Ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh bằng phần mềm ETAP: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn sách "Ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh bằng phần mềm ETAP" tập trung vào một số ứng dụng trong rất nhiều ứng dụng được tích hợp trong đó cùng với những kiến thức đã học được trong môn học cung cấp điện và hệ thống điện, sau đó là kết luận những gì rút ra được trong quá trình nghiên cứu đó. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 cuốn sách.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh bằng phần mềm ETAP: Phần 1

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời buổi được xem là thời kỳ Cách mạng công nghiệp lần 4 hiện nay, vai trò của những ứng dụng tự động, phần mềm hỗ trợ con người trong việc tính toán, thiết kế kỹ thuật càng trở nên cần thiết hơn. Điểm ưu việt dễ nhận thấy hơn cả là máy tính sẽ tính nhanh hơn con người và độ chính xác rất cao. Có những phần mềm hỗ trợ những bài toán đơn giản, có những phần mềm lại có rất nhiều ứng dụng chuyên sâu và quy mô rộng rãi trên nhiều dạng bài toán phức tạp đặt ra. Đối với các ngành kỹ thuật nói chung, trong cả quá trình học tập hay làm việc thì việc tính toán hầu như là xuyên suốt. Đối với những bài toán đơn giản thì sẽ dễ dàng kiểm định lại tính chính xác, độ tin cậy của thông số tính toán được. Còn đối với những bài toán nhiều số liệu liên kết với nhau và quy mô phức tạp hơn thì việc “sai một ly, đi một dặm” là điều không hiếm, và việc kiểm tra tính chính xác cũng mất nhiều thời gian. Trong bộ môn Điện Công nghiệp có rất nhiều bài toán như thế. Chính vì lý do đó mà có nhiều phần mềm ra đời hỗ trợ trong tính toán thiết kế điện như Matlab, Ecodial, PowerSim, Etap,… và ETAP là phần mềm mà chúng tôi thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu các tiện ích trong đó. ETAP là một trong những phần mềm ưu việt trong tính toán thiết kế hệ thống điện và nhiều ứng dụng khác được thiết kế bởi tập đoàn Operation Technology Inc. ở thành phố Irvine, California, Mỹ. Phần mềm này có thể hỗ trợ truy xuất kết quả tính toán để người thiết kế có thể căn cứ áp dụng hoặc đối chiếu với kết quả tính toán bằng phương thức tự tính toán. TS. Nguyễn Nhân Bổn phụ trách chương 1, 2, 3, 6, 7. TS. Lê Văn Đại phụ trách chương 4, 5. Quá trình tìm hiểu phần mềm này trong cuốn sách chúng tôi chỉ tập trung vào một số ứng dụng trong rất nhiều ứng dụng được tích hợp trong đó cùng với những kiến thức đã học được trong môn học cung cấp điện và hệ thống điện, sau đó là kết luận những gì rút ra được trong quá trình nghiên cứu đó. Chính vì vậy sẽ không thể tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được đóng góp của quý thầy, cô để chúng tôi có thể hoàn thiện hơn kiến thức và khai thác hiệu quả hơn các ứng dụng này trong tương lai. Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về: TS. Nguyễn Nhân Bổn; TS. Lê Văn Đại Email: bonnn@hcmute.edu.vn; lvd160178@gmail.com 3
4
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP 1. Tổng quát về phần mềm ETAP..............................................................9 2. Các thành phần và giao diện của ETAP.................................................9 3. Quản lý dữ liệu trong ETAP................................................................. 11 CHƯƠNG 2: CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP 1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................13 1.1. Khái nhiệm chung........................................................................13 1.2. Cáp mạng phân phối....................................................................13 1.3. Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp..........14 2. Chủng loại cáp (CADIVI)....................................................................15 2.1. Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC.......................................................15 2.2. Dây cáp điện lực CV....................................................................15 2.3. Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV...............................................15 2.4. Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC......................................................15 3. Phương pháp lựa chọn.........................................................................15 3.1. Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng................................16 3.1.1. Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất......................16 3.1.2. Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất.........................16 3.2. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ............................17 3.2.1. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB.....................................17 3.3. Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt...........17 3.3.1. Kiểm tra theo tổn thất điện áp..............................................17 3.3.2. Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch......................................19 4. Ứng dụng trong phần mềm ETAP........................................................20 4.1. Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP.............................................21 5
4.2. Tiêu chuẩn áp dụng......................................................................21 4.3. Trang thông tin . ..........................................................................22 4.4. Mô phỏng ví dụ trong ETAP . .....................................................22 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG 1. Các tính toán cần thiết..........................................................................28 2. Ứng dụng phần mềm ETAP tính toán lựa chọn dây dẫn cho đường dây truyền tải trên không..............................................................28 CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT TUABIN GIÓ 1. Tổng quan về năng lượng gió..............................................................37 1.1. Thực trạng năng lượng và môi trường.........................................37 1.2. Ưu điểm năng lượng gió..............................................................39 1.3. Nhược điểm năng lượng gió........................................................39 1.4. Sự liên quan giữa công suất và độ cao.........................................40 2. Mô phỏng máy phát tuabin gió trong ETAP........................................41 2.1. Phân tích ổn định động................................................................41 2.2. Thanh công cụ phân tích ổn định động........................................42 2.3. Mô phỏng ví dụ trong ETAP........................................................44 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................54 1.1 Tính toán công suất phụ tải...........................................................54 1.2. Tính toán dung lượng máy biến áp theo sơ đồ phân bố phụ tải trong mạng điện..................................................................................54 1.3. Tính toán dung lượng máy biến áp theo đồ thị phụ tải................55 2. Lựa chọn máy biến áp..........................................................................58 3. Ứng dụng ETAP chọn máy biến áp......................................................58 3.1. Thẻ Rating (thông số cơ bản của biến áp)...................................58 3.2. Thẻ thông số trở kháng máy biến áp (Impedance).......................62 3.3. Thẻ nối đất (Grounding)..............................................................63 3.4. Thẻ định kích thước biến áp (Sizing)...........................................65 6
