bài tập lớn hệ thống cung cấp điện thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

Phần Sinh viên Nhiệm vụ Xác định phụtải tính toánPXSCCK vàtoàn nhà máyTạ Kim Long20181626-Tính toán nhóm phụ tải 1,2 PXSCCK-Xác đinh tâm và vẽ biểu đồ phụ tảiPhạm Văn MinhThiết kế mạngđi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cung cấp điện

cho một nhà máy cơ khí công nghiệp địaphương

Giảng viên : Nguyễn Đức TuyênBộ môn : Hệ thống cung cấp điệnViện : Điện

Nhóm : 5

Hà Nội, 12/2021

1

Phần Sinh viên Nhiệm vụ Xác định phụ

tải tính toánPXSCCK vàtoàn nhà máy

Tạ Kim Long20181626

-Tính toán nhóm phụ tải 1,2 PXSCCK-Xác đinh tâm và vẽ biểu đồ phụ tảiPhạm Văn Minh

Thiết kế mạngđiện cao ápcho toàn nhà

Lê Quang Huy20181525

-Xác định phương án các trạm biến ápcủa phân xưởng, vị trí đặt các trạm biếnáp phương án 1

-Tính toán thiết kế kĩ thuật phương án 1Lê Trí Trung Kiên

-Xác định phương án các trạm biến ápcủa phân xưởng, vị trí đặt các trạm biếnáp phương án 2

-Tính toán thiết kế kĩ thuật phương án 2Lê Nhật Minh

-Xác định phương án các trạm biến ápcủa phân xưởng, vị trí đặt các trạm biếnáp phương án 3

-Tính toán thiết kế kĩ thuật phương án 3Bùi Văn Lập

-Xác định phương án các trạm biến ápcủa phân xưởng, vị trí đặt các trạm biếnáp phương án 4

-Tính toán thiết kế kĩ thuật phương án 4Trần Hoài Lâm

-Tổng hợp phương án và thiết kế chi tiết

Thiết kế mạngđiện hạ ápđộng lực cho

Vi Duy Linh20181582

-Tính toán ngắn mạch phía hạ áp củaPXSCCK để kiểm tra cáp và aptomat-Tính toán và lập bảng lựa chọn cầu chìtrong các tủ động lực và cáp đến các thiếtbị

Nguyễn Hữu Mạnh20181643

-Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối-Vẽ sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấpđiện PXSCCK

Danh mục hình ảnh

2

Hình 1: Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương 9

Hình 2: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí 10

Hình 3: Biểu đồ phụ tải nhà máy cơ khí địa phương 20

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 50

Hình 10: Sơ đồ TBAPX đặt 2MBA và đặt 1MBA cấp điện cho phụ tải 0,4kV 55

Hình 11: Sơ đồ đấu nối biến áp B3, đặt 1 MBA 55

Hình 12: Sơ đồ đấu nối các TBA đặt 2 MBA: B1, B2, B4 56

Hình 13: Sơ đồ tủ phân phối 62

Hình 14: Sơ đồ nguyên lý 64

Hình 15: Sơ đồ thay thế 64

Hình 16: Sơ đồ nguyên lí hệ thống cung cấp điện phân xưởng sửa chữa cơ khí 70

Hình 17: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí 71

Mục lục

3

Chương 1: Giới thiệu về nhà máy 6

1.1 Các số liệu ban đầu 6

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cho nhà máy 11

2.1 Tính toán phụ tải cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 11

2.1.1 Phân nhóm phụ tải 11

2.1.3 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng 17

2.2 Tính toán phụ tải các phân xưởng còn lại 17

2.3 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải 18

2.3.1 Biểu đồ phụ tải 18

Chương 3: Thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy 21

3.1 Đặt vấn đề 21

3.2 Vạch các phương án cung cấp điện 21

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng 21

3.2.2 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng 24

3.2.3 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng 25

3.3 Tính toán kinh tế kỹ thuật, lựa chọn phương án hợp lý 29

3.3.1 Phương án 1 29

3.3.2 Phương án 2 35

3.3.3 Phương án 3 40

3.3.4 Phương án 4 44

3.3.5 Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án 47

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn 47

3.4.1 Chọn dây dẫn từ TBATG về TPPTT 47

3.4.2 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 48

3.4.3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 51

Chương 4: Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 59

4.1 Lựa chọn các thiết bị cho tủ phân phối 59

4.1.1 Chọn cáp từ TBA B về tủ phân phối của phân xưởng 592 4.1.2 Lựa chọn Aptomat cho tủ phân phối 60

4.3 Lựa chọn thiết bị trong các tủ động lực và dây dẫn đến các thiết bị của phânxưởng 644.3.1 .Lựa chọn cầu chì bảo vệ cho các thiết bị trong phân xưởng 644.3.2 .Lựa chọn dây dẫn từ tủ động lực tới thiết bị 65

5

Chương 1: Giới thiệu về nhà máy

1.1 Các số liệu ban đầu

1 Phụ tải điện của nhà máy

2 Phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí (PXSCCK)3 Điện áp nguồn: U = 35 kV hoặc 22kVđm

4 Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp trạm biến áp khu vực: 350MVA

5 Đường dây cung cấp điện cho nhà máy: Dùng dây nhôm lõi thép (AC) treo trên không.

6 Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: l = 12 km7 Công suất của nguồn điện: Vô cùng lớn8 Nhà máy làm việc 3 ca, T = 4500 giờmax

Bảng 1: Phụ tải của nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ

5 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

Bảng 2: Danh sách thiết bị của PX SCCK

1 máy Toàn bộ BỘ PHẬN MÁY

36 Máy ép tay 1 APO-274

Bộ phận sửa chữa điện

Hình 1: Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

9

Phòng sinh ho tạ

Buồngnạp

69676861

Chương 2: Xác định phụ tải tính toán cho nhà máy

2.1 Tính toán phụ tải cho phân xưởng sửa chữa cơ khí2.1.1 Phân nhóm phụ tải

Tiêu chí phân nhóm

- Các thiết bị trong cùng một nhóm nên có chế độ làm việc tương tự nhau,

- Tổng công suất định mức của các nhóm phụ tải nên xấp xỉ nhau, hơn nữa tổng số phụtải của các nhóm cũng nên xấp xỉ nhau và nên trong khoảng 8 đến 12 phụ tải.- Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau.

Từ các cơ sở trên, ta phân thành các nhóm phụ tải sau:

A Nhóm 1

lượng Công suấtP (kW)dm1 máy Toàn bộ

Theo bảng trên ta có:- Hệ số công suất của nhóm là: �㕐�㕐�㕐�㕐�㕐 óℎ �㕐==0,452

- Hệ số sử dụng của nhóm là:Ksdnhóm= = = 0,162

Kiểm tra để loại bỏ các nhóm thiết bị có công suất nhỏ: T

3 Máy phay răng 1 4,5 4,5 3,39%

- Tổng công suất định mức nhóm: Pdm=118,3 (kW)Xét m==3,57 > 3

Ta có: n =4, P11=83,2kWTính được n*== ; P*== 0,63

Từ công thức suy ra: nhq*=0,89 Suy ra nhq=n*nhq*=8*0,89=7,12 ~ 7 thiết bịTra bảng với ksd = 0,162, nqh=7 ta được kmax =2,48

Cos�㕐nhóm =0,452 suy ra tg�㕐=1,97- Phụ tải tính toán nhóm 1 là:

Ptt=kmax*ksd*Pdmnhóm=2,48*0,162*132,9=53,39 kWQtt=Ptt*tg�㕐=53,39*1,97=105,18 kVArStt= = =117,95 kVA

Itt= ==179,21 A

B Nhóm 2

Theobảngtrênta có:

trên bảng lượngSố Công suất Pdm(kW)1 máy Toàn bộ

- Hệ số công suất của nhóm là: Cos�㕐nhóm==0,584

- Hệ số sử dụng của nhóm là:

Ksdnhóm== = 0,253

- Kiểm tra để loại bỏ các thiết bị có công suất nhỏ:

- Tổng số thiết bị: n=9

- Tổng công suất định mức nhóm: Pdm=14,7 kWXét m = = 3,3 > 3

Ta có: n = 5, P11=11,3kWTính được n*== ; P*== 0,77

Tra bảng ta có: nhq*=0,80 Suy ra nhq=n*nhq*=9*0,8=7,2 ~ 7 thiết bị.Tra bảng với ksd = 0,253, nqh=7 ta được kmax =2,1.

Cos�㕐nhóm =0,584 suy ra tg�㕐=1,39- Phụ tải tính toán nhóm 2 là:

Ptt=kmax*ksd*Pdmnhóm=2,1*0,253*14,8=7,86 kWQtt=Ptt*tg�㕐=7,86*1,39=10,93 kVArStt= = =13,46 kVA

Itt= ==20,45 AC.Nhóm 3

trên bảngSốlượng

Công suất Pdm(kW)1 máy Toàn bộ

13

4 Bể ngâm nước nóng 42 1 3 3

Cos�㕐nhóm= = = 0,78- Hệ số sử dụng của nhóm là:

Ksdnhóm== = 0,65

- Kiểm tra để loại bỏ các thiết bị có công suất nhỏ:

Do đó chỉ xét các nhóm với: Tổng số thiết bị: n=6 (thiết bị) > 5

Tổng công suất định mức nhóm: Pdm=21,8 (kW)Xét m==2,5<3, ksd=0,65>0.4

Suy ra nhq=n=6 (thiết bị)

Tra bảng với ksd = 0,65, nqh=6 ta được kmax =1,3Cos�㕐nhóm =0,78 suy ra tg�㕐=0,8

14

- Phụ tải tính toán nhóm 3 là:

Ptt=kmax*ksd*Pdmnhóm=1,3*0,65*26,3=22,23 kWQtt=Ptt*tg�㕐=22,23*1,3=17,84 kVArStt= = =28,5 kVA

Itt= ==43,3 A

D.Nhóm 4

trên bảngSốlượng

Công suất Pdm(kW)1 máy Toàn bộ

- Hệ số sử dụng của nhóm là: Ksdnhóm

== 0,523

- Kiểm tra để loại bỏ các thiết bị có công suất nhỏ:

Tỉ lệ

4 Lò điện để nấu chảy babit 1 10 25,77%

15

Do đó chỉ xét với các nhóm- Tổng số thiết bị : n = 8

- Tổng công suất định mức của nhóm : Pđm = 34.35kWXét m = = 3,5 > 3, k = 0,523sd

Ta có: n1=2, P1=15kWTính được n*== ; P*== 0,44

Tra bảng ta có: nhq*=0,80 Suy ra nhq=n*nhq*=8*0,8=6,4 ~ 6 thiết bị.Tra bảng với ksd =0,523, nqh=6 ta được kmax =1,44

Cos�㕐nhóm =0,742 suy ra tg�㕐nhóm=0,9- Phụ tải tính toán nhóm 1 là:

Ptt=kmax*ksd*Pdm-nhom=1,44*0,742*38,8=41,45 kWQtt=Ptt*tg =41,45*0,9=37,3 kVArϕ

Stt= = =55,7 kVAItt= ==84,6 A

2.1.2 Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Pcs=σ S

Chọn thiết bị chiếu sáng là đèn sợi đốt => cos�㕐 =1 => tg�㕐=0 Tra bảng ta được σ=13:16(W/m2), chọn σ =15W/m2 và S=1440m2 Pcs=σ.S =15*1440=21,6kW

2.1.3 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng

Chọn Kđt=0.8 vì có 4 nhóm thiết bị.Pđl=Kđt.=0,8*112,2=89,76kWQđl=Kđt.=0,8*174,3=139,5kVAr

- Xác định phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khíPcs=σ S

Chọn thiết bị chiếu sáng là đèn sợi đốt => cos�㕐 =1 => tg�㕐=0 Tra bảng ta được σ=13:16(W/m2), chọn σ =15W/m2 và S=1440m2 Pcs=σ.S =15*1440=21,6kW

- Phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí:

16

Pttpx = Pđlpx + Pcspx = 89,76 + 21,6= 111,36 kWQttpx = Qđlpx + Qcspx = 139,5 + 0= 139,5 kVArSttpx= = 178,5kVA

2.2 Tính toán phụ tải các phân xưởng còn lại

- Chọn thiết bị chiếu sáng là đèn sợi đốt:=> cos�㕐cs=1 => tg�㕐=0 => Qcs=0 Qtt=Qđl + Qcs=Qđl

Ptt = Pđl + Pcs

- Bảng phụ tải các phân xưởng của nhà máy.Xác định phụ tải tính toán của nhà máy:-

Phụ tải tác dụng tính toán của nhà máy:Pttnm=Kđt

Sttnm= = 3319,5kVA

Hệ số công suất của toàn nhà máy:cos�㕐 = = 0,84

17TTTên phân

PX Dập15000,52880150,775076543,2793,20765,151102,103PX lắp ráp số

1 1000 0,3 2784 15 0,6 300 400 41,7 341,70 400,00 526,084PX lắp ráp số

2 1200 0,3 2880 15 0,6 360 480 43,2 403,20 480,00 626,875 PX SCCK - 0,624 1440 15 0,624 89,76 139,5 21,6 111,36 139,50 178,506Phòng thí

nghiệm trung

tâm 200 0,6 1440 20 0,8 120 90 28,8 148,80 90,00 173,907Phòng kiểm

định thử

nghiệm 500 0,6 1440 15 0,8 300 225 21,6 321,60 225,00 392,498

Trạm bơm1500,81920120,712012123143,00122,42188,259Phòng thiết

kế 100 0,7 2720 10 0,8 70 52,5 27,2 97,20 52,50 110,47

2.3 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải2.3.1 Biểu đồ phụ tải

- Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ I được xác dịnh theo công thức:

- Tâm phụ tải được xác đinh phỉ thoả mãn mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu tức Pi Li*đạt giá trị cực tiểu.

Trong đó: Pi và Li công suất và khoảng cách của phụ tải thứ I tới tâm phụ tải.- Ta xác định toạ độ tâm phụ tải theo biểu thức sau:

Xo, Yo, Zo toạ độ tâm phụ tải.

Xi, Yi, Zi, Si toạ độ và công suất của phụ tải thứ i.Trong công thức trên toạ độ z ít được chú ý!

- Bảng xác định Ri và của các phân xưởng:

TT Tên phân xưởng Pcs(kW)

Tâm phụ tải RX (mm) Y (mm)1 PX tiện cơ khí43,21123,21384,818,068,03,813,82 PX Dập43,2793,21102,118,054,03,419,63 PX lắp ráp số 141,7341,7526,0860,069,02,443,94 PX lắp ráp số 243,2403,2626,8784,066,02,638,65 PX SCCK21,6111,36178,528,024,01,469,86 Phòng thí nghiệm trung

tâm 28,8 148,8 173,9 78,0 44,0 1,3 69,77 Phòng kiểm định thử

nghiệm 21,6 321,6 392,49 120,0 38,0 2,0 24,28 Trạm bơm23143188,25120,062,01,457,99 Phòng thiết kế27,297,20110,4777,020,01,1100,7

18

- Mạng cao áp trong phương án có điện áp 35kV từ TPPTT đến 4 trạm BAPX TrạmPPTT có 2 phân đoạn thanh góp nhận điện từ 2 lộ dây kép của đường dây trên không đưađiện từ hệ thống về.

- Với 4 TBA, thì 3 trạm mỗi trạm có 2 máy và 1 TBA có 1 máy nhận điện trực tiếp từ 2phân đoạn thanh góp qua máy cắt điện đặt ở đầu đường cáp Vậy trong mạng cao áp củaphân xưởng, ta sử dụng 7 máy điện cấp 35kV cộng them 1 máy cắt phân đoạn thanh gópcấp 35kV ở TPPTT, tổng cộng là 8 máy cắt điện.

- Vốn đầu tư mua máy cắt trong phương án 3:

Trong đó: n: Số lượng máy cắt trong mạng cần xét đến.M: Giá máy cắt, M=30000USD (35kV)Tỷ giá quy đổi tạm thời: 1 USD = 22,645.10 (VNĐ)3

d Chi phí tính toán của phương án 3

- Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện tử chỉ tính đến giá thành cáp, máy biến ápvà máy cắt điện khác nhau giữa các phương án, các thành phần giống nhau đã được bỏqua không xét đến:

- Tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổn thất điện năng trong các TBA vàđường dây:

- Chi phí tính toán Z của phương án 3: 3+ Vốn đầu tư:

+ Tổng tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây:

+ Chi phí tính toán:

3.3.4 Phương án 4

Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT) nhận điện từ hệ thống vềcấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ điện áp 35 kVxuống 0,4 kV cung cấp cho các phân xưởng.

41

Hình 8: Sơ đồ phương án 4

a Chọn MBA phân xưởng và xác định tổn thất điện năng ΔA trong các TBA.

- Chọn MBA phân xưởng:

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 3.2.1 ta có bảng kết quả chọn MBAcho các trạm biến áp phân xưởng.

Bảng 3.14: Kết quả lựa chọn MBA trong các TBA của phương án 4.

Uca/ Uha(kV)

Đ nơgiá(10 đ)6

Thành琀椀ềền(10 đ)6

Trong đó: n: Số máy biến áp ghép song song

t: Thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suốt năm: t=8760 (h)

42

τ: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất Tra phụ lục 1.4 với nhà máy chếtạo đồng hồ đo chính xác có T =4500 (h) nên:max

ΔP0, ΔP : Tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch củaNMBA.

Stt: Công suất tính toán của TBASđmB: Công suất định mức của MBA- Kết quả tính toán ghi trong bảng 3.15

Bảng 3.15: Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 4

T ng t n thầốt đi n năng trong các TBA: ΔAổ ổ ệ B=211228,26 (kWh)

b Chọn đường dây và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trên đường dâytrong mạng điện:

- Chọn cáp từ TPPTT về các TBA phân xưởng

+ Cáp cao áp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế J Với nhà máy cơ khí côngktnghiệp địa phương làm việc 3 ca, thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax=4800(h), sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 2.10 trang 31 TL2 tìm được J =3,1 (A/mmkt 2).+ Tiết diện kinh tế của cáp:

+ Nếu cáp từ TBATG về các TBAPX là cáp lộ kép thì:

+ Nếu cáp từ TBATG về các TBAPX là cáp lộ đơn thì:

+ Dựa vào trị số F tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất sau đóktkiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Trong đó: khc=k k12

k1: Hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ, lấy k1=1

k2: Hệ số tùy chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh, lấy k2=0,93Isc: Dòng điện xảy ra sự cố khi đứt một cáp

43

Isc=2Imax nếu 2 cáp đặt trong một rãnh (cáp lộ kép), khoảng cách giữacác sợi cáp là 300 mm

Isc=Imax nếu 1 cáp đặt trong một rãnh (cáp lộ đơn)

+ Vì chiều dài cáp từ TPPTT đến các TBAPX ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ có thể bỏqua không cần kiểm tra lại theo yêu cầu ΔU cp

Bảng 3.16: Kết quả chọn cáp của phương án 4.

Đường cáp (mm )F2L(m)

Đ n giáơ(10 đ/m)3

Thành琀椀ềền (103đ)TPPTT-B1

Trong đó: τ là thời gian tổn thất công suất lớn nhất.Ứng với Tmax = 4500 (h) thì τ = 2886,21 (h)

c Vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án 4.

44

- Mạng cao áp trong phương án có điện áp 35kV từ TPPTT đến 5 trạm BAPX TrạmPPTT có 2 phân đoạn thanh góp nhận điện từ 2 lộ dây kép của đường dây trên không đưađiện từ hệ thống về.

- Với 5 TBA, thì 4 trạm mỗi trạm có 2 máy và 1 TBA có 1 máy nhận điện trực tiếp từ 2phân đoạn thanh góp qua máy cắt điện đặt ở đầu đường cáp Vậy trong mạng cao áp củaphân xưởng, ta sử dụng 9 máy điện cấp 35kV cộng them 1 máy cắt phân đoạn thanh gópcấp 35kV ở TPPTT, tổng cộng là 10 máy cắt điện.

- Vốn đầu tư mua máy cắt trong phương án 4:

Trong đó: n: Số lượng máy cắt trong mạng cần xét đến.M: Giá máy cắt, M=30000USD (35kV)Tỷ giá quy đổi tạm thời: 1 USD = 22,645.10 (VNĐ)3

d Chi phí tính toán của phương án 4

- Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện tử chỉ tính đến giá thành cáp, máy biến ápvà máy cắt điện khác nhau giữa các phương án, các thành phần giống nhau đã được bỏqua không xét đến:

- Tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổn thất điện năng trong các TBA vàđường dây:

- Chi phí tính toán Z của phương án 4: 4+ Vốn đầu tư:

+ Tổng tổn thất điện năng trong các TBA và đường dây:

+ Chi phí tính toán:

3.3.5 Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án

- Từ những kết quả tính được, ta có kết quả cho ở bảng 3.18

Bảng 3.18: Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án.

Tổn thất điện năng(kWh)