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

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀXƯỞNG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP.

Giảng viên hướng dẫn: Ninh Văn NamSinh viên: Phạm Xuân Sơn

Hà nội, 2023

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: Phạm Xuân Sơn MSV: 2020608268

Lớp: ĐIỆN 03 Lớp học phần: 20222EE6051004 GVHD: Ninh Văn Nam

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

NỘI DUNGA.Dữ Liệu

Mặt bằng bố trí thiết bị của nhà xưởng:

Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng:

(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)

Mã sinh viên: 2020608268 => M=6, N=8.

Số hiệu trên sơ

B NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1 Xác định phụ tải tính toán cho nhà xưởng

2 Đề xuất các phương án cấp điện và so sánh kinh tế-kỹ thuật để lựa chọn phương án cấp điện

3 Thiết lập sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử trong sơ đồ 4 Tính toán, lựa chọn hệ thống chống sét và nối đất.

5 Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng cho nhà xưởng

LỜI NÓI ĐẦU

Chào mừng đến với dự án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí Điện năng là một yếu tố quan trọng trong hoạt động của một phân xưởng cơ khí và hệ thống cung cấp điện đóng vai trò cực kỳ quan trọng để đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả của phân xưởng Trong quá trình thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí, chúng ta sẽ tập trung vào việc đảm bảo độ tin cậy, an toàn và tiết kiệm năng lượng của hệ thống Bằng cách sử dụng các thiết bị điện hiện đại và kỹ thuật tiên tiến, chúng ta sẽ thiết kế một hệ thống cung cấp điện hiệu quả, đáp ứng được các yêu cầu về năng lượng của phân xưởng cơ khí

Bản đồ án đối với em là một sự tập dượt quý báu trước khi bước vào thực tế khó khăn Bản đồ án của em là thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí, với đặc thù của loại nhà máy này là có nhiều thiết bị và công đoạn yêu cầu được cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm bảo Vì vậy phần đồ án được làm khá chi tiết và được chia thành những phần nhỏ sau:

1 Xác định phụ tải tính toán cho nhà xưởng

2 Đề xuất các phương án cấp điện và so sánh kinh tế-kỹ thuật để lựa chọn phương án cấp điện

3 Thiết lập sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử trong sơ đồ 4 Tính toán, lựa chọn hệ thống chống sét và nối đất.

5 Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng cho nhà xưởng

Trong suốt thời gian làm đồ án được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ninh Văn Nam đã giúp em hoàn thành bản đồ án này Mặc dù em đã rất cố gắng tìm hiểu, học hỏi tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Em rất kính mong được sự chỉ bảo của các thầy, cô.Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI……… 11

1.1 Vài nét giới thiệu chung về phân xưởng……….14

1.2 Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng……….16

1.3 Phụ tải thông gió,làm mát của xưởng……….17

1.3.1 Phụ tải làm mát………17

1.3.2 Phụ tải thông gió……… 18

1.4 Phụ tải động lực của phân xưởng………21

1.4.1 Chia nhóm phụ tải tính toán……….21

1.4.2 Tính toán phụ tải từng nhóm………23

1.5 Tính toán số liệu chung cho các nhóm………30

1.6 Tính toán cho cả phân xưởng……… 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….32

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ……33

2.1.Khái quát chung về phương án cấp điện……… 33

2.2.Chọn phương án cung cấp điện………33

2.2.1.Phương án cung cấp điện 1………34

2.2.2.Phương án cung cấp điện 2………36

2.2.3.Phương án cung cấp điện 3………38

2.2.4.Phương án cung cấp điện 4………40

2.2.5.Phương án cấp điện phù hợp……… 41

2.3.So sánh 2 phương án……….41

2.3.1.Phương án cấp điện phù hợp……… 41

2.3.2 Phương án cung cấp điện 1……… 38

2.3.3.Phương án cung cấp điện 2……… 55

2.4.Lựa chọn phương án tối ưu……… 58

2.4.1.Tổng vốn đầu tư……….58

2.4.2.Chi phí vận hành……… 57

2.4.3.So sánh hai phương án……….59

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 61

CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN CÁC 62

3.4.1.Lựa chọn thanh cái hạ áp tại tủ phân phối……… …….….68

3.4.2.Chọn sứ đỡ trong tủ phân phối……… …….… 69

3.4.3.Lựa chọn APTOMAT……… …………70

3.4.4.Chọn thiết bị đo lường: máy biến dòng, ampemet, volmmet………75

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 77

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN HỆ THỐNG CHỐNG SÉT VÀ NỐI…….……… 78

4.1.Thiết kế hệ thống nối đất……… 78

4.2.Thiết kế hệ thống chống sét……… 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 84

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO… ……… …85

5.1.Tại sao phải bù công suất phản kháng……… 85

5.2.Tính toán bù công suất phản kháng……… 86

5.3.Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng………88

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….….91

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1:Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng… ……14

Bảng 1.2: Thông số điều hòa……… 17

Bảng 1.3:Các quạt gió sử dụng trong phân xưởng và thông số của …… 18

Bảng 1.4: Bảng phụ tải nhóm 1……… 22

Bảng 1.5:Bảng phụ tải nhóm 2……… 24

Bảng 1.6: Bảng phụ tải nhóm 3……… 26

Bảng 1.7: Bảng phụ tải nhóm 4……… …28

Bảng 2.1: Thông số MBA 500 kVA do ABB sản xuất……… 39

Bảng 2.2: Thông số MBA 250 kVA do ABB sản xuất……….….40

Bảng 2.3: Thông số cáp CV 325………41

Bảng 2.4: Thông số cap các nhóm còn lại……… ….41

Bảng 2.5: Loại nhóm dây chiếu sáng………44

Bảng 2.11: Tổn hao điện áp, công suất, điện năng phương án 1……… 53

Bảng 2.12: Thông số dây cáp phương án 2……… 55

Bảng 2.13: Tổn hao điện áp, công suất, điện năng phương án 2…….….56

Bảng 2.14: Vốn đầu tư và chi phí vận hành 2 phương án……….………57

Bảng 3.1: Mục đích của các vị trí ngắn mạch……….…… 60

Bảng 3.2: Dòng ngắn mạch……….…….…….63

Bảng 3.3: So sánh tiết diện dây đã chọn……….…….…….64

Bảng 3.11: Thông số máy biến dóng……… …….74

Bảng 3.12: Thông số đồng hồ đa năng……… 74

Bảng 5.1: Thông số tụ bù……… 85

Bảng 5.2: List vật tư tụ bù……….……86

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bố cục chia nhóm phân xưởng……… … ….21

Hình 2.1: Phương án cung cấp điện 1……….….…33

Hình 2.2: Phương án cung cấp điện 2……….…….35

Hình 2.3: Phương án cung cấp điện 3……….….37

Hình 2.4: Phương án cung cấp điện 4……….….38

Hình 2.5: Sơ đồ cấp điện chiếu sáng………43

Hình 2.6: Sơ đồ đi dây nhóm điều hòa……… 46

Hình 2.7: Sơ đồ đi dây phụ tải……….……….…47

Hình 2.8: Sơ đồ mật bằng đi dây phương án 2……….54

Hình 3.1: Các vị trí ngắn mạch trong phân xưởng……….………….….61

Hình 3.2: Mô hình hóa sơ đồ ngấn mạch……….62

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

 Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán.

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng.

Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn lựa và kiểm tra các thiết bị trong HTĐ như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ… tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện áp; lựa chọn dung lượng bù công suất phản kháng… Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân Vì vậy xác định phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng.Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy nổ rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế quá nhiều thì các thiết bị điện(đóng ngắt,máy biến áp…) và tiết diện dây dẫn sẽ phải làm lớn hơn so với yêu cầu do đó làm gia tăng vốn đầu tư, gây lãng phí.

 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán.

Do tính chất quan trọng của phụ tải tính toán nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Song phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên chưa thể có phương pháp nào tính toán một cách toàn diện và chính xác Những phương pháp đơn giản thuận tiện

cho tính toán thì lại thiếu độ chính xác, còn nếu nâng cao được độ chính xác, xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thì khối lượng tính toán lại rất lớn, phức tạp, thậm chí là không thực hiện được trong thực tế.

Tùy thuộc đặc điểm của từng loại phụ tải, có thể áp dụng những phương pháp sau:

- Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu

- Phương pháp tính theo công suất trung bình

- Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm

- Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất  Xác định phụ tải tính toán phân xưởng.

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán chính xác cần phải phân nhóm các thiết bị Việc phân nhóm các thiết bị tuân theo các nguyên tắc sau:

- Mỗi nhóm có n thiết bị (n<12) để đảm bảo số thiết bị trong 1 nhóm là không quá nhiều vì số đầu ra của các tủ động lực thường ≤12.

- Các thiết bị trong cùng 1 nhóm phải gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp, tiết kiệm được vốn đầu tư, tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng

- Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng 1 nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

- Tổng công suất đặt các nhóm nên tương đương nhau để giảm chủng loại các tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy

Tuy nhiên rất khó để thỏa mãn cùng một lúc các nguyên tắc trên, do đó khi thiết kế phải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án phù hợp nhất.

1.1 Vài nét giới thiệu chung về phân xưởng

Kích thước: Chiều dài: 36(m), chiều rộng: 24(m), diện tích mặt sàn: 864(m2) Mặt bằng bố trí thiết bị của phân xưởng:

Bảng 1.1:Ký hiệu và công suất đặt của thiết bị trong nhà xưởng

Số hiệu trên sơ

Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng là đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả chiếu sáng của chiếu sáng đối với thị giác Ngoài độ rọi, hiệu quả của chiếu sáng còn phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các chao chóp điện, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, mỹ thuật Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Không bị loá  Không có bóng tối  Phải có độ rọi đồng đều

 Phải tạo được ánh sáng giống ánh sáng ban ngày

Vì phụ tải chiếu sáng có tính chất phân bố tương đối đều và tỉ lệ với diện tích nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng có diện tích S = 864 m2 được xác định theo công thức:

Pcs = p0.S Trong đó:

P0 : suất phụ tải chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích,(W/m2 )

Theo bảng 1.9 phụ lục 1 [1] phân xưởng cơ khí po = 15W/m2 =

Chọn đèn LED hight bay 200w

- Thể tích của phân xưởng là:

Vxưởnφg=dài rộnφg cao=36.24 7 5=6480(m3)

- Cứ 1 (m3) cần khoảng 200 BTU công suất làm lạnh.

- Ta tính được công suất làm lạnh của phân xưởng là:

P¿=6480.200=1296000 BTU ≈ 380(kW )

Ta sử dụng 3 điều hòa có thông số như bảng sau:

Bảng 1.2: Thông số điều hòa

1.3.2 Phụ tải thông gió

- Tổng công suất của quạt gió:

Bảng 1.3:Các quạt gió sử dụng trong phân xưởng và thông số của chúng

- Hệ số thiết bị hiệu quả trang 31 [1] Số thiết bị tương đối:

1.4 Phụ tải động lực của phân xưởng

1.4.1 Chia nhóm phụ tải tính toán

Phân xưởng có diện tích là 864m2, trong phân xưởng có 32 thiết bị Mỗi thiết bị có công suất khác nhau: thiết bị có công suất lớn nhất là cần cẩu 10T (30,6 kW) có số hiệu 27 trên sơ đồ mặt bằng, thiết bị có công suất nhỏ nhất là máy mài (1,7kW) có số hiệu 6 trên sơ đồ mặt bằng Dựa vào các nguyên tắc chia nhóm ở trên, đồng thời dựa vào vị trí, công suất của các thiết bị trong phân xưởng bố trí trên sơ đồ mặt bặng phân xưởng, ta có thể chia các thiết bị trong phân xưởng cơ khí sửa chữa thành 4 nhóm:

- Nhóm 1: gồm 5 thiết bị có số hiệu trên sơ đồ là: 2;3;4;17;19.

- Nhóm 2: gồm 8 thiết bị có số hiệu trên sơ đồ là:5;6;8;12;13;14;9;15.

- Nhóm 3: gồm 5 thiết bị có số hiệu trên sơ đồ là: 21;22;25;26;29;30 - Nhóm 4: gồm 6 thiết bị có số hiệu trên sơ đồ là: 11,16;23;24;27.

Hình 1.1: Bố cục chia nhóm phân xưởng

Trong nhóm 1 có Pmax = 23,6 kW, có Pmax/2 = 11,8 kW

Số thiết bị trong nhóm có công suất ≥ 11,8 kW là : n1 = 2; => P1=36,2(kW )

- Số thiết bị tương đối:

15 Máy tiện ren 0,36 0,58 7,1

Tổng công suất trong nhóm 2 là: P = 55 Kw Số thiết bị trong nhóm 2: n = 8

Trong nhóm 2 có Pmax = 11,6 kW, có Pmax/2 = 5,8 kW

Số thiết bị trong nhóm có công suất ≥ 5,8 kW là : n1=5;=>P1=43,5(kW )

- Số thiết bị tương đối:

Tổng công suất trong nhóm 3 là: P = 51,3 Kw Số thiết bị trong nhóm 3: n = 6

Trong nhóm 3 có Pmax = 13,6 kW, có Pmax/2 = 6,8 kW

Số thiết bị trong nhóm có công suất ≥ 6,8 kW là : n1=4;=>P1=41,4(kW )

- Số thiết bị tương đối:

Số ký hiệu trên sơ

Trong nhóm 4 có Pmax = 31,6 kW, có Pmax/2 = 15,8 kW

Số thiết bị trong nhóm có công suất ≥ 15,8 kW là : n1 = 3; => P1=68,8 (kW )

- Số thiết bị tương đối:

Itt ∑= Stt ∑

√3 Uđm=

√3 0,38=425( A)

1.6 Tính toán cho cả phân xưởng

- Phụ tải tính toán phân xưởng:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nam, N V ( 2015) Giáo trình Cung Cấp Điện Hà Nội: NXBGD.Ngô Hồng Quang, N V (2006) Thiết kế cấp điện Hà Nội: NXBKHKT.

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤPĐIỆN

2.1 Khái quát chung về phương án cấp điện

Mục tiêu: chọn phương án cung cấp điện tốt nhất lảng tránh một trong nhng vều cầu cơ bản khi thiết kế cung cấp diện Phương án cung cấp diện mạo báo cáo về nhu cầu kỹ thuật lại hợp lý về mặt kinh tế.

Yêu cầu: sau khi có các phương án cung cấp điện phái sinh so sánh các phương án về mặt kỹ thuật, các phương án lựa chọn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cơ bàn (chỉ cần đạt dư luận một số yêu cầu kỹ thuật) cơ bản må thối, boi vi rất khó có các phương án hoàn toàn giống nhau về kỹ thuật), sau đó tiến hanh so sánh về kinh tế.

Ngoài ra để quyết định chọn phương án cung cấp cp nào chống đối dựa trên nhiều yếu tố khác:

- Đường lôi phát triển công nghiệp.

- Tồng vốn đầu tư của nhà nước Có thể cung cấp.

- Tôc độ và quy mô phát triển, tình hình cung cấp vật tưu thiết bị, trinh độ thi công, vận hành của cán bộ và công nhân, cùng một số yêu cấu đặc biệt khác về chính trị quốc phòng [2]

2.2 Chọn phương án cung cấp điện

Chọn phương án cung cấp điện là sơ bộ vạch các phương án đi dây từ nguồn tới các phu tải điện Khi thiết kế cần lưu ý các yều tổ riêng của từng phụ tải, như điều kiện khí hầu đia hình, yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao hay không cao, dặc điêm của quy trình công nghệ, đảm bảo cung cấp điện an toàn, sơ đồ cung

cấp điện phải có cấu trúc hợp lý Phải đảm bảo được các yêu cầu về đô tỉn cậy, tính kinh tế, an toàn

 Từ những lý do đó em đề xuất 4 phương án cung cấp điện nhưsau:

2.2.1 Phương án cung cấp điện 1

Sơ đồ mặt bằng của phương án 1 Từ trạm biết áp cấp cho 1 tủ phân phối chính rồi chia hình tia cho 4 nhóm, tủ chiếu sáng, tủ làm mát như hình 2.1

Hình 2.1: Phương án cung cấp điện 1

Nhận xét: - Ưu điểm:

+ Tăng tính độc lập giữa các nhóm tủ điện, giảm thiểu tác động lẫn nhau trong quá trình vận hành và bảo dưỡng.

+ Tăng tính linh hoạt trong việc thực hiện bảo trì, sửa chữa, nâng cấp các nhóm tủ điện mà không ảnh hưởng đến các nhóm khác.

+ Đảm bảo chất lượng điện năng cấp cho từng nhóm tủ điện, tránh tình trạng quá tải và giảm thiểu sự cố về điện.

Hạn chế:

+ Tốn nhiều dây từ đó vốn đầu tư ban đầu tăng cao

2.2.2 Phương án cung cấp điện 2

Sơ đồ mặt bằng của phương án 2 từ trạm biến áp cấp ra 2 tủ phân phối PP1, PP2 Tủ PP1 chia cho ra nhóm 1, nhóm 2, chiếu sáng và Tủ PP2 chia ra nhóm 3, nhóm 4, làm mát như hình 2.2

Hình 2.2: Phương án cung cấp điện 2

Nhận xét:

Phương án 2 có các ưu điểm và hạn chế tương tự phương án 1, tuy nhiên giảm thiểu các tác động nếu không may một tủ phân trục trặc thì tủ kia vẫn hoạt động.

2.2.3 Phương án cung cấp điện 3

Sơ đồ mặt bằng của phương án 2 từ trạm biến áp cấp đến tủ phân phối ở chính giữa phân xưởng sau đó chi ra 4 nhóm, làm mát và chiếu sáng như hình 2.3

Hình 2.3: Phương án cung cấp điện 3

Nhận xét:

Phương án 3 sẽ tốn ít dây hơn do tủ đặt chính giữa tuy nhiên trong quá trình vận hành sẽ gây vướng vì xung quanh có nhiều máy hoạt động.

2.2.4.Phương án cung cấp điện 4

Sơ đồ mặt bằng của phương án 4 ừ trạm biết áp cấp cho 1 tủ phân phối chính rồi chia phân nhánh cho 4 nhóm, tủ chiếu sáng, tủ làm mát như hình 2.4

Hình 2.4: Phương án cung cấp điện 4

Nhận xét: