C4 Phan 1: Tính Toán và Thiết Kế Lưới Điện Hạ Thế

Chuyên khảo phân tích C4 phan1, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Tính Toán và Thiết Kế Lưới Điện Hạ Thế
• Loại tài liệu: bài luận
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ
• 3.1. Đặc thù của lưới điện hạ thế
• 3.2. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ
• 3.3. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện độ bền nhiệt của dòng điện ngắn mạch
• 3.4. Tính toán tổn hao điện áp
• 3.5. Tính toán dòng điện ngắn mạch trong lưới hạ thế
• 3.6. Bảo vệ lưới điện hạ thế
• 3.7. Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tính Toán và Thiết Kế Lưới Điện Hạ Thế

Lưới điện hạ thế đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các hộ gia đình và doanh nghiệp. Việc tính toán lưới điện hạ thế không chỉ đảm bảo hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Trong phần này, sẽ trình bày tổng quan về các yếu tố cần thiết trong việc thiết kế và tính toán lưới điện hạ thế.

1.1. Đặc thù của lưới điện hạ thế

Lưới điện hạ thế có những đặc điểm riêng biệt như công suất thấp, độ an toàn cao và yêu cầu về bảo vệ quá tải. Những yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế.

1.2. Vai trò của tính toán trong thiết kế lưới điện

Tính toán chính xác giúp xác định tiết diện dây dẫn, công suất lưới điện và các yếu tố khác, từ đó đảm bảo lưới điện hoạt động hiệu quả và an toàn.

II. Vấn đề và Thách thức trong Tính Toán Lưới Điện Hạ Thế

Trong quá trình thiết kế lưới điện hạ thế, nhiều vấn đề và thách thức có thể phát sinh. Những vấn đề này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của lưới điện. Việc nhận diện và giải quyết kịp thời các vấn đề này là rất quan trọng.

2.1. Các vấn đề về phát nóng trong lưới điện

Phát nóng là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất trong lưới điện hạ thế. Nhiệt độ dây dẫn cần được kiểm soát để tránh hư hỏng và đảm bảo an toàn.

2.2. Thách thức trong việc bảo vệ lưới điện

Bảo vệ lưới điện khỏi các sự cố như ngắn mạch và quá tải là một thách thức lớn. Cần có các thiết bị bảo vệ hiệu quả để đảm bảo an toàn cho hệ thống.

III. Phương Pháp Tính Toán Lưới Điện Hạ Thế Hiệu Quả

Để thiết kế lưới điện hạ thế hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp tính toán chính xác. Các phương pháp này giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho lưới điện.

3.1. Tính toán dòng điện cho phép

Dòng điện cho phép là yếu tố quan trọng trong thiết kế lưới điện. Cần tính toán để đảm bảo rằng dòng điện không vượt quá giới hạn cho phép của dây dẫn.

3.2. Tính toán tổn hao điện áp

Tổn hao điện áp trong lưới điện cần được tính toán để đảm bảo rằng điện áp đến thiết bị không bị giảm quá mức, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

3.3. Phân tích độ bền nhiệt của dòng điện ngắn mạch

Độ bền nhiệt của các thiết bị trong lưới điện cần được phân tích để đảm bảo rằng chúng có thể chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Việc áp dụng các phương pháp tính toán trong thực tiễn đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc thiết kế lưới điện hạ thế đúng cách có thể giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất.

4.1. Kết quả từ các dự án thực tế

Nhiều dự án đã chứng minh rằng việc áp dụng các phương pháp tính toán chính xác giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

4.2. Ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế lưới điện

Công nghệ mới như phần mềm mô phỏng và phân tích dữ liệu lớn đang được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế lưới điện hạ thế.

V. Kết Luận và Tương Lai của Tính Toán Lưới Điện Hạ Thế

Tính toán và thiết kế lưới điện hạ thế là một lĩnh vực quan trọng và đang phát triển. Việc áp dụng các phương pháp mới và công nghệ hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ an toàn của lưới điện trong tương lai.

5.1. Xu hướng phát triển trong thiết kế lưới điện

Xu hướng hiện nay là áp dụng công nghệ thông minh và tự động hóa trong thiết kế lưới điện, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực lưới điện hạ thế là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về điện năng và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Electrical Delivery CHƯƠNG III CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LƯỚI TÍNH TOÁN ĐIỆN HẠ THẾ THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ 1 8/24/2014 Electrical Delivery 1. Đặc thù của lưới điện hạ thế 2. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ CHƯƠNG III 3. Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện độ bền nhiệt của dòng điện ngắn mạch TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 4.

Tính toán tổn hao điện áp LƯỚI ĐIỆN 5. Tính toán dòng điện ngắn mạch trong lưới hạ thế HẠ THẾ 6. Bảo vệ lưới điện hạ thế 7. Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ 8/24/2014 2 4.2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ  Tiết diện dây dẫn phụ thuộc:  Dòng điện tính toán  Yêu cầu về bảo vệ quá tải  Nhiệt độ môi trường  Môi trường lắp đặt  Loại vỏ bọc  Bước đầu lựa chọn dạng cáp phù hợp, cách lắp đặt sau đó mới tính toán lựa chọn tiết diện 8/24/2014 4 5 Method of installation Cáp trunking Cable (bao gồm ladder Conductors and Without Clipped loại ốp Cable Cable On Support cables Conduit fixings direct chân ducting tray insulators wire tường, và Cable loại đi trên brackets sàn ) Bare conductors _ _ _ _ _ _ + _ Insulated _ _ + + + _ + _ conductors Multi- Cáp có vỏ + + + + + + 0 + core bọc (bao gồm cả bọc thép và Single + + + + + + 0 + Chất -core khoáng cách nhiệt + : được phép _ : không cho phép 6 0 : không áp dụng , hoặc không dùng trong thực tế Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) là nhiệt độ lớn nhất mà khi làm việc ở nhiệt độ này , dây dẫn và cáp vẫn còn giữ được đúng đặc tính nhiệt và cơ của nó.

• Đối với dây trần : cp  70 0C. • cp dựa trên đặc tính của mối nối _ đây là chỗ tiếp xúc kém nhất khi có dòng đi qua ,sẽ gây nên hiện tượng phát nóng nhiều nhất _ Khi nhiệt độ tăng quá giá trị cho phép , chỗ tiếp xúc sẽ bị oxy hóa mạnh làm tăng điện trở tiếp xúc và ngày càng nóng lên cho tới khi đường dây không làm việc được nữa. • Dây có bọc cách điện : bộ phận chịu nhiệt kém nhất là lớp cách điện bọc quanh dây dẫn như cao su , PVC…. Tính cách điện của dây chỉ được đảm bảo khi nhiệt độ của lõi dây không vượt quá cp của vật liệu cách điện đó.

cp của dây có bọc phụ thuộc vật liệu cách điện của nó. • Cách điện bằng cao su , PVC có cp = 600C  80 0C ; cách điện bằng sợi amiang , sợi thủy tinh cp = 1000C  120 0C. 8/24/2014 7 Nhiệt độ cho phép của dây dẫn và cáp ngầm (cp) • Cáp ngầm có vỏ bọc kim loại bằng chì hoặc nhôm , cách điện bằng giấy tẩm dầu , khi bị nóng lên vật liệu cách điện này sẽ dãn nở và khi nguội đi thì co lại nhiều hơn vỏ bọc chì. • Do đó sẽ hình thành khoảng trống không khí giữa cách điện và vỏ bọc , dưới tác dụng của điện trường , không khí ở đây sẽ bị ion hóa đủ mạnh và gây nên hiện tượng chọc thủng cáp.

• cp = 500C – 80 0C 8 Hiện tượng phát nóng của dây dẫn Khi có dòng điện chạy qua , dây dẫn sẽ nóng lên , sự biến thiên nhiệt độ trong dây dẫn theo thời gian được biểu diễn bằng hàm số Δθ  θ  θ0  (θmax  θ0 )(1  e t / τ )   max  : độ chênh nhiệt độ của dây dẫn so với môi trường chung quanh ( 0 C).  : nhiệt độ của dây dẫn 1 sau khi có dòng điện chạy 2 qua t giây ( 0 C). 0 : nhiệt độ môi trường 0 chung quanh ( 0 C). max : nhiệt độ giới hạn t lớn nhất đối với dây dẫn ( 0 C).

 : hằng số thời gian phát 9 8/24/2014 nóng của dây dẫn (s). Hiện tượng phát nóng của dây dẫn I=const I=const chạy qua , dây dẫn bị đốt nóng , nhiệt lượng phát ra chia làm 2 phần : một phần làm nóng dây dẫn , phần còn lại tỏa ra môi trường chung quanh.  Nhiệt lượng tỏa ra môi trường theo 3 đường : bức xạ , đối lưu và truyền dẫn. Vì hệ số truyền dẫn không khí rất thấp nên chỉ xét đến hiện tượng đối lưu và bức xạ.

 Ở giai đoạn đầu , dòng điện làm cho nhiệt độ dây dẫn tăng tuyến tính theo đường thẳng , do hiện tượng đối lưu và bức xạ , một phần nhiệt lượng tỏa ra môi trường chung quanh.  Khi đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt , nhiệt độ của dây dẫn bằng với nhiệt độ môi trường chung quanh , nhiệt lượng phát sinh sẽ tỏa hết ra môi trường chung quanh, dây dẫn đạt nhiệt độ xác lập  Dây dẫn sẽ đạt nhiệt độ xác lập khi t= (3  4) . 10 8/24/2014 Dòng điện cho phép của dây dẫn và cáp Dòng điện cho phép ( Icp ) là dòng điện chạy qua dây dẫn lâu dài làm cho dây nóng lên tới nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ cho phép. Yếu tố liên quan tới Icp  Dòng điện I chạy qua dây dẫn có điện trở r trong một đơn vị thời gian sẽ phát ra nhiệt lượng l Q  K 1.

F K1 : hệ số qui đổi công suất điện ra nhiệt  : điện trở suất của dây dẫn ; l : chiều dài dây ; F : tiết diện dây  Lượng nhiệt tỏa ra môi trường chung quanh Q  K 2 (θ  θ0 )S K2 : hệ số tỏa nhiệt ( W/cm2.độC ) là nhiệt lượng tỏa ra trong 1giây từ 1cm2 bề mặt dây dẫn khi độ chênh nhiệt giữa dây dẫn và môi trường là 10C ; S =.l : diện tích bề mặt tản nhiệt (cm2 ) , d : đường kính dây dẫn (cm). =3,14 ,0 : nhiệt độ dây dẫn và của môi trường chung quanh Hệ số truyền nhiệt của dây dẫn phụ thuộc vào : •nhiệt độ của dây dẫn. 11 •tốc độ chuyển động của không khí gần dây dẫn .2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ 1. Theo điều kiện phát nóng: dây dẫn được lựa chọn theo dòng điện tính toán của tải sao cho nhiệt độ dây dẫn không lớn hơn nhiệt cho phép của dây dẫn với mọi giá trị dòng điện tải ở chế độ dài hạn I cp  I lv max Khi có nhiều dây dẫn trong một máng cáp ta phải tính đến khả năng truyền nhiệt giữa các cáp I lv max I cp  k hc Icp - dòng điện cho phép của dây dẫn (A) _tra theo cataloges.

I lvmax -dòng điện lớn nhất chạy trong dây dẫn (A) Khc - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào cách lắp đặt 13 8/24/2014 4.2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ 2. Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện được lựa chọn phải được kiểm tra theo điều kiện bảo vệ I pr K pr I cp  khc Iđmbộbảovệ -dòng điện định mức của bộ bảo vệ trong CB Kr – hệ số bảo vệ nhiệt ( chống quá tải ) Chọn dây dẫn thỏa mãn cả hai điều kiện, nếu theo điều kiện 2 không có trong cataloge thì chọn giá trị không nhỏ hơn điều kiện 1 14 8/24/2014 4.2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ 2. Theo điều kiện bảo vệ: tiết diện được lựa chọn phải được kiểm tra theo điều kiện bảo vệ I pr K pr I cp  khc Ipr -dòng điện định mức thiết bị bảo vệ Kpr – hệ số bảo vệ Chọn dây dẫn thỏa mãn cả hai điều kiện, nếu theo điều kiện 2 không có trong cataloge thì chọn giá trị không nhỏ hơn điều kiện 1 15 8/24/2014 4.2 Tính toán lưới điện hạ thế theo điều kiện phát nóng và bảo vệ 3. Theo điều kiện sụt áp  Tổn hao điện áp trong dây dẫn lựa chọn không vượt quá giá trị tiêu chuẩn.

Theo tiêu chuẩn tổn hao điện ápU%:  Đường dây điện áp 6-10kV: ±5% U %  U 100  Hệ thống chiếu sáng +5%; -2. U luoi  Mạng công nghiệp chế độ làm việc bình thường: ±5%  Mạng công nghiệp chế độ khởi động : ±8%  Sụt áp sẽ được tính theo đường dây từ thanh cái của TPPC hoặc đầu MBA đến thiết bị 16 8/24/2014 Electrical Delivery 3. Xác định tổn hao trên đường dây  Đường dây trong lưới hạ thế chỉ có R và X  Để xác định tổn hao điện áp trên đường dây truyền tải ta sử dụng sơ đồ thay thế 1 pha U1 R,X U2 I cos2 U pha1  U pha 2  IZ  U pha 2  I ( R  jX ) 17 8/24/2014 Tổn thất điện áp trên 1 dây dẫn điện dU U U. Up  U N  I  ( R  jX)  U N  dU 18 Electrical Delivery Giản đồ vector điện áp Upha1 c Upha a j2 j 1 Upha2 f IX d e IR g b Upha I Voltage loss Thành phần dọc trục ad  U  af  fd  IR cos j2  IX sin j2 U  3I ( R cos j 2  X sin j 2 ) 19 8/24/2014 Electrical Delivery Xây dựng giản đồ vector điện áp Upha1 c Upha a j2 j 1 Upha2 f IX d e IR g b Upha I Voltage loss Thành phần ngang trục cd  U  cg  dg  cg  bf  IX cos j2  IR sin j2 U  3I ( X cos j 2  R sin j 2 ) 20 8/24/2014 Electrical Delivery Biến đổi các công thức trên bằng cách nhân cả tử số và mẫu số với U.