Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy chế tạo công cụ

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, kinh tế nước ta có bước phát triển vượt bậc, hội nhập với khu vực giới Trong lĩnh vực cung cấp điện, nhiều hệ thiết bị điện sử dụng nên hệ thống cung cấp điện có nhiều thay đổi Các nhà máy xí nghiệp đại xây dựng Khoảng 70% điện sản xuất sử dụng xí nghiệp cơng nghiệp, vấn đề cung cấp điện cho lĩnh vực cơng nghiệp có ý nghĩa to lớn kinh tế quốc dân Đứng mặt sản xuất tiêu thụ điện năng, công nghiệp lĩnh vực tiêu thụ nhiều điện Vì vậy, cung cấp sử dụng hợp lý điện lĩnh vực có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác khả nhà máy phát điện sử dụng hiệu lượng điện sản xuất Các xí nghiệp cơng nghiệp điện có đặc điểm chung thiết bị dùng điện tập trung với mật độ cao, làm việc liên tục suốt năm có tính chất mùa vụ Tuy q trình cơng nghệ xí nghiệp công nghiệp khác nên hệ thống cung cấp điện chúng mang nhiều đặc điểm riêng biệt nhiều hình nhiều vẻ Qua thời gian học tập, em giao đề tài tốt nghiệp: ” Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy chế tạo công cụ ” Trong thời gian thực đề tài, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy cô khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trường ĐHDL Hải Phòng trực tiếp thầy Th.s Nguyễn Đức Minh em hoàn thành xong đề tài tốt nghiệp Em xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ q báu đó! Hải Phịng, Ngày 05 tháng 10 năm 2010 Sinh viên Trần Trung Kiên CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1.1 Khái quát nhà máy Nhà máy chế tạo công cụ mà em thiết kế cung cấp điện nhà máy có nhiệm vụ sản xuất chủ yếu sản xuất công cụ , phụ tải quan trọng , có cơng suất tiêu thụ điện lớn , u cầu điện nhà máy cung cấp điện có chất lượng tốt , tức đảm bảo yêu cầu tần số điện áp , độ tin cậy cung cấp điện cao Theo quy trình trang bị điện quy trình sản xuất nhà máy việc ngừng cung cấp điện ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm , gây thiệt hại kinh tế Cụ thể nhà máy có Ban quản lý , Phòng thiết kế , Phân xưởng sửa chữa khí kho vật liệu cho phép điện thời gian ngắn nên ta xếp vào phụ tải loại III Các phân xưởng lại xếp vào phụ tải loại I , phụ tải loại I chiếm khoảng 97% , ta xếp nhà máy vào phụ tải loại I Để quy trình sản xuất nhà máy đảm bảo vận hành tốt phải đảm bảo chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện cho toàn nhà máy 1.2 Giới thiệu phụ tải điện toàn nhà máy Nhà máy cung cấp điện đề tài thiết kế cung cấp điện có quy mơ lớn Nhà máy có 10 phân xưởng với phụ tải điện sau: Bảng 1.1-Danh sách phân xưởng nhà làm việc nhà máy Số mặt Tên phân xưởng Cơng suất đặt (KW) Diện tích (m2) Ban quản lý Phòng thiết kế 80 1538 Phân xưởng khí số 3600 2125 Phân xưởng khí số 3200 3150 Phân xưởng luyện kim màu 1800 2325 Phân xưởng luyện kim đen 2500 4500 Phân xưởng sửa chữa khí Tính tốn 1100 Phân xưởng rèn 2100 3400 Phân xưởng nhiệt luyện 3500 3806 Bộ phận nén khí 1700 1875 10 Kho vật liệu 60 3738 Theo thiết kế, nhà máy cấp điện từ Trạm biến áp trung gian cách nhà máy 10km, đường dây không lộ kép, dung lượng ngắn mạch phía hạ áp Trạm biến áp trung gian SN =250 MVA Nhà máy làm việc theo chế độ ca,thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 6000 h.Trong nhà máy có Ban quản lý, Phân xưởng sửa chữa khí Kho vật liệu hộ loại III, phân xưởng lại thuộc hộ loại I 1.3 Yêu cầu đề tài thiết kế - Đây đề tài thiết kế cấp điện cần phải thỏa mãn u cầu sau: + Độ tin cậy cung cấp điện +Chất lượng điện +An toàn +Kinh tế - Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp gồm nội dung sau: Chương : Giới thiệu chung nhà máy Chương : Xác định phụ tải tính tốn phân xưởng toàn nhà máy Chương : Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho toàn nhà máy Chương : Thiết kế mạng hạ áp cho phân xưởng sửa chữa khí Chương 5: Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa khí Chương : Tính bù cơng suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho nhà máy CHƢƠNG XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN CÁC PHÂN XƢỞNG VÀ TỒN NHÀ MÁY 2.1 Xác định phụ tải tính tốn phân xƣởng sửa chữa khí Để tính phụ tải tính tốn có phương pháp sau: - Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu - Xác định phụ tải tính toán theo xuất phụ tải dơn vị diện tích - Xác định phụ tải tính tốn theo xuất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm - Xác định phụ tải theo hệ số cực đại Kmax cơng suất trung bình hay gọi phương pháp số thiết bị điện có hiệu Tơi chọn phương pháp để tính tốn cho Phân xưởng sửa chữa khí Nội dung phương pháp sau: - Với động thì: Ptt=Pđm - Với nhóm động có số lượng ≤ : n Ptt= Pdmi - Với nhóm động có số lượng ≥ thì: Ptt=Kmax.Ksd.Pđm Trong đó: Pđm: Là công suất định mức thiết bị(kW) Ksd,Kmax Ksd Kmax max=f(Ksd,nhq) n1 ; P* n : n* P1 P n1 P1 * * hq nhq =nhq*.n hq sd max max : n Pdmi Cos Cos i i TB n Pdmi i n Pdmi Ksd i i Ksd TB n Pdmi i : Khi nhq 11.55 (A) Kiểm tra theo điều kiện kết hợp với aptomat : KhcIcp 1,25I dmA 1,5 53(A) 1.25 * 63 1.5 52.5( A) Cáp chọn thỏa mãn điều kiện kiểm tra - Chọn cáp từ tủ chiếu sáng đến cụm đèn: Ptt nhóm = 200*4 = 800(W) Itt nhóm = Pcs U đm 800 = 3.64(A) 220 Chọn dây đồng bọc nhựa tiết diện 2,5mm2 thơng số ghi bảng 5.2 có Icp = 27(A) M(2x2,5) Bảng 5.2 - Bảng thông số dây dẫn chiếu sáng Dây dẫn Tiết Đường diện kính Kết cấu định dây (N0/mm) mức dẫn (mm ) (mm) 2,5 7/0,67 2,01 Chiều dày cách điện (mm) 0,8 Chiều Đường dày vỏ kính bọc tổng PVC thể (mm) (mm) 1,5 10,62 Kiểm tra theo điều kiện phát nóng: Khc.Icp Ittcs Với khc = ta có: KhcIcp = 27(A) > 3.64(A) Kiểm tra theo điều kiện kết hợp với aptomat: KhcIcp 1,25I dmA 1,5 27(A) 1,25.20 16,7( A) 1,5 Dây dẫn chọn thỏa mãn điều kiện kiểm tra Phụ tải dòng điện (A) 27 Điện trở dây Điện dẫn áp thử 200C (V) (Ω/km) 7,41 1500 Chƣơng TÍNH BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO NHÀ MÁY 6.1 Đặt vấn đề 6.1.1 Tổn thất điện mạng điện Điện tiêu thụ chủ yếu xí nghiệp cơng nghiệp Các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng số điện sản xuất ra, vấn đề sử dụng điện hợp lý tiết kiệm điện xí nghiệp có ý nghĩa lớn mặt sản xuất phải tận dụng hết khả nhà máy phát điện để sản xuất nhiều điện nhất, đồng thời mặt dùng điện phải tiết kiệm, giảm tổn thất điện đến mức nhỏ Phấn đấu để 1kWh điện ngày làm nhiều sản phẩm chi phí điện cho sản phẩm ngày giảm Bảng 6.1- Phân tích tổn thất điện hệ thống điện(TL3) Mạng có điện áp Tổn thất điện (%) Đường dây Máy biến áp Tổng U ≥ 110kV 13,3 12,4 25,7 U = 35kV 6,9 3,0 9,9 47,8 16,6 64,4 68,0 32,0 100 U = 0,1 10kV Tổng cộng 6.1.2 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số cosφ Nâng cao hệ số cosφ biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng: - Giảm tổn thất công suất mạng điện Tổn thất công suất đường dây tính theo cơng thức: ΔQ = P2 Q2 P2 Q2 R = R R = ΔP(P) + ΔQ(Q) U2 U2 U2 Khi giảm Q truyền tải đường dây ta giảm thành phần tổn thất công suất ΔQ(Q) Q gây - Giảm tổn thất điện áp mạng điện Tổn thất điện áp tính sau: ΔU = PR QX U PR U QX U U ( P) U (Q ) Giảm lượng Q truyền tải đường dây ta giảm thành phần ΔU(Q) Q gây - Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp Khả truyền tải đường dây máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép chúng Dòng điện chạy dây dẫn máy biến áp tính sau: I= P2 Q2 3U Biểu thức chứng tỏ tình trạng phát nóng định đường dây máy biến áp( I = const) tăng khả truyền tải cơng suất tác dụng P chúng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng tải Vì giữ nguyên đường dây máy biến áp cosφ mạng nâng cao khả truyền tải chúng tăng lên - Ngoài ra, việc nâng cao hệ số cosφ đưa đến hiệu giảm chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả phát điện máy phát điện 6.2.Các biện pháp nâng cao hệ số cosφ chọn thiết bị bù công suất 6.2.1.Hệ số công suất cosφ - Hệ số công suất tức thời: hệ số công suất thời điểm đó, đo nhờ dụng cụ đo cơng suất, điện áp dịng điện: Cosφ = P 3UI Do phụ tải biến động nên cosφ tức thời ln thay đổi theo, cosφ tức thời khơng có giá trị tính tốn - Hệ số cơng suất trung bình: cosφ trung bình quãng thời gian đó: Cosφtb = cos(arctg Q tb ) Ptb Hệ số Cosφtb đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm hợp lý xí nghiệp - Hệ số cơng suất tự nhiên: hệ số cosφ trung bình tính cho năm khơng có thiết bị bù Hệ số Cosφ tự nhiên làm để tính tốn nâng cao hệ số công suất bù phản kháng 6.2.2 Các biện pháp nâng cao hệ số cosφ chọn phƣơng pháp bù công suất phản kháng 6.2.2.1 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất - Nâng cao hệ số công suất Cosφ tự nhiên: Là phương pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ áp dụng công nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý thiết bị điện Biện pháp đưa lại hiệu kinh tế mà khơng u cầu thiết bị bù Vì phải ưu tiên xét biện pháp nâng cao hệ số Cosφ tự nhiên trước Các biện pháp nâng cao hệ số Cosφ tự nhiên: o Thay đổi q trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý o Thay động non tải động có cơng suất nhỏ vài động non tải tiêu thụ công suất phản kháng bằng: Q = Q0 + (Qđm - Q0)kpt2 Q0: Công suất phản kháng lúc động làm việc không tải Qđm: Công suất phản kháng lúc động làm việc chế độ định mức kpt: hệ số phụ tải o Hạn chế động chạy không tải o Dùng động đồng thay cho động khơng đồng có hệ số cơng suất cao, làm việc máy bù phản kháng chế độ kích từ o Nâng cao hiệu chất lượng việc sửa chữa động o Thay biến áp non tải biến áp có