1. CHỌN VÀ KIỂM TRA CẦU CHÌ

Cầu chì là thiết bị bảo vệ mạch điện theo nguyên tắc quá dòng điện như đặuc tính dưới đây.

Khi Ilv > Iđmdch thì cầu chì sẽ tác động nếu mức độ quá dòng càng lớn thì thời gian tác động

càng nhanh, đặc biệt khi ngắn mạch thời gian tác động cực ngԂn khoӶng 0,008 giây.

Cầu chì có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền... Nên được dùng rất phổ biến trong cả mạng điện cao

áp và hạ áp.

Trong hệ thống điện chủ yếu ta nghiên cứu cầu chì cao áp.

Còn trong mạng điện xí nghiệp ta chủ yếu nghiên cứu cầu chì hạ áp trong các tủ điện

phân xưởng.

Nhược điểm của cầu chì là đặc tính làm việc phụ thuộc nhiều yếu tố trong thực tế. Cầu chì

cấu tạo gồm hai bộ phận chính là vỏ cầu chì và ống dây chảy.

Iđm t (giây)

I(A)

Iđm dch

ĐC

a.Vỏ cầu chì: Là bộ phận để lắp ống dây chảy với các thông số cơ bản là:

-Điện áp định mức Uđm : Cách điện pha so với đất và cách điện giữa các pha trên cùng

một bộ vỏ.

-Công suất Iđm vỏ : Là công suất lớn nhất của cầu chì ứng với các điều kiện tiêu chuẩn do

nhà máy chế tạo quy định.

b.Ống dây chảy: Là bộ phận để lắp dây chảy, nó gồm hai phần chính:

- Phần ống ngoài làm bằng vật liệu cách điện như : sứ, chất dẻo, phíp... bên trong lắp dây

chảy, hai đầu nắp kín có đầu nối điện ra để gá lắp với cầu nối điện trên vỏ cầu chì.

- Phần dây chảy lắp trong ống là dây kim loại ( chì, đồng, bạc...) được chế tạo theo các cấp

dòng điện định mức. Dây chảy có nhiều hình dạng, kiểu cách khác nhau, dây chảy có Iđm

lớn làm bằng kim loại có điện dẫn tốt hơn để giảm nhỏ tiết diện và khả năng dập hồ quang

tốt hơn.

Để thuận lợi cho chế tạo và tính chọn cầu chì người ta tiêu chuẩn hóa cầu chì theo nguyên

tắc:

- - Với một cấp công suất vỏ cầu chì có thể lắp lẫn cho một vài cấp ống dây chảy có công

suất bằng từ (0,5.Iđm vỏ đến Iđm vỏ)

- Một cấp công suất ống dây chảy có thể lắp lẫn cho một vài cấp dây chảy có công suất

bằng từ (0,5.Iđm ống dch đến Iđm ống dch ).

Các điều kiện chọn và kiểm tra cầu chì

a

II dnh

dc

Số TT Các đại lượng chọn và kiểm traKý

hiệu

Công thức chọn và

kiểm tra

1 Điện áp định mức, kV Uđm CC UdmCC Udm mang

2 Dòng điện định mức dây chảy, kA Iđm dch IđmTB Iđm dch Iđm vo

3 Điều kiện mở máy

4 Điều kiện cắt chọn lọc Idch 1 > Idch 2

5 Công suất cắt, kVA Scat SN

Khi chọn cầu chì bảo vệ cho một động cơ nếu biết được đặc tính khởi động của động cơ

và đặc tính tác động của cầu chì ta xác định chúng trên cùng hệ toạ độ sẽ chọn được cầu chì

có Iđm dchc phù hợp.

I

t

Iđm dch = Const

Đặc tính khởi động của động cơ

(2)

(1)

IđmĐC

Khi không biết đặc tính khởi động của động cơ ta có thể áp dụng công thức:

Dây chảy chọn theo đường số 1 thì sẽ chảy khi động cơ đang khởi động. Vậy ta phải nâng

cấp Iđm dch lên như đường số 2

a

Ik

a

II dmmmdnh

dc

.

Trong đó:

- Idn là dòng điện đỉnh nhọn.

- kmm là hệ số khởi động của động cơ.

+) Đối với động cơ không đồng bộ kmm = (57).

+) Đối với động cơ đồng bộ kmm =(22,5).

- a là hệ số chọn theo tình hình cụ thể của phụ tải và tần số khởi động.

+) Đối với máy hàn a = 1,5

+) Đối với động cơ mở máy có tải a = (1,62).

+) Đối với động cơ mở máy không tải a = 2,5

Khi chọn cầu chì bảo vệ cho nhánh cung cấp điện cho một nhóm động cơ thì dòng đỉnh

nhọn của nhóm được xác định như sau:

Iđnh = Kmm max.Iđm max + Itt nhom – Ksd max. Iđm max

Để bảo vệ cho máy biến áp, việc chọn Idc được tiến hành với dòng định mức của máy biến

áp IđmBA.

Iđm dch Iđm BA

Nhưng phải chú ý tới khả năng vận hành quá tải của máy biến áp:

Đối với các mạng cung cấp điện được bảo vệ bằng cầu chì, việc phối hợp giữa dòng điện

cho phép của dây dẫn [ I ] và dòng định mức của dây chảy Idch theo nguyên tắc tùy theo

từng trường hợp cụ thể.

Đối với mạng cung cấp điện cho những nơi phụ tải khó lường trước để đảm bảo an

toàn cho dây dẫn nên chọn:

Đối với mạng chiếu sáng trong phân xưởng, phụ tải ít thay đổi:

)5,125,1(][

dchI

I

- Đối với các đường dây chính trong các mạng cung cấp điện cho phụ tải có nhiều

khả năng xuất hiện trong đỉnh nhọn nên chọn:

Idc 3 [I]

1][

dchI

I

Máy biến áp đặt ngoài trời khả năng quá tải lớn nhất có thể đến 1,4 Idm BA.

Máy biến áp đặt trong nhà khả năng quá tải lớn nhất có thể đến 1,2 Idm BA.

Để đảm bảo tính tác động chọn lọc, các cầu chì phải được tính chọn theo nguyên tắc tác

động như sau:

Khi ngắn mạch tại N1 thì cầu chì CC1 tác động

Khi ngắn mạch tại N2 thì cầu chì CC2 tác động

Khi ngắn mạch tại N3 thì cầu chì CC3 tác động

Trên cùng một đồ thị thì đặc tính của cầu chì CC1 nằm dưới cùng

t

I

0

CC3

CC2CC1

CC3

CC2

CC1

ĐC

N1

N2

N3

AT

ĐCĐC

Trong mạng điện cao áp đến 35 kV để bảo vệ các trạm biến áp công suất vừa và

nhỏ Người ta thường dùng cầu chì rơi

cầu chì rơi 35 kV cho phép đóng cắt không tải máy biến áp công suất đến 750 kVA

và bảo vệ quá dòng cho máy biến áp ņԜ tŁng khӶ nŁng Ľ·ng cԂt cho cӺu ch³ rҺi ngҼ֩i ta thiԒt lԀp c§c v§ch ngŁn h֟quang giֻa c§c pha v¨ khi Ľ· cӺu ch³ rҺi ĽҼ֯c xem nhҼ m֥t m§y cԂt phֱ tӶi.

4. LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT

Các áptômát được chế tạo với dải công suất rất rộng, từ một vài A đến hàng ngàn A.

Một áptômát có một đặc tính chuẩn theo Iđm của nó là quan hệ

ttđ = f(I) với I>Iđm

Áptômát khắc phục được nhược điểm này bằng cách khi đã tác động là đồng thời

cả 3 pha bất kể dạng sự cố là 1 hay 2 hay 3 pha.

Việc thực hiện bảo vệ mạch điện bằng cầu chì có nhược điểm là thiết bị điện được bảo

vệ có thể bị làm việc trong trạng thái thiếu pha sẽ rất nguy hiểm.

