bài tập lớn cung cấp điện

bài tập lớn cung cấp điện

BÀI TẬP LỚN CUNG CẤP ĐIỆN CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

Mặt bằng các phân xưởng của nhà máy:

Hình 1: sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy

Suy ra diện tích thực = diện tích hình vẽ *45002

Danh sách các phân xưởng trong nhà máy:

Nguồn cấp cho nhà máy được lấy từ lưới điện cách nhà máy 10 Km đường dây cấp điện cho nhàmáy dùng dây nhôm lõi thép (AC) đặt treo trên không Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp củatrạm biến áp khu vực: 250 MVA Công suất của nguồn điện là vô cùng lớn, nhà máy làm việc 3

ca, Tmax=4500 giờ Điện áp nguồn là 35KV

Các nội dung tính toán thiết kế chủ yếu:

1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy

2 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

3 Thiết kế chiếu sáng

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY

§2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu quả phát nhi ệt hoặc mức độ hủy hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên đến nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán (PTTT), được sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo

vệ…PTTT còn được dùng để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng,tổn th ất điện áp, lựachọn dung lượng bù công suất phản kháng…PTTT phụ thuộc vào nhiều yếu tố như :công suất,

số lượng, chế độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống…Nếu PTTT xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khả năng dẫn đến cháy n ổ …Ngược lại, các thiết bị được chọn nếu dư thừa công suất sẽ làm ứ đọng vốn đầu tư , gia tăng tổn thất…Cũng vì vậy, đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp xác đị nh PTTT, song cho đến nay vẫn chưa có được phương pháp nào thật hoàn

thiện.Những phương pháp có kết quả đủ tin cậy thì lại quá phứ c tạp, khối lượng tính toán và cácthông tin ban đầu đòi hỏi quá lớn và ngược lại.Có thể đưa ra đây một số phương pháp thường

sử dụng nhiều hơn cả để xác định PTTT khi quy hoạch và thiết kế hệ thống cung cấp điện:

1 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình

Ptt=Khd Ptb

Với Khd là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải, tra trong sổ tay kỹ thuật

Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị

2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Ptt=Kmax*Ptb=Kmax*Ksd*Kdt

Với Ptb là công suất trung bình của thiết bị hay nhóm thiết bị

kmax là hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật

F là diện tích số thiết bị [m2]

4 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch của

đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Với knc là hệ số nhu cầu tra trong sổ tay kĩ thuật

Pđ là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị, trong tính toán có thể coi gần đúng Pđ=Pđm [KW]

6 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn

vị sản phẩm

Ptt=Ao*M/Tmax

Với Ao là chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm [KW/đvsp]

M là số sản phẩm sản xuất trong 1 năm

Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất [h]

7 Phương pháp tính trực tiếp

Trong các phương pháp trên thì 3 phương pháp 3,5,6 dựa trên kinh nghiệm thiết

kế để xác định phụ tải tính toán nên chỉ cho các kết quả gần đúng tuy nhiên chúngkhá đơn giản và tiện lợi các phương pháp còn lại dựa trên cơ sở lí thuyết xác suất thống kê có xét đến yếu tố nên cho kết quả chính xác hơn nhưng khối lượng tính toán lớn và phức tạp tùy theo nhu cầu tính toán và những thông tin có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn phương pháp thích hợp

§2.2.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG

SỬA CHỮA CƠ KHÍ

1 Xác định phụ tải tính toán cho các nhóm

Phân xưởng sửa chữa cơ khí là phân xưởng thứ 5 trong mặt bằng nhà máy Phân xưởng có 70 thiết bị, công suất các thiết bị là khác nhau, phần lớn các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

Nếu trong mạng có thiết bị 1 pha cần phải phân bố đều các thiết bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định nhq phải thay đổi công suất của các phụ tải 1 pha về 3 pha tương đương

Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha: Pqđ=3.Pfamax

Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây: Pqđ=√3Pfamax

Nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì cầnquy đổi về chế độ làm việc dài hạn trước khi xác định nhq theo công thức

Pqđ=Pll.√TĐ %

Trong đó: Pll là công suất ghi trong lí lịch/ nhãn hiệu của máy

TĐ% là hệ số đóng điện tương đối phần trăm, cho trong lí lịch của máy, trong bài tập lớn này lấy TĐ%=0.25%

2 Phân nhóm phụ tải điện

Việc phân nhóm của các thiết bị điện cần tuân theo các nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong cùng 1 nhóm nên gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ

áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ

áp trong phân xưởng

- Chế độ làm việc trong cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điệncho nhóm

- Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dựng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong 1 nhóm cũng không

nên quá nhiều bởi số đầu ra của tủ động lực thường ≤(8÷ 12)

Tuy nhiên thường rất khó khăn để cùng 1 lúc thỏa mãn cả 3 nguyên tắc trên,

do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm cho hợp lí nhất Trong bài tập này em chọn cách phân nhóm dựa trên nguyên tắc thứ nhất là các thiết bị trong 1 nhóm được đặt gần nhau

Ta có các nhóm được chia như sau:

phân xưởng

Kí hiệu trên mặtbằng

Số lượng

Pđm

1 máy Toàn bộNhóm 1

doa tọa độ

Tổng 11 29,9Với nhóm này ở phân xưởng sửa chữa cơ khí có ksd=0,15 & cos(pi)=0,6Tổng số thiết bị trong nhóm là 11

Tổng số thiết bị có công suất >=1/2 công suất danh đinh max(7KW) là n1=3n*=n1/n=3/11=0,27

Pqđ=3.√ε Pđm=3.√0,25.24,6.0,35=12,9

Tra nhóm máy hàn có cospi=0,35

Với nhóm máy này, ở phân xưởng sửa chữa cơ khí có ksd=0,15 và cospi=0,6

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

Pcs=p0.FTrong đó

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

- F diện tích được chiếu sángTrong phân xưởng sửa chữa cơ khí, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt, tra bảng phụ lục ta tìm được p0=14(W/m2)

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởngPcs= p0.F=14.1620=22680(W) =22,68(KW)Qcs=0

4 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xưởng

Phụ tải tác dụng của toàn phân xưởng

- Kđt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng, lấy kđt=0,85Phụ tải phản kháng của toàn phân xưởng:

Cosφpxpx=Pttpx/Sttpx=95,48/136=0,7

§2.3.XÁC ĐỊNH PTTT CHO CÁC PHÂN XƯỞNG CÒN LẠI.

Do chỉ biết trước công suất đặt và diện tích các phân xưởng nên ở đây chỉ sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

I Phương pháp xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Theo phương pháp này thì PTTT của phân xưởng được xác định theo các biểuthức:

- Pdi và Pđm : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i

- Ptt,Qtt,Stt : công suất tác dụng phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị

- N : số thiết bị trong nhóm

- Knc : hệ số nhu cầu tra trong sổ tay kĩ thuật

Trong trường hợp hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm sai khác không nhiều thì cho phép sử dụng công suất trung bình để tính toán:

II Xác định PTTT của các phân xưởng

1 Khu nhà phòng ban quản lí và xưởng thiết kế

Với công suất đặt 200(KW)

Diện tích phân xưởng: 2916m2

Tra bảng phụ lục ta có knc=0,8 cospi=0,8

Suất chiếu sáng p0=20(W/m2)

ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cospics=1

công suất tính toán động lực

Tra bảng ta có suất chiếu sáng p0=15(W/m2) , ở đây ta dùng đèn sợi đốt

Tra bảng phụ lục ta có suất chiếu sáng p0=14(W/m2)

ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cospics=1

công suất tính toán động lực

Tra bảng phụ lục ta có suất chiếu sáng p0=15W/m2

Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cospics=1

Công suất tính toán động lực:

Công suất tính toán phản kháng của phân xưởng cơ khí chính:Qtt=Qđl=Pđl.tanpi=800.1,02=816KVAr

Công suất toàn phần của phân xưởng cơ khí chính:

Tra bảng phụ lục ta có suất chiếu sáng p0=18W/m2

Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cospics=1

Công suất tính toán động lực

Tra bảng phụ lục ta có suất chiếu sáng p0=18W/m2

Ở đây dùng đèn sợi đốt có cospics=1

Công suất tính toán động lực:

7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí(đã tính ở trên)

Công suất tính toán động lực:

Pđl=72,8KW

Công suất tính toán chiếu sáng:

I Tâm phụ tải điện

- Tâm phụ tải điện là điểm quy ước nào đó sao cho momen phụ tải ∑Pili đạt

giá trị cực tiểu

Trong đó:

Pi là công suất phụ tải thứ i

Li là khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

- Tọa độ tâm phụ tải M(xo,yo,zo) được xác định như sau:

Trong đó:

Si: công suất toàn phần của phụ tải thứ i

(xi,yi,zi) : Tọa độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ tùy ý chọn.

- Trong thực tế thường ta ít quan tâm đến tọa độ z nên ta chỉ xác định tọa độ x

và y của tâm phụ tải

- Tâm phụ tải là điểm tốt nhất để đặt các trạm biến áp, tủ phân phối và tủ động lực nhằm giảm vốn đầu tư và tổn thất trên đường dây

II Biểu đồ phụ tải điện

- Việc phân bố hợp lý các trạm biến áp trong xí nghiệp là một vấn đề quan trọng để xây dựng sơ đồ cung cấp điện có các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cao, đảm bảo được chi phí hàng năm nhỏ nhất Để xác định được vị trí đặt các trạmbiến áp, ta xây dựng biểu đồ phụ tải trên mặt bằng tổng của toàn xí nghiệp

- Biểu đồ phụ tải là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâm của phụ tải điện, có diện tích bằng phụ tải tính toán của phân xưởng theo một tỷ lệlựa chọn

- Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải.Tâm đường tròn biểu đồ phụ tải trùng với tâm của phụ tải phân xưởng, tính gần đúng có thể coi phụ tải của phân xưởng đồng đều theo diện tích phân xưởng

- Biểu đồ phụ tải cho phép hình dung được rõ ràng sự phân bố phụ tải trong xí nghiệp

- Mỗi vòng tròn biểu đồ phụ tải chia ra thành 2 phần: Phần phụ tải động lực (phần hình quạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng ( phần hình quạt để trắng)

- Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phân xưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng, nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

- Bán kính vòng tròn phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểu thức:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kĩ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 An toàn đối với người và thiết bị

4 Thuận lợi và dễ dàng trong thao tác vận hành và linh hoạt trong xử lí sự cố

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

Trình tự tính toán thiết kế mạng điện cao áp cho nhà máy gồm các bước sau:

1 Vạch các phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọn chủng loại, tiết diện các đường dây cho các phương án

3 Tính toán kinh tế kĩ thuật để lựa chọn phương án phù hợp

4 Thiết kế chi tiết phương án được lựa chọn

§3.2 VẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN

- trước khi vạch ra các phương án cụ thể cần lựa chọn cấp điện áp hợp lí cho đường dây truyền tải điện từ hệ thống về nhà máy Biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải:

U=4,34.√l+0,016 P (KV)

Trong đó:

P: công suất tính toán của nhà máy(KW)

L: khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy (km), ở đây l=10(km)

Vì vậy cấp điện áp hợp lí để truyền tải điện năng về nhà máy:

U=4,34.√10+0,016.9497,435=55,23(KV)

Từ kết quả tính toán ta thấy nên chọn cấp điện áp truyền tải về nhà máy là 35KV từ hệ thống cấp cho nhà máy Căn cứ vào vị trí, công suất và yêu cầu cung cấp điện của phân xưởng ta có thể đưa ra các phương án cung cấp điện như sau:

I Phương án về các trạm biến áp phân xưởng

Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn theo các nguyên tắc sau:

Vị trí TBA phải thõa mãn:

+ gần tâm phụ tải: giảm vấn đề đầu tư và tổn thất trên dây

+ thuân tiện cho vận chuyển, lắp đặt, quản lí và vận hành sau này+ an toàn và kinh tế

Số lượng máy biến áp(MBA) có trong TBA được lựa chọn căn cứ vào:

+ yêu cầu cung cấp điện của phụ tải (loại 1, loại 2, loại 3)+ yêu cầu vận chuyển và lắp đặt

+ chế độ làm việc của phụ tải

Dung lượng của TBA+ điều kiện chọn:

n.khc S ddb≥Stt + điều kiện kiểm tra:

(n-1)khc.kqt.Sddb≥Stttc

Trong đó:

n: số máy biến áp có trong một TBA

khc: hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ Chọn loại MBA do ABB sản xuất tại Việt Nam nên không cần phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ.khc=1

kqtsc: hệ số quá tải sự cố, kqt=1,4 nếu thỏa mãn điều kiện máy biến áp vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm, thời gian quátải không vượt quá 6h và trước khi MBA vận hành với hệ số quá

tải ≤0,93.

Sttsc: công suất tính toán sự cố Khi sự cố 1 MBA có thể loại bỏ 1 số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lượng của các MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thường Giả thiết trong các

hộ loại I có 30% là phụ tải loại III nên Stt=0,7.Stt Đồng thời cũng hạn chế chủng loại MBA để dễ dàng trong những lúc thay thế, dung lượng các MBA được lựa chọn nên nhỏ hơn 1000(KVA) để tiết kiệm vốn đầu tư ban đầu và để tạo điều kiện thuận lợi cho mua sắm, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, thay thế

- Căn cứ vào công suất tính toán của từng phân xưởng trong nhà máy và sơ đồ mặt bằng của nhà máy, ta có thể đưa ra các phương án xây dựng TBA như sau:

1 Phương án 1: đặt 6 trạm biến áp phân xưởng (TBAPX)

- Trạm biến áp B1: cấp điện cho phân xưởng rèn đập, trạm đặt 2 MBA làm việcsong song

+ chọn dung lượng MBA:

Chọn MBA tiêu chuẩn 3 pha hai cuộn dây do Việt Nam chế tạo ra loại 10/0,4(KVA)

560-+ kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Sttsc lúcnày chính là công suất tính toán của phân xưởng sau khi cắt bớt một số phụ tảikhông quan trọng trong phân xưởng

(n-1).kqt.SđmB≥ Sttsc=0,7 Stt

Suy ra: SđmB≥ 0,7 Stt

1,4=468,57Suy ra: trạm biến áp B2 đặt 2 MBA 560-10/0,4(KV) là hợp lí

- Trạm biến áp B3: cấp điện cho PX nhiệt luyện và trạm bơm, trạm đặt 2 MBA làm việc song song

+ chọn dung lượng MBA

n.khc.SđmB≥Stt=1275,66 SđmB≥637,83

Chọn MBA tiêu chuẩn 3 pha hai cuộn dây do Việt Nam sản xuất loại 10/0,4(KV) là hợp lí

750 Trạm biến áp B4: cấp điện cho khu phòng ban quản lí và xưởng thiết kế, và phân xưởng sửa chữa cơ khí

+ chọn dung lượng MBA

SđmB≥671,69

Chọn MBA 3 pha hai cuộn dây do Việt Nam sản xuất loại 750-10/0,4(KV)+ kiểm tra lại dung lượng MBA đã chọn theo điều kiện quá tải sự cố: Sttsc lúcnày chính là công suất tính toán của phân xưởng sau khi cắt bớt một số phụ tảikhông quan trọng trong phân xưởng

(n-1).kqt.SđmB≥ Sttsc=0,7 Stt

Suy ra: SđmB≥ 0,7 Stt

1,4=671,69Trạm B5 đặt 2 MBA 750-10/0,4(KVA) là hợp lí

- Trạm biến áp B6: cấp điện cho phân xưởng đúc và kho vật liệu

+chọn dung lượng MBA:

n.khc.SđmB≥Stt=575,94

SđmB≥Stt=575,94

Chọn MBA 3pha hai cuộn dây do Việt Nam sản xuất loại 630-10/0,4(KV) là hợp lí

Kết quả của phương án 1:

Tên

TBA

Số lượng MBA

(KVA)

B2 2 PX luyện kim màu,PX luyện kim

đen,bộ phận nén khí 560

B4 1 Khu phòng ban quản lí và xưởng thiết

kế,PX sửa chữa cơ khí

250B5 2 PX gia công cơ khí,PX cơ lắp ráp 750

2 Phương án 2: đặt 5 trạm biến áp phân xưởng

- B1: cấp điện cho khu phòng ban quản lí và xưởng thiết kế, PXSCCK, PXrèn dập

- B2: cấp điện cho PX luyện kim màu, PX luyện kim đen, bộ phận nén khí

- B3: cấp điện cho PX nhiệt luyện, trạm bơm

- b4: cấp điện cho PX cơ lắp ráp, PX gia công cơ khí

- B5: cấp điện cho PX đúc, kho vật liệu

Tính toán tương tự như phương án 1:

Ta có kết quả của phương án 2:

Tên TBA Số lượng

MBA

B1 2 Khu phòng ban quản lí và xưởng thiết

B4 2 PX gia công cơ khí, PX cơ lắp ráp 750

II Xác định vị trí đặt các trạm biến áp phân xưởng

Trong các nhà máy thường sử dụng các trạm biến áp phân xưởng:

- Các TBA cung cấp điện cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề có 1 tường của trạm chung với tường của phân xưởng nhờ vậy tiết kiệm được vốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến công trình khác

- Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn bộ phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành bảo quản thuận lợi, song về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm hoặc trong phân xưởng lại không cao

- Các TBA dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâm phụ tải, nhờ vậy, có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khá nhiều