Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp công nghiệp

ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xu hội nhập, trình công nghiệp hóa đại hóa đất nước diễn cách mạnh mẽ Trong trình phát triển đó, điện đóng vai trò quan trọng Nó dạng lượng đặc biệt, có nhiều ưu điểm như: dễ chuyển hóa thành dạng lượng khác( năng, hóa năng, nhiệt ), dễ dàng truyền tải phân phối Do ngày điện sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực đời sống Cùng với xu hướng phát triển mạnh mẽ kinh tế, đời sống xã hội ngày nâng cao, nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng lên không ngừng Để đảm bảo nhu cầu to lớn đó, phải có hệ thống cung cấp điện an toàn tin cậy Do đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện yêu cầu bắt buộc với sinh viên ngành hệ thống điện Quá trình thực đồ án giúp có hiểu biết tổng quan hệ thống điện thiết bị thiết kế hệ thống điện Với đồ án: “Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp”, sau thời gian em hoàn thành nội dung đồ án môn học Do thời gian có hạn nên tránh khỏi thiếu sót, em mong bảo, giúp đỡ thầy cô để đồ án hoàn thiện Đồng thời giúp em nâng cao trình độ chuyên môn, đáp ứng nhiệm vụ công tác sau Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, tháng năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Ngọc Khánh SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHƯƠNG I.TÍNH TOÁN PHỤ TẢI 1.1XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG Khi thiết kế cung cấp điện cho công trình (cụ thể nhà máy ta thiết kế) nhiệm vô người thiết kế phải xác định nhu cầu điện phụ tải công trình (hay công suất đặt nhà máy ) Tuỳ theo quy mô công trình (hay nhà máy ) mà phụ tải điện phải xác định theo phụ tải thực tế phải kể đến khả phát triển tương lai cụ thể muốn xác định phụ tải điện cho xí nghiệp, nhà máy chủ yếu dựa vào máy móc thực tế đặt phân xưởng xét tới khả phát triển nhà máy tương lai (đối với xí nghiệp nhà máy công nghiệp chủ yếu tương lai gần) công trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư ) phụ tải phải kể đến tương lai xa vậy, việc xác định nhu cầu điện giải toán dự báo phụ tải ngắn hạn (đối với xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) dự báo phụ tải dài hạn (đối với thành phố, khu vực ) ta xét đến dự báo phụ tải ngắn hạn liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện nhà máy ta Dự báo phụ tải ngắn hạn xác định phụ tải công trình sau công trình vào sử dụng phụ tải thường gọi phụ tải tính toán người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng, cắt, bảo vệ để tính tổn thất công suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn thiết bị bù vậy, phụ tải tính toán số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất số lượng thiết bị điện, chế độ vận hành chúng, quy trình công nghệ nhà máy, xí nghiệp, trình độ vận hành công nhân v.v vậy, xác định xác phụ tải tính toán nhiệm vô khó khăn lại quan trọng vì, phụ tải tính toán xác định nhỏ phụ tải thực tế làm giảm tuổi thọ thiết bị điện, có khả dẫn đến đến cháy nổ nguy hiểm phụ tải tính toán lớn phụ tải thực tế nhiều thiết bị điện chọn lớn so với yêu cầu, gây lãng phí không kinh tế SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Do tính chất quan trọng vậy, nên có nhiều công trình nghiên cứu có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện Nhưng phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trình bày biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp tính toán xác tiện lợi phụ tải điện áp dụng số phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán: + phương pháp tính theo công suất đặt hệ số nhu cầu + phương pháp tính theo hệ số cực đại công suất trung bình + phương pháp tính theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm + phương pháp tính theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất trình chuẩn bị thiết kế tuỳ theo quy mô, đặc điểm công trình (nhà máy, xí nghiệp ) tuỳ theo giai đoạn thiết kế sơ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải cho thích hợp 1.1.1 Xác định phụ tải động lực phân xưởng Tính toán phụ tải điện công việc bắt buộc công trình cung cấp điện , giúp cho việc thiết kế lưới điện sau người kĩ sư Phụ tải tính toán có giá trị tương đương với phụ tải thực tế mặt hiệu ứng nhiệt , việc chọn dây dẫn hay thiết bị bảo vệ cho đảm bảo Có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện phương pháp hệ số nhu cầu , hệ số tham gia cực đại Đối với việc thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa khí , có thông tin xác mặt bố trí thiết bị , biết đựoc công suất quấ trình công nghệ thiết bị nên ta sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu để tổng hợp nhóm phụ tải động lực Nội dung phưong pháp sau : - Thực phân nhóm thiết bị có xưởng , nhóm khoảng từ – thiết bị , nhóm cung cấp điện từ tủ động lực riêng , lấy điện từ tủ phân phối chung Các thiết bị nhóm nên có vị trí gần mặt phân xưởng Các thiết bị nhóm nên có chế độ làm việc , số lượng thiết bị nhóm không nên gây phức tạp vận hành , giảm độ tin cậy cung cấp điện - Xác định hệ số sử dụng tổng hợp nhóm thiết bị theo biểu thức sau : k sdΣ = ΣPi k sdi ΣPi - Xác định số lượng thiết bị hiệu dụng nhóm n hd ( số qui đổi gồm có nhd thiết bị giả định có công suất định mức chế độ làm việc tiêu thụ công suất công suất tiêu thụ nhóm thiết bị thực SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN tế ) Các nhóm thiết bị nên ta xác định tỷ số k = Pmax , sau Pmin Σ so sánh k với kb hệ số ứng với k sd nhóm Nếu k > kb , lấy nhd = n , số lượng thiết bị thực tế nhóm Ngược lại tính n hd theo công thức sau : nhd = ( ΣP ) i ΣPi2 - Hệ số nhu cầu nhóm xác định theo biểu thức sau : − k sdΣ knc = k + n hd Σ sd - Cuối phụ tải tính toán nhóm : Ptt = knc ΣPi Phân nhóm phụ tải: phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán xác cần phải phân nhóm thiết bị điện việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo nguyên tắc sau: Ø thiết bị điện nhóm nên gần để giảm chiều dài đường dây hạ áp nhờ tiết kiệm vốn đầu tư tổn thất đường dây hạ áp phân xưởng Ø chế độ làm việc nhóm thiết bị nhóm nên giống nhờ việc xác định phụ tải tính toán xác thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm Ø tổng công suất nhóm nên xấp xỉ để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng phân xưởng toàn nhà máy số thiết bị nhóm không nên nhiều số đầu tủ động lực không nhiều thường từ đến 12 đầu nhiên thường khó thoả mãn lúc nguyên tắc trên, người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm cho hợp lý Ta chia thành nhóm phụ tải sau: SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nhóm TT Tên thiết bị Số lượ ng Phân xưởng điện phân Phân xưởng rơn gen Phân xưởng đúc Phân xưởng oxyt nhôm Kn P P2 P.cos φ P.kn c cos φ 15 0.3 0.6 140 196000 910 532 80 0.4 0.5 700 385 280 30 0.4 0.7 880 774400 668.8 387 30 0.4 0.6 370 136900 236.8 162 335 336130 2200 136 tổn g 4900 00 c - Số lượng hiệu dụng nhóm 1: (∑ Pi ) 33502 n hdn1 = = = 3.34 ∑ Pi2 3361300 - Hệ số sử dụng nhóm 1: ∑ Pi k nci 1365 k ncn1 = = = 0.407 ∑ Pi 3350 - Hệ số nhu cầu nhóm 1: k ncn1 = k ncn1 + − k ncn1 n hdn1 = 0, 407 + − 0, 407 = 0, 73 3,34 - Tổng công suất phụ tải nhóm 1: Pn1 = k ncn1 ∑ Pi = 0, 73.3350 = 2450, 44 kW - Hệ số công suất phụ tải nhóm 1: SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN ∑ Pi cos ϕi 2200.6 = = 0, 657 ∑ Pi 3350 cosϕn1 = Nhóm TT Tên thiết bị khí nén máy bơm 13 tổn g phân xưởng đúc phân xưởng khí-rèn xưởng lượng S ố lượ ng 1 4 kn c 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 cos φ 0.5 0.6 0.6 0.5 0.7 2 P P 250 62500 300 90000 800 550 350 225 64000 30250 12250 12175 00 P.cos φ P.kn c 132.5 135 186 156 544 328 236 150 308 252 1422 1006 - Số lượng hiệu dụng nhóm 2: (∑ Pi ) 22502 n hdn = = = 4.16 ∑ Pi2 1217500 - Hệ số sử dụng nhóm 2: ∑ Pi k sdi 1006 k sdn = = = 0, 45 ∑ Pi 2250 - Hệ số nhu cầu nhóm 2: k ncn = k ncn + − k ncn n ncn = 0, 45 + − 0, 45 = 0, 72 4,16 - Tổng công suất phụ tải nhóm 2: Pn = k ncn ∑ Pi = 0, 72.2250 = 1620kW - Hệ số công suất phụ tải nhóm 2: cosϕn = SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ∑ Pi cos ϕi 1422.5 = = 0, 63 ∑ Pi 2250 ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Nhóm TT Tên thiết bị lò 10 11 12 14 Số lượn g 30 kn c 0.4 0.5 0.6 0.4 15 0.5 40 kho nhiên liệu kho vật liệu vôi clorur nhà điều hanh,nhà ăn garage oto 15 tổn g cos φ 0.7 0.8 0.6 0.8 0.8 P P.cos φ P.kn c 624 344 800 P 64000 10 100 5.7 20 400 13.4 12.4 150 22500 130.5 64.5 25 100 625 66362 20.5 12.5 439 796.4 - Số lượng hiệu dụng nhóm 3: (∑ Pi ) n hdn3 = = 1.52 ∑ Pi2 - Hệ số sử dụng nhóm 3: ∑ Pi k sdi k sdn3 = = 0.44 ∑ Pi - Hệ số nhu cầu nhóm 3: k ncn3 = k sdn3 + − k sdn = 0.89 n hdn3 - Tổng công suất phụ tải nhóm 3: Pn3 = k ncn3 ∑ Pi = 897.8 kW - Hệ số công suất phụ tải nhóm 3: cosϕn3 = SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ∑ Pi cos ϕi = 0.79 ∑ Pi ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Ta có bảng tổng kết sau: TT Phụ tải Nhó m1 Nhó m2 Nhó m3 tổng cosφn Kncni i Pni P2ni Pni.cosφn i Pni.kncni 0.73 0.65 2450 6004656 1609.94 1788.8 0.72 0.63 1260 1587600 793.8 907.2 0.89 0.79 897 4608 806044.8 8398301 709.262 799.04 3113 3495.1 - Số lượng hiệu dụng: n hd = (∑ Pni ) = 2.53 ∑ Pni2 - Hệ số sử dụng phụ tải động lực: ∑ Pni k sdni k sd ∑ = = 0.76 ∑ Pni - Hệ số nhu cầu phụ tải động lực: k nc ∑ = k sd ∑ + − k sd ∑ n hd = 0, 76 + − 0, 76 = 0,91 2.53 - Tổng công suất phụ tải động lực: Pdl ∑ = k nc ∑ ∑ Pni = 0,91.4608 = 4193.3 kW - Hệ số công suất trung bình phụ tải tổng hợp: cosϕtb = ∑ Pni cos ϕni = 0.67 ∑ Pni 1.1.2 Phụ tải chiếu sáng SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Trong thiết kế chiếu sáng, vấn đề quan trọng phải quan tâm đáp ứng yêu cầu độ rọi hiệu chiếu sáng thị giác Ngoài độ rọi, hiệu chiếu sáng phụ thuộc vào quang thông, màu sắc ánh sáng, lựa chọn hợp lý bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế mỹ quan hoàn cảnh Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo yêu cầu sau: - Không bị loá mắt - Không loá phản xạ - Không có bóng tối - Phải có độ rọi đồng - Phải đảm bảo độ sáng đủ ổn định - Phải tạo ánh sáng giống ánh sáng ban ngày Các hệ thống chiếu sáng bao gồm chiếu sáng chung, chiếu sáng cục chiếu sáng kết hợp ( kết hợp cục chung ) Do yêu cầu thị giác cần phải làm việc xác, nơi mà thiết bị cần chiếu sáng mặt phẳng nghiêng không tạo bóng tối sâu thiết kế cho phân xưởng thường sử dụng hệ thống chiếu sáng kết hợp Chọn loại bóng đèn chiếu sáng: gồm loại: bóng đèn sợi đốt bóng đèn huỳnh quang Các phân xưởng thường dung đèn huỳnh quang đèn huỳnh quang có tần số 50Hz thường gây ảo giác không quay cho động không đồng bộ, nguy hiểm cho người vận hành máy, dễ gây tai nạn lao động Do người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho xi nghiệp công nghiệp Vì xưởng sản xuất có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn sợi đốt với công suất 200 W quang thông F = 3000 lumen (tra bảng 45.pl) SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Phân xưởng 10 11 12 13 14 15 Diện tích(m2) Lượng bóng đèn Tổng công suất(kW) 56250 15000 11250 10000 2500 2500 20000 2500 2500 50000 2500 2500 5000 7500 5000 4218 1125 843.75 750 187.5 187.5 1500 187.5 187.5 3750 187.5 187.5 375 562.5 375 843 225 168.75 150 37.5 37.5 300 37.5 37.5 750 37.5 37.5 75 112.5 75 195000 14624.25 2924.25 1.1.3 Phụ tải thông thoáng làm mát Phân xưởng trang bị 40 quạt trần quạt có công suất 120 W 10 quạt hút quạt 80 W, hệ số công suất trung bình nhóm 0,75 Tổng công suất thông thoáng làm mát là:P lm = 40.120 +10.80 = 5600 W = 5,6 kW 1.2 xác định phụ tải phân xưởng Kết tính toán phụ tải: SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH 10 ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Chọn cọc tiếp địa thép tròn dài l=2 m, đường kính d =5 cm đóng sâu cách mặt đất h=0,5 m Điện trở tiếp úc cọc có giá trị: Rcọc = k coc ρ 2l 4h + l (ln + ln tb ) 2Π l d 4h tb − l 1,5.2.104 2.200 4.150 + 200 ) (ln + ln 2.3,14.200 4.150 - 200 = 112,9 Ω Chiều sâu trung bình cọc l 200 htb = h + = 50 + = 150 cm 2 Sơ chọn số lượng cọc: Rcoc = 112,9 n= =24,46 → Chọn n=25 cọc Rnt 4,615 Số cọc đóng xung quanh trạm biến áp theo chu vi L = (6+8) = 28 m Khoảng cách trung bình cọc là: L 28 = 1,12 m la = = n 25 la 1,12 = 0,56 Với = số lượng cọc 25 tra bảng 49.pl.BT ta có: l Hệ số sử dụng cọc ngang: ηcoc =0,43 ; ηng =0,24 Chọn nối tiếp địa thép có kích thước 0,04 0,01 m Điện trở tiếp úc nối ngang: k ng ρ0 L2 2.2.104 28002 =25,64 Ω ln = ln R ng = 2Π L b.h 2.3,14.2800 4.50 Điện trở thực tế nối ngang có xét đến hệ số lợi dụng ηng là: R ng 25,64 = R ′ng = =106,8 Ω ηng 0,24 = Điện trở cần thiết hệ thống tiếp địa nhân tạo có tính đến điện trở nối: R′ng R nt 106,8.4,615 = = 4,823 Ω R ′nt = R ′ng - R nt 106,8 - 4,615 Số lượng cọc thức là: SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH 49 ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 112,9 R coc = = 54,44 cọc → Chọn nct =56 cọc ηcoc R ′nt 0,43.4,823 Kiểm tra độ ổn định nhiệt hệ thống tiếp địa Id = Cp.Df.Sf.Ik =1.1,1.0,6.68 = 44,88 A Trong đó: Cp: hệ số hiệu chỉnh tính đến tăng trưởng dòng cố thời gian tuổi thọ trạm, với hệ thống phát triển lấy Df: Hệ số tắt dần lấy 1,1 Hệ số Sf = 0,6 Ik=68 A Tiết diện tối thiểu nối: nc= 2,5 tk =1 mm2 < Ftn=40.10=400 mm2 = 44,88 C 74 Vậy hệ thống tiếp địa thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt 6.2: Tính toán chống sét Những nguyên tắc bảo vệ thiết bị điện nhờ cột thu sét gọi cột thu lôi không thay đổi từ năm 1750 B Franklin kiến nghị thực cột cao có đỉnh nhọn kim loại nối đến hệ thống nối đất Gần đây,trên sở khảo sát mô hình, trị số bán kính bảo vệ cột thu lôi xác định theo công thức: 1,6 h a P R.= + hx h Trong đó: h: chiều cao cột thu lôi, m h.: Chiều cao trung bình đối tượng bảo vệ, m ha: Chiều cao hiệu dụng cột thu lôi, m ha=h-h 5,5 P: Hệ số, với h ≤ 30 m P=1, với h> 30 m P= h Ta chọn chiều cao cột thu lôi h=25m, ây dựng gần trạm biến áp phân xưởng Chiều cao trung bình đối tượng bảo vệ h.=7 m  Chiều cao hiệu dụng cột thu lôi: ha=h-h.=25-7=18 m Vậy bán kính bảo vệ cột thu lôi: 1,6.18.1 = 22,5 R.= m 1+ 25 Fmin= Id SV: NGUYỄN NGỌC KHÁNH 50 ĐỒ ÁN CUNG CẤP ĐIỆN Ta thấy khoảng cách từ trạm biến áp đến trung tâm phân xưởng 20m