báo cáo thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen

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.. Tùy theo quy mô mà phụ

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 Đức Tuyên

Họ và tên: Nguyễn Hữu Nhân – 20200450

Mã lớp học: 141879

Hà Nội, 6/2023

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 Hữu Nhân 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 Đức Tuyên

4 Thời gian hoàn thành: 22/6/2023

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 tb

cực 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

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN

3.1 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO TỦ PHÂN PHỐI: 463.1.1 Lựa chọn áptômát cho tủ phân phối: 463.1.2 Chọn cáp từ TBA B5 về tủ phân phối của phân xưởng: 483.1.3 Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ động lực: 483.1.4 Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phân

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 tt

hay 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 từng thiết bị, người thiết kế có thể bắt tay vào thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng Số

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 tay

Kmax: 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)

Các trường hợp khác chỉ nên sử dụng được khi Với các giá trị n khác không tra hq kmax

theo đường cong được Lúc đó, tính gần đúng:

Nếu và :

Nếu và thì xác định Kmax theo

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

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 ()

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

Qcs,kVAr

Ptt,kW

Qtt,kVAr

Stt,kVA

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 ;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 ;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

nghiệm 16.2 240 300 84.88 54.03Phân xưởng sửa chữa cơ

khí 17.93 102 180 19.92 8.03Vậy tâm phụ tải tính toán được xác định bằng:

1.6.2 Biểu đồ phụ tải điện

Ta cần xác định biểu đồ phụ tải để xác định vị trí đặt các trạm biến áp một cách thích hợp trên mặt bằng của xí nghiệp

Biểu đồ phụ tải cho ta thấy toàn cảnh bố trí thiết bị đồng thời cho ta thấy cường độ tiêu thụ điện của từng điểm tải và mật độ phân bố phụ tỉa trên sơ đồ tổng thể để từ đó dễ dàng lựa chọn điểm đặt hợp lý của trạm biến áp Biểu đồ phụ tải có thể được xây dựng bằng cách biểu thị phụ tải của các điểm dưới dạng hình tròn bán kính r:

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY 2.1 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy

� =

Trong đó:

- P: công suất tính toán của nhà máy [kW]

- l: khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy [km]

- Trên mặt bằng ta gắn một hệ trục tọa độ x0y, ta xác định tâm phụ tai điện

M (x0, y0)

2.2 Đề xuất phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy

2.2.1 Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy

x0, y0, z0 - toạ độ tâm phụ tải

xi,yi,zi - toạ độ phụ tải thứ i

Si là công suất phụ tải thứ i

Trong thực tế người ta ít quan tâm đến toạ độ z nên ta cho z =0

Tên phân xưởng Pcs,

kW PkWtt, SkVAtt, Tâm phụtải

PX máy cán phôi tấm 12.76 1013 1260 43.42 20.57

2.2.2 Chọn phương án trạm biến áp phân xưởng

• Phương pháp dùng sơ đồ dẫn sâu:

• Phương pháp sử dụng TBA trung gian:

Đặt tại trạm biến áp trung gian 2 MBA với dung lượng được lựa chọn nhưsau:

nkthcSdmMBA ≥ �ttnm = 10853 k A�

=> S == 5426,5 kVA dm

Ta chọn máy tiếu chuẩn S =5600 kVAdm

Kiểm tra dung lượng của máy khi xảy ra quá tải sự cố: khi xảy ra sự cố ởmột MBA ta có thể tạm ngừng cung cấp điện cho tất cả các phụ tải loại IIItrong nhà máy Do đó ta dễ dàng thấy được máy biến áp được chọn thoả mãnđiều kiện khi xảy ra sự cố

Vậy tại trạm biến áp trung gian sẽ đặt 2 MBA Sdm = 5600 KV – 35/10KV

• Phương pháp sử dụng trạm phân phối trung tâm:

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông quatrạm phân phối trung tâm Nhờ vậy việc quản lý vận hành mạng điện cao ápcủa nhà máy thuận lợi hơn, vốn đầu tư giảm, độ tin cậy cung cấp điện đượcgia tăng, song vốn đầu tư cho mạng cũng lớn

Phương án 1:

Trong đó: r0, x0 là điện trở và điện kháng trên 1 km đường dây( /km) l là chiều dài của đường dây

Bảng 5.1 Thông số của đường dây trên không và cáp

9 0.036216

PPTT-B6 16 452.61 0.128 1.47 0.6653 0.057934PPTT-B7 16 438.23 0.128 1.47 0.6442 0.056093PPTT-B3 25 167.2 0.118 0.927 0.155 0.01973

ZN - tổng trở từ hệ thống đến điểm ngắn mạch thứ i ( )

U- điện áp của đường dây (kV)

Tính toán điểm ngắn mạch N1 tại thanh góp trạm phân phối trung tâm:

là hệ số nhiệt độ, với cáp đồng = 7, cáp nhôm

I∞ là dòng điện ngắn mạch ổn định (I∞ = IN)

tqđ là thời gian quy đổi, tqđ = 0,4 s

F là tiết diện của cáp

Ta tính cho đoạn cáp TPPTT-B1 có dòng điện ngắn mạch là lớn nhất:

IN=2,37 kA

Ta có F= 70 mm 7.2,37.2 =10,5 mm2

Vậy cáp đã chọn cho các tuyến là hợp lý

Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác

Tại trạm trung tâm

BI được chọn theo các điều kiện sau:

Điện áp định mức: UđmB1 Uđm.m =35kV

Dòng điện sơ cấp định mức: Iđm.BI = = 100,1(A)

Chọn BI loại 4ME16, kiểu hình trụ do SIEMENS chế tạo có các thông số kỹthuật sau:

chịu f=50hz

(kV)

Uchịu áp xung

Lựa chọn và kiểm tra máy biến điện áp BU

BU được chọn theo điều kiện sau:

Điện áp định mức: UđmBU Udm.m = 35kV Ta chọn BU loại 3 pha 5 trụ4MS36 kiểu trụ do SIEMENS chế tạo có thông số kỹ thuật như sau:

Chọn chống sét van

Chống sét van chọn theo cấp điện áp: Umạng = 35 kV

Chọn chống sét van loại 3EE1 do SIEMENS chế tạo có các thông số kỹthuật sau:

Tại trạm biến áp phân xưởng

Dùng một loại cầu chì cao áp cho tất cả các trạm biến áp để thuận tiện choviệc mua sắm, lắp đặt và sửa chữa Cầu chì được chọn theo các tiêu chuẩnsau:

1 Điện áp định mức: Uđm.cc Uđm.m =35kV

2 Dòng điện định mức: Iđm.cc Ilvmax = = 53,61 (A)

3 Dòng điện cắt định mức: Idm.cắt I = 2,37 kA (Vì dòng ngắn mạchN1

trên thanh cái của trạm biến áp B1 có giá trị lớn nhất)

Ta chọn loại cầu chì 3GD1 608-5D do Siemens chế tạo với các thông

số kỹ thuật như sau:

Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly cao áp

Ta sẽ dùng một loại dao cách ly cho tất cả các trạm biến áp để thuận lợicho việc mua sắm, lắp đặt và thay thế Dao cách ly được chọn theo các điềukiện sau:

Điện áp định mức: Uđm.cc Uđm.m =35 (kV)

Dòng điện định mức: Iđm.Mc Ilvmax=2.Ittnm= 2.89,5=179 (A)

Dòng điện ổn định động cho phép Iodd.DCL ixk= 6,03 (A) Iodn

Tra bảng ta chọn dao cách ly 8DC11 với các thông số kỹ thuật sau

Lựa chọn và kiểm tra áptômát

Áp tô mát tổng, áp tô mát phân đoạn và các áp tô mát nhánh đều doMerlin Gerin chế tạo

Áp tômát được lựa chọn theo các điều kiện sau:

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ 3.1 LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO TỦ PHÂN PHỐI:

Từ tủ phân phối đến đến các tủ động lực hay chiếu sáng ta sẽ sử dụng sơ

đồ hình tia để dễ dàng vận hành cũng như quản lí Còn từ các tủ động lực

đến nhóm phụ tải ta sẽ sử dụng sơ đồ hỗn hợp, các phụ tải lớn và quantrọng sẽ nhận điện trực tiếp từ thanh cái của tủ, còn các phụ tải bé và ítquan trọng hơn sẽ được ghép thành các nhóm nhận điện từ tủ theo sơ đồliên thông (xích) Tại các đầu vào, đầu ra của tủ ta đều lắp đặt aptomat thựchiện nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch hay quá tải Việc lắp đặtaptomat sẽ tốn kém hơn khi so với cầu dao hay cầu chì, tuy nhiên nó giúp

dễ dàng vận hành, sửa chữa, bảo trì và tăng độ tin cậy cung cấp điện, đâycũng là một xu thế trong thiết kế xí nghiệp hiện đại

3.1.1 Lựa chọn áptômát cho tủ phân phối:

Sơ đồ tủ phân phối

Chọn aptomat tổng:

• Điện áp định mức: UđmA Uđmm = 0,38 (kV)

• Dòng điện định mức: IđmA Ilvmax = 318,15 (A)

• Trong tủ hạ áp của TBA B5, ở đầu đường dây đến tủ phân phối đặt 1aptomat loại

• NS630N do hãng Merin Gerin chế tạo có IđmA = 630 (A)

• Chọn aptopmat tại các TĐL :