Đồ án : Thiết kế cung cấp điện cho khu công nghiệp

Thiết kế cung cấp điện cho khu công nghiệp, số liệu đầy đủ, tính toán chính xác. . Để thực hiện điều đó cần phát triển và mở rộng các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điện công suất lớn. Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngành điện. Một trong những nhiệm vụ đó là thiết kế cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp và đô thị.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dâncũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp,nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng Từ đó đặt ra yêu cầuphải có một hệ thống điện đảm bảo phục vụ cho quá trình này Để thực hiện điều đócần phát triển và mở rộng các nhà máy điện cũng như các mạng và hệ thống điệncông suất lớn Điều này đặt ra những nhiệm vụ quan trọng đối với các kỹ sư ngànhđiện Một trong những nhiệm vụ đó là thiết kế cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp, khucông nghiệp và đô thị

Được sự phân công của khoa Năng Lượng – Trường Đại học Thủy Lợi và sựđồng ý của thầy giáo hướng dẫn Th.S Trần Nhật Nam, em đã được nhận đồ án tốtnghiệp:” ” Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy côkhoa Năng Lượng, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn KỸ THUẬT ĐIỆN đã dùngnhững tri thức và tâm huyết của mình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng

em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt hơn nữa, em xin gửi lời cảm

ơn chân thành nhất tới thầy giáo Th.S Trần Nhật Nam đã tận tình hướng dẫn, tạomọi điều kiện, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án

Song, do thời gian làm đồ án có hạn, lượng kiến thức của bản thân còn nhiềuhạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót Do vậy, em kínhmong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em đượchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Hằng

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU CÔNG NGHIỆP

1.1 Vị trí địa lý và vai trò kinh tế

1.1.1 Vị trí địa lý

Khu công nghiệp Thạch Thất, Quốc Oai nằm giáp đường cao tốc Láng – HòaLạc, trục đường cao tốc quan trọng và hiện đại nhất thủ đô Hà Nội, liền kề với cáckhu dô thị hiện đại và khu công nghệ cao Hòa Lạc rất thuận tiện cho việc vậnchuyển hàng hóa

1.1.2 Vai trò kinh tế

Với không gian rộng lớn, cơ sở hạ tầng hiện đại, dịch vụ hỗ trợ và lực lượnglao động dồi dào, khu công nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai thích hợp là khu côngnghiệp đa ngành Khu công nghiệp đi vào hoạt động đã tạo việc làm cho hàng nghìnlao động trên địa bàn và các vùng phụ cận, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và tăngnguồn thu cho ngân sách của Thành phố

Khu công nghiệp gồm 5 nhà máy và 1 khu dân cư, các nhà máy đều là cácnhà máy công nghiệp nhẹ và dân dụng có công suất vừa và nhỏ, nhưng có tầm quantrọng khá lớn trong nền kinh tế quốc dân Do vậy, các nhà máy và khu dân cư cầnđược cung cấp điện liên tục và an toàn

1.2 Đặc điểm phân bố phụ tải

Phụ tải điện của khu công nghiệp được cấp điện từ nguồn hệ thống cókhoảng cách 10km qua đường dây trên dây không nhôm lõi thép với cấp điện áp là110kV hoặc 35kV Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực420MVA Thời gian xây dựng công trình là 1 năm, chiết khấu 12%/năm, thời gianvận hành của công trình là 20 năm

Bảng 1-1: Phụ tải khu công nghiệp.

Hình 1-1: Sơ đồ mặt bằng khu công nghiệp.

Bảng 1.2: Phụ tải của nhà máy liên hợp dệt.

5 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán III

2.1 Tổng quan về các phương pháp xác định phụ tải

2.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấpđiện Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết tính toán lâu dài không đổi, tương đươngvới phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác,phụ tải tính toán cũng làm nóng vật dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất dophụ tải thực tế gây ra Như vậy, nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì

có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọi trạng tháivận hành

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

2.1.2.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Phụ tải tính toán được tính theo công thức như sau:

Pđi, Pđmi - công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i, kW

Ptt, Qtt, Stt - công suất tác dụng , phản kháng và toàn phần tính toán của nhómthiết bị, kW, kVAR, kVA

n - số thiết bị trong nhóm

Knc - hệ số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuật theo số liệu thống kê của các xínghiệp phân xưởng tương ứng.

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện Nhược điểm củaphương pháp này là kém chính xác Bởi hệ số nhu cầu tra trong sổ tay là một số liệu

cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm

2.1.2.2 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Ta có công thức tính như sau:

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

Số liệu đầu tiên cần xác định là công suất tính toán của từng động cơ và củatừng nhóm động cơ trong phân xưởng

P = k k P

(2-8)Trong đó:

n - số thiết bị trong nhóm

Pđmi - công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm

ksd - hệ số sử dụng của nhóm thiết bị, tra sổ tay

kmax - hệ số cực đại hoặc tra bảng theo hai đại lượng ksd và nhq

nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả

Công thức tính nhq như sau:

 

2 n

i=1

đmi

đm 2

có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau:

- Khi thỏa mãn điều kiện:

đmmax đmmin

- Khi m > 3 và ksd < 0,2 thì nhq có thể xác định theo trình tự sau:

+ Xác định n1 - số thiết bị có công suất lớn hơn hay bằng một nửa công suấtcủa thiết bị có công suất lớn nhất

+ Xác định P1 - công suất của n1 thiết bị kể trên

P = P

(2-14)

Từ n*, P*, tra PLI.5 – Trang 255 – Sách “ Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng

Quang, Vũ Văn Tẩm” ta được nhq = f(n*,P*)

+ Xác định nhq theo công thức:

n = n.n (2-15)hq *hq

Theo PLI.6 – Trang 255 – Sách “ Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ

Văn Tẩm”, kmax chỉ bắt đầu từ nhq = 4 nên khi nhq < 4 phụ tải tính toán được xác địnhtheo công thức sau:

kt = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn.

kt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Cần lưu ý là nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thìphải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq

P = P k %qđ đ m đ (2-17)Với kđ – hệ số đóng điện phần trăm

Cần phải quy đổi công suất ba pha với các thiết bị dùng điện một pha

+ Thiết bị một pha đấu vào điện áp pha

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

2.2.1.1 Phân loại và phân nhóm phụ tải điện trong phân xưởng sửa chữa cơ khí

Các thiết bị phần lớn đều làm việc ở chế độ dài hạn Chỉ có phụ tải máy biến

áp hàn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại và sử dụng điện áp dây Do đó, cần quyđổi về chế độ làm việc dài hạn

P = 3.P k % = 3.24,6 0,25 = 21,3 (kW)

Để phân nhóm phụ tải ta dựa theo các nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc

- Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau, tránh chồng chéo và giảm chiều dàidây dẫn hạ áp

- Công suất các nhóm cũng không nên quá chênh lệch, nhằm làm giảmchủng loại tủ động lực

Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy và mặt bằng phân xưởng, ta chialàm 4 nhóm thiết bị phụ tải như sau:

Tra PL I.1 – Trang 253 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ

Văn Tẩm”, ta có ksd = 0,15; cos 0, 6; n=12; n1 = 7 Vậy, ta có:

Số thiết bị dùng điện hiệu quả: n = n.n = 12.0,87 = 10,44 hq *hq

Tra PL I.6 – Trang 256 - Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ

Văn Tẩm”, ta được kmax = 2,1 Ta tính được phụ tải tính toán của nhóm 1 như sau:

Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải còn lại, ta có bảng tổng kết phụ tải

điện phân xưởng cơ khí trong bảng 2.2 - (PL1)

2.2.1.3 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí được xác định theo phươngpháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

P = p F (2-23)cs 0

Trong đó:

p0 - suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích, W/m2

F - diện tích cần được chiếu sáng, ở đây là diện tích phân xưởng, m2

Trong PXSCCK, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt Tra PL I.2

-Trang 253 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm”, ta được p0

Q = P tanφ = 0 (kVAr) (đèn sợi đốt cosφ = 1cs )

2.2.1.4 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí

Với kđt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng, lấy kđt = 0,95 (n = 4)

- Phụ tải tác dụng (động lực) của toàn phân xưởng:

n tti i=1

P = k P = 0,95.(23,47 + 9,67 + 9,27 + 29,22) = 68,05 (kW)

- Phụ tải phản kháng của toàn phân xưởng:

4 tti i=1

Do ta chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây

ta sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhucầu

- Tính toán cho phân xưởng mộc, có: Pđ = 250 (kW); F = 2413,16 (m2)

Tra PL I.2 và I.3 – Trang 253, 254 - Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng

Quang, Vũ Văn Tẩm”, ta được knc = 0,45; cos 0, 7; p0 = 14 (W/m2)

Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφ = 1cs nên tanφ = 0cs

+ Công suất tính toán động lực:

Tính toán tương tự cho các phân xưởng còn lại ta có bảng 2.3 - PL 1.

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy liên hợp dệt

- Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

đt

n ttnm ttpxi

i=1

P = k P 

(2-24)

P 3265,52cosφ = = = 0,89

S 3651,19

2.2.4 Mặt bằng phân bố của các phân xưởng và nhà máy

2.2.4.1 Xác định tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm thỏa mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực

Để xác định tọa độ của tâm phụ tải, ta có thể sử dụng biểu thức sau:

n - số phụ tải điện.

x0, y0 - tọa độ của tâm phụ tải điện

xi, yi - tọa độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ xoy tùy chọn

Si - công suất của phụ tải thứ i

Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủđộng lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lướiđiện

2.2.4.2 Biểu đồ phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng vớitâm phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xíchnào đó tùy chọn Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sựphân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập cácphương án cung cấp điện Biểu đồ phụ tải điện được chia làm 2 phần: Phần phụ tảiđộng lực (phần hình quạt chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt đểtrắng)

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

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ I xác định qua công thức:

csi csi

tti

360.P

α =

P (2-27)Trong đó:

Rpxi - bán kính vòng tròn phụ tải phân xưởng i, mm.

m - hệ số tỷ lệ xích, ở đây ta chọn m = 2, kVA/mm2

αcsi - góc chiếu sáng, độ

Ta có kết quả tính toán Ri và αcsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng tra bảng

2.4 – PL1.

Hình 2.1: Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy.

2.3 Xác định phụ tải tính toán của khu công nghiệp

2.3.1 Xác định phụ tải tính toán của toàn khu công nghiệp

Tính toán tương tự với các phân xưởng ở trên, với hệ số đồng thời của khucông nghiệp lấy bằng 0,85 Vậy, ta có bảng tính toán phụ tải của các nhà máy tra

Phụ tải tính toán phản kháng của khu công nghiệp:

2.3.2 Xác định tâm phụ tải khu công nghiệp và vẽ biểu đồ phụ tải

Tương tự như ở trên, ta xác định được bán kính và tọa độ tâm của các nhà

máy tra trong bảng 2.6 – PL1.

Hình 2.2: Biểu đồ phụ tải của khu công nghiệp.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA KHU CÔNG NGHIỆP 3.1 Khái niệm mạng cao áp của khu công nghiệp

Mạng cao áp nhận điện từ hệ thống điện đến máy biến áp nguồn cung cấpcho các nhà máy Thiết kế đứng trên quan điểm của nhà cấp điện , chỉ xét chi phívốn đầu tư ở phạm vi khu công nghiệp, không xét trong các nhà máy

3.2 Chọn cấp điện áp vận hành

Cấp điện áp vận hành là cấp điện áp liên kết hệ thống cung cấp điện của khucông nghiệp với hệ thống điện Cấp điện áp vận hành phụ thuộc vào công suấttruyền tải và khoảng cách truyền tải theo một quan hệ phức tạp

Công thức kinh nghiệm để chọn cấp điện áp truyền tải:

U 4,34 l 0,016.P (kV)  (3-1)Trong đó:

P - công suất tính toán của nhà máy, kW

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

Phụ tải tính toán nhà máy có kể đến sự phát triển của phụ tải trong tương lai

S = S (1+α.t) (3-2)t 0

Trong đó:

St - phụ tải tính toán dự báo tại thời điểm sau t năm, kVA

S0 - phụ tải tính toán xác định tại thời điểm ban đầu, kVA

t - số năm dự báo, lấy t = 20 năm

α - hệ số gia tăng của phụ tải, lấy α = 0,02

Vậy, ta có:

P = P (1 + α.t) = 25965,52.(1 + 0,02.20) = 36351,73 (kW)

3.3 Đề xuất các phương án cung cấp điện

3.3.1 Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủđộng lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lướiđiện

Áp dụng công thức (2-25), ta xác định tâm phụ tải điện của khu công nghiệp

0

22,13.3651,19 127,01.5416,67 65,69.5571,43 109,51.6666,67 x

33124,85 21,33.6138,89 64, 69.5500

33124,85 28,34.6138,89 91,88.5500

Vì vậy, tâm phụ tải của khu công nghiệp là M0(x0,y0) = M0(70,99;54,25)

3.3.2 Đề xuất các phương án và sơ đồ cung cấp điện

Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồcung cấp điện Do vậy, các sơ đồ cung cấp điện phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo

độ tin cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêuthụ, an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các

phụ tải mới Chính vì vậy, ta đề ra 2 phương án nối điện chính như sau:

3.4 Lựa chọn sơ bộ thiết bị điện

3.4.1 Chọn công suất trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp

Các nhà máy trong khu công nghiệp được xếp vào hộ loại I với phụ tải tínhtoán của cả khu công nghiệp có kể đến sự phát triển trong 20 năm tới như sau:

SttKCN(0) = 32342,19 (kVA)

SttKCN(20) = 45279,07 (kVA)

Vì vậy, trạm biến áp trung tâm (BATT) được đặt 2 máy biến áp và chọn máybiến áp của Việt Nam sản xuất nên không cần hiệu chỉnh theo nhiệt độ (khc = 1) Xéttrường hợp, một máy biến áp bị sự cố máy biến áp còn lại có khả năng chạy quá tảitrong thời gian ngắn Trong trường hợp này, công suất máy biến áp (MBA) đượcxác định theo công suất sau:

- Chế độ bình thường:

tt hc

đ

B mB

NB - số lượng MBA trong trạm (NB = 2)

kqt - hệ số quá tải (kqt = 1,4)

khc - hệ số hiệu chỉnh (khc = 1)

Sttsc - công suất phụ tải cần tải khi sự cố (tức là xảy ra sự cố 1 MBA), kVA

Stt = Sttsc = SttKCN(20)Vậy ta có:

Tra bảng 18 – Trang 276 – Sách “Thiết kế các mạng và hệ thống điện –

Nguyễn Văn Đạm”, ta chọn được máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây do Việt Nam chế

tạo có nhãn hiệu là TPDH – 40000/110,chế tạo theo đơn đặt hàng có thông số nhưtrong bảng sau:

Bảng 3-1: Thông số trạm biến áp trung tâm.

3.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn

Đường dây cung cấp từ trạm biến áp trung tâm của khu công nghiệp về tớicác nhà máy sử dụng cáp XPLE lõi đồng bọc thép của hãng FURUKAWA NhậtBản

Các nhà máy trong khu công nghiệp có Tmax lớn nên dây dẫn sẽ được chọntheo điều kiện mật độ dòng kinh tế Jkt (Tra bảng 2.10 – Trang 31 – Sách “Thiết kế

cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm”)

Đối với mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tếcủa dòng điện, ta có công thức như sau:

Fkt - tiết diện kinh tế, mm2

Jkt - mật độ kinh tế của dòng điện, A/mm2

Ilvmax - dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại, A

Itt - dòng điện tính toán, A

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn:

ttnm lvm x

đm a

S

3.n.U (3-6)Trong đó:

n - số lộ đường dây

Uđm - điện áp định mức mạng điện, kV

Sttnm - công suất ở đây lấy theo phụ tải dự báo, kVA

Với lưới trung áp, do khoảng cách tải điện xa tổn thất điện áp lớn Vì vậy, taphải kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

Thông số các nhà máy trong khu công nghiệp tra trong bảng 3.2 – PL1.

