Đồ Án môn học mạng cung cấp Điện tính toán cấp Điện cho xưởng thực hành cơ khí c41 trường Đại học trà vinh

Xưởng được trang bị nhiều loại máy móc, thiết bị cơ khí với công suất khácnhau, đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo về chất lượng và độ ổn định.Nhu cầu sử dụng điện của xưởng thay đ

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

1.1.1 Nhu cầu sử dụng điện

Xưởng thực hành cơ khí C41 là nơi diễn ra các hoạt động thực hành, thí nghiệm và đào tạo về cơ khí cho sinh viên Trường Đại học Trà Vinh.

Xưởng được trang bị nhiều loại máy móc, thiết bị cơ khí với công suất khác nhau, đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo về chất lượng và độ ổn định. Nhu cầu sử dụng điện của xưởng thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào số lượng sinh viên thực hành, loại máy móc sử dụng và thời điểm trong ngày.

1.1.2 Vấn đề cần giải quyết

Tính toán phụ tải điện:

- Xác định tổng công suất điện của tất cả các thiết bị trong xưởng.

- Dự đoán nhu cầu sử dụng điện lớn nhất của xưởng trong các trường hợp khác nhau.

- Lựa chọn hệ thống dây dẫn, thiết bị điện phù hợp với nhu cầu sử dụng. Thiết kế hệ thống điện:

- Lựa chọn hệ thống điện phù hợp với nhu cầu sử dụng, đảm bảo an toàn và tiết kiệm điện năng.

- Thiết kế hệ thống dây dẫn, tủ điện, hệ thống tiếp địa, hệ thống chống sét, Lựa chọn nguồn điện:

- Lựa chọn nguồn điện từ lưới điện quốc gia hay sử dụng máy phát điện dự phòng.

- Đảm bảo nguồn điện cung cấp cho xưởng luôn ổn định, không bị gián đoạn.

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Cung cấp nguồn điện đầy đủ, ổn định và an toàn cho các hoạt động của xưởng thực hành cơ khí C41.

Chương 1: Tổng quan Đảm bảo hệ thống điện được thiết kế khoa học, tiết kiệm điện năng và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Tạo môi trường học tập và làm việc an toàn cho sinh viên và cán bộ giảng viên.

Tính toán phụ tải điện cho xưởng thực hành cơ khí C41.

Thiết kế hệ thống điện cho xưởng, bao gồm hệ thống dây dẫn, tủ điện, hệ thống tiếp địa, hệ thống chống sét,

Lựa chọn nguồn điện phù hợp cho xưởng.

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu các tài liệu có liên quan;

Thu thập số liệu thực tế về nhu cầu sử dụng điện của xưởng;

Sử dụng các phương pháp, công thức tính toán toán đã học để tính toán phụ tải điện và thiết kế hệ thống điện;

Tham khảo các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn liên quan đến thiết kế hệ thống điện;

Tổng hợp lại và viết báo cáo.

Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở để thiết kế và thi công hệ thống điện cho xưởng thực hành cơ khí C41, đảm bảo cung cấp nguồn điện đầy đủ, ổn định và an toàn cho các hoạt động của xưởng.

Góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng và đảm bảo an toàn cho sinh viên và cán bộ giảng viên trong quá trình học tập và làm việc tại xưởng.

GVHD: ThS Lê Thanh Tùng 2 SVTH: Nguyễn Thành Lộc

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Phụ tải điện

Trong xưởng thực hành cơ khí thường có nhiều loại máy khác nhau Do quy trình công nghệ và trình độ sử dụng của sinh viên và ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác, do đó các thiết bị điện sử dụng công suất khác với công suất định mức Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian, vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó nên phụ tải điện không biến thiên theo một quy luật nhất định

Phụ tải điện là số liệu dùng làm căn cứ để chọn các thiết bị điện trong hệ thống cung cấp điện Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ dẫn đến làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có thể dẫn tới cháy, nổ các thiết bị điện Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu dẫn tới lãng phí.

Do tính chất quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và đề ra nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, song chưa có một phương pháp nào hoàn thiện Nếu thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác ngược lại nếu nâng cao được độ chính xác, kể đến nhiều yếu tố ảnh hưởng thì phương pháp tính lại quá phức tạp

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 2.1 Hình ảnh máy phay CNC

Bảng 2.1 Danh sách phụ tải điện trong phân xưởng thực hành cơ khí

TT Tên thiết bị Số lượng

13 Máy phay vạn năng dạng công xon 1 10 10 21

14 Máy phay đứng ngang vạn năng 1 13 13 23

Đồ thị phụ tải điện

Phụ tải điện của một xưởng cơ khí là một hàm biến đổi theo thời gian Đường cong biểu diễn sự biến thiên của công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q) và dòng điện phụ tải theo thời gian là đồ thị phụ tải tương ứng với công suất tác dụng, công suất phản kháng và dòng điện.

Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được ghi lại bằng các dụng cụ đo lường có cơ cấu tự ghi như (hình 2.1a) hoặc do nhân viên vận hành ghi (hình 2.1b). Thông thường để cho việc tính toán được thuận tiện, đồ thị phụ tải được vẽ lại theo hình bậc thang Chiều cao của các bậc thang được lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét (hình 2.1c), tức là có thể lấy theo chỉ số của công tơ lấy trong những khoảng thời gian được xác định giống nhau.

