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

 Chế độ làm việc lâu dài: các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo dung điện áp định mức..  Chế độ làm việc quá tải: tron

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

~~~~~~*~~~~~~

ĐỒ ÁN

MÔN HỌC:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

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

HÀ NỘI – 2022

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ 4

3.1 Cơ sở lý thuyết 4

3.1.1 Chọn máy biến áp 4

3.1.2 Chọn máy cắt điện 5

3.1.3 Chọn aptomat bảo vệ phụ tải 7

3.1.4 Chọn thanh góp 7

3.1.5 Chọn dây cáp theo điều kiện phát nóng cho phép từ tủ động lực về phụ tải 9

3.2 Sơ đồ cấp điện 10

3.3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đo lường 10

3.3.1 Chọn máy biến áp 10

3.3.2 Chọn Aptomat 11

3.3.3 Chọn thanh góp 14

3.3.4 Chọn biến dòng 15

3.3.5 Chọn và kiểm tra dây dẫn 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1 Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt 6

Bảng 3 2 Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải 6

Bảng 3 3 Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp 8

Bảng 3 4 Thông số MBA lựa chọn 11

Bảng 3 5 Thông số aptomat từ TBA về TPP 11

Bảng 3 6 Chọn aptomat cho TĐL 12

Bảng 3 7 Thông số phụ tải nhóm 1 12

Bảng 3 8 Chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải 13

Bảng 3 9 Chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải LM & CS 14

Bảng 3 10 Tiết diện dây dẫn cho từng máy 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3 1 Sơ đồ cấp điện từ tủ động lực đên các phụ tải 10

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC

PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ 3.1 Cơ sở lý thuyết

Trong điều kiện vận hành của các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận cách điện khác có thể ở một trong ba chế độ sau: chế độ làm việc lâu dài, chế độ làm việc quá tải, chế độ làm việc ngắn mạch

 Chế độ làm việc lâu dài: các khí cụ điện, sứ cách điện và các bộ phận dẫn điện khác sẽ làm việc tin cậy nếu chúng được chọn theo dung điện áp định mức

 Chế độ làm việc quá tải: trong chế độ làm việc quá tải dòng điện qua khí cụ điện, sứ cách điện và bộ phận dây dẫn điện khác sẽ sẽ có trị số lớn hơn giá trị định mức Sự làm việc tin cậy của các phần tử trên được đảm bảo bằng các quy định giá trị và thời gian điện áp hay dòng điện tăng cao mà không vượt quá giá trị cho phép

 Chế độ làm việc ngắn mạch: 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

Ngoài ra, còn chú ý đến vị trí dặt thiết bị, nhiệt độ mối trường xung quanh Mức độ

ẩm ướt, mức độ ô nhiễm vv…

3.1.1 Chọn máy biến áp.

Lựa chọn máy biến áp bao gồm lựa chọn số lượng, công suất, chủng loại, kiểu cách và các tính năng khác của máy biến áp

Số lượng máy biến áp đặt trong 1 trạm phụ thuộc vào độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải của trạm đó

Với phụ tải loại 1 là phụ tải quan trọng, không được phép mất điện thì phải dặt 2 máy biến áp

Với phụ tải loại 2 như xí nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng, khách sạn, siêu thị, thì phải tiến hành so sánh giữa các phương án cấp điện bằng 1 đường dây – 1 máy biến áp với phương án cấp điện bằng đường dây lộ kép và trạm 2 máy Trong

thực tế, với những hộ tiêu thụ loại này thường dùng phương án lộ đơn – 1 biến áp cộng với máy phát dự phòng

Với phụ tải loại 3 như phụ tải ánh sáng sinh hoạt, thôn xóm, khu chung cư, trường học, thường đặt 1 trạm biến áp

Sau khi đã xác định được số lượng máy biến áp đặt trong trạm, công suất 1 máy được xác định theo công thức sau:

Với trạm 1 máy:

dmB tt

S S

Với trạm 2 máy:

1, 4

tt dmB

S

Trong đó:

SdmB – công suất định mức của máy biến áp, nhà chế tạo cho

Stt – công suất tính toán, là công suất yêu cầu lớn nhất của phụ tải mà người thiết kế cần tính toán xác định nhằm lựa chọn máy biến áp và các thiết bị điện khác 1,4 – hệ số quá tải