CHƯƠNG 6: TỐI ƯU LẮP ĐẶT TỤ BÙ 1. Cơ sở lý thuyết.....................................................................................69 1.1. Lợi ích của việc bù công suất phản kháng...................................69 1.2. Lý thuyết bù kinh tế.....................................................................70 2. Tổng quan chức năng tính toán lắp đặt tụ bù của ETAP......................72 2.1. Tổng quan về chế độ tính toán tối ưu tụ bù của ETAP................73 2.2. Chỉnh sửa Study Case của chế độ OCP.......................................73 2.2.1. Thẻ Info................................................................................74 2.2.2. Thẻ Voltage Constraint.........................................................75 2.2.3. Thẻ Capacitor.......................................................................76 2.3. Phương thức tính toán..................................................................77 3. Ví dụ - áp dụng mô phỏng ETAP.........................................................78 CHƯƠNG 7: PHỐI HỢP VÀ BẢO VỆ QUÁ DÒNG MẠNG ĐIỆN 1. Phối hợp bảo vệ các relay quá dòng....................................................82 1.1. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (chức năng 50 hay 50N)..........82 1.2. Bảo vệ quá dòng điện cực đại (chức năng 51 hay 51N)..............84 1.2.1. Phối hợp thời gian các đặc tính độc lập...............................85 1.2.2. Phối hợp thời gian các đặc tính phụ thuộc...........................86 1.3. Ứng dụng ETAP vào tính toán bảo vệ mạng điện........................87 1.3.1. Tổng quát chức năng tính toán phối hợp bảo vệ..................87 1.3.2. Thanh công cụ......................................................................87 1.3.3. Chỉnh sửa Study Case..........................................................89 2. Ví dụ - áp dụng mô phỏng ETAP.........................................................91 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................95 7
8
Chương 1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP 1. TỔNG QUÁT VỀ PHẦN MỀM ETAP ETAP là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc (OTI). ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi máy tính điện toán bắt đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc. Ban đầu, ETAP là một phần mềm chuyên về thiết kế lưới điện, tính toán các thông số của một lưới điện tĩnh (Off-line). Năm 1992, ETAP cũng giới thiệu mảng thứ hai, toàn diện và thiết thực hơn, đó là quản lý lưới điện trong thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong kho vận hành thực tế. Kể từ đó, ETAP phát triển rất nhanh với việc độc quyền trên nền tảng thời gian thực, ETAP thu hút được số lượng người dùng đông đảo và ngày càng được tin dùng. Phần mềm ETAP được chia thành hai mảng chính là ETAP Off-line và ETAP Real-time. ETAP Off-line cung cấp cái nhìn đầu tiên, mô phỏng hệ thống điện cần quy hoạch trên mô hình và kiểm tra trước khi thi công dự án. ETAP Real-time hướng đến một hệ thống điện tự hành, bao gồm thu nhận dữ liệu, giám sát và dự báo trước những biến cố có thể xảy ra, quy hoạch động cũng như thao tác tập trung hệ thống đang vận hành. Bên cạnh đó, các chức năng của ETAP can thiệp được trong tất cả giai đoạn của quá trình tính toán, giúp cho quá trình chuyển giao giai đoạn, ghép nối các khâu hay bảo trì, vận hành dễ dàng do sử dụng nền tảng, ngôn ngữ chung. 2. CÁC THÀNH PHẦN VÀ GIAO DIỆN CỦA ETAP ETAP là một giải pháp toàn diện cho việc thiết kế, mô phỏng, phân tích hệ thống điện trong quá trình phát điện, truyền tải, phân phối và điện công nghiệp. ETAP tổ chức công việc trên một nền tảng dự án. Mỗi dự án được tạo ra, ETAP cung cấp tất cả những dụng cụ cần thiết và hỗ trợ cho việc mô hình hóa và phân tích một hệ thống điện. Với giao diện và các thành phần trực quan, dễ sử dụng, ETAP phù hợp cho tất cả các đối tượng học tập, nghiên cứu và vận hành. 9
