Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành công nghiệp có tốc độ phát triển ngày càng nhanh chóng. Gắn liền với đó, các hệ thống cung cấp điện cho các nhà máy xí nghiệp cũng luôn được mở rộng và ngày càng đa dạng, đòi hỏi phải liên tục thiết kế mới. Xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn đó, việc đào tạo một đội ngũ thiết kế có tính chuyên nghiệp cao là một đòi hỏi bức thiết. Với những kiến thức đã được học, sau khi được nhận đề tài Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Xí nghiệp công nghiệp, em đã rất cố gắng để hoàn thành bài tập của mình. Trong thời gian thực hiện đề tài vừa qua, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn, và đặc biệt là sự chỉ dẫn tỉ mỉ của thầy Phạm Mạnh Hải. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô. Sau khi cố gắng hết sức để hoàn thành tốt bản thiết kế được giao, nhưng do kiến thức của em còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót.Em mong thầy cô góp ý cho em để em có thể hoàn thiện tốt hơn. Một lần nữa, em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn em thầy Phạm Mạnh Hải cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống cung cấp điện lời biết ơn sâu sắc. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2015 Sinh viên:Trần Tuấn Toàn 1 Mục lục 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN 7 1.1 Xác định phụ tải tính toán phân xưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.1 Tính toán tải động lực . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.3 Tổng hợp phụ tải . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2 Xác định phụ tải của các phân xưởng khác . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Tổng hợp phụ tải của toàn xí nghiệp và vẽ biểu đồ phụ tải trên mặt bằng xí nghiệp dưới dạng các hình tròn bán kính r . . . . . . . . . . . . 11 2 XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ NỐI MẠNG ĐIỆN CỦA XÍ NGHIỆP 18 2.1 Chọn cấp điện áp phân phối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2 Xác định vị trí đặt của trạm biến áp(hoặc trạm phân phối trung tâm- TPPTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp của trạm biến áp xí nghiệp và các trạm biến áp cho phân xưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp xí nghiệp(hoặc TPPTT) . . . 25 2.5 Lựa chọn sơ đồ nối điện từ trạm biến áp nhà máy/TPPTT đến các phân xưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.5.1 Phương án 1:Sơ đồ hình tia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.5.2 Phương án 2:Sơ đồ liên thông . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3 TÍNH TOÁN ĐIỆN 36 3.1 Xác định tổn hao điện áp trên đường dây và trong máy biến áp . . . . . 37 3.2 Xác định tổn hao công suất và tổn thất điện năng . . . . . . . . . . . . . 38 3.3 Thiết kế chi tiết cho phương án tối ưu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2 4 CHỌN VÀKIỂMTRATHIẾTBỊĐIỆN 44 4.1 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn thiết bị . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.2 Lựa chọn và kiểm tra dây dẫn,khí cụ điện . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 5 TÍNH TOÁN BÙ HỆ SỐ CÔNG SUẤT 56 5.1 Tính toán bù hệ số công suất phản kháng để nâng lên giá trị cosϕ2 = 0, 9. 56 5.2 Đánh giá hiệu quả bù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6 TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 62 ĐỀ BÀI Thiết Kế Cung Cấp Điện BÀI 8B “Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp” A.Dữ kiện:. Thiết kế cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp gồm các phân xưởng với các dữ kiện cho trong bảng.Công suất ngắn mạch tại điểm đấu điện Sk,MVA,khoảng cách từ điểm đấu điện đến nhà máy là L,m.Cấp điện áp truyền tải là 110kV.Thời gian sử dụng công suất cực đại là T M ,h.Phụ tải loại I và loại II chiếm K I,II %.Giá thành tổn thất điện năng c ∆ =1500đ/kWh;suất thiệt hại do mất điện g th =10000đ/kWh;hao tổn điện áp cho phép trong mạng kín từ nguồn(điểm đấu điện)là ∆U cp = 5%.Các số liệu khác lấy trong phụ lục và các sổ tay thiết kế điện. Số liệu thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp(nhà máy) Sk,MVA K I,II % T M ,h L,m Hướng tớicủanguồn 310 45 4630 278 Đông 4 N 0 theo sơ Tênphân xưởng vàphụ tải Số lượng Tổngcông suất Hệ sốnhu Hệ sốcông đồ mặtbằng thiết bịđiện đặt,kW cầu,knc suất, cosϕ 1 Phân xưởng điện phân 150 1400 0,43 0,65 2 Phân xưởng Rơn gen 80 700 0,43 0,55 3 Phân xưởng Đúc 30 550 0,43 0,76 4 Phân xưởng oxyt nhôm 60 800 0,44 0,64 5 Khí nén 40 10 0,54 0,53 6 Máy bơm 40 50 0,52 0,62 7 Phân xưởng Đúc 60 350 0,41 0,68 8 Phân xưởng cơ khí - rèn 40 550 0,43 0,56 9 Xem dữ liệu phân xưởng 40 550 0,43 0,56 10 Lò hơi 40 800 0,43 0,78 11 Kho nhiên liệu 3 10 0,57 0,53 12 Kho vật liệu vôi clorur 5 20 0,62 0,62 13 Xưởng năng lượng 40 350 0,43 0,68 14 Nhà điều hành , nhà ăn 30 150 0,44 0,56 15 Gagage ôtô 15 25 0,50 0,56 Hình 1: Sơ đồ mặt bằng nhà máy sửa chữa thiết bị. B.Nhiệm Vụ Thiết Kế Chính. I.Tính toán phụ tải II.Xác định sơ đồ nối dây của mạng điện nhà máy. III.Tính toán điện IV.Chọn và kiểm tra thiết bị điện V.Tính toán bù hệ số công suất VI.Tính toán nối đất Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải C.Yêu Cầu Bản Vẽ. 1.Sơ đồ mặt bằng xí nghiệp với sự bố trí các thiết bị và biểu đồ phụ tải. 2.Sơ đồ mạng điện trên mặt bằng xí nghiệp (gồm cả sơ đồ của các phương án so sánh). 3.Sơ đồ nguyên lý mạng điện. 4.Sơ đồ trạm biến áp nguồn. 5.Bảng số liệu và các kết quả tính toán. SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 6 Chương 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình thì việc đầu tiên là phải xác định được nhu cầu sử dụng điện của công trình đó.tùy theo quy mô của công trình mà nhu cầu xác định điện theo phụ tải thực tế hoặc tính đến sự phát triển sau này.Do vậy việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn. Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đưa công trình vào khai thác vận hành.Phụ tải này thường gọi là phụ tải tính toán.Vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất, số lượng chế độ làm việc của các thiết bị điện, cũng như phương thức vận hành của hệ thống Do đó việc xác định phụ tải tính toán là một công việc khó khăn và cũng rất quan trọng.Nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có thể dẫn tới cháy nổ.Ngược lại thì phụ tải tính toán mà lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn sẽ quá lớn và sẽ gây lãng phí. Dưới đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện: • Tính theo hệ số nhu cầu • Tính theo hệ số k M và công suất trung bình • Tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm • Tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất Trong thực tế,tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta có thể chọn phương pháp tính toán phụ tải điện sao cho hợp lý nhất. 7 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải 1.1 Xác định phụ tải tính toán phân xưởng 1.1.1 Tính toán tải động lực -Phụ tải động lực của phân xưởng điện phân được tính như sau: P dl1 = k nc .P d (kW ) Q dl1 = P dl .tgϕ(kV Ar) Trong đó • k nc Hệ số nhu cầu. • P d (kW ) Công suất đặt. • cosϕ Hệ số công suất. ⇒ Phu tải phân xưởng điện phân: P dl1 = 0, 43.1400 = 602(kW) Q dl1 = 0, 43.1400.  1 − cos 2 ϕ cosϕ = 703, 82(kV Ar) 1.1.2 Tính toán phụ tải chiếu sáng P cs1 = P 0 .S = P 0 .a.b(kW ) Trong đó: • P 0 là suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích chiếu sáng,P 0 = 0,015 (kW/m 2 ). • S (m 2 ) là diện tích được chiếu sáng của xưởng 1. • a (m) là chiều dài của phân xưởng 1. • b (m) là chiều rộng của phân xưởng 1. SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 8 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải ⇒ Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng điện phân là: P cs1 = 15.350.135 10 3 = 708, 75(kW) Ở trong trường hợp này ta dùng đèn sợi đốt để thắp sáng nên cos ϕ = 1 Q cs1 = 0(kV ar) Hình 1.1: Hình vẽ kích thước chi tiết các phân xưởng của xí nghiệp trên thực tế. 1.1.3 Tổng hợp phụ tải Ta có: P ttpx1 = P dl1 + P cs1 (kW ) Q ttpx1 = Q dl1 (kV Ar) S ttpx1 =  P 2 ttpx1 + Q 2 ttpx1 (kV A) SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 9 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Trong đó: • P ttpx1 Công suất tác dụng của phân xưởng 1. • Q ttpx1 Công suất phản kháng của phân xưởng 1. • S ttpx1 Phụ tải tính toán của phân xưởng 1. ⇒ Công suất tác dụng của phân xưởng 1: P ttpx1 = 708, 75 + 602 = 1310, 75(kW ) ⇒ Công suất phản kháng của phân xưởng 1: Q ttpx1 = 703, 82(kV Ar) ⇒ Phụ tải tính toán của phân xưởng 1: S ttpx1 =  1310, 75 2 + 703, 82 2 = 1487, 76(kV A) 1.2 Xác định phụ tải của các phân xưởng khác SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 10 [...]... bằng của xí nghiệp công nghiệp, ta đặt trạm phân phối trung tâm tại vị trí gần tâm phụ tải tính toán của xí nghiệp hay là điểm T(58;44).Vị trí này có thể đảm bào mỹ quan công nghiệp, đảm bảo cho công tác vận hành,sửa chữa cho MBA 2.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp của trạm biến áp xí nghiệp và các trạm biến áp cho phân xưởng ∗ Phân nhóm phụ tải của xí nghiệp công nghiệp: Căn cứ vào vị trí ,công suất... điện tập trung ,công suất lớn .Điện năng cho xí nghiệp được lấy từ trạm biến áp trung gian bằng các đường dây trung áp .Cấp điện áp trong phạm vi đồ án được xác định là cấp 22kV.Trong một xí nghiệp cần cần đặt nhiều trạm biến áp phân xưởng,phân xưởng lớn một trạm và những phân xưởng vừa và nhỏ có thể chung một trạm.Để cấp điện cho các trạm biến áp phân xưởng cần đặt tại trung tâm xí nghiệp một trạm phân... truyền tải điện năng về xí nghiệp sẽ là: U = 4, 34 0, 35 + 16.4, 495 = 34, 89(kV ) 18 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Từ kết quả tính toán trên: ⇒ Ta kết luận sẽ chọn cấp điện áp của nguồn là 35kV.Với cấp điện áp này ta sẽ sử dụng trực tiếp điện áp 35kV từ hệ thống 2.2 Xác định vị trí đặt của trạm biến áp(hoặc trạm phân phối trung tâm-TPPTT) Các xí nghiệp công nghiệp là những hộ tiêu thụ điện tập... SƠ ĐỒ NỐI MẠNG ĐIỆN CỦA XÍ NGHIỆP 2.1 Chọn cấp điện áp phân phối Cấp điện áp truyền tải có liên quan trực tiếp tới vấn đề kinh tế,kỹ thuật của hệ thống.Điều nay thể hiện ở cấp điện áp cực đại khi vận hành cũng như về tổn thất điện năng trên toàn hệ thống,ngoài ra cấp điện áp truyền tải còn ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tư cho cách điện của đường dây.Để tối ưu hóa việc chọn cấp điện áp truyền... 1210 Bảng 2.1: Phân nhóm phụ tải cho một xí nghiệp công nghiệp • Các trạm biến áp cung cấp điện cho một phân xưởng ta sẽ đặt gần trạm phân phối trung tâm và tiếp xúc với phân xưởng để thuận tiện trong khâu đóng cắt và không ảnh hưởng tới công trình khác • Trạm biến áp dùng cho nhiều phân xưởng ta sẽ thiết kế gần tâm phụ tải nhằm tiết kiệm chi phí đường dây và giảm tổn thất công suất trên đường dây.Tâm... tiến hành theo công thức kinh nghiệm ’Still’ sau: U = 4, 34 L + 16.Pttnm (kV ) [1] Trang 50-Sách Cung Cấp Điện- Nguyễn Xuân Phú-Nguyễn Công Hiền-Nguyễn Bội Khê, NXB Khoa học Kỹ Thuật, 2009 Trong đó: • Pttnm Công suất tác dụng tổng hợp của toàn xí nghiệp công nghiệp • L = 0, 35 (km) khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về xí nghiệp Lại có: Pttnm = 4495, 88(kW ) = 4, 495(M W ) ⇒ Vậy cấp điện áp hợp lý... Đ7ĐCN2 35 Chương 3 TÍNH TOÁN ĐIỆN Trong việc khảo sát thiết kế hệ thống cung cấp điện thì việc kiểm soát toàn bộ các thông số kỹ thuật là vô cùng quan trọng vì chỉ có kiểm soát được các thông số cơ bản đó thì chúng ta mới có thể vận hành quá trình hoạt động một cách tối ưu Các thông số về tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng nói lên chất lượng của bản thiết kế và hiệu quả làm việc... tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỉ lệ xích nhất định tùy ý Biểu đồ phụ tải 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 được chia thành 2 phần: • Phụ tải động lực: phần hình quạt màu trắng • Phụ tải chiếu sáng: phần hình quạt màu đen Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng,... GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Đồ Án Cung Cấp Điện Tọa độ trên thực tế TPPTT B1 B2 B3 B4 x(m) 58 59 46.6 82.6 39 y(m) 44 65 33.6 58.9 17.3 Bảng 2.3: Tọa độ trên thực tế của trạm • Stt :Tổng công suất tính toán của cac phân xưởng mà trạm cung cấp điện ⇒ Tính toán cho từng trạm biến áp như sau: NHÓM 1 công suất Sđm-tt SM BA Stt (kVA) kVA kVA 478.2 1000 STT Tên phân xưởng Ptt (kW) 1 Phân xưởng điện phân 1310.75 1487.76... đầu tư đường dây cáp hạ áp cho toàn bộ xí nghiệp: Kd hạ áp = Kd−i = 286, 341(triệu đồng) ∗ Xét các lộ dây từ trạm phân phối trung tâm đến các trạm biến áp phân xưởng Ta sẽ chọn cáp trung thế treo có màn chắn kim loại, 3 lõi, cấp điện áp 12.7/22(24)kV SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 27 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải có ruột dẫn bằng đồng, cách điện XLPE , có bán dẫn cách điện, màn chắn kim loại và . tọa độ xOy. SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 14 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Hình 1.4: Biểu đồ phụ tải trên mặt phẳng xí nghiệp. SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 15 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm. r i Bán kính biểu đồ vòng tròn phụ tải của phụ tải thứ i • α cs Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 13 Đồ Án Cung Cấp Điện GVHD:TS.Phạm Mạnh Hải Hình 1.2: Biểu đồ. (gồm cả sơ đồ của các phương án so sánh). 3.Sơ đồ nguyên lý mạng điện. 4.Sơ đồ trạm biến áp nguồn. 5.Bảng số liệu và các kết quả tính toán. SV:Trần Tuấn Toàn- Đ7ĐCN2 6 Chương 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI