Chọn dây dẫn từ tủ phân phối chính đến tủ động lực của phân xưởng .... CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG Phụ tải tính toán là một thông số quan trọng mà ta cần xác định trong việ
ĐẶC ĐIỂM PHÂN XƯỞNG
Đây là mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí, có dạng hình chữ nhật, phân xưởng có:
- Với diện tích phân xưởng: 972 m 2
Môi trường làm việc tại phân xưởng rất thuận lợi với nhiệt độ trung bình khoảng 30℃, ít bụi và được thiết kế với hai mái tôn kẽm cùng nền xi măng Toàn bộ không gian phân xưởng đảm bảo sự thoải mái cho người lao động.
5 cửa ra vào 2 cánh: một cửa đi chính, bốn cửa phụ
Phân xưởng làm việc 2 ca trong một ngày:
Phân xưởng bao gồm 37 động cơ, một phòng kho và một phòng KCS, cùng với hệ thống chiếu sáng Nguồn điện cho phân xưởng được cung cấp từ trạm biến áp khu vực với điện áp 220/380V.
THÔNG SỐ VÀ SƠ ĐỒ MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG
1 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng:
2 Bảng phụ tải phân xưởng:
TT Ký hiệu Số lượng P đm (W) Cos 𝛗 K sd Ghi chú
PHÂN NHÓM PHỤ TẢI
Phân nhóm phụ tải ta dựa trên các yếu tố sau:
• Vị trí gần nhau trên mặt bằng (thuận tiện cho việc đi dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất )
• Cùng chế độ làm việc (thuận tiện cho việc vận hành và tính toán)
Tổng công suất của các nhóm thiết bị cung cấp điện có sự chênh lệch tối thiểu, giúp tạo ra tính đồng nhất trong việc lắp đặt các thiết bị như cầu dao, cáp và đầu cosses Điều này không chỉ đảm bảo quá trình lắp đặt nhanh chóng mà còn thuận lợi cho việc quản lý, thay thế và dự trữ thiết bị.
• Số thiết bị trong nhóm và số nhóm không nên quá nhiều (≤ 8 thiết bị chính) để đảm bảo độ tin cậy CCĐ
Dựa vào việc bố trí vị trí phân xưởng và yêu cầu làm việc thuận tiện, cần tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của máy móc thiết bị, đồng thời đảm bảo lợi ích kinh tế Việc lựa chọn và sắp xếp các máy móc thiết bị hợp lý sẽ góp phần nâng cao hiệu suất làm việc và giảm thiểu chi phí.
Bài viết này đề cập đến việc chia thành bốn nhóm, mỗi nhóm đi kèm với một tủ động lực và một tủ phân phối chính Các tủ động lực và tủ phân phối chính cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế nhất định.
Bốn nhóm phụ tải được phân chia theo bảng sau:
Tên nhóm Kí hiệu trên mặt bằng
Công suất định mức 𝐏 đ𝐦 (KW) Cos ϕ 𝐊 𝐬𝐝
Tên nhóm Kí hiệu trên mặt bằng
Công suất định mức 𝐏 đ𝐦 (KW) Cos ϕ 𝐊 𝐬𝐝
Tên nhóm Kí hiệu trên mặt bằng
Công suất định mức 𝐏 đ𝐦 (KW) Cos ϕ 𝐊 𝐬𝐝
Tên nhóm Kí hiệu trên mặt bằng
Công suất định mức 𝐏 đ𝐦 (KW) Cos ϕ 𝐊 𝐬𝐝
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO PHÂN XƯỞNG
1 Xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm:
Xác định công suất biểu kiến định mức của tải:
Xác định công suất biểu kiến tính toán theo công thức:
Xác định công suất biểu kiến tính toán của tủ điện theo công thức:
Xác định dòng điện tính toán cho từng thiết bị theo công thức:
√𝟑 × 𝟎 𝟑𝟖 Áp dụng các công thức trên tính được phụ tải tính toán của từng nhóm như sau:
❖ Phụ tải tính toán của 4 nhóm được thống kê ở bảng sau:
𝐒 𝐭ả𝐢 (tt) (KVA) 𝐒 𝐭𝐭 (tủ điện) (KVA)
Trong quá trình làm việc của phân xưởng, không phải tất cả thiết bị đều hoạt động đồng thời Dựa vào kinh nghiệm và bảng tra, chúng ta có thể chọn hệ số đồng thời cho 4 nhóm máy là Kđt = 0.8, áp dụng theo công thức đã được quy định.
S tải(tt) = ∑ 4 i=1 S tt(tủ điện) × K đt = 196.9 × 0.8= 157.52 (KVA)
2 Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng:
P ttcs : công suất tính toán chiếu sáng (W)
P0 : diện tích chiếu sáng cho từng đơn vị điện tích (W/m 2 )
• Chiếu sáng nhà kho: chiếu sáng nhà kho ta có thể chọn P0 = 10 (W/m 2 ), (tra bảng phụ lục I.2 trang 269 sách Thiết kế Cung Cấp Điện của tác giả: Ngô Hồng Quang,
Ta có diện tích nhà kho: Fkho = 6 × 6 = 36 (m 2 )
• Chiếu sáng phòng KCS: chiếu sáng cho phòng KCS ta có thể chọn P0 = 20 (W/m 2 ),
(tra bảng phụ lục I.2 trang 269 sách Thiết kế Cung Cấp Điện của tác giả: Ngô Hồng Quang, Vũ Vân Tẩm)
Ta có diện tích nhà kho: FKSC = 8 × 6 = 48 (m 2 )
• Chiếu sáng xưởng làm việc: chiếu sáng cho xưởng làm việc ta có thể chọn P0 (W/m 2 ), (tra bảng phụ lục I.2 trang 269 sách Thiết kế Cung Cấp Điện của tác giả:
Ngô Hồng Quang, Vũ Vân Tẩm)
Ta có diện tích nhà kho: FSX = 54 × 18 – (Fkho + FKCS) = 54 × 18 - (36 + 48) =
➢ Tổng công suất chiếu sáng của toàn xưởng là:
Pttcs = Pttcs(kho) + Pttcs(KCS) + Pttcs(SX) = 360 + 960 + 13320 = 14640 (W)
3 Công suất biểu kiến tính toán của phân xưởng:
S ttpx = ∑ 4 i=4 (Stt(tủ điện) × K đt ) + S ttcs = (0.9×196.9) +16.266 = 193.476 (KVA).
CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO PHÂN XƯỞNG
1 Chọn số lượng và công suất của trạm biến áp:
Việc lựa chọn máy biến áp là quyết định quan trọng trong xây dựng hệ thống điện, ảnh hưởng đến hiệu quả và chi phí vận hành Cần xác định kỹ lưỡng vị trí lắp đặt, số lượng và công suất định mức của máy biến áp dựa trên phụ tải, cấp điện áp và phương thức vận hành Để đưa ra quyết định tối ưu, cần so sánh các phương án về mặt kinh tế và kỹ thuật, đồng thời xem xét các ràng buộc cụ thể của hệ thống.
1.1 Chọn vị trí đặt trạm biến áp: Để xác định vị trí đặt trạm biến áp một cách hợp lý, cần cân nhắc các yếu tố sau:
• Gần tâm phụ tải: Giúp giảm thiểu tổn thất điện năng trên đường dây
• Thuận tiện cho các tuyến dây vào/ra: Đảm bảo kết nối dễ dàng với hệ thống điện
• Thuận lợi thi công và lắp đặt: Giảm chi phí và thời gian thi công
• Ít người qua lại, thông thoáng: Đảm bảo an toàn cho người dân và dễ dàng bảo trì
• Tránh xa các khu vực dễ cháy nổ, ẩm ướt, bụi bẩn: Bảo vệ thiết bị và tăng tuổi thọ
• Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị: Tuân thủ các quy định về an toàn điện
Tuy nhiên, trong thực tế, việc đáp ứng tất cả các yêu cầu trên cùng một lúc là rất khó
Việc lựa chọn vị trí đặt trạm biến áp cần phải dựa trên việc đánh giá tổng hợp các yếu tố liên quan và ưu tiên những yếu tố phù hợp với điều kiện cụ thể của từng dự án.
1.2 Chọn số lượng và chủng loại máy biến áp:
Việc lựa chọn số lượng máy biến áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
• Yêu cầu về độ tin cậy và liên tục cung cấp điện cho hộ phụ tải
• Dung lượng máy biến áp cần thiết
• Hiệu quả vận hành kinh tế
• Khả năng mở rộng và phát triển trong tương lai
➢ Đối với hộ phụ tải loại 1, thường lựa chọn từ 2 máy biến áp trở lên để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện
➢ Đối với hộ phụ tải loại 2, số lượng máy biến áp sẽ được xác định dựa trên việc so sánh hiệu quả kinh tế và kỹ thuật
Để đảm bảo tính đơn giản trong vận hành, số lượng máy biến áp trong trạm biến áp nên giới hạn tối đa là 3 máy, và tất cả các máy nên có cùng chủng loại và công suất.
Đồng nhất chủng loại máy biến áp trong một trạm hoặc sử dụng ít chủng loại không chỉ giảm số lượng máy biến áp dự phòng mà còn tạo thuận lợi cho quá trình lắp đặt và vận hành.
1.3 Xác dịnh dung lượng của máy biến áp:
Hiện nay, có nhiều phương pháp để xác định dung lượng máy biến áp, tuy nhiên vẫn cần tuân theo các nguyên tắc cơ bản sau:
Khi chọn điều kiện làm việc bình thường với quá tải cho phép, cần tính toán mức độ quá tải sao cho hao mòn cách điện trong thời gian xem xét không vượt quá định mức tương ứng với nhiệt độ cuộn dây là 98 độ C Trong trường hợp quá tải bình thường, nhiệt độ điểm nóng nhất của cuộn dây có thể vượt quá mức này trong những giờ phụ tải cực đại, nhưng không được phép vượt quá giới hạn an toàn.
140 0 C và nhiệt độ lớp dầu phía trên không vượt quá 95 0 C
Kiểm tra điều kiện quá tải sự cố là cần thiết khi một trong những máy biến áp làm việc song song bị hư hỏng, nhằm đảm bảo không làm gián đoạn việc cung cấp điện trong thời gian hạn chế.
Thông thường ta chọn máy biến áp dựa vào đồ thị phụ tải bằng hai phương pháp đó là:
• Phương pháp công suất đẳng trị
Nhưng ở đây ta không có đồ thị phụ tải cụ thể, do đó chọn dung lượng máy biến áp theo công thức sau:
Biết rằng việc xác định công suất dự phòng phụ thuộc vào dự báo phụ tải điện cho phân xưởng trong khoảng thời gian từ 3 đến 10 năm, chúng ta quyết định chọn công suất dự phòng cho phân xưởng là 20%.
Vậy dung lượng của máy biến áp cần chọn là:
S dự phòng = 20% (STT tủ điện+ S ttCS ) = 20% × 193.476 = 38.6952 (KVA)
S đmMBA ≥ STT tủ điện + S ttCS + S dự phòng =193.476 + 38.6952 = 232.1712 (KVA)
Chúng ta lựa chọn máy biến áp 3 pha của hãng THIBIDI, sản xuất tại Việt Nam, vì thiết bị này phù hợp với nhiệt độ môi trường trong nước, do đó không cần điều chỉnh hệ số nhiệt độ Máy biến áp có công suất danh định 𝐒 đ𝐦𝐌𝐁𝐀 = 250 KVA.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MÁY BIẾN ÁP
XÁC ĐỊNH TÂM PHỤ TẢI
1 Tọa độ tâm phụ tải của các nhóm:
Khi thiết kế mạng điện cho phân xưởng, việc xác định vị trí tủ phân phối và trạm biến áp là rất quan trọng Điều này ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, và giúp giảm thiểu tổn thất công suất cũng như tổn thất điện năng.
- Tâm phụ tải được xác định theo công thức sau:
- 𝐏 đ𝐦𝐢 : là công suất định mức của thiết bị thứ i
- 𝐱 𝐢 , 𝐲 𝐢 : là toạ độ của các thiết bị (nhóm) trong nhóm (phân xưởng)
MÁY BIẾN ÁP 3 PHA _ 250 KVA
Công suất 250kVA Điện áp 22±2 × 2.5%/
0.4kV Tổn hao không tải cực đại (Po) Po ≤ 125W Tổn hao ngắn mạch cực đại ở
Dòng điện không tải Io% ≤ 2 Điện áp ngắn mạch nhỏ nhất
1.1 Các thông số của nhóm 1:
STT Ký hiệu trên mặt bằng
➢ Áp dụng công thức ta tính được tâm phụ tải nhóm 1:
1.2 Các thông số của nhóm 2:
STT Ký hiệu trên mặt bằng
Công suất định mức 𝐏 đ𝐦 (KW) X (m) Y(m)
➢ Áp dụng công thức ta tính được tâm phụ tải nhóm 2:
1.3 Các thông số của nhóm 3:
STT Ký hiệu trên mặt bằng
➢ Áp dụng công thức ta tính được tâm phụ tải nhóm 3:
1.4 Các thông số của nhóm 4:
STT Ký hiệu trên mặt bằng
➢ Áp dụng công thức ta tính được tâm phụ tải nhóm 4:
1.5 Bảng tóm tắt toạ độ tâm phụ tải của các nhóm thiết bị:
2 Xác định tâm phụ tải của phân xưởng:
➢ Tâm phụ tải phân xưởng được xác định theo công thức:
❖ Sơ đồ tâm phụ tải của phân xưởng:
Bán kính vòng tròn tâm phụ tải: R = √ 𝐏 𝐭𝐭đ𝐦
R: bán kính vòng tròn phụ tải
P ttđm : cống suất định mức của nhóm m: hệ số tự chọn ( ta chọn m = 2 KW/m 2 )
➢ Bán kính vòng tròn nhóm 1:
R = √ P ttđm π×m = √ 70 π×2 = 3.3 (m) Tương tự tính toán cho các nhóm còn lại, ta có bảng như sau:
➢ Với các kết quả vừa tính toán được ta có sơ đồ tâm phụ tải của từng nhóm phụ tải và của toàn phân xưởng như hình vẽ sau:
Sơ đồ tâm phụ tải của từng nhóm và của toàn phân xưởng
LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT TỦ PHÂN PHỐI VÀ TỦ ĐỘNG LỰC
Việc lắp đặt tủ động lực và tủ phân phối đúng tâm phụ tải của nhóm và phân xưởng có lợi về:
- Chi phí cho việc đi dây và lắp đặt là thấp nhất
- Tổn hao điện áp là thấp nhất
Tuy nhiên trong thực tế khi lắp đặt tủ phân phối không được như trên lý thuyết mà ta cần lưu ý đến một số vấn đề sau:
• Đặt gần tâm phụ tải
• Tính chất của phụ tải
• Mặt bằng xây dựng của nhà xưởng
• Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa
• Thuận lợi cho quan sát toàn nhóm máy hay toàn phân xưởng
• Không gây cản trở lối đi
Dựa trên các điều kiện đã đề cập, vị trí đặt tủ phân phối và tủ động lực có thể được điều chỉnh so với vị trí tính toán của tâm phụ tải, nhưng cần đảm bảo rằng chúng vẫn ở gần tâm phụ tải nhất có thể.
Sau khi phân tích bố trí của phụ tải trong phân xưởng, chúng tôi đã đề xuất các phương án lắp đặt tủ động lực và tủ điều khiển cho toàn bộ khu vực, như thể hiện trong hình vẽ dưới đây.
VẠCH PHƯƠNG ÁN ĐI DÂY TRONG MẠCH PHÂN XƯỞNG
Trong bất kỳ phân xưởng nào, việc tính toán phụ tải tiêu thụ điện là cần thiết, nhưng mạng đi dây cũng đóng vai trò quan trọng không kém Do đó, cần thiết lập phương án đi dây hợp lý, đảm bảo chất lượng điện năng, an toàn và thẩm mỹ cho toàn bộ phân xưởng.
Một phương án đi dây được chọn sẽ được xem là hợp lý nếu thoả mãn những yêu cầu sau:
• Đảm bảo chất lượng điện năng
• Đảm bảo 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
• Sơ đồ nối dây đơn giản, rõ ràng, dễ thi công lắp đặt, dễ sửa chữa
2 Phân tích các phương án đi dây:
Có nhiều phương án đi dây trong mạng điện, dưới đây là 3 phương án phổ biến:
2.1 Phương án đi dây hình tia:
Trong sơ đồ hình tia, điện năng được cung cấp cho các tủ phân phối phụ từ các tủ phân phối chính thông qua các tuyến dây riêng biệt Các phụ tải trong phân xưởng nhận điện từ tủ phân phối phụ qua những tuyến dây độc lập.
• Sơ đồ đi dây hình tia có các ưu nhược điểm sau:
- Độ tin cậy cao trong việc cung cấp điện
- Đơn giản trong vận hành, lắp đặt và bảo trì
- Sơ đồ phức tạp khi có nhiều phụ tải trong nhóm
Khi xảy ra sự cố trên đường dây cung cấp điện từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối phụ, một lượng lớn phụ tải sẽ bị mất điện.
Mạch hình tia thường được sử dụng cho các phụ tải công suất lớn và tập trung, đặc biệt là trong các xí nghiệp công nghiệp và các phụ tải quan trọng thuộc loại 1 hoặc loại 2.
2.2 Phương án đi dây phân nhánh:
Trong sơ đồ đi dây theo kiểu phân nhánh ta có thể cung cấp điện cho nhiều phụ tải hoặc các tủ phân phối phụ
• Sơ đồ phân nhánh có các ưu 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 đều công suất trên các tuyến dây
- Phức tạp trong vận hành và sửa chữa
- Các thiết bị cuối đường dây sẽ có độ sụt áp lớn khi có thiết bị điện trên cùng tuyến dây khởi động cùng lúc
- Độ tin cậy thấp trong việc cung cấp điện
Sơ đồ phân nhánh được áp dụng để cung cấp điện cho các phụ tải công suất nhỏ, bao gồm các phụ tải phân bố và phân tán, đặc biệt là loại 2 và loại 3.
2.3 Phương án đi dây hình tia phân nhánh:
Mạng hình tia kết hợp phân nhánh thường được sử dụng phổ biến, với kích cỡ dây dẫn giảm dần tại mỗi điểm phân nhánh Dây dẫn thường được kéo trong ống hoặc các mương lắp ghép để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn.
• Sơ đồ hình tia phân nhánh có ưu nhược điểm sau:
➢ Ưu điểm: chỉ một nhánh cô lập trong trường hợp có sự cố (bằng cầu chì hay
Việc xác định sự cố giúp đơn giản hóa quá trình bảo trì và mở rộng hệ thống điện, cho phép các phần khác của hệ thống hoạt động bình thường Đồng thời, kích thước dây dẫn có thể được chọn phù hợp với mức dòng giảm dần cho đến cuối mạch.
➢ Nhược điểm: sự cố xảy ra ở một trong các đường cáp từ tủ điện chính sẽ cắt tất cả các mạch và tải phía sau
3 Vạch phương án đi dây: Để cấp điện cho động cơ trong phân xưởng, dự định đặt một tủ phân phối từ trạm biến áp về và cấp cho 4 tủ động lực cùng một tủ chiếu sáng 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 hình tia
Từ tủ động lực đến các thiết bị thường dùng, sơ đồ hình tia được áp dụng cho thiết bị công suất lớn, trong khi sơ đồ phân nhánh thích hợp cho thiết bị công suất nhỏ.
• Các nhánh đi từ tủ phân phối không nên quá nhiều (n