Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ KHOA ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA BÀI TẬP LỚN Môn học Hệ thống cung cấp điện (BTL) Chủ đề Thiết kế cấp điện cho nhà máy luyện kim mầu Giảng viên hướng dẫn T.

Số liệu phụ tải

Bảng 1 và Hình 1 cho số liệu tổng quan của phụ tải toàn nhà máy bao gồm vị trí, diện tích, công suất đặt và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng trong nhà máy Tỷ lệ xích trên Hình 1 cho phép ta xác định chính xác kích thước thực tế của các phân xưởng để từ đó tính diện tích của chúng.

Bảng 1 Phụ tải của nhà máy luyện kim mầu

TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ

1 Phân Xường (PX) luyện kim 3500 I

3 PX máy cán phôi tấm 3000 I

7 PX sửa chữa cơ khí theo tính toán III

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm 400 III

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Hình 1 Sơ đồ mặt bằng toàn bộ nhà máy

Bảng 2 và Hình 2 cho số liệu phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Bảng 2 Danh sách thiết bị của PX SCCK

TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy Pđm (kW)

7 Máy phay chép hình 1 6HPKP 5,62

13 Máy bào giường một trụ 1 MC38 10

18 Máy mài tròn vạn năng 1 312M 2,8

19 Máy mài phẳng có trục đứng 1 373 10

20 Máy mài phẳng có trục nằm 1 371M 2,8

21 Máy ép thủy lực 1 PO-53 4,5

24 Máy ép tay kiểu vít 1 - -

27 Máy mài sắc các dao cắt gọt 1 3A625 2,8

TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy Pđm (kW)

BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN

3 Máy tiện ren 3 IE6EM 3,2

9 Máy mài tròn vạn năng 1 3130 2,8

Hình 2 Sơ đồ mặt bằng toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí

Các số liệu ban đầu

1 Phụ tải điện của nhà máy (Hình 1 và Bảng 1)

2 Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Hình 2 và Bảng 2)

3 Điện áp nguồn : Uđm = 35kV, 22kV

4 Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực : 250MVA

5 Đường dây cung cấp điện cho nhà máy : Dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không.

6 Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy : 10km

7 Công suất của nguồn điện : Vô cùng lớn

8 Nhà máy làm việc : 3 ca, Tmax = 5700 giờ

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

2 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

3 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Các hình vẽ yêu cầu

1 Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy

2 Các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy

3 Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy

4 Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí

5 Sơ đồ mặt bằng và đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

Phân loại phụ tải

- Trong nhà máy được phân ra làm 2 loại phụ tải: Phụ tải động lưc và phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực bao gồm các động cơ trong các phân xưởng… Phụ tải chiếu sáng bao gồm các thiết bị chiếu sáng

- Phụ tải động lực hoạt động liên tục thường làm việc ở chế độ dài hạn, thường được cấp điện 380V hoặc 220V

- Phụ tải chiếu sáng chiếm số lượng phần trăm không lớn vì vậy nhà máy được coi như là hộ tiêu thụ loại I

Các phương pháp tính toán phụ tải

 Phương pháp xác định PTTT theo hệ số nhu cầu (K nc ) và công suất đặt (P đ )

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiệp (chưa có thiết kế chi tiết bố trí các máy móc, thiết bị trên mặt bằng), lúc này mới chỉ biết duy nhất một số liệu cụ thể là công suất đặt của từng phân xưởng.

Phụ tải tính toán động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:

Qđl = Pđl tanφTrong các công thức trên:

Knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuật theo số liệu thống kê của các xí nghiệp, phân xưởng tương ứng. cosφ: hệ số công suất tính toán, cũng tra sổ tay kỹ thuật, từ đó rút ra tanφ.

 Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Qcs= Pcs tanφ Trong đó:

P0: suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m 2 )

F: diện tích cần được chiếu sáng, ở đây là diện tích của phân xưởng (m 2 )

Từ đó tính được phụ tỉa tính toán của mỗi phân xưởng:

Stt Phương pháp này kém chính xác, không xét được chế độ vận hành của các phụ tải, chỉ dùng trong tính toán sơ bộ khi biết số liệu rất ít về phụ tải như Pđ và tên phụ tải.

 Phương pháp xác định PTTT theo hệ số cực đại (K max ) và công suất trung bình (P tb )

Khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính tóan thì dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại.Thông tin ban đầu ta biết được thường khá chi tiết, bắt đầu từ phân nhóm các thiết bị máy móc Sau đó xác định PTTT của một nhóm máy n máy theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại kmax.

P tt =K max P tb =K max K sd ∑ i =1 n

Qtt = Ptt tan(φ) Trong đó: n : Số máy trong nhóm

Ptb : Công suất trung bình của nhóm phụ tải

Pđm : Công suất định mức của máy (kW)

Ksd : Hệ số sử dụng của nhóm thiết bị

Kmax : Hệ số cực đại của nhóm phụ tải = f(nhq,Ksd) nhq : Số thiết bị sử dụng hiệu quả

Nếu hệ số sử dụng của các thiết bị trong nhóm khác nhau ta tính hệ số sử dụng trung bình k sd =∑ P i k sd i

P đmMin ≤3 và Ksd ¿ 0.4 thì nhq = n

Lưu ý: Khi xác định nhq bỏ qua các thiết bị có tổng công suất của nó nhỏ hơn 5% tổng công suất của nhóm thiết bị.

- Bước 1: tính n1 (số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm)

- Bước 3: n hq ¿ =f ( n *, P∗) tra trong sổ tay

Lưu ý tra bảng chỉ bắt đầu từ nhq = 4.

Khi n ≤ 3, nhq < 4 PTTT được xác định theo công thức

Khi n>3, nhq < 4 PTTT được xác định theo công thức

P tt = ∑ i=1 n k t i ∗P đmi Trong đó: kt.i : Hệ số tải kt.i = 0,9 : Nếu thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn kt.i = 0,75 : Nếu thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Cần lưu ý đến quy đổi các phụ tải về chế độ làm việc dài hạn:

Một pha điện áp pha-ba pha: Pdm.3P = 3 Pdm.PN

Một pha điện áp dây-ba pha: Pdm.3P = 3 Pdm.PP

Ngắn mạch lặp lại về dài hạn: P dm qd P dm K d

Các thiết bị làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại thường là thiết bị cẩu, nâng tải trọng, máy biến áp hàn

Cuối cùng phụ tải tính toán toàn phân xưởng với n nhóm:

Hệ số K đt được xác định theo từng trường hợp sau :

K đt = 0,9 đến 0,95 khi số lượng PX là 2→ 4

K đt = 0,8 đến 0,85 khi số lượng PX là 5→10

 Phương pháp xác định PTTT theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích

Trong đó: F: diện tích sản xuất, m 2 p0: là suất phụ tải trên 1 m 2 diện tích sản xuất, tra trong sổ tay, kW/m 2

Phương pháp này kém chính xác, chỉ để sử dụng để xác định sơ bộ phụ tải có đặc điểm là phân bố tương đối đều trên một diện tích rộng Như phân xưởng gia công cơ khí…

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

1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khí.

Trong mỗi phân xưởng có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau. Muốn xác định PTTT được chính xác ta cần phải phân nhóm các thiết bị điện Việc phân nhóm dựa theo các yêu cầu sau :

- Việc thiết bị cùng nhóm cần phải ở gần nhau để giảm chiều dài dây dẫn (giảm đầu tư và tổn thất)

- Chế độ làm việc của các thiết bị cùng nhóm nên giống nhau để thuận lợi cho phương thức cấp điện

- Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tải động lực

- Số lượng thiết bị trong nhóm không quá nhiều vì đầu ra của tải động lực là: 8 đến 12.

- Nhóm máy gia công kim loại của phân xưởng sửa chữa cơ khí :

Căn cứ vào các yêu cầu trên và vị trí các thiết bị trên sơ đồ mặt bằng PXSCCK ta chia thành 6 nhóm như hình vẽ sau

Hình 1.1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí sau khi chia nhóm

Bảng 1.1 Bảng phụ tải tính toán nhóm I

Ta có m = Pđm max Pđm min = 0,65 10 = 15>3 , ksd=0,15

Số thiết bị có công suất >1 2 Pmaxlà n1=3

Tổng công suất của n1 thiết bị trên P1 = 24

44=0,55 Tra bảng và nội suy ta tìm được n ¿ hq=0,55

Tra bảng ta tìm được Kmax = 2,36

- Pttnhóm =Ksd.Kmax.ΣPđm=¿0,15.2,36.44,58(KW)

Bảng 1.2 Bảng phụ tải tính toán nhóm II

STT Tên thiết bị Ký hiệu trên sơ đồ

Nhãn máy SL Pđm (kW)

3 Máy tiện ren 3 IE6EM 2 3,2 6,4

7 Máy mài tròn vạn năng 9 3130 1 2,8 2,8

Ta có m = Pđm max Pđm min = 2,8 10 = 3,57>3.

Tổng công suất của n1 thiết bị trên P1 = 36,8

6,8 64,6=0,57 Tra bảng và nội suy ta tìm được n ¿ hq=0,81

Tra bảng và nội suy ta tìm được Kmax = 2,06

Pttnhóm =Ksd.Kmax.ΣPđm=¿0,15.2,06.64,6,96(KW) Qttnhóm = Pttnhóm.tan φ ,96.1.33 = 26,55(KVAr)

Bảng 1.3 Bảng phụ tải tính toán nhóm III

4 Máy mài tròn vạn năng 18 312M 1 2,8 2,8

5 Máy mài phẳng có trục đứng 19 373 1 10 10

9 Máy mài sắc các dao cắt gọt 27 3A625 1 2,8 2,8

Ta có m = Pđm max Pđm min = 10 1 > 3.

= 40 60,1=0,67 Tra bảng và nội suy ta tìm được n ¿ hq=0,73

Pttnhóm =Ksd.Kmax ΣPđm=¿0,15.2,43.60,1!,9(KW)

Bảng 1.4 Bảng phụ tải tính toán nhóm IV

5 Máy mài phẳng có trục nằm 20 371M 1 2,8 2,8

Ta có m = Pđm max Pđm min = 0,6 10 ,66> 3.

= 57 66,65=0,86 Tra bảng và nội suy ta tìm được n ¿ hq=0,68

Tra bảng ta và nội suy ta tìm được Kmax = 2,4

Pttnhóm =Ksd.Kmax ΣPđm=¿0,15.2,4.66,65#,99(KW)

Bảng 1.5 Bảng phụ tải tính toán nhóm V

1 Máy phay chép hình 7 6HPKP 1 5,62 5,62

5 Máy bào giường một trụ 13 MC38 1 10 10

Ta có m = Pđm max Pđm min = 10 1 > 3.

Tổng công suất của n1 thiết bị trên P1 = 43,62

C,62 52,12=0,84 Tra bảng ta tìm được n ¿ hq=0,95

Pttnhóm =Ksd.Kmax ΣPđm=¿0,15.2,25.52,12,59(KW)

Bảng 1.6 Bảng phụ tải tính toán nhóm VI

Ta có n = 6>5, m = Pđm max Pđm min = 4,5 7 =1,51 2 Pmaxlà n1=6

Tra bảng tìm được n ¿ hq= 0,95 =>nhq=n ¿ hq.n = 0,95.6=5,7

Pttnhóm =Ksd.Kmax ΣPđm=¿0,15.2,71.37(KW)

Bảng 1.7 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các nhóm

Nhóm Ksd cosϕ Phụ tải tính toán

Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA)

1.3.2 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí Đo trên hình vẽ ta được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:

Với tỉ lệ 1: 4500 ta tính được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:

Ta có công suất chiếu sáng phân xưởng :

Q cs =0,chọn loại thiết bị chiếu sáng: Đèn sợi đốt (cosφ=1¿

1.3.3 Xác định tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí:

Có n = 6 nhóm, chọn hệ số đồng thời: Kđt = 0,85

Công suất động lực tác dụng toàn phân xưởng là:

Công suất động lực phản kháng toàn phân xưởng là :

Xác định PTTT của PXSCCK:

Hệ số công suất toàn phân xưởng: cosφ= P S ttpx ttpx

Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại

Do chỉ biết công suất đặt và diện tích của nhà xưởng nên ta dùng phương pháp tính PTTT theo công suất đặt và hệ số K nc

Các công thức cần sử dụng:

Tra bảng PLI.3 để tìm K nc và cosφ, tgφφ

P cs =P 0 S trong đó S: diện tích cần chiếu sáng.

Tra PLI.2 tìm P (công suất chiếu sáng W/m 2 )

- Tính Stp của từng phân xưởng:

S tp =√ ( P đl + P cs ) 2 +(Q đl + Q cs ) 2

Tính toán tương tự như PXSCCK ta thu được bảng phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại.

Bảng 1.8 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán các phân xưởng

3 PX máy cán phôi tấm 3000 1558 0,5 0,6 15 1500 23,4 1523,

7 PX sửa chữa cơ khí - 1273 0,3 0,6 15 96,9 19,1 116 154,7 193,4

Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

Lấy hệ số đồng thời của nhà máy K đt =0,8

Hệ số công suất toàn nhà máy: cos φ nm =P ttnm

Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

1.6.1 Biểu đồ phụ tải điện

Ta cần xác định biểu đồ phụ tải để xác định vị trí đặt các trạm biến áp một cách hợp lý trên mặt bằng của nhà máy.

Biểu đồ phụ tải cho ta thấy toàn cảnh bố trí thiết bị đồng thời cho ta thấy cường độ tiêu thụ điện của từng điểm tải và mật độ phân bố phụ tải trên sơ đồ tổng thể để từ đó dễ dàng lựa chọn điểm đặt hợp lý của trạm biến áp Biểu đồ phụ tải có thể được xây dựng bằng cách biểu thị phụ tải của các điểm dưới dạng hình tròn bán kính r: r i =√ π m S i (1.19)

S i : là công suất tính toán của phân xưởng thứ i m : là tỷ lệ xích tùy chọn, lấy m=3(kVA/mm 2 )

Hình 1.2 Vòng tròn phụ tải

Vòng tròn phụ tải gồm 2 phần tương ứng với các phụ tải động lực (phần gạch ngang) và phụ tải chiếu sáng (phần màu trắng) Độ lớn góc α biểu thị cho độ lớn của công suất tính toán chiếu sáng: α cs 60.P cs

Tính toán cho phòng thí nghiệm:

Phòng thí nghiệm có các thông số sau:

Trong đó lấy hệ số m=3(kVA/mm 2 ) r 9 =√ π m S 9 = √ 3,14.3 398,2 =6,5(mm) α cs 60.P cs

Các phân xưởng còn lại được tính toán tương tự, số liệu cho trong bảng sau:

Bảng 1.9 Bảng phụ tải điện của các phân xưởng

STT Tên phân xưởng Pcs

3 PX máy cán phôi tấm 23,4 1523,4 2514,1 84,03 65,51 12,7 9,1

7 PX sửa chữa cơ khí 19,1 116 193,4 21,54 65,98 4,0 67,5

Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho thỏa mãn điều kiện mô-men phụ tải

∑ P i l i đạt giá trị cực tiểu.

P i : Công suất của phụ tải thứ i. l i : Khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải.

Tọa độ tâm phụ tải M(x0;y0) được xác định như sau: x 0 ∑ i=1 n

S i : Công suất toàn phần của phụ tải thứ i.

(xi;yi) : Toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ tuỳ ý chọn.

Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây.

Hình 1.3 Sơ đồ phân bố phụ tải toàn nhà máy luyện kim màu

Thiết kế mạng điện cao áp

Đề xuất phương án sơ đồ cung cấp điện

2.1 Xác định điện áp liên kết với nguồn

Ta có biểu thức kinh nghiệm để xác định điện áp liên kết với nguồn là:

- L : khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)

- P : Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy (kW)

Với số liệu đề bài cho, ta có : L = 9 km , P = 7619,8 kW

Từ đó ta chọn mạng điện trung áp với điện áp 35 kV

2.2 Đề xuất phương án sơ đồ cung cấp điện

2.2.1 Tâm phụ tải Đã xác định ở mục 6.1 chương I, ta có tâm phụ tải đặt trạm biến áp trung gian hoặc tủ phân phối trung tâm cấp điện cho các phân xưởng trong nhà máy là:

2.2.2 Phương án sử dụng trạm nguồn

- Dùng trạm biến áp trung gian (TBATG)

- Dùng trạm phân phối trung tâm (TPPTT)

2.2.3 Phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm (TBATT)

Nguồn 35 kV từ hệ thống về qua TBATT được hạ xuống cấp điện áp 10 kV để cung cấp cho các TBA phân xưởng.

- Ưu điểm : Giảm được vốn đầu tư mạng điện cao áp và các TBA phân xưởng , vận hành thuận lợi và độ tin cậy cung cấp điện được cải thiện.

- Nhược điểm : Phải xây dựng TBATT , gia tăng tổn thất trong mạng điện cao áp Các trạm biến áp (TBA) phân xưởng được lựa chọn trên các nguyên tắc sau :

1 Vị trí TBA phải thỏa mãn các yêu cầu sau : gần tâm phụ tải , thuận tiện cho việc vận chuyển , lắp đặt , vận hành , sửa chữa ,an toàn về kinh tế

2 Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải Các TBA cung cấp cho hộ tiêu thụ loại I và loại II nên đặt 2 MBA , phụ tải loại III chỉ cần 1 MBA

3 Dung lượng các MBA được lựa chọn theo điều kiện:

S đm : là phụ tải tính toán máy biến áp

N B : là số máy biến áp trong trạm k hc : là hệ số điều chỉnh công suất định mức máy biến áp theo điều kiện vận hành k hc =1−t−t 0

100 Tuy nhiên đồ án này lựa chọn các máy biến áp sản xuất tại Việt Nam, nên hệ số hiệu chỉnh này coi như = 1.

Ngoài ra công suất máy biến áp còn phải thỏa mãn điều kiện kiểm tra quá tải khi xảy ra sự cố:

- k qt là hệ số quá tải k qt =1,4 nếu máy biến áp đang vận hành quá tải trong vòng 5 ngày, 6 giờ trên ngày và trước khi xảy ra quá tải, hệ số tải của máy biến áp trước khi vận hành quá tải là ≤ 0,75

- S ttsc là công suất phải cấp khi sự cố 1 MBA Khi sự cố 1 MBA có thể loại bỏ một số phụ tải loại III dể giảm nhẹ dung lượng MBA Ở đây , giả thiết các hộ loại I có 30% phụ tải loại III có thể cắt khi sự cố ( S ttsc =0,7.S tt )

Do nhà máy thuộc loại phụ tải I nên TBATT cần đặt 2 MBA với công suất chọn theo điều kiện :

2 R10,15(kVA) Vậy MBA trung gian 35/10,5 kV cần chọn có S đm = 5600 kVA Kiểm tra điều kiện (2.3)

Trước khi đề xuất phương án cần phân loại phụ tải nhà máy.

Bảng 2.1 Bảng phụ tải của nhà máy luyện kim màu

TT Tên phân xưởng Loại hộ tiêu thụ

1 Phân Xường (PX) luyện kim I

3 PX máy cán phôi tấm I

7 PX sửa chữa cơ khí III

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm III

Phương án này sử dụng 6 TBA phân xưởng như sau

Trạm cấp điện cho PX luyện kim và trạm bơm Do 2 phân xưởng là phụ tải loại I nên trạm có 2 máy Công suất mỗi máy :

2 51,3(kVA) Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố

1,4 51,3(kVA) Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đ m 00(kVA)

Trạm cấp điện cho PX lò Martin Công suất mỗi MBA:

2 q7,82(kVA) Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố

1,4 q7,82(kVA) Vậy ta chọn máy hai biến áp 10/0,4 kV có S đm 00(kVA)

Trạm cấp điện cho PX máy cán phôi tấm Công suất mỗi MBA:

1,4 54,478(kVA) Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm 00(kVA)

Trạm cấp điện cho PX cán nóng Công suất mỗi MBA :

Trạm cấp điện cho PX cán nguội , Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm. Công suất mỗi MBA:

Trạm cấp điện cho PX tôn và PX sửa chữa cơ khí Công suất mỗi MBA :

1,4 9,85(kVA) Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 có S đm 00(kVA)

Phương án 2 sử dụng 6 TBA phân xưởng, trong đó các trạm B1,B2, B3, B6 giống như phương án 1 Còn các trạm còn lại như sau

Trạm cấp điện cho PX cán nóng, Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

Trạm cấp điện cho PX cán nguội Công suất mỗi MBA :

Phương án 3 sử dụng 7 TBA phân xưởng, trong đó các trạm B2, B3, B4, B5, B6 giống như phương án 1 Còn các trạm còn lại như sau

Trạm cấp điện cho PX luyện kim Công suất mỗi MBA :

Trạm cấp điện cho Trạm bơm Công suất mỗi MBA :

Phương án 4 sử dụng 7 TBA phân xưởng, trong đó các trạm B2, B3, B6 giống như phương án 1; trạm B4, B5 giống phương án 2; trạm B1, B7 giống phương án 3

Ta có bảng kết quả lựa chọn trạm biến áp phân xưởng trong 4 phương án trên

Bảng 2.2 Phương án chọn TBA phân xưởng Phân xưởng S tt (kVA) Số máy S đm (kVA) Tên trạm

PX luyện kim và trạm bơm 3271,1 2 1800 B1

PX máy cán phôi tấm 2508,96 2 1600 B3

PX cán nguội, Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

PX tôn và PX sửa chữa cơ khí

PX luyện kim và trạm bơm 3271,1 2 1800 B1

PX cán nóng, Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

PX cán nguội, Ban Quản lý 2308,293 2 1250 B5 và Phòng Thí nghiệm

PX cán nóng, Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

Bảng 2.3 Phương án cấp điện

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4

Máy biến áp trung tâm 35/10(kV)

Máy biến áp trung tâm

Máy biến áp trung tâm 35/10(kV)

Máy biến áp phân xưởng

10(kV) sơ đồ tia và liên thông

35(kV) sơ đồ tia và liên thông

Máy cắt Máy cắt loại

Tính toán kinh tế - kỹ thuật, lựa chọn phương án hợp lý

2.3.1 Các công thức tính toán

2.3.1.1 Hàm chi phí tính toán

Việc so sánh và lựa chọn phương án hợp lý , ta dựa trên việc tính toán hàm chi phí tính toán và chỉ xét đến những phần khác nhau trong các phương án để giảm khối lượng tính toán :

Trong đó : a vh : hệ số khấu hao vận hành , với đường cáp và trạm lấy a vh =0,1 a tc : hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư , ở Việt Nam lấy a tc =0,2

K : Vốn đầu tư , trong so sánh tương đối giữa các phương án chỉ cần kể những phần khác nhau trong sơ đồ cấp điện. c : giá tiền 1kWh tổn thất điện năng , đ/kWh.

∆ A : tổn thất điện năng trong mạng cao áp và hạ áp xí nghiệp.

2.3.1.2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp Để xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp, ta sử dụng công thức

T: thời gian đóng điện của máy biến áp (thông thường T = 8760 h) τ: thời gian tổn thất công suất lớn nhất, τ xác định theo công thức: τ=(0,124+T max 10 −4 ) 2 8760 (2.6)

N B : số máy biến áp trong trạm

∆ P 0; ∆ P N : lần lượt là tổn thất công suất không tải và tồn thất công suất ngắn mạch.

S max công suất tính toán của máy biến áp

S đmBA công suất định mức máy biến áp.

Nhà máy làm việc ba ca, với T max W 00(h) Vậy τ=(0,124+T max 10 −4 ) 2 8760B19,13(h)

2.3.1.3 Lựa chọn tiết diện dây dẫn, tính toán tổn thất trên đường dây

Vì các đường dây cao áp cấp điện cho xí nghiệp thường ngắn, chúng thường được chọn theo điều kiện kinh tế ( tức mật độ dòng kinh tế J )

- I max : dòng điện tính toán cực đại

(Tra bảng B 2.10 trang 31, thiết kế cấp điện của Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006)

Chọn dây phân phối là cáp đồng, với T max = 5700 (h) thì J kt =2,7(A/mm 2 )

Dựa vào F kt tính được , tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất và kiểm tra điều kiện phát nóng : k 1 k 2 I cp ≥ I sc (2.9)

- I sc :dòng điện khi sảy ra sự cố đứt 1 cáp , I sc =2.I max

- k 1 : hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ , k 1=1

- k 2 : hệ số điều chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh Với các rãnh đặt 2 cáp , mỗi cáp cách nhau 300mm thì k 2=0,93

- I cp : dòng điện cho phép dây dẫn được chọn

Khi cần có thể kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp và phát nóng

Trong đó: ΔUcp là tổn thất điện áp cho phép, đối với mạng cao áp lấy: ∆ U cp I sc = 2.76,76 = 153,52 (A) Chưa thỏa mãn điều kiện phát nóng.Vậy cần chọn dây FPmm 2 , , I cp = 140 A

Tương tự với các tuyến cáp cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong bảng 2.15

Cáp hạ áp được lựa chọn theo phương án I

Bảng 2.16 Dây dẫn phương án 3 Đường cáp Stt (kVA) Imax

→ Tổng vốn đầu tư mua dây cáp là K D 37,704(triệu VNĐ)

2.3.4.3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Đường cáp TPPTT-B1 có tiết diện 2XLPE (3*50) có r 0 = 0,494 Ω/km, L = 36 m

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.12)

Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng

Bảng 2.17 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 3 Đường cáp Stt

→ Tổng tổn thất điện năng trên đường dây là :

2.3.4.4 Xác định và tính toán vốn đầu tư mua máy cắt

Tổng có 15 máy cắt 10 kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau :

- 12 máy cắt cấp điện tại đầu 7 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng.

- 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10 kV ở TBATG

- 2 máy cắt 10 kV ở phía hạ áp 2 MBA trung gian.

- 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung gian.

Vậy ta có bảng tính giá tiền sau:

Bảng 2.18 Máy cắt phương án 3

Cấp (kV) Số lượng Đơn giá (10 6 đ) Thành tiền (10 6 đ)

→ Tổng tổn chi phí mua máy cắt là: K MC 70(triệu VNĐ)

2.3.2.5 Tổng chi phí cho toàn bộ phương án 3

- Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy : ΔAA = ΔA A B +∆ A D =1060642,26 +14058101223 (kWh)

- Chi phí tính toán phương án III :

( c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất)

2.3.5.1 Vốn đầu tư và tổn thất điện năng trong TBA

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng ở mục 2.2.3.2 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Bảng 2.18 Máy biến áp các trạm phương án 4

% Số máy Đơn giá (*) Thành tiền (*) TBAT

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: K B 80,6(triệu VNĐ)

Tổn thất điện năng trong TBA B1 tính theo công thức (2.5):

Tương tự với các trạm còn lại ta có bảng sau :

Bảng 2.19 Tổn thất điện năng trong các TBA phương án 4

Tên TBA Số máy Stt (kVA) Sđm

(kVA) ∆P0 (kW) ∆Pn (kW) ∆A (kWh)

→ Tổng tổn thất điện năng trên các máy biến áp là ∆ A B 1365,347(kWh)

2.3.5.2 Tính toán lựa chọn dây dẫn

1 Chọn tiết diện dây cáp từ TPPTT về TBA phân xưởng

Loại cáp cao áp sử dụng ở đây là cáp đồng 3 lõi 18 đến 36kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA sản xuất.

Theo công thức (2.8) , dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TPPTT về TBA phân xưởng B1 là :

2√ 3.10 = 76,76 (A) Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (2.7)

Tra bảng PL 4.58 sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0-500kV, ta chọn được cáp có tiết diện gần nhất F= 35 mm 2 , I cp = 170 A Kiểm tra điều kiện phát nóng theo công thức (2.11)

0,93.170 = 158,1 (A) > I sc = 2.76,76 = 153,52 (A) Thỏa mãn điều kiện phát nóng.

Tương tự với các tuyến cáp cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong bảng 2.15

Cáp hạ áp được lựa chọn theo phương án II

Bảng 2.20 Dây dẫn phương án 4 Đường cáp Stt

→ Tổng vốn đầu tư mua dây cáp là K D 04,47(triệu VNĐ)

2.3.5.3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Đường cáp TPPTT-B1 có tiết diện 2XLPE (3*50) có r 0 = 0,668 Ω/km, L = 36 m

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (2.12)

Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng

Bảng 2.21 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 4 Đường cáp Stt

→ Tổng tổn thất điện năng trên đường dây là :

2.3.5.4 Xác định và tính toán vốn đầu tư mua máy cắt

Tổng có 15 máy cắt 10 kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau :

- 12 máy cắt cấp điện tại đầu 7 đường dây kép cấp điện cho các TBA phân xưởng.

- 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 10 kV ở TBATG

- 2 máy cắt 10 kV ở phía hạ áp 2 MBA trung gian.

- 2 máy cắt 35kV ở phía cao áp MBA trung gian.

Vậy ta có bảng tính giá tiền sau:

Bảng 2.23 Máy cắt phương án 4

Cấp (kV) Số lượng Đơn giá (10 6 đ) Thành tiền (10 6 đ)

→ Tổng tổn chi phí mua máy cắt là: K MC 70(triệu VNĐ)

2.3.5.5 Tổng chi phí cho toàn bộ phương án 4

- Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy : ΔAA = ΔA A B +∆ A D =961365,347+83623,1544988,497 (kWh)

- Chi phí tính toán phương án IV :

( c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất) 2.3.6 Kết luận

Tổng hợp 4 phương án ta có bảng sau :

Bảng 2.22 Tổng hợp các phương án Phương án Vốn đầu tư (10 6 đ)

Tổng tổn thất điện năng

Từ bảng tổng kết trên ta thấy Phương án 4 có vốn đầu tư, chi phí tính toán và tổn thất điện năng nhỏ nhất Do vậy ta lựa chọn phương án 4 là phương án

Thiết kế chi tiết cho sơ đồ đã chọn

2.4.1 Đường dây đi từ trạm biến áp khu vực đến TPPTT Đường dây đi từ nguồn đến TBATG dài 9 km ta sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép Tra bảng với T max P00h ⇒ J kt =1,1(A/mm 2 ).Vậy:

2√ 3.35 ,32 ( A) n: là số mạch (hay lộ) đường dây

,32 1,1 ,29(mm 2 ) Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện 70mm 2 , AC – 70 có I cp '5A

Với dây AC-70, ta chọn khoảng cách trung bình hình học là 2 m, tra bảng thông số ta có Trở kháng của đường dây: r 0=0,46(Ω/km)

Cảm kháng của đường dây: x 0=0,382(Ω/km)

Kiểm tra theo điều kiện sự cố: giả sử khi đứt một dây, dây còn lại sẽ chuyển tải toàn bộ công suất

Tổn thất điện áp trên dây dẫn là:

Như vậy dây cáp đã chọn là phù hợp

Mục đích của tính toán ngắn mạch là để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt của thiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống Dòng điện ngắn mạch tính toán để chọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha Khi tính toán ngắn mạch phía cao áp do không biết cấu trúc cụ thể của hệ thống điện quốc gia nên cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống thông qua công suất ngắn mạch về phía hạ áp của TBATG và coi hệ thống có công suất vô cùng lớn

Trong tính toán ngắn mạch ở lưới trung áp ta có các giả thiết sau làm đơn giản quá trình tính toán ngắn mạch.

- Gom các nguồn thành nguồn đẳng trị và điện kháng đẳng trị Để lựa chọn , kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện cần tính 13 điểm ngắn mạch :

- N: điểm ngắn mạch trên thanh cái TPPTT để kiểm tra máy cắt và thanh góp

- N 1,…, N 6 : điểm ngắn mạch phía cao áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra cáp và thiết bị cao áp của trạm.

- N 1 ' ,…,N 6 ' : Điểm ngắn mạch phía hạ áp của các TBA phân xưởng để kiểm tra aptomat tổng của trạm. Điện kháng hệ thống xác định theo công thức

S N là dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực Ở đây S N 50MVA

350 =3,86(Ω) Điện trở và điện kháng của đường dây:

Dòng ngắn mạch 3 pha được xác định theo công thức :

√3 √ R d 2 +( X H + X d ) 2 (2.15) Trị số dòng ngắn mạch xung kích : i xkN =1,8.√ 2 I (3) N

Sơ đồ tính toán ngắn mạch

Hình 2.9 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp và phía hạ áp

Bảng 2.23 Thông số đường dây trên không và đường dây cao áp Đường cáp Số dây F (mm 2 ) L (m) r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/km) R (Ω) X (Ω)

- Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N trên thanh cái của TPPTT

- Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N 1 trên thanh góp phía cao áp của TBAPX B1

Các điểm ngắn mạch khác được tính toán tương tự

Bảng 2.24 Tính toán dòng ngắn mạch phía cao áp TBAPX Điểm ngắn mạch L (m) r 0 (Ω/km) x 0 (Ω/km) R Ni (Ω) X Ni (Ω) I Ni (kA) i xkNi (kA)

- Tính dòng ngắn mạch tại điểm N 1 ' trên thanh góp phía hạ áp của TBAPX B1 Điện trở và điện kháng của máy biến áp B1 quy về phía hạ áp được tính theo công thức

Bảng 2.25 Tính toán dòng ngắn mạch phía hạ áp TBAPX Điểm ngắn mạch S đm (kVA) ∆P n (kW) U n % R N'i (Ω) X N'i (Ω) I N'i (kA) i xkN'i (kA)

- Kiểm tra cáp trung áp theo điều kiện ổn định nhiệt

F ôđn : Tiết diện ổn định nhiệt của cáp α: Hệ số nhiệt phát nóng giớ hạn của cáp Với cáp đồng α=6

I ∞ : Dòng ngắn mạch 3 pha xác lập t qđ : Thời gian quy đổi, lấy t qđ =t N =t cắt =0.5 (s)

Xét đoạn cáp trung áp từ TPPTT đến TBAPX B4 có dòng ngắn mạch lớn nhất:

F chọn P mm 2 , Suy ra cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện

2.4.3 Lựa chọn sơ đồ TPPTT

TPPTT là nơi nhận điện trực tiếp từ hệ thống về để cung cấp cho nhà máy, do đó việc lựa chọn sơ đồ nối dây của trạm có ảnh hưởng trực tiếp đến vấn đề an toàn cung cấp điện cho nhà máy Sơ đồ cần phải thỏa mãn các điều kiện cơ bản như:

- Đảm bảo cung cấp điện liên tục theo yêu cầu của phụ tải.

- Rõ ràng và thuận tiện trong vận hành, xử lý sự cố; an toàn lúc vận hành, sửa chữa

- Hợp lý về mặt kinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Do nhà máy luyện kim màu là hộ tiêu thụ loại I nên ta chọn sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn cho TPPTT:

- Máy cắt liên lạc giữa 2 phân đoạn là máy cắt hợp bộ.

- Để bảo vệ chống sét truyền từ đường dây vào trạm, trên mỗi phân đoạn thanh góp ta bố trí một chống sét van.

- Mỗi phân đoạn thanh góp được trang bị một MBA đo lường 3 pha 5 trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất 1 pha trên cáp 35 kV.

Dòng cưỡng bức chạy qua máy cắt là:

Lựa chọn máy cắt SF6 8DA10 do Siemens chế tạo có các thông số sau:

Bảng 2.26 Thông số máy cắt được chọn

Loại tủ Uđm (kV) Iđm (A) của thanh cái IN (kA) max IN (kA) 1-3s

Kiểm tra điều kiện chọn máy cắt:

- Điện áp định mức: U đmMC 6≥ U đmLĐ 5kV (2.18)

- Dòng điện lâu dài định mức (A): I đmMC %00≥ I cb 6,65 (2.19)

- Dòng điện cắt định mức (kA): I cđm @≥ I N '' =3,566 (2.20)

- Công suất cắt định mức (MVA): S cđm ≥ S ' '!6,18 (2.21)

- Dòng điện ổn định động: (kA): I ôđđ ≥i xk =9,708 (2.22)

- Dòng điện ổn định nhiệt (kA): I nhđm @≥ I ∞ √ t t nhđm qđ =1,46 (2.23)

Thanh góp còn được gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn được dùng trong các tủ phân phối, tủ động lực hạ áp, các tủ máy cắt, các trạm phân phối Đối với các trạm phân phối người ta thường dùng thanh góp mềm.

- Chọn theo dòng phát nóng cho phép (hoặc theo mật độ dòng kinh tế) và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt dòng ngắn mạch.

K 1 =1 khi thanh góp đặt đứng

K 1 =0,95 khi thanh góp được đặt nằm ngang

K 2 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

- Khả năng ổn định động б cp ≥ б tt (2.25) б cp : là ứng suất cho phép б tt : là ứng suất tính toán dưới tác dụng của lực điện động dòng ngắn mạch.

Lựa chọn thanh góp bằng đồng do Siemens chế tạo có các thông số:

Bảng 2.27 Thông số thanh góp được chọn

Kích thước (mm) Tiết diện (mm 2 ) Icp (A) r0 (mΩ/m) x0 (mΩ/m)

2.4.3.3 Máy biến điện áp BU

Máy biến áp đo lường hay còn gọi là máy biến điện áp (BU; TU) có chức năng biến đổi nguồn điện sơ cấp bất kỳ xuống 100 hoặc 100/√3 (V) cấp nguồn cho mạch đo lường, bảo vệ tín hiệu điều khiển.

Máy biến áp đo lường được chế tạo với điện áp từ 3kV trở lên loại khô hoặc loại có dầu Máy biến điện áp kho thường được đặt trong nhà còn máy biến điện áp có thể đặt ở mọi chỗ Cả hai loại được chế tạo một pha hoặc ba pha Trong đó có máy BU 3 pha 5 trụ ( ) (sao 0 sao 0 tam giác hở) ngoài chức năng thông thường, cuộn tam giác hở còn có nhiệm vụ báo chạm đất 1 pha.

Lựa chọn BU theo các điều kiện sau:

- Điện áp định mức: U đmBA ≥ U đmLĐ

Lựa chọn máy biến điện áp 4MR66 (có hai thanh góp) do Siemens chế tạo, các thông số:

Bảng 2.28 Thông số BU được chọn

Loại Cấp điện áp (kV) U1đm (kV) U2đm (V) Stải đm (VA)

2.4.3.4 Máy biến dòng điện BI

Máy biến dòng dùng để biến đổi dòng sơ cấp có trị số bất kỳ xuống 5A, nhằm cấp nguồn dòng cho các mạch đo lường, bảo vệ tín hiệu điều khiển Thường máy biến dòng được chế tạo với năm cấp chính xác là: 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 10 Ký hiệu máy biến dòng là BI. Điều kiện chọn máy biến dòng

- Điện áp định mức: U đmBI ≥U đmLĐ

- Dòng điện định mức: I đmBI ≥ I cb

- Cấp chính xác của BI phải phù hợp với cấp chính xác của các dụng cụ nối với BI phía thứ cấp.

Lựa chọn máy biến dòng 4ME16 do Siemens chế tạo

Bảng 2.29 Thông số BI được chọn

Loại Uđm (kV) I1đm (A) I2đm (A) Iôđn (kA) Iôđđ (kA)

Nhiệm vụ của chống sét van là chống sét đánh từ ngoài vào đường dây trên không truyền vào trạm biến áp và trạm phân phối, chống sét van được làm từ điện trở phi tuyến với điện áp định mức của lưới điện Điện trở của chống sét van có trị số lớn vô cùng không cho dòng đi qua khi có điện áp sét điện trở giảm xuống tới 0, chống sét van tháo dòng sét xuống đất Ở các trạm phân phối trung áp thường chế tạo tủ hợp bộ máy biến áp đo lường và chống sét van.

Chống sét van có thể đặt ở một trong hai vị trí sau đây:

- Trước dao cách ly: dòng sét không đi qua dao cách ly Nhưng phương án này gặp khó khăn trong quá trình vận hành sửa chữa, khi muốn thay thế chống sét van cần phải cắt máy cắt đặt ở trạm trung tâm.

- Sau dao cách ly: tiện cho việc kiểm tra nhưng dòng sét lại đi qua dao cách ly do đó có thể làm hỏng dao cách ly. Điều kiện lựa chọn chống sét van: U đmCSV ≥ U đmLĐ Lựa chọn chống sét van 3EH2 của Siemens có U đm 6 kV

Bảng 2.30 Thông số chống sét van được chọn

Loại Uđm (kV) Ulv max (kV) Ipđ đm (kA)

2.4.4 Lựa chọn sơ đồ TBA phân xưởng

Với các TBAPX do đặt không xa TPPTT nên phía cao áp của trạm chỉ cần đặt cầu chì và dao cách ly Dao cách ly dùng để cách ly MBA khi sửa chữa, cầu chì dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho MBA

Phía hạ áp aptomat tổng và các aptomat nhánh, thanh cái hạ áp được phân đoạn bằng aptomat phân đoạn, aptomat này ở trạng thái mở, chỉ khi nào có sự cố với 1 MBA thì mới đóng để cấp điện cho các phụ tải của phân đoạn bị sự cố.

Dao cách ly có nhiệm vụ cách ly phần mang điện và phần không mang điện , tạo khoảng cách an toàn trông thấy , phụ vụ cho công tác sửa chữa , kiểm tra bảo dưỡng thiết bị Trong một số trường hợp , cho phép dao cách ly đóng cắt dòng tải nhỏ. Để thuận tiện ta dùng chung 1 chủng loại dao cách ly cho tất cả các trạm biên áp để dễ dàng cho việc mua sắm , lắp đặt thay thế Dao cách ly được chọn theo các điều kiện sau:

- Điện áp định mức (kV) : U đm DCL ≥ U đmLĐ 5

- Dòng điện định mức (A) : I đm DCL ≥ I cb

- Dòng điện ổn định động cho phép (kA) : i ôđđ ≥i xk =9,068

- Dòng điện ổn định nhiệt (kA) : I ôđn ≥ I ∞ √ t t ôđn c =3,562 √ 0,5 3 =1,45

Dòng điện lớn nhất chạy qua dao cách ly được xét khi MBA có công suất lớn nhất bị quá tải 40% :

Vậy ta chọn loại dao cách ly 3DC – 36 kV do Siemens chế tạo:

Bảng 2.31 Thông số dao cách ly được chọn

Loại Uđm DCL (kV) Iđm DCL (A) INt (kA) iôđđ (kA)

Chức năng của cầu chì là bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho lưới điện từ 35 kV trở xuống Cầu chì thường được dùng ở các vị trí sau :

- Bảo vệ MBA đo lường ở các cấp điện áp.

- Kết hợp với cầu dao phụ tải tạo thành bộ máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp

Sơ đồ chi tiết mạng cao áp của nhà máy

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạng cao áp của nhà máy

Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Sơ đồ tổng quát mạng hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Để cấp điện cho xưởng ta sử dụng sơ đồ hỗn hợp Điện năng từ TBA B6 được đưa về tủ phân phối của phân xưởng SCCK Tủ này có nhiệm vụ cấp điện tới 7 tủ động lực (TĐL) đặt tại 6 nhóm thiết bị đã chia ở chương I và 1 tủ chiếu sáng

Từ tủ phân phối đến các tủ động lực và chiếu sáng sử dụng sơ đồ hình tia để thuận tiện cho việc quản lý và vận hành Mỗi tủ động lực cấp điện cho một nhóm phụ tải theo sơ đồ hỗn hợp, các phụ tải có công suất lớn và quan trọng sẽ nhận điện trực tiếp từ thanh cái của tủ, các phụ tải có công suất bé và ít quan trọng hơn được ghép thành các nhóm nhỏ nhận điện từ tủ theo sơ đồ liên thông (xích) Để dễ dàng thao tác và tăng thêm độ tin cậy cung cấp điện, tại các đầu vào và ra của tủ đều đặt các aptomat làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng

Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát mạng hạ áp động lực của PXSSCK

Sơ bộ lựa chọn các thiết bị điện

3.3.1 Thiết bị tủ hạ áp Ở chương II ta đã xác định được Aptomat tổng A0 là M25 và Aptomat nhánh A1 là NS250H, thanh góp bằng đồng loại 80 x 6 (mm 2 )

Aptomat tổng A 0 Aptomat nhánh A 1 Thanh góp

(A) Vật liệuThông số M25 690 2500 55 NS250H 690 250 10 80 x 8 2620 Đồng

Bảng 3.1 Thông số thiết bị tủ hạ áp 3.3.2 Cáp từ tủ hạ áp đến tủ phân phối

Cáp từ tủ hạ áp về tủ phân phối là loại cáp 4G70 có thông số như sau:

Bảng 3.2 Thông số cáp từ tủ hạ áp đến tủ phân phối Đường cáp S tt (kVA) I max (A) F (mm 2 ) I cp (A) L (m) Số dây

Kiểm tra kết hợp với Aptomat A1:

1,5 8,33 (A) (3.1) Vậy cáp đã chọn thỏa mãn

3.3.3 Thiết bị tủ phân phối

Aptomat tổng có thông số giống Aptomat nhánh A1 của tủ hạ áp, nghĩa là loại NS250H

Thanh cái trong tủ phân phối sẽ chọn làm bằng đồng và được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

K 1: Hệ số ứng với chiều đặt thanh góp, chọn thanh góp đặt nằm ngang, K 1=0,95

K 2: Hệ số hiệu chỉnh theo môi trường K 2=0,9

Vậy ta chọn thanh góp bằng đồng có I cp 40A, kích thước 25 x 3 mm 2

3.3.3.3 Aptomat nhánh Điều kiện chọn aptomat nhánh

Các aptomat này được chọn cùng một loại để thuận lợi cho quá trình lắp đặt và đặt hàng thiết bị

Ta có bảng lựa chọn Aptomat nhánh của Merlin Gerin như sau:

Bảng 3.3 Thông số Aptomat nhánh tủ phân phối

- Rbvqd và Xbvqd là điện trở và điện kháng của cuộn dây bảo vệ quá dòng điện

- Rtx là điện trở tiếp xúc

3.3.4 Cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực

Các nhóm động lực trên đều được bảo vệ bằng aptomat nhánh có dòng định mức là 100A Các đường cáp từ TPP đến các TĐL được bố trí đặt trong hầm cáp đi dọc đường của phân xưởng Chúng chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép, kiểm tra phối hợp với thiết bị bảo vệ và điều kiện ổn định nhiệt khi có ngắn mạch

Cáp từ TPP –TĐL1 được chọn như sau:

Do có 1 dây cáp nên K 2=1 → I cp ≥33,43 (A)

Vậy ta chọn cáp đồng 4 lõi do LENS chế tạo 4G16 có I cp 0A

Kiểm tra điều kiện:I cpCáp ≥I kđnh

1,5 ,33(A) Kết luận : Cáp đã chọn thỏa mãn

Tương tự với cáp còn lại có kết quả :

Bảng 3.4 Thông số cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực

Tuyến cáp I tt TĐL (A) 1.25∗I đm Ađl

3.3.5 Thiết bị tủ động lực (TĐL)

Aptomat tổng có thông số giống Aptomat nhánh của tủ phân phối, nghĩa là loại NC100H

Thanh cái trong tủ động lực sẽ chọn làm bằng đồng và được chọn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép

K 1: hệ số ứng với chiều đặt thanh góp, chọn thanh góp đặt nằm ngang, K 1=0,95

K 2: hệ số hiệu chỉnh theo môi trường K 2=0,9 Đối với TĐL1:

Vậy ta lựa chọn thanh góp bằng đồng có Icp = 340 A kích thước 25 x 3 mm 2

Tương tự với các TĐL khác ta có bảng sau:

Bảng 3.5 Thông số cáp thanh góp các tủ động lực

TT I tt TĐL (A) I tt TĐL

0.95∗0.9 (A) Kích thước (mm 2 ) I cp TG (A) Chiều dài (m)

3.3.5.3 Aptomat nhánh và dây dẫn đến từng thiết bị trong nhóm Điều kiện chọn aptomat nhánh

Dây dẫn điện từ TĐL đến các thiết bị chọn loại 4 lõi đặt trong ống thép có đường kính 3/4 ” chôn ngầm dưới nền phân xưởng. Điều kiện chọn dây dẫn:

1,5 Phân xưởng SCCK được chia làm 6 nhóm thiết bị Sau đây ta chỉ tính toán mẫu cho nhóm 1, các nhóm còn lại tương tự Ở chương 1 đã xác định cosφ = 0,6

Bảng 3.6 Thông số thiết bị nhóm 1

STT Tên thiết bị Ký hiệu trên sơ đồ Nhãn máy SL P đm (kW)

3 Máy tiện ren 3 IE6EM 1 3,2 3,2

1 Chọn Aptomat và cáp điện đến Máy tiện ren (1) và Máy khoan đứng (6)

√3 0,38 0,6 = 35,45 A Vậy ta chọn loại C6Oa do Merlin Gerin chế tạo có U đm A = 440V, I đm A = 40A

1,5 = 1,25 40 1,5 = 33,33 A Vậy ta chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi 4G2,5 do Lens chế tạo có Icp = 41 A

2 Chọn Aptomat và cáp điện đến Máy tiện ren (4), Máy cưa (11) và 3 Máy khoan bàn (13)

1,5 = 1,25 40 1,5 = 33,33 AVậy ta chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi 4G2,5 do Lens chế tạo có Icp = 41 A

3 Chọn Aptomat và cáp điện đến Máy tiện ren (2), Máy tiện ren (3), Máy khoan đứng

(5), Máy mài hai phía (12) và 3 Máy khoan bàn (13)

1,5 = 1,25 40 1,5 = 33,33 A Vậy ta chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi 4G2,5 do Lens chế tạo có Icp = 41 A

Bảng 3.7 Aptomat và cáp điện nhóm 1

STT Tên thiết bị Ký hiệu SL P đ

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý TĐL nhóm 1

Tương tự với các nhóm còn lại ta có bảng sau

STT Tên thiết bị Ký hiệu P đ (kW) I đm (A) Loại

STT Tên thiết bị Ký hiệu

Tính toán ngắn mạch hạ áp

3.4.1 Sơ đồ thay thế và các thông số

Hình 3.3 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch Để tính ngắn mạch phía hạ áp ta coi MBA phân phôi 35/0,4 kV là nguồn.

Tổng trở máy biến áp:

- Thanh góp tủ hạ áp có kích thước 80x8 mm 2 , dài L=1,2 m; mỗi pha ghép 2 thanh, khoảng cách trung bình hình học D = 300 mm có các thông số sau: r 0 =0,031(mΩ/m); x 0=0,179 (mΩ/m) r TG =1

- Thanh góp tủ phân phối (TG1) có kích thước 25x3 mm 2 dài L=1,2 m ; D 0 mm có các thông số sau: r 0 =0,268 (mΩ/m); x 0=0,295 (mΩ/m) r TG1 =r 0 L=0,268.1,2=0,3216 (mΩ) x TG1 =x 0 L=0,295.1,2=0,354 (mΩ)

- Aptomat tổng tủ hạ áp A0 là loại M25 có Iđm = 2500 A > 600 A nên ZA0 = 0 Ω

- Aptomat nhánh tủ hạ áp A1 là loại NS250H có

- Aptomat tổng tủ động lực A21đl là loại NC100H có

- Cáp từ tủ hạ áp về tủ phân phối PXSCCK là loại 4G70 có chiều dài L = 175 m r 0 =0,268 (mΩ/m) → Rcáp1 = r 0 l=0,268.175F,9 (mΩ) x 0 =0,06 (mΩ/m) → Xcáp1 = x 0 l=0,06.175,5 (mΩ)

- Cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực:

Ta tính với đoạn cáp TPP – TĐL1, Loại 4G16, L = 70 m r 0 =1,15 (mΩ/m) → Rcáp21 = r 0 l=1,15.70,5 (mΩ) x 0 =0,07 (mΩ/m) → Xcáp21 = x 0 l=0,07.70=4,9 (mΩ)

1 Tính ngắn mạch tại điểm N1

Dòng xung kích: i xk N 1 =1,8.√ 2 I N 1 =1,8.√ 2 23,73`,41 (kA)

RN2 = RB6 + RTG + RA1 + RCáp1 +RA2 = 1,6 + 0,0186 + 0,83 +46,9 + 0,83

XN2 = XB6 + XTG + XA1 + XCáp1 +XA2 = 9,6 + 0,1074 + 0,18 + 10,5 + 0,83

RN3 = RN2 + RTG1 + RA21 + RCáp21 +RAđl21 = 50,1786 + 0,3216 + 0,83 + 80,5 + 0,83

XN3 = XN2 + XTG1 + XA21 + XCáp21 +XAđl21 = 21,2174 + 0,354 + 0,86 + 4,9 + 0,86

Dòng xung kích: i xk N 3 =1,8.√ 2 I N 3 =1,8.√ 2 1,7= 4,33 (kA)

Tương tự ta cũng tính được dòng ngắn mạch N3 tại các TĐL khác:

Bảng 3.13 Dòng ngắn mạch tại thanh góp các TĐL

3.4.3 Kiểm tra các thiết bị đã chọn

3.4.3.1 Kiểm tra Aptomat đã chọn Điều kiện kiểm tra Icđm A ≥ IN

- Aptomat A0 loại M25: Icđm A = 55 kA ≥ IN1 = 23,73 kA, (thỏa mãn)

- Aptomat A1 và A2 loại NS250H: Icđm A = 10 kA ≥ IN2 = 4,24kA (thỏa mãn)

- Aptomat A2i và Ađl2i loại NC100H, Ta sẽ so sánh với dòng IN3max

Icđm A = 6 kA ≥ IN3max = 3,1397 kA (thỏa mãn)

Vậy các Aptomat đã chọn thỏa mãn, nên không phải chọn lại

3.4.3.2 Kiểm tra cáp từ TPP đến TĐL đã chọn Điều kiện kiểm tra: F ≥ F ôđn =α I N 3 √ t qđ

Bảng 3.14 Kiểm tra cáp đã chọn

Tuyến cáp F (mm 2 ) I N3 (kA) α I N 3 √ t qđ (mm 2 ) Kết luận

Sơ đồ chi tiết và đi dây mạng điện hạ áp phân xưởng SCCK

Hình 3.4 Sơ đồ mặt bằng đi dây PXSCCK

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho các thiết bị PXSCCK

Tiêu đề	Thiết kế cấp điện cho nhà máy luyện kim mầu
Tác giả	Trương Mạnh Hùng, Trần Việt Hoàng, Ngô Đăng Vỵ, Phạm Ngọc Lam Trường, Hà Quang Huy, Đới Duy Hoàng, Lê Viết Hiếu, Đinh Ngọc Cảnh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Hồng Nhung
Trường học	Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Hệ thống cung cấp điện
Thể loại	Bài Tập Lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	1,96 MB