Các công thức điện cho thiết kế và bảo trì tủ điện hạ thế

Câu trả lời nhanh: Những công thức điện nào quan trọng nhất trong tủ điện hạ thế?

Các công thức hữu ích nhất cho việc thiết kế và bảo trì tủ điện hạ thế bao gồm dòng tải, dòng điện động cơ, sụt áp, điện trở dây dẫn, nhiệt Joule, dòng ngắn mạch, kiểm tra khả năng cắt của aptomat, dòng điện máy biến áp, hệ số công suất, bù tụ điện, mất cân bằng ba pha và tiêu thụ năng lượng.

Trong công việc thực tế tại tủ điện, các công thức không phải là lý thuyết suông. Chúng giúp giải đáp các câu hỏi tại hiện trường như:

• MCB, MCCB, khởi động từ, rơ-le hoặc cáp này đã được chọn đúng kích cỡ chưa?
• Tại sao khối đấu nối (terminal block) lại bị quá nhiệt?
• Động cơ có khởi động được mà không bị sụt áp quá mức không?
• Khả năng cắt của aptomat (breaker) có đủ cao so với mức dòng sự cố không?
• Máy biến áp có đang gần ngưỡng quá tải không?
• Cần bao nhiêu bù tụ điện để cải thiện hệ số công suất?
• Pha nào đang bị quá tải hoặc mất cân bằng?

Hướng dẫn này được biên soạn như một tài liệu tham khảo công thức thực tế dành cho các đơn vị lắp ráp tủ điện, thợ điện bảo trì, kỹ sư nhà máy và các đội ngũ phân phối điện hạ thế.

Bảng tham khảo nhanh

Tính toán	Công thức cốt lõi	Những quyết định hỗ trợ
Dòng điện một pha	I = P / (V x PF x eta)	Dòng điện mạch, kích thước aptomat, tải cáp
Dòng điện ba pha	I = P / (sqrt(3) x VLL x PF x eta)	Đường cấp nguồn động cơ, nguồn vào chính, tủ phân phối
Công suất biểu kiến	S = sqrt(3) x VLL x I	Công suất máy biến áp, máy phát điện, ATS, thiết bị đóng cắt chính
Hệ số công suất	PF = P / S	Chẩn đoán công suất phản kháng và tính toán chọn dung lượng tụ bù
Bù công suất phản kháng	Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)	Tính toán chọn kích thước tủ bù công suất phản kháng
Điện trở dây dẫn	R = rho x L / A	Tổn hao cáp, tổn hao thanh cái, sụt áp
Nhiệt Joule	Pheat = I^2 x R	Đầu nối bị nóng, kết nối lỏng lẻo, mòn tiếp điểm
Sụt áp	Sụt áp % = Delta V / V x 100	Đường cáp dài, khởi động động cơ, sụt áp gây phiền toái
Dòng điện ngắn mạch	Isc = V / Zloop	Lựa chọn khả năng cắt của MCB/MCCB
Dòng điện đầy tải của máy biến áp	I = S / (sqrt(3) x VLL)	Tính toán kích thước thiết bị đóng cắt hạ thế, biến dòng (CT), cáp, và aptomat
Kiểm tra aptomat	Khả năng cắt >= Dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC)	Liệu có cần bảo vệ 6kA, 10kA, MCCB hay mức bảo vệ cao hơn
Mức tiêu thụ năng lượng	kWh = kW x h	Ước tính chi phí vận hành và biểu đồ phụ tải
Mất cân bằng pha	% Mất cân bằng = độ lệch tối đa / trung bình x 100	Cân bằng phụ tải ba pha và xử lý sự cố

---

1. Dòng điện phụ tải một pha

Đối với tải điện xoay chiều một pha:

I = P / (V x PF x eta)

Nơi:

• Tôi = dòng điện tính bằng ampe
• P = công suất thực tính bằng watt
• V = điện áp nguồn tính bằng vôn
• PF = hệ số công suất
• eta = hiệu suất, nếu có liên quan đến động cơ hoặc bộ chuyển đổi

Đối với tải thuần trở, hệ số công suất và hiệu suất thường gần bằng 1, vì vậy công thức rút gọn trở thành:

I = P / V

Ví dụ:

Một thiết bị sưởi 2.000 W trên mạch điện 230 V tiêu thụ dòng điện xấp xỉ:

I = 2000 / 230 = 8,7 A

Đối với thiết bị sưởi, đèn và các tải thuần trở khác, phép tính nhanh này thường đủ cho ước tính ban đầu. Đối với động cơ, máy biến áp, bộ nguồn và cuộn cảm, hệ số công suất và hiệu suất là những yếu tố quan trọng.

2. Dòng điện tải ba pha

Đối với tải ba pha cân bằng:

I = P / (sqrt(3) x VLL x PF x eta)

Nơi:

• VLL = điện áp dây-dây
• căn bậc hai của 3 (sqrt(3)) = 1.732
• PF = hệ số công suất
• eta = hiệu suất

Ví dụ:

Một động cơ ba pha 15 kW được cấp nguồn 400 V, với hệ số công suất 0,85 và hiệu suất 0,90:

I = 15000 / (1,732 x 400 x 0,85 x 0,90)

I ≈ 28,3 A

Đây là giá trị ước tính được tính toán. Để lựa chọn thiết bị bảo vệ động cơ và khởi động từ (contactor) cuối cùng, hãy luôn xác minh dòng điện đầy tải trên nhãn động cơ. Thiết kế động cơ, cấp hiệu suất, hệ số phục vụ và phương pháp khởi động có thể làm thay đổi dòng điện vận hành thực tế.

Nếu phép tính này là một phần của việc lựa chọn MCB hoặc MCCB, hãy sử dụng nó cùng với khả năng mang dòng của dây dẫn, dòng điện khởi động, nhiệt độ môi trường và các yêu cầu bảo vệ ngắn mạch. Để biết logic lựa chọn MCB, hãy xem Hướng dẫn lựa chọn MCB: Cách chọn Aptomat tép phù hợp.

3. Dòng điện khởi động động cơ

Dòng điện khởi động của động cơ thường cao hơn nhiều so với dòng điện định mức khi vận hành. Một ước tính thực tế phổ biến cho phương pháp khởi động trực tiếp (DOL) là:

Istart ≈ 5 đến 8 x In

Nơi:

• Istart = dòng điện khởi động
• TRONG = dòng điện định mức của động cơ

Phạm vi này chỉ là ước tính thực tế. Dòng điện rô-to bị khóa thực tế phụ thuộc vào thiết kế động cơ, điện áp nguồn, phương pháp khởi động và quán tính tải.

Tại sao điều này lại quan trọng:

• Aptomat có thể bị nhảy trong quá trình khởi động ngay cả khi dòng điện vận hành ở mức bình thường.
• Đường dây cáp dài có thể gây ra sụt áp quá mức trong quá trình khởi động.
• Phải chọn khởi động từ (contactor) dựa trên loại tải động cơ, không chỉ dựa trên dòng điện chạy ổn định.
• Có thể cần sử dụng bộ khởi động mềm hoặc biến tần (VFD) khi dòng khởi động hoặc sốc cơ khí là vấn đề cần giải quyết.

Đối với mạch động cơ, không được chọn thiết bị bảo vệ chỉ dựa trên công thức tính dòng điện định mức. Cần kiểm tra dòng khởi động, đường cong cắt, chế độ làm việc của khởi động từ, cài đặt rơ-le nhiệt và phối hợp bảo vệ ngắn mạch.

Công suất biểu kiến, Công suất tác dụng, Công suất phản kháng và Hệ số công suất.

Tủ điện hạ thế không chỉ truyền tải công suất tác dụng. Trong các nhà máy, động cơ, máy biến áp, máy hàn và thiết bị điện tử công suất cũng tạo ra nhu cầu về công suất phản kháng.

Các mối quan hệ chính là:

S = P / PF

PF = P / S

Q = sqrt(S^2 - P^2)

Nơi:

• P = công suất tác dụng tính bằng kW
• Q = công suất phản kháng tính bằng kvar
• S = công suất biểu kiến tính bằng kVA
• PF = hệ số công suất

Đối với hệ thống ba pha:

S = sqrt(3) x VLL x I / 1000

Ví dụ:

Một mạch cấp nguồn ba pha 400 V mang dòng điện 100 A có công suất biểu kiến là:

S = 1.732 x 400 x 100 / 1000

S ≈ 69.3 kVA

Nếu hệ số công suất là 0.80:

P = S x PF = 69.3 x 0.80 = 55.4 kW

Đây là lý do tại sao hệ số công suất thấp làm tăng dòng điện ngay cả khi công suất hữu dụng kW đầu ra không tăng. Dòng điện cao hơn đồng nghĩa với tổn hao trên cáp nhiều hơn, tải máy biến áp lớn hơn, nhiệt độ cao hơn và giảm công suất dự phòng trong tủ điện.

Để phân biệt cơ bản giữa năng lượng và công suất, xem Sự khác biệt giữa kW và kWh.

5. Kích thước tụ bù hệ số công suất

Công thức bù tụ điện thông dụng là:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

Nơi:

• Qc = công suất phản kháng của tụ điện tính bằng kvar
• P = công suất tác dụng tính bằng kW
• phi1 = góc trước khi hiệu chỉnh
• phi2 = góc sau khi hiệu chỉnh
• cos phi = hệ số công suất

Ví dụ:

Tải của một nhà máy là 100 kW. Hệ số công suất hiện tại là 0,75. Hệ số công suất mục tiêu là 0,95.

Các giá trị xấp xỉ:

• tan phi1 với hệ số công suất (PF) 0.75 ≈ 0.88
• tan phi2 với hệ số công suất (PF) 0.95 ≈ 0.33

Qc = 100 x (0.88 - 0.33)

Qc ≈ 55 kvar

Vì vậy, dự án có thể bắt đầu bằng việc đánh giá bộ tụ bù khoảng 55 kvar, sau đó điều chỉnh dựa trên điều kiện sóng hài, các cấp đóng cắt, sự thay đổi tải, yêu cầu của đơn vị điện lực và đo đạc thực tế tại hiện trường.

Lưu ý bảo trì quan trọng: không được lắp đặt thêm bộ tụ bù một cách tùy tiện trong các hệ thống có sóng hài mạnh hoặc có nhiều biến tần (VFD). Có thể cần sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài hoặc thực hiện phân tích sóng hài.

6. Điện trở dây dẫn

Điện trở dây dẫn là biến số ẩn sau hiện tượng sụt áp, tổn hao công suất và phát nhiệt tại đầu nối.

R = rho x L / A

Nơi:

• R = điện trở tính bằng ohm
• rho = điện trở suất của vật liệu
• L = chiều dài dây dẫn
• Một = tiết diện ngang của dây dẫn

Khi sử dụng rho TRONG ohm mm2/m, các giá trị tham chiếu phổ biến ở 20°C xấp xỉ là:

• đồng: 0.01724 ohm mm2/m
• nhôm: 0.0282 ohm mm2/m

Đây là các giá trị tham chiếu điển hình, không phải là hằng số phổ quát cho mọi loại dây dẫn. Cấp độ vật liệu, nhiệt độ, lớp mạ, chất lượng mối nối và quá trình gia công cứng có thể làm thay đổi giá trị thực tế. Để so sánh vật liệu, xem Độ dẫn điện so với Điện trở suất so với %IACS.

Ý nghĩa thực tiễn:

• Cáp càng dài thì điện trở càng tăng.
• Tiết diện càng nhỏ thì điện trở càng tăng.
• Nhôm cần tiết diện lớn hơn đồng để đạt được điện trở tương đương.
• Một đầu nối lỏng lẻo có thể hoạt động như một điện trở phụ không mong muốn.

7. Hiệu ứng nhiệt Joule: Công thức đằng sau các đầu nối bị nóng

Nhiệt lượng sinh ra do điện trở là:

Pheat = I^2 x R

Nơi:

• Pnhiệt = nhiệt lượng tỏa ra tính bằng watt
• Tôi = dòng điện tính bằng ampe
• R = điện trở tính bằng ohm

Đây là một trong những công thức quan trọng nhất đối với thợ điện bảo trì. Nhiệt lượng tăng theo bình phương của dòng điện. Nếu dòng điện tăng gấp đôi, nhiệt lượng sẽ tăng gấp bốn lần, với giả định điện trở không đổi.

Đối với cầu đấu, mối nối thanh cái, tiếp điểm khởi động từ và đầu cực aptomat, biến số nguy hiểm thường không phải là bản thân dây cáp mà là điện trở tiếp xúc.

Các nguyên nhân phổ biến dẫn đến tăng điện trở tiếp xúc bao gồm:

• vít đầu cực bị lỏng
• bấm đầu cốt không đúng kỹ thuật
• bề mặt dây dẫn bị oxy hóa
• đầu cực có kích thước không phù hợp
• các vật liệu dẫn điện hỗn hợp không được xử lý đúng cách
• rung động và chu kỳ nhiệt
• bề mặt tiếp điểm bị hư hỏng

Ngay cả một sự gia tăng nhỏ về điện trở tiếp xúc cũng có thể tạo ra nhiệt cục bộ ở dòng điện cao. Nhiệt đó làm tăng tốc quá trình oxy hóa, từ đó làm tăng điện trở thêm nữa, tạo thành một vòng lặp lỗi.

Để có hướng dẫn khắc phục sự cố chuyên sâu hơn, hãy xem Quá nhiệt khối đấu nối trong tủ điều khiển.

8. Tính toán sụt áp

Sụt áp là sự giảm điện áp giữa điểm cấp nguồn và tải. Sụt áp quá mức có thể gây ra:

• các vấn đề khi khởi động động cơ
• Tiếng ồn từ công tắc tơ
• Nguồn cấp PLC không ổn định
• Đèn sáng mờ
• Quá nhiệt do dòng điện cao
• Nhảy aptomat sai hoặc báo động thấp áp

Mạch DC hoặc mạch thuần trở đơn giản hóa:

Delta V = I x R

Mạch AC một pha, đơn giản hóa:

Delta V ≈ 2 x L x I x R_trên_m

Mạch điện xoay chiều ba pha, đơn giản hóa:

Delta V ≈ sqrt(3) x L x I x R_trên_m

Để tính toán điện xoay chiều chính xác hơn, cần bao gồm điện trở, điện kháng và hệ số công suất:

Một pha:

Delta V = 2 x L x I x (R cos phi + X sin phi)

Ba pha:

Delta V = sqrt(3) x L x I x (R cos phi + X sin phi)

Phần trăm sụt áp:

Sụt áp % = Delta V / V x 100

Nơi:

• L = chiều dài cáp một chiều
• Tôi = dòng điện tải
• R = điện trở dây dẫn trên một đơn vị chiều dài
• X = điện kháng dây dẫn trên một đơn vị chiều dài
• cos phi = hệ số công suất

Độ sụt áp đặc biệt quan trọng đối với các đường dây cấp điện cho động cơ dài, phân phối điện ngoài trời, nguồn điện tạm thời, trạm bơm và các thiết bị có dòng khởi động cao.

Để biết chi tiết về cách chọn kích thước cáp và độ sụt áp, xem Các công thức chọn kích thước cáp, độ sụt áp và bảng dung lượng máng cáp theo tiêu chuẩn IEC 60204-1.

9. Kiểm tra khả năng mang dòng của cáp và định mức aptomat

Aptomat phải bảo vệ cáp, không chỉ bảo vệ tải.

Một logic lựa chọn phổ biến theo tiêu chuẩn IEC là:

IB <= In <= IZ

Và:

I2 <= 1.45 x IZ

Nơi:

• IB = dòng điện thiết kế của tải
• TRONG = dòng điện định mức của thiết bị bảo vệ
• IZ = khả năng mang dòng điện của dây dẫn trong các điều kiện lắp đặt
• I2 = dòng điện vận hành quy ước của thiết bị bảo vệ

Nói một cách đơn giản:

• Dòng tải không được vượt quá định mức của aptomat.
• Định mức của aptomat không được vượt quá khả năng chịu tải của cáp.
• Aptomat phải tác động trước khi cáp bị quá nhiệt trong điều kiện quá tải.

Sai lầm thực tế:

Một tủ điện được mở rộng, một aptomat lớn hơn được lắp đặt, nhưng cáp không được nâng cấp. Mạch điện hiện có công suất tải lớn hơn trên lý thuyết, nhưng dây dẫn có thể không còn được bảo vệ nữa.

Luôn áp dụng hệ số giảm tải cho nhiệt độ môi trường, nhóm thiết bị, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ vỏ tủ và loại cách điện của dây dẫn theo quy chuẩn hoặc tiêu chuẩn địa phương hiện hành.

10. Dòng điện ngắn mạch và PSCC

Dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC) là dòng điện sự cố có thể chạy qua tại một điểm nếu xảy ra ngắn mạch.

Nguyên lý cơ bản là:

Isc = V / Zloop

Nơi:

• Isc = dòng điện ngắn mạch
• V = điện áp
• Zloop = tổng trở vòng lặp của máy biến áp, cáp, thanh cái, nguồn và đường dẫn sự cố

Trở kháng thấp hơn đồng nghĩa với dòng sự cố cao hơn.

Tại sao nó quan trọng:

• Aptomat phải có khả năng ngắt được dòng sự cố khả dụng.
• MCB 6kA không phù hợp nếu dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC) tại điểm lắp đặt vượt quá khả năng chịu ngắn mạch định mức của nó.
• Các tủ điện gần máy biến áp thường có dòng sự cố cao hơn các tủ điện ở xa phía hạ nguồn.
• Đường cáp dài làm giảm dòng sự cố nhưng lại làm tăng độ sụt áp.

Để có hướng dẫn tính toán chi tiết, vui lòng xem Làm thế nào để Tính chập Giờ cho MCB.

11. Kiểm tra khả năng cắt của Aptomat

Kiểm tra thực tế là:

Khả năng cắt của aptomat >= Dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC) tại điểm lắp đặt

Đối với aptomat dạng tép (MCB), vấn đề này thường được thảo luận ở mức 6kA so với 10kA. Đối với aptomat dạng khối (MCCB), các giá trị liên quan có thể bao gồm Icu, Ics, Icw, Và Icm, tùy thuộc vào tiêu chuẩn sản phẩm và ứng dụng.

Không được nhầm lẫn khả năng cắt với dòng điện định mức.

Ví dụ:

• C32 mô tả đường cong đặc tính cắt và dòng điện định mức.
• 6000 hay 6kA mô tả khả năng cắt ngắn mạch.
• 10kA có nghĩa là định mức cắt ngắn mạch cao hơn, không phải dòng tải liên tục cao hơn.

Để biết thêm chi tiết, xem Khả năng cắt của MCB 6kA so với 10kA và Các định mức của bộ ngắt mạch Icu so với Ics so với Icw so với Icm.

12. Dòng điện đầy tải của máy biến áp

Đối với máy biến áp ba pha:

I = S / (sqrt(3) x VLL)

Nơi:

• Tôi = dòng điện đầy tải
• S = công suất biểu kiến của máy biến áp tính bằng VA
• VLL = điện áp dây-dây

Ví dụ:

Máy biến áp 500 kVA với đầu ra hạ thế 400 V:

I = 500000 / (1,732 x 400)

I ≈ 722 A

Điều này giúp ước tính:

• kích thước khung của aptomat tổng (main breaker)
• định mức dòng điện của thanh cái (busbar)
• tỷ số biến dòng (CT ratio)
• kích thước cáp hoặc thanh dẫn điện (busduct)
• Công suất của ATS hoặc cầu dao tổng

Dòng điện ngắn mạch tại đầu cực máy biến áp có thể được ước tính từ trở kháng của máy biến áp:

Isc ≈ IFL / (Z% / 100)

Ví dụ:

Nếu dòng điện đầy tải của máy biến áp là 722 A và trở kháng là 5%:

Isc ≈ 722 / 0,05 = 14.440 A

Đây chỉ là ước tính tại đầu cực máy biến áp. Trở kháng cáp ở phía hạ nguồn sẽ làm giảm dòng sự cố. Việc lựa chọn thiết bị bảo vệ cuối cùng nên sử dụng giá trị PSCC được tính toán tại điểm lắp đặt thực tế.

13. Mất cân bằng tải ba pha

Đối với công tác bảo trì tại hiện trường, mất cân bằng pha là một cách nhanh chóng để phát hiện sự phân bổ tải không hợp lý.

Công thức tính mất cân bằng dòng điện:

% Mất cân bằng = độ lệch pha tối đa so với giá trị trung bình / giá trị trung bình x 100

Ví dụ:

Các dòng điện pha đo được:

• L1 = 82 A
• L2 = 74 A
• L3 = 69 A

Giá trị trung bình:

(82 + 74 + 69) / 3 = 75 A

Độ lệch tối đa so với giá trị trung bình:

82 - 75 = 7 A

Mất cân bằng:

7 / 75 x 100 = 9.31%

Mất cân bằng cao có thể cho thấy:

• phân bổ tải một pha không đều
• kết nối dây trung tính bị lỏng
• một pha bị quá tải
• Bước tụ điện bị lỗi
• Sự cố cuộn dây động cơ
• Kết nối kém ở một pha

Giới hạn chấp nhận được phụ thuộc vào loại thiết bị, thực tiễn tại địa phương và hướng dẫn của nhà sản xuất. Đối với động cơ, ngay cả một sự mất cân bằng điện áp nhỏ cũng có thể tạo ra sự mất cân bằng dòng điện và nhiệt độ cao không tương xứng, vì vậy hãy sử dụng hướng dẫn của nhà sản xuất động cơ khi đánh giá các đường cấp nguồn cho động cơ.

14. Mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành

Mức tiêu thụ năng lượng:

kWh = kW x h

Chi phí vận hành:

Chi phí = kWh x đơn giá điện

Ví dụ:

Một tải 7,5 kW hoạt động 10 giờ mỗi ngày:

Năng lượng = 7,5 x 10 = 75 kWh/ngày

Nếu giá điện là 0,12 mỗi kWh:

Chi phí = 75 x 0,12 = 9 mỗi ngày

Công thức này đơn giản nhưng hữu ích cho các đội bảo trì nhà máy khi đánh giá:

• thời gian chạy của động cơ
• mức tiêu thụ năng lượng của máy nén
• tải hệ thống HVAC
• Nâng cấp hệ thống chiếu sáng
• Lãng phí năng lượng do vận hành không cần thiết
• Thời gian hoàn vốn của các thay đổi tự động hóa

15. Các công thức bảo trì hiện trường cho các điểm nóng

Khi một bảng điện có đầu nối bị nóng, tư duy theo công thức giúp tránh việc phỏng đoán.

Độ sụt áp tiếp điểm

Delta Vcontact = I x Rc

Nơi:

• Rc điện trở tiếp xúc

Nếu hai pha giống hệt nhau mang dòng điện tương đương nhưng một đầu cực có độ sụt áp cao hơn trên mối nối, thì mối nối đó có thể có điện trở tiếp xúc cao hơn.

Phát nhiệt tại điểm tiếp xúc

Pnhiệt = I^2 x Rc

Điều này giải thích tại sao một mối nối có thể trở nên nguy hiểm ngay cả khi dòng tải có vẻ bình thường. Vấn đề có thể nằm ở điện trở cục bộ, không phải do quá tải toàn mạch.

Logic chẩn đoán thực tế

Triệu chứng	Gợi ý từ công thức	Vấn đề có khả năng xảy ra
Một đầu cực nóng hơn các đầu cực liền kề	P = I^2R	Điện trở tiếp xúc cao hơn
Đường dây cấp nguồn dài gây sụt áp tại tải	Delta V = I x R	Vấn đề về chiều dài/tiết diện cáp
Aptomat nhảy khi khởi động động cơ	Istart ≈ 5-8 x In	Dòng khởi động cao hoặc chọn sai đường cong cắt
Dòng điện đầu vào chính cao nhưng công suất kW bình thường	S = P / PF	Hệ số công suất thấp
Chỉ số kA của aptomat bị nghi ngờ	Isc = V / Zloop	Cần tính toán dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC)
Dây trung tính bị nóng	Mất cân bằng pha và dòng điện hài	Tải không cân bằng hoặc tải phi tuyến

16. Những sai lầm phổ biến khi sử dụng các công thức điện

Sai lầm 1: Sử dụng kW như thể nó bằng kVA

kW là công suất thực. kVA là công suất biểu kiến. Hệ số công suất thấp làm tăng dòng điện và tải trọng của máy biến áp.

Sai lầm 2: Bỏ qua hiệu suất khi ước tính dòng điện động cơ

Dòng điện đầu vào của động cơ phụ thuộc vào công suất đầu ra, hiệu suất, điện áp và hệ số công suất. Hãy sử dụng dòng điện ghi trên nhãn thiết bị để lựa chọn cuối cùng.

Sai lầm 3: Kiểm tra dòng định mức nhưng bỏ qua khả năng cắt ngắn mạch

Một aptomat 32 A có thể mang tải 32 A liên tục, nhưng nó vẫn phải có đủ khả năng cắt ngắn mạch phù hợp với điểm lắp đặt.

Sai lầm 4: Chỉ tính toán sụt áp ở dòng điện vận hành

Động cơ có thể có điện áp vận hành chấp nhận được nhưng lại bị sụt áp không cho phép khi khởi động.

Sai lầm 5: Coi khả năng mang dòng của cáp là cố định

Khả năng mang dòng của cáp thay đổi theo nhiệt độ môi trường, cách nhóm cáp, điều kiện vỏ bọc và phương pháp lắp đặt.

Sai lầm 6: Bỏ qua điện trở tiếp xúc

Nhiều điểm nóng trong tủ điện không phải do dòng tải sai. Chúng gây ra bởi các kết nối kém, sự oxy hóa hoặc bề mặt tiếp xúc bị hư hỏng.

Sai lầm 7: Sử dụng các công thức sơ bộ làm bằng chứng thiết kế cuối cùng

Các công thức nhanh hữu ích cho việc ước tính và xử lý sự cố. Thiết kế cuối cùng phải tuân theo tiêu chuẩn áp dụng, quy chuẩn địa phương, bảng dữ liệu của nhà sản xuất và thông số kỹ thuật của dự án.

---

Danh mục kiểm tra công thức hạ thế dành cho nhà lắp ráp tủ điện

Trước khi phê duyệt thiết kế tủ điện hạ thế, hãy kiểm tra:

Kiểm Tra	Công thức hoặc quy tắc
Dòng tải	I = P / V hay I = P / (sqrt(3) x VLL x PF x eta)
Bảo vệ cáp	IB <= In <= IZ
Sụt áp	Delta V % = Delta V / V x 100
Định mức sự cố của aptomat	Khả năng cắt >= Dòng điện ngắn mạch dự kiến (PSCC)
Dòng điện máy biến áp	I = S / (sqrt(3) x VLL)
Hệ số công suất	PF = P / S
Bù công suất phản kháng	Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)
Chẩn đoán đầu cực bị nóng	Pheat = I^2 x R
Cân bằng pha	% Mất cân bằng = độ lệch tối đa / trung bình x 100
Mức tiêu thụ năng lượng	kWh = kW x h

---

Câu hỏi thường gặp

Công thức quan trọng nhất trong thiết kế tủ điện hạ thế là gì?

Công thức được sử dụng nhiều nhất là công thức tính dòng điện: đối với tải ba pha, I = P / (sqrt(3) x VLL x PF x eta). Đây là điểm khởi đầu cho việc chọn kích thước cáp, chọn aptomat, chọn khởi động từ, tính tải máy biến áp và kiểm tra sụt áp.

Công thức nào giải thích hiện tượng quá nhiệt ở cầu đấu dây?

Hiện tượng quá nhiệt tại đầu cực được giải thích bởi Pheat = I^2 x R. Nếu điện trở tiếp xúc tăng lên do vít bị lỏng, bấm cos kém, oxy hóa hoặc bề mặt tiếp xúc bị hư hỏng, đầu cực có thể bị quá nhiệt ngay cả khi dòng tải có vẻ bình thường.

Làm thế nào để tính dòng điện ba pha?

Sử dụng I = P / (sqrt(3) x VLL x PF x eta). Nếu bạn chỉ biết công suất biểu kiến, hãy sử dụng I = S / (sqrt(3) x VLL).

Làm thế nào để tính độ sụt áp?

Để ước tính đơn giản cho hệ thống ba pha, hãy sử dụng Delta V ≈ sqrt(3) x L x I x R_trên_m. Để tính toán dòng điện xoay chiều chính xác hơn, hãy bao gồm điện kháng và hệ số công suất: Delta V = sqrt(3) x L x I x (R cos phi + X sin phi).

Làm thế nào để tính dòng điện ngắn mạch?

Công thức cơ bản là Isc = V / Zloop. Trong thực tế, trở kháng máy biến áp, chiều dài cáp, kích thước dây dẫn và trở kháng hệ thống phía trên đều ảnh hưởng đến dòng điện ngắn mạch dự kiến tại tủ điện.

Công thức tính khả năng cắt của aptomat là gì?

Quy tắc thực tế là khả năng cắt của aptomat >= dòng điện ngắn mạch dự kiến. Nếu PSCC cao hơn định mức của aptomat, aptomat đó không phù hợp cho điểm lắp đặt đó.

Công thức tính bù hệ số công suất là gì?

Sử dụng Qc = P x (tan phi1 - tan phi2), Ở đâu P là công suất tác dụng, phi1 là góc trước khi bù, và phi2 là góc sau khi hiệu chỉnh.

Tại sao hệ số công suất thấp lại làm tăng dòng điện?

Hệ số công suất thấp làm tăng công suất biểu kiến đối với cùng một đầu ra kW hữu ích. Vì dòng điện tỉ lệ thuận với công suất biểu kiến trong hệ thống điện xoay chiều, hệ số công suất thấp sẽ làm tăng dòng điện, tổn thất, sụt áp và tải trọng của máy biến áp.

Các công thức này có thể thay thế phần mềm thiết kế điện không?

Không. Chúng hữu ích cho việc ước tính, xử lý sự cố và lựa chọn sơ bộ. Thiết kế tủ điện cuối cùng phải tuân thủ tiêu chuẩn áp dụng, quy chuẩn địa phương, dữ liệu nhà sản xuất, nghiên cứu phối hợp bảo vệ và các yêu cầu của dự án.

---

Bản tóm tắt

Thiết kế và bảo trì tủ điện hạ thế phụ thuộc vào một tập hợp nhỏ các công thức được sử dụng đúng cách. Các công thức dòng điện dùng để tính toán kích thước tải. Các công thức sụt áp giải thích tình trạng nguồn cấp yếu tại thiết bị. Các công thức ngắn mạch xác định xem MCB hoặc MCCB có đủ khả năng cắt hay không. Các công thức hệ số công suất giải thích tại sao dòng điện tăng ngay cả khi kW hữu ích không đổi. Định luật Joule giải thích tại sao các đầu nối lỏng lẻo và tiếp điểm kém trở thành các điểm nóng.

Để lựa chọn thiết bị bảo vệ thực tế, hãy kết nối các công thức này với thông số định mức của linh kiện: dòng định mức của MCB/MCCB, khả năng cắt, khả năng mang dòng của cáp, chất lượng đầu nối, độ dẫn điện của thanh cái, chế độ làm việc của contactor và công suất máy biến áp. Đó là nơi kiến thức về công thức giúp thiết kế tủ điện an toàn hơn và xử lý sự cố tại hiện trường nhanh hơn.

---

Các nguồn tài liệu và hướng dẫn liên quan của VIOX

• Làm thế nào để Tính chập Giờ cho MCB
• Hướng dẫn về khả năng cắt dòng ngắn mạch của MCB 6kA và 10kA
• Các định mức của bộ ngắt mạch Icu so với Ics so với Icw so với Icm
• Các công thức chọn kích thước cáp, độ sụt áp và bảng dung lượng máng cáp theo tiêu chuẩn IEC 60204-1
• Quá nhiệt khối đấu nối trong tủ điều khiển
• Độ dẫn điện so với Điện trở suất so với %IACS
• Sự khác biệt giữa kW và kWh