Hình 1.1. Giao diện phần mềm ETAP Khi một dự án được khởi tạo, ETAP sẽ cung cấp dự liệu của dự án trong file có phần mở rộng là *.OTI. Cơ sở dữ liệu được lưu trong một tập tin cơ sở dữ liệu ODBC (Open Data Connectivity – kết nối cơ sở dữ liệu mở) như Microsoft Access (*.MDB). Các file của dự án được lưu trong một thư mục có tên là tên của dự án. ETAP cũng lưu trữ các báo cáo trong thư mục này. ETAP được thiết kế và phát triển bởi đội ngũ kỹ sư để giải quyết các vấn đề của hệ thống điện sử dụng gói phần mềm được tích hợp sẵn với nhiều giao diện như: mạng điện AC và DC, mương cáp, cáp ngầm, lưới nối đất, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phối hợp thiết bị bảo vệ, sơ đồ hệ thống điều khiển AC và DC,… 10
Hình 1.2. Các công cụ chính ETAP cung cấp ETAP cung cấp tất cả các hệ thống và các giao diện để giúp người sử dụng có thể mô hình hóa và phân tích tất cả các vấn đề của hệ thống điện, từ các hệ thống điều khiển đến các bảng điều khiển, cũng như các lưới điện truyền tải và phân phối lớn. Các giao diện được hiển thị đồ họa hoàn chỉnh và các đặc tính kỹ thuật của mỗi thành phần mạng điện có thể được điều chỉnh trực tiếp. Các kết quả tính toán của ETAP được hiển thị trực quan và thuận tiện cho người sử dụng. Tất cả hệ thống ETAP tận dụng lợi thế của việc sử dụng chung một cơ sở dữ liệu. ETAP cũng chưa một thư viện tích hợp sẵn và có thể truy cập từ các tập tin dự án. Người dùng có thể tạo ra thư viện mới hoặc hiệu chỉnh lại thư viện hiện tại để thêm dữ liệu của nhà sản xuất Giao diện và hệ thống ETAP có thể được kết nối bằng cách sử dụng thanh công cụ hệ thống. 3. QUẢN LÝ DỮ LIỆU TRONG ETAP ETAP thiết lập một hệ thống điện trong một dự án riêng. Trong dự án này, ETAP tạo ra ba thành phần chính của hệ thống. 11
Hình 1.3. Giao diện hệ thống quản lý dữ liệu - Hiển thị (Presentation): thiết lập số lượng không bị giới hạn, hiển thị đồ học độc lập của sơ đồ đơn tuyến mà nó mô tả dữ liệu thiết kế hoặc bất kỳ mục đích nào khác (ví dụ: sơ đồ trở kháng, các kết quả nghiên cứu hoặc đồ thị). - Cấu hình (Configuration): Thiết lập với số lượng không bị giới hạn, hệ thống cấu hình độc lập có thể nhận dạng tình trạng của các khóa điện (mở hoặc đóng), động cơ và tải (liên tục, gián đoạn và dự trữ), các chế độ vận hành của máy phát ( cân bằng, điều khiển điện áp, điều khiển công suất phản kháng, điều khiển hệ số công suất) và MOVs (Mở, đóng, điều tiết và dự trữ). - Dữ liệu hiệu chỉnh (Revision Data): Dữ liệu cơ sở được thiết lập với số lượng không bị giới hạn với các dữ liệu hiệu chỉnh để theo dõi các thay đổi và điều chỉnh các đặc tính kỹ thuật. Ba thành phần hệ thống này được tổ chức ở dạng trực giao để cung cấp khả năng và độ linh hoạt cao cho việc xây dựng và thao tác dự án ETAP. Sử dụng khái niệm Hiển thị, Trạng thái cấu hình và Dữ liệu hiệu chỉnh, người sử dụng có thể tạo vô số sự kết hợp các lưới điện từ các cấu hình đa dạng và các tính chất kỹ thuật khác nhau, cho phép khảo sát và nghiên cứu đầy đủ các tính chất của lưới điện dựa trên một dữ liệu ban đầu. Điều này có nghĩa là người dùng không cần sao chép dữ liệu cho các cấu hình hệ thống khác nhau. ETAP dựa trên khái niệm cơ sở dữ liệu ba chiều để thực hiện tất cả Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh. Việc sử dụng khái niệm dữ liệu nhiều chiều cho phép người dùng lựa chọn tùy ý như Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh cụ thể với cùng một dữ liệu dự án. 12
Chương 2 CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Khái nhiệm chung Dây dẫn và cáp là một trong các thành phần chính của mạng cung cấp điện. Vì vậy, việc lựa chọn dây dẫn và cáp đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và thỏa mãn chỉ tiêu kinh tế sẽ góp phần đảm bảo chất lượng điện, cung cấp điện an toàn và liên tục, đồng thời góp phần không nhỏ vào việc hạ thấp giá thành truyền tải và phân phối điện năng, mang lại lợi ích không chỉ cho ngành điện mà còn cho cả các ngành kinh tế quốc dân. Tùy theo loại mạng điện và cấp điện áp mà điều kiện kinh tế đóng vai trò quyết định và điều kiện kỹ thuật đóng vài trò quan trọng hay ngược lại. Do đó, cần phải nắm vững bản chất của mỗi phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp để sử dụng đúng chỗ và có hiệu quả. 1.2. Cáp mạng phân phối Cáp mạng phân phối được chế tạo chắc chắn, có thể đặt trong đất hoặc trong hầm dành riêng cho cáp nên tránh được va đập, tránh được ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu. - Cáp ở cấp điện áp U < 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu ba pha bọc chung một vỏ chì. - Cáp ở cấp điện áp U > 10 kV, thường được chế tạo theo kiểu bọc rẽ từng pha. Cáp thường dùng lõi nhôm một sợi hoặc nhiều sợi, chỉ sử dụng lõi đồng ở những nơi đặc biệt như dễ cháy nổ, trong hầm mỏ, nguy hiểm do khí và bụi. Lõi cáp có thể làm bằng một sợi hoặc nhiều sợi xoắn lại, các sợi có dạng tròn, ô van, cung quạt, có thể ép chặt hoặc không ép chặt. 13
Cáp nhiều ruột thường là loại 3 hay 4 ruột. Với cáp 4 ruột, ruột trung tính thường có tiết diện bé hơn. Các ruột dẫn có bọc cách điện để bọc từng pha với nhau bên ngoài được bao một lớp vỏ bằng chì, nhôm, cao su hoặc nhựa tổng hợp để ngăn ngừa lớp vỏ bị ăn mòn hoặc bị hỏng, phí bên ngoài cũng được phủ một lớp bảo vệ gồm: - Lớp bảo vệ tránh ăn mòn, thường là bitum quét lên vỏ cáp và một lớp băng giấy tẩm sulfat, trên đó lại quét một lớp bitum thứ hai. - Lớp đệm phủ, để tránh cho vỏ cáp không bị hư khi đặt một lớp bọc thép. Nó gồm lớp dây tẩm hoặc giấy tẩm sulfat và phủ ngoài một lớp bitum. - Lớp vỏ bọc thép bảo vệ cho vỏ không bị hỏng cơ học làm bằng thép hoặc dây thép mạ kẽm. 1.3. Phương pháp lựa chọn dây/cáp trong mạng phân phối cao áp Nguyên tắc chung chọn dây/cáp là phải đảm bảo yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Tuy nhiên, thường hai chỉ tiêu này mang tính đối lập cho nên căn cứ vào đặc điểm của mạng phân phối, truyền tải điện được xem xét và các yếu tố ảnh hưởng khác mà việc lựa chọn dây/cáp sẽ được tiến hành trên cơ sở kinh tế hay kỹ thuật là chính. Tuy nhiên, dù được chọn dựa trên cơ sở nào thì cũng phải kiểm tra cơ sở còn lại. Các phương pháp chọn cáp trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế bao gồm: - Phương pháp chọn cáp theo mật độ dòng kinh tế - Phương pháp chọn dây cáp theo khối lượng kim loại màu cực tiểu Các phương pháp chọn cáp theo cơ sở chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm: - Phương pháp chọn cáp theo điều kiện phát nóng - Phương pháp chọn cáp theo điều kiện tổn thất điện áp - Phương pháp xem xét đồng thời cả hai chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật là phương pháp mật độ dòng điện J không đổi. 14
2. CHỦNG LOẠI CÁP (CADIVI) 2.1. Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC Đây là loại cáp được bọc cách điện bằng XPLE, thường cáp này có 2,3 hoặc 4 ruột, ruột dẫn được làm bằng nhồm xoắn ép chặt lại. Tiết diện danh định nằm trong khoảng từ 16 150mm2, được dùng với cấp điện áp 0,6/1 kV và làm việc lâu dài ở nhiệt độ bằng 90oC. Do cấu tạo được xoắn chung thành chùm nên có nhiều chắc năng ưu việt, an toàn khi sử dụng, bảo đảm mỹ quan thành phố thuận tiện khi lắp đặt và sửa chữa. 2.2. Dây cáp điện lực CV Cáp điện lực CV là loại cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi xoắn chặt lại với nhau. Tiết diện danh định từ 11 400 mm2. Cáp điện lực CV thường dùng cho mạng điện phân phối khu vực có điện áp 660V. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ. 2.3. Dây cáp điện lực 2, 3, 4 ruột CVV Đây là cáp được bọc cách điện bằng nhựa PVC, gồm 2, 3, 4 lõi. Ruột dẫn được làm bằng đồng nhiều sợi nhỏ xoắn chặt lại với nhau. Tiết diện danh định từ 2 50 mm2. Cáp điện lực CVV thường dùng để cấp điện cho các động cơ điện 2 pha hoặc 3 pha. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép là 70oC, nhiệt độ cực đại cho phép khi có sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ. 2.4. Dây đơn 1 sợi (nhiều sợi) VC Đây là dây điện được bọc cách điện bằng nhựa PVC, ruột dẫn được làm bằng đồng một sợi. Tiết diện danh định từ 1oC 7 mm2. Dây VC thường dùng trong thiết bị đường dẫn điện chính trong nhà. Nhiệt độ làm việc dài hàn ở 70oC và khi gặp sự cố là 80oC trong khoảng thời gian 24 giờ. 3. PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN Do mạng phân phối hạ áp tải công suất nhỏ và cự ly truyền tải ngắn 15
