Thiết kế hệ thống cung cấp điện Có file Cad

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Văn Hùng Sinh viên Trịnh Xuân Lâm Mã sinh viên 2019603204 Lớp 2022EE6051 8 Hà Nội, 2022 ĐỀ TÀI 05 “THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA THIẾT BỊ ĐIỆN” NỘI DUNG Mặt bằng bố trí thiết bị của nhà xưởng A B C D E 1 2 3 4 5 6 7 6000 24000 mm 6 0 0 0 3 6 0 0 0 Văn phòng xưởng 2 1 3 4 11 12 15 7 8 14 13 5 6 10 9 16 17 18 19 20 Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng Số h.

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO NHÀ XƯỞNG

Xác định phụ tải tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

Để thiết kế sơ bộ cho các đối tượng chiếu sáng không yêu cầu độ chính xác cao, bạn có thể áp dụng phương pháp tính toán gần đúng theo các bước sau:

Lấy một suất chiếu sáng Po, W/m 2 sao cho phù hợp yêu cầu khách hang

Xác định công suất tổng cần cấp cho chiếu sáng khu vực có diện tích S,m 2 :

Pcs = Po.s ( kW) Xác định số lượng đèn: chọn công suất một bóng đèn Pb, từ đây dễ dàng xác định số lượng bóng đèn: n = c s b

Bố trí đèn trong khu vực (theo cụm hoặc theo dãy)

Trình tự tính toán theo phương pháp này như sau:

- Diện tích của phân xưởng: S = 24.36 = 864 m 2

Qcs = Pcs.tgφcs = 10,36.1,4 = 14,504 (kVAr)

Xác định phụ tải thông thoáng cho phân xưởng

Để đảm bảo thông thoáng và ngăn ngừa quá nhiệt, quạt cần được bố trí hợp lý Các thiết bị thiết yếu bao gồm quạt hút và quạt trần.

Căn cứ vào diện tích và chiều cao của phân xưởng ta bố trí 24 quạt trần (4x6), và

Mười chiếc quạt hút có công suất 120w mỗi chiếc, với hệ số cosφ là 0.8, đảm nhiệm nhiệm vụ thông thoáng không khí Trong khi quạt trần có hệ số ksd bằng 1, thì quạt hút có hệ số ksd là 0.7.

Tổng hợp trong bảng dưới đây:

Bảng 1-1: Phụ tải chiếu sáng

Thiết bị Số lượng Công suất

(kW) ksd cosφ Tổng công suất(w)

Ta có: kncqh=ksd +1 d hq k s n

Xác định phụ tải tính toán động lực cho phân xưởng

1.3.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán là giá trị giả định lâu dài và không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nó có khả năng làm nóng vật dẫn đến nhiệt độ tối đa tương tự như phụ tải thực tế Do đó, việc chọn thiết bị điện dựa trên phụ tải tính toán giúp đảm bảo an toàn về phát nóng cho các thiết bị trong mọi trạng thái vận hành.

1.3.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Hiện nay, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về các phương pháp xác định phụ tải tính toán Trong đó, phương pháp chủ yếu được sử dụng là xác định phụ tải tính toán dựa trên công suất đặt và hệ số nhu cầu.

Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm

Khi đó n tt nc dmi i=1

P = K *  P n tt nc Pdi i=1 tt tt

Pđi, Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA ) n : số thiết bị trong nhóm

Hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ (Knc) được tra cứu trong sổ tay, mang lại sự đơn giản và thuận tiện Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là độ chính xác kém, vì hệ số nhu cầu là số liệu cố định và không thay đổi theo chế độ vận hành cũng như số lượng thiết bị trong nhóm Một phương pháp khác để xác định phụ tải là tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất.

Trong đó : po : suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ( W/m 2 ) Giá trị po đươc tra trong các sổ tay

Phương pháp này cho kết quả gần đúng khi phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, thường được áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và thiết kế chiếu sáng Phương pháp xác định phụ tải tính toán dựa trên suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị thành phẩm.

M : Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm

Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ( kWh )

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( giờ )

Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ổn định, như quạt gió, máy nén khí và bình điện phân, cho phép tính toán gần đúng với phụ tải trung bình Kết quả tính toán từ phương pháp này thường mang lại độ chính xác cao.

Công thức tính : n tt max sd dmi i=1

Trong đó : n : Số thiết bị điện trong nhóm

Pđmi : Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm

Kmax : Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ

Kmax = f(nhq, Ksd), trong đó nhq là số lượng thiết bị sử dụng điện hiệu quả, được xác định dựa trên số thiết bị giả định có cùng công suất và chế độ làm việc Nhóm thiết bị này yêu cầu phụ tải tương đương với phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế, bao gồm các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau.

Công thức để tính nhq như sau :

Pđm : công suất định mức của thiết bị thứ i n : số thiết bị có trong nhóm

Khi n lớn thì việc xác định nhq theo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau :

Khi thoả mãn điều kiện : dm max dm min m P 3

= P  và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n

Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm

- Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau : n 2 dmi i=1 hq dmmax

- Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau :

+ Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max

+ Tính P1 - tổng công suất của n1 thiết bị kể trên :

Tính n* = ; P* P : tổng công suất của các thiết bị trong nhóm : n dmi i=1

Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*,P* )

Khi nhóm thiết bị tiêu thụ điện có hoạt động ngắn hạn lặp lại, cần chuyển đổi sang chế độ dài hạn để tính toán nhu cầu điện năng (nhq) theo công thức: n 1 n.

Kd : hệ số đóng điện tương đối phần trăm Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha

- Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : Pqd = 3.Pđmfa max

- Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây : Pqd = 3.Pđm

Chú ý : Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán :

Phụ tải tính toán cho nhóm thiết bị gồm 3 thiết bị hoặc ít hơn có thể được xác định bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó, cụ thể là tổng công suất của từng thiết bị trong nhóm.

P =  P n : số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm

Khi số lượng thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm vượt quá 3 nhưng số thiết bị tiêu thụ hiệu quả lại nhỏ hơn 4, có thể xác định phụ tải tính toán bằng công thức: n tt ti dmi i=1.

Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau :

Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

Kt = 0,75 áp dụng cho thiết bị hoạt động trong chế độ ngắn hạn lặp lại Phương pháp xác định phụ tải tính toán dựa trên công suất trung bình và hệ số hình dáng.

Khd : hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay

Ptb : công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát

A : điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gian

T f Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương

Công thức tính : Ptt = Ptb ± β.δ

Trong đó : β : hệ số tán xạ δ : độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Phương pháp tính toán phụ tải thường áp dụng cho các nhóm thiết bị trong phân xưởng hoặc toàn bộ nhà máy, nhưng ít được sử dụng trong thiết kế mới do yêu cầu thông tin chi tiết về phụ tải, chỉ phù hợp với hệ thống đang hoạt động Quan trọng là xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Theo phương pháp này, phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị xảy ra khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất được khởi động, trong khi các thiết bị khác trong nhóm hoạt động bình thường Phụ tải này được tính toán theo một công thức cụ thể.

Iđn = Ikđ max + Itt – Ksd.Iđm max

Ikđ max - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm

Itt - dòng tính toán của nhóm máy

Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động

Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

1.3.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

1.3.2.3 Phân loại và phân nhóm phụ tải điện trong phân xưởng sửa chữa cơ khí

Dựa trên vị trí và công suất của các máy công cụ được sắp xếp trong phân xưởng, chúng ta phân loại thành 4 nhóm thiết bị phụ tải khác nhau.

Bảng 1-2: Chia nhóm các phụ tải của phân xưởng

Số ký hiệu trên sơ đồ

Tên thiết bị Hệ số ksd cosφ Công suất đặt

18 Bàn lắp ráp và thử nghiệm 0,53 0,69 12,8

1 Bể ngâm dung dịch kiềm 0,35 1 15,8

1.3.2.4 Tính toán cho từng nhóm

Tên thiết bị Hệ số ksd cosφ Công suất đặt (kW)

1 Bể ngâm dung dịch kiềm 0,35 1 15,8

Ta có bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sửa chữa cơ khí

Bảng 1-3: Kết quả phân nhóm phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tên nhóm và thiết bị

Ký hiệu trên bản vẽ

Số lượng P đm, kW K sd Cosφ n hq K nc P tt, kW Q tt, kVAr S tt, kVA I tt, A

Bàn lắp ráp và thử nghiệm 18 1 12,8 0,53 0,69

Bể ngâm dung dịch kiềm 1 1 15,8 0,35 1

Bàn lắp ráp và thử nghiệm 17 1 10,8 0,53 0,69

1.3.3 Phụ tải tính toán tổng hợp phân xưởng

Phụ tải tác dụng ( động lực ) của toàn phân xưởng:

 = = 0,9 (24,08 + 35,76 + 42,54 + 26,77) = 116,235 (kW) Trong đó Kdt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng , lấy Kdt = 0,9

Phụ tải phản kháng của phân xưởng :

 = = 0,9 (16,03 + 45,98 + 17,07 + 21,25) = 90,297 (kVAr) Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng và làm mát:

Pttpx = Pdlpx + Pcspx + PLM = 116,235 + 10,36 + 3,828 = 130,423 ( kW)

Qttpx = Qdlpx + Qcs + QLM = 90,297 + 14,504 + 2,817 = 107,618 ( kVAr )

ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN VÀ SO SÁNH KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỂ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN

Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Vị trí trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- An toàn và liên tục cung cấp điện

- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi đến

- Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng

- Phòng nổ, cháy, bụi bặm, khí ăn mòn

- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành

Tâm phụ tải điện là điểm thhoả mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực tiểu

Pi và li đại diện cho công suất và khoảng cách từ phụ tải thứ I đến tâm phụ tải Để xác định tọa độ của tâm phụ tải, có thể áp dụng các biểu thức sau: \( n = \sum_{i=1}^{o} S_i \) và \( x = \sum_{i=1}^{n} x_i \).

Trong hệ trục tọa độ XYZ tùy chọn, tọa độ của tâm phụ tải điện được xác định bởi các giá trị xo, yo, và zo, trong khi tọa độ của phụ tải thứ I được ký hiệu là xi, yi, và zi.

Si công suất của phụtải thứ i

Trong thực tế, tọa độ z thường bị bỏ qua, nhưng tâm phụ tải điện là vị trí lý tưởng để lắp đặt trạm biến áp, trạm phân phối và tủ động lực Việc này giúp tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện.

Bảng 2-1: Tính toán tâm phụ tải cho nhóm 1

18 Bàn lắp ráp và thử nghiệm 0,69 12,8 18,55 29,6 8,9 549,1 165,10

1 Bể ngâm dung dịch kiềm 1 15,8 15,80 21,2 33,2 335 524,56

17 Bàn lắp ráp và thử nghiệm 0,69 10,8 15,65 20,3 12 317,7 187,83

Bảng 2-5: Tâm của các nhóm phụ tải và phân xưởng

STT ∑Si ∑Sixi ∑Siyi xo(m) yo(m) xpx(m) ypx(m)

2.1.3 Vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

Trạm cần được đặt ở vị trí thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành và bảo trì, đảm bảo có đủ không gian để dễ dàng thay thế máy biến áp và gần các tuyến đường vận chuyển.

- Vị trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chính của xí nghiệp

Vị trí của trạm cần đảm bảo thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên với thông gió tốt, đồng thời phải có khả năng phòng cháy, phòng nổ hiệu quả Ngoài ra, cần tránh xa các hóa chất hoặc khí ăn mòn phát sinh từ phân xưởng, nhằm bảo vệ an toàn cho trạm.

Vì những lí do trên ta chọn đặt TBA như hình sau:

Hình 2-1: Vị trí đặt máy biến áp

2.1.4 Chọn số lượng máy biến áp

Việc lựa chọn máy biến áp (MBA) cần dựa vào độ tin cậy cung cấp điện Đối với hộ tiêu thụ loại I, cần từ 2 MBA trở lên kết nối với các phân đoạn khác nhau của thanh góp, kèm theo thiết bị đóng cắt khi cần thiết Hộ tiêu thụ loại III chỉ yêu cầu 1 MBA, tuy nhiên cần có MBA dự trữ Phân xưởng có công suất nhỏ S tt = 160,258 kVA thường nằm ở các khu công nghiệp hoặc thành phố, nơi có độ tin cậy cung cấp điện cao (Phụ tải loại II), do đó để tiết kiệm chi phí và phù hợp với công suất thực, lựa chọn 1 máy biến áp là hợp lý.

2.1.5 Chọn công suất máy biến áp

Khi lựa chọn máy biến áp, cần đảm bảo rằng trong điều kiện làm việc bình thường, trạm có khả năng cung cấp đủ điện năng cho phụ tải, đồng thời dự trữ một lượng công suất để phòng ngừa sự cố Điều này không chỉ đảm bảo an toàn trong cung cấp điện mà còn kéo dài tuổi thọ của máy và tuân thủ các tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật Quy trình lựa chọn dựa trên công suất tính toán toàn phần của phân xưởng, cùng với các tiêu chuẩn khác như chủng loại máy, khả năng làm việc quá tải và đồ thị phụ tải.

Khi làm việc trong điều kiện bình thường, công suất tổng của các máy biến áp tại trạm phải đạt hoặc lớn hơn giá trị tính toán Stt (kVA) Trong đó, n là số lượng máy biến áp và hệ số hiệu chỉnh khc được xác định là 1 theo nhiệt độ môi trường.

Kiểm tra khi xảy ra sự cố máy biến áp (đối với trạm có nhiều hơn 1 máy biến áp)

Hệ số quá tải sự cố (kqt) được xác định theo công thức n-1.khc.kqt.SđmB Sttsc (2.3), trong đó kqt = 1,4 nếu điều kiện MBA vận hành quá tải không vượt quá 5 ngày đêm Thời gian quá tải trong một ngày đêm không được vượt quá 6 giờ, và trước khi xảy ra quá tải, hệ số tải phải duy trì dưới 0,93.

Sttsc là công suất tính toán sự cố, cho phép loại bỏ một số phụ tải không quan trọng (phụ tải loại III) khi xảy ra sự cố MBA Điều này giúp giảm nhẹ dung lượng của các MBA, từ đó giảm vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thường (kVA).

Cần hạn chế số lượng chủng loại MBA trong nhà máy nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa và thay thế thiết bị.

Số lượng máy biến áp: n = 1

Stt= 168,81 (kVA) Nên ta chọn máy biến áp công suất 180 kVA> Stt/khc

Lấy khc=1, vì chọn máy biến áp do Việt Nam chế tạo

Bảng 2-6: Thông số máy biến áp

(Thông tin từ website của công ty CP Thiết Bị Điện Đông Anh.)

Đề xuất các phương án cấp điện

Việc lựa chọn sơ đồ cấp điện hợp lý là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự phù hợp cho các nhà xưởng Sơ đồ cần phải thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, cung cấp điện liên tục, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ, đảm bảo chất lượng điện năng và giảm tổn thất đến mức tối thiểu Trong mạng điện, thường sử dụng ba loại sơ đồ, trong đó có sơ đồ hình tia.

Hình 2-2: Sơ đồ hình tia

Sơ đồ phân phối điện trực tiếp từ nguồn đến các phụ tải là một hệ thống cung cấp điện cho các phụ tải phân tán, thường được áp dụng trong các khu vực rộng lớn như xưởng cơ khí, lắp ráp và dệt Hệ thống này bao gồm các đường dây dẫn từ thanh cái của trạm biến áp đến các tủ phân phối động lực, từ đó tiếp tục dẫn đến các phụ tải Ưu điểm của sơ đồ này là dễ dàng trong việc kết nối dây, giảm thiểu ảnh hưởng lẫn nhau giữa các phụ tải, đảm bảo độ tin cậy cao trong cung cấp điện, đồng thời thuận lợi cho việc thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, cũng như dễ dàng trong vận hành và bảo trì.

Nhược điểm của hệ thống này là yêu cầu vốn đầu tư lớn do tổng chiều dài đường dây và số lượng thiết bị đóng cắt lớn Phạm vi ứng dụng thường được áp dụng trong việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng, đặc biệt là các phụ tải loại I và II.

Hình 2-3: Sơ đồ phân nhánh

Sơ đồ phân phối điện là hình thức trong đó các phụ tải nhận điện trực tiếp từ một đường dây nối với nguồn, mang lại ưu điểm về vốn đầu tư thấp nhờ chiều dài đường dây ngắn và số lượng thiết bị đóng cắt ít Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là độ tin cậy không cao, vì khi xảy ra sự cố, toàn bộ phụ tải sẽ bị ảnh hưởng Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường chia đường dây chính thành các đoạn phân đoạn, mặc dù thiết kế bảo vệ rơle trong trường hợp này trở nên phức tạp hơn.

Phạm vi ứng dụng: Chỉ dùng sơ đồ này để thiết kế cho các phụ tải ít quan trọng (phụ tải loại III) c Sơ đồ hỗn hợp

Hình 2-4: Sơ đồ hỗn hợp

Sơ đồ kết hợp giữa sơ đồ hình tia và sơ đồ phân nhánh mang lại nhiều lợi ích trong ứng dụng thực tế Với vốn đầu tư không quá lớn và độ tin cậy ở mức chấp nhận được, loại sơ đồ này thường được sử dụng cho các phụ tải quan trọng và ít quan trọng đan xen Các phụ tải quan trọng được cấp điện theo hình tia, trong khi những phụ tải ít quan trọng hơn được nhóm lại và cấp điện qua đường dây chính.

• Phương án cấp điện cho phân xưởng

Phương án 1: Đặt TPP ở giữa phân xưởng và đi dây hình tia cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng

Phương án 2: Đặt TPP ở sát tường gần trạm biến áp, đi dây hình tia cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng

2.2.2 Nguyên tắc chung chọn dây dẫn và dây cáp cho sơ đồ

Trong mạng điện phân xưởng, dây dẫn và dây cáp được chọn theo những nguyên tắc sau:

- Đảm bảo tổn thất điện áp trong phạm vi cho phép: trong phân xưởng chiều dài đường dây rất ngắn nên ∆U không đáng kể

Khi kiểm tra độ sụt áp, điều kiện khởi động động cơ lớn có thể được bỏ qua vì phân xưởng không sử dụng động cơ có công suất quá lớn.

- Đảm bảo điều kiện phát nóng

Như vậy nguyên tắc quan trọng nhất chính đảm bảo điều kiện phát nóng Sau đây ta sẽ xét cụ thể về điều kiện phát nóng

Cáp và dây dẫn được chọn cần thỏa mãn:

Trong đó: khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường đặt cáp và số lượng cáp đi song song trong rãnh

Icp (A): Dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây cáp chọn được

Ilvmax (A): Dòng điện làm việc lớn nhất của phân xưởng, nhóm, hay các thiết bị điện đơn lẻ

Theo tính toán tâm phụ tải điện và yêu cầu thuận tiện về lắp ráp, vận hành và sửa chữa

Trong xưởng, một tủ phân phối (TPP) được lắp đặt để nhận điện từ trạm biến áp và cung cấp điện cho 4 tủ động lực cùng 1 tủ làm mát chiếu sáng, được bố trí rải rác quanh các cạnh tường Mỗi tủ động lực sẽ cung cấp điện cho các nhóm phụ tải đã được phân loại trước đó Dựa trên sơ đồ mặt bằng, chúng ta sẽ xem xét 2 phương án khả thi.

2.2.3 Chọn dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp của phân xưởng

Chiều dài dây từ TPP đến các tủ động lực được thể hiện như trong hình dưới đây:

Chọn dây dẫn đến phân xưởng là cáp đồng 3 pha và dây làm 2 lộ để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện được lắp đặt trong rãnh

- Dòng điện chạy qua đường dây khi phụ tải lớn nhất: ttpx max dm

Mật độ dòng điện kinh tế ứng với Tmax = 4000h cảu cáp đồng là jkt = 3,1 A/mm 2 , (Bảng Phụ lục 4 giáo trình Cung cấp điện)

- Tiết diện dây dẫn: lvmax 2 kt

Chọn cáp vặn xoắn ba lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FU- RUKAWA chế tạo, mã hiệu XLPE.35 có ro = 0,524 (/km), xo = 0,16 (/km),

Itp= 170 (A) (Cáp được đặt trong rãnh) (Bảng 4.57 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

➢ Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1.k2.Icp

I cp : Dòng điện chạy trên dây cáp lúc làm việc bình thường

Dòng điện ngắn mạch (Isc) trên dây cáp khi xảy ra đứt một dây được tính theo công thức Isc = 2.Ilvmax, trong đó k1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường Do tính toán sơ bộ, giá trị k1 được lựa chọn để đảm bảo tính chính xác trong quá trình tính toán.

= 0,96 k 2: Hệ số xét tới điều kiện toả nhiệt phụ thuộc số lộ cáp cùng đặt trong một hào cáp, do tính toán sơ bộ nên chọn k 2 = 0,93

(Chọn k1, k2 theo Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang) Thay số vào ta thấy:

 Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

➢ Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp:

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc vận hành bình thường:

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố: một dây bị đứt, lúc này tổn thất gấp đôi

 Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện về tổn thất điện áp

L: Chiều dài đường dây từ nguồn tới trạm biến áp, L = 200 (m)

Chi phí tổn thất điện năng:

Chi phí quy đổi của đường dây:

- Zdây = (avh + atc).Vdây + Cdây atc: Hệ số tiêu chuẩn, lấy thời gian hoàn vốn là 8 năm: 1 1

0,125 tc 8 tc a =T = avh: Hệ số vận hành lấy avh = 0,1

Vdây: Vốn đầu tư cho đường dây (đi lộ kép)

Vdây = v 0 2L (giá tiền trên mỗi km chiều dàiv 0 = 124,8.10 6 (đồng/km)

2.2.4 Tính toán lựa chọn phương án tối ưu

2.2.4.1 Phương án 1: Đặt TPP ở sát tường gần trạm biến áp, đi dây hình tia cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng

Hình 2-5: Sơ đồ đi dây của phương án 1 cho trạm phân phối a Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối

Hình 2-6: Sơ đồ đấu dây của phương án 1

Dòng điện chạy trên dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối: Đi lộ kép, chiều dài khoảng 3m ttmx lvmax dm

I = = 1,73 (A) n 3.U 2 3.0,38 Tiết diện kinh tế của dây dẫn: lvmax 2 kt

Vậy ta chọn cáp XLPE

37 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,193 (/km), xo = 0,0802 (/km), I cp = 280 (A) (Bảng 4.53 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

Kiểm tra phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1.k2.Icp

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố đứt 1 dây bằng 2 lần lúc vận hành bình thường

 Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

Chi phí tổn thất điện năng: C0 00 VNĐ

Vốn đầu tư đường dây:

Ta có suất vốn đầu tư đường dây cao áp là v 0 548,8.10 (đ/km) 6

Giá tiền trên 1 mét cáp là : v0X6,126 đồng/năm

Vậy ta có hàm chi phí quy đổi:

Để đảm bảo cung cấp điện liên tục ngay cả khi xảy ra sự cố, cần chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực là đường dây kép Công thức tính toán cho hệ thống dây dẫn được xác định như sau: Zdây = (avh + atc).Vdây + Cdây = 0,225.3,516.10^6 + 217860 = 1,01.10^6 (đ).

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: Chiều dài khoảng 26m

Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1: tt lvmax dm

I = = #,7 (A) n 3.U 2 3.0,38 Tiết diện kinh tế của dây dẫn: lv 2 kt

Vậy ta chọn cáp XLPE.25 có thông số kỹ thuật: r0 = 0,727 (/km), xo = 0,0964 (

/km), I cp = 135 (A) (Bảng 4.53Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

Kiểm tra phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1.k2.Icp

Cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

Tổn thất điện áp lớn nhất lúc sự cố đứt 1 dây bằng 2 lần lúc vận hành bình thường

 Vậy cáp đã chọn thoả mãn yêu cầu

Chi phí tổn thất điện năng: C0 00 VNĐ

Vốn đầu tư đường dây:

Ta có suất vốn đầu tư đường dây cao áp là v 0 99, 2.10 (đ/km) 6

Vậy ta có hàm chi phí quy đổi:

 Zdây = (avh + atc).Vdây + Cdây = 0,225.5,158.10 6 + 306538 = 1,47.10 6 (đ)

Tính toán tương tự ta thu được bảng dưới đây:

Bảng 2-7: Kết quả tính chọn dây dẫn cho phương án 1

Tổn thất Chi phí (.10 6 ) r0, Ω/km x0, Ω/km ∆U,

Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

- Tổn thất cực đại từ TBA – TPP - TĐL1 – các phụ tải thuộc TĐL1: max.N1 TBA TPP TBA TDL 1 TDL 1 tb

- Tổn thất cực đại từ TBA – TPP – TĐL2 – các phụ tải thuộc TĐL2: max 2 N TBA TPP TPP TDL 2 TDL 2 tb

 Tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp là:

Phương án 1 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

2.2.4.2 Phương án 2: Đặt TPP ở trung tâm phụ tải từ đó kéo điện đến các TĐL ở sát tường

Hình 2-7: Sơ đồ đi dây của phương án 2

Hình 2-8: Sơ đồ đấu dây cho phương án 2

Kết quả chọn dây cho phương án 2

Tổn thất Chi phí (.10 6 ) r0, Ω/km x0, Ω/km

Tính toán tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

- Tổn thất cực đại từ TBA – TPP - TĐL1 – các phụ tải thuộc TĐL1: max.N1 TBA TPP TBA TDL 1 TDL 1 tb

 Tổn thất điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp là:

Phương án 2 đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

2.2.5 Cấp điện cho phụ tải chiếu sáng và làm mát chung cho cả 2 phương án a Phụ tải chiếu sáng:

Xác định kích thước của phân xưởng

Phân xưởng có kích thước như sau: rộng a = 24m, dài b = 36m, cao h = 6m

Tham khảo các hệ số phản xạ trong giáo trình: Cung cấp điện – PGS.TS Quyền Huy Ánh, bảng 10.5 - trang 198 đối với xí nghiệp công nghiệp nhẹ ta có:

- Hệ số phản xạ của tường: ρt = 30%

- Hệ số phản xạ của trần: ρtr = 50%

- Hệ số phản xạ của sàn: ρs = 10%

Chọn đèn Metal Halide với hiệu suất sáng cao và chỉ số hoàn màu tốt cho chiếu sáng công nghiệp Nên sử dụng loại đèn có công suất 150W, quang thông 11250 lm, thiết kế chóa chiếu sâu, vỏ nhôm và mỗi bộ gồm một bóng.

- Chọn chiều cao treo đèn: Hđ (m)

Chiều cao từ mặt phẳng làm việc đến đáy dưới của đèn là yếu tố quan trọng trong thiết kế chiếu sáng Đối với đèn có công suất 150W, độ cao lý tưởng được khuyến nghị là Hđ = 5m, theo Bảng 10.6 trong giáo trình Cung cấp điện của PGS.TS Quyền Huy Ánh.

- Xác định hệ số sử dụng CU:

Hệ số sử dung CU phụ thuộc vào: chỉ số phòng, loại bộ đèn và các hệ số phản xạ

Từ đây, tham khảo GT Cung cấp điện_TS Quyền Huy Ánh, bảng 10.4 - trang

187 ta xác định được hệ số sử dụng CU = 0.93

Xác định hệ số mất ánh sáng LLF: Phụ thuộc vào loại bóng đèn, loại bộ đèn, chế độ bảo trì và môi trường

Tra bảng 10.7 giáo trình Cung cấp điện – T.S Quyền Huy Ánh trang 199 với môi trường bẩn và chế độ bảo trì 12 tháng ta được: LLF = 0,61

- Xác định độ rọi yêu cầu: lấy độ rọi yêu cầu Eyc = 300lx

- Xác định số lượng đèn cần thiết:

Sử dụng 40 đèn chiếu sáng công nghiệp của hàng SINO mã hiệu N412G – MH150Metal Halide ánh sáng trắng, công suất 150W Điện áp 220V – 50Hz

Bố trí: Cách tường dọc 2,4 m, tường ngang 2,25 m và các đèn cách đều đều 4,8 m theo chiều rộng, 4,5 m theo chiều dài

Kiểm tra độ chói sáng và độ rọi đồng đều là rất quan trọng để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về khoảng cách tối đa giữa các đèn và khoảng cách giữa đèn với tường Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng trong không gian.

𝐻 đ = (0,8-1,8) với đèn HID trần cao β = 𝐷 𝑡

Hđ: độ cao treo đèn

Dt: khoảng cách đèn với tường

Vậy phân bố đèn như vậy là đạt yêu cầu

Hình 2-10: Phân xưởng b Phụ tải thông thoáng và làm mát:

Công suất tổng cộng của hệ thống quạt trong phân xưởng được tính toán là Pttlm = 3,828 kW Hệ thống bao gồm 40 quạt trần, mỗi quạt có công suất 150 W, và 10 quạt hút, mỗi quạt có công suất 80 W Các quạt trần được lắp đặt ở giữa hai đèn dọc theo phân xưởng, trong khi các quạt hút được đặt trên đỉnh tường, cách đều 12m.

Chọn cáp dẫn từ TPP- TCSLM

Chọn cáp đồng và dây làm 2 lộ để đảm bảo độ tin cậy cấp điện

Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải lớn nhất: ttlm lmmax dm

Khi chọn tiết diện cáp cao áp, cần dựa vào mật độ kinh tế của dòng điện Đối với cáp đồng 3 pha và với Tmax = 4000h, giá trị J kt được tra cứu là 3,1 (A/mm²) theo Bảng Phụ Lục 4 trong giáo trình cung cấp điện của ĐHCNHN.

Ta có tiết diện kinh tế của dây dẫn bằng: lvmax 2 kt

Chọn cáp vặn xoắn ba lõi đồng cách điện XLPE, đai thép và vỏ PVC do hãng Furukawa chế tạo, mã hiệu XLPE.35 với thông số ro = 0,524 (Ω/km), xo = 0,16 (Ω/km) và I cp 170 (A) Lưu ý rằng cáp được đặt trong rãnh, theo Bảng 4.57 trong Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện của Ngô Hồng Quang.

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn: Isc ≤ k1.k2.Icp

- I cp : Dòng điện chạy trên dây cáp lúc làm việc bình thường

- I sc : Dòng điện chạy trên dây cáp khi xảy ra đứt 1 dây: Isc=2.Ilvmax

- k 1 : Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trương, do tính toán sơ bộ nên chọn k 1 = 0,96

- k 2 : Hệ số xét tới điều kiện toả nhiệt phụ thuộc số lộ cáp cùng đặt trong một hào cáp, do tính toán sơ bộ nên chọn k 2 = 0,93

(Chọn k1, k2 theo Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ

Cơ sở lý thuyết

Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện trong hệ thống điện có thể hoạt động trong ba chế độ khác nhau.

+ Chế độ làm việc lâu dài

+ Chế độ làm việc quá tải

+ Chế độ chịu dòng ngắn mạch

Trong quá trình hoạt động lâu dài, việc lựa chọn thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện phù hợp với điện áp và dòng điện định mức là rất quan trọng để đảm bảo tính tin cậy của chúng.

Trong điều kiện làm việc quá tải, dòng điện qua thiết bị và các bộ phận dẫn điện sẽ cao hơn mức định mức Tuy nhiên, nếu mức quá tải này không vượt quá giới hạn cho phép, các thiết bị điện vẫn có thể hoạt động một cách tin cậy.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và bộ phận dẫn điện vẫn hoạt động hiệu quả nếu được lựa chọn với thông số phù hợp cho điều kiện ổn định động và nhiệt Tuy nhiên, việc nhanh chóng khắc phục tình trạng ngắn mạch là cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do sự cố này gây ra.

Dòng điện ngắn mạch là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và kiểm tra thiết bị điện Khi chọn máy cắt, máy cắt phụ tải và cầu chì, cần phải xem xét khả năng đóng cắt của các thiết bị này để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong hệ thống điện.

Chọn dây dẫn cho mạng động lực

Tiết diện dây dẫn mạng động lực đã được chọn ở phần trên

Tính toán ngắn mạch

Các điểm cần tính ngắn mạch:

- N1 – Ngắn mạch ở phía cao áp TBA

- N2 – Ngắn Mạch tại phía hạ áp TBA

- N3 – Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối để kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của nó cũng như kiểm tra aptomat tổng

- N4 – Ngắn mạch tại 1 tủ động lực đại diện (tủ động lực 2) để kiểm tra aptomat nhánh

- N5 – Ngắn mạch tại 1 phụ tải đại diện (Phụ tải 16) để kiểm tra aptomat cho các động cơ

Tính toán ngắn mạch tại đầu cực máy biến áp là cần thiết để lựa chọn dao cắt phụ tải, máy cắt, dao cách ly và thiết bị chống sét van trong tủ hợp bộ cao áp.

Chọn U 22 kV ; S 2 MVA, ta có: Điện kháng hệ thống:

Do điện trở ngắn mạch đến điểm N1:

Hình 3-1: Các vị trí ngắn mạch

N1 Ng-TBA ht Ng-TBA

Giá trị dòng xung kích:

(3) xk xk N1 i = k 2.I = 1,8 2.0,0525 = 0,134 (kA) kxk = 1,8 với điện áp trên 1kV

Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích:

Chọn U = 0,4 kV; S = 2 MVA, Ta có: Điện kháng hệ thống:

S 2 Đường dây Ng – TBA: (Quy đổi về hạ áp)

XTDL2-16 = xo.L = 0,109.4.10 -3 = 4,36.10 -4 (Ω) Điện trở ngắn mạch đến điểm N2:

N2 Ng-TBA B ht Ng-TBA B

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N2:

(3) xk xk N2 i = k 2.I = 1,2 2.2,04 = 3,46 (kA) kxk = 1,2 với điện áp dưới 1kV và công suất MBA từ 100-320kVA

I = q I = 1,04.3,46 = 3,598 (kA) Điện trở ngắn mạch đến điểm N3:

N3 Ng-TBA B TBA-TPP ht Ng-TBA B TBA- TPP

= 0,113 (Ω) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3:

RN4 = RNg-TBA + RB + RTBA-TPP + RTPP-TDL2 = 0,03(Ω)

XN4 = XHT + XNg-TBA + XB + XTBA-TPP + XTPP-TDL2 = 0,114 (Ω)

Z = R +X = 0,03 +0,114 =0,118 (Ω) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N4:

RN5 = RNg-TBA + RB + RTBA_TPP + RTPP-TDL4 + RTDL2-16

XN5 = XHT + XNg-TBA + XB + XTBA-TPP + XTPP-TDL4 + XTDL2-16

Z = R +X = 0,038 +0,114 =0,120 (Ω) Dòng điện ngắn mạch tại điểm N5:

Chọn và kiểm tra thiết bị

3.4.1 Chọn thiết bị trạm biến áp phân xưởng

Lấy thời gian tồn tại dòng ngắn mạch tk = 2,5 s

3.4.1.1 Lựa chọn dao cách ly

- Điện áp định mức:UđmDCL = 22kV

- Dòng điện định mức: IđmDCL = Ilvmax = 1,95 (A)

Vậy ta chọn dao cách ly PПHД – 35/600 có thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 3-1: Thông số cơ bản của DCL PПHД – 35/600

Số lượng Uđm (kV) Iđm (A) INmax (kA) IN10s (kA)

(Trang 132 – bảng 2.42 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

IN10s = 12 kA ≥ Ixk1.√ t t qđ nh.đm

10 = 0,004 kA Vậy DCL đã chọn thỏa mãn các điều kiện

- Điện áp định mức: UđmMC = 22kV

- Dòng điện định mức: IđmMC≥ Ilvmax = 2,21 (A)

Vậy ta chọn máy cắt HVF604 do ABB chế tạo có thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 3-2: Thông số cơ bản của máy cắt HVF604

Số lượng Uđm (kV) Iđm(A) IN(kA) INmax (kA) IN3s (kA)

(Trang 305 – bảng 5.4 Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện – Ngô Hồng Quang)

- Dòng cắt định mức: Icđm= IN3s= 25 kA >I (3) N1 = 0,0525 kA

- Dòng điện ổn định động: INmax = 63 kA > ixk1 = 0,134 kA

IN3s = 25 kA ≥ Ixk1.√ t qđ t nh.đm = Ixk1.√ t t k nh.đm

Công suất cắt: Scđm= √3.25.24 = 925,63 MVA > S”N = √3.0,053.22 = 2,02 MVA Vậy MC đã chọn thỏa mãn các điều kiện

Các đại lượng chọn và kiểm tra: Đại lượng Kí hiệu Điều kiện Điện áp đm (kV) Uđmsứ Uđmsứ ≥ UđmLĐ

Dòng đm (A) Iđmsứ Iđmsứ ≥ Ilvmax

Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ Fcp Fcp ≥ F’tt=k.Ftt

Dòng điện ổn định nhiệt cho phép Iôđn Iôđn ≥ Inh

Ta chọn sứ đỡ loại OФ – 35 – 750 có thông số kĩ thuật :

Bảng 3-3: Thông số kĩ thuật sứ đỡ OФ – 35 – 750

Số lượng Uđm (kV) Uph.khô (kV) Lực phá F (kG)

Lực cho phép tác động lên đầu sứ là: cP ph

Lực động điện tác động lên đầu sứ khi xảy ra ngắn mạch 3 pha:

Công thức Ftt = 1,76.10^(-2) l a.ixk^2 (kG) được trích từ Giáo trình Cung cấp điện, ĐHCNHN, trang 164 Trong đó, ixk đại diện cho dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha (kA), l là khoảng cách giữa các sứ trong một pha (chiều dài một nhịp thanh cái) tính bằng cm, và a là khoảng cách giữa các pha, cũng được đo bằng cm.

Với ixk1 = 0,134 kA, ta có : Ftt = 1,76.10 -2 200

H ’ : Chiều cao từ đáy sứ đến điểm đặt của tải trọng cơ học

Lực tính toán hiệu chỉnh: tt cP k.F 1,17.0, 001 0, 001 F 450 kG

Vậy sứ đạt yêu cầu về độ bền cơ học

3.4.1.4 Chọn cầu trì tự rơi

Cầu chì tự rơi hoạt động tương tự như một DCL và cầu chì, khi dây dẫn bị đứt, đầu trên của cầu chì sẽ nhả chốt hãm, khiến ống cầu chì rơi xuống và tạo ra khoảng cách cách ly giống như khi mở cầu dao Việc lựa chọn và kiểm tra cầu chì tự rơi cần tuân thủ những điều kiện nhất định để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

63 Đại lượng Điền kiện Điện áp định mức (kV) Uđmcc ≥ UđmLĐ

Dòng điện định mức (A) Iđmcc ≥ Ilvmax

Dòng cắt định mức (kA) Icđm ≥ I”

Công suất cắt định mức (kVA) Scđm ≥ S”

Chọn cầu chỉ tự rơi do Chance (Mỹ) chế tạo, có thể cắt được tải

Bảng 3-4: Thông số kỹ thuật CCTR C730-233PB

Mã số Ulvđm (kV) Icđm (A) IN (kA)

- Điện áp định mức lưới điện UđmLĐ = 22 kV

- Dòng điện làm việc lớn nhất Ilvmax= 2,21 A

- Dòng điện ngắn mạch IN1= I” = 0,0525 kA

- Công suất ngắn mạch SN = S” = √3.IN1.UđmLĐ = √3.0,0525.22 = 2 MVA

- Công suất cắt của cầu chì Scđm= √3.Icđm.Uđmcc = √3.0,3.25 = 13 MVA > S” Vậy cầu chì đã chọn đảm bảo yêu cầu

Chống sét van để chống sét lan truyền từ đường dây vào TBA Điều kiện chọn: UđmCSV ≥ UđmLĐ

Ta chọn CSV có thông số sau :

Bảng 3-5: Thông số kĩ thuật của CSV 3EA1

Hãng sản xuất Loại Vật liệu Uđm (kV) Dòng điện phóng Định mức (kA)

Siemens 3EA1 Cacbua Silic 24 5 Nhựa

3.4.1.6 Kiểm tra cáp từ Ng-TBA

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng cho phép khi xảy ra ngắn mạch: Điều kiện ổn định nhiệt

F = α.Ixk1.√tk (mm 2 ) với α là hệ số xác định bởi nhiệt độ phát nóng giới hạn cho phép của lõi cáp và vật liệu làm cáp

F = 6.0,08.√2,5= 0,76 mm 2 I (3) N3 Vậy Aptomat đạt yêu cầu

Tính toán tương tự cho các phụ tải:

Bảng 3-8: Chọn Aptomat các nhánh của TPP

Loại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) Số cực

3.4.1.9 Lựa chọn thiết bị tủ động lực

Các tủ động lực được cung cấp điện qua cáp ngầm hình tia từ tủ phân phối của phân xưởng, với Aptomat ở đầu vào để thực hiện chức năng đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngăn mạch cho các thiết bị Mỗi tủ thường có từ 8 đến 12 đầu ra, với các Aptomat nhánh được lắp đặt để cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải trong phân xưởng.

Sơ đồ tủ động lực

Hình 3-2: Sơ đồ tủ động lực a Chọn Aptomat tổng cho các tủ động lực

Chọn cho một nhánh tiêu biểu là nhánh đến TĐL2:

Dòng khởi động của Aptomat được xác định theo biếu thức:

Ikd = I mm max a mm + kđt.∑ n−1 1 I i Với: max mm mm max max

Dòng mở máy của động cơ là dòng làm việc lớn nhất trong nhóm, ký hiệu là I k Hệ số mở máy của động cơ được ký hiệu là k mm, trong đó mm là hệ số phụ thuộc vào chế độ mở máy Đối với các động cơ có chế độ mở máy nhẹ, hệ số mm được lấy là 2,5.

Trong điều kiện làm việc bình thường, hệ số đồng thời của nhóm động cơ được xác định là kdt, với kdt = 1 khi các máy làm việc đồng thời Thiết bị 16 có dòng làm việc lớn nhất là Ilv = 28,73 A, do đó, các thông số max, min và mm cần được xem xét để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Như vậy, ta chọn Aptomat loại SA104 – H do Nhật Bản chế tạo có thông số:

Bảng 3-9: Thông số kĩ thuật của Aptomat SA104 – H

SA104 - H Số cực Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) Giá(x10 6 đ/bộ)

Tính toán tương tự cho các nhánh còn lại, ta có kết quả như bảng sau:

Bảng 3-10: Chọn Aptomat tổng cho các tủ động lực

Aptomat Loại Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) Số cực

Kiểm tra khả năng làm việc của Aptomat: I k I sc

Với Isc – Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N4

IN = 25kA > I (3) N4 = 1,96kA, Aptomat đã chọn thỏa mãn điều kiện kĩ thuật b Chọn thanh cái tủ động lực

Dòng điện chạy qua thanh cái: Lấy TDL2 có dòng lớn nhất để tính chọn

Chọn thanh cái bằng đồng có J kt 2,1 (A/mm ) 2 , (Giáo trình cung cấp điện – ĐHCNHN trang 163)

Tiết diện kinh tế của thanh cái: Fkt = 90,41

Chúng ta lựa chọn thanh cái cao áp có kích thước 25x3 = 75 mm² với các thông số cơ bản là Icp = 340 A, theo Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện của Ngô Hồng Quang (bảng 7.2 trang 362).

• Kiểm tra dòng điện lâu dài cho phép: k1.k2.Icp ≥ Icb

- k2 = 0,96 – hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ

• Kiểm tra ổn định nhiệt:

- Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo: α = 6 với đồng

- IN dòng điện ngắn mạch tại điểm 3 (bỏ qua điện trở từ TPP-TDL1):

- tqđ là thời gian quy đổi, lấy bằng thời gian cắt ngắn mạch: 2,5s α.IN.√𝑡𝑞đ = 6.2,04.√2,5 = 19,35 mm 2

Vậy tiết diện thanh dẫn đạt yêu cầu

• Kiểm tra ổn định động:σcp ≥ σtt

Chọn chiều dài một nhịp thanh cái (khoảng cách giữa các sứ của 1 pha) l = 140 cm; khoảng cách giữa các pha a = 60 cm Ta có:

- Ứng suất tính toán: σtt =𝑀

Vậy điều kiện ổn định động được đảm bảo c Chọn các Aptomat nhánh cho các tủ động lực, bảo vệ các động cơ

Dòng điện khởi động của các thiết bị:

71 lv mm lv kd mm

Tính toán cho cho phụ tải 8: lv mm lv kd mm

2, 5 2, 5 Chọn Aptomat loại EA33G do Nhật Bản chế tạo có thông số kĩ thuật:

Bảng 3-11: Thông số kĩ thuật của Aptomat EA33G

EA33G Số cực Uđm (V) Iđm (A) IN (kA) Giá(x10 3 đ/bộ)

Tính toán tương tự cho các động cơ khác, ta có kết quả được cho trong bảng sau:

Bảng 3-12: Thông số Aptomat của các phụ tải

Tên nhóm và thiết bị Ký hiệu trên bản vẽ

Cosφ P đm, kW I lv, A I kd (A)

Bể ngâm tăng nhiệt 3 1 4,8 3,65 5,84 EA32-G 480 10 2,5 2

Bàn lắp ráp và thử nghiệm 18 0,69 12,8 14,09 22,544 EA52-G 600 30 5 2

Bể ngâm dung dịch kiềm 1 1 15,8 12 19,2 EA52-G 600 20 5 2

Bể ngâm nước nóng 2 1 12,8 9,72 15,552 EA33-G 480 20 2,5 3

Bàn lắp ráp và thử nghiệm 17 0,69 10,8 11,89 19,024 EA52-G 600 20 5 2

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT, CHỐNG SÉT

Tính toán nối đất

Trong xưởng, việc nối đất từng thiết bị điện có thể tốn kém và phức tạp do số lượng lớn thiết bị Do đó, giải pháp hiệu quả hơn là nối đất chung cho tất cả các thiết bị.

Tất cả các thiết bị có công suất nhỏ hơn 100 kVA nên Ryclx thỏa mãn yêu cầu bảo vệ

Bước 3 : Xác định bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx:

= − − Bước 4 : kiểm tra phạm vi bảo vệ của cả nhóm 6 kim thu sét:

D h =  Vậy chiều cao hiệu dụng của kim thu sét đã chọn cao 4,5m là hợp lí

TÍNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng là yếu tố không thể thiếu trong các thiết bị như động cơ không đồng bộ, máy biến áp và trên đường dây tải điện, nơi có từ trường Mặc dù có thể giảm thiểu yêu cầu về công suất phản kháng, nhưng không thể triệt tiêu hoàn toàn, vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển hóa điện năng.

Công suất tác dụng P là công suất thực hiện công năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị điện, trong khi công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong máy điện xoay chiều, không tạo ra công.

Trong các xí nghiệp công nghiệp, động cơ không đồng bộ chiếm khoảng 65-75% tổng công suất phản kháng yêu cầu, trong khi máy biến áp và các phụ tải khác lần lượt chiếm 15-22% và 5-10% Việc bù công suất phản kháng là cần thiết để nâng cao hệ số công suất, đạt được giá trị cosφ từ 0,9 đến 0,95.

Nâng cao hệ số công suất cosφ là một biện pháp quan trọng giúp tiết kiệm điện năng Việc cải thiện hệ số công suất không chỉ giảm thiểu chi phí điện mà còn nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, góp phần vào sự bền vững trong sản xuất và tiêu thụ điện.

+ Giảm tổn thất công suất trong mạng điện

Chúng ta đã biết tổn thất công suất trên đường dây được tính:

Khi giảm Q ta giảm được thành phần tổn thất ∆P(P) do Q gây ra

+ Giảm tổn thất điện năng trong mạng:

Khi giảm Q ta giảm được thành phẩn tổn thất ∆U(Q) do Q gây ra

+ Tăng khả năng truyền tải đường dây và máy biến áp:

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng:

Biểu thức này cho thấy rằng trong cùng một tình trạng phát nóng của đường dây và máy biến áp (I=const), khả năng truyền tải công suất tác dụng P có thể được cải thiện bằng cách giảm công suất phản kháng Q Do đó, khi giữ nguyên đường dây và máy biến áp, việc nâng cao cosφ của mạng (giảm lượng Q phải truyền tải) sẽ làm tăng khả năng truyền tải của hệ thống.

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ không chỉ giúp giảm chi phí kim loại màu mà còn góp phần ổn định điện áp và tăng cường khả năng phát điện của máy phát điện.

Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 79

Ta có công thức xác định dung lượng bù:

Qb = P(tgφ1 - tgφ2) Trong đó: cosφ1: là hệ số công suất ban đầu cosφ2:là hệ số công suất mong muốn

Hệ số công suất trước lúc nâng là cosφ1 = 0,78

=  − = − Hệ số công suất mong muốn nâng là cosφ2=0,9

=  − = − Vậy công suất cần bù tại xí nghiệp để nâng cao hệ số công suất xí nghiệp lên 0,9 là:

Qb = P (tgφ1 – tgφ2) = 130,423(0,80 - 0,48)A,735 kVAr Chọn tủ bù do DAE YEONG chế tạo có thông số như sau:

(Bảng 6.8 - tr 342 Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện - Ngô Hồng Quang)

Kí hiệu Uđm (V) Qb (kVAr) Iđm (A) Giá (x10^6đ)

Xác định vị trí đặt tụ bù

Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, do công suất không lớn và động cơ không yêu cầu bù công suất, việc lắp đặt tủ bù tại các tủ động lực sẽ gây phân tán và tốn kém chi phí cho thiết bị, bảo trì và sửa chữa Hơn nữa, xác định dung lượng bù tối ưu cho từng tủ động lực là một thách thức Để đơn giản hóa, nên lắp đặt tụ bù tập trung gần tủ phân phối, vì các phụ tải thông thoáng và làm mát cũng tiêu thụ công suất phản kháng.

Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

Sau khi lắp đặt tụ bù công suất phản kháng, hệ số công suất cosφ sẽ đạt giá trị mong muốn Tuy nhiên, do các thiết bị không hoạt động đồng thời, giá trị cosφ thường xuyên biến động Do đó, cần thiết phải tự động điều chỉnh việc đóng cắt tụ bù để duy trì hệ số công suất ổn định theo yêu cầu.

Công suất biểu kiến của phân xưởng sau khi bù sẽ là :

Ssaubù =Ptt + j( QN – Qbn )0,423 + j( 107,618 – 45 )= 130,423 + j62,618 kVA Giá trị của nó là :

Ssaubù = 130, 423 2 +62, 618 2 4, 676 kVA cho thấy giá trị giảm đáng kể so với tính toán ban đầu Do đó, các tiết diện đã chọn trước đó sẽ đảm bảo điều kiện phát nóng.

Sau khi thực hiện việc đặt bù, tổn thất điện năng sẽ giảm đáng kể trên đoạn dây từ nguồn đến biến áp, từ biến áp đến tủ phân phối, cũng như trong máy biến áp.

Các tổn thất này được tính như sau :

Tổn thất điện năng trên đoạn Ng-TBA sau bù:

Tổn thất điện năng trước khi bù bằng: 7,42(kWh)

Số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trên đường dây bằng:

- Tính toán tổn thất trong TBA

Tổn thất điện năng sau khi bù:

∆ATBA = ∆Po.8760 + ∆Pdọc.τ = 0,51.8760 + 1,4.2405,28 = 7835 (kW) Tổn thất điên năng trước khi bù:

+ Tổn thất điện năng trong máy biến áp:

160 ) 2 2405,28.10 -6 = 4467,6 (kW.h) Vậy tổn thất điện năng trên toàn mạng điện bằng:

Số tiền tiết kiệm được:

Tính toán tổn thất từ TBA-TPP

- Tổn thất điện năng sau khi bù:

Tổn thất điên năng trước khi bù: 137,41 (kW)

Số tiền tiết kiệm được: ∆C = 103034 đ

+ Tổng số tiền tiết kiệm được:

∆C∑ = 6.848.142 đ + Chi phí vận hành tủ bù:

Thời gian thu hồi vốn lấy bằng 8 năm, lấy avh= 0,02, bỏ qua tổn thất điện năng trên tủ bù:

Việc bù công suất phản kháng mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, khi tổng số tiền tiết kiệm được vượt xa chi phí vận hành.

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cung Cấp Điện
Tác giả	Trịnh Xuân Lâm
Người hướng dẫn	Nguyễn Văn Hùng
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Điện
Thể loại	bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	1,8 MB
File đính kèm	Bản vẽ thiết kế.rar (2 MB)

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1]. Ngô Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2013	Khác
[2]. Ngô Hồng Quang, Sổ tay lựa chọn và tra cứu các thiết bị điện từ 0,4-500kV, NXB khoa học và kỹ thuật, 2002	Khác
[3]. Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Giáo trình thiết kế cấp điện, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2009	Khác
[4]. Giáo trình Vật liệu và an toàn điện, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội	Khác
[5]. Giáo trình Cung cấp điện, Đại Học Công Nghiệp Hà Nội	Khác
[6]. PGS.TS Quyền Huy Ánh, Giáo trình Cung cấp điện, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM	Khác