Áptômát có thể được đóng cắt dòng phụ tải bằng tay hoặc qua hệ thống điều khiển

xa. Khi quá dòng thì áptômát sẽ cắt tự động. Chức năng bảo vệ của áptômát được

thực hiện nhờ hai phần tử riêng biệt là:

- Bảo vệ cắt nhanh bằng phần tử từ.

- Bảo vệ cực đại bằng phần tử nhiệt

Các áptômát được chế tạo với dải công suất rất rộng, từ một vài A đến hàng ngàn A.

Một áptômát có một đặc tính chuẩn theo Iđm của nó là quan hệ

ttđ = f(I) với I>Iđm

Áptômát khắc phục được nhược điểm này bằng cách khi đã tác động là đồng thời

cả 3 pha bất kể dạng sự cố là 1 hay 2 hay 3 pha.

Việc thực hiện bảo vệ mạch điện bằng cầu chì có nhược điểm là thiết bị điện được bảo

vệ có thể bị làm việc trong trạng thái thiếu pha sẽ rất nguy hiểm.

Áptômát có thể được đóng cắt dòng phụ tải bằng tay hoặc qua hệ thống điều khiển

xa. Khi quá dòng thì áptômát sẽ cắt tự động. Chức năng bảo vệ của áptômát được

thực hiện nhờ hai phần tử riêng biệt là:

- Bảo vệ cắt nhanh bằng phần tử từ.

- Bảo vệ cực đại bằng phần tử nhiệt

Các điều kiện chọn và kiểm tra Áptômát được kê như bảng sau:

odn

gt

t

t.

Số

TTCác đại lượng chọn và kiểm tra

Ký

hiệu

Công thức chọn

và kiểm tra

1Điện áp định mức, V

Udm AT Udm AT Udm mạng

2Dòng điện định mức, A

Idm AT Idm AT Ilv max

3 Dòng điện ổn định lực điện động,

kA

Imax Imax Ixk

4Dòng điện ổn định nhiệt, kA

Iodn Idm I

4. LỰA CHỌN ÁPTÔMÁT

Áptômát là thiết bị chuyển mạch và bảo vệ theo nguyên tắc quá dòng điện trong

mạng điện hạ áp.

Áptômát bảo vệ cho một nhóm máy phải được kiểm tra độ nhạy theo điều kiện:

Trong đó:

- knh là độ nhạy của áp tô mát.

- IN min là dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở cuối vùng bảo vệ của áp tô mát.

- Itđ.AT là giá trị đặt dòng tác động của áp tô mát.

3,1I

Ik

AT.td

min.Nnh

Trong các mạch điện dùng

cả cầu chì và áp tô mát bảo

vệ, việc phối hợp thời gian

tác động để đảm bảo tính

tác động chọn lọc có khó

khăn, sẽ xảy ra tác động

nhầm lẫn do có các điểm

cắt A,BI

t

0

Đặc tính AT

Đặc tính CC1

B

Iđm ĐC

A

Đặc tính CC2

Với tiến bộ mới, đặc tính của áptômát còn được điều chỉ theo nhiều cấp

Ngày nay đã có các áptômát kỹ

thuật số có khả năng đáp ứng

rất cao cho các yêu cầu của bảo

vệ:

- - Cài đặt chế độ bảo vệ thuận lợi

- Tác động chính xác

- - Nhớ các thông số cơ bản của sự

cố đã tác động

- - Phổ đặc tính được điều chỉnh

rộng.

- Tuy nhiên giá thành còn khá cao

(khoảng 3 đến 5 lần áptômát thông

thường)

6.LỰA CHỌN CÁP VÀ DÂY DẪNa. Chọn theo điều kiện phát nóng

Icf Ilv max /K1K2K3

Trong đó:

- Icf là dòng điện cho phép trong điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh là

định mức và cách lắp đặt tiêu chuẩn (trong hào chỉ có một cáp, một pha chỉ có một thanh

cái và thanh cái được đặt đứng).

- k1 là hệ số xét tới khi nhiệt độ môi trường xung quanh khác nhiệt độ tiêu chuẩn.

- k2 là hệ số xét tới khi có nhiều cáp đặt sát nhau. Đối với dây dẫn trên không lấy k2 = 1.

- k3 là hệ số xét tới chế độ làm việc.

+ Đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn, k3 = 1.

+ Đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:

+ Khi cáp, dây dẫn cung cấp điện cho nhiều thiết bị, k3 = 1.%

875,0k

dm

3

b. Chọn cáp và dây dẫn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế.

Chọn cáp và dây dẫn theo quan điểm kinh tế nghĩa là chọn tiết diện F của chúng sao cho chi

phí tính toán hàng năm C là nhỏ nhất.

Như vậy khi chọn cáp và dây dẫn theo điều kiện mật độ dòng kinh tế ta sử dụng công thức:

Fkt = Ilv max / Jkt

Sau đó tra sổ tay tìm loại dây dẫn có tiết diện F gần bằng tiết diện Fkt đã tính.

Khi giải quyết vấn đề kinh tế trong cung cấp điện ta không chỉ quan tâm tới một bộ phận một vài đường dây

mà phải quan tâm tới toàn bộ hệ thống điện. Vì vậy phương pháp này chỉ được dùng khi thiết kế hệ thống

điện. Đối với xí nghiệp thì chỉ khi nào phụ tải thuộc loại lớn và thời gian sử dụng công suất lớn nhất (Tmax)

có giá trị cao (xí nghiệp liên hợp gang thép, liên hợp hoá chất ...) ta mới tính chọn dây dẫn theo điều kiện

mật độ dòng kinh tế.

Loại dây dẫnThời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax

Dưới 3000 h 3000 5000 h Trên 5000 h

Dây trần bằng đồng 3,00 2,25 1,75

Dây trần bằng nhôm 1,65 1,15 0,9

Cáp cách điện bằng giấy và dây dẫn bọc cao su

- Lõi đồng 3,00 2,5 2,0

- Lõi nhôm 1,6 1,4 1,2

Cáp đồng cách điện cao su 3,5 3,1 2,7

Mật độ dòng điện kinh tế Jkt (A/mm2)

c.Chọn cáp, dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép.

Như đã trình bày, tổn thất điện áp trên cáp và dây dẫn có thể viết:

U = U’ + U”

Trong đó:

- U’ = P.R /Uđm là thành phần tổn thất điện áp do điện trở của dây dẫn gây ra.

- U” = Q.R /Uđm là thành phần tổn thất điện áp do điện kháng của dây dẫn gây ra.

Ta đã biết điện kháng của dây dẫn ít phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, Thông thường được

tính gần đúng qua giá trị trung bình của x0 (/km) cho sẵn trong bảng tra.

Mặt khác các tính toán phải thỏa mãn điều kiện chất lượng điện năng là U = [U] thì ta có

thể xác định được thành phần U”.

U’ = [U] - U”

Ta đã biết điện kháng của dây dẫn ít phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn, Thông thường được

tính gần đúng qua giá trị trung bình của x0 (/km) cho sẵn trong bảng tra.

Vì: hoặc:F

L.

U

P

U

PR'U

dmdm

F

1.

U

L.P

'Udm

n

1i

ii

d. Kiểm tra thanh góp, cáp theo điều kiện ổn định nhiệt.

Khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua thanh cái và lõi cáp, nhiệt độ của chúng không được

vượt quá nhiệt độ cho phép. Để thoả mãn điều kiện đó tiết diện F của thanh cái và cáp phải

lớn hơn hoặc bằng tiết diện ổn định nhiệt Fođn:

F Fođn

Với :gt.odn tI.F

Nếu tiết diện cần chọn để đảm bảo tổn thất điện áp cho phép được xác định theo công thức

sau:

n

1iii

dm

L.P.U'.U.

1F

Trong đó:

- là điện dẫn xuất của dây dẫn, m /.mm2, ví dụ : Cu = 54; Al = 32.

- F là thiết diện dây dẫn, mm2.

- Pi là phụ tải tác dụng của đường dây nhánh thứ i, kW.

- Li là chiều dài dây dẫn kể từ đầu đường dây đến điểm rẽ nhánh thứ i, km.

- Uđm là điện áp định mức của mạng, kV.

Trong đó:

- I là dòng điện ngắn mạch ổn định, kA.

- tgt là thời gian giả thiết, s.

- là hệ số nhiệt.

Với các trị số trong (bảng 6-9) ứng với trường hợp thanh cái làm việc với các tải là định

mức. Trong thực tế thanh cái và cáp thường làm việc non tải, nên khi tiết diện tiêu chuẩn

nhỏ hơn Fođn một chút thì vẫn cho phép chọn tiết diện đó mà không cần nâng lên một cấp.

Vật liệu làm thanh cái và cáp Nhiệt độ cho phép

lúc ngắn mạch ( 0C )

Thanh cái

Đồng

Nhôm 6 300

Thép 11 200

Thanh cái nối đất trực tiếp 15 400

Với các thiết bị 17 300

Cáp

Đồng 10 kV 7 250

Nhôm 10 kV 12 250

Hệ số và nhiệt độ cho phép của thanh cái và cáp lúc ngắn mạch

e.Kiểm tra thanh cái theo điều kiện ổn định lực điện động

Thanh cái sau khi được chọn cần phải kiểm tra lại theo điều kiện ổn định động.

Điều kiện kiểm tra: tt [ ]

Trong đó:

- tt là ứng suất tính toán, khi có dòng ngắn mạch chạy qua thanh cái, kG/cm2.

- [ ] là ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh cái, kG/cm2.

Ứng suất cho phép của các vật liệu có thể lấy như sau:

- Đồng = 1400 kG/cm2

- Nhôm = (700900) kG/cm2

- Thép =1600 kG/cm2

Trình tự tính tt như sau:

Trước hết ta tính mô men tác dụng lên thanh cái M do dòng điện ngắn mạch gây ra:

- Khi thanh cái có 2 nhịp: M= F(3).L / 8 (kG.cm)

- Khi thanh cái có 3 nhịp: M= F(3).L / 10 (kG.cm)

Trong đó:

- F(3) là lực điện động do dòng điện ngắn mạch gây ra, kG:

- Thanh cái có tiết diện chữ nhật:

W = b2.h / 6

+ b là kích thước theo phương lực tác dụng

+ h là kích thước vuông góc phương lực tác dụng

a- Thanh cái đặt nằm;

b- Thanhcái đặt đứng

+ L là khoảng cách giữa hai sứ (chiều dài một nhịp), cm.

+ a là khoảng cách giữa hai pha, cm.

+ ixk là dòng ngắn mạch xung kích, kA.

22

xk

)3( 10.a

L.i.76,1F

Tính mô men phản kháng W của thanh cái trong từng trường hợp sau:

d- Thanh cái có tiết diện tròn:

W = .d3 / 32 0,1 d3

+ d là đường kính tiết diện thanh cái

a) b)

h

b

b

h

Tính ứng suất tính toán theo công thức:

tt = M / W (kG/cm2)

Nếu điều kiện kiểm tra tt [] không được thoả mãn, thì ta phải giảm ứng suất tính toán

bằng các biện pháp sau:

- Tăng khoảng cách a giữa các pha.

- Giảm khoảng cách L giữa hai sứ liên tiếp trên cùng một pha.

- Nếu thanh cái đang bố trí thẳng đứng thì bố trí lại thành nằm ngang.

Trường hợp thanh cái ghép, thì ngoài tác dụng của lực giữa các pha còn có lực giữa các

thanh trong cùng một pha. Khi đó để tăng độ cứng cho các thanh của một pha cứ cách

(3050) mm người ta lại ghép thêm một miếng đệm cao su đặc biệt.