Thiết kế cung cấp điện cho một phân xưởng sản xuất công nghiệp

Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện LỜI NÓI ĐẦU Như biết, Điện có vai trò vô quan trọng Nó nguồn lượng phục vụ cho tất ngành kinh tế quốc dân công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ…và sinh hoạt Nền kinh tế phát triển nhu cầu điện tăng lên Nhiệm vụ đặt cho ngành điện phải đáp ứng nhu cầu ngày tăng Bên cạnh việc sản xuất nhiều điện việc thiết kế cung cấp điện tới hộ tiêu thụ công việc vô quan trọng Việc thiết kế cung cấp điện công việc khó khăn, đòi hỏi người kĩ sư cần phải có chuyên môn cao, giàu kinh nghiệm Do vậy, chúng em_là sinh viên khoa Hệ thống điện trường Đại học Điện Lực_đã thày cô giáo giao cho làm đồ án môn học Cung cấp điện: “ Thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng sản xuất công nghiệp”, để bước đầu làm quen với việc thiết kế cung cấp điện Đồ án gồm chương: Chương 1: Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng Chương 2: Tính toán phụ tải điện Chương 3: Xác định sơ đồ cấp điện phân xưởng Chương 4: Lựa chọn kiểm tra thiết bị sơ đồ nối điện Chương 5: Tính toán chế độ mạng điện Chương 6: Tính toán chọn tự bù nâng cao hệ số công suất Chương 7: Tính toán nối đất chống sét Chương 8: Dự toán công trình Sau thời gian dài nỗ lực làm đồ án, Em nhận thấy việc làm đồ án giúp Em hiểu sâu môn học, tích lũy nhiều kiến thức kinh nghiệm Trong trình làm đồ án, Em nhận giúp đỡ thầy Trần Quang Khánh, người hướng dẫn Em, giải đáp cho Em thắc mắc giúp Em hoàn thành đồ án này! Em chân thành cảm ơn thầy! Sinh viên thực Nguyễn Thị Thanh Hương PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NỘI DUNG ĐỒ ÁN Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Thiết kế mạng điện cung cấp cho phân xưởng với số liệu lấy theo vần alphabê theo chữ họ tên người thiết kế Bảng 1: số liệu thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng Alphabê H T N Số hiệu Phương án C Sk, MVA H, m 2,79 4,12 L, m TM, h 73,6 4680 Tỷ lệ phụ tải điện loại I II 85% Hao tổn điện áp cho phép mạng điện hạ áp ∆Ucp = 3,5% Hệ số công suất cần nâng lên cosφ=0,92 Hệ số chiết khấu i=10% Thời gian sử dụng công suất cực đại TM, h Công suất ngắn mạch điểm đấu điện Sk,MVA Thời gian tồn dòng ngắn mạch tk=2,5s Khoảng cách từ nguồn điện đến trung tâm phân xưởng L, m Chiều cao nhà xưởng H,m Giá thành tổn thất điện C ∆ =1000đ/kWh; Suất thiệt hại điện gth=4500đ/kWh Các tham số khác lấy phụ lục sổ tay thiết kế cung cấp điện Bảng 2: phụ tải phân xưởng sửa chữa khí N04 Số hiệu Tên thiết bị ksd cosφ Công suất đặt P, kW 1;2;3;19;20;26;27 4;5;7;8;24 11 9;10;12 13 14;15;16;17 18 21;22;23;28;29; 30;31 Máy tiện ngang bán tự động Máy tiện xoay Máy tiện xoay Máy khoan đứng Máy khoan đứng Máy khoan định tâm Máy tiện bán tự động Máy mài nhọn Máy tiện ren 0,35 0,32 0,3 0,26 0,37 0,3 0,41 0,45 0,47 0,67 0,68 0,65 0,56 0,66 0,58 0,63 0,67 0,7 12+17+22+12+18+2.18,5 1,5+3+7,5+12 8,5 2.5,5+8,5 2,8+4,5+2.7,5 3.2,8+2.4,5+8,5+10 25;32;33 34 35 36 37 38;39 Máy doa Máy hàn hồ quang Máy biến áp hàn ε =0,4 Máy tiện ren Máy hàn xung Máy chỉnh lưu hàn 0,45 0,53 0,45 0,4 0,32 0,46 0,63 0,9 0,58 0,6 0,55 0,62 4+5,5+7,5 40 35 18 20 30 A.Nội dung đồ án -Tính toán chiếu sáng cho phân xưởng -Tính toán phụ tải điện -Xác định sơ đồ cấp điện phân xưởng Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện -Lựa chọn kiểm tra thiết bị sơ đồ điện -Tính toán chế độ mạng điện -Tính chọn tụ bù nâng cao hệ số công suất -Tính toán nối đất chống sét -Dự toán công trình B.Bản vẽ -Mặt phân xưởng với bố trí thiết bị -Sơ đồ chiếu sáng sơ đồ nối đất -Sơ đồ nguyên lí mang điện có rõ mã hiệu tham số thiết bị chọn -Sơ đồ trạm biến áp gồm: sơ đồ nguyên lí, sơ đồ mặt bằng, mặt cắt trạm biến áp -Bảng số liệu tính toán mạng điện PHẦN II: NỘI DUNG ĐỒ ÁN Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện CHƯƠNG I TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG CHO PHÂN ƯỞNG Để thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng, chiếu sáng tự nhiên phải dùng chiếu sáng nhân tạo, phổ biến dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo Ta phải quan tâm đến yêu cầu độ rọi hiệu chiếu sáng thị giác Ngoài 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, kĩ thuật mỹ quan 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 phương pháp tính toán chiếu sáng sử dụng tính chiếu sáng công nghiệp: +Phương pháp hệ số sử dụng +Phương pháp tính điểm + Phương pháp tính gần + Phương pháp tính toán với đèn ống + Phương pháp tính gần đèn ống Các hệ thống chiếu sáng bao gồm: +Chiếu sáng chung +Chiếu sáng cục +Chiếu sáng kết hợp 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 sản xuất thường dùng 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 nạn lao động Do người ta thường sử dụng đèn sợi đốt cho phân xưởng sửa chữa khí Việc bố trí đèn thường bố trí theo góc hình vuông hình chữ nhật Độ rọi yêu cầu: Eyc = 50 lu Kích thước nhà xưởng: a.b.H (rộng,dài,cao) là: 24.36 4,12 m Vì xưởng sửa chữa có nhiều máy điện quay nên ta chọn đèn sợi đốt với công suất 200W quang thông F = 3000 lumen Chọn độ cao treo đèn: h’ = 0,4m Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Chiều cao mặt làm việc: h2 = 0,8m Chiều cao tính toán: h = H - h2 = 4,12 – 0,8 = 3,32 m h' H h h2 Sơ đồ bố trí độ cao treo đèn Tỷ số treo đèn: h′ 0,4 = = 0,108 h + h′ 3,32 + 0,4 Với loại đèn dùng để chiếu sáng cho phân xưởng sản xuất khoảng cách L đèn xác định theo tỷ lệ: = 1,5 h 24m Tức là: L = 1,5 h = 1.5 3,32 = 4,98 m Căn vào kích thước nhà xưởng ta chọn khoảng đèn là: 1,2m Ld = 4,2 m; Ln = 4,1 m Kiểm tra điều kiện: 4,2 4,2 4,1 4,1 < 1,2 < < 1,75 < 3 4,2m j= Như bố trí đèn hợp lý Số lượng đèn tối thiểu để đảm bảo độ đồng chiếu sáng Nmin = = 54 đèn Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 4,1m5 Sơ đồ tính toán chiếu sáng Trường 1,75 Đại Học Điện Lực mmm mmm Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện 36m xác định hệ số không gian: a.b 24.36 = = 4,34 h.(a + b) 3,32.(24 + 36) Coi hệ số phản xạ nhà xưởng là: Trần 0,5; Tường: 0,3 xác định hệ số lợi dụng ánh sáng tương ứng với hệ số không gian 4,34 là: k ld = 0,59 (bảng 47.pl) Lấy hệ số dự trữ là: δ dt = 1,2; Hệ số hiệu dụng đèn η = 0,58 xác định tổng quang thông cần thiết: E yc S δdt 50.24.36.1,2 = = 151490,36 lm F= ηd ksd 0,58.0,59 Số lượng đèn cần thiết đảm bảo độ rọi yêu cầu: F ∑ 151490,36 = = 50,5 đèn < Nmin=54 đèn N= 3000 Fd Như sơ đồ tính toán chiếu sáng hợp lý Độ rọi thực tế: kkg = Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Fd N.η k ld 3000.54.0,58.0,59 = = 53,47 l a.b δdt 24.36.1,2 Ngoài chiếu sáng chung, cần trang bị thêm: - Mỗi máy đèn công suất 100W để chiếu sáng cục - phòng thay đồ phòng vệ sinh, phòng bóng 100 W E= CHƯƠNG II TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Khi thiết kế điện cho công trình đó, nhiệm vụ xác định phụ tải điện công trình Tùy theo quy mô công trình mà phụ tải điện phải xác định theo phụ tải thực tế phải kể đến khả phát triển công trình tương lai Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố công suất số lượng máy, chế độ vận hành chúng, quy trình sản xuất Vì vậy, việc xác định xác phụ tải nhiệm vụ khó khăn quan trọng Một số phương pháp tính phụ tải thường dùng thiết kế hệ thống cung cấp điện: - Phương pháp tính theo hệ số nhu cầu - Phương pháp tính theo công suất chung 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 Trên thực tế, tùy theo quy mô đặc điểm công trình, tùy theo giai đoạn thiết kế sơ hay kỹ thuật thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thích hợp Trong đồ án với phân xưởng sản xuất khí ta biết vị trí, công suất đặt, chế độ làm việc thiết bị phân xưởng nên tính toán phụ tải động lực phân xưởng sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu 2.1:Phụ tải chiếu sáng: Tổng công suất chiếu sáng chung (coi hệ số đồng thời 1): Pcs.ch=kdt.N.Pd = 1.54 200 = 10800 W Trong phân xưởng khí có 39 máy Chiếu sáng cục bộ: Pcb = (39+6) 100 = 4500 W Vậy tổng công suất chiếu sáng là: 10800 + 4500 = 15300 W = 15,3 kW Vì dùng đèn sợi đốt nên hệ số cos φ nhóm chiếu sáng 2.2:Phụ tải thông thoáng làm mát Căn vào diện tích phân xưởng, phân xưởng trang bị 21 quạt trần quạt 120 W quạt hút quạt 80 W; công suất trung bình nhóm 0,8 Tổng công suất thông thoáng làm mát : Plm = 21.120 + 4.80 = 2840 W 2.3:Phụ tải động lực 2.3.1:Phân nhóm phụ tải Để phân nhóm phụ tải ta dựa vào nguyên tắc sau: Các thiết bị nhóm phải có vị trí gần mặt (điều thuận tiện cho việc dây tránh chồng chéo, giảm tổn thất ) Các thiết bị nhóm nên có chế độ làm việc (điều thuận tiện cho việc tính toán CCĐ sau ví dụ nhóm thiết bị có chế độ làm việc, tức có đồ thị phụ tải ta tra chung ksd, knc; cosϕ; ) Các thiết bị nhóm nên phân bổ để tổng công suất nhóm chênh lệch (điều thực tạo tính đồng loạt cho trang thiết bị CCĐ Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Ngoài số thiết bị nhóm không nên nhiều số lộ tủ động lực bị không chế (thông thường số lộ lớn tủ động lực chế tạo sẵn không 8) Tất nhiên điều nghĩa số thiết bị nhóm không nên thiết bị Vì lộ từ tủ động lực đến thiết bị, kéo móc ích đến vài thiết bị,(nhất thiết bị có công suất nhỏ không yêu cầu cao độ tin cậy CCĐ ) Tuy nhiên số thiét bị nhóm nhiều làm phức tạp hoá vận hành làm giảm độ tin cậy CCĐ cho thiết bị Ngoài thiết bị nhóm lại theo yêu cầu riêng việc quản lý hành quản lý hoạch toán riêng biệt phận phân xưởng Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện nêu vào vị trí, công suất thiết bị bố trí mặt phân xưởng chia thiết bị phân xưởng Sửa chữa khí thành nhóm phụ tải 2.3.2 xác định phụ tải tính toán cho nhóm phụ tải xác định phụ tải cho nhóm 1: Bảng 2.1: Phụ tải cho nhóm STT Số hiệu Tên Máy tiện ngang bán tự động Máy tiện ngang bán tự động Máy tiện ngang bán tự động Máy tiện xoay Máy tiện xoay Máy tiện xoay Máy khoan đứng 10 Máy khoan đứng ksd 0,35 0,35 0,35 0,3 0,32 0,32 0,37 0,37 cosφ 0,67 0,67 0,67 0,65 0,68 0,68 0,66 0,66 P kW 12 17 22 8,5 7,5 12 5,5 5,5 P.ksd 4,2 5,95 7,7 2,55 2,4 3,84 2,035 2,035 P.cosφ 8,04 11,39 14,74 5,525 5,1 8,16 3,63 3,63 P2 144 289 484 72,25 56,25 144 30,25 30,25 90 30,71 60,215 1250 n ∑ i =1 Tổng số thiết bị nhóm Hệ số sử dụng tổng hợp: n ∑ Pi k sdi k sd ∑ = i =1 = n ∑ Pi 30,71 = 0,34 90 i =1 Do đó: kb = 3,5 ( tra bảng 2.pl.BT cung cấp điện_TS.Trần Quang Khánh ) Số lượng hiệu dụng: Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh n hd = ( P) n ∑ i =1 n Đồ án môn cung cấp điện 2 i 90 = = 6,48 1250 ∑ P i2 i =1 Hệ số nhu cầu: k nc = k sd ∑ + - k sd ∑ n hd = 0,34 + - 0,34 = 0,6 6,48 Phụ tải tính toán là: n Ptt = k nc ∑ Pi = 0,6.90 = 54 kW i =1 Hệ số công suất trung bình là: n cos φi = ∑ Pi cos φi i =1 n = ∑ Pi 60,215 = 0,669 90 i =1 Công suất biểu kiến: Stt = 54 P tt = 80,717 kVA = cos φ i 0,669 Công suất phản kháng: - 0,6692 Qtt = P tt tgφ = 54 = 55,245 kVAr 0,669 Dòng điện tính toán: 80,717 Stt = 122,637 0,38 U Itt= = A Tính toán tương tự cho nhóm phụ tải lại kết tổng hợp lại bảng 2.8: Bảng 2.2: Phụ tải cho nhóm STT Số hiệu Tên Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 ksd cosφ 10 P, kW P.ksd P.cosφ P2 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện • xác định điện trở hệ thống nối đất nhân tạo có tính đến điện trở nối ngang: R 'n.tao = R 'nga R n.tao R 'nga - R n.tao R’nga – Điện trở nối ngang có tính đến hệ số sử dụng, R 'nga = R nga η nga Rnga – Điện trở nối ngang, Ω ηnga – Hệ số sử dụng nối ngang, phụ thuộc vào tỷ số l a/l số lượng điện cực n la – khoảng cách điện cực, m l – chiều dài điện cực, m • xác định số lượng điện cực thức: R dc n= η dc R ′ nt Trong đó: ηdc – hệ số sử dụng điện cực • Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt hệ thống nối đất; Tiết diện tối thiểu nối xác định theo biểu thức: tk , mm2 C Tk – thời gian tồn dòng ngắn mạch chạm masse Id chạy đất, s C - hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm nối ( thép C = 74) Điều kiện ổn định nhiệt Fmin ≤ Fnga F = I d Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 51 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện Tính toán cụ thể: Sơ đồ nối đất Đối với mạng điện có điện áp 1000V, điện trở nối đất thời điểm năm không vượt 4Ω Giả thiết mặt hệ thống nối đất hình chữ nhật có kích thước m + Nối đất tự nhiên: Ta sử dụng ống dẫn nước hay ống kim loại đặt đất (trừ ống dẫn nhiên liệu lỏng khí dễ cháy) làm trang bị nối đất Điện trở nối đất tự nhiên đo Rtn = 30 Ω + Nối đất nhân tạo: Điện trở suất đất ρ0=2.104 Ω/cm kcoc = 1,5 nằm ngang kng = Điện trở tiếp địa nhân tạo Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 52 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện 30.4 R tn R d = = 4,615 Ω R tn - R d 30 - 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: R nt = 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 ′ng - R nt 106,8 - 4,615 Số lượng cọc thức là: 112,9 R coc = nc= = 54,44 cọc → Chọn nct =56 cọc ηcoc R ′nt 0,43.4,823 R ′nt = Nguyễn Thị Thanh Hương-Đ2H1 53 Trường Đại Học Điện Lực Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh Đồ án môn cung cấp điện 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: 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 7.2: 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 Ta thấy khoảng cách từ trạm biến áp đến trung tâm phân xưởng 20m