nên chỉ tiêu kinh tế chỉ đóng vài trò quan trọng mà không đóng vai trò quyết định như chỉ tiêu kỹ thuật. Chỉ tiêu kỹ thuật cần quan tâm khi chọn cáp bao gồm: - Nhiệt độ cáp không được vượt quá nhiệt độ cho phép quy định bởi nhà chế tạo trong chế độ vận hành bình thường cũng như trong chế độ vận hành sự cố khi xuất hiện ngắn mạch. - Độ sụt áp không được vượt quá độ sụt áp cho phép. 3.1. Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép sẽ đảm bảo cho cách điện của dây dẫn không bị phá hỏng do nhiệt độ dây dẫn đạt đến trị số nguy hiểm cho cách điện của dây. Điều này được thực hiện khi dòng điện phát nóng cho phép của cáp phải lớn hơn dòng điện làm việc lâu dài cực đại chạy trong dây dẫn. 3.1.1. Xác định tiết diện cáp không chôn ở dưới đất Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dòng phát nóng cho phép của cáp không chôn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ số thành phần: - Hệ số K1 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt - Hệ số K2 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn - Hệ số K3 xét đến nhiệt độ môi trường khác 30oC K = K1 x K2 x K3 (2.1) 3.1.2. Xác định tiết diện cáp chôn ngầm trong đất Theo điều kiện lắp đặt thực tế, dòng phát nóng cho phép của cáp chôn ngầm dưới đất phải hiệu chỉnh theo hệ số K bao gồm các hệ số thành phần: - Hệ số K4 xét đến ảnh hưởng của cách lắp đặt - Hệ số K5 xét đến số mạch cáp trong một hàng đơn - Hệ số K6 xét đến tính chất của đất - Hệ số K7 xét đến nhiệt độ đất khác 20oC K = K4 x K5 x K6 x K7 (2.2) 16
3.2. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ Trong mạng hạ áp, thường sử dụng máy cắt (CB) hay cầu chì để bảo vệ quá tải thiết bị tiêu thụ điện và cáp. Do đó, việc chọn cáp trong mạng hạ áp liên quan chặt chẽ với việc chọn thiết bị bảo vệ. 3.2.1. Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB Khi tính toán được dòng làm việc cực đại của phụ tải IB, chọn CB có dòng định mức In thỏa điều kiện: In > IB (2.3) Từ đó, chọn dòng phát nóng cho phép Icp của cáp mà CB có thể có khả năng bảo vệ: Icp = In (2.4) Từ điều kiện lắp đặt thực tế của cáp tìm được hệ số hiệu chỉnh K. Từ đây, xác định dòng phát nóng cho phép tính toán Icptt: I cp Icptt ≥ (2.5) K Chọn loại cáp và tiết diện phù hợp có dòng phát nóng định mức (Icpđm) thỏa điều kiện: Icpđm > Icptt (2.6) Sau đó, tính sụt áp ∆U và kiểm tra điều kiện sụt áp cho phép: ∆U < ∆Ucp (2.7) Nếu điều kiện sụt áp cho phép không thỏa, cần tăng tiết diện dây lên và kiểm tra lại sụt áp. Nếu thỏa điều kiện sụt áp cho phép thì tiếp tục kiểm tra độ ổn định nhiệt khi xuất hiện ngắn mạch: F > Fnh (2.8) 3.3. Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp và ổn định nhiệt 3.3.1. Kiểm tra theo tổn thất điện áp Đối với mạng hạ áp, do trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải nên vấn đề đảm bảo điện áp rất quan trọng. Vì vậy, thường phải kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép. 17
Công thức xác định tổn thất điện áp trên cáp trình bày ở bảng sau: Sụt áp ∆U Mạch ∆U ∆U% 1 pha: pha/pha 1 pha: pha/trung tính 3 pha cân bằng: 3 pha (có hoặc không có trung tính) Bảng 2.1. Bảng công thức tính toán tổn thất điện áp Bảng công thức tính toán tổn thất điện áp cho phép Trong đó: • IB là dòng làm việc lớn nhất (A) • r0 là điện trở của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km) • x0 là cảm kháng của dây dẫn trên một đơn vị chiều dài (Ω/km) • Uđm là điện áp định mức (V) • L là chiều dài đường dây (km) • là góc pha giữa điện áp và dòng điện trong dây • r0 được bỏ qua khi tiết diện lớn hơn 55 mm2 r0 = cho dây đồng và r0 = cho dây nhôm x0 được bảo qua cho dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn 50 mm2 Nếu không có thông tin nào khác chọn x0 = 0.08Ω/km Cos được chọn như sau: - Đối với phụ tải chiếu sáng Cos = 0,6 1 - Đối với phụ tải động cơ Khi khởi động 18
Ở chế độ bình thường Trong thực tế, để đơn giản trong tính toán tổn thất điện áp có thể áp dụng biểu thức sau: (2.9) Trong đó: Vd là điện áp rơi trên mỗi đơn vị chiều dài đường dây (V/A.km), I là dòng điện phụ tải (A) , L là chiều dài của dây (km) Khi mà nhà chế tạo cáp cho trước giá trị Vd thì có thể xác định tiết diện dây dẫn đảm bảo tổn thất điện áp qua bảng tra. Điều kiện kiểm tra tổn thất điện áp cho phép: (2.10) Trong đó: là tổn thất điện áp cho phép ( + 5% hoặc 2.5% tùy loại phụ tải), là tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng. Nếu trong mạng có nhiều đoạn, nhiều nhánh thì phải tìm điểm nào có tổn thất điện áp lớn nhất để so sánh 3.3.2. Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch Khi chưa mang tải, nhiệt độ trong dây dẫn bằng với nhiệt độ môi trường. Khi ngắn mạch, nhiệt lượng trong dây dẫn sẽ sinh ra rất lớn và tỏa vào lớp bọc cách điện. Nếu các thiết bị bảo vệ không cô lập sự cố kịp thời sẽ dẫn đến cách điện dây dẫn bị phá hủy. Cần phải kiểm tra khả năng chịu nhiệt của cáp khi xuất hiện ngắn mạch theo biểu thức: (2.11) Hay: (2.12) Trong đó: t là thời gian tồn tại dòng ngắn mạch (s), IN là dòng điện ngắn mạch (A), F là tiết diện của cáp (mm2), Kcđ là hằng số đặc trưng cho loại cách điện (A2.s/mm4) Giá trị Kcđ được tra: 19
Nhiệt độ cực đại Hằng số Kcđ Cách điện Chế độ Chế độ kết thúc Đồng Nhôm xác lập ngắn mạch PVC 70 160 115 76 Cao su 85 135 135 90 tổng hợp PE, XLPE 90 143 143 94 Bảng 2.2. Hằng số cách điện 4. MÔ PHỎNG VÍ DỤ TRONG ETAP Phần mềm ETAP cung cấp các tùy chọn khác nhau có thể được sử dụng cho các yêu cầu thiết kế. Các yêu cầu thiết kế này có thể do người dùng xác định hoặc tự động xác định từ lưu lượng tải, ngắn mạch và kết quả tính toán thiết bị bảo vệ. Nghiên cứu kích thước cáp ETAP tính toán kích thước cáp tối ưu và thay thế cho dây dẫn pha dựa trên các tiêu chí sau: - Dòng tải - Sụt áp - Áp khởi động động cơ tối thiểu - Dòng ngắn mạch - Thiết bị bảo vệ - Sóng hài Các tính năng chính: - Tính toán thông số cáp - Dựa trên giao diện lưới để sắp xếp, tìm kiếm và lọc - Nhiều bộ lọc để lựa chọn - Cập nhật hàng loạt từ thư viện - Lựa chọn hàng loạt từ thư viện - Truy cập vào biểu mẫu - Báo cáo cá nhân hoặc hợp nhất 20
4.1. Giới thiệu thư viện cáp trong ETAP Trên thanh tiêu đề, ta chọn “Library”, sau đó chọn “Cable” để xuất hiện hộp thoại thư viện cáp như hình 2.2: Các thông số và ký hiệu trong hộp thoại thư viện cáp: Unit Đơn vị đo lường theo English hoặc Mertic Freq Tần số, đơn vị: Hz Type Vật liệu dẫn, Đồng (CU) hoặc Nhôm (AL) kV Điện áp dây định mức của cáp ( đơn vị: kV) %Class Cấp điện áp phần trăm định mức : 100%, 133% #/C Cáp đơn (1/C), cáp 3 lõi (3/C),… Insul Loại cách điện: Rubber ( Cao Su ), XLPE, PVC,… Source Tiêu chuẩn áp dụng Instal Kiểu lắp đặt có từ tính hoặc không Bảng 2.3. Hộp thoại Cable Library 4.2. Tiêu chuẩn áp dụng Đối với mạng hạ áp (£ 1 kV): IEEE 399 (under ground installations), ICEA P-54-440 (above ground trays), NEC, IEC 60364, BS 7671, NF C15-100. Đối với mạng trung áp (< 35 kV): IEEE 399, ICEA P-54-440, NEC, IEC 60502. Hình 2.2. Tiêu chuẩn áp dụng 21
Đối với mạng cao áp (> 35 kV): IEEE 399 (under ground installations), ICEA P-54-440 (above ground trays) 4.3. Trang thông tin Hình 2.3. Thanh AC Elements Editor 4.4. Mô phỏng ví dụ trong ETAP Tính toán lựa chọn cáp hạ áp, cho sơ đồ đơn tuyến như hình sau với các thông số sau: - Công suất điện đinh mức của lưới nguồn: 100 MVA - Máy biện áp hạ áp 4.16/0.48 kV, 120 kVA - Công suất của Motor1 là 125 HP 22