Bài tập lớn thiết kế hệ thống cung cấp điện thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Tính toán phụ tải chiếu sángCác nhà xưởng sản xuất, sửa chữa thường ít dùng đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có tần số 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng

Tính toán phụ tải điện

Tính toán phụ tải chiếu sáng

Các nhà xưởng sản xuất, sửa chữa thường ít dùng đèn huỳnh quang vì đèn huỳnh quang có tần số 50Hz thường gây ra ảo giác không quay cho các động cơ không đồng bộ, gây nguy hiểm cho người vận hành máy và dễ xảy ra tai nạn lao động và do đèn huỳnh quang có hiệu suất không cao chỉ 0,6 đến 0,7 Do đó người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho các nhà xưởng.

F  36.24  864 (m 2 ) Đối với phân xưởng, để tính phụ tải chiếu sáng ta lấy suất phụ tải trên 1m 2 diện tích sản xuất (tra bảng B.1.2 phụ lục tài liệu

P cs  p 0 F  15.864  12, 96 (kW ) Phân xưởng sử dụng đèn sợi đốt có hệ số cos  1

Tính toán phụ tải thông gió và làm mát

Trong nhà xưởng cần có hệ thống thoáng nhằm giảm nhiệt độ cơ thể người cũng như máy móc tỏa ra sẽ gây tăng nhiệt độ phòng Nếu không được trang bị hệ thống điều hòa và làm mát sẽ hưởng tới năng suất lao động, sản phẩm, trang thiết bị, ảnh hưởng tới sức khỏe công nhân làm việc trong xưởng, tuổi thọ máy móc.

Ta có thể tích nhà xưởng cần được làm mát:

Số lần trao đổi không khí là 1 phút/ lần ( tương ứng 60 lần/h tùy theo nhu cầu thông gió, túi tiền của chủ đầu tư hệ số này có thể tăng hoặc giảm).

Thể tích không khí cần thông gió trong 1 giờ:

Ta chọn quạt công nghiệp có lưu lượng gió Q  46000 (m

1,1kW với các thông số kích thước quạt: 1380x1380x400 (mm)

Công suất điện dùng cho quạt cả nhà xưởng là:

Cách chọn điều hòa cho nhà xưởng: cứ 1m 3 tương ứng 200 BTU công suất lạnh

Vậy công suất lạnh cần có trong xưởng là: 6912.200  1382400 (BTU )

Vậy ta dùng 9 điều hòa công suất 160000 BTU/h có thông số: Hãng Daikin có model Daikin FD15KAY1 (https://hopphat.com/dieu-hoa-giau-tran-noi-ong-gio- daikin-1-chieu-lanh-160000-btu-fd15kay1ru15ny1.html)

Quy đổi công suất lạnh sang công suất điện: 746 W = 9000 BTU

Công suất điện dùng cho điều hòa cả nhà xưởng là:

Phụ tải tính toán thông gió và làm mát:

Tính toán phụ tải động lực cho nhà xưởng

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà xưởng

Trong nhà xưởng có nhiều loại thiết bị có công suất khác nhau và chế độ làm việc cũng khác nhau, muốn xác định được phụ tải chính xác phải phân nhóm cho thiết bị.

Việc phân nhóm theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị điện cùng một nhóm nên đặt gần nhau để giảm thiểu chiều dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng

+ Các thiết bị cùng chế độ làm việc để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.

+ Tổng công suất trên các nhóm là xấp xỉ bằng nhau để việc lựa chọn tủ động lực thuận tiện hơn.

Dựa vào những nguyên tắc trên và căn cứ vào sơ đồ phân bố thiết bị trên mặt bằng nhà xưởng xí nghiệp công nghiệp, ta chia các thiết bị trong nhà xưởng thành 3 nhóm như sau : i  2  3  4  3

 1, 67 Tính giá trị: 10.3 Từ đó ta tính được giá trị công suất đặt cho từng máy theo bảng dưới.

Bảng 1.1 Các thiết bị trong nhóm 1

Tên thiết bị Kí hiệu mặt bằng Hệ số ksd Công suất đặt

Pđ (kW) cos Máy mài nhẵn tròn 1

+ Xét nhóm 1: có số thiết bị là n  18

(thiết bị) Thiết bị có công suất lớn nhất là máy ép nguội công suất công suất này là: 27, 665 (kW )

Số thiết bị có công suất lớn hơn một nửa công suất này là:

Tổng công suất của n 1 thiết bị này là: P 1 95, 67 (kW )

Số thiết bị tương đối trong nhóm là: n  n 1

* n 18  0,11 Công suất tương đối trong nhóm là:

Số thiết bị hiệu quả tương đối trong nhóm là: n hq* 

Hệ số thiết bị hiệu quả là: n hq  n.n hq*  18.0, 25 

Lại có hệ số ksdtb của nhóm là:

Hệ số cực đại là: k max

Hệ số công suất trung bình của nhóm là:

Vậy phụ tải tính toán nhóm 1 là:

Q tt1  P tt1 tan  tb  96,18.1, 05  101,14 (kVAr)

  212, 06 ( A) Các nhóm 2, 3 tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng.

BTL thiết kế hệ thống cung cấp điện

Bảng 1.4 Bảng phụ tải điện của nhà xưởng

Tên nhóm và thiết bị

P đ , kW I dm , A Số lượng k sd cosφ n hq k max P tt , kW Q tt , kVAr

Tổng hợp phụ tải của toàn phân xưởng

Toàn phân xưởng bao gồm: - phụ tải chiếu sáng.

- phụ tải thông gió và làm mát.

Hệ số công suất trung bình của toàn phân xưởng là:

Trong phân xưởng ta chia làm 3 nhóm nên chọn

[2]) Từ đó ta xác định được: k dt  0,9 (theo mục 2.2.1 tài liệu

P tt  k dt  P 3 i  P cs  P lm  0,9.(96,18  84, 22  55, 46) 12,96 130,36  355, 6 (kW ) i1

Q tt  k dt  Q i  Q cs  Q lm  0,9.(101,14  79,84  79,9)  0  97, 77  332,57 (kVAr) i1

Bảng 1.5 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng

Phụ tải P tt , kW Q tt , kVAr S tt , kVA I tt , A cosφ

Nhận xét – đánh giá

- Với quy mô phân xưởng như số liệu đã tính toán, ta nhận thấy công suất của toàn phân xưởng không lớn Do đó, ta sẽ lắp 1 máy biến áp.

- Hệ số công suất cos của phân xưởng khá thấp nên ta cần thêm tụ bù công suất phản kháng.

Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Ta có nguồn cấp điện cho phân xưởng lấy từ đường dây 22kV cách phân xưởng 200m Điện trở suất của vùng đất xây dựng phân xưởng đo được ở mùa khô là

Vị trí của trạm biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:

+ An toàn và liên tục cấp điện.

+ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới.

+ Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng.

+ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ.

+ Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp…

+ Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất.

Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng, thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng, nên không thể bố trí máy biến áp trong nhà Vì vậy ta đặt máy biến áp phía ngoài phân xưởng Mặt khác tổng công suất của phân xưởng không quá lớn nên ta xem xét đến khả năng xây dựng trạm biến áp kiểu treo.

Ta xác định trong tâm phụ tải dựa trên công thức:

Theo đó ta sẽ xác định được trọng tâm phụ tải mỗi nhóm cũng như toàn phân xưởng: n n

Trọng tâm phụ tải nhóm 1 có tọa độ:

Do phụ tải chiếu sáng, điều hòa làm mát phân tán toàn phân xưởng nên ta không xét tới.

Trọng tâm phụ tải toàn phân xưởng là:

Các tủ động lực từng nhóm rìa tường sao cho tọa độ gần trọng tâm phụ tải nhóm nhất.

Do không nên đặt trạm biến áp trong phân xưởng, do đó ta đặt bên ngoài phân xưởng nhưng sao cho vẫn gần trọng tâm phụ tải nhất.

=> Ta đặt trạm biến áp rìa bên trái xưởng có tọa độ tâm trùng tung độ của trọng tâm phụ tải.

Các phương án cấp điện cho phân xưởng

Theo yêu cầu thuận tiện về lắp ráp, vận hành và sửa chữa ta bố trí trong xưởng 1 tủ phân phối (TPP) nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 3 tủ động lực và 1 tủ làm mát chiếu sáng đặt rải rác các cạnh tường nhà xưởng, mỗi tủ động lực cấp điện cho các nhóm phụ tải đã phân nhóm ở trên Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng tiến hành xem xét các phương án sau:

Phương án 1: đặt TPP ở sát tường và đi dây hình tia cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng.

Hình 2.2 Phương án 1Phương án 2: đặt TPP ở sát tường và đi dây phân nhánh cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng.

Hình 2.3 Phương án 2 Phương án 3: đặt TPP ở giữa nhà xưởng và đi dây hỗn hợp cấp điện cho các tủ động lực và làm mát, chiếu sáng.

Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối chính chiều dài 5m:

Dòng điện chạy trong dây: I tt  739, 73 ( A) Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép:

Với: + k1 là hệ số hiệu chỉnh kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạo với môi trường đặt dây dẫn (tra sổ tay).

+ k2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số lượng dây cáp đặt chung 1 rãnh

+ Icp là dòng điện phát nóng lâu dài cho phép của nhà chế tạo ứng với từng loại tiết diện dây (tra sổ tay).

Do đó áp dụng công thức chọn k1 = 0,95 (PL4.21 TL5) và k2 = 1 (PL4.22 TL5) ta có:

Do đó ta chọn cáp hạ áp một lõi đồng, cách điện PVC do CADIVI chế tạo (tra bảng 4.11 TL4) có thông số sau:

+ Dòng điện cho phép: Icp = 950 A. Đối với cáp hạ áp ta chọn: x0 = 0,07 Ω/km (tra TL1).

Tổn thất công suất trên đường dây:

Trong đó: P – công suất tác dụng của phụ tải cuối đường dây (kW)

Q – công suất phản kháng của phụ tải cuối đường dây (kVAr)

U – điện áp định mức của mạng điện (kV)

Tổn thất điện năng trên đường dây:

A P.  0, 21.2405, 28  504, 24 (kWh) Trong đó: Tmax – thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

Tổn thất điện áp trên đường dây:

Trong đó: P – công suất tác dụng của phụ tải cuối đường dây (kW)

Q – công suất phản kháng của phụ tải cuối đường dây (kVAr)

U – điện áp định mức của mạng điện (kV)

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối chính tới từng tủ động lực các nhóm tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng.

Bảng 2.6 Kết quả chọn dây dẫn cho phương án 1 Đường cáp F (mm 2

Bảng 2.7 Kết quả tính toán P cho phương án 1 Đường cáp r0

(Ω/km) ΔU, kVU, kV ΔU, kVP, kW ΔU, kVA, kWh Z

Chi phí tính toán hằng năm 16177692.0

Tính toán tương tự phương án 1.

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối chính tới từng tủ động lực các nhóm tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng.

Đánh giá lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

Để so sánh kinh tế tương đối giữa các phương án có thể dùng hàm chi phí tính toán: Z  (a vh  a tc ).K  c.A (d )

Trong đó: avh - hệ số vận hành, với trạm và đường cáp lấy avh = 0,1; atc - hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư, thường lấy atc = 0,2;

K - vốn đầu tư, trong so sánh tương đối giữa các phương án chỉ cần kể những phần khác nhau trong sơ đồ cấp điện (Nếu các phương án có số trạm biến áp cố định, giống nhau cả về số lượng lẫn dung lượng thì trong vốn đầu tư K chỉ cần kể giá tiền đường dây mạng cao áp xí nghiệp). c  1680 d / kWh

Giả sử dây đã chọn cho phương án 1 có giá 35 840 000 đ:

Chi phí tính toán hàng năm của phương án 1 là:

Tương tự phương án 2 có giá 93 930 000 đ:

Tương tự phương án 3 có giá 86 010 000 đ:

Sau đây là bảng so sánh kinh tế 3 phương án

Bảng 2.12 So sánh kinh tế ba phương án

 A (d ) là giá tiền tổn thất điện năng hàng năm.

Y A  c.A  c.P. (d )Qua bảng so sánh quyết định chọn phương án 1 là phương án tối ưu, phương án này không những có Z nhỏ lại dễ quản lí vận hành sửa chữa do đi tuyến cáp hình tia.

Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện

Tính toán ngắn mạch

Hình 3.5 Sơ đồ các vị trí ngắn mạch Các vị trí ngắn mạch chính và mục đích xác định ngắn mạch tại vị trí đó:

Vị trí ngắn mạch Mục đích

N1 Xác định, lựa chọn cáp, aptomat tủ phân phối

N2 Xác định, lựa chọn thanh cái tổng, aptomat, cáp cho tủ động lực

Ngắn mạch tại N1: Do đây là ngắn mạch mạng hạ áp nên coi trạm phân phối làm nguồn Ngắn mạch tại thanh cái hạ áp máy biến áp.

Hình 3.6 Sơ đồ thay thế Dòng ngắn mạch:

Tính toán tương tự như trên ta có bảng sau:

Bảng 3.13 Kết quả tính dòng ngắn mạch

Vị trí ngắn mạch Dòng ngắn mạch (kA) Dòng xung kích (kA)

Ngắn mạch tại trước mỗi thiết bị Tính toán tương tự ta có bảng sau:

Bảng 3.14 Kết quả tính dòng ngắn mạch tại trước mỗi thiết bị

Vị trí ngắn mạch thiết bị số… Dòng ngắn mạch (kA) Dòng xung kích (kA)

Chọn và kiểm tra dây dẫn

Chọn dây dẫn từ tủ động lực nhóm tới từng thiết bị (tra bảng 4.11 tài liệu [4]).

Bảng 3.15 Kết quả chọn dây dẫn sơ bộ cho thiết bị nhà xưởng

Chiều dài L(m) Itt đi qua dây (A) Dòng Icp

R cáp Từ… Đến thiết (Ω) bị số…

BTL thiết kế hệ thống cung cấp điện t qd t qd 0,5

Với các dây dẫn đã được chọn sơ bộ ở trên, ta đi kiểm tra điều kiện ổn định dòng ngắn mạch.

Với α = 6 do dây đã chọn đều là dây đồng, tqd = 0,5s, I∞ = INM còn Fcáp là tiết diện dây cáp đã chọn.

Kiểm tra đường dây từ trạm biến áp tới tủ phân phối.

Dây đã chọn có tiết diện 630mm 2 , dòng ngắn mạch tính được là 22.27 (kA).

Theo công thức ta có:

Ta thấy đường dây đạt yêu.

Tương tự ta kiểm tra cho đường dây từ tủ phân phối tới tủ động lực Ta có bảng sau:

Bảng 3.16 Kết quả kiểm tra cáp

Tên đường dây Tiết diện đã chọn F

Tiết diện so sánh F (mm 2 ) Kết luận

Tủ phân phối ĐL1 95 77.7 đạt ĐL2 60 95.0 không đạt ĐL3 50 57.2 không đạt

Từ so sánh trên, ta phải chọn lại đường dây có tiết diện lớn hơn.

Bảng 3.17 Kết quả chọn lại cáp tới các tủ động lực

Tên đường dây Tiết diện đã chọn F

Tủ phân phối ĐL1 95 283 0.193 đạt ĐL2 95 283 0.193 đạt ĐL3 60 234 0.309 đạt

Thực hiện kiểm tra tương tự với dây dẫn từ các tủ động lực tới thiết bị ta thấy đều thỏa mãn.

Chọn và kiểm thiết bị trung áp

Trạm chỉ đặt một máy với công suất S = 486.88 kVA (tra bảng 2 tài liệu [2]) ta chọn máy biến áp 500 kVA do ABB chế tạo có thông số sau:

Bảng 3.18 Thông số kỹ thuật của máy biến áp

Công suất, kVA Điện áp, kV ΔU, kVPo, W ΔU, kVPN, W ΔU, kVUN, % Trọng lượng, kg

3.3.2 Chọn dao cách ly Điều kiện chọn và kiểm tra: Điện áp định mức: U dmDCL  U dm  22 (kV )

Tra bảng 2.32 trang 127 tài liệu [4] ta có:

Kiểu Uđm ( kV) Iđm(A) i xk (kA) i odn (kA) Khối lượng (kg)

3.3.3 Chọn cầu chì Điều kiện chọn và kiểm tra: Điện áp định mức: U dmCC  U dm  22 (kV )

Tra bảng 3.6 trang 227 tài liệu [2] ta có:

Tổn hao côngsuất Loại cầu chì

Khối lượn Dài Đường g kính kV A mm kA kA W kg

Chọn chống sét van do hãng Cooper (Mỹ) chế tạo, có các thông số sau:

(kV) Giá đỡ ngang Giá đỡ khung Giá đỡ MBA và đường dây

Giá đỡ công xôn kiểu dàn khung

Chọn thiết bị hạ áp

3.4.1 Chọn tủ phân phối và tủ động lực

Kích thước tủ được chọn cho cả tủ phân phối và tủ động lực.

Bảng 3.19 Lựa chọn tủ phân phối và động lực

Số cánh cửa tủ Cánh tủ tráng

Lựa chọn thanh cái hạ áp tại tủ phân phối: Điều kiện chọn: dòng điện phát nóng lâu dài cho phép:

Vậy (tra PL4.20 tài liệu [5]) chọn thanh cái bằng đồng hình chữ nhật có sơn, kích thước 60×5 mm, tiết diện 300 mm 2 , mỗi pha đặt 1 thanh với Icp = 1025 A Dự định đặt 3 thanh cái cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt lên 2 sứ cách điện gắn vào khung tủ, cách 70 cm, đặt ngang.

Kiểm tra thanh cái đã chọn theo ổn định động và nhiệt dòng ngắn mạch như sau Lực tính toán tác dụng của dòng điện ngắn mạch :

F   2 l 2 tt 1, 76.10 a i xk (kG) l – khoảng cách giữa các sứ trong 1 pha (cm). a – khoảng cách giữa các pha (cm).

Momen uốn tính toán: M  F tt l

Momen chống uốn của thanh dẫn:

6 Ứng suất tính toán:   M  1847, 72  615,9 (kG / cm 3 )

Vậy thanh cái chịu được lực điện động khi ngắn mạch, nghĩa là đảm bảo điều kiện ổn định động.

Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt:

Lựa chọn thanh cái hạ áp tại các tủ động lực:

Tính toán tương tự đối với các tủ động lực ta chọn được thanh cái sao cho mỗi tủ giống với tại tủ phân phối, đó là thanh cái bằng đồng hình chữ nhật có sơn, kích thước 60×5 mm, tiết diện 300 mm 2 , mỗi pha đặt 1 thanh với Icp = 1025 A.

Chọn sứ đỡ trong tủ phân phối: Điều kiện chọn:

+ lực cho phép tác động lên đầu sứ Fcp ≥ k.Ftt với Fcp =0,6 Fphá hoại , k  h / H là hệ số chỉnh.

Trong đó h là chiều cao từ chân sứ tới trung điểm thanh cái, H là chiều cao sứ.

Giả sử ta chọn sứ cách điện EPOXY:IC 10.1.0 CPS có: Udm = 12 kV; số tán = 4, chiều dài H = 130 mm, trọng lượng 0,6 kG, lực nén 45 kN.

+ Điều kiện ổn định do lực tác động lên đầu sứ:

Ta thấy Fcp ≥ k.Ftt nên sứ đã chọn thỏa mãn yêu cầu.

+ Chọn sứ đỡ trong các tủ động lực:

Tính toán tương tự ta chọn sứ đỡ chung cho các tủ là sứ cách điện EPOXY:IC 10.1.0 CPS có: Udm = 12kV; số tán =4, chiều dài H = 130mm, trọng lượng 0,6kG, lực nén 45kN.

3.4.4 Chọn áp tô mát Điều kiện chọn aptomat: + Udm ≥ Uđm mạng = 0,4 kV

+ I cdm ≥ I NM Chọn aptomat tại tủ phân phối.

Vậy (tra bảng 4.1 tài liệu [2]) ta chọn aptomat: loại C1001N do Merlin Gerin chế tạo có thông số:

Chọn aptomat tổng tại các tủ động lực Tính toán tương tự ta chọn được các aptomat tổng hợp trong bảng sau:

Bảng 3.20 Chọn Áptômát tổng tại tủ phân phối

Vị trí lắp đặt aptomat dòng Ilv

Idm (A) Icdm (kA) mã hiệu, hãng: Merlin Gerin

Chọn 9 aptomat điều khiển 9 điều hòa (tra bảng 4.3 tài liệu [2]) có thông số như sau: loại NF63 – CW do Mitshubishi chế tạo có thông số:

Chọn 1 aptomat điều khiển chiếu sáng (tra bảng 4.3 tài liệu [2]) có thông số như sau: loại NF63 – CW do Mitshubishi chế tạo có thông số:

3.4.5 Lựa chọn các aptomat, khởi động từ cho động cơ Điều kiện chọn aptomat:

+ Udm ≥ Uđm mạng = 0,4 kV + Idm ≥ Ilv max

+ Icdm ≥ INM Điều kiện chọn khởi động từ:

+ điện áp cách điện của contactor: UdmCD ≥ Udm mạng = 0,4 kV

+ điện áp cuộn dây để đóng mở contactor : Udm = Uđk = 220 V

+ dòng điện định mức của contactor : IdmCT ≥ 1,5Ilv max

+ dòng điện định mức của role nhiệt : IdmRN = 1,4Idmdc

Tính toán lựa chọn (tra bảng 4.3, 13.1, 13.2 tài liệu [2]) ta có bảng tổng hợp sau:

Bảng 3.21 Bảng chọn áptômát và khởi động từ hãng Mitsubishi cho các thiết bị trong phân xưởng

Tên nhóm và kí hiệu các thiết bị

Chọn Áp tô mát Chọn Khởi động từ

20 0.50 2.61 10 5 600 NF32-SW 380-440 20 220 3 cực chính MSO-N10

25 6.37 36.77 63 7.5 600 NF63-CW 380-440 60 220 3 cực chính MSO-N35

37 2.44 13.35 25 5 600 NF32-SW 380-440 20 220 3 cực chính MSO-N10

Lựa chọn thiết bị đo lường

3.5.1 Lựa chọn máy biến dòng điện BI

Chức năng của máy biến dòng điện là biến đổi dòng điện sơ cấp có trị số bất kì xuống 5A (hoặc 1A) nhằm cấp nguồn dòng cho các mạch đo lường, bảo vệ, tín hiệu, điều khiển…

Chọn dùng máy biến dòng hãng SIEMENS (tra bảng 3.8 tài liệu [2]) với số lượng 3BI đặt trên 3 pha.

Bảng 3.22 Thông số máy biến dòng

Kiểu Thông số kỹ thuật Biến dòng: 4MA74

U chịu đựng tần số công nghiệp 1 phút, kV 50

U chịu đựng xung 1,2/50μs,kVs,kV

3.5.2 Lựa chọn ampe met, von met

Chọn ampemet: Điều kiện: + Idm ≥ Itt = 5A đặt sau máy biến dòng.

Lựa chọn 3 ampe met đặt tại mỗi pha đo dòng sau biến áp dòng BI

Chọn voltmet: đặt voltmet tại mỗi pha đo điện áp sau máy biến áp:

Chọn một chuyển mạch Volt đo điện áp dây và pha của hệ thống.

Bảng 3.23 Thông số kỹ thuật chuyển mạch

Vị trí 7 (OFF, RY, YB, BR, RN, YN, BN)

Kích thước mặt (WxH) 48x60 mm

Kích thước bắt vít (WxH) 36x36 mm

Tiêu chuẩn IEC, VDE, DIN, IS, UL 94 V-0

Quy cách đóng gói 1 cái/Hộp

+ Điều kiện chọn: tần số 50Hz

- Idm ≥ 5A là dòng sau BI.

Chọn công tơ điện hữu công MV3E4-CCX1 hãng Emic đặt phía sau BI có thông số:

 Chủng loại: Công tơ điện 3 pha trực tiếp 5A

 Tiêu chuẩn: IEC 62052-11, IEC 62053-11, IEC 60521

 Điện áp danh định: 3 pha 4 dây: 230/400V.

 Tần số danh định: 50Hz

 Dải điện áp giới hạn làm việc danh định : 0.9-1.1 Un

Chọn công tơ điện vô công MV3E4R-CCX1 hãng Emic đặt phía sau BI có thông số:

 Chủng loại: Công tơ điện 3 pha vô công (kWh)

 Tiêu chuẩn: IEC 62052-11, IEC 62053-11, IEC 60521

 Tần số danh định: 50Hz

 Dải điện áp giới hạn làm việc danh định : 0.9-1.1 Un

Nhận xét và đánh giá

Việc lựa chọn các thiết bị trong mạng điện được dựa trên các tiêu chí về kĩ thuật, giá thành và dễ dàng trong việc mua mới thiết bị.

Chọn lựa các thiết bị cũng như dây dẫn tuy thỏa mãn được yêu cầu nhưng vẫn chưa sát với giá trị cần tìm dẫn đến gây tổn hao, cũng như tốn kém mua thiết bị không cần thiết.

Thiết kế trạm biến áp

Tổng quan về trạm biến áp

Trạm biến áp là 1 phần tử rất quan trọng của hệ thống điện, có nhiệm vụ tiết kiệm điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và phân phối cho các mạng điện tương ứng Trong trạm biến áp, ngoài máy biến áp còn có rất nhiều những thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng Các thiết bị phía cao áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái, dây dẫn) và các thiết bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptomat, dây dẫn).

Phân loại: - Theo điện áp: có tăng áp, giảm áp.

- Theo địa dư: phân thành trạm biến áp khu vực và trạm biến áp địa phương.

- Về phương diện cấu trúc: trạm ngoài trời và trạm trong nhà.

Một số trạm biến áp thông dụng: trạm bệt, trạm treo, trạm biến áp trong nhà.

Do đặc điểm của phân xưởng cơ khí là các máy móc và thiết bị phân bố trên đơn vị diện tích rộng, thường xuyên có người làm việc với thiết bị Nếu cách điện bị hư hỏng, người vận hành không tuân theo các quy tắc an toàn thì có thể gây nguy hiểm hay sét đánh trực tiếp thiết bị, không những làm hư hỏng thiết bị mà còn gây nguy hiểm cho người công nhân vận hành Do đó, hệ thống cung cấp điện phải nhất thiết có biện pháp an toàn Một trong các biện pháp an toàn đó là nối đất cho cho các thiết bị điện Thiết bị nối đất bao gồm các điện cực và dây nối đất Các điện cực đứng được chôn trực tiếp vào trong đất Điện cực ngang được chôn ngầm ở độ sâu nhất định.

Dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối với các điện cực Trong hệ thống cung cấp điện có 3 loại nối đất chính:

- Nối đất làm việc: Trang bị nối đất được nối với dây trung tính của máy biến áp, trung tính của máy phát.

- Nối đất chống sét: Trang bị nối đất được nối với bộ phận chống sét như kim lôi.

Khi có trang bị nối đất thì dòng ngắn mạch sẽ xuất hiện do cách điện vỏ và thiết bị hỏng nó sẽ qua thiết bị theo dây dẫn chạy tản xuống đất.

Nhà xưởng là nơi mà các thiết bị điện hoạt động liên tục Ngoài ra, đây cũng là nơi tập trung nhiều các nguồn nguyên vật liệu và thành phẩm dễ gây cháy nổ. Các hệ thống, thiết bị này lại dễ bị phá hỏng bởi các quá điện áp do xung sét lan truyền từ các đường dây điện gây ra bởi các loại sét cảm ứng, cũng như sự phá hủy bởi sét đánh trực tiếp Vì vậy, việc xây dựng một phương pháp phòng chống sét cho hệ thống nhà xưởng là công việc quan trọng và cần thiết.

Chọn phương án thiết kế xây dựng trạm biến áp

Các trạm biến áp phân xưởng có nhiều phương án thiết kế, lắp đặt khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, quy mô nhà máy cũng như kích thước trạm biến áp Trạm biến áp có thể đặt trong phân xưởng để tiết kiệm đất, tránh bụi bặm, hóa chất ăn mòn Song cũng có thể đặt ngoài trời, đỡ gây nguy hiểm cho phân xưởng và người sản xuất.

Vị trí đặt trạm biến áp phải đảm bảo gần trọng tâm phụ tải, như vậy độ dài mạng phân phối cao áp và hạ áp sẽ được rút ngắn, các chỉ tiết kinh tế kỹ thuật của sơ đồ cấp điện cũng được đảm bảo.

Khi xác định vị trí đặt trạm biến áp cũng nên cân nhắc sao cho trạm biến áp chiếm vị trí nhỏ nhất đảm bảo mĩ quan, không ảnh hưởng tới quá trình sản xuất cũng như thuận tiện cho việc vận hành sửa chữa, mặt khác cũng đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình vận hành sản xuất.

Do đó ta đặt trạm biến áp phân xưởng áp rìa bên trái xưởng có tọa độ tâm trùng tung độ của trọng tâm phụ tải.

Ta thiết kế xây dựng trạm biến áp kiểu treo cho phân xưởng.

Hình 4.7 Trạm biến áp treo 630kVA-22/0,4kV

Tính toán nối đất cho trạm biến áp

Để nối đất cho trạm biến áp, ta sử dụng các điện cực nối đất chôn trực tiếp trong đất, các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực nối đất Cụ thể ở đây ta dự định nối đất với hệ thống nối đất bao gồm các cọc nối đất làm bằng thép góc L 60×60×6mm, dài 2,5 m chôn sâu 0,8 m Các cọc chộn cách nhau 5 m và được nối với nhau bằng các thanh thép nối có bề rộng 4 cm tạo

Xác định điện trở nối đất của 1 cọc

+ Hệ số mùa của cọc 2÷3 m, chôn sâu 0,5÷0, 8m: kmuac = 1,4÷2,0 (lấy = 1,5).

+ Hệ số mùa của thanh khi đặt ngang sâu 0,8m: kmuat = 1,6÷3 (lấy = 3).

+ Điện trở nối đất của 1 cọc: coi đất ở nhà xưởng là đất xây dựng có điện trở suất vào mùa khô là:   100(m)

+ ρ0 : điện trở suất của đất

+ d: đường kính ngoài của cọc (m), lấy d = 0,06.0,95 =0,057 (m). + l = 2,5 (m) chiều cao của cọc.

+ t = 0,8 (m) độ chôn sâu của cọc.

Thay các giá trị ta được:

Bố trí các cọc theo vòng kín hình chữ nhật, khoảng cách giữa hai cọc gần nhau là a = 5 (m), khi đó tỉ số a / l  2 Xác định số cọc sơ bộ là 20 cọc.

Với số cọc là 20 cọc thì ta phải sử dụng thanh ngang là loại thép dẹt có chiều dài 100 (m), chôn sâu cách mặt đất 0,8 (m) Khi đó điện trở nối đất của thanh được xác định như sau:

+ km: hệ số mùa (km = 1,5).

+ L : chiều dài của thanh ngang (L = 100 m)

+ t: độ chôn sâu của thanh.

+ d = b/2 = 40/2 = 0,002 (m) chọn thanh là thép dẹt 40x5 mm

+ K: hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất, ở đây tỉ số

Thay các giá trị ta có: l 1

0,8.0, 0024,16 ( ) Khi đó ta có điện trở của điện cực hỗn hợp: ηc = 0,6; ηt = 0,3

Như vậy điện trở của điện cực dự kiến là gồm cọc và thanh là phù hợp.

Hình 4.8 Sơ đồ nối đất trạm biến áp

Nhận xét

Hệ thống trạm biến áp được thiết kế có kích thước phù hợp với phân xưởng như yêu cầu Trạm biến áp có đảm bảo yêu cầu tránh cháy nổ, chập điện.

Khi tính toán nối đất cho trạm biến áp thì điện trở đất càng nhỏ càng tốt, khi có sự cố hay khi có luồng xét đánh vào điện trở đất nhỏ sẽ tản dòng sét nhanh, tránh gây nguy hại cho thiết bị.

Tính bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất

Ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng dẫn tới việc làm tăng hệ số cos, qua đó:

- Về mặt kính tế: Giảm giá tiền điện hoặc tránh bị phạt tiền do vượt quá hệ số cos mà nhà nước quy định.

Giảm kích cỡ dây dẫn do giảm dòng điện.

Giảm tổn thất công suất trong cáp điện do tổn hao trong dây dẫn tỉ lệ bình phương với dòng điện.

Giảm sụt điện do tụ điện điều chỉnh hệ số công suất làm giảm hoặc thậm chí khử hoàn toàn dòng phản kháng của dây dẫn ở vị trí trước bù, vì thế làm giảm bớt hoặc có thể khử bỏ hẳn sụt áp Tuy nhiên việc bù dư có thể gây nên hiện tượng tăng điện áp trên các tụ bù.

Tăng khả năng mang tải: bằng cách tăng hệ số công suất của tải được cấp từ nguồn vào máy biến áp, dòng điện đi qua máy biến áp sẽ giảm, vì thế cho phép việc thêm tải vào máy biến áp Do đó, việc nâng cao hệ số công suất có thể đỡ tốn kém hơn việc thay thế máy biến áp lớn hơn khi có yêu cầu tăng công suất phụ tải.

Tính toán bù công suất phản kháng để cos  mong muốn sau khi đạt 0,9

Việc xác định vị trí đặt tụ bù ảnh hưởng tới việc nâng cao hệ số cos cũng như chi phí đầu tư. Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí vì công suất của phân xưởng không quá lớn, công suất của các động cơ cũng không quá lớn nên không đặt bù ở các tủ động lực vì sẽ gây tổn thất và lãng phí, mặt khác khó tính chính xác được dung lượng cần bù cho từng tủ Ngoài tủ động lực, các phụ tải thông thoáng và làm mát cũng tiêu thụ công suất phản kháng Như vậy để đơn giản sẽ đặt tụ bù tập trung cạnh tủ phân phối.

355, 62 179, 592 Áp dụng công thức: Tổng công suất cần bù cho đối tượng để nâng cao hệ số công suất từ cos 1 đến cos 2 là:

Hệ số công suất của nhà xưởng trước khi bù là cos = 0,73 nên tan = 0,94

Công suất tụ bù cần đặt để nâng cao hệ số công suất từ 0,73 lên 0,9 là:

Chọn dùng 6 bộ tụ bù mã hiệu DLE – 4D30K5T do DAE YEONG chế tạo có Qbù 30 kVAr, sử dụng bộ điều khiển Mikro.

Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

Sau khi sử dụng tụ bù công suất phản kháng, ta được hệ số công suất cosφ như mong muốn Nhưng do các thiết bị hoạt động không đồng thời nên giá trị cosφ thường xuyên thay đổi, vì vậy cần phải tự động đóng cắt tụ bù cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất.

Công suất biểu kiến của phân xưởng sau khi bù sẽ là:

S sau.bu  P tt  j(Q tt  Q bu )  355, 6  j(332, 57 152, 98)  355, 6  j.179, 59 (kVA)

Nhận thấy công suất nhỏ đi tương đối nhiều so với giá trị tính toán ban đầu. Như vậy dây dẫn đã chọn ban đầu sẽ được đảm bảo điều kiện phát nóng.

Sau khi đặt tụ bù, tổn thất điện năng trên đoạn dây từ nguồn tới biến áp, từ biến áp tới tủ phân phối và trong máy biến áp sẽ giảm.

Như vậy việc đặt tụ bù có đem lại hiệu quả kinh tế nhưng không cao Các thiết bị hoạt động không đồng thời vì vậy cần cho tụ bù vào hoạt động thích hợp để đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất Để điều khiển dung lượng bù một cách phù hợp ta sử dụng bộ điều khiển tụ bù Mikro.

Tính toán nối đất và chống sét

Tính toán nối đất

Vì trong xưởng có khá nhiều các thiết bị điện, nếu nối đất từng thiết bị thì sẽ rất tốn kém và phức tạp Vì vậy ta nối đất chung tất cả các thiết bị.

Với công suất của TBA lớn hơn 100kVA ta cần phải tính toán điện trở nối đất đạt yêu cầu là không được vượt quá 4Ω Điện trở suất của vùng đất xây dựng nhà xưởng đo được ở mùa khô là ρđ = 100Ωm.

Dự định nối đất với hệ thống nối đất bao gồm các cọc nối đất làm bằng thép góc L 60×60×6mm, dài 2,5 m chôn sâu 0,8 m Các cọc chộn cách nhau 5 m và được nối với nhau bằng các thanh thép nối có bề rộng 4 cm tạo thành mạch vòng nối đất. Các thanh nối được chôn sâu 0,8 m.

Xác định điện trở nối đất của 1 cọc Ta có:

+ Hệ số mùa của cọc 2÷3 m, chôn sâu 0,5÷0, 8m: kmuac = 1,4÷2,0 (lấy = 1,5).

+ Hệ số mùa của thanh khi đặt ngang sâu 0,8m: kmuat = 1,6÷3 (lấy = 3).

+ Điện trở nối đất của 1 cọc: coi đất ở nhà xưởng là đất xây dựng có điện trở suất vào mùa khô là:   100(m)

+ d: đường kính ngoài của cọc (m), lấy d = 0,06.0,95 =0,057 (m).

+ t = 0,8 (m) độ chôn sâu của cọc.

Thay các giá trị ta được:

Bố trí các cọc theo vòng kín hình chữ nhật, khoảng cách giữa hai cọc gần nhau là a = 5 (m), khi đó tỉ số a / l  2 Xác định số cọc sơ bộ là 20 cọc.

Với số cọc là 20 cọc thì ta phải sử dụng thanh ngang là loại thép dẹt có chiều dài 100 (m), chôn sâu cách mặt đất 0,8 (m) Khi đó điện trở nối đất của thanh được xác định như sau:

+ km: hệ số mùa (km = 1,5).

+ L : chiều dài của thanh ngang (L = 100 m)

+ t: độ chôn sâu của thanh.

+ d = b/2 = 40/2 = 0,002 (m) chọn thanh là thép dẹt 40x5 mm

+ K: hệ số phụ thuộc sơ đồ nối đất, ở đây tỉ số

Thay các giá trị ta có: l 1

Như vậy điện trở của điện cực dự kiến là gồm cọc và thanh là phù hợp Dây dẫn nối vỏ thiết bị điện với các điện cực nối đất có thể dùng thép d = 6mm.

Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt vì là thiết bị hạ áp nên không cần kiểm tra.

Tính chọn thiết bị chống sét

Chọn kim thu sét: Kim thu sét Stormaster của Úc loại ESE50 màu vàng, bán kính bảo vệ cấp 3 là 95 mét.

Hình 6.9 Đặc tính kỹ thuật của thiết bị chống sét Ở mức bảo vệ cao nhất: bán kính bảo vệ đạt 95m, phân xưởng cao từ 8m Bố trí đặt

1 kim thu sét trên nóc nhà xưởng (cách mỗi biên 11m) Theo sơ đồ và công thức trang 193, 194 tài liệu [1] ta có:

Phạm vi bảo vệ hẹp nhất theo bề ngang:

BTL thiết kế hệ thống cung cấp điện ha = 0,34 – chiều cao hiệu dụng của kim thu (m) rx = 11 – bán kính bảo vệ của 1 kim thu (m)

BTL thiết kế hệ thống cung cấp điện h  h a

0 7 - độ võng thấp nhất bảo vệ h – chiều cao tới đỉnh kim thu Đặt kim thu lên trên 1 cọc cao 3m, nhà xưởng cao 8m, kim thu cao 0,34m, ta có: h  (8  3  0,34) 20

Vậy hệ thống thu sét đảm bảo yêu cầu.

Ta thấy tai nạn điện giật thường xảy ra do con người vận hành vô ý chạm phải bộ phận mang điện hoặc do tiếp xúc với các thiết bị điện bình thường không mang điện nhưng do cách điện bị hỏng trở nên có điện hoặc do người vận hành không mang bảo hộ an toàn khi làm việc Chính vì vậy, nối đất và chống sét là biện pháp an toàn giúp người lao động tránh được những sự cố tai nạn đáng tiếc.

Phân xưởng trên được tính toán nối đất và chống sét đã đảm bảo các yêu cầu về an toàn cũng như các điều kiện kỹ thuật, đảm bảo được sự an toàn cho máy móc,thiết bị và con người.

Dự toán công trình

Kê danh mục các thiết bị

Bảng 7.24 Kê khai danh mục các thiết bị được chọn

STT Tên thiết bị Mã sản phẩm Hãng sản xuất Số lượng Đơn vị Đơn giá

Công ty thiết bị Đông Anh 1 Cái 16 16

4 Chống sét van 24kV Cooper

6 ATM tổng C1001N Merli Gerin 1 Cái 6 6

8 Vỏ tủ điện TPP+TĐL

Công ty Thiết bị điện Đông Anh

Công ty TNHH đầu tư, thương mại Gia Anh

10 Sứ cách điện EPOXY:IC

11 Máy biến dòng 4MA74 EMIC 1 Bộ 1 1

16 Cọc nối đất 60x60x6mm 30 Cái 0.35 10.5

18 Kim thu sét ESE50 Úc 22 Bộ 8.2 16.4

19 Dây dẫn Đã tính ở trên 35.84

Lập dự toán công trình

Chi phí hao tổn thiết bị và bảo dưỡng thiết bị trong 1 năm: 50 000 000 (đ)

Với các số liệu trên đã đưa ra thiết kế phân xưởng gồm thành phần gì, số lượng bao nhiêu, tên sản phẩm, hãng sản xuất Bên cạnh đó giá các loại sản phẩm có thể chưa được chính xác Nhưng cũng tạo điều kiện để xác định được các bước thực hiện đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện.

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	0,99 MB