Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN Thiết kế cấp điện Đề tài Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Giáo viên hướng dẫn PHẠM TRUNG HIẾU Sinh viên Hà Nội Chương mở đầu Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành kinh tế quốc dân nói chung và nhất là trong ngành Công nghiệp nói riêng Đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Nước ta đang từng bước xây dựng một nền kinh tế công nghiệp hiện.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI LỚN TẬP MÔN: Thiết Đề tài: Thiết cho phân xưởng kế cấp điện kế cấp điện sửa chữa khí Giáo viên hướng dẫn: PHẠM TRUNG HIẾU Sinh viên: Hà Nội Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Chương mở đầu Điện nguồn lượng sử dụng rộng rãi tất ngành kinh tế quốc dân nói chung ngành Cơng nghiệp nói riêng Đóng vai trị quan trọng cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Nước ta bước xây dựng kinh tế công nghiệp đại, nhu cầu điện ngày tăng Việc xây dựng hệ thống điện lưới quốc gia chất lượng, an toàn, tiết kiệm hiệu yếu tố tiên Muốn làm điều hệ thống cấp điện cho đối tượng nhỏ phải thiết kế chi tiết, cụ thể, đạt chuẩn đại Do đó, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí”, đề tài gẫn gũi với thực tế Qua đề tài giúp chúng em làm quen với hệ thống cấp điện, tiêu chuẩn thiết kế, an toàn điện rèn luyện kỹ tính tốn, lựa chọn thiết bị điện, nâng cao kỹ làm việc nhóm Sử dụng kiến thức học để thiết kế hệ thống cấp điện chi tiết Với giúp đỡ nhiệt tình thầy Phạm Trung Hiếu thầy trường đến đồ án môn học em hồn thành Em kính mong đóng góp ý kiến thầy để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021 Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Contents Chương mở đầu .2 Chương Tính tốn phụ tải điện 1.1 phương pháp tính tốn phụ tải 1.2 tính tốn phụ tải chiếu sáng 1.2.1 Phụ tải tính tốn nhóm chiếu sáng 11 1.3 tính tốn phụ tải điều hịa làm mát .11 1.4 tính tốn phụ tải động lực 13 1.5 tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng 18 1.6 Nhận xét – đánh giá 19 Chương Xác định sơ đồ cấp điện toàn phân xưởng 19 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 19 2.2.Các phương án cấp điện cho phân xưởng 21 2.2.1 chọn sơ dây dẫn 24 2.2.2 tính tốn tổn thất (điện áp, điện năng) 30 Phương án : .40 2.2.3 sơ chọn tiết diện dây dẫn cho phương án 40 2.2.4 tổn thất công suất mạng điện ( tương tự pp1) 43 2.3Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu .47 Chương Lựa chọn kiểm tra thiết bị điện .48 3.1 Tính tốn ngắn mạch 48 3.1.2 ngắn mạch hạ áp 50 3.2 Kiểm tra dây dẫn 53 3.3 Chọn kiểm tra thiết bị trung áp .54 3.4 Chọn kiểm tra thiết bị hạ áp 55 3.4.1 Lựa chọn 55 3.4.2 Lựa chọn sứ đỡ 57 3.4.3.Lựa chọn APTOMAT 57 Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 3.4.4 lựa chọn aptomat, khởi động từ cho động 59 3.4.5 Lựa chọn vỏ tủ phân phối tủ động lực 69 3.5 lựa chọn thiết bị đo lường 70 3.5.1.lựa chọn máy biến dòng điện BI 70 3.5.2 lựa chọn ampe met, von met 71 3.6 Nhận xét đánh giá 72 Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 72 4.1 tổng quan trạm biến áp 72 4.2 chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp .72 4.2.1 thiết bị trạm biến áp 73 4.3Tính tốn nối dất cho trạm biến áp phân xưởng 74 4.4 Thiết kế trạm biến áp 76 4.5 Nhận xét .78 Chương Tính bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất .78 5.1 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng .78 5.2 Tính tốn bù công suất phản kháng để cos mong muốn sau bù đạt 0,9 78 5.3 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng 80 5.4 Nhận xét đánh giá 82 Chương Tính tốn nối đất chống sét 82 6.1 Tính tốn nối đất 82 6.1.1 lợi ích việc nối đất thiết bị điện .82 6.1.2 tính tốn nối đất cho thiết bị điện 82 6.2.tính chọn thiết bị chống sét 83 6.2.1 thiết bị chống sét đường dây tải điện 83 6.2.2.Thiết bị chống sét cho TBA: .83 6.2.3Tính tốn chống sét 84 6.3 nhận xét đánh giá 86 Chương Dự tốn cơng trình .86 Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN II BẢN VẼ 87 KẾT LUẬN 92 NHIỆM VỤ CẦN THỰC HIỆN Chương Tính tốn phụ tải điện Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng điều cần thiết đòi hỏi người thiết kế phải xác định nhu cầu điện phụ tải tính tốn phân xưởng (cơng suất đặt xưởng) cách phân bố, phối hợp thiết bị Tùy theo quy mô phân xưởng để thiết kế cho yêu cầu phụ tải mà tính đến phát triển tương lai nhà máy Cụ thể muốn xác định phụ tải điện phân xưởng ta cần dựa vào công suất đặt phân xưởng xét đến phát triển tương lai Như vậy, việc xác định nhu cầu điện giải pháp tính tốn phụ tải ngắn hạn phân xưởng… Dự báo phụ tải ngắn hạn xác định phụ tải cơng trình sau cơng trình vào sử dụng Phụ tải gọi phụ tải tính tốn Khi thiết kế phải tính tốn phụ tải để lựa chọn thiết bị như: máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng ngắt thiết bị bảo vệ… để tính tốn cơng suất, để chọn thiết bị bù cơng suất phản kháng Chính phụ tải tính tốn số liệu quan trọng để làm sở thiết kế hệ thống cung cấp điện Phụ tải tính tốn phụ thuộc nhiều vào công suất, số lượng thiết bị điện, chế độ vận hành quy trình cơng nghệ phân xưởng, trình độ vận hành cơng nhân… Vì để xác định xác phụ tải tính tốn cơng việc khó khăn quan trọng Bởi vì, phụ tải tính tốn nhỏ phụ tải thực tế gây lãng phí, khơng thực tế Từ thực tế đó, nhiều nhà khoa học bỏ nhiều công sức để nghiên cứu phương án tính tốn phụ tải phù hợp xác kết tính tốn mang tính chất tương đối cơng suất Pđm Công suất định mức thiết bị tiêu thụ ghi nhãn máy Đối với động cơ, cơng suất ghi nhãn hiệu máy công suất trục động Công suất đặt công suất đầu vào động Với công suất chiếu sáng cơng suất định mức ghi đèn, công suất suất tiêu thụ ta cấp điện định mức cho đèn Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN phụ tải trung bình Ptb Phụ tải trung bình đặc trưng phụ tải khoảng thời gian Tổng phụ tải thiết bị cho ta để đánh giá giới hạn phụ tải tính tốn phụ tải cực đại Pmax Phụ tải cực đại phụ tải trung bình lớn khoảng thời gian tương đối ngắn Thông thường, người ta chọn khoảng thời gian khảo sát 30 phút phụ tải đỉnh nhọn Phụ tải đỉnh nhọn phụ tải cực đại xuất khoảng thời gian nhỏ (1 ÷ 2s) thường xuất khởi động động Việc tính tốn tải mang ý nghĩa quan trọng việc khảo sát dao động điện hệ thống xảy cố để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp phụ tải tính tốn Phụ tải tính tốn tính theo điều kiện phát nóng cho phép, phụ tải cần thiết lâu dài không đổi phần tử cung cấp điện (máy biến áp, đường dây tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nói cách khác, phụ tải tính tốn làm nóng dây dẫn tới nhiệt độ lớn phụ tải thực tế gây hệ số sử dụng Ksd Hệ số sử dụng tỷ số phụ tải tác dụng trung bình cơng suất định mức thiết bị hệ số phụ tải Là tỷ số công suất thực tế với công suất định mức thông thường phải xét hệ số phụ tải khoảng thời gian Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng , khai thác công suất thiết bị điện khoảng thời gian xét hệ số cực đại Kmax : Kmax ≥ Hệ số cực đại tỷ số phụ tải tính tốn phụ tải trung bình khảng thời gian  xét: K max  Ptt Ptb Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu thiết bị hiệu dụng hệ số sử dụng Ksd hàng loạt yêu tố đặc trưng cho chế độ làm việc thiết bị điện nhóm sản xuất nên phức tạp, thông thường người ta tra theo đường cong đặc tính: Ksd = f(nhq,Ksd) hệ số nhu cầu Knc Là tỷ số cơng suất tính tốn cơng suất định mức: K nc  Ptt  K max K sd Pdm Phụ tải nhu cầu thường tính toán cho phụ tải tác dụng Thực tế nhu cầu thường kinh nghiệm tổng kết lại hệ số thiết bị hiệu nhq Hệ số thiết bị hiệu hệ số thiết bị giả thiết công suất chế độ làm việc tiêu thụ công suất công suất tiêu thụ nhóm gồm n thiết bị thực tế số thiết bị hiệu được tính theo cơng thức: n nhq  (  Pdmi ) i 1 n  (P dmi i 1 )2 1.1 phương pháp tính tốn phụ tải 1.1.1 xác định phụ tải tính tốn n Cơng thức tính: Ptt  K sd  Pdmi i 1 Qtt  Ptt tg Stt  ( Ptt2  Qtt2 ) Một cách tính gần lấy Pd = Pđm nên: n Ptt  K nc  Pdmi i 1 Pđ, Pdmi : công suất đặt công suất định mức thiết bị thứ I (KW) Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, cơng suất phản kháng cơng suất tồn phần tính tốn nhóm thiết bị (KW, KVAr, KVA) n : số thiết bị nhóm tg : tương ứng với cos nhóm thiết bị (tra sổ tay kỹ thuật) Knc: hệ số nhu cầu Phương pháp tính tốn có ưu điểm đơn giản, thuận tiện Tuy nhiên, độ xác khơng cao 1.1.2 xác định phụ tải chiếu sáng đơn vị diện tích Đối với xí nghiệp cơng nghiệp phụ tải chiếu sáng thường xác định theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất: Cơng thức tính: Ptt  P0 F Trong đó: Po : suất phụ tải 1m2 đơn vị sản xuất (kW/m2) F : diện tích (m2) Phương pháp cho kết gần thường dùng cho thiết kế sơ , tính cho phân xưởng có mật độ tương đối 1.2 tính tốn phụ tải chiếu sáng Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng phải quan tâm đáp ứng yêu cầu độ rọi hiệu chiếu sáng thị giác Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo u cầu sau: Khơng lóa phản xạ Khơng có bóng tối Phải có độ rọi đồng Phải đảm bảo độ sáng đủ ổn định Phải tạo ánh sáng giống ánh sáng ban ngày Chọn loại bóng đèn chiếu sáng , gồm loại: bóng đèn sợi đốt bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường dùng đèn huỳnh quang đèn huỳnh quang có tần số 50Hz thường gây ảo giác không quay cho động không đồng bộ, gây nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây tai nạn lao động Do người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho phân xưởng sửa chữa khí Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Việc bố trí đèn đơn giản, thường bố trí theo góc hình vng hình chữ nhật Sở kích thước phân xưởng sau : - Phân xưởng có kích thước axbxH = 36x24x5m Độ rọi yêu cầu cho phân xưởng sửa chữa khí từ 50 ÷ 100 lux, độ rọi chọn : Eyc = 100 lux Chọn độ cao treo đèn h1 = 0,7 m - Chiều cao mặt làm việc h2 = 0,8 m Do khoảng cách từ đèn đến mặt công tác h = H - h1- h2 = -0,7- 0,8 = 3,5 m Hình 1.1 : Bố trí đèn theo mặt đứng Với H : chiều cao nhà xưởng , tính m , cho đầu Tra bảng với bóng đèn sợi đốt vạn L/h=1,5÷1,8 Suy : L=1,8.h = 1,8.3,5 =6,3m Căn vào kích thước nhà xưởng ta chọn khoảng cách đèn là: Ld = 6,3m, (đèn gần tường p~2,25m) Ln = m (đèn gần tường q~2m) Trong : Ld :là khoảng cách đèn theo chiều dài phân xưởng ,m Ln : khoảng cách đèn theo chiều rộng phân xưởng ,m Như tổng cộng có hàng đèn, mỡi hàng có bóng Kiểm tra mức độ đồng ánh sáng: Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Như việc bố trí đèn hợp lý Số lượng đèn tối thiểu để đảm bảo độ chiếu sáng đồng : Nmin = 48 bóng Sơ đồ bố trí chiếu sáng hình vẽ minh họa 24000mm 10 Trịnh Ngọc Binh – 2019606525 22/0.4kV 6% 800kVA KVA + Ta thiết kế xây dựng trạm biến áp kiểu cho phân xưởng, sử dụng lưới b40 quây xung quanh để đảm bảo an toàn 7 10 1: Máy biến áp 6: Thanh dẫn cao áp 2: Tủ điện cao 7: Thơng gió 3: Cáp cao sang MBA 8: Rãnh cáp 4: Hộp đấu cáp cao áp 9: Hố dầu cố 11 11: Ống cáp hạ áp 5: Cáp hạ 10: Ống cáp cao áp 4.5 Nhận xét Hệ thống trạm biến áp thiết kế có kích thước phù hợp với xưởng sửa chữa khí cỡ nhỏ u cầu Chương Tính bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất 5.1 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng + Việc bù công suất phản kháng dẫn tới việc làm tăng hệ số cos, qua đó: - Về mặt kính tế: + Giảm giá tiền điện tránh bị phạt tiền vượt hệ số cos mà nhà nước quy định - Về mặt kỹ thuật: +Giảm kích cỡ dây dẫn giảm dịng điện +giảm tổn thất cơng suất (P,kW) cáp điện tổn hao dây dẫn tỉ lệ bình phương với dịng điện +giảm sụt điện tụ điện điều chỉnh hệ số công suất làm giảm chí khử hồn tồn dịng phản kháng dây dẫn vị trí trước bù, làm giảm bớt khử bỏ hẳn sụt áp Tuy nhiên việc bù dư gây nên tượng tăng điện áp tụ bù + Tăng khả mang tải: cách tăng hệ số công suất tải cấp từ nguồn vào máy biến áp, dòng điện qua máy biến áp giảm, cho phép việc thêm tải vào máy biến áp Do đó, việc nâng cao hệ số cơng suất đỡ tốn việc thay máy biến áp lớn có yêu cầu tăng cơng suất phụ tải 5.2 Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cos mong muốn sau bù đạt 0,9 + Việc xác định vị trí đặt tụ bù ảnh hưởng tới việc nâng cao hệ số cos chi phí đầu tư + Đối với phân xưởng sửa chữa khí cơng suất phân xưởng không lớn, công suất động không lớn nên không đặt bù tủ động lực gây tổn thất lãng phí, mặt khác khó tính xác dung lượng cần bù cho tủ Ngoài tủ động lực, phụ tải thơng thống làm mát tiêu thụ cơng suất phản kháng Như để đơn giản đặt tụ bù tập trung cạnh tủ phân phối Áp dụng công thức: Tổng công suất cần bù cho đối tượng để nâng cao hệ số công suất từ cos1 đến cos2 là: Qbù = P.(tg1 - tg2) Với P cơng suất tác dụng tính tốn Có: hệ số công suất phân xưởng trước bù cos= 0,71 => công suất tụ bù cần đặt để nâng cao hệ số công suất từ 0,71 lên 0,9 là: Qbù = P.(tg1 - tg2 ) = 410 (0,99 – 0,48) = 209,1(kVAr) Cơng suất tính tốn tồn phân xưởng trước sau bù là: Strước bù = 575 (kVA);Ssau bù = (kVA) Vậy không đặt tụ bù, ta phải chọn máy biến áp công suất 630 kVA, lắp đặt tụ bù ta cần máy biến áp 500kVA cấp điện cho phân xưởng Chọn dùng tụ mắc song song DAE YEONG chế tạo có Qbù = 50kVA sử dụng điều khiển PFC Sơ đồ nguyên lý điều khiển tụ bù công suất phản kháng: HT 22kV XLPE 240mm DCL ABB-24kV-50kA Siemens Cooper 24kV 24kV-16A-56kA MBA 560kVA 22/0,4kV R FUSE S T Thiet bi PFC luong BI 12kV- 5A ATT C1251H 500 - 1250 A Tu dong luc Tu dongluc3 NV125-HEV MCCB 160A-25kA 40m Tu dieu hoa PVC-35mm 42,6m NV630-HEV PVC-400mm PVC-150mm PVC-240mm PVC-300mm Tu dong luc1 NV400-HEV NV400-HEV 2 NV630-HEV Tu chieu sang tu tu bu 5.3 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng + Hiệu việc lắp đặt máy biến áp: không bù công suất phản kháng ta phải chọn máy biến áp có cơng suất 630kVA, cịn sau lắp đặt tụ bù ta cần máy biến áp 500kVA cấp điện cho phân xưởng + Hiệu giảm kích cỡ dây dẫn: - Dây dẫn từ tủ phân phối tới tủ động lực thiết bị dây cao áp từ nguồn tới trạm biến áp khơng đổi, thay đổi dây từ trạm biến áp tới tủ phân phối dài 3,2 m Có => ta chọn cáp đồng cách điện PVC CADIVI chế tạo có thơng số sau: + Tiết diện F= 500 mm2 + Điện trở r0 = 0,0366 (Ω/km) + Hiệu việc giảm tổn hao điện mạng điện - Tổn hao công suất đường dây từ tủ tới thiết bị: ∆A = 11048 (kWh) - Tổn thất công suất đường dây từ tủ phân phối tổng tới tủ phân phối động lực nhóm: ∆A = 4874,11 (kWh) - Tổn thất công suất đường dây từ trạm biến áp phân xưởng tới tủ phân phối là: Có r0 = 0,0283 Ω/km; L = 3,2m => R = r0 L = 0,9.10-4 (Ω) Lại có P = 410kW; Q = Qtt-Qb=403,1-209,1=194kVAr; => ∆P =(P^2+Q^2)/U^2 R= 0,116 kW; ∆A =∆P =331,76 kWh + Tổn thất đường dây từ nguồn tới trạm biến áp phân xưởng là: Có r0 = 0,477 Ω/km; L = 300m => R = r0 L = 0,1431 (Ω) Lại có P = 410kW; Q = 194kVAr; => ∆P =0,06 kW ∆A = 171,6 kWh + Tổn thất cơng suất MBA : cơng suất tính tốn toàn mạng giảm nên ta chọn MBA ABB chế tạo có thơng số sau: + Cơng suất định mức: 500 kVA + Điện áp : 22/0,4kV + ∆P0 = 1000 W, ∆PN = 7000 W, UN = 4%, I0 = 1,5% Công thức : P  p0  pRB (kW) Có ∆P = 1000 kW, , => Vậy tổn hao điện phân xưởng là: Vậy lượng điện tiết kiệm sau bù 47520–39793,91= 7726,1kWh 5.4 Nhận xét đánh giá - Việc lắp đặt tụ bù giúp giảm tổn thất công suất, điện tổn thất điện áp tất phần tử mạng, đồng thời làm tăng khả truyền tải phần tử Chương Tính tốn nối đất chống sét 6.1 Tính tốn nối đất 6.1.1 lợi ích việc nối đất thiết bị điện Mục đích việc nối đất mạng điện vấn đề an toàn Khi tất phận kim loại thiết bị điện nối đất chúng bị nhiễm điện không gây ran guy hiểm cho người sử dụng có gây hưu hỏng thiết bị điện Nếu dây có điện tiếp xúc với đất tượng đoản mạch xảy cầu chì bị nổ Khi cầu chì bị nổ điện áp nguy hiểm biến Nối đát cho thiết bị điện mang lại nhiều lợi ích :  Đảm bảo an tồn cho thiết bị, cơng trình xây dựng sống người  Hạn chế thiệt hại điện hay vơ tình kết nối với đường dây điện áp cao gây điện áp cao nguy hiểm cho hệ thống phân phối điện Nối đất phương án nhằm giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống điện  Ổn định điện áp Có nhiều nguồn điện Mỡi biến áp coi nguồn riêng biệt Nếu khơng có điểm quy chiếu chung cho tất nguồn điện áp khó khan để tính tốn mối quan hệ chúng Mặt đất bề mặt dẫn điện có khắp nơi , đó, chọn làm điểm khởi đầu hệ thống phân phối điện nhưu tiêu chuẩn gần phổ quát cho tất hệ thống điện 6.1.2 tính tốn nối đất cho thiết bị điện Vì xưởng có nhiều thiết bị điện , nối đất thiết bị tốn phức tạp , ta nối đất chung tất thiết bị Tất thiết bị có công suất nhỏ 100kva nên Ryc lx , thỏa mãn yêu cầu bảo vệ Bước : xác định bề ngang hẹp phạm vi bảo vệ độ cao hx 2bx= 4.4,65=6,1m Bước : kiểm tra phạm vi bảo vệ nhóm kim thu sét D = =24m Điều kiện : D