10 4 Tpp-đl5 92,96 NC125H 125 415 10 4 2) Các MCCB đến các thiết bị và nhóm thiết bị trong các tủ động lực cũng được chọn theo các điều kiện đã nêu ở phần trên. Ví dụ, chọn MCCB cho đường cáp từ TĐL1 đến máy mài phá 2,8 kW, Cosj = 0,6 Uđm.A ³ Uđm.m = 0,38 kV Iđm.A ³ A Chọn MCB loại C60L do hãng Merlin Gerin chế tạo có Iđm.A = 25 A; Icắt N = 20 kA; Uđm.A = 440V; 4 cực. Các đường cáp chọn theo điều kiện phát nóng cho phép: khc.Icp ³ Itt Trong đó: Itt – dòng điện tính toán của động cơ. Icp – dòng điện phát nóng cho phép tương ứng với từng loại dây, từng tiết diện. khc – hệ số hiệu chỉnh, lấy khc = 1. và kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp, khi bảo vệ bằng áptômát: Ví dụ: Chọn cáp từ TĐL1 đến máy mài phá 2,8 kW, Cosj = 0,6 Icp ³ Itt = 7,09 A (A) Kết hợp cả hai điều kiện trên ta chọn cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do hãng Lens chế tạo tiết diện 1,5 mm2 với Icp = 31 A. Cáp được đặt trong ống thép có đường kính 3/4’’ chôn dưới nền phân xưởng. Các MCCB, MCB và đường cáp khác được chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng Do công suất của các thiết bị trong phân xưởng không lớn và đều được bảo vệ bằng áptômát nên ở đây không tính toán ngắn mạch trong phân xưởng để kiểm tra các thiết bị lựa chọn theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. Tên máy Số trên b.vẽ Phụ tải Dây dẫn MCCB Ptt (kW) Itt (A) Tiết diện Icp (A) Dô.thép Mã hiệu Iđm (A) Ikddt/1,5 (A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nhóm I Máy khoan bàn 22 0.85 2.15 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Bể dầu có tăng nhiệt 26 2.5 6.33 4G1.5 31 3/4'' NC45a 10 8.33 Máy cạo 27 0.1 0.25 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Máy mài khô 30 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy nén cắt liên hợp 31 1.7 4.3 4G1.5 31 3/4'' NC45a 10 8.33 Máy mài phá 33 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Quạt lò rèn 34 1.5 3.85 4G1.5 31 3/4'' NC45a 10 8.33 Máy khoan đứng 38 0.85 2.15 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Chỉnh lưu Sêlênium 69 0.6 1.52 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Nhóm II Máy cưa kiểu dai 1 1.0 2.53 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Bể ngâm dung dịch kiềm 41 3.0 7.7 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Bể ngâm nước nóng 42 3.0 7.7 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy cuốn dây 46 1.2 3.04 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Máy cuốn dây 47 1.0 2.53 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Bể ngâm tẩm có tăng nhiệt 48 3.0 7.7 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Tủ sấy 49 3.0 7.7 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy khoan bàn 50 0.65 1.65 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Máy mài thô 52 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Bàn thử nghiệm thiết bị 53 7.0 17.7 4G2.5 41 3/4'' NC45a 40 33.33 Nhóm III Bể khử dầu mỡ 55 3.0 7.7 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Lò điện để luyện nhôm 56 5.0 12.66 4G2.5 31 3/4'' NC45a 20 16.67 Lò điện để nấu chảy babit 57 10.0 25.3 4G1.5 31 3/4'' C60a 60 50.0 Lò điện để nạp thiếc 58 3.5 8.86 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Quạt lò đúc đồng 60 1.5 3.58 4G1.5 31 3/4'' NC45a 10 8.33 Máy khoan bàn 62 0.65 1.65 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Máy uốn các tấm nóng 64 1.7 4.3 4G1.5 31 3/4'' NC45a 10 8.33 Máy mài phá 65 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy hàn điểm 66 25 62.3 4G10 100 3/4'' NS250N 250 208.33 Nhóm IV Khoan bàn 3 0.65 1.65 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Máy mài thô 5 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy khoan đứng 6 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy bào ngang 7 4.5 11.4 4G2.5 41 3/4'' NC45a 20 16.67 Máy xọc 8 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Nhóm V Máy mài tròn vạn năng 9 2.8 7.09 4G1.5 31 3/4'' NC45a 15 12.50 Máy phay răng 10 4.5 11.4 4G2.5 41 3/4'' NC45a 20 16.67 Máy phay vạn năng 11 7.0 17.7 4G2.5 41 3/4'' NC45a 40 33.33 Máy tiên ren 12 8.1 20.51 4G4 53 3/4'' C60a 60 50.0 Máy tiên ren 13 10.0 25.3 4G4 53 3/4'' C60a 60 50.0 Máy tiên ren 14 14.0 34.5 4G4 53 3/4'' C60a 60 50.0 Máy tiên ren 15 4.5 11.4 4G2.5 53 3/4'' NC45a 20 16.67 Máy tiên ren 16 10.0 25.3 4G4 50 3/4'' C60a 60 50.0 Máy tiên ren 17 20.0 50.6 4G10 100 3/4'' NS250N 250 208.33 Máy khoan đứng 18 0.85 2.15 4G1.5 31 3/4'' NC45a 5 4.17 Cẩu trục 19 24.2 61.28 4G10 100 3/4'' NS250N 250 208.33 ỉ Kết luận: Mạng điện hạ áp đã thiết kế thoả mãn yêu cầu về cung cấp điện, các thiết bị lựa chọn trong mạng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về mặt kỹ thuật và có tính khả thi. Hình vẽ mặt bằng hạ áp phân xưởng sữa chữa cơ khí ở trang bên.