PHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ - TOÁN

PHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ - TOÁN

TR ƯỜ NG ĐHSPKT VINH THI T K MÔN H C Ế Ế Ọ

B MÔN CUNG C P ĐI N Ộ Ấ Ệ H TH NG CUNG C P ĐI N Ệ Ố Ấ Ệ

1 Tên đ thi t k : Thi t k HTCCĐ cho nhà máy (ghi theo b n v kèm theo) ề ế ế ế ế ả ẽ

2 Sinh viên thi t k : LÊ NG C NHU ế ế Ọ

3 Cán b h ộ ướ ng d n: ẫ NGUY N TH THANH NGÂN Ễ Ị

NHI M V THI T K Ệ Ụ Ế Ế

1 M đ u:ở ầ

1.1 Gi i thi u chung v nhà máy: v trí đ a lý, kinh t , đ c đi m công ngh ; đ cớ ệ ề ị ị ế ặ ể ệ ặ

đi m và phân b c a ph t i; phân lo i ph t i đi n…ể ố ủ ụ ả ạ ụ ả ệ1.2 N i dung tính toán, thi t k , các tài li u tham kh o…ộ ế ế ệ ả

2 Xác đ nh ph t i tính toán c a các phân xị ụ ả ủ ưởng và toàn nhà máy

3 Thi t k m ng đi n h áp cho phân xế ế ạ ệ ạ ưởng c khíơ

4 Thi t k m ng đi n h áp cho toàn b nhà màyế ế ạ ệ ạ ộ

4.1 ch n s lọ ố ượng,dung lượng và v trí đ t tr m bi n áp phân xị ặ ạ ế ưởng

4.2 ch n s lọ ố ượng,dung lượng và v trí đ t các tr m bi n áp trung gian(Tr m bi n áp xíị ặ ạ ế ạ ếnghi p)ho c tr m phân ph i trung tâm,l a ch n s đ n i đi n và cunh c p đi n cho nhàệ ặ ạ ố ự ọ ơ ồ ố ệ ấ ệ

máy.

4.3 Thi t k h th ng cung c p đi n cho nhà máyế ế ệ ố ấ ệ

5.Tính toán bù công su t ph n kháng cho HTCCĐ c a nhà máyấ ả ủ6.Thi t k chi u sáng cho phân xế ế ế ưởng s a ch a c khíữ ữ ơ

CÁC B N V TRÊN KH GI Y A3 Ả Ẽ Ổ Ấ

1 S đ nguyên lý m ng đi n,s đ m t b ng đi dây phân xơ ồ ạ ệ ơ ồ ặ ằ ưởng s a ch a c khíữ ữ ơ

2 S đ nguyên lý HTCCĐ toàn nhà máy.ơ ồ

3.S đ n i đi n MBA toàn nhà máyơ ồ ố ệ

4 S đ nguyên lý role b o v MBA toàn nhà máyơ ồ ả ệ

CÁC S LI U V NGU N ĐI N VÀ NHÀ MÁY Ố Ệ Ề Ồ Ệ

1 Đi n áp: t ch n theo công su t c a nhà máy và kho ng cách t nhà máy đ n TBA khuệ ự ọ ấ ủ ả ừ ế

v c (h th ng đi n).ự ệ ố ệ

2 Công su t c a ngu n đi n: vô cùng l n.ấ ủ ồ ệ ớ

3 Dung lượng ng n m ch v phía h áp c a TBA khu v c: 250MVA.ắ ạ ề ạ ủ ự

4 Đường dây cung c p đi n cho toàn nhà máy dùng lo i dây ACấ ệ ạ

5 Kho ng cách t TBA khu v c đ n nhà máy: 12 kmả ừ ự ế

Nguy n Th Thanh Ngân ễ ị

9 Chiêu sang phân x́ ́ ưởng Xác đ nh theo di n tíchị ệ

Danh sách thi t b phân x ế ị ưở ng s a ch a c khí (B n v s 2) ử ữ ơ ả ẽ ố

2

7 Máy mài tròn v n năngạ 1 3A130 4,7 4,0

Mở đầu giới thiệu chung về nhà máy

Nhà máy chế tạo máy kéo đợc xây dựng trên địa bàn Huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội với quy mô khá lớn bao gồm 10 phân xởng và nhà làm việc

Bảng 1.1 - Danh sách các phân xởng và nhà làm việc trong nhà máy

Phõn xưởng rốn

b ph n nộn ộpộ ậ

tr m b mạ ơChi u sỏng phõn xế ưởng

120320031002100theo tớnh toỏn1600600200xỏc đ nh theo di n tớchị ệ

Nhà máy có nhiệm vụ chế tạo ra các loại máy kéo để cung cấp cho các ngành kinh tế trong nớc và xuất khẩu Đứng về mặt tiêu thụ điện năng thì nhà máy là một trong những hộ tiêu thụ lớn Do tầm quan trọng của nhà máy nên ta có thể xếp nhà máy vào hộ tiêu thụ loại I, cần đợc đảm bảo cung cấp

điện liên tục và an toàn

Theo thiết kế , nhà máy sẽ đợc cấp điện từ một Trạm biến áp trung gian cách nhà máy 12 km, bằng đờng dây trên không lộ kép, dung lợng ngắn mạch phía hạ áp của Trạm biến áp trung gian là SN =250 MVA

Nhà máy làm việc theo chế độ 3 ca, thời gian sử dụng công suất cực đại

và Kho vật liệu là hộ loại III, các phân xởng còn lại đều thuộc hộ loại I

Các nội dung tính toán, thiết kế bao gồm :

1 Xác định phụ tải tính toán của các phân xởng và nhà máy

2 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy

3 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xởng Sửa chữa cơ khí

4 Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất của nhà máy

5 Thiết kế chiếu sáng cho phân xởng Sửa chữa cơ khí

Chơng I Xác định phụ tảI tính toán

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tơng đơng với phụ tải thực tế về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách

điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tơng tự nh 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 đợc sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong

hệ thống cung cấp điện nh : máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng, tổn thất điện

áp; lựa chọn dung lợng bù công suất phản kháng Phụ tải tính toán phụ thuộc vào các yếu tố nh : công suất, số lợng, chế độ làm việc của các thiết

bị điện, trình độ và phơng thức vận hành hệ thống Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhng rất quan trọng Bởi vì nếu phụ tải tính toán xác định đợc nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn đến sự cố cháy nổ, rất nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán lớn hơn thực tế nhiều thì các thiết bị điện đợc chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây lãng phí

Do tính chất quan trọng nh vậy nên từ trớc tới nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phơng pháp tính toán phụ tải điện Song vì phụ tải

điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh đã trình bày ở trên nên cho đến nay vẫn cha có phơng pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi Những phơng pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác, còn nếu nâng cao đợc độ chính xác, kể đến ảnh hởng của nhiều yếu tố thì phơng pháp tính lại phức tạp

Sau đây là một số phơng pháp tính toán phụ tải thờng dùng nhất trong thiết kế hệ thống cung cấp điện:

- Phơng pháp tính theo hệ số nhu cầu

- Phơng pháp tính theo công suất trung bình

- Phơng pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

- Phơng 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 phơng pháp tính toán phụ tải điện thích hợp

1.1 xác định phụ tảI tính toán của phân xởng sửa chữa cơ khí

Phân xởng sửa chữa cơ khí là phân xởng số 6 trong sơ đồ mặt bằng

thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, thiết bị có công suất lớn nhất là 30 kW( lò điện ), song cũng có những thiết bị có công suất rất nhỏ Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, chỉ có máy biến áp hàn là có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Những đặc điểm này cần đ-

ợc quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định phụ tải tính toán và lựa chọn phơng án thiết kế cung cấp điện cho phân xởng

1.1.1 Phân nhóm phụ tải của phân xởng Sửa chữa cơ khí

Trong một phân xởng thờng có nhiều thiết bị có công suất và chế

độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán đựoc chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm cần tuân theo các nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài

đờng dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm đợc vốn đầu t và tổn thất trên các

đờng dây hạ áp trong phân xởng

- Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau

để việc xác định phụ tải tính toán đợc chính xác hơn và thuận lợi cho việc lựa chọn phơng thức cung cấp điện cho nhóm

-Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ

động lực cần dùng trong phân xởng và toàn nhà máy.Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thờng

(812)

Tuy nhiên thờng rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên, do vậy ngời thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn phơng án thoả hiệp một cách tốt nhất có thể

Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xởng có thể chia các thiết bị trong phân xởng Sửa chữa cơ khí thành 3 nhóm Kết quả phân nhóm phụ tải điện đợc trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.2 - Bảng phân nhóm phụ tải điện

( IĐM đợc tính theo công thức : Iđm = Sđm/ 3U, Sđm = Pdm/cosϕ

trong đó tất cả các nhóm đều lấy cosϕ = 0.6 , )

1.1.2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

1 Tính toán cho nhóm 1: Số liệu phụ tải của nhóm 1 cho trong bảng 1.3 Bảng 1.3 - Danh sách thiết bị thuộc nhóm I

Tra bảng PL1.1 [1](sách thiết kế cung cấp điện của Ngô Hồng Quang-Vũ Vă Tẩm) ta tìm đợc ksd = 0.15, cosϕ = 0.6

2

92

25.54

5.67.45.50.73.89

1

1 1

1

=+++++

n i ddi

P

P P

8.18cos = =

max max

*(

*

)

*(

56.4738.0

*3

3.313

dd sd tt dt dd

kd

dd sd tt dt kd

dn

tt tt

I k I k I

k

I k I k I

I

A U

S I

−+

=

−+

C ngộ 4 8.85 22.41Tra bảng PL1.1 [1] ta tìm đợc ksd = 0.15, cosϕ = 0.6

2

5.32

85.8

35.3

1

1 1

n i ddi

P

P P

12.4cos = =

max max

*(

*

)

*(

25.638.0

*3

12.43

dd sd tt dt dd

kd

dd sd tt dt kd

dn

tt tt

I k I k I

k

I k I k I

I

A U

S I

−+

=

−+

3 Tính toán cho nhóm 3: Số liệu phụ tải của nhóm 3 cho trong bảng 1.5

Bảng 1.5 - Danh sách thiết bị thuộc nhóm III

Tra bảng PL1.1 [1] ta tìm đợc ksd = 0.15, cosϕ = 0.6

Ta có : 3.5

2

72

05.16

75.3

1

1 1

n i ddi

P

P P

5.7cos = =

max max

*(

*

)

*(

99.1838.0

*3

5.123

dd sd tt dt dd

kd

dd sd tt dt kd

dn

tt tt

I k I k I

k

I k I k I

I

A U

S I

−+

=

−+

1.1.3 Tính toán phụ tải chiếu sáng của phân xởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải chiếu sáng của phân xởng sửa chữa cơ khí đợc xác định theo phơng pháp suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích :

Pcs = p0*F

P0 - suất chiếu sáng trên 1 đơn vị diện tích chiếu sáng [W/m2]

F - Diện tích đợc chiếu sáng [m2]Trong phân xởng sửa chữa cơ khí ta dùng đèn sợi đốt để chiếu sáng, tra bảng PL1.7[1] ta tìm đợc p0 = 15 W/m2

Phụ tải chiếu sáng phân xởng :

Pcs = p0*F = 15*1950 = 29.25 kW

Qcs =Pcs*tgϕ = 0 ( đèn sợi đốt nên sinϕ =0 )

1.1.4 Xác định phụ tải tính toán của toàn phân xởng

* Phụ tải tác dụng của phân xởng :

kW P

+

=

=

Trong đó : kđt - hệ số đồng thời của toàn phân xởng, lấy kđt = 0.8

* Phụ tải phản kháng của phân xởng :

kVar Q

k

Q

i

tti dt

1

=+

73.18654

.66

25.2977.23cos

1.10138.0

*3

54.663

54.663.40)25.297.23()

+

=+

S

I

kVA Q

P P

S

ϕ

Từ các kết quả trên ta có bảng tổng hợp kết quả xác định phụ tải tính toán cho phân xởng SCCK

Do các phân xởng này chỉ biết công suất đặt và diện tích của các phân xởng nên phụ tải tính toán đợc xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

120cos = =ϕ

b Ph t i tớnh toỏn c a phõn x ụ ả ủ ưở ng c khớ s 1 ơ ố

Pđ= 3200 KW ;di n tớch S = 400mệ 2

Tra bảng PL1.3[1] với phân xởng Cơ khí tìm đợc :

knc = 0.4 , cosϕ = 0.6

Tra bảng PL1.2[1] ta tìm đợc suất chiếu sáng P0 = 14 W/m , ở đây ta sử dụng đèn sợi đốt nên cosϕcs = 1

.0

*3

9.21433

9.21321702

6

1285 2 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

cosϕpx = =12852132..96 =0.60

ttpx

ttpx

S P

*3

7.20713

7.20711650

8

1252 2 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

cosϕpx = =12522071..78 =0.60

ttpx

ttpx

S P

*3

5.14083

5.14081117

8582 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

cosϕpx = =1408858.5 =0.61

ttpx

ttpx

S P

e Xác định PTTT cho phân xởng Rèn

Công suất đặt : 1600 kW

*3

9.14853

9.14851170

9162 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

6.5363

6.536315

4

434 2 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

cosϕpx = = 536434..64 =0.81

ttpx

ttpx

S P

*3

2.1943

2.1948

.93

1702 2 2

=+

=

U

S I

kVA Q

P S

ttpx ttpx

ttpx ttpx ttpx

cosϕpx = =194170.2 =0.87

ttpx

ttpx

S P

ết quả xác định PTTT của các phân xởng đợc trình bày trong bảng 1.9

Bảng 1.9 - Phụ tải tính toán của các phân xởng

Tờn phõn xưởng (kW)PĐ (kW)PCS (kW)Ptt (kVar)Qtt (kVA)Stt

1.3 xác định phụ tải tính toán của nhà máy

1 Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy

*3

08.6368

72.3968

1.4 xác định tâm phụ tải điện và vẽ biểu đồ phụ tải

Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm biến áp phân phối, tủ động lực

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị min : ∑P i l i →min

Trong đó Pi, li là công suất tiêu thụ và khoảngcách từ thiết bị thứ i tới tâm

Để xác định tâm phụ tải điện ta dùng công thức :

n i i i

S

x S x

n i i i

S

y S y

n i i i

S

z S z

1

1 0

Trong đó : x0, y0, z0 - toạ độ tâm phụ tải

xi,yi,zi - toạ độ phụ tải thứ i

Si là công suất phụ tải thứ iTrong thực tế ngời ta ít quan tâm đến toạ độ z nên ta cho z =0

P

P

.360

=α

Kết quả tính toán R và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải các phân xởng cho trong bảng 1.10

thiết kế mạng cao áp cho của nhà máy

Việc lựa chọn các sơ đồ cung cấp điện có ảnh hởng rất lớn đến vấn

đề kinh tế kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện đợc gọi là hợp

lý phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau :

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

3 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

4 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

5 An toàn cho ngời và thiết bị

6 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trởng của phụ tải

Trình tự tính toán và thiết kế mạng cao áp cho nhà máy bao gồm các bớc sau :

1.Vạch ra các phơng án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí , số lợng , dung lợng của các trạm biến áp và lựa chọn chủng loại , tiết diện đờng dây cho các phơng án

3 Tính toán thiết kế kỹ thuật để lựa chọn phơng án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết các phơng án lựa chọn

Trớc khi vạch ra các phơng án cụ thể cho việc cấp điện áp hợp lý cho ờng dây tải điện từ hệ thống về nhà máy Biểu thức kinh nghiệm để lựa chọn cấp điện áp truyền tải là :

Trong đó :

P - công suất tính toán của nhà máy [kW]

l - khoảng cách từ trạm biến áp trung gian về nhà máy [km]

Nguyên tắc lựa chọn các trạm biến áp :

1 Vị trí đặt cá trạm biến áp phải thoả mãn các yêu cầu : gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp, an toàn và kinh tế

2 Số lợng máy biến áp đặt trong các trạm biến áp đợc lựa chọn dựa vào các yêu cầu cung cấp điện của phụ tải : điều kiện vận chuyển và lắp

đặt ; chế độ làm việc của phụ tải Trong mọi trờng hợp trạm biến áp chỉ

đặt một máy biến áp sẽ là kinh tế và thuận lợi cho việc vận hành song độ tin cậy cung cấp điện không cao Các trạm biến áp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ loại I và II nên dùng hai máy biến áp còn hộ loại III thì chỉ cần một máy biến áp

3 Dung lợng các máy biến áp đợc lựa chọn theo điều kiện:

nk hc S dmB ≥S tt

và kiểm tra điều kiện sự cố một máy biến áp :

(n−1)k hc k qt S dmB ≥S ttsc

Trong đó :

n - số máy biến áp có trong trạm

khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trờng ( ta lấy khc = 1)

kqt - hệ số quá tải sự cố, lấy kqt =1.4 nếu thoả mãn điều kiện MBA vận hành quá tải không quá 5 ngày đêm và thời gian quá tải 1 ngày

đêm không quá 6h

Sttsc - công suất tính toán sự cố Khi sự cố một MBA ta có thể loại bỏ một số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ dung lợng của các MBA, nhờ vậy có thể giảm nhẹ đợc vốn đầu t và tổn thất của trạm trong trạng thái làm việc bình thờng Giả thiết trong các hộ loại I có 30%

là phụ tải loại III nên Sttsc = 0.7*Stt

Đồng thời cũng nên giảm chủng loại các máy biến áp dùng trong nhà máy

để thuận lợi cho việc mua sắm , lắp đặt , vận hành , sửa chữa

7

2231 =

≥ =

Kiểm tra lại dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Khi gặp sự cố một máy biến áp ta có thể cắt điện của một số phụ tải không quan trọng

trong Phân xởng cơ khí số 1 và toàn bộ điện của Phòng thớ nghi mệ ( vì

đây thuộc hộ tiêu thụ loại III)

ttsc dmB

.1

7.2071

*7

≥

Vậy trạm biến áp B1 đặt 2 MBA có Sdm = 1800 kVA là hợp lý

2 Trạm biến áp B2 : Cấp điện cho Phân xởng cơ khí số 1 và phõn xưở ng

s a ch a c khớ ử ữ ơ Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

3.10962

54

2192 =

≥

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Khi gặp sự cố một máy biến áp ta có thể cắt điện của một số phụ tải không quan trọng của Phân xởng luyện kim màu và toàn bộ điện của Phân xởng sửa chữa cơ khí ( vì đây thuộc hộ tiêu thụ loại III)

(n−1)k qt S dm ≥S ttsc

3.10964

.1

54.2192

*7

≥

Vậy trạm biến áp B2 đặt 2 MBA có Sdm = 1800 kVA là hợp lý

3 Trạm biến áp B3 : Cấp điện cho Phân xởng s 3 và tr m b mố ạ ơ Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

1.8012

2

1602 =

≥

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố :

(n−1)k qt S dmB ≥S ttsc

1.8014

.1

2.1602

*7

≥

Vậy trạm biến áp B3 đặt 2 MBA có Sdm = 1000 kVA là hợp lý

4 Trạm biến áp B4 : Cấp điện cho Phân xởng rốn ,

Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

5.7422

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố :

(n−1)k qt S dmB ≥S ttsc

5.7424

.1

9.1485

*7

≥

Vậy trạm biến áp B4 đặt 2 MBA có Sdm = 1000 kVA là hợp lý

5 Trạm biến áp B5 : Cấp điện cho b ph n nộn ộp , ộ ậ

Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

3.2682

6

536 =

≥

Ta chọn MBA tiêu chuẩn Sdm = 320 (kVA)

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố :

(n−1)k qt S dmB ≥S ttsc

3.2684

.1

6.536

*7

ngu?n di?n vào

số 1 Trạm đợc đặt hai máy biến áp làm việc song song

tt dmB

k

n* * ≥

2292=

≥

Kiểm tra lại dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Khi gặp sự cố một máy biến áp ta có thể cắt điện của một số phụ tải không quan trọng trong Phân xởng cơ khí số 1 và toàn bộ điện của Ban quản lý và Phòng thiết kế ( vì đây thuộc hộ tiêu thụ loại III)

ttsc dmB

.1

2132

*7

≥

Vậy trạm biến áp B1 đặt 2 MBA có Sdm = 1800 kVA là hợp lý

2 Trạm biến áp B2 : Cấp điện cho Phân xởng s 2 và phõn xố ưởng s a ch aử ữ

c khớ.ơ Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

12.10662

2

2132 =

≥

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Khi gặp sự cố một máy biến áp ta có thể cắt điện của một số phụ tải không quan trọng của Phân xởng Nhiệt luyện và toàn bộ điện của Phân xởng Sửa chữa cơ khí ( vì đây thuộc hộ tiêu thụ loại III)

ttsc dmB

.1

7.2071

*7

≥

Vậy trạm biến áp B3 đặt 2 MBA có Sdm = 1800 kVA là hợp lý

3.Trạm biến áp B3 : Cấp điện cho Phân xởng cơ khí số 3 và tr m b mạ ơ Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

1.8012

2

1602 =

≥

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố :

(n−1)k qt S dm ≥S ttsc

1.8014

.1

2.1602

*7

4 Trạm biến áp B4 : Cấp điện cho Bộ phận Nén ộp và phõn xưởng rốn

Trạm đặt hai máy biến áp làm việc song song

3.10112

5

2022 =

≥

Kiểm tra dung lợng máy theo điều kiện quá tải sự cố : Khi gặp sự cố một máy biến áp ta có thể cắt điện của một số phụ tải không quan trọng của Phân xởng Rèn, Bộ phận Nén khí và toàn bộ điện của Kho vật liệu ( vì

đây thuộc hộ tiêu thụ loại III)

(n−1)k qt S dm ≥S ttsc

3.10114

.1

3.2022

*7

n i i i

S

x S x

n i i i

S

y S y

n i i i

S

z S z

1

1 0

Trong đó : x0, y0, z0 - toạ độ tâm phụ tải

xi,yi,zi - toạ độ phụ tải thứ i

Si là công suất phụ tải thứ iTrong thực tế ngời ta ít quan tâm đến toạ độ z nên ta cho z =0

2.1.3 Phơng án cung cấp điện cho các trạm biến áp phân xởng

1 Phơng pháp sử dụng trạm biến áp trung gian

Nguồn 35kv từ hệ thống về qua trạm biến áp trung gian đợc hạ áp xuống 6kv để cung cấp cho các trạm biến áp phân xởng Nhờ vậy sẽ giảm đợc vốn

đầu t cho mạng điện cao áp trong nhà máy và trong các trạm biến áp phân ởng, vận hành thuận lợi hơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng đợc cải

x-thiện Song phải đầu t để xây dựng trạm biến áp trung gian, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp Nếu sử dụng phơng án này, vì nhà máy thuộc hộ tiêu thu loại 1 nên tại trạm biến áp trung gian ta đặt hai máy biến áp với dung lợng

đợc lựa chọn nh sau :

kVA S

Ta chọn máy tiêu chuẩn Sdm = 6300 kVA

Kiểm tra dung lợng của máy khi xẩy ra quá tải sự cố: khi xảy ra sự cố ở một máy biến áp ta có thể tạm ngừng cung cấp điện cho tất cả các phụ tải loại III trong nhà máy Do đó ta dễ dàng thấy đợc máy biến áp đợc chọn thoả mãn điều kiện khi xảy ra sự cố

Vậy tại tạm biến áp trung gian sẽ đặt 2 MBA Sdm = 6300kV - 35/6 kV

2 Phơng án sử dụng trạm phân phối trung tâm

Điện năng từ hệ thống cung cấp cho các trạm biến áp phân xởng thông qua trạm phân phối trung tâm Nhờ vậy việc quản lý vận hành mạng điện cao áp của nhà máy thuận lợi hơn, vốn đầu t giảm, độ tin cậy cung cấp điện

đợc gia tăng, song vốn đầu t cho mạng cũng lớn

3 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian và trạm phân phối trung tâm

Ta xác định tâm phụ tải điện của nhà máy theo công thức :

S

x S

S

y S

y0

Trong đó : Si - Công suất của phân xởng thứ i

xi , yi - toạ độ tâm phụ tải của phân xởng thứ iThay số ta có:

X0 = 6.04 ; Y0 = 8.06

Đó là vị trí tốt nhất để đặt trạm biến áp trung gian và trạm phân phối trung tâm

4 Lựa chọn phơng án nối dây cho mạng cao áp của nhà máy

Nhà máy thuộc hộ tiêu thụ loại I nên đờng dây từ trạm trung gian Giám về trung tâm cung cấp của nhà máy sẽ dùng dây trên không lộ kép

Do tính chất quan trọng của các phân xởng nên ở mạng cao áp trong nhà máy ta dùng sơ đồ hình tia, lộ kép Ưu điểm của loại sơ đồ này là đờng nối dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xởng đợc cung cấp điện từ các đờng dây riêng nên ít ảnh hởng lẫn nhau, độ tin cậy cao, dễ dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ, tự động hoá và dễ vận hành Để đảm bảo tính mỹ quan

và an toàn cho toàn nhà máy các đờng dây cao áp đều đợc đặt trong hào cáp xây dọc theo các tuyến giao thông nội bộ Từ những phân tích trên ta có thể đa ra 4 phơng án đi dây cho mạng cao áp đợc trình bày trên hình 2-1

Hình 2.1 - Các phơng án thiết kế mạng cao áp của nhà máy

phuong ỏn

phuong ỏn3 phuong ỏn 2

phuong ỏn4

2.2 Tính toán thiết kế và lựa chọn phơng án hợp lý

Để so sánh và lựa chọn phơng án hợp lý ta sử dụng hàm chi phí tính toán Z

K - vốn đầu t cho trạm biến áp và đờng dây

Imax - dòng điện lớn nhất chạy qua thiết bị

R - điện trở của thiết bị

τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất

C - giá tiền 1kWh, ta lấy C = 1000 đ/kWh

2.2.1 Phơng án 1

Hình 2.2 - Sơ đồ phơng án 1

Phơng án này dùng trạm biến áp trung gian lấy điện từ hệ thống về, hạ xuống 6kV sau đó cấp cho 7 trạm biến áp phân xởng Các trạm biến áp phân xởng hạ áp từ 6kV xuống 0.4kVđể cấp cho các phân xởng

1 Chọn MBA phân xởng và xác định tổn thất điện năng ∆A trong các TBA

Trên cơ sở đã chọn đợc công suất các MBA ở trên ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBA phân xởng do nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh sản xuất

Bảng 2.2 - Kết quả lựa chọn MBA trong các TBA của phơng án 1 Tên

Đơn giá

(10 6 )

Thành tiền (10 6 )

Tổng vốn đầu t cho trạm biến áp: KB = 2743.6(106 đ)

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp

Tổn thất điện năng ∆A trong các trạm biến áp đợc tính theo công thức:

1

S

S P n t P n

Trong đó :

n - số máy biến áp ghép song song ;

∆P0 , ∆PN - tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của MBA

Stt - công suất tính toán của trạm biến áp

SđmB - công suất định mức của máy biến áp

t - thời gian máy biến áp vận hành, với máy biến áp vận hành suốt một năm t = 8760h

τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Với Tmax = 6000h theo công thức tính gần đúng :

8760)

10124

.0

max ì ì+

S

S P n t P n A

44.4096044592

*6300

6.10121

*5.46

*2

18760

*65.7

*2

=

Các trạm biến áp khác cũng dợc tính toán tơng tự , kết quả cho dới bảng 2.3

Bảng 2.3 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của phơng

Tổn thất điện năng trong các TBA: ∆AB = 1313257.74 kWh

2 Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất , tổn thất điện năng trong mạng điện

a.Chọn cáp cao áp từ trạm biến áp trung gian về trạm biến áp phân xởng

Cáp cao áp đợc chọn theo chỉ tiêu mật độ kinh tế của dòng điện jkt Đối với nhà máy chế tạo máy kéo làm việc 3 ca , thời gian sử dụng công suất lớn nhất là : Tmax = 6000h, ta dùng cáp lõi đồng , tra bảng 5[Trang 294-TL1] ta tìm đợc jkt = 2.7 A/mm2

Tiết diện kinh tế của cáp :

kt kt

j

I

F = max

Cáp từ các TBATG về các trạm biến áp phân xởng đều là cáp lộ kép nên:

Dựa vào trị số Fkt đã tính, tra bảng để lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn gần nhất

Kiểm tra tiết diện cáp đã chọn theo điều kiện phát nóng :

sc cp

k1 là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ , ta lấy k1 = 1;

k2 là hệ số hiệu chỉnh số dây cáp cùng đặt trong một hào cáp, trong mạng hạ áp, các hào đều đợc đặt hai cáp và khoảng cách giữa các dây là 300 mm Theo PL 4.22[TL2] ta tìm đợc k2 = 0.93

Vì chiều dài cáp từ trạm biến áp trung gian đến trạm biến áp phân xởng ngắn nên tổn thất điện áp nhỏ, có thể bỏ qua không cần kiểm tra theo

điều kiện tổn thất điện áp

+ Chọn cáp từ trạm biến áp trung gian đến B1:

A66.846

*32

1759.533

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 31.35 mm

7.2

66

84 =

=

=

kt kt

j

I F

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =170 A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*170 = 158.1 < ISC = 2*Imax = 2*84.66 = 169.31 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp.Cuối cùng chọn cáp có tiết diện F = 50mm2với Icp = 200 A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

1827.63

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 32.57

7.2

93.87

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =170 A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*170 = 158.1 < 2*Imax = 175.86 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 50mm2với Icp = 200 A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

1581.43

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 28.2

7.2

08.76

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =140 A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*140 = 130.2 A < 2*Imax = 152.2 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 35mm2với Icp = 170 A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

27093

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 48.3

7.2

3.130

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =200A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*200 = 186 A < 2*Imax = 260.67 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp.Cuối cùng chọn cáp có tiết diện F = 95mm2với Icp = 290 A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

8.16313

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 29.1

7.2

51.78

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =140 A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*140 = 130.2 A < 2*Imax = 157 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 35mm2với Icp = 170A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

19253

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 34.3

7.2

62.92

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =1700A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*170 = 158.1 A < 2*Imax = 185.23 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 50mm2với Icp = 200A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

*32

17773

Tiết diện kinh tế của cáp là :

2 max 31.67

7.2

5.85

mm j

I F

kt

Tra bảng PL 4.31[TL2], lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gần nhất

FURUKAWA (Nhật ) chế tạo có Icp cp =1700A

Kiểm tra thép đã chọn theo điều kiện phát nóng :

0.93*Icp = 0.93*170 = 158.1 A < 2*Imax = 171 A

Cáp đã chọn không thoả mãn điều kiện phát nóng nên ta phải tăng tiết diện của cáp, chọn cáp có tiết diện F = 50mm2với Icp = 200A

Kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng :

+ Chọn cáp từ trạm biến áp B3 đến phân xởng luyện kim màu

Vì Ban quản lý và Phòng thiết kế thuộc hộ tiêu thụ điện loại 1 nên ta dùng cáp lộ kép để cung cấp điện

A U

S I

dm

38.0

*32

13473

.2

0.85ì3ìI cf ≤2ìImax => cáp đợc chọn thoả mãn

+ Chọn cáp từ trạm biến áp B3 đến phân xởng Sửa chữa sơ khí

Vì phân xởng Sửa chữa sơ khí thuộc hộ tiêu thụ điện loại 3 nên ta dùng

cáp đơn để cung cấp điện

A U

S I

dm

38.0

*3

234.43

Chỉ có một cáp đi trong hào nên k2 = 1 Điều kiện chọn cáp là : I cp ≥Imax

Chọn cáp đồng hạ áp 1 lõi cách điện PVC do hãng LENS chế tạo tiết diện F = 120 với Icp = 382 A

Kết quả chọn cáp trong phơng án 1 đợc tổng kết trong bảng sau:

Bảng 2.4 - Kết quả chọn cáp cao áp và hạ áp của phơng án 1

c Xác định tổn thất công suất tác dụng trên đờng dây

dm

ttpx

(kW)

l R n

R= 1 0 (Ω

n - số đờng dây đi song song

Bảng 2.5 - Tổn thất công suất tác dụng trên các đờng dây của phơng án

1

Đờng cáp F(mm) L(m) R0(Ω/m

2) R(Ω) S TT (kW) ∆P(kW) TBATG-

Tổng tổn thất công suất tác dụng trên dây dẫn: ∑∆PD = 65.97 kW

d Xác định tổn thất điện năng trên các đờng dây :

Tổn thất điện năng trên các đờng dây đợc tính theo công thức :

∑∆

=

24.3029344592

*97

63003

.13

10003

.13

16003

.13

.1

(KA)

I cắt max

(KA)

Số ợng

l-Thàn

h tiền (10 6 ) TBATG 8DJ2

0

63

250125

33

960630

3 Chi phí tính toán của phơng án 1

Khi tính toán vốn đầu t xây dựng mạng điện, ở đây chỉ tính đến giá thành các loại cáp và máy biến áp khác nhau giữa các phơng án

(K=KB + KD + KMC) , những phần giống nhau khác đã đợc bỏ qua không xét tới

Chi phí tính toán Z1 của phơng án 1 là :

Vốn đầu t :

K1 = KB + KD =2743.6*106 + 700*106 + 4530*106 =8063.6*106

Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp và đờng dây:

∆A1 = ∆AB + ∆AD = 1313257.74 + 302934.24 = 1616191.98 kWhChi phí tính toán là :

Phơng án 2 dùng trạm biến áp trung gian lấy điện từ hệ thống về, hạ xuống 6kV sau đó cấp cho 6 trạm biến áp phân xởng Các trạm biến áp phân xởng hạ áp từ 6kV xuống 0.4kVđể cấp cho các phân xởng

1 Chọn MBA phân xởng và xác định tổn thất điện năng ∆A trong các TBA

Trên cơ sở đã chọn đợc công suất các MBA ở trên ta có bảng kết quả chọn MBA cho các TBA phân xởng do nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh sản xuất

Bảng 2.6 - Kết quả lựa chọn MBA trong các TBA của phơng án 2

Đơn giá

(10 6 )

Thành tiền (10 6 )

Tổng vốn đầu t cho trạm biến áp: KB = 2653.6*106

Xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp

Tổn thất điện năng ∆A trong các trạm biến áp đợc tính theo công thức:

τ

1

S

S P n t P n

Kết quả cho dới bảng 2.7

Bảng 2.7 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA của

Tổn thất điện năng trong các TBA: ∆AB = 1307842.54 kWh

2 Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất , tổn thất điện năng trong mạng điện

a.Chọn cáp cao áp từ trạm biến áp trung gian về trạm biến áp phân xởng

Tơng tự nh phơng án 1, từ trạm biến áp trung gian về đến các trạm biến

áp phân xởng cáp cao áp đợc chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện jkt

Sử dụng cáp lõi đồng với Tmax= 6000h ta có jkt = 2.7A/mm2

Tiết diện kinh tế của cáp :

kt kt

j I

F = max