Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệpNguyễn HỮu Quân

Trong số đó “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công nghiệp” là một đề tài có tính thiết thực cao.. 0.2 Thuyết minh0.2.1 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng 0.2.2 Tí

"Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp"

Giáo viên hướng dẫn: T.S PHẠM MẠNH HẢI

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Dũng- Đ7ĐCN2

Trường Đại Học Điện Lực

Tháng 9 năm 2014

0.1 Dữ kiện 5

0.2 Thuyết minh 7

0.2.1 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng 7

0.2.2 Tính toán phụ tải điện 7

0.2.3 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 7

0.2.4 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện 7

0.2.5 Tính toán chế độ mạng điện 7

0.2.6 Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất 7

0.2.7 Tính toán nối đất và chống sét 7

0.2.8 Dự toán công trình 8

0.3 Bản vẽ 8

1 Tính toán phụ tải điện 11 1.1 Tính toán phụ tải chiếu sáng 11

1.2 Tính toán phụ tải động lực 12

1.2.1 Phân chia nhóm thiết bị 12

1.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực: 14

1.3 Phụ tải tính toán tổng hợp 18

2 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng 19 2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp (TBA) phân xưởng 19

2.1.1 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng 19

2.1.2 Vị trí đặt TBA phân xưởng 21

2.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp 23

2.2.1 Chọn số lượng máy biến áp 23

2.2.2 Chọn công suất máy biến áp 23

2.2.3 Chọn máy biến áp cho phân xưởng 24

2.2.4 Chọn dây dẫn tới trạm biến áp của xưởng 24

2.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 26

2.3.1 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng 26

2.3.2 Chọn trạm phân phối và tủ động lực 29

2.3.3 Lưa chọn sơ đồ nói điện tối ưu 36

3 Lựa chọn kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện 43 3.1 Chọn thiết bị bảo vệ 43

3.1.1 Chọn dao cách ly 43

3.1.2 Chọn máy cắt phụ tải 43

3.1.3 Cầu chì cao áp 44

3.1.4 Thanh góp hạ áp của TBA 45

3.1.5 Chọn Aptomat bảo vệ TBA 45

3.2 Tính toán ngắn mạch phía cao áp của mạng điện 46

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thị 46

3.2.2 Tính toán ngắn mạch, kiểm tra các thiết bị và dây cáp đã chọn 47 3.3 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của mạng điện và kiểm tra 49

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế 49

3.3.2 Các thông số của sơ đồ thay thế 50

3.3.3 Tính toán ngắn mạch, kiểm tra các thiết bị và dây cáp đã chọn 50 3.4 Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất 54

3.4.1 Khái quát 54

3.4.2 Tiến hành bù công suất phản kháng 55

3.4.3 Đánh giá hiệu quả, tính toán kinh tế bù công suất phản kháng 57

Công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiệnđại hóa đất nước Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trongcác ngành kinh tế quốc dân.

Nhu cầu điện ngày càng tăng Vì vậy, việc nâng cao chất lượng điện, an toàn trongviệc sử dụng và trang bị những kiến thức về hệ thống cung cấp điện nhằm phục vụcho nhu cầu thiết yếu của con người trong sinh hoạt và sản xuất, cung cấp điện năngcho các khu vực kinh tế trọng điểm, các khu chế xuất, các xí nghiệp nhà máy là rấtcần thiết Do đó, việc thiết kế một hệ thống cung cấp điện cho một ngành nghề cụthể cần đem lại hiệu quả thực tiễn cao, đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai Trong

số đó “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công nghiệp” là

một đề tài có tính thiết thực cao Nếu giải quyết được vấn đề này sẽ góp phần khôngnhỏ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước

Đồ án môn học “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ

khí” giúp cho các sinh viên nghành hệ thống điện làm quen với các hệ thống cung

cấp điện Công việc làm đồ án giúp cho sinh viên vận dụng kiến thức đã học đểnghiên cứu thực hiện một nhiệm vụ tương đối toàn diện về lĩnh vực sản xuất, truyềntải và phân phối điện năng

Với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy TS.Phạm Mạnh Hải cùng các thầy cô trong trườngđến nay bản đồ án môn học của em đã hoàn thành Em kính mong được sự đónggóp ý kiến của các thầy cô trong khoa, nhà trường để bản đồ án của em hoàn thiệnhơn

Em xin chân thành cảm ơn!

xưởng sản xuất công nghiệp

Thiết kế mạng điện cung cấp cho một phân xưởng với số liệu cho trong bảng số liệuthiết kế cấp điện phân xưởng Tỷ lệ phụ tải điện loại I là 70% Hao tổn điện áp cho

điện trung bình g = 1250 đ/kWh Điện áp phân phối lưới 22kV

Khoảng cách từ nguồn điện đến phân xưởng L = 150m

Các tham số khác lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung cấp điện

Hình 1: Sơ đồ mặt bằng phân xưởng cơ khí

0.2 Thuyết minh

0.2.1 Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng

0.2.2 Tính toán phụ tải điện

• Phụ tải chiếu sáng

• Phụ tải động lực

• Phụ tải thông thoáng và làm mát

• Phụ tải tổng hợp

0.2.3 Xác định sơ đồ cấp điện của phân xưởng

• Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

• Chọn công suất và số lượng máy biến áp

• Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu (so sánh ít nhất 2 phương án)

0.2.4 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện

• Tính toán ngắn mạch

• Chọn thiết bị bảo vệ và đo lường

• Chọn dây dẫn của mạng động lực, dây dẫn của mạng chiếu sáng

0.2.5 Tính toán chế độ mạng điện

• Xác định hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp

• Xác định hao tổn công suẩt

• Xác định hao tổn điện năng

0.2.6 Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất

• Xác định dung lượng bù cần thiết

• Lựa chọn vị trí đặt tụ bù

• Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng

• Phân tích kinh tế tài chính bù công suất phản kháng

0.2.7 Tính toán nối đất và chống sét

• Tính toán nối đất

• Tính chọn thiết bị chống sét

• Sơ đồ chiếu sáng và sơ đồ nối đất

• Bảng số liệu tính toán mạng điện

Số hiệu Tên thiết bị Hệ số ksd cos ϕ Công suất đặt P(kW)

Tính toán phụ tải điện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực

tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố như: công suất, số lượng, chế độ làm việccủa các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống Vì vậy xác địnhchính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng

Từ trước tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tínhtoán phụ tải điện Song vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày

ở trên nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiệnlợi Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chínhxác, còn nếu nâng cao được độ chính xác, kể đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố thìphương pháp tính lại phức tạp

Sau đây là một số phương pháp tính toán phụ tải thường dùng nhất trong thiết

kế hệ thống cung cấp điện:

• Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu và công suất đặt

• Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

• Phương pháp tính theo suất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất

Trong thực tế tuỳ theo quy mô và đặc điểm của công trình, tuỳ theo giai đoạn thiết

kế sơ bộ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thíchhợp

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng cơ khí sửa chữa được xác định theo phương phápsuất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích:

Trong đó:

- S là diện tích được chiếu sáng (m2).

Nên phụ tải chiếu sáng của phân xưởng cơ khí sửa chữa là:

Pcs = 15.24.36103 =12,96 (kW)

Ở trong trường hợp này ta dùng đèn sợi đốt để thắp sáng nên cos ϕ = 1 và tanϕ = 0

1.2.1 Phân chia nhóm thiết bị

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khácnhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bịđiện Việc phân nhóm phụ tải tuân theo các nguyên tắc sau:

• Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dàiđường dây hạ áp Nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trênđường dây hạ áp trong phân xưởng

• Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xác địnhphụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện trong việc lựa chọn phươngthức cung cấp điện cho nhóm

• Tổng công suất của các nhóm thiết bị nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủđộng lực cần dùng trong phân xưởng và trong toàn nhà máy Số đầu ra của tủđộng lực không nên quá nhiều để dễ dàng thao tác và sửa chữa

Tuy nhiên thường rất khó khăn để thỏa mãn cả 3 điều kiện trên, vì vậy khi thiết kếphải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phương án tối ưu nhấttrong các phương án có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết

bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng, ta có thể chia các phụ tải thành 4 nhóm.Kết quả phân nhóm phụ tải được trình bày ở bảng sau:

STT Tên thiết bị Số hiệu Hệ số cos ϕ Công suất

trên sơ đồ P (kW) NHÓM 1

1.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm phụ tải động lực:

Ta có hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm 1 là:

ksdP = 0,51.12+0,55.18+0,53.3,233,2

b, Xác định số phụ tải hiệu quả nhq

1 Giáo trình Cung cấp điện - Trần Quang Khánh trang 37

Hệ số công suất trung bình của nhóm 1:

cosϕtb = P Pi cos ϕi

P P i = 12.1+18.1+3,2.0,7833,2

2 Giáo trình Cung cấp điện - Trần Quang Khánh trang 37

1.2.2.2 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm còn lại

Bảng 1.2: Bảng số thiết bị hiệu quả của nhóm

Với số thiết bị hiệu quả đã tính được, ta có bảng phụ tải tính toán cho các nhómtrong bảng sau:

STT Tên thiết bị Số hiệu k sd cosϕ Công suất P.k sd P.cosϕ ksdP n hq k M P tt cosϕtb

• Phụ tải tính toán động lực của phân xưởng:

Pttdlpx = kdt Pn

i=1Ptti

Trong đó:

- Pttdlpx: Phụ tải động lực tính toán toàn phân xưởng (kW)

- n : Số nhóm

• Với n = 4, thay các số liệu ở bảng 1.4 vào công thức trên ta có

Phụ tải tính toán động lực toàn phân xưởng là :

• Hệ số công suất trung bình của các nhóm phụ tải động lực là:

cosϕtb = P Ptti cos ϕi

Bảng 1.5: Phụ tải tính toán phân xưởng

• Công suất tác dụng tính toán của toàn phân xưởng:

• Công suất phản kháng tính toán của toàn phân xưởng:

• Công suất tính toán toàn phân xưởng là:

Xác định sơ đồ cấp điện của phân

xưởng

2.1.1 Xác định tâm các nhóm phụ tải của phân xưởng

Tâm qui ước của các nhóm phụ tải của phân xưởng được xác định bởi một điểm M

tại điểm thấp nhất của phân xưởng phía tay trái

Ta có bảng công suất và tọa độ của các phụ tải trong phân xưởng trên hệ tọa độ xOy

STT Tên thiết bị Số hiệu cosϕ P S x y S.x S.y

trên sơ đồ (kW) (kVA) (m) (m)

P n i=1 Si = 5353.15034.103 = 156.97 (m)

P n i=1 S i y i

P n i=1 S i = 10881.63834.103 = 319.08 (m)Tương tự tính toán cho các nhóm khác ta được kết quả tọa độ tâm của các nhómphụ tải và tâm phân xưởng dưới đây:

Bảng 2.2: Tâm của các nhóm phụ tải và tâm phân xưởng

Hình 2.1: Tọa độ tâm các nhóm phụ tải và tâm phân xưởng

2.1.2 Vị trí đặt TBA phân xưởng

Để lựa chọn được vị trí tối ưu cho TBA cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Vị trí trạm cần phải được đặt ở những nơi thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hànhcũng như thay thế và tu sửa sau này (phải đủ không gian để có thể dễ dàng thaymáy biến áp, gần các đường vận chuyển )

- Vị trí trạm phải không ảnh hưởng đến giao thông và vận chuyển vật tư chínhcủa xí nghiệp

- Vị trí trạm còn cần phải thuận lợi cho việc làm mát tự nhiên (thông gió tốt), cókhả năng phòng cháy, phòng nổ tốt đồng thời phải tránh được các bị hoá chấthoặc các khí ăn mòn của chính phân xưởng này có thể gây ra

Dựa vào các điều kiện lựa chọn vị trí tối ưu cho trạm biến áp và vị trí các phụ tảitrong phân xưởng ta chọn vị trí đặt trạm biến áp gần tâm phụ tải phân xưởng, ở phíasát tường cao nhất bên trái, phía ngoài, góc trên của phân xưởng từ trái sang, từ trênxuống như sau:

Hình 2.2: vị trí trạm biến áp

2.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

2.2.1 Chọn số lượng máy biến áp

Việc lựa chọn đúng số lượng MBA dựa trên cơ sở độ tin cậy cung cấp điện Các phụtải thuộc hộ tiêu thụ loại I, TBA cần đặt từ 2 MBA trở lên nối với các phân đoạn khácnhau của thanh góp, giữa các phân đoạn có thiết bị đóng cắt khi cần thiết Hộ tiêuthụ loại III chỉ cần đặt 1 MBA (yêu cầu trong kho cần có MBA dự trữ)

Ở đây số phụ tải loại I chiếm 70%, ta sẽ sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song

2.2.2 Chọn công suất máy biến áp

- n : Số máy biến áp của trạm

• Kiểm tra khi xảy ra sự cố một máy biến áp( đối với trạm có nhiều hơn 1 MBA):

Trong đó:

vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm Thời gian quá tải trong một ngày đêmkhông vượt quá 6h và trước khi quá tải MBA vận hành thì hệ số tải không quá0,93

số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ tải của các MBA (các phụ tải loại III),nhờ vậy có thể giảm được tổn thất của trạm

• Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạo điều kiệnthuận lợi cho việc mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thay thế

2.2.3 Chọn máy biến áp cho phân xưởng

• Coi phân xưởng chỉ gồm các hộ tiêu thụ loại I nên ta cần đặt 2 MBA làm việc songsong, ta có:

- Số lượng máy biến áp: n = 2

Bảng 2.3: Bảng thông số máy biến áp

2.2.4 Chọn dây dẫn tới trạm biến áp của xưởng

Chọn dây dẫn đến TBA phân xưởng là đường dây kép lõi đồng

Ta có dòng điện chạy trên đường dây:

1 Tra bảng phụ lục 12 (Bài tập Cung cấp điện trang 469) và bảng giá máy biến áp ABB 2013

2 Tra bảng 9 Phụ lục sách Bài tập cung cấp điện trang 456

3 Tra bảng 9 Phụ lục sách Bài tập cung cấp điện trang 457

F= Ilv

Chọn cáp vặn xoắn ba lõi đồng cách điện XPLE, đai thép, vỏ PVC do hãng

• Kiểm tra điều kiện phát nóng:

• Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp:

• Chi phí tính toán hằng năm của đường dây:

2.3.1 Chọn dạng sơ đồ nối điện cho phân xưởng

Mạng điện phân xưởng thường có các dạng sơ đồ chính sau:

- Sơ đồ hình tia: Mạng cáp các thiết bị được dùng điện được cung cấp trực tiếp từ

các tủ động lực (TĐL) hoăc từ các tủ phân phối (TPP) bằng các đường cáp độclập Kiểu sơ đồ CCĐ có độ tin cậy CCĐ cao, nhưng chi phí đầu tư lớn, thườngđược dùng ở các hộ loại I và loại II

- Sơ đồ đường dây trục chính:

Kiểu sơ đồ phân nhánh dạng cáp: Các TĐL được CCĐ từ TPP bằng các đường

cáp chính Các đường cáp này cùng một lúc CCĐ cho nhiều tủ động lực, còncác thiết bị cũng nhận điện từ các TĐL Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp,chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân

bố không đồng đều Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp, thường dùngcho các hộ loại III

Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây (đường dây trục chính nằm trong nhà):

Từ các TPP cấp điện đến các đường dây trục chính Từ các đường trục chínhđược nối bằng cáp riêng đến từng thiết bị hoặc nhóm thiết bị Loại sơ đồ nàythuận tiện cho việc lắp đặt, tiết kiệm cáp nhưng không đảm bảo được độ tincậy CCĐ, dễ gây sự cố chỉ còn thấy ở một số phân xưởng loại cũ

5 Phụ lục B - bảng 7 Giáo trình cung cấp điện trang 291

Hình 2.3: Sơ đồ hình tia

Hình 2.4: Sơ đồ phân nhánh dạng cáp

Hình 2.5: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây

Kiểu sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không: Bao gồm các đường trục

chính và các đường nhánh Từ các đường nhánh sẽ được trích đấu đến các phụtải bằng các đường cáp riêng Kiểu sơ đồ này chỉ thích ứng khi phụ tải khá phântán công suất nhỏ (mạng chiếu sáng, mạng sinh hoạt) và thường bố trí ngoàitrời Kiểu sơ đồ này có chi phí thấp đồng thời độ tin cậy CCĐ cũng thấp, dùngcho hộ phụ tải loại III ít quan trọng

Hình 2.6: Sơ đồ phân nhánh bằng đường dây trên không

- Sơ đồ thanh dẫn: Từ TPP có các đường cáp dẫn điện đến các bộ thanh dẫn Từ

bộ thanh dẫn này sẽ nối bằng đường cáp mềm đến từng thiết bị hoặc nhómthiết bị Ưu điểm của kiểu sơ đồ này là việc lắp đặt và thi công nhanh, giảm tổn