Khi thiết kế cung cấp điện nếu biết đồ thị phụ tải điện điển hình của xí nghiệp sẽ có căn cứ để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ Khi vận hành nếu biết đồ thị phụ tải điện của xí nghiệp thì có thể xác định được phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho hợp lý nhất, kinh tế nhất.

Các nhà máy điện cần nắm được đồ thị phụ tải điện của các xí nghiệp để có phương thức vận hành các máy phát điện cho phù hợp với các yêu cầu của phụ tải Vì vậy đồ thị phụ tải là số liệu quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện. Đồ thị phụ tải điện được phân loại như sau:

- Phân theo đại lượng đo:

+ Đồ thị phụ tải tác dụng P(t).

+ Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t).

- Phân theo thời gian khảo sát:

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày.

+ Đồ thị phụ tải hàng tháng.

+ Đồ thị phụ tải hàng năm. a Đồ thị phụ tải do thiết bị tự ghi (1). b Đồ thị phụ tải do nhân viên vận hành ghi (2). c Đồ thị phụ tải vẽ theo hình bậc thang (3).

Hình 2.2 Đồ thị phụ tải điện

Các đại lượng cơ bản

Công suất định mức (P ) của các thiết bị được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịchđm hoặc trên nhãn máy Đối với động cơ P ghi trên nhãn máy chính là công suất trênmax trục động cơ Đối với hệ thống cung cấp điện ta quan tâm đến công suất đầu vào của động cơ được gọi là công suất đặt (Pđ).

Công suất đặt được tính theo biểu thức sau:

Trong đó: - P : Công suất đặt của động cơ.đ

- P : Công suất định mức của động cơ.đm

- dc: Hiệu suất định mức của động cơ. Để đơn giản trong tính toán người ta cho phép lấy hiệu suất của động cơ bằng 1 (khi lấy hiệu suất của động cơ bằng 1 thì sai số không lớn, vì khi làm việc ở chế độ định mức hiệu suất của động cơ khá cao khoảng (0,8 0,95)) Vì vậy thông thường người ta cho phép lấy: P = Pđ đm Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số đóng điện tương đối dm% 100

Biểu thức quy đổi như sau:

- Đối với máy biến áp hàn:

- P’ : Công suất định mức đã quy đổi về % = 100%.đm 

- P , S , cosdm dm dm, dm: Các tham số định mức được ghi trong lý lịch máy. Công suất định mức của nhóm gồm n thiết bị bằng tổng công suất định mức của các thiết bị riêng biệt mà công suất của các thiết bị này đã quy đổi về chế độ % = 100%.

- P : Công suất định mức của n thiết bị.đm

- P : Công suất định mức của thiết bị thứ i đã quy đổi về % = 100% đmi 

Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta khả năng đánh giá được giới hạn dưới của phụ tải tính toán

Biểu thức tính phụ tải trung bình:

Vì phụ tải luôn biến đổi theo những quy luật phức tạp không viết được dưới dạng hàm giải tích nên các biểu thức trên chỉ có giá trị lý thuyết, trong thực tế người ta tính phụ tải trung bình theo biểu thức: p tb =A P t ; q tb =A Q t ;

- A , A : Điện năng tiêu thụ tính trong khoảng thời gian được khảo sát kWh, kVArh.P Q

Phụ tải trung bình của một nhóm gồm n thiết bị.

Các hệ số tính toán

2.4.1 Hệ số sử dụng ( k ) sd

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc, được định nghĩa là tỷ số giữa phụ tải trung bình với công suất định mức Hệ số sử dụng là chỉ tiêu cơ bản để tính phụ tải tính toán.

- Đối với một thiết bị: k sd =P tb

- Đối với nhóm có n thiết bị: k sd =P tb n

- Nếu có đồ thị phụ tải (hình 2.5) thì có thể tính hệ số sử dụng như sau: k sd =P 1 t 1+P 2 t 2+…+P n t n

P dm (t 1+t 2+…+t n +t nghi ) Phụ tải trung bình được lấy ứng với ca có phụ tải lớn nhất trong 3 ca làm việc.

Hình 2.3 Đồ thị phụ tải tác dụng Bảng 2.2 Bảng tra trị số k và cossd φ của các nhóm thiết bị điện

2.4.2 Hệ số phụ tải ( k ) pt

Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời gian đang xét, được định nghĩa là tỷ số giữa phụ tải thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó, nên phụ tải thực tế chính là phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đó. k pt =P thucte

Nếu có đồ thị phụ tải có thể tính hệ số phụ tải như sau (hình 2.5): k pt =P 1 t 1+P 2 t 2+…+P n t n

2.4.3 Hệ số cực đại ( k ) max

Hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán với phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét. k max =P tt

Hệ số cực đại thường được tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất Hệ số cực đại thường tính cho phụ tải tác dụng Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị điện có hiệu quả (n ) và nhiều yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điệnhq trong nhóm.

Biểu thức tính k rất phức tạp, trong thực tế ta tính k theo đường cong.max max kmax = f(ksd, nhq) như (hình 2.4) hoặc trên (bảng 2.3) Hoặc có thể tra ở các sổ tay hướng dẫn thiết kế.

Hình 2.4 Đường cong k = f(k , n )max sd hq

Bảng 2.3 Bảng tra trị số k theo k và nmax sd hq n hq

Giá trị k khi k max sd

45 145 1,33 1,25 1,16 1,13 1,12 1,11 1,08 1,04 1,02GVHD: ThS Lê Thanh Tùng 10 SVTH: Nguyễn Thành Lộc

2.4.4 Hệ số nhu cầu (k ) nc

Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức, được tính theo biểu thức:

Cũng như hệ số cực đại k hệ số nhu cầu knc thường tính cho công suất tácmax dụng của nhóm máy Cũng có khi tính toán hệ số nhu cầu cho công suất phản kháng nhưng số liệu này ít dùng Trong thực tế k thường do kinh nghiệm vận hành tổng kếtnc lại.

2.4.5 Hệ số đồng thời (k ) dt

Hệ số đồng thời là tỷ số giữa phụ tải thực tế với tổng phụ tải cực đại ổn định của các thiết bị.

Trong đó: k là số liệu cơ bản để xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng,dt các xí nghiệp, theo kinh nghiệm vận hành k = (0,85dt 1).

2.4.6 Số thiết bị dùng điện có hiệu quả (n ) hq

Số thiết bị dùng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc như nhau, có công suất đúng bằng công suất tính toán của nhóm thiết bị thực tế (gồm các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau). a Biểu thức tính chính xác để tính n như sau : hq n hq =( ∑ i=1 n

Khi số thiết bị trong nhóm lớn việc tính toán n theo biểu thức trên khá phứchq tạp nên trong thực tế người ta tính n theo bảng tra hoặc tra theo đường cong chohq trước, cách tính như sau: b Xác định n theo bảng tra hoặc tra theo đường cong cho trước: hq n ¿ =n 1 n ; và p ¿ =p 1 p;

Sau khi tính được n* và p* thì có thể dùng đường cong (hình 2.7) hoặc (bảng 2.2) để tìm ra n * và tính được.hq nhq = n * nhq

Bảng 2.4 Bảng tra trị số n * theo n* và p* hq

Chương 2: Cơ sở lý thuyết c Ngoài ra còn có thể tính nhq bằng phương pháp gần đúng như sau:

Pđm max: Công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất.

Pđm mim: Công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất.

+ Khi m > 3 và k 0,2 thì:sd n hq 2.∑ i=1 n

+ Nếu tính ra n > n thì lấy n = nhq hq

+ Khi trong nhóm thiết bị đã cho n1 thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức 5% tổng công suất định mức của toàn nhóm thì: n = n - n hq 1

Các phương pháp xác định công suất tính toán

2.5.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Biểu thức tính: P tt =k nc ∑ i=1 n

2=P tt cos φ Một cách gần đúng ta có thể coi

- P là công suất đặt của các thiết bị [kW].đ

- P là công suất định mức của thiết bị [kW].đm

- P là công suất tác dụng [kW].tt

- Q Công suất phản kháng [kVAr].tt

Nếu hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì cần phải tính toán hệ số công suất trung bình. cosφ tb =P 1 cosφ 1+P 2 cosφ 2+…+P n cosφ n

Hệ số nhu cầu của các loại máy khác nhau có giá trị khác nhau và có thể tra trong các tài liệu hướng dẫn thiết kế.

Cách tính toán phụ tải tính toán theo phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện Vì vậy được sử dụng rộng rãi tuy nhiên còn có nhiều nhược điểm như: Hệ số nhu cầu tra trong các sổ tay là một trị số nhất định, nhưng ta đã biết: knc = k ksd max

Trong đó: k và k lại phụ thuộc vào quá trình sản xuất và số thiết bị trongsd max nhóm máy, hai yếu tố này thường xuyên thay đổi Vì vậy knc tra trong các sổ tay không phản ánh đầy đủ các yếu tố kể trên, do đó dẫn tới kết quả không chính xác.

2.5.2 Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Biểu thức tính như sau: P = P F tt 0

Trong đó: - F là diện tích đặt máy sản xuất [m ] 2

- P là suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất [kW/m0 2]. Trị số P có thể tra trong các sổ tay thiết kế, trị số P của từng loại phân xưởng0 0 do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng vì vậy thường được dùng để tính cho các phân xưởng khi tính toán sơ bộ, khi so sánh các phương án Khi phân xưởng có mật độ máy phân bố đều trên mặt bằng như phân xưởng cơ khí sản xuất ô tô cũng thường dùng phương pháp này để tính toán.

2.5.3 Phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k và công suất trung bình P max tb

Biểu thức tính: P = ktt max.Ptb

Trong đó: P , P là công suất trung bình và công suất định mức.tb đm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết kmax, k là hệ số cực đại và hệ số sử dụng.sd

Hệ số sử dụng của từng nhóm máy có thể tra trong các sổ tay hoặc trong các sách hướng dẫn thiết kế cung cấp điện

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác, vì nó xét tới ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất, cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng (khi tính n đã xét tới những yếu tố đó) hq

Khi tính phụ tải theo phương pháp này ta có thể sử dụng một số biểu thức gần đúng sau đây tuỳ từng trường hợp cụ thể: a Trường hợp n ≤3 và n < 4 Phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức: hq

P tt =∑ i=1 n p dm i ; Q tt =∑ i=1 n q dm i Đối với thiết bị làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại thì:

- S là công suất định mức cho trong lý lịch máy.dm

- S’ là công suất đã quy đổi về % = 100%.dm  b Trường hợp n > 3 và n < 4 Phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:hq

Trong đó: k là hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác thìpt có thể lấy gần đúng như sau:

+) k = 0,9 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn pt

+) k = 0,7 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.pt c Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (máy bơm, máy nén khí ) phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình.

Ptt = P = k Ptb sd dm d Trên các đường cong và các bảng cho trong các sổ tay và sách hướng dẫn thiết kế

Kmax chỉ tra được với nhq  300, nếu n > 300 và k < 0,5 thì hệ số k vẫn đượchq sd max

Chương 2: Cơ sở lý thuyết lấy ứng với n = 300 Còn khi n > 300 và khq hq sd  0,5 thì P = 1,05 P = 1,05 P tt tb dm

Ksd e Nếu trong mạng có các thiết bị điện một pha thì phải phân phối các thiết bị một pha vào 3 pha của mạng sao cho mức không cân bằng giữa các pha là nhỏ nhất. Nếu tại một điểm cung cấp (tủ phân phối đường dây chính ) mà phần công suất không cân bằng nhá hơn 15% tổng công suất của các thiết bị 3 pha, thì ta xác định phụ tải tính toán thiết bị một pha đó được coi như thiết bị ba pha có công suất tương đương

Nếu phần công suất không cân bằng lớn hơn 15% tổng công suất của thiết bị ba pha thì phụ tải tính toán được xác định như sau:

- Trường hợp thiết bị một pha nối vào điện áp pha của mạng thì:

Vậy, phụ tải tính toán 3 pha bằng 3 lần phụ tải tính toán của pha có phụ tải lớn nhất.

- Trường hợp thiết bị một pha mắc vào điện áp dây của mạng thì phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:

- Trường hợp trong mạng vừa có thiết bị một pha mắc vào điện áp pha, vừa có thiết bị một pha mắc vào điện áp dây thì phải quy đổi các thiết bị nối vào điện áp dây thành thiết bị nối vào điện áp pha.

Phụ tải tính toán của một pha bằng tổng phụ tải của thiết bị nối vào điện áp pha và phụ tải nối vào điện áp dây đã quy đổi về điện áp pha Sau đó cũng như trên ta tính phụ tải của ba pha bằng 3 lần phụ tải của pha có phụ tải lớn nhất.

Chọn máy biến áp

2.6.1 Chọn số lượng và công suất trạm biến áp

Vốn đầu tư của trạm biến áp chiếm một phần rất quan trọng tổng số vốn đầu tư ban đầu của hệ thống điện Vì vậy việc chọn vị trí, số lượng và công suất định mức của máy biến áp là việc làm quan trọng. Để chọn trạm biến áp cần đưa ra một số phương án xét đến các ràng buộc cụ thể và tiến hành tính toán so sánh kinh tế, kỹ thuật để chọn phương án tối ưu nhất GVHD: ThS Lê Thanh Tùng 16 SVTH: Nguyễn Thành Lộc

2.6.2 Chọn vị trí đặt trạm biến áp Để xác định vị trí hợp lý của trạm biến áp cần xem xét các yêu cầu sau:

+ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện đưa đến.

+ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành hằng năm bé nhất.

+ Thuận lợi trong quá trình thi công và lắp đặt.

+ Thao tác vận hành và quản lý dễ dàng

+ Vị trí trạm không ảnh hưởng đến giao thông nội và vận chuyển chính trong xí nghiệp.

+ An toàn và liên tục cấp điện.

+ Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt).

+ Ngoài ra nếu có yêu cầu đặc biệt như có khi ăn mòn, bụi bậm nhiều, môi trường dễ cháy, ẩm ướt, bụi bẩn.

+ Vị trí của trạm biến áp phân xưởng có thể độc lập ở bên ngoài, liền kề với phân xưởng, hoặc đặt bên trong phân xưởng.

Trong thực tế, việc đặt trạm biến áp phù hợp cho tất cả các yêu cầu trên là rất khó Do đó tùy thuộc vào điều kiện cụ thể trong thực tế mà ta đặt trạm sao cho hợp lý nhất ở đây ta chọn đặt MBA ở bên ngoài, ngay sát phân xưởng có rào chắn an toàn.

2.6.3 Xác định dung lượng của máy biến áp

Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định dung lượng của máy biến áp Nhưng phải dựa theo nguyên tắc sau đây:

Chọn theo điều kiện làm việc bình thường có xét đến quá tải cho phép (quá tải bình thường) Mức độ quá tải phải được tính toán sao cho hao mòn cách điện trong khoảng thời gian xem xét không vượt quá định mức tương ứng với nhiệt độ cuộn dây là 98ºC.

Kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố (hư hỏng một trong những máy biến áp làm việc song song) với một thời gian hạn chế để không gián đoạn cung cấp điện. Khi chọn máy biến áp cần lưu ý đến khả năng chịu quá tải thường xuyên và quá tải sự cố Thông thường ta chọn máy biến áp dựa vào đồ thị phụ tải bằng hai phương pháp đó là:

Vạch phương án đi dây

Bất kỳ phân xưởng nào ngoài việc tính toán phụ tải tiêu thụ để cung cấp điện cho phân xưởng, thì mạng đi dây trong phân xưởng cũng rất quan trọng Vì vậy ta cần đưa ra phương án đi dây cho hợp lý, vừa đảm bảo chất lượng điện năng, vừa có tính an toàn và thẩm mỹ.

Một phương án đi dây được chọn sẽ được xem là hợp lý nếu thỏa mãn những yêu cầu sau:

+ Đảm bảo chất lượng điện năng.

+ Liên tục cung cấp điện theo yêu cầu của phụ tải.

+ An toàn trong vận hành.

+ Linh hoạt khi có sự cố và thuận tiện khi sửa chữa.

+ Đảm bảo tính kinh tế, ít phí tổn hao kim loại màu.

+ Sơ đồ nối dây đơn giản, rõ ràng.

+ Dễ thi công lắp đặt, dễ sửa chữa.

2.7.2 Phân tích các phương án đi dây

Có nhiều phương án đi dây trong mạng điện, dưới đây là 2 phương án phổ biến:

 Phương án đi dây hình tia:

Hình 2.5 Sơ đồ đi dây hình tia

Trong sơ đồ hình tia, các tủ phân phối phụ được cung cấp từ tủ phân phối chính bằng các tuyến dây riêng biệt Các phụ tải trong phân xưởng cung cấp điện từ tủ phân phối phụ qua các tuyến dây riêng biệt Sơ đồ nối dây hình tia có 1 số ưu điểm và nhược điểm sau:

+ Giảm được số các tuyến đi từ nguồn trong trường hợp có nhiều phụ tải. + Giảm được chi phí xây dựng mạng điện.

+ Có thể phân phối công suất đều trên các tuyến dây

+ Phức tạp trong vận hành và sửa chữa.

+ Các thiết bị ở cuối đường dây sẽ có độ sụt áp lớn khi một trong các thiết bị điện trên cùng tuyến dây khởi động.

+ Độ tin cậy cung cấp điện thấp.

 Phạm vi ứng dụng: Mạng hình tia thường áp dụng cho phụ tải công suất lớn, tập trung (thường là các xí nghiệp công nghiệp, các phụ tải quan trọng: loại 1 hoặc loại 2).

Phương án đi dây phân nhánh:

Hình 2.6 Sơ đồ đi dây phân nhánh Trong sơ đồ đi dây kiểu phân nhánh ta có thể cung cấp điện cho các phụ tải hoặc các tủ phân phối phụ Sơ đồ phân nhánh có một số ưu nhược điểm sau:

+ Giảm được các chuyến đi từ các nguồn trong trường hợp có nhiều phụ tải.

+ Có thể phân phối công suất đều trên các tuyến dây.

+ Phức tạp trong vận hành và sửa chữa.

+ Độ tin cậy cập cung cấp điện thấp.

+ Các thiết bị ở cuối đường dây sẽ có độ sụt áp lớn khi một trong các thiết bị trên cùng tuyến dây khởi động.

Phạm vi ứng dụng: Sơ đồ phân nhánh được sử dụng cung cấp điện cho các phụ tải công suất nhỏ, phân bố phân tán ( các thụ thể loại 2 loại 3).

Sơ đồ mạng hình tia phân nhánh

Hình 2.7 Sơ đồ kết hợp đi dây hình tia và phân nhánh

Thông thường màn hình tia kết hợp phân nhánh thường được phổ biến nhất ở các nước, trong đó kích thước cỡ dây dẫn giảm dần Tại mỗi điểm phân nhánh, dây dẫn thường được kéo trong ống hay các mương lắp ghép.

 Ưu điểm: Chỉ một nhánh cô lập trong trường hợp sự cố ( bằng cầu chì hay

CB ) việc xác định sự cố đơn giản hóa bảo trì hay mở rộng hệ thống điện, cho phép phần còn lại hoạt động bình thường, kích thước dây dẫn có thể phù hợp với mức dòng giảm dần cho tới cuối mạch.

 Khuyết điểm: sự cố xảy ra trong trường hợp đường cáp tủ điện chính sẽ cắt tất cả các mạch và tải phía sau.

2.7.3 Vạch phương án đi dây

Cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng được thực hiện từ các trạm biến áp với cấp điện áp thứ cấp là 380V Cấu trúc mạng điện phân xưởng là hệ thống ba pha bốn dây với trung tính nối đất.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Để cung cấp cho động cơ trong phân xưởng, dự định đặt tại các tụ phân phối chính trạm biến áp về cấp cho 3 tủ động lực rải rác cạnh tường phân xưởng và mỗi tủ động lực được cấp cho một nhóm phụ tải.

+ Từ tủ phân phối đến các tủ động lực thường dùng phương án đi dây hình tia. + Từ tụ động lực đến các thiết bị thường dùng sơ đồ hình tia cho các thiết bị công suất lớn và sơ đồ phân nhánh cho các thiết bị công suất nhỏ.

+ Các nhánh đi từ tủ phân phối không nên quá nhiều (n < 10) và tải có các nhánh có công suất bằng gần bằng nhau.

+ Khi phân tải cho các nhánh nên chú ý dòng định mức của các CB chuẩn ( 6A, 10A, 20A, 32A, 63A, 125A, 150A, 200A, 315A, 400A, 600A, 1000A ).

+ Đối với phụ tải loại 1 chỉ cần sử dụng sơ đồ hình tia.

Do phân xưởng là xưởng thực hành cơ khí Vì vậy để cho thuận tiện trong việc đi lại và vận chuyển cũng như bảo dưỡng, sửa chữa các có khi có sự cố, xét đến khả năng di dời hay thay đổi bố trí các thiết bị nhà xưởng tương lai thì ta chọn phương án đi dây như sau:

+ Từ máy biến áp đến t ủ phân phối chính: cáp đơn đi trong ống đơn tuyến chôn ngầm trong đất độ sâu 0.8m.

+ Từ tủ phân phối chính đến tủ động lực: cáp đơn theo hàng ngang, đi trên thang cáp gắn sát tường.

+ Toàn bộ dây và các từ tủ động lực đến các động cơ: cáp đa lõi, đi trên hệ thống khay có đục lỗ xuống từng động cơ.

+ Đường dây từ tủ chiếu sáng đến các bóng đèn: cho vào ống ruột gà và cách điện, được cố định vào tường và xà của mái nhà.

+ Đường dây từ tủ chiếu sáng đến phòng KCS vào nhà kho : cho vào ống ruột gà cách điện được cố định vào tường và xà của mái nhà.

2.7.4 Phương pháp lựa chọn và kiểm tra tiết diện dây dẫn

Cáp dùng trong mạng điện cao áp và thấp có nhiều loại, ta thường gặp loại cáp đồng hoặc cách nhôm; cáp một lõi, hai, ba hay bốn lõi cáp dầu hoặc các cao su Ở cấp điện áp 110-220 kV, cách điện áp này thường là dầu hay khí Cấp điện áp dưới 10KV,

Chương 2: Cơ sở lý thuyết thường được chế tạo theo kiểu bọc riêng lẻ từng pha Cáp có cách điện áp dưới 1kV thường là loại các điện áp bằng giấy thấm dầu hay cao su.

Dây dẫn ngoài trời thường là dây trần một sợi, nhiều sợi hay dây rỗng ruột. Dây dẫn dùng trong nhà thường là dây dẫn bọc cao su cách điện hoặc nhựa cách điện. Một số trường hợp, dây dẫn trong nhà là dây trần hoặc thanh dẫn nhưng phải được đặt trên sứ cách điện.

Trong mạng điện xí nghiệp, dây dẫn và cáp thường được chọn theo hai điều kiện sau:

+ Chọn theo điều kiện phát nóng.

+ Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

Khi lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp có thể lựa chọn theo một trong hai điều kiện trên và kiểm tra theo điều kiện còn lại Ngoài ra, cũng có thể lựa chọn tiết diện dây dẫn, dây cáp

+ Chọn theo mật độ dòng kinh tế của dòng điện.

+ Chọn theo mật độ dòng kinh tế J của dòng điện.kt

Bảng 2.5 Bảng tra hệ số K theo cách lắp đặt4

TT Cách lắp đặt Hệ số K4

1 Đặt trong ống chôn ngầm, hoặc rãnh đúc

Bảng 2.6 Bảng tra hệ số K theo số mạch cáp trong một hàng đơn2

TÍNH TOÁN CẤP ĐIỆN CHO XƯỞNG THỰC HÀNH CƠ KHÍ C41 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

Đặc điểm và sơ đồ mặt bằng xưởng cơ khí

3.1.1 Đặc điểm phân xưởng cơ khí Đây là mặt bằng phân xưởng thực hành cơ khí C41 (số liệu thực tế) có dạng hình chữ nhật, phân xưởng có kích thước:

 Diện tích toàn phân xưởng: 660 (m²)

Môi trường làm việc rất thuận lợi, ít bụi, nhiệt độ môi trường trung bình trong phân xưởng là: 32°C

Phân xưởng dạng hai mái tôn kẽm, nền xi măng, tường quét vôi trắng, toàn bộ phân xưởng có 02 cửa sắt kéo ra vào: 01 cửa đi chính, 01 cửa đi phụ

Trong phân xưởng có 30 động cơ, 01 nhà kho, 1 nhà vệ sinh, 02 phòng làm việc, ngoài ra phân xưởng còn có hệ thống chiếu sáng Phân xưởng được lấy điện từ trạm biến áp với cấp điện áp là: 22/0.4kV.

Chương 3: Tính toán cấp điện cho xưởng TH cơ khí C41 trường Đại học Trà Vinh

3.1.2 Sơ đồ mặt bằng xưởng cơ khí

Hình 3.2 Sơ đồ mặt bằng xưởng thực hành cơ khí

Xác định phụ tải tính toán

Trong phân xưởng thực hành cơ khí thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm các thiết bị điện cần tuân theo nguyên tắc sau: + Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc

+ Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau, tránh trống chéo dây dẫn

+ Công suất thiết bị trong nhóm cũng nên cân đối để khỏi quá chênh lệch giữa các nhóm.

+ Số lượng thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí thành nhóm kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Phân nhóm các thiết bị trong phân xưởng

1 máy Toàn bộ Nhóm 1( cosφ¿0.6¿¿

3.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

1 máy Toàn bộ Nhóm 1( cosφ¿0.6¿ ¿

Tra bảng 2.2 (trang 8) ta tìm được k =0.15; sd cosφ¿0.6

Ta có số thiết bị trong nhóm n=8

P Σ V.2(kW) trong đó ta có P MAX =>P MAX

Từ và ta có thể suy ra được n * P * n hq * từ công thức: n hq ¿ = 0.95

Từ n hq * ta có thể tính được n hq từ công thức n hq =n ×n hq ¿ n hq =8×0.91=7.28

Từ n và K ta có thể tra bảng 2.3 (trang 9) để tìm được giá trị Khq sd MAX = 2.48

Từ giá trị KMAX và K ta có thể tính được giá trị công suất tính toán của nhóm phụ tải sd từ công thức:

Chọn thiết bị bảo vệ MCCB của LS.N1

I tt − MCCB −N1=K at × I tt − MCCB −N 1=1,2×52.7=6 3.24(A).

P Σ 37(kW) trong đó ta có P MAX =4.75 =>

Từ và ta có thể suy ra được n * P * n hq * từ công thức: n hq ¿= 0.95

Từ n hq * ta có thể tính được n hq từ công thức n hq =n ×n hq ¿ n hq =9×0.6=5.4

Từ n và K ta có thể tra bảng 2.3 (trang 9) để tìm được giá trị Khq sd MAX = 2.87 Từ giá trị KMAX và K ta có thể tính được giá trị công suất tính toán của nhóm phụ tải từ sd công thức:

P i ×n i ¿>P tt =2.87×0.15×17.37=7.5(kW) Vậy P tt =7.5(kW)

I tt MCCB − −N 2=K at × I tt − MCCB −N 2=1,2×19=2 2.8(A).

1 máy Toàn bộ Nhóm 3( cosφ¿0.6¿¿

P Σ (kW) trong đó ta có P MAX = 19 =>

Từ và ta có thể suy ra được n * P * n hq * từ công thức:

Chương 3: Tính toán cấp điện cho xưởng TH cơ khí C41 trường Đại học Trà Vinh n hq ¿= 0.95

Từ n hq * ta có thể tính được n hq từ công thức n hq =n ×n hq ¿ n hq =7×0.94=7

Từ n và K ta có thể tra bảng 2.3 (trang 9) để tìm được giá trị Khq sd MAX = 2.48

Từ giá trị KMAX và K ta có thể tính được giá trị công suất tính toán của nhóm phụ tải sd từ công thức:

P i ×n i ¿>P tt =2.48×0.15×924.2(kW) Vậy P tt 4.2(kW)

I tt MCCB − −N3=K at × I tt−MCCB−N 3=1,2×8 6.5=1 03.8(A).

Tính toán phụ tải chiếu sáng của phân xưởng thực hành cơ khí

Có nhiều phương pháp để xác định phụ tải chiếu sáng trong công nghiệp, do đặc điểm của phân xưởng nên ta chọn phương pháp tính gần đúng Phương pháp này đơn giản, được ứng dụng nhiều trong thực tế.

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được xác định theo phương pháp chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích:

Trong đó: p 0 - Suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích công suất [W/m²]

F - Diện tích được chiếu sáng.

Trong phân xưởng cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt tra bảng PL1.2 tìm được p 0 [W/m²]

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng :

Công suất biểu kiến chiếu sáng toàn phân xưởng với hệ số cosφ cs = 0.95:

Dòng điện tính toán chiếu sáng:

 Chọn MCCB của LS.cs

Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng

Phụ tải tính toán của toàn phân xưởng:

Trong đó: kdt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng lấy k=0.9

Phụ tải phản kháng của phân xưởng:

Q tt dl =0.9×(27.7 9.98 45.5+ + )t.9(kVAr) Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả tính toán:

Chọn MCCB của LS:tong

Chọn máy biến áp cho phân xưởng

Phân xưởng sửa chữa điện cơ này thuộc hộ tiêu thụ loại 2, nên ta chỉ chọn 1 máy biến áp cung cấp điện cho phân xưởng.

Phân xưởng được đặt gần trạm biến áp khu vực với cấp điện áp 22kV, phụ tải của phân xưởng là phụ tải động lực có điện áp định mức 380V và 220V và phụ tải chiếu sáng, không có phụ tải điện áp cao, do đó ta chỉ cần chọn máy biến áp có điện áp định mức là 22/0,4kV.

Nhưng ở đây ta không có đồ thị phụ tải cụ thể, do đó ta chọn dung lượng máy biến áp theo điều kiện sau:

Chọn máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây theo điều kiện:

Công suất phụ tải điện của toàn phân xưởng:

Vậy chọn máy biến áp THIBIDI như sau:

Bảng 3.2 Thông số máy biến áp THIBIDI

Tổn hao không tải (Po) ≤ 205W

Tổn hao ngắn mạch (Pk) ≤ 1250W Điện áp ngắn mạch (Uk) ≥ 4%

Hình 3.3 Máy biến áp THIBIDI 120 kVA

Vạch phương án đi dây

Sơ đồ nguyên lý đi dây của phân xưởng:

Sơ đồ đi dây cho các nhóm phụ tải động lực:

Hình 3.5 Sơ đồ đi dây cho các nhóm phụ tải động lực

Sơ đồ đi dây cho các nhóm phụ tải khác:

Hình 3.6 Sơ đồ đi dây cho các nhóm phụ tải khác

Lựa chọn và kiểm tra tiết diện dây dẫn

Từ các yêu cầu trên chương 2 ta thấy việc xác định phương án đi dây rất quan trọng, có ảnh hưởng rất lớn đến việc chọn CB sau này Vì vậy ta tiến hành đi dây cho phân xưởng như sau:

Chọn dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính:

Tuyến dây đi từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính là tuyến dây chính, chịu dòng tải lớn, nên thường dùng 4 cáp (3 cáp pha và 1 cáp trung tính) Ta chọn phương án đi cáp ngầm trong đất và được đặt trong ống nhựa cứng PVC chuyên dụng của công ty điện lực (độ sâu chôn cáp 0.5m), tra bảng 2.6 (trang 22) ta được hệ số theo cách lắp đặt k=0.8.

Dòng điện làm việc lớn nhất của tải đi qua dây dẫn:

Ilvmax = I = 152 (A)ttpx Đã tính ở mục 3.4 (bao gồm phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng theo phương pháp gần đúng và hệ số K = 0.9).dt

Cần chú ý rằng cáp tổng phải được chọn theo dòng định mức của máy biến áp. Dòng qua cáp Ilvmax tính như sau:

100 0.4×√3 =1 44.3 (A) Dòng điện cho phép định mức cho phép của dây:

0,8=1 90 (A) Tra thông số kỹ thuật cáp điện CADIVI theo bảng tra dây CADIVI, ta chọn cáp điện lực hạ thế CVV/DTA ruột đồng, một lõi (nhiều sợi xoắn), cách điện PVC, vỏ PVC có giáp bảo vệ, đi trong ống đơn tuyến chôn trong đất:

Bảng 3.3 Thông số dây từ TBA đến TPP

Tiết diện ruột dẫn(mm ) Dòng điện định mức(A) 2 Độ sụt áp (mV/A/m)

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ động lực nhóm N1

Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối động lực N1 dùng 4 cáp (3 cáp pha và 1 cáp trung tính) Ta chọn phương án lắp trên không chuyên dụng của công

Ilvmax = IttN1 = 52.7 (A) Đã tính ở mục 3.2.2 dòng điện cho phép định mức cho phép của dây:

I cp =I lvmax k =I lvmax k =5 2.7 0,78g.6(A ) Tra thông số kỹ thuật cáp điện CADIVI theo bảng tra dây CADIVI ,ta chọn cáp điện lực hạ thế CVV/DTA ruột đồng, một lõi (nhiều sợi xoắn), cách điện PVC, vỏ PVC, không giáp bảo vệ, lắp trên không (trên cùng một mặt phẳng và cách khoảng) :

Bảng 3.4 Thông số dây từ TPP đến TDL nhóm N1

Tiết diện ruột dẫn (mm ) 2 Dòng điện định mức (A) Độ sụt áp (mV/A/m)

Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối động lực N2 dùng 4 cáp (3 cáp pha và 1 cáp trung tính) Ta chọn phương án lắp trên không chuyên dụng của công ty điện lực, tra bảng 2.6 (trang 22) ta được hệ số theo cách lắp đặt k=0.78.

Ilvmax = IttN2 = 19 (A) Đã tính ở mục 3.2.2 dòng điện cho phép định mức cho phép của dây:

I cp =I lvmax k =I lvmax k =1 9 0,78=2 4.4(A ) Tra thông số kỹ thuật cáp điện CADIVI theo bảng tra dây CADIVI, ta chọn cáp điện lực hạ thế CVV/DTA ruột đồng, một lõi (nhiều sợi xoắn), cách điện PVC, vỏ PVC, không giáp bảo vệ, lắp trên không (trên cùng một mặt phẳng và cách khoảng) :

Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ phân phối động lực N3 dùng 4 cáp (3 cáp pha và 1 cáp trung tính) Ta chọn phương án lắp trên không chuyên dụng của công ty điện lực, tra bảng 2.6 (trang 22) ta được hệ số theo cách lắp đặt k=0.78.

Ilvmax = IttN3 = 86.5 (A) Đã tính ở mục 3.2.2 dòng điện cho phép định mức cho phép của dây:

I cp =I lvmax k =I lvmax k =8 6.5 0,78=1 10.9(A ) Tra thông số kỹ thuật cáp điện CADIVI theo bảng tra dây CADIVI, ta chọn cáp điện lực hạ thế CVV/DTA ruột đồng, một lõi (nhiều sợi xoắn), cách điện PVC, vỏ PVC, không giáp bảo vệ, lắp trên không (trên cùng một mặt phẳng và cách khoảng) :

Chọn dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ chiếu sáng

Tuyến dây đi từ tủ phân phối chính đến tủ chiếu sáng dùng 2 cáp (1 cáp pha và

1 cáp trung tính) Ta chọn phương án lắp trên không chuyên dụng của công ty điện lực, tra bảng 2.6 (trang 22) ta được hệ số theo cách lắp đặt k=0.87.

Ilvmax = I = 43 (A)ttcs Đã tính ở mục 3.2.2 dòng điện cho phép định mức cho phép của dây:

I cp =I lvmax k =I lvmax k C 0,78U.1(A ) Tra thông số kỹ thuật cáp điện CADIVI theo bảng tra dây CADIVI, ta chọn cáp điện lực hạ thế CVV/DTA ruột đồng, một lõi (nhiều sợi xoắn), cách điện PVC, vỏ PVC, không giáp bảo vệ, lắp trên không (trên cùng một mặt phẳng và cách khoảng):

Bảng 3.7 Thông số dây từ TPP đến TCS

Tiêu đề	Tính toán cấp Điện cho xưởng thực hành cơ khí C41 trường Đại học Trà Vinh
Tác giả	Nguyễn Thành Lộc
Người hướng dẫn	ThS. Lê Thanh Tùng
Trường học	Trường Đại học Trà Vinh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
Thể loại	Đồ Án Môn Học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Trà Vinh

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	5,73 MB