Tính toán phụ tải điện 1.1 Phụ tải chiếu sáng 1.2 Phụ tải động lực: phân nhóm thiết bị, xác định phụ tải từng nhóm, tổng hợp phụ tải động lực 1.3 Tổng hợp phụ tải của tồn phân xưởng 1.4
Tính toán phụ tải điện
Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
2 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu
3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện
3.2 Chọn và kiểm tra dây dẫn
3.3 Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 3.4 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…) 3.5 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ
3.7 Nhận xét và đánh giá
4 Thiết kế trạm biến áp
4.1 Tổng quan về trạm biến áp
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng cho chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, cần xác định tổng quang thông cần thiết để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng tối ưu.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012 quy định rằng trong khu vực phân xưởng, cứ mỗi 200 m² sẽ có 1 ổ cắm đơn 500 W Mỗi mạch ổ cắm tối đa có thể lắp đặt 6 ổ cắm, tương đương với tổng công suất 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, sự đa dạng về thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau là điều phổ biến Để xác định PTTT một cách chính xác, việc phân nhóm thiết bị điện là cần thiết Quy trình phân nhóm thiết bị điện nên tuân theo các nguyên tắc cụ thể để đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quản lý.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần phải có chế độ làm việc đồng nhất để thuận tiện cho việc tính toán và cung cấp điện Khi nhóm phụ tải hoạt động theo cùng một chế độ, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Các thiết bị trong từng nhóm cần được phân bổ sao cho tổng công suất của mỗi nhóm có sự chênh lệch tối thiểu, nhằm tạo ra sự đồng nhất cho các trang thiết bị cung cấp điện.
Số lượng thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều, nên lựa chọn nhiều loại kích thước tủ điện khác nhau để đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện Thông thường, số lượng phụ tải trong cùng một nhóm chỉ nên từ 8 đến 12 phụ tải.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong một nhóm nên được đặt gần nhau Việc này giúp giảm chiều dài đường dây hạ áp, từ đó tối ưu hóa hiệu quả hoạt động.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí, công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng có thể được chia thành 4 nhóm chính: Nhóm I, Nhóm II, Nhóm III và Nhóm IV.
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, không phải tất cả các thiết bị hoạt động đồng thời, vì vậy việc lựa chọn số lượng thiết bị làm việc cùng lúc là rất quan trọng khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện năng, sử dụng máy biến áp có công suất nhỏ hơn, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn, đồng thời giảm thiểu tổn thất điện năng và hiện tượng sụt áp trong mạng lưới điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Bằng cách lắp đặt các thiết bị bù gần với tải tiêu thụ điện, chúng ta có thể cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm bớt công suất phản kháng cần truyền tải qua đường dây Việc này không chỉ nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà còn giảm thiểu lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất để tiết kiệm điện mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, tạo ra công suất phản kháng Q cho mạng Với ưu điểm tổn thất công suất tác dụng thấp và dễ dàng lắp ráp, bảo quản, tụ điện thường được chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ, cho phép ghép thêm theo nhu cầu phụ tải trong sản xuất Thiết bị này được sử dụng phổ biến tại các xí nghiệp và nhà máy vừa và nhỏ, thường khi dung lượng bù dưới 5000 KVAR, trong khi dung lượng lớn hơn có thể sử dụng máy bù đồng bộ.
Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu
3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện
3.2 Chọn và kiểm tra dây dẫn
3.3 Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 3.4 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…) 3.5 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ
3.7 Nhận xét và đánh giá
4 Thiết kế trạm biến áp
4.1 Tổng quan về trạm biến áp
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng cho chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, cần xác định tổng quang thông cần thiết để đảm bảo hiệu suất chiếu sáng tối ưu.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện được quy định theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012, trong đó yêu cầu bố trí 1 ổ cắm đơn 500 W cho mỗi 200 m² khu vực phân xưởng Mỗi mạch ổ cắm tối đa có thể chứa 6 ổ, tương đương với công suất tối đa 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, sự đa dạng về thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau là điều phổ biến Để xác định PTTT một cách chính xác, việc phân nhóm thiết bị điện là cần thiết Quy trình này cần tuân theo các nguyên tắc nhất định để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong việc phân loại.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần phải có chế độ làm việc đồng nhất để thuận lợi cho việc tính toán và cung cấp điện Khi nhóm phụ tải có chế độ làm việc giống nhau, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Các thiết bị trong các nhóm cần được phân bổ sao cho tổng công suất của mỗi nhóm ít chênh lệch, nhằm tạo ra sự đồng nhất cho các trang thiết bị cung cấp điện.
Số lượng thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều, vì điều này yêu cầu phải lựa chọn nhiều loại kích thước tủ điện khác nhau, từ đó làm giảm độ tin cậy trong việc cung cấp điện Thông thường, số lượng phụ tải trong cùng một nhóm chỉ nên dao động từ 8 đến 12 phụ tải.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị nên được bố trí gần nhau Việc này giúp giảm chiều dài đường dây hạ áp, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí cũng như công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng có thể được chia thành 4 nhóm: Nhóm I, Nhóm II, Nhóm III và Nhóm IV.
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, các thiết bị không hoạt động đồng thời, do đó, cần xác định số lượng thiết bị làm việc đồng thời khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện năng, sử dụng máy biến áp và thiết bị đóng cắt nhỏ hơn, đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Đặt các thiết bị bù gần tải tiêu thụ điện giúp cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm lượng công suất phản kháng cần truyền tải trên đường dây Việc này nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải, chỉ giảm thiểu công suất phản kháng phải truyền tải mà không ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất để tiết kiệm điện mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng lưới cung cấp điện.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, có khả năng sinh ra công suất phản kháng Q để cung cấp cho mạng Với nhiều ưu điểm như tổn thất công suất tác dụng thấp và dễ dàng trong lắp đặt cũng như bảo trì, tụ điện thường được chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ, cho phép linh hoạt ghép thêm tụ điện vào mạng tùy theo sự phát triển của phụ tải Tụ điện được sử dụng phổ biến tại các xí nghiệp và nhà máy vừa và nhỏ, nơi yêu cầu dung lượng bù không lớn Thông thường, khi dung lượng bù dưới 5000 KVAR, tụ điện là lựa chọn phù hợp, trong khi dung lượng lớn hơn có thể sử dụng máy bù đồng bộ.
Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện
Tính toán ngắn mạch
3.2 Chọn và kiểm tra dây dẫn
3.3 Chọn và kiểm thiết bị trung áp (dao cách ly, cầu chảy, chống sét van, v.v…) 3.4 Chọn thiết bị hạ áp (loại tủ phân phối, thanh cái, sử đỡ, thiết bị chuyển mạch bằng tay và tự động đóng/cắt nguồn tự động, aptomat/cầu chảy, khởi động từ v.v…) 3.5 Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampe mét, vol mét, công tơ v.v
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ
3.7 Nhận xét và đánh giá
4 Thiết kế trạm biến áp
4.1 Tổng quan về trạm biến áp
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng cho chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, cần xác định tổng quang thông cần thiết để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng tối ưu.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện được quy định theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012, trong đó mỗi 200 m² khu vực phân xưởng cần bố trí 1 ổ cắm đơn có công suất 500 W Mỗi mạch ổ cắm tối đa cho phép 6 ổ cắm, tương ứng với tổng công suất lên đến 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, có nhiều thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau Để xác định PTTT một cách chính xác, cần phải phân nhóm các thiết bị điện Việc phân nhóm này cần tuân theo các nguyên tắc nhất định.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần phải có chế độ làm việc đồng nhất để thuận tiện cho việc tính toán và cung cấp điện Với các nhóm phụ tải có cùng chế độ làm việc, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc trở nên dễ dàng hơn.
Để đảm bảo sự đồng nhất cho các trang thiết bị cung cấp điện, các thiết bị trong các nhóm cần được phân bố sao cho tổng công suất của mỗi nhóm ít chênh lệch nhất.
Số lượng thiết bị trong một nhóm cần được giới hạn để đảm bảo hiệu quả, với khoảng từ 8 đến 12 phụ tải Việc chọn nhiều loại kích thước tủ điện khác nhau có thể làm giảm độ tin cậy trong việc cung cấp điện.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong một nhóm nên được đặt gần nhau Việc này giúp giảm chiều dài của đường dây hạ áp, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí, công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 4 nhóm (I, II, III, IV).
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, không phải tất cả các thiết bị đều hoạt động đồng thời, vì vậy cần xác định số lượng thiết bị hoạt động cùng lúc khi tính toán phụ tải toàn bộ phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện năng, sử dụng máy biến áp có công suất nhỏ hơn, cũng như thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn Điều này không chỉ giảm tổn thất điện năng mà còn hạn chế sụt áp trong mạng lưới điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Đặt các thiết bị bù gần tải tiêu thụ điện giúp cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm lượng công suất phản kháng cần truyền tải trên đường dây Việc này nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải, chỉ làm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất để tiết kiệm điện mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng lưới cung cấp điện.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, sinh ra công suất phản kháng Q cho mạng Nó có nhiều ưu điểm như tổn thất công suất tác dụng thấp và dễ dàng lắp ráp, bảo quản Tụ điện được chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ, cho phép linh hoạt trong việc ghép thêm theo sự phát triển của phụ tải Thiết bị này thường được sử dụng tại các xí nghiệp và nhà máy vừa và nhỏ, nơi yêu cầu dung lượng bù không lớn Thông thường, nếu dung lượng bù nhỏ hơn 5000 KVAR, tụ điện sẽ được sử dụng, còn nếu lớn hơn thì máy bù đồng bộ là lựa chọn phù hợp.
Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn
Tính toán lựa chọn dây dẫn trung áp và dây dẫn đến tủ phân phối
Chọn dây dẫn đến trạm biến áp phân xưởng là cáp nhôm lõi thép 3 pha, có bọc XLPE
√3 22 = 10,26 (A) Chọn dây AC theo mật độ dòng kinh tế:
Chọn dây nhôm lõi thép AC – 95, có r0 = 0.33( Ω
𝑘𝑚) Dây dẫn từ trạm biến áp đến trạm phân phối (10m)
Ta có dòng làm việc lớn nhất tại phía hạ áp
Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ k1 được áp dụng cho môi trường lắp đặt dây, cáp, trong khi k2 điều chỉnh theo số lượng dây hoặc cáp cùng nằm trong một rãnh Kết quả tính toán cho thấy 0.95 nhân với 1 bằng 593,92(A).
Xác định tổn hao điện áp thực tế: Δ𝑈 =𝑃 𝑟 0 + 𝑄 𝑥 0
Dây dẫn cho phân xưởng được chọn là cáp đồng 3 pha lắp đặt trên không, với sản phẩm từ CADIVI có tiết diện 300 mm² Các thông số điện trở là ro = 0,0601 (Ω/km) và xo = 0,07 (Ω/km).