3.4.2.1 Chọn dây dẫn 110kV từ hệ thống về khu công nghiệp

Đường dây cung cấp từ hệ thống điện về trạm biến áp trung tâm của khucông nghiệp dài 10km sử dụng đường dây trên không, dây nhôm lõi thép,lộ kép

Ta có:

6 nmi maxi i=1

nmi i=1

46122,8

Với TmaxKCN = 4430,62(h), dây dẫn AC, tra bảng 2.10 – Trang 31 – Sách

“Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm”, ta có Jkt = 1,1 (A/mm2)

- Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây:

ttKCN ttKCN

Tra PL 4.12 – Trang 369 – Sách “Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp

công nghiệp đô thị và nhà cao tầng – Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch”,

chọn dây nhôm lõi thép có Ftc = 120 (mm2), loại dây AC – 120 có Icp = 380 (A)

- Kiểm tra dây dẫn khi sự cố đứt 1 dây:

I = 2.I = 2.118,83 = 237,66 (A)<I = 380 (A)Vậy, dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố

- Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây dẫn AC – 120 có khoảng cách trung bình hình học D = 1(m), r0 =

0,27 (Ω/km), tra PL 4.9 – Trang 368 – Sách “Hệ thống cung cấp điện của xí

nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng - Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch” có x0 = 0,33 (Ω/km)

Tổn thất điện áp trên đường dây:

Vậy, dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện

3.4.2.2 Phương án đi dây 1

Với cấp điện áp trung áp UTA = 22 (kV)

- Chọn cáp từ trạm biến áp trung tâm đến nhà máy dệt.

+ Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây:

2 lvmax1

Tra bảng PL V.18 – Trang 307 – Sách “ Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng

Quang, Vũ Văn Tẩm”, ta chọn cáp đồng XLPE có tiết diện tối thiểu 35 (mm2)

Tương tự, ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm đến các nhà máy còn lại

trong khu công nghiệp tra trong bảng 3.3 – PL1.

3.4.2.3 Phương án đi dây 2

- Chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm đến nhà máy sản xuất linh kiện:

+ Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:

đ

ttnm5 ax5

m lvm

S 8594,45+7800

n 3.U 2 3.22+ Tiết diện kinh tế:

2 lvmax5

Tra bảng PL V.18 – Trang 307 – Sách “ Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng

Quang, Vũ Văn Tẩm”, ta chọn cáp đồng XLPE có tiết diện tối thiểu 70 (mm2)

Tương tự, ta chọn dây dẫn từ trạm biến áp trung tâm đến các nhà máy còn lại

trong khu công nghiệp như trong bảng 3.4 – PL1.

3.4.3 Chọn máy cắt

Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt mạch điện cao áp (>1000 V) Ngoài nhiệm

vụ cắt phụ tải phục vụ công tác vận hành, máy cắt còn có chức năng cắt dòng ngắnmạch để bảo vệ các phần tử hệ thống điện Máy cắt được chọn sơ bộ theo các điềukiện sau:

+ Điện áp định mức: UđmMC ≥ Uđm

+ Dòng điện định mức: IđmMC ≥ Icp với

ttnm cp

TA

S

I =

3.UTrong quá trinh chọn sơ bộ máy cắt, ta chỉ chọn máy cắt phía trung áp

TBATT

TA

MCLL

Hình 3.3: Sơ đồ lắp đặt máy cắt phía trung áp.

3.4.3.1 Phương án đi dây 1

- Chọn máy cắt phía hạ áp máy biến áp trung tâm

+ Điện áp định mức: Uđm = 22 (kV)

+ Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt:

ttKCN(20) cb

TA

S 45279,07

I = = = 1188,27 (A)3.U 3.22

Qua tính toán, ta chọn máy cắt SF6 loại 24GI – E16 do chneider chế tạo có

IđmMC = 1250 (A) ≥ Icb = 1188,27 (A) và UđmMC = 24 (kV) ≥ Uđm = 22 (kV), tra bảng

5.12 – Trang 309 – “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4kV đến 500kV –

3.4.3.2 Phương án đi dây 2

Tính toán tương giống phương án 1, ta có kết quả chọn máy cắt tra bảng 3.6

– PL1.

3.5 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phương án thiết kế

Nhiệm vụ của người thiết kế là lựa chọn được phương án cung cấp điện tốtnhất, vừa thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra lại vừa rẻ về vốn đầu tư và chi phívận hành Vì vậy, ta phải đưa ra nhiều phương án rồi tiến hành tính toán so sánh đểchọn được phương án thiết kế

Trong một số trường hợp, khi chúng ta chỉ quan tâm đến hai yếu tố là vốnđầu tư và chi phí vận hành hàng năm đồng thời và coi là không đổi qua các năm.Tuy nhiên, đối với những công trình lớn (khu công nghiệp), giả thiết này không cònphù hợp nữa Khi đó cần xét hiệu quả vốn đầu tư trong các giai đoạn khác nhau và

sự biến đổi của chi phí vận hành qua các năm, tức là phải xem xét đến yếu tố thờigian

- So sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án, ta dùng hàm chi phí vòngđời:

Cvđ = V + Cvh (3-8)Trong đó: V - tổng số vốn đầu tư, bao gồm các vốn đầu tư về:

+ Đường dây (chủ yếu xét phía trung áp)

+ Trạm biến áp (chỉ xét đến trạm biến áp trung tâm)

+ Máy cắt (phía trung áp)

Cvh - chi phí vận hành hàng năm, được tính theo biểu thức:

+ Ccn: Chi phí về lương cán bộ và nhân công vận hành hệ thống

+ Cphụ: Chi phí phụ khác như làm mát, sưởi ấm

Trong khi thiết kế, ta có thể giả thiết Cbd, Ckh, Cnc, Cphụ, Cmđ là như nhau trongcác phương án nên có thể bỏ qua Cp chỉ xét khi phụ tải rất lớn, trong trường hợpnày ta cũng bỏ qua

Vậy, ta có:



T T

i - suất chiết khấu, i = 12%

T - thời gian vận hành của công trình, T = 20 năm

J - năm vận hành của công trình

Xác định tổn thất điện năng trạm biến áp trung tâm.

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

mBA n

S1

A = n P t + P t (kWh)

n S (3-15)Trong đó:

n - số máy biến áp ghép song song

t - thời gian máy biến áp vận hành, nếu vận hành suốt năm t = 8760 (h)

τ - thời gian tổn thất công suất lớn nhất

τ = (0,124 + Tmax.10-4)2.8760 (h) (3-16)

∆P0, ∆Pn - tổn thất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến

áp, kW

Stt - công suất tính toán của máy biến áp, kVA

SđmBA - công suất định mức cuả máy biến áp, kVA

Xác định tổn thất điện năng trên dây dẫn.

Tổn thất công suất tác dụng:

P = R.10 (kW)

U (3-17)Trong đó:

R - điện trở lộ cáp,

0

r l

R = (W)n

l - chiều dài lộ từ trạm biến áp trung tâm đến các nhà máy, km

r0 - điện trở trên một đơn vị chiều dài cáp, Ω/km

Tổn thất điện năng:

∆AD = ∆PD.τ (kWh) (3-18)

3.5.1 Phương án đi dây 1

Với cấp điện áp 22kV

- Tổn thất điện năng trong 1 năm

+ Tổn thất điện năng trong máy biến áp (chỉ xét đến trạm biến áp trung tâmTPDH – 40000/110)

Theo tính toán ở trên, ta có: TmaxKCN = 4430,62 (h)

Theo công thức (3-16), có: τ = (0,124 + 4430,62.10-4)2.8760 = 2816,86(h).Vậy, theo công thức (3-15), tổn thất điện năng trong máy biến áp:

2 B-PA1

1 46122,8

A = 2.42.8760 + 175 .2816,86 = 1063546,2 (kWh)

+ Tổn thất điện năng trên đường dây

- Xét đường dây từ trạm biến áp trung tâm – nhà máy dệt

Theo công thức (3-17), ta có:

∆APA1 = ∆AD-PA1 + ∆AB-PA1 = 802897,01 + 1063546,2 = 1866443,21 (kWh)

- Chi phí tính toán vòng đời (Cvđ)

+ Tính vốn đầu tư (V):

V = VB + VD + VMC (3-19)

Cho trạm BATT (110kV/22kV): VB-22 = 2.3600.106 = 7200.106(đ)

Cho đường dây: VDi = 1,6.kDi.li (với 1,6 – Hệ số đồng thời của 1 lộ kép)

Ta có vốn đầu tư cho đường dây 22kV – PA1 như trong bảng 3.8 – PL1.Theo bảng số liệu 3-5, ta sử dụng 30 máy cắt trung áp (cấp 22kV), mỗi máycắt có giá là 20000USD = 463,87.106 đ (tỉ giá 1USD = 21085đ) Vậy, tổng vốn đầu

tư máy cắt trung áp cấp 22kV là:

VMC22 = 30.463,87.106 = 13916,1 106 (đ)Theo công thức (3-19), tổng vốn đầu tư cho phương án 1 cấp 22kV là:

VPA1 = VB + VD + VMC = (7200 + 3373,08 +13916,1).106 = 24489,18.106(đ)Với V = 24489,18.106 (đ), i = 12%, T = 20 năm và theo công thức (3-14) ta có:

CA0 = ∆APA1-22.αA = 1866443,21.1000 = 1866,44.106 (đ)

Theo công thức (3-13), chi phí tính toán vòng đời phương án 1 là:

- Tổn thất điện năng trong 1 năm

+ Tổn thất điện năng trong máy biến áp (Chỉ xét đến trạm biến áp trung tâmTPDH – 40000/110) trong phương án 2 giống phương án 1:

∆AB-PA2 = ∆AB-PA1 = 1063546,2 (kWh)+ Tổn thất điện năng trên đường dây

Tổng tổn thất điện năng trên đường dây của phương án 2 – 22kV là:

∆APA2 = ∆AD-PA2 + ∆AB-PA2 = 1070245,26 + 1063546,2 = 2133791,46 (kWh)

- Chi phí tính toán vòng đời (Cvđ)

+ Tính vốn đầu tư (V):

Cho trạm BATT (110kV/22kV): VB-22 = 2.3600.106 = 7200.106(đ)

Cho đường dây: VDi = 1,6.kDi.li (với 1,6 – Hệ số đồng thời của 1 lộ kép)

Ta có vốn đầu tư cho đường dây 22kV – PA2 tra trong bảng 3.10 – PL1.

Theo bảng số liệu 3-5, ta sử dụng 30 máy cắt trung áp (cấp 22kV), mỗi máycắt có giá là 20000USD = 463,87.106 đ (tỉ giá 1USD = 21085đ) Vậy, tổng vốn đầu

tư máy cắt trung áp cấp 22kV là:

VMC22 = 30.463,87.106 = 13916,1 106 (đ)Theo công thức (3-19), tổng vốn đầu tư cho phương án 2 cấp 22kV là:

VPA2 = VB + VD + VMC = (7200 + 3035,78 +13916,1).106 = 24151,88.106 (đ)Với V = 24489,18.106 (đ), i = 12%, T = 20 năm và theo công thức (3-14) ta có:

CA0 = ∆APA2-22.αA = 2133791,46.1000 = 2133,79.106 (đ)Theo công thức (3-13), chi phí tính toán vòng đời phương án 2 là:

Bảng 3-11: Bảng tổng hợp chi phí tính toán cho các phương án.

(10 6 đ)

Tổn thất điện năng

(kWh)

Chi phí vòng đời (10 6 đ)

Nhận xét: Qua bảng tổng hợp, ta thấy các phương án có chi phí vòng đờikhông chênh lệch nhau nhiều Phương án 1 có tổn thất điện năng nhỏ hơn Hơn nữa,phương án 1 là phương án hình tia nên dễ vận hành và phát triển trong tương lai Vìvậy, ta chọn phương án 1 làm phương án thiết kế mạng cao áp của khu công nghiệp

3.6 Thiết kế chi tiết cho phương án lựa chọn

Sơ đồ thay thế:

HT

N3 N2

3.6.1.3 Tính các thông số của sơ đồ thay thế

Ta tiến hành tính các thông số trong hệ đơn vị tương đối với Scb = 100(MVA) và Ucb = Utb (với Utb = 1,05.Uđm), ta có:

Ucb-22 = Utb-22 = 1,05.22 = 23,1 (kV)

Ucb-110 = Utb-110 = 1,05.110 = 115,5 (kV)Điện kháng của hệ thống được tính theo công thức sau:

2 tb-110 cb

Trong đó:

r0, x0 - điện trở và điện kháng trên 1km dây dẫn, Ω/km

l - chiều dài đường dây, km

Tính toán tương tự với các lộ dây còn lại, ta có bảng 3.12 – PL1

Điện trở và điện kháng trạm biến áp trung tâm với các thông số trong Bảng3.1, ta có:

đm đm

3.6.1.4 Tính ngắn mạch 3 pha đối xứng tại các điểm ngắn mạch

Trong quá trình tính toán ngắn mạch ta có thể coi nguồn có công suất vôcùng lớn và tiến hành tính toán gần đúng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản Ở đây,

Với ZN: Tổng trở ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối.

- Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên:

(3 Dòng điện ngắn mạch xung kích (ixk) được tính như sau:

i = 2.k I = 2.1,8.1,98 = 5,04 (kA)+ Xét dòng ngắn mạch tại N2

i = 2.k I = 2.1,8.4,85 = 12,35 (kA)+ Xét dòng ngắn mạch tại điểm N3

Tuyến đường dây từ trạm biến áp trung tâm tới nhà máy dệt:

Chọn máy cắt SF6 cao áp loại SB6 do Schneider chế tạo Tra bảng 5.14 –

Trang 310 - “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV – Ngô Hồng

Quang” ta có các thông số như sau:

Bảng 3.14: Thông số máy cắt phía cao áp 110kV.

Điều kiện chọn máy biến dòng:

Tra bảng 8.11 – Trang 390 - “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4

đến 500kV – Ngô Hồng Quang” , ta chọn loại máy biến dòng có mã hiệu THP –

22 và THД - 110M do Liên Xô chế tạo có các thông số như trong bảng:

Bảng 3.15: Thông số máy biến dòng phía 110kV.

Loại BI

Uđm

(kV)

Z2đ

(Ω) kđ

ildđ

(kA)

Inh/tnh

(kA)TΦHД–110MHД–110M 10 400-8000 5 0,5 20 75 - -

-Vì dòng điện định mức sơ cấp của máy biến dòng > 1000 A nên ta không cầnkiểm tra ổn định nhiệt

3.6.2.3 Chọn máy biến điện áp (BU) phía 110kV

Tra bảng 8.14 – Trang 393 - “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4

đến 500kV – Ngô Hồng Quang” , ta chọn được loại máy biến điện áp loại HK

-110 và HOM – 22 do Liên Xô chế tạo có các thông số kỹ thuật như trong bảng:

Bảng 3.16: Thông số máy biến điện áp phía 110kV.

Tra bảng 2.43 – Trang 133 - “Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4

đến 500kV – Ngô Hồng Quang” chọn dao cách ly đặt ngoài trời, lưỡi dao quay trong

mặt phẳng nằm ngang do Liên Xô chế tạo có các thông như trong bảng:

Bảng 3.17: Thông số dao cách ly phía 110kV.

Loại Uđm (kV) Iđm (A) INt (kA) IN max (kA)

3.6.3.1 Kiểm tra dây dẫn

Ở đây dây dẫn là đường dây cáp nên ta không cần kiểm tra trong trường hợpnày

3.6.3.2 Kiểm tra máy cắt trung áp

Từ mục 3.4.3.1, ta chọn máy cắt SF6 do Schneider chế tạo loại 24GI – E16

có các thông số như trong bảng:

3.6.4 Sơ đồ nguyên lí mạng cao áp của khu công nghiệp