dung lượng nhỏ - Nâng cao hệ số công suất Cosφ phương pháp bù: Là cách đặt thiết bị gần thiết bị dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng Ta giảm lượng công suất phản kháng truyền tải đường dây, từ nâng cao hệ số công suất Cosφ Bù công suất phản kháng đưa lại hiệu kinh tế phải tốn việc mua sắm thiết bị chi phí vận hành chúng Vì phương pháp bù phải dựa sở tính tốn kinh tế - kỹ thuật Các biện pháp nâng cao hệ số cosφ phƣơng pháp bù: o Tụ điện Ưu điểm:  Tổn thất công suất tác dụng nhỏ  Lắp ráp bảo quản dễ dàng, vận hành yên tĩnh  Hiệu suất sử dụng cao vốn đầu tư hợp lý Nhược điểm:  Cấu tạo chắn, dễ bị phá hỏng ngắn mạch  Tạo dịng điện xung đóng có điện áp dư cắt o Máy bù đồng  Có khả sinh tiêu thụ cơng suất phản kháng chế độ q kích thích thiếu kích thích nên dùng làm thiết bị điều chỉnh điện áp  Vận hành ồn ào, khó lắp ráp bảo quản  Tốn khó điều chỉnh dung lượng bù o Động không đồng đồng hóa  Tổn thất cơng suất lớn nên sử dụng khơng có thiết bị bù khác 6.2.2.2.Lựa chọn phƣơng pháp bù công suất phản kháng Có lợi mặt giảm tổn thất điện áp, điện cho đối tượng dùng điện đặt phân tán tụ cho động điện Tuy nhiên đặt phân tán q khơng có lợi mặt vốn đầu tư, quản lý vận hành Vì vậy, đặt tụ bù tập trung hay phân tán đến mức tùy thuộc vào hệ thống cung cấp điện đối tượng Với nhà máy sản xuất máy kéo có cơng suất lớn, sơ ta lựa chọn thiết bị bù cơng suất phản kháng tụ điện tĩnh phía hạ áp - Sơ đồ nối dây tụ điện hạ áp: Gồm thiết bị đóng cắt bảo vệ cầu dao, cầu chì Tụ điện điện áp thấp loại tụ điện pha phần tử nối thành hình tam giác phía trong: Hình 4.1- Sơ đồ nối dây tụ điện hạ áp 6.3.Xác định, tính tốn phân bố dung lƣợng bù cơng suất phản kháng 6.3.1.Xác định dung lƣợng bù toàn nhà máy Theo tính tốn chương 2, ta có: Pttnm = 7687.61 (kW) Qttnm = 6628.09 (kVAr) Sttnm = 10150.41 (kVA) Cosφnm = 0,76 Bài toán đưa phải nâng hệ số Cosφnm lên 0,95 [Tr146; TL1] Để nâng hệ số Cosφnm lên 0,95 cần bù lượng công suất phản kháng: Qb = Ptt(tg - tg 2) Ptt: Cơng suất tác dụng tính tốn nhà máy tg 1: Trị số ứng với hệ số Cosφ trước bù (Với Cosφ1 = 0,7 tg 0,855) = tg 2: Trị số ứng với hệ số Cosφ sau bù (Với Cosφ2 = 0,95 tg = 0,329) : Hệ số xét tới khả nâng cao hệ số công suất phương pháp khác.(Trong trường hợp ta xét nâng cao hệ số Cosφ phương pháp bù, = 1) Tổng dung lượng cần bù: Qb = 7687.61 (0,855 - 0,329) = 4005.24(kVAr) 6.3.2.Phân bố dung lƣợng bù mạng điện nhà máy Mạng điện nhà máy mạng điện hình tia có nhánh từ trạm phân phối trung tâm đến trạm biến áp phân xưởng Dung lượng bù tối ưu cho nhánh tính theo cơng thức: [Tr147; TL1] Qbù nhánh= Qnhánh Rtđ Q Qbù Rnhánh Qbù nhánh: Dung lượng công suất phản kháng cần bù cho nhánh(kVAr) Qnhánh: Phụ tải phản kháng nhánh(kVAr) Q: Tổng phụ tải phản kháng mạng(kVAr) Qbù: Dung lượng bù mạng(kVAr) Rtđ: Điện trở tương đương mạng điện(Ω) Rnhánh: Điện trở nhánh(Ω) Thống kê điện trở nhánh phụ tải phản kháng nhánh: Bảng 6.2 - Bảng thống kê điện trở tuyến cáp cao áp Stt Đường cáp Loại cáp Chiều dài r0 rC (m) (Ω/m2) (Ω) TPPTT-B1 2XLPE 3*16 442 0.32 TPPTT-B2 2XLPE 3*16 456 0.34 TPPTT-B3 2XLPE 3*16 272 0.2 TPPTT-B4 2XLPE 3*16 327 0.24 TPPTT-B5 