thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen 1

Số liệu phụ tảiBảng 1.1 và Hình 1.1 cho số liệu tổng quan của phụ tải toàn nhà máy bao gồm vị trí, diện tích,công suất đặt và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng trong nhà máy.. Yêu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN

Bộ môn Hệ thống điện -*** -

CHƯƠNG 1: DIỄN GIẢI YÊU CẦU THIẾT KẾ 2

1.1 Số liệu phụ tải 2

1.2 Số liệu liên kết với nguồn 6

1.3 Yêu cầu thiết kế 6

1.4 Các hình vẽ yêu cầu trong thiết kế 6

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 7

2.1 Tổng quan các phương pháp xác định phụ tải tính toán 7

2.1.1 PP xác định PTTT theo hệ số nhu cầu (K ) và công suất đặt (Pncđ) 7

2.1.2 PP xác định PTTT theo hệ số cực đại (K ) và P trung bình (Pmaxtb) 7

2.1.3 PP xác định PTTT theo suất phụ tải trên mô St đơn vị diê Sn tích 9

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí 9

2.2.1 Phân nhóm phụ tải 9

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí 15

2.3 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại 16

2.4 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy-biểu đồ phụ tải 18

2.4.1 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy 18

2.4.2 Bảng tổng kết phụ tải tính toán của toàn nhà máy 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP TOÀN NHÀ MÁY 20

3.1 Những vấn đề chung 20

3.1.1 Phạm vi thiết kế cung cấp điện cho nhà máy luyện kim đen 20

3.1.2 Chọn cấp điện áp nguồn điện cấp cho mạng cao áp của nhà máy 20

3.2 Đề xuất các phương án sơ đồ cung cấp điện của nhà máy 20

3.3 Chọn sơ bộ các thiết bị điện 23

3.3.1 Chọn công suất máy biến áp 23

3.3.2 Chọn tiết diện dây dẫn 28

3.3.3 Tính toán chi phí hàng năm 44

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn 45

3.4.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực về tủ phân phối trung tâm 45

3.4.2 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 45

3.4.3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện đã được chọn sơ bộ ở phần sosánh kinh tế - kỹ thuật 50

3.4.4 Lựa chọn các thiết bị phân phối điện khác 513.4.5 Sơ đồ mạng điện cao áp của nhà máy 54

CHƯƠNG 1: DIỄN GIẢI YÊU CẦU THIẾT KẾ1.1 Số liệu phụ tải

Bảng 1.1 và Hình 1.1 cho số liệu tổng quan của phụ tải toàn nhà máy bao gồm vị trí, diện tích,công suất đặt và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng trong nhà máy Tỷ lệ xích trên Hình 1cho phép tính chính xác kích thước thực tế của các phân xưởng để từ đó tính diện tích của chúng.

Bảng 1.1 Phụ tải của khu công nghiệp

TTTên phân xưởngCông suất đặt (kW)Loại hộ tiêu thụ

Bảng 1.2 và Hình 1.2 cho số liệu của phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí.

Bảng 1.2 Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí

TTTên phân xưởngSL

Pđm (kW)1 máyToàn bộBỘ PHẬN MÁY CÔNG CỤ

2 Máy tiện tự động 3 5 153 Máy tiện tự động 2 14 284 Máy tiện tự động 2 6 125 Máy tiện tự động 1 2 26 Máy tiện rêvonve 1 2 27 Máy phay vạn năng 2 3 68 Máy phay ngang 1 2 29 Máy phay đứng 2 14 2810 Máy phay đứng 1 7 7

24 Máy ép kiểu trụ khuỷu 1 2 2

36 Thúng xói rửa 137 Thùng tôi 138 Máy nén 239 Tấm kiểm tra 140 Tủ điều khiển lo điện 1

50 Máy bào ngang 2 8 1651 Máy mài tròn 1 7 752 Máy khoan đứng 1 2 253 Búa khi nén 1 10 10

55 Lò tăng nhiệt 156 Thùng tôi 1

57 Máy biến áp hàn 1 24KVA 29.1

BỘ PHẬN SỬA CHỮA ĐIỆN

66 Máy cuốn dây 1 1 167 Bàn thí nghiệm 1 15 1568 Bể tắm có đốt nóng 1 4 4

Hình 1.2: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải nhà máy là T = 4000 giờ.max

1.2 Số liệu liên kết với nguồn

Điện áp nguồn: tùy chọn giữa U = 35kV; 22kV Cho biết điện áp của các lưới hệ thống ở lânđmcận vị trí nhà máy cần thiết kế cung cấp điện Khi thiết kế cần phải chọn cấp điện áp để liên kếtHTCCĐ của nhà máy với lưới hệ thống Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khuvực: 330MVA Mục đích để tính dòng ngắn mạch và lựa chọn thiết bị điện Đường dây cung cấpđiện cho nhà máy Dùng dây nhôm lõi thép (ACSR) đặt treo trên không Khoảng cách từ nguồn tớinhà máy: 6 km Khoảng cách và công suất phụ tải cho phép sơ bộ chọn lựa cấp điện áp liên kết vớinguồn điện.

1.3 Yêu cầu thiết kế

Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máyThiết kế mạng điện cao áp toàn nhà máy.

Thiết kế mạng điện hạ áp phân xưởng sửa chữa cơ khíTính toán nâng cao cosφ của toàn nhà máyThiết kế chiếu sáng cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

Thiết kế trạm biến áp nguồn cấp cho một phân xưởng tự chọn trong nhà máy.

1.4 Các hình vẽ yêu cầu trong thiết kế

Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy và các phương án thiết kế mạng điện cao áp của nhà máySơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy

Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khíSơ đồ mặt bằng và đi dây của phân xưởng sửa chữa cơ khíSơ đồ nguyên lý trạm biến áp nguồn của phân xưởng tự chọnSơ đồ nguyên lý mạng chiếu sáng phân xưởng sửa chữa cơ khí

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN2.1 Tổng quan các phương pháp xác định phụ tải tính toán2.1.1 PP xác định PTTT theo hệ số nhu cầu (K ) và công suất đặt (P )ncđ

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiê Sp (chưa có thiết kế chi tiếtbố trí các máy móc, thiết bị trên mă St bằng), lúc này mới ch€ biết duy nhất mô St số liê Su cụ thể là côngsuất đă St của từng phân xưởng.

Phụ tải tính toán đô Sng lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức:Pđl = k Pncđ

Qđl = P tanφđlTrong các công thức trên:

Knc: hê S số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuâ St theo số liê Su thống kê của các xí nghiêp, phânSxưởng tương ứng.

cosφ: hê S số công suất tính toán, c•ng tra sổ tay kỹ thuâ St, từ đó rút ra tanφ.Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên mô St đơn vị diê Sn tích:

Pcs = p F0Qcs= P tanφcsTrong đó:

P0: suất chiếu sáng trên mô St đơn vị diê Sn tích (W/m )2

F: diê Sn tích cần được chiếu sáng, ở đây là diê Sn tích của phân xưởng (m )2Từ đó tính được phụ t€a tính toán của m…i phân xưởng:

Stt =

Phương pháp này kém chính xác, không xét được chế độ vận hành của các phụ tải, ch€ dùngtrong tính toán sơ bộ khi biết số liệu rất ít về phụ tải như P và tên phụ tải.đ

2.1.2 PP xác định PTTT theo hệ số cực đại (K ) và P trung bình (P )maxtb

Sau khi xí nghiê Sp đã có thiết kế chi tiết cho phân xưởng, ta đã có các thông tin chính xác vềmă St bằng bố trí máy móc, thiết bị, biết được công suất và quá trình công nghê S của từng thiết bị,người thiết kế có thể bắt tay vào thiết kế mạng điê Sn hạ áp phân xưởng Có thể xét đến cách chế độlàm việc của phụ tải nên kết quả tính toán chính xác hơn Sử dụng khi có số liệu chi tiết của phụ tải.

Với mô St đô Sng cơ:

Ptt = PđmVới nhóm đô Sng cơ n ≤ 3:

Ptt =

Với n ≥ 4 phụ tải tính toán của nhóm đô Sng cơ xác định:Ptt = k k maxsdTrong đó:

ksd: là hê S số công suất sử dụng của nhóm thiết bị, tra sổ tay

kmax: là hê S số cực đại, tra sổ tay theo 2 đại lượng (k và n – số thiết bị dùng điêsdhq n hiê SSuquả)

- Xác định n theo công thức: n = n nhqhq hq*- Tra bảng phụ lục tính được: Kmax = f (K ; n )sdhq

- Cần lưu ý đến quy đổi các phụ tải về chế đô S làm viê Sc dài hạn:Mô St pha điê Sn áp pha-ba pha:

Pdm.3P = 3 Pdm.PNMô St pha điê Sn áp dây-ba pha:

Pdm.3P = Pdm.PPNgắn mạch lă Sp lại về dài hạn:

Các thiết bị làm viê Sc theo chế đô S ngắn hạn lă Sp lại thường là thiết bị c‹u, nâng tải trọng, máybiến áp hàn.

- Cuối cùng phụ tải tính toán toàn phân xưởng với n nhóm:Pttpx = k đt

Qttpx = k đt

2.1.3 PP xác định PTTT theo suất phụ tải trên mô ft đơn vị diê fn tích

Công thức tính: P = p Ftt 0Trong đó: F- diê Sn tích sản xuất, m2

p0: là suất phụ tải trên 1 m diê2 n tích sản xuất, tra trong sổ tay, kW/m S 2

Phương pháp này kém chính xác, ch€ để sử dụng để xác định sơ bô S phụ tải có đă Sc điểm làphân bố tương đối đều trên mô St diê Sn tích rô Sng Như phân xưởng gia công cơ khí, dê St…

2.2 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí2.2.1 Phân nhóm phụ tải

a, 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 x€ nhau, hơn nữa tổng số phụ tảicủa các nhóm c•ng nên xấp x€ nhau và nên trong khoảng 8 đến 12 phụ tải.

Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau.

Chú ý rằng cách tiêu chí trên khó có thể thoả mãn đồng thời vì đặc điểm của phụ tải thường làkhông xác định Tiêu chí 2 và 3 thường hay sử dụng.

1 Máy tiện ren 1 5 52 Máy tiện tự động 3 5 153 Máy tiện tự động 2 14 284 Máy tiện tự động 2 6 125 Máy tiện tự động 1 2 26 Máy tiện rêvonve 1 2 27 Máy phay vạn năng 2 3 68 Máy phay ngang 1 2 29 Máy phay đứng 2 4 2810 Máy phay đứng 1 7 712 Máy bào ngang 2 9 18

13 Máy xọc 4 8 3214 Máy xọc 1 3 316 May doa ngang 1 5 517 Máy khoan hướng tâm 1 2 218 Máy mài phẳng 2 9 1819 Máy mài tròn 1 6 620 Máy mài trong 1 3 329 Cửa máy 1 2 2

ksd = 0.2; cosφ = 0,6 tanφ = 1,33Ta có:

Số thiết bị có công suất lớn hơn là n = 131Tổng công suất của n thiết bị trên là P = 13111

Số tương đối n* = ; P* = Tra bảng ta tìm được

Công thức nội suy kmax = 1.438

Ptt nhóm = k k ∑P = 0,2 1,438 196= 56.37(kW)sdmaxđm Qtt nhóm = Ptt nhóm tanφ = 56.37 1,33 = 75.16 (kVAr)

Nhóm 2

Bảng 2.2 Nhóm 2 phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí BỘ PHẬN LUYỆN NHIỆT

TTTên thiết bịSL

Pđm (kW)1

máyToàn bộ

31 Lò điện kiểu buồng 1 30 3032 Lò điện kiểu đứng 1 25 2533 Lò điện kiểu bể 1 30 3034 Bể điện phân 1 10 10

Ta thấy rằng số thiết bị của nhóm n = 4Ta phải tính gần đúng phụ tải tính toán của nhómTa chọn k = 0.9 và cosφ = 0,6ti

43 Máy tiện ren 2 10 2044 Máy tiện ren 1 7 745 Máy tiện ren 1 5 546 Máy phay ngang 1 3 347 Máy phay vạn năng 1 3 348 Máy phay rang 1 3 349 Máy xọc 1 3 350 Máy bào ngang 2 8 1651 Máy mài tròn 1 7 7

52 Máy khoan đứng 1 2 257 Máy biến áp hàn (ksd = 0.35) 1 24KVA 24.5KW58 Máy mài phá 1 3 359 Khoan điện 1 1 160 Máy cắt 1 2 2

ksd = 0,2; cosφ = 0,6 tanφ = 1.33Số thiết bị có công suất > là n = 11Tổng công suất của n thiết bị trên là P = 24.511

Số tương đối n* = ; P* = Tra bảng ta tìm được

Công thức nội suy kmax = 2,34

Ptt nhóm = k k ∑P = 0,2 2,34 89,6 = 41,93 (kW)sdmaxđm Qtt nhóm = Ptt nhóm tanφ = 41,93 1,33 = 55,77 (kVAr)

Nhóm 4

Bảng 2.4 Nhóm 4 phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí BỘ PHẬN MÀI

TTTên thiết bịSL

Pđm (kW)1 máy Toàn bộ

20 Máy mài trong 1 3 321 Máy mài dao cắt gọt 1 3 3

Ta thấy rằng số thiết bị của nhóm n = 2Ta phải tính gần đúng phụ tải tính toán của nhómTa chọn k = 0.9 và cosφ = 0,6ti

Ptt nhóm = 0,9.6 = 5.4kW)

Chọn máy cắt

Do nhà máy luyện kim đen có quy mô, công suất lớn có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế,không thể để mất điện Nếu dự phòng bằng máy phát điện sẽ không có lợi bằng cấp điện bằng 2đường dây trung áp Vì vậy, ta đặt trạm phân phối trung tâm dùng sơ đồ thanh góp có phân đoạn.

Nhà máy dùng sơ đồ một hệ thống thành góp có phân đoạn cho TPPTT nến sẽ sử dụng các tủmáy cắt (còn gọi là mắt cắt hợp bộ) trên tất cả đầu vào ra và liên lạc giữa hai phân đoạn thanh góp.Vì từ TBAATG đến nhà máy là đường dây trên không nên trên m…i phân đoạn thanh góp củaTPPTT cần đặt thêm một chống sét van Vì điện áp là 35kV nên phải đặt trên m…i phân đoạn thanhgóp một máy biến áp đo lường có 3 cuộn dây, trong đó cuôn tam giác hở dùng để phát hiện dòngchạm đất một pha Chọn dùng các tủ hợp bộ của hang Schneider loại F400, hệ thống thạnh góp đặtsẵn trong các tủ có dòng định mức 1250A.

Bảng 3.8 Thông sất máy cắt đặt tại trạm phân phối trung tâm

Loại Udm(kV) Idm(A) Loại Icắtđm(kA) Iôđn ôđn/t (lA/s) I (kA)ôđđMC hợp bộ 36 1250 F400 25 25/1 40

Phương án 1:

Điều kiện chọn máy cắtUđmMC ≥ Uđm.mIđmMC ≥ IlvmaxIôđn2.tôđn.MC≥BN = I∞2.tqđIôđđ≥ixk

Bảng 3.9 Chọn máy cắt cho phương án 1

Giá tiền(USD

Thành tiền(USD)

TPPTT-B1 35 3058 2 50.44 F400 25 26000 52 000TPPTT-B2 35 2667 2 44 F400 25 26000 52 000TPPTT-B3 35 1515.6 2 25 F400 25 26000 52 000TPPTT-B4 35 2497.9 2 41.2 F400 25 26000 52 000TPPTT-B5 35 2563.4 2 42.3 F400 25 26000 52 000TPPTT-B6 35 1915 2 31.59 F400 25 26000 52 000TPPTT-B8 35 1153.9 1 19.03 F400 25 26000 26 000

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt338 000

Đối với các phương án 2; 3; 4 làm tương tự.

Bảng 3.10 Chọn máy cắt cho phương án 2

TPPTT-B1 35 3058 2 50.44 F400 25 26000 52 000TPPTT-B2 35 2667 2 44 F400 25 26000 52 000TPPTT-B3 35 1515.6 2 25 F400 25 26000 52 000TPPTT-B4 35 4717.2 2 77.8 F400 25 26000 52 000TPPTT-B6 35 3059.8 2 50.47 F400 25 26000 52 000

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt260 000

Bảng 3.11 Chọn máy cắt cho phương án 3

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt312 000

Bảng 3.12 Chọn máy cắt cho phương án 4

TPPTT-B1 35 3058 2 50.44 F400 25 26000 52 000TPPTT-B3 35 4182.4 2 69 F400 25 26000 52 000TPPTT-B4 35 4717.2 2 77.8 F400 25 26000 52 000TPPTT-B6 35 3059.8 2 50.47 F400 25 26000 52 000

Tổng chi phi đầu tư cho máy cắt208 0003.3.3 Tính toán chi phí hàng năm

Trong đó

Avh: Hệ số vận hành TBA và đường dây cáp, a = 0,1.vh

Atc: hệ số tiêu chu‹n thu hồi vốn đầu từ a = 0,1 hoặc 0,125 hoặc 0,2.tcK: Vốn đầu tư

Lấy a =0,1; a = 0,2; C= 1000đ/kWhvhtcTổng kết lại chi phí ta có bảng sau:

Máy cắt(Triệuđồng)

Tổn HaoMBA(Triệuđồng)

Tổn haođường dây

Tổng tổnhao(Triệuđồng)

Tổng chiphí(Triệu

1 3455.7 613.037 7436 513.5 36.83 11504.74 4001.7522 3455.7 504.460 5720 513.5 38.51 9680.16 3456.0583 2993.6 764.584 6864 500.3 215.72 10622.18 3902.6714 2993.6 746.900 4576 500.3 218.22 8316.5 3213.47Qua bảng tổng kết trên thì phương án 2 và phương án 4 có tổng chi phí là nhỏ nhất trongcả 4 phương án và phương án 4 là phương án có tổng chi phí là nhỏ nhất nhưng tổn hao lại lớn nhấtvà có đoạn đi dây phức tạp hơn phương án 2 nên quyết định chọn phương án 2 làm phương án thiếtkế

3.4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

3.4.1 Chọn dây dẫn từ trạm biến áp khu vực về tủ phân phối trung tâm

Đường dây cung cấp từ TBAKV về TPPTT dài 6 km sử dụng đường dây trên không, lộ kép,dây nhôm lõi thép Tiết diện dây được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế, tra bảng ta có j = 1,1kt A/mm2

Dòng điện chạy trên 1 lộ: (A)Tiết diện kinh tế của đường dây trên không: (mm )2

Kiểm tra điều kiện của dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt 1 dây:

Isc = 2 Ilvmax = 2 = 202.64 (A) => I ≥ Icpsc0,9=225.2A

Chọn dây dẫn ở bảng PL4.12 AC – 95 có I = 335 A, thỏa mã điều kiệncpVậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện khi xảy ra sự cố.

Kiểm tra điều kiện tổn tất điện áp

Với dây AC-95 có r = 0,33 Ω/km, x = 0,36 Ω/km, l = 10 km0 0 D= 1,26m

Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp: Với cáp đồng 3 lõi tra bảng đượcr0 = 0,0601 Ω/km, x = 0,0.068Ω/km, l = 238.5 m.0

5%Uđm = 0,05.35000 = 1800V > 885VVậy dây dẫn đã chọn là hợp lý.

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

Mục đích của tính toán ngắn mạch là kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt củathiết bị và dây dẫn được chọn khi có ngắn mạch trong hệ thống Dòng điện ngắn mạch tính toán đểchọn khí cụ điện là dòng ngắn mạch 3 pha.

Để lựa chọn, kiểm tra dây dẫn và các khí cụ điện ta cần tính toán 6 điểm ngắn mạch:N - ngắn mạch trên thanh cái tủ phân phối trung tâm để kiểm tra máy cắt và thanh cái.N1, N , N – Các điểm ngắn mạch phía cao áp của các trạm biến áp phân xưởng để kiểm tra23cáp và thiết bị cao áp của các trạm.

Điện kháng của hệ thống được tính theo công thưc sau: (Ω)Trong đó:

SN: công suất ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực, S = 330 MVANUtb: điện áp trung bình của phần lưới làm việc chứa thanh cái; U = 1,05 Utbdm

Điện trở và điện kháng của đường dây:R = ; X =

Sơ đồ tính toán ngắn mạch.

Hình 3.5 Các điểm tính ngắn mạch

Bảng 3.24 Thông số đường dây trên không và cáp

Đường dâySố mạchF(mm )2

ĐDK 2 AC-95 2x10000 0.33 0.36 1.32 1.44TPPTT-B1 2 3x25 2x1672 0.927 0.15 0.077 0.013TPPTT-B2 2 3x25 2x180 0.927 0.15 0.088 0.014TPPTT-B3 2 3x25 2x126 0.927 0.15 0.058 0.01TPPTT-B4 2 3x25 2x189 0.927 0.15 0.088 0.014B4-B5 2 3x25 2x117 0.927 0.15 0.054 0.009TPPTT-B6 2 3x25 2x126 0.927 0.15 0.058 0.01B6-B8 2 3x25 140 0.927 0.15 0.13 0.021B5-B7 1 3x240 81 0.0754 0.15 0.006 0.006B4-B9 1 3x300 238.5 0.0601 0.15 0.014 0.017

Tính dòng điện ngắn mạch tại điểm N trên thanh cái của trạm phân phối trung tâm.

Tính ngắn mạch tại điểm N2 trên thanh góp phía cao áp của trạm biến áp phân xưởng B1:

Các điểm ngắn mạch khác được tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng 3.25.