Vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sảnxuất ra được điện năng làm thế nào để cung cấp điện cho các phụ tải một cách hiệuquả, tin cậy.Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công ngh
GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH YÊU CẦU CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỘ PHỤ TẢI
Giới thiệu chung về các quy trình công nghệ trong nhà máy Cơ khí
Trong công nghiệp ngày nay ngành cơ khí là một ngành công nghiệp then chốt của nền kinh tế quốc dân tạo ra các sản phẩm cung cấp cho các nghành công nghiệp khác cũng như nhiều lĩnh vực trong kinh tế và sinh hoạt Đáp ứng nhu cầu của sự phát triển kinh tế, các nhà máy cơ khí chiếm một số lượng lớn và phân bố rộng khắp cả nước.
Nhà máy cơ khí là một nhà máy mà nó phục vụ cho các ngành khác nhau như: giao thông vận tải, nông nghiệp, xây dựng, cung cấp các thiết bị máy móc, vật tư cho nền công nghiệp, quốc phòng và an ninh quốc gia Với quy trình chủ yếu là sản xuất, chế tạo, sửa chữa thiết bị máy móc Do vậy việc cung cấp điện cho nhà máy phải phù hợp với hệ thống điện khu vực, và phát triển chung của nền kinh tế Chính vì điều này mà mức độ tin cậy cung cấp điện cho nhà máy cũng có một tầm quan trọng nhất định.
Là một nhà máy sản xuất các thiết bị công nghiệp vì vậy phụ tải của nhà máy đều làm việc theo dây chuyền, có tính chất tự động hóa cao Nếu vì một lý do nào đấy mà phải ngừng cung cấp điện cho nhà máy thì dẫn đến hiện tượng ngưng trễ quá trình sản xuất, lãng phí sức lao động và gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế Do đó, ta nên xếp nhà máy thuộc vào hộ tiêu thụ loại 1 và loại 2.
Nhà máy đang xem xét đến là nhà máy Cơ khí sản xuất các thiết bị cung cấp cho các nhà máy công nghiệp Nhà máy có 13 hộ phụ tải, bao gồm các phân xưởng sản xuất và các nhà điều hành Nhà máy cần đảm bảo được cấp điện liên tục Do đó nguồn điện cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian.
Các thông số của nhà máy Cơ khí
BẢNG 1: SỐ LIỆU PHỤ TẢI PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ SỐ 1
T Tên thiết bị Ký hiệu Công suất(kW,kVA)
BẢNG 2: SỐ LIỆU PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÁC PHÂN XƯỞNG
TRONG NHÀ MÁY stt Tên phân xưởng Đề A Đề B
Cơ khí 1 Ptt Qtt Ptt Qtt 1
Rèn, dập 120 110 165 140 1 Đúc thép 270 170 220 180 1 Đúc gang 380 340 400 350 1
Có nhiệm vụ sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị máy móc cơ điện của nhà máy. Phân xưởng này cũng trang bị nhiều máy móc vạn năng có độ chính xác cao nhằm đáp ứng yêu cầu sửa chữa phức tạp của nhà máy
Có nhiệm vụ sản xuất nhiều sản phẩm cơ khí đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Quá trình thực hiện trên máy cắt gọt kim loại khá hiện đại với dây chuyền tự động cao. Nếu điện không ổn định, hoặc mất điện sẽ làm hỏng các chi tiết đang gia công gây lãng phí lao động Các thiết bị dùng điện có công suất trung bình từ 4,5 đến 17 kw.Phân xưởng này ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1 hoặc 2 (phân xưởng cơ khí 1 xếp vào loại 2, phân xưởng cơ khí 2 xếp vào loại 1).
Có nhiệm vụ tạo hình các sản phẩm theo yêu cầu.
1.2.4 Phân xưởng đúc thép, đúc gang Đây là hai loại phân xưởng mà đòi hỏi mức độ cung cấp điện cao nhất.Nếu ngừng cấp điện thì các sản phẩm đang nấu trong lò sẽ trở thành phế phẩm gây ảnh hưởng lớn về mặt kinh tế Phân xưởng đúc có các lò điện công suất vài chục đến hàng trăm kw Các lò than với hệ thống quạt gió công suất từ 2 đến 4 kw, cầu trục công suất từ 15 đến 70 kw nhiệm vụ là sản xuất phôi lớn vỏ máy… Ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1.
1.2.5 Phân xưởng dụng cụ, mộc mẫu
Có nhiệm vụ tạo ra các loại dụng cụ khuôn mẫu, các chi tiết chủ yếu phục vụ cho quá trình đúc thép và đúc gang nên đòi hỏi phải có độ chính xác cao Do chức năng như vậy nên phân xưởng dụng cụ xếp vào hộ tiêu thụ loại 2 còn phân xưởng mộc mẫu xếp vào hộ loại 1
Phân xưởng thực hiện khâu cuối cùng của việc chế tạo thiết bị, đó là nhiệt luyện để thay đổi vi cấu trúc chất rắn giúp đồng đều về mặt cấu trúc vật chất của sản phẩm, phân xưởng này được xếp vào hộ tiêu thụ loại 1.
Có nhiệm vụ kiểm tra chất lượng sản phẩm và chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm. Cần độ tin cậy cung cấp điện cao nên ta xếp vào hộ tiêu thụ loại2.
Có nhiệm vụ bảo quản và cất giữ các sản phẩm (kho 1) và vật tư (kho2) của nhà máy trong quá trình chưa tiêu thụ sản phẩm và sản xuất Yêu cầu cung cấp điện cho nhà kho chủ yếu là cung cấp điện chiếu sáng và sấy để bảo quản sản phẩm và vật tư.Xếp vào hộ tiêu thụ loại 2.
Nhà hành chính là khu nhà cao tầng gồm nhiều phòng làm việc để lập kế hoạch,điều hành và chỉ huy toàn nhà máy Các phòng làm việc được trang bị các thiết bị sinh hoạt và các thiết bị văn phòng như máy tính, máy in, máy fax, điều hòa, quạt…
Phân tích yêu cầu cung cấp điện cho hộ phụ tải
Điện năng là một dạng năng lượng có ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (cơ năng, quang năng, nhiệt năng…), dễ truyền tải và phân phối.Vì vậy, điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người Điện năng nói chung không tích trữ được chính vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng luôn đảm bảo cân bằng, trừ một số trường hợp cá biệt như: pin, acquy v.v… Quá trình sản xuất điện năng là một quá trình điện từ, đặc điểm của quá trình này xảy ra rất nhanh Để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như đo lường, tự động hóa v.v…Điện năng là nguồn nă oạch phát triển điện năng phải đi trước một bước nhằm thỏa mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai 5-10 năm hoặc có khi lâu hơn nữa Khi thiết kế cung cấp điện cần phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
2.3.1 Độ tin cậy cung cấp điện Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào Trong điều kiện cho phép, ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt Trong quy trình trang bị điện và quy trình sản xuất của nhà máy cơ khí thì việc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gây thiệt hại về kinh tế, do đó ta xếp nhà máy cơ khí vào hộ phụ tải loại
Chất lượng điện đánh giá bằng 2 tiêu chuẩn tần số và điện áp Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh.Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống lưới điện.
Vì vậy, người thiết kế cung cấp điện thường phải chỉ quan tâm đến chất lượng điện áp của khách hàng Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị 5% điện áp định mức Đối với phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như các máy móc thiết bị điện tử, cơ khí có độ chính xác v.v… Điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng 2,5%.
Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp chủ yếu là phụ tải động lực thường có chế độ làm việc dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp đến thiết bị là 380/220V, công suất của chúng nằm trong dải từ 1 đến hàng chục kW và được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều tần số 50Hz.
Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị.Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn được sơ đồ cung cấp điện hợp lý, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành.Các thiết bị phải được chọn đúng loại, đúng công suất.Công tác xây dựng, lắp đặt phải được tiến hành đúng, chính xác, cẩn thận Cuối cùng việc vận hành, quản lý hệ thống điện có vai trò hết sức quan trọng, người sử dụng tuyệt đối phải chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện.
Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật trên được đảm bảo Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành, bảo dưỡng và thời gian thu hồi vốn đầu tư Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh giữa các phương án từ đó mới lựa chọn được các phương pháp, phương án cung cấp điện tối ưu.Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế hệ thống ta phải biết vận dụng, lồng ghép các yêu cầu trên vào nhau để tiết kiệm được thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế.
2.3.5 Phân loại hộ phụ tải điện
Hộ tiêu thụ điện là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện Tùy theo mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được phân thành ba loại:
- Hộ loại 1: là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến nguy hiểm đối với tính mạng con người, gây thiệt hại lớn về kinh tế (hư hỏng máy móc, thiết bị, gây ra hàng loạt phế phẩm), ảnh hưởng lớn đến kinh tế, chính trị, an ninh quốc phòng… Đối với hộ loại 1, phải được cung cấp ít nhất từ hai nguồn điện độc lập, hoặc phải có nguồn dự phòng nóng.
- Hộ loại 2: là hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế như hư hỏng một bộ phận máy móc thiết bị, gây ra phế phẩm, ngừng trệ sản xuất.Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do việc không bị ngừng cung cấp điện.
- Hộ loại 3: là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư, trường học, phân xưởng phụ của các nhà máy Đối với hộ sử dụng điện loại này cho phép mất điện trong thời gian ngắn để sửa chữa khắc phục sự cố.
Thông thường hộ tiêu thụ loại 3 được cấp điện từ một nguồn
Kết luận: Phụ tải của nhà máy có nhiều loại phụ tải khác nhau Mỗi phụ tải có một đặc điểm riêng và chỉ tiêu xác định điều kiện là việc khác nhau, đòi hỏi khi cung cấp điện cần phải thỏa mãn:
Công suất định mức nhà máy và dải công suất của toàn nhà máy.
Điện áp định mức và dải tần số.
Điện áp định mức của phụ tải toàn nhà máy phù hợp với điện áp của hệ thống và tần số của các thiết bị điện trong nhà máy cũng phải phù hợp với tần số của hệ thống điện
Đối với các phụ tải tiêu thụ điện trong nhà máy thuộc hộ phụ tải loại 1 tuy có tầm quan trọng lớn nhưng khi ngùng cung cấp điện nó chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế.
Vì vậy nhà máy cần cung cấp một nguồn điện hoặchai nguồn điện cung cấp đồng thời để khi xảy ra ngừng cung cấp điện có thể chuyển nguồn một cách tự động hoặc bằng tay.
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ I VÀ TOÀN BỘ NHÀ MÁY CƠ KHÍ I
Các phương pháp tính phụ tải tính toán
2.1.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu
Stt=√ Ptt 2 +Qtt 2 = cosφ Ptt
Một cách gần đúng có thể lấy Pđ=Pđm, do đó:
Pđi, Pđmi – công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i, kW;
- Ptt, Qtt, Stt – công suất tác dụng, phản kháng, toàn phần tính toán của nhóm thiết bị, kW, kVAr, kVA;
- Knc – hệ số nhu cầu (có thể tra sổ tay ngành điện);
- n – số thiết bị trong nhóm.
Nếu hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm khác nhau thì ta phải tính hệ số công suất trung bình (cosφtb) theo công thức sau:
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện.Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác Bởi hệ số nhu cầu tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm.
2.1.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất
P0 – suất phụ tải trên 1 m 2 diện tích sản xuất, kW/m 2 , (Tra sổ tay ngành điện).
F – diện tích sản xuất, m 2 , (tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất).
Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Nó cũng được dùng để tính toán phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều, như phân xưởng gia công cơ khí, dệt, sản xuất ôtô v.v…
2.1.3 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản xuất
M - số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng);
W0 – suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đơn vị sản phẩm;
Tmax – thời gian sử dụng công suất lớn nhất, h.
Phương pháp này thường được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân v.v… khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.
2.1.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu (phương pháp này được dùng để xác định phụ tải tính toán của phân xưởng cơ khí)
Trong đó: n: Số thiết bị điện trong nhóm
Pđmi: Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm.
Kmax: Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ.
Kmax = f (nhq, Ksd). nhq: số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế.( Gồm có các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau ).
Công thức để tính nhq như sau: nhq=∑ i=1 n Pdmi ¿ 2 ¿
Pđm: công suất định mức của thiết bị thứ i. n: số thiết bị có trong nhóm.
- Khi n lớn thì việc xác định nhqtheo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau: a) Khi thoả mãn điều kiện: m = ≤ 3
Và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n.
Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm b) Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau: nhq c) Khi m > 3 và Ksd< 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau:
Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max
Tính P1- tổng công suất của n1 thiết bị kể trên:
P: tổng công suất của các thiết bị trong nhóm:
Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*, P* ) hoặc biểu thức:
Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn khi tính nhqtheo công thức:
∑%: hệ số đóng điện tương đối phần trăm.
Cũng cần quy đổi về công suất 3pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha. d) Nếu thiết bị 1pha đấu vào điện áp pha: Pqd = 3.Pđmfa max e) Thiết bị 1pha đấu vào điện áp dây: Pqd = 3.Pđm
Chú ý: Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán: g) Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị gồm số thiết bị là 3 hay ít hơn có thể lấy bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó:
Pdmi n: số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm.
Khi số thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 nhưng số thiết bị tiêu thụ hiệu quả nhỏ hơn 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức:
Trong đó: Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau:
Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn.
Kt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Phân nhóm và xác định phụ tải tính toán cho phân xương Cơ khí I
Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm các thiết bị điện Việc phân nhóm phải tuân theo các nguyên tắc sau:
Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp Nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng.
Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.
Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ độnglực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường ≤(8÷12).
Tuy nhiên thường rất khó thoả mãn tất cả các nguyên tắc trên Do vậy người thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn ra phương án tối ưu phù hợp nhất trong các phương án có thể.
Dựa vào nguyên tắc phân nhóm điện ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng Trong đồ án này với phân xưởng cơ khí ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại.
- Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng phân xưởng ta chia ra làm 4 nhóm thiết bị phụ tải như bảng sau.
BẢNG 3: BẢNG PHÂN CHIA NHÓM PHỤ TẢI PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ SỐ 1
Stt Tên thiết bị Ký hiệu Công suất (kW, kVA) Cosφ ksd
2.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm phụ tải của phân xưởng cơ khí a) Tính toán phụ tải nhóm 1
Bảng 4: thông số các thiết bị trong nhóm phụ tải 1
Công suất(Kw, kVA) cos φ ksd
- Số thiết bị trong nhóm: n = 6
- Tổng công suất của n thiết bị trong nhóm 1:
Vì Ksd> 0,2 và n = 6 > 3 nên nhq được xác định như sau:
Ta có công thức: nhq= ¿¿ =5,07
Hệ số công suất trung bình theo công thức:
+ Công suất phản kháng của nhóm 1:
+Công suất toàn phần của nhóm 1:
+ Dòng điện tính toán của nhóm 1:
Itt1=√ 3 Stt Udm 1 =√ 30,38 3.0,38 F,16(A) b) Tính toán phụ tải nhóm 2:
Bảng 5: thông số các thiết bị trong nhóm phụ tải 2
- Số thiết bị trong nhóm: n = 6
- Tổng công suất của n thiết bị trong nhóm 2:
Vì Ksd>0,2 và n = 6 > 4 nên nhqđược xác định như sau:
Ta có công thức: nhq=¿¿=5,32
Hệ số công suất trung bình theo công thức:
+ Công suất phản kháng của nhóm 2:
+Công suất toàn phần của nhóm2:
+ Dòng điện tính toán của nhóm 2:
Itt2=√ 3 Stt Udm 2 =√ 34.51 3.0,38 =6,38(A) c) Tính toán phụ tải nhóm 3:
Bảng 6: thông số các thiết bị trong nhóm phụ tải 3
17 Máy BA hàn 27 18kVA εdm 6% 0,67 0,22
-Trong nhóm máy có thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại quy đổi về chế độ dài hạn:
- Số thiết bị trong nhóm: n = 6
- Tổng công suất của n thiết bị trong nhóm 3:
Số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị lớn nhất có trong nhóm n1=5.
Công suất của các thiết bị hữu ích (tổng P của những thiết bị có P không nhỏ hơn nửa P của thiết bị có công suất lớn nhất):
Tra bảng 3-1 sách CCĐ trang 36 ta được n*hq=0,89
Số thiết bị làm việc hiểu quả nhq=n×n*hq=6×0,89=5,34
Vì hệ số công suất cos φ của các thiết bị trong nhóm là không giống nhau nên ta phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức:
Tra đồ thị 3-5 sách “CCĐ tác giả - Nguyễn Công Hiền - Nguyễn Xuân Phú trang 32” Với Ksdtb=0,22 và nhq= 5,4 mà trong bảng không có giá trị Ksdtb=0,22, nên ta có:
-Công suất phản kháng của nhóm 3:
-Công suất toàn phần của nhóm 3:
+ Dòng điện tính toán của nhóm 3:
Itt3=√ 3 Stt Udm 3 =√ 41,71 3.0,38 c,37(A) d) Tính toán phụ tải nhóm 4:
Bảng 7: thông số các thiết bị trong nhóm phụ tải 4
- Số thiết bị trong nhóm: n = 5
- Tổng công suất của n thiết bị trong nhóm 4:
Số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị lớn nhất có trong nhóm n1=2.
Công suất của các thiết bị hữu ích (tổng P của những thiết bị có P không nhỏ hơn nửa P của thiết bị có công suất lớn nhất):
Tra bảng 3-1 sách CCĐ trang 36 ta được n*hq=0,81.
Số thiết bị làm việc hiểu quả nhq=n×n*hq=5×0,81=4,05
Hệ số công suất trung bình theo công thức:
Tra đồ thị 3-5 sách “CCĐ tác giả - Nguyễn Công Hiền-Nguyễn Xuân Phú trang
32 ” với Ksdtb=0,22 và nhq= 4,05 mà trong bảng không có giá trị Ksdtb=0,22, nên ta có: =>: nhq=4 ; Ksd=0,2→ Kmax=2,64
+ Công suất phản kháng của nhóm 1:
+Công suất toàn phần của nhóm 4:
+ Dòng điện tính toán của nhóm 4:
Bảng 8: Bảng tính toán cho các nhóm máy của phân xưởng cơ khí
Nhóm Ksd Kmax nhq cosφ ΣPđm(Kw) Ptt(Kw) Stt(Kw) Qtt(kVAr) Itt(A)
Công suất chiếu sáng của phân xưởng cơ khí 1:
Vì diện tích phân xưởng cơ khí được tính theo sơ đồ mặt bằng nhà máy nên ta tiến hành đo ta được kết quả như sau: a = 3,6.500= 1800cm = 18 m b = 1,8.500= 900cm = 90m
Diện tích phân xưởng cơ khí là: F = 18.90= 1620m 2
Phụ tải chiếu sáng được xác định dựa trên suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích theo công thức sau: Pcs = P0.F
Trong phân xưởng hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt, tra bảng PL I.2 [sách Thiết Kế CCĐ] tìm được P0 = 13 W/m 2 Ở đây ta sử dụng đèn sợi đốt nên cosφcs = 1 tg φ cs= 0
Ta sử dụng đèn sợi đốt chiếu sáng nên:
Scspx=√ 2,106 2 +0 2 =2,106 (kVA)-Hệ số đồng thời: Kdt=0,8
-Phương trình tính toán của phân xưởng:
Pttpx=(∑ i=1 n Pttnh+ Pcs ).Kdt=(114,94+118,378).0,86,65(kW)
BẢNG 5: SỐ LIỆU PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CÁC PHÂN XƯỞNG
Stt Tên phân xưởng Đề A Đề B
Phụ tải của toàn nhà máy được xác định theo công thức:
Trong đó: Kđt là hệ số đồng thời xét đến khả năng phụ tải lớn nhất của phân xưởng kđt = 0,8-0,85 lấy kđt = 0,85
Kpt là hệ số kể đến khả năng phát triển thêm phụ tải trong tương lai của nhà máy:
Kpt = 1,05 - 1,15 lấy kpt = 1,13 ∑ Pttnm)96 ∑ Qttnm$61
Pttnm=Kdt Kpt √ ∑ i=1 14 Pttnm 2 + ∑ i=1 14 Qttnm=¿ 85.1,13.
Dòng điện tính toán nhà máy:
THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY
Thiết kế mạng điện cho phân xưởng
3.1.1 Cung cấp diện cho phân xưởng
Mạng điện phân xưởng dùng để cung cấp và phân phối điện năng cho phân xưởng nó phải đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật như: đơn giản, tiết kiệm về vốn đầu tư, thuận lợi khi vận hành và sữa chửa, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đảm bảo chất lượng điện năng, giảm đến mức nhỏ nhất các tổn thất phụ.
Sơ đồ nối dây của phân xưởng có 3 dạng cơ bản:
- Sơ đồ hình tia: dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán Từ thanh cái trạm biến áp có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực Từ tủ phân phối động lực có các đường dây dẫn đến phụ tải Loại sơ đồ này có độ tin cậy tương đối cao, thường được dùng trong các thiết bị phân tán trên diện tích rộng như phân xưởng cơ khí, lắp ráp, dệt v.v Ð Ð Ð Ð
Hình 3-1: Sơ đồ nối dây hình tia
- Sơ đồ nối dây phân nhánh: Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp, chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều. Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp thường dùng cho các hộ loại III
Hình 3-2: Sơ đồ tia nhánh phối hợp Hình 3-3: Sơ đồ phân nhánh
- Sơ đồ nối dây hỗn hợp: Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng phụ tải hoặc của các nhóm phụ tải.
⇒Từ những ưu khuyết điểm trên ta dùng sơ đồ hỗn hợp của hai dạng sơ đồ trên để cấp điện cho phân xưởng, cụ thể là:
- Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 áptômát tổng phía từ trạm biến áp về và 5 áptômát nhánh cấp điện cho 4 tủ động lực.
- Các tủ động lực: Mỗi tủ được cấp điện từ thanh góp tủ phân phối của phân xưởng bằng một đường cáp ngầm hình tia, phía đầu vào đặt áptômát hoặc cầu dao và cầu chì làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết bị trong phân xưởng Các nhánh ra cũng đặt các cầu dao, cầu chì nhánh để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải, thường các tủ động lực có tối đa 8 - 12 đầu ra vì vậy đối với các nhóm có số máy lớn sẽ nối chung các máy có công suất bé lại với nhau cùng một đầu ra của tủ động lực.
- Trong một nhóm phụ tải: Các phụ tải có công suất lớn thì được cấp bằng đường cáp hình tia còn các phụ tải có công suất bé và ở xa tủ động lực thì có thể gộp thành nhóm và được cung cấp bằng đường cáp trục chính.
Chọn sơ đồ cấp điện cho phân xưởng
Qua phân tích ở trên đối với phân xưởng cơ khí ta dùng sơ đồ hỗn hợp để cung cấp điện cho phân xưởng: Cấu trúc sơ đồ đi dây (sơ đồ lắp đặt các thiết bị mạng điện phân xưởng) được thiết kế như sau:
Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho phân xưởng
1 Tủ động lực được đặt tại vị trí thõa mãn các điều kiện sau:
- Càng gần TTPT của nhóm máy càng tốt.
- Tiện lợi cho các hướng đi dây.
- Tiện lợi cho thao tác vận hành, bảo dưỡng sửa chữa.
2 Tủ phân phối trung gian được đặt tại vị trí thõa mãn các điều kiện sau:
- Gần TTPT của các tủ động lực.
- Tiện lợi cho các hướng đi dây.
- Tiện lợi cho thao tác vận hành, bảo dưỡng sửa chữa.
3 Đi dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối trung gian bằng cáp 3 pha bốn lõi bọc cách điện trong hào cáp (rãnh cáp) có nắp đậy bê tông, nếu phân xưởng lớn có thể dùng nhiều đường cáp khi đó nên chia phân xưởng thành nhiều khu vực (hay những phân xưởng con) để thiết kế cung cấp điện như một phân xưởng đã trình bày trên, vì dùng nhiều đường cáp song song cấp điện đến 1 tủ có nhiều nhược điểm trong quá trình vận hành.
4 Đi dây từ tủ phân phối đến tủ động lực bằng cáp bọc cách điện đặt trong rãnh cáp Xung quanh có nắp đậy bê tông xây dọc theo chân tường nhà xưởng.
5 Đi dây từ tủ động lực tới các máy bằng cáp 3 pha 4 lõi bọc cách điện tăng cường luồn trong ống thép (bảo vệ vỏ cáp) chôn ngầm dưới nền nhà xưởng khoảng50cm, mỗi ngạch đi dây không nên uốn góc 2 lần, góc uốn không nhỏ hơn 120 ο .Trường hợp trong nhóm có thiết bị công suất nhỏ, ta có thể đi dây kiểu hỗn hợp Đầu nối rẽ nhánh cho máy thứ 2 được thực hiện tại hộp nối dây của máy thứ nhất, không được trích ngang đường cáp.
Tính chọn các thiết bị cho mạng phân xưởng
3.3.1 Chọn dây chảy bảo vệ cho từng máy
- Cầu chì là một thiềt bị bảo vệ đơn giản, rẻ tiền nhưng độ nhạy kém Nó chỉ tác động khi dòng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi ngắn mạch
- Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức và dòng điện cắt định mức Ngoài ra phải chú ý đặt cầu chì trong nhà hay ngoài trời.
- Chọn dây chảy của cầu chì dựa vào các yêu cầu sau:
+ Dây chảy phải không được chảy khi dòng cho phép lâu dài lớn nhất chạy qua, cho phép quá tải ngắn hạn như khởi động động cơ.
+ Dây chảy phải chảy khi có dòng ngắn mạch chạy qua hoặc dòng quá tải lớn hơn giá trị cho phép.
+ Các điều kiện chọn: Idc ≥ Idmdc= Pdmdc
√ 3 Udm cos f Idcdc ≥ Idnh a = Kmm Idmdc a
Iđmdc - dòng điện định mức của động cơ.
Idc - dòng điện định mức của dây chảy cầu chì. α - hệ số phụ thuộc điều kiện khởi động.
Với động cơ mở máy không tải α = 2,5.
Với động cơ mở máy có tải α = 1,6 2,5.
Iđn - Dòng điện đỉnh nhọn. kmm - Hệ số mở máy của động cơ.
Với động cơ KĐB kmm = 5 – 7.
Với động cơ đồng bộ kmm = 2 – 2,5.
Với máy hàn và lò hồ quang kmm>3.
Tính chọn cho máy tiện ta có:
Trabảng 2-31, trang 644, CUNG CẤP ĐIỆN của Nguyễn Xuân Phú, NXB khoa học và kỹ thuật.Chọn cầu chì hạ áp kiểu πP – 2 do Liên Xô cũ chế tạo với
Việc tính toán chọn dòng định mức của dây chảy cầu chì bảo vệ cho đường cáp đến các máy còn lại trong phân xưởng tương tự như với máy tiện
Bảng 3-1 Bảng chọn dây chảy cầu chì cho từng máy
STT Tên thiết bị Ký hiệu kmm Iđmđc (A) Loại CC Idc (A)
3.1.2 Chọn aptomat bảo vệ cho từng nhóm máy
Aptomat nhóm máyđược chọn theo điều kiện tương tự chọn ATM động lực.
Tính chọn aptomat cho nhóm 1:
Udm là điện áp định mức mạng lưới: 380 V
Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua aptomat
Vậy ta có điều kiện sau:
{ I U đmATM đmATM ≥ 116,74 ≥ 380 V A Ta tra bảng 3.3 và 3.5 (trang 149) sách lựa chọn và kiểm tra thiết bị của Ngô Hồng Quang Aptomat C80A: UdmAT = 400 V
IdmAT = 100 A Tính chọn tương tự cho các nhóm còn lại ta có bảng tổng hợp sau.
Bảng 3.1.2 Lựa chọn Aptomat cho các nhóm thiết bị
Nhóm Ittnhom (A) Loại aptomat UdmAT (V) IdmAT (A)
3.1.3 Chọn dây dẫn cung cấp cho các thiết bị
Dây dẫn cung cấp trong mạng điện áp thấp của phân xưởng chọn theo điều kiện phát nóng (dòng điện làm việc lâu dài cho phép) Vì khoảng cách từ tủ động lực tới các thiết bị cũng như từ tủ phân phối hạ áp tới các tủ động lực ngắn, thời gian làm việc của các máy công cụ ít, nếu chọn théo mật độ dòng điện kinh tế sẽ gây lảng phí kim loại màu nên dây dẫn chỉ chọn theo điều kiện phát nóng là đủ.
Xác định cỡ dây chôn dưới đất (trong trường hợp này cần xác định hệ số K): Xác định hệ số hiệu chỉnh K
Với mạch chôn trong đất, K sẽ đặc trưng cho điều kiện lắp đặt:
Hệ số K thể hiện toàn diện của điều kiện lắp đặt và là tích K1, K2, K3, K4
Các giá trị của một vài hệ số sẽ được cho trong bảng 3-2 và bảng 3-3.
Hệ số K 1 : K1 thể hiện cách lắp đặt.
Bảng3.1.4a: Hệ số K 1 theo cách lắp đặt
Cách lắp đặt K1 Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rãnh đúc
Hệ số K 2 : K2 thể hiện số dây đặt kề nhau (các dây được coi là kề nhau nếu khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn 2 lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây)
Bảng 3.1.4b: Hệ số K 2 cho số dây trong hàng. Định vị dây đặt kề nhau K2
Số mạch hoặc cáp nhiều lõi
Bảng 3.1.4c: Hệ số K 3 thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp
Rất ướt (bảo hòa) 1,21 Ướt 1,13 ẩm 1,05
Bảng 3.1.4d: Hệ số K 4 phụ thuộc nhiệt độ đất. t 0 đất 0 C
PVC XLPE, EPR (cao su ethylen
Theo điều kiện chọn cách lắp đặt sử dụng ta xác định các hệ số như sau:
Với - là hệ số điều chỉnh.
- Đối với mạng động lực thì = 3
- Đối với mạng sinh hoạt thì = 0,8
- Đối với mạng cung cấp cho phụ tải đặc biệt thì = 1,25 – 1,5.
- Tính cho máy tiện (ký hiệu: 1):
Ta có: Pđm = 3,8 (kW) ; cosj = 0,67 ; ksd = 0,22 Điều kiện chọn:
0,95 ,7( A ) Với giá trị cho phép của máy khoan ta chọn cáp đồng hạ áp 3,4 lõi có cách điện PVC do hãng LENS chế tạo có thông số:
S = 4 mm 2 ; ICP (trong nhà) = 53 (A).Tra ở bảng 4.23 trang 247 sách Sổ tay lựa chọn & tra cứa thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV.
Loại dây dẫn chôn sâu 0,7 m với nhiệt độ tiêu chuẩn của dây dẫn là 55 0 C, nhiệt độ môi trường là 25 0 C Tra bảng 4.28 trang 375 TL “ HTCCĐ”.
- Làm tương tự cho các máy khác ta có bảng số liệu sau:
Bảng 3.1.4: Tính chọn dây dẫn cho phân xưởng cơ khí.
I cp Thông số của cáp
I cp Thông số của cáp
3.1.4 Chọn cáp dẫn cung cấp cho từng nhóm máy Điều kiện chọn: Uđmcáp Uđmmạng ; I ¿ Ittnh K ;
−Tínhtoán chonhómI :[ I ] ≥ IdmA 1 β K = 1,5.0,95 79 ,1 Chọn cáp 4 lõi cách điện PVC do Hãng LENS chế tạo ở bảng 4.24 trang 250 sách
Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV có số liệu sau:
- Tương tự cho các nhóm còn lại ta lập được bảng chọn cáp cho từng nhóm máy.
Bảng 3.1.5: Thông số kỹ thuật cáp cho các nhóm máy của phân xưởng cơ khí.
Tham số kỹ thuật của cáp
S d(mm) Võ R0 mm 2 Lõi Min max /km
Với phân xưởng sữa chữa cơ khí ta có: Điều kiện chọn tủ phân phối: U đmtu ≥ U đmmang 80( V )
Số đầu ra n 5.Ta có vì dòng điện định mức của toàn phân xưởng là lớn hơn so với Iđm của tủ phân phối loại ЩO-59-13 nên ta sẽ mắc song song 2 tủ phân phối nhằm nâng cao lên Iđm để đáp ứng được cho yêu cầu đề ra.
Tra tài liệu bảng 2–7 trang 625 sách CCĐ ta chọn loại tủ ЩO-59-13 có
Iđmvào = 400 (A) và số lộ ra là: 6.100.
3.1.6 Chọn tủ động lực Điều kiện chọn:
Xét cho nhóm I: I đmvào ≥ I ttnhi F,15
Chọn loại tủ có cầu dao – cầu chì ký hiệu C58 – 7/I có Iđmvào = 400 (A) và số lộ ra là 8.100.
Tương tự chọn tủ cho các nhóm khác ta có bảng lựa chọn sau:
Bảng 3.1.7: Thông số kỹ thuật của tủ động lực phân xưởng cơ khí
Nhóm Loại tủ Ittnh(A) Iđmvào(A) Số lộ ra
3.1.7 Chọn thanh cái cho tủ động lực
Thanh cái của tủ động lực được lựa chọn theo mật độ dòng kinh tế
Trong đó mật độ dòng Jkt =2.7 đươc tra bảng 4.3 sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú
Tiết diện thanh cái: F = I J lvm kt = I ttnhom 1 j kt = 79 2,7 ) ¿)
Kiểm tra theo điều kiện phát nóng:
Trong đó: k1 =1 là hệ số ứng với thanh dẫn nằm đứng
K1 = 0,95 là hệ số ứng với thanh dẫn nằm ngang
K2 = 0,96 là hệ số hiệu chỉnh.
0.96 = 83,1 ( A) Tra bảng 7.2 tài liệu số [1] Ta chọn thanh cái cho tủ động lực đồng có thông số như sau:
Tính toán tương tự cho các nhóm còn lại ta có bảng sau:
Bảng 3.1.8 Thông số thanh cái tủ động lực
Kích thước Mm số thanh /một pha khối lượng kg/m
3.1.8 Xác định vị trí đặt tủ phân phối và tủ động lực a Vị trí đặt tủ phân phối
Ta lấy chiều rộng phân xưởng sữa chữa cơ khí làm trục Ox (cửa ra vào nằm trên trục Ox), chiều dài nhà máy làm trục Oy, gốc đặt O tại góc trái mặt bằng nhà máy.ta có bảng tổng hợp tọa độ lý thuyết như sau:
TT Nhóm Sttni(KW) X0(mm) Y0(mm)
Tâm phụ tải được xác định theo công thức sau: x 0 = ∑ i=1 n
Vậy ta có tâm phụ tải các nhóm là: X0 5 (mm)
Y0 = 95(mm) Đối chiếu trên mặt bằng phân xưởng cơ khí vị trí có tọa độ:A(115;95) nằm gần thiết bị ảnh hướng đến việc đi lại xung quanh thiết bị,khó khăn cho việc lắp đặt tủ nên ta chuyển tủ sát vào vị trí thích hợp hơn. b Vị trí đặt tủ động lực
Tương tự như chọn vị trí tủ phân phối ta có tọa độ đặt tủ động lực cho các nhóm như sau:
Nhóm Sttni Tọa độ tính toán
3.1.9 Chọn áptomat bảo vệ cho phân xưởng Điều kiện chọn:
Căn cứ vào số liệu tính toán ta chọn aptomat do hãng MERLIN GERIN chế tạo tra bảng 3.5 (trang 148) sách lựa chọn và kiểm tra thiết bị của Ngô Hồng Quang
Loại ATM Iđm (A) Uđm(V) IN(A) Số cực Số lượng
Thiết kế cung cấp điện cho nhà máy
Mạng điện nhà máy là một phần quan trọng trong toàn bộ công việc cung cấp điện cho nhà máy Việc thiết kế một mạng điện là hợp lý đảm bảo các chỉ tiêu yêu cầu về kinh tế kỹ thuật là một việc hết sức khó khăn Mạng điện nhà máy bao gồm 2 phần bên trong và bên ngoài nhà máy Phần bên trong bao gồm các trạm biến áp phân xưởng và các đường dây cung cấp vào các phân xưởng, phần bên ngoài nhà máy bao gồm đường dây nhận điện từ hệ thống điện dẫn tới nhà máy.
Khi thiết kế mạng điện nhà máy cần đảm bảo các yêu cầu sau: a Về mặt kinh tế:
- Vốn đầu tư ban đầu phải nhỏ.
- Chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất.
- Tiết kiệm được vật liệu. b Về kỹ thuật
- Đảm bảo liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu từng loại hộ phụ tải.
- Đảm bảo chất lượng điện năng phù hợp với mức độ quan trọng của các hộ tiêu thụ.
- Sơ đồ đi dây phải đơn giản, xử lý nhanh, thao tác không nhầm lẫn.
Trong thực tế thì kinh tế và kỹ thuật luôn mâu thuẩn nhau, phương án tốt về mặt kỹ thuật thì vốn đầu tư lại quá cao tuy nhiên chí phí vận hành hàng năm nhỏ Ngược lại phương án có vốn đầu tư nhỏ thì chi phí vận hành hàng năm lại lớn Do đó để lựa chọn phương án cung cấp điện, ta phải so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật của các phương án sao cho vừa đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật vừa đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế.
3.2.2 Chọn phương án cung cấp điện cho toàn nhà máy
3.2.2.1 Chọn sơ đồ cung cấp điện: Ở đây nhà máy là hộ phụ tải loại 2 do đó để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện ta phải dùng 2 tuyến đường dây lấy từ 2 nguồn khác nhau với cấp điện áp là 10KV. Bên trong nhà máy thường dùng 2 loại sơ đồ chình là: sơ đồ hình tia và sơ đồ phân nhánh, ngoài ra còn có thể kết hợp cả 2 sơ đồ thành sơ đồ hỗn hợp.
3.2.2.2 Chọn sơ đồ đi dây
Sơ đồ hình tia, sơ đồ phân nhánh hay sơ đồ hỗn hợp mỗi loại sơ đồ đều có những ưu nhược điểm của nó và phạm vi sử dụng thuận lợi đối với từng nhà máy.
Căn cứ vào yêu cầu CCĐ của nhà máy ta chọn sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho nhà máy Sơ đồ hình tia có độ tin cậy CCĐ cao hơn, bảo vệ rơle làm việc dễ dàng không nhầm lẫn Sơ đồ hình tia thuận tiện cho việc sửa chữa và dễ phân cấp bảo vệ, mặc dù vốn đầu tư có cao nhưng chi phí vận hành hàng năm lại nhỏ.
Xét đặc điểm của nhà máy là phụ tải phân bố không đều và không liền kề hơn nữa trong nhà máy các phân xưởng phân bố không có quy luật nhất định Phụ tải của nhà máy là phụ tải loại 1 và loại 2 do đó ta chọn sơ đồ hình tia để cung cấp điện cho nhà máy.
Hình 3-1: Sơ nguyên lý cấp điện cho nhà máy
3.2.2.3 Vị trí đặt trạm biến áp cho nhà máy
Việc xác định đúng đắn vị trí đặt trạm biến áp nhà máy sẽ tạo điều kiện cho sơ đồ đi dây CCĐ hợp lý, đồng thời giảm được tổn thất.
Vị trí đặt trạm được xác định:
- Gần trung tâm phụ tải chính của đường dây.
- Thuận lợi cho nguồn tới (nguồn).
- Thuận lợi đi dây tới phân xưởng.
- Thuận lợi thi công xây lắp sữa chữa,vận hành, thay thế và có khả năng khai triển công suất nhà máy nếu có nhu cầu.
- Không ảnh hưởng đến các công trình khác.
- Tránh bụi, khói, hay các tác động khác.
- Có thể phải đề cập đến an ninh quốc phòng nếu cần thiết.
Tâm phụ tải được tính theo công thức sau:
Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực tiểu:
Pi và li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải. Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau:
Trong đó: x0; y0; z0 là toạ độ tâm phụ tải điện. xi; yi; zi là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một trục toạ độ XYZ tuỳ chọn
Si là công suất của phụ tải thứ i.
Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện.
Căn cứ vào bản vẽ mặt bằng nhà máy ta có thể đo ra các toạ độ của các phân xưởng để từ đó tính được tâm phụ tải.
Lấy gốc tọa độ phía dưới góc trái của mặt bằng nhà máy, ta có bảng tọa độ sau:
Bảng 3-1: Bảng tọa độ các phân xưởng
TT Tên phân xưởng X (mm) Y (mm) Stt
Vậy tâm phụ tải có tọa độ là (57,01 ;99,65)(mm)
Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và để đảm bảo mỹ quan và tránh ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của phân xưởng nên ta đặt trạm dịch lên phía trên phải sát phần tường bao của nhà máy.
3.2.2.4 Chọn máy biến áp cho nhà máy Để CCĐ điện cho toàn nhà máy tôi dùng các MBA điện lực đặt ở các trạm biến áp biến đổi điện áp 22KV của lưới thành cấp điện áp 0,4 KV cung cấp cho phân xưởng.
Các trạm BA đặt càng gần trung tâm phụ tải càng tốt để giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất Trong 1 nhà máy nên chọn càng ít loại MBA càng tốt điều này thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, thay thế và việc chọn thiết bị cao áp, thuận lợi cho việc mua sắm thiết bị.
Số lượng và dung lượng MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất đồng thời phù hợp với yêu cầu CCĐ của phân xưởng và nhà máy.
Dựa vào những yêu cầu cơ bản trên, căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và phụ tải của nhà máy gia công cơ khí:
Nguồn cung cấp có cấp điện áp là 22 KV.
Phân xưởng thuộc hộ phụ tải loại 1,2.
Sau đây là một số phương án CCĐ: a - Phương án 1:
Phương án này dùng 3 MBA có công suất Sđm= 1250 KVA, MBA này do Chong Qing chế tạo có cấp điện áp là 22/0,4 KV được đặt làm 1 trạm. b - Phương án 2:
Phương án này dùng 2 MBA có công suất Sđm= 2000KVA có cấp điện áp là 22/0,4 KV do Chong Qing chế tạo được đặt làm 1 trạm.
Bảng tham số kỹ thuật của MBA do ABB chế tạo:
Uđm Tổn thất W UN% i0 % Giá( triệu đồng)
Bảng các phương án cấp điện cho các Phân xưởng nhà máy
(kVA) Các phân xưởng được cung cấp Sttpx
1 1250 Đúc ngang,đúc thép,kho vật tư,kho sản phảm 948
2 1250 Cơ khi1,2,mộc mẫu,rèn dập 988
3 1250 Lắp ráp,cơ điện,kiểm nghiệm,nha hành chính 1012
1 2000 Cơ điện,cơ khi1,2,rèn dập,đúc ngang,lắp ráp,kho sản phẩm,nhà hanh chính 1495
2 2000 Đúc thép,mộc mẫu,kiểm nghiệm,kho vật tư 1461
Chong Qing chế tạo cùng chủng loại sơ đồ, cách đấu dây tương đối đơn giản nên thuận lợi cho việc sửa chữa, vận hành và thay thế Đảm bảo được yêu cầu về kỹ thuật cung cấp đủ điện cho các hộ phụ tải quan trọng Để có kết luận chính xác, lựa chọn phương án CCĐ hợp lý nhất ta cần phải so sánh cả 2 phương án này về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.
Qua 2 phương án CCĐ cho nhà máy ở trên ta thấy: các MBA được chọn đều là MBA do
3.2.2.5 So sánh các phương án a So sánh về chỉ tiêu kỹ thuật
Phương án này dùng 3 MBA mỗi máy có Sđm = 1250 (kVA) Đặt làm 1 trạm Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho 3 MBA có công suất Sđm50KVA làm việc độc lập
Hệ số phụ tải của các máy: K pt = S ttBA
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ
Tính toán ngắn mạch
Ngắn mạch là sự cố gây nguy hiểm nhất trong hệ thống điện Khi sảy ra ngắn mạch thì điện áp của hệ thống giảm xuống làm cho dòng điện tăng cao có thể gấp vài chục lần bình thường, dòng ngắn nmạch này gây nên hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực điện động rất lớn có thể gây nguy hiểm cho con người và thiết bị Thời gian ngắn mạch càng lớn, điểm ngắn mạch càng gần nguồn cung cấp thì tác hại do dòng ngắn mạch gây ra càng lớn làm cháy nổ các thiết bị gây nguy hiểm cho người vận hành, ngắn mạch làm cho điện áp giảm thấp ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các máy móc đòi hỏi độ chính xác cao, nếu ngắn mạch ở gần nguồn điện áp hệ thồng giảm xuống nghiêm trọng có thể gây rối loạn hệ thống điện.
Tính toán ngắn mạch nhằm tạo cơ sở cho so sánh, lựa chọn những phương án cung cấp điện hợp lý nhất Xác định chế độ làm việc của các hộ tiêu thụ khi xảy ra sự cố, đưa ra biện pháp hạn chế dòng ngắn mạch, kết quả tính ngắn mạch còn dùng để kiểm tra các thiết bị đã chọn trong hệ thống Từ các số liệu tính toán ngắn mạch ta thiết kế và hiệu chỉnh hệ thống bảo vệ rơle.
Điểm được chọn để tính ngắn mạch là những điểm mà tại đó khi xảy ra ngắn mạch thiết bị phải làm việc trong điều kiện nặng nề nhất Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý và cách bố trí các thiết bị trên sơ đồ ta chọn một số điểm ngắn mạch như sau:
Ngắn mạch trên thanh cái cao áp 22 KV N 1 3
Thiết lập sơ sồ ngắn mạch cho hệ thống mạng điện
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THAY THẾ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
N1: Ngắn mạch tại thanh cái cao áp.
N2: Ngắn mạch tại thanh cái hạ áp TBA
N3: Ngắn mạch tại thanh cái tủ phân phối phân xưởng
N4: Ngắn mạch tại tủ động lực
N5: Ngắn mạch tại các thiết bị
4.1.2.1 Tính toán ngắn mạch 3 pha ở mạng cao áp 22 kV a Tính ngắn mạch 3 pha tại vị trí N 1 cho trạm biến áp 1
XHTZ ’ DZTC1ZDCL XHT Zd ZTC1 ZDCL
Do đề tài cho khoảng cách giữa hệ thống và nhà máy là 10 km,với đường dây dẫn lõi nhôm AC-35 nên ta có:
Số liệu nguồn SN = 200 MVA
Utb - điện áp trung bình của đường dây: UCb = Utb = 1,05.Uđm = 1,05.22 = 23,1 kV
-Điện trở hệ thống: Xht = U S 2 cb n = 23,1 2
-Điện trở và điện kháng của đường dây:
Ta đã chọn dây cao áp là AC-95,tra bảng 2.35 trang 645 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú ta được thông số sau: r0= 0,85(/ Km ), x0= 0,33 (/ Km )
-Điện trở điện kháng của thanh cái 1.
Thanh cái bằng đồng có kích thước 253, chiều dài 10 (m)Tra bảng ta có: r0 = 0,268 (m) ; x0 = 0,179 (m).
Với khoảng cách trung bình hình học là 100 (mm).
-Điện trở điện kháng của dao cách ly
Thông số của dao cách ly được tra bảng 2.4 sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú r0 = 0,15 (m) ; x0 = 0 (m).
XN1 = Xd + XHT + XDC + XTC1 = 3,3 + 2,66+ 0+1,79 = 7,75 m
4.1.2.2 Tính ngắn mạch 3 pha ở mạng điện áp thấp a Tính ngắn mạch ba pha tại N 2
-Máy biến áp có S đm 00 ( KVA).
-Điện trở điện kháng của áp tô mát 1 (ATM 1 ).
ATM1 có Iđm = 750 (A) tra bảng 3.54 trang 189 sổ tay lựa chọn và kiểm tra thiết bị của Ngô Hồng Quang ta có rATM1 = 0,12 (m) xATM1 = 0,094 (m),
-Điện trở điện kháng của thanh cái 2
Thanh cái bằng đồng có kích thước 8010, chiều dài 5 (m) với số lượng 4 thanh, tra bảng 2 - 40 sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú Trang 647 ta có: r0= 0,025 (m/m). x0 = 0,126 (m/m) ứng với atbhh = 150 (mm)
Tổng trở ngắn mạch tại điểm N 2 :
Ta có ixkN2 = √ 2.kxk.I (3) N2 = √ 2.1,3.10,41 = 19,13 (kA).
I xkN 2 = I (3) N 2 √ 1+2(k xk −1),13 √ 1+2(1,3−1) 2 ,78 ( kA) b Tính ngắn mạch 3 pha tại N 3 (3)
-Điện trở điện kháng của ATM2 ATM3
ATM1 và ATM2 có Iđm = 800 A
- Điện trở, điện kháng của cáp 1(từ thanh cái hạ áp đến phân xưởng cơ khí 2)
Cáp có tiết diện S = 120 (mm 2 ) chiều dài l = 130 (m) = 0,13km Tra bảng phụ lục 4.23 sách sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV, ta có:
-Điện trở điện kháng của thanh cái 3.
Chọn loại thanh cái bằng đồng có kích thước: 25 x 3 mm 2 , chiều dài 5 (m) với số lượng 1 thanh, tra bảng 7.1 sổ tay lựa chọn và kiểm tra thiết bị của Ngô Hồng Quang ta có: r0 = 0,268 (m) ; x0 = 0,179 (m).
Với khoảng cách trung bình hình học là 100 (mm).
√ 3.24,2 = 9,54( kA) Ngắn mạch xa nguồn lấy Kxk =1 ixkN3 = √ 2.kxk.I (3) N3 = √ 2.1.9,54 = 13,5 (kA).
I xkN 3 = I (3) N 3 √ 1+2( k xk −1)=9,54 √ 1+2(1−1) 2 =9,54 ( kA) c Tính ngắn mạch ba pha tại N 4 (3)
Z ∑ N 3 ZATM4 ZTC4 ZCAP2 Điện trở điện kháng của cáp từ tủ phân phối tới tủ động lực ( nhóm 1 có đường cáp dài nhất và tiết diện cáp lớn nhất )
Cáp có tiết diện S = 4x10 (mm 2 ) ; chiều dài l = 90 (m) r0 = 1,83 (/km) x0= 0,086 (/km)
-Điện trở điện kháng của ATM 4
-Điện trở điện kháng của thanh cái 4.
Thanh cái bằng đồng có kích thước 25x3, chiều dài 5 (m) với số lượng 1 thanh, tra bảng 2 - 40 sách CCĐ của Nguyễn Xuân Phú ta có: r0= 0,268 (m/m). x0 = 0,179 (m/m)
√ 3.25,954 =8,9( kA ) Ngắn mạch xa nguồn lấy kxk =1 ixkN4 = √ 2.kxk.I (3) N4 = √ 2.1.8,9 = 12,5865 (kA).
I xkN 4 = I (3) N 4 √ 1+2( k xk −1)=8,9 √ 1+2(1−1) 2 = 8,9(kA ) d Tính ngắn mạch ba pha tại N5 (3)
Chọn thiết bị tính ngắn mạch thuộc nhóm 1 có công suất lớn nhất đó là máy doa
Dây dẫn có tiết diện F = 4 (mm 2 ) ; chiều dài l = 5 (m) làm bằng đồng. tra bảng PL 4.7 HT CCĐ Trang 367 ta có: r0 = 4,61 (/km) = 4,61.10 -3 (/m). x0= 0,07 (/km) = 0,07.10 -3 (/m).
Khi ngắn mạch ở đầu cực của động cơ, động cơ xem như máy phát cung cấp điện cho điểm ngắn mạch, dòng điện này tắt rất nhanh Cho nên trong tính toán người ta thường quan tâm đến giá trị của dòng điện siêu quá độ (I” đ/cơ).
X đ/c } } } } I rSub { size 8{ ital đm ital đc} } = { {0,9} over {0,2} } I rSub { size 8{ ital đm ital đc} } =4,5 I rSub { size 8{ ital đm ital đc} } } { ¿¿ ¿.
Trong đó: E”đ/c: Sức điện động tương đối của động cơ lấy bằng 0,9.
X ” đ/c: Điện kháng siêu quá độ dọc trục động cơ lấy bằng 0,2.
Iđmđ/c: Tổng dòng định mức của các động cơ cung cấp điện cho điểm ngắn mạch.Ở đây ta xét cho động cơ của máy phay có công suất lớn nhất
√ 3.44,42 =5,2( kA ) Lấy Kxk = 1 ixkN5 = √ 2.kxk.I (3) N5 = √ 2.1.5,2 = 7,35 (kA).
Kiểm tra thiết bị đã chọn
4.2.1 Kiểm tra thiết bị cao áp a Xác định thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N 1 :
Thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N1 theo công thức: tgtN1 = tgtCKN1 + tgttdN1. Trong đó: tgtCKN1: Là thời gian giả thiết đối với các thành phần chu kỳ. tgttdN1: Là thời gian giả thiết đối với thành phần tắt dần.
Cả hai thành phần này xác định dựa vào hệ số xung nhiệt. β } } = { {I rSup { size 8{
Với nguồn có công suất nhỏ lúc đó ta phải tra đường cong
Hình 8-1 Sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú. tgtCk = f(tN,”).
I”: Dòng điện siêu quá độ.
I: Dòng điện ngắn mạch ổn định.
-Tính t N : ( thời gian tồn tại ngắn mạch ). Đây là khoảng thời gian kể từ khi xảy ra ngắn mạch đến thời điểm dòng ngắn mạch được cắt hoàn toàn. tN = tBV + tMC.
Trong đó: tBV: Là thời gian tác động của bảo vệ rơle. tMC: Là thời gian tác động của máy cắt.
-Khi ngắn mạch tại N1:tN = tBV + tMCđd
Với: tBV = tBV2 + t tBV2 = tBV1 + t tN1 = tATM1 + 3.t + tMCđd tBV1 = tATM1 + t.
Trong đó:tBV1: Là thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại cho MBA. tBV2: Là thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại cho máy cắt liên lạc (thanh cái 10 KV). tATM1: Là thời gian cắt tức thời của áptômát 1lấy bằng 0,63(s). tMCđd: Với máy cắt tác động nhanh tMCđd = 0,1 (s).
t: cấp thời gian chọn lọc của bảo vệ dòng cực đại t = 0,4 (s).
Vậy tgtN1 = tN1 = 1,93 (s). b Kiểm tra cách ly đầu vào thanh cái 22 KV, dao cách ly của máy cắt liên lạc và dao cách ly đầu vào máy biến áp.
Các cầu dao cách ly này chọn cùng một loại nên được kiểm tra như nhau.
-Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động. imax = iXKCD = 22 (KA) > ixkN1
-Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt.
Ta có Iô.đnMC(10s) = 3,4 (kA) >0,72(kA).
Vậy dao cách ly thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra. c Kiểm tra thanh cái cao áp 22 KV.
-Theo điều kiện ổn định lực điện động.
Lực tính toán Ftt do tác dụng của dòng ngắn mạch gây ra
Trong đó: l: Là khoảng cách trong một pha lấy l = 100 (cm). a: Là khoảng cách giữa các pha lấy a = 30 (cm).
Xác định mô men uốn, mô men chống uốn:
tt = 11,072 (kg/cm 2 ) Sô.đn = 13,75 (mm 2 ).
Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. d Kiểm tra máy cắt liên lạc và máy cắt đầu vào các máy biến áp:
- Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động: imaxMC,3 i (3) xkN1
Kết luận: Máy cắt thoả mãn điều kiện chọn.
- Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt:
Trong đó: tôđn: là thời gian ứng với dòng điện ổn định nhiệt định mức ứng với 10(s).
Ta có: Iô.đnMCcp = 3,4 (KA) > 0,72 (KA).
Máy cắt thoả mãn điều kiện chọn
4.2.2 Kiểm tra thiết bị điện hạ áp: a Xác định thời gian giả thiết đối với điểm ngắn mạch N 2
Khi ngắn mạch tại N2: tgtN2 = tgtCkN2 + tgttdN2 tN2 = tbv + tMC = tATM1 + t + tMC = 0,63 + 0,4 + 0,1 = 1,13 (s). tN2> 1(s) bỏ qua tgttdN2 tgtN2 = tN2 = 1,13 (s). b Kiểm tra áptômát bảo vệ đầu ra máy biến áp và áptômát liên lạc: Áptômát đầu ra máy biến áp:
-Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động: ixkCP ixktt ( hoặc IxkCP Ixktt).
Với ATM1 có: Iđm = 2500 (A) ixktt = ixkN2 = 18,97 (kA).
Kết luận: áptômát đã chọn thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra. c Kiểm tra thanh cái hạ áp máy biến áp:
-Theo điều kiện ổn định lực điện động.
Lực tính toán Ftt do tác dụng của dòng ngắn mạch gây ra
Trong đó: l: Là khoảng cách giữa các sứ trong một pha (cm) lấy l = 80 (cm) a: Là khoảng cách giữa các pha lấy a = 30 (cm).
Xác định mô men uốn, mô men chống uốn:
tt = 9,55 (kg/cm 2 ) Sô.đn = 222,47 (mm 2 ).
Vậy thanh cái thoả mãn điều kiện này. d Kiểm tra áptômát bảo vệ cho phân xưởng cơ khí
-Kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động: ixkCP ixktt ( hoặc IxkCP Ixktt).
Knhạy = I (3) N / IđmATM 1,3. ixktt = ixkN3 = 13,5(kA).
Kết luận: áptômát đã chọn thoả mãn điều kiện chọn và kiểm tra.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG TRẠM BIẾN ÁP
Chọn các thiết bị đo lường
Với dòng lớn nhất ở thứ cấp máy biến áp
Vậy ta đo gián tiếp qua máy biến dòng b Chọn Vônmet
Vônmet dùng để đo điện áp sơ cấp máy biến áp
Uđm "KV c Chọn Oatmet và Varmet
Oatmet và Varmet dùng để đo công suất tác dụng và công suốt phản kháng, nó dùng làm căn cứ để vẽ đồ thị phụ tải Cuộn dòng của Vôn mét, Oát mét được nối tiếp với cuộn dòng của máy biến dòng, cuộn áp được nối vào thanh cái thông qua máy biến điện áp d Chọn công tơ tác dụng
Chọn công tơ tác dụng dùng để đo điện năng tác dụng và xác định hệ số trung bình Công tơ tác dụng còn làm căn cứ để tính tiền điện cho các hộ tiêu thụ, cuộn dòng của công tơ tác dụng và công tơ phản kháng nối tiếp với cuộn dòng của máy biến dòng, cuộn áp nối trực tiếp vào máy biến áp đo lường. e Chọn máy biến dòng đo lường
Máy biến dòng đo lường được chọn theo điều kiện sau
Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp:
Do mạng điện trung áp 22KV, do vậy ta dùng 3 máy biến áp 1 pha đấu theo sơ đồ Y Điều kiện về điện áp: Điều kiện của máy biến áp phải phù hợp với điện áp mạng
Cấp chính xác của máy biến áp phải chọn phù hợp với nhiệm vụ của biến điện áp, chọn cấp chính xác là 0,5
Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S phải bé hơn hoặc bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn.
Biến điện áp 35KV một pha
Số cuộn dây phía thứ cấp:2
Tính chọn thiết bị bảo vệ quá dòng, quá tải
a Tính chọn máy biến dòng.
Sử dụng máy biến dòng đã có sẵn ở đầu sứ ra của máy biến áp với thông số kỹ thuật:
Số lõi:1 Tỷ số biến đổi:255/5(A) b Chọn Rowle dòng điện.
Trong đó: kat: Hệ số an toàn 1,1÷1,3, chọn kat=1,3
Kmm:Hệ số mở máy của động cơ,Chọn kmm=1,5 ktv:Hệ số trở về ktv = 0,85 ksd:Hệ số phụ thuộc sơ đồ,chọn ksd=1
Ta chọn rơ le dòng sao cho có thể điều chỉnh được dòng khởi động của nó sát với tính toán là 7,16(A)
Tra sách TKCCĐ, ta chọn được loại Role có thông số kỹ thuật như bảng c, Chọn rơ le tín hiệu PY d Chọn rơ le thời gian: PB
Có ít nhất 1 tiếp điểm thường đóng mở chậm
Có thể định được thời gian tác động của bảo vệ
+ Xác định thời gian duy trì của bảo vệ:
Mà Tmaxdd=tpT+tpπ+tpβ
Vậy:tpβ=imaxdd-(tpT-tpπ)=1,59.
Tra bảng sách TKCCD ta chọn được role: