Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp Trong thời đại hiện nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật cộng với nền công nghiệp của nước ta đang trên đà phát triển cao. Để theo kịp với nền công nghiệp hiện đại của thế giới thì chúng ta phải học hỏi, nghiên cứu và tiếp thu những thành tựu khoa học kỹ thuật của các nước trên thế giới. Muốn đạt được những thành tựu đó chúng ta phải trang bị cho mình vốn kiến thực lớn bằng cách cố gắn học và tìm hiểu thêm một số kiến thức mới. Cung cấp điện là một môn học quan trọng, nó cung cấp cho chúng ta những kiến thức cơ bản về công tác thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện. Cung cấp điện cho một nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng, tòa nhà … là hết sức quan trọng. Nó đảm bảo cho quá trình vận hành của nhà máy, phân xưởng, xí nghiệp, tòa nhà … được an toàn, liên tục và đảm bảo tính kỹ thuật cao. Qua việc học môn cung cấp điện và làm bài tập lớn cung cấp điện theo nhóm đã giúp chúng em có cơ hội tổng hợp lại các kiến thức đã học và học hỏi them một số kiến thức mới. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế sẽ có nhiều thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong giáo viên hướng dẫn và phản biện đóng góp ý kiến và giúp đỡ để hoàn thiện hơn.
Lời nói đầu Trong thời đại với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật cộng với công nghiệp nước ta đà phát triển cao Để theo kịp với công nghiệp đại giới phải học hỏi, nghiên cứu tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật nước giới Muốn đạt thành tựu phải trang bị cho vốn kiến thực lớn cách cố gắn học tìm hiểu thêm số kiến thức Cung cấp điện môn học quan trọng, cung cấp cho kiến thức công tác thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện Cung cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng, tịa nhà … quan trọng Nó đảm bảo cho q trình vận hành nhà máy, phân xưởng, xí nghiệp, tịa nhà … an tồn, liên tục đảm bảo tính kỹ thuật cao Qua việc học môn cung cấp điện làm tập lớn cung cấp điện theo nhóm giúp chúng em có hội tổng hợp lại kiến thức học học hỏi them số kiến thức Tuy nhiên, trình thiết kế có nhiều thiếu sót Vì chúng em mong giáo viên hướng dẫn phản biện đóng góp ý kiến giúp đỡ để hồn thiện Mục lục Chương 1: Xác định phụ tải tính tốn xí nghiệp 1.1 Xác định phụ tải tính tốn phân xưởng 1.1.1 Các cơng thức tính toán a) Phụ tải động lực - Xác định số thiết bị tiêu thụ điện hiệu nhq: + Chọn thiết bị có cơng suất lớn mà cơng suất định mức thiết bị lớn nửa cơng suất thiết bị có cơng suất lớn nhóm + Xác định số n1 – số thiết bị có cơng suất khơng nhỏ nửa cơng suất thiết bị có công suất lớn nhất, ứng với n xác định tổng công suất định mức: + Xác định số n tổng công suất định mức ứng với n: + Tính giá trị n* = P* = (1.1) + Dựa vào đường cong hình 3-7 bảng (3-1) [trang 36, 1], ứng với giá trị tìm n*, P* ta xác định giá trị nhq* Sau từ nhq* = ta tìm nhq = nhq*.n - Xác định hệ số sử dụng trung bình ksdtb: ksdtb = - Xác (1.2) định hệ số cực đại kmax kmax = f(nhq,ksdtb) (1.3) Tra bảng PL 1.5 [trang 328, 2] - Xác định hệ số công suất trung bình costb costb = - Xác định phụ tải tính toán: Ptt = ksdtb (1.4) (1.5) Qtt = Ptt.tg (1.6) Stt = (1.7) b) Phụ tải chiếu sáng Ptt = p0.F (1.8) - Chọn suất phụ tải chiếu sáng p0 = 0,025 (kW/m ) - F: diện tích bố trí nhóm tiêu thụ ( m2 ) 1.1.2 Kết xác định phụ tải tính tốn phân xưởng Bảng 1.2: Kết tính tốn phụ tải phân xưởng PX nhq ksdtb costb Pđl (kW) Qđl (kVAr) Pcs (kW) Pttpx (kW) L 10 0,6 0,74 54,73 49,8 62,73 Ê 0,6 0,77 26,81 22,25 32,81 Q 0,6 0,73 43,97 41,33 10,4 54,37 U 0,5 0,75 36,98 32,54 15,3 52,28 A 0,6 0,78 27,92 22,34 36,92 N 0,6 0,74 42,21 38,41 7,7 49,91 G 0,5 0,77 39,83 33,06 9,8 49,63 H 0,6 0,76 49,46 42,54 8,45 57,91 I 0,6 0,78 36,25 29 42,25 K 10 0,6 0,75 59,5 52,36 8,63 68,13 Ư 0,5 0,74 34,44 31,34 9,8 44,24 1.2 Xác định phụ tải tính tốn xí nghiệp 1.2.1 Xác định phụ tải tính tốn xí nghiệp - Phụ tải tác dụng tính tốn: 1.2.2 - Pttxn = = 551.18 (kW) Phụ tải phản kháng tính tốn: Qttxn = = 394.97 (kVAr) Phụ tải tồn phần tính tốn: Sttxn = = 678.09 (kVA) Hê số cơng suất trung bình xí nghiệp: Cos = = 0.81 Xác định biểu đồ phụ tải xí nghiệp Bán kính biểu đồ phụ tải: R = (mm) xây dựng biểu đồ phụ tải (1.9) (1.10) (1.11) (1.12) (1.13) Trong đó: + Spx: [ kVA] + m: 0.4 [kVA/mm2] hệ số biểu đồ phụ tải - Góc phụ tải chiếu sáng phân xưởng: (1.14) Kết tính tốn (1.13) (1.14) bảng 1.3: Bảng 1.3: Bán kính biểu đồ phụ tải góc phụ tải chiếu sáng phân xưởng PX L Ê Q U A N G H I K Ư Spx(kVA) 80.1 39.6 68.3 61.58 43.1 62.9 59.6 71.8 51.2 85.9 54.22 R(mm) 45 5.6 65 7.3 105 5.9 7.1 6.9 7.6 6.4 51 8.3 6.6 - 68.9 87.8 55.5 71.1 52.5 45.6 79.7 Biểu đồ phụ tải ( Hình 02 – tập vẽ) Nhận xét biểu đồ phụ tải: + Phân xưởng có cơng suất lớn là: phân xưởng K + Phân xưởng có cơng suất nhỏ là: phân xưởng Ê + Phân xưởng có góc phụ tải chiếu sáng lớn U + Phân xưởng có góc phụ tải chiếu sáng nhỏ K + Các phân xưởng tập trung bên trái phía sơ đồ mặt Chương 2: Thiết kế phương án cung cấp điện cho xí nghiệp Lựa chọn trạm biến áp Vì cơng suất xí nghiệp tương đối nhỏ tổng phần trăm phụ tải loại 2.1 - loại 50% nên chọn phương án trạm biến áp cho tồn xí nghiệp gồm - máy biến áp Vị trí trạm biến áp + Tâm phụ tải: + x = = 90 (2.1) y = = 90 (2.2) Kết hợp với hướng nguồn điện sơ đồ mặt chọn vị trí đặt trạm biến áp ( 90,90) Dung lượng trạm: STBA > Sttxn=678,09 (kVA) Dung lượng máy biến áp: SMBA = 50% STBA=339,05(kVA) (2.3) (2.4) Chọn máy biến áp 400kVA 22/0.4 kV hãng Thibidi sản suất có thơng số bảng 2.1 Bảng 2.1: Thông số máy biến áp MÁY BIẾN ÁP PHA 400 KVA Thông số kĩ thuật Tổn hao khơng tải Po (W) Dịng điện khơng tải Io (%) Tổn hao ngắn mạch 75 độ C Pk(W) Điện áp ngắn mạch Uk (%) Kích thước máy Chiều dài Chiều rộng Chiều cao Trọng lượng Dầu Ruột máy Tổng 2.2 900 4600 1460 920 1560 347 859 1560 Máy biến áp cấp điện cho phân xưởng : L Ê Q U I N Máy biến áp cấp điện cho phân xưởng : G H A K Ư Sơ đồ nguyên lý 2.2.1: Phương án 1: Trạm biến áp nối với hệ thống lượng lộ Phía điện áp từ phía hệ thống đưa đến biến áp, biến áp tự dùng biến áp cung cấp điện cho phân xưởng Phía điện áp thứ cấp dùng sơ đồ với kép có phân đoạn Các phân xưởng loại hoạt động độc lập với phân xưởng loại Phân xưởng loại có dây dự phịng, phân xưởng loại khơng có dây dự phòng Mỗi phân xưởng dây riêng từ trạm đến phân xưởng 2.2.2: Phương án 2: Trạm biến áp nối với hệ thống lượng lộ Phía điện áp từ phía hệ thống đưa đến biến áp, biến áp tự dùng biến áp cung cấp điện cho phân xưởng Phía điện áp thứ cấp dùng sơ đồ với kép không phân đoạn Phân xưởng loại có dây dự phịng, phân xưởng loại khơng có dây dự phịng Những phân xưởng gần chung dây 2.3 Lựa chọn máy biến áp tự dùng Chọn diện tích trạm biến áp S= 100 m2 Chọn suất phụ tải chiếu sang So= 0.5 ( kVA/m2) Vì ta chọn máy biến áp tự dùng có cơng suất 50 kVA Chọn máy biến áp 50KVA 22/0.4 kV hãng HAVEC sản suất có thống ố bảng 2.2 Bảng 2.2: Thông số máy biến áp tự dùng Hãng sản suất Công suất (kVA) Dịng điện khơng tải Kích thước (mm) Trọng lượng ( kg) Xuất xứ Havec 50 (%) 1155x700x1160 595 Việt Nam Chương 3: Lựa chọn kiểm tra thiết bị hệ thống cung cấp điện 3.1 Lựa chọn kiểm tra dây dẫn trung áp Điện áp: 22kV Chiều dài dây dẫn l = 382 (m) Lựa chọn loại dây tiết diện dây: Tiết diện dây dẫn chọn phải thỏa mãn điều kiện sau: k.I≥ I Trong đó: (3.1) I : Dịng điện làm việc cực đại I : Dòng điện cho phép ứng với dây dẫn chọn k=k1.k2 : Bảng PL2.57 (Trang 655 ; [1]) Bảng PL2.58 (Trang 656 ; [1] Ilvmax = = = 17.8(A) (3.2) Đối với đường dây cao áp tiết diện tối thiểu không nhỏ 35 mm 2, ta chọn dây dẫn AC-35 (dây nhơm lõi thép) nối từ nguồn đến trạm biến áp Tra bảng 2-55 / [ T654 , 1] ta chọn dây dẫn AC-35 có Icp= 170(A) Tra bảng 2-35 / [ T645 , 1] ta giá trị điện trở điện kháng dây nhôm lõi thép AC-35 r0 =0,85 [ Ω km ] x0 = 0,403 = [ Ω km ] (3.3) = = 10,89 (V) Có Ucp = 5% Uđm = 1100 (V) Ta thấy : Ucp Như dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện cho phép 3.2 Lựa chọn tính tiết diện dây hạ áp 3.2.1 Phương án Lựa chọn dây dẫn từ trạm biến áp đến phân xưởng L + Chiều dài dây từ trạm biến áp đến phân xưởng: pxT L = 177 (m) + Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép Chọn xo = 0,35 (Ω / km ) 7,7(V) (3.4) (3.5) Tra bảng 2-55/654-[1] 2-36/645-[1] Chọn dây đồng trần M-50 Ilvmax = = = 115,6(A) (3.6) Icp = 270 Kiểm tra phương pháp tổn thất điện áp cho phép : = L (3.7) 0,177 = 12,4 (V) => ∆U ≤ ∆Ucp Như dây dẫn lựa chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép Bảng 3.1: Lựa chọn dây dẫn hạ áp phương án Đoạn dây Chiều dài (m) Tiết diện (mm2) (V) Icp(A) Ilv(A) MBA-PX L 177 50 12,4 270 115,6 MBA-PX Ê 110 10 18,5 95 57,16 MBA-PX Q 24 16 4,3 130 98,58 MBA-PX U 27 16 7,2 130 88,88 MBA-PX A 158 25 12,3 180 62,28 MBA-PX N 127 25 13,5 180 90,9 MBA-PX G 128 25 13,4 180 86,07 MBA-PX H 102 25 12,5 180 108,05 MBA-PX I 16 10 3,5 95 73,97 MBA-PX K 48 16 10,7 130 124,03 MBA-PX Ư 221 35 15 220 78,26 3.2.2 Phương án Phân xưởng G, H chung đường dây Dây dẫn cho phân xưởng chung đường chọn sau: 105m 44m BA MBA Px H Px G 57,91 + j42,54 Chọn xo = 0,35 49,63+j33,06 (Ω / km) Tra bảng 2-55/654-[1] 2-36/645-[1] Chọn dây đồng trần M-35 Icp = 220(A) Ilvmax = = = 189,79(A) Kiểm tra phương pháp tổn thất điện áp cho phép : = L 0,105+.0,044 =12,66(V) => ∆U ≤ ∆Ucp Như dây dẫn lựa chọn thỏa mãn điều kiện tổn thất điện áp cho phép - Phân xưởng U, I chung đường dây 10 Tổn hao điện năng: = = (0,124+Tmax.10-4)2.8760 = 4570,04(kWh) Tổn thất công suất tác dụng dân dẫn từ H đến G: = l = 0,57 0,044 10-3= 0,54(kW) Tổn thất công suất phản kháng dân dẫn từ H đến G: = l = 0,06 0,044 10-3 = 0,05 (kVAr) Tổn hao điện năng: = = (0,124+Tmax.10-4)2.8760 = 1298,85(kWh) Vậy đoạn dây từ trạm đến phân xưởng H G: = + = 1,9+ 0,54= 2,44 (kW) = + = 0,2 + 0,05 = 0,25( kVAr) = + = 4570,04+1298,85= 5868,89 (kWh) Làm tương tự ta có bảng sau: Bảng 3.2: Tổn thất điện phương án Đoạn dây Loại dây l(m) MBA-PX L Cu/PVC/ 50 177 MBA-PX Ê Cu/PVC/ 10 110 MBA-PX Q Cu/PVC/ 16 24 MBA-PX N Cu/PVC/ 25 127 ro xo (W) (VA) (kWh) 0,4 0,06 2,84 0,43 6827,83 0,07 2,16 0,08 5197,57 1,25 0,07 0,87 0,05 2103,5 0,8 0,07 2,52 0,22 6058,01 16 MBA-PX H G Cu/PVC/ 35 149 MBA-PX I U Cu/PVC/ 25 27 MBA-PX K A Ư Cu/PVC/ 50 244 0.57 0,06 2,24 0,25 5868,89 0,8 0,07 0,39 0,04 1081,1 0,4 0,06 1,97 0,3 4638,33 31775,2 b) Trên trạm biến áp Tổn thất điện máy biến áp: = t + Trong đó: : Tổn thất khơng tải máy biến áp : Tổn thất ngắn mạch máy biến áp : Thời gian chịu tổn thất công suất lớn (h) t: Thời gian vận hành thực tế máy biến áp.Với máy biến áp đóng điện suốt năm nên t = 8760 (h) Tmax: Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax =4000 (h) Tổn thất điện máy làm việc song song là: = t + Tổn thất điện trạm là: Spt = 678,6 (kVA) = 31690,17(kWh) 17 So sánh tổn thất điện dây hạ áp phương án ta thấy tổn thất theo phương án nhỏ phương án Vậy ta lựa chọn phương án cung cấp điện cho xí nghiệp phương án 3.4 Lựa chọn thiết bị điện cho hệ thống cung cấp điện 3.4.1 Tính tốn ngắn mạch a) Dịng ngắn mạch phía trung áp Hệ thống cấp điện trực tiếp từ đường dây trung áp, dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp có độ dài 382 [m], r0 =0,85 Sơ đồ ngắn mạch trung áp thay thế: XH [ Ω km ] x0 = 0,403 [ Ω km ] N R1 + jX1 = (3.13) Trong đó: U: Điện áp đường dây cao áp, U=22(kV) SN: Cơng suất cắt máy cắt phía đầu nguồn SN = 160 (MVA) = = = 3,03 (Ω) Thông số thay đường dây Z=R+jX R=r0.l = 0,85.0,382 = 0,33 (Ώ) (3.14) X= x0.l = 0,403.0,382 = 0,15 (Ώ) (3.15) Z = 0,33 + j.0,15 (Ώ) Tổng trở từ điểm ngắn mạch trở nguồn Z = = 3,2 (Ώ) (3.16) 18 Dòng ngắn mạch ổn định điểm N = = = 3,98 (kA) (3.17) Dòng ngắn mạch xung kích điểm N IxkN = 1,8 = 11,11 (kA) (3.18) b) Dịng điện ngắn mạch phía hạ áp Điện trở điện kháng MBA : = = = 4,6 (Ω) (3.19) XBA = 10 = 10 = 0,016 (Ώ) Trong đó: (3.20) : Tổn thất công suất ngắn mạch máy biến áp(kW) Sđm : Dung lượng máy biến áp(kV) : Điện áp ngắn mạch tương đối - Xét đoạn dây từ trạm biến áp đến phân xưởng L Tổng trở đường dây : Zđd = Rđd + jXđd = 0,4.0,177 + j0,06.0,177 = 0,07 + j0,01(Ώ) Zđd = = 0,08 (Ώ) Dòng điện ngắn mạch ổn định: = = 2,89 (kA) Dòng điện ngắn mạch xung kích: IxkN = 1,8 = 7,35 (kA) Làm tương tự với phân xưởng khác ta có bảng sau: Bảng 3.5: Dịng điện ngắn mạch phía hạ áp 19 ro Đoạn dây l(m) MBA-PX L 177 MBA-PX Ê 110 MBA-PX Q 24 MBA-PX N xo Z(Ώ) (kA) IxkN(kA) 0,08 2,89 7,3 0,07 0,23 1,02 2,6 1,25 0,07 0,04 5,94 15,13 127 0,8 0,07 0,12 2,12 5,39 MBA-PX H G 149 0.57 0,06 0,09 2,49 6,33 MBA-PX I U 27 0,8 0,07 0,02 9,46 24,08 MBA-PX K A Ư 244 0,4 0,06 0,03 7,6 19,35 (Ώ/km) (Ώ/km) 0,4 0,06 3.4.2 Lựa chọn thiết bị trung áp a) Cầu dao phụ tải Các điều kiện chọn: Uđm CD Uđm mạng = 22 (kV) Iđm CD Ilv max = 17,8 (A) Từ ta chọn loại cầu dao phụ tải 24kV Đặc tính kỹ thuật: Tên sản phẩm Cầu dao phụ tải Tiêu chuẩn IEC 60298, IEC 60694 (Tiêu chuẩn quốc tế) Kiểu dập hồ quang Khí nén, SF6 Dầu, Chân không Số pha Điện áp định mức 24kV Tần số định mức 50Hz Môi trường làm việc Trong nhà - Ngoài trời 20 Kiểu chém Chém đứng - chém ngang Kiểu thao tác đóng cắt Bằng tay, khí nén, động Kiểu cách điện Sứ - Polyme Dòng điện định mức 400A Khả cắt mạch điện Cosphi 400A = 0.7 Khả chịu ngắn mạch 16kA/s - 20kA/2s b) Lựa chọn cầu chì tự rơi Chọn cầu chì tự rơi theo điện áp định mức dòng điện làm việc lâu dài: điện áp định mức = 22k, dòng điện làm việc : Uđm CC Uđm mạng = 22 (kV) Iđm CC Ilv max = 17,8 (A) Từ ta chọn loại cầu chì tự rơi trung features Trung Quốc, Việt Nam sản xuất: Mã hiệu FCO-SI Điện áp định mức 24kV Dòng định mức 200 A Tần số 50/60Hz 3.43 Lựa chọn thiết bị hạ áp a) Lựa chọn aptomat tổng sau máy biến áp - Máy biến áp 1: Các điều kiện chọn: UđmA =0,4(kV) = = = 525,11(A) 21 Từ ta chọn loại Aptomat MCCB Schneider LV563316 - 600A 3P 50kA Thông số kỹ thuật: Hãng sản xuất Schneide Số pha pha Dòng điện định mức (A) 600 Điện áp định mức (V) 415 Dịng cắt (kA) 50 - Máy biến áp 2: Cơng suất tính tốn phân xưởng máy biến áp cấp điện bao gồm tải phụ loại là: Stt = 502,79 (kVA) Các điều kiện chọn: UđmA =0,4(kV) = = = 725,72(A) Từ ta chọn loại Aptomat MCCB SCHNEIDER NS080H3M2 - 800A 3P 70kA 22 Thông số kỹ thuật: Hãng sản xuất Schneider Số pha pha Dòng điện định mức (A) 800 Điện áp định mức (V) 415 Dòng cắt (kA) 70 b) Lựa chọn aptomat tổng sau máy biến áp tự dùng Các điều kiện chọn: UđmA =0,4(kV) = = = 72,17(A) Từ ta chọn loại Aptomat Schneider 3pha 100A Thông số kỹ thuật: Hãng sản xuất Schneider Số pha pha Dòng điện định mức (A) 100 Điện áp định mức (V) 415 23 c) Dòng cắt (kA) 18 Xuất xứ Thái Lan Chọn aptomat cho phân xưởng: Ta tính chọn Aptomat cho phân xưởng L có cơng suất 80,1 kVA Chọn aptomat tổng: Ta dùng APTOMAT LS loại pha ABN203c-200A THÔNG TIN VỀ SẢN PHẨM Mã Hàng MCCB LS (APTOMAT LS) loại Dịng điện định mức(A) Khung kích thước chế tạo Khả chịu dòng max giây (kA) Điện áp làm việc định mức (V) Tần số định mức (Hz) ABN203c-200A Pha 200 A ABN203c- 200A Icu30(kA) 400V/440V 50Hz / 60Hz Các phân xưởng khác tính tương tự 24 KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện, tập lớn hoàn thành với nội dung sau : - Tổng quan mạng hệ thống điện - Đưa phương án cung cấp điện phù hợp cho phân xưởng xí nghiệp dựa sở tính tốn phụ tải so sánh theo tiêu kỹ thuật - Lựa chọn thiết bị phân phối bảo vệ đường điện cho xí nghiệp Trong q trình thực đề tài, em cố gắng vận dụng tất kiến thức học để thực đề tài, đồng thời em ln nhận hướng dẫn tận tình Vũ Thị Thu Đến em hoàn thành tập lớn môn học Mặc dù cố gắng nhiều kiến thức em hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý nhiệt tình thầy mơn để tập em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn! 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO: Nguyễn Xuân Phú Cung cấp điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 1998 Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 1997 26 ... thất điện dây hạ áp phương án ta thấy tổn thất theo phương án nhỏ phương án Vậy ta lựa chọn phương án cung cấp điện cho xí nghiệp phương án 3.4 Lựa chọn thiết bị điện cho hệ thống cung cấp điện. .. 2: Thiết kế phương án cung cấp điện cho xí nghiệp Lựa chọn trạm biến áp Vì cơng suất xí nghiệp tương đối nhỏ tổng phần trăm phụ tải loại 2.1 - loại 50% nên chọn phương án trạm biến áp cho tồn xí. .. Phương án 2: Trạm biến áp nối với hệ thống lượng lộ Phía điện áp từ phía hệ thống đưa đến biến áp, biến áp tự dùng biến áp cung cấp điện cho phân xưởng Phía điện áp thứ cấp dùng sơ đồ với kép khơng