BÀI tập lớn hệ THỐNG CUNG cấp điện (EE3426) đề tài thiết kế cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN (EE3426) Đề tài: Thiết kế cấp điện cho nhà máy luyện kim đen Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Nhung Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm (Mã lớp:124696) Hà Nội, tháng 7/2021 DANH SÁCH THÀNH VI STT Họ tên Lưu Ngọc Anh Võ Hoàng Thi Vũ Mạnh Hùng Nguyễn Trung Kiên Nguyễn Văn Hiếu Nguyễn Thế Duy Nguyễn Bá Hùng Nguyễn Thành Công MỤC LỤC CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN 1.1 Xác định phụ tải tính tốn cho xưởng sửa chữa k 1.1.1 Phân nhóm phụ tải phân xưởng Sửa chữa khí (PXSCCK) 1.1.2 Xác định phụ tải tính tốn nhóm phụ tải 1.2 Xác định phụ tải tính tốn cho phân xưởng cịn 1.3 Xác định phụ tải tính tốn tồn nhà máy – Biểu CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 2.1 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp 2.2 Sơ chọn thiết bị điện 2.3 Tính tốn kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế 2.4 Thiết kế chi tiết cho phương án chọn 2.4.1 Chọn dây dẫn từ TBA 2.4.2 Lựa chọn sơ đồ trạm 2.4.3 Tính toán ngắn mạch CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG HẠ ÁP CỦA NHÀ MÁY 3.1 Lựa chọn thiết bị cho tủ phân phối 3.1.1 Chọn áp tô mát 3.1.2 Chọn cáp từ trạm biến 3.2 Tính tốn ngắn mạch phía hạ áp phân xưởng sử áp tô mát DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng phân nhóm phụ tải điện Bảng 1.2 Danh sách thiết bị nhóm 12 Bảng 1.3 Bảng phụ tải điện phân xưởng sửa chữa khí 14 Bảng 1.4 Phụ tải tính tốn phân xưởng 17 Bảng 1.5 Kết xác định R cs cho phân xưởng 18 Bảng 2.1 Kết chọn biến áp cho trạm BAPX phương án 26 Bảng 2.2 Kết chọn cáp cao áp hạ áp phương án 28 Bảng 2.3 Kết chọn biến áp cho trạm BAPX phương án 29 Bảng 2.4 Kết chọn cáp cao áp hạ áp phương án 29 Bảng Kết chọn biến áp cho trạm BAPX phương án 30 Bảng 2.6 Kết chọn cáp cao áp hạ áp phương án 31 Bảng Kết chọn biến áp cho trạm BAPX phương án 31 Bảng 2.8 Kết chọn cáp cao áp hạ áp phương án 31 Bảng 2.9 Kết tính tổn thất đường dây PA1 33 Bảng 2.10 Kết tính tốn tổn thất điện TBA phương án 34 Bảng 11 Bảng chi phí vốn đầu tư xây dựng mạng điện 35 Bảng 2.12 Kết tính tổn thất đường dây PA2 36 Bảng 2.13 Kết tính tốn tổn thất điện TBA PA2 36 Bảng 2.14 Kết tính tổn thất đường dây PA3 37 Bảng 2.15 Kết tính tốn tổn thất điện TBA PA3 37 Bảng 2.16 Kết tính tổn thất đường dây PA4 37 Bảng 2.17 Kết tính tốn tổn thất điện TBA PA4 38 Bảng 2.18 Thông số đường dây không cáp 42 Bảng 2.19 Kết tính tốn ngắn mạch 43 Bảng 3.1 Kết lựa chọn MCCB Merlin Gerin cho tủ phân phối 49 Bảng 3.2 Kết chọn cáp từ TPP đến TĐL 51 Bảng 3.3 Kết lựa chọn MCCB tổng TĐL 55 Bảng 3.4 Bảng chọn đường cáp áp tô mát mạng hạ áp nhà máy 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ phụ tải nhà máy 19 Hình 2.1 Sơ đồ phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 23 Hình 2.2 Sơ đồ phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 23 Hình 2.3 Sơ đồ phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 24 Hình 2.4 Sơ đồ phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 24 Hình 2.5 Các phương án dây mạng cao áp 39 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ thay 41 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện tồn nhà máy 47 Hình 3.1 Sơ đồ tủ phân phối 50 Hình 3.2 Mặt bằng, sơ đồ dây phân xưởng sửa chữa khí 61 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí 62 I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY Hộ tiêu thụ phận quan trọng hệ thống cung cấp điện Tùy theo mức độ quan trọng mà hộ tiêu phụ phân thành ba loại: Hộ loại 1: hộ tiêu thụ mà bị ngừng cung cấp điện dẫn đến nguy hiểm tính mạng người, gây thiệt hại lớn kinh tế(hư hỏng máy móc, thiết bị, gây hàng loạt phế phẩm), ảnh hưởng lớn đế trị, quốc phịng,…Ví dụ nhà máy hóa chất, sân bay, bến cảng, phòng mổ bệnh viện, hệ thống rada quân sự,…Đối với hộ loại phải cung cấp từ hai nguồn điện độc lập, phải có nguồn dự phịng nóng Hộ loại 2: hộ tiêu thụ mà bị ngừng cung cấp điện gây thiệt hại lớn kinh tế hư hỏng phận máy móc thiết bị, gây phế phẩm, ngưng trệ sản xuất Ví dụ nhà máy khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn,… Cung cấp điện cho hộ loại thường có thêm nguồn dự phòng Vấn đề phải so sánh vốn đầu tư cho nguồn dư phòng hiệu kinh tế đưa lại không bị ngừng cung cấp điện Hộ loại 3: hộ tiêu phụ điện lại khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ, nhà kho nhà máy,…Đối với hộ loại cho phép điện thời gian ngắn để sửa chữa, khắc phục số Thông thường hộ loại cung cấp điện từ nguồn Danh sách phân xưởng nhà máy TT 10 PX tôn Trạm bơm Bảng 1: Danh sách phân xưởng nhà máy Nhà máy có tầm quan trọng kinh tế giúp phát triển nhanh hơn, phục vụ việc cơng nghiệp hố đại hố đất nước Vì nhà máy xếp vào hộ tiêu thụ loại (không cho phép điện, cấp điện có dự phịng) Các phân xưởng sản xuất theo dây truyền cấp điện theo tiêu chuẩn loại Còn số phân xưởng phân xưởng sửa chữa khí, phân xưởng tơn, Ban Quản lí Phịng Thí nghiệm cấp điện loại 3(cho phép điện) Đây phân xưởng không ảnh hưởng lớn đến tiến trình hoạt động nhà máy Nguồn điện cấp cho nhà máy lấy từ lưới điện cách nhà máy 10 Km, đường dây cấp điện cho nhà máy dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo khơng, dung lượng ngắn mạch phía hạ áp trạm biến áp khu vực 250 MVA, nhà máy làm việc ca, Tmax = 5500 Mặt phân xưởng phân bố: Hình 1: Mặt phân xưởng Suy diện tích thực nhà máy là: = 4500 3 Sơ đồ mặt nhà máy luyện kim đen Hình 2: Sơ đồ mặt nhà máy luyện kim đen Các số liệu ban đầu Phụ tải điện phân xưởng nhà máy: Hình Bảng Phụ tải điện phân xưởng sửa chữa khí (PXSCCK): Hình Bảng Điện áp nguồn: đm = 22(kV) đm = 35(kV) Cơng suất ngắn mạch phía hạ áp trạm biến áp khu vực (TBAKV) cấp điện cho nhà máy: 350(MVA) Liên kết TBAKV nhà máy: Đường dây không, dây nhôm lõi thép Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: 10 km Thời gian sử dụng công suất lớn phụ tải max nhà máy: = 5500(ℎ) CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN Phụ tải tính tốn phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế mặt hiệu phát nhiệt mức độ huỷ hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính tốn đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự phụ tải thực tế gây ra, chọn thiết bị theo phụ tải tính tốn đảm bảo an tồn cho thiết bị mặt phát nóng Phụ tải tính tốn sử dụng để lựa chọn kiểm tra thiết bị hệ thống cung cấp điện : máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, bảo vệ tính tốn tổn thất cơng suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng Phụ tải tính tốn phụ thuộc vào yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc thiết bị điện, trình độ phương thức vận hành hệ thống Vì xác định xác phụ tải tính tốn nhiệm vụ khó khăn quan trọng Bởi phụ tải tính tốn xác định nhỏ phụ tải thực tế giảm tuổi thọ thiết bị điện, có dẫn đến cố cháy nổ, nguy hiểm Nếu phụ tải tính tốn lớn thực tế nhiều thiết bị điện chọn lớn so với yêu cầu, gây lãng phí Do tính chất quan trọng nên từ trước tới có nhiều cơng trình nghiên cứu có nhiều phương pháp tính tốn phụ tải điện Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trình bày nên chưa có phương pháp hồn tồn xác tiện lợi Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính tốn lại thiếu xác, cịn nâng cao độ xác, kể đến ảnh hưởng nhiều yếu tố phương pháp tính lại phức tạp Sau số phương pháp tính tốn phụ tải thường dùng thiết kế hệ thống cung cấp điện: Phương pháp tính theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu Phương pháp tính theo hệ số cực đại cơng suất trung bình Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm Phương pháp tính theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Trong thực tế tuỳ theo quy mô đặc điểm cơng trình, tuỳ theo giai đoạn thiết kế sơ hay kỹ thuật thi cơng mà chọn phương pháp tính tốn phụ tải điện thích hợp Để có kết tương đối xác, ta sử dụng phương pháp xác định phủ tải tính tốn theo cơng suất trung bình hệ số cực đại (Phương pháp số thiết bị hiệu quả) Theo phương pháp phụ tải tính tốn xác định theo biểu thức: n Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd Pđmi i1 Trong đó: Pđmi cơng suất định mức thiết bị thứ i nhóm n số thiết bị nhóm kmax hệ số cực đại tra sổ tay kĩ thuật theo quan hệ: kmax = f ( nhq, ksd) ksd hệ số sử dụng tra sổ tay kĩ thuật nhq hệ số thiết bị hiệu Hệ số thiết bị hiệu nhq số thiết bị giả thiết có cơng suất định mức chế độ làm việc tiêu thụ công suất cơng suất tiêu thụ nhóm gồm n thiết bị thực tế Tính hệ số thiết bị hiệu theo biểu thức sau: n hq Phương pháp cho kết tương đối ác xác định số thiết bị hiệu nhq, xét tới hàng loạt yếu tố quan trọng ảnh hưởng số thiết bị nhóm, số thiết bị có cơng suất lớn khác chế độ làm việc chúng Trình tự tính toán sau: Trước tiên dựa vào sổ tay tra số liệu ksd, cos nhóm, sau từ số liệu cho xác định Pđmmax Pđmmin Tính: P P m đm max Trong đó: Pđmmax: Cơng suất định mức thiết bị có cơng suất lớn nhóm Pđmmin: Cơng suất định mức thiết bị có cơng suất nhỏ nhóm Sau kiểm tra điều kiện: a Trường hợp: m ≤ ksd ≥ 0,4 nhq = n Chú ý, nhóm có n1 thiết bị mà tổng cơng suất chúng không lớn 5% tổng công suất nhóm nhq = n - n1 Trường hợp m > ksdp 0.2, nhq xác định theo biểu thức: n P dmi nhq = b Khi không áp dụng trường hợp trên, việc xác định n hq phải tiến hành theo trình tự: n Trước hết tính n* = P 1 n ; P* = P Trong đó: n: Số thiết bị nhóm n1: Số thiết bị có cơng suất không nhỏ nửa công suất thiết bị có cơng suất lớn x0 =0,189 m /m Thanh góp tủ phân phối (tủ phân phối phân xưởng -TG2): Chọn theo điều kiện :knc.Icp Ittpx =214,75 A (lấy knc=1) Chọn loại đồng có kích thước: 30x3 mm (mỗi pha thanh) với Icp = 405A Chiều dài: l=1,2m (dựa bảng 7.2 trang 362 sách sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện) Khoảng cách trung bình hình học: D=300mm Tra bảng ta tìm được: r0 =0,223 m /m x0 =0,235 m /m Điện trở điện kháng MCCB Với áptômát tổng tủ phân phối TBA B5 (loại M63) có Iđm= 6300A; RA1, XA1 áptơmát nhỏ nên ta bỏ qua không xét đến Các áp tô mát tủ phân phối xưởng SCCK lựa chọn trên, tra bảng phụ lục IV.14 trang 290 sách thiết kế cấp điện TS Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm ta có: MCCB loại NS400N: RA2 = 0,15 m XA2 = 0,1 m ; Rtx2= 0,4 m MCCB loại NC100H, NC125H: RA3 = 1,30 m XA3 =0,86 m Rtx3 =0,75m Cáp tiết diện 150mm loại 3.150+70 vỏ PVC LENS chế tạo, cấp điện từ tủ phân phối TBA B5 đến tủ phân phối xưởng SCCK có: Chiều dài: l =201m Tra PL V.11 Cáp nhôm hạ áp cách điện PVC hãng LENS chế tạo, ta có: r0 =0,268 /km RC1 =r0.l =0,268.0,201= 0,054= 54 m x0 =0,260 /km XC1 =x0.l =0,260.0,201 = 0,052 = 52 m *Cáp tiết diện 4G16 mm - C2: Chiều dài 35m Tra PL4.29 tìm được: RC2=r0.l =1,83.0,035 = 0,064 = 64 m r0 =1,83 /km x0 =0,76 /km XC2 =x0.l =0,76.0,035 = 0,0266 = 26,6 m Tính tốn ngắn mạch kiểm tra thiết bị chọn: Tính tốn ngắn mạch N1 (bỏ qua RA1 XA1 nhỏ): RN1 = RB +RA1 +RTG1 + 2.RA2 +RC1 53 = + 0,0168 + 2.0,15 + 54 = 56,317 m XN1 = XB + XA1 + XTG1 + 2.XA2 + XC1 = + 0,0756 +2.0,1 + 52 = 60,276 m R2N1 ZN1 = IN1 = 3.Z N1 Ixk1 = 1,41.IN1 = 0,6 kA Kiểm tra MCCB: Kiểm tra cáp tiết diện 4G150 mm2: Tiết diện ổn định nhiệt cáp F = 150 mm2 I Vậy chọn cáp 4G150mm2 đảm bảo ổn định nhiệt ngắn mạch Tính ngắn mạch N2: RN2 = RN1 +2.RA3 + RTG2 + 2.Rtx3 +RC2 = 56,317+2.1,3 + 0,268 +2.0,75 + 64 = 124,685 m XN2 =XN1 +2 XA3 + XTG2 + XC2 = 60,276 + 2.0,86 + 0,282 +26,6 = 88,878 m ZN2 = RN2 U IN2 = Ixk2 = 1,41.IN2 = 3,01kA Kiểm tra MCCB: Kiểm tra cáp tiết diện 4G10 Tiết diện ổn định nhiệt cáp F = 25 mm I tqd = 3,32 0,4= 12,6 mm2 Vậy chọn cáp 4G10 đảm bảo ổn định nhiệt ngắn mạch Lựa chọn thiết bị tủ động lực dây dẫn đến thiết bị phân xưởng 54 Các MCCB tổng tủ động lực có thơng số tương tự áptơmát nhánh tương ứng tủ phân phối, kết lựa chọn bảng 3.3 Bảng 3.3 Kết lựa chọn MCCB tổng TĐL Tủ động lực ĐL1 ĐL2 ĐL3 ĐL4 ĐL5 ĐL6 ĐL7 Các MCCB đến thiết bị nhóm thiết bị tủ động lực chọn theo điều kiện nêu phần Ví dụ chọn MCCB cho đường cáp từ TĐL1 đến máy tiện ren có cơng suất 7,5 kW cos = 0,6: UđmA Uđm =0,38 kV Iđm.A Itt = Chọn áptômát loại 5SQ2 370-0KA25 hãng Siemens chế tạo có I đm,A =25 A; Icắt =3kA; Uđm = 400V; 3cực ( tra bảng 3.29 trang 166 sách sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện - TS Ngô Hồng Quang ) Các đường cáp theo điều kiện phát nóng cho phép: Tương tự ta lấy ví dụ kiểm tra cáp từ tủ động lực đến máy tiện ren ví dụ (số vẽ là: 43) Icp Itt = 17,73 A Icp Ta lấy Ikđnh = IđmA(dòng điện định mức áptômát ta chọn ) Kết hợp hai điều kiện ta chọn cáp đồng lõi DELTA sản suất, cách điện PVC có tiết diện 2,5mm2 với dịng điện định mức trường hợp cáp đặt ống là: Icp = 29A Vì cáp đặt ống thép có đường kính 3/4'' chơn phân xưởng Để thuận tiện cho việc mua sắm, lắp đặt, thay cáp từ tủ động lực đến máy 55 dùng loại: cáp hãng DELTA; áptômát dùng hãng Siemens sản xuất Các áptômát đường cáp khác chọn tương tự , kết ghi Do công suất thiết bị phân xưởng không lớn bảo vệ aptomat nên khơng tính tốn ngắn mạch phân xưởng để kiểm tra thiết bị lựa chọn theo điều kiện ổn định động ổn định nhiệt Bảng 3.4 Bảng chọn đường cáp áp tô mát mạng hạ áp nhà máy MCB SL Tên máy Nhóm I Máy phay ngang Máy Mã Hiệu 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- phay vạn 0KA16 5SQ2370- Máy tiện ren Bàn thợ nguội 0KA25 5SQ2370- Máy cắt 0KA10 Tấm cữ (đánh dấu) 5SQ2370- Máy biến áp hàn Thùng tơi Máy mài phá Nhóm II Khoan điện 1 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- Máy tiện ren 0KA63 5SQ2370- Máy tiện ren Máy khoan đứng 0KA16 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- Máy xọc 0KA10 5SQ2370- Máy bào ngang Máy phay 0KA63 Máy mài 0KA63 tr ò 56 n Nhóm III Giá kho Quạt Lị tăng nhiệt Búa khí nén Thùng xói rửa Máy dây Bàn thí nghiệm Bàn nguội Khoan bàn Bể tắm có đốt nóng Nhóm IV Bể điện phân Thiết bị Bể tơi Bể chứa Lị điện kiểu đứng Tủ điều khiển lị điện Thùng xói rửa 5SQ2370- 0KA25 5SQ2370- 0KA16 16 13.33 32 26.67 1 Lò điện kiểu buồng Thùng tơi Lị điện kiểu bể 0KA10 Tủ sấy phun cát 5SQ2370- 1 1 5SQ2370- 0KA32 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA63 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 10 33 16 3.33 32 6.67 0KA10 5SQ2370- 0KA16 1 5SX6 491-7 1 10083.33 5SX6 491-7 1 Máy nén 1 10083.33 5SX6 491-7 10083.33 57 Tấm kiểm tra Nhóm V Máy 5SQ2370- mài dao 0KA10 cắt gọt Máy mài sắc 5SQ2370- 0KA10 vạn 10 8.33 10 8.33 10 8.33 Bàn thợ nguội Máy nén 5SQ2370- Cưa tay 0KA10 Máy mài Máy khoan vạn Tầm cữ (đánh dấu) Máy 5SQ2370- 0KA10 16 3.33 10 33 10 33 10 33 5SQ2370- 0KA16 5SQ2370- 0KA10 mài phá Máy ép kiểu trục khuyủ Máy khoan bàn Tấm kiểm tra 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA10 Nhóm VI Máy bào ngang Máy xọc Máy tiện tự 10 33 động 58 Máy tiện tự động Máy tiện tự động Máy tiện tự động Máy khoan hướng tâm Máy xọc Máy phay đứng Máy doa ngang Nhóm VII Máy phay ngang Máy xọc Máy mài Cưa máy Máy phay đứng Máy phay vạn Máy tiện ren Máy mài phẳng Máy mài tròn 5SQ2370- 491-7 0KA40 5SQ23705SQ2370- 0KA25 0KA40 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 16 3.33 10 33 0KA16 5SQ2370- 5SQ2370- 40 3 3 0KA63 5SQ2370- 0KA25 40 3 3 0KA10 5SQ2370- 0KA25 10083.33 5SQ2370- 0KA16 25 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA25 5SQ2370- 0KA10 5SQ2370- 0KA10 5SX6 10 16 3 13.33 63 52.5 25 20.83 25 59 Máy tiện rêvơnve 60 Hình 3.2 Mặt bằng, sơ đồ dây phân xưởng sửa chữa c khớ 61 sơ đồ hệ thống cấp điện cho phân xởng sửa chữa khí Trạm B5 4G6 4G6 TĐL1 TĐL3 TĐL4 Pđm I đm P 4G6 đm I TĐL2 đm 4G16 TĐL6 P đm I đm P 4G2,5 tủ chiếu sáng TĐL5 đm I 4G6 đm 4G10 TĐL7 P P ®m ®m I I ®m ®m Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí 62 63 ... cấp điện loại 3 (cho phép điện) Đây phân xưởng không ảnh hưởng lớn đến tiến trình hoạt động nhà máy Nguồn điện cấp cho nhà máy lấy từ lưới điện cách nhà máy 10 Km, đường dây cấp điện cho nhà máy. .. Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp nhà máy Trước vạch phương án cụ thể cho việc cấp điện áp hợp lý cho đường dây tải điện từ hệ thống nhà máy Biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện. .. MVA, nhà máy làm việc ca, Tmax = 5500 Mặt phân xưởng phân bố: Hình 1: Mặt phân xưởng Suy diện tích thực nhà máy là: = 4500 3 Sơ đồ mặt nhà máy luyện kim đen Hình 2: Sơ đồ mặt nhà máy luyện kim đen