Thiết kế mạng cung cấp điện cho nhà máy cơ khí và lắp đặt mẫu trạm biến áp phân xưởng

http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN LỜI NĨI ĐẦU - Điện dạng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành dạng lượng khác (nhiệt, cơ, hoá ), dễ truyền tải phân phối COM Chính điện dùng rộng rãi lĩnh vực hoạt động người - Điện nguồn lượng ngành công nghiệp, điều kiện quan trọng để phát triển đô thị khu vực dân cư Vì lý lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện phải trước bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện giai đoạn trước KS mắt mà dự kiến cho phát triển tương lai - Ngày nay, kinh tế nước ta bước phát triển, đời sống nhân dân ngày nâng cao Cùng với phát triển nhu cầu điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt BOO tăng trưởng không ngừng Đặc biệt với chủ trương kinh tế mở nhà nước, vốn đầu tư nước ngồi tăng lên làm nhà máy, xí nghiệp mọc lên nhiều Do địi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an tồn, tin cậy để sản xuất sinh hoạt Để làm điều nước ta cần phải có đội ngũ đơng đảo tài thiết kế, đưa ứng dụng công nghệ điện vào đời sống Sinh viên khoa điện tương lai không xa đứng đội ngũ Chính KIL O đồ án môn học cung cấp điện yêu cầu cấp thiết cho sinh viên khoa Nó kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp sinh viên, điều kiện sinh viên tự tìm hiểu nghiên cứu kiến thức ngành điện để hỗ trợ cho trình độ chuyên mơn Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ tư cịn ngồi ghế nhà trường kinh nghiệm thực tế cịn chưa có nhiều, cần phải có hướng dẫn giúp đỡ thầy giáo Qua em xin gửi lời cảm ơn tới thầy tận tình hướng dẫn, giúp em hồn thành tốt đồ án mơn học http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG GIỚI THIỆU NGÀNH NGHỀ VÀ QUI MÔ SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY 1.1 Quy mô, lực nhà máy - Nhà máy cần thiết kế cung cấp điện đề tài thiết kế có quy mơ Số mặt Tên phân xưởng (phân xưởng) COM lớn Nhà máy có phụ tải điện sau: Diện tích ( m2 ) Công suất đặt (kW) 200 1950 600 1800 400 1200 300 800 200 1200 150 640 Phân xưởng kết cấu kim loại Phân xưởng lắp ráp khí Phân xưởng đúc Phân xưởng nén khí Phân xưởng rèn Trạm bơm Phân xưởng sửa chữa khí 200 Xác định theo tính tốn Phân xưởng gia công gỗ 500 450 Bộ phận hành ban quản lý 400 80(Chưa kể chiếu sáng) 10 Bộ phận thử nghiệm 200 370 BOO Phụ tải chiếu sáng phân xưởng KIL O 11 KS Xác định theo diện tích - Dự kiến tương lai nhà máy mở rộng thay thế, lắp đặt thiết bị máy móc đại Đứng mặt cung cấp việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo gia tăng phụ tải tương lai mặt kĩ thuật kinh tế, phải đề phương án cấp điện cho không gây tải sau vài năm sản xuất không để dư thừa dung lượng mà sau vài năm nhà máy không khai thác hết dung lượng công suất dự trữ dẫn đến lãng phí 1.2 Giới thiệu phụ tải điện tồn nhà máy http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN 1.2.1 Các đặc điểm phụ tải điện Phụ tải điện nhà máy công nghiệp chia làm hai loại phụ tải COM Phụ tải động lực Phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực phụ tải chiếu sáng thường làm việc chế độ dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp tới thiết bị 380/ 220 V tần số công nghiệp f=50 Hz 1.2.2 Các yêu cầu cung cấp điện nhà máy - Các yêu cầu cung cấp điện phải dựa vào phạm vi mức độ quan trọng thiết bị để từ vạch phương thức cấp điện cho thiết bị phân xưởng nhà máy, đánh giá tổng thể toàn nhà máy ta thấy tỉ KS lệ (%) phụ tải loại I lớn tỉ lệ (%) phụ tải loại II III, nhà máy đánh giá hộ phụ tải loại I, yêu cầu cung cấp điện phải KIL O BOO đảm bảo liên tục http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ TỒN NHÀ MÁY 2.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính tốn cho khu vực COM cơng nghiệp 2.1.1 Khái niệm phụ tải tính tốn ( phụ tải điện ) Phụ tải tính tốn ( hay cịn gọi phụ tải điện ) phụ tải thực, cần thiết cho việc chọn trang thiết bị cung cấp điện (CCĐ) trạng thái vận hành hệ thống CCĐ Phụ tải tính tốn tổng công KS suất đặt thiết bị điện, việc sử dụng điện khơng có qui luật.Trong thực tế vận hành chế độ dài hạn người ta muốn phụ tải thực tế không gây phát nóng trang thiết bị CCĐ ( dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt ) Ngồi chế độ ngắn hạn không gây tác động cho thiết bị BOO bảo vệ ( ví dụ chế độ khởi động phụ tải cầu chì thiết bị bảo vệ khác không cắt ) Như phụ tải tính tốn thực chất phụ tải giả thiết tương đương với phụ tải thực tế vài phương diện Trong thực tế thiết kế người ta thường quan tâm đến hai yếu tố phụ tải gây phát nóng tổn thất, tồn hai loại phụ tải tính tốn cần phải xác định phụ tải tính tốn theo điều kiện phát nóng phụ tải tính tốn KIL O theođiều kiện tổn thất - Phụ tải tính tốn theo điều kiện phát nóng phụ tải giả thiết lâu dài khơng đổi tương đương với phụ tải thực tế biến thiên hiệu nhiệt lớn - Phụ tải tính tốn theo điều kiện tổn thất thường gọi phụ tải đỉnh nhọn phụ tải cực đại ngắn hạn xuất thời gian ngắn từ đến giây chúng chưa gây phát nóng cho trang thiết bị lại gây tổn thất nhảy bảo vệ làm đứt cầu chì Trong thực tế phụ tải đỉnh nhọn thường xuất khởi động động đóng cắt thiết bị điện khác http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Để xác định phụ tải tính tốn khó, ta dùng phương pháp gần tính tốn Có nhiều phương pháp vậy, người kỹ sư cần phải vào thông tin thu nhận giai đoạn thiết kế để chọn phương pháp thích hợp, có nhiều thơng tin ta chọn COM phương pháp xác 2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn phạm vi sử dụng a) Trong giai đoạn dự án khả thi: Thơng tin mà ta biết diện tích D ( ) khu chế xuất ngành công nghiệp ( nặng hay nhẹ ) khu chế xuất Chú ý: ha= 100m* 100m KS Mục đích dự báo phụ tải để chuẩn bị nguồn ( nhà máy điện, đường dây không, trạm biến áp ) BOO Từ thông tin ta xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Stt= s0.D ( 2-1 ) Trong đó: s0 ( kVA/ ) – suất phụ tải đơn vị diện tích D ( ) – diện tích sản xuất có bố trí thiết bị dùng điện Để xác định s0 ta dựa vào kinh nghiệm: KIL O - Đối với ngành công nghiệp nhẹ ( dệt, may, giầy dép, bánh kẹo, ) ta lấy s0= ( 100 ÷ 200 ) kVA/ - Đối với ngành công nghiệp nặng ( khí, hố chất, dầu khí, luyện kim, xi măng, ) ta lấy s0= ( 300 ÷ 400 ) kVA/ Nếu khu chế xuất xí nghiệp biết sản lượng ta xác định phụ tải tính tốn cho khu chế xuất theo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm tổng sản lượng a M Ptt = ( 2-2 ) Tmax Qtt = Ptt tgϕ ( 2-3 ) Trong đó: a0 ( kWh/ 1sp ) - điện cần thiết để sản xuất sản phẩm ( sp ) ( tra sổ tay ) M ( sp/ năm) – sản lượng cosϕ - hệ số công suất hữu cơng tồn khu chế xuất ( tra sổ tay với Tmax ) Tmax ( h ) – thời gian sử dụng công suất lớn ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.4 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ) Chú thích: Tmax thời gian hệ thống cung cấp điện truyền tải cơng suất lớn truyền tải lượng điện lượng điện truyền tải thực tế năm http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Ta xác định Tmax theo bảng sau: Nhỏ 3000 h Xí nghiệp ca Xí nghiệp ca Xí nghiệp ca X - Trong khoảng 3000 ÷ 5000 h X - Lớn 5000 h COM Các xí nghiệp Trong đó: X – ô ta chọn - – ô ta không chọn X Ptt ( 2-4 ) cosϕ b) Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng: Thông tin mà ta biết diện tích nhà xưởng D ( m2 ) cơng suất đặt KS 2 Từ ta có: S tt = Ptt + Qtt = Pđ ( kW ) phân xưởng phòng ban nhà máy Mục đích là: - Xác định phụ tải tính tốn cho phân xưởng - Chọn biến áp cho phân xưởng BOO - Chọn dây dẫn phân xưởng - Chọn thiết bị đóng cắt cho phân xưởng Phụ tải tính tốn phân xưởng xác định theo công suất đặt Pđ hệ số nhu cầu knc ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ) theo công thức sau: KIL O Ptt= Pđl= knc.Pđ Pcs= P0.D Qtt= Qđl= Ptt tgϕ ( 2-5 ) ( 2-6 ) ( 2-7 ) Từ ta xác định phụ tải tính tốn phân xưởng ( px ) sau: Pttpx= Pđl+ Pcs ( 2-8 ) Qttpx= Qđl+ Qcs ( 2-9 ) Vì phân xưởng dùng đèn sợi đốt nên phụ tải chiếu sáng ϕ= ( cosϕ= ), ta có Qcs= Pcs.tgϕ= Chú ý dùng đèn quạt ta có http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN cosϕ= 0.8, dùng quạt ( cosϕ= 0.8 ) đèn sợi đốt ( cosϕ=1 ) ta lấy chung cosϕ= 0.9 Trong công thức trên: knc - hệ số nhu cầu ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN COM ) Pđ - công suất đặt P0 ( W/m2 ) – suất phụ tải chiếu sáng ( trang 253, phụ lục I.2 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ) Pđl , Qđl – phụ tải động lực phân xưởng KS Pcs , Qcs – phụ tải chiếu sáng phân xưởng 2 Từ ta có: S ttpx = Pttpx + Qttpx Vậy phụ tải tính tốn xí nghiệp là: m BOO PttXN = k dt ∑ Pttpxi ( 2-10 ) i =1 m QttXN = k dt ∑ Qttpxi ( 2-11 ) i =1 KIL O 2 Từ ta có: S ttXN = PttXN + QttXN cos ϕ ttXN = Trong đó: PttXN S ttXN ( 2-12 ) ( 2-13 ) kđt – hệ số đồng thời ( thường có giá trị từ 0.85 ÷ ) m – số phân xưởng phòng ban c) Trong giai đoạn thiết kế chi tiết ( thiết kế nội thất ): Thông tin mà ta biết chi tiết, ta bắt đầu thực việc phân nhóm thiết bị máy móc ( từ ÷ 12 máy/ nhóm ) Sau ta xác định phụ tải http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN tính tốn nhóm n máy theo cơng suất trung bình Ptb hệ số cực đại kmax theo công thức sau: n Ptt = k max Ptb = k max k sd ∑ Pdmi ( 2-14 ) i =1 I tt = Trong đó: n – số máy nhóm ( 2-15 ) COM Qtt = Ptt tgϕ S tt 3.U dm KS Ptb - cơng suất trung bình nhóm phụ tải ca máy tải lớn n ( Ptb = k sd ∑ Pdmi ) i =1 BOO Pđm ( kW ) – công suất định mức máy, nhà chế tạo cho Uđm - điện áp dây định mức lưới (Uđm = 380 V ) ksd – hệ số sử dụng cơng suất hữu cơng nhóm thiết bị ( tra sổ tay trang 253, phụ lục I.1 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ) kmax – hệ số cực đại cơng suất hữu cơng nhóm thiết bị ( hệ số xác định theo hệ số sử dụng ksd số thiết bị dùng điện hiệu nhq , tra sổ tay trang KIL O 256, phụ lục I.6 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ) nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả: số thiết bị có cơng suất nhau, có chế độ làm việc gây phụ tải tính tốn phụ tải tính tốn nhóm thiết bị điện thực tế có cơng suất chế độ làm việc khác gây **) Các bước xác định nhq : - Bước 1: xác định nI số thiết bị có cơng suất lớn nửa cơng suất thiết bị có cơng suất lớn nI - Bước 2: xác định PI = ∑ Pdmi ( 2-16 ) i =1 http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN - Bước 3: xác định nI n ( 2-17 ) P* = PI P ( 2-18 ) COM n* = Trong đó: P – tổng cơng suất thiết bị nhóm thiết bị ( nhóm phụ tải ) xét - Bước 4: tra sổ tay trang 255, phụ lục I.5 sách THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN ta - Bước 5: tính nhq= n nhq* **) Chú ý: KS nhq* theo n* P* ( 2-19 ) - Nếu nhóm có phụ tải pha đấu vào Upha ( 220V ) quạt gió, BOO ta phải qui đổi pha sau: Pqd = 3.Pdm ( 2-30 ) - Nếu nhóm có phụ tải pha đấu vào Udây ( 380V ) biến áp hàn, ta qui đổi pha sau: Pqd = 3.Pdm ( 2-31 ) - Nếu nhóm có thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại cầu trục, cẩu, máy nâng, biến áp hàn, ta qui đổi chế độ dài hạn KIL O sau: Pqd = Pdm k d % ( 2-32 ) Trong kd% - hệ số đóng điện phần trăm lấy theo thực tế Ví dụ: cầu trục 14 kW có kd%=36% Pqd = 14 36% = 8.4 kW biến áp hàn 10 kW có kd%=25% Pqd = 10 25% = 8.66 kW Từ ta tính phụ tải tính tốn phân xưởng theo công thức sau: nm Pdl = k dt ∑ Ptti i =1 ( 2-33 ) http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN Pcs = P0 D ( 2-34 ) nm Qdl = k dt ∑ Qtti ( 2-35 ) i =1 Qcs = Pcs tgϕ cs COM ( 2-36 ) Các phân xưởng nhà máy thực tế thường dùng đèn sợi đốt nên Qcs = Vậy ta tính được: Ppx = Pdl + Pcs ( 2-37 ) KS Q px = Qdl + Qcs ( 2-38 ) Q px = Qdl ( Qcs= ) BOO S px = Ppx2 + Q px cos ϕ px = Trong đó: ( 2-41 ) S px S px 3.U dm ( 2-40 ) ( 2-42 ) KIL O I ttpx = Ppx ( 2-39 ) nm – số nhóm máy phân xưởng mà ta phân kđt – hệ số đồng thời ( thường có giá trị từ 0.85 ÷ ) **) Nhận xét: phương pháp thường dùng để tính phụ tải tính tốn cho nhóm thiết bị, cho tủ động lực toàn phân xưởng Nó cho kết xác, phương pháp địi hỏi lượng thơng tin đầy đủ phụ tải như: chế độ làm việc phụ tải, công suất đặt phụ tải, số lượng thiết bị nhóm ( ksdi, Pdmi, cosϕi, ) d) Trong giai đoạn phát triển tương lai nhà máy: 10 http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN I cp ≥ I cp ≥ I dm 22.8 = = 24.78 k hc 0.92 I dcCC = α 50 = 16.67 A COM Chọn dây 4G 2.5 mm2 có Icp= 31 A Các máy khác nhóm khác chọn tương tự, kết ghi KIL O BOO KS bảng 45 44 43 49 50 43 50 Bộ phận sửa chữa 45 COM 47 59 55 48 Kho phụ tùng vật liệu 13 Phòng thử nghiệm 64 70 16 65 35 34 10 68 67 Bộ phận sửa chữa điện 51 60 66 69 14 Bộ phận máy công cụ 17 KS 61 56 Khu lắp ráp 54 53 13 18 39 36 31 13 33 38 28 40 30 30 21 23 22 27 Bộ phận mài 15 25 Phòng kiểm tra kỹ thuaät 38 11 24 32 41 42 26 30 20 29 Bộ phận khuôn Bộ phận nhiệt luyện Kho thành phẩm 19 BOO 46 63 52 12 13 46 58 64 12 Mặt dây phân xưởng sửa chữa khí (bản vẽ số 2) tỉ lệ 1/250 KIL O http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN CHƯƠNG TÍNH BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN XÍ NGHIỆP 5.1 Ý nghĩa việc bù cơng suất phản kháng xí nghiệp COM Phần lớn hộ cơng nghiệp q trình làm việc tiêu thụ từ mạng điện công suất tác dụng P lẫn công suất phản kháng Q Các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng là:động không đồng bộ,tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng mạng điện nhà máy,máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25% Đường dây thiết bị tiêu thụ khoảng 10%, tuỳ thuộc vào thiết bị mà nhà máy tiêu thụ lượng cơng suất phản kháng nhiều hay KS Truyền tải lượng công suất phản kháng qua dây dẫn máy biến áp gây tổn thất điện áp ,tổn thất điện lớn làm giảm khả truyền tải phần tử mạng điện Do để có lợi kinh tế - kỹ thuật lưới điện cần nâng cao hệ số công suất tự nhiên đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần nơi tiêu thụ để tăng hệ số công suất cos ϕ làm giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệ thống điện 5.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ BOO 5.2.1 Bù cosϕ tự nhiên a) Thay đổi cải tiến quy trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý KIL O Căn vào điều kiện cụ thể cần xắp xếp quy trình công nghệ cách hợp lý Việc giảm bớt tác động nhân công thừa áp dụng biện pháp gia công tiên tiến đưa tới kết tiết kiệm điện, giảm bớt điện tiêu thụ cho đơn vị sản phẩm Trong nhà máy ,các thiết bị có cơng suất lớn thường nơi tiêu thụ nhiều điện cần nghiên cứu để thiết bị vận hành chế độ kinh tế tiết kiệm Ở nhà máy có cơng suất lớn ,các máy cơng cụ thường tiêu thụ khoảng từ 30-40% công suất điện cung cấp cho tồn nhà máy Vì định chế độ vận hành hợp lý cho máy có ảnh hưởng lớn đến vấn đề tiết kiệm điện.Theo kinh nghiệm vận hành hệ số phụ tải máy cơng suất lớn gần điện tiêu hao đơn vị sản phẩm giảm tới mức tối thiểu ,vì cần bố trí cho máy luôn làm việc đầy tải Máy bơm quạt hộ tiêu thụ nhiều điện, có nhiều máy bơm hay máy quạt làm việc song song phải điều chỉnh tốc độ phương thức vận hành chúng để đạt phương thức vận hành kinh tế tiết kiệm Các lò điện ( điện trở, điện cảm, hồ quang ) thường có cơng suất lớn vận hành liên tục thời gian dài ,vì cần xếp để chúng làm việc ba ca,tránh tình trạng làm việc lúc gây tình trạng căng thẳng phương diện cung cấp điện 47 http://kilobooks.com THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN b) Thay động khơng đồng làm việc non tải động có công suất nhỏ Khi làm việc động không đồng tiêu thụ công suất phản kháng Q = Q0+(Qđm-Q0)*Kpt2 COM Trong : Q0 - Cơng suất phản kháng lúc động làm việc không tải Qđm - Công suất phản kháng lúc động làm việc định mức Kpt - Hệ số phụ tải Công suất phản kháng không tải Q0 thường chiếm khoảng 60-70% công suất phản kháng định mứcQđm Hệ số công suất động tính theo cơng thức sau: P = S KS cos ϕ =  Q0 + (Qdm - Q0 )* K pt  1+   P * K dm pt   Từ công thức ta dễ thấy động làm việc non tải ( Kpt bé ) cos ϕ thấp KIL O BOO Điều kiện kinh tế cho phép thay động là: việc thay phải giảm tổn thất công suất tác dụng mạng động ,vì có việc thay có lợi Các tính tốn cho thấy : -Nếu Kpt