TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN
Mã lớp học: 141882
Trang 2BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hải Nam Lớp: EE2-10Khóa: K65 Viện: Điện Ngành: KTĐK & TĐH
1 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cung cấp điện2 Nội dung đề tài:
- Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen3 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Thị Anh
SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 3CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN5
1.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 51.1.1 Phương pháp xác định Ptt theo hệ số nhu cầu k và công suất đặt Pncđ 61.1.2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P và hệ số tbcực đại K 6max
1.1.3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho tải chiếu sáng 61.1.4 Tính toán phụ tải tính toán từng phần của mỗi phân xưởng 61.2 Phụ tải tính toán toàn nhà máy 61.3 Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp và 7
1.3.2 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm phụ tải 91.3.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sản xuất cơ khí 101.3.4 Xác định tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí 111.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại 111.5 Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy 131.6 Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy 13
2.1 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy 162.2 Đề xuất phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy 162.2.1 Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy 162.2.2 Chọn phương án trạm biến áp phân xưởng 172.3 Sơ bộ chọn các thiết bị điện 202.4 Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế 302.5 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn 382.5.1 Chọn dây dẫn từ TBA trung gian về TPPTT 382.5.2 Lựa chọn sơ đồ trạm PPTT và các trạm BAPX 39
Trang 4CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN111Equation Chapter (Next) Section 11.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán
Phụ tải tính toán (P ) là đại lượng đặc trưng cho khả năng sử dụng công suất của một tthay nhiều nhóm thiết bị dùng điện Đó là công suất giả định không đổi trong suốt quá trình làm việc, nó gây ra hậu quả phát nhiệt hoặc phá hủy cách điện đúng bằng công suất thực tế đã gây ra cho thiết bị trong quá trình làm việc Vì vậy trong thực tế thiết bị cung cấp điện nhiệm vụ đầu tiên là xác định Ptt của hệ thống cần cung cấp điện Tùy theo quy mô mà phụ tải điện phải được xác định theo thực tế hoặc phải tính đến khả năng phát triển của hệ thống trong nhiều năm sau đó.
Phụ tải tính toán được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống như: MBA, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, , tính toán tổn thất công suất điện năng, lựa chọn bù… Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng máy, chế độ vậnhành…
Do vậy phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị, ảnh hưởng đến chất lượng, độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện Do đó việc lựa chọn phụ tảitính toán một cách phù hợp đóng phần quan trong đến thành công của bản thiết kế.
1.1.1 Phương pháp xác định Ptt theo hệ số nhu cầu k và công suất đặt Pncđ
Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xú nghiệp (chưa có thiết kế chi tiết bố trí các máy móc, thiết bị trên mặt bằng), lúc này mới chỉ biết duy nhất một số liệu cụ thể là công suất đặt của từng phân xưởng.
Phụ tải tính toán động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:.
P =k P 212\* MERGEFORMAT (.).tan( )
313\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:
Ptt: Công suất tác dụng tính toán[1] Q : Công suất phản kháng tính toántt
Knc: Hệ số nhu cầu trả từ sổ tay theo số liệu của các phân xưởng[2] P : Công suất đặt của các phân xưởngđ
tanφ: Hệ số tính toán tra từ cosφ
1.1.2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb
và hệ số cực đại Kmax
Sau khi xí nghiệp đã có thiết kế chi tiết cho từng phân xưởng, ta đã có các thông tin chínhxác về mặt bằng bố trí máy móc, thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghệ của
Trang 5liệu đầu tiên cần xác định là công suất tính toán của từng động cơ và của từng nhóm độngcơ trong phân xưởng.
P =K P = K K P 414\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:
Ksd: hệ số sử dụng của một hoặc một nhóm phụ tải đặc trưng Tra trong sổ tayKmax: Hệ số cực đại công suất tác dụng:
nhq: Số thiết bị hiệu quả của nhóm thiết bị.
(n dmi)
(chính xác với ) 515\* MERGEFORMAT (.)Nếu , dùng phương pháp đơn giản hóa để tính:
Trường hợp 1: Nếu và thì:
n = n
616\* MERGEFORMAT (.)Trường hợp 2: Nếu và thì:
ìïïïïïï =íïï
717\* MERGEFORMAT (.)Trường hợp 3: Ngoài ra trình tự xác định n :hq
- Bước 1: Tính n1 (số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm)
Trang 6P =P K 11111\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:
1.1.3 Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho tải chiếu sáng
Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị điện tích ().
P =P S 13113\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:
P0: Công suất chiếu sáng trên đơn vị S ([3] S: Diện tích cần chiếu sáng ()
Lưu ý: Cần phải cân nhắc xem sử dụng loại bóng đèn nào cho phù hợp.Khi ta có
1.2 Phụ tải tính toán toàn nhà máy
PTTT bằng tổng phụ tải của các phân xưởng có kể đến hệ số sử dụng đồng thời
Trang 7S = + Q 18118\* MERGEFORMAT (.)Hệ số được xác định theo từng trường hợp sau:
= 0,9 đến 0,95 khi số lượng PX là 2→ 4.[4] = 0,8 đến 0,85 khi số lượng PX là 5→10.
1.3 Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp và
1.3.1 Phân nhóm phụ tải
Trong mỗi phân xưởng thường có nhiều thết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau Muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm thiết bị cần tuân theo nguyên tắc sau:
Các thiết bị trong cùng nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đườngdây hạ áp và nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng.
Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.
Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng cho phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ dộng lực thường nhỏ hơn 12.
Tuy nhiên thường thì khó thỏa mãn cùng một lúc 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kếphải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất.
Khi phân nhóm ta cần chuyển các thiết bị một pha về thiết bị 3 pha Ở đây có máy biến áp hàn là thiết bị 1 pha làm việc ngắn hạn Do vậy ta cần quy đổi phụ tải này về phụ tải 3 pha làm việc dài hạn theo công thức:
Trang 8d 3 3 .cos( )3 0,25.24.0.35 13,13( )
Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sửachữa thành 6 nhóm.
Bảng 1.3.1.a.1.1.1: Danh sách chia nhóm phụ tải
TTTên thiết bịlượngSốtrên mặtKý hiệubằng
, kW, A1 máyToàn
bộNhóm 1
1 Máy tiện rêvônge 1 6 2 22 May phay vạn năng 2 7 3 63 Máy phay ngang 1 8 2 24 Máy phay đứng 2 9 14 28
6 Máy mài phẳng 2 18 9 187 Máy mài tròn 1 19 6 68 Máy mài trong 1 20 3 3
Trang 95 Lò điện kiểu đứng 1 32 25 256 Lò điện kiểu bể 1 33 30 30
4 Máy phay răng 1 48 3 3
7 Bàn thí nghiệm 1 67 15 158 Bể tẩm có đốt nóng 1 68 4 4
Nhóm 6
1 Máy tiện ren 2 43 10 20
3 Máy phay ngang 1 46 3 34 Máy phay vạn năng 1 47 3 3
1.3.2 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm phụ tải
Với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta dùng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo cong suất trung bình và hệ số cực đại.
Các giá trị và tra trong sổ tay.
Với phân xưởng sửa chữa cơ khí, ta được và
a Nhóm 1
Bảng 1.3.2.a.1.1.1: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 1
TTTên thiết bịlượngSốKý hiệutrên mặtbằng
, kW1 máyToàn bộ
1 Máy tiện rêvônge 1 6 2 22 May phay vạn năng 2 7 3 6
Trang 10(kW)[9]
Trang 111.3.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sản xuất cơ khí
Đo trên hình vẽ ta được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:Với tỉ lệ 1:4500 ta tính được diện tích của phân xưởng sửa chữa cơ khí là:Ta có công suất chiếu sáng ohân xưởng:
(lấy )Ta được:
1.3.4 Xác định tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí
Là phân xưởng sửa chữa cơ khí nên chọn hệ số đồng thời: Công suất tính toán tác dụng toàn phân xưởng là:Công suất tính toán phản kháng toàn phân xưởng là:Công suất tính toán toàn phần của phân xưởng là:Hệ số công suất toàn phân xưởng:
Dòng điện tính toán toàn phân xưởng:
1.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại
Do chỉ biết công suất đặt và diện tích của nhà xưởng nên ta dùng phương pháp tính PTTTtheo công suất đặt và hệ số ���.
Các công thức cần sử dụng:Phụ tải động lực:
(Tra bảng PLI.3 để tìm ��� , và ).Phụ tải chiếu sáng:
Trong đó: S là diện tích phần chiếu sáng.(Tra PLI.2 tìm P (công suất chiếu sáng 0 � /�2)).Tính S của từng phân xưởng:tp
Bảng 1.4.1.a.1.1.1: Danh sách các phân xưởng và thông số tra cứu
TT Tên phânxưởng
Diệntíchtrên sơ
đồ F,cm2
DiệntíchthựcF, m2
Knc Cos( )
1 PX luyện
gang 4000 0.89 1802 0.5 0.6 1 152 PX lò 3500 0.79 1600 0.4 0.8 1 15
Trang 123PX máycán phôitấm
2000 0.42 851 0.5 0.8 1 15
4 PX cán
nóng 2800 0.99 2005 0.5 0.8 1 155 PX cán
nguội 3000 0.49 992 0.5 0.8 1 156 PX tôn 2500 1.23 2491 0.5 0.8 1 158 Trạm bơm 1000 0.3 608 0.6 0.8 1 15
9Ban quản
lý vàPhòng thí
Stt,kVA1 PXluyện gang 2000 2667 27 0 2027 2667 33502 PX lò Martin 1400 1050 24 0 1424 1050 17693 PX máy cán phôi tấm 1000 750 13 0 1013 750 12604 PX cán nóng 1400 1050 30 0 1430 1050 17745 PX cán nguội 1500 1125 15 0 1515 1125 18876 PX tôn 1250 938 37 0 1287 938 15937 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 101.07 134.76 17.93 0 137 158.37 1808 Trạm bơm 600 450 9 0 609 450 7579 Ban Quản lý và Phòng thí nghiệm 224 168 16 12 240 180 300
1.5 Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy
Có 9 phân xưởng nên ta chọn k = 0,85đtCông suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy là:
Công suất tính toán phản kháng toàn nhà máy:
Trang 13Hệ số công suất toàn nhà máy:
1.6 Xác định biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy
1.6.1 Tâm phụ tải điện
Tâm phụ tải điện là điểm mà thỏa mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực tiểuTrong đó:
: Công suất của phụ tải thứ i.
: Khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải.Tọa độ tâm phụ tải M(x0;y ;z0 ) được xác định như sau:Trong đó:
,: tọa độ tâm phụ tải điện
: Công suất toàn phần của phụ tải thứ i.
(x ;y ;zii): Toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ tuỳ ýchọn.
Trong thực tế thường ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa độ x và y của tâm phụ tải.
Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây.
Bảng 1.6.1.a.1.1.1: Tâm phụ tải phân xưởng
Tên phân xưởng P , kWcs Ptt,
kW Stt, kVA Tâm phụ tảiX, mm Y, mmPX luyện gang 27.03 2027 3350 82.66 38.48PX lò Martin 24 1424 1769 80.18 15.58PX máy cán phôi tấm 12.76 1013 1260 43.42 20.57PX cán nóng 30.07 1430 1774 40.68 31.85PX cán nguội 14.88 1515 1887 14.68 34.16PX tôn 37.36 1287 1593 41.29 49.39Trạm bơm 9.11 609 757 12.21 44.52
Trang 14Trạm B2: Cấp điện cho Phân xưởng lò Martin Trạm B3: Cấp điện cho Phân xưởng cán nóng
Trạm B4: Cấp điện cho Phân xưởng cán nguội và Phân xưởng sửachữa cơ khí
Trạm B5: Cấp điện cho Phân xưởng tôn
Trạm B6: Cấp điện cho Phân xưởng máy cán phôi tấm và Ban Quảnlý và phòng thí nghiệm
Trạm B7: Cấp điện cho Trạm bơm
Trong đó các trạm B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 cấp điện cho phânxưởng chính, xếp loại 1, cần đặt 2 máy biến áp Các trạm dùng loại trạm kề,có tường trạm chung với tường phân xưởng
Tính toán tương tự phương án 1 ta có kết quả:
Bảng 3.3 Kết quả chọn biến áp cho các trạm BAPX phương án 2Phân xưởng (PX)Phụ tải tínhtoán PX Phụ tải tính toán
PX cán nóng 4 1430 1050 1430 1050 1774.1 B3 1600 2Phân Xưởng (PX)
luyện gang 1 2027 2667 2027 26673349.
9 B1 2500 2PX lò Martin 2 1424 1050 1424 1050 1769.3 B2 1600 2Ban Quản lý và
Phòng thí nghiệm 9 240 180 1253 930 1560.
4 B6 1250 2PX máy cán phôi tấm 3 1013 750
PX tôn 6 1287 938 1287 938 1592.5 B5 1250 2Trạm bơm 8 609 450 609 450 757.22 B7 630 2
Trang 15Bảng 3.4 Kết quả chọn cáp trung áp và hạ áp phương án 2:
Nhánh Udm STBA I Jkt Fkt Chọn F Icp(kV) (Kva) (A) (A/mm2) (mm2) (mm2) (A)TBATT-B4 10 2091.9 60.3891 3.1 19.48 25 140TBATT-B1 10 3349.9 96.7024 3.1 31.194 70 245TBATT-B2 10 1769.3 51.0741 3.1 16.476 25 140TBATT-B5 10 1592.6 45.973 3.1 14.83 16 110TBATT-B6 10 1560.4 45.0454 3.1 14.531 16 110TBATT-B7 10 757 21.8591 3.1 7.0513 16 110TBATT-B3 10 1774.1 51.2136 3.1 16.521 25 140B6-PX9 0.4 300 433.01 3x70+35 254B4-PX7 0.4 209.4 302.24 3x35+25 174
Trạm B4: Cấp điện cho Phân xưởng cán nguội và Ban Quản lý vàphòng thí nghiệm
Trạm B5: Cấp điện cho Phân xưởng tôn và Phân xưởng sửa chữa cơkhí
Trạm B6: Cấp điện cho Phân xưởng máy cán phôi tấm 30 Trạm B7: Cấp điện cho Trạm bơm
Trong đó các trạm B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 cấp điện cho phânxưởng chính, xếp loại 1, cần đặt 2 máy biến áp Các trạm dùng loại trạm kề,có tường trạm chung với tường phân xưởng
Bảng 3.5 Kết quả chọn biến áp cho các tram BAPX phương án 3Phân xưởng (PX)Phụ tải tínhtoán PXPhụ tải tính toánTBAPXChọn TBAPX
Trang 16Tên PXTSTKýhiệuNB
PX cán nguội 5 1515 1125175
5 1305 2187.02 B4 1600 2Ban Quản lý
9 240 180
PX cán nóng 4 1430 1050 1430 1050 1774.09 B3 1600 2Phân Xưởng
(PX) luyện
gang 1 2027 2667202
7 2667 3349.87 B1 2500 2PX lò Martin 2 1424 1050 1424 1050 1769.26 B2 1600 2Trạm bơm 8 609 450 609 450 757.22 B7 630 2PX máy cán
phôi tấm 3 1013 750 1013 750 1260.42 B6 1000 2PX tôn 6 1287 938 142
4 1096.4 1797.17 B5 1600 2PX sửa chữa
Dự án dùng cáp XLPE lõi đồng bọc thép của hãng FURUKAWA NhậtBản, có các thông số kỹ thuật có trong phụ lục Chọn cáp từ TBATT đếnB1
Chọn cáp từ TBATT đến B1Imax = = = 27,63 A- Tiết diện kinh tế của cáp là:
Trang 17+ khc =k k12
+ k là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, ta lấy k = 1 11
+ k là hệ số hiệu chỉnh số dây cáp cùng đặt trong một hào cáp, trong2
mạch hạ áp, các hào đều được đặt hai cáp và khoảng cách giữa các dây là300mm Theo PL 4.22 (TL2) ta tìm được k =0,932
Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng: 0,93Icp = 0,93.200 = 186 A >2 Imax =55,26 AKiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo Ucp
Chọn tổn thất điện áp cho phép là 4%Ucp = 4%.35kV=1400V
Dây cáp XLPE có tiết diện 50 mm có x = 0,137 Ω/km ,r =0,4932
Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép, độ dài cápkhông đáng kể nên coi tổn thất trên cáp bằng 0, ta không cần xét đến điềukiện tổn thất điện áp cho phép Chọn cáp từ trạm biến áp B4 đến Ban quảnlý và phòng thí nghiệm (PX9)
Vì Ban quản lý và phòng thí nghiệm thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nênta dùng cáp đơn để cung cấp điện:
Imax = =
Chỉ có một cáp đi trong hào nên k2 = 1 Điều kiện chọn cáp là: I cp max
Chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (một lõi trung tính) cách điện PVC do hãngLENS chế tạo tiết diện (3.240+95) với Icp = 501A
Bảng 3.6 Kết quả chọn cáp trung áp và hạ áp phương án 3:
(kV (Kva) (A) (A/mm2 (mm2) (mm2) (A)
Trang 18) )
TBATT-B4 35 2187 18.038 3.1 5.8188 50 200TBATT-B1 35 3349.9 27.629 3.1 8.9127 50 200TBATT-B2 35 1769.3 14.593 3.1 4.7073 50 200TBATT-B5 35 1797.2 14.823 3.1 4.7816 50 200TBATT-B6 35 1260.4 10.396 3.1 3.3534 50 200
TBATT-B3 35 1260.4 10.396 3.1 3.3534 50 200
Tương tự với phương án 4 :
Bảng 3.7 Kết quả chọn biến áp cho các tram BAPX phương án 4Phân xưởng (PX)Phụ tải tínhtoán PX Phụ tải tính toánTBAPX Chọn TBAPXTên PXSTTPpxQpxPpxQpxSTBA
PX cán nguội 5 1515 1125 1515 1125 1887.02 B4 1600 2PX cán nóng 4 1430 1050 1430 1050 1774.09 B3 1600 2Phân Xưởng (PX)
luyện gang 1 2027 2667 2027 2667 3349.86 B1 2500 2PX lò Martin 2 1424 1050 1424 1050 1769.25 B2 1600 2Trạm bơm 8 609 450 609 450 757.22 B7 630 2Ban Quản lý và
Phòng thí nghiệm 9 240 180 1253 930 1560.4
2 B6 1250 2PX máy cán 3 101 750