Thiết kế đường dây và trạm biến ap110kv, Nối đất và chống sét đảm bảo an toàn cho đường dây

Trong thực tế phụ tải trung bình được tính toán theo công thức sau: P, Q - điện năng tiêu thụ trong thời gian khảo sát, KW, KVAr t- thời gian khảo sát, h Phụ tải trung bình của nhóm th

LỜI NÓI ĐẦU

Nền kinh tế nước ta đã và đang có những bước phát triển vượt bậc, hội nhập với khu vực và thế giới Chúng ta đang trong tiến trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, vì vậy các ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp Điện đóng vai trò then chốt, bởi điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các đô thị, khu dân cư

Một trong những quan tâm hàng đầu khi xây dựng các nhà máy, Xí nghiệp, các đô thị là ta phải có một hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các Xí nghiệp, nhà máy, nhà cao tầng

Chúng ta có thể hiểu theo nghĩa rộng, cung cấp điện bao gồm các khâu phát điện, truyền tải và phân phối điện năng Còn theo nghĩa hẹp hơn cung cấp điện

là hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, làm nhiệm vụ cung cấp điện cho

1 khu vực nhất định

Ngày nay, với sự giúp đỡ của ngành công nghiệp điện, các ngành công

nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ đang trên đà phát triển mạnh Điện năng góp phần tạo ra của cải vật chất cho xã hội gấp hàng triệu lần so với thời kỳ con người chưa biết đến điện, nó góp phần tạo nên một nền văn minh công nghiệp và hậu công nghiệp

Tình hình điện lực Việt Nam tính đến tháng 1/2006 (số liệu thực tế theo

www.evn.vn): Sản lượng cung cấp cho nền KTQD đạt khoảng hơn 60 tỷ kWh; trong đó công nghiệp xây dựng chiếm 47,96%; Quản lý tiêu dùng dân cư chiếm 42,16%

Điện nông thôn (số liệu đến hết tháng 12/2005)

 Số huyện có điện lưới Quốc gia 529/540 (97,96%)

 Số xã có điện lưới Quốc gia 8.675/9.046 (95,9%)

 Số hộ có điện lưới Quốc gia 12.055.000/13.335.000 (90,4%)

 Số xã có điện lưới dưới 700đ/kWh: 8.588/8.675 (99%)

 Số xã có điện lưới trên 700đ/ kWh: 87/8.675 (1%)

Chương trình phát triển nguồn điện từ 2004 - 2010; định hướng đến 2020:

 Mục tiêu phát triển của ngành điện đến năm 2010 là:

 Sử dụng tốt các nguồn thủy năng, kết hợp thủy lợi, than để phát triển cân đối nguồn điện Xây dựng các cụm phát triển Điện - đạm ở Phú Mỹ và khu vực Tây Nam Xúc tiến xây dựng thủy điện Sơn La Nghiên cứu phương án sử dụng năng lượng nguyên tử, đồng bộ hóa, điện hóa mạng lưới phân phối điện Quốc gia Đa dạng hóa phương thức đầu tư và kinh doanh điện, có chính sách thích hợp về sử dụng điện ở nông thôn, miền núi Tăng sức mạnh tranh về giá điện so với khu vực

 Chiến lược phát triển nguồn điện:

+ Ưu tiên phát triển thủy điện, khuyến khích phát triển các nguồn thủy điện nhỏ với nhiều hình thức để tận dụng nguồn năng lượng tái sinh này Trong khoảng 20 năm tới sẽ xây dựng hết các nhà máy thủy điện tại những nơi có khả năng xây dựng

 Chiến lược phát triển lưới điện

 Chiến lược phát triển điện nông thôn và miền núi

 Chiến lược tài chính và huy động vốn

 Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ

 Chiến lược phát triển viễn thông và CNTT

 Định hướng phát triển cơ khí điện

 Định hướng phát triển tư vấn xây dựng điện

Quy định về cải tạo và phát triển mạng điện Việt Nam:

 Việc cải tạo và phát triển Thành phố phải nằm đáp ứng nhu cầu phụ tải,

có dự phòng và phải được thực hiện đồng bộ từ cao thế hạ thế, khắc phục tình trạng lưới điện kém an toàn, chắp vá, tổn thất còn cao như hiện nay

 Quan điểm về tiêu chuẩn thiết kế sơ đồ lưới điện truyền tải và phân phối Thành phố giai đoạn 2002 - 2010:

 Đường dây 220 KV: Xây dựng mới 45km, cải tạo 18km

 Đường dây 110 KV: Xây dựng mới 60,1km, cải tạo 71km

 Trạm biến áp 220KV: Xây dựng mới 3 trạm với tổng công suất là

1.5000MVA; cải tạo nâng công suất 2 trạm với tổng công suất tăng thêm 375MVA;

 Trạm biến áp 110 KV: Xây dựng mới 10 trạm với tổng công suất 873 MVA; cải tạo nâng công suất 17 trạm với tổng công suất là 1.435 MVA;

 Lưới điện phân phối trung thế: Đường dây 35 KV xây dựng mới

54,4km, đường dây 22 KV xây dựng mới 1.568 km, đường dây cải tạo nâng cấp điện áp lên 22 KV là 473 km Đẩy nhanh tiến độ ngầm hóa lưới điện trung thế, bảo đảm tới 2010 tỷ lệ ngầm hóa đạt 60%; xây dựng mới 3.561 trạm biến áp với dung lượng máy biến áp là 1.522.143 KVA, cải tạo 2.649 trạm với tổng dung lượng máy biến áp là 1.097.854 KVA; xây dựng mới 2.250 km đường dây hạ thế

LỜI CẢM ƠN

Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em có được những kiến thức tổng hợp,

vì đồ án này có liên quan rất nhiều môn học mà em được học ở giảng đường Ngoài ra còn có thêm những kiến thức thực tế, những kiến thức kinh nghiệm bổ sung cho lý thuyết đã được học ở trường

Tuy nhiên do còn hạn chế về kiến thức, hạn chế về kinh nghiệm thực tế, thời gian thực hiện nên tập đồ án còn không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy hướng dẫn cùng các thầy cô trong bộ môn góp ý chỉ bảo thêm,

để cho đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt là thầy Nguyễn Đình Thiên đã giành nhiều thời gian quý báu, tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ

án này đúng thời hạn mà bộ môn đã đề ra

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Bùi Nguyên Bản

MỤC LỤC

Trang LỜI NÓI ĐẦU

Chương 1: Cơ sở lý thuyết về cung cấp điện

I Những vấn đề chung về cung cấp điện

Chương 2: Xác định phụ tải điện

I Các khái niệm, hệ số, đại lượng trong tính toán

II Các đại lượng về đại số thường gặp:

III Các phương pháp tính phụ tải tính toán

Chương 3: Tính toán cung cấp điện cho khu cấp nước của Nhà máy xi măng

I Phụ tải tính toán

II Xác định công suất và số lượng máy bơm nước khu xử lý nước của Nhà máy xi măng

III Chọn vị trí và dung lượng máy biến áp cho trạm cấp nước của nhà máy

IV Vạch sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử của hệ thống cấp điện

V Chọn tiết diện dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm 110/6 KV về trạm biến áp của trạm cấp nước

VI Tính tổn thất trên đường dây và tổn thất công suất trong máy biến áp của trạm cấp nước

VII Tính tổn thất trên đường dây và tổn thất điện năng trong máy biến áp

Chương 4 Tính cơ khí đường dây

I Tính toán dây dẫn

II Tính toán lựa chọn cột

III Tính toán kiểm tra móng cột

Chương 5: Tính toán lựa chọn thiết bị cho trạm biến áp

I Đặt vấn đề

II Lựa chọn các thiết bị cho trạm biến áp

Chương 6: Tính toán ngắn mạch

I Đặt vấn đề II Tính toán ngắn mạch và kiểm tra lại các thiết bị đã lựa chọn Chương 7: Nối đất và chống sét đảm bảo an toàn cho đường dây I Đặt vấn đề II Tính toán nối đất 6 KV cấp điện cho trạm biến áp của trạm cấp nước III Tính toán nối đất cho trạm biến áp của trạm cấp nước IV Sét và thiết bị chống sét KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

1 Đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện năng:

Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các năng lượng khác, dễ truyền tải và phân phối Vì vậy nó là ngành năng lượng chính trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt của con người

Điện năng không tích trữ được, trừ pin, ắc quy có công suất nhỏ Vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện phải luôn đảm bảo cân bằng

Quá trình sản xuất điện năng là quá trình điện từ Quá trình xảy ra rất nhanh

Vì vậy để đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như: điều độ, thông tin, đo lường, bảo vệ, tự động hóa

Đo điện năng được dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp và các đô thị cho nên khi lập kế hoạch phát triển điện năng phải đi từng bước một, nhằm thỏa mãn nhu cầu điện trong tương lai

Trong quá trìnhq nghiên cứu thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác sản xuất, phân phối và tiêu thụ điện năng thì những đặc điểm trên là rất quan trọng

2 Nguồn điện

Hiện nay có nhiều dạng nguồn điện Do có nhiều phương pháp biến đổi các dạng lượng khác như nhiệt năng, thủy năng, năng lượng hạt nhân

a) Nhà máy nhiệt điện:

Đây là dạng Nguồn điện kinh điển: Nó giữ tỷ lệ khá quan trọng trong tổng công suất của hệ thống điện

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau:

Nhiệt năng (của than) -> cơ năng (tuabin) -> điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy than

Nhiệt năng (của khí gas) -> cơ năng (tuabin khí) -> điện năng (máy phát điện)

=> Nhà máy nhiệt điện chạy khí

Nhiệt năng (của dầu) -> cơ năng (động cơ diezel) -> điện năng (máy phát điện) => Nhà máy nhiệt điện chạy diezel

Miền Bắc có nhà máy nhiệt điện Phả Lại 1 (400 MW), Phả Lại 2 (600 MW), Uông Bí (300 MW)

Miền Nam có nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ 1 (900 MW), Phú Mỹ 2 (600 MW)

b) Nhà máy thủy điện:

Quá trình biển đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện:

Thủy năng (của cột nước) -> cơ năng (tua bin nước) -> điện năng (máy phát điện) => nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện được phân bố đều trên cả nước ta

Miền Bắc có nhà máy thủy điện Hòa Bình (1920 MW), nhà máy thủy điện Thác Bà (108 MW)

Miền Trung có nhà máy thủy điện Yaly (700 MW)

Miền Nam có nhà máy thủy điện Trị An (400 MW)

Công trình thủy điện bao giờ cũng kết hợp với: tưới tiêu, chống lũ, giao thông, nuôi cá nên đưa lại nhiều lợi ích Bên cạnh đó nước ta lại có nguồn thủy năng dồi dào nên chúng ta cần ưu tiên phát triển thủy điện Tuy nhiên khi lập sơ đồ phát triển hệ thống điện quốc gia thì cần có tỷ lệ hợp lý giữa thủy điện và nhiệt điện để đảm bảo vận hành an toàn và kinh tế

c) Nhà máy điện nguyên tử:

Do lo ngại vấn đề an toàn và ô nhiễm phóng xạ nên việc xây dựng các nhà máy điện nguyên tử chỉ được xem xét đến khi các nguồn điện khác đã được khai thác hết

 Bên cạnh việc nắm vững đặc điểm và nguồn điện trong cung cấp điện thì nhiệm vụ đặt ra với người kỹ sư khi nghiên cứu, thiết kế cấp điện cần phải thỏa mãn các yêu cầu về: độ tin cậy cấp điện, chất lượng điện, an toàn và cuối cùng là vấn đề kinh tế

3 Đặc điểm của hộ tiêu thụ:

Hộ tiêu thụ là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện Hộ tiêu thụ được phân thành 3 loại tùy theo mức độ quan trọng:

1 Hộ loại 1: là hộ tiêu thụ mà bị 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 chính trị, quốc phòng

Ví dụ về hộ loại 1: Văn phòng Chính Phủ, Quốc hội, nhà máy hóa chất, sân bay, bến cảng, phòng mổ, lò luyện thép, hệ thống ra đa quân sự, trung tâm máy tính

2 Hộ loại 2: là hộ tiêu thụ mà bị 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

Ví dụ về hộ loại 2: Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, khách sạn lớn 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 bị ngừng cung cấp điện

3 Hộ loại 3: là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư, trường học,

phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy

Đối với hộ tiêu thụ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian ngắn để sửa chữa khắc phục các sự cố

Thông thường, hộ loại 3 được cung cấp điện từ 1 nguồn

Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tùy thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ còn lại Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở sản xuất dịch vụ, khu dân cư có nhiều loại hộ tiêu thụ xen kẽ nhau Vì vậy hệ thống cung cấp điện phải được nghiên cứu kỹ lưỡng, đảm bảo cung cấp điện an toàn, tin cậy và linh hoạt

4 Yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện:

Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt

a Độ tin cậy cung cấp điện:

Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc hộ tiêu thụ loại nào Trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt

b Chất lượng điện:

Chất lượng điện được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu là tần số và điện áp

Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh Chỉ có những

hộ tiêu thụ lớn (từ 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

Vì vậy, người thiết kế cung cấp điện thường chỉ quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng

Điện áp ở lưới chung 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 hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng  2,5%

c An toàn cung cấp điện:

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 sơ đồ cung cấp điện hợp

lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh những nhầm lẫn trong vận hành; các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng công suất

Công tác xây dựng, lắp đặt hệ thống cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến độ an toàn cung cấp điện

Việc vận hành quản lý hệ thống điện có vai trò hết sức quan trọng Người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành quy định về an toàn sử dụng điện

Pđ- công suất đặt của động cơ, KW;

Pđm- công suất định mức của động cơ, KW

đc- hiệu suất định mức của động cơ

Vì hiệu suất định mức động cơ tương đối cao = 0.8  0.95 nên để đơn giản việc tính toán người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất, lấy:

PĐ  PĐM

Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: cần trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ dài hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện % = 100% Công thức quy đổi như sau:

 Đối với động cơ:

đm- các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy

2 Phụ tải trung bình P tb

Phụ tải trung bình là đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán Trong thực tế phụ tải trung bình được tính toán theo công thức sau:

P, Q - điện năng tiêu thụ trong thời gian khảo sát, KW, KVAr

t- thời gian khảo sát, h

Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được tính toán theo công thức sau:

q

1Biến phụ tải trung bình chúng ta vẫn có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị Phụ tải trung bình là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với thời gian khảo sát là 1 ca làm việc, 1 tháng hoặc 1 năm

3 Phụ tải cực đại P max

Phụ tải cực đại được chia ra làm 2 nhóm

a) Phụ tải cực đại Pmax là phụ tải trung bình lớn nhất tính toán trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5, 10 hoặc 30 phút) ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại để tính tổn thất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện, chọn dây dẫn và dây cáp theo điều kiện mật độ dòng điện kinh tế

b) Phụ tải đỉnh nhọn Pđn - là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian

từ 1 đến 2s

Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ

Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi động cơ khởi động Chúng ta không chỉ quan tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà còn quan tâm đến tần suất xuất hiện của nó Bởi vì số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị khác ở cùng một bảng điện

4 Phụ tải tính toán P tt

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một 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 Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành Quan hệ giữa phụ tải tính toán và các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau:

Bảng 3-1 Hằng số thời gian phát nóng Tph của một số loại dây dẫn

HÖ sè sö dông ®-îc tÝnh theo c«ng thøc sau:

 §èi víi mét thiÕt bÞ:

(

2 1

2 1

n dm

n n t

t

t t t p

t p t p t

Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết

bị điện trong một chu kỳ làm việc Hệ số sử dụng là một số liệu để tính phụ tải tính toán

6 Hệ số phụ tải k pt

Hệ số phụ tải là hệ số giữa công suất thực tế với công định mức Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó Vì vậy:

Công thức để tính kmax rất phức tạp, trong thực tế người ta tính kmax theo đường cong kmax = f (ksd, nhq) Hệ số kmax thường được tính cho phụ tải tác dụng

tt dn

tt

P

P P

9 Hệ số thiết bị hiệu quả n hq

nhq 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 các thiết bị có chế

độ làm việc và công suất khác nhau)

Công thức để tính nhq như sau:

P / 



n i dm

P

1

2

) ( (3 - 12)

Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n > 5 tính nhq theo (3-12) khá nhiều phiền phức, vì vậy trong thực tế người ta tìm nhq theo bảng hoặc đường con cho trước Trình tự như sau:

P và P1 - tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN

Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất và trình độ vận hành của công nhân Vì vậy việc xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm

vụ khó khăn nhưng rất quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện có khi dẫn đến cháy, nổ gây nguy hiểm Còn nếu phụ tải tính toán xác định lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây ra chọn thiết bị lãng phí

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

Sau đây trình bày một số phụ tải tính toán thường dùng nhất

1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt P đ và hệ số nhu cầu k nc

Phương pháp này sử dụng khi đã có thiết kế nhà xưởng của Xí nghiệp (chưa

có thiết kế chi tiết bố trí các máy móc, thiết bị trên mặt bằng), lúc này mới chỉ biết duy nhất một số liệu cụ thể là công suất đặt của từng phân xưởng

Knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuật

cos: hệ số công suất tính toán, tra sổ tay kỹ thuật, rút ra tg

Trên đây là phụ tải động lực

b) Phụ tải chiếu sáng

Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

P CS = P 0 S

P0 - suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2)

S- diện tích cần chiếu sáng, ở đây là diện tích phân xưởng (m2)

Cần phải cân nhắc xem sử dụng loại bóng đèn nào thích hợp Nếu dùng đèn tuýp (đèn huỳnh quang) thì cos = 0.6  0.8 Nếu sử dụng đèn sợi đốt thì cos

Phụ tải tính toán nhà máy được xác định bằng cách lấy tổng phụ tải các phân xưởng có kể đến hệ số đồng thời

Kđt - Hệ số đồng thời, xét khả năng phụ tải các phân xưởng không đồng thời cực đại, có thể lấy:

Kđt = 0.9  0.95 khi số phân xưởng n = 2  4

Kđt = 0.8  0.85 khi số phân xưởng n = 5  10

Nhận xét: Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện vì vậy nó là một trong những phương pháp được dùng rộng rãi trong tính toán cung cấp điện

2 Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình P tb và k max

Sau khi xác định được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị, người thiết kế có thể bắt tay vào việc thiết kế mạng điện áp phân xưởng Ta cần xác định Ptt của từng thiết bị và từng nhóm thiết bị trong phân xưởng

Trong đó:

Ksd - Hệ số sử dụng của nhóm thiết bị, tra sổ tay

Kmax - hệ số cực đại, tra theo ksd và nhq;

Trình tự xác định số thiết bị dùng điện nnq như sau:

 Xác định n1 - số thiết bị công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn hơn

 Xác định P1 - công suất của n1 thiết bị trên

P

Kti - hệ số tải Nếu không biết chính xác, có thể lấy trị số gần đúng như sau:

Kt = 0.9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn;

Kt = 0.75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại;

PHỤ TẢI TÍNH TOÁN TOÀN PHÂN XƯỞNG VỚI N NHÓM

¦

T

W M

Trong đó:

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

T MAX - THỜI GIAN SỬ DỤNG CÔNG SUẤT LỚN NHẤT, H

Nhận xét: 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 khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác

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

Phụ tải tính toán được xác định theo công thức sau:

Ptt = p0 F

Trong đó:

P0 - suất phụ tải trên 1m2 diện tích sản xuất, kW/m2

F - diện tích sản xuất, m2

Nhận xét: Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ Nó cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều, như phân xưởng gia công cơ khí, sản xuất ô tô, cơ khí, dệt

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG

Dựa theo yêu cầu thiết kế cung cấp điện cho khu cấp nước của nhà máy xi măng có khối lượng nước cần cung cấp là 6000m3/h Với quy mô xử lý nước như vậy, để thích hợp cho việc tính toán, ta chọn phụ tải thuộc hộ tiêu thụ loại hai

I XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT VÀ SỐ LƯỢNG MÁY BƠM NƯỚC KHU XỬ LÝ NƯỚC CỦA NHÀ MÁY

Dựa vào độ chênh lệch cột nước H(m) và lưu lượng nước Q(m3/h) để chọn máy bơm nước:

Lưu lượng nước là thể tích nước do bơm cung cấp vào ống đẩy trong một đơn

vị thời gian Vậy lưu lượng nước do bơm cung cấp trong một giây là:

Pi =

102

10 66 , 1

1000 = 162.75 (kW)

Công suất trục bơm P:

P =

b i

P

 (Theo công thức 3 - 1 TL1)

P = 187 , 06

87 , 0

75

162  (2-2) Với hiệu suất bơm b = 0.87

Công suất động cơ kéo bơm Pđc

187 = 233,83 (KW) (2-3) Ứng với lưu lượng nước là 1000m3/h, dự định đặt bơm công suất 33kW

Số bơm cần đặt là:

n = (máy)

Ta có thể lấy số máy bơm chẵn 8 (cái) 33 kW

Kiểm tra lại mức nước cần xử lý trong một giờ: 8 1000 = 8000 m3 > 6000m3

Vậyđặt 8 máy bơm công suất 33 kW trong khu xử lý nước của nhà máy là hợp lý

Công suất của 8 máy bơm:

Hiệu suất của máy bơm:  = 0,87

Ta có:

Sđc = 375

85 , 0 87 , 0

264  (kVA) (2-5) Công suất chiếu sáng cho trạm bơm và hệ thống cấp nước của nhà máy:

Scs = 0 , 36 2  0 2 = 0,36 (kVA) (2-8)

Công suất tính toán tác dụng của trạm cấp nước:

Ptt = Pđc + Pcs = Sđc cos + Pcs (kW)

Suy ra:

Ptt = 357.0,85 + 0,36 = 303,81 (kW) (2-9)

Phụ tải tính toán phản kháng của trạm cấp nước:

Qtt = Qđc = Sđc sin (kVAR) Với: cos = 0,85 => sin = 0,526

Dựa trên những nguyên tắc kỹ thuật khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho

Xí nghiệp ta xác định dung lượng trạm biến áp cho trạm cấp nước của nhà máy

xi măng

Trong một nhà máy không nên đặt quá nhiều trạm biến áp Số lượng máy biến áp phụ thuộc chất lượng phụ tải, yêu cầu cao về độ tin cậy cung cấp điện Trong một trạm biến áp không nên đặt quá hai máy biến áp để giảm diện tích xây dựng trạm Nếu một trạm biến áp dùng hai máy biến áp thì công suất của mỗi máy không vượt quá 1000 KVA, ngoài ra trên đường dây dài còn phải đảm bảo về tiêu chuẩn kinh tế và kỹ thuật, ứng với điện áp 0.4kV lớn nhất chỉ bằng 200m

CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP THEO ĐIỀU KIỆN

 Trạm 1 máy biến áp: SđmB  Stt

 Trạm n máy biến áp: nSđmB  Stt Trong đó:

SđmB - Công suất máy biến áp đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (kVA)

Stt - Công suất tính toán mà trạm cần truyền (kVA)

Điều kiện kiểm tra:

 Trường hợp sự số một máy biến áp trong trạm nhiều máy biến áp:

(n-1) kqt.SđmB  Ssc

 Scs: Phụ tải mà trạm cần truyền khi có sự cố (kVA)

 kqt: Hệ số quá tải máy biến áp cần truyền khi có sự cố Với điều kiện hệ

số quá tải cho phép trong 5 ngày đêm, mỗi ngày đêm quá tải không quá 6 tiếng đồng hồ Ta có thể lấy kqt = 1,4

III VẠCH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN VÀ CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN

1 Sơ đồ cấp điện:

Sau khi xác định được vị trí, dung lượng của trạm biến áp, ta xác định được

sơ đồ nối dây của trạm Sơ đồ nối dây phải đảm bảo an toàn, độ tin cậy cung cấp điện cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành và bảo quản, đơn giản khi làm việc cũng như khi tiến hành thi công xây dựng trạm

Phương án cung cấp điện cho trạm cấp nước:

 Để cung cấp điện cho trạm cấp nước của nhà máy xi măng, ta đặt một trạm biến áp hạ áp nhận điện từ trạm biến áp trung gian 110/6 KV, cách trạm biến áp của trạm cấp nước 1900m, bằng 100m cáp ngầm và 1800m cáp đường dây trên không Trạm đặt hai máy biến áp, phía cao áp đặt máy cắt phụ tải, chống sét van, phía hạ áp đặt tủ phân phối trong tủ đặt hai áptomát nhánh cấp điện cho 8 động cơ và một áptomát cấp điện cho chiếu sáng

Sơ đồ b nguyên lý trạm biến áp của trạm cấp nước (hình 3 -1)

2 Lựa chọn các phần tử của hệ thống điện:

Dùng máy cắt để làm thiết bị đóng cắt cho phía cao áp của trạm biến áp

Ưu điểm: Máy cắt có thể cắt được dòng phụ tải, do đó an toàn cho người vận hành

Nhược điểm: Vốn đầu tư cho máy cắt khá cao, với một trạm nhỏ (vài trăm kVA) thì người ta ít dùng máy cắt

 Dùng máy cắt phụ tải kết hợp với cầu trì để thay thế cho máy cắt

Ưu điểm: Rẻ tiền, cắt được dòng phụ tải, an toàn cho người vận hành Chính

vì vậy mà người ta hay dùng loại máy cắt này để thiết kế, lắp đặt cho các trạm biến áp vừa và nhỏ

 Dùng dao cách ly và cầu trì để làm thiết bị đóng cắt và bảo vệ cho phía cao áp

Ưu điểm: Sơ đồ đơn giản, vốn đầu tư ít vì dao cách ly tương đối rẻ hơn các loại máy khác

Nhược điểm: Dao cách ly không đóng, cắt dòng phụ tải được Do đó không

an toàn cho người vận hành

 Dùng cầu trì tự rơi để thay thế cho các loại thiết bị đóng cắt trên có ưu điểm như máy cắt phụ tải kết hợp với cầu trì, nhưng thường người ta chỉ dùng cho các trạm nhỏ và các trạm vừa còn các trạm lớn thì ít dùng

Từ các ưu điểm và nhược điểm của các thiết bị điện như trên ta thấy trạm biến áp đặt hai máy có dung lượng mỗi máy là 200 kVA, nên ta dùng cầu trì tự rơi để đóng cắt và bảo vệ cho sơ đồ mạng cao áp của trạm biến áp là thích hợp

 Chọn máy biến áp do Việt Nam chế tạo, không phải qua hiệu chỉnh nhiệt độ Với công suất Stt = 357,16 (kVA) nên ta chọn trạm biến áp hai máy biến áp do hãng ABB chế tạo với công suất mỗi máy là SBA = 200 (kVA)

Thông số kỹ thuật của MBA (PL2.2-TL1)

Thông số kỹ thuật BA - 200 - 6, 3/0,4 KV

Điện áp P0W PNW UN,% Kích thước, mm dài - rộng - cao Trọng

Chọn trạm biến áp kiểu kín (xây, trong nhà) (H5 16 - TL2) đặt hai trạm biến

áp Trạm được bố trí thành bốn phòng: hai phòng đặt máy biến áp, một phòng cao áp đặt thiết bị cao áp, một phòng hạ áp đặt các thiết bị hạ áp Các thiết bị điện đều được đặt trong tủ có vỏ che chắn an toàn Trạm kiểu kín có nhiều ưu điểm như: độ an toàn cao, tránh được rủi ro do thiên tai , dễ vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng

 Chọn tiết diện dây dẫn từ BATT về trạm biến áp của trạm bơm:

Itt = IđmB = 38 , 5

6 3

200

Với Tmax = 6000h, tra bảng 2.10 - TL2 ta có Jkt = 1 A/mm2

Vậy lấy tiết diện đường dây cao áp là 35mm2, chọn AC-35

Không phải kiểm tra lại điều kiện Ucp

Chọn dây dẫn là một khâu quan trọng trong việc thiết kế cung cấp điện Chọn dây dẫn căn cứ vào các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật

Đường dây dẫn điện từ trạm biến áp trung tâm về trạm biến áp của trạm cấp nước dài 1900m, trong đó có 10cm cáp ngầm 1800m đường dây trên không,

dây nhômlõi thép lọ đơn Vì đường dây 6 KV cấp điện cho trạm biến áp của trạm cấp nước ngắn nên chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế

Ta chọn thời gian sử dụng Tmax = 6000h

1 Mạng cao áp tải điện trên không dài 1800m:

Với giá trị Tmax = 6000h dây nhôm lõi thép AC Tra bảng 2.10 - TL2 ta có giá trị dòng điện kinh tế, Jkt = 1A/mm2

Dòng điện lớn nhất mà dây dẫn phải chịu:

Imax = Itt = 38 , 5

6 3

2 200

Bảng 3-4: Thông số kỹ thuật AC-35

nhiệt độ 200

(/km)

Khối lượng tính toán của dây dẫn kg/km

Phần nhôm dẫn

diện của dây dẫn

Lõi thép

Dây dẫn

Lói thép

 P, Q: công suất tác dụng, công suất phản kháng trên đường dây (kW, kVAR)>

 R, X: điện trở, điện kháng của dây dẫn ()

+Uđm: điện áp định mức của đường dây (kV)

Với dây dẫn AC - 35, chọn khoảng cách trung bình hình học Dtb = 1m, đường kính dây dẫn là 8,4m (bảng 3-4), theo cách tính nội suy ra tính được điện kháng đường dây trên không:

386 379 (

Điện trở của dây:

áp không vượt quá 5%

Tổn thất điện áp cho phép của trạm cấp nước:

Ucp = 5% Uđm = 5% 6.103 = 300 (V)

Tổn thất điện áp:

U% = 5% 6.10 3 = 300V

Tổn thất điện áp trên đường dây được tính theo công thức 4 - 4 TL1:

Công suất tiêu thụ: P = S cos;

Trong đó:

P - là công suất tiêu thụ

S- là dung lượng MBA

cos là góc lệch của dòng điện và điện áp

 cos =

S P

Thường cos = 0,85 => 0,8

Nếu cos = 1 là công suất lớn nhất trong mạch điện tiêu thụ

Với Ptt = Stt cos = 400 0,85 = 340 (kW)

Qtt = Ptt tg = 340 0,62 = 210,8 (KVAR) (cos = 0,85 => tg = 0,62)

6

689 , 0 8 , 210 53 , 1

So sánh ta thấy: U = 111 (V) < Ucp = 300 (V)

Nhận xét: Khi làm việc bình thường tổn thất điện áp trên đường dây nhỏ hơn tổn thất cho phép, suy ra tiết diện dây dẫn đã chọn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

2 Mạng cáp ngầm:

Với Tmax = 6000h, chọn cáp đồng (B2.10-TL2), có trị số mật độ dòng điện kinh tế Jkt = 2,7 A/mm2

Dòng điện lớn nhất mà dây dẫn phải chịu là:

Imax = Itt = 38 , 5

6 3

400

5 , 38

Fđm1 lõi = 16mm2 cách điện XLPE, đai thép; vỏ PVC do hãng FURAKAWA chế tạo, các thông số cho:

Bảng 3 -5: Cáp đồng 3 lõi 6-10 KV cách điện XLPE

Do cáp đồng chọn quá cấp nên không cần kiểm tra lại U và Icp

VI TÍNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRONG MÁY BIẾN ÁP CỦA TRẠM CẤP NƯỚC:

1 Tổn thất công suất trên đường dây

a- Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây xác định theo công thức:

2

2

10 R U

Uđd: điện áp định mức của đường dây (kV)

S: công suất trên đường dây

Tổn thất công suất phản kháng trên đường dây (công thức 4.2 - TL1) :

THIẾT BỊ ĐIỆN ĐÀO TẠO: Q ĐD = X

X: điện kháng của dây dẫn ()

Uđd: điện áp định mức của đường dây (KV)

S: công suất trên đường dây

Đường dây điện từ trạm biến áp trung tâm 110/6 kV về trạm biên áp của trạm cấp nước, với đường dây AC-35 có khoảng cách trung bình hình học

Dtb = 1,5 m, tra bảng và tính được điện trở điện kháng ở phần V 1 là:

R = 1,53 () ; X = 0,689 () Tổn thất tác dụng trên đường dây là:

Pđd = 10 3

2

2

53 , 1 6

¦

dm

= 3,062 (kVAR) Tổn thất công suất toàn phần trên đường dây

10 2

2

10 1 , 0 47 , 1 6

¦

400

10 2

2

10 017 , 0 6

¦

400

 Tổn thất công suất toàn phần trên cả đường dây:

S = P2  Q2  7 , 453 2  3 , 138 2 = 8,08 (kVA)

2 Tổn thất công suất trong máy biến áp:

Tổn thất công suấ trong máy biến áp bao gồm tổn thất không tải (tổn thất sắt)

P0: Tổn thất công suất tác dụng của máy biến áp (KV)

PN: Tổn thất công suất phản kháng của máy biến áp (KV)

Spt: Phụ tải toàn phần (thường lấy bằng phụ tải tính toán Stt) (KVA)

Sđm: Dung lượng định mức của máy biến áp (KVA)

Tổn thất công suất phản kháng trong máy biến áp:

Q0: Tổn thất công suất phản kháng không tải của máy biến áp (kVAR)

QN: Tổn thất công suất phản kháng của máy biến áp (KV)

Các công thức Q0, QN không cho sẵn trong lý lịch máy nhưng được tính theo công thức:

i%: Giá trị tương đối của dòng điện không tải

UN%: Giá trị tương đối của điện áp ngắn mạch

Với Sđm  1000 kVA thì i% = 5 7 và UN% = 5,5

Trong trường hợp này ta chọn i% = 6; UN% = 5,5

Dựa vào bảng 4 - 1 (IV), ta tính được:

 Tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp trạm cấp nước của nhà máy:

PB = 0,53 + 3,45 ( ) 2

200 2

100

200 2 5 , 5

 (kVAR)

=> QB = 24 + 22 ( ) 46

200 2

400 2  (kVAR)

VII TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN MÁY BIẾN ÁP

1 Tổn thất điện năng trên đường dây:

Tổn thất điện năng trên đường dây được tính theo công thức 4 - 3 TL1:

A = P. (kWh)

Trong đó:

P: Tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây (KW)

 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (h)

 = f (Tmax, cos)

Tmax = 6000h và cos = 0,85, theo phương pháp nội suy ta có:

 = 4500H

Vậy tổn thất điện năng hàng năm trên đường dây từ trạm biến áp trung tâm 110/6KV về trạm biến áp của trạm cấp nước:

AB = 6,8 4500 = 30600 (kWh)

2 Tổn thất điện năng trong máy biến áp:

Tổn thất điện năng trong máy biến áp được xác định theo công thức:

Trong đó:

P0: Tổn thất công suất tác dụng không tải của máy biến áp (kW)

PN: Tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp (kW)

Spt: Phụ tải toàn phần (thường lấy bằng phụ tải tính toán Stt) (kVA)

Sđm: Dung lượng định mức của máy biến áp (kVA)

t: Thời gian vận hành thực tế của máy biến áp (h) Bình thường máy biến áp được đóng điện suốt 1 năm nên lấy t = 8760h

 : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (h) (công thức 5-2 TL1)

Trong trường hợp có n máy biến áp làm việc song song trong một trạm thì tổn thất điện năng của các máy biến áp trong trạm đó là:

Vậy tổn thất điện năng hàng năm trong các máy biến áp là:

AB = 2.0,53.8760 +

2

45 ,

3 ( ) 2

200 2

400 4500 = 170481 (KWh)

Tổn thất hàng năm trên mạng cáp của trạm cấp nước là:

A = Ad+ AB= 30600 + 170481 = 476481 (kWh)

CHƯƠNG IV TÍNH CƠ KHÍ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

I TÍNH TOÁN DÂY DẪN

1 Mục đích tính toán

Tính toán dây dẫn đường dây tải điện là xác định các đại lượng: độ võng, lực kéo của dây tác dụng lên cột Td Các đại lượng này cần thiết để kiểm tra cột, xà, móng trong các trạng thái vận hành

Độ võng là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ điểm thấp nhất của dây dẫn trong khoảng cột đến điểm treo cao nhất của dây Thông thường khoảng cách an toàn này được quy định theo từng loại dây dẫn và điện áp, nếu điện áp càng cao thì khoảng cách an toàn càng lớn, với đường dây có điện áp 6 kV, kéo dây dọc theo đường bộ thì khoảng cách an toàn tối thiểu là: h = 6m (bảng 4-9 TL1)

2 Tính toán độ võng và ứng suất của dây dẫn AC - 35 trong khoảng cột:

Hệ số an toàn thường dùng được tính theo công thức:

gh - ứng suất giới hạn của dây dẫn (N/mm2)

cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm dây dẫn (N/mm2)

Đối với đường dây tải điện trên không sử dụng dây nhôm lõi thép AC - 35 điện áp 6kV từ trạm biến áp trung tâm đến trạm biến áp của trạm cấp nước, ta

có trị số an toàn theo quy đổi: n = 2 (Bảng 7 - 2 TL2)

Dây dẫn chịu tải trọng chủ yếu sau đây:

 Tải trọng do trọng lượng bản thân dây dẫn

 Tải trọng do gió thổi lên dây dẫn trong khoảng cột

 Tải trọng do giãn nở nhiệt

Trong quá trình tính toán thường dùng khái niệm tỉ tải Tỷ tải là phụ cơ giới tác động lên độ dài 1 m dây có tiết diện 1mm2, đơn vị tỷ tải là N/m.mm2

a Tỷ tải do trọng lượng bản thân dây dẫn:

Tỷ tải do trọng lượng bản thân dây dẫn được tính theo công thức (TL2)

g0 = trọng lượng riêng của chất cấu tạo dây (N/mm2)

Với dây xoắn cần chú ý tới chiều dài thực tế:

g1 = (1,02 - 1,03)

1000 0

g A A Fe Fe

1000  (N/m.mm2) (4-4)

Trong đó:

gA, gFe - trọng lượng riêng của nhôm và thép

FA, FFe - tiết diện phần nhôm và thép

Tiết diện dây phức hợp: F = FA + FFe

b Tỷ tải do áp lực gió lên dây:

Sức ép của gió lên 1m dây (TL2):

P =

16 1000

81

16 1000

81 ,

Trong đó:

 -hệ số biểu thị sự phân bố không đều của gió trên khoảng cột

Bảng 4-1: Thông số tỷ tải của dây dẫn AC - 35

Mã hiệu dây Tải trọng của dây g1

N/m.mm 2

Đặc tính cơ lý của dây dẫn AC - 35 (Bảng 4.8 - TL1)

Bảng 4-1: Thông số tỷ tải của dây dẫn AC - 35

Vật liệu dây dẫn Trọng lượng

riêng g 0 (N/dm 3 )

 gh

(N/m.mm 2 )

E (N/mm 2 )

 (độ - 1 )