ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT MÁY KÉO Giáo viên hướng dẫn BẠCH QUỐC KHÁNH (ĐỀ 1)

I. Trường: ĐHBK Hà Nội, Bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN II. Giáo viên hướng dẫn: TS BẠCH QUỐC KHÁNH III. Đề tài: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT MÁY KÉO VI. Các số liệu đầu vào: 1.Phụ tải điện của nhà máy 2.Phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí 3.Điện áp nguồn: Uđm = 35 kV 4.Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp trạm biến áp khu vực: 250MVA 5.Đường dây cung cấp điện cho nhà máy: Dùng dây AC treo trên không. 6.Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: l = 12 km 7.Công suất của nguồn điện: Vô cùng lớn 8. Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax = 300.(10+1) = 3300 giờ

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN

I ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ

Thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy sản xuất máy kéo

II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Phụ tải điện của nhà máy

2 Phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí

6 Khoảng cách từ nguồn đến nhà máy: l = 12 km

7 Công suất của nguồn điện: Vô cùng lớn

8 Nhà máy làm việc 3 ca, Tmax = 300.(10+1) = 3300 giờ

Sơ đồ mặt bằng nhà mỏy sản xuất mỏy kộo

5

Từ hệ thống điện đến

Tỷ lệ: 1/4500

Phụ tải điện nhà mỏy sản xuất mỏy kộo

Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí

BỘ PHẬN DỤNG CỤ

BỘ PHẬN SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ ĐIỆN

2 Máy tiện ren 3 1616 4.5 13.5

Mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

Kho linh kiÖn háng

Bé phËn söa ch÷a ®iÖn

Kho phô tïng

Bé phËn söa ch÷a c¬ khÝ

Phßng thö nghiÖm

Phßng thö nghiÖm

Bé phËn dông cô

14 2

13

13

13 13

13 13

5 6 11 4

9 8

10 7

2 3 3

1 1 4

8 21

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 8

1.1 Loại ngành nghề, quy mô và năng lực của nhà máy 8

1.1.1 Loại ngành nghề 8

1.1.2 Quy mô, năng lực của nhà máy 8

1.2 Giới thiệu phụ tải điện của toàn nhà máy 8

1.3 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện của nhà máy 8

1.3.1 Độ tin cậy cung cấp điện 8

1.3.2 Chất lượng điện áp 9

1.3.3 An toàn cung cấp điện 9

1.3.4 Kinh tế 9

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 10

2.1 Đặt vấn đề 10

2.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 10

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu 10

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình 10

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình 10

2.2.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất bình P tb (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq ) 10

2.2.5 Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm 11

2.2.6 Xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện cho một đơn vị sản phẩm 11

2.2.7 Phương pháp tính trực tiếp 11

2.3 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí 11

2.3.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả) 12 2.3.2 Trình tự xác định phụ tải tính toán theo phương pháp P tb và k max 13

2.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại 21

2.4.1 Phân xưỏng đúc 21

2.5 Phụ tải tính toán của nhà máy 23

2.6 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải 23

2.6.1 Tâm phụ tải điện 23

2.6.2 Biểu đồ phụ tải điện 23

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 26

3.1 Đặt vấn đề 26

3.2 Vạch các phương án cung cấp điện 26

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng 26

3.2.2 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng 29

3.2.3 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng 30

3.3.1 Lựa chọn thông số và xác định tổn thất điện năng của máy biến áp 33

3.3.2.Chọn cáp 33

3.3.3.Xác định tổn thất điện năng trên đường dây 34

3.3.4 Tính toán kĩ thuật cho từng phương án 35

3.4.Chi phí tính toán đồng thời cho từng phương án 50

3.4.1 Phương án 1: 50

3.4.4 Phương án 4 55

3.5 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn : 57

3.5.1.Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm 57

3.5.2.Tính toán lựa chọn và vẽ sơ đồ TPPTT và các TBAPX : 57

3.6 Tính toán ngắn mạch 58

3.6.1 Chọn điểm tính ngắn mạch : 59

3.6.2.Tính toán các thông số của sơ đồ : 59

3.9.3.Tính dòng ngắn mạch : 61

3.7 Chọn và kiểm tra thiết bị 62

3.7.1 Chọn và kiểm tra cáp 35 KV 62

3.7.2.Chọn và kiểm tra thanh dẫn phía hạ áp TBAPX : 63

3.7.4.Chọn và kiểm tra dao cách ly : 64

3.7.5.Chọn và kiểm tra cầu chì cao áp : 64

3.7.6.Chọn và kiểm tra máy biến dòng điện : 65

3.7.7.Chọn và kiểm tra máy biến điện áp : 65

3.7.8.Chọn và kiểm tra chống sét van : 66

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CHO PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 69 4.1.Phân tích phụ tải phân xưởng SCCK 69

4.2.Lựa chọn sơ đồ cung cấp điên cho phân xưởng : 69

4.3.Chọn vị trí tủ động lực và tủ phân phối : 70

4.3.1.Nguyên tắc chung: 70

4.3.2.Sơ đồ đi dây trên mặt bằng và phương thức lắp đặt các đường cáp : 70

4.4 Lựa chọn tủ phân phối và tủ động lực 70

4.4.1 Nguyên tắc chung: 70

4.4.2 Chọn tủ phân phối 71

4.4.3 Chọn tủ động lực 72

4.5 Chọn cáp 74

4.5.1 Nguyên tắc chung 74

4.5.2 Chọn cáp từ trạm biến áp đến tủ phân phối 75

4.5.3 Chọn cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực 75

4.5.4.Lựa chọn cáp dẫn từ các tủ động lực tới từng động cơ: 76

4.6.Tính ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí để kiểm tra cáp và áptômát 80

4.4.1.Các thông số của sơ đồ thay thế : 80

4.4.2.Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn : 81

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 1.1 Loại ngành nghề, quy mô và năng lực của nhà máy

1.1.1 Loại ngành nghề

- Đây là nhà máy có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là trong nông nghiệp, nên nhà máy cần đảm bảo tin cậy cung cấp điện bằng cách được cấp điện bằng đường dây lõi kép từ trạm trung gian về các phân xưởng chính trong nhà máy, cũng cần đảm bảo cung liên tục cung cấp điện

1.1.2 Quy mô, năng lực của nhà máy

Đây là một nhà máy sản xuất máy kéo có quy mô lớn, gồm 12 phân xưởng

TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ Diện tích (m2)

1.2 Giới thiệu phụ tải điện của toàn nhà máy

Phụ tải điện của toàn nhà máy có thể phân ra làm hai loại phụ tải:

- Phụ tải động lực

- Phụ tải chiếu sáng

Phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng thường làm việc ở chế độ dài hạn, điện

áp yêu cầu trực tiếp tới thiết bị là 380/220 (V) ở tần số công nghiệp f=50(Hz)

1.3 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện của nhà máy

1.3.1 Độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy cung cấp điện tuỳ thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào (loại 1, 2, hay 3) Trong điều kiện cho phép, người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt

1.3.2 Chất lượng điện áp

Chất lượng điện được đánh giá bằng hai chỉ tiêu là 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 (hàng chục MW trở lên) 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 điện

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 những phụ tải có yêu cầu cao về chất

lượng điện áp như nhà máy hoá chất điện tử, cơ khí chính xác… điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng 2,5%

1.3.3 An toàn cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị Do đó, sơ đồ cung cấp điện phải hợp lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành và các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại

Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỷ mỉ giữa các phương án, từ đó mới có thể đưa ra được phương án thích hợp nhất

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

2.1 Đặt vấn đề

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra

2.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Hiện nay có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thì kết quả không thật chính xác Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp Vì vậy, tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp

Sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thưòng dùng nhất

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

®

=k P

Ptt nc

Trong đó:

knc: Hệ số nhu cầu của thiết bị, tra trong sổ tay kỹ thuật

Pđ : Công suất đặt của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị, trong tính toán có thể xem gần đúng Pđ = Pđm (kW)

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải

và công suất trung bình

Ptt = khd.PtbTrong đó:

khd : Hệ số hình dáng của phụ tải (tra sổ tay)

Ptb : Công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị:

 

t

At

dttPP

t

0

tb   

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch của

đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Ptt = Ptb ±

Trong đó:

Ptb : Công suất trung bình của một hoặc nhóm thiết bị (kW)

 : Độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

 : Hệ số tán xạ của 

2.2.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại k max và công suất bình

P tb (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả n hq )

Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.PdđTrong đó:

Ptb : Công suất trung bình của một hoặc nhóm thiết bị (kW)

ksd : Hệ số sử dụng của một hoặc một nhóm thiết bị

kmax : Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:

kmax = f(nhq, ksd)

nhq : Số thiết bị dùng điện hiệu quả

2.2.5 Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng cho một đơn

Trong đó:

a0 : Suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm

(kWh/đvsp)

M : Số sản phẩm sản xuất ra trong năm

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)

2.2.6 Xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện cho một đơn vị sản phẩm

Ptt = p0.S Trong đó:

p0 : Suất trang bị điện cho một đơn vị diện tích [W/m2]

S : Diện tích đặt thiết bị (m2)

2.2.7 Phương pháp tính trực tiếp

Trong các phương pháp trên, 3 phương pháp 1, 5 và 6 là dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho các kết quả gần đúng Tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi Các phương pháp còn lại xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố do đó có kết quả chính xác hơn nhưng khối lượng tính toán lớn hơn và phức tạp hơn

Tuỳ theo yêu cầu tính toán và những thông tin có thể có được về phụ tải, nguời thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định PTTT

Trong đồ án này, với phân xưởng sửa chữa 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 theo công suất trung bình và hệ số cực đại Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích và công suất đặt nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này ta áp dụng phương pháp tính theo công suất đặt và hệ

số nhu cầu Phụ tải chiếu sáng của các phân xưởng được xác định theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất

2.3 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng số 5 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy, có diện tích bố trí thiết bị là 1500m2 Trong đó có 72 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau: công suất lớn nhất là 24,6 kW, công suất nhỏ nhất là 0,65 kW Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, chỉ có

cần được quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định phụ tải tính toán và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng

2.3.1 Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả)

Ptt = kmax.Ptb = kmax.ksd.PdđTrong đó:

 ksd : Hệ số sử dụng của một hoặc một nhóm thiết bị

Nếu ksd của các nhóm sai khác nhiều thì ta sử dụng Ktb:

PP

max d

®

® và ksd  0,4 thì nhq = n

Pdđmax : Công suất danh định của thiết bị có công suất lớn nhất

Pdđmin : Công suất danh định của thiết bị có công suất nhỏ nhất

Nếu trong n thiết bị có tồn tại n1 thiết bị mà 1

max d

P

n P



+ Khi không áp dụng được 2 trường hợp trên (ksd < 0,2 hoặc m≤ 3

và ksd < 0,4) thì việc xác định nhq được tiến hành qua các bước sau :

 Bước 1: Tìm tổng số thiết bị trong nhóm n và số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong

 Bước 2: Tính : P =

1

n dmi i

+ Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp và nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầy tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng

+ Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm

+ Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng cho phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường nhỏ hơn 12

Tuy nhiên thường thì khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên,

do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa cơ khí thành 5 nhóm Kết quả phân nhóm phụ tải điện được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Tổng hợp kết quả phân nhóm phụ tải điện

19 Máy mài hai phía 12 1 2,8 2,8

Nhóm 5

2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải:

Với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta dùng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

a Nhóm 1:

Tra bảng PLI-1 TL [2] có: ksd= 0,15; Cos=0,6 => tg =1,33

- Tổng số thiết bị trong nhóm 1: n = 14

- Tổng công suất của nhóm 1: Pdm = 44 kW

- Công suất của thiết bị có công suất lớn nhất : Pdmmax = 10 kW



Trong đó:- P : tổng công suất định mức của n1 thiết bị

- Pdmi: công suất định mức của thiết bị thứ i trong n1 thiết bị

0,55

- Từ các giá trị n* = 0,21 ; P* = 0,55 tra bảng PL I.5 TL [2] trang 255

- Tính số thiết bị sử dụng điện hiệu quả :

nhq = n×nhq* =14×0,55 = 7,7

- Từ ksd = 0,15 và nhq = 7,7 tra bảng PL I.6 TL [2] trang 256 ta được kmax = 2,36

- Dòng điện định mức của các thiết bị trong nhóm:

Ví dụ:Tính Idm của Máy tiện ren có công suất là 7 kW, điện áp nguồn là 380V

Idm = Pdm

3 U cos   =

70,38 3 0,6 = 17,73 A

Tương tự cho các TB còn lại ta có giá trị dòng điện định mức ở bảng 2.1

- Phụ tải tính toán của nhóm 1:

Bảng 2.2 Bảng phụ tải tính toán của các nhóm

Tên nhóm và thiết bị Số lượng Công suất

Máy khoan đứng 1 4,5 0,15 0,6/1,33 11,40

Nhóm 3

3 Tính toán phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

- Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích theo công thức sau : Pcs =p0xF

Trong đó : Pcs: Là công suất chiếu sáng (kW)

p0 : Suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W/m2)

F : Diện tích cần được chiếu sáng (m2)

- Theo PL1-2 TL [2] ta có p0 đối với PXSC cơ khí là p0 =14 W/m2

- Theo bảng 1-1 chương 1 ta có diện tích của PX SCCK là : 1134 m2

i=1

m ttnhi dt

2.4 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại

2.4.2 Các phân xưởng còn lại

Tính toán hoàn toàn tương tự ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 2.3: Phụ tải tính toán của các phân xưởng

(kW) knc cos tg

F (m2)

5 PX luyện kim mầu 1800 0,6 0,7 1,02 3442,5 15 1080 1101,8 51,64 1131,64 1101,8 1579,4 2399,7

6 PX luyện kim đen 2500 0,6 0,7 1,02 2571,75 15 1500 1530,3 38,58 1538,58 1530,3 2170,0 3297,0

7 PX sửa chữa cơ khí 324,47 0,25 0,66 1,14 1134 14 94,548 125,749 15,88 110,42 125,7 167,4 241,5

2.5 Phụ tải tính toán của nhà máy

- Xác định phụ tải tác dụng của toàn nhà máy:

Ptt nm = kđt x

12 tti i=1P

- Xác định phụ tải phản kháng của toàn nhà máy:

Qtt nm = kđt x

12 tti i=1Q

2.6 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải

2.6.1 Tâm phụ tải điện

- Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho mô men phụ tải

 Pi.li đạt giá trị cực tiểu

Trong đó:

Pi : Công suất của phụ tải thứ i

Li : Khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

- Tọa độ tâm phụ tải M(x0,y0,z0) được xác định như sau:

n 1

i i

n 1

i i

n 1

i i i

S

zS

Trong đó:

Si : Công suất toàn phần của phụ tải thứ i

(xi,yi,zi) : Toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ

tuỳ ý chọn

- Trong thực tế thường ta ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa

độ x và y của tâm phụ tải

- Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây

2.6.2 Biểu đồ phụ tải điện

- Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải tính theo tỉ lệ xích nào đó

- Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sự phân

bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấp điện

- Biểu đồ phụ tải điện gồm hai phần: Phần phụ tải động lực (phần hình quạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng)

- 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 phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

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

Ri =

.m

Si

Trong đó:

- Kết quả tính toán Ri và csi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng được ghi trong bảng 2.4

Bảng 2.10: Kết quả xác định R i và csi của các phân xưởng:

(kW)

Stt

(kVA)

X (mm)

Y (mm)

R (mm)

7167,4

51579,4

62170

101481,2

9

1776,6

1264,3

21317,1

119,1 85,8 87,6 109,2 121,6 140 59,9

38,2 37 21,3

19,6

17,9 19,4 23

44,4 56,8

69,4 74,5

45,14

55,19

M(55,19;45,14)

11701,8

28,5

Hình 2.10: Biểu đồ phụ tải của nhà máy sản xuất máy kéo

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY 3.1 Đặt vấn đề

- Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và kĩ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thoả mãn những yêu cầu cơ bản sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 An toàn đối với người và thiết bị

4 Thuận lợi và dễ dàng trong thao tác vận hành và linh hoạt trong xử lý sự

cố

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

- Trình tự tính toán thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy gồm các bước sau:

1 Vạch các phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọn chủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án

3 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết phương án được chọn

3.2 Vạch các phương án cung cấp điện

- Trước khi vạch ra các phương án cụ thể cần lựa chọn cấp điện áp hợp lý cho đường dây truyền tải điện từ hệ thống về nhà máy Biểu thức kinh nghiệm

để lựa chọn cấp điện áp truyền tải:

U=4,34 l +0,016.P ( )kV

Trong đó:

P: Công suất ítnh toán của nhà máy (kW)

l: khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km)

Vì vậy, cấp điện áp hợp lý để truyền tải điện năng về nhà máy:

U=4,34 12 0,016.9527,06 55,65 kV   

Từ kết quả tính toán, ta chọn cấp điện áp trung áp 35kV từ hệ thống cấp cho nhà máy Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của các phân xưởng ta có thể đưa ra các phương án cung cấp điện như sau:

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng

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

- Vị trí đặt TBA phải thoả mãn:

+ Gần tâm phụ tải: Giảm vấn đề đầu tư và tổn thất trên đường ray + Thuận tiện cho vận chuyển, lắp đặt, quản lí và vận hành sau này + An toàn và kinh tế

- Số lượng máy biến áp (MBA) có trong TBA được lựa chọn căn cứ vào:

+ Yêu cầu cung cấp điện của phụ tải (loại 1, loại 2 hay loại 3)

+ Yêu cầu vận chuyển và lắp đặt

+ Chế độ làm việc của phụ tải

n.Khc.SdđB  Stt+ Điều kiện kiểm tra:

(n-1).Khc.Kqtsc.SdđB ≥ SttscTrong đó:

n: Số máy biến áp có trong một TBA

Khc: Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Chọn loại MBA do Công ty thiết bị điện Đông Anh sản xuất tại Việt Nam nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ, Khc=1

- Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố :

Khu nhà phòng quản lý và xưởng thiết kế(1); phân xưởng SCCK(7) là phụ tải loại III nên khi sự cố có thể tạm thời ngừng cung cấp điện Vì vậy Sttsc lúc này chính bằng công suất tính toán của phân xưởng rèn dập khi đã cắt bớt một

số phụ tải không quan trọng trong phân xưởng ( 30%)

(n-1).kqt.SdmBA  Sttsc = 0,7.Stt

tt dmBA

0,7.S 0,7.( 2139,2 - 195,2 - 167,4)

Vậy trạm biến áp B1 đặt 2MBA 1250 kVA là hợp lý

) Trạm biến áp B9 cung cấp điện cho trạm bơm(11)

Trạm bơm(11) là hộ tiêu thụ loại I nên trạm biến áp B9 cần đặt 2 máy biến áp làm việc song song

- Dung lượng : n.khc.SdmBA  Stt = 701,8 kVA

- Kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố :

(n-1).kqt.SdmBA  Sttsc = 0,7.Stt

tt dmBA

Vậy trạm biến áp B9 đặt 2 MBA 400 kVA là hợp lý

) Với các trạm B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 ta chọn tương tự như phương

án 1 thu được bảng tổng kết 3.1:

Bảng 3.1- Thông số tính toán và chọn của 9 trạm biến áp

Trạm Tên Phân Xưởng SttPXi

Phân xưởng SCCK(III) 167,4

B2 Phân xưởng đúc(I) 1317,1 1317,1 2x1000 658,55 658,55 B3 Phân xưởng gia công cơ khí(I) 1836,3 1836,3 2x1000 918,15 918,15 B4 Phân xưởng cơ lắp ráp (I) 2171,1 2171,1 2x1250 1085,55 1085,6 B5 Phân xưởng luyện kim màu (I) 1579,4 1579,4 2x1000 789,7 789,7 B6 Phân xưởng luyện kim đen (I) 2170,0 2170 2x1250 1085 1085 B7 Phân xưởng nhiệt luyện (I) 3019,2 3019,2 2x1600 1509,6 1509,6 B8 Bộ phận nén khí (III) 1481,2 1545,5 1x1600 1545,5 - Kho vật liệu (III) 64,3

Khu nhà phòng quản lý và xưởng thiết kế(1) là phụ tải loại III nên khi sự cố

có thể tạm thời ngừng cung cấp điện Vì vậy Sttsc lúc này chính bằng công suất tính toán của phân xưởng rèn dập khi đã cắt bớt một số phụ tải không quan trọng trong phân xưởng ( 30%)

(n-1).kqt.SdmBA  Sttsc = 0,7.Stt

tt dmBA

0,7.S 0,7.( 1971,8 - 195,2)

Vậy trạm biến áp B1 đặt 2 MBA 1000 kVA là hợp lý

) Với các trạm B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 ta chọn tương tự như phương

án 1 thu được bảng tổng kết 3.1:

)Bảng tổng kết các thông số của MBA

Bảng 3.2- Thông số tính toán và chọn của 8 trạm biến áp

Trạm Tên Phân Xưởng SttPXi

[kVA]

Stt [kVA]

Kho vật liệu (III) 64,3

B3 Phân xưởng gia công cơ khí(I) 1836,3 1836,3 2x1000 918,15 918,15 B4 Phân xưởng cơ lắp ráp (I) 2171,1 2171,1 2x1250 1085,55 1085,6 B5 Phân xưởng luyện kim màu (I) 1579,4 1746,8 2x1000 873,4 789,7 Phân xưởng SCCK(III) 167,4

B6 Phân xưởng luyện kim đen (I) 2170,0 2170 2x1250 1085 1085 B7 Phân xưởng nhiệt luyện (I) 3019,2 3019,2 2x1600 1509,6 1509,6 B8 Bộ phận nén khí (III) 1481,2 1481,2 1x1600 1481,2 -

3.2.2 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng

- Xác định vị trí đặt trạm biến áp áp B 1 (Phương án 8 trạm biến áp) cung cấp cho khu nhà phòng quản lý và xưởng thiết kế; phân xưởng rèn dập

X 01 =

n

i i 1 n i 1

S x

217256,79

110,21971,8

S



Y 01 =

n

i i 1 n i 1

S y

115553,38

58,61971,8

S



 Căn cứ vào vị trí nhà xưởng ta đặt trạm biến áp B 1 tại vị trí M 1 (110,2 ; 58,6)

- Đối với các trạmbiến áp phân xưởng khác, tính toán tương tự ta xác định được vị trí đặt phù hợp cho các trạm trong phạm vi nhà máy kết quả cho ở bảng sau:

Bảng 3.3-Kết quả chọn máy biến áp cho các trạm biến áp phân xưởng

Phương án Tên trạm Công suất

tính toán, kVA Dung lượng

3.2.3 Phương án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng

a.Các phương án cung cấp điện cho các TBA phân xưởng

- Phương án sử dụng sơ đồ dẫn sâu:

phân xưởng Nhờ đưa trực tiếp điện cao áp vào TBA phân xuởng nên giảm đuợc vốn đầu tư TBA trung gian hoặc trạm phân phối trung tâm, giảm được tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng

+ Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là độ tin cậy cung cấp điện không cao, các thiết bị sử dụng trong sơ đồ giá thành đắt và yêu cầu trình độ vận hành

phải rất cao, nó chỉ phù hợp với các nhà máy có phụ tải rất lớn và các phân xưởng sản xuất nằm tập trung gần nhau nên ở đây ta không xét phương án này

để cung cấp cho các TBA phân xưởng Nhờ vậy sẽ giảm được vốn đầu tư cho mạng điện cao áp của nhà máy cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cao hơn Song phải đầu tư xây dựng các TBATG làm gia tăng tổn thất trong mạng cao áp Nếu sử dụng phương án này,

vì nhà máy là hộ loại 2 nên TBATG phải đặt 2 MBA với công suất được chọn theo điều kiện:

2.SđmBS ttnm 13972,72 SdmB  6986,36kVA

Chọn dùng MBA tiêu chuẩn có Sđm= 7500(kVA)

Kiểm tra lại dung lượng MBA theo điều kiện quá tải sự cố với giả thiết các hộ loại 2 trong nhà máy đều có 30% là phụ tải loại 3 có thể tạm ngừng cấp điện khi cần thiết

b.Xác định vị trí đặt TBATG (của nhà máy) và trạm phân phối trung tâm

Dựa trên hệ trục toạ độ x0y đã chọn có thể xác định được tâm phụ tải điện của nhà máy:

1 0

S x x

S y y

Si: Công suất tính toán của phân xưởng thứ i

(xi, yi): Toạ độ tâm phụ tải thứ i

x0 = 55,19

y0 = 45,14

Vậy vị trí tốt nhất để đặt TBATG hoặc TPPTT có toạ độ M(55,19;45,14)

theo vị trí nhà xưởng

c.Lựa chọn các phương án nối dây của mạng cao áp

cấp (TBATG hoặc trạm phân phối trung tâm) của nhà máy sẽ dùng lộ kép

- Do tính chất quan trọng của các phân xưởng trong nhà máy nên mạng cao áp trong nhà máy ta sử dụng sơ đồ hình tia, lộ kép Sơ đồ này có ưu điểm là nối dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng đều được cung cấp điện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện biện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vận hành Để đảm bảo

mỹ quan và an toàn, các đường cao áp trong nhà máy đều được đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ

Từ những phân tích trên có thể đưa ra 4 phương án thiết kế mạng cao áp như sau:

B2 B3

B4 B7

B5 B6 TBATT

B3 B4

B7

B5 B6

TPPTT

B3 B4

B7

B5 B6

3 4

3 4

3 4

3 4

9 B9

11 11

B2 B2

B2 B9

PAII PAI

3.3Tính toán kinh tế kỹ thuật, lựa chọn phương án hợp lý.

3.3.1 Lựa chọn thông số và xác định tổn thất điện năng của máy biến áp

Thông số MBA được chọn dựa vào dung lượng máy biến áp đã tính ở phần trên

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biên áp(TBA):

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức :

kWh, S

S.Pn

1.tPn

A

2

dmBA

tt n

Trong đó:

n - Số máy biên áp ghép song song

t - Thời gian máy biến áp vận hành, với MBA vận hành suốt năm

t = 8760 h

 - Thời gian tổn thất công lớn nhất [h]

Với nhà máy chế tạo công cụ có Tmax = 3600 h khi đó ta có:

 = (0,124 +Tmax.10-4)2.8760

  = (0,124 + 3600.10-4).8760 = 1805,6 h

P0, Pn - Tổn thất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của

MBA[kW]

Stt - Công suất tính toán của TBA [kVA]

SdmBA - Công suất định mức của MBA [kVA]

Để tránh việc làm cản trở tới quá trình sản xuất bên trong các phân

xưởngvà mỹ quan của toàn nhà máy các trạm biến áp phân xưởng cũng lựa chọn loại trạm kín, xây có tường chung với phân xưởng liền kề

3.3.2.Chọn cáp

* Cáp cao áp : Được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt Đối với nhà máy chế tạo công cụ có thời gian sử dụng công suất lớn nhất là Tmax = 3600 h

và sử dụng cáp lõi đồng tra bảng tìm được Jkt = 3,1 A/mm2

Stt - Công suất tính toán của trạm biến áp ; S [kV] , Udm [kV]

+ Nếu đi lộ đơn:

Kiểm tra tiết diện cáp được chọn theo điều kiện phát nóng

khc.Icp  Isc

Trong đó:

Isc - Dòng điện khi xẩy ra sự cố đứt 1 cáp với Isc = 2.Ilvmax

khc = k1.k2

k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ lấy k1 = 1

k2 - hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một hào cáp, các cáp đều đặt trong rãnh, mỗi rãnh đều đặt 2 cáp, khoảng cách giữa 2 sợi là 300 m chôn trong đất nên lấy k2 =0,93

Vì chiều dài từ TBATT đến TBA phân xưởng ngắn nên tổn thất điện áp trên đường cáp nhỏ ta có thể bỏ qua kiểm tra điều kiện Ucp

* Cáp hạ áp : Từ trạm biến áp phân xưởng tới các phân xưởng ta chỉ xét đến

các đoạn cáp khác nhau giữa các phương án, các đoạn giống nhau bỏ qua

không xét đến trong quá trình so sánh giữa các phương án

Cáp được chọn theo điều kiện phát nóng cho phép Đoạn đường dây ngắn, tổn thất điện áp không đáng kể, nên có thể bỏ qua không kiểm tra điều kiện

Ucp, và chú ý hộ tiêu thụ loại III chỉ cần đi lộ đơn

3.3.3.Xác định tổn thất điện năng trên đường dây

- Tổn thất công suất tác dụng

2

-3 ttPX

2 dm

r0 - điện trở trên một đơn vị chiều dài cáp [ /km ]

- Tổn thất điện năng Add = Pd. , kWh

Trong đó :  - thời gian tổn thất công suất lớn nhất,  = 1805,6 h

3.3.4 Tính toán kĩ thuật cho từng phương án

3.3.4.1.Phương án 1

Phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm (TBATT) nhận điện từ hệ thống

về, hạ điện áp xuống 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng B1, B2, B3, B4 ,B5, B6, B7, B8, B9 hạ điên áp từ 10

kV xuống 0,4 kVA để cung cấp cho các thiết bị trong phân xưởng

TBATT

B3 B4

B7

B5 B6

3 4

do Công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo

Bảng 3.4- Thông số máy biên áp cho phương án 1

[kVA]

Uc/Uh [kV]

P0 [kW]

Pn [kW]

Un [%]

I0 [%]

1.tPn

A

2

dmBA

tt n

Tính toán tương tự như phương án 1 ta có bảng kết quả :

Bảng 3.5- Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong máy biến áp cho phương án1

Máy

Stt [kVA]

Sdm [kVA]

P0 [kW]

Pn [kW]

AB [kWh]

- Tiết diện kinh tế của cáp

Isc = 2.Ilvmax = 123,51 A < khc.Icp = 0,93.140 = 130,2 A

Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

Vậy chọn cáp 2XLPE(325)

* Cáp từ TBATT đến các trạm B2, B3, B4, B5, B6, B7,B8,B9 ta chọn tương tự như đối với trạm B1 kết quả tính toán và chọn cho ở bảng 3.6

b) Cáp hạ áp:

Ta chỉ xét đến các đoạn cáp hạ áp khác nhau giữa các phương án, các đoạn giống nhau bỏ qua không xét tới trong quá trình so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa

các phương án Cụ thể đối với phương án 1 ta cần chọn cáp Cáp hạ áp được

chọn theo điều kiện phát nóng cho phép

PXSCCK xếp vào hộ tiêu thụ loại III nên ta dùng cáp lộ đơn

Tra bảng 4.23 – TL [3] ta lựa chọn cáp đồng hạ áp 4 lõi (trong đó có 1

lõi trung tính) cách điện PVC do LENS chế tạo có Ftc = 70mm2

- Cáp chọn phải thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép, tra bảng có dòng điện cho phép Icp = 254A cáp đặt dưới đất (25o C ) với khc = 1

I =ISC lvmax=241,62A< khc.Icp = 1.254 = 254 A

Cáp đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

Vậy chọn cáp 1x(3x70+50) cách điện PVC do LENS chế tạo

 Xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên các đoạn cáp:

- Đoạn cáp TBATT - B 1 :

+ Điện trở đoạn cáp :  r l , 

n1

Tra bảng 4.55 – TL [3] với cáp XLPE(325) có:

 Xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên các đoạn cáp:

- Tương tự với các đoạn cáp còn lại ta có bảng tổng kết sau:

Bảng 3.6 - Tổng hợp số liệu lựa chọn và tính toán cáp của phương án 1

3.3.4.2.Phương án 2

Phương án sử dụng trạm biến áp trung tâm (TBATT) nhận điện từ hệ thống

về, hạ điện áp xuống 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng Các trạm biến áp phân xưởng B1, B2, B3, B4 ,B5, B6, B7, B8 hạ điên áp từ 10 kV xuống 0,4 kVA để cung cấp cho các thiết bị trong phân xưởng

TBATT

B2 B3

B4

B7

B5 B6

3 4

do Công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo

Bảng 3.7- Thông số máy biên áp cho phương án 2

[kVA]

Uc/Uh [kV]

P0 [kW]

Pn [kW]

Un [%]

I0 [%]