3.1.2 Chọn máy cắt điện

Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt mạch điện cao áp (trên 1000 V) Ngoài nhiệm vụ đóng cắt dòng điện phụ tải phục vụ cho công tác vận hành, máy cắt còn có chức năng cắt dòng ngắn mạch để bảo vệ các phần tử của hệ thống điện

+ Máy cắt ít dầu: dầu làm nhiệm vụ sinh khí dập tắt hồ quang, cách điện là chất rắn + Máy cắt nhiều dầu: dầu vừa làm nhiệm vụ cách điện vừa làm nhiệm vụ dập hồ

quang

+ Máy cắt không khí: dùng khí nén dập tắt hồ quang

+ Máy cắt chân không: hồ quang được dập tắt trong môi trường chân không

+ Máy cắt tự sinh khí: dùng vật liệu cách điện tự sinh khí ở nhiệt độ cao để dập tắt

hồ quang

+ Máy cắt điện từ: hồ quang bị lực điện từ đẩy vào khe hở hẹp và bị dập tắt trong đó + Máy cắt phụ tải: đó chính là dao cắt phụ tải dùng kết hợp với cầu chì Dao cắt phụ

tải có nhiệm vụ đóng cắt dòng phụ tải, còn cầu chì làm nhiệm vụ cắt ngắn mạch

Để đẩm bảo khả năng dập tắt hồ quang, người ta chế tạo trong buồng dập hồ quang 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, v.v… chỗ cắt tùy ý theo cấp điện áp Cấp điện áp càng cao càng bố trí nhiều chỗ cắt

Máy cắt điện được chọn và kiểm tra theo các điều kiện ghi trong các bảng sau:

Bảng 3 1 Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt

Điện áp định mức, kV U dmMC U dmLÐ

Dòng điện định mức, A I dmMC I cb

Dòng điện cắt định mức, kV "

cdm N

Công suất cắt định mức, MVA "

cdm N

Dòng điện ổn định động, kA I ddm i xk

Dòng điện ổn định nhiệt, kA .

.

qd

nh dm

nh dm

t

I





Bảng 3 2 Điều kiện chọn và kiểm tra máy cắt phụ tải

Điện áp định mức, kV U dmMC U dmLD

Dòng điện định mức, A I dmMC I cb

Dòng điện ổn định động, kA I d dm. I xk

.

qd

nh dm

nh dm

t

t



 Dòng điện định mức cầu chì, A I dmcc I cb

Dòng điện cắt định mức, kA I cdm I"

Công suất cắt định mức cầu chì, MVA S cdm S''

3.1.3 Chọn aptomat bảo vệ phụ tải.

Áptômát là thiết bị đóng cắt hạ áp, có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Do có ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn, đóng cắt đồng thời 3 pha và khả năng tự động hóa cao, nên áptomat mặc dù có giá đắt hơn vẫn ngày càng được dùng rộng rãi trong lưới điện hạ áp công nghiệp cũng như lưới điện ánh sáng sinh hoạt

Aptomat được chế tạo với điện áp khác nhau: 400V, 440V, 500V, 600V, 690V

Người ta cũng chế tạo các loại áptomat một pha, hai pha, ba pha với số cực khác nhau: một cực, hai cực, ba cực, bốn cực

Ngoài ra người ta còn chế tạo loại áptomat chống rò điện, áptomat chống rò tự động cắt mạch điện nếu dòng rò có trị số 30mA, 100mA hoặc 300mA tùy loại

dmA dmLD

dmA tt

cdmA N

3.1.4 Chọn thanh góp

Thanh góp còn được gọi là thanh cái hoặc thanh dẫn Thanh góp được dùng trong các tủ điện phân phối, tủ động lựa hạ áp, trong các tủ máy cắt, các trạm phân phối trong nhà, ngoài trời cao áp Với các tủ điện cao hạ áp và trạm phân phối trong nhà thường dùng thanh góp cứng, với trạm phân phối ngoài trời thường dùng thanh góp mềm

Người ta chế tạo thanh góp nhiều kiểu dáng, chủng loại Có thanh góp bằng đồng và thanh góp bằng nhôm Thanh góp nhôm thường dùng với dòng điện nhỏ (200 đến 300 A), thanh góp đồng dùng cho mọi trị số dòng điện

Thanh góp được chế tạo hình chữ nhật Khi dòng điện lớn thì dung thanh góp ghép từ 2, 3 thanh chữ nhật Với dòng điện rất lớn (trên 3000A) người ta chế tạo thanh góp hình máng, hình ống Cũng chế tạo thanh góp hình tròn và vành khăn

Thanh góp được chọn theo dòng phát nóng cho phép (hoặc theo mật độ kinh

tế của dòng điện) và kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt dòng ngắn mạch

Bảng 3 3 Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp

Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép,

Khả năng ổn định động, (kG/cm2)

cp tt

Khả năng ổn định nhiệt, (mm2) .

qd

F l t

Trong đó:

K1 = 1 với thanh góp đặt đứng

K1 = 0,95 với thanh góp đặt ngang

K2 – hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp

Với thanh góp nhôm, cp = 700 kG/cm2

Với thanh góp nhôm, cp = 1400 kG/cm2

tt - ứng suất tính toán, xuất hiện trong thanh góp do tác động của lực điện động dòng ngắn mạch

tt

M W

M – mômen uốn tính toán

10

tt

F l

M 

Ftt – lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch

2

1,76.10

l

a





l – khoảng cách giữa các sứ của 1 pha, cm

a – khoảng cách giữa các pha, cm

W – mômen chống uốn của các loại thanh dẫn, kG.m, có công thức tính toán ở bảng 7.2 (tài liệu tham khảo)

Với thanh góp mềm, thường chọn theo Jkt, và ngoài điều kiện ổn định động,

ổn định nhiệt dòng ngắn mạch còn phải kiểm tra thêm điều kiện tổn thất vầng quang

3.1.5 Chọn dây cáp theo điều kiện phát nóng cho phép từ tủ động lực về phụ tải

Để dẫn điện từ tủ động lực đến các máy dùng cáp cao su tổng hợp, cáp được chọn theo dòng cho phép và kiểm tra theo điều kiện kết hợp với aptomat bảo vệ:

1, 25

1,5

dmA cp

I

Giả thiết môi trường đặt cáp là 250C thì k1 = 1, với 7 cáp đi chung 1 rãnh tra bảng tra được k2 = 0,7

3.2 Sơ đồ cấp điện

`

Hình 3 1 Sơ đồ cấp điện từ tủ động lực đên các phụ tải

3.3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đo lường

3.3.1 Chọn máy biến áp

Điều kiện lựa chọn MBA phải thõa mãn điều kiện sau:

Sđm ≥ Stt = 129,54 kVA

Bảng 3 4 Thông số MBA lựa chọn

Công suất

(kVA)

Điện áp (kV)

Po

(W)

PN

(W)

UN

(%)

3.3.2 Chọn Aptomat

 Chọn aptomat từ trạm biến áp về tủ phân phối

Xét đường đây từ biến áp đến tủ TPP có Itt= 196,82 (A)

Tổng trở biến áp quy về phía hạ áp

180

N dmB

B

dmB

P U

R

S



(m)

180

N dm

B

dmB

U

X

S

(m) Cáp đã chọn có r0 = 0,193 (/km); x0 = 0,1 (/km)

0 0 0,193.3,8 0,1.3,8 0,73 0,38

Dòng ngắn mạch có trị số:

N

I

380

5,57

3 (15,5 0,73) (35,5 0,38)  (kA) Vậy chọn aptomat có thông số như sau:

Bảng 3 5 Thông số aptomat từ TBA về TPP

 Chọn aptomat cho các tủ động lực

Bảng 3 6 Chọn aptomat cho TĐL

(V) Idm (A)

Itt

(A)

Icdm

(kA)

Dòng định mức của động cơ được tính theo công thức sau:

3 .cos

dmÐ dmÐ

dm

P

I

`

Thông số IdmĐ của các phụ tải trong nhóm 1 như sau:

Bảng 3 7 Thông số phụ tải nhóm 1

Tên thiết bị Ký hiệu trên

mặt bằng

Công suất đặt

IdmĐ (A)

Chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải:

Lựa chọn aptomat 1 bảo vệ cho bể ngâm tăng nhiệt:

0,38

dmA dmLD

7,79

dmA tt

(A) Chọn aptomat có UdmA = 600(V); Idm = 15 (A)

Lựa chọn aptomat 2 bảo vệ cho tủ sấy:

0,38

dmA dmLD

dmA tt

Chọn aptomat có UdmA = 600(V); Idm = 30(A)

Tính toán tương tự ta có bảng chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải trong nhóm 1 như sau:

Bảng 3 8 Chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải

Ký hiệu trên

mặt bằng

Aptoma

t Loại Udm (V) Idm (A)

Itt

(A)

Icdm

(kA) Nhóm 1

Bể ngâm tăng

Bàn lắp ráp và

Nhóm 2 Bàn thử

Nhóm 3

Bể ngâm dung

Bể ngâm nước

Máy khoan

Bảng 3 9 Chọn aptomat bảo vệ cho các phụ tải LM & CS

Tên thiết bị Aptomat Loại Udm

(V)

Idm

(A)

Itt

(A)

Icdm

(kA)

LM & CS - lộ 3 LS ABN53c 600 5 2.4 18

3.3.3 Chọn thanh góp

Dòng điện lớn nhất chạy qua thanh góp chính là dòng định mức máy biến áp:

180

259,80

dmBA dmBA

dmBA

S I

U

(A) Chọn thanh góp đồng, tiết diện hình chữ nhật, M25x3 có Icp = 340 (A)

Tổng trở biến áp quy về phía hạ áp

180

N dmB

B

dmB

P U

R

S



(m)

180

N dm

B

dmB

U

X

S

(m)

Cáp đã chọn có r0 = 0,193 (/km); x0 = 0,1 (/km)

0 0 0,193.3,8 0,1.3,8 0,73 0,38(m )

Dòng ngắn mạch có trị số:

N

I

380

5,57

3 (15,5 0,73) (35,5 0,38)  (kA) Trị số dòng ngắn mạch xung kích

1,8 2 1,8 2.5,57 14,18(kA)

Dự định đặt 4 thanh góp ba pha cách nhau 15cm, mỗi thanh được đặt trên 2 sứ khung tủ cách nhau 70 cm

2 70 1,67.10 12,47 1,02

15

tt

(kG) 1,02.70

7,14 10

(kG.cm) Momen uốn của thanh 25x3 đặt đứng:

2

25.3

0,0375 6

cm3

190,4 0,0375

tt

M W

(Kg/cm3) Với  = 6 và tqd = tc = 0,5 s, kết quả kiểm tra thanh góp đã chọn ở bảng sau:

Dòng điện phát nóng lâu dài cho

phép, (A) K K I1 .2 cp 1.1.340I cb 231

Khả năng ổn định động, (kG/cm2) cp 1400tt 190,4

Khả năng ổn định nhiệt, (mm2) F 25.3 75  .l t qd 6.4,9 0,5 20,7

Vậy chọn thanh cái M25x3 là thõa mãn

Tương tự ta chọn được thanh góp cho các tủ động lực:

ĐL1: M20x6; Icp = 100A

ĐL2: M20x4; Icp = 200A

ĐL3: M20x3; Icp = 100A

ĐL4: M20x3; Icp = 100A

3.3.4 Chọn biến dòng

Điều kiện chọn biến dòng:

dm tt

Vậy chọn biến dòng 500/5A

3.3.5 Chọn và kiểm tra dây dẫn

a) Lựa chọn tiết diện dây dẫn cho từng máy

- Lựa chọn cáp hạ áp ba lõi đồng cách điện PVC loại nửa mềm đặt có định

do CADIVI chế tạo và tra trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang ở bảng 4.13

- Kí hiệu: Vật liệu dẫn điện (C-F), C là số lõi của dây dẫn, F là tiết diện (M là dây dẫn chất liệu đồng)

Bảng 3 10 Tiết diện dây dẫn cho từng máy

ST

T

Tên nhóm và thiết

bị

Kí hiệu

Pđ (kW)

Cos

φ I dm I cp Loại dây dẫn

1 Bể ngâm tăng nhiệt 3 5,4 1 7,79 10,75 M(3-1) ( I = 14) cp

4 26,10 M(3-5,5) (

cp

I =

35)

3 Máy quấn dây 5 3,6 0,8 6,4 9,12 M(3-1) (I = 14) cp

4 Máy khoan bàn 7 3,6 0,78 6,66 9,35 M(3-1) ( I = 14) cp

5 Bàn lắp ráp và thử

nghiệm

18 13,4 0,69 28,0

3 37,83 M(3-8) (I = 44) cp

6 Bàn thử nghiệm 9 7,9 0,85 13,4 18,29 M(3-2,5) ( I = cp

22)

5 21,83M(3-2,5) (

cp

I =

22)

8 Máy hàn xung 16 21,4 0,55 56,1

6 75,37 M(3-10) (I = 78) cp

2 59,22 M(3-14) (I = 62) cp

10 Bể ngâm dung dịch

35)

11 Bể ngâm nước nóng 2 13,4 1 19,3 26,10 M(3-3,5) ( I = cp

27)

12 Máy khoan đứng 8 8,9 0,78 16,4 22,39 M(3-3,5) ( I = cp

27)

4 16,62M(3-2,5) (

cp

I =

22)

5 24,24 M(3-3,5) (

cp

I =

27)

15 Máy quấn dây 6 3,6 0,8 7,60 9,12 M(3-3,5) (I = cp

27)

4 16,72 M(3-2,5) (

cp

I =

22)

18 Máy bơm nước 15 4,6 0,82 9,36 11,23 M(3-1) (I = 14) cp

19 Bàn lắp ráp và thử

nghiệm

17 11,4 0,69 26,8

9 32,26

M(3-5,5) (I = cp

35)

6 23,35 M(3-3,5) (

cp

I =

27) b) Lựa chọn dây dẫn cho phụ tải chiếu sáng

- Lựa chọn cáp hạ áp lõi đồng cách điện PVC loại nhiều sợi (dây dẫn đôi mềm xoắn) do CADIVI chế tạo và tra trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang ở bảng 4.8

ST

T

Tên thiết bị I (A) dm P (kW) dm Loại dây dẫn

c) Lựa chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp nhà xưởng

- Chọn cáp đồng và dây làm 2 lộ để đảm bảo độ tin cậy cấp điện

- Dòng điện chạy trên đường dây khi phụ tải lớn nhất là:

max

129,54

93, 48( ) 3 2 3.0, 4

ttnx lv

dm

S

- Tiết điện dây cao áp được chọn theo mật độ kinh tế dòng diện Đối với cáp đồng 3 pha Tmax=4000h ta tra đợc Jkt= 3,1(A/mm2) (Phụ lục 4 giáo trình cung cấp điện DHCNHN)

- Khi đó ta có tiết diện dây dẫn là:

2 max 93,48

30,15( ) 3,1

lv kt

kt

I

J

Chọn cáp vặn xoắn 3 lõi đồng cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC do hãng FURUKAWA (Nhật Bản) chế tạo có tiết diện 50mm2có r0=0,387 Ω/km,x0=0,124Ω/km Và có dòng điện cho phép 205 (Tra bảng 4.57 trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện của Ngô Hồng Quang trang 273)

Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn: I sc k k I1 2 cp Trong đó:

- Icp: Dòn điện chạy trên dây cáp lúc làm việc bình thường

- Isc: Dòng điện chạy trên dây cáp

- k1: Hệ số chỉnh theo nhiệt độ môi trường, do tính toán sơ bộ nên chọn

k1=0,96

- k2: Hệ số xét tới điều kiện tỏa nhiệt phụ thuộc số lộ cáp cùng đặt trong một hào cáp, do tính toán sơ bộ nên chọn k2=0,9

(Chọn k1, k2 theo [2] trang 286)

Thay số vào ta được:

93,48 0,96.0,9.205 177,12

sc lv

Kiểm tra tổn thất điện áp:

103,621.0,387 77,724.0,124 0,2

dm

U

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện về tổn thất điện áp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài tập cung cấp điện - Trần Quang Khánh

[2] Giáo trình thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang – Vũ Văn Tẩm

[3] Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4kV – 500kV- Ngô Hồng Quang

[4] Giáo trình cung cấp điện – Ninh Văn Nam

[5] Giáo trình An toàn điện – Nguyễn Quang Thuấn

[6] Catalogue của hãng LS