Thiết kế đồ án cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá – hiện đại hoá nước nhà, ngành điện lực giữ vai trò đặc biệt quan trọng bởi vì điện năng là nguồn năng lượng được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi xây dựng một nhà máy, một khu kinh tế, khu dân cư, thành phố trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho máy móc và nhu cầu sinh hoạt của con người. Sự phát triển của các ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng điện năng đã thúc đẩy sự phát triển không ngừng của hệ thống điện cả về công suất truyền tải và mức độ phức tạp với sự yêu cầu về chất lượng điện ngày càng cao đòi hỏi người làm chuyên môn cần phải nắm vững kiến thức cơ bản và hiểu biết sâu rộng về hệ thống điện. Xuất phát từ thực tế đó cùng những kiến thức đã được học ở học phần Hệ thống cung cấp điện của Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, em đã nhận được đề tài: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu, với đặc thù của loại nhà máy này là có nhiều thiết bị và công đoạn yêu cầu được cung cấp điện liên tục với chất lượng được đảm bảo. Vì vậy phần đồ án được làm khá chi tiết và được chia thành những phần nhỏ sau: Diễn giải yêu cầu thiết kế Chương I: Giới thiệu về Nhà máy Chương II: Xác định phụ tải tính toán Chương III: Thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy Chương IV: Thiết kế mạng điện hạ áp cho Phân xưởng sửa chữa cơ khí Trong suốt thời gian làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình và chi tiết của giảng viên, thầy giáo TS. Lê Việt Tiến, cuối cùng em cũng đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên trong quá trình làm có thể sẽ còn những thiếu sót vì còn hạn chế về kiến thức và các kĩ năng mềm của em. Vì vậy em rất mong nhận được sự chỉnh sửa của thầy.

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 nhà máy luyện kim màu

TT Tên phân xưởng Công suất đặt

1 Phân Xường (PX) luyện kim 3500 I

3 PX máy cán phôi tấm 1800 I

7 PX sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Hình 1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy luyện kim màu

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

Bảng 2 Danh sách thiết bị của PXSCCK

TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy P đm (kW)

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

24 Máy ép tay kiểu vít 1 - -

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

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 phân xưởng sữa chữa cơ khí

Số liệu liên kết với nguồn

Điện áp nguồn: Uđm = 22kV hoặc 35kV Cho biết điện áp của các lưới hệ thống ở lân cận vị tri nhà máy cần thiết kế cung cấp điện Khi thiết kế cần phải chọn cấp điện áp để liên kết HTCCĐ của nhà máy với lưới hệ thống Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực: 300 MVA Mục đích để tính dòng ngắn mạch và lựa chọn thiết bị điện Đường dây cung cấp điện cho nhà máy: Dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không Khoảng cách từ nguồn tới nhà máy: 17 km Khoảng cách và công suất phụ tải cho phép sơ bộ chọn lựa cấp điện áp liên kết với nguồn điện.

Yêu cầu thiết kế

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

- Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy.

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

Các hình vẽ yêu cầu trong thiết kế

- Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy và các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy.

- Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy.

- Sơ đồ nguyên lý và đi dây mạng điện hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khí.

GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY LUYỆN KIM MÀU

Luyện kim màu là gì?

Từ thời xa xưa luyện kim đã được gọi là (luyện đồng), còn từ giữa thiên niên kỷ

2 TCN đến nay, đã có luyện sắt từ quặng; Hiện tại thì các công nghệ chế biến các hợp kim và quá trình gia công phôi kim loại bằng áp lực Bằng cách thay đổi những thành phần hoá học cũng như cấu trúc để tạo ra những tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng của chúng.

Quá trình tinh luyện để cho các kim loại đạt được độ sạch cao nhất, sau đó pha trộn giữa các kim loại đó lại để có các hợp kim đáp ứng được những yêu cầu mong như mong muốn Và sau đó tạo hình dáng cho chúng để phù hợp với các nhu cầu sử dụng của các chủ đầu tư Đây là quá trình được gọi là công nghệ luyện kim, công nghệ hợp kim hóa, công nghệ tinh luyện,công nghệ cán, công nghệ đúc

Quá trình sản xuất ra các kim loại như đồng, nhôm, kẽm, chì, thiếc, bạc, vàng … không có kim loại sắt Nhiều kim loại có giá trị sẽ chiếm được Dùng để sản xuất ra máy bay, các công trình xây dựng, tàu cảng, dụng cụ, điện tử, hóa chất , cơ khí,được dùng trong cả các ngành bưu chính và công nghệ thông tin, tin học … Tất cả các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là nhóm kim loại màu cơ bản, nhóm kim loại màu hợp kim, nhóm kim loại màu quý và nhóm kim loại màu hiếm.

Nhà máy luyện kim màu là một cơ sở sản xuất chuyên về việc luyện kim màu, dùng để tạo ra các hợp chất kim loại có màu sắc đặc biệt Quá trình luyện kim màu bao gồm việc nung chảy các nguyên tố hoặc hợp chất kim loại trong điều kiện nhiệt độ cụ thể Khi kim loại nóng chảy và đạt tới nhiệt độ giới hạn, các nguyên tử kim loại sẽ chuyển đổi thành các nguyên tử có cấu trúc và màu sắc khác nhau.

Nhà máy luyện kim màu có thể sản xuất một loạt các sản phẩm, từ các chất màu sắc dùng trong ngành sơn, mực in, mỹ phẩm cho đến các vật liệu trang trí như men gốm, thủy tinh hay sứ Các công nghệ và quy trình sản xuất trong nhà máy luyện kim màu thường diễn ra trong môi trường kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chất và màu sắc chính xác của sản phẩm cuối cùng.

Như vậy, nhà máy luyện kim màu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các chất màu sắc độc đáo cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau và làm nổi bật các sản phẩm trang trí và nghệ thuật.

Nhà máy luyện kim màu

Nhà máy luyện kim màu là một cơ sở sản xuất chuyên về việc luyện kim màu, bao gồm việc nung chảy các nguyên tố hoặc hợp chất kim loại trong điều kiện nhiệt độ cụ thể Khi kim loại nóng chảy và đạt tới nhiệt độ giới hạn, các nguyên tử kim loại sẽ chuyển đổi thành các nguyên tử có cấu trúc và màu sắc khác nhau.

Nhà máy luyện kim màu có thể sản xuất một loạt các sản phẩm, từ các chất màu sắc dùng trong ngành sơn, mực in, mỹ phẩm cho đến các vật liệu trang trí như men gốm, thủy tinh hay sứ Các công nghệ và quy trình sản xuất trong nhà máy luyện kim màu thường diễn ra trong môi trường kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tính chất và màu sắc chính xác của sản phẩm cuối cùng.

Như vậy, nhà máy luyện kim màu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các chất màu sắc độc đáo cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau và làm nổi bật các sản phẩm trang trí và nghệ thuật.

Giới thiệu chung về nhà máy

Chúng ta đều biết rằng khoảng 70% điện năng sản xuất ra được sử dụng cho xí nghiệp công nghiệp, vì vậy vấn đề cung cấp điện cho lĩnh vực công nghiệp có ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân Chính vì thế việc đảm bảo cung cấp điện cho công nghiệp tức là đảm bảo một ngành kinh tế quan trọng nhất của đất nước hoạt động liên tục phát huy được tiềm năng của nó Đứng về mặt sản xuất và tiêu thụ điện năng mà xét thì công nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ nhiều điện năng nhất Vì vậy việc thiết kế cung cấp điện và sử dụng điện hợp lí trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác khả năng của nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả hơn điện năng được sản xuất ra.

Nhiệm vụ đặt ra là thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim màu.

Nhà máy bao gồm 9 phân xưởng Nguồn cung cấp điện cho nhà máy được lấy từ trạm biến áp trung gian quốc gia, điện áo 22kV-35kV, nguồn cách nhà máy 17km và dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không, nhà máy làm việc với chế độ

3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại của nhà máy là T max  5000 h Thiết bị trong các phân xưởng đều có công suất nhỏ, nhưng máy móc trong các phân xưởng tương đối nhiều, các máy móc điều hoạt động ở mức độ tối đa, tổ chức làm việc hiệu quả và liên tục, do đó biểu đồ phụ tải tương đối bằng phẳng hệ số đồng thời của các phụ tải khá cao, khoảng 0,85-0,95, hệ số nhu cầu cũng khá cao Theo yêu cầu thiết kế nhà máy thì sau khi thiết kế mạng cao áp cho toàn nhà máy và phân xưởng, ta thiết kế mạng hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí Sau đây là bản vẽ mặt bằng toàn nhà máy, số liệu cụ thể của các phân xưởng và số liệu cụ thể của các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí cùng sơ đồ toàn phân xưởng.

Bảng 1 - 1 Phụ tải nhà máy luyện kim màu

TT Tên phân xưởng Công suất đặt

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Hình 1 - 1 Sơ đồ mặt bằng nhà máy luyện kim màu Bảng 1 - 2 Danh sách thiết bị của PXSCCK

TT Tên phân xưởng SL Nhãn máy P đm (kW)

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

20 Máy mài phẳng có trục nằm

24 Máy ép tay kiểu vít 1 - -

27 Máy mài sắc các dao cắt gọt

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 1 - 2 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sữa chữa cơ khí

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

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

2.2.1 Phương pháp xác định phụ tải tỉnh toán cho tải động lực

2.2.1.1 Phương pháp xác định theo hệ số K nc và P đm

Phương pháp này được sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của nhà máy nhưng chưa thiết kế chi tiết. tt nc d

K nc : Hệ số nhu cầu

P d : Công suất đặt tt tt

Trong đó: tg : Hệ số công suất tính toán ra sổ tay, từ cos 

2.2.1.2 Xác định theo công suất định mức

Sau khi nhà máy đã có thiết kế chi tiết cho từng phân xưởng, có thông tin chính xác về mặt bằng bố trí thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghệ của từng máy Tiến hành thiết kế mạng hạ áp của phân xưởng, số liệu đầu tiên cần xác định là P tt cùa từng thiết bị và từng nhóm thiết bị trong phân xưởng.

Với mỗi động cơ: tt dm

Với nhóm động cơ có n  3 :

(2-4) Với nhóm động cơ có n  4 : max

K sd là hệ số sử dụng của nhóm (tra sổ tay)

K maxlà hệ số cực đại tra bảng từ K sd và n hq (số thiết bị dung điện hiệu quả)

2.2.1.3 Trình tự xác định n hq

Xác định n 1 : Số động cơ có công suất ≥ 1/2 công suất của động cơ có công suất max trong nhóm.

Xác định P 1 : Tổng công suất của các động cơ có công suất ≥ 1/2 công suất của động cơ có công suất max trong nhóm.

P là tổng công suất nhóm n là tổng số thiết bị trong nhóm

Từ n * và P * tra bảng PL I.5 được n * hq Xác định n hq theo công thức:

Khi tra bảng k max chỉ bắt đầu từ n hq  4

Khi n hq  4 , P tt được tính như sau:

K ti là hệ số tải (ở chế độ dài hạn = 0,9, ở chế độ ngắn hạn = 0,75).

Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi tính n hq qd dm d

K d là hệ số đóng điện.

Ngoài việc quy đổi chế độ cũng cần quy đổi công suất một pha về 3 pha Đối với điện áp pha: P qd  3 P dm ; điện áp dây: P qd  3 P dm

Phụ tải phản kháng tính toán: tt tt

2.2.2 Phương pháp xác định phụ tải tỉnh toán cho tải chiếu sáng

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích ( m 2 )

P 0: Công suất chiếu sáng trên đơn vị S ( W m / 2 )

S: Diện tích cần chiếu sáng ( m 2 )

Cần phải cân nhắc xem sử dụng loại bóng đèn nào cho phù hợp.

Khi cos =1 ta có tg  0 cs cs

2.2.3 Tính phụ tải tính toán toàn phần cho mối phân xưởng

( ) ( ) tp tt cs tt cs

2.2.4 Phụ tải tính toán toàn nhà máy

PTTT bằng tổng phụ tải của các phân xưởng có kể đến hệ số sử dụng đồng thời

n n ( ) ttnm dt ttpxi dt tti csi i i

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

K dt = 0,9 đến 0,95 khi số lượng phân xưởng là 2  4

K dt = 0,8 đến 0,85 khi số lượng phân xưởng là 5  10

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

2.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khí

Phân nhóm phụ tải: 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:

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 2 - 1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sữa chữa cơ khí sau khi chia nhóm

Bảng 2 - 1 Bảng phụ tải tính toán nhóm I

STT Tên thiết bị Ký hiệu trên sơ đồ Nhãn máy SL

3 Máy tiện ren 3 IE6EM 1 3,2 3,2

Tổng 14 44 Đồ án này sử dụng hệ số nhu cầu để tính phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí Hệ số nhu cầu được lựa chọn: K nc  0,3

P d : Công suất đặt của nhóm 1 (kW)

P dm i : Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 1 (kW)

1 n n : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 1

13, 2 17, 6 22( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 2 Bảng phụ tải tính toán nhóm II

STT Tên thiết bị Ký hiệu trên sơ đồ Nhãn máy SL

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

Hệ số nhu cầu được lựa chọn: K nc  0,3

P d : Công suất đặt của nhóm 2 (kW)

P dm i : Công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm 2 (kW) n 2i : Số lượng thiết bị thứ i trong nhóm 2

19,38 25,83 32, 29( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 3 Bảng phụ tải tính toán nhóm III

Ký hiệu trên sơ đồ

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

P d : Công suất đặt của nhóm 3(kW)

18, 03 24,03 30,04( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 4 Bảng phụ tải tính toán nhóm IV

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

20 26,66 33,33( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 5 Bảng tính toán phụ tải nhóm V

5 Máy bào giường một trụ 13 MC38 1 10 10

15, 64 20,85 33,33( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 6 Bảng tình toán phụ tải nhóm VI

11,1 14,80 18,5( ) tt tt tt tt tt

Bảng 2 - 7 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các nhóm

Phụ tải tính toán Ptt (kW) Qtt (kVAr) Stt (kVA)

2.3.2 Xác định phụ tải chiếu sáng cho 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  , chọn loại thiết bị chiếu sáng: Đèn sợi đốt (cos   1)

2.3.3 Xác định tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Có n = 6 nhóm, chọn hệ số đồng thời: K dt  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:

3 3.0,38 ttpx đl cs ttpx đl cs ttpx ttpx ttpx ttpx

Hệ số công suất toàn phân xưởng:

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 cos  , tg  )

- Phụ tải động lực: đl đ nc

Trong đó S là diện tích cần chiếu sáng Tra PLI.2 tìm P 0 (công suất chiếu sáng

- Tính S tp của từng phân xưởng:

  2   2 tp đl cs đl cs

(2-22)Tính toán tương tự như PXSCCK ta thu được bảng phụ tải tính toán cho các

Bảng 2 - 8 Bảng tổng hợp phụ tải tính toán của các phân xưởng

3 PX máy cán phôi tấm 1800 1558 0,5 0,6 15 900 23,24 923,24 1200,00 1514,06

7 PX sửa chữa cơ khí - 1296 0,3 0,6 15 82.7 19,44 102,18 110,32 150,37

Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy

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

7629, 42 7524, 2 10721,1 ttnm đt i ttnm đt i ttnm ttnm ttnm

Hệ số công suất toàn nhà máy:

Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

2.6.1 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:

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 2 - 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:

(2-24) Tính toán cho phòng thí nghiệm: Phòng thí nghiệm có các thông số sau

Trong đó lấy hệ số 𝑚 = 3  kVA mm / 2 

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

Bảng 2 - 9 Bảng phụ tải điện của các phân xưởng

STT Tên phân xưởng P cs

3 PX máy 23,4 923,4 1514,1 72,00 19,75 12,67 9,06 cán phôi tấm

7 PX sửa chữa cơ khí 19,1 101,8 150,1 21,50 67,50 3,99 68,49

Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho thỏa mãn điều kiện mô-men phụ tải  P l i 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 x y  0 ; 0 được xác định như sau:

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

 x y i ; i : 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 2 - 3 Sơ đồ phân bố phụ tải toàn nhà máy luyện kim màu

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY

Xác định điện áp liên kết với nguồn

Cấp điện áp vận hành của nguồn điện của mạng cao áp của nhà máy chính là cấp điện áp của lưới điện tại nơi liên kết giữa hệ thống cung cấp điện của nhà máy với hệ thống điện Điểm liên kết này thường tại các trạm biến áp trung gian (TBATT) của hệ thống điện 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 = 15 km, P = 7619,8 kW

Từ đó ta có thể thấy U tt  50,78  kV  gần nhất điện áp nguồn mà đề bài đã cho trước là 35 (kV).

Đề xuất phương án sơ đồ cung cấp điện

3.2.1 Tâm phụ tải Đã xác định ở mục 2.6.2 chương II, 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: M(75,03 ; 38,05) (mm).

3.2.2 Phương án sử dụng trạm nguồn

Ta có hai phương án:

- Dùng trạm biến áp trung gian (TBATG)

- Dùng trạm phân phối trung tâm (TPPTT)

3.2.3 Phương án sử dụng trạm biến án 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:

• 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

• 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

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

- 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

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

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

- 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:

Vậy MBA trung gian 35/10,5 kV cần chọn có S đm  5600 kVA Kiểm tra điều kiện :

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

Bảng 3 - 1 Bảng phụ tải của nhà máy luyện kim màu

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

9 Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm 400 III

Phương án này sử dụng 6 TBA phân xưởng như sau:

Hình 3 - 1 Phương án sử dụng TBA trung tâm – Phương án 1 a) Trạm biến áp B1

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:

    Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố:

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  1800  kVA . b) Trạm biến áp B2

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

     Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố:

Vậy ta chọn máy hai biến áp 10/0,4 kV có S đm  125 ( 0 kVA ) c) Trạm biến áp B3

Trạm cấp điện cho PX máy cán phôi tấm

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  100 ( 0 kVA ) d) Trạm biến áp B4

Trạm cấp điện cho PX cán nóng

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  125 ( 0 kVA ) e) Trạm biến áp B5

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

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  125 ( 0 kVA ) f) Trạm biến áp B6

Trạm cấp điện cho PX tôn và PX sửa chữa cơ khí

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 có S đm  100 ( 0 kVA )

Phương án 2 sử dụng 7 TBA phân xưởng, trong đó các trạm B2, B4, B6 giống như phương án 1 Còn các trạm còn lại như sau:

Hình 3 - 2 Phương án sử dụng TBA trung tâm – Phương án 2 a) Trạm biến áp B1

Trạm cấp điện cho PX luyện kim

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  160 ( 0 kVA ) b) Trạm biến áp B3

Trạm cấp điện cho PX máy cán phôi tấm, Ban Quản lý và Phòng Thí nghiệm Công suất mỗi MBA:

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  100 ( 0 kVA ) c) Trạm biến áp B5

Trạm cấp điện cho PX cán nguội

     Điều kiện kiểm tra khi xảy ra sự cố

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  125 ( 0 kVA ) d) Trạm biến áp B7

Trạm cấp điện cho Trạm bơm

Vậy ta chọn hai máy biến áp 10/0,4 kV có S đm  320( kVA )

Ta có bảng kết quả lựa chọn trạm biến áp phân xưởng trong 2 phương án trên:

Bảng 3 - 2 Phương án chọn TBA phân xưởng

PX luyện kim và trạm bơm 3302,6 2 1800 B1

PX máy cán phôi tấm 1514,1 2 1000 B3

PX cán nóng 2045,6 2 1250 B4 lý và Phòng Thí nghiệm

PX tôn và PX sửa chữa cơ khí 1862,86 2 1000 B6

PX máy cán phôi tấm, Ban

Quản lý và Phòng Thí nghiệm 1892,15 2 1000 B3

PX tôn và PX sửa chữa cơ khí 1862,86 2 1000 B6

3.2.4 Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT) Điện năng từ hệ thống cấp cho các TBA phân xưởng thông qua TPPTT:

- Ưu điểm: Việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp nhà máy được thuận lợi, tổn thất trong mạng giảm, độ tin cậy cung cấp điện được gia tăng

- Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn do phải xây dựng TPPTT

Thực tế, khi điện áp nguồn không cao ( U ≤ 35 kV), công suất các phân xưởng tương đối lớn thì thường dùng TPPTT Khi sử dụng TBAPPTT thì các MBA phân xưởng có tỷ số biến đổi 35/0,4 kV

Các phương án sử dụng TPPTT được thể hiện ở Hình 3-3 và Hình 3-4

Hình 3 - 3 Phương án sử dụng TPPTT – Phương án 3

Hình 3 - 4 Phương pháp sử dụng TPPTT – Phương án 4

Bảng 3 - 3 Phương án cấp điện

Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án 4Trạm trung Máy biến áp Máy biến áp Trạm phân Trạm phân

Máy biến áp phân xưởng

Cấp điện áp 10(kv) sơ đồ tia và liên thông

Cấp điện áp 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

3.3.1 Các công thức tính toán

3.3.1.1 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:

- 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

3.3.1.2 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:

- 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  5000 ) ( h Vậy:

3.3.1.3 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 Jkt):

(3-7) Trong đó I max là 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  5000   h thì J kt  3,1 ( 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:

- I sc : dòng điện khi sảy ra sự cố đứt 1 cáp, Isc = 2 Imax k k 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:

 là tổn thất điện áp cho phép, đối với mạng cao áp lấy:  U cp  5% U đm

Với cáp bắt buộc phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch:

Tổn thất cống suất tác dụng trên đường dây:

- R là điện trở đường dây và được tính bởi công thức: 0

- Với n là số dây song song

- r 0 là điện trở trên 1 km đường dây

- L là chiều dài đường dây (km)

Hình 3 - 5 Phương pháp sử dụng TBA trung tâm – Phương án 1

3.3.2.1 Vốn đầu tư và tổn thất điện năng trong TBA

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng và MBA trung gian ở mục 3.2.3 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Bảng 3 - 4 Máy biến áp các trạm phương án 1

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: K B  9034  tr VNĐ 

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

Bảng 3 - 5 Tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

Tên TBA Số máy S tt (kVA) S đm (kVA) ∆P 0 (kW) ∆P n (kW) ∆A (kWh)

Tổng tổn thất điện năng trên các máy biến áp là  A B  949543 ( kWh )

3.3.2.2 Tính toán lựa chọn dây dẫn

3.3.2.2.1 Chọn tiết diện dây cáp từ TBATG về TBA phân xưởng

Loại cáp cao áp sử dụng ở đây là cáp đồng 3 lõi 6 đến 10 kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA sản xuất

Theo công thức (3-8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TBATG về TBA phân xưởng B1 là:

Tiết diện kinh tế của cáp tính theo công thức (3-7):

Tra bảng PL 4.56 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 I 2 , cp  170 A Kiểm tra điều kiện phát nóng theo công thức (3-11):

Do vậy ta cần phải chọn tăng lên thành loại có F  70 mm 2 có I cp  245 A Kiểm tra lại điều kiện phát nóng thỏa mãn

Tương tự với các tuyến cáp cao áp của các TBA phân xưởng còn lại Kết quả ghi trong Bảng 3-6.

 U   Điều kiện chọn cáp: I cp  I max

Cáp được sử dụng ở đây là cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS sản xuất

Tra phụ lục PL 4.24 ta chọn tiết diện 4G70 có tiết diện F  70 mm I 2 , cp  246 A

- Cáp B1-8 dẫn điện đến phụ tải loại I được chọn như sau:

Kiểm tra điều kiện phát nóng

1 2 cp 1.0,93 cp sc 2 max 2.470 940 cp 1011 k k I  I  I  I   A  I  A

Vậy ta chọn cáp mỗi pha 1 cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do LENS sản xuất có

F  mm I  A Dây trung tính có tiết diện 400 mm 2

Tương tự với cáp B5-9 dẫn điện đến phụ tải loại III chọn cáp mỗi pha 1 cáp đồng

1 lõi cách điện PVC do LENS sản xuất có F  300 mm I 2 , cp  693 A Dây trung tính có tiết diện 180 mm 2

Bảng 3 - 6 Dây dẫn phương án 1 Đường cáp

Tổng vốn đầu tư mua dây cáp là K D  1958, 4 (triệu VNĐ)

3.3.2.3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*70) có r 0  0,342 / Ω km , L = 70 m

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (3-12).

Tương tự với các đường cáp khác Ta có bảng:

Bảng 3 - 7 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 1 Đường cáp S tt F (mm 2 ) Số dây L (m) R 0 R (Ω)) ∆P

Tổng tổn thất điện năng trên đường dây là:

3.3.2.4 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 6 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 3 - 8 Máy cắt phương án 1

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

Tổng tổn chi phí mua máy cắt là: K MC  1970 (triệu VNĐ)

3.3.2.5 Tổng chi phí cho toàn bộ phương án 1

Tổng tổn thất điện năng trong mạng cao áp nhà máy:

Chi phí tính toán phương án 1:

VNĐ) Trong đó c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất.

Hình 3 - 6 Phương án sử dụng TBA trung tâm – Phương án 2

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng và MBA trung gian ở mục 3.2.3 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: K B  9524,6 (triệu VNĐ)

Tổn thất điện năng trong TBA trung gian tính theo công thức (3-5):

Tên TBA Số máy S tt (kVA) S đm (kVA) ∆P 0 (kW) ∆P n (kW) ∆A (kWh)

Tổng tổn thất điện năng trên các máy biến áp là  A B  946556 ( kWh )

3.3.3.2.1 Chọn tiết diện dây cáp từ TBATG về TBA phân xưởng

Loại cáp cao áp sử dụng ở đây là cáp đồng 3 lõi 6 đến 10 kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA sản xuất

Theo công thức (3-8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TBATG về TBA phân xưởng B1 là:

Do vậy ta cần phải chọn tăng lên thành loại có F  35 mm 2 có I cp  170 A Kiểm tra lại điều kiện phát nóng thỏa mãn

Cáp được sử dụng ở đây là cáp đồng 4 lõi cách điện PVC do LENS sản xuất Tra phụ lục PL 4.24 ta chọn tiết diện 4G70 có tiết diện F  70 mm I 2 , cp  246 A

- Cáp B3-9 dẫn điện đến phụ tải loại III được chọn như sau:

Vậy ta chọn mỗi pha 1 cáp đồng 1 lõi cách điện PVC do LENS sản xuất có

F  mm I  A Dây trung tính có tiết diện 185 mm 2

Bảng 3 - 11 Dây dẫn phương án 2 Đường cáp S tt

3.3.3.3 Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đường dây Đường cáp TBATG-B1 có tiết diện 2XLPE (3*35) có r 0  0,668 / Ω km , L = 70 m

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn cáp này được tính theo công thức (3-12)

Tương tự với các đường cáp khác Ta có Bảng 3-12:

Bảng 3 - 12 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 2 Đường cáp S tt

Tổng có 17 máy cắt 10 kV và 2 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

- 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

Tổng tổn chi phí mua máy cắt là: K MC  2190 (triệu VNĐ)

Trong đó c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất

Hình 3 - 7 Phương án sử dụng TPPTT – Phương án 3

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng ở mục 3.2.3.1 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: K B  8088 (triệu VNĐ)

Tổn thất điện năng trong TBA B1 tính theo công thức (3-5):

Tổng tổn thất điện năng trên các máy biến áp là  A B  641104  kWh .

3.3.4.2.1 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 (3-8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TPPTT về TBA phân xưởng B1 là:

0,93.205 190, 65  A  I sc  2.27, 24 54, 48  A Thỏa mãn điều kiện phát nóng.

Cáp hạ áp được lựa chọn theo phương án 1.

Bảng 3 - 16 Dây dẫn phương án 3 Đường cáp

3.3.4.3 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 /  km L ,  70 m

Bảng 3 - 17 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 3 Đường cáp S tt (kVA) F (mm 2 ) Số dây L (m) r 0

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

- 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35 kV ở TPPT

- 2 máy cắt 35kV ở đầu vào TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

Tổng tổn chi phí mau máy cắt là: K MC  2400 (triệu VNĐ)

Trong đó c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất.

Hình 3 - 8 Phương án sử dụng TPPTT – Phương án 4 3.3.5.1 Vốn đầu tư và tổn thất điện năng trong TBA

Dựa trên cơ sở đã chọn được MBA phân xưởng ở mục 3.2.3.2 ta có kết quả lựa chọn MBA:

Tổng vốn đầu tư mua máy biến áp là: K B  8809, 2 (triệu VNĐ)

Tổn thất điện năng trong TBA B1 tính theo công thức (3-5):

Bảng 3 - 20 Tổn thất điện năng trong các trạm phương án 4

Tên TBA Số máy S tt (kVA) S đm (kVA) ∆P 0 (kW) ∆P n

Tổng tổn thất điện năng trên các máy biến áp là  A B  642010  kWh .

3.3.5.2.1 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 (3-8), dòng điện lớn nhất chạy trên 1 lộ của đường cáp nối từ TPPTT về TBA phân xưởng B1 là:

→ 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 3.15.

Cáp hạ áp được lựa chọn theo phương án 2.

Bảng 3 - 21 Dây dẫn phương án 4 Đường cáp S tt

Tổng vốn đầu tư mua dây cáp là K D  2246,5 (triệu VNĐ).

3.3.5.3 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, 494 /  km L ,  70 m

Bảng 3 - 22 Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây phương án 4 Đường cáp S tt

Tổng có 17 máy cắt 35kV ở các vị trí sau:

- 1 máy cắt phân đoạn thanh góp 35 kV ở TPPT

- 2 máy cắt 35kV ở đầu vào TPPTT của 2 lộ đường dây trên không

Tổng tổn chi phí mau máy cắt là: K MC  2720 (triệu VNĐ)

Trong đó c = 2000 đồng là giá thành bán điện cho nhà máy sản xuất

Tổng hợp 4 phương án ta có bảng sau:

Bảng 3 - 24 Tổng hợp và so sánh các phương án

Phương án Vốn đầu tư

Tổng tổn thất điện năng

Từ bảng tổng kết trên ta thấy Phương án 3 có vốn đầu tư, chi phí tính toán và tổn thất điện năng nhỏ nhất Do vậy ta lựa chọn phương án 3 là phương án thiết kế chi tiết.

Hình 3 - 9 Phương án được lựa chọn

Thiết kế chi tiết cho phương án đã chọn

3.4.1 Đường đi dây đi từ trạm biến áp khu vực đến TPPTT Đường dây đi từ nguồn đến TBATG dài 17 km ta sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép Tra bảng với T max  5000 h  J kt  1,1  A mm / 2  Vậy:

Với n là số mạch (hay lộ) đường dây.

Chọn dây nhôm lõi thép tiết diện 70 mm 2 , AC – 70 có I cp  275 A

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  / km 

Cảm kháng của đường dây: x 0  0,382  / 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

- Ngắn mạch là xa nguồn do đó điện áp không bị suy giảm

- 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 (3-14):

Trong đó: S N là dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực Ở đây S N  300 MVA

 S    Điện trở và điện kháng của đường dây:

Dòng ngắn mạch 3 pha được xác định theo công thức (3-16):

Trị số dòng ngắn mạch xung kích:

Sơ đồ tính toán ngắn mạch:

Hình 3 - 10 Sơ đồ tính toán ngắn mạch phía cao áp và phía hạ áp

Thông số đường dây theo ở Bảng 3-25:

Bảng 3 - 25 Thông số đường dây trên không và đường dây cao áp Đường cáp Số dây F (mm 2 ) L (m) R0

TPPTT - B5 2 3*50 260 0,494 0,137 0,064 0,018 TPPTT - B6 2 3*50 130 0,494 0,137 0,032 0,009 Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N trên thanh cái của TPPTT:

Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 trên thanh góp phía cao áp của TBAPX B1:

Các điểm ngắn mạch khác được tính toán tương tự

Bảng 3 - 26 Tính toán dòng ngắn mạch phía cao áp TBAPX Điểm ngắn mạch L (m) (Ω/km) r 0 x 0

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:

Bảng 3 - 27 Tính toán dòng ngắn mạch phía hạ áp TBAPX Điểm ngắn mạch S đm (kVA) (kW)  P N U N % R Ni  (Ω) X Ni  (Ω) I Ni  (kA) i xkNi  (kA)

Kiểm tra cáp trung áp theo điều kiện ổn định nhiệt: ôđn qđ

- 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 cat  0.5   s

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

F chon  mm , nên cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện.

3.4.3 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

CB5 CB6 CB7 CB8 CB9 CB10 CB6 CB7 CB8 CB9 CB10 CB11

Hình 3 - 11 Sơ đồ nguyên lý TPPTT 3.4.3.1 Máy cắt

Dòng cưỡng bức chạy qua máy cắt là:

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

Bảng 3 - 28 Thông số máy cắt được chọn

Loại tủ U đm (kV) I đm (A) của thanh cái I N max (kA) I N (kA) 1-3s

Kiểm tra điều kiện chọn máy cắt:

- Điện áp định mức: U đmMC  36  U đmLĐ  35 kV

- Dòng điện lâu dài định mức (A): I đmMC  2500  I cb  176,65

- Dòng điện cắt định mức (kA): I cđm  40  I N   3,566

- Công suất cắt định mức (MVA): S cđm    S 216,18

- Dòng điện ổn định động: (kA): I ôđđ  i xk  6,64

- Dòng điện ổn định nhiệt (kA):

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: cp tt б  б

- 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 3 - 29 Thông số thanh góp được chọn

Kích thước (mm) Tiết diện (mm 2 ) I cp (A) r 0 (mΩ)/m) x 0 (mΩ)/m)

3.4.3.3 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

BU 3 pha 5 trụ (YY∆) (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 3 - 30 Thông số BU được chọn

Loại Cấp điện áp (kV) U 1đm (kV) U 2đm (V) S tải đm (VA)

3.4.3.4 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

Lựa chọn máy biến dòng 4ME16 do Siemens chế tạo:

Bảng 3 - 31 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 Uđm 6 kV

Bảng 3 - 32 Thông số chống sét van được chọn

Loại U đm (kV) U lv max (kV) I pđ đm (kA)

3.4.4 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.

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ

Đặt vấn đề

Mạng điện hạ áp của phân xưởng lấy điện từ phía hạ của các trạm biến áp phân xưởng Do đó, cấp điện áp của mạng là 0,4 kV và nguồn điện của mạng chính là các trạm biến áp phân xưởng Ta đưa điện từ nguồn vào trong các tủ phân phối, tủ động lực rồi đưa đến từng máy móc trong phân xưởng Thực chất của việc thiết kế mạng điện hạ áp của nhà máy là lựa chọn các tủ phân phối, tủ động lực, các thiết bị đóng cắt, bố trí các tủ động lực và đi dây trong phân xưởng Việc lựa chọn và bố trí các thiết bị đòi hỏi phải hợp lý cả về mặt kỹ thuật và thẩm mỹ trong phân xưởng.

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 4 - 1 Sơ đồ tổng quát mạng hạ áp động lực của PXSCCK

Sơ đồ bộ lựa chọn các thiết bị điện

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 )

Bảng 4 - 1 Thông số thiết bị tủ hạ áp

Aptomat tổng A₀ Aptomat nhánh A₁ Thanh góp

Vật liệu Thông số M25 690 2500 55 NS250H 690 250 10 80x8 2620 Đồng

4.3.2 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 4 - 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 A :₁

 Vậy cáp đã chọn thỏa mãn

4.3.3 Thiết bị tủ phân phối

Aptomat tổng có thông số giống Aptomat nhánh A 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 là hệ số ứng với chiều đặt thanh góp, chọn thanh góp đặt nằm ngang,

K 2là hệ số hiệu chỉnh theo môi trường, K 2  0,9

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

4.3.3.3 Aptomat nhánh Điều kiện chọn aptomat nhánh đm A đmLĐ đm A tt TĐL

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 4 - 3 Thông số Aptomat nhánh tủ phân phối

- R bvqd và R bvqd là điện trở và điện kháng của cuộn dây bảo vệ quá dòng điện bvqd

- R tx là điện trở tiếp xúc

4.3.4 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  100 A

Kết luận : Cáp đã chọn thỏa mãn

Tương tự với cáp còn lại có kết quả :

Bảng 4 - 4 Thông số cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực

4.3.5 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 I cp  340 A kích thước 25 x 3 mm 2

Tương tự với các TĐL khác ta có bảng sau:

Bảng 4 - 5 Thông số thanh góp các tủ động lực

Kích thước (mm 2 ) cp TG

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

3 . đm A đmLĐ đat đm A tt TĐL đm

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:

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 cos   0,6

Bảng 4 - 6 Thông số thiết bị nhóm 1

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

3 3.0,38.0,6 đm A đmLĐ đat đm A tt TĐL đm

Vậy ta chọn loại C6Oa do Merlin Gerin chế tạo có U đm A  440 V , I đm A  40 A

1,5 1,5 cp Cáp tt cp Cáp đmA

Vậy ta chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi 4G2,5 do Lens chế tạo có I cp  41 A

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

3 3.0,38.0,6 đm A đmLĐ đm A tt TĐL đat đm

1,5 1,5 cp Cáp tt cp Cáp đmA

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)

3 3.0,38.0,6 đm A đmLĐ đm A tt TĐL đat đm

1,5 1,5 cp Cáp tt đmA cp Cáp

Bảng 4 - 7 Aptomat và cáp điện nhóm 1

Hình 4 - 2 Sơ đồ nguyên lý TĐl nhóm 1

Tương tự với các nhóm còn lại ta có bảng sau

Tên thiết bị Ký hiệ u

Tính toán ngắn mạch hạ áp

4.4.1 Sơ đồ thay thế và các thông số

Hình 4 - 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:

- 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:

- Aptomat tổng tủ hạ áp A 0 là loại M25 có I = 2500 A > 600 A nên Z A 0   0

- Aptomat nhánh tủ hạ áp A là loại NS250H có

- Aptomat tổng tủ động lực A là loại NC100H có

- Cáp từ tủ hạ áp về tủ phân phối PXSCCK là loại 4G70 có chiều dài L = 175 m

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

Ta tính với đoạn cáp TPP – TĐL1, Loại 4G16, L = 70 m

4.4.2.1 Tính ngắn mạch tại điểm N 1

Dòng xung kích: i xkN 1  1,8 2 I N 1  1,8 2.23,73 60, 41   kA 

Dòng xung kích: i xkN 2  1,8 2 I N 2  1,8 2.4, 24 10,79   kA 

Dòng xung kích: i xkN 3  1,8 2 I N 3  1,8 2.1,70 4,33   kA 

Tương tự ta cũng tính được dòng ngắn mạch N 3 tại các TĐL khác:

Bảng 4 - 13 Dòng ngắn mạch tại thanh góp các TĐL

4.4.3 Kiểm tra thiết bị đã chọn

4.4.3.1 Kiểm tra aptomat đã chọn Điều kiện kiểm tra I cđm A  I N

- Aptomat A 0 loại M25: I cđm A  55 kA I  N 1  23,73 kA , (thỏa mãn)

- Aptomat A 1 và A 2 loại NS250H: I cđm A  10 kA I  N 2  4, 24 kA (thỏa mãn)

- Aptomat A 2 i và A đl i 2 loại NC100H, Ta sẽ so sánh với dòng I N max 3

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

4.4.3.2 Kiểm tra cáp từ TPP đến TĐL đã chọn Điều kiện kiểm tra: F  F ôđn   I N 3 tqđ

Bảng 4 - 14 Kiểm tra cáp đã chọn

Tuyến cáp F ( mm 2 ) I N 3  kA   I N 3 tqđ  mm 2  Kết luận

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

Hình 4 - 4 Sơ đồ mặt bằng đi dây PXSCCK

Hình 4 - 5 Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho các thiết bị PXSCCK

Tiêu đề	Thiết Kế Đồ Án Cung Cấp Điện Cho Nhà Máy Luyện Kim Màu
Tác giả	Phan Văn A
Người hướng dẫn	TS. Lê Việt Tiến
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đồ Án
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	2,42 MB
File đính kèm	HÌNH VẼ.rar (615 KB)