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
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN
Mã lớp học: 141879
Hà Nội, 6/2023
Trang 2BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ
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 điện2 Nội dung đề tài:
- Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen3 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Đức Tuyên
4 Thời gian hoàn thành: 22/6/2023Ngày 22 tháng 06 năm 2023
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 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
Trang 4CHƯƠNG 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
Trang 5CHƯƠNG 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 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 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 từng thiết bị, người thiết kế có thể bắt tay vào thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng Số
Trang 6cơ 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)
- 818\* MERGEFORMAT (.)
- Bước 4: Tính Nếu P nhỏ và n* nhỏ mà không có trong bảng tra thì cho *
phép lấy
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 :
Trang 7Trong đó: K : hệ số của phụ tải thứ i (ở chế độ dài hạn = 0.9, ở chế độ ngắn hạn = 0.75)ti
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 ().
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 818118\* 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 9d 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 105 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 11(kW)[9]
Trang 121.3.3 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 133PX 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 = 0,85đt
Công suất tính toán tác dụng của toàn nhà máy là:
Công suất tính toán phản kháng toàn nhà máy:
Trang 14Hệ 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 15nghiệm 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:
19119\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:
Si: là công suất tính toán của phân xưởng thứ i[11] m: là tỷ lệ xích tùy chọn
Trang 17CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP NHÀ MÁY2.1 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]� = = 56,24 (Kv)
- Trạm biến áp trung gian có các mức điện áp là (6,10,22,35) Kv Như vậy tachọn cấp điện áp cung cấp cho nhà máy là 35 kV
-Để giảm chi phí đầu tư cho dây dẫn và giảm tổn thất điện năng hay là đảmbảo về tiêu chuẩn kinh tế thì trạm PPTT đặt ở trung tâm phụ tải của toàn nhàmáy
- Trên mặt bằng ta gắn một hệ trục tọa độ x0y, ta xác định tâm phụ tai điệnM (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
Trong đó:
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 =0Tên phân xưởng Pcs,
kW PkWtt, SkVAtt, Tâm phụtải
PX máy cán phôi tấm 12.76 1013 1260 43.42 20.57
Trang 182.2.2 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:
Trang 19Trong 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:XHT = = = 3,376 ( )
R = R = 3,51 ( )dd
X=Xdd + X = 4,797 + 3,376 = 8,173 ( )HT
IN = = =2,39 (A)ixk = 1,8 I = 6,08 (kA) N
Tính toán điểm ngắn mạch N2 (tại thanh cái trạm biến áp B1)
XHT = = = 3,376 ( )
R1 = R + R = 3,51 + 0,0747 = 3,5847 ( )ddc1