Dây dẫn tủ chiếu sáng và ổ cắm
Ta chọn dây dẫn hạ áp 2 lõi đồng cách điện PVC loại nửa mềm đặt cố định do CADIVI chế tạo CVV – 25 có Icp = 73 (A)
Tương tự ta tính được dây cho các nhóm:
Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 2 Đoạn dây
T2-18 6,01 9,54 7,41 0,63 13,77 14,49 4,44 5 6 3,33 0,09 T2-22 60 95,24 73,96 0,63 137,46 144,70 44,34 5 35 0,57 0,06 T2-27 6,01 10,02 8,01 0,60 14,46 15,22 4,66 12 6 3,33 0,07 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 3 Đoạn dây
T3-13 4,21 6,28 4,66 0,67 9,07 9,55 2,93 3 6 3,33 0,09 T3-14 4,21 6,38 4,79 0,66 9,21 9,69 2,97 3 6 3,33 0,09 T3-15 4,5 7,14 5,55 0,63 10,31 10,85 3,33 4 6 3,33 0,09 T3-16 11,25 16,79 12,47 0,67 24,24 25,51 7,82 8 6 3,33 0,09 T3-24 15,01 22,40 16,63 0,67 32,34 34,04 10,43 1 6 3,33 0,09 T3-23 82,51 130,97 101,71 0,63 189,04 198,99 60,98 1 35 0,57 0,06 T3-25 19,51 21,68 9,45 0,90 31,29 32,94 10,09 1 35 0,57 0,06 T3-26 2,99 3,32 1,45 0,90 4,80 5,05 1,55 3 50 0,4 0,06 Cho nhánh cấp điện tủ động lực 4 Đoạn dây
T4-37 6,75 10,07 7,48 0,67 14,54 15,31 4,69 4 4 5 0,09 T4-38 8,26 12,33 9,15 0,67 17,79 18,73 5,74 5 4 5 0,09 T4-21 19,51 33,64 27,40 0,58 48,55 51,11 15,66 4 4 5 0,07 Cho nhánh cấp điện tủ động lực 5 Đoạn dây
T5 99,16 123,95 74,37 0,80 178,91 188,33 57,71 16 35 0,57 0,06 T5-40 42,01 70,02 56,01 0,60 101,06 106,38 32,60 1 35 0,57 0,06 T5-43 42,01 51,23 29,32 0,82 73,95 77,84 23,85 2 16 3,33 0,09 T5-41 8,26 10,59 6,63 0,78 15,28 16,09 4,93 1 6 3,33 0,09 T5-42 11,25 19,40 15,80 0,58 28,00 29,47 9,03 1 10 2 0,07 T5-45 11,25 13,72 7,85 0,82 19,80 20,84 6,39 3 6 3,33 0,09 T5-44 4,21 5,40 3,38 0,78 7,79 8,20 2,51 3 6 3,33 0,09 T5-39 6,75 8,65 5,42 0,78 12,49 13,15 4,03 3 6 3,33 0,09 T5-31 8,26 10,07 5,77 0,82 14,54 15,30 4,69 5 6 3,33 0,09 b.Tính tổn thất và các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật
Từ tủ phân phối về động lực, ta xác định được tổn hao điện áp thực tế:
Bảng tổn hao điện áp và tổn hao công suất
Chọn thiết bị hạ áp
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ
3.7 Nhận xét và đánh giá
4 Thiết kế trạm biến áp
4.1 Tổng quan về trạm biến áp
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình.
Nhận xét và đánh giá
4 Thiết kế trạm biến áp
4.1 Tổng quan về trạm biến áp
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng cho chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, cần xác định tổng quang thông cần thiết để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng tối ưu.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện được quy định theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012, trong đó mỗi 200 m² khu vực phân xưởng cần bố trí 1 ổ cắm đơn 500 W Tối đa có thể lắp đặt 6 ổ cắm cho mỗi mạch ổ cắm, tương ứng với công suất tối đa 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, các thiết bị điện thường có công suất và chế độ làm việc đa dạng Để xác định PTTT một cách chính xác, việc phân nhóm thiết bị điện là rất cần thiết Quy trình phân nhóm này cần tuân theo những nguyên tắc cụ thể để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong hoạt động.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần có chế độ làm việc đồng nhất để thuận lợi cho việc tính toán và cung cấp điện Khi nhóm phụ tải có cùng chế độ làm việc, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc trở nên dễ dàng hơn.
Các thiết bị trong các nhóm cần được phân bổ sao cho tổng công suất của mỗi nhóm có sự chênh lệch tối thiểu, nhằm tạo ra sự đồng nhất cho các trang thiết bị cung cấp điện.
Số lượng thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều, vì điều này yêu cầu phải lựa chọn nhiều kích thước tủ điện khác nhau, dẫn đến giảm độ tin cậy trong cung cấp điện Thông thường, số lượng phụ tải trong một nhóm chỉ nên từ 8 đến 12 phụ tải.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong một nhóm nên được đặt gần nhau Việc này giúp giảm chiều dài đường dây hạ áp, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí, công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 4 nhóm (I, II, III, IV).
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, không phải tất cả các thiết bị hoạt động đồng thời, vì vậy việc chọn số lượng thiết bị làm việc đồng thời là rất quan trọng khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện năng, cho phép sử dụng máy biến áp công suất thấp hơn, thiết bị đóng cắt và cáp có kích thước nhỏ hơn Điều này không chỉ giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn hạn chế sụt áp trong hệ thống điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Bằng cách lắp đặt các thiết bị bù gần tải tiêu thụ điện, chúng ta có thể cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm thiểu công suất phản kháng cần truyền tải trên đường dây Việc này không chỉ nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà còn giúp giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải, mang lại hiệu quả cho toàn bộ hệ thống điện.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất nhằm tiết kiệm điện năng, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng lưới cung cấp điện.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, có khả năng sinh ra công suất phản kháng Q cho mạng Với ưu điểm như tổn thất
Máy bù đồng bộ là động cơ hoạt động ở chế độ không tải, có khả năng sản xuất công suất phản kháng khi quá kích thích và tiêu thụ công suất phản kháng của mạng khi thiếu kích thích Ngoài chức năng bù công suất phản kháng, máy bù còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp mạng, thường được lắp đặt tại các điểm cần thiết trong hệ thống điện để đảm bảo ổn định điện áp.
- Tính toán dung lượng tụ bù:
Q bù = P tt × (tgφ trước bù − tgφ sau bù ) (kVAr)
+ P tt : Công suất tác dụng tính toán của công trình (kW)
+ φ trước bù : Góc lệch pha ban đầu
+ Q bù : Dung lượng tụ bù (kVAr)
+ φ sau bù : Góc lệch pha sau khi bù
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức :
Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian cho phép không quá
Thiết kế trạm biến áp
Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA
5 Tính toán nối đất và chống sét
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng tương ứng với chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, tổng quang thông cần thiết sẽ được tính toán để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng tối ưu.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện được quy định theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012, trong đó mỗi 200 m² khu vực phân xưởng cần bố trí 1 ổ cắm đơn với công suất 500 W Mỗi mạch ổ cắm tối đa có thể lắp đặt 6 ổ, tương đương với tổng công suất 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, có nhiều thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau Để xác định PTTT một cách chính xác, cần phải tiến hành phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo những nguyên tắc nhất định.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần có chế độ làm việc đồng nhất để thuận tiện cho việc tính toán và cung cấp điện Khi các phụ tải có chế độ làm việc tương tự, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc trở nên dễ dàng hơn.
Để đảm bảo tính đồng nhất cho các thiết bị cung cấp điện, cần phân bố các thiết bị trong các nhóm sao cho tổng công suất của mỗi nhóm có sự chênh lệch tối thiểu.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong một nhóm nên được bố trí gần nhau, giúp giảm chiều dài của đường dây.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí, công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 4 nhóm: Nhóm I, Nhóm II, Nhóm III và Nhóm IV.
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, không phải tất cả các thiết bị đều hoạt động đồng thời, vì vậy việc xác định số lượng thiết bị hoạt động cùng lúc là rất quan trọng khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện, sử dụng máy biến áp công suất nhỏ hơn, thiết bị đóng cắt và cáp có kích thước nhỏ hơn, đồng thời giảm thiểu tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng lưới điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Bằng cách lắp đặt các thiết bị bù gần tải tiêu thụ điện, chúng ta có thể cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm thiểu công suất phản kháng cần truyền tải qua đường dây Điều này không chỉ nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà còn giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải, mang lại hiệu quả cho hệ thống điện.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất và tiết kiệm điện, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, sinh ra công suất phản kháng Q cho mạng Với ưu điểm như tổn thất công suất tác dụng thấp và dễ dàng lắp ráp, tụ điện có thể được chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ, cho phép ghép thêm theo sự phát triển của phụ tải Tụ điện thường được sử dụng tại các xí nghiệp và nhà máy vừa và nhỏ, nơi yêu cầu dung lượng bù không lớn Thông thường, dung lượng bù dưới 5000 KVAR sẽ sử dụng tụ điện, trong khi dung lượng lớn hơn sẽ dùng máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ là động cơ hoạt động ở chế độ không tải, có khả năng sản xuất công suất phản kháng khi ở chế độ quá kích thích và tiêu thụ công suất phản kháng khi ở chế độ thiếu kích thích Ngoài việc bù công suất phản kháng, máy bù đồng bộ còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp mạng, thường được lắp đặt tại các điểm cần thiết trong hệ thống điện để duy trì ổn định điện áp.
- Tính toán dung lượng tụ bù:
Q bù = P tt × (tgφ trước bù − tgφ sau bù ) (kVAr)
+ P tt : Công suất tác dụng tính toán của công trình (kW)
+ φ trước bù : Góc lệch pha ban đầu
+ Q bù : Dung lượng tụ bù (kVAr)
+ φ sau bù : Góc lệch pha sau khi bù
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức :
Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian cho phép không quá
Tính toán nối đất và chống sét
Tính chọn thiết bị chống sét
1 Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các tủ phân phối, các thiết bị
2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của thiết bị được chọn
3 Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp;
4 Sơ đồ tủ phân phối, sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất
5 Bảng số liệu tính toán mạng điện: phụ tải, so sánh các phương án; giải tích chế độ xác lập của mạng điện; dự toán công trình
Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:
Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng
Thiết bị trên sơ đồ mặt bằng
Tên thiết bị Hệ số K sd Công suất đặt P (kW) Cosφ
- i được tính bằng số đề chia 2/3
- Nguồn cấp điện cho nhà xưởng lấy từ đường dây 22kV cách nhà xưởng 200m
- Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm
NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN 2
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 6
1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm 6
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng 14
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9 15
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 17
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 17
2.2 Các phương án cấp điện cho phân xưởng 20
2.3 Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 25
Chương 3: Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 28
3.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn 31
3.3 Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 35
3.4 Chọn thiết bị hạ áp 35
3.5 Chọn thiết bị đo lường 39
3.6 Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 40
3.7 Nhận xét và đánh giá 42
Chương 4: Thiết kế trạm biến áp 43
4.1 Tổng quan về trạm biến áp 43
4.2 Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp 43
4.3 Tính toán nối đất cho trạm biến áp 45
4.4 Sơ đồ nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt của trạm biến áp và sơ đồ nối đất của TBA 46
Chương 5: Tính toán nối đất và chống sét 48
5.2 Tính chọn thiết bị chống sét 49
Chương 1: Tính toán phụ tải điện 1.1 Thiết kế và tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm
Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
Hình 1.1: Đèn LED HIGH BAY HBL 200W 6500K
• Chọn độ cao treo đèn: h1 = 0.4m
• Chiều cao của mặt bằng làm việc: h2 = 0.8m
4.8 × (24 + 36)= 3.0 Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0.5; Tường: 0.3
Hệ số lợi dụng ánh sáng tương ứng với chỉ số phòng 3.0 được xác định là ksd = 0.92, trong khi hệ số mất mát ánh sáng là LLF = 0.61 Dựa trên các thông số này, cần xác định tổng quang thông cần thiết cho không gian.
Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu:
Như vậy ta dùng 20 đèn phân phổ thành 5 hàng 4 cột với 2 đèn trên cùng 1 hàng cách nhau 5.8m và 2 đèn trên cùng 1 cột cách nhau 7.1m
Hình 1.2: Mặt bằng chiếu sáng
Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời kđt =1)
Công suất tính toán cho ổ cắm điện được quy định theo tiêu chuẩn TCXDVN - 9206-2012, trong đó mỗi 200 m² khu vực phân xưởng cần bố trí 1 ổ cắm đơn có công suất 500 W Mỗi mạch ổ cắm tối đa có thể lắp đặt 6 ổ cắm, tương ứng với tổng công suất lên đến 3000 W cho mỗi mạch.
𝑃 𝑜𝑐 = 5 × 3000 = 15000 𝑊 = 15 𝑘𝑊 Vậy tổng công suất của phụ tải chiếu sáng và ổ cắm:
Trong một phân xưởng, có nhiều thiết bị với công suất và chế độ làm việc khác nhau Để xác định PTTT một cách chính xác, việc phân nhóm thiết bị điện là cần thiết Quá trình phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc nhất định.
Các thiết bị trong cùng một nhóm cần phải có chế độ làm việc giống nhau để thuận tiện cho việc tính toán và cung cấp điện Khi nhóm phụ tải có chế độ làm việc đồng nhất, việc tra cứu các hệ số như ksd, knc sẽ trở nên dễ dàng hơn.
Để đảm bảo sự đồng nhất cho các trang thiết bị cung cấp điện, các thiết bị trong các nhóm cần được phân bố sao cho tổng công suất của mỗi nhóm ít chênh lệch nhất.
Số lượng thiết bị trong cùng một nhóm không nên quá nhiều, với số lượng phụ tải thường từ 8 đến 12 Cần lựa chọn nhiều loại kích thước tủ điện khác nhau để đảm bảo độ tin cậy trong việc cung cấp điện.
Để tiết kiệm vốn đầu tư và giảm tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng, các thiết bị trong một nhóm nên được bố trí gần nhau, giúp rút ngắn chiều dài đường dây.
Dựa trên nguyên tắc phân loại phụ tải và vị trí cũng như công suất của từng thiết bị, các thiết bị trong phân xưởng được chia thành 4 nhóm chính: Nhóm I, Nhóm II, Nhóm III và Nhóm IV.
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm I
• Hệ số sử dụng nhóm I:
• Số lượng hiệu dụng nhóm I:
• Hệ số nhu cầu nhóm I:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm I:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm I: cos 𝜑 𝑛1 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm I:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm I:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Cos φ Công suất đặt P, kW
Phụ tải động lực nhóm II
• Hệ số sử dụng nhóm II:
• Số lượng hiệu dụng nhóm II:
• Hệ số nhu cầu nhóm II:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm II:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm II: cos 𝜑 𝑛2 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm II:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm II:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm III
• Hệ số sử dụng nhóm III:
• Số lượng hiệu dụng nhóm III:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm III:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm III: cos 𝜑 𝑛3 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm III:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm III:
Số hiệu trên sơ đồ
Tên thiết bị Hệ số
Phụ tải động lực nhóm IV
• Hệ số sử dụng nhóm IV:
• Số lượng hiệu dụng nhóm IV:
• Hệ số nhu cầu nhóm IV:
• Tổng công suất của phụ tải nhóm IV:
• Hệ số công suất của phụ tải nhóm IV: cos 𝜑 𝑛4 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải nhóm IV:
• Công suất biểu kiến của phụ tải nhóm IV:
0.8 = 123.95 (𝑘𝑉𝐴) Cuối cùng, ta có bảng công suất của từng nhóm tải động lực trong phân xưởng
TT Nhóm k sdni Cosφ ni P ni (kW)
• Hệ số sử dụng động lực:
• Số lượng hiệu dụng động lực:
• Hệ số nhu cầu nhóm III:
• Tổng công suất của phụ tải động lực:
• Hệ số công suất của phụ tải động lực: cos 𝜑 𝑡𝑏 =∑ 𝑃𝑖 × 𝑐𝑜𝑠𝜑𝑖
• Công suất phản kháng của phụ tải động lực:
• Công suất biểu kiến của phụ tải động lực:
1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng
Phân xưởng được chia thành 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có 4 tủ động lực và 1 tủ chiếu sáng
Trong thực tế, không phải tất cả các thiết bị đều hoạt động đồng thời, vì vậy việc lựa chọn số lượng thiết bị hoạt động cùng lúc là rất quan trọng khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng.
Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1 Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời Kđt
=0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều
STT PHỤ TẢI P (kW) cos
Công suất tác dụng toàn phân xưởng
Hệ số công suất: cos 𝜑 =∑ 𝑃 𝑖 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑖
280.69 + 19 = 0.69 Công suất biểu kiến toàn phân xưởng
Xét tổn thất trong mạng điện là 10%, khả năng phát triển của phụ tải trong 10 năm là 10%, ta có số liệu tính toán của toàn phân xưởng:
1.4 Tính toán bù công suất phản kháng để cosφ mong muốn sau khi bù đạt 0,9
Cải thiện hệ số công suất giúp tiết kiệm chi phí điện năng, cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp có kích thước nhỏ hơn Điều này cũng góp phần giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong hệ thống điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện Khi đó các thiết bị điện không cần định mức dư thừa
Khi bù công suất phản kháng, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ giảm, dẫn đến việc nâng cao hệ số công suất cosϕ của mạng điện.
• Các cách nâng cao hệ số công suất:
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
- Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù công suất phản kháng:
Đặt các thiết bị bù gần tải tiêu thụ điện giúp cung cấp công suất phản kháng Q, từ đó giảm lượng công suất phản kháng cần truyền tải trên đường dây Việc này không chỉ nâng cao hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà còn giảm thiểu công suất phản kháng phải truyền tải, mang lại hiệu quả cho hệ thống điện.
Bù công suất phản kháng Q không chỉ giúp nâng cao hệ số công suất, từ đó tiết kiệm điện năng, mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng lưới cung cấp điện.
- Các loại thiết bị bù
Tụ điện là thiết bị điện tĩnh hoạt động với dòng điện vượt trước điện áp, sinh ra công suất phản kháng Q cho mạng Với ưu điểm tổn thất công suất tác dụng thấp, dễ lắp ráp và bảo quản, tụ điện thường được chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ, cho phép ghép thêm vào mạng tùy theo sự phát triển của phụ tải trong sản xuất Tụ điện được sử dụng phổ biến tại các xí nghiệp và nhà máy vừa và nhỏ, thường khi dung lượng bù dưới 5000 KVAR; nếu lớn hơn, máy bù đồng bộ sẽ được sử dụng.
Máy bù đồng bộ là loại động cơ hoạt động chủ yếu ở chế độ không tải, có khả năng sản xuất và tiêu thụ công suất phản kháng tùy thuộc vào mức độ kích thích Khi quá kích thích, máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng, trong khi ở chế độ thiếu kích thích, nó tiêu thụ công suất phản kháng từ mạng Ngoài vai trò bù công suất phản kháng, máy bù còn là thiết bị quan trọng trong việc điều chỉnh điện áp mạng, thường được lắp đặt tại các điểm cần thiết để duy trì ổn định điện áp trong hệ thống điện.
- Tính toán dung lượng tụ bù:
Q bù = P tt × (tgφ trước bù − tgφ sau bù ) (kVAr)
+ P tt : Công suất tác dụng tính toán của công trình (kW)
+ φ trước bù : Góc lệch pha ban đầu
+ Q bù : Dung lượng tụ bù (kVAr)
+ φ sau bù : Góc lệch pha sau khi bù
Chương 2: Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng
2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng
- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức :
Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian cho phép không quá