2XLPE 3*16 306 0.22 TPPTT-B6 2XLPE 3*16 272 0.2 TPPTT-B7 2XLPE 3*16 286 0.21 1.47 - Điện trở trạm biến áp 1000 (kVA) B1,B2,B3,B5,B6,B7: RBAPX = PN U đm 103(Ω) S đm Từ bảng 2.10 ta có: ΔPN = 12.6 (kW) Uđm = 0.4(kV) Sđm = 1000(kVA) Thay số vào ta có: RBAPX 12.6 * 0.4 10 10002 0.004( ) Vì trạm có máy biến áp làm việc song song nên điện trở biến áp giảm lần: RB1 = RB2 = RB3 = RB5 = RB6 = RB7 = 0.002(Ω) - Điện trở trạm biến áp 1600 (kVA) B4: Từ bảng 2.10 ta có: ΔPN = 18(kW) Uđm = 0.4(kV) Sđm = 1600(kVA) 18 * 0.4 10 16002 RBAPX 0.00156( ) Vì trạm có máy biến áp làm việc song song nên điện trở biến áp giảm lần: RB4 = 0.00078(Ω) Kết tính tốn điện trở nhánh thống kê bảng 6.3: Bảng 6.3 - Bảng thống kê điện trở nhánh hình tia Stt Nhánh rC (Ω) rBA (Ω) Ri (Ω) TPPTT-B1 0.32 0.002 0.322 TPPTT-B2 0.34 0.002 0.342 TPPTT-B3 0.2 0.002 0.202 TPPTT-B4 0.24 0.00078 0.24078 TPPTT-B5 0.22 0.002 0.222 TPPTT-B6 0.2 0.002 0.202 TPPTT-B7 0.21 0.002 0.212 Điện trở tương đương mạng điện nhà máy: Rtđ = R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 1 1 1 1 0.322 0.342 0.202 0.24078 0.222 0.202 0.212 = 0,034(Ω) Thống kê công suất phản kháng nhánh: Bảng 6.4 - Bảng công suất phản kháng nhánh mạng điện nhà máy Stt Nhánh Qnhánh (kVAr) TPPTT-B1 1344.68 TPPTT-B2 1436.4 TPPTT-B3 748.88 TPPTT-B4 1575 TPPTT-B5 924 TPPTT-B6 1536.15 TPPTT-B7 720 Tổng 8285.11 Dung lượng bù tối ưu cho nhánh: Bảng 6.5 - Bảng phân bố dung lượng bù tối ưu cho nhánh Stt Nhánh Rnhánh (Ω) Qnhánh (kVAr) Qbù nhánh (kVAr) TPPTT-B1 0.322 1344.68 859.47 TPPTT-B2 0.342 1436.4 1008.45 TPPTT-B3 0.202 748.88 86.5 TPPTT-B4 0.24078 1575 967.15 TPPTT-B5 0.222 924 264.73 TPPTT-B6 0.202 1536.15 811.66 TPPTT-B7 0.212 720 29.63 Tra bảng 6.7 [TL2] chọn chọn tụ điện bù cosφ DAE YEONG chế tạo có thơng số ghi bảng: Bảng 6.6 - Bảng thông số tụ điện bù cosφ Mã hiệu Uđm (V) Iđm (A) C (μF) Qb (kVAr) DLE-3H100K6T 380 189,9 1,83 100 Cụ thể tính tốn bù cho nhánh sau: Bảng 6.7 - Bảng kết bù công suất phản kháng Stt Qb Loại tụ Nhánh Số (kVAr) Tổng Qb Qb yêu cầu (kVAr) (kVAr) B1 DLE-3H100K6T 100 900 859.47 B2 DLE-3H100K6T 100 11 1100 1008.45 B3 DLE-3H100K6T 100 100 86.5 B4 DLE-3H100K6T 100 10 1000 967.15 B5 DLE-3H100K6T 100 300 264.73 B6 DLE-3H100K6T 100 900 811.66 B7 DLE-3H100K6T 100 100 29.63 Tổng dung lượng bù là: Qb = 4400(kVAr) Thay vào công thức Qb = Ptt(tg tg = Ptt tg Ptt Qb - tg 2) 7687.61.0,855 4400 7687.61 0.283 cos = 0,96: Thỏa mãn yêu cầu Tủ aptomat Tủ phân phối Tủ bù cos tổng cho PX Tủ aptomat phân đoạn Tủ bù cos Tủ phân phối Tủ aptomat Cho PX tổng Hình 6.2- Sơ đồ lắp đặt tụ điện bù phân đoạn góp trạm B1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngô Hồng Quang - Vũ Văn Tẩm (2006), Thiết kế cấp điện, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Ngô Hồng Quang (2007), Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Nguyễn Công Hiền - Nguyễn Mạnh Hoạch (2001), Hệ thống cung cấp điện xí nghiệp cơng nghiệp, thị nhà cao tầng, NXB Khoa Học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Xuân Phú - Nguyễn Công Hiền - Nguyễn Bội Khuê (1998), Cung cấp điện, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội