BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Môn Thiết kế hệ thống cung cấp điện Đề tài Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Lớp Mã sinh viên Hà Nội,2022 1 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 chất lượng sản phẩm, dồi dà.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Môn: Thiết kế hệ thống cung cấp điện Đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: Mã sinh viên: Hà Nội,2022 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, địi hỏi ngành cơng 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, nhóm chúng 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 emlàm quen với hệ thống cấp điện, tiêu chuẩn thiết kế, an tồn điện rènluyện kỹ tính toán, 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 cô trường đến tập lớn môn học chúng 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! Mục Lục DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU 1.1 Tính Tốn Phụ Tải Phụ tải tính tốn phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế mặt hiệu phát nhiệt mức độ huỷ hoại cách điện Phụ tải tính tốn phụ thuộc vào yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việc thiết bị điện, trình độ phương thức vận hành hệ thống xác định xác phụ tải tính tốn nhiệm vụ khó khăn quan trọng Sau số phương pháp tính tốn phụ tải thường dùng thiết kế hệ thống cung cấp điện: • Phương pháp dùng số thiết bị hiệu • Phương pháp dùng hệ số Kđt (thiết kế theo IEC) • Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm • Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện đơn vị diện tích… Tuỳ vào quy mơ, đặc điểm cơng trình , tuỳ vào giai đoạn thiết kế sơ hay chi tiết mà chọn phương pháp thiết kế cho phù hợp 1.1.1 Phụ tải chiếu sáng Do phân xưởng sửa chữa khí nên chọn suất phụ tải chiếu sáng P 0= 15 W/m2 [3] Pcs=P0*S (kw) Trong đó: S: diện tích nhà xưởng (m2) P0: suất chiếu sáng đơn vị diện tích (W/m2) Phân xưởng có d=36m, r= 24m Ta chọn bóng đèn huỳnh quang nên có cos= 0.8 Phụ tải chiếu sáng tính tốn toàn nhà xưởng: Pcs=15.24.36=12.96 (kW) Coscs = 0.8=> tagcs = 0.75 Qcs = Pcs*tagcs =12.96* 0.75= 9.72 (kVAr) Scs = 16.2 (kVA) 1.1.2 Phụ tải thơng gió Phân xưởng có diện tích F=24*36=846 m2 Chọn quạt thơng gió có công suất: P1 = 100 W Chọn quạt làm mát quạt trần có cơng suất P2 =100 W Tổng cơng suất thơng thống làm mát là: Plm =P1 + P2 =100*6+100*8=1400 (W)=1.4(kW) Hệ số cosφ=0.8 (theo PL1 TKCĐ) tagφ=0.75 => Qlm= Plm* tagφ= 1.4*0.75= 1.05 (kVAr) 1.1.3 Phụ tải động lực Phân nhóm phụ tải động lực 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 ÷ 12 Dựa vào ngun tắc phân nhóm vào vị trí, cơng suất thiết bị bố trí mặt phân xưởng, ta chia phụ tải thành nhóm: Hình 1.1: Sơ đồ phân nhóm phụ tải Bảng 1.1: Thơng số nhóm phụ tải TT Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Công suất Pdm(kw) Cos φ Ksd Nhóm 1 Lị điện kiểu tầng 1 120 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng 198 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng 120 0,91 0,35 198 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng Lò điện kiểu buồng 180 0,92 0,32 Lò điện kiểu buồng 330 0,92 0,32 Thùng 0,95 0,3 Lò điện kiểu tầng 180 0,86 0,26 Lò điện kiểu tầng 120 0,86 0,26 10 Bể khử mỡ 10 15 0.47 n=10 147 0.90 0.333 Tổng nhóm Nhóm Bồn đun nước nóng 11 90 0.98 0,3 Thùng 12 13.2 0.95 0,3 13 132 0,98 0,3 Bồn đun nước nóng Bồn đun nước nóng 14 180 0,98 0,3 Thùng 15 16.8 0,95 0,3 Thiết bị cao tần 16 180 0,83 0,41 Thiết bị cao tần 17 132 0,83 0,41 Máy quạt 18 45 0,67 0,45 Máy quạt 19 33 0,67 0,45 n=9 91.3 0,892 0.357 Tổng nhóm Nhóm Máy mài trịn vạn 20 16.8 0,6 0,47 Máy mài tròn vạn 21 45 0,6 0,47 Máy mài tròn vạn 22 27 0,6 0,47 Máy tiện 23 13.2 0,63 0,35 Máy tiện 24 24 0,63 0,35 Máy tiện ren 25 33 0,69 0,53 Máy tiện ren 26 60 0,69 0,53 Máy khoan đứng 30 45 0,6 0,4 n=8 33 0.63 0,44 Tổng nhóm Nhóm Máy tiện ren 27 72 0,69 0,53 Máy phay đứng 28 33 0,68 0,45 Máy phay đứng 29 90 0,68 0,45 Máy khoan đứng 31 45 0,6 0,4 Cần cẩu 32 66 0,65 0,22 Máy mài 33 15 0,72 0,36 n=6 53.5 0,66 0,401 Số lượng Công suất Pdm(kw) Cos φ Ksd Tổng Tính tốn nhóm phụ tải: TT Tên thiết bị Ký hiệu Nhóm 1 Lị điện kiểu tầng 1 120 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng 198 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng 120 0,91 0,35 198 0,91 0,35 Lò điện kiểu tầng Lò điện kiểu buồng 180 0,92 0,32 Lò điện kiểu buồng 330 0,92 0,32 Thùng 0,95 0,3 Lò điện kiểu tầng 180 0,86 0,26 Lò điện kiểu tầng 120 0,86 0,26 10 Bể khử mỡ 10 15 0.47 n=10 147 0.905 0.333 Tổng nhóm Hệ số sử dụng trung bình: Ksd = = 0,325 làm tròn 0,33 P1=1086kw; P=1470kW =>P* =P1/P=0.738 n=10; n1= => n*=n1/n=0.5 n*hq= =0.77 Số thiết bị hiệu : nhq = n * n*hq= 7,77 làm tròn Kmax =1+1,3=1.49 Hệ số nhu cầu : Knc = Ksd*Kmax = 0,496 Trong Kmax lấy khoảng 1,6 (tra bảng) Cơng suất tính tốn : Ptt = Knc* = 0,496*1470 = 729.12 (kW) Hệ số công suất trung bình : Cosφ = = 0,905 Cơng suất tồn phần : Stt = = 894.625 (kVA) Công suất phản kháng: Qtt = = 518.39 (kVAr) Dịng điện tính tốn: Itt = = 1359 (A) Làm tương tự với nhóm cịn lại: 10 Bảng 1.2: Tính tốn phụ tải phân xưởng Ksd nh q Kma x Knc Ptt(K w) Nhó m2 0,35 1,51 0,53 Nhó m3 0,44 1,43 Nhó m4 0,40 1,50 cos Stt(Kv a) Qtt(Kva r) Itt(A) 442.89 0,89 508.49 251.85 889.6 0,63 166.32 0,63 264 205.02 401.1 0,60 193.08 0,66 247.54 154.9 367.0 Có nhóm thiết bị động lực ta lấy Kđt = 0,85 Cơng suất tính tốn động lực tồn phân xưởng: Pttdlpx = Kđt* = 0,85*(729.12 + 442.89 + 116.32 +193.08) = 1259.19 (Kw) Hệ số Cosφtbdl toàn phân xưởng: Cosφtbdl = = = 0.83 Cơng suất tồn phần động lực tồn phân xưởng: Sttdlpx = =1517.09 kVA Cơng suất phản kháng động lực tồn phân xưởng Qttdlpx = =1101.31kVar Bảng 1.3: Tính tốn phụ tải toàn phân xưởng Pttdlpx(Kw) Qttdlpx(Kvar) Sttdlpx(KVA) 1259.19 1101.31 1517.09 1.2 Xác định phụ tải tính tốn tồn phân xưởng Cơng suất tác dụng tồn phân xưởng: Trong đó: – cơng suất tính tốn nhóm phụ tải thứ i, kW - hệ số đồng thời Cos 0.83 50 + 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 + 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 5.4 Tiến hành bù công suất phản kháng 5.4.1 Xác định dung lượng bù Hhệ số cơng suất trung bình tồn phân xưởng cosφ tbnx = 0,83, cần phải bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosϕ lên đến 0,9 5.4.2 Chọn vị trí bù Về ngun tắc, để có lợi mặt giảm tổn thất điện áp tổn thất điện cho đối tượng dùng điện cần phải đặt phân tán tụ bù cho động Tuy nhiên đặt phân tán khơng có lợi vốn đầu tư, lắp đặt, quản lý vận hành Hơn nữa, phân xưởng có tổng cơng suất nhỏ, dung lượng 5.4.3 Tính tốn dung lượng bù Dung lượng bù cần thiết cho nhà máy xác định theo cơng thức sau: Trong đó: : Phụ tải tác dụng tính tốn phân xưởng(kW) : Góc ứng với hệ số cơng suất trung bình trước bù 51 : Góc ứng với hệ số cơng suất bắt buộc sau bù : Hệ số xét tới khả nâng cao biện pháp khơng địi hỏi đặt thiết bị bù, : Tổng dung lượng cần bù Với phân xưởng thiết kế ta tìm dung lượng bù cần thiết là: Tụ bù khô MIKRO 3P Udm(kV) Qdm(kVAr) Đơn giá(đồng) 6xMKC-445400KT 0,44 40kVAr 3,395,000 Hình 5.9: Thông số tụ bù Chọn tụ bù cấp 40kVar 5.5 Đánh giá hiệu bù công suất phản kháng Công suất biểu kiến nhà xưởng sau bù: Snx = 1269.18 + j.(856.18-241) = 1269.18 + j615.18 (kVA) Việc bù công suất phản kháng giáp giảm tổn thất, hao phí cơng suất,giảm tổn thất điện đường dây, làm tăng hiệu kinh tế CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN NỐI ĐẤT, CHỐNG SÉT 6.1 Tính tốn nối đất 6.1.1 Phương pháp tính tốn nối đất Các bước tính tốn hệ thống nối đất bảo vệ[3] Bước 1: Khảo sát, thu thập số liệu, đặc điểm liên quan mạng điện khu vực vùng đất dự kiến nối đất + Mạng điện cao áp, trung áp,hạ áp có trung tính nối đất hay cách điện 52 + Đo điện trơ suất vùng đất khao sát loại đất sau lựa chọn điện trở suất phù hợp + Vị trí địa lý, đặc điểm vùng đất cơng trình để bố trí điện cực hệ thống nối đất phù hợp Bước 2: xác định trị số điện trở đất yêu cầu Ryc dựa vào quy phạm theo TCVN 4756-89 Bước 3: Tính tốn Dự kiến sơ hình dáng, số lượng kích thước điện cực áp dụng cơng thức tính điện trở nối đất cho bảng 5,3 bảng 5,4 giáo trình vật liệu điện an tồn điện trang 170 So sánh điện trở nối đất tính với điện trở nối đất yêu cầu - hệ thống nối đất đạt yêu cầu - R >Ryc hệ thống cấn sử dụng thêm cọc, Bước 4: Chọn kiểm tra độ bền nhiệt dây dẫn dẫn Đối với thiết bị điện áp U >1000V cần kiểm tra điều kiện dịng chạm đất có trị số lớn Tiết diện dẫn hay dây dẫn phải thỏa mãn điều kiện: Trong đó: - I∞ dòng điện ổn định lúc chạm đất pha( A) - t thời gian tồn dòng chạm đất pha( giây) - θ nhiệt độ phát nóng ngắn hạn cho phép(θthép=400oC) - a hệ số phụ thuộc vào vật liệu - (Thép a=21, nhôm a=74, đồng a= 172) 53 6.1.2 Tính tốn nối đất Điện trở nối đất cho phép TBA có cơng suất S ≥ 100(kVA) Rđ≤ 4(Ω) Điện trở suất vùng đất đo mùa khô ρ0 = 120Ω (Ω/m) Hệ số k mùa cọc tiếp địa kc = 1,5 nối ngang kng = Trong phân xưởng xét đến hệ thống nối đất nhân tạo Chọn cọc tiếp địa cọc tròn dài l = 2,5(m), đường kính d = 25(mm), dự kiến 10 cọc chơn thẳng đứng, đóng sâu cách mặt đất h = 0,75(m), theo mạch vịng hình chữ nhật, cọc cách khoảng a=5m ngang dùng thép dẹt 40x5mm chôn độ sâu tt=0,8m Điện trở cọc tiếp địa: ρ 2l 4t + 3l Rc = ln + ln 2π l d 4t + l ÷ Rc: điện trở tiếp địa; ρ: điện trở xuất đất; ρ=ρ0.km t =h+ t: khoảng cách từ mặt đất đến cọc l ρ 2l 4t + 3l 120.1,5 2.2,5 4.2 + 3.2,5 Rc = ln + ln = ln + ln 2π l d 4t + l ÷ 2π 2,5 2,5 4.2 + 2,5 ÷ = 10,17Ω Điện trở thanh: t = 0,8m ρ = ρ kng = 120.2 = 240Ω / m b 40 d = = = 20mm = 0,002m 2 L=5.10=50m( nối 10 cọc, cọc cách 5m) 54 K= l1 15 = = 1,5 l 10 tra bảng 5.3 trang 171 giáo trình vật liệu điện an tồn điện K=5,81 ρ KL2 240 5,81.502 Rt = ln = ln = 2,9Ω 2π L t.d 2.π 50 2.π 50 a = =2 l 2,5 số cọc 10, tra bảng 5.4 trang 172 giáo trình vật liệu điện an toàn điện η c = 0,69;η t = 0,40 Điện trở điện cực hỗn hợp: R= Rc Rt 10,17.2,9 = = 1,22Ω η t.Rc + n.η c Rt 0,40.10,17 + 10.0,69.2,9