QUANGANHCONS · THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM MV/LV
Muốn tính chọn thiết bị trạm kiosk hoặc trạm trụ thép, cần xác định phụ tải và chế độ vận hành trước, rồi kiểm tra công suất máy biến áp, dòng làm việc, ngắn mạch, phối hợp bảo vệ, khả năng tải và sụt áp của cáp. Cùng công suất kVA không có nghĩa dùng chung toàn bộ cấu hình. Bài này cung cấp công thức tổng quát và ví dụ 22/0,4 kV, một máy biến áp 1.000 kVA; kết quả dùng để lập đầu bài thiết kế và rà soát đề xuất thiết bị.
| Đầu ra của ví dụ | Kết quả sơ bộ | Điều kiện |
|---|---|---|
| Phụ tải sau dự kiến tăng trưởng | 660 kW; 776,47 kVA | PF = 0,85; các hệ số tải là giả định |
| Máy biến áp ứng viên | 1.000 kVA, 22/0,4 kV | Mức tải dự kiến 77,65%; còn kiểm tra môi trường và chế độ tải |
| Dòng định mức phía 0,4 kV | 1.443,38 A | Ba pha cân bằng; không nhân thêm cosφ khi đã dùng kVA |
| Ngắn mạch đầu cực hạ áp | Khoảng 24,06 kA | Giả định uₖ = 6%; mô hình gần đúng một nguồn |
| Thiết bị/cáp được chốt mua chưa? | Chưa | Cần dữ liệu nguồn, cách lắp, catalogue và phối hợp bảo vệ |
Mục lục bài viết — mở để chọn phần cần đọc
1. Dữ liệu nào phải có trước khi tính?
Phạm vi minh họa là lưới ba pha 50 Hz, một máy biến áp 22/0,4 kV, tải gần cân bằng và dạng sóng gần hình sin. Hệ có nhiều máy biến áp song song, máy phát, điện mặt trời, BESS hoặc tải biến đổi lớn cần mô hình nguồn và các chế độ riêng.
| Nhóm dữ liệu | Cần ghi trong hồ sơ |
|---|---|
| Phụ tải | Công suất điện đầu vào, lịch chạy, tải đồng thời, động cơ khởi động, PF, sóng hài, tải một pha và tải cần dự phòng. |
| Nguồn và MBA | Điện áp, công suất/ngắn mạch nguồn do đơn vị quản lý cung cấp, uₖ thực, tổ đấu dây, nối đất trung tính, tổn hao và điều kiện vận hành. |
| Tuyến cấp điện | Chiều dài một chiều, vật liệu/cách điện, số dây mang tải, cách lắp, nhiệt độ, nhóm cáp, điều kiện đất nếu chôn và vị trí đầu nối. |
| Trạm và vận hành | Kiosk hay kết cấu trụ cụ thể, nhiệt độ bên trong, độ cao, chống ngập, môi trường ăn mòn, tiếp cận, yêu cầu dừng điện và mở rộng. |
Nếu công suất ghi trên động cơ là công suất cơ đầu ra, phải quy đổi qua hiệu suất để có công suất điện đầu vào. Không trộn kW, kVA, kWh và không áp thêm hệ số đồng thời lần thứ hai nếu dữ liệu đã là phụ tải cực đại đo được.
2. Tiêu chuẩn tham chiếu phải đúng phiên bản và phạm vi
Tên tiêu chuẩn giúp xác định hồ sơ cần đối chiếu; một liên kết tới trang danh mục chưa chứng minh thiết kế đã đáp ứng toàn bộ tiêu chuẩn. Bảng dưới dùng hồ sơ công khai của VSQI và IEC. Các công thức ứng dụng được đối chiếu thêm với hướng dẫn kỹ thuật Schneider Electric.
