Báo Cáo Thiết Kế Cung Cấp Điện Cho Nhà Máy Luyện Kim Đen 2.Pdf

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.. Phụ tải tính toán đượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

-□□&□□ -BÁO CÁO

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY

LUYỆN KIM ĐEN

Học phần: Hệ thống cung cấp điện (BTL) Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Anh

Họ và tên: Nguyễn Hải Nam – 20202663

Mã lớp học: 141882

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ

NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ 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 điện

2 Nội dung đề tài:

- Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

3 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Thị Anh

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên)

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 5

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 Pnc đ 61.1.2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P và hệ số tbcực đại K 6max1.1.3 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

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH

TOÁN111Equation Chapter (Next) Section 1

1.1 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 P nc đ

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:

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 K max

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

liệu đầu tiên cần xác định là công suất tính toán của từng động cơ và của từng nhóm động

cơ 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

- 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)

Nếu và thì

Nếu nhóm phụ tải làm việc lâu dài với ĐTPT bằng phẳng (bơm, máy nén khí…): và coi Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi tính n :hq

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 ()

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

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:

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

TT Tên thiết bị lượng Số trên mặt Ký hiệu

bằng

, kW

, A

1 máy Toàn bộ Nhóm 1

1 Máy tiện rêvônge 1 6 2 2

2 May phay vạn năng 2 7 3 6

3 Máy phay ngang 1 8 2 2

4 Máy khoan vạn năng 1 15 5 5

5 Máy khoan hướng tâm 1 17 2 2

2 Máy mài dao sắc nhọn 1 21 3 3

3 Máy mài sắc vạn năng 1 22 1 1

4 Máy phay răng 1 48 3 3

1 Máy tiện ren 2 43 10 20

3 Máy phay ngang 1 46 3 3

4 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

TT Tên thiết bị lượng Số

Ký hiệu trên mặt bằng

, kW

1 máy Toàn bộ

1 Máy tiện rêvônge 1 6 2 2

2 May phay vạn năng 2 7 3 6

Số thiết bị dùng hiệu quả:

[8] Tra sổ tay với và tìm được

Phụ tải tính toán của nhóm 1:

1.3.3 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

Diệntíchthực

F, m2Knc Cos( )

1 PX luyện

gang 4000 0.89 1802 0.5 0.6 1 15

2 PX lò 3500 0.79 1600 0.4 0.8 1 15

1.5 Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy

Có 9 phân xưởng nên ta chọn k = 0,85đt

Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy là:

Công suất tính toán phản kháng toàn nhà máy:

Hệ 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 ;z 0 ) được xác định như sau:

Trong đó:

,: tọa độ tâm phụ tải điện

: Công suất toàn phần của phụ tải thứ i

(x ;y ;zi i): 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 tải

Trạm 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 Quản

lý 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 2 Phân xưởng (PX) Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán

luyện gang 1 2027 2667 2027 2667

3349

9 B1 2500 2

PX 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 2

PX 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

Bảng 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

Phương án 3:

Phương án này sử dụng trạm phân phối trung tâm lấy điện từ hệ thống

về cấp cho các trạm biến áp phân xưởng

Các trạm biến áp phân xưởng hạ áp từ 35kV xuống 0,4kVđể cấp chocác phân xưởng

Căn cứ vào vị trí, công suất của các phân xưởng, quyết định đặt 7trạm biến áp phân xưởng

Trạm B1: Cấp điện cho Phân xưởng luyện gang

Trạm 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 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 3 Phân xưởng (PX) Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn TBAPX

9 240 180

PX cán nóng 4 1430 1050 1430 1050 1774.09 B3 1600 2Phân Xưởng

Chọn tiết diện dây dẫn:

a.Chọn tiết diện cáp trung áp:

Cáp cao áp được chọn theo chỉ tiêu mật độ kinh tế của dòng điện Jkt.Đối với nhà máy luyện kim đen làm việc 3 ca , thời gian sử dụng côngsuấtlớn nhất là : Tmax = 4300h, ta dùng cáp lõi đồng , tra bảng ta tìm đượcJkt = 3.1 A/mm2

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

+ khc =k k1 2

+ k là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, ta lấy k = 1 1 1

+ 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:

b Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các phân xưởng

Vì ta đang so sánh kinh tế giữa các phương án nên chỉ xét đến cácđoạn cáp hạ áp khác nhau giữa các phương án Với phương án 1, ta chỉ tínhđến đoạn cáp từ B5 đến PX sửa chữa cơ khí (PX7) và đoạn cáp từ B4 đếnBan quản lý và phòng thí nghiệm (PX9)

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 quản

lý và phòng thí nghiệm (PX9)

Vì Ban quản lý và phòng thí nghiệm thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên

ta 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)

) )

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 4 Phân xưởng (PX) Phụ tải tính toán PX Phụ tải tính toán TBAPX Chọn TBAPX Tên PX ST T P px Q px P px Q px S TBA

Ký hiệ u

PX cán nguội 5 1515 1125 1515 1125 1887.02 B4 1600 2

PX 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 2

PX 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 2

PX máy cán 3 101 750

vấn đề vận hành và xử lý sự cố, an toàn lúc vận hành và sửa chữa, hợp lý vềkinh tế trên cơ sở đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Nhà máy chế tạo máy luyện kim đen được xếp vào loại phụ tải loại 1,

do đó trạm phân phối trung tâm được cung cấp điện bằng đường dây kép với

hệ thống thanh góp có phân đoạn, liên lạc giữa hai thanh góp bằng máy cắthợp bộ Trên mỗi phân đoạn thanh góp có đặt một máy biến áp đo lường hợp

bộ ba pha năm trụ có cuộn tam giác hở báo chạm đất một pha trên cáp 35kV

Để chống sét từ đường dây truyền vào trạm đặt chống sét van trên các phânđoạn của thanh góp Máy biến dòng được đặt trên tất cả các lộ vào ra củatrạm có tác dụng biến đối dòng điện lớn (phía sơ cấp ) thành dòng 5A cungcấp cho các thiết bị đo lường và bảo vệ

Chọn dùng các tủ hợp bộ của Schneider, cách điện bằng SF6, khôngcần bảo trì, hệ thống chống sét trong tủ có dòng định mức 1250A

Bảng 3.9 Kết quả chọn máy cắt cao áp

2.4 Tính toán kinh tế kỹ thuật chọn phương án thiết kế

Xác định vốn đầu tư thiết bị: Ta lập bảng tổng kết khối lượng vật tưthiết bị (chỉ xét MBA, dây dẫn và máy cắt cao áp)

Tổn thất điện năng trong mạng điện được tính theo công thức:

= Trong đó:

: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất

: tổn thất công suất trên đoạn đường dây

Ta có công thức:

= RTrong đó:

P, Q: công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đường dây (hoặccáp)