Thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

Thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN

ĐỀ TÀI: thiết kế hệ thống điện cho nhà máy cơ khí công

nghiệp địa phương

Các nguyên tắc phân nhóm phụ tải :

o Các thiết bị cùng nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài mạng điện hạ áp nhờ vậy có thể giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng

o Chế độ làm việc của các thiết bị cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định phương trình phụ tải được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cungcấp điện cho nhóm

o Tổng công suất của nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều bởi

số đầu ra của tủ động lực thường ≤ (8 ÷12)

o Thường thì rất khó để thoả mãn cả ba nguyên tắc trên do vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải lựa chọn phương

án phân nhóm hợp lý nhất

o Dựa trên ba nguyên tắc trên và sự phân bố về vị trí , côngsuất của các phụ tải ta có thể chia phân xưởng sửa chữa cơkhí thành 4 nhóm sự phân chia thành các nhóm cho trongbảng 1.1 sau :

1 Bảng 1.1: phân nhóm phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí

Dòngđiện

Iđm ( A)

1 Máy mài tròn vạn

4 Máy bào ngang. 1 4.5 4.5 11.39

6 Lò điện để nấu chảy

3 dung dịchBể ngâm

4 Bể ngâmnước

E,Tìm công suất chiếu sáng cho pxscck theo suất công suất trên một đơn vị diện tích ,

Diện tích phân xưởng sửa chữa cơ khí : F = 75.30 = 2250 m2,

Suất phụ tải chiếu sáng : p0 = 15 W/m2;

3, bảng 3.1 :phụ tải điện phân xưởng xửa chữa cơ khí.

Tên nhóm

và thiết bị lượngSố

Kýhiệutrênbản

vẽ

Côngsuất đặtPo(kW)

4, xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại:

diện tích phân xưởng F = 7875 m2 ;

suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởng p0 = 15 W/ m2 ;

Diện tích phân xưởng lắp ráp F = 7224 m2 ;

suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15 w/m2 ;

Diện tích phân xưởng rèn F = 3000 m2 ;

Suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15W/m2 ;

diện tích phân xưởng đúc F = 2250 m2;

suất phụ tải chiếu sáng p0 = 15 W/m2 ;

Pcs = 2250.15 = 33750 (W) = 33,75 (kW) ;

Qcs = 0 ;

phụ tải toàn phân xưởng :

Phụ tải chiếu sáng của trạm bơm :

Ta có bảng tổng kết phụ tải tính toán của các phân xưởng toàn nhà máy :

Bảng 4.1 : phụ tải tính toán các phân xưở ng :

Trạm bơm 130 0,7 0,8 12 91 12,6 103,6 68,25 124,06

5,xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy :

Phụ tải tính toán tác dụng của nhà máy :

Pttnm = kđt ΣPtti

= 0,8.(122,62+838,125+428,36+405+313,75+301,5+205,5+105,5+103,6) = 2259,164 (kW);

6, xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải :

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị nhỏ nhất

Trong đó :

Pi và li – công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Để xác định tâm phụ tải ta sử dụng công thức :

Trong đó :

Xo ,Yo, Zo – toạ độ của tâm phụ tải điện

Xi, Yi,Zi – toạ độ của phụ tải thứ i

Si – công suất của phụ tải thứ i

min

Trên thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất

để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối ,tủ phân phối ,tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng ,có tâm trùng với tâm của phụ tải điện , có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đó tuỳ chọn để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng ,ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụtải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức :

m là tỷ lệ xích , ở đây chọn m = 1 kVA/ mm2 ;

góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định theo biểu thức :

kết quả tính toán Ri và αcs được cho trong bảng sau :

Bảng6.1: Ri và α cs của các phân xưởng :

STT Tên phânxưởng. (kW)Pcs (kW)Ptt (kVA)Stt Tâm phụ tải X(mm) Y(mm) (mm) αcs(R o)

1 Phân xưởng cơ

Hình 1: biểu đồ phụ tải của nhà máy cơ khí công nghiệp địa phương.

7, Thiết kế mạng điện cao áp của nhà máy :

Cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện từ hệ thống về nhà máy xác định theo biểuthức kinh nghiệm

U = 4,34

(l :khoảng cách từ nguồn điện đến nhà máy

P:công suất tác dụng tính toán của nhà máy.)

  :phương án về các trạm biến áp phân xưởng  :

Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn trên các nguyên tắc sau :

1.vị trí đặt TBA phải thoả mãn các yêu cầu : gần tâm phụ tải ; thuận tiện cho việc vận chuyển , lắp đặt ,vận hành ,sửa chữa máy biến áp (MBA) ;an toàn và kinh tế

2.Số lượng MBA đặt trong các TBA được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải ;điều kiện vận chuyển và lắp đặt ;chế độ làm việc của phụ tải trong mọi trường hợp TBA chỉ đặt 1 MBA sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việcvận hành ,song độ tin cậy cung cấp điện không cao các TBA cung cấp cho hộ loại I và loại II nên đặt 2 MBA , hộ loại III chỉ cần đặt 1 MBA

3.dung lượng các MBA được chọn theo 2 điều kiện :

n.khc.SđmB ≥ Stt

Theo chế độ sự cố một máy biến áp (trong trạm có nhiều hơn 1MBA)

(n- 1).kqt.SđmB ≥ Sttsc

Trong đó : n – số máy biến áp có trong TBA

khc – hệ số hiêụ chỉnh máy biến áp ,ở đây ta chọn máy biến áp sản xuất tại Việt Nam nên khc = 1; SđmB – công suất định mức của máy biến áp Stt – công suất tính toán của phụ tải mà MBA sẽ cung cấp điện

kqt – hệ số quá tải ,ở đây ta chọn kqt = 1.4 nếu thoả mãn điều kiệnMBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm ,thời gian quá tải trong một ngày đêm không vượt quá 6 h ,trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải ≤ 0,93;

Sttsc – công suất tính toán khi xảy ra sự cố Sttsc = 0,7 Stt,

a,phương án I :đặt4 TBA trong đó :

trạm biến áp I cung cấp điện cho các phân xưởng (1):

Theo điều kiện sự cố :

Sttsc = 0,7.(520,4-157,77)= 253,841 kVA; (phân xưởng sửa chữa cơ khí là phụ tải loại 3 nên khi sự cố xảy ra có thể ngừng cung cấp điện )

Như vậy ta chọn máy có Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

b,phương án II đặt 4TBA trong đó :

trạm biến áp I cung cấp điện cho các phụ tải (1) :

phụ tải 1 là các phụ tải loại 1 do vậy ta dùng trạm có 2 máy biến áp ,

Như vậy ta chọn Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

trạm biến áp II cung cấp điện cho các phụ tải (2,5,9)

trong trạm đặt hai máy biến áp

trạm biến áp III cung cấp điện cho các phân xưởng (3,4,7);

Trạm biến áp đặt 2 máy biến áp ;

Ta chọn máy biến áp do công ty thiết bị điện ĐôNG ANH chế tạo có dung lượng Sđm = 560 ; Theo điều kiện sự cố khi một máy biến áp bị hỏng tổng tải dồn vào máy còn lại :

Sttsc = 0,7.(953,53-157,77) = 557,032kVA ;

Như vậy ta chọn máy biến áp dung lượng Sđm = 560 kVA là hợp lý ;

trạm biến áp IV cung cấp điện cho các phân xưởng (6,8)   :

Trạm biến áp đặt 2 máy biến áp ;

Như vậy ta chọn Sđm = 320 kVA là hợp lý ;

7,2,xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng   :

Ta có thể đặt các trạm biến áp phân xưởng tại tâm phụ tải của các phân xưởng hoặc nhóm phân xưởng được cung cấp điện :

Trạm biến áp IV(B4) đặt tại vị trí (45 ; 78,63) ;

B,cho phương án II :



Bảng 7.1: kết quả xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng :

B3B4

37,2778,955,145

2736,85478,63

Phương án II

B1B2B3B4

3741,76866,3

2772,43482

Ta dùng4 phương án phương án để đưa điện từ nguồn về nhà máy ,2phương án dùng trạm biến áp trung gian cung cấp điện cho 2 phương án trạm biến áp phân xưởng , 2 phương án dùng trạm phân phối trung tâm cung cấp điện cho 2

phương án trạm biến áp phân xưởng ;

Vì nhà máy là phụ tải là loại 1 nên trạm biến áp trung gian đặt 2 máy ;

toạ độ của phân xưởng thứ i ,

vị trí tốt nhất để đặt TBATG hoặc TBATG có toạ độ (57 ; 44) theo vị trí nhà xưởng ;

2

3 4

5 6

7

8 9

B1

B2

B4

Từ hệ thống điện

B 3

Chọn máy biến áp phân xưởng :

Trên cơ sở kết quả chọn công suất máy biến áp trong các trạm ở phần trên ta có bảng chọn máy biến áp một cách chi tiết sau :

Bảng 7.2 : kết quả chọn máy biến áp tại các TBA trong phương án 1 ;

Tên

TBA (kVA)Sđm Uc/Uh(kV) (kW)ΔPo (kW)ΔPN (%)Un (%)Io

Sốmáy

đơn giá(106Đ)

Thànhtiền(106Đ)

Các máy biến áp đều do công ty thiết bị điện ĐÔNG ANH chế tạo nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ;



xác định tổn thất điện năng ΔA trong các TBA:

Để tính tổn thất trong các trạm biến áp ta sử dụng công thức

Trong đó :

n: số máy biến áp trong trạm làm việc song song ;

ΔPo ,ΔPN : là tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp ;

To : thời gian vận hành trong 1 năm = 8760 h ;

τ: thời gian tổn thất công suất cực đại ,đối với nhà máy cơ khí công nghiệp địa

Bảng 7.3: kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phương án 1; Tên TBA Số máy Stttba

Tổng tổn thất điện năng trong các trạm ΔAb = 667095,1kWh;

Tổn thất công suất công suất trong các trạm biến áp :

Ta có ΔS =

Stttba : công suất tính toán trạm biến áp cần cung cấp cho phụ tải ;

Bảng 7.4: tổn thất công suất toàn phần trong các trạm biến áp :

chọn dây và xác định tổn thất công suất ,tổn thất điện

năng trong mạng điện:

Chọn cáp từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng:

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt , đối với nhà

k1 :hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ ,lấy k1=1;

k2 : hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một rãnh,các rãnh đặt 2 cáp ,khoảng cách giữa các sợi cáp là 300 mm , tra trong bảng ta được k2 = 0,93

vì chiều dài cáp từ TBATG đến các TBA ngắn nên có thể bỏ qua tổn thất điện áp do đó không cần kiểm tra lại theo điều kiện ΔUcp;

chọn cáp từ TBATG đến B1:

Tiết diện kinh tế của cáp

16 mm2 ,cáp đồng 10 kV ,3 lõi cách điện XLPE ,đai thép ,vỏ PVC do hãngFURUKAWA chế tạo ,Icp = 110 A ;

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 67,52 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp 10kV,cách điện XLPE ,đai thép ,vỏ PVC của hãng

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 65,22 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp XLPE-10 kV của hãng FURUKAWA,

có tiết diện 16mm2 ,

Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp phân xưởng đến các phân xưởng :

Ta chỉ xét đến các đoạn cáp hạ áp khác nhau giữa các phương án ,các đoạngiống nhau không xét đến trong quá trình so sánh kinh tế giữa các phương

án

Cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép ,đoạn đường cáp

ở đây cũng ngắn ,tổn thất điện áp không đáng kể ,nên có thể bỏ qua khôngkiểm tra lại theo điều kiện ΔUcp ,

2XLPE(3X16)

2XLPE(3X16)

k2 = 1;ta dùng cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x70+50) có dòng điện cho phép Icp = 254 A ;khi đó 254 (A) > 239,7 (A)

chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp B3 về phân xưởng đúc (5) :

Ta xem (5) là phụ tải loại 1 nên dùng lộ kép

k2 = 0,85 ; khi đó

k2.Icp = 0,85.750 (A) = 635,7(A) > 620,4 (A) = 2Imax

chọn cáp từ trạm biến áp B2 về văn phòng và phòng thiết kế :

Ta chọn cáp 3 lõi +trung tính cách điện PVC do LENS chế tạo có tiết

diện (3x50 +35).Icp = 206 A ;

Bảng 7.5: kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phương án 1 :

đường cáp Tiết diệnF(mm2) dài L(m)Chiều (Ω/km) R(Ω)Ro (10đơn giá3Đ/m) Thành tiền(103Đ)

xác định tổn thất công suất trên đường dây :

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được tính theo công thức :

Trong đó :

R = ro.l (Ω);

n: số đường dây của một pha đi song song ;

đối với các cáp cao áp từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng thì Stt = côngsuất tính toán của phân xưởng màtrạm biến áp cần cung cấp (Sttpx) + tổn thất

công suất trong các máy biến áp của trạm biến áp (ΔS);

trạm MBA (kW) (kW) (%) (%) (kVA) (kVA) (kVar) (kVA)

Bảng7.7 : tổn thất công suất tác dụng trên các đường cáp phương án 1 :

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn :ΣΔPo = 25,16 kW

xác định tổn thất điện năng trên đường dây :

Tổn thất điện năng trên các đường dây được tính theo công thức:

vốn đầu tư mua máy cắt điện trong mạng cao áp của phương án 1:

Mạng cao áp trong phương án có điện áp 10 kV từ TBATG đến 4 trạm biến áp

phân xưởng ,TBATG có hai phân đoạn thanh góp nhận điện từ hai máy biến áp

trong trạm

Với 4 TBA ,mỗi trạm có hai máy biến áp nhận điện trực tiếp từ hai phân đoạn

thanh góp qua máy cắt điện đặt ở đầu đường cáp ,vậy trong mạng cao áp của

Trong đó :

n- số máy cắt trong mạng cần dùng ;

M – giá 1 máy cắt ,M= 12000 USD (10 kV) ;

Tỷ giá quy đổi 1 USD = 15,868 103 (Đ)

M = 12000.15,868.103 = 190,416 106 (Đ) ;

Kmc = 11 190,416 106 = 2094,6 106(Đ) ;

chi phí tính toán của phương án 1 :

Khi tính toán vốn đầu tư xây dựng mạng điện ở đây chỉ tính đến giá thành cáp

và máy biến áp khác nhau giữa các phương án ;

(K = Kb + Kđ+Kmc)những phần giống nhau đã được bỏ qua không xét đến ;tổn thất điện năng trong các phương án bao gồm tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đường dây :

ΔA = ΔAb + ΔAđ,

Chi phí tính toán Z1 của phương án 1 :

Ta sử dụng trạm biến áp trung gian hạ cấp điện áp 35 kV xuống cấp điện áp 10

kV cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng B1,B2,B3,B4 trong phương án 2

về trạm biến áp phân xưởng ,các trạm biến áp này sẽ hạ cấp điện áp 10 kV xuốngcòn 0,38 kV cung cấp cho các phụ tải của nhà máy :

hình 3 :sơ đồ phương án 2 :

2

1

3 4

5 6

B3 B4

chọn máy biến áp phân x ư ởng và xác đ ịnh tổn thất đ iện n ă ng ΔA trong các trạm biến áp :

chọn máy biến áp trong các trạm biến áp :

tương tự như phương án 1 ta có bảng chọn máy biến áp:

bảng 7.8 :kết quả chọn các MBA trong các TBA ph ươ ng án 2 :

Tên

TBA (kVA)Sđm Uc/Uh(kV) (kW)ΔPo (kW)ΔPN (%)Un (%)Io Số máy (10đơn giá6Đ)

Thànhtiền(106Đ)

đ ịnh tổn thất đ iện n ă ng ΔA trong các trạm biến áp :

Tương tự như phương án 1 ,tổn thất điện năng ΔA trong các trạm được tính theo công thức :

Kết quả tính trong các trạm được cho trong bảng sau :

Bảng7.9: tổn thất điện năng trong các TBA :

Tổng tổn thất điện năng trong các TBA : ΔAb = 667748,4 kWh;

Tổn thất công suất công suất trong các trạm biến áp :

Ta có ΔS =

chọn dây và xác định tổn thất công suất ,tổn thất điện

năng trong mạng điện:

Chọn cáp từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng:

Tương tự như phương án 1,Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của

dòng điện jkt , đối với nhà máy đang xét làm việc 3 ca , thời gian sử dụng

công suất lớn nhất Tmax = 5500 h , sử dụng cáp lõi đồng ,

ta có j kt = 2,7 (A /mm2),

Tiết diện kinh tế của cáp :Fkt = (mm2)

Từ TBATG về các trạm biến áp phân xưởng ta dùng cáp lộ kép nên

Dựa vào trị số Fkt tính ra được ,tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp

gần nhất

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng :

khc.Icp ≥ Isc ,giá trị khc như phương án 1

chọn cáp từ TBATG đến B1:

Tiết diện kinh tế của cáp

FURUKAWA chế tạo ,Icp = 110 A ;

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng:

Stttba2 = 1105,44 kVA ; ΔS = 129,33kVA;

FURUKAWA chế tạo có Icp = 110 A ;

Theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 71,28 (A) = 2.35,64= 2,Imax ;

Vậy ta chọn cáp XLPE của hãng FURUKAWA,

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 61,6 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp 10kV,cách điện XLPE ,đai thép ,vỏ PVC của hãng

Kiểm tra theo điều kiện phát nóng :

0,93.110 = 102,3 (A) > 34,12 (A) = 2.Imax ;

Vậy ta chọn cáp XLPE-10 kV của hãng FURUKAWA,

2 XLPE(3X16)

2XLPE(3X16)

Tương tự như phương án 1, ta chỉ xét đến các đoạn cáp hạ áp khác nhau giữa các phương án ,các đoạn giống nhau không xét đến trong quá trình so sánh kinh tế giữa các phương án

cáp hạ áp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép ,đoạn đường cáp ở đây cũng ngắn ,tổn thất điện áp không đáng kể ,nên có thể bỏ qua không kiểm tra lại theo điều kiện ΔUcp

chọn cáp từ trạm biến áp B3 tới phân xưởng sửa chữa cơ khí (3):

Phân xưởng sửa chữa cơ khí xem như phụ tải loại 3do đó ta dùng lộ đơn

từ trạm biến áp về phân xưởng ;

k2 = 1;ta dùng cáp đồng hạ áp 4 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện (3x70+50) có dòng điện cho phép Icp = 254 A ;khi đó 254 (A) > 239,7 (A)

Chọn cáp hạ áp từ trạm biến áp B3 về phân xưởng đúc (5) :

k2 = 0,85 ; khi đó

k2.Icp = 0,85.750 (A) = 635,7(A) > 573,6 (A) = 2Imax ;

Ta có tiết diện đường cáp 2(3x500 +500) ;

Chọn cáp từ trạm biến áp B3 phân xưởng kết cấu kim loại (7) :

Bộ phận kết cấu kim loại là phụ tải loại 2 nên ta dùng lộ kép

Theo điều kiện phát nóng :

k2.Icp ≥ Isc = 2.Imax = 2.189,22 = 378,44 (A) ;

k2 = 0,93;

Icp ≥ 378,44/0,93 = 406,9 A;

Ta chọn cáp đồng hạ áp cách điện PVC do LENS chế tạo tiết diện 2

(3x185+70) có dòng cho phép Icp = 434 A;