Đồ án môn học thiết kế cấp điện đề tài thiết kế cấp điện cho nhà xưởng xí nghiệp công nghiệp

Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy.Với: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau một thời gian làm đồ

Môn : Thiết kế cấp điện

Đề tài : Thiết kế cấp điện cho nhà xưởng xí nghiệp công nghiệp

CBHD: TS Hoàng Mai QuyềnSinh viên: Nguyễn Ngọc ThắngMSV: 2019605822

Hà Nội – Năm 2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 5

1.1Tính toán phụ tải chiếu sáng 5

1.2Tính toán phụ tải thông thoáng làm mát 6

1.3Tính toán phụ tải động lực 6

1.4Tổng hợp phụ tải toàn nhà xưởng 14

2 XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO TOÀN NHÀ XƯỞNG 15

2.1Xác định vị trí đặt trạm biết áp cho nhà xưởng 15

2.2Sơ lược về phương án cung cấp điện 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

3 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN 35

3.1Tính toán ngắn mạch 36

3.2Chọn và kiểm tra dây dẫn 40

3.3Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp 47

3.4Chọn thiết bị hạ áp 49

3.5Chọn thiết bị đo lường 60

3.6Kiểm tra chế độ mở máy động cơ 62

5.1Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng 68

5.2Tính toán bù công suất phản kháng để mong muốn sau khi bù đạt 0.9 70

5.3Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng 72

6 BẢN VẼ 73

6.1Sơ đồ mặt bằng cấp điện cho nhà xưởng 73

6.2Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho nhà xưởng 74

6.3Sơ đồ bố trí hệ thống nối đất và chống sét cho nhà xưởng 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU 76

DANH MỤC HÌNH ẢNH 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

3

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong xu thế hội nhập, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra một cách mạnh mẽ Trong quá trình phát triển đó, điện năng đóng vai trò rất quan trọng Nó là một dạng năng lượng đặc biệt, có rất nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng…), dễ dàng truyền tải và phân phối… Do đó ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống, Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, đời sống xã hội ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử dụng điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ,… tăng lên không ngừng Để đảm bảo những nhu cầu to lớn đó, chúng ta phải có một hệ thống cung cấp điện an toàn và tin cậy.

Với: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí”, sau một thời

gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn của thầy TS Hoàng Mai Quyền và tài liệu tham khảo không thể thiếu của TS Trần Quang Khánh, TS Ngô Hồng Quang

- Hệ thống cung cấp điện : Ts Trần Quang Khánh - Bài tập cung cấp điện : Ts Trần Quang Khánh - Thiết kế cấp điện :Ts Ngô Hồng Quang - Giáo trình cung cấp điện: Ts Ngô Hồng Quang

Đến nay, về cơ bản em đã hoàn thành nội dung đồ án môn học này Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo, châm chước, giúp đỡ của các thầy cô để bài làm này của em được hoàn thiện hơn Đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau này.

Em xin chân thành cảm ơn !

4

(Lưu ý: hệ số ksd của mỗi máy cộng thêm M/100, công suất mỗi máy cộng thêm N/5 (kW) – với MN là hai chữ số cuối cùng của MSV)

5

25 Máy Tiện Ren 5.9 0.69 0.55 1.1Tính toán phụ tải chiếu sáng

- Nhà xưởng xí nghiệp công nghiệp, chọn

- Chọn 6 quạt thông gió có công suất: P1 = 100 W

- Chọn 8 quạt làm mát là quạt trần có công suất P2 =100 W - Tổng công suất thông thoáng làm mát là:

- Hệ số cos (theo PL1 TKCĐ [ CITATION Ngô08 \l 1033 ])

1.3Tính toán phụ tải động lực

- Vì nhà xưởng có nhiều thiết bị nằm rải rác ở nhiều khu vực tên mặt bằng nhà xưởng, nên để cho việc tính toán phụ tải được chính xác hơn và

6

làm căn cứ thiết kế tủ động lực cấp điện cho nhà xưởng, ta chia các thiết bị ra từng nhóm nhỏ, đảm bảo:

 Các thiết bị điện trong cùng 1 nhóm gần nhau

 Nếu có thể, trong cùng 1 nhóm nên bố trí các máy có cùng chế độ làm việc

 Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

- Vì vậy phụ tải nhà xưởng được chia ra thành 4 nhóm và được tính toán lần lượt như sau:

 Tính công suất phụ tải động lực:

 Hệ số công suất trung bình là:

 Công suất toàn phần là:

 Tính công suất phụ tải động lực:

 Hệ số công suất trung bình là:

 Công suất toàn phần là:

9

 Tính hệ số Kmax

 Tổng công suất phụ tải động lực:

 Hệ số công suất trung bình là:

 Công suất toàn phần là:

22 Máy Mài Tròn Vạn Năng

4.9 0.60 0.49

 Tổng công suất phụ tải động lực:

 Hệ số công suất trung bình là:

12

 Công suất toàn phần là:

 Công suất phản kháng là:

 Dòng điện chạy trong nhóm là:

1.4Tổng hợp phụ tải toàn nhà xưởng

 Nhà xưởng có 4 nhóm động lực chính, nên ta chọn kđt = 0.9  Ta Có :

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Thiết kế cấp điện, NXB KH&KT, 2008

2.Xác định sơ đồ cấp điện cho toàn nhà xưởng2.1Xác định vị trí đặt trạm biết áp cho nhà xưởng

 Vị trí đặt trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau : 13

 Trạm biến áp phải đặt gần tâm của phụ tải, thuận tiện cho nguồn cấp tới.

 Không gây cản trở cho việc đi lại và sản xuất, phải đảm bảo một số điều kiên khác như về cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh và sửa chữa dễ dàng, đáp ứng được các vấn đề khi cần thiết,…

 Thao tác ,vận hành, quản lý trạm dễ dàng

 Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí dựng trạm, vận hành nhỏ

 Đảm bảo an toàn và cấp điện liên tục tránh gây tổn thất về kinh tế  Tổn thất công suất trên các đường dây nhỏ nhất

 Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong nhà xưởng.

- Trạm biến áp đặt ở bên ngoài nhà xưởng, hay còn gọi là trạm độc lập, được dùng khi trạm cung cấp cho nhiều nhà xưởng, khi cần tránh các nơi, bụi bặm có khí ăn mòn hoặc rung động; hoặc khi không tìm được vị trí thích hợp bên trong hoặc cạnh nhà xưởng

- Trạm xây dựng liền kề được dùng phổ biến hơn cả vì tiết kiệm về xây dựng và ít ảnh hưởng tới các công trình khác.

- Trạm xây dựng bên trong được dùng khi nhà xưởng rộng có phụ tải lớn Khi sử dụng trạm này cần đảm bảo tốt điều kiện phòng nổ, phòng cháy cho trạm.

 Ta chọn sủ dụng 2 máy biến áp đặt bên ngoài xường, cạnh tủ phân phối của nhà xưởng và công suất của mỗi máy là S = 250 (kVA) Một máy vận hành cho nhà xưởng và một máy được sử dụng với mục đích dự phòng trong một vài trường hợp khẩn cấp.

2.2Sơ lược về phương án cung cấp điện

Nhà xưởng có diện tích 846m2 gồm các thiết bị được chia làm 4 nhóm Công suất tính toán của nhà xưởng là 257.79 kW, trong đó có 11.23kW được sử dụng

14

cho hệ thống chiếu sáng Để cấp điện, mỗi một nhóm thiết bị sẽ được cấp điện từ một tủ động lực khác nhau, mỗi tủ động lực lại được đặt tại hoặc gần tâm phụ tải nhất có thể để giảm độ dài mạng và làm giảm tổn thất Các tủ còn lại là tủ chiếu sáng và tủ làm mát được cấp điện từ một tủ động lực gần nhất trong nhà xưởng Các tủ động lực được cấp nguồn từ một tủ phân phối chính, được đặt ở góc nhà xưởng để tránh ảnh hưởng tới việc đi lại và làm việc trong nhà xưởng Từ những yêu tố trên, ta có các phương án cung cấp điện được đề ra cho nhà xưởng này :

 Phương án 1 : Ta lấy nguồn cấp cho các tủ động lực từ tủ phân phối, sau đó từ các tủ động lực chúng ta sẽ cấp nguồn cho các phụ tải theo từng nhóm Tủ chiếu sáng và làm mát sẽ được cấp tại tủ động lực gần nhất ( Tủ động lực 4 )

 Phương án 2 : Tủ động lực 3 lấy điện từ tủ hạ thế tổng, tủ chiếu sáng làm mát lấy điện từ tủ động lực 3, các tủ động lực còn lại lấy điện từ một tủ phân phối phụ.

