Thiết kế cung cấp điện cho xưởng cơ khí

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện là cần thiết đối với tất cả mọi người trong mọi lĩnh vực đời sống hàng ngày từ việc sử dụng điện để chiếu sáng đến việc sử dụng điện phục vụ cho sản xuất,tất cả nhưng nhu cầu đó đã cho ta biết vai trò của điện trong đời sống. Cùng với sự phát triện kinh tếxã hội, khoa học kỹ thuật, thiết kế hệ thống cung cấp điện là một trong những vấn đề quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước ta. Hệ thống cung cấp điện đóng vai trò rất lớn trong công cuộc xây dựng đất nước ta hiện nay. Cùng với nhu cầu sử dụng điện và các trang thiết bị ngày càng hiện đại nên việc trang thiết bị về kiến thức mới về hệ thống cung cấp điện, cách thức sử dụng hệ thống trong xí nghiệp ,khu công nghiêp,nhà ở…là rất cần thiết.

Bài Tập Lớn Cung Cấp Điện GVHD:Nguyễn Văn Hùng

Chương mở đầu

Hiện nay nhu cầu sử dụng điện là cần thiết đối với tất cả mọi người trongmọi lĩnh vực đời sống hàng ngày từ việc sử dụng điện để chiếu sáng đến việc sửdụng điện phục vụ cho sản xuất,tất cả nhưng nhu cầu đó đã cho ta biết vai tròcủa điện trong đời sống Cùng với sự phát triện kinh tế-xã hội, khoa học kỹthuật, thiết kế hệ thống cung cấp điện là một trong những vấn đề quan trọngtrong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đât nước ta Hệ thống cung cấpđiện đóng vai trò rất lớn trong công cuộc xây dựng đất nước ta hiện nay Cùngvới nhu cầu sử dụng điện và các trang thiết bị ngày càng hiện đại nên việc trangthiết bị về kiến thức mới về hệ thống cung cấp điện, cách thức sử dụng hệ thốngtrong xí nghiệp ,khu công nghiêp,nhà ở…là rất cần thiết

Qua việc học môn cung cấp điện và làm bài tập lớn cung cấp điện, với đềtài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng phân xưởng đã giúp em có cơ hộitổng hợp lại kiến thức đã học và học hỏi thêm một số kiến thức mới Em sẽ cốgắng phát huy được sáng tạo và nghiên cứu ,tìm hiểu để lựa chọn các thiết bịcho hệ thống tối ưu nhất

Tuy nhiên ,trong quá trình thiết kế sẽ có nhiều sai sót Vì vây em rất monggiáo viên hướng dẫn đóng góp ý kiến và giúp đỡ để hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang1

Bài Tập Lớn Cung Cấp Điện GVHD:Nguyễn Văn Hùng

Nhiệm vụ cần thực hiện

I.Thuyết minh.

Chương1.Tính toán phụ tải điện.

Khi thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện phân xưởng điều cầnthiết nhất đòi hỏi người thiết kế phải xác định được nhu cầu điện của phụ tảitính toán của phân xưởng (công suất đặt của xưởng) cách phân bố, phối hợp cácthiết bị…

Tùy theo quy mô phân xưởng để thiết kế sao cho đúng yêu cầu phụ tại

mà tính đến sự phát triển trong tương lai của nhà máy Cụ thể khi muốn xácđịnh phụ tải điện của phân xưởng thì ta cần dựa vào công suất đặt của phânxưởng và xét đến sự phát triển trong tương lai Như vậy, việc xác định nhu cầuđiện là giải pháp tính toán phụ tải ngắn hạn của phân xưởng…

Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác đinh phụ tải công trình ngay sau khicông trình vào sự dụng Phụ tải này gọi là phụ tải tính toán Khi thiết kế phảitính toán được phụ tải để lửa chọn thiết bị như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết

bị đóng ngắt và các thiết bị bảo vệ…để tính toán công suất,để chon thiết bị bùcông suất phản kháng Chính vì thế phụ tải tính toán là một số liểu quan trọng

để làm cỏ sọ thiết kế hệ thống cung cấp điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc khá nhiều vào công suất , số lương các thiết

bị điện, chế độ vận hành và quy trình công nghệ của phân xưởng, trình độ vậnhành của công nhân…Vì thế, để xác định chính xác phụ tải tính toán là mộtcông việc khó khăn nhưng rất quan trọng Bởi vì, nếu phụ tải tính toán nhỏ hơnphụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, gây ra hỏng hóc,cháy nổ nguy hiểm Nếu phụ tải tính toán quả lớn so với phụ tải thực tế thì gâylãng phí , không kinh tế

Từ thực tế đó, nhiều nhà khoa học đã bỏ ra nhiều công sức để nghiên cứucác phương án tính toán phụ tải phù hợp và chính xác nhất nhưng cho đến naymỏi kết quả tính toán chỉ mang tính chất tương đối

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang2

Bài Tập Lớn Cung Cấp Điện GVHD:Nguyễn Văn Hùng

1.1.Các đại lượng cơ bản và các hệ số tính toán.

1.1.1.Công suất Pđm

Công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ đều được ghi trên nhãn máy(Catlogue), Đối với động cơ, công suất ghi trên nhãn hiệu của máy chính làcông suất trên trục động cơ Công suất đặt là công suất đầu vào động cơ

Đối với phụ tải chiếu sáng thì công suất định mức được ghi trên đèn, công suấtnày bằng suất tiêu thụ nếu khi ta cấp điện áo định mức cho đèn

1.1.2.Phụ tải trung bình Ptb

Phụ tải trung bình là đặc trưng của phụ tải trong một khoảng thời giannào đó Tổng phụ tảicủa thiết bị nào đó cho ta căn cứ để đánh giá giới hạndưới của phụ tải tính toán

1.1.3.Phụ tải cực đại Pmax

Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời giantương đối ngắn.Thông thường, người ta chọn khoảng thời gian khảo sát là 30phút

1.1.4.Phụ tải đỉnh nhọn

Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gianngắn nhất (1  2s) Thường xuất hiện khi khởi động động cơ Việc tính toán –phụ tải này mang ý nghĩa quan trọng trong việc khảo sát sự dao động điện của

hệ thống khi xảy ra sự cố để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp

1.1.5.Phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép, là phụ tảigiả thiết lâu dài không đổi của các phân tử cung cấp điện ( máy biến áp, đườngdây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng lớn nhất.Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn tới nhiệt độ lớn nhất dophụ tải thực tế gây ra

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang3

Bài Tập Lớn Cung Cấp Điện GVHD:Nguyễn Văn Hùng

Bài Tập Lớn Cung Cấp Điện GVHD:Nguyễn Văn Hùng

1.1.8 Hệ số cực đại Kmax : Kmax  1

Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trongkhoảng thời  gian đang xét:

Kmax=

Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ yếu là thiết bị hiệu quả nhq

và hệ số sử dụng Ksd và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc củacác thiết bị điện trong nhóm sản xuất nên rất phức tạp nhưng thông thường thìngười ta tra theo đường cong đặc tính: Ksd =f(nhq,Ksd)

1.1.10.Hệ số thiết bị hiệu quả nhq

Hệ số hiệu quả là hệ số thiết bị giả thiết cùng công suất và chế độ làm việcchúng đò hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhzóm phụ tải cụ thể (gồmcác thiết bị có chế độ làm việc khác nhau ) :

nhq=

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang5

Khi số thiết bị trong nhóm có n >5 thì tính nhq theo công thức khá phức tạpnên người ta thường tra theo đường cong.

1.2.Các phương pháp tính toán phụ tải.

Thực tế, có rất nhiều cách để tính phụ tải tính toán Tùy theo yêu cầu thiết

kế và độ tin cậy của hệ thống để tính toán cho phù hợp

1.2.1.Xác định phụ tải tính toán

Công thức tính :

+Ptt=Ksd.+Qtt=Ptt.tg φ

+Stt= Một cách gần đúng lấy Pđ=Pđm nên:

Ptt=Knc

với Pd, Pdmi : Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i (KW)

Ptt , Qtt, Stt : Công suất tác dụng ,công suất phản kháng, công suấttoàn phần tính toán của nhóm thiết bị (kW, kVAr, KVA)

n: số thiết bị trong 1 nhóm

tgφ: Tương ứng với cosφ của nhóm thiết bị (tra sổ tay kĩ thuật)

Knc :Hệ số nhu cầu ( tra sổ tay kĩ thuật)

Phương pháp tính toán này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện Tuy nhiên,

độ chính xác không cao Bởi vì knc ở phương phương pháp này là cố định trong

sổ tay kỹ thuật nhưng thực tế nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong lúc vậnhành máy hoặc tổ máy.Do đó ở bài tập này em xác định phụ tải tính toán dựatheo công thức hệ số sử dụng và hệ số kmax

1.2.2.Xác định phụ tải chiếu sáng trên một đơn vị diện tích.

Công suất tính :

Ptt=P0.F (kW) Trong đó:

P0: Suất phụ tải trên 1m2 đơn vị sản xuất (kW/m2)

1.3.Tính toán phụ tải chiếu sáng.

* Tính toán chiếu sáng, lấy công suất chiếu sáng chung cho toàn phânxưởng,phân bố trung bình trên mặt bằng phân xưởng là: P0 = 15 W/m2.

* Phụ tải chiếu sáng được tính theo công suất chiếu sáng trên một đơn vịdiện tích

Công thức tính :Pcs =P0.F ,trong đó :

P0: là suất phụ tải chiếu sáng trên đơn vị diện tích (W/m2)

F : là diện tích cần được chiếu sáng (m2)

Diện tích chiếu sáng toàn phân xưởng F = 24*36=864 (m2)

Như vậy phụ tải chiếu sáng của toàn phân xưởng là:

Pcs=P0.F=15.864=12960W=12,96kW

→Qcs=Pcs.tgφcs=15,1kVAr (Vì đèn cosφcs=0.65) Vậy Scs=19,9kVA

Do đó lựa chọn bóng đèn huỳnh quang có công suất Pđm=36(W)

→ Số bóng đèn cần dùng : n= =360 chọn 360 bóng lắp đều toàn phânxưởng,với 2 bóng lắp trong chung 1 máng đèn như hình vẽ:

Loại bóng chọn : Bóng đèn huỳnh quang 0,6m Rạng Đông FL T8 36W

Sử dụng 12 contactor điều khiển đèn,mỗi contactor điều khiển đều 30 bóng + Chọn dây dẫn cho đèn :Dòng điện là lớn nhất khi đi qua 1 contactor điềukhiển 30 bóng 36W

Itt= = =4,9(A)

+Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: Icp

Với: + k1 là hệ số hiệu chỉnh kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chếtạo với môi trường đặt dây dẫn (tra sổ tay)

+ k2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số lượng dây cáp đặt chung 1rãnh 0<k1 1 ….(tra sổ tay).

Icp là dòng điện phát nóng lâu dài cho phép.Nhà chế tạo ứng với từng loại tiếtdiện dây (tra sổ tay)

chung cho cả hệ thống chiếu sáng

1.4.Tính toán phụ tải thông thoáng và làm mát.

*Trong xưởng sửa chữa cơ khí cần có hệ thống thông thoáng và làm mátnhằm giảm nhiệt độ cơ thể người cũng như máy móc tỏa ra sẽ gây tăng nhiệt độphòng.Nếu không được trang bị hệ thống thông thoáng & làm mát sẽ gây ảnhhưởng tới năng suất lao động,sản phẩm,trang thiết bị,ảnh hưởng tới sức khỏecông nhân làm việc trong xưởng,tuổi thọ máy móc

Vì là xưởng sửa chữa cơ khí ,do đó ta chọn chiều cao xưởng vào khoảng5(m)

Có thể tích phân xưởng là V=chiều dài x chiều rộng x chiều cao

V=24.36.5=4320 (m3)

Cách chọn điều hòa cho phân xưởng : Cứ 1m3 tương ứng 200 BTU côngsuất lạnh

Vậy công suất lạnh cần có trong xưởng là 4320.200=864000 BTU.

Vậy ta dùng 6 điều hòa mỗi điều hòa công suất 160000BTU/h có thông sốnhư sau : Hãng Daikin(Thái Lan) có model Daikin FD15KAY1

Hình vẽ :

+Chọn áptomát điều khiển điều hòa: dùng 6 apstomat điều khiển 6 điều hòa Quy đổi công suất lạnh sang công suất điện :

746 W (công suất điện)= 9000 BTU/h (công suất lạnh)

Công suất điện dùng cho 1 máy điều hòa là

Công suất điện dùng cho điều hòa cả phân xưởng cần tìm là

và +Chọn dây dẫn từ tủ động lực tới điều hòa :

Có dòng điện đi qua dây dẫn Itt=

18 20

4 12

13 5 23

24 25

7 15

14 6

34 28

29 30 32

35 36 37 21

39

40 41 42

45 44

Việc phân nhóm theo nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị điện cùng một nhóm nên đặt gần nhau để giảm chiều dài dâydẫn hạ áp nhờ vậy tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất điện năng trên đườngdây phân xưởng

+ Chế độ làm việc của các thiết bị cùng một nhóm nên giống nhau nhờ đó việcxác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọncác thiết bị điện và thiết bị bảo vệ.

+ Tổng công suất trên các nhóm là xấp xỉ bằng nhau để việc lựa chọn tủ độnglực thuận tiện hơn Chú ý, số thiết bị trong một nhóm không nên bố trí quánhiều

Em chia số thiết bị trong phân xưởng thành 3 nhóm thiết bị

Bảng phân nhóm thiết bị với công suất và vị trí trên mặt bằng nhà xưởng :

STT Tên thiết bị Kí hiệu trên sơ

Máy xọc(đục)

 Xác định phụ tải từng nhóm :

+ Xét nhóm 1: có số thiết bị là n=18 (thiết bị)

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy ép nguội công suất P=35kW

Số thiết bị có công suất lớn hơn kW là n1=2

Tên nhóm và thiết bị

điện

Kí hiệumặt bằng

Máy tiện bulong

Máy tiện bulong

1.6.Tổng hợp phụ tải toàn phân xưởng.

+ Toàn phân xưởng bao gồm : - Phụ tải chiếu sáng

-Phụ tải thông thoáng và làm mát

- Với quy mô phân xưởng như số liệu đã tính toán ,ta nhận thấy công suất của toàn

hệ thống phân xưởng không lớn lắm nên phân xưởng này thuộc phụ tải loại 2.Do

đó ta sẽ lắp 1 máy biến áp cho toàn phân xưởng

- Hệ số toàn phân xưởng : khá thấp nên ta cần lắpthêm tụ bù công suất phản kháng

Chương 2.Xác định sơ đồ cấp điện của toàn phân xưởng.

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

*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 cải tạo 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 tảiđược bố trí với mật độ cao trong nhà xưởng, nên không thể bố trí máy biến áptrong nhà Vì vậy ta đặt máy phía ngoài nhà xưởng Mặt khác, tổng công suất củanhà xưởng không quá lớn nên ta xem xét đến khả năng xây dựng trạm biến áp kiểubệt

*Ta xác định trọng tâm phụ tải dựa trên công thức:

Tọa độ :

Theo đó ta xác định được trọng tâm phụ tải mỗi nhóm cũng như toàn phân xưởng :+ Trọng tâm phụ tải nhóm 1 có tọa độ : X1= ; Y1=

+Trọng tâm phụ tải nhóm 2 có tọa độ:X2= ; Y2=

+ Trọng tâm phụ tải nhóm 3 có tọa độ :X3= ; Y3=

Do phụ tải chiếu sáng,thông thoáng và làm mát phân tán toàn phân xưởng nên takhông xét

Trọng tâm phụ tải toàn phân xưởng là :

X=

Y=

Các tủ động lực từng nhóm ta đặt rìa tường sao cho tọa độ gần trọng tâm phụ

*Chọn 1 MBA do ABB chế tạo có thông số trong bảng sau :

Sdm(kVA) U(kV) PN(W) P0(W) UN(%) I0(%) Hãng

2.2.Các phương án cấp điện cho phân xưởng.

Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng và theo điều kiện làm việc của các thiết bị trongxưởng,ta thấy chỉ cần xác định một phương án cấp điện cho phân xưởng,đó là:+ Tủ phân phối chính đặt ở rìa tường ngay trên tủ động lực nhóm 2 tức là vị trí tủphân phối đặt gần trọng tâm phụ tải nhất ,từ đó kéo cáp tới các tủ động lực phânxưởng,các tủ động lực đặt cạnh tường tương ứng với mỗi nhóm

Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ đi dây :

Ta đi xét phương án cấp điện đó

2.2.1.Chọn sơ bộ dây dẫn :

a)Chọn dây dẫn từ nguồn đến trạm biến áp dài 300m :

+Dòng điện chạy trong dây cao áp :Itt=

Chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng lâu dài cho phép: Icp

Với: + k1 là hệ số hiệu chỉnh kể đến sự chênh lệch nhiệt độ môi trường chế tạovới môi trường đặt dây dẫn (tra sổ tay)

+ k2 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số lượng dây cáp đặt chung 1 rãnh0<k1 1 ….(tra sổ tay)

Icp là dòng điện phát nóng lâu dài cho phép.Nhà chế tạo ứng với từng loạitiết diện dây (tra sổ tay)

Do đó áp dụng công thức chọn k1=0,85;k2=0,9 :

Đối với đường dây cao áp, tiết diện tối thiểu khôngnhỏ hơn 35mm2 nên ta chọn loại dây AC – 50 có tiết diện 50mm2 nối từ nguồn vàotrạm biến áp

Có r0= 0,494 /km ;x0=0,13 /km

b)Chọn dây dẫn từ trạm biến áp tới tủ phân phối chính chiều dài 3,2 m:

Có Itt=

Do đó ta chọn cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo

có thông số như sau:

+ Icptrong nhà=750(A);

+Tiết diện F=500mm2;

+Điện trở r0=0,0366 /km

c)Chọn dây từ tủ phân phối chính tới từng tủ động lực nhóm :

*Từ tủ phân phối chính tới tủ điều hòa chiều dài 42,6 m :

Có Itt=

Do đó ta chọn cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo

có thông số như sau:

+ Icptrong nhà=254(A);

+Tiết diện F=70mm2;

+Điện trở r0=0,268 /km

*Từ tủ phân phối chính tới tủ động lực nhóm 2 chiều dài 1,29 m :

Có Itt=

Do đó ta chọn cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo

có thông số như sau:

Do đó ta chọn cáp đồng cách điện PVC do LENS chế tạo

có thông số như sau:

Tên đường dây

Chiều dàiL(m)

Itt đi quadây(A) Dòng Icp(A)

Dây cáp được chọn

Rcáp

( )Từ… Đến thiết bị

Tiết diện F(mm2) r0( /km)

Hãng sảnxuất