thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN.Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí được bố trí 33 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, thiết bị có công suất lớn nhất là 20kWThiết bị để tô

MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một thứ thiết yếu nó đã tham gia vào mọi lĩnh vực của cuộc sống từ công nghiệp đến sinh hoạt Bởi vì điện năng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hoá…) dễ dàng truyền tải và phân phối Chính vì vậy điện năng được ứng dụng rất rộng rãi.

Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quạn trọng để phát triển các đô thị và khu dân cư Vì lí do đó khi lập kế hoạc phát triển kinh

tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho phát triển trong tương lai Điều này đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt.

Đặc biệt hiện nay theo thống kê sơ bộ điện năng tiêu thụ bởi các xí nghiêp chiếm tỉ

lệ hơn 70% điện năng sản xuất ra.

Điều đó chứng tỏ việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp là một

bộ phận của hệ thống điện khu vực và quốc gia, nằm trong hệ thống năng lượng chung phát triển theo quy luật của nền kinh tế quốc dân Ngày nay do công nghiệp ngày càng phát triển nên hệ thống cung cấp điện xí nghiệp, nhà máy càng phức ạp bao gồm các lưới điện cao áp (35-500kV), lưới điện phân phối (6-22kV), và lưới điện hạ áp trong phân xưởng (220-380-600V).

Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hoài hoà các yêu cầu

về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép Hơn nữa phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai.

Để thiết kế được thì đòi hỏi người kĩ sư phải có tay nghề cao và kinh nghiệm thực tế, tầm hiểu biết sâu rộng vì thế thiết kế là một việc làm khó Đồ án môn học chính là một bài kiểm tra khảo sát trình độ sinh viên và giúp cho sinh viện có vốn kiến thức nhất định cho công việc sau này.

Trong quá trình làm đồ án, em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo, đặc biết cám ơn thầy giáo Trần Quang Khánh đã hướng dẫn tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ

án này.

Sinh viên :

Mục Lục

Trang

Lời nói đầu

Mục lục Đề bài

Chương 1 Tính toán phụ tải

1.1 Phụ tải chiếu sáng 3 1.2 Phụ tải động lực

3 1.3 Tổng hợp phụ tải 11

Chương 2 Lựa chọn phương án cấp điện cho xưởng 14

2.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng 14

2.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp 15

2.3 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu 17

Chương 3 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị của sơ đồ nối điện

3.1 Chọn tiết diện của dây dẫn mạng điện động lực , mạng 19

chiếu sáng 3.2 Tính toán ngắn mạch 21

3.3.Chọn thiết bị bảo vệ và đo lường 23

1.Chọn thiết bị phân phối phía cao áp 2.Chọn thiết bị phân phối phía hạ áp

Chương 4 Thiết kế trạm biến áp 30

4.1.Trạm biến áp phân phối 1.Kiểu trạm biến áp 2 Tính toán nối đất trong tram biến áp

4.2 Sơ đồ nguyên lý 32

4.3.Mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp 32

Bản vẽ 1 Mặt bằng phân xưởng với sự bố trí của các thiết bị 2 Sơ đồ nguyên lý của mạng điện có chỉ rõ các mã hiệu và các tham số của các thiết bị được chọn 1 Sơ đồ trạm biến áp gồm : sơ đồ nguyên lý , sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN.

Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí được bố trí 33 thiết bị, công suất của các thiết bị rất khác nhau, thiết bị có công suất lớn nhất là 20kW(Thiết bị để tôi bánh răng) song cũng có nhiều thiết bị công suất rất nhỏ (cỡ vài kW) Phần lớn các thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, chỉ có máy hàn là có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Những đặc điểm này cần lưu ý khi phân nhóm các phụ tải, xác định phụ tải tính toán và lưạ chọn phương án thiết kế cấp điện cho phân xưởng.

1.1 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải.

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 nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đột nóng thiết bị lên tới nhiết 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 được

sử dụng để lựa chọn và kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện.

1.1.1 Phụ tải chiếu sáng.

Công suất chiếu sáng chung:

Vì dùng bóng đèn sợi đốt nên hệ số cosφ=0,8.

1.1.2 Phụ tải động lực.

Phân nhóm phụ tải của phân xưởng cơ khí - sửa chữa.

Trong một nhóm phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và thiết bị làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện Việc phân nhóm theo nguyên tắc sau:

- Các thiết bị điện trong cùng nhóm nên ở ngần 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 của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.

- Tổng cống 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 nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường ≤ (8÷12)

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

người ta thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn

ra phương án phù hợp nhất trong các phương án có thể

Trước khi tính toán cần qui các phụ tải làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

về chế độ làm việc làm việc dài hạn , theo công thức :

8 Thiết bị để tôi bánh răng 5 20 0,6 33,33 50,66

6 Thiết bị để tôi bánh răng 5 20 0,6 33,33 50,66

5 Thiết bị để tôi bánh răng 5 20 0,6 33,33 50,66

Bảng 1.2

Theo phương pháp hệ số nhu cầu ta có:

P(kW)

Tổng công suất phụ tải động lực:

Hệ số công suất của phụ tải động lực:

Công suất biểu kiến:

P(kW)

7 Thiết bị tôi bánh răng 5 20 0,6 33,33 50,66 0,16

8 Thiết bị tôi cao tần 6 2 0,6 3,33 5,06 0,16

6 Thiết bị tôi cao tần 6 2 0,6 3,33 5,06 0,16

7 Thiết bị tôi cao tần 6 2 0,6 3,33 5,06 0,16

Từ đó ta có hệ số nhu cầu:

Tổng công suất phụ tải động lực:

Hệ số công suất của phụ tải động lực:

Công suất biểu kiến:

Pdli : Là phụ tải động lực của các nhóm

ki : hệ số được xác định

Pcs.lm : Tổng công suất chiếu sáng của phân xưởng

Thay số ta có:

Hệ số công suất tổng hợp của toàn phân xưởng:

Vì bóng đèn chiếu sáng được chọn là bóng đèn sợi đốt nên cosφcs=0,8 thay số vào biểu thức trên ta được:

2.1 Trạm biến áp phân xưởng.

Trạm biến áp là một phần tử rất quan trọng của hệ thống điện nó có nhiệm vụtiếp nhận điện năng từ hệ thống, biến đổi từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác vàphân phối cho mạng điện tương ứng Trong mỗi trạm biến áp ngoài máy biến áp còn córất nhiều thiết bị hợp thành hệ thống tiếp nhận và phân phối điện năng Các thiết bị phíacao áp gọi là thiết bị phân phối cao áp (máy cắt, dao cách ly, thanh cái…) và các thiết

bị phía hạ áp gọi là thiết bị phân phối hạ áp (thanh cái hạ áp, aptômat, cầu dao, cầuchảy…)

Trạm tăng áp thường được đặt tại các nhà máy điện để tăng điện áp từ 0,4÷6,3kVlên các cấp cao hơn với mục đích truyền tải điện năng đi xa hơn; Trạm biến áp trunggian là trạm giảm áp, tiếp nhận điện năng từ lưới 35÷22kV để cung cấp cho các lướiphân phối 6÷22kV ; Trạm biến áp tiêu thụ hay trạm biến áp phân xưởng có nhiệm vụtiếp nhận điện năng từ mạng phân phối 6÷22kV(đôi khi cả mạng 35 và 110kV) và cungcấp cho lưới điện hạ áp

Kết cấu của trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vị trí, công dụng…của chúng.Các trạm biến áp trung gian thường được xây dựng với hai dạng chính:

- Trạm biến áp ngoài trời có các thiết bị phân phối phía cao áp được đặt ởngoài trồìcn các thiết bị phân phối phía thứ cấp được đặt trong các tủ điện hoặc đặttrong nhà

- Trạm biến áp trong nhà: toàn bộ thiết bị của trạm từ phía sơ cấp đến phíathứ cấp được đặt trong nhà với các tủ phân phối tương ứng

Tất cả các trạm biến áp cần phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

- Sơ đồ và kết cấu phải đơn giản đến mức có thể;

- Giá thành hợp lí và có hiệu quả kinh tế cao;

Các yêu cầu trên có thể mâu thuẫn với nhau, vì vậy trong tính toán thiết kế cầnphải tìm lời giải tối ưu bằng cách giải các bài toán kinh tế kĩ thuật

2.1.1 Xác định vị trí đặt trạm biến áp phân xưởng.

Vị trí của trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật củamạng điện Nếu vị trí của trạm biến áp đặt quá xa phụ tải thì có thể dẫn đến chất lượngđiện áp bị giảm, làm tổn thất điện năng Nếu phụ tải phân tán, thì việc đặt các trạm biến

áp gần chúng có thể dẫn đến số lượng trạm biến áp tăng, chi phí cho đường dây cung cấp lớn và như vậy hiệu quả kinh tế sẽ giảm.

Vị trí trạm biến áp thường được đặt ở liền kề, bên ngoài hoặc ở bên trong phânxưởng

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 cảitạo 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 nên đặt máy phía ngoài nhà xưởng ngay sát tường như minh hoạ dưới đây Khi xây dựng ngoài như thế cần chú ý đến điều kiện mỹ quan

Hướng điện tới TBA

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí máy biến áp

Đặt MBA tại góc trái phân xưởng nên bỏ qua tọa độ X

Thực ra từ sơ đồ mặt bằng xưởng ta có nhận xét:phần lớn các phụ tải nhóm 1 và nhóm

2 đều tập trung tại phía trái phân xưởng,gần MBA.Mặt khác nhóm 3 tuy xa MBAnhưng có các phần tử tập trung ở phía trên,nên ta có thể chọn ngay tọa độ đặt MBA tại

vị trí sát góc và hơi tiến về phía trên phân xưởng để thuận tiện khi kéo dây cho cả 3nhóm.Vị trí đặt tủ động lực cũng tương tự

Vị trí các tủ động lực:

Nhóm 1:X=10m;Y=20m

Nhóm 2:X=14m;Y=0

Nhóm 3:X=35m:Y=20m

2.1.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp.

Công suất của máy biến áp và số lượng chúng trong mỗi trạm là các tham số quantrọng quyết định chế độ làm việc của mạng điện Công suất của máy biến áp trong điềukiện làm việc bình thường phải đảm bảo cung cấp điện cho toàn bộ nhu cầu phụ tải Đểthuận tiện cho việc vận hành trạm biến áp, không nên chọn nhiều loại máy trong mộttrạm Tốt nhất là chỉ nên chọn một gam công suất máy biến áp, tuy nhiên trong thực tếđôi khi khó có thể đáp ứng được yêu cầu trên, lúc đó phải chọn các máy khác nhau,nhưng nếu như vậy cũng chỉ nên chọn hai loại máy Việc chọn số lượng máy biến áp cóliên quan đến chế độ làm việc của trạm Hai nhân ảnh hưởng quyết định đến bài toánchọn máy biến áp là nhiệt độ môi trường xung quanh và đồ thị phụ tải Thông thườngloại máy biến áp hai cuộn dây được sử dụng rộng rãi trong các xí nghiệp, nhà máy vàcác trạm biến áp trung gian Máy biến áp ba cuộn dây chỉ sử dụng ở các trạm trung gianchính có công suất lớn

Trạm biến áp phân xưởng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp 35 kV của mạng cao ápphân phối thành điện áp 380/220V cung cấp điện cho phân xưởng.Như vậy ta chọntrạm biến áp 22/0,4kV cho phân xưởng

Chọn công suất và số lượng máy biến áp.

Ta có : Stt = 130,45kVA

cosφtb= 0,595

Thờigian sử dụng công suất cực đại là TM = 5000h

Giá thành tổn thất điện năng c∆=1000đ/kWh

Hệ số điền kín bản đồ xác định theo biểu thức :

Như vậy Máy biến áp có thể làm việc quá tải 40% trong khoảng thời gian cho phépkhông quá 6h

Căn cứ vào số liệu cho trước và số liệu tính toán ta tiến hành so sánh 3 phương ánsau :

Phương án 1 : Chọn hai máy biến áp.

Khi xảy ra sự cố cắt 1MBA :

Vậy ta sẽ chọn hai máy biến áp công suất 2 75kVA

Phương án 2 : Chọn một máy biến áp.

Ta chọn máy biến áp công suất 180kVA

Phương án 3 :Tương tự chọn một máy biến áp.

Chọn máy biến áp công suất 160kVA

Xét các yếu tố kinh tế của hai phương án :

Phương án 3 :Tương tự các phương án trên,ta có :

Chi phí quy dẫn của trạm biến áp là :

2.2 Lựa chọn sơ đồ nối điện tối ưu.

Vì diện tích phân xưởng không lớn,số lượng máy móc lại nhiều nên chúng ta không

sử dụng tủ phân phối,tiết kiệm không gian làm việc và đảm bảo được khoảng cách antoàn khi vận hành,đồng thời tránh được việc kéo dây phức tạp.Như vậy,các tủ động lực

sẽ được đặt sát tường phân xưởng và được lấy điện trực tiếp từ trạm biến áp để đưa tớicác động cơ

Chọn sơ bộ phương án

Để cung cấp điện có thể có nhiều phương án đi dây, có thể dùng sơ đồ hình tia có độ tin cậycung cấp điện cao, có thể dùng sơ đồ đường trục, hoặc hỗn hợp.Áp dụng từng loại sơ đồ chophân xưởng sửa chữa như ở các hình vẽ dưới.Đối với sơ đồ hình tia,khi xảy ra sự cố ở đườngdây này sẽ không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các dây khác,dễ dàng lắp đặt các thiết bị đikèm như cầu chì,aptomat,dao cách li….Với sơ đồ liên thông thì khối lượng công việc khảo sátlắp đặt sẽ ít hơn,giảm chi phí đầu tư cho đường dây,tuy nhiên khi xảy ra sự cố thì dòng sự cốlớn,phức tạp trong thiết kế lắp đặt các thiết bị đi kèm

Với phân xưởng sửa chữa cơ khí trong đồ án này,ta nên áp dụng sơ đồ hình tia để cung cấp điện

vì các thiết bị điện khá tập trung,diện tích phân xưởng không lớn,các nhóm phụ tải lại có côngsuất tương đương nhau

Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trạm biến áp phân xưởng cung cấp điện cho 3 tủđộng lực ứng với 3 nhóm động lực đã tính toán đặt rải rác cạnh tường phân xưởng, mỗi tủ độnglực cấp điện cho các nhóm phụ tải đã phân nhóm ở trên

Ta có sơ đồ đi dây sơ bộ của trạm biến áp phân xưởng và 3 tủ động lực là:

Tính toán chọn đường dây từ trạm biến áp phân xưởng tới các tủ động lực

Ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp phân xưởng tới các tủ động lực là loại dây cáp đồng

4 lõi vỏ PVC (cáp PVC) đặt trong rãnh chôn ở sát tường phân xưởng.Các đường cáp tới các tủ động lực gần nhau thì có thể đặt chung trong 1 rãnh để tiết kiệm về chi phí.

CHƯƠNG III : LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ CỦA SƠ

ĐỒ NỐI ĐIỆN.

3.1 Chọn tiết diện dây dẫn của mạng động lực.

a.Đầu tiên phải chọn tiết diện dây cho đoạn từ nguồn tới trạm biến áp chính được chọn theo

I A

Tiết diện kinh tế của dây là :

Tiết diện tối thiểu cho phép của dây cấp 22 kV để đảm bảo điều kiện độ bền cơ khí là 35

mm2 Vậy chọn dây AC – 35 cho đoạn này Đoạn dây này cho đi trên không

b.Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới các tủ động lực của phân xưởng:

-Với đoạn:MBA tới TDL1

Kiểm tra khi có sự cố ngắn mạch xảy ra:

,Giáo trình cung cấp điện).

Như vậy dây dẫn đã chọn không thỏa mãn,chọn dây khác có tiết diện:14

Kiểm tra các điều kiện như trên,ta thấy chọn dây cáp trên là phù hợp.

Với các nhánh khác làm tương tự,ta có bảng:

Bảng 3.1

Theo bảng tính trên thì tất cả các dây dẫn của mạng đông lực đều có thiết diện thoả mãn điều kiện dòng điện cho phép

3.2 Tính toán ngắn mạch :

Ngắn mạch là sự cố nghiêm trọng trong hệ thống điện Dòng điện trong khi xảy ra ngắn mạch rất lớn , làm phát nhiệt lớn , có thể phá hỏng thiết bị Vì vậy việc tính ngắn mạch có ý nghĩa quan trọng , các kết quả tính sẽ là cơ sở cho việc chọn các thiết bị bảo vệ

và kiểm tra ổn định nhiệt của dây giúp cho làm việc an toàn , bảo vệ tính mạng con người

và tài sản

Các điểm cần tính ngắn mạch là :

N1 : Ngắn mạch ngay tại thanh cái hạ áp trạm biến áp để kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của nó

N2 : 1 tủ động lực đại diện xa nhất là tủ 3 để kiểm tra aptômát nhánh

N3 : 1 động cơ đại diện xa nhất là động cơ 1 để kiểm tra aptômát cho các động cơ