Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí GV hướng dẫn Đặng Hoàng Anh Nhóm thực hiện Nhóm số 9 Lớp EE6051 2 K13 Hà Nội, 112020 2 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một phân xưởng cơ khí

Tính toán phụ tải điện

Phụ tải chiếu sáng

1.1.1 Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng

Trong thiết kế chiếu sáng, việc đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả thị giác là điều tối quan trọng Hiệu quả chiếu sáng không chỉ phụ thuộc vào độ rọi mà còn liên quan đến quang thông, màu sắc ánh sáng, và cách bố trí hợp lý Thiết kế cần đảm bảo sự kết hợp giữa tính kinh tế và mỹ quan của không gian Các yêu cầu thiết kế chiếu sáng cần được chú trọng để đạt được hiệu quả tối ưu.

- Không loá do phản xạ

- Phải có độ rọi đồng đều

- Phải đảm bảo độ sáng đủ và ổn định

- Phải tạo ra được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng kết hợp, với chiếu sáng kết hợp thường được sử dụng trong các phân xưởng để đáp ứng yêu cầu thị giác cần thiết cho công việc chính xác Hệ thống này giúp chiếu sáng các mặt phẳng nghiêng mà không tạo ra bóng tối sâu, đảm bảo hiệu quả làm việc tốt nhất.

Có hai loại bóng đèn chiếu sáng phổ biến là bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnh quang Trong các phân xưởng, bóng đèn huỳnh quang ít được sử dụng do tần số 50Hz của nó có thể gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, làm tăng nguy cơ tai nạn lao động Vì lý do này, bóng đèn sợi đốt thường được ưa chuộng trong các phân xưởng sửa chữa cơ khí để đảm bảo an toàn cho người vận hành máy.

Việc bố trí đèn khá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông hoặc hình chữ nhật

Xác định kích thước của phân xưởng

Phân xưởng có kích thước như sau : rộng a$m, dài b6m, cao h=5m

Theo bảng hệ số phản xạ từ tài liệu của TS Quyền Huy Ánh (GT cung cấp điện, trang 159), hệ số phản xạ của trần, tường và sàn lần lượt được xác định là 50%, 30% và 10%.

Chúng tôi khuyên bạn nên chọn đèn Metal Halide với hiệu suất sáng cao và chỉ số hoàn màu tốt, lý tưởng cho chiếu sáng công nghiệp Hãy chú ý đến các thông số kỹ thuật của loại đèn này để đảm bảo sự phù hợp với nhu cầu sử dụng.

P = 150W, quang thông Φ = 11250 lm, loại chóa chiếu sâu, vỏ nhôm, mỗi bộ có một bóng

Chọn chiều cao treo đèn (khoảng cách từ trần đến đèn) là 1m, chiều cao làm việc là 0,8m, ta tính được độ cao treo đèn tính toán là:

Ta tính được chỉ số phòng i:

Từ bảng 10.4 của GT cung cấp điện do TS Quyền Huy Ánh biên soạn và đặc tuyến phân bố cường độ sáng một số đèn thông dụng trên trang 149, chúng ta có thể xác định hệ số sử dụng CU đạt 92%.

Ta chọn được : Môi trường sử dụng trung bình và chế độ bảo trì là 12 tháng

Hệ số mất mát ánh sáng: LLF = 0,61 ( Trang 161 GT cung cấp điện_Quyền Huy Ánh)

Hệ số mất mát ánh sáng được xác định theo biểu thức:

LLF được tính bằng công thức LLF = LLD.LDD.BF.RSD, trong đó LLD là hệ số suy hao quang thông theo thời gian sử dụng, LDD là hệ số suy hao quang thông do bụi, BF là hệ số cuộn chấn lưu, và RSD là hệ số suy hao phản xạ của phòng do bụi Để đạt được độ rọi yêu cầu là Eyc = 150lx cho phân xưởng lắp ráp cơ khí với chi tiết trung bình đến nhỏ.

Tính số bộ đèn sử dụng

11250 ∗ 0.92 ∗ 0.61 ≈ 20 𝑏ộ Phân bố đèn: ta chọn 20 bộ đèn phân bố theo diện tích phân xưởng thành 4 hàng và 5 cột như sau:

Hình 1: Sơ đồ phân bố đèn trong phân xưởng

Kiểm tra độ rọi đồng đều: ta kiểm tra theo hai chỉ số α và β

Htt = 0,8 → 1,8 (đèn HID – trần cao) β =𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔𝑐á𝑐ℎ𝑔𝑖ữ𝑎𝑑ã𝑦đè𝑛𝑣à𝑡ườ𝑛𝑔 khoảng cách giữa 2 đèn = 0,3 → 0,5

Theo chiều rộng ta tính được:

𝛽 = 2 6,67 = 0,3 Theo chiều dài ta tính được

𝛼 =6,2 3,2 = 1,94 Phụ tải nhóm chiếu sáng

Từ kết quả thiết kế chiếu sáng ta tính được phụ tải chiếu sáng tính toán của phân xưởng

Trong đó: kđt : hệ số đồng thời của phụ tải chiếu sáng

Pđ : công suất mỗi bóng đèn được lựa chọn

Vì dùng loại đèn Metal Halide nên hệ số cosφ= 1 Do đó, ta có công suất toàn phần của nhóm chiếu sáng là:

Phụ tải thông gió làm mát

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là: Q= n*V= 6*24*36*5= 25920 (m 3 ) Trong đó: n là số lần làm tươi trên 1h, V là thể tích khí

Với số liệu cho: MODEL: có lượng gió 3000 (m 3 /h)

Ta chọn q= 4500 m 3 /h => số quạt: Nq = 9 quạt

Bảng 1: Thông số quạt hút

Thiết bị Công suất (W) Lượng gió

Hệ số nhu cầu: (áp dụng công thức 2.34 trang 29 sách giáo trình cung cấp điện)

Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông gió và làm mát:Nếu chưa biết hiệu suất của động cơ nên ta lấy gần đúng Pđ=Pđm

(áp dụng công thức 2.41 chương 2 sách giáo trình cung cấp điện)

Trong đó: Pđmi là công suất định mức của thiết bị thứ i,kW

Công suất tác dụng (Ptt), công suất phản kháng (Qtt) và công suất toàn phần (Stt) của nhóm thiết bị được tính toán theo đơn vị kW, kVAR và kVA Trong đó, n là số lượng thiết bị trong nhóm và knc là hệ số nhu cầu.

• Để đảm bảo cho không gian làm việc thông thoáng mát mẻ ta chọn 15 quạt đứng công nghiệp có thông số như sau: Model SLS650

• Cấp độ gió: 3 cấp độ

• Hãng sản xuất: Điện cơ Hà Nội giá bán 1.480.000 VNĐ

Tính tương tự như làm mát ta được

Knc=0,77; Pttlm= 2,598 (kW) ; Qttlm=1,95(kVAr); Sttlm=3,248 (kVA)

1.2.3 Tổng hợp phụ tải thông gió và làm mát

Công suất tác dụng: Ptttglm=Ptttg+Pttlm=2,16+2,598=4,578 (kW)

Công suất phản kháng: Qtttglm=Qtttg+Qttlm=1,62+1,95=3,57(kVAr)

Công suất toàn phần : Stttglm=Stttg+Sttlm=2,7+3,248=5,948(kVA)

Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải từng nhóm, tổng hợp phụ tải động lực

TT Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Công suất

Pdm(kw) Cosφ Ksd Iđm

4 Bàn lắp ráp và tn 21 1 14.60 0.69 0.53

5 Bàn lắp ráp và tn 22 1 17.52 0.69 0.53

6 Bàn lắp ráp và tn 23 1 23.36 0.69 0.53

1 Bàn lắp ráp và tn 23 1 23.36 0.69 0.53 51.44

2 Bàn lắp ráp và tn 24 1 26.28 0.69 0.53 57.87

1.3.2 Xác định phụ tải từng nhóm

1.3.2.1 Xác định phụ tải nhóm 1

• Hệ số sử dụng trung bình:

• Số thiết bị hiệu quả : nhq = (∑ 𝑃𝑖

• Hệ số công suất trung bình :

Phụ tải động lực toàn phân xưởng

Ptt Qtt Stt Itt Cos𝜑

Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:P tt ∑ = k đt ∑ n i=1 P tti

Trong đó: P tt ∑ -công suất tính toán tổng của các hộ dùng điện,kW

P tti – công suất tính toán của nhóm phụ tải thứ I,kW k đ𝑡 -hệ số đồng thời

P ttpx = k đt (P ttđl + P cs +Ptttglm)=1(243,78+3+4,578)%1,36 (kW); Với kdt=1

Hệ số công suất trung bình toàn phân xưởng,

Xét thêm tổn thất trong mạng điện (10%) và khả năng phát triển phụ tải trong 10 năm (10%), ta sẽ có số liệu tính toán phụ tải toàn phân xưởnglà:

Nhận xét và đánh giá

Phân xưởng sửa chữa có đặc điểm hầu hết là các máy có cuộn dây nên hệ số 𝑐𝑜𝑠𝜑 toàn phân xưởng thấp

Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Vị trí đặt trạm biến áp

Việc lựa chọn vị trí trạm biến áp trong xí nghiệp cần được thực hiện thông qua việc so sánh kinh tế - kỹ thuật Để tiến hành so sánh này, trước tiên cần xác định phương án cung cấp điện nội bộ cho xí nghiệp Chỉ khi các phương án được phê duyệt, việc so sánh kinh tế - kỹ thuật mới có thể được thực hiện nhằm xác định vị trí và số lượng trạm biến áp phù hợp trong xí nghiệp.

-Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản:

+An toàn và liên tục cấp điện

+Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới

+Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

+Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

+Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp,

+Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

Trạm biến áp thường được lắp đặt gần khu vực sản xuất, có thể ở bên ngoài hoặc bên trong phân xưởng Nếu trạm biến áp được đặt bên ngoài, còn gọi là trạm độc lập, thường được sử dụng để cung cấp điện cho nhiều phân xưởng khác nhau Việc lựa chọn vị trí này giúp tránh các yếu tố như bụi bặm, khí ăn mòn hoặc rung động, đồng thời cũng là giải pháp khi không tìm được vị trí phù hợp trong hoặc cạnh phân xưởng.

-Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng tới các công trình khác

Trạm xây dựng bên trong là giải pháp lý tưởng cho các phân xưởng rộng với phụ tải lớn, tuy nhiên cần đảm bảo điều kiện phòng nổ và phòng cháy an toàn Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí, lựa chọn xây dựng trạm biến áp liền kề là phương án tối ưu.

Các phương pháp cấp điện cho phân xưởng

2.2.1 Các phương án chọn lắp đặt máy biến áp

Ta xét 3 phương án sau:

Phương án 1: 2 máy biến áp

Phương án 2: Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát diesel dự phòng

Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp

Phương án trạm biến áp

Phương án 1: Trạm có hai máy biến áp làm việc song song:

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

Nên ta lựa chon MBA có Sdm @0 (kVA)

Thông số máy biến áp

Tổn thất 2 máy biến áp là (tính toán sơ bộ )

Qb = 0,105*Sđm = 0,105*400 = 42 (kW) với Tmax của xưởng cơ khí chọn P00h ta tính được: ح = (0,124+10-4 *Tmax) 2 *8760 (h)= (0,124+10 -4 *5000)*8760T66(h)

Phương án 2:Trạm có 1 máy biến áp và 1 máy phát diesel dự phòng

Chọn máy biến áp có công suất định mức bằng 500 (kVA) do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo

Thông số kĩ thuật máy biến áp

Và máy phát điện thỏa mãn: S đmmp ≥ 0,85*Sđm

Suy ra ta chọn máy phát điện có Sđm = 500(kVA)

Phương án 3: Trạm có 1 máy biến áp

Công suất MBA được lựa chọn thỏa mãn điều kiện:

S đm ≥ Sttpx Vì vậy, ta chọn máy biến áp S đm = 500(kVA)

Thông số kĩ thuật máy biến áp

Sđm(kVA) Uđm(kV) P0(W) không tải

Un(%) Điện áp ngắn mạch

Vì xưởng làm 3 ca liên tục nên ta chọn TmaxP00h ح = (0,124+10-4 *Tmax) 2 *8760 (h)= (0,124 + 10-4*5000) 2 *8760T66(h) ×

Tổn thất điện năng máy biến áp:

Tổn thất công suất trong MBA bao gồm tổn thất không tải (tổn thất sắt Pfe) và tổn thất có tải (tổn thất đồng Pcu)

Tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trong máy biến áp được tính theo công thức sau:

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét tổn thất công suất tác dụng không tải và ngắn mạch của máy biến áp, được biểu thị bằng P0 và Pn (kW) Thời gian vận hành thực tế của máy biến áp được ghi nhận là t (h).

(Bình thường máy biến áp vận hành suốt một năm nên lấy t60h) حThời gian tổn thất công suất lớn nhất

2.2.2 Các phương pháp cấp điện cho phân xưởng:

*Phương án 1: Tủ hệ thống đặt ngoài xưởng, 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng nằm trong xưởng

Phương án 2 đề xuất gộp chung các nhóm phụ tải động lực để cấp điện hiệu quả hơn Cụ thể, nhóm 1 và nhóm 2 sẽ được kết nối với một tủ điện chung, trong khi nhóm 3 và nhóm 4 cũng sẽ sử dụng một tủ điện riêng Hệ thống chiếu sáng và làm mát sẽ có một tủ điều khiển riêng biệt, được lắp đặt ngoài trời để đảm bảo an toàn và tiện lợi trong việc quản lý.

Tổn hao điện áp sơ bộ cho phương án 1 Đường dây

AA1 62.01 73.78 38.7 0.268 VCm70 AA2 69.29 70.81 5.5 0.193 VCm95 AA3 37.25 45.93 4.79 0.387 VCm50 AA4 64.63 104.06 4.74 0.153 Vcm120

Tính toán sơ bộ đường dây cho phân xưởng

-Phương án đặt máy biến áp:

+Đặt một máy biến áp và một máy phát dự phòng

+Ưu điểm: vận hành đơn giản,đảm bảo cung cấp điện

+Nhược điểm: ồn lúc hoạt động,chi phí đầu tư lớn

->Chọn máy biến áp có công suất định mức bằng 500 (kVA) do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo

Tổn hao sơ bộ cho phương án 2

Và máy phát điện thỏa mãn: S đmMF ≥ 0,85× SđmMF

Suy ra ta chọn máy phát điện có Sđm = 500(kVA)

*Tính toán sơ bộ nhóm gộp 1 và 2:

+Sô thiết bị hiệu quả:nhq,43 làm tròn 13

+Hệ số sử dụng trung bình:

Ptt = Knc.∑ 𝑃𝑖 = 0,49*∑(𝑃𝑛1 + 𝑃𝑛2) =0,49*(106,32+102,2)2,17 (kW) +Hệ số công suất trung bình :

=>Từ dòng tính toán ta tính được tiết diện dây cáp đi từ tủ phân phối chính tới tủ động lực gộp thứ nhất là:

=>Chọn cáp cách điện giấy lõi đồng loại BS 6840 do DELTA chế tạo có F5

TT Tên KH Cosφ Pdm

Bảng tính lựa chọn dây dẫn

4 Bàn lắp ráp và tn 21 0.69 14.60 17.50 12.67 32.10 15.29 VCm16 6.14

Bảng tính lựa chọn dây dẫn Nhóm 3-PA1

2.2.3 Đánh giá lựa chọn phương án cung cấp điện cho phân xưởng :

Lựa chọn phương án 1 mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm vận hành đơn giản và dễ dàng cho người sử dụng Phương án này có tổn thất điện áp nhỏ hơn so với hai phương án còn lại, đồng thời hiệu suất sử dụng cũng cao hơn phương án 2 Đặc biệt, phương án 1 đảm bảo độ tin cậy trong việc cung cấp điện tốt nhất và thuận tiện cho việc thay thế cũng như bảo dưỡng các thiết bị trong phân xưởng.

Nhược điểm:chi phí đầu tư ban đầu lớn

+ Vốn đầu tư ở phương án 1 lớn hơn ở hai phương án kia

+ Tổn thất ở phương án 3 là lớn nhất

+ Thiệt hại do mất điện ở phương án 3 là lớn nhất

+ Phương án 3 có tổng chi phí quy đổi thấp hơn phương án 1 và 2

+ Phương án 1 có độ tin cậy cung cấp điện cao hơn

Việc lựa chọn phương án sử dụng hai máy biến áp mang lại lợi ích trong việc cắt giảm một máy khi phụ tải giảm xuống, giúp tránh tình trạng máy biến áp hoạt động non tải, từ đó giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện Phương án này cho phép máy biến áp hoạt động quá tải trong một khoảng thời gian nhất định mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị, đặc biệt trong giai đoạn cuối của chu kỳ thiết kế.

Dựa vào các tiêu chí đánh giá chúng em quyết định chọn phương án 1

Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện

Tính toán ngắn mạch

Ta tiến hành xác định dòng điện ngắn mạch tại thanh cái MBA

Chọn và kiểm tra dây dẫn

- Thanh dẫn chỉnh đổi phân phối tới tủ phụ tải:

=> dùng dây CV325 của hãng Cadivi

Jkt =2,1 ứng với Tmax3000(h) với chất liệu bằng đồng

(phụ lục 4 trang 233 giáo tình CCĐ trường ĐHCNHN)

- Chọn dây với tủ 2,3,4,5 (Tủ 1 là tủ phân phối)

Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp

Tủ phân phối của phân xưởng:đặt một ATM tổng từ trạm biến áp về và đặt 5 ATM nhánh cấp cấp điện cho tủ động lực

Tủ động lực được cấp điện từ thanh góp của tủ phân phối trong phân xưởng thông qua cáp ngầm hình tia Tại đầu vào, có lắp đặt ATM hoặc cầu dao và cầu chì để thực hiện chức năng đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng Ngoài ra, các nhánh ra cũng được trang bị cầu dao và cầu chì nhánh nhằm cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải.

- Chọn thiết bị chống sét van: UđmCSV ≥Uđmlưới≥22kV chọn chống sét van do Siemens chế tạo có thông số như sau:

Bảng 2: chọn thiết bị chống sét van

Loại Vật liệu Uđm kV Dòng điện Vật liệu vỏ

- Chọn cầu chì: điều kiện để chọn cầu chì cho mạng cao áp

+UđmCC ≥Uđmmạng"(kV); +IđmCC ≥ Ilvmax= 𝑘 𝑞𝑡 ∗𝑆 đ𝑚

Tra bảng B.3.6 trang 277 thông số kĩ thuật cầu chì cao áp do Siemens chế tạo sách giáo trình thiết kế cung cấp điện ta có bảng sau

Bảng 3: Chọn cầu chì cao áp

Loại cầu chì Uđm(kV) Iđm(A) Số lượng

Khi chọn dao cách ly, cần lưu ý rằng nó có tác dụng cách ly giữa phần không mang điện và phần mang điện, đồng thời tạo ra khe hở an toàn cho người sửa chữa Dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang, vì vậy tuyệt đối không sử dụng để đóng cắt khi có tải Điều kiện cần thiết khi chọn dao cách ly là UđmDCL phải lớn hơn hoặc bằng Uđmmạng (kV).

Theo bảng 2.30 trang 126 trong sổ tay lựa chọn thiết bị của tác giả Ngô Hồng Quang, dao cách ly trung áp được lắp đặt trong nhà do công ty thiết bị Đông Anh sản xuất, với giá trị √3∗22 = 14,7(𝐴).

Bảng 4: Chọn dao cách ly cao áp

Máy cắt liên lạc (MCLL) là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, được chọn để lắp đặt trên thanh cái 22kV Dòng qua MCLL cung cấp điện cho phụ tải phân đoạn khi thanh cái bị mất điện Trong điều kiện nặng nề nhất, như khi mất điện một nguồn, đường dây còn lại sẽ cấp điện cho thanh cái, trong khi các MBA và thiết bị cao áp phải hoạt động trong chế độ quá tải Để chọn MCLL, cần đảm bảo điều kiện +UđmDCL ≥ Uđmmạng (kV).

Máy cắt chân không trung áp đặt trong nhà do Siemens chế tạo được chọn từ bảng 5.20 trang 314 trong sổ tay lựa chọn thiết bị của tác giả Ngô Hồng Quang, với tính toán √3∗22 = 29,4 (𝐴).

Bảng 5: Chọn máy cắt liên lạc

Loại Uđm(kV) Iđm(A) Số lượng

- Chọn cáp trung áp 22 (kV) về trạm biến áp

Chon cáp A 16 có F = 20,43 (mm 2 ) (r0 = 1,98 Ω/km; x0 = 0,358 Ω/km) ΔU = 8,25 (V) > 5%U

Chọn thiết bị hạ áp

Chọn dây dẫn, thanh cái theo tiêu chuẩn IEC 60439-1

- Chọn thanh dẫn chính: I=7,73.A 0,5 P 0,39 h4(A); (A: thiết diện; P: chu vi)

- Chọn thanh dẫn tủ nhóm 1, 2, 3, 4 và tủ cslm : 50×5%0(mm 2 ); Icp0(A)

Tủ 4 có dòng lớn nhất: I48,83A => thanh cái dày 2mm; rộng 12mm

- Chọn aptomat đầu ra của máy biến áp CBmba1; CBmba2 và các Aptomat CB1, CB2, CB3, CB4, CBcs (chiếu sáng):

Bảng 6: Chọn ATM đầu ra của máy biến áp

Kiểu Iđm(A) INmax(kA) Số cực Số lượng

Bảng 28: Chọn ATM ở các tủ động lực và chiếu sáng

Tủ Kiểu Iđm(A) INmax(kA) Số cực Số lượng

- Chọn sứ đỡ cho thanh cái: điều kiện chọn Uđmsứ≥Uđmmạng$(kV);

Khi chọn sứ đỡ cho thanh cái, chúng ta thường ưu tiên lựa chọn dựa trên điện áp hơn là dòng điện định mức Do đó, chúng ta có thể bỏ qua dòng điện định mức và tập trung vào điện áp của sứ đỡ Theo bảng tra cứu, sứ đứng CD429 hay còn gọi là sứ cách điện trung thế là lựa chọn phù hợp để sử dụng làm sứ đỡ trong các đường dây và trạm biến áp (TBA) 24kV.

Sứ đứng, hay còn gọi là sứ cách điện đứng, được chế tạo từ vật liệu gốm có khả năng chịu nhiệt cao và bền bỉ trước các điều kiện khí hậu khắc nghiệt Nhờ vào đặc tính này, sứ đứng được sử dụng hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả khu vực có khí hậu bình thường, vùng sương muối và những nơi bị ô nhiễm.

Màu sắc của sứ đứng (sứ cách điện đứng): màu trắng

Thông số cơ bản của sứ đứng 24kV như sau:

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC720-1981, TCVN 4759-1993

- Điện áp định mức (kV): 24

- Chiều dài đường rò (mm): ≥ 429

- Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp khô trong 1 phút (kV): ≥ 75

- Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp ướt trong 1 phút (kV): ≥ 55

- Điện áp chịu đựng xung sét (kV): ≥ 125

- Điện áp đánh thủng ở tần số 50Hz (kV): ≥ 160

- Tải trọng phá hủy cơ khí (daN): ≥ 1300

Công thức tính số lượng sứ như sau : n=d*Umax/D *22/429=0,8~1 bát

Trong đó: đối với vùng khí hậu bình thường d= 16mm/kV

D:chiều dài đường rò (mm) = 429 Vậy ta chỉ cần chọn 1 bát sứ cách điện.

Chọn thiết bị đo lường

- Tính dòng của máy máy theo công thức I = P

Do đó tra bảng 8.11 trang 390 lựa chọn thiết bị (Tg:Ngô Hồng Quang)ta chọn thiết bị sau:

Bảng 7: Chọn máy biến dòng

Nhận xét và đánh giá

Việc lựa chọn các thiết bị trong mạng điện được dựa trên các tiêu chí về kỹ thuật ,giá thành và dễ dàng trong việc mua mới thiết bị

Cấp chính xác của lõi thép

Thiết kế trạm biến áp

Tổng quan về trạm biến áp

Trạm biến áp (TBA) là thiết bị chuyển đổi điện năng giữa các cấp điện áp khác nhau TBA bao gồm các thiết bị phân phối điện cao áp và hạ áp (TBPP), có nhiệm vụ nhận điện năng từ nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các khu vực khác qua hệ thống đường dây điện Bên trong TBPP, có các khí cụ điện phục vụ cho việc đóng cắt, điều khiển, bảo vệ và đo lường điện năng.

Theo nhiệm vụ, có thể phân trạm thành hai loại:

−TBA trung gian : trạm này nhận điện từ nơi cấp điện áp 35÷220kV từ hệ thống biến đổi thành điện áp 10;6 hay 0,4 kV

TBA phân xưởng nhận điện từ TBA trung gian và biến đổi thành các cấp điện áp phù hợp cho phụ tải trong phân xưởng Các cấp điện áp cao áp thường là 35, 22, 15, 10 và 6 kV, trong khi đó phía hạ áp có thể là 660V hoặc 380/220V và 220/127V.

Theo cấu trúc cũng có thể chia thành hai loại:

TBA ngoài trời là trạm điện mà tất cả các thiết bị cao áp được lắp đặt bên ngoài, trong khi phần phân phối điện áp thấp được bố trí trong nhà hoặc trong các tủ chuyên dụng được chế tạo sẵn.

−TBA trong nhà : ở trạm này tất cả các thiết bị đều được đặt trong nhà.

Phương án thiết kế xây dựng TBA

Phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp bao gồm việc lắp đặt máy biến áp trong nhà với hai máy hoạt động song song và đặt cạnh nhau Lựa chọn này dựa trên những ưu điểm và nhược điểm cụ thể của nó.

Tất cả vật tư và thiết bị của trạm được lắp đặt trong nhà giúp giảm thiểu tác động tiêu cực từ môi trường, khí hậu và thời tiết.

Đảm bảo cảnh quan không gian chung và nâng cao an toàn cho các hoạt động của con người trong khu vực bên ngoài trạm là rất quan trọng, đặc biệt khi trạm được xây dựng trong các khu đô thị, chợ, trường học, bệnh viện, hoặc trong khuôn viên các nhà máy và xí nghiệp.

Các thiết bị điện trong nhà có tiêu chuẩn cách điện thấp hơn, do đó giá thành của chúng thường rẻ hơn so với thiết bị lắp đặt ngoài trời.

+ Không bị giới hạn về công suất MBA

+ Chiếm diện tích mặt bằng tương đối lớn

+ Trạm phải xây dựng thêm phần kiến trúc bao che.

Tính toán nối đất cho TBA

Nối đất là biện pháp an toàn thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện, đặc biệt là tại các trạm biến áp phân phối, nơi yêu cầu điện trở nối đất Rnđ ≤ 4Ω Để thực hiện nối đất, cần sử dụng các điện cực chôn trực tiếp trong đất, cùng với dây nối đất kết nối các bộ phận với điện cực Cụ thể, hệ thống nối đất sẽ bao gồm các cọc nối đất bằng thép góc L 60×60×6mm, dài 2,5m, được chôn thẳng đứng theo mạch vòng hình chữ nhật với khoảng cách giữa các cọc là 5m Các cọc này sẽ được nối với nhau bằng các thanh thép ngang dẹt 40×5mm, tạo thành một mạch vòng nối đất, trong đó các thanh nối được chôn sâu 0,8m.

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí cọc

Hình 4.2 Sơ đồ nối đát TBA

Xác định điện trở nối đất của một cọc

Vậy ta có thể áp dụng công thức : R = 𝑅 𝑐 ×𝑅 𝑡 η 𝑡 ×𝑅 𝑐 +n×η 𝑐 ×𝑅 𝑡

4.𝑡𝑐−𝑙) Chiều dài cọc l = 2,5(m) Độ chôn sâu của cọc 𝑡 𝑐 = 𝑡 𝑡 + 𝑙

2 = 0,8 + 1,25 = 2,05(m) d = 0,95×b = 0,95×60 = 57(mm)= 0,057(m) d: đường kính của điện cực b: chiều rộng của thép góc

𝜌 = 𝜌 đ𝑜 × 𝑘 𝑚 = 100 × 2 = 200(𝑚) ( lấy 𝑘 𝑚 =2 là dựa vào bảng 5.2 giáo trình ATĐ- Trường ĐHCN HÀ NỘI)

Thay vào công thức trên ta có:

𝜌 = 𝜌 đ𝑜 × 𝑘 𝑚 = 100 × 1,6 = 1,6 10 2 (Ωm) ( lấy 𝑘 𝑚 =1.6 là dựa vào bảng 5.2 giáo trình ATĐ- Trường ĐHCN HÀ NỘI) d= 𝑏

2 (mm)=0,02(m) b: chiều rộng của thép dẹt

L: tổng chiều dài điện cực nằm ngang (thanh),m vì thanh nối 20 cọc với nhau, mỗi cọc cách nhau a=5(m) k=f( 𝑙2

20=1,5 tra bảng 5.3 được K=5,81 thay vào công thức trên ta có:

Mặt khác ta có số cọc bằng 20 và 𝑎

𝑙=2 Suy ra ta tra được η 𝑐 =0,64 và η 𝑡 =0,32

( bảng 5.4 giáo trình An toàn điện _Trường ĐHCN HÀ NỘI) Điện trở của điện cực hỗn hợp:

Điện trở của điện cực bao gồm cọc và thanh như ban đầu là phù hợp Dây dẫn kết nối vỏ thiết bị điện với các điện cực nối đất có thể sử dụng thép có đường kính 6 mm.

Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng , mặt cắt của TBA và sơ đồ nối đất của TBA

Hình 4.3 Sơ đồ mặt bằng , mặt cắt TBA

Nhận xét

Khi thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp, việc giảm thiểu điện trở đất là rất quan trọng Điện trở đất thấp giúp tản dòng sét nhanh chóng trong trường hợp có sự cố hoặc khi xảy ra hiện tượng sét đánh, từ đó bảo vệ an toàn cho thiết bị và giảm thiểu nguy cơ hư hỏng.

Tính bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất

Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

5.1.1 Tại sao phải bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật:

- Về kinh tế: chúng ta phải trả tiền cho lượng công suất phản kháng tiêu thụ

- Về kỹ thuật: công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền

Vì vậy, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó Cũng tức là ta nâng cao hệ số cosφ

5.1.2 Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất 𝝋 a) giảm tổn thất công suất và điện năng trên tất cả các phần tử( đường dây và biến áp)

𝑈2×R = ∆P(p) + ∆Q(P) Thực vậy nếu Q giảm -> ∆P(Q) sẽ giảm -> ∆P cũng giảm ->∆A giảm b) Làm giảm tổn thất điện áp trong các phần tử của mạng:

√3𝑈 c) Tăng khả năng truyền tải của các phần tử

Công suất tác dụng là đại lượng xác định năng lượng đã truyền tải trong một đơn vị thời gian, trong khi công suất phản kháng S và Q không xác định công đã làm Tuy nhiên, tương tự như công suất tác dụng trong kỹ thuật điện, công suất phản kháng cũng được quy ước có ý nghĩa tương tự và được coi là công suất phát ra, tiêu thụ hoặc truyền tải một đại lượng gọi là năng lượng phản kháng, được tính bằng Wp = Q * t (VArh).

Xác định công suất phản kháng cần bù

Ta có : Qb∑ = Ptb(tg𝜑1 − 𝑡𝑔𝜑2)

Trong đó : Ptb _ công xuất tác dụng trung bình của phân xưởng tg 𝜑1 𝑡ươ𝑛𝑔 ứ𝑛𝑔 𝑣ớ𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑1(hệ số trước khi bù) tg 𝜑2 𝑡ươ𝑛𝑔 ứ𝑛𝑔 𝑣ớ𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑1(hệ số trước sau khi bù) ta có:

Thay các số liệu vào công thức trên ta có:

Qb∑ = 243.78× (1,157 – 0,48) = 327.02(kva) d) Nhận xét và đánh giá

Chọn 3 tủ tụ bù Mikro 120Kvar có Qb= 120x3 = 360Kvar với giá thành 13.000.000đ mỗi tủ để có thể đảm bảo được hệ số công suất như mong muốn (Cos 𝜑= 0,9).

Tính toán nối đất và chống sét

Tính toán nối đất

Để đảm bảo an toàn điện cho phân xưởng cơ khí hạ áp với nguồn cấp lớn hơn 100 KVA, việc tính toán điện trở nối đất là rất quan trọng Theo quy phạm trong giáo trình an toàn điện, điện trở nối đất cần đạt yêu cầu tối đa là Ryc ≤ 4(Ω).

Dự kiến sử dụng điện cực hỗn hợp với 30 cọc thép góc 60x60x60 mm dài 2,5 m, được chôn thẳng đứng theo mạch vòng hình chữ nhật và cách nhau 5 m Thanh ngang sẽ được làm bằng thép dẹt 40x5 mm, được chôn ở độ sâu 0,8 m.

Sơ đồ bố trí cọc

Vậy ta có thể áp dụng công thức : R = Rc×Rt ᶇt×Rc+n×ᶇ Điện trở của cọc: Rc = 𝑝

4.𝑡−𝑙) ở đây chiều dài cọc l = 2,5(m) độ chôn sâu của cọc tc = tt + 𝑙

(lấy k=2 là dựa vào bảng 5.2 giáo trình ATD)

Thay vào công thức trên ta có:

4.2,05−2,5) = 61(Ω) Điện trở của thanh Rt= 𝑝

2 (mm)=0,002(m) l=5×300(m) vì thanh nối 20 cọc với nhau, mỗi cọc cách nhau a=5(m) k=f( 𝑙2

20=1,5 tra bảng 5.3 được K=5,81 thay vào công thức trên ta có:

Mặt khác ta có số cọc bằng 20 và 𝑎

𝑙=2 Suy ra ta tra được nc=0,64 và nt=0,32 Điện trở của điện cực hỗn hợp:

Điện trở của điện cực, bao gồm cọc và thanh, được dự kiến sẽ phù hợp với yêu cầu ban đầu Dây dẫn kết nối vỏ thiết bị điện với các điện cực nối đất có thể sử dụng thép có đường kính 6 mm.

Tính chọn thiết bị chống sét

Chọn chiều cao của cột chống sét 25m, chiều cao phân xưởng 5m

Chiều cao ha m tính từ phân xưởng tới đỉnh cột

Ta có hx < 2h/3 từ đó ta có bán kính bảo vệ là:

0,8 ∗ 25) = 28,125(𝑚) Thõa mãn bán kính px!,63(m)

Dự toán công trình

7.1 Danh mục các thiết bị

Loại sản phẩm Hãng sản xuất

Giá (VNĐ) Tổng thành tiền (VNĐ)

Metal halide 2 đầu Philips MHN-TD 150W/842 RX7S SLV/12

MODEL : DLHCV40- PG4SF Điện cơ

29 Tủ bù Mikro 120kVA Teco-LS 3 13.000.000 39.000.000 Tổng

- Với thiết kế nối đất cho trạm biến áp, mỗi thanh thép góc mạ kẽm

60x60x6 mm có giá trên thị trường bây giờ là 300.000(VNĐ) một thanh, với số lượng là 20 cọc ta có giá là 6.000.000 (VNĐ)

Thép ngang gồm 19 thanh dài 5m, rộng 4cm và thép để nối máy biến áp với hệ thống tổng là 2.000.000 (VNĐ)

➢ Tổng cộng hệ thống nối đất của máy biến áp là 8.000.000(VNĐ)

Hệ thống nối đất cho toàn bộ phân xưởng bao gồm 30 thanh thép góc mạ kẽm 60x60x6 mm, với giá mỗi thanh là 300.000 VNĐ Tổng chi phí cho số lượng này là 9.000.000 VNĐ.

Thép ngang gồm 29 thanh dài 5m, rộng 4cm là 3.000.000 (VNĐ)

Thép để nối vỏ thiết bị với hệ thống là 1.000.000 (VNĐ)

➢ Tổng cộng hệ thống nối đất cho phân xưởng là: 13.000.000 (VNĐ)

7.2 Lập dự toán công trình

Công trình thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí dự kiến có tổng mức đầu tư khoảng 991.508.100 VNĐ, bao gồm cả vật tư và nhân công.

8 TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỆN NHẸ MỚI NHẤT

STT Tên tiêu chuẩn Kí hiệu tiêu chuẩn Đơn vị phát hành Năm phát hành

Quốc gia về an toàn cháy cho Nhà ở và công trình công cộng

QCVN 06:2010/BXD Bộ Xây dựng 2010

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện

QCVN 08:2010/BCT Bộ Công Thương 2010

3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn điện QCVN 01:2008 Bộ Công Thương 2008

Quy chuẩn quốc gia về an toàn đối với thiết bị điện và điện tử

Bộ Khoa học và Công nghệ 2008

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả

6 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về Gara Ô - TÔ QCVN 13:2018/BXD Bộ Xây dựng 2018

Quốc gia về hệ thống điện của nhà ở và nhà công cộng

QCVN 12:2014/BXD Bộ Xây dựng 2014

8 Quy phạm trang bị điện 11 TCN-18á21:2006 Bộ Cụng thương 2006

Ecgônômi – chiếu sáng nơi làm việc – Phần 1:

Bộ Khoa Học và Công Nghệ 2008

Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng - Chiếu sáng ngoài nhà - Bản vẽ thi công

11 Đặt đường dây dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế

12 Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế

13 Hệ thống lắp đặt điện hạ thế - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7447:2012 Bộ Xây dựng 2012

Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống

Thiết kế hệ thống cấp điện phải tuân thủ tiêu chuẩn IEC, đồng thời hệ thống chiếu sáng cần được thiết kế theo tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo cho các công trình công cộng và hạ tầng đô thị.

Lắp đặt điện trong công trình xây dựng

IEC 60364 Hội đồng kỹ thuật điện Quốc tế

Tiêu chuẩn chống sét của Pháp (Protection of structrures and open areas against lightning using Early Streamer

Mạng viễn thông – Cáp thông tin kim loại dùng trong mạng điện thoại nội hạt

Quy tắc thực hành chống sét và tiếp đất:

(EMC) - Thiết bị mạng viễn thông - Yêu cầu về tương thích điện từ

Sợi quang dùng cho mạng viễn thông – Yêu cầu kỹ thuật chung

Mạng viễn thông - Ống nhựa dùng cho tuyến cáp ngầm - Yêu cầu kỹ thuật

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện Cho Một Phân Xưởng Cơ Khí
Tác giả	Ngô Xuân Dương, Nguyễn Quốc Hưng, Nguyễn Như Hưng, Vũ Mạnh Hùng, Nguyễn Như Phú
Người hướng dẫn	GV Đặng Hoàng Anh
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đồ Án
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	1,27 MB