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

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆNPhụ tải là số liệu ban đầu trong việc giải quyết những vấn đề tổng hợp vềkinh tế, kỹ thuật phức tạp xuất hiện khi thiết kế cung cấp điện cho các phân xưởngcông nghi

Thời gian thực hiện : Tháng 3 – 2013

Thiết kế cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí, tên người thiết kế:

- Tỷ lệ phụ tải loại I là 70 %

- Hao tổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp là Ucp 3,5%

- Hệ số công suất cần nâng lên là cosφ = 0,90

- Hệ số chiết khấu i = 12%

- Thời gian tồn tại dòng ngắn mạch tk= 2,5 s

- Giá thành tổn thất điện năng c∆=1500 đ/kWh

- Suất thiệt hại do mất điện gth= 8000 đ/kwh

- Suất tổn thất trong tụ ∆Pb= 0.0025kW/kVAr

- Thời gian sử dụng công suất cực đại TM= 4500h

- Chiều cao phân xưởng H=4,7m

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

- Các tham khảo lấy trong phụ lục và sổ tay thiết kế cung cấp điện

Bảng 1.2: Số liệu các phụ tải tính toán của phân xưởng

Phần I: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN XƯỞNG

Trong khâu thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng, vấn đề quan trọng nhất làphải đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả của chiếu sáng Hiệu quả của chiếu sáng phụthuộc vào độ rọi, quang thông, màu sắc ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý cùng sự bố tríchiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế và mỹ quan hoàn cảnh Thiết kế chiếu sángphải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Không bị loá mắt

 Không có bóng tối hoặc bị sấp bóng

 Độ rọi đồng đều

 Đảm bảo đủ độ sáng và ánh sáng ổn định

 Ánh sáng tạo ra giống ánh sáng ban ngày

Do tính chất công việc cần độ chính xác cao, các thiết bị cần chiếu sángkhông tạo ra các bóng tối… nên phân xưởng thường thiết kế hệ thống chiếu sángtheo kiểu kết hợp (kết hợp giữa chiếu sáng cục bộ và chiếu sáng chung)

Có 2 loại bóng đèn sử dụng trong thiết: bóng đèn sợi đốt và bóng đèn huỳnhquang Các phân xưởng thường ít dùng đèn huỳnh quang vì loại đèn này có tần số

dao động là 50Hz, thường gây ra ảo giác không quay ở các động cơ không đồng

bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây ra tai nạn lao động Do đó người ta

thường sử dụng đèn sợi đốt cho các phân xưởng sửa chữa cơ khí Việc bố trí đènkhá đơn giản, thường được bố trí theo các góc của hình vuông hoặc hình chữ nhật

Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí – sửa chữa có kích thước a.b.H

là 36x24x4.7 m Coi trần nhà màu trắng , tường màu vàng , sàn nhà màu xám (đây

sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta dùng đèn sợi đốt với công suất là 200 Wvới quang thông là F= 3000 lumen ( bảng 45.pl)

 Chọn độ cao treo đèn:

h’ = 0,5 m

 Chiều cao mặt bằng làm việc:

h2= 0,9 m

 Chiều cao tính toán:

Chiều cao tính toán là:

h j

h h

1thỏa mãn yêu cầu

Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất khoảng cách giữa các đèn được xác định theo tỷ lệ

h

L

= 1,5, ( bảng 14,2) Tức là: L = 1,5 × h = 1,5 × 3,8 = 5,7 m

Căn cứ vào kích thước của nhà xưởng tao chọn khoảng các giữa các đèn là: Ld = 4 m; Ln= 4 m; p=2 m; q=2 m

Kiểm tra điều kiện:

2

423

4   và

2

423

4  

Sơ đồ tính toán chiếu sáng

Coi hệ số phản xạ của nhà xưởng là: Trần 0,5; Tường: 0,3

Xác định hệ số lợi dụng ánh sáng tương ứng với hệ số không gian 3,25 là: ksd = 0,59 (bảng 47,pl), Lấy hệ số dự trữ là:  dt = 1,2; Hệ số hiệu dụng của đèn là  = 0,58, Xác định tổng quang thông cần thiết:

59 , 0 58 , 0

2 , 1 36 24 50

.

k

S E

59,058,054

ab

k N

F





lux

Với độ rọi thực tế E=53,46 lux đã đáp ứng đủ yêu cầu về độ rọi, đảm bảo ánh sáng

đủ và ổn định không gây lóa mắt cho công nhân trong phân xưởng, Ngoài chiếu sáng chung, cần trang bị thêm cho :

- Mỗi máy 1 đèn công suất 100W để chiếu sáng cục bộ,

Phần 2 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

Phụ tải là số liệu ban đầu trong việc giải quyết những vấn đề tổng hợp vềkinh tế, kỹ thuật phức tạp xuất hiện khi thiết kế cung cấp điện cho các phân xưởngcông nghiệp hiện đại Xác định phụ tải là giai đoạn đầu tiên của công tác thiết kế

hệ thống cung cấp điện, nhằm mục đích lựa chọn kiểm tra các thiết bị, đảm bảo cácyêu cầu về độ bền nhiệt, tiết diện dây dẫn phù hợp, các thiết bị bảo vệ hợp lý vàcác chỉ tiêu kinh tế

2.2 Phụ tải thông thoáng và làm mát

10 quạt hút mỗi quạt 80 W, hệ số công suất trung bình của nhóm là 0,8;

- Tổng công suất phụ tải thông thoáng và làm mát là:

Plm = 24.120 +10.80 = 3680 W = 3,68 kW

2.3 Phụ tải động lực

Đối với phân xưởng sửa chữa cơ khí, do đã biết chính xác các thông tin như:

mặt bằng bố trí các thiết bị , công suất đặt, nhiệm vụ cũng như tính chất công việccủa từng thiết bị nên ta sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp từng nhómphụ tải động lực Việc phân nhóm phải 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 trêncác đường dây hạ áp trong phân xưởng

 Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xácđịnh phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọnphương thức cung cấp điện cho nhóm

 Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động

lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong một nhóm

cũng không nên quá nhi ều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường từ 8 đến

12 đầu

Tuy nhiên thường rất khó thoả mãn tất cả các nguyên tắc trên Do vậy người

thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn ra phương ántối ưu phù hợp nhất trong các phương án có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm điện ở trên và căn cứ vào vị trí, công suấtcủa các thiết bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng, có thể chia các thiết bị trong

phân xưởng thành 6 nhóm (Hình 2.1).

- Hệ số sử dụng tổng hợp của nhóm thiết bị được xác định theo biểu thức sau :

i sdi sd

i

P kk

min

P k P

với ksd của nhóm (bảng 2.4-tr.26-GT CCĐ) Nếu k < kb thì lấy nhd = n (n là số

150,8

=> chọn số lượng hiệu dụng nhóm 1 như sau:

2 2 i

* Tổng hợp nhóm phụ tải động lực

Bảng 2.2: Bảng thông số của các nhóm phụ tải động lực

- Hệ số sử dụng phụ tải động lực:

ttni sdni sddl

2.4 Phụ tải tổng hợp

Bảng 2.3: Kết quả tính toán phụ tải

Xác định phụ tải tổng hợp theo phương pháp số gia:

- Tổng công suất tính toán của 2 nhóm phụ tải chiếu sáng và làm mát:

Hình 2.1 Phân nhóm phụ tải động lực

Phần: III: XÁC ĐỊNH SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG

3.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng

Vị trí của trạm biến áp cần phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau :

 An toàn và liên tục cấp điện

 Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp đi tới.

 Thao tác, vận hành, quản lý dễ dàng.

 Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ

 Bảo đảm các điều kiện khác như cảnh quan môi trường, có khả năng điều chỉnh cải tạo thích hợp, đáp ứng được khi khẩn cấp

 Tổng tổn thất công suất trên các đường dây là nhỏ nhất

** Căn cứ vào sơ đồ bố trí các thiết bị trong phân xưởng, thấy rằng các phụ tải được bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng, nên không thể bố trí máy biến áp trong nhà Vì vậy ta đặt máy phía ngoài nhà xưởng Mặt khác, tổng công suất của nhà xưởng không quá lớn

nên ta xem xét đến khả năng xây dựng trạm biến áp kiểu treo, vừa gọn gàng, vừa tiết

kiệm chi phí xây dựng.

3.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

- Hệ số điền kín đồ thị có thể được xác định theo biểu thức:

tb M dk

- Ta chọn công suất và sô lượng máy biến áp 22/0,4 kV theo 3 phương án sau:

Phương án 1: dùng 2 máy, 160 kVA/máy.

Phương án 2: dùng 2 máy 180 kVA/máy.

Phương án 3: dùng 1 máy 315 kVA.

Các tham số của máy biến áp do hãng ABB chế tạo cho trong bảng sau

Bảng 3.1 Bảng số liệu các máy biến áp hãng ABB.

S Ba , kVA P0; kW Pk; kW Vốn đầu tư , 10 6 đ

máy còn lại sẽ phải gánh toàn bộ phụ tải loại I của phân xưởng, đối với phương án 3 sẽ phải ngừng cung cấp điện cho toàn phân xưởng Để đảm bảo tính tương đồng của các phương án cần phải xét đến thiệt hại kinh tế nếu xảy ra sự cố tại các máy biến áp.

Xác định chi phí quy đổi của các phương án

Hàm chi phí quy đổi cho từng phương án:

Z = pV + C + Y

* V: vốn đâu tư trạm biến áp

* p : hằng số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao thiết bị, và được tính là:

p = atc+ kkh

atc: hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:

1)1(

)1(

T tc

i

i i a

Với c∆: giá thành tổn thất điện năng,

∆A: tổn thất điện năng trong máy biến áp

Trong đó n là số máy biến áp

 = (0,124 + 10-4 × Tmax)2 × 8760 ,được gọi là thời gian tổn thất công suất lớn nhất,

Thay Tmax= 4500 h, ta tính được  có giá trị như sau:

 = ( 0,124 + 10-4× 4500)2× 8760 =2886(h)

* Y: chi phí do mất điện

Y = gth× Pth× tf

Trong đó: gth– suất thiệt hại do mất điện, gth= 8000đ/kWh

Pth– Công suất thiếu hụt khi mất điện

Tf- thời gian mất điện đẳng trị, Tf= 24 h với mạng điện hạ áp

sc qt dmB

S K

S

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố, bởi vậy khi có sự cố

1 trong 2 máy biến áp, ta chỉ cần cắt 15% phụ tải loại III mà không cần cắt phụ tải loại I,

Do đó chi phí do mất điện: Y=0,

Đảm bảo yêu cầu,

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

2 k1

Chi phí quy đổi

sc qt dmB

S K

S

Như vậy máy biến áp có thể làm việc quá tải khi xảy ra sự cố, bởi vậy khi có sự

cố 1 trong 2 máy biến áp, ta chỉ cần cắt 15% phụ tải loại III mà không cần cắt phụ tải loại

II, Do đó chi phí do mất điện: Y=0,

Tổn thất điện năng trong máy biến áp

2 3

252,650,72 8760 4,85 2886,209 15312,26

1 Công suất tram BA,kVA 2× 160 2×180 315

2 Vốn đầu tư MBA,× 106đ 150,6 152,7 106,,9

Nhận xét: Phương án 2 có tổng chi phí quy đổi nhỏ nhất,đồng thời việc lựa chọn

phương án dùng 2 máy biến áp còn có lợi là có thể cắt bớt một máy khi phụ tải quá nhỏ,

điều đó tránh cho máy biến áp phải làm việc non tải, do đó giảm được tổn thất và nâng cao chất lượng điện, Với cách chọn máy biến áp như thế ở những năm cuối của chu kỳ thiết kế máy có thể làm việc quá tải trong một khoảng thời gian nhất định mà không làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy,

Vậy ta chọn phương án 2 với việc sử dụng 2 máy biến áp làm việc song song, mỗi máy có công suất S = 180 kVA,

3.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu

Áp dụng sơ đồ nối dây hình tia vì các thiết bị điện trong phân xưởng được

đặt khá tập trung

Để cấp điện cho các thiết bị động lực, dự kiến đặt trong phân xưởng 1 tủ

phân phối chung, nhận điện từ trạm biến áp về và cấp điện cho 6 tủ động lực, mỗi

tủ động lực cấp điện cho các nhóm phụ tải ở trên Trên thực tế, do các tủ động lực

có kích cỡ mỏng, và chỉ được gắn cố định với nền nhà bởi 4 đai ốc ở 4 chân, chonên ở các phương án ta sẽ đặt tủ ở sát tường nhà xưởng hoặc cạnh mép cột tường

Đặt như thế sẽ có 2 thuận tiện lớn sau:

- Các tủ động lực có điểm tựa, thêm phần vững chắc;

- Tạo khoảng không gian thoáng đãng, mỹ quan, thuận tiện cho việc di chuyển,không bị vướng víu

Ta chọn dây dẫn cao áp từ nguồn điện vào trạm biến áp là dây nhôm, dâydẫn hạ áp là cáp đồng 3 pha mắc trong hào cáp

** Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng tiến hành xem xét 2 phương án sau:

Phương án 1: Tủ phân phối được đặt tại trung tâm phụ tải, từ đó kéo cáp đến

từng tủ động lực; các tủ động lực được đặt tại cạnh tường, tương ứng với mỗinhóm

Phương án 2: Tủ phân phối được đặt tại góc xưởng, từ đó kéo đường cáp đến

từng tủ động lực; vị trí các tủ động lực không thay đổi

3.3.1 Phương án 1: Đặt tủ phân phối (TPP) ở giữa phân xưởng

(Hình 3.1)

9

1011

12

13

141516

17

18

1920

21

22

23

242526

2728

2930

3839

4041

NGUOÀN

a) Đoạn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp:

- Dòng điện chạy trong dây dẫn cao áp:

2 kt

I 7,02

loại dây AC - 35 nối từ nguồn vào trạm biến áp

 Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao đối với dây dẫn cao áp (với thời

gian khấu hao của dd Th=15 năm, hệ số khấu hao kkh=3,6 % - bảng31.pl.GTCCĐ):

b) Đoạn dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối:

- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối:

3.U 3.0,38

- Với mật độ dòng kinh tế ứng với TM = 4680 h của cáp đồng là jkt = 3,1 A/mm2(bảng 9.plA.BTCCĐ) Vậy tiết diện dây cáp là:

c) Đoạn dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1:

- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ phân phối đến tủ động lực 1:

d) Đoạn dây dẫn từ tủ động lực 1 đến máy 1:

- Dòng điện chạy trong dây dẫn từ tủ động lực 1 đến máy 1:

Tính toán tương tự cho các đoạn dây khác của phương án 1, ta có kết quả thể

hiện trong bảng số liệu sau:

Bảng 3.3 Bảng kết quả tính toán phương án 1.

- Tính toán hao tổn điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

Tổn hao cực đại của nhánh từ TBA – TPP – TĐL1 – các máy thuộc TĐL1:

380.5,3100

3.3.2 Phương án 2: Đặt tủ phân phối ở góc phân xưởng

(Hình 3.2)

9

1011

1213

141516

17

18

1920

21

22

23

242526

2728

2930

3839

4041

NGUOÀN

Tính toán các đoạn dây tương tự như phương án 1, ta có bảng kết quả sau:

Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán phương án 2

- Tính toán hao tổn điện áp cực đại trong mạng điện hạ áp:

Tổn hao cực đại của nhánh từ TBA – TPP – TĐL1 – các máy thuộc TĐL1:

380.5,3100

So sánh kết quả tính toán của hai phương án, nhận thấy cả hai phương án đều

đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tuy vậy phương án 2 có tổng chi phí quy đổi nhỏ hơnphương án 1, sự chênh lệch chi phí được xác định:

Sự chênh lệch này coi như không đáng kể, nhưng rõ ràng phương án 2 chi ếm ưu thế

hơn về mặt mỹ thuật Vậy chọn phương án 2 để tính toán thiết kế

Phần 4 LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ

CỦA SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

Các tiết diện dây chọn được phải đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục,

đảm bảo độ bền nhiệt Phương thức đi dây hợp lý, vận hành và sửa chữa thuận lợi

4.1 Chọn tiết diện dây dẫn của mạng động lực, dây dẫn mạng chiếu sáng

4.1.1 Dây dẫn mạng động lực

Khi tính toán phương án 2, ta đã sơ bộ chọn được dây dẫn từ nguồn vào trạm

biến áp là dây nhôm lõi thép AC-35; dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối và từ

tủ phân phối đến các tủ động lực cũng đã được chọn sơ bộ ở trên, toàn bộ thông số

cơ bản của dây dẫn cấp hạ thế được liệt kê trong bảng 4.1

Bảng 4.1: Thông số dây dẫn hạ thế của nhóm thiết bị động lực

STT Đoạn cáp Fchuẩn,

mm2

Ilv, A

Icp,

A K1.K2.K3.Icp Kết luận

Điểm đầu Điểm cuối

* Tiến hành kiểm tra theo điều kiện dòng điện cho phép:

Cáp được mắc trong hào, tra trong bảng 15pl ÷ 17plGT CCĐ, xác định được

các hệ số hiệu chỉnh : k1= 0,95, k2= 1, k3= 0,96

- Tiến hành kiểm tra cho dây từ trạm biến áp tới tủ phân phối:

Theo trên dùng dây XLPE.150, dòng điện cho phép ở điều kiện chuẩn là: Icp=

371 A (bảng 18pl.GT CCĐ) Dòng điện hiệu chỉnh cho phép:

Ilv = 406,54 > k1.k2 k3.Icp = 0,95.1.0,96.371=338,35 A => Dây chọn không thoảmãn

- Ta chọn lên dây có tiết diện là 240 mm2 Tra bảng có Icp= 500 A

Ilv= 406,54< k1.k2.k3.Icp= 0,95.1.0,96.424 = 456 A

- Ta tính lại hao tổn điện áp Với dây XLPE.240 tra bảng ta có r0 = 0,08 Ω/km,x0=0,06/km, vậy :

4.1.2 Chọn dây dẫn cho mạng điện chiếu sáng

Mạng điện chiếu sáng được lấy điện trực tiếp từ tủ phân phối mà không lấy

điện từ các tủ động lực, vì khi mở máy các động cơ sẽ làm sụt áp, ảnh hưởng đến

chất lượng chiếu sáng Để cấp điện từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng dùng cáp

đồng 3 pha , còn dây tới từng bóng đèn là loại 2 pha có trung tính Tủ điện chiếu

sáng nên đặt ở ngay cửa vào của phân xưởng để tiện cho việc thao tác sử dụng

Chỉ chọn dây dẫn cho mạng chiếu sáng chung còn chiếu sáng cục bộ đượclấy điện tại chỗ qua mạng động lực

Mạng điện chiếu sáng được thiết kế với 6 mạch rẽ, mỗi mạch rẽ gồm 9 bóng

Như vậy công suất mỗi mạch nhánh phải chịu là: 9.0,2 = 1,8 kW

Hình 4.1- Sơ đồ mạch điện chiếu sáng

- Ta tính các mô men tải như sau:

5 4