Bảng 1.1 Bảng phân nhóm phụ tải của xưởng sợi 1Bảng 2.2 Bảng tổng kết tâm phụ tải của các tủ động lực 11Bảng 2.3 Bảng số liệu phụ tải cho tính toán từng tủ động lực 13Bảng 2.6 Bảng chỉ s
Giới thiệu đôi nét về phân xưởng sợi (thiết bị và hệ thống cung cấp điện)
Các máy sử dụng chủ yếu là động cơ điện xoay chiều ba pha Ở phân xưởng sợi, máy móc được sử dụng ở mức độ cao và làm việc liên tục, tần suất lớn.
Nguồn điện cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lưới điện quốc gia 22kV qua máy biến áp chuyển xuống cấp 0,4kV cung cấp cho phân xưởng, chiếu sáng trong phân xưởng dùng hình thức chiếu sáng chung đều, điện áp sử dụng 220V Các dây dẫn từ trạm biến áp đến các tủ phân phối, tủ động lực và các phụ tải thiết bị được đặt trong ống cách điện đi ngầm trong đất vừa tạo vẻ mỹ quan, đồng thời vừa tạo tính an toàn cho nhà máy.
Cụ thể, xưởng sợi cần được thiết kế cung cấp điện có kích thước như sau: Đề số 13: Phân xưởng sợi
Kích thước: Dài x Rộng = 90m x 60m Diện tích: 5400m 2
(Sơ đồ mặt bằng, sơ đồ đi dây được đính kèm riêng với tập báo cáo)
Phân nhóm phụ tải
Trong mỗi phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm cần tuân theo các nguyên tắc sau:
- Các thiết bị cùng một nhóm nên ở gần nhau để làm giảm chiều dài đường dây hạ áp nhờ đó có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong xưởng.
- Chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm nên giống nhau để thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.
- Tổng công suất của nhóm nên xấp xỉ bằng nhau để giảm chủng loại tủ động lực sử dụng.
Số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều vì số đầu ra của tủ động lực thường chỉ từ 8 – 12.
Bảng 1.1 Bảng phân nhóm phụ tải của xưởng sợi
STT NHÓM KHMB TÊN THIẾT BỊ P đm K sd Cos(φ)
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN: CHIẾU SÁNG, TỦ ĐỘNG LỰC 4 2.1 Xác định tâm phụ tải tủ động lực, tủ phân phối chính
Xác định tâm phụ tải tủ động lực
Chọn gốc tọa độ x-y tại góc trái phía dưới của sơ đồ mặt bằng Từ đó ta có thể xác định vị trí tâm phụ tải như sau:
Trong đó XTĐL, YTĐLlần lượt là hoành độ và tung độ của tâm phụ tải tủ động lực.
Xi, Yilà hoành độ, tung độ của thiết bị thứ i trong nhóm phụ tải (So với gốc chuẩn) n là số thiết bị trong nhóm.
Pđmi: Công suất định mức của máy i Áp dụng: Tính toán tâm phụ tải tủ động lực 1 (Tủ động lực 1 có 5 máy, tương ứng với 5 vị trí khác nhau trên sơ đồ mặt bằng):
Tiến hành dời sát tâm tủ động lực 1 sao cho đặt tủ sát tường và ưu tiên đặt gần những thiết bị có công suất lớn nhằm thuận tiện cho việc nối dây âm đất và tu sửa, bảo dưỡng Ta được:
X TDL1 = 2.53 Y TDL1 = 16.2 Tiến hành tính toán tương tự cho các tủ động lực còn lại, ta được:
Bảng 2.1 Bảng tính toán tâm phụ tải
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
TĐL KHMB P đm (kW) X i Y i (X i P đmi ) (Y i P đmi )
Xác định tâm phụ tải tủ phân phối chính
Trong đóX TPPX , Y TPPPX lần lượt là hoành độ và tung độ của tâm phụ tải tủ phân phối chính.
X j , Y j lần lượt là hoành độ, tung độ của tủ động lực thứ j trong nhóm phụ tải. mlà số tủ động lực trong phân xưởng.
Trước tiên ta có bảng tổng kết tâm phụ tải tủ động lực trong phân xưởng và tủ sinh hoạt chung (tự chọn trên bản vẽ):
Bảng 2.2 Bảng tổng kết tâm phụ tải của các tủ động lực
Từ đó dựa theo công thức trên, ta tính được tâm phụ tải tủ phân phối chính cho xưởng cơ khí:
X = 47.57 (m) Y = 33.27 (m) Tọa độ TPPC sau khi dời đặt vào sát tường:
Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng
2.2.1 Tính toán đối với thiết bị
Công suất phản kháng định mức: Qđmtb= Pđmtb.tan (φ)
Công suất trung bình: Ptbtb= Pđmtb.Ksd
Công suất phản kháng trung bình: Qtbtb= Qđmtb.Ksd
Dòng điện khởi động: I kđ = I đm K mm (Với K mm = 5 với các động cơ )
Với Hệ số sử dụng K sd : Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt hay công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày đêm,…) Hệ số sử dụng nói lên mức sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị trong khoảng thời gian cho xem xét.
2.2.2 Tính toán đối với nhóm thiết bị, tủ động lực, tủ phân phối chính
Công suất định mức, Công suất trung bình:P đm-nhóm/tb_nhóm = ∑P đmtb/tbtb
CS phản kháng định mức, CS phản kháng trung bình:Q đm-nhóm/tb_nhóm = ∑Q đmtb/tbtb
Giả thuyết có một nhóm gồm n thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau Khi đó ta định nghĩa nhq là một số quy đổi gồm có nhq thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau và tạo nên phụ tải tính toán bằng với phụ tải tiêu thụ thực do n thiết bị tiêu thụ trên.
Xác định thiết bị hiệu quả trong tủ động lực :𝑛
Trường hợp phân xưởng cơ khí có 4 < nhq_TĐL< 200 thì:
⇒Ptt_TĐL= Ptb_nhóm.Kmax
Qtt_TĐL= Qtb_nhóm.1,1 (nhq_TĐL< 10)
Qtt_TĐL= Qtb_nhóm (nhq_TĐL> 10)
⇒Công suất biểu kiến tính toán tủ động lực:𝑆
⇒Dòng điện tính toán tủ động lực:𝐼
⇒Dòng điện đỉnh nhọn tủ động lực: Iđỉnh nhọn= Ikđ_max+ (Itt_TĐL– Ksd.Iđm_max)
Hệ số cực đại K max : Hệ số K max phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả n hq , vào hệ số sử dụng và hàng loạt các yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm Trong thực tế khi tính toán thiết kế người ta chọn Kmax theo đường cong K max = f(K sd , n hq ):
Ta có bảng số liệu tính toán phụ tải cho từng Tủ Động Lực:
Bảng 2.3 Bảng số liệu phụ tải cho tính toán từng tủ động lực
Q tb (kVAr) K sd Cos(φ) I đm
Q tb (kVAr) K sd Cos(φ) I đm
Q tb (kVAr) K sd Cos(φ) I đm
Q tb (kVAr) K sd Cos(φ) I đm
Bảng 2.4 Bảng tổng kết tính toán phụ tải
STT TỦ n hq K sd K max P tt (kW) Q tt
S tt (kVA) I tt (A) Cos(φ tt ) I đn (A)
CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ TỤ BÙ 23 3.1 Tổng quan về chọn trạm biến áp, máy biến áp
Chọn trạm biến áp
Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện.
Theo nhiệm vụ người ta phân ra thành hai loại trạm biến áp:
- Trạm biến áp trung gian hay còn gọi làtrạm biến áp chính: Trạm náy nhận điện từ hệ thống 35-220kV, biến thành cấp điện áp 15kV, 10kV hay 6kV, có khi xuống 0.4kV.
- Trạm biến áp phân xưởng:Trạm này nhận điện từ trạm biến áp trung gian và biến đổi thành các cấp điện áp thích hợp phục vụ cho phụ tải của các nhà máy, phân xưởng, hay các hộ tiêu thụ Phía sơ cấp thường là các cấp điện áp: 6kV, 10kV, 15kV, … Còn phía thứ cấp thường có các cấp điện áp: 380/220V, 220/127V, hoặc 660V.
Ta chọnTrạm biến áp phân xưởngcho sơ đồ thi công xưởng dệt.
Chọn vị trí, số lượng và công suất trạm biến áp:
Nhìn chung vị trí của trạm biến áp cần thỏa các yêu cầu sau:
- Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến.
- Thuận tiện cho vận hành, quản lý.
- Tiết kiệm chi phí đầu tư và chi phí vận hành, v.v… Tuy nhiên vị trí được lựa chon cuối cùng còn phụ thuộc vào các điều kiện như: Đảm bảo không gian không cản trở đến các hoạt động khác, tính mỹ quan, v.v…
Chọn cấp điện áp
Do nhà máy được cấp điện từ đường dây 22kV và phụ tải của nhà máy chỉ sử dụng điện áp220V, 380V Cho nên sẽ lắp đặt trạm biến áp giảm áp 22/0.4kV để đưa điện vào cung cấp cho phụ tải của nhà máy.
Chọn máy biến áp
Chọn phương án chỉ sử dụng 1 máy biến áp cho toàn bộ phân xưởng và không có máy phát dự phòng, dung lượng MBA được chọn theo điều kiện:
Dựa theo phụ lục Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện (Phụ lục 1), ta chọn loạiMáy Biếp Áp ba pha ĐÔNG ANH - 1600kVA – Cấp điện áp 15kV, 22kV/0.4kV Tổ đấu dây∆/𝑌 -11:
Bảng 3.1 Bảng số liệu MBA
Tổn hao Dòng điện không tải (%) Điện áp ngắn mạch (%)
CHỌN DÂY DẪN VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ 26 4.1 Lựa chọn dây dẫn
Tính toán sụt áp trên đường dây
Tổng trở của đường dây tuy nhỏ nhưng khi dây mang tải thì sẽ luôn tồn tại sụt áp giữa đầu và cuối đường dây.
Sụt áp lớn trên đường dây sẽ gây ra những hậu quả như : Các thiết bị điện nói chung sẽ không làm việc ổn định, tuổi thọ của các thiết bị giảm (có khi bị hư hỏng ngay), tăng tổn thất, phát nóng, v.v… Kiểm tra sụt áp là nhầm đảm bảo cho dây dẫn được chọn phải thỏa mãn điều kiện về sụt áp cho phép khi dây mang tải lớn nhất.
Quy định về sụt áp lớn nhất cho phép sẽ thay đổi tùy theo quốc gia Khi kiểm tra sụt áp mà lớn hơn giá trị cho phép thì ta phải tăng tiết diện dây dẫn cho tới khi thỏa điều kiện sụt áp cho phép Thông thường khi thiết kế thì nên chọn gái trị này không được vượt quá 5% Uđm.
4.2.1 Kiểm tra sụt áp trong điều kiện làm việc bình thường
Theo quy định thì sụt áp làm việc bình thường tại MBA không vượt quá 5% Uđm. ΔU = = + +
Với ∆𝑈 là độ sụt áp từMBA đến TPPC, là độ sụt áp từ TPPC tới các tủ đông lực,
2 là độ sụt áp từTủ động lực đến các thiết bị.
∆𝑈3 Độ sụt áp :ΔU = (𝑃𝑅+𝑄𝑋) 𝑈 , với P và Q lần lượt là P tt và Q tt đối với nhóm thiết bị, P đm và Q đm đ𝑚 của từng thiết bị riêng. Áp dụng : Tính toán sụt áp cho tuyến dây đi từMBA đến Máy nén khí (Nhóm 1):
TínhΔU 3 Sụt áp lớn nhất trên đoạn dây từTĐL1 đến máy nén khí 1.1 :
Dây cáp có Rdây= 0.0137(Ω), Xdây= 0(Ω), L = 15.23(m) Thay các giá trị vào công thức ΔU = (𝑃𝑅+𝑄𝑋) 𝑈 ta có : đ𝑚
TínhΔU 2 Sụt áp lớn nhất trên đoạn dây từTPPC đến TĐL1 :
Dây cáp có Rdây= 0.0137(Ω), Xdây= 0.08×0.04247 = 0.0034(Ω), L = 42.47(m) Thay các giá trị vào công thức∆𝑈 = (𝑃𝑅+𝑄𝑋) 𝑈 ta có : đ𝑚
TínhΔU 1 Sụt áp lớn nhất trên đoạn dây từMBA đến TPPC :
Dây cáp có Rdây= 0.00051(Ω), Xdây = 0.08×00018 = 0.0014(Ω), L = 18(m) Thay các giá trị vào công thức∆𝑈 = (𝑃𝑅+𝑄𝑋) 𝑈 ta có : đ𝑚
0.38 = 4 699(𝑉) Vậy tổng sụt áp trên tuyến dâyMBA→TPPC→TĐL1→Máy nén khí 1.1 (Nhóm 1)là : ΔU = = + + =0.865+3.917+4.699 = 9.481(V)
Tiến hành tính toán cho các nhánh còn lại, ta được bảng tính toán độ sụt áp cho điều kiện làm việc bình thường như sau :
Bảng 4.2 Bảng tính toán độ sụt áp cho điều kiện làm việc bình thường
II Từ Tủ PPC đến các Tủ Động L ực
III Từ Tủ Động Lực 1 đến các máy trong Nhóm 1
IV Từ Tủ Động Lực 2 đến các máy trong Nhóm 2
V Từ Tủ Động Lực 3 đến các máy trong Nhóm 3
VI Từ Tủ Động Lực 4 đến các máy trong Nhóm 4
VII Từ Tủ Động Lực 5 đến các máy trong Nhóm 5
VIII Từ Tủ Động Lực 6 đến các máy trong Nhóm 6
IX Từ Tủ Động Lực 7 đến các máy trong Nhóm 7
X Từ Tủ Động Lực 8 đến các máy trong Nhóm 8
4.2.2 Kiểm tra sụt áp ở điều kiện khởi động máy
Theo trích dẫn tài liệu Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC của Schneider Electric SA mục G20. Độ sụt áp lớn nhất cho phép sẽ thay đổi tùy theo quốc gia Các giá trị điển hình đối với lưới hạ áp sẽ được cho ở Bảng G25.
Ta có thể bỏ qua các tính toán nếu sử dụng Bảng G28 dưới đây Bảng này cho kết quả tính toán sụt áp gần đúng trên 1Km cho 1A và phụ thuộc vào:
+ Dạng của tải: cho động cơ với cos ϕ gần bằng 0.8, cho chiếu sáng với cos ϕ gần bằng 1.
+ Dạng của cáp: 1 pha hay 3 pha Độ sụt áp sẽ được tính bằng công thức :
Trong đó : K được cho trong bảng,
IB - dòng làm việc lớn nhất (A),
L- Chiều dài của cáp (km).
Trong đó ở cột công suất của động cơ “cos ϕ = 0.35” ở Bảng G28 có thể được dùng để tính sụt áp khi khởi động động cơ ( xem Ví dụ 1 sau Bảng G28).
Cho dây đồng ba pha tiết diện 35 mm2, chiều dài 50m cấp điện cho động cơ 400 V có dòng:
→ 100 A với cos ϕ = 0.8 ở chế độ vận hành bình thường
→ 500 A (5 In) với cos ϕ = 0.35 khi khởi động
Sụt áp tại điểm nối vào tủ phân phối của động cơ là 10V ở điều kiện bình thường ( với dòng tổng là 1000 A, xem Hình G29)
1/Sụt áp ở chế độ bình thường: ΔU%= 𝑈 Δ𝑈 đ𝑚 ×100
Tra bảng G28 cho1 V/A/km ta được:
Giá trị này nhỏ hơn (8%) và thỏa mãn yêu cầu.
2/Sụt áp khi khởi động động cơ:
Sụt áp tại tủ phân phối sẽ vượt quá 10V do dòng phụ khi khởi động động cơ.
Giả sử dòng chạy qua tủ phân phối khi khởi động động cơ là :
900 + 500 = 1,400 A vậy sụt áp tại tủ phân phối sẽ tăng lên tỉ lệ và có giá trị là :
Vậy : ∆U tại tủ phân phối = 14 V
Ta có : ∆U tổng = 13 + 14 = 27 V , nghĩa là:
Giá trị này thỏa mãn yêu cầu khi khởi động động cơ.
Bảng 4.3 Bảng tính toán sụt áp điều kiện khởi động máy
Stt Tuyến dây Imm ΔImm ΔUmm ΔUmm
%III Từ Tủ Động Lực 1 đến các máy trong Nhóm 1
IV Từ Tủ Động Lực 2 đến các máy trong Nhóm 2
V Từ Tủ Động Lực 3 đến các máy trong Nhóm 3
VI Từ Tủ Động Lực 4 đến các máy trong Nhóm 4
VII Từ Tủ Động Lực 5 đến các máy trong Nhóm 5
VIII Từ Tủ Động Lực 6 đến các máy trong Nhóm 6
IX Từ Tủ Động Lực 7 đến các máy trong Nhóm 7
X Từ Tủ Động Lực 8 đến các máy trong Nhóm 8
Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ
Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau (đối với mạng trung tính cách ly hoặc nối đất) hoặc hiện tượng các pha chập nhau va chạm đất (mạng trung tính nối đất trực tiếp) Nói một cách khác, ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị nối tắt qua một tổng trở rất nhỏ, xem như bằng không.
Ngắn mạch là tình trạng sứ cố nghiêm trọng, và thường xảy ra trong hệ thống điện Khi có ngắn mạch thì dòng điện sẽ tăng lên rất cao và điện áp trong mạng điện sẽ giảm xuống.
Trong thực tế, ta thường gặp các dạng ngắn mạch: Ngắn mạch ba pha (N (3) ), hai pha (N (2) ), một pha (N (1) ) và hai pha chạm nhau chạm đất (N (1,1) ).
Qua thống kê cho thấy, xác suất xảy ra ngắn mạch một pha là nhiều nhất (65%), còn xác suất xảy ra ngắn mạch ba pha là bé nhất chỉ chiếm 5%, nhưng ngắn mạch ba pha là tình trạng sự cố nặng nề nhất và ta cần phải xét đến khi tính toán lựa chọn các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện. Còn ngắn mạch một pha là tình trạng nhẹ nhất và ta thường xét đến khi tính toán lựa chọn ngưỡng tác động cho các thiết bị bảo vệ.
4.3.1.Tính toán ngắn mạch 3 pha
Ta có dòng ngắn mạch 3 pha:
3𝑍 𝑡ℎ (𝐴) Với Zth là tổng trở nhìn từ điểm ngắn mạch trở về nguồn.
Tính toán ngắn mạch tại thanh cái MBA:
Tính toán ngắn mạch tại thanh cái TPPC:
Tính toán ngắn mạch tại thanh cái TỦ ĐỘNG LỰC 1:
Tương tự với các tủ động lực và thiết bị khác, ta có bảng số liệu sau:
Bảng 4.4 Bảng số liệu tính toán ngắn mạch 3 pha
Vị trí ngắn mạch ∑R(Ω) ∑X(Ω) ∑Z(Ω) I nm (A)
4.3.2.Tính toán ngắn mạch một pha
Công thức tính dòng chạm vỏ bằng phương pháp tổng trở:
Uphalà điện áp định mức là điện trở mạch vòng chạm vỏ (xét dây pha, máy biến áp)
Ta có sơ đồ mạch tương đương cho quá trình ngắn mạch 1 pha: Đối với tuyến dây từ MBA đếnn TPPC ta có:
2 Đối với tuyến dây từ MBA đến TĐL1 ta có:
2 Đối với tuyến dây từ MBA đến Máy Nén Khí của TĐL1 ta có:
Tương tự cho các tủ động lực và thiết bị còn lại trong phân xưởng, ta có được bảng số liệu tính toán ngắn mạch 1 pha như sau:
Bảng 4.5 Bảng số liệu tính toán ngắn mạch 1 pha
Vị trí ngắn mạch ∑R(Ω) ∑X(Ω) I nm 1 pha (A)
THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG BẰNG PHẦN MỀM DIALUX 70 6.1 Giới thiệu phần mềm
Thông số đèn
6.3 Thiết kế đèn cho phân xưởng sợi