| Hạng mục | Tài liệu đối chiếu | Cách sử dụng |
|---|---|---|
| Máy biến áp | TCVN 6306-1:2015 ↔ IEC 60076-1:2011 [1] | Quy định chung và thông số máy; không tự tạo hệ số dự phòng bắt buộc. |
| Bảo vệ quá dòng | TCVN 7447-4-43:2010 ↔ IEC 60364-4-43:2008 [2] | Bảo vệ dây dẫn; ghi rõ phiên bản trong hồ sơ dự án. |
| Hệ thống đi dây | TCVN 7447-5-52:2010 / IEC 60364-5-52:2009 [3] | Cách lắp, khả năng tải, hệ số hiệu chỉnh và sụt áp. |
| Tính ngắn mạch | IEC 60909-0:2016 [5] | Tính các chế độ ngắn mạch cần thiết; không thay bằng một phép chia uₖ cho mọi mạng. |
| Trạm lắp sẵn | TCVN 8096-202:2017 ↔ IEC 62271-202:2014 [4] | Xác định phạm vi trạm hợp bộ và hồ sơ thử nghiệm liên quan. |
| Cụm tủ hạ áp | TCVN 13724-1:2023 và TCVN 13724-2:2023 [12][13] | Kiểm tra cụm tủ hoàn chỉnh; định mức CB không thay thế định mức cả tủ. |
Không đổi nhầm năm tiêu chuẩn: IEC 62271-202:2022 là một phiên bản IEC khác; không ghi TCVN 8096-202:2017 tương đương bản 2022. Hồ sơ dự án cần nêu phiên bản áp dụng và xử lý khác biệt nếu dùng nhiều bộ tài liệu. [4][14]
3. Từ phụ tải đến máy biến áp ứng viên 1.000 kVA
Ví dụ dưới giả định các công suất lắp đặt đều là công suất điện đầu vào. Hệ số nhu cầu kd do người lập đầu bài giả định để minh họa, phải thay bằng dữ liệu phù hợp khi thiết kế thật.
| Nhóm tải giả định | P lắp đặt (kW) | k_d giả định | P tính toán (kW) |
|---|---|---|---|
| Sản xuất | 500 | 0,80 | 400 |
| Điều hòa/thông gió | 150 | 0,70 | 105 |
| Chiếu sáng/văn phòng | 80 | 0,75 | 60 |
| Bơm và tải khác | 70 | 0,50 | 35 |
| Tổng | 800 | — | 600 |
Pkế hoạch = Ptt × (1 + g)
Stải = Pkế hoạch / PF
SMBA, mục tiêu ≥ Stải / α
P dùng kW; S dùng kVA; g là tỷ lệ tăng tải dự kiến, PF là hệ số công suất thực, α là tỷ lệ tải mục tiêu của MBA do người thiết kế chọn. Với tải gần hình sin, PF có thể gần cosφ; khi có nhiều sóng hài cần dùng PF thực, không mặc định hai giá trị bằng nhau.
Chọn giả định g = 10%, PF = 0,85 và α = 0,80: Pkế hoạch = 600 × 1,10 = 660 kW; Stải = 776,47 kVA; mục tiêu công suất MBA ≥ 970,59 kVA. Máy 1.000 kVA là một ứng viên, có mức tải tính toán 77,65%.
4. Dòng điện ba pha cho công suất bất kỳ
I (A) = P (kW) / [√3 × ULL (kV) × PF]
ULL là điện áp dây. Khi đã tính từ kVA, không chia thêm cho cosφ. Khi P là công suất cơ đầu ra của động cơ, phải xét hiệu suất trước khi dùng biểu thức công suất điện. Công thức dòng định mức MBA được dùng trong hướng dẫn tính của hãng. [7]
| Công suất MBA (kVA) | I phía 22 kV (A) | I phía 0,4 kV (A) |
|---|---|---|
| 250 | 6,56 | 360,84 |
| 400 | 10,50 | 577,35 |
| 630 | 16,53 | 909,33 |
| 750 | 19,68 | 1.082,53 |
| 1.000 | 26,24 | 1.443,38 |
| 1.250 | 32,80 | 1.804,22 |
| 1.600 | 41,99 | 2.309,40 |
| 2.000 | 52,49 | 2.886,75 |
| 2.500 | 65,61 | 3.608,44 |
Với máy 1.000 kVA: dòng định mức phía trung thế là 26,24 A, phía hạ thế là 1.443,38 A. Riêng phụ tải kế hoạch 660 kW, PF = 0,85 tạo dòng khoảng 1.120,74 A. Phải phân biệt dòng phụ tải dự kiến với dòng định mức của máy.
