Cách tính toán sụt áp

Chương 6: TÍNH TOÁN SỤT ÁP ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong một hệ thống cung cấp điện để có thể đảm bảo cho các thiết bị máy móc làm việc tốt cần phải đảm bảo đủ điện áp và ổn định. Thực tế không có hệ thống nào truyền tải đầy đủ điện áp từ nguồn đến tải, mà sẽ bị hao hụt trên dây dẫn làm cho điện áp tại tải luôn nhỏ hơn điện áp nguồn. Nguyên nhân gây ra hiện tượng hao hụt điện áp trên dây dẫn là do dây dẫn có tổng trở nhất định dù rất nhỏ, do hệ số cosφ của tải thấp. Sự vận hành của tải phụ thuộc rất nhiều vào điện áp trên đầu vào của chúng và đòi hỏi phải gần với giá trị định mức, sụt áp quá lớn sẽ gây ra các hiện tượng sau: Điện áp động cơ luôn đòi hỏi điện áp dao động ±5% xung quanh giá trị định mức của động cơ, khi động cơ khởi động dòng khởi động rất lớn có thể gấp 5 đến 7 lần dòng định mức, nếu như độ sụt áp là 8% lúc ở trạng thái định mức thì khi khởi động có thể lên đến 40% hoặc hơn và như vậy làm cho động cơ đứng yên không khởi động do moment điện từ không lớn hơn moment tải, do đó dòng điện chạy trong động cơ không thể chuyển hóa thành cơ năng nên chuyển thành nhiệt năng đốt nóng động cơ và động cơ tăng tốc chậm, do vậy kéo dài thời gian khởi động, dòng tải lớn tồn tại trong thời gian lâu dài làm đốt nóng dây dẫn và gây giảm áp trên các thiết bị khác. Sụt áp quá lớn gây tổn thất công suất đáng kể nhất là cho các tải làm việc liên tục. Từ các nguyên nhân gây ra sụt áp và tác hại dã đề cập ở trên ta phải kiểm tra sụt áp trên một số thiết bị công suất lớn và ở xa nguồn nhất để chắc chắn đảm bảo thiết bị hoạt động bình thường khi vận hành cũng như khi mở máy ( đối với tải có gắn động cơ). TIÊU CHUẨN SỤT ÁP CHO PHÉP: Độ sụt áp cho phép thay đổi tùy theo lưới điện của mỗi quốc gia. Đối với lưới hạ áp các giá trị điển hình cho trong bảng sau: Bảng 6.1 Điểm sụt áp lớn nhất cho phép từ điểm nối vào lưới tới nơi dùng điện Chiếu sáng Các lọai tải khác Từ trạm hạ thế công cộng 3% 5% Từ trạm khách hàng trung hạ thế được nuôi từ lưới công cộng. 6% 8% Bảng trên cho giá trị sụt áp giới hạn trong điều kiện vận hành bình thường (ổn định tĩnh) và không được sử dụng khi khởi động động cơ, hoặc khi đóng cắt đồng thời một cách tình cờ nhiều tải. Trong luận văn này ta chọn giá tri sụt áp cho phép khi vận hành bình thường là 5% và khi đóng cắt hoặc khởi động sụt áp cho phép là 8%. PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỤT ÁP: 6.3.1 Tính sụt áp lúc bình thường. Công thức chung để tính sụt áp cho mỗi km chiều dài dây dẫn: Bảng 6.2: Mạch Sụt áp ΔU V % 1 pha: pha/pha. ΔU = 2.Itt(Rcos + Xsin) 1 pha: pha/trung tính. ΔU = 2.Itt (Rcos + Xsin) 3 pha cân bằng ΔU = .Itt(Rcos + Xsin) Với: R là điện trở của đoạn dây cần tính sụt áp (Ω/km). R được bỏ qua khi tiết diện lớn hơn 500 mm2. X là điện kháng của đoạn dây cần tính sụt áp (Ω/km). X được bỏ qua cho dây dẫn có tiết diện nhỏ hơn 50 mm2. ΔU (V): Sụt áp trên đoạn dây cần tính. ΔU (%): Phần trăm sụt áp trên đoạn dây cần tính. : góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện của phụ tải. Itt : dòng làm việc lớn nhất (A). Un : Điện áp dây (V). Vn : Điện áp pha (V). Sụt áp của thiết bị trên toàn bộ đường dây: ΔU = (V) 6.3.2 Tính sụt áp khi khởi động. Để tính sụt áp khi khởi động ta sử dụng các công thức sau để tính: ΔUmm4 = .Imm(Rcosmm + Xsinmm) Với Imm = KmmIđm Đối với tải động cơ Kmm = 3÷5. Chọn Kmm = 5 cos= 0,35 ; sin = 0,94 ΔI = Imm – Itt4 (V) (V) (V) Suy ra tổng sụt áp của thiết bị khi khởi động: (V) Với ΔU1, ΔU2, ΔU3 là phần trăm sụt áp lúc bình thường. TÍNH TOÁN CỤ THỂ: 6.4.1 Tính sụt áp lúc bình thường. 6.4.1.1 Từ tủ phân phối chính PPC đến máy biến áp MBA: Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ PPC đến MBA: Cáp có ro = 0,038 (Ω/km), xo = 0,09 (Ω/km), dài l = 25 (m) Rcáp = 0,038 = 0,95 x 10-3 (Ω) Xcáp = 0,09 = 2,25 x 10-3 (Ω) Dòng tính toán Itt1 = 850,83 (A), cos= 0,7, sin= 0,714 Độ sụt áp: ΔU1 = .Itt1(Rcápcos + Xcápsin) = 850,83(0,950,7 + 0,7142,25 x 10-3) = 3,35(V) 6.4.1.2 Từ tủ phân phối phụ Nguội - Lắp Ráp PPPA đến tủ phân phối chính (PPC) : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ tủ phân phối phụ Nguội – Lằp Ráp PPPA đến (PPC): Cáp có ro = 0,182 (Ω/km), xo = 0,09(Ω/km), dài l = 45 (m) Rcáp = rol = 0,18245 x 10-3 = 8,19 x 10-3 (Ω) Xcáp = 0,09 x 45 x 10-3 = 4,05 x 10-3 (Ω) Dòng tính toán Itt2 = 288,73 (A), cos= 0,7, sin= 0,714 Độ sụt áp: ΔU2 = .Itt2(Rcápcos + Xcápsin) = 288,73 (8,19 0,7 + 4,050,714 ) = 4,73 (V) 6.4.1.3 Từ tủ phân phối phụ Tiện ( PPPB )đến tủ phân phối chính (PPC) : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ tủ phân phối phụ Tiện PPPB đến (PPC): rop = 0,268/4 = 0,067 (Ω/km) ,(Ω/km), xo = 0,09 (Ω/km), dài l = 56 (m) Rcáp = rol = 0,067 56 x 10-3 = 3,75x 10-3 (Ω) Xcáp = 0,09 x 56 x 10-3 = 5,04 x 10-3 (Ω) Dòng tính toán Itt2 = 445 (A), cos= 0,7, sin= 0,71 Độ sụt áp: ΔU2 = .Itt2(Rcápcos + Xcápsin) = 445 (3,75 0,7 + 5,040,71 ) = 4,78 (V) 6.4.1.4 Từ tủ phân phối phụ Phay – Bào – Doa (PPPC )đến tủ phân phối chính (PPC) : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ tủ phân phối phụPhay – Bào – Doa( PPPB )đến (PPC): rop = 0,139/4 = 0,035(Ω/km), xo = 0,09 (Ω/km)., dài l = 91 (m) Rcáp = rol = 0,044 91 x 10-3 = 4 x 10-3 (Ω) Xcáp = 0,09 x 91 x 10-3 = 8,19 x 10-3 (Ω) Dòng tính toán Itt2 = 435,75 (A), cos= 0,7, sin= 0,71 Độ sụt áp: ΔU2 = .Itt2(Rcápcos + Xcápsin) = 435,75 (40,7 + 8,19 0,71 ) = 6,5 (V) 6.4.1.5 Từ tủ phân phối Văn Phòng ( PPP D  ) đến tủ phân phối chính (PPC ) : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ tủ động lực ( TDLD ) đến (PPC): rop = 0,727/4 =0,182 (Ω / km), xo = 0,09 (Ω/km)., dài l = 36 ( m ) Rcáp = rol = 0,182 36 x 10-3 = 6,55 x 10-3 (Ω) Xcáp = 0,09 x 36 x 10-3 = 32,4 x 10-3 (Ω) Dòng tính toán Itt2 = 324,77 (A), cos= 0,7, sin= 0,71 Độ sụt áp: ΔU2 = .Itt2(Rcápcos + Xcápsin) = 324,776,55 0,7 = 2,58 (V) 6.4.1.6 Từ ĐL II đến tủ phân phối phụ Nguội - Lắp Ráp PPPA: Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ ĐL IIA đến tủ phân phối phụ Nguội – Lắp Ráp ( PPPA ) : Cáp có ro = 3,025 (Ω/km), xo = 0,09 (Ω/km), dài l = 12 (m) Rcáp = rol = 3,02512 = 36,3 (Ω) Xcáp = xol = 0,0912 = 1,08 (Ω) Dòng tính toán Itt3 = 68,8 (A), cos= 0,7, sin= 0,714 Độ sụt áp: ΔU3 = .Itt3(Rcápcos + Xcápsin) = 68,8(36,30.7 +1,080.714) = 3,12(V) ΔU = = ΔU1+ΔU2 + ΔU3 = 3,35 + 4,73 + 3,12 = 11,2(A) ΔU% = = 2,95% < 5% (Đạt) 6.4.1.7 Tính sụt áp của các thiết bị trong ĐL IIA của phân xưởng Nguội – lắp Ráp : Từ máy 23 (cáp 1) đến ĐL IIA : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ thiết bị đến ĐL IIA: Cáp 1 có ro = 1,5(Ω/km), xo = 0 (Ω/km), dài l = 8 (m) Rcáp1 = rol = 1,58 = 12 (Ω) Xcáp1 = 0 (Ω) (vì dây có tiết diện < 50 mm2) Dòng tính toán Itt = 61,3 (A), cos= 0,7, sin= 0,714 Độ sụt áp: ΔU41 = .Itt41(Rcáp1cos + Xcáp1sin) = 61,3(120,7) = 0,89 (V) Tổng sụt áp từ Máy 23 (cáp 1) của ĐL IIA đến MBA là: ΔU = = ΔU1+ ΔU2 +ΔU3 +ΔU41 = 3,35 + 4,75 + 3,12 + 0,89 = 12,11 (V) Vậy: Phần trăm sụt áp từ Máy 23 (cáp 1) của ĐL IIA đến MBA là: ΔU% = = 3,2 % < 5% (Đạt) Từ nhóm máy 24 (cáp 2) đến ĐL IIA : Rcáp2 = rol = 12,14,5 = 54,45 (Ω) Xcáp2 = 0 (Ω) Dòng tính toán: Itt42 = 11,4 (A), cos= 0,7, sin= 0,714 Độ sụt áp: ΔU42 = 11,4 (54,450,7) = 0,753 (V) Tổng sụt áp từ Máy 24 (cáp 2) của ĐL IIA đến MBA là: ΔU = = 3,35 + 4,75 + 3,12 + 0,753 = 11,973 (V) Vậy: Phần trăm sụt áp từ Máy 24 (cáp 2) của ĐL IIA đến MBA là: ΔU% = = 3,15 % < 5% (Đạt) Từ Máy 25 (cáp 3) đến ĐL IIA : Rcáp3 = rol = 12,18 = 96,8 (Ω) Xcáp3 = 0 (Ω) Dòng tính toán Itt43 = 15,2 (A), cos= 0.7, sin= 0.714 Độ sụt áp: ΔU43 = 15,2 (96,8 0,7) = 1,78 (V) Tổng sụt áp từ Máy 25 (cáp 3) của TĐL IIA đến MBA là: ΔU = = 3,35 + 4,73 + 3,12 + 1,78 = 13 (V) Vậy: Phần trăm sụt áp từ Máy 25 (cáp 3) của TĐL IIA đến MBA là: ΔU% = = 3,42 % < 5% (Đạt) 6.4.2 Tính sụt áp khi khởi động. Từ Máy 23 (cáp 1) đến ĐLIA : Rcáp1 = 12 (Ω), Xcáp1 = 0 (Ω) Dòng tính toán Itt41 = 61,3 (A), Itt3 = 68,8 (A), Itt2 = 316,86 (A), Itt1 = 850,83(A). Dòng mở máy Imm41 = 5 61,3 = 306,5 (A) Độ sụt áp lúc bình thường: ΔU3 = 3,12 (V), ΔU2 = 4,73 (V), ΔU1 = 3,35 (V). Độ sụt áp khi mở máy: ΔUmm41 = .Imm41(Rcáp1cos + Xcáp1sin) = 306,5 (120,35) = 2,23 (V) ΔI = Imm41 – Itt41 = 306,5 – 61,3 = 245,2 (A) = 14,24 (V) = 8,39 (V) = 4,32 (V) Suy ra tổng sụt áp của Máy 23 (cáp 1) khi khởi động: = 2,23 + 14,24 + 8,39 + 4,32 = 29,18 (V) Vậy phần trăm sụt áp của Máy 23 (cáp 1) khi khởi động : ΔU% = = 7,68 % < 8% (Đạt) Từ Máy 24 (cáp 2) đến ĐLIIA : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ thiết bị đến TĐLIIA: Rcáp2 = 54,45 (Ω), Xcáp2 = 0 (Ω) Dòng tính toán Itt42 = 11,4 (A), Itt3 = 68,8 (A), Itt2 = 316,86 (A), Itt1 = 850,83(A). Dòng mở máy Imm42 = 5 11,4 = 57 (A) Độ sụt áp lúc bình thường: ΔU3 = 3,12 (V), ΔU2 = 4,73 (V), ΔU1 = 3,35 (V). Độ sụt áp khi mở máy: ΔUmm42 = 57(54,450,35) = 1,88 (V) ΔI = Imm2 – Itt42 = 57 – 11,4 = 45,6 (A) = 5,19 (V) = 5,41 (V) = 3,53 (V) Suy ra tổng sụt áp của máy 24 (cáp 2) khi khởi động: = 1,88 + 5,19 + 5,41 + 3,53 = 16,01 (V) Vậy phần trăm sụt áp của Máy 24 (cáp 2) khi khởi động : ΔU% = = 4,21% < 8% (Đạt) Từ Máy 25 (cáp 3) đến ĐLIIA : Trở kháng và cảm kháng đoạn cáp từ thiết bị đến TĐLIA: Rcáp3 = 96,8 (Ω), Xcáp3 = 0 (Ω) Dòng tính toán Itt43 = 15,2 (A), Itt3 = 68,8 (A), Itt2 = 316,86 (A), Itt1 = 850,83(A). Dòng mở máy Imm43 = 5 15,2 = 76 (A) Độ sụt áp lúc bình thường: ΔU3 = 3,12 (V), ΔU2 = 4,73 (V), ΔU1 = 3,35 (V). Độ sụt áp khi mở máy: ΔUmm43 = 76 (96,80,35) = 4,46 (V) ΔI = Imm3 – Itt43 = 76 – 15,2 = 60,8 (A) = 5,88 (V) = 5,64 (V) = 3,56 (V) Suy ra tổng sụt áp của Máy 25 (cáp 3) khi khởi động: = 4,46 + 5,88 + 5,64 + 3,56 = 19,54 (V) Vậy phần trăm sụt áp của Máy 25 (cáp 3) khi khởi động : ΔU% = = 5,14 % < 8% (Đạt) Tính toán tương tự cho các thiết bị còn lại ta có bảng chọn dây và tính sụt áp sau: