bài tập lớn thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kimđen

1.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khíDo các thiết bị trong phân xưởng có công suất và chế độ làm việc khác nh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-      

-BÀI TẬP LN Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim

đen

Hà Minh Huy

huy .hm191893 @sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá

Chuyên ngành Điều khiển tự động

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyn Đc Tuyên

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI,

M C L C Ụ Ụ

Contents

I XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO NHÀ MÁY:

1 Phân nhóm phụ tải cho Phân xưởng Sửa chữa cơ khí và tính PTTT cho từng nhóm phụ tải:

2 Xác định PTTT cho toàn bộ Phân xưởng Sửa chữa cơ khí:

3 Xác định PTTT của các phân xưởng khác trong nhà máy:

4 Xác định PTTT của toàn bộ nhà máy:

I THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY 13 1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

2 VẠCH RA CÁC PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN:

2.1, Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy:

2.2, Các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao áp nhà máy:

3 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN:

3.1, Tính toán máy biến áp:

3.2, Tính toán dây dẫn:

3.3, Tính toán máy cắt:

3.4, Tính toán chi phí hàng năm:

II THIẾT KẾ CHI TIẾT CHO PHƯƠNG ÁN

1 Chọn thiết diện dây dẫn nối từ hệ thống điện về nhà máy:

2 Tính toán ngắn mạch:

2.1, Tính dòng ngắn mạch tại thanh góp của TPPTT(N1) và tại thanh cái của TBAPX phía cao áp (N 2-i ):

2.2, Tính dòng ngắn mạch tại phía hạ áp của TBAPX:

3 Lựa chọn các thiết bị điện đã được chọn sơ bộ:

3.1, Kiểm tra cáp trung áp:

3.2, Kiểm tra máy cắt:

3.3, Kiểm tra TBAPX:

3.4, Sơ đồ mạng cao áp của toàn nhà máy:

Lời cảm ơn

Trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước, công nghiệp điện giữ một vai trò đặc biệt quan trọng Bởi vì, công

nghiệp điện là ngành có liên quan Hà Nội, Ngày tháng năm 2022

Sinh Viên

1.3 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

1.3.1 Xác định phụ tải động lực cho phân xưởng cơ khí

Do các thiết bị trong phân xưởng có công suất và chế độ làm việc khác nhaunên ta cần phải phân nhóm phụ tải để xác định phụ tải tính toán được chính xác.Nguyên tắc phân nhóm phụ tải :

 Việc thiết bị cùng nhóm cần phải ở gần nhau để giảm chiều dài dây dẫn(giảm đầu tư và tổn thất)

 Chế độ làm việc của các thiết bị cùng nhóm nên giống nhau để thuận lợicho phương thc cấp điện

 Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tải độnglực

 Số lượng thiết bị trong nhóm không quá nhiều vì đầu ra của tải động lực là:

8 đến 12

Tuy nhiên 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 cầnquy đổi phụ tải này về phụ tải 3 pha làm việc dài hạn theo công thc:

Dựa theo các nguyên tắc và vị trí , công suất của thiết bị bố trí trên mặt bẳngphân xưởng sửa chữa cơ khí ( bản vẽ số 3 ) , ta chia các thiết bị của phân xưởngthành 4 nhóm

Nhóm 1:

Kí hiệutrênmặtbằng

Pđm (kW)Mộtmáy Toàn bộ

Công suất đặt của nhóm 1 (kW)

Công suất định mức của thiết bị thứ trong nhóm 1 (kW)i

: Số lượng thiết bị thứ trong nhóm 1i

Nhóm 2:

Kí hiệutrênmặtbằng

Pđm (kW)Mộtmáy Toàn bộ

Công suất đặt của nhóm 2 (kW)

Công suất định mức của thiết bị thứ trong nhóm 2 (kW) i : Số lượng thiết bị thứ trong nhóm 2 i

Nhóm 3 :

lượng trênmặt

bằng

Mộtmáy Toàn bộ

Công suất đặt của nhóm 3 (kW)

Công suất định mức của thiết bị thứ trong nhóm 3 (kW)i: Số lượng thiết bị thứ trong nhóm 3i

Nhóm 4:

Kí hiệutrênmặtbằng

Pđm (kW)Mộtmáy Toàn bộ

2 Máy ép tay kiểuvít 1 24

Công suất đặt của nhóm 4 (kW)

Công suất định mức của thiết bị thứ trong nhóm 4 (kW)i: Số lượng thiết bị thứ trong nhóm 4i

Tổng hợp phụ tải tính toán của các nhóm

Nhóm

Phụ tải tính toán (kW) (kVar) (kVA)

1.3.2Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa 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 phân xưởng:

2 Xác định PTTT của toàn bộ nhà máy:

Chọn hệ số đồng thời: K = 0.8dt

3 Xác định PTTT cho toàn bộ Phân xưởng Sửa chữa cơ khí:

- Xác định phụ tải động lực cho toàn Phân xưởng Sửa chữa cơ khí

- Phụ tải của toàn bộ Phân xưởng Sửa chữa cơ khí:

4 Xác định PTTT của các phân xưởng khác trong nhà máy:

diện tíchthực F,

knc cosφ

cosφchiế

Po,W/m2

2500

Phụ tải các phân xưởng của nhà máy

Tổng hợp phụ tải tính toán toàn nhà máy

II.THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kr thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là

hợp lý phải thta mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Đảm bảo các chỉ tiêu kr thuật – kinh tế

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

- Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

- An toàn cho người và thiết bị

- D dàng phát triển để đáp ng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trong tương lai

Trình tự tính toán thiết kế mạng cao áp cho nhà máy bao gồm các bước:

- Vạch phương án cung cấp điện

- Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến ápvà lựa chọn tiết diện các đường dây cho các phương án

- Tính toán kinh tế kr thuật để lựa chọn được phương án hợp lýThiết kế chi tiết cho phương án đã vạch ra

2.1, Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp

của nhà máy:

Cấp điện áp vận hành của nguồn điện của mạng cao áp của nhà máy

chính là cấp điện áp của lười điện tại nơi liên kết giữa hệ thống cung cấpđiện của nhà máy với hệ thống điện

Xác định điện áp tính toán theo công thc kinh nghiệm:

2.2, Các phương án sơ đồ cung cấp điện của mạng cao ápnhà máy:

a) Chọn sơ đồ cung cấp điện từ nguồn điện nhà máy:

Từ nguồn (tc là từ TBATG của hệ thống điện) có thể cấp điện đến nhà máy theo các hình thc sau

- Cách th nhất dẫn điện bằng một đường dây từ TBATG của hệ thống điện đến tâm phụ tải (trạm trung tâm) của toàn nhà máy để từ đó phân phối đến các phân xưởng Cách này áp dụng cho trường hợp TBATG ở

xa nhà máy

+ Tại tâm phụ tải của nhà máy đặt một trạm biến áp trung tâm (TBATT) hạ điện áp nguồn xuống một điện áp trung gian (ví dụ hạ từ 35kV hoặc 22kV xuống 10kV hoặc 6kV) rồi cấp điện cho các phân xưởng thông qua các trạm biến áp phân xưởng (TBAPX)

+ Tại tâm phụ tải của nhà máy đặt một trạm phân phối trung tâm (TPPTT) không có máy biến áp, chỉ gồm các thiết bị đóng cắt phân phối tới các TBAPX

- Cách th hai cấp điện trực tiếp từ trạm biến áp trung gian của hệ thốngđiện đến các phân xưởng của nhà máy (sơ đồ "dẫn sâu") bằng nhiều đường dây Phương pháp này chỉ thực hiện nếu TBATG của hệ thống điện ở rất gần nhà máy và trong nhà máy có một số phụ tải có công suất rất lớn và quan trọng

b) Chọn phương án tramh biến áp phân xưởng:

• Các nguyên tắc chọn phương án trạm biến áp phân xưởng:

- Chọn ít chủng loại công suất máy biến áp, không nên chọn công suất máy biến áp phân phối trên 1000 kVA vì loại máy này không được sản xuất phổ biến

- Các phụ tải công suất lớn (trên 2000 kVA) có thể được cấp điện từ

2 TBAPX trở lên

- Các phụ tải công suất nht gần nhau có thể được cung cấp chung qua 1 MBAPX Vị trí TBAPX trong trường hợp này nên đặt tại phân xưởng có công suất lớn và yêu cầu cung cấp điện cao nhất

- Số MBA trong một TBAPX được chọn theo yêu cung cấp điện của phụ tải(phân xưởng) quan trọng nhất được cấp từ MBAPX đó Phụ tải loại I và II đặt 2 máy, phụ tải loại III đặt 1 máy

• Dựa vào độ lớn và phân bố phụ tải của nhà máy luyện kim đen

Sử dụng 8 TBA trong đó:

+ TBA B1 cung cấp cho PT của phân xưởng đúc và kho vật liệu+ TBA B2 cung cấp cho PT của phân xưởng cơ khí

+ TBA B3 cung cấp cho PT của phân xưởng cơ lắp ráp

+ TBA B4 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim màu và SCCK

+ TBA B5 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim đen và bộ phận nén khí

+ TBA B6 cung cấp cho PT của phân xưởng rèn dập và BQL&PTN+ TBA B7 cung cấp cho PT của phân xưởng nhiệt luyện

+ TBA B8 cung cấp cho PT của trạm bơm

Sử dụng 7 TBA trong đó:

+ TBA B1 cung cấp cho PT của phân xưởng đúc và kho vật liệu+ TBA B2 cung cấp cho PT của phân xưởng cơ khí

+ TBA B3 cung cấp cho PT của phân xưởng cơ lắp ráp

+ TBA B4 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim màu và SCCK

+ TBA B5 cung cấp cho PT của phân xưởng luyện kim đen và bộ phận nén khí

+ TBA B6 cung cấp cho PT của phân xưởng rèn dập và BQL&PTN+ TBA B7 cung cấp cho PT của phân xưởng nhiệt luyện và trạm bơm

c) Chọn sơ đồ cấp điện từ trạm trung tâm tới các tram biến áp phân xưởng:

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng nên mạng cao áp trong nhà máy nên ta dùng sơ đồ hình tia hoặc liên thông Với phân xưởng loại I ta dùng lộ kép, với phân xưởng thuộc hộ loại III ta dùng đường dây đơn Sơ đồ loại này có nhiều ưu điểm là sơ đồ đấu dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng được cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, d thực hiện bảo vệ và tự động hóa, d vận hành Các đường cáp cao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đất dọc theo các tuyến giao thông nội bộ

Từ đó ta đưa ra 4 phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy:

Hinh 3 2 Phương án 2

Hinh 3 4 Phương án 4

3.TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT CHO CÁC PHƯƠNG ÁN: 3.1, Tính toán máy biến áp:

Các máy biến áp ở các trạm biến áp phân xưởng đều thuộc loại 35/0.4kV

a) Phương án 1 và 2:

Chọn máy biến áp

Ví dụ với phân xưởng gia công cơ khí:

Ptt = 1495 kW; Q = 1620 kVAr => S = S = 2204.4 kVAtt tt tba

Xét trường hợp sự cố một máy biến áp, máy còn lại có khả năng chạy quá tải trong thời gian 1-2 ngày để sửa chữa, đồng thời cắt bớt các phụ tải không quan trọng Trong trường hợp này công suất máy biến áp đượcxác định là :

Thànhtiền(Triệuđồng)

Bảng 3 Các thông số của MBA5

Tổng lượng tổn thất điện năng trong các TBAPX: ∆�� = 555535.5 ���

Bảng 3 Tổn thất điện năng của MBAPX, Tmax= 4600h6

3.2, Tính toán dây dẫn:

a) Chọn dây dẫn từ TBATG đến trạm TPPTT:

Đường dây cung cấp từ TBATG về trạm TPPTT của nhà máy dài 11 km

sử dụng ĐDK, dây nhôm lõi thép, lộ kép Ta có Tmax của nhà máy

luyện kim là 3700h, với giá trị của Tmax, dây dẫn AC ta tra được

Jkt=1,1 A/mm 2

Công thc tính để chọn tiết diện dây dẫn:

Trong đó:

F : Tiết diện dây tính toán tt

I : Dòng điện tính toán lớn nhất đi qua dây dẫn tt

J : Mật độ dòng kinh tế kt

Công thc tính dòng điện làm việc cực đại qua một sợi cáp:

Trong đó:

n: Số lô cáp

Dựa vào trị số của Fkt tính được, tra bảng ta lựa chọn được tiết diện cáp tiêu chuẩn gần nhất

Kiểm tra tiết diện dây dẫn theo dòng điện phát nóng lâu dài cho phép

Đối với 2 sợi cáp khoảng cách giữa các sợi là 100 mm, k =0,9 2

I : Dòng điện qua dây cáp khi sự cố dt 1 dây Isc sc=2.Itt.max

Khi đt một dây, dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất nên:

=>

Tra bảng PL 4.12 dây dẫn AC – 95 có I = 335A, thta mãn điều kiện trêncp

=> Chọn dây AC-95 để dẫn điện từ TBATG về nhà máy

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với dây dẫn AC – 95

có khoảng cách trung bình hình học D = 1,26 m, tra bảng PL4.6 được �0

= 0.33 , �0 = 0.36

Vậy dây dẫn AC-95 thta mãn các yêu cầu

b) Chọn dây dẫn từ TPPTT đến các TBAPX:

Phương án 1: Các trạm biến áp được cấp điện trực tiếp từ TPPTT (Sử dụng 8 TBA)

Ta có Tmax của nhà máy chế tạo máy kéo là 3700h, với giá trị của

Tmax, cáp lõi đồng ta tra được Jkt=3.1 A/mm 2

=> Chọn cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm để dẫn điện từ TPPTT về TBAPX.2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.927 , 0 = 0.136 với chiều dài khoảng cách là 202.1m� �

Vậy cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm thta mãn các yêu cầu2

Vì nhánh TBAPX-B5 cấp cho phụ tải có công suất là lớn nhất nêncác nhánh khác có công suất nht hơn đều lấy dây dẫn là cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm 2

+) Tính cho nhánh B2-B12

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm có I = 538A, thtacp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.0754 , 0 = 0.07 với chiều dài khoảng cách là 174 m� �

+) Tính cho nhánh B6-B10

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm có I = 621A, thta2

cp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.0601 , 0 = 0.068 với chiều dài khoảng cách là 110m� �

Độ dàicáp (m)

Đơn giá(VNĐ/m)

Thành tivn (VNĐ)

TPPTT-B8 35 3x25 2x240 197 000 94 560 000

Tổng vốn đầu tư cáp cao áp: V =586 434 000VNĐ D

Bảng 3 Kết quả chọn cáp cao áp 35 kV và hạ áp 0.4kV phương án 17

B6-B10 0.4 346.6 3x300 110 0.0601 0.014 10.5115

Tổng tổn thất công suất tác dụng 13.8062

Bảng 3 8 Kết quả tính toán ∆P phương án 1

Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

Khi đt một dây, dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất nên:

=>

Tra bảng PL cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm có I = 150A, thta mãn điều2

cp

kiện trên

=> Chọn cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm để dẫn điện từ TPPTT về TBAPX2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.927 , 0 = 0.136 với chiều dài khoảng cách là 189m� �

Vậy cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm thta mãn các yêu cầu2

Vì nhánh TBAPX-B4 cấp cho phụ tải có công suất là lớn nhất nên cácnhánh khác có công suất nht hơn sẽ thta mãn nên đều lấy dây dẫn là cáp đồng

3 lõi tiết diện 25mm2

+) Tính cho nhánh B5-B7 ( hạ áp)

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm có I = 538A, thta2

cp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.0754 , 0 = 0.07 với chiều dài khoảng cách là 81m� �

+) Tính cho nhánh B4-B9 ( hạ áp)

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm có I = 621A, thta2

cp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra

bảng được 0 = 0.0601 , 0 = 0.068 với chiều dài khoảng cách là � �

Độ dàicáp (m)

Đơn giá(VNĐ/m)

Thành tivn (VNĐ)

Tổng vốn đầu tư cáp cao áp: V =423 146 000VNĐ D

Bảng 3 9 Kết quả chọn cáp cao áp 35 kV và hạ áp 0.4kV phương án 2

TPPTT-B2 35 2667 3x25 2x117 0.927 0.083 0.482 TPPTT-B3 35 1515.6 3x25 2x210 0.927 0.058 0.109 TPPTT-B4 35 4717.2 3x25 2x85 0.927 0.088 1.599

Bảng 3 10 Kết quả tính toán ∆P phương án 2

Xác định tổn thất điện năng trên đường dây:

+) Tính cho nhánh TBAPX – B1( cao áp)

Khi đt một dây, dây còn lại chuyển tải toàn bộ công suất nên:

=>

Tra bảng PL cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm có I = 150A, thta mãn điều2

cp

kiện trên

=> Chọn cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm để dẫn điện từ TPPTT về TBAPX2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.927 , 0 = 0.136 với chiều dài khoảng cách là 202m� �

Vậy cáp đồng 3 lõi tiết diện 25mm thta mãn các yêu cầu

Vì nhánh TBAPX-B1 cấp cho phụ tải có công suất là lớn nhất nên cácnhánh khác có công suất nht hơn đều lấy dây dẫn là cáp đồng 3 lõi tiết diện25mm2

+) Tính cho nhánh B5-B7 ( hạ áp)

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm có I = 538A, thta2

cp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 240mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng được 0 = 0.0754 , 0 = 0.07 với chiều dài khoảng cách là 81m� �

+) Tính cho nhánh B3-B9 ( hạ áp)

Tra bảng PL cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm có I = 621A, thta2

cp

mãn điều kiện trên

=> Chọn cáp đồng hạ áp 3 lõi tiết diện 300mm để dẫn điện2

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảngđược �0 = 0.0601 , �0 = 0.068 với chiều dài khoảng cách là 193.5 m

+) Tính cho nhánh B6-B8 ( hạ áp)