5. Kiểm tra ngắn mạch trước khi chốt CB
Với một MBA, bỏ qua tổng trở nguồn trung thế và dùng điện áp thứ cấp không tải U20, có thể ước lượng tại đầu cực hạ áp:
Ở đây S dùng kVA, U20 dùng V và kết quả I dùng A. uk% lấy đúng từ hồ sơ máy, không gán mặc định cho mọi sản phẩm. [7]
Giả định U20 = 400 V và uk = 6%: Ik ≈ 1.443,38 / 0,06 = 24,06 kA. Đây chưa phải kết quả ngắn mạch cực đại/cực tiểu đầy đủ theo IEC 60909. Cần xét nguồn, điện áp, tổng trở, dung sai máy, cáp, động cơ và các nguồn song song phù hợp. [5]
Chọn dòng và khả năng cắt là hai phép kiểm tra khác nhau
I2 ≤ 1,45 × IZ
Khả năng cắt ≥ dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí lắp
IB: dòng tải thiết kế; Ir: mức đặt bảo vệ quá tải; IZ: khả năng tải dây sau hiệu chỉnh; I2: dòng tác động quy ước theo đặc tính bảo vệ. Với CB công nghiệp, đối chiếu Icu/Ics ở đúng điện áp; xem thêm Icw, Icm và tính chọn lọc theo chức năng thiết bị. [6]
ACB khung 1.600 A là ứng viên để xem xét cho ví dụ, chưa phải cấu hình mua hàng hay mức chỉnh định được duyệt. Mức đặt phải đồng thời phù hợp phụ tải, dây/thanh dẫn, đặc tính MBA và phối hợp bảo vệ. Giá trị 24,06 kA sơ bộ không đủ để kết luận một CB 25 kA chắc chắn đạt; phải có kết quả tại điểm lắp và điều kiện phối hợp thực.
Không lấy 26,24 A phía 22 kV để chọn ngay cầu chì 32 A. Bảo vệ trung thế còn phải phối hợp với dòng xung kích MBA, đặc tính sự cố, bảo vệ hạ áp và yêu cầu đấu nối.
6. Cáp phải qua ba phép kiểm tra riêng
6.1. Tải dòng sau hiệu chỉnh
Tra theo vật liệu, cách điện, số dây mang tải và cách lắp trước khi áp hệ số. Ví dụ, bảng tham chiếu cho XLPE trong không khí, nền 30°C, cho kT = 0,91 ở 40°C. Không dùng hệ số này cho cáp chôn đất hoặc một bảng đã hiệu chỉnh sẵn. [8]
Minh họa riêng một tuyến nhánh: IB = 200 A, mức bảo vệ dự kiến 225 A, kT = 0,91 và knhóm giả định = 0,80. Khi đó IZ, tra bảng cần ít nhất 225/(0,91 × 0,80) = 309,07 A. Hệ số nhóm phải tra lại theo bố trí thật. Chưa có bảng tải dòng đúng cấu hình thì chưa thể chốt tiết diện.
6.2. Sụt áp vận hành
ΔU% = 100 × ΔU / ULL
Công thức cho tải ba pha cân bằng: I dùng A, R/X dùng Ω/km, L là chiều dài tuyến một chiều bằng km. R cần phù hợp nhiệt độ làm việc; X phụ thuộc bố trí. Không nhân thêm hệ số 2 của mạch một pha. [9]
Vẫn với nhánh 200 A, xét thử cáp đồng XLPE 95 mm² dài 40 m, cosφ = 0,85. Dùng R ≈ 23,7/95 = 0,2495 Ω/km và X giả định 0,08 Ω/km theo phương pháp gần đúng của hướng dẫn: ΔU ≈ 3,52 V = 0,88%. Giá trị này chỉ cho tuyến đang xét; còn cộng phần sụt áp phía trước, kiểm tra khởi động và giới hạn của thiết kế. Sụt áp nhỏ không chứng minh cáp 95 mm² đã đủ tải dòng.
6.3. Chịu nhiệt khi ngắn mạch
Stối thiểu ≥ I × √t / k
Quan hệ đoạn nhiệt dùng trong phạm vi thời gian phù hợp, đến 5 s. I tính bằng A, t bằng s, S bằng mm². Với đồng XLPE, nhiệt độ đầu/cuối 90/250°C, bảng hướng dẫn cho k = 143 A√s/mm². Thiết bị hạn dòng cần đối chiếu năng lượng cho qua I²t của hãng. [10]
Giả sử dòng tại điểm sự cố là 25 kA và thời gian cắt tổng 0,2 s: Stối thiểu = 78,18 mm²; tiết diện danh nghĩa 95 mm² vượt phép kiểm tra nhiệt này. Nếu thời gian là 1 s, kết quả thành 174,83 mm², nên 95 mm² không còn đạt phép kiểm tra đó. Thời gian cắt phải lấy từ nghiên cứu bảo vệ, không tùy chọn để làm kết quả đạt.
Dây N/PE, cáp song song, lực điện động, đầu cốt và đoạn MBA–MSB phải được xét riêng. Không tự chia đều dòng ngắn mạch cho số sợi song song nếu chưa xác nhận đường đi sự cố và đặc tính mạch.
