Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện lan 1

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống cung cấp điện Chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử Đề tài Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện Giảng viên hướng dẫn Phạm Trung Hiếu Sinh viên thực hiện Lớp EE605 MSV 2 Lời nói đầu Trong xã hội hiện nay ngày càng phát triển, mức sống của con người ngày càng được nâng cao, dẫn đến nhu cầu tiêu dùng tăng, các doanh nghiệp, công ty cần phải ra tăng sản xuất, mặt khác nhu cầu tiêu dùng của con người đòi hỏi cả về ch.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống cung cấp điện Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử Đề tài: Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện Giảng viên hướng dẫn: Phạm Trung Hiếu Sinh viên thực Lớp: EE605 MSV: Lời nói đầu Trong xã hội ngày phát triển, mức sống người ngày nâng cao, dẫn đến nhu cầu tiêu dùng tăng, doanh nghiệp, công ty cần phải tăng sản xuất, mặt khác nhu cầu tiêu dùng người đòi hỏi chất lượng sản phẩm, dồi mẫu mã Chính mà cơng ty, xí nghiệp ln cải tiến việc thiết kế lắp đặt thiết bị tiên tiến để sản xuất sản phẩm đạt hiệu đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng Trong hàng loạt cơng ty, xí nghiệp kể có phân xưởng sửa chữa khí Do nhu cầu sử dụng điện nhà máy cao, đòi hỏi ngành công nghiệp lượng điện phải đáp ứng kịp thời theo phát triển Hệ thống điện ngày phức tạp, việc thiết kế cung cấp có nhiệm vụ đề phương án cung cấp điện hợp lý tối ưu Một phương pháp cung cấp điện tối ưu giảm chi phí đầu tư xây dụng hệ thống điện chi phí vận hành tồn thất điện đồng thời vận hành đơn giản thuận tiện sửa chữa Do đó, em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống cấp điện cho phân xưởng sửa chữa thiết bị điện”, đề tài gẫn gũi với thực tế Qua đề tài giúp em làm quen với hệ thống cấp điện, tiêu chuẩn thiết kế, an toàn điện rènluyện kỹ tính tốn, lựa chọn thiết bị điện Sử dụng kiến thức học để thiết kế hệ thống cấp điện chi tiết Với giúp đỡ nhiệt tình thầy Phạm Trung Hiếu thầy cô trường đến đồ án môn học em hồn thành Em kính mong đóng góp ý kiến thầy cô để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC I Thuyết minh Tính tốn phụ tải điện 1.1 Phụ tải chiếu sáng 1.2 Phụ tải thơng thống làm mát 1.3 Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải nhóm, tổng hợp phụ tải động lực 1.4 Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng 1.5 Nhận xét đánh giá Xác định sơ đồ cấp điện phân xưởng 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng (3 đến phương án, sơ chọn tiết dây dẫn, tính tốn loại tổn thất mạng điện) 2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu Lựa chọn kiểm tra thiết bị điện 3.1 Tính tốn ngắn mạch 3.2 Chọn kiểm tra dây dẫn 3.3 Chọn kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 3.4 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch tay tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…) 3.5 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dịng, ampe mét, vol mét, cơng tơ v.v 3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động 3.7 Nhận xét đánh giá Thiết kế trạm biến áp 4.1 Tổng quan trạm biến áp 4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 4.3 Tính tốn nối đất cho trạm biến áp 4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt trạm biến áp sơ đồ nối đất TBA 4.5 Nhận xét Tính bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất 5.1 Ý nghĩa việc bù cơng suất phản kháng 5.2 Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cosφ mong muốn sau bù đạt 0,9 5.3 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng 5.4 Nhận xét đánh giá Tính tốn nối đất chống sét 6.1 Tính tốn nối đất 6.2 Tính chọn thiết bị chống sét 6.3 Nhận xét đánh giá Dự tốn cơng trình 7.1 Kê danh mục thiết bị 7.2 Lập dự toán cơng trình Nhận xét đánh giá Kết luận II Bản vẽ Sơ đồ mạng điện mặt phân xưởng với bố trí tủ phân phối, thiết bị; Sơ đồ nguyên lý mạng điện có rõ mã hiệu tham số thiết bị chọn; Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt mặt cắt trạm biến áp; Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng sơ đồ nối đất; Bảng số liệu tính tốn mạng điện: phụ tải, so sánh phương án; giải tích chế độ xác lập mạng điện; dự tốn cơng trình 000 6000 Ta có bảng số liệu sau đây: Số hiệu sơ đồ Tên thiết bị Hệ số ksd cos 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Bể ngâm dung dịch kiềm Bể ngâm nước nóng Bể ngâm tăng nhiệt Tủ sấy Máy quấn dây Máy quấn dây Máy khoan bàn Máy khoan đứng Bàn thử nghiệm Máy mài Máy hàn Máy tiện Máy mài tròn Cần cẩu điện Máy bơm nước Máy hàn xung Bàn lắp ráp thử nghiệm Bàn lắp ráp thử nghiệm Máy ép nguội Quạt gió 0.35 0.32 0.30 0.36 0.57 0.60 0.51 0.55 0.62 0.45 0.53 0.45 0.40 0.32 0.46 0.32 0.53 0.53 0.47 0.45 1 1 0.8 0.8 0.78 0.78 0.85 0.7 0.82 0.76 0.72 0.8 0.82 0.55 0.69 0.69 0.7 0.83 Công suất đặt P, kW 30 24 24 2,4 4,4 4,4 15 13 11 16 6,4 15 6,4 40 20 24 40 17 TÍNH TỐN PHỤ TẢI ĐIỆN xác định phụ tải chiếu sáng Thông số phụ tải chiếu sáng: Diện tích: F=A*B=36*24=864 m2 (A:chiều dài(m),B:chiểu rộng(m)) Cơng suất đơn vị diện tích: P0 =0.015 kW/m2 Hệ số chiếu sáng: 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 0,75 (Theo tiêu chuẩn 7114:2006) Công suất chiếu sáng: 𝑃cs =F*P0 =864*0.015=12.96 kW Cơng suất tồn phần: Scs= Pcs 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 12.96 0.9 = 14.4 𝑘𝑉𝐴 Công suất phản kháng: 𝑄𝐶𝑆 = √𝑆𝐶𝑆 − 𝑃𝐶𝑆 = √14.42 − 12.962 = 6.27 kVAR ➢ Kiểm tra lại Độ rọi yêu cầu cho phân xưởng sửa chữa khí từ 100 ÷ 400 lux , độ rọi chọn : Eyc = 400 lux Với độ rọi theo biểu đồ Kruithof , nhiệt độ màu cần thiết 30000 K cho môi trường sáng tiện nghi Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên chọn đèn huỳnh quang ới công suất 36W quang thơng F = 5600 lumen • chọn độ cao treo đèn h’=0,5m • chiều cao mặt làm việc h2=0,8m • chiều cao tính toán h = H-h2 - h’= 8-0,8-0,5=6,7m (với H chiều cao xưởng lấy H = m) ❖ tỷ số treo đèn ℎ′ 0,5 𝐽= = = 0,069 < ℎ + ℎ′ 0,5 + 6,7 𝑎.𝑏 36.24 ❖ K= = = 2.15 ℎ(𝑎+𝑏) 5,7.(36+24) ❖ Để đảm bảo độ rọi đồng chọn loại bóng loại B 𝑛 ≤ 1,1 ℎ  nmax=6,7.1,1=7,37 • Số đèn chọn theo chiều rộng: Na= 𝑎 𝑛𝑚𝑎𝑥 • Số đèn chọn theo chiều rộng: 𝑁𝑏 = = 𝑎 𝑛𝑚𝑎𝑥 24 7,37 = = 𝑏ộ 𝑏ó𝑛𝑔 36 7,37 = 𝑏ộ 𝑏ó𝑛𝑔 • Xác định quang thơng đèn 𝑈 = 0,9 Tra bảng 4.4 kỹ thuật chiếu sáng lấy phản xạ trần 0.5, tường 0.5 sàn 0,1 hệ số dự trữ σdt =1.35, hiệu suất đèn η =0.9, xác định quang thông tổng theo công thức: Thay số ta : 𝐹∑ 𝑖 = 𝐸𝑦𝑐.𝑆.σdt 400.36.24.1.35 U.η = 0,9.0,9 = 576000 lm Số lượng bóng đèn cần thiết cho đèn là: 𝐹∑ 576000 𝑛= = = 102 𝑏ó𝑛𝑔 𝐹𝑏 5600 Số lượng bóng 51 bóng 36.102 𝐼𝑡𝑡 = = 16,6 𝐴 220 Suy 𝐼𝑐𝑝 = 1,4 ∗ 16,6 = 23,24 𝐴 Chọn dây có tiếp diện PCB-2,5 mm2 với giá 56.106 đ PHỤ TẢI THƠNG THỐNG VÀ LÀM MÁT Cách tính chọn quạt thơng gió cho nhà xưởng: Bước 1: Bước nên tính thể tích nhà xưởng cần lắp quạt thơng gió cơng nghiệp Thể tích nhà xưởng: V= Dài x rộng x cao (m3) Bước 2: Tính tổng lượng khơng khí cần dùng: Tg = X x V (m3/h) Bước 3: Tính số lượng quạt thơng gió cần dùng cho nhà xưởng N = Tg / Q (c) Trong đó: V : thể tích Tg : Tổng lượng khơng khí cần dùng (m3/h) N : Số quạt cần dùng cho nhà xưởng X : Số lần thay đổi khơng khí Q : Lưu lượng gió quạt(m3/h) Số liệu sau: Dài=36 m, Rộng=24 m, Cao=8 m - Thể tích nhà xưởng V= Dài x rộng x cao=36×24×8= 6912 m3 - Tính lưu lưu lượng khí lưu thơng với tần xuất thay đổi khơng khí X=40: Tg=X x V=6912 x 40= 276480 (m3/h) - Phi cánh Chọn quạt thơng gió: Cơng suất Tốc độ Điện Lưu Cột áp ĐC áp lượng (H2O) (𝐦𝟑 /𝐡) (Pa) Dài Rộng Cao 6-4 1150 1150 455 (mm) (kW) (V/P) (V) 1000 0.75 1390 380 3000035000 Kích thước Thơng số quạt thơng gió lựa chọn cho nhà xưởng - Tính số lượng quạt cần dùng: N=Tg/ lưu lượng quạt = 276480/30000 = quạt Tổng công suất quạt sử dụng với (Ks=1) là: Pttp=ks x N x Pdmp = x x 0.75= 6.75 kW Để đảm bảo gặp cố hỏng hóc ta sử dụng quạt dự phòng: số lượng quạt Mỗi bên tường quạt thơng gió XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐỘNG LỰC 3.1 sở lý thuyết: Trong phân xưởng thường có nhiều thiết bị có cơng suất chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính tốn xác cần phải phân nhóm thiết bị điện • Các thiết bị điện nhóm nên gần để giảm chiều dài đường dây hạ áp Nhờ tiết kiệm vốn đầu tư tổn thất đường dây hạ áp phân xưởng • Chế độ làm việc thiết bị điện nhóm nên giống để xác định phụ tải tính tốn xác thuận tiện việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm • Tổng cơng suất nhóm thiết bị nên xấp xỉ để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng phân xưởng toàn nhà máy Số thiết bị nhóm khơng nên q nhiều số đầu tủ động lực thường ÷ 10 ➢Xác định hệ số sử dụng theo tổng hợp nhóm theo cơng thức sau: 𝐾𝑠𝑑 ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑡𝑏𝑖 𝐾𝑠𝑑𝑖 = ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑡𝑏𝑖 ➢Xác định số thiết bị hiệu dụng nhóm nhd theo cơng thức sau:  n    Pi  Nhq=  in=1   P 2i i =1 Các bước tính hệ số nhp thông qua n* tương đối công suất tương đối p* nhóm: Bước 1: n∗= 𝑛1 𝑛 𝑃1 ∑𝑛1 𝑗=0 𝑃đ𝑚𝑗 p ∗= = 𝑛 ∑𝑖=0 𝑃đ𝑚𝑖 𝑃 { Trong đó: • n số thiết bị nhóm 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 5: Cáp hạ 10: Ống cáp cao áp 11: Ống cáp hạ áp Nhận xét Hệ thống máy biến áp thiết kế phù hợp với xưởng khí cỡ nhỏ Hệ thống nối đất tốn phù hợp với u cầu đề 75 Tính bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất 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 P2 + Q2 P2 Q2 P = R = R + R = P( P) + P(Q) U2 U U Khi giảm Q ta giảm thành phần tổn thất ∆P(P) Q gây +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 U = P.R + Q X P Q = R + X = U (P) + U (Q) U U U Khi giảm Q ta giảm thành phẩn tổn thất ∆U(Q) Q gây + 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 công suất phụ tải 76 Tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép chúng: I = P2 + Q2 3U Tính tốn bù cơng suất phản kháng để cosφ mong muốn sau bù đạt 0,9 Tụ tĩnh điện • Ưu điểm: - Nó khơng có phần quay nên khơng gây tiếng ồn vận hành quản lý đơn giản - Tổn thất công suất tác dụng tụ bé - Tụ ghép nối tiếp song song để đáp ứng với dung lượng bù cấp điện áp từ 0,4 – 750 kV • Nhược điểm: - Rất khó điều chỉnh trơn - Tụ phát công suất phản kháng mà không tiêu thụ công suất phản kháng - Tụ nhạy với điện áp đầu cực (công suất phản kháng phát tỉ lệ với bình phương điện áp đầu cực) - Điện áp đầu cực tăng 10% tụ bị nổ Khi xảy cố tụ dễ bị hỏng Máy bù đồng • Ưu điểm: - Có thể điều chỉnh trơn cơng suất phản kháng - Có thể tiêu thu bớt cơng suất phản kháng hệ thống thừa công suất phản kháng - Công suất phản kháng phát đầu cực tỉ lệ bậc với điện áp đầu cực nên bị nhạy cảm • Nhược điểm: - Giá thành đắt, có phần quay nên gây tiếng ồn - Tổn hao công suất tác dụng lớn - Không thể làm việc cấp điện áp 77 - Máy bù đồng đặt phụ tải quan trọng có dung lượng bù lớn Qua phân tích trên, để đáp ứng yêu cầu toán nâng cao chất lượng điện năng, ta chọn phương pháp bù tụ tĩnh Tính tốn bù cơng suất Ta có cơng thức xác định dung lượng bù: Qb = P(tgφ1 - tgφ2) Trong đó: cosφ1: hệ số công suất ban đầu cosφ2:là hệ số công suất mong muốn hệ số công suất trước lúc nâng cosφ1=0,78 => tg1 = 1 −1 = − = 0.80 cos 0,782 hệ số công suất mong muốn nâng cosφ2=0,9 => tg2 = 1 −1 = − = 0, 48 cos 0,92 Vậy cơng suất cần bù xí nghiệp để nâng cao hệ số cơng suất xí nghiệp lên 0,9 là: Qb = P(tgφ1 – tgφ2) = 230,08.(0,80-0,48)=73,625 kVAr Sau tính tốn ta chọn Tụ bù lắp đặt tủ phân phối phân xưởng Chọn tủ bù DAE YEONG chế tạo có thơng số sau: Bộ điều khiển PFC: để điều khiển tụ bù công suất (Bảng 6.8 - tr 346 Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện - Ngô Hồng Quang) Kí hiệu Uđm (V) Qb (kVAr) 78 Iđm (A) Giá (x10^6đ) DLE-3H75K6T 380 75 114 6,8 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng Công suất biểu kiến nhà xưởng sau bù: Snx = 230,08 + j.(172,56-75) = 112,78 + j.97,56 (kVA) 1.1.1 Tính tốn tổn thất từ Ng-TBA • Tổn thất điện đoạn Ng-TBA sau bù: ∆ANg-TBA = 𝑆𝑡𝑡𝑛𝑥 𝑈đ𝑚 𝐿 2502 222 r0 10−3 𝜏.= 250 0,524 10-3 2886,21= 24412=24,412 (kW) • Tổn thất điện trước bù bằng:32,18 (kWh) • Số tiền tiết kiệm giảm tổn thất điện đường dây bằng: ∆C = (32,18-24,412).1000 = 7.770 đ 1.1.2 Tính tốn tổn thất TBA • Tổn thất điện sau bù: RB = 0,04 (Ω) ∆P0 = 0,8 (kW) ∆PB = ∆P0 + ∆PN 𝑆𝑡𝑡𝑛𝑥 𝑆đ𝑚 = 0,8 + 2,35 2502 3202 = 2,23 (kW) ∆ATBA = ∆P0.8760 + ∆Pdọc 𝜏 = 0,8.8760 + 2,23.2886,21 = 12.724 (kWh) • Tổn thất điên trước bù: 14.761 (kWh) • Số tiền tiết kiệm được: ∆C = (14.761-12.724).1000 = 2.037.106 đ 1.1.3 Tính tốn tổn thất từ TBA-TPP • Tổn thất điện sau bù: 79 ∆ATBA-TPP = 𝑆𝑡𝑡𝑛𝑥 𝑈đ𝑚 𝐿 r0 𝜏 = 2502 0,4 0,0778 18 10-3 2886,21= 789,42 (kW) • Tổn thất điên trước bù: 1043,93(kW) • Số tiền tiết kiệm được: ∆C = 254.510 đ 1.1.4 Đánh giá • Tổng số tiền tiết kiệm được: ∆C∑ = 2,3.106 đ Chi phí vận hành tủ bù: Zb = ( 𝑇𝑡𝑐 +avh).Vb + ∆Ab.c • Thời gian thu hồi vốn lấy năm, lấy avh= 0,02, bỏ qua tổn thất điện tủ bù: Zb = ( +0,02 ).3,8.106 = 0,55.106 đ Nhận xét đánh giá Ta thấy tổng số tiền tiết kiệm lớn nhiều so với chi phí vận hành - 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 Vì việc bù cơng suất phản kháng có hiệu kinh tế 80 TÍNH TỐN NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT Tính tốn nối đất 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 nguy hiểm cho người sử dụng có khả hư 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 đất cho thiết bị điện mang lại nhiều lợi ích: Ta nối đất thiết bị trạm biến áp: • Phương pháp : dùng ngang đan thành lưới chữ nhật (10m x7,5m), đóng 20 cọc cạnh ngồi lưới, cách 2,5m Chọn điện cực ngang thép tròn CT3 Ф16, cọc thép góc 60x60x6 dài 5m Điều kiện tính tốn nối đất Có Ryc