Thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

ĐỀ TÀI: thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công

nghiệp địa phương

Các nguyên tắc phân nhóm phụ tải :

o Các thiết bị cùng nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài mạng điện hạ áp nhờ vậy có thể giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng

o Chế độ làm việc của các thiết bị cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định phương trình phụ tải được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cungcấp điện cho nhóm

o Tổng công suất của nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều bởi

số đầu ra của tủ động lực thường ≤ (8 ÷12)

o Thường thì rất khó để thoả mãn cả ba nguyên tắc trên do vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải lựa chọn phương

án phân nhóm hợp lý nhất

o Dựa trên ba nguyên tắc trên và sự phân bố về vị trí , côngsuất của các phụ tải ta có thể chia phân xưởng sửa chữa cơkhí thành 4 nhóm sự phân chia thành các nhóm cho trongbảng 1.1 sau :

1

1 Bảng 1.1: phân nhóm phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí

Nhóm

I

Stt Tên thiết bị

Sốlượng

Công suất tácdụng /1máy

Pđm(kw)

Tổng côngsuất củanhóm máy

Dòngđiện

Iđm ( A)1

Máy mài tròn vạn năng

5 Máy tiện ren 1 10 10 25.32

6 Máy tiện ren 1 14 14 35.457

4 Máy bào ngang. 1 4.5 4.5 11.39

5 Lò điện để luyện kim. 1 5 5 8.446

Lò điện để nấu chảy babit

Máy uốn các tấm mỏng

1 kiểu đai Máy cưa 1 1 1 2.53

2 Máy màithô. 1 2.8 2.8 7.093

Bể ngâmdung dịchkiềm

4

Bể ngâmnướcnóng

Diện tích phân xưởng sửa chữa cơ khí : F = 75.30 = 2250 m2,

Suất phụ tải chiếu sáng : p0 = 15 W/m2;

Cos φ =

Pttpxscck Sttpxscck = 122,62 157,77 = 0,78 ;

Ittpxscck =

Sttpxscck Udm∗ √ 3 =

157,77 0,38∗√3 = 239,71(A) ;Kết quả tính toán trên được cho trong bảng sau:

3, bảng 3.1 :phụ tải điện phân xưởng xửa chữa cơ khí.

Tên nhóm

và thiết bị

Sốlượng

Kýhiệutrênbản

vẽ

Côngsuấtđặt Po(kW)

Iđm(A) Ksd Cos φ /tg φ Nhq Kmax

Phụ tải tính toánPtt Qtt Stt Itt

4, xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại:

diện tích phân xưởng F = 7875 m2 ;

suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởng p0 = 15 W/ m2 ;

Diện tích phân xưởng lắp ráp F = 7224 m2 ;

suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15 w/m2 ;

Diện tích phân xưởng rèn F = 3000 m2 ;

Suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15W/m2 ;

Qtt = 280.0,75 = 210 (kVAr);

Stt = √ 2802+2102 = 350 (kVA) ;

diện tích phân xưởng đúc F = 2250 m2;

suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15 W/m2 ;

Pđặt = 130 (kW) ;

Ptt = 0,7.130 = 91(kW);

Qtt = 91.0,75 = 68,25 (kVAr);

Diện tích của trạm bơm F = 1050 m2;

Suất chiếu sáng của trạm bơm p0 = 12 (W/m2);

Phụ tải chiếu sáng của trạm bơm :

Ta có bảng tổng kết phụ tải tính toán của các phân xưởng toàn nhà máy :

Bảng 4.1 : phụ tải tính toán các phân xưởng :

Tên phân

xưởng

Pđ(kW) knc Cos φ

P0(W/m2)

Pđl(kW) Pcs (kW) Ptt (kW)

Qtt(kVAr) Stt (kVA)Phân

xưởng đúc

400 0,7 0,8 15 280 33,75 313,75 210 377,54

Bộ phận

nén ép 450 0,6 0,7 15 270 31,5 301,5 275,4 408,35Phân

Trạm bơm 130 0,7 0,8 12 91 12,6 103,6 68,25 124,06

5,xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy :

Phụ tải tính toán tác dụng của nhà máy :

Pttnm = kđt ΣPPtti

= 0,8.(122,62+838,125+428,36+405+313,75+301,5+205,5+105,5+103,6) = 2259,164 (kW);

6, xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải :

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị nhỏ nhất

Pi và li – công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Để xác định tâm phụ tải ta sử dụng công thức :

min

Xo ,Yo, Zo – toạ độ của tâm phụ tải điện

Xi, Yi,Zi – toạ độ của phụ tải thứ i

Si – công suất của phụ tải thứ i

Trên thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất

để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối ,tủ phân phối ,tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng ,có tâm trùng với tâm của phụ tải điện , có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đó tuỳ chọn để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng ,ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụtải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu

kết quả tính toán Ri và αcs được cho trong bảng sau :

Bảng6.1: Ri và α cs của các phân xưởng :

STT Tên phânxưởng. (kW)Pcs (kW)Ptt (kVA)Stt Tâm phụ tải (mm)R αcs(o)

X(mm) Y(mm)1

Phân

xưởng cơ

khí chính

118,12 838,12 1114,36 37 27 18,8 382

Hình 1: biểu đồ phụ tải của nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương.

y

1 1114.36

2 603.84 9

124.06

5 377.54

8 113.55

4 546.68

7 249.08

3 157.77

x

6 408.35

27

37

20

62 40

7, Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy :

Cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện từ hệ thống về nhà máy xác định theo biểuthức kinh nghiệm

U = 4,34 √ l+0,016 P

(l :khoảng cách từ nguồn điện đến nhà máy

P:công suất tác dụng tính toán của nhà máy.)

:phương án về các trạm biến áp phân xưởng :

Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn trên các nguyên tắc sau :

1.vị trí đặt TBA phải thoả mãn các yêu cầu : gần tâm phụ tải ; thuận tiện cho việc vận chuyển , lắp đặt ,vận hành ,sửa chữa máy biến áp (MBA) ;an toàn và kinh tế

2.Số lượng MBA đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải ;điều kiện vận chuyển và lắp đặt ;chế độ làm việc của phụ tải trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 MBA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành ,song độ tin cậy cung cấp điện không cao các TBA cung cấp cho

hộ loại I và loại II nên đặt 2 MBA , hộ loại III chỉ cần đặt 1 MBA

3.dung lượng các MBA được chọn theo 2 điều kiện :

n.khc.SđmB ≥ Stt

Theo chế độ sự cố một máy biến áp (trong trạm có nhiều hơn 1MBA)

(n- 1).kqt.SđmB ≥ Sttsc

Trong đó : n – số máy biến áp có trong TBA

khc – hệ số hiêụ chỉnh máy biến áp ,ở đây ta chọn máy biến áp sản xuất tại Việt Nam nên khc = 1; SđmB – công suất định mức của máy biến áp Stt – công suất tính toán của phụ tải mà MBA sẽ cung cấp điện

kqt – hệ số quá tải ,ở đây ta chọn kqt = 1.4 nếu thoả mãn điều kiệnMBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm ,thời gian quá tải trong một ngày

đêm không vượt quá 6 h ,trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0,93;

Sttsc – công suất tính toán khi xảy ra sự cố Sttsc = 0,7 Stt,

a,phương án I :đặt4 TBA trong đó :

trạm biến áp I cung cấp điện cho các phân xưởng (1):

Theo điều kiện sự cố :

Sttsc = 0,7.(520,4-157,77)= 253,841 kVA; (phân xưởng sửa chữa cơ khí là phụ tải loại 3 nên khi sự cố xảy ra có thể ngừng cung cấp điện )

trạm biến áp III cung cấp điện cho nhóm phụ tải (4,5,9):

Như vậy ta chọn máy có Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

trạm biến áp IV cung cấp điện cho nhóm phân xưởng(2,6) :

Như vậy ta chọn máy có Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

b,phương án II đặt 4TBA trong đó :

trạm biến áp I cung cấp điện cho các phụ tải (1) :

phụ tải 1 là các phụ tải loại 1 do vậy ta dùng trạm có 2 máy biến áp ,

Sttsc = 0,7.1114,36 = 780,052 kVA;

SđmB ≥

780,052

1,4 = 557,18 kVA

Như vậy ta chọn Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

trạm biến áp II cung cấp điện cho các phụ tải (2,5,9)

trong trạm đặt hai máy biến áp

Như vậy ta chọn máy biến áp có dung lượng Sđm = 560kVA là hợp lý ;

trạm biến áp III cung cấp điện cho các phân xưởng (3,4,7);

Trạm biến áp đặt 2 máy biến áp ;

trạm biến áp IV cung cấp điện cho các phân xưởng (6,8) :

Trạm biến áp đặt 2 máy biến áp ;

Như vậy ta chọn Sđm = 320 kVA là hợp lý ;

7,2,xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng :

Ta có thể đặt các trạm biến áp phân xưởng tại tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cung cấp điện :

Trạm biến áp III (B3)đặt tại vị trí (55,1 ; 54) ;

tâm phụ tải của nhóm phụ tải (2,6) :

Trạm biến áp III (B3) đặt tại vị trí (68 ; 34) ;

tâm phụ tải của nhóm phụ tải (6,8) :

Bảng 7.1: kết quả xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng :

Phương án Tên trạm X0 (mm) vị trí đặt Y0(mm)Phương án I

B1B2B3B4

37,2778,955,145

2736,85478,63Phương án II

B1B2B3B4

3741,76866,3

2772,43482

7,3 :phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng :

Ta dùng4 phương án phương án để đưa điện từ nguồn về nhà máy ,2phương án dùng trạm biến áp trung gian cung cấp điện cho 2 phương án trạm biến áp phân xưởng , 2 phương án dùng trạm phân phối trung tâm cung cấp điện cho 2

phương án trạm biến áp phân xưởng ;

Vì nhà máy là phụ tải là loại 1 nên trạm biến áp trung gian đặt 2 máy ;

n,khc,SđmB ≥ Sttnm = 2945,71 kVA;

Như vậy ta chọn như vậy là hợp lý ;

 xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian (của nhà máy ) , trạm phân phối trung tâm:

X0 =

∑Si ; trong đó Si là công suất toàn phần của phân xưởng thứ i ; xi

là toạ độ của phân xưởng thứ i ,

X0 =

∑Si =

187100,97 3695,23 = 50,63 mm;

Y0 =

∑Si =

184659,51 3695,23 = 49,97 mm;

vị trí tốt nhất để đặt TBATG hoặc TBATG có toạ độ (57 ; 44) theo vị trí nhà xưởng ;

1 2

3 4

5 6

7

8 9

Chọn máy biến áp phân xưởng :

Trên cơ sở kết quả chọn công suất máy biến áp trong các trạm ở phần trên ta có bảng chọn máy biến áp một cách chi tiết sau :

Bảng 7.2 : kết quả chọn máy biến áp tại các TBA trong phương án 1 ;

Tên

TBA

Sđm(kVA)

Uc/Uh(kV)

ΔPoPo(kW)

ΔPoPN

(kW)

Un(%)

Io(%)

Sốmáy

đơn giá(106Đ)

Thànhtiền(106Đ)TBAT

G

1500 35/10 6,6 20 6,5 5 2 105 210

B1 560 10/0,4 2,5 9,4 5,5 6,0 2 75 150B2 320 10/0,4 1,9 6,2 5,5 7 2 50 100B3 560 10/0,4 2,5 9,4 5,5 6,0 2 75 150B4 560 10/0,4 2,5 9,4 5,5 6,0 2 75 150Tổng vốn đầu tư cho trạm biến áp : KB = 760,106 Đồng

Các máy biến áp đều do công ty thiết bị điện ĐÔNG ANH chế tạo nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ;

xác định tổn thất điện năng ΔA trong A trong các TBA:

Để tính tổn thất trong các trạm biến áp ta sử dụng công thức

ΔPoA = n.ΔPoPo.To +

1

n ΔPoPN.(

Stt SdmB )2.τ;

Trong đó :

n: số máy biến áp trong trạm làm việc song song ;

ΔPoPo ,ΔPoPN : là tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp ;

To : thời gian vận hành trong 1 năm = 8760 h ;

τ: thời gian tổn thất công suất cực đại ,đối với nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương làm việc 3 ca Tmax = 5500h do đó : τ = (0,124+

5500

10000 )2.8760 = 3979,5h;

Stt,SđmB :là công suất tính toán của TBA, công suất định mức của máy biến áplàm việc trong trạm;

Kết quả tính toán ghi trong bảng sau:

Bảng 7.3: kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 1; Tên TBA Số máy Stttba

(kVA)

SđmB(kVA)

ΔPoPo(kW)

ΔPoPN

(kW)

ΔPoA(kWh)TBATG 2 2945,71 1500 6,6 20 269102,9

Tổng tổn thất điện năng trong các trạm ΔPoAb = 667095,1kWh;

Tổn thất công suất công suất trong các trạm biến áp :

100 ; kết quả tính toán cho trong bảng sau :

Bảng 7.4: tổn thất công suất toàn phần trong các trạm biến áp :

ΔPoPn(kW)

Un(%)

Io(%)

Stttba(kVA)

Sđm(kVA)

ΔPoQo(kVar)

ΔPoS(kVA)

B1 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1114,36 560 33,6 130,3

3B2 2 1,9 6,2 5,5 7 520,4 320 22,4 69,12B3 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1048,28 560 33,6 121,2

5B4 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1012,19 560 33,6 117,6

chọn dây và xác định tổn thất công suất ,tổn thất điện

năng trong mạng điện:

Chọn cáp từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng:

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt , đối với nhà máy đang xét làm việc 3 ca , thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax =

5500 h , sử dụng cáp lõi đồng ,ta có j kt = 2,7 (A /mm2),

Tiết diện kinh tế của cáp :Fkt =

Imax jkt (mm2)

Từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng ta dùng cáp lộ kép nên

k1 :hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ,lấy k1=1;

k2 : hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh,các rãnh đặt 2 cáp ,khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm , tra trong bảng ta được k2 = 0,93

vì chiều dài cáp từ TBATG đến các TBA ngắn nên có thể bỏ qua tổn thất điện áp do đó không cần kiểm tra lại theo điều kiện ΔPoUcp;

2,7 = 13,3 (mm2); tra bảng ta chọn cáp có tiết diện gần nhất F =

16 mm2 ,cáp đồng 10 kV ,3 lõi cách điện XLPE ,đai thép ,vỏ PVC do hãngFURUKAWA chế tạo ,Icp = 110 A ;

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 34,2(A) = 2.17,1 = 2.Imax ;

2 XLPE(3X16)

Vậy ta chọn cáp XLPE của hãng FURUKAWA,

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 67,52 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp 10kV,cách điện XLPE ,đai thép ,vỏ PVC của hãng

= 110 A ;

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 65,22 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp XLPE-10 kV của hãng FURUKAWA,

có tiết diện 16mm2 ,

Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các phân xưởng :

Ta chỉ xét đến các đoạn cáp hạ áp khác nhau giữa các phương án ,các đoạngiống nhau không xét đến trong quá trình so sánh kinh tế giữa các phương

án

2 XLPE(3X16)

2XLPE(3X16)

2XLPE(3X16)

Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép ,đoạn đường cáp

ở đây cũng ngắn ,tổn thất điện áp không đáng kể ,nên có thể bỏ qua khôngkiểm tra lại theo điều kiện ΔPoUcp ,

Chọn cáp từ trạm biến áp B2 tới phân xưởng sửa chữa cơ khí (3):

Phân xưởng sửa chữa cơ khí xem như phụ tải loại 3do đó ta dùng lộ đơn

từ trạm biến áp về phân xưởng ;

Imax =

Stttb

U √ 3 =

157,77 0,38. √ 3 = 239,7 (A) ;

k2 = 1;ta dùng cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x70+50) có dòng điện cho phép Icp = 254 A ;khi đó 254 (A) > 239,7 (A)

chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp B3 về phân xưởng đúc (5) :

Ta xem (5) là phụ tải loại 1 nên dùng lộ kép

Imax =

Stt

2.U √3 =

377,54 2.0,38.√3 =286,8 (A) ;

Đối với mỗi pha của mỗi lộ ta dùng cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo Icp = 750 A ;tíêt diện 500 mm2 khoảng cách mỗi sợi là

300 mm,ta dùng 1 sợi làm dây trung tính do đó

Đối với mỗi pha của mỗi lộ ta dùng cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do LENS chế tạo Icp = 750 A ;tíêt diện 500 mm2 ,ta dùng 1 sợi làm dây trung tính ,khoảng cách mỗi sợi là 300 mm do đó

k2 = 0,85 ; khi đó

k2.Icp = 0,85.750 (A) = 635,7(A) > 620,4 (A) = 2Imax

chọn cáp từ trạm biến áp B2 về văn phòng và phòng thiết kế :

k2 = 0,93 ;

k2.Icp > Isc = 2 Imax = 172,52 A ;

k2.Icp > Isc = 2 Imax = 188,48 A

Icp > 188,48/0,93 = 202,7 A

Ta chọn cáp 3 lõi +trung tính cách điện PVC do LENS chế tạo có tiết

diện (3x50 +35).Icp = 206 A ;

Bảng 7.5: kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án 1 :

đường cáp Tiết diệnF(mm2) dài L(m)Chiều (Ω/km)Ro R(Ω) (10đơn giá3Đ/m) Thành tiền(103Đ)TBATG-B1 2(3x16) 137,5 1,47 0,101 40 11000TBATG –B2 2(3x16) 168,75 1,47 0,124 40 13500TBATG-B3 2(3x16) 37,5 1,47 0,028 40 3000

TBATG –B4 2(3x16) 312,5 1,47 0,23

40 25000

B2 - 3 3x70+50 131,25 0,268 0,035 150 19687,5B3- 5 2(3x500+500) 112,5 0,0366 0,002 480 108000 B4- 6 2(3x500+500) 75 0,0366 0,001

xác định tổn thất công suất trên đường dây :

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được tính theo công thức :

R =

1

n ro.l (Ω);

n: số đường dây của một pha đi song song ;

đối với các cáp cao áp từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng thì Stt =

công suất tính toán của phân xưởng màtrạm biến áp cần cung cấp (Sttpx) + tổn

thất công suất trong các máy biến áp của trạm biến áp (ΔPoS);

Ta có ΔPoS = √[(n Δ Po+1

n Δ Pn.(

Stttba Sdm )

Kết quả tính toán được cho trong bảng sau:

Bảng 7.6: tổn thất công suất toàn phần trong các trạm biến áp :

Tên

trạm

Số MBA

ΔPoPo(kW)

ΔPoPn(kW)

Un(%)

Io(%)

Stttba(kVA)

Sđm(kVA)

ΔPoQo(kVar)

ΔPoS(kVA)B1 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1114,36 560 33,6 130,33B2 2 1,9 6,2 5,5 7 520,4 320 22,4 69,12B3 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1048,28 560 33,6 121,25B4 2 2,5 9,4 5,5 6,0 1012,19 560 33,6 117,6

Bảng7.7 : tổn thất công suất tác dụng trên các đường cáp phương án 1 :

đường cáp F(mm2) L(m) ro(Ω/km) R(Ω) Stt(kVA) ΔPoP(kW)TBATG-B1 2(3x16) 137,5 1,47 0,101 1244,69 1,565

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn :ΣPΔPoPo = 25,16 kW

xác định tổn thất điện năng trên đường dây :

Tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức: