CHƯƠNG V

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ

5.1. ĐÁNH GIÁ VỀ PHỤ TẢI CỦA PHÂN XƯỞNG SỦA CHỮA CƠ KHÍ:

Tổng công suất định mức (Pđm) của các thiết bị dùng điện trong PXSCCK là 290,87 kW trong đó công suất là của các thiết bị điện là các máy cắt gọt như tiện, phay ,bào, mài...,chiếm chủ yếu. Yêu cầu về cung cấp điện không cao lắm, điện áp yêu cầu không có gì đặc biệt mà chỉ là điện áp 0,38 kV . Còn lại là công suất của máy khoan và máy phay... ,các máy này cũng không có yêu cầu đặc biệt gì về cung cấp điện Như vậy qua phân tích trên ta đánh giá phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí là hộ loại III.

Phân xưởng SCCK có diện tích là 2430 m2 gồm 43 thiết bị chia làm 5 nhóm. Công suất tính toán của phân xưởng là 162,4 kVA trong đó 36,45 kW sử dụng để chiếu sáng. Trong tủ phân phối đặt 1 Áptômát tổng và 6 áptômat nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng

5.2. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỚNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

5.2.1.Lựa chọn sơ đồ cung cấp điên cho phân xưởng :

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau:

- Sơ đồ hình tia :

Kiểu sơ đồ hình tia(H-1,2) mạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp trực tiếp từ các tủ động lực (TĐL) hoăc từ các tủ phân phối (TPP) bằng các đường cáp độc lập. Kiểu sơ đồ CCĐ có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng chi phí đầu tư lớn thường được dùng ở các hộ loại I và loại II

- Sơ đồ đường dây trục chính:

Kiểu sơ đồ phân nhánh dạng cáp(H-3) các TĐL được CCĐ từ TPP bằng các đường cáp chính các đường cáp này cùng một lúc CCĐ cho nhiều tủ động lực, còn các thiết bị cũng nhận điện từ các TĐL như bằng các đường cáp cùng một lúc cấp tới một vài thiết bị . Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp , chủng loại cáp cũng ít. Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều. Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp thường dùng cho các hộ loại III .

Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây (đường dây trục chính nằm trong nhà, H-4). Từ các TPP cấp điện đến các đường dây trục chính (các đường dây trục chính có thể là các cáp một sợi hoăc đường dây trần gá trên các sứ bu - li đặt dọc tường nhà xưởng hay nơi có nhiều thiết bị). Từ các đường trục chính được nối bằng cáp riêng đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị. Loại sơ đồ này thuận tiện cho việc lắp đặt, tiết kiệm cáp nhưng không đảm bảo được độ tin cầy CCĐ, dễ gây sự cố chỉ còn thấy ở một số phân xưởng loại cũ .

Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không(H-5). Bao gồm các đường trục chính và các đường nhánh đều được thực hiện bằng dây trần bắt trên các cột có xà sứ (các đường nhánh có thể chỉ gồm 2 dây hoặc cả 4 dây). Từ các đường nhánh sẽ được trích đấu đến các phụ tải bằng các đường cáp riêng. Kiểu sơ đồ này chỉ thích ứng khi phụ tải khá phân tán công suất nhỏ (mạng chiếu sáng, mạng sinh hoạt) và thường bố trí ngoài trời. Kiểu sơ đồ này có chi phí thấp đồng thời độ tin cậy CCĐ cũng thấp, dùng cho hộ phụ tải loại III ít quan trọng.

- Sơ đồ thanh dẫn:

Kiểu sơ đồ CCĐ bằng thanh dẫn (thanh cái, H-6) . Từ TPP có các đường cáp dẫn điện đến các bộ thanh dẫn ( bộ thanh dẫn có thể là các thanh đồng trần gá trên các giá đỡ có sứ cách điện hoặc được gá đặt toàn bộ trong các hộp cách điện có nhiêù lỗ cắm ra trên dọc chiều dài ).Các bộ thanh dẫy này thường được gá dọc theo nhà xưởng hoặc những nơi có mật độ phụ tải cao, được gá trên tường nhà xưởng hoặc thậm chí trên nắp dọc theo các dẫy thiết bị có công suất lớn. Từ bộ thanh dẫn này sẽ nối bằng đường cáp mềm đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị (việc đấu nối có thể thực hiện trực tiếp lên thanh cái trần hoặc bằng cách cắm vào các ổ đấu nối với trường hợp bộ thanh dẫn là kiểu hộp). Ưu điểm của kiểu sơ đồ này là việc lắp đặt và thi công nhanh, giảm tổn thất công suất và điện áp nhưng đòi hỏi chi phí khá cao. Thường dùng cho các hộ phụ tải khi công suất lớn và tập chung (mật độ phụ tải cao).

- Sơ đồ hỗn hợp:

Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng

phụ tải hoặc của các nhóm phụ tải.

Từ những ưu khuyết điểm trên ta dùng sơ đồ hỗn hợp của hai dạng sơ đồ trên để cấp điện cho phân xưởng, cụ thể là :

- Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 áptômát tổng phía từ trạm biến áp về và 6 áptômát nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng.

- Các tủ động lực: Mỗi tủ được cấp điện từ thanh góp tủ phân phối của phân xưởng bằng một đường cáp ngầm hình tia, phía đầu vào đặt áptômát làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng. Các nhánh ra cũng đặt các áptômát nhánh để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải, thường các tủ động lực có tối đa 8 - 12 đầu ra vì vậy đối với các nhóm có số máy lớn sẽ nối chung các máy có công suất bé lại với nhau cùng một đầu ra của tủ động lực.

- Trong một nhóm phụ tải: Các phụ tải có công suất lớn thì được cấp bằng đường cáp hình tia còn các phụ tải có công suất bé và ở xa tủ động lực thì có thể gộp thành nhóm và được cung cấp bằng đường cáp trục chính.

- Mỗi động cơ máy công cụ: Được đóng cắt bằng một khởi động từ kèm theo sẵn trên máy, trong khởi động từ có rơle nhiệt bảo vệ quá tải. Các áptômát nhánh đặt trên đầu ra của tủ động lực có nhiệm vụ bảo vệ và cắt ngắn mạch khi có sự cố.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp điện

5.2.2. Chọn vị trí tủ động lực và phân phối :

Nguyên tắc chung : Vị trí của tủ động lực và phân phối được xác định theo các nguyên tắc như sau:

+ Gần tâm phụ tải

+ Không ảnh hưởng đến giao thông đi lại

+ Thuận tiện cho việc lắp đặt và vận hành

+ Thông gió thoáng mát và không có chất ăn mòn và cháy chập

5.2.3. Sơ đồ đi dây trên mặt bằng và phương thức lắp đặt các đường cáp :

- Dẫn điện từ trạm biến áp B5 về phân xưởng dùng loại cáp ngầm đặt trong rãnh

- Dẫn điện từ tủ phân phối của phân xưởng đến các tủ động lực và đến các thiết bị sử dụng điện được dùng bằng cáp đi trong hầm cáp và các ống thép chôn dưới mặt sàn nhà xưởng.

5.3. CHỌN TỦ PHÂN PHỐI VÀ TỦ ĐỘNG LỰC

5.3.1. Nguyên tắc chung:'

- Đảm bảo điều kiện làm việc dài hạn:

UđmA  Umạng = 380V

IđmA  Ilvmax (của nhóm hay phân xưởng)

Trong đó: UđmA là điện áp định mức của áptômát

IđmAlà sòng điện định mức của áptômat tổng

- số lộ ra và vào phù hợp với sơ đồ đi dây:

Iđmra  Itt

- Thiết bị bảo vệ phù hợp với sơ đồ nối dây và yêu cầu của phụ tải

- Kiểu loại tủ phù hợp với phương thức lắp đặt , vận hành , địa hình và khí hậu

5.3.2. Chọn tủ phân phối

Sơ đồ nguyên lý tủ phân phối

* Phân xưởng sửa chữa cơ khí có:

+ 5 Nhóm máy và hệ thống chiếu sáng ; (kết quả bảng phân nhóm chương II)

+ Ilvmax = Ittpx

Vậy ta chọn loại tủ đặt trên sàn nhà xưởng có 1 đầu vào và 6 đầu ra

Uđmtủ = 690V

Iđmtủ = 400 A

* Chọn áptômát tổng

+ Chọn áptômát đặt tại phía thanh góp trạm biến áp B5 và áptômát tổng của tủ phân phối ta chọn cùng 1 loại. Chọn áptômát loại M08 có dòng điện cho phép là Icp = 800A

• Chọn ATM nhánh:

Tính toán tương tự như chọn áptômát chương III ta có bảng kết quả chọn áptômát nhánh như sau:

Bảng5.1 - Kết quả chọn áptômát nhánh

TUYẾN CÁP STT, kVA ITT , A LOẠI IĐM, A UĐM, V ICẮT, kA SỐ CỰC

Áptômát tổng 162,4 246.74 M08 800 690 40 4

TPP - TĐL1 38,19. 58,021 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL2 31,12 47,28 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL3 39,7 60,3 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL4 32,5 49,35 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL5 35.73 52,77 NC125H 125 415 10 3

• Chọn cáp từ tủ phân phối tới các tủ động lực:

Các đường cáp từ tủ phân phối tới các tủ động lực được đi trong rãnh cáp nằm dọc theo tường phía trong và bên cạnh lối đi lại của phân xưởng . Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng và điều kiện ổn định nhiệt khi có ngắn mạch. Do chiều dài cáp không lớn nên ta không cần kiểm tra lại theo điểu kiện tổn thất điện áp cho phép.

Ipx=

Mặt khác chọn theo điều kiện: khc.Icp ≥ 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 loại tiết diện.

Điều kiện kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp, khi bảo vệ bằng áptômát:

Icp ≥

Với cáp chôn riêng từng tưyến dưới đất nên khc = 1.

Chọn cáp từ TPP tới TĐL1:

khc.Icp = Icp ≥ Itt = 58,02 A

khc.Icp = Icp ≥

Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS sản xuất (tra bảng PL 4.29 trang 380) loại 4G25 tiết diện 25 mm2

Các tuyến cáp khác chọn tương tự. Ta có kết quả tính toán cho trong bảng sau

Bảng5.2 - Kết quả chọn cáp từ TPP tới các TĐL

TUYẾN CÁP STT, kVA ITT , A

LOẠI ICP, A

B4-TPP 162,4 246,74 - 3*70+50 254

TPP - TĐL1 38,19 58,2 104,17 4G25 174

TPP - TĐL2 31,12 47,28 104,17 4G25 174

TPP - TĐL3 39,7 60,3 104,17 4G25 174

TPP - TĐL4 32,5 49,35 104,17 4G25 174

TPP - TĐL5 34.73 52,57 104,17 4G25 174

5.3.3. Chọn tủ động lực và dây dẫn từ tủ động lực tới các thiết bị

Sơ đồ nguyên lý tủ động lực

1. Chọn áptômát tổng:

Các áptômát tổng của các tủ động lực có thông số tương tự như các áptômát nhánh tương ứng trong các tủ phân phối. Kết quả lựa chọn ghi trong bảng sau

Bảng 5.3- Kết quả chọn áptômat tổng của các tủ động lực

TUYẾN STT, kVA ITT , A LOẠI IĐM, A UĐM, V ICẮT, kA SỐ CỰC

TPP - TĐL1 39.63 60.21 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL2 19.43 29.52 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL3 18.54 28.17 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL4 43.34 65.85 NC125H 125 415 10 3

TPP - TĐL5 35.34 53.69 NC125H 125 415 10 3

2 .Chọn áptômát đến các thiết bị và nhóm thiết bị trong tủ động lực:

Điều kiện chọn:

UdmA ≥ Udmm = 0,38 kV

IdmA ≥ Itt

+ áptômát bảo vệ máy tiên ren nhóm I Pđm= 7kW

Tra bảng chọn áptômát C60a của hãng Merin Gerin chế tạo có IđmA = 25 A, UdmA = 440 V, IN = 10 kA

3. Chọn cáp theo điều kiện phát nóng cho phép:

knc.Icp ≥ Itt

Ở đây knc = 1

Và phối hợp với thiết bị bảo vệ của cáp khi bảo vệ bằng áptômát:

Icp ≥

Tính toán cho nhóm 1

+ Tính toán cho một máy tiện ren:

Icp ≥ Itt = 17,73 A

Tra PL 4.29 TL1chọn dây dẫn PVC do LENS chế tạo loại 4G2,5 có tiết diện 2,5mm2

có dòng điện cho phép là 31 A. Cáp được đặt trong ống thép có đường kính

3/4" chôn dưới nền phân xưởng.

Các áptômát và đường cáp khác được chọn tương tự, kết quả ghi trong bảng. Do công suất các thiết bị 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 điều kiện ổn định nhiệt.

Bảng5.4 - Kết quả chọn áptômát và cáp trong các tủ động lực đến thiết bị

Tên máy Công suất đặt Phụ tải Dây dẫn Áptômát

( kW) Ptt (kW) Idm, A Dồng thép Mã hiệu Icp, A Mã hiệu Idm, A Ikdnh/1,5

Nhóm1

Máy tiện ren 7 14 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy tiện ren 7 14 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy tiện ren 10 20 25.32 3/4" 4G4 42 C60a 40 33.33

Máy tiện ren cấp chính xác cao 1,7 1.7 4.30 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy doa toạ độ 2 2 5.06 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy bào ngang 7 14 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy xọc 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy phay vạn năng 7 7 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Nhóm 2 3/4" C60a 0.00

Máy mài tròn 4.5 9 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy mài phẳng 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60H 10 8.33

Máy mài tròn 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài vạn năng 1,75 1.75 4.43 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài dao cắt gọt 0,65 0.65 1.65 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài mũi khoan 1,5 1.5 3.80 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài sắc mũi phay 1 1 2.53 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài dao chốt 0,65 0.65 1.65 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài mũi khoét 2,9 2.9 7.34 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài thô 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Nhóm 3

Máy phay ngang 7 7 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy phay đứng 2,8 5.6 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy khoan đứng 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy khoan đứng 4,5 4.5 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy cắt mép 4,5 4.5 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Thiết bị để hoá bền kim loại 0,8 0.8 2.03 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy giũa 2,2 2.2 5.57 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy khoan bàn 0,65 1.3 1.65 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy mài tròn 1,2 1.2 3.04 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Nhóm 4

Máy tiện ren 4,5 13.5 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy tiện ren 7 7 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy tiện ren 7 7 17.73 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy tiện ren 10 30 25.32 3/4" 4G4 42 C60a 40 33.33

Máy tiện ren 14 14 35.45 3/4" 4G4 42 C60a 40 33.33

Máy khoan hướng tâm 4,5 4.5 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy bào ngang 2,8 2.8 7.09 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Nhóm 5

Máy khoan đứng 4,5 9 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy bào ngang 10 10 25.32 3/4" 4G4 42 C60a 40 33.33

Máy mài phá 4,5 4.5 11.40 3/4" 4G2,5 31 C60a 25 20.83

Máy khoan bào 0,65 0.65 1.65 3/4" 4G1,5 23 C60a 10 8.33

Máy biến áp hàn 21,3 21.3 53.94 3/4" 4G6 75 C60a 60 50.00

5.4. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHÍA HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ ĐỂ KIỂM TRA CÁP VÀ ÁPTÔMÁT

Khi tính toán ngắn mạch phía hạ áp ta xem MBA B4 là nguồn ( được nối với hệ thống vô cùng lớn ) vì vậy điện áp trên thanh cái cao áp của trạm được coi là không thay đổi khi ngắn mạch ta có IN=I"=I∞.Giả thiết này sẽ làm giá trị dòng ngắn mạch tính toán được sẽ lớn hơn thực tê rất nhiềubởi rất khó giữ được điện áp trên thanh cái cao áp của TBAPP không thay đổi khi sảy ra ngắn mạch sau MBA. Song nếu có dòng ngắn mạch tính toán này mà các thiết bị đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt thì chúng có thể hoàn toàn làm việc trong điều kiện thực tế. Để giảm nhẹ việc tính toán ở đây ta kiểm tra với tuyến cáp khả năng sảy ra sự cố nặng nề nhất. Khi cần thiết có thể kiểm tra thêm các tuyến cáp còn nghi vấn, việc tính toán cũng làm tương tự.

5.4.1 Các thông số của sơ đồ thay thế:

- Điện trở và điện kháng của MBA.

SđmB= 560kVA

ΔPN= 5,47kW

UN%= 5

- Thanh góp MBA Phân xưởng-TG1

- Kích thước (100x10) mm2 mỗi pha ghép 3 thanh có chiều dài l = 1,2 m

- Khoảng cách trung bình D =300mm

- Tra phụ lục ta tìm được

r0= 0,02 m /m →

x0= 0,157 m /m →

- Thanh góp trong tủ phân phối TG2

Chọn theo điều kiện:

Khc.Icp ≥ Ittpx= 212,22 A (lấy Khc=1)

Chọn thanh cái bằng đồng có kích thước : (25x3) mm2

Với Icp= 340 A; chiều dài l = 1,2m

Khoảng cách trung bình hình học D=300mm

Tra bảng tìm được

r0= 0, 268 m /m RTG2 = r0.l = 0,268.1,2 = 0,3216 m

x0= 0,244m /m XTG2 = x0.l = 0,244.1,2 = 0,2928 m

- Điện trở và điện kháng của Áptômát:

Áptômát trạm biến áp phân xưởng B4 loại M12 ( A1):

XA1 = 0,065 mΩ

RA1 = 0,1 mΩ

Áptômát tổng của tủ phân phối loại M08 (A2):

XA2 = 0,09 mΩ

RA2 = 0,11 mΩ

Áptômát của tủ động lực loại NC125H (A3) :

XA3 = 0,6 mΩ

RA3 = 1mΩ

- Điện trở và điện kháng của cáp:

Cáp 1:3x70+50: Dài 40 m

r0= 0,378 m /m; vậy RC1= 0,378.40 = 15,12 m

x0= 0,15 m /m; vậy XC1= 0,15.40 = 6 m

Cáp 2: Loại 4G35: Dài 10m

r0= 0,524 m /m; vậy RC1= 0,524.10 = 5,24 m

x0= 0,1m /m; vậy XC1= 0,1.10 = 1 m

5.4.2. Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn

- Tính toán ngắn mạch tại N1

R∑1 = RB+RA1+RTG1+2RA2+RC1

= 2,79 + 0,1 + 0,008+2.0,11+15,12 = 18,24 m

X∑1 = XB+XA1+XTG1+2XA2+XC1

= 14,29 +0,065+0,063+2.0,09+6 = 20,6 m

Với lưới hạ áp nên ta chọn k¬xk = 1,3

- Kiểm tra áptômát M12 và M08 có dòng cắt ngắn mạch IN = 40kA ≥ IN1 = 8,39 kA

Vậy áptômát ta đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động

Kiểm tra cáp tiết diện 3x70+50 mm2:

Tiết diện ổn định nhiệt của cáp: F ≥ .I. = 6.8,39. = 31,84mm2

Vậy cáp đã chon là hợp lý.

- Tính điểm ngắn mạch tại N2

= 18,24 + 2.1+5,24 + 0,3216 = 25,8m

= 20,6 + 2.0,6 +1+ 0,2928 = 23,09 m

- Kiểm tra áptômát loại NC125H có Icắt=10kA ≥ IN2 = 6,67 kA

Vậy các áptômát ta đã chọn thoả mãn điều kiện ổn định động

- Kiểm tra cáp đã chọn:

Tiết diện ổn định nhiệt của cáp

Vậy cáp ta đã chọn 4G35 mm2 là hợp lý.

Sơ đồ đấu dây và sơ đồ nguyên lý của mạng hạ áp phân xưởng sửa chửa cơ khí