Đồ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP

Đồ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP.Trong đó công nghiệp luôn là lĩnh vực tiêu thụ điện năng lớn nhất. Chất lượng điện áp ổn định luôn là một yêu cầu quan trọng. Với quá trình trỗi dậy mạnh mẽ của nền kinh tế sau mở cửa, hội nhập vào nền kinh tế toàn cầu, ngành công nghiệp, nhà máy cơ khí không nằm ngoài nhu cầu đó. Vì thế đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện là mối quan tâm hàng đầu trong thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp nói chung và các nhà máy cơ khí nói riêng. Với một sinh viên theo học chuyên ngành điện công nghiệp, sẽ phải nắm vững và ứng dụng được các kiến thức đã học vận hành, sửa chữa thiết bị điện khi có sự cố, hoặc thiết kế các hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, phân xưởng khi có yêu cầu.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHÂN XƯỞNG LẮP RÁP VÀ YÊU CẦU

Vị trí địa lí và vai trò kinh tế

Trong công nghiệp ngày nay ngành cơ khí là một ngành công nghiệp then chốt của nền kinh tế quốc dân tạo ra các sản phẩm cho các ngành công nghiệp khác cũng như nhiều lĩnh vực trong kinh tế và sinh hoạt Đáp ứng nhu cầu của sự phát triển kinh tế, các nhà máy chiếm một số lượng lớn và phân bố rộng khắp cả nước.

Nhà máy đang xem xét đến là nhà máy cơ khí chuyên sản xuất các thiết bị cung cấp cho các nhà máy công nghiệp

Bảng 11: Bảng phụ tải tính toán của nhà máy cơ khí số 3

Stt Tên phân xưởng P tt

Do tầm quan trọng của tiến trình CNHHĐH đất nước đòi hỏi có nhiều thiết bị, máy móc Vì thế nhà máy có tầm quan trọng rất lớn Là một nhà máy sản xuất các thiết bị công nghiệp vì vậy phụ tải của nhà máy đều làm việc theo dây chuyền, có tính chất tự động hóa cao Phụ tải của nhà máy chủ yếu là phụ tải loại 1 và loại 3

Nhà máy cần đảm bảo được cung cấp điện liên tục Do đó nguồn điện cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian.

Có nhiệm vụ sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị máy móc cơ điện của nhà máy Phân xưởng này cũng trang bị nhiều máy móc vạn năng có độ chính xác cao nhằm đáp ứng yêu cầu sửa chữa phức tạp của nhà máy Mất điện sẽ gây lãng phí lao động, ta xếp phân xưởng này vào hộ tiêu thụ loại 3.

Có nhiệm vụ sản xuất nhiều sản phẩm cơ khí đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật Quá trình thực hiện trên máy cắt gọt kim loại khá hiện đại với dây chuyền tự động cao Nếu điện không ổn định, hoặc mất điện sẽ làm hỏng các chi tiết đang gia công gây lãng phí lao động Phân xưởng này ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 3.

1.1.3 Phân xưởng đúc thép, đúc gang Đây là hai loại phân xưởng mà đòi hỏi mức độ cung cấp điện cao nhất.

Nếu ngừng cấp điện thì các sản phẩm đang nấu trong lò sẽ trở thành phế phẩm gây ảnh hưởng lớn về mặt kinh tế Ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1.

Phân xưởng thực hiện khâu cuối cùng của việc chế tạo thiết bị, đó là đồng bộ hóa các chi tiết máy Máy móc có đảm bảo chính xác về mặt kỹ thuật, hoàn chỉnh cũng như an toàn về mặt khi vận hành hay không là phụ thuộc vào mức độ liên tục cung cấp điện Xếp vào hộ tiêu thụ loại 3

Phân xưởng được trang bị các máy móc và lò rèn để chế tạo ra phôi và các chi tiết khác đảm bảo độ bền và cứng… xếp vào hộ tiêu thụ loại 3.

Các phương pháp xác định phụ tải

- Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất.

- Xác định phụ tải tính toán theo công suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm.

- Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.

- Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại Kmax và công suất trung bình (theo số thiết bị dùng điện có hiệu quả).

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì nó kể đến nhiều yêu tố ảnh hưởng như số thiết bị trong nhóm và chế độ làm việc của thiết bị Do đó ta chọn phương pháp này để xác định phụ tải tính toán cho nhà máy.

Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:

Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, thông thường thì những phương pháp đơn giản lại cho kết quả không thật chính xác, còn nếu muốn chính xác thì phương pháp tính toán lại quá phức tạp Do vậy tùy theo thời điểm và giai đoạn thiết kế mà ta lựa chọn phương pháp tính cho phù hợp Dưới đây em xin đề cập một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất:

1.2.1 Xác định phụ tải theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Ptt công suất tính toán

Knc hệ số nhu cầu

Nói một cách gần đúng có thể coi Pđ = Pđm

Pđi: Công suất định mức của thiết bị thứ i (KW)

Pđmi: Công suất định mức của thiết bị thứ i (KW).

Ptt, Qtt, Stt: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất toàn phần tính toán của nhóm thiết bị (KW, KVAr, KVA). n: Số thiết bị trong nhóm.

Nếu hệ số công suất cosφ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau, ta phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau: n n n

Hệ số nhu cầu của các loại máy khác nhau có trong các sổ tay.

Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là kém chính xác Bởi vì hệ số nhu cầu Knc tra được trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy Nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu sẽ không chính xác.

1.2.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Công thức tính như sau:

P0: Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất, (KW/m 2 ) Trị số của P0 có thể tra trong các sổ tay Trị số P0 của từng loại phân xưởng do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có.

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng Nó cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều như phân xưởng dèn dập, lắp ráp v.v

1.2.3 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại K max và công suất trung bình P tb

(còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq )

Bảng 1-2 : Số liệu phụ tải phân xưởng lắp ráp

Stt Tên Thiết bị Ký hiệu

P đmi (1-6) +Khi n ≥ 4 thì phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:

Ksd: hệ số sử dụng của nhóm thiết bị. kmax: Hệ số cực đại, tra đồ thị hoặc tra theo hai đại lượng ksd và số thiết bị dùng điện có hhiệu quả nhq.

*Trình tự tính số thiết bị dùng điện có hiệu quả nhp:

+Xác định n1 là số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm.

+Xác định p1 là công suất của n1 thiết bị điện trên.

Trong đó : n: Tổng số thiết bị trong nhóm p: Tổng công suất của nhóm (kw), p = ∑ p đmi

Từ n* và p* tra bảng tài liệu 1 – phụ lục 1.5 Ta được n hq*

Xác định nhq theo công thức : n hq = n hq* n

Tra bảng phụ lục 1.6 theo Ksd và nhq ta tìm được kmax Cuối cùng tính được phụ tải tính toán phân xưởng.

Ppx = Pttpx + Pcs = Kđt Ptti + P cs (1-8)

1.2.4 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

M: Số đơn vị sản phẩm được sản xuất trong một năm.

W0: Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp)

Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h).

Phương pháp này được sử dụng cho tính toán các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước, máy nén khí… Khi đó tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.

Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng lắp ráp

Để có số liệu tính toán thiết kế sau này ta chia các thiết bị trong phân xưởng thành từng nhóm Việc chia nhóm căn cứ vào các nguyên tắc sau:

Các thiết bị gần nhau đưa vào một nhóm.

Một nhóm tốt nhất là có số thiết bị n ≤ 8. Đi dây thuận lợi không được chồng chéo, góc lượn của ống luồn phải lớn hơn hoặc bằng 120º ( ≥120º) ngoài ra có thể kết hợp các công suất các nhóm gần bằng nhau.

Căn cứ vào mặt bằng phân xưởng và sự sắp xếp bố trí của các máy móc ta chia thiết bị trong phân xưởng cơ điện thành 3 nhóm.

1.3.1 Phụ tải tính toán nhóm 1

Bảng 1-3: Danh sách thiết bị nhóm 1

STT Tên thiết bị Kí hiệu Số lượng Công suất(KW) Cosφ Ksd

- Số thiết bị có trong nhóm là n = 8

-Thiết bị có công suất lớn nhất là Máy doa:

-Thiết bị có công suất đặt lớn hơn hoặc bằng 1/2 công suất của máy có công suất lớn nhất :

0,5 Pmax = 8 (KW) => n1 = 5 -Tổng công suất của n1 thiết bị là:

-Tổng công suất có trong nhóm của n thiết bị là:

- Số thiết bị điện có hiệu quả: n* = n 1 n = 5 8 = 0,63 p* = P 1

Từ n* và p* bảng 1.5 Trang 270 (Giáo trình Thiết kế cấp điện của Vũ Văn Tẩm Ngô Hồng Quang ) ta được: n*hq = f(n*,p*) = (0,63 ;0,8) = 0,835

Số thiết bị dùng có hiệu quả là: nhq = n*hq n = 0,835 8 = 6,68 Tính ksdtb = 0,162 và cosφtb = 0,68 ,nhq = 7 ta tìm được kmax = 2,48

Công suất tác dụng nhóm 1:

P đm = 2,48 0,162 90,5= 36,36 (kW)Công suất phản kháng của nhóm 1 được xác định theo Ptt.

Qtt1 = Ptt tgφ = 36,36 1,08 = 39,27(kVAr) Công suất toàn phần của nhóm 1

1.3.2 Phụ tải tính toán nhóm 2

Bảng 1-4: Danh sách thiết bị nhóm 2

STT Tên thiết bị Kí hiệu Số lượng Công suất(KW) Cosφ Ksd

- Số thiết bị có trong nhóm là n = 8

-Thiết bị có công suất lớn nhất là Máy khoan và Tiện đứng:

-Thiết bị có công suất đặt lớn hơn hoặc bằng 1/2 công suất của máy có công suất lớn nhất :

0,5 Pmax = 5(KW) => n1 = 8 -Tổng công suất của n1 thiết bị là:

-Tổng công suất có trong nhóm của n thiết bị là:

- Số thiết bị điện có hiệu quả: n* = n 2 n = 8 8 = 1 p* = P 2

Từ n* và p* bảng 1.5 Trang 270 (Giáo trình Thiết kế cấp điện của Vũ Văn Tẩm NgôHồng Quang ) ta được: n*hq = f(n*,p*) = (1 ;1) = 0,95

Số thiết bị dùng có hiệu quả là: nhp = n*hq n = 0,95 8 = 7.6 Tính ksdtb = 0,156 và cosφtb = 0.73 ,nhq = 8 ta tìm được kmax = 2,31

Công suất tác dụng nhóm 2:

Công suất phản kháng của nhóm 2 được xác định theo Ptt.

Qtt2 = Ptt2 tgφ = 26,67 1,08 = 28,81 (kVAr) Công suất toàn phần của nhóm 2

1.3.3 Phụ tải tính toán nhóm 3

Bảng 1-5: Danh sách thiết bị nhóm 3

STT Tên thiết bị Kí hiệu Số lượng Công suất(KW) Cosφ Ksd

- Số thiết bị có trong nhóm là n = 8

-Thiết bị có công suất lớn nhất là Máy doa

-Thiết bị có công suất đặt lớn hơn hoặc bằng 1/2 công suất của máy có công suất lớn nhất :

0,5 Pmax = 8 (KW) => n1 = 7-Tổng công suất của n3 thiết bị là:

-Tổng công suất có trong nhóm của n thiết bị là:

- Số thiết bị điện có hiệu quả: n* = n 3 n = 7 8 = 0,875 p* = P 3

Từ n* và p* bảng 1.5 Trang 270 (Giáo trình Thiết kế cấp điện của Vũ Văn Tẩm Ngô Hồng Quang ) ta được: n*hq = f(n*,p*) = (0,875 ;0,94) = 0,9

Số thiết bị dùng có hiệu quả là: nhp = n*hq n = 0,95 8 = 7.2

Tính ksdtb = 0,166 và cosφtb = 0,65 ,nhq = 8 ta tìm được kmax = 2,31

Công suất tác dụng nhóm 3:

Công suất phản kháng của nhóm 3 được xác định theo Ptt.

Qtt3 = Ptt3 tgφ = 39,88 1,17 = 46,66 (kVAr) Công suất toàn phần của nhóm 3:

1.3.4 Xác định phụ tải chiếu sáng phân xưởng lắp ráp.

Chọn loại đèn: Đèn Halogen Kim Loại

∅ đ 000lm Độ treo cao đèn:

Hệ số sử dụng của đèn: CU=0,8 i= a b

Hệ số mất ánh sáng LLF=0,8

Xác định số bộ đèn cần dùng là: Nđ

1 dãy 3 đèn, cách nhau 7m, cách tường 2,5m

1 dãy 2 đèn, cách nhau 7m, cách tường 2,25m

Chọn aptomat tủ chiếu sáng

Tra sổ tay ta chọn Aptomat từ 6 đến 63A (MCCB) do hãng Mitsubishi (Nhật Bản) chế tạo có thông số như sau:

Chọn cáp từ tủ động lực tới tủ chiếu sáng:

Chọn cáp từ tủ chiếu sáng tới các dãy đèn

1.3.5 Xác định phụ tải cho nhà kho:

Trong nhà kho hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn huỳnh quang cos=0,8 : Tra sổ tay ta tìm được P 0 (W/m 2 ¿

Phụ tải chiếu sáng của nhà kho là:

Công suất tính toán của nhà kho là:

P tt 1 =3,15 Công suất phản kháng của nhà kho là:

1.3.6 Xác định phụ tải cho nhà hành chính:

Trong nhà hành chính hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn huỳnh quang cos=0,8 : Tra sổ tay ta tìm được P 0 (W/m 2 ¿

Phụ tải chiếu sáng của nhà hành chính là:

Công suất tính toàn của nhà hành chính là:

Công suất phản kháng của nhà hành chính là:

1.3.7 Xác định phụ tải tính toán cho toàn phân xưởng

Phụ tải toàn phần của phân xưởng chưa kể chiếu sáng:

Qđl = Kđt ∑ Q tti = 0,85 (39,27+28,81+46,66) = 97,529 (kW) Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng:

Xác định phụ tải cho nhà máy

Phụ tải tính toán của toàn nhà máy (Pttnm) được phân chia thành các thành phần:

- Thành phần thứ nhất là tổng hợp tất cả các phụ tải tính toán của các phân xưởng cho ở Bảng 1.6 (Bao gồm cả phụ tải tính toán động lực và phụ tải chiếu sáng)

- Thành phần thứ hai là phụ tải tính toán ngoài phân xưởng, chủ yếu đó là phụ tải chiếu sáng cho phần diện tích mặt bằng bên ngoài các phân xưởng, các nhà hành chính, nhà kho, bãi trống…Các phần diện tích này được chiếu sáng đồng thời như nhau, việc xác định phụ tải này cũng dựa vào phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích.

1.4.1 Xác định phụ tải tính toán trong phân xưởng

PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY CƠ KHÍ SỐ 3

Bảng 1.6: Cho ta các giá trị phụ tải tính toán của các phân xưởng

Stt Tên phân xưởng P tt

Từ bảng số liệu trên ta c:

Tổng phụ tải loại I của nhà máy:

S ttloai 1 K dt K pt √ P ttlo ại 1 2 +Q ttlo ạ i 1 2 =1,05.0,85 √ (580+430+ 3,15+ 100+ 180) 2 +(495+ 390+ 2,36 +80+150 ) 2 25,30

1.4.2 Xác định phụ tải chiếu sáng của toàn nhà máy.

- Diện tích toàn nhà máy ( Fnm )

Fnm = a.b.α 2 a = 21.8 (cm): Chiều dài nhà máy b 8 (cm) : Chiều rộng nhà máy α = 1000 : Hệ số tỷ lệ

- Với sơ đồ mặt bằng nhà máy ta tính được diện tích của các phân xưởng như bảng

(P0 (công suất chiếu sáng) tra bảng PL.17 (trang 328 – HTCC điện Nguyễn Công Hiền - Nguyễn Mạnh Hoạch)

Tổng diện tích các phân xưởng là :

- Diện tích ngoài phân xưởng

* Phụ tải chiếu sáng đất trống và đường đi là

Qcsđt-đđ = Pcsđt-đđ Tg = 4,63.0,75= 3,48 (kVAr) Tra bảng PL1.7 (Trang 325 – HTCCĐ) ta có suất phụ tải chiếu sáng cho đất trống và đường đi là :

1.4.3 Phụ tải tính toán nhà máy

Trong đó : kpt = 1,05 là hệ số phát triển của nhà máy.

Hệ số công suất của toàn nhà máy :

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG LẮP RÁP VÀ NHÀ MÁY

Mạng điện phân xưởng dùng để cấp và phân phối điện năng cho phân xưởng nố phải đảm bảo các yếu tối kinh tế kĩ thuật như sau : Đơn giản, tiết kệm về vốn đầu tư, thuận tiện khi vận hành sửa chữa, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đảm bảo chất lượng điện năng giảm đến mức nhỏ nhất các tổn hao công suất phụ.

Sơ đồ nối dây của phân xưởng có 3 dạng cơ bản :

- Sơ đồ nối dây hình tia

- Sơ đồ nối dây phân nhánh

Sơ đồ nối dây hình tia có ưu điểm là việc nối dây đơn giản, rõ rang, độ tin cậy cao, dễ thực hiện các biện pháp tự động hóa, dễ vận hành, bảo quản, sửa chữa, nhưng có nhược điểm là vốn đầu tư lớn.

2.2 Chọn và thiết kế sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng

* Sơ đồ hình tia Ưu điểm: Việc nối dây đơn giản, độ tin cậy cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành, bảo quản sửa chữa.

Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn

Loại sơ đồ hình tia này thường được dùng ở các hộ loại I và loại II.

(a) ÐC ÐC ÐC ÐC ÐC

Hình 2.1: Sơ đồ mạng điện hạ áp kiểu hình tia.

* Hình 2.1a: Sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán Từ thanh cái của trạm biến áp có các đường dây dẫn đến các tủ động lực Từ thanh cái tủ động lực có các đường dây dẫn đến phụ tải Loại sơ đồ này có độ tin cậy cao

* Hình 2.1b : Là sơ đồ hình tia dùng để cung cấp điện cho các phụ tải tập trung Từ thanh cái của trạm biến áp có các đường dây cung cấp thẳng cho các phụ tải Loại sơ đồ này thường được dùng trong các phân xưởng có công suất tương đối lớn như: các trạm bơm, lò nung, trạm khí nén…

* Sơ đồ phân nhánh Ưu điểm: Sơ đồ này tốn ít cáp, chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều

Nhược điểm: Độ tin cậy cung cấp điện thấp.

Loại sơ đồ phân nhánh này thường dùng cho các hộ loại III. b ) a )

Hình 2.2: Sơ đồ mạng điện hạ áp kiểu phân nhánh

Sơ đồ phân nhánh; b) Máy biến áp và đường trục phân nhánh.

Hệ thống cung cấp điện trong phân xưởng đảm bảo việc cung cấp điện bên trong phân xưởng kể từ trạm biến áp nhà máy tới các thiết bị dung điện, vì số máy của mạng lớn, đường dây tổng cộng dài, số thiết bị nhiều nên cần phải chọn lựa được phương án tốt nhất.

Căn cứ vào đặc điểm và yêu cầu cung cấp điện cho phân xưởng lắp ráp ta thiết kế sơ đồ cung cấp điện cho các sơ đồ phụ tải động lực là kiểu sơ đồ hình tia.

Cấu trúc sơ đồ hình tia mạng điện phân xưởng lắp ráp được mô tả như sau: Đặt 1 tủ phân phối điện từ trạm biến áp về và cấp cho 4 tủ động lực, 3 tủ động lực cấp cho 3 nhóm phụ tải đã được phân nhóm ở trên, 1 tủ động lực cho phụ tải chiếu sáng phân xưởng Đặt rải rác cạnh tường phân xưởng mỗi tủ động lực cũng cấp điện cho 1 phụ tải.

Tủ động lực đặt ở vị trí thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Càng gần trung tâm phụ tải của nhóm máy càng tốt

Thuận tiện cho các hướng đi dây

Thuận tiện cho các thao tác vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng

Tủ phân phối được đặt ở vị trí thỏa mãn các điều kiện sau:

Gần trung tâm phụ tải các tủ động lực

Thuận tiện cho các hướng đi dây

Thuận tiện cho các thao tác vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng Đi dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối trung gian bằng cáp 3 pha 4 lõi cách điện đặt trong hào cáp có nắp đậy bê tông. Đi dây từ tủ phân phối tới tủ động lực bằng cáp bọc cách điện. Đi dây từ tủ động lực tới các máy bằng cáp 3 pha 4 lõi bọc cách điện tăng cường luồn trong ống thép chôn ngầm dưới nền nhà xưởng sâu khoảng 30cm, mỗi mạch đi dây không nên uốn góc quá 2 lần, uốn góc không được nhỏ hơn

Sơ đồ nguyên lí cho phân xưởng lắp ráp như hình:

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lí hệ thống cung cấp điện hình tia

2.3 Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp nhà máy Để đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế thì số lượng và dung lượng của các MBA cần phải thoả mãn những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

+ Các trạm BA đặt càng gần trung tâm phụ tải càng tốt để giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất Trong 1 nhà máy nên ta chọn càng ít loại MBA càng tốt điều này thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, thay thế và việc chọn thiết bị cao áp, thuận lợi cho việc mua sắm thiết bị.

+ Số lượng và dung lương MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất đồng thời phù hợp với yêu cầu CCĐ của nhà máy.

+ Có khả năng hạn chế dòng ngắn mạch.

+ Có khả năng thiết lập hệ thống dự phòng và có thể phát triển mở rộng trong tương lai.

+Vốn đầu tư và chi phí vận hành hợp lý

+ Khi làm việc bình thường:

S dmBAi : Tổng công suất định mức của các máy biến áp

Sttnm : Công suất tính toán của nhà máy

+ Khi xảy ra sự cố:

Trong đó: n: số máy biến áp trong trạm.

Kqt : Hệ số quá tải của máy biến áp Chọn Kqt = 1,4.

Sttqt : Phụ tải quan trọng mà MBA phải cung cấp khi xảy ra sự cố.

Dựa vào những yêu cầu cơ bản trên, căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và phụ tải của các phân xưởng yêu cầu CCĐ với phụ tải tính toán của nhà máy cơ khí

- Nguồn cung cấp có cấp điện áp là 22 (kV)

Dùng 2 MBA 1600 KVA - 22/0,4 KV Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây do ABB sản xuất đặt làm một trạm cung cấp cho các phân xưởng Phụ tải phân bố trong từng trạm và từng máy biến áp trong bảng.

Phương án II: Đặt 3 MBA 1000 – 22/ 0,4 do Việt Nam sản xuất Phụ tải phân bố cho từng trạm và từng máy biến áp được phân bố như trong bảng 2.1.

Công thức tính hệ số phụ tải máy biến áp

Bảng 2.1: Phương án chọn máy biến áp

Phương án MBA số (KVA) CCĐ cho phân xưởng S pt (KVA)

Phân xưởng cơ điện Phân xưởng dụng cụ Phân xưởng cơ khí Phân xưởng lắp ráp Nhà kho Trạm bơm thải Chiếu sáng phân xưởng

Phân xưởng mộc mẫu Nhà hành chính Phân xưởng đúc gang Phân xưởng đúc thép

Rèn dập Phân xưởng cơ điện 955

Phân xưởng dụng cụ Phân xưởng cơ khí

Nhà kho Trạm bơm thải Phân xưởng đúc gang

Phân xưởng bánh răng Nhà hành chính

2.3.2 So sánh về chỉ tiêu kinh tế Để so sánh kinh tế tương đối giữa các phương án, có thể dung hàm chi phí tính toán

Trong đó: avh :Hệ số khấu hao do vận hành Với trạm và đường cáp lấy avh = 0,1 atc : Hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư phụ.

KT :Thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ Đối với ngành điện nước ta thường lấy KT = 5 (năm)

C = g. A :Chi phí tổn thất hang năm của các trạm. g : giá tiền 1 (KWh) điện năng Lấy g = 2000 (đ/kWh)

Tổn thất điện năng trong trạm (kWh).

Tổn thất công suất trong các MBA vận hành độc lập, được xác định như sau:

Trong đó: t = 8760 (h) : Thời gian vận hành thực tế MBA trong năm.

Spt : Phụ tải tính toán của cả trạm (kVA)

SdmBA : Phụ tải định mức của cả trạm ( kVA)

 : Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất.

  , tra  ở hình 6 -–10b (trang 121_ CCĐ của Nguyễn Xuân Phú, NXB khoa học và kỹ thuật)

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất với nhà máy cơ khí.

 : Tổn thất công suất tác dụng không tải và công suất ngắn mạch.

CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG VÀ NHÀ MÁY

Việc tính chọn các thiết bị trong mạng điện nhằm đảm bảo cho các thiết bị làm việc tin cậy, vận hành an toàn và sửa chữa thuận tiện Các điều kiện đầu chọn gần giống các điều kiện làm việc ở chế độ dài hạn như Idm, Udm … Các điều kiện kiểm tra và những điều kiện làm việc trong chế độ ngắn mạch và những sự cố bao gồm các điều kiện về ổn định lực điện động và ổn định nhiệt.

3.1 Chọn các thiết bị trong mạng điện

3.1.1 Chọn các thiết bị cao áp

3.1.1.1 Chọn dây dẫn tải điện từ nguồn tới đầu vào trạm MBA

Giả sử trạm biến áp cách nguồn 1 km nên ta phải thiết kế đường dây trên không đi hai lộ đơn từ nguồn đến trạm biến áp nhà máy.

Ta chọn dõy dẫn theo điều kiện phát núng, điều kiện chọn như sau.

K1 : Hệ số đến nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ tiêu chuẩn Môi trường đặt dây dẫn là không khí nên t 0 = t 0 tc = 30 0 C, và nhiệt độ lớn nhất cho phép phát nóng của dây dẫn là: 70 0 C Do đó K1 = 0,95.

K2 = 1: Hệ số xét đến ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau.

K3 = 1 :Hệ số xét đến điều kiện làm việc ở chế độ dài hạn.

Ilv max : Dòng điện lớn nhất chảy qua dây dẫn xuất hiện khi một đường dây tải điện bị sự cố Khi đó đường dây còn lại sẽ mang tải cuả từng máy biến áp

= 26,25 0,95.1.1= 44,2 (A) Tra bảng B.9.12 (Trang 298_Cáp 12-24kv cách điện XLPE có đai thép , vỏ PVC do hãng ALCATEL chế tạo )

S = 50 (mm 2 ) Trong đó S là tiết diện của phần nhôm.

Chọn thanh cái theo điều kiện phát nóng, thanh cái bằng đồng.

K1 : Hệ số kể đến nhiệt độ môi trường xung quanh khác với nhiệt độ tiêu chuẩn (t o xq = 25 o

C, t o tc = 30 o C ) Tra bảng 2.57- trang 655- CCĐ của Nguyễn Xuân Phú, ta chọn

K2 = 1 : Mỗi pha chỉ có một thanh cái.

K3 = 0,95 : Hệ số hiệu chỉnh theo cách lắp dặt đối với thanh cái đặt nằm.

0,95.1.0,95= 46,5 (A) Tra bảng 7.4 (Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang) ta chọn thanh cái cao áp với các số liệu kỹ thuật ghi trong bảng 3.1.

Bảng 3.1: Thông số của thanh cái cao áp Đường kính

(mm) Tiết diện (mm 2 ) I (A) Vật liệu Khối lượng(kg/m)

3.1.1.3 Chọn sứ đỡ thanh cái cao áp

Sứ có nhiệm vụ làm giá đỡ, vừa làm bộ phận cách ly giữa bộ phận dẫn điện với đất và các bộ phận không cho phép dẫn điện.

Chọn sứ theo điều kiện điện áp:

IlvmaxSứ = Ilvmax = 41,99 (A) Tra bảng 2 - 25 (trang 640 - CCĐ của Nguyễn Xuân Phú, NXB khoa học và kỹ thuật) chọn sứ đỡ đặt ngoài trời do Liên Xô chế tạo có số liệu kỹ thuật như trong bảng 3.2.

Bảng 3.2: Thông số của sứ đỡ thanh cái cao áp

Kiểu U dmSứ (KV) Phụ tải phá hoại (kg) Khối lượng (kg)

3.1.1.4 Chọn dao cách ly đầu vào thanh cái cao áp: CD1

Dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly các bộ phận cần sửa chữa và bảo dưỡng ra khỏi mạng điện tạo ra một khoảng cách trông thấy để công nhân yên tâm làm việc. Điều kiện chọn: UdmCL g dmman

Trong đó: Ilvmax : là dòng điện lớn nhất chạy qua dao cách ly, trong trường hợp một nguồn bị mất điện, nguồn còn lại phải cung cấp cho toàn bộ phụ tải nhà máy.

Ilvmax = 41,99 (A) Như vậy điều kiện chọn dao cách ly vào đầu trạm phân phối là:

IdmCL ≥ 41,99 (A) Vậy căn cứ vào bảng 2-32 ( Sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện - tác giả Ngô Hồng Quang) ta chọn được dao cách ly đặt ngoài trời do Nhà máy thiết bị điện Đông Anh chế tạo có thông số kỹ thuật ghi trong bảng 3.3.

Bảng 3.3: Thông số dao cách ly đầu vào thanh cái cao áp

Kiểu dao U dm (KV) I dm (A) I n cf (KA) I N10S (KA) M (kg)

3.1.1.5 Chọn dao cách ly đầu vào TBA: CD 2 , CD 3 Điều kiện chọn: UdmCL  U dmmang

IdmCL I lv max (A) Trong đó:

Ilvmax : Dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua dao cách ly trong trường hợp sự cố một máy biến áp, các máy còn lại làm việc ở chế độ quá tải sự cố.

√ 3 22 = 41,99 (A) Tra bảng 2-32 sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang ta chọn 2 dao cách ly đặt ngoài trời do Nhà máy thiết bị điện Đông Anh chế tạo có thông số kỹ thuật ghi trong bảng 3.4.

Bảng 3.4: Thông số dao cách ly đầu vào trạm biến áp

Kiểu dao U dm (KV) I dm (A) I n cf (KA) I N10S (KA) M (kg)

3.1.1.6 Chọn dao cách ly cho máy cắt liên lạc : CD12 Điều kiện chọn : UdmCL  U dmmang

IdmCL I lv max (A) Trong đó:

Ilvmax : Dòng điện lớn nhất chạy qua dao cách ly khi một MBA bị sự cố.

√ 3 22 = 41,99 (A) Tra bảng 2-32 sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang, ta chọn 2 dao cách ly đặt ngoài trời do Nhà máy thiết bị điện Đông Anh chế tạo có thông số kỹ thuật ghi trong bảng 3.5.

Bảng 3.5: Thông số dao cách ly cho máy cắt liên lạc

Kiểu dao U dm (KV) I dm (A) I n cf (KA) I N10S (KA) M (kg)

3.1.1.7 Chọn máy cắt liên lạc trên thanh cái cao áp

Máy cắt liên lạc nối 2 phân đoạn thanh cái với nhau, nhằm đảm bảo cung cấp điện hoặc một máy biến áp có sự cố Máy cắt là thiết bị đóng cắt dòng ngắn mạch một cách tin cậy. Điều kiện chọn: UdmMC  U dmmang

Ilvmax : Là dòng điện lớn nhất chạy qua máy cắt liên lạc, trong trường hợp sự cố một nguồn và một máy biến áp làm việc ở chế độ quá tải sự cố nặng nề nhất.

√ 3 22 = 41,99 (A) Tra bảng 5-9 sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện của tác giả Ngô Hồng Quang NXB khoa học và kỹ thuật Ta chọn máy cắt:

Bảng 3.6: Thông số máy cắt liên lạc trên thanh cái cao áp

Loại MC U dm (kV) I dm (A) I N (kA) I Nmax (kA) Dòng điện ổn định nhiệt(KA)

3.1.1.8 Chọn máy cắt đầu vào cho trạm biến áp: MC Điều kiện chọn: UdmMC  U dmmang

IdmMC I lv max (A) Trong đó:

Ilvmax : Dòng điện lớn nhất trong vận hành.

√3 22 = 41,99 (A) Tra bảng 5-9 sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang NXB khoa học và kỹ thuật Ta chọn 2 máy cắt:

Bảng 3.7: Thông số máy cắt đầu vào trạm biến áp

Loại MC U dm (kV) I dm (A) I N (kA) I Nmax (kA)

Dòng điện ổn định nhiệt(KA)

3.1.1.9 Chọn máy biến dòng phía cao áp: BI1 Điều kiện chọn: UdmBI  U dmmang

IdmBI I lv max (A) Trong đó:

Ilvmax: Dòng điện lớn nhất trong vận hành.

√ 3 22 = 26,25 (A) Tra bảng 8-8 trang 387 - sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang NXB khoa học và kỹ thuật Ta chọn máy biến dòng phía cao áp:

Bảng 3.8: Thông số máy biến dòng cao áp

Loại BI U dm (kV) I dm (A) Trọng Lượng (kg)

3.1.2 Chọn các thiết bị hạ áp

3.1.2.1 Chọn máy biến dòng hạ áp: Điều kiện chọn: UdmBI  U dmmang

IdmBI I lv max (A) Trong đó:

Ilvmax: Dòng điện lớn nhất trong vận hành.

√ 3 0,4 = 3233,16(A) Tra bảng 8-6 trang 383 - sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng Quang NXB khoa học và kỹ thuật Ta chọn máy biến dòng hạ áp:

Bảng 3.9: Thông số máy biến dòng hạ áp

3.1.2.2 Chọn Aptomat đầu ra của MBA

Aptomat là thiết bị bảo vệ tin cậy, có thể đóng cắt tự động cả 3 pha khi có sự cố hoặc quá tải. Điều kiện chọn: UdmATM Udmmạng = 0,4 (kV)

√ 3 0,4 = 3233,16 (A)Tra bảng B.4.7 (trang 286 - sổ tay tra cứu và lựa chọn các thiết bị điện tác giả Ngô Hồng

Quang) Chọn Aptomat có số liệu kỹ thuật:

Bảng 3.10: Thông số aptomat đầu ra máy biến áp loại ATM I đmATM (A) U đm (V) Số cực

3.1.2.3 Chọn thanh cái hạ áp: TC 2

Thanh cái hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng, khi cho thanh cái đặt nằm ngang.

(A) Trong đó: K1: Hệ số kể đến nhiệt độ môi trường đặt cáp với nhiệt độ tiêu chuẩn (25 o C). Tra bảng 2-57 – trang 655-CCĐ - Nguyễn Xuân Phú, ta chọn K1 =1

K2 = 1: Hệ số hiệu chỉnh thanh cái khi xét đến trường hợp ghép nhiều thanh, ở đây thanh cái là nhiều thanh, ở đây thanh cái là 1 thanh.

K3 = 0,95: Hệ số hiệu chỉnh kể đến cách lắp đặt thanh cái, ở đây thanh cái đặt nằm ngang.

Ilvmax: Dòng điện lớn nhất của MBA khi đủ tải.

THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT

Thiết kế bảo vệ chống sét

- Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất.

Sự hình thành và phát triển của phóng điện sét là kết quả của quá trình tích tụ điện trong các đám mây dông và số lần phóng điện sét từ các đám mây dông phụ thuộc vào tốc độ tái sinh điện tích, độ lớn và sự phân bố của chúng trong lòng các đám mây

- Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện còn gây nguy hiểm cho người vận hành, làm gián đoạn sản xuất lâu dài của nhà máy, ảnh hưởng đến đại đa số cuộc sống người dân trong khu vực

Chính vì vậy sự nguy hại đến tính mạng con người và công trình, phòng chống sét cho công trình là hết sức cần thiết

4.1.2 Lựa chọn giải pháp phòng chống sét cho nhà máy, xí nghiệp

- Ngày nay với các phương tiện kỹ thuật tiên tiến các nhà khoa học có điều kiện nghiên cứu các đặc điểm của sét để có các biện pháp phòng chống sét chủ động và tích cực

- Đối với nhà máy tuyển than thuộc hộ loại II nên yêu cầu về chống sét tương đối cao Ta sẽ thực hiện chống sét cho nhà máy xi tuyển than theo phương pháp hiện đại đó là dùng kim thu sét phát xạ sớm (quả cầu lăn Dynasphe).

Về cơ bản thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm :

- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ Kim này có tác dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét.

- Thiết bị tạo ion, giải phóng ion và tia tiên đạo Đây chính là tính năng đặc biệt của đầu thu sét phát xạ sớm Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao.

* Về nguyên tắc hoạt động :

Trong trường hợp dông bão xảy ra, điện trường khí quyển gia tăng khoảng vài ngàn V/m, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện Xảy ra hiện tượng phóng điện sét, có một sự gia tăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bị ion hoá giải phóng năng lượng đã tích lũy dưới dạng ion tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phía trên, chủ động dẫn sét.

- Quá trình ion hoá được đặc trưng bởi :

+ Thiết bị ion hoá cho ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp đặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời chính xác

+ Sự xuất hiện một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện trường có tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng Corona.

+ Đầu thu ESE phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ điểm nhọn nào gần đó có cùng độ cao.

4.1.3 Lựa chọn thiết bị chống sét cho nhà máy

- Ở đây ta lựa chọn chống sét van Để bảo vệ cho các MBA trong nhà máy khi có sóng sét lan truyền trên đường dây vào TBA, ta sử dụng chống sét van đặt trên thanh cái cao áp của trạm. Điều kiện chọn:

UđmCSV  UđmMBA  10 (Kv) Tra bảng 8-2 (Trang 382_Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang) ta chọn được chống sét van do Liên Xô chế tạo có thông số sau.

Bảng 4.1: Thông số chống sét van

(KV) Điện áp đánh thủng khi tần số 50Hz(kV) Điện áp đánh thủng xung kích khi thời gian phóng điện 1 đến 10s (kV)

4.1.4 Tính toán vùng bảo vệ

Mặt bằng bảo vệ có diện tích : S = 25724 (m 2 ).

Mặt bằng bảo vệ này bao gồm toàn bộ mặt bằng nhà máy.

Trong đó, ta chỉ cần tính toán bảo vệ cho phân xưởng sản xuất thì những khu vực còn lại sẽ nằm trong bán kính bảo vệ của thiết bị Vì do kết cấu các bộ phận máy móc, các silo xi măng có chiều cao rất lớn từ 25 đến 30 m Do đó ta sẽ bố trí thiết bị chống sét đặt nằm gần giữa nhà máy và cao 30m.

Theo tài liệu “Cung Cấp Điện” của tác giả Nguyễn Xuân Phú từ trang 392 → trang

Bán kính bảo vệ Rp :

Rp : bán kính sẽ được bảo vệ.

D = 20m, 45m, 60m : tùy thuộc cấp bảo vệ được yêu cầu. h = 5 (m) :chiều cao đầu kim tính tại mặt bằng phải bảo vệ (m).

Chọn D = 60 m (theo cấp bảo vệ tiêu chuẩn )

Chọn loại đầu thu sét S 6.60 với T = 60 μss = 60.10 −6 s

Với bán kính bảo vệ là 107 m thì tất cả các khu vực thuộc chu vi nhà máy đều được bảo vệ an toàn.

4.1.5 Tính toán bù công suất

1 hệ số công suất Cos1 trước khi bù

2 hệ số công suất Cos2 mong muốn đạt được sau khi bù (0,9-0,95) α=(0,9−1)

Tra bảng1-112 thông số kĩ thuật của tụ bù Cos hạ áp và cao áp do DEA YEONG chế tạo

Chọn 7 tụ bù 3 pha DLE4D150K5T, dung lượng bù Qb0 (Kvar) Điện trở phóng điện :

Dùng bóng 100w là điện trở phóng điện

Số lượng bóng đèn cần dùng : n¿ R Rpđ 1 b =691,43 484 = 1,4 chọn 2 bóng

Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện toàn Nhà máy

KẾT LUẬN Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để hoàn thành đề tài đã giúp em củng cố lại kiến thức đã học và mở rộng thêm nhiều kiến thức mới, đồng thời có dịp cọ sát với thực tế và rút ra nhiều kinh nghiệm bổ ích Dưới sự hướng dẫn của cô Phạm Thị Hồng Anh đã giúp em hoàn thiện đề tài “ Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho cho nhà máy cơ khí số 3 ” một cách hoàn chỉnh.

Sau nhiều tuần tích cực tìm hiểu và nỗ lực thực hiện, em hoàn thành đề tài đúng theo yêu cầu và thời gian quy định Dưới đây là những kết quả đã đạt được :

- Xác định được phụ tải tính toán của phân xưởng và toàn nhà máy.

- Lựa chọn được phương án, chọn các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng nhà máy.

- Thiết kế hệ thống cung câp điện cho phân xưởng.

- Đánh giá tổn thất, kiểm tra 1 số thiết bị trong hệ thống.

- Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét và tính toàn bù công suất.

Em rất mong được quý thầy cô góp ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặc biệt là tích lũy được nhiều kinh nghiệm hơn.

Em xin chân thành cảm ơn