đồ án thiết kế cấp điện cho phân xưỡng lắp rap oto

Để có thế thiết kế được một hệ thống cungcấp điện an toàn và đãm bảo độ tin cậy đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trinh độ và khả năng thiết kế, xuất phát từ điểu đó bên cạnh những kiế

Lời Nói Đầu

Ngày nay xã hội phát triển rất nhiều phân xưởng nhà máy , xí nghiệp đượcxây dựng việc quy hoạch thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các phân xưởng , nhàmáy, xí nghiệp là việc vô cùng thiết yếu Để có thế thiết kế được một hệ thống cungcấp điện an toàn và đãm bảo độ tin cậy đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trinh độ

và khả năng thiết kế, xuất phát từ điểu đó bên cạnh những kiến thức được giảng dạytrên giảng đường các sinh viên ngành điện cần có những bài tập về thiết kế hệ thốngcung cấp điện cho một phân xưởng và nhà máy làm hình mẫu tham khảo và có themkinh nghiệm trong công việc sau này Nhóm 1 nhận được đề tài : “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng lắp ráp oto”

Thời gian làm đồ án có hạn và kiến thức của nhóm em vẫn còn ít tronglúc làm đồ án không thể tránh khỏi thiếu sót mong thầy tận tình góp ý đề nhómhoàn thiện đồ án hơn

Đồ án gồm 7 chương:

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Chương II: ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT TRONG THIẾT

Chương V: LỰA CHỌN DÂY DẪN, CÁP VÀ THIẾT BỊ HẠ ÁP

Chương VI: BÙ CÔNG SUẤT

Chương VII: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

Bình Dương,Ngày 17 tháng 1 năm 2015

Trịnh Phú Đức Nguyễn Hoàng Anh

Mục lục

Chương I : Tổng Quan Về Hệ Thống Cung Cấp Điện

I. Quy mô phân xưởng và mạng lưới điện

- Phân xưởng có diện tích chung vào khoàng 14.000 m2 với 6 phân xưởng nhỏ các phân xưởng này được xây dựng tương đối gần nhau với mổi phân xưởng nhỏ gồm nhiều máy có công suất khác nhau được cho trong bản sau:

Thiết bị phân xưởng lắp ráp oto

định mức(kW)

Hệ số công suất

Hệ số sữ dụng

Hình 1 Sơ đồ bố trí máy phân xưởng lắp ráp oto

 Lưới điện sản xuất chủ yếu dưới dạng xoay chiều tần số 50Hz

o Hệ thống điện bao gồm ba khâu: nguồn điện, truyền tải điện và tiêu thụđiện

♦ Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tửv.v…) và các trạm phát điện (điêzen, điện gió, điện mặt trời v.v…)

♦ Tiêu thụ điện bao gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện năng trong các lĩnhvực kinh tế và đời sống: công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, giao thông vận tải,thương mại, dịch vụ, phục vụ sinh hoạt

♦ Để truyền tải điện từ nguồn phát đến các hộ tiêu thụ người ta sử dụng lướiđiện Lưới điện bao gồm đường dây tải điện và trạm biến áp

Lưới điện nước ta hiện có nhiều cấp điện áp: 0,4kV; 6kV; 10kV; 22kV; 35kV;110kV; 220kV và 500kV Một số chuyên gia cho rằng, trong tương lại lưới điệnViệt Nam chỉ nên tồn tại năm cấp điện áp: 0,4kV; 22kV; 110kV; 220kV và 500kV

Có nhiều cách phân loại lưới điện:

Căn cứ vào trị số điện áp, chia ra:

- Lưới siêu cao áp: 500kV

- Lưới phân phối: 0,4kV; 6kV; 10kV; 15 kV ; 22kV; 35kV

Căn cứ vào phạm vi cấp điện, chia ra:

- Lưới khu vực

- Lưới địa phương

Căn cứ vào số pha, chia ra:

- Lưới công nghiệp.

- Lưới nông nghiệp

- Lưới đô thị

* Hệ thống điện hiện đại:

Hệ thống điện ngày nay là một mạng lưới liên kết phức tạp và có thể chia ralàm 4 phần:

Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và thuỷ điện vẫn là những nguồn điện chính sảnxuất ra điện trên thế giới dù cho sự phát triển của nhà máy điện nguyên tử ngày càngtăng

oĐộ tin cậy cung cấp điện:

Đó là mức đảm bảo liên tục cung cấp điện tùy thuộc vào tính chất hộ dùng điện

ta đã nêu ở trên

Độ liên tục cung cấp điện tính bằng thời gian mất điện trung bình năm cho một

hộ tiêu thụ và các chỉ tiêu khác, đạt giá trị hợp lý chấp nhận được cho cả phía người

sử dụng điện và ngành điện

Độ tin cậy cung cấp điện càng cao thì khả năng mất điện càng thấp và ngược lại

oChất lượng điện năng:

Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu: tần số f và điện áp U

Một phương án cấp điện có chất lượng tốt là phương án đảm bảo trị số tần số vàđiện áp nằm trong giới hạn cho phép Cơ quan Trung tâm Điều độ Quốc gia chịutrách nhiệm điều chỉnh tần số chung cho hệ thống điện Việc đảm bảo cho điện áptại mọi điểm nút trên lưới trung áp và hạ áp nằm trong phạm vi cho phép là nhiệm

vụ của kỹ sư thiết kế và vận hành lưới cung cấp điện

Theo tiêu chuẩn Việt Nam:

+ Độ lệch tần số cho phép ∆fcp = ± 0,5Hz

+ Độ lệch điện áp cho phép: - 10% và + 5%

oTính đơn giản trong lắp đặt, vận hành và bảo trì.

oTính linh hoạt.

Tính linh hoạt thể hiện ở khả năng mở rộng, phát triển trong tương lai

và phù hợp với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ

oAn toàn điện.

An toàn là vấn đề quan trọng, thậm chí phảI đặt lên hằng đầu khi thiết kế, lắpđặt, vận hành công trình điện An toàn cho người vận hành, an toàn cho thiết bị,công trình điện, an toàn cho mọi người dân, an toàn cho các công trình dân dụng lâncận

Người thiết kế và vận hành công trình điện phải nghiêm chỉnh tuân thủ triệt đểcác qui định, nội qui an toàn Ví dụ như khoảng cách an toàn từ dây dẫn tới mặt đất,khoảng cách an toàn giữa công trình điện và công trình dân dụng v.v…

Chương II :ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ, KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ

CẤP ĐIỆN

I. Những điều cần lưu ý trước khi tính toán tính kinh tế,kỹ thuật trong

thiết kế cấp điện:

• Khi tiến hành giải bài toán tối ưu so sánh các phương án thì cần lấy thông tin

từ cùng một nguồn , hoặc từ các nguồn tương đương Điều đó cho phép tránhđược sai số không đáng có do các nguồn thông tin khác nhau đưa lại

• Nếu các phương án so sánh cùng có các thành phần giống nhau thì có thế bỏ qua chúng không cần tính tới trong quá trình giải bài toán so sánh các phương

án, như thế sẽ cho phép đơn giản hóa bài toán đến mức tối đa

• Cần phải đánh giá các phương án so sánh ở cùng một thời điểm, tức là quy tất

cả các phương án về một thời điểm nhất định , như vậy sẽ tránh được sai số

do nhân tố thơi gian đem lại

• Các phương án so sánh kinh tế phải tương đương nhau về các yêu cầu về kỹ thuật Trường hợp các phương án không cùng các chỉ tiêu kỹ thuật thì cần thêm vào các thành phần bù thiệt hại

II. Mô hình toán học:

Mô hình toán học là sự mô tả trạng thái của đối tượng nghiên cứu dưới dạng các biểu thức toán học mà cỏ thể xây dựng trên cơ sở các quy luật tự nhiên và các định luật vật lý, kinh tế … Mô hình toán học đóng vai trò là hám mục tiêu cần hướng tới trong quá trình thực hiện công trình điện, như làm cực đại hóa lợi nhuận hoặc cực tiểu hóa chi phí tính toán

1.1.Mô hình toán học của các phần tử hệ thống điện

Chi phí quy đổi là tổng chi phí quy về một năm của công trình, được xác định theo biểu thức

(2.1)

Trong đó :

V - vốn đầu tư thiết bị;

atc - hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư atc= 1/Ttc

Ttc – thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn;

– tổng chi phí hàng năm

Ckh – chi phí khấu hao thiết bị:

Ckh =

Kkhi – tỷ lệ khấu hao của thiết bị thứ i ;

Cvh - chi phí vận hành và sữa chửa nhỏ ( chi phí 0&M)

Cvh=K0&MV

K0&M - tỷ lệ vận hành và sữa chửa nhỏ ( tra bảng phụ lục hoặc Cvh = 12G.m)

G – tiền lương tháng của công nhân vận hành;

m - số công nhân vận hành

Cht - chi phí hao tổn điện năng

Cht = – tổn thất điện năng, kWh

- giá thành tổn thất điện năng, đ/kWh

k – các chi phí khác cho phục vụ , quản lý

so sánh các phương án có thể sử dụng công thức đơn giản hóa

(2.2)

p = atc + kkh

C = Cht =

Z= pV+ C= pV+

Đối với các công trình điện được thiết kế với chu kỳ tính toán T các phương án được lựa chọn trên cơ sở xác định tổng chi phí quy đổi

(2.3)

Zt – chi phí quy đổi năm thứ t

- hệ số quy đổi

– hệ số chiết khấu

c – thời gian chu kỳ tính toán

 Hàm chi phí quy đổi của một số phần tử chính trong hệ thống điện

- Hàm chi phí quy đổi của đường dây có dạng

(2.4)

trong đó : – chi phí tổn thất trên đường dây

a,b – các hệ số kinh tế cố định và thay đổi của đường dây

F - diện tích tiết tiết diện dây dẫn , mm2

Pđd = (atc + kkh) đd

– thời gian hao tổn cực đại

R – điện trở của đường dây

I – dòng điện truyền tải trên đường dây

- giá thành hao tổn điện năng

- Chi phí quy đổi của trạm biến áp

(2.5)

m,n - các hệ số cố định và thay đổi của trạm biến áp

kmt – hệ số mang tải máy biến áp

t - thời gian vận hành máy biến áp

SnBA – công suất định mức của máy biến áp – hao tồn công suất ngắn mạch

– hao tổn công suất không tải

- Mô hình toán học của mạng điện

(2.6)

h- số dây dẫnk- số trạm biến ápHay

T=Ttc: hai phuong án tương đương kinh tế1Phương án chi phí cực tiểu

(2.9)

Phương án tối ưu cũng có thể được xác định theo giá trị chi phí quy

về hiện tại PVC ( Present Value of Costs)

(2.10)

Trong đó

PVC – giá trị chi phí quy về hiện tại, đ

Ct – chi phí bỏ ra ở năm thứ t; đ/nămNếu chi phí ở các năm Ct=Cost thỉ có thể áp dụng biểu thức

(2.11)

Phương án có PVC nhỏ nhất là phương án tối ưu

1.2.3 Phương pháp kinh điển

- Mô tả hàm mục tiêu qua các đối số cần xét :

Z = f( X1,X2….)

- Lấy đạo hàm của hàm mục tiêu ứng với các đối số cần xét và gán cho

nó giá trị 0

1.2.4 phương pháp phân tích kinh tế tài chính

- Giá trị tổng lãi suất trong đời sống dự án quy về thơi điểm hiện tại

ký hiệu là NPV ( Net Present Value)

Trong đó : Jkt - mật độ dòng điện kinh tế của đường dây A/mm2

– điện trở suất của đường dây, mm2;

b – hệ số kinh tế thay đổi của đường dây

1.3.2 Khoảng kinh tế của đường dây cao áp

Dòng điện giới hạn giữa 2 đường dây có tiết diện F khác nhau

(2.14)

NPV=

Hay

(2.15)

V1,V2 – vốn đầu tư của đường dây 1 và đường dây 2

1.3.3 Khoảng kinh tế của đường dây hạ áp

Công suất truyền tải giới hạn giữa các đường dây

Trong đó : Sgh – công suất truyền tải giới hạn

d – hệ số tổng quát cho các trường hợp

1.3.4 Khoảng kinh tế của trạm biến áp

(2.16)

Trong đó: – hao tổn công suất ngắn mạch của máy biến áp thứ i

– hao tổn công suất không tải của máy biến áp thứ i

Vha – vốn đầu tư máy biến áp

Sbai – công suất định mức của máy biến áp thứ i

P – hệ số sữ dụng hiệu quả và khấu hao vốn đầu tư

1.3.5 Chọn cấp điện áp tối ưu

a phương pháp chi phí cực tiểu

Tổng chi phí tính toán của hệ thống điện được xác định theo biểu thức

(2.17)

N – số phần tử trong hệ thống điện

Zij – thành phần chi phí quy đổi thứ j của phẩn tử i ( Mổi phần tử có 3 thành phần chi phí quy đổi là : thành phần cố định, thành phần thay đổi và thành phần tổn thất.)

1.3.6 Sơ đổ nối điện tối ưu

Tổng chi phí tính toán để nối điện từ điểm nối từ điểm nối i đến điểm tải j

sẽ là Zij

(2.18)

Trong đó:

3j - suất chi phí truyền tải điện năng cung cấp cho điểm tải j

lji – khoảng cách giửa điểm i và điểm j

3i - suất chi phí quy đổi của mạng điện đã có trước đó

L0i – chiều dài ( theo đường dây) từ nguồn điện ban đầu cho đến điểm đấu điện i

1.3.7 Giá thành truyền tải và phân phối điện năng

gsx – giá thành sản xuất điện năng

– hệ số tính đến sự mở rộng mạng điện do hao tổn công suất

A% - phần trăm hao tổn điện năng trong mạng điện

Z ij = 3 j l ij + (3 i+j -3 i )L 0i => min

a. Trường hợp không vay vốn

 Dòng tiền trước thuế T1 là hiệu giữa doanh thu và chi phí ( không kểkhấu hao)

P – công suất truyền tải cực đại của mạng điện, kW

TM – thời gian sử dụng công suất cực đại, h/năm

 Lợi tức chịu thuế bằng hiệu giữa dòng tiền trước thuế T1 và chi phí khấu hao

Lợi tức chịu thuế sẽ là : Lt = T1 – Ckh - Vtrl (2.26)

Dòng tiền sau thuế : T2 = T1 – Tlt - Vtrl (2.27)

Trong đó:

Vv + L = trả vốn + trả lãi1.4.2 Các chỉ tiêu cơ bản của dự án

 Giá trị lãi suất

 Thời gian hoàn vốn T

Thời gian hoàn vốn, là thời gian mà tổng doanh thu bằng tổng chi phí hay nói

cách khác đó là thời gian mà tổng lãi suất bù đắp được chi phí của dự án

Phương trình trên có thế giải gần đúng:

(2.33)

t0 – số năm tròn ngay trướck hi đạt được giá trị NPV= 0

NPV1,NPV2 – các giá trị ứng với thời gian t0, và năm sau đó, tức là năm

A Mục Đích: xác định phụ tải tính toán để làm cơ sở cho việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị

Với n: số thiết bị trong nhóm

Pđmi: công suất định mức của thiết bị thứ i

Pđm : công suất định mức của nhóm

ksdi : hệ số sữ dụng của thiết bị thứ i

2. Hệ Số Tiêu Thụ Điện Năng Hiệu Quả

Nhóm gồm n thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc khác nhau ta gọi nhq là thiết bị tiêu thụ điện năng hiệu quả là một số quy đổi gồm co nhq thiết

bị có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau tạo nên một phụ tải tính toán bằng phụ tải tiêu thụ thực bới n thiết bị trên

Nếu tất cả thiết bị tiêu thụ có công suất định mức như nhau thi nhq= n

Số thiết bị hiệu quả :

Nếu các hộ tiêu thụ của nhóm có công suất định mức pđm khác nhau thi nhq<n

Ptb : là đại lượng đặc trưng cho tieu hao công suất ( điện năng) trong một thơi gian nhất định

Pđm : là đại lượng chính xác để ghi phụ tải điện năng của hộ tiêu thụ điện, đối với máy là chỉ số ghi trên động cơ

3. Hệ số công suất tác dụng cực đại (K max ):

Là tỷ số giữa công suất tính toán và công suất tác dụng trung bình

Hệ số này là hàm của số thiết bị hiệu quả và hệ số sử dụng, các hệ số Kmax và

Knc thường được sử dụng cho nhóm thiết bị

C. Phương pháp xác định phụ tải tính toán:

Trong phần này đưa ra các phương pháp tính toán thiết kế cung cấp điện, từ đó chọn ra phương pháp phù hợp với đề tài

• Mục đích của việc tính toán phụ tải điện tại các điểm nút nhằm xác định công suất của xí nghiệp

• Chọn số lượng và dung lượng máy biến áp cho trạm

• Chọn tiết diện dây dẫn của thiết bị phân phối

• Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

II. Giới thiệu phương pháp tính toán:

1. Phương pháp tính toán theo K max và công suất trung bình

Với mổi nhóm nếu biết rõ thông tin về chế độ vận hành (đồ thi, thời gian đóng điện …) hoặc có thể tra cứu được các hệ số sữ dụng của thiết bị, có thế tính phụ tải tính toán theo Kmax và Ptb

Số thiết bị hiệu quả :

Trong đó : = hệ số phụ tải thiết bị thứ I,

Nếu nhq 4 : tìm kmax theo nhq và ksd

Nếu thiết bị 1 pha đấu vảo 3 pha thi quy đổi về công suất 3 pha

 xác định phụ tải của nhóm theo ptb

III. Tính toán tâm phụ tải

Tâm phụ tải là tâm tượng trưng cho việc tiêu thụ điện năng của phân xưởng,

xí nghiệp Vì vậy, việc đặt tủ động lực(phân phối) ở tâm phụ tải là nhằm cungcấp điện với tổn thất điện áp và công suất nhỏ nhất cũng như giảm các chi phí khác

Tuy nhiên việc lựa chọn vị trí cuối cùng còn phụ thuộc vào mỹ quan thuận tiện cho thao tác sữa chữa, bảo trì thiết bị…

Dựa vào dây chuyền công nghệ và vị trí phân bố thiết bị trên mặt bằng ta xây dựng tọa độ XOY theo mặt bằng xí nghiệp ta xác định tâm phụ tải các tủ theo công thức:

Y (m)

Y (m)

Để thuận tiện cho thao tác và mỹ quan ta đặt tủ động lực 2 ở tọa độ sau : X= 80m

Y (m)

Y (m)

Y (m)

Y (m)

Thiết bị phân xưởng lắp ráp oto

định mức(Kw)

Hệ số công suất

Hệ số sữ dụng

9 23 0,89 0,60

Hình 1 Sơ đồ bố trí máy phân xưởng lắp ráp oto

• Chú ý: Sơ đồ bố trí theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới

1. Tủ Động Lực1:

Máy Công Suất định

mức(kW)

Hệ số công suất(Cos()

Hệ số sữ dụng

 Công suất trung bình:

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

 Từ (3.1),(3.2) tra bảng ta được Kmax = 1,26

 Công suất tính toán

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

2. Tủ Động Lực 2

định mức(kW)

Hệ số công suất(Cos()

Hệ số sữ dụng

 Công suất trung bình:

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

Ta chọn nhq = 12 (3.4 )

Từ (3.3)và (3.4) tra bảng ta được Kmax=1,23

 Công suất tính toán :

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

3.Tủ động lực 3

 Công suất trung bình:

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

Ta chọn nhq = 12 (3.6 )

Từ (3.5)và (3.6) tra bảng ta được Kmax=1,23

 Công suất tính toán :

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

4.Tủ động lực 4

định mức(kW)

Hệ số công suất(Cos()

Hệ số sữ dụng

 Hệ số sử dụng:

 Hệ số công suất:



 Công suất trung bình:

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

Ta chọn nhq = 10 (3.8)

Từ (3.7)và (3.8) tra bảng ta được Kmax=1,26

 Công suất tính toán :

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

5.Tủ động lực 5

định mức(kW)

Hệ số công suất(Cos()

Hệ số sữ dụng

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

Từ (3.9)và (3.10) tra bảng ta được Kmax=1,28

 Công suất tính toán :

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

6.Tủ động lực 6

định mức(kW)

Hệ số công suất(Cos()

Hệ số sữ dụng

 Công suất trung bình:

 Công suất phản khán trung bình :

 Số thiết bị hiệu quả

Từ (3.1)và (3.12) tra bảng ta được Kmax=1,16

 Công suất tính toán :

 Công suất phản khán tính toán

 Công suất biểu kiến tính toán:

Chương IV: TRẠM BIẾN ÁP (TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TRẠM BIẾN ÁP)

1) Chọn số lượng và công suất của trạm biến áp:

Vốn đầu tư của trạm biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện Vì vậy việc chọn vị trí, số lượng và công suất định mứccủa máy biến áp là việc làm rất quan trọng Để chọn trạm biến áp cần đưa ra một

số phương án có xét đến các ràng buộc cụ thể và tiến hành tính toán so sánh điều kiện kinh tế, kỹ thuật để chọn ra được phương án tối ưu nhất

a) Chọn vị trí đạt trạm biến áp:

Để xác định vị trí hợp lý của trạm biến áp cần xem xét các yêu cầu sau:

• Gần tâm phụ tải

• Thuận tiện cho các tuyến dây vào/ra

• Thuận lợi trong quá trình lắp đặt, thi công và xây dựng

• Đặt nơi ít người qua lại, thong thoáng

• Phòng cháy nổ, ẩm ướt, bụi bậm và là nơi có địa chất tốt

• An toàn cho người và thiết bị

Trong thực tế, việc đạt tất cả các yêu cầu trên là rất khó khăn Do đó, cần xem xét vàcân nhắc các điều kện thực tế để có thể chọn phương án hợp lý nhất