7. Tính dung lượng bù phản kháng, rồi chọn giải pháp
P dùng kW, Qc ra kvar. Biểu thức dựa trên quan hệ tam giác công suất cho thành phần cơ bản trong điều kiện phù hợp; không dùng tụ để coi như đã xử lý toàn bộ hệ số công suất bị ảnh hưởng bởi sóng hài. [11]
Với P = 660 kW, cải thiện từ 0,85 lên 0,95, Qc ≈ 192,10 kvar. Đây là nhu cầu bù tại điểm tải giả định, chưa phải lệnh chọn tủ 200 kvar. Cần đo biến thiên tải, xác định các cấp bù, điện áp định mức, nguy cơ bù dư, sóng hài và yêu cầu cuộn kháng/lọc. Khi bù hoạt động đúng ở điểm này, S giảm từ 776,47 còn 694,74 kVA; không vì thế tự giảm định mức mọi thiết bị khi chưa xét trạng thái mất bù.
8. Kiosk và trạm trụ thép: cùng phép tính tải, khác kiểm tra tích hợp
| Nội dung | Trạm kiosk | Trạm trụ thép |
|---|---|---|
| Điện | Kiểm tra MBA, đóng cắt, cáp, bảo vệ và tiếp địa theo cấu hình. | Vẫn phải làm đủ các phép kiểm tra điện; tên kiểu trạm không thay thế tính toán. |
| Điều kiện nhiệt | Xét nhiệt trong vỏ, tổn hao, thông gió và định mức của tổ hợp. | Xét điều kiện lắp thực; khoang kín trong thân trụ/tủ vẫn có thể cần kiểm tra nhiệt. |
| Cơ khí và công trường | Nền/móng, cao độ chống ngập, cửa thao tác, đường cáp và tiếp cận. | Tải trọng thiết bị, gió, lực kéo cáp, thân trụ, neo và móng theo dữ liệu kết cấu. |
| Bằng chứng | Đối chiếu phạm vi trạm lắp sẵn và hồ sơ thử nghiệm của cấu hình được chào. | Xác định cấu tạo cụ thể; không tự coi mọi sản phẩm gọi “trụ thép” có cùng phạm vi thử nghiệm như kiosk. |
Không mặc định mọi yêu cầu của trạm lắp sẵn trong TCVN 8096-202 áp dụng nguyên trạng cho mọi kết cấu trụ. [4] Cũng không chốt tiếp địa bằng một giá trị điện trở duy nhất cho mọi dự án: cần xác định hệ thống nối đất, dòng sự cố, thời gian cắt và các kiểm tra an toàn tương ứng.
9. Kết quả nào dùng được, kết quả nào còn phải hoàn thiện?
| Hạng mục | Kết quả của ví dụ | Trước khi chốt thiết bị |
|---|---|---|
| MBA | Ứng viên 1.000 kVA, 22/0,4 kV; tải dự kiến 77,65%. | Xác nhận uₖ, đặc tính nhiệt, tải khởi động/sóng hài, chế độ dự phòng, môi trường và yêu cầu nguồn. |
| Trung thế | Dòng định mức MBA khoảng 26,24 A. | Chọn cấp điện áp và cấu hình bảo vệ theo lưới; phối hợp xung kích, quá tải và sự cố; không chọn cầu chì chỉ từ dòng này. |
| ACB/MSB | Xem xét ACB khung 1.600 A và cụm tủ có định mức phù hợp. | Chốt trip unit, mức đặt, khả năng cắt/chịu ngắn mạch, chọn lọc và kiểm tra nhiệt cả cụm. |
| Cáp | Có yêu cầu tải dòng, phép tính sụt áp và kiểm tra nhiệt ngắn mạch. | Chưa chốt tiết diện/số sợi khi thiếu cách lắp, catalogue, hệ số và đường cong bảo vệ. |
| Bù phản kháng | Khoảng 192,10 kvar tại tải 660 kW trong giả định bài. | Chọn cấp bù, điện áp, điều khiển và giải pháp sóng hài theo khảo sát. |
| Kết cấu/tiếp địa | Chưa có số liệu đủ để tính cho công trình. | Hoàn thiện nền đất, tải trọng, cấu tạo, sơ đồ nối đất và dòng/thời gian sự cố. |
Muốn nhận đề xuất có thể kiểm tra, nên gửi sơ đồ một sợi, bảng phụ tải/lịch chạy, dữ liệu nguồn, hồ sơ MBA, mặt bằng và tuyến cáp, điều kiện môi trường, nhu cầu dự phòng và thời điểm mở rộng. Đọc thêm phạm vi trạm kiosk trọn gói để tách phần vỏ, thiết bị và công trường; xem danh mục thiết bị để tra cứu theo đúng model và biến thể.
Trao đổi đầu bài với QuangAnhcons: 0919 758 191
Cần mở rộng đến điện động lực nhà máy, máy phát và các MDB? Xem ví dụ thiết kế hệ điện 22/0,4 kV với trạm kiosk 2.500 kVA, có bảng chọn cáp, sơ đồ nguồn và danh mục vật tư sơ bộ.
10. Hỏi đáp khi dùng kết quả tính sơ bộ
Có thể đổi 1.000 kVA thành công suất bất kỳ trong công thức không?
Có thể đổi S và U trong công thức dòng ba pha nếu giữ đúng đơn vị và giả định. Không được giữ nguyên uₖ, hệ số tải, phương án cáp, bảo vệ hay kết cấu rồi chỉ nhân theo tỷ lệ công suất.
Máy 1.000 kVA có phải luôn dùng ACB 1.600 A?
Không. Đây là khung ứng viên trong ví dụ. Cần phân biệt dòng khung, dòng định mức bộ bảo vệ và mức chỉnh định; kiểm tra thêm dây/thanh dẫn, môi trường, ngắn mạch và phối hợp với MBA.
Tính cáp bằng I/J có đủ chưa?
Chưa đủ để phát hành lựa chọn. Cáp còn phụ thuộc cách lắp, nhiệt độ, nhóm mạch, sụt áp, chịu ngắn mạch, bảo vệ chống điện giật và điều kiện cơ khí/đầu nối.
Bài có dẫn IEC/TCVN thì có phải hồ sơ thiết kế đã được duyệt?
Không. Bài là hướng dẫn tính sơ bộ có nguồn và giả định. Hồ sơ công trình cần dữ liệu thực, tính toán các chế độ, toàn văn tài liệu áp dụng và người chịu trách nhiệm chuyên môn.
Nguồn và phạm vi đối chiếu
- VSQI — TCVN 6306-1:2015, Máy biến áp điện lực, quy định chung; tương đương IEC 60076-1:2011. Hồ sơ danh mục.
- VSQI — TCVN 7447-4-43:2010, Bảo vệ chống quá dòng; tương đương IEC 60364-4-43:2008. Hồ sơ danh mục.
- VSQI — TCVN 7447-5-52:2010, Hệ thống đi dây; IEC 60364-5-52:2009. Hồ sơ danh mục.
- VSQI — TCVN 8096-202:2017, Trạm biến áp lắp sẵn cao áp/hạ áp; tương đương IEC 62271-202:2014. Hồ sơ danh mục và phạm vi.
- IEC — IEC 60909-0:2016, Calculation of currents: phạm vi tính ngắn mạch hệ thống xoay chiều ba pha.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — Practical values for a protective scheme. Quan hệ dòng tải, bảo vệ và khả năng tải của dây.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — Short-circuit current at the secondary terminals of a MV/LV distribution transformer. Công thức ngắn mạch gần đúng và giả định.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — General method for cable sizing. Cách lắp, nhiệt độ và hệ số hiệu chỉnh; Figure G12.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — Calculation of voltage drop in steady load conditions; Figure G29.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — Verification of the withstand capabilities of cables under short-circuit conditions; Figure G52, hệ số k.
- Schneider Electric, Electrical Installation Guide — How to determine the optimum level of compensation? Quan hệ công suất phản kháng và hệ số công suất.
- VSQI — TCVN 13724-1:2023, Cụm đóng cắt và điều khiển hạ áp, quy tắc chung; IEC 61439-1:2020.
- VSQI — TCVN 13724-2:2023, Cụm đóng cắt và điều khiển nguồn điện lực. Dùng cùng phần 1 phù hợp phạm vi cụm tủ.
- IEC — IEC 62271-202:2022, High-voltage/low-voltage prefabricated substation. Phiên bản IEC khác với bản tương đương của TCVN 8096-202:2017.
Nội dung được biên soạn với hỗ trợ AI, đối chiếu nguồn công khai và tính lại các ví dụ. Bài không hướng dẫn thao tác trên thiết bị đang mang điện. Việc thẩm tra và phê duyệt thiết kế cho công trình cụ thể thực hiện theo hồ sơ của công trình đó.