15

a.Phương án 1

Tính toán tiết diện dây dẫn.

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thiết kế tủ động lực

16

 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp nguồn, cách L m, tới tủ phân phối cung cấp điện cho toàn nhà xưởng (THT).

Tính toán lựa chọn dây dẫn trung áp và dây dẫn đến tủ phân phối

 Dây dẫn trung áp.

 Chọn dây dẫn đến trạm biến áp nhà xưởng là cáp nhôm lõi thép 3 pha, có bọc XLPE.

 Chọn dây AC theo mật độ dòng kinh tế:

 Chọn dây nhôm lõi thép AC – 35, có r0 = 0.85 (); x0 = 0.403()

(Theo bảng 2.1 giáo trình Cung Cấp Điện [ CITATION Ngô16 \l 1033 ] )

 Dây dẫn đến trạm phân phối (4 m)

 Ta có dòng làm việc lớn nhất tại phía hạ áp

 Xác định tổn hao điện áp thực tế:

 Chọn dây CVV – 500, có dòng điện cho phép Icp = 580 (A),

r0 = 0.036(); x0 = 0.08() (Theo PL 22 giáo trình CCĐ Ngô Hồng Quang – 2016 [ CITATION Ngô16 \l 1033 ] )

 Dây dẫn tủ chiếu sáng và làm mát

Tra PL VI.10, PL VI.11 (trang 314 tài liệu “thiết kế cấp điện” của Ngô

Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm – NXB KH&KT-2008 [ CITATION Ngô08 \l 1033 ] ) ta lấy k1 = 0.95,

k2 = 1.

17

Ta có :

( Tra PL 22 (trang 203, giáo trình cung cấp điện của Ngô Hồng Quang –

NXBGDVN 2016 [ CITATION Ngô16 \l 1033 ] ) chọn dây dẫn hạ áp 2 lõi đồng

cách điện PVC loại nửa mềm đặt cố định do CADIVI chế tạo CVV – 2.5 có Icp = 27 (A) )

 Tương tự ta tính được dây các nhóm.

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 1 (TPP TĐL 1 Máy)

Bảng 2.8 Tính toán lựa chọn dây dẫn cho tủ 3

 Cho nhánh cấp điện tủ động lực 4: (TPP  TĐL 4 MÁY)

Tính tổn thất và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

 Đoạn T1: Từ tủ phân phối về tủ động lực , ta xác định được tổn hao điện áp thực tế:

 Tổn hao công suất:

 Vốn đầu tư đoạn dây:

Với vốn cáp hạ áp lấy theo bảng giá cáp hạ áp CADIVI CVV năm 2015  Tương tự tính toán ta có bảng kết quả của các nhóm:

 Tổn hao điện áp cực đại

max1 =T1 + max(T1-i)=1.2 + 1.36 = 2.56 (V)

 Tổn hao điện áp cực đai:

max2 =T2 + max(T2-i) = 1.54 + 0.61 = 2.15 (V)

 Tổn hao điện áp cực đại:

max3 =T3 + max(T3-i) = 1.54 + 2.2 = 3.74 (V)

 Tổn hao điện áp cực đại:

max4 =T4 + max(T4-i) = 3.49 + 1.81 = 5.3 (V)

22

 Vốn đầu tư dây:

 Hệ số tiêu chuẩn và hệ số vận hành theo sách thiết kế cấp điện, ta

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 1 (TPPP TĐL 1 Máy)

Bảng 2.14 Tính toán lựa chọn dây dẫn cho tủ 1

 Cho nhánh cấp điện cho tủ động lực 2 (TPPP TĐL 2máy)

Bảng 2.15 Tính toán lựa chọn dây dẫn cho tủ 2

 Cho nhánh cấp điện tủ động lực 3:(TPP  TĐL 3 MÁY)

25

Bảng 2.17 Tính toán lựa chọn dây dẫn cho tủ 4

Tính tổn thất và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

Nhóm 1:

Bảng 2.16 Tính toán lựa chọn dây dẫn cho tủ 3

 Tổn hao điện áp cực đại:

max1 =T1 + max(T1-i) = 1.36 + 0.14 = 1.5 (V)

max2 =T2 + max(T2-i) = 0.61 + 0.22 = 0.83 (V)

 Tổn hao điện áp cực đại:

max3 =T3 + max(T3-i) = 1.78 + 2.2 = 3.98 (V)

Bảng 2.21 Tính toán tổn thất cho tủ 4

 Tổn hao điện áp cực đại:

max4 =T4 + max(T4-i) = 1.81 + 2.26 = 4.07 (V) * Đoạn dây đến tủ phân phối phụ_T124 *

 Vốn đầu tư dây:

 Hệ số tiêu chuẩn và hệ số vận hành theo sách thiết kế cấp điện, ta lấy được:

29

 Qua bảng so sánh ta thấy tất cả các phương án đều đạt yêu cầu kỹ thuật, có tổn thất điện áp lớn nhất nhỏ hơn 3.5% Uđm = 13.3 V.

 Xét theo điều kiện kinh tế thì phương án 2 có vốn đầu tư nhỏ nhất Vì vậy phương án được chọn là phương án 2.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

30

[1] N H Quang, Giáo trình cung cấp điện, NXBGDVN, 2016

[2] Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm, Thiết kế cấp điện, NXB KH&KT, 2008

3.Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện

Các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác của hệ thống điện trong điều kiện vận hành có thể ở một trong ba chế độ sau:

- Chế độ làm việc lâu dài - Chế độ làm việc quá tải.

- Chế độ chịu dòng điện ngắn mạch.

Trong chế độ làm việc lâu dài, các thiết bị điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo đúng điện áp và dòng điện định mức.

Trong chế độ quá tải, dòng điện qua thiết bị điện và các bộ phận dẫn điện khác lớn hơn so với dòng điện định mức Nếu mức quá tải không vượt quá giới hạn cho phép thì các thiết bị điện vẫn làm việc tin cậy.

Trong tình trạng ngắn mạch, các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác vẫn đảm bảo làm việc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt Tất nhiên khi xảy ra ngắn mạch, để hạn chế tác hại của nó cần phải nhanh chóng loại trừ tình trạng

Tóm lại, việc lựa chọn đúng đắn các thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng là đẩm bảo cho hệ thống cung cấp điện vận hành an toàn tin cậy và kinh tế.

31

 Để có thể tính toán và lựa chọn chính xác các thiết bị điện cần thiết cho nhà xưởng xí nghiệp công nghiệp, Quy phạm trang thiết bị điện 18/TCN đến 21/TCN 2006 [ CITATION Quy \l 1033 ] sẽ là tài liệu tham khảo tối ưu nhất để ta có thể dễ dàng tính toán, lựa chọn các thiết bị phù hợp.

 21.09(kA)

3.2Chọn và kiểm tra dây dẫn

 Dây dẫn được chọn là dây nhôm lõi thép AC – 50 có r0 = 0.65(); x0 = 0.392()

 Kiểm tra tổn thất điện áp:

ZD = r0.l + jx0.l = 0.65*0.2 + j0.392*0.2=0.13 +j0.0784 ()

 Kiểm tra ổn định nhiệt dòng ngắn mạch

Với dây nhôm, hệ số nhiệt , thời gian quá độ chọn tqđ = 0.5(s), 

Vậy dây dẫn đạt yêu cầu.

 Dây dẫn hại áp đã chọn theo Icp nên các cáp đã lựa chọ phải kiểm tra điều kiện kết hợp thiết bị bảo vệ.

 Thiết bị bảo vệ được dùng là áp tô mát nên điều kiện kiểm tra là:

6

38 Tủ Phân Phối 500 580 525 ĐẠT 500 Bảng 3

.24 Kiểm tra dây dẫn đạt chuẩn

 Tiếp tục ta kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch:

Với dây nhôm hệ số nhiệt ∝=11, dây đồng ∝=6 thời gian quá độ chọn tqđ = 0.5(s)

 Kiểm tra dây dẫn tới tủ phân phối

 Dây dân đến tủ phân phối đạt yêu cầu.

Tương tự ta kiểm tra với các tủ động lực, với dây đồng.

Bảng 3.25 Kiểm tra dây dẫn cho tủ động lực

 Ta thấy tất cả các dây tủ động lực đều đủ điều kiện.

 Với các dây dẫn đến các máy ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch, do các thiết bị là ngắn mạch xa nguồn.

Bảng 3.29 Tính toán lại dây dẫn của tủ 4

3.3Chọn và kiểm tra thiết bị trung áp

Chọn dao cách ly do công ty ABB chế tạo có các thông số sau

 Đối với các chống sét van SiC, khi chọn chống sét van phải thỏa mãn điều kiện sau:

Trong đó: Umax là điện áp dây ở chế độ vận hành cực đại của hệ thống: Umax = (1.05 – 1.1) Uđmlưới.

Bảng 3.31 Kiểm tra chất lượng cầu chì

Vì lưới điện là trung tính nối đất trực tiếp nên chọn ke = 1.4

 Ta chọn được chống sét van Cooper của Mỹ:EME - LA Cooper

 Do đường dây từ trạm biến áp đến phân xưởng là cáp ngầm nên không cần sử dụng chống sét van cho tủ phân phối.

(Chọn Jkt = 2.1 phụ lục 159 giáo trình CCĐ [ CITATION Ngô16 \l 1033 ] )  Chọn thanh cái M50*6 có Icp = 955 (A)

45

 Dự định đặt 3 thanh góp đồng hình chữ nhật M 50*6 cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70 cm.

 Tính toán và kiểm tra thanh góp.

 Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch 

Trong đó: l là khoảng cách giữa các trụ sứ a :là khoảng cách giữa các pha ixk: dòng điện xung kích tại điểm Np

 Momen uốn tính toán

 Momen chống uốn của của thanh góp

 Ứng suất tính toán

Các đại lượng chọn và kiểm tra Kết quả

Dòng phát nóng lâu dài cho phép(A) K1K2Icp=1*0.95*955 > Ilvmax=450.19 Kh nắng n đ nh đ ng (kG/mả ổ ị ộ 2) =1400 > =49.93

Kh nắng n đ nh nhi t (mmả ổ ị ệ 2

) F = 50*6 =300 >

 Trong đó: k1 = 1 do thanh dẫn thẳng, k2 =0.95 tra ở 30oC

: ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp, với đống lấy 1400

: Ứng suất tính toán xuất hiện trong thanh góp = 6, tqđ = 0.5 (s)

 Điều kiện kiểm tra là đủ yêu cầu  Tương tự ta chọn thanh cái cho các tủ

46

Tủ Loại thanh cái Thiếất di n(mmệ 2) Dòng cho

- Riêng với các máy khi chọn áp tô mát ta chọn theo dòng mở máy động cơ.

 Coi các động cơ là động cơ không đồng bộ nên ta có: Kmm = 5, hệ số khởi động , ta chọn áp với điều kiện:

 Ta có dòng ngắn mạch của tủ phân phối chính là: IN = 16.16 (kA), các tủ động lực lần lượt là: IN1 = 13.47 (kA), IN2 = 12.43 (kA), IN3 = 12.12 (kA), IN4 = 9.32(kA)

 Ta chọn aptomat tủ phân phối, dựa theo điều kiện chọn aptomat ta chọn aptomat ba pha LS ABS803c có

IđmA = 630 (A) > 546 67 (A), UđmA = 690 (V)> 380(V), IcđmA = 45 (kA) > 16.16(kA)

 Áp được chọn thỏa mãn điều kiện

 Tủ chiếu sáng làm mát có Itt = 14.19(A), nên ta chọn áp một pha BKN – B-2P có IđmA = 10 30 (A), IcđmA = 10(kA)

 Chọn áp tép cho các nhánh đèn : BKN 1P 10A, 1 cự IđmA =10a, Ic = 6kA.

 Tương tự ta chọn được aptomat các tủ động lực và tủ phân phối Các tủ phân phối: