Hướng dẫn làm đồ án môn học_Thiết kế cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

1.1.Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng (tra theo số hiệu đề bài cho)Tính theo suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởngPcs = p0 .A (kW)Trong đó: p0 = 15 Wm2: suất chiếu sáng. A : diện tích phân xưởng (m2).Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số công suất của nhóm chiếu sáng, cos = 1 1.2.Phụ tải tính toán nhóm thông thoáng và làm mátLưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là: n – tỉ số đổi không khí (1h)_ với phân xưởng cơ khí lấy n = 6 (1h)V – thể tích của phân xưởng (m3) với a (m), b (m), chiều rộng – dài phân xưởng (đo theo đề bài)h=5(m) là– chiều cao của phân xưởng;

HƯỚNG DẪN LÀM ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ 2: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆPCHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN

1.1 Phụ tải tính toán chiếu sáng của phân xưởng (tra theo số hiệu đề bài cho)

Tính theo suất phụ tải chiếu sáng của phân xưởng

Pcs = p0 A (kW)Trong đó:

p0 = 15 W/m2: suất chiếu sáng

A : diện tích phân xưởng (m2)

Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số công suất của nhóm chiếu sáng, cosϕ = 1

1.2 Phụ tải tính toán nhóm thông thoáng và làm mát

Lưu lượng gió tươi cần cấp vào xưởng là:

(m h)

V n

Q= 3/

n – tỉ số đổi không khí (1/h)_ với phân xưởng cơ khí lấy n = 6 (1/h)

V – thể tích của phân xưởng (m3) V =a.b.h

với a (m), b (m), chiều rộng – dài phân xưởng (đo theo đề bài)h=5(m) là– chiều cao của phân xưởng;

Từ Q sẽ chọn được loại quạt và số lượng tương ứng (tham khảo bảng)

áp(V)

Tần số(Hz)

Lượng gió(m3/h)

Công suất(W)

Sải cánh(mm)

Áp suất(Pa)

Tốc độ(rpm)

Độ ồn(dB)

Bảng : Thông số kỹ thuật của quạt hút công nghiệp

Phụ tải tính toán nhóm phụ tải thông thoáng-làm mát:

∑

=

i đmqi

qh nc

- Các thiết bị điện trong cùng một nhóm gần nhau;

- Nếu có thể, trong cùng một nhóm nên bố trí các máy có cùng chế độ làm việc;

- Công suất các nhóm xấp xỉ bằng nhau

• Quá trình tính toán cho từng nhóm (j = 1 N)

n i i

P k P

( )

n i i n i i

k Σ

−1

- Tổng công suất phụ tải động lực: ∑

= Σ

i i j nc

P c P

ϕcos

- Công suất phản kháng: Qđlj = S đlj2 −P đlj2

Ghi chú: Tính toán cụ thể cho nhóm 1 Các nhóm khác được tính toán tương tự như nhóm 1, lập bảng trình bày kết quả Trong trường hợp số thiết bị trong phân xưởng

là ít và tập trung, có thể coi đó là một nhóm, được cấp điện từ một tủ động lực tổng Lúc

đó chỉ cần tính toán một lần là ra phụ tải tính toán cho thiết bị động lực.

• Tổng hợp các nhóm phụ tải động lực.

- Hệ số sử dụng tổng hợp: ksd∑ = ∑ ∑ đlj Σ

j sd đlj P

- Tổng công suất phụ tải động lực: ∑

=

∑

j đlj nc

P

P cosϕ

- Công suất toàn phần: Sttđl = tb đl

đl tt P

.

.cosϕ

- Công suất phản kháng: Q tt.đl = S tt2.đl −P tt2.đl

1.4 Phụ tải tổng hợp toàn phân xưởng.

Công suất tác dụng toàn phân xưởng:

tblm tlm

tbcs cs

đl tb đl

tt i

i i

P P P

P P

P P

P

++

++

P S

ϕcos

Σ

=

; Q ttpx = S ttpx2 −P ttpx2

Hoặc có thể xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng theo phương pháp số gia

(Số liệu phụ tải tính toán của phân xưởng này, là phân xưởng theo đề mà có, sẽ được sử dụng để tổng hợp với phụ tải của các phân xưởng còn lại trong toàn xí nghiệp).

1.5 Phụ tải tổng hợp toàn xí nghiệp.

1.5.1 Xác định phụ tải tính toán của từng phân xưởng:

- Phụ tải động lực của từng phân xưởng theo hệ số nhu cầu:

đi nci đli k P

P = *

- Phụ tải chiếu sáng tính theo suất chiếu sáng đơn vị

pxi csi csi p * A

P = +

- Hệ số công suất trung bình của phân xưởng i:

đli csi

đli đli csi

csi tbi

P P

P

* cos P

* cos cos

+

ϕ+ϕ

=ϕ

- Công suất toàn phần của phân xưởng i:

tbi

tti tti

P S

ϕcos

n

i

tti tbi tbxn

P P

1

1

*coscos

ϕϕ

tbxn

ttxn ttxn

P S

ϕcos

=

; Q ttxn = S ttxn2 −P ttxn2

1.6 Biểu đồ phụ tải toàn xí nghiệp.

Mỗi phân xưởng có một biểu đồ phụ tải Tâm đường tròn biểu đồ phụ tải được đặt tại trọng tâm của phụ tải phân xưỏng, tính gần đúng ta có thể coi như phụ tải của phân xưởng được phân bố đồng đều theo diện tích phân xưởng Vì vậy trọng tâm của phụ tải phân xưởng được xem như tâm hình học của phân xưởng

- Vòng tròn phụ tải được chia làm 2 phần : Phần phụ tải động lực là phần hình quạt được gạch chéo, phần còn lại không gạch chéo là phần phụ tải chiếu sáng

- Bán kính vòng tròn phụ tải có thể được xác định theo công thức tính :

S

pxi= π (mm) Trong đó :

+ Rpxi : Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phân xưởng thứ i , mm

+ Sttpx: Phụ tải tính toán của phân xưởng thứ i, kVA

+ m : Hệ số tỉ lệ lựa chọn kVA/mm2 chọn m = 3

Để thể hiện cơ cấu phụ tải trong vòng tròn phụ tải, người ta thường chia vòng tròn phụ tải theo tỉ lệ giữa công suất chiếu sáng và động lực vì vậy ta có thể tính góc của phần công suất chiếu sáng theo công thức

- Góc của phụ tải chiếu sáng trên bản đồ chiếu sáng :

Trong đó: αcsi : góc của phụ tải chiếu sáng phân xưởng i

Pcsi Phụ tải chiếu sang của phân xưởng i

Ptti Phụ tải tính toán của phân xưởng i (Ptti =Pđli + Pcsi)Kết quả tính toán cho các phân xưởng được ghi trong bảng

TT Tên phân xưởng Ptt

(kW)

Stt(kVA)

Pcs(kW)

xG i(mm)

yGi(mm)

Rpxi(mm) αcs

Số hiệu phân xưởng

Công suất phân xưởng kVA

Hình vẽ ví dụ: Biểu đồ phụ tải của Xí nghiệp

CHƯƠNG 2 Xác định sơ đồ cấp điện của xí nghiệp

2.1 Chọn cấp điện áp phân phối

Trong mạng phân phối phạm vi xí nghiệp, sử dụng cấp điện áp theo công thức kinh nghiệm của Zalesski:

P

U op = 0,1+0,015Trong đó: Uop [kV] – điện áp tối ưu của mạng điện;

P [kW] – công suất (tính toán) của xí nghiệp cần cấp điện;

L [km] – chiều dài của đường dây từ nguồn tới xí nghiệp

Từ kết quả tính được, lựa chọn cấp điện áp tiêu chuẩn gần nhất Trong trường hợp U op nằm giữa 2 cấp điện áp thì tiến hành so sánh các phương án cho từng cấp riêng.

s

x

s x

1

1 0 1

1

Trong đó : Sttpxi : phụ tải tính toán của phân xưởng i

xi,yi : toạ độ của phân xưởng i theo hệ trục đã chọn

N là : số phân xưởng có phụ tải điện trong nhà máy

2.3 Chọn công suất và số lượng máy biến áp

2.3.1 Trạm phân phối trung tâm

Vì xí nghiệp có tỉ lệ phụ tải loại I&II là rất cao nên để cấp điện cho xí nghiệp, ta xây dựng đường dây trên không mạch kép, sử dụng dây AC, hạ ngầm ở hàng rào nhà máy Mạng điện cao áp trong xí nghiệp là mạng cáp ngầm đi từ điểm hạ ngầm tới gian phân phối trung áp trong nhà và tới các trạm biến áp phân xưởng

(2-38)

Ví dụ về sơ đồ gian phân phối trung tâm sử dụng cấu hình hai thanh góp có máy cắt liên lạc

2.3.2 Trạm biến áp phân xưởng

Lựa chọn số lượng trạm biến áp, chú ý:

- Mỗi một phân xưởng loại I&II được cấp từ 1 trạm biến áp có 2 MBA;

- Các phụ tải loại III có thể được cấp bằng 1 trạm có 1 MBA hoặc được cấp từ 1 trạm loại I&II ở gần;

- Giảm thiểu số gam MBA trong xí nghiệp;

- Các phân xưởng ở xa có thể được cấp điện từ TBA của phân xưởng gần;

Ví dụ: Trạm biến áp B1 cung cấp điện cho phân xưởng đúc kim loại đen (1).

- Phân xưởng đúc kim loại đen thuộc hộ tiêu thụ loại I, vì vậy trạm biến áp phân xưởng B1 cần đặt 2 máy biến áp

4,1

13,2163.0,14

,1

≥ I II ttxn đmB

S k S

- → Chọn 2 máy biến áp loại 1800 kVA của Nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh sản xuất tại Việt Nam ( không cần hiệu chỉnh nhiệt độ )

2.4 Lựa chọn phương án cấp điện trong phân xưởng

2.4.1 Sơ bộ chọn phương án

Phương án 1: Mỗi 1 trạm biến áp được cấp từ một mạch đơn

Phương án 2: Các trạm ở xa có thể đấu nối liên thông qua trạm ở gần

Ghi chú: Ở bước này, phải vạch được sơ bộ phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm, cấu trúc là 2 hệ thống thanh góp, sử dụng tủ máy cắt hợp bộ trong nhà cho 2

lộ đến và cho các lộ ra, kèm theo 1 tủ thanh góp và 1 tủ máy cắt để liên lạc 2 hệ thống thanh góp.

2.4.2 Tính toán lựa chọn phương án tối ưu

• Lựa chọn dây từ điểm đấu về xí nghiệp theo hệ số Jkt (A/mm2)

[A,kVA,kV]

.32

max

đm

ttxn lv

oAC ttxn oAC

ttxn

U

x Q r P

- L N−Đ là chiều dài từ điểm đấu tới nhà máy (xác định theo đề bài - L)

Kiểm tra về điều kiện sự cố 1 mạch

[ ]AI

2 max ≤ cp

= lv

sc I I

1) Phương án 1:

• Chọn cáp từ gian phân phối trung áp, cách L0-1 m, tới các trạm phân xưởng 1.Dòng điện lớn nhất trên dây dẫn [A,kVA,kV]

.3

max

đm

ttpx lv

U n

S

- Nếu là mạch cáp đơn, n=1; Nếu là mạch cáp đôi n =2

Từ số liệu TM = ? h, tra bảng với cáp điện lực ta có Jkt (A/mm2)

[ ]2

max mm

kt

lv kt J

1 1

đm

o ttpx o

ttpx

(L0-1 là chiều dài từ trạm PPTT tới TPX) Kiểm tra về điều kiện sự cố 1 mạch (trường hợp mạch cáp đôi)

[ ]AI

2 1 2 max ≤ cp

sc k k I I

k1 - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ <> 300C

k2 - hệ số hiệu chỉnh về số dây cáp cùng đặt trong một hào cáp

Hao tổn điện áp cực đại

−

L r U

S o đm

px tt

Chi phí cho tổn thất điện năng trong một năm: C0-1 = ∆A0-1 c∆ [đ]

Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: atc = ( 1) 1

)1.(

−+

Hệ số khấu hao của đường dây kkh( tra bảng )

Do đó hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn và khấu hao là :

p = atc + kkh

Tra bảng 3.2, ta có a [đ/km] , b [đ/km]

Vốn đẩu tư cho đoạn dây:

V0-1 = (a + b.F0-1).L0-1 [đ]

Chi phí quy đổi: Z0-1 = p.V0-1 + C0-1 [đ]

Từ kết quả của bảng ta có chi phí qui dẫn tổng của phương án ZPA1

Các nhánh khác tính toán tương tự, lập bảng như sau:

Bảng Kết quả tính chọn tiết diện dây dẫn theo phương án 1

Bảng Kết quả tính toán kinh tế phương án 1

Đoạ

n P, kW kVArQ, Li, km mmFch2 r0

Ω/km đ/kma đ.mmb2/km 10pVi6đ 10Ci6đ 10Zi6đN-0

2) Phương án 2:

Tính toán tương tự như phương án 1, chỉ khác là các đoạn cáp từ Gian phân phối trung áp (PPTA) tới từng trạm biến áp phân xưởng (TPX) ở phương án 1 sẽ được thay bằng cáp từ gian PPTA tới TPXi và tới TPXii (nếu TPXii nối liên thông qua TPXi)

Chú ý: nếu TPX 2 nối liên thông qua TPX 1 về trạm TT thì công suất trên đoạn

1

1 0

.

px tt px

tt S S

Bảng Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản của các phương án so sánh nhau

Phương án Vốn đầu tư

CHƯƠNG 3 Tính toán chế độ mạng điện

3.1 Hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp

Tổn thất điện áp lớn nhất trên đường dây của mạng như trong phần tính toán so sánh phương án là, ΔUmax (lấy theo phương án tối ưu được chọn ở mục 2.4).

Tổn thất điện áp trong máy biến áp phân xưởng:

( )V U

X Q R P U

đm

Bi ttpxi Bi

ttpxi

=

∆

Trong đó 103[ ,kW,kV,kVA]

2

2Ω

S

U P R

; %. 10[ ,%,kV,kVA]

2Ω

nếu có hai máy, R Bi' = R Bi/2,X Bi' = X Bi/2.

3.2 Tổn thất công suất và điện năng trong mạng

Tổng giá trị tổn thất trên đường dây mạng điện ∆A ĐDΣ được tính trong chương 2 Đối với trạm có n máy biến áp (n = 1,2):

(kWh)

t P n S

S n

P

Bi

ttpxi Ni

2

∆+

S (kVA)

F (mm 2 )

L (m)

ro Ω/km )

xo Ω/km)

ΔU (V)

ΔA (kWh)

ΔP (kW)

N-Trạm TT

Tìm được ΔUmax, ΔP∑, ΔA∑,

Tổn thất điện áp lớn nhất là tổng tổn thất điện áp lớn nhất của từng đoạn, phải thỏa mãn điều kiện đề bài cho

∆ - là tổn thất công suất từ nguồn tới trạm (bao gồm cả tổn thất điện áp trong

máy biến áp)

CHƯƠNG 4 Chọn và kiểm tra thiết bị điện

U

k

đm k

tb 1,5. , ,

2 2

Ω

=

Với Sk là công suất ngắn mạch tại điểm đấu

Tổng trở của các đoạn dây AC và cáp được tính như sau

2Ω

S

U P R

; %. 10[ ,%,kV,kVA]

2Ω

=

Bi

đm Ni Bi

S

U U X

Tính ngắn mạch N1:

Tổng trở ngắn mạch tại điểm N1:

( ) ( )2

1

2 1

2 1

2 1

Z

U I

k

tb k

2 2 1

2 2

2 2

Z

U I

k

tb k

2 2

1

2 3

2 3

Z

U I

k

tb k

Qui đổi dòng điện ngắn mạch về phía hạ áp của MBA phân xưởng:

[ ]kA U

U I I

đmHA

đmCA k

4.2 Chọn và kiểm tra thiết bị bảo vệ và đo lường

4.2.1 Kiểm tra cáp trung thế đã chọn

• Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt

F≥Fodn =α.I∞ tqd

Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)

α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6)

I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )

tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán, Thời gian quy đổi toàn phần tính theo biểu thức

tqđ = tqđck+ tqđkck

tqđck- thời gian quy đổi đối với thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch

Vì nguồn có công suất vô cùng lớn nên :

4.2.2 Chọn và kiểm tra thiết bị chính của trạm phân phối trung tâm

• Máy cắt trạm phân phối trung tâm

STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện

qđ đmMC

n

t

t I I

. ≥ ∞Khi IđmMC ≥ 1000 A thì không cần kiểm tra ổn định nhiệt Chọn tqđ = tc thời gian cắt máy cắt Máy cắt (thời gian tồn tại ngắn mạch) = 0,2; 0,3; 0,5 s

Căn cứ vào các điều kiện chọn và kiểm tra như trên, chọn được gam tủ máy cắt cho các đầu vào và ra của cấu hình trạm PPTT

4.2.3 Chọn và kiểm tra thiết bị chính của trạm phân phối phân xưởng

Tính toán cho trạm điển hình

• Chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ

- Dao cách ly được chọn theo các điều kiện :

STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện

qđ đmDCL

n

t

t I I

I

I ≥

α = 2,5 với các động cơ không đồng bộ mở máy không tải (nhẹ);

α = 1,6-2,0 với các động cơ mở máy có tải;

α = 1,6 với các động cơ mở máy nặng nề, MBA hàn;

Bảng ví dụ- Thông số kỹ thuật của CC:3GD1 606-5D

max

.k k

I

I lv

cp ≥Trong đó:

Ilvmax – là dòng điện cực đại lâu dài chạy trong dây dẫn, A;

Icp – là dòng điện cho phép của dây dẫn tiêu chuẩn, A;

k1 – là hệ số tính đến môi trường đặt dây;

k2 – là hệ số xét tới điều kiện ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau;

Kiểm tra ổn định nhiệt

F≥Fodn =α.I∞ tqd

Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)

α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6)

I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )

tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán,(lấy = 0,3s hoặc 0,5s)

U k k

S k I

.3 21

≥

Trong đó k1 - Hệ số hiệu chỉnh nếu thanh dẫn đặt đứng k1 = 1, Đặt ngang

k1 = 0,95

k2 - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường

Icp - Dòng diện cho phép chạy qua thanh dẫn khi t = 250C

kqtsc – hệ số quá tải sự cố của MBA

Chọn thanh dẫn bằng đồng hình chữ nhật, có sơn kích thước (F = x = )

mm2, mỗi pha đặt thanh với Icp = A (nếu dòng nhỏ hơn 1000 A thì phải kiểm tra

ổn định động)

- Kiểm tra ổn định nhiệt thanh dẫn

F≥Fodn =α.I∞ tqd

Trong đó: Fođn - Tiết diện cáp theo ổn định nhiệt; (mm2)

α - Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo lõi cáp, (với đồng α = 6)

I∞ - Dòng điện ngắn mạch ổn định( lấy là ngắn mạch 3 pha )

tqđ - là thời gian tác động qui đổi của dòng điện ngắn mạch theo tính toán,(lấy = 0,3s hoặc 0,5s);

- Kiểm tra ổn định động

a

l i l

F

.10.76,1

2 2

=

≤

tt W

M

σσ

xk

i - dòng ngắn mạch xung kích, kA (đã có trong phần tính NM);

l - chiều dài của thanh dẫn, lấy l = 125 cm;

a - khoảng cách giữa các pha, lấy a = 60 cm;

đmB qtsc đmA

.3

STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện

1 Vị trí đặt trong nhà hay ngoài trời

2 Điện áp định mức, kV U đmCT ≥U đmMĐ

3 Dòng điện định mức sơ cấp, A I đm.CT ≥I lv.max[I tt]

4 Cấp chính xác Phù hợp với loại phụ tải thứ cấp

5 Phụ tải phía thứ cấp, VA S2đm ≥S2tt

6 Ổn định lực điện động

đmCT

xktt đm

đ

I

i k

2. ≥

7 Lực cho phép trên đầu sứ CT

(chỉ áp dụng cho CT kiểu sứ đỡ) a

l i

cp

2 210.88,

≥

8 Bội số ổn định nhiệt

đm n đmCT

qđ đm

n

t I

t I k

.

∞

≥

Chọn máy biến điện áp, BU

STT Đại lượng chọn, kiểm tra Điều kiện

CHƯƠNG 5 Tính toán chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất

5.1 Xác định dung lượng bù cần thiết

Tiến hành bù để nâng hệ số công suất:

(tgϕ1 tgϕ2)

P

Q b = ttxn −

Pttxn - Phụ tải tác dụng tính toán toàn nhà máy, [kW]

tgϕ1 - Tương ứng với hệ số cosϕ1 trước khi bù (theo chương 1)

tgϕ2 - Tương ứng với hệ số cosϕ2 sau khi cần bù để đạt giá trị quy định

(ở đây ta lấy cosϕ2 = 0,95)

5.2 Tính toán và lựa chọn loại tụ bù

Như đã phân tích ở trên và từ các đặc điểm trên ta có thể lựa chọn thiết bị bù là các tụ điện tĩnh Nó có ưu điểm là giá đầu tư 1 đơn vị công suất bù không phụ thuộc vào dung lượng tụ bù nên thuận tiện cho việc chia nhỏ thành nhóm và đặt gần các phụ tải Mặt khác tụ điện tĩnh tiêu thụ rất ít công suất tác dụng từ 0,003 ÷ 0,005 kW và vận hành đơn giản, ít sự cố

Q Q

.Rtđ Trong đó:

Qbi - Là công suất bù cần đặt ở thanh cái hạ áp trạm biến áp thứ i [kVAr]

Qi - Là công suất phản kháng lớn của phụ tải TBA thứ i [kVAr]

Qxn - Là công suất phản kháng toàn xí nghiệp [kVAr]

Rtđ - Điện trở tương đương toàn mạng

Ri - Điện trở nhánh thứ i ,với Ri = RCi+RBi

RCi - Điện trở của đường dây thứ i

RBi - Điện trở của trạm biến áp áp thứ i

R

1R

1R

1

2 1 td

=