Cung cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt

Mục Lục Trang Chương I: Giới thiệu chung về nhà máy 1 Chương II: Xác định phụ tải tính toán 3 I: Giới thiệu phương pháp tính, chọn phương pháp 3 II: Tính phụ tải tính toán cho các phân xưởng 3 III: Xác định phụ tải tính toán toàn nhà máy 4 IV: Biểu đồ phụ tải các phân xưởng 5 Chương III: Thiết kế mạng cao áp toàn nhà máy 8 I: Lựa chọn điện áp truyền tải từ hệ thống đến nhà máy 8 II: Chọn kiểu sơ đồ cung cấp điện 8 III: Chọn vị trí, số lượng, dung lượng MBA 9 IV: Các phương án đi dây trong mạng nhà máy 14 V: So sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các phương án 16 VI: Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh vận hành phương án 20 Chương IV: Tính toán ngắn mạch 23 I: Mục đính tính toán ngắn mạch và các giả thiết tinh toán 23 II: Chọn điểm tính ngắn mạch 23 III: Tính các thông số của sơ đồ thay thế 23 IV: Tính dòng ngắn mạch ba pha 25 V: Chọn và kiểm tra thiết bị 27 Muc Lục

Chơng I: Giới thiệu chung về nhà máy

Sơ đồ mặt bằng của toàn nhà máy:

5

67

8 Ban quản lý và phòng thí ngiệm 150

10 Phụ tải chiếu sáng các phân xởng Tính theo diện tích

8 Ban quản lý và phòng thí ngiệm 900 0,7 0,8 15

9 Kho vật liệu trung tâm 765 0,4 0,85 10Tra bảng, đối với nhà máy liên hợp dệt thì Tmax = 4500h, cosϕ = 0,76

Chơng II: Xác định phụ tải tính toán

I: Giới thiệu ph ơng pháp tính, chọn ph ơng pháp

Hiện nay có nhiều phơng pháp tính phụ tải tính toán Những phơng pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thì thờng cho kết quả không chính xác Ngợc lại, nếu độ chính xác đợc nâng cao thì phơng pháp lại phức tạp Vì vậy, tuỳ theo giai đoạn thiết kế, tuỳ theo nhu cầu cụ thể mà chọn phơng pháp tính cho phù hợp

Các phơng pháp tính phụ tải tính toán:

1 Tính phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

2 Tính phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

3 Tính phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

4 Tính phụ tải tính toán theo hệ số cực đại Kmax và công suất trung bình Ptb (còn gọi là phơng pháp số thiết bị hiệu quả)

Trong bài tập này, vì các phân xởng chỉ cho công suất đặt nên phụ tải tính toán đợc xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

II: Tính phụ tải tính toán cho các phân x ởng

Bộ phận sợi:

+ Công suất đặt : 2500 kW+ Diện tích : 1296 m2

Tra bảng ta có:

+ Hệ số nhu cầu knc = 0,65+ cosϕ = 0,8

+ Suất chiếu sáng p0 = 15 W/m2

Công suất tính toán động lực:

Pđl = knc Pđ = 0,65.2500 = 1625 kWCông suất tính toán chiếu sáng:

Pcs = p0 S = 15.1296 = 19,44 kWCông suất tính toán tác dụng của phân xởng:

Ptt = Pđl + Pcs = 1625 + 19,44 = 1644,44 kWCông suất tính toán phản kháng của phân xởng:

Qtt = Pđl tgϕ = 1625 0,75 = 1218,75 kVArCông suất tính toán toàn phần của phân xởng:

55 , 2055 8

, 0

44 , 1644 cos

III: Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

Ta lấy kđt = 0,85, đây là hệ số đồng thời, đặc trng cho khả năng xuất hiện phụ tải cực đại cùng một thời gian

Phụ tải tính toán tác dụng của nhà máy:

= 0,85 * 3850,9 = 3273,3 kWPhụ tải tính toán phản kháng của nhà máy:

ttnm k Q Q

= 0,85 * 2880 = 2448 kVAr

Phụ tải tính toán toàn phần của nhà máy:

2 ttnm

2 ttnm ttnm P Q

2

2 2448 3

3 , 3273 S

P cos

ttnm ttnm = =

=

IV: Biểu đồ phụ tải các phân x ởng

1: Xác định bán kính và góc chiếu sáng của biểu đồ phụ tải

Chọn tỉ lệ xích m = 5 kVA/mm2, từ đó ta tìm đợc bán kính của biểu đồ phụ tải:

π

m

S

R=

Trong đó R: bán kính của biểu đồ phụ tải

S: công suất tổng trở toàn phần của phân xởngGóc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ phụ tải đợc xác định nh sau:

tt

cs

cs P

P 360

=α

Bảng 3: Bán kính R và góc phụ tải chiếu sáng của các phân xởng

Biểu đồ phụ tải của nhà máy đợc vẽ trên hình 2:

5

67

8

9M(52,5 ; 53

200,7

152,5143,6

S

S x x

S

S y y

8 68 38,5 148,1

++

++

++

=

1 , 4874

5 , 152 5 , 104 7 , 200 112 5 , 260 5 , 96 4 , 385 5 , 84 8 , 1485 5 , 48 5 , 2055

.

31

x

1 , 4874

42 5 , 23 1 , 148 68 6 , 143 5 ,

+

=52 , 5

++

++

++

=

1 , 4874

5 , 152 5 , 22 7 , 200 5 , 40 5 , 260 5 , 58 4 , 385 5 , 58 8 , 1485 58 5 , 2055

.

58

y

1 , 4874

42 5 , 17 1 , 148 5 , 38 6 , 143

Chơng III: Thiết kế mạng cao áp toàn nhà máy

I: Lựa chọn điện áp truyền tải từ hệ thống đến nhà máy

Để xác định điện áp truyền tải trên đờng dây ta dùng công thức kinh nghiệm:

P 16 l 34 , 4

Trong đó:

U : điện áp truyền tải trên đờng dây (kV)

l : chiều dài đờng dây (km)

P : công suất tác dụng truyền tải trên đờng dây (MW)Khi tính điện áp truyền tải trên đờng dây, ta phải tính đến sự phát triển của nhà máy trong 5 đến 10 năm sau

St = Stt (1+αt)Trong đó:

St : phụ tải của nhà máy trong tơng lai (kVA)

Stt : phụ tải tổng trở của nhà máy tại thời điểm hiện tại (kVA)

α : hệ số tăng trởng phụ tải của nhà máy

t : thời gian xét (năm)Tra bẳng đối với nhà máy liên hợp dệt α = 0,04; ta xét trong 10 năm

Nh vậy ta có phụ tải của nhà máy trong 10 năm sau là:

St = (3273,3+j2448)(1+0,04.10) = 4582,62 + j3427,2 kVA

St = 4582 , 62 2 +3427 , 2 2 = 5722 , 42 kVAVới l = 10 km, P=4,583 MW, thay vào công thức tính điện áp ta có:

583 , 4 16 10 34 , 4

= 39,62 kV

Ta chọn cấp điện áp truyền tải từ hệ thống về nhà máy là Uđm = 35kV

II: Chọn kiểu sơ đồ cung cấp điện

Với nhà máy không có nhà máy điện tự dùng ta có các sơ đồ cung cấp

điện cho nhà máy nh sau:

Ta thấy nếu dùng sơ đồ dẫn sâu từ mạng 35kV xuống điện áp 0,4kV thì

có lợi là giảm đợc tổn thất nhng chi phí cho các thiết bị cao Loại sơ đồ này phù hợp với các xí nghiệp có các phân xởng cách xa nhau (Hình a,b)

Nếu dùng sơ đồ trạm biến áp trung tâm 35/10kV cấp điện cho các biến

áp phân xởng 10/0,4kV thì chi phí cho các thiết bị thấp và với loại hình phân ởng đặt gần nhau thì tổn thất không lớn (Hình c)

x-Do cấp điện áp từ hệ thống cấp cho nhà máy là 35kV, các phân xởng đặt gần nhau nên ta chọn sơ đồ c

III: Chọn vị trí, số l ợng, dung l ợng MBA

1: Chọn vị trí TBA

a: TBA trung tâm

TBA trung tâm nhận điện từ hệ thống có điện áp 35kV, biến đổi thành

điện áp 10kV, phân phối cho các phân xởng

TBA trung tâm phải đảm bảo:

+ Gần trung tâm phụ tải+ Không cản trở giao thông đi lạiTrạm biến áp đặt vào tâm phụ tải điện, nh vậy độ dài mạng phân phối cao áp, hạ áp sẽ đợc rút ngắn, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ cung cấp

điện đảm bảo hơn

Trọng tâm của phụ tải là: (52,5;53,9)

Di chuyển ra khoảng trống, ta chọn vị trí của TBA trung tâm tại M(52,5;51).

Trạm biến áp phân xởng làm nhiệm vụ biến đổi từ điện áp xí nghiệp 10kV xuống điện áp phân xởng 0,4kV cung cấp cho các phụ tải động lực và chiếu sáng của phân xởng

Kinh nghiệm tính toán và vận hành cho thấy là trong một trạm biến áp chỉ cần đặt một máy biến áp là tốt nhất, khi cần thiết có thể đặt hai máy, không nên đặt quá hai máy

Trạm một máy biến áp có u điểm là tiết kiệm đất đai, vận hành đơn giản trong hầu hết các trờng hợp, có chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất nh-

ng có nhợc điểm là mức đảm bảo an toàn cung cấp điện không cao khi máy bị

sự cố

Trạm hai máy biến áp thờng có lợi về kinh tế hơn so với các trạm ba máy và lớn hơn, độ an toàn cung cấp điện đợc đảm bảo

Khi thiết kế để quyết định chọn đúng số lợng máy biến áp cần phải xét

đến độ tin cậy cung cấp điện

TBA cung cấp điện cho các hộ loại I,II dùng 2 MBA, các hộ loại III dùng

1 MBA

a: TBA trung tâm

TBA trung tâm cấp điện cho toàn xí nghiệp nên ta dùng 2 MBA

b: TBA phân x ởng

Việc lựa chọn số lợng MBA cho các phân xởng đợc căn cứ vào loại phụ tải của phân xởng đó.

Hộ phụ tải loại II gồm:

+ Bộ phận sợi+ Bộ phận dệt+ Bộ phận nhuộm+ Phân xởng là+ Phân xởng mộc+ Trạm bơm+ Kho vật liệu trung tâm

Hộ phụ tải loại III gồm:

+ Phân xởng sửa chữa cơ khí+ Ban quản lý và phòng thí nghiệmCăn cứ vào vị trí, công suất tính toán, mức độ an toàn cung cấp điện của các phân xởng, ta đề ra 2 phơng án TBA phân xởng nh sau:

Phơng án 1:

+ Trạm 1 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận sợi+ Trạm 2 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận dệt+ Trạm 3 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận nhuộm, PX là+ Trạm 4 (2MBA): cung cấp điện cho PX mộc, Trạm bơm+ Trạm 5 (1MBA):cung cấp điện cho Ban quản lý và PTN,PXSCCK+ Trạm 6 (2MBA): cung cấp điện cho Kho vật liệu trung tám

Phơng án 2:

+ Trạm 1 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận sợi+ Trạm 2 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận dệt+ Trạm 3 (2MBA): cung cấp điện cho Bộ phận nhuộm, PX là+ Trạm 4 (2MBA): cung cấp điện cho PX mộc,Trạm bơm,Kho VLTT+ Trạm 5 (1MBA):cung cấp điện cho Ban quản lý và PTN,PXSCCK

Chọn công suất máy biến áp đảm bảo độ an toàn cung cấp điện (A.T.C.C.Đ) Máy biến áp đợc chế tạo với các cỡ tiêu chuẩn nhất định, việc lựa chọn công suất máy biến áp không những đảm bảo độ an toàn cung cấp điện,

đảm bảo tuổi thọ của máy mà còn ảnh hởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của sơ đồ cung cấp điện

Các máy biến áp của các nớc đợc chế tạo với các định mức khác nhau về nhiệt độ môi trờng xung quanh, vì vậy khi dùng máy biến áp ở những nơi có

điều kiện khác với môi trờng chế tạo cần tiến hành hiệu chỉnh công suất định mức của máy biến áp

Điều kiện chọn công suất máy biến áp:

+ Nếu trạm có 1 MBA: SđmBA ≥ Stt

+ Nếu trạm có 2 MBA: SđmBA ≥ Stt/2

SđmBA ≥ Ssc/kqt

Trong đó:

+ SđmBA: công suất định mức của MBA (kVA)+ Stt:công suất tính toán của phân xởng (kVA)+ Ssc: công suất MBA cần phải truyền tải khi sự cố hỏng 1 MBA+ kqt: hệ số quá tải sự cố của MBA, kqt = 1,4

Ta chọn các MBA do Việt Nam chế tạo, không cần điều chỉnh nhiệt độ.a: TBA trung tâm:

Ta dùng công suất tính toán trong tơng lai để tính toán St = 5722 kVA

Do phụ tải loại I,II trong nhà máy và các phân xởng chỉ chiếm khoảng 70% phụ tải của toàn phân xởng nên ta lấy:

Ssc = 70%.St = 0,70.5722 = 4005,4 kVA

2

5722 2

4 ,

4005 4

, 1

Khi sù cè Ssc = 0,70.2055,5 = 1438,85 kVA

2

5 ,

2055 2

85 ,

1438 4

, 1

S

dmBA ≥ = = kVAVËy ta chän MBA cã S®m = 1200 kVA (§Æt nhµ s¶n xuÊt)

9 Kho vật liệu trung tâm 42

IV: Các ph ơng án đi dây trong mạng nhà máy

Trạm biến áp trung tâm của xí nghiệp sẽ đợc lấy điện từ hệ thống bằng

đờng dây trên không, dây nhôm lõi thép, lộ kép Ta dùng công suất tính toán trong tơng lai để tính

Với dây AC, Tmax = 4500, tra bảng ta có Jkt = 1,1

Dòng điện kinh tế chạy trên đờng dây:

2 , 47 35 3 2

42 , 5722 U

3 2

S I

Chọn dây AC thiết diện tiêu chuẩn gần nhất 50 mm2 có Icp =220 A

Khi sự cố đứt một mạch của đờng dây thì dòng điện chạy trên đờng dây là:

2

10 392 , 0 2 , 3427 10

27 , 0 62 , 4582 U

QX PR U

35 05 , 0 U

% 5 U

Để đảm bảo an toàn, đảm bảo không gian và mỹ quan cho xí nghiệp mạng cao áp đợc dùng cáp ngầm

Căn cứ vào vị trí các trạm biến áp phân xởng và trạm biến áp trung tâm trên mặt bằng, đề ra 3 phơng án đi dây mạng cao áp

Phơng án 1:

1 2 3 4

5

6 7

8

9

Nguån ®iÖn B1

8

9

Nguån ®iÖn B1

1 2 3 4

5

6 7

8

9

Nguồn điện B1

B2

B3

B4

V: So sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các ph ơng án

Mục đích tính toán trong phần này là so sánh tơng đối giữa hai phơng

án, chỉ cần so sánh những phần khác nhau giữa ba phơng án Ba phơng án đều

có các phần giống nhau nh: đờng dây cung cấp điện từ hệ thống về TBA trung tâm, 5 TBA phân xởng B1, B2, B3, B4, B5, vì thế ta chỉ so sánh phần cáp cao

áp từ TBA trung tâm đến TBA phân xởng và phần cáp hạ áp khác nhau giữa các phơng án, tức là đờng cáp từ TBA B4 dến Kho Vật liệu trung tâm, và TBA B6 Dự định dùng cáp XLPE lõi đồng bọc thép của h ng FURUKAWA NhậtãBản chế tạo

Chọn cáp từ TBA trung tâm đến các TBA phân xởng đợc dùng cáp đồng 10kV, 3 lõi cách điện XLPE đai thép vỏ PVC

Vì các đờng dây cung cấp điện trong nhà máy thờng ngắn nên chúng

đ-ợc chọn theo điều kiện kinh tế (tức mật độ dòng điện kinh tế)

Với nhà máy liên hợp dệt có Tmax = 4500h, cáp đồng, tra bảng có Jkt = 3,1 A/mm2

a: Tính vốn đầu t đ ờng dây K1

Từ TBA trung tâm đến các TBA phân xởng B1; B2; B3; B4; B6 dùng cáp

lộ kép, đến trạm B5 dùng cáp lộ đơn

Chọn cáp từ TBA trung tâm đến TBA B1:

3 , 59 10 3 2

5 , 2055

1 , 19 1 , 3

3 , 59

Chọn cáp XLPE có thiết diện tối thiểu 25 mm2 : 2 XLPE (3x25)

Các đờng cáp khác đợc chọn tơng tự nh trên, vì cáp đ đã ợc chọn vợt cấp nên không cần kiểm tra ∆U và Icp

Bảng 6: Kết quả chọn cáp cao áp 10kV cho phơng án 1

Đờng cáp S (kVA) F (mm2) l (m) Đơn giá (đ/m) Thành tiền (đ)

2

tt R 10 U

5 , 2055

= 69 774 690 ®

Chän c¸p t¬ng tù nh ph¬ng ¸n 1, ta cã:

B¶ng 8: KÕt qu¶ chän c¸p cao ¸p 10kV cho ph¬ng ¸n 2

§êng c¸p S (kVA) F (mm2) l (m) §¬n gi¸ (®/m) Thµnh tiÒn (®)

= 69 052 440 ®

Chän c¸p t¬ng tù nh ph¬ng ¸n 1, ta cã:

B¶ng 10: KÕt qu¶ chän c¸p cao ¸p 10kV cho ph¬ng ¸n 3

§êng c¸p S (kVA) F (mm2) l (m) §¬n gi¸ (®/m) Thµnh tiÒn (®)

∑∆P1 = 12,753 kW

Chi phí tính toán hàng năm của phơng án 1 là:

Z1 = (0,1+0,2)44 034 000 + 750 12,753 3000 = 13 210 200 + 28 684 250

= 41 894 4500 đ

Các tuyến cáp đ chọn vã ợt cấp, các TBAPX rất gần TBATT, các phơng

án coi nh điều kiện tổn thất điện áp đ đạt yêu cầu và không đem so sánh nữa.ã

Phía hạ áp (10kV) của TBA phân xởng sử dụng hệ thống một thanh góp gồm hai phân đoạn, chúng đợc liên hệ với nhau bằng máy cắt liên lạc (MCLL)

Các máy cắt cấp 10kV đợc sử dụng máy cắt hợp bộ

Trên mỗi phân đoạn của thanh góp ta đặt các biến điện áp 3 pha 5 trụ ( BU )

Phía cao áp (10kV) TBA phân xởng dùng tủ cầu dao- cầu chì trọn bộ

Phía hạ áp (0,4kV) của TBA phân xởng đặt Aptomat tổng (AT) và các Aptomat nhánh, trạm 2 MBA ta đặt thêm Aptomat liên lạc (ATLL).

Khi sự cố hay sửa chữa thanh cái của phân đoạn nào thì các MC nối với phân đoạn đó đợc cắt ra

b1 b2 b3 b4 b5

sơ đồ nguyên lý mạng cao áp nhà máy

TG 10kV MCLL

35kV

Chơng IV: Tính toán ngắn mạch

I: Mục đích tính toán ngắn mạch và các giả thiết tính toán

Mục đích tính ngắn mạch là để chọn và kiểm tra các thiết bị

Do tính toán để chọn thiết bị không đòi hỏi độ chính xác cao nên có thể dùng những phơng pháp gần đúng và ta có số giả thiết sau:

+ Cho phép tính gần đúng điện kháng hệ thống qua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn vì không biết cấu trúc của hệ thống

+ Khi lập sơ đồ tính toán ta bỏ qua những phần tử mà dòng ngắn mạch không chạy qua và các phần tử có điện kháng không ảnh hởng đáng kể

nh máy cắt, dao cách ly, aptomat,

+ Mạng cao áp có thể tính hoặc không tính đến điện trở tác dụng Các hệ thống cung cấp điện ở xa nguồn và công suất là nhỏ so với hệ thống

điện quốc gia, mạng điện tính toán là mạng điện hở, một nguồn cung cấp cho phép ta tính toán ngắn mạch đơn giản trực tiếp trong hệ thống có tên

+ Mạng hạ áp thì điện trở tác dụng có ảnh hởng đáng kể tới giá trị dòng ngắn mạch, nếu bỏ qua trong tính toán sẽ phải sai số lớn dẫn đến chọn thiết bị không chính xác

II: Chọn điểm tính toán ngắn mạch

Để chọn khí cụ điện cho cấp 35kV, ta cần tính cho điểm ngắn mạch N1

tại thanh cái cao áp TBA trung tâm 35/10kV để kiểm tra máy cắt và thanh góp

ở đây, ta lấy SN = Scắt của máy cắt đầu nguồn

Để chọn khí cụ điện cho cấp 10kV :

+ Phía hạ áp của TBA trung tâm, cần tính điểm ngắn mạch N2 tại thanh cái 10kV của trạm để kiểm tra máy cắt, thanh góp

+ Phía cao áp trạm biến áp phân xởng, cần tính cho điểm ngắn mạch N3 để chọn và kiểm tra cáp, tủ cao áp các trạm

III: Tính các thông số của sơ đồ thay thế

Sơ đồ thay thế:

Các thông số của sơ đồ:

+ điện kháng hệ thống:

N

2 tb HT

S

U

Trong đó Utb: điện áp trung bình của mạng điện cao áp

SN : công suất của máy cắt cao ápMáy cắt đầu đờng dây trên không là loại SF6, ký hiệu 8DB10 có Uđm=36kV, Iđm = 2500 A, Icđm = 31,5 kA

7 , 0 5 , 31 35 3

5 , 36

dm

2 dm N

S

U P

3 2

2

10 3200

35 5 , 11

=

=1,38 Ω

10 S

U

% U X

dm

2 dm N

BA =

3

2

10 3200

35 07 , 0

5 , 36 Z

3

U

2 2

1

++

=

∑

kADòng điện ngắn mạch xung kích:

5 , 36 Z

3

U

2 2

2

+++

+

=

∑

kADòng điện ngắn mạch quy đổi về phía 10kV:

IN2(10kV) = IN2(35kV).10 , 5

5 , 36

=0,67.10 , 5

5 , 36

=2,31 kADòng điện ngắn mạch xung kích:

Đờng dây TBATT-B1: ZĐD = 0,07+j8,26.10-3 Ω

Quy đổi điện trở đờng dây cáp về phía điện áp 35kV:

5 , 36 (

07 , 0 ) U

U ( R

tbh

tbc ) kV 10 ( 2 DD )

kV 35 ( 2 DD

5 , 36 (

00826 ,

0 ) U

U ( X

tbh

tbc ) kV 10 ( 2 DD )

kV 35 ( 2 DD

Dòng điện ngắn mạch chạy trên đờng dây:

IN3 = I’’N3= I∞

) 1 , 0 8 , 26 7 , 0 92 , 3 ( ) 85 , 0 38 , 1 7 , 2 ( 3

5 , 36 Z

3

U

2 2

3

++

++

++

=0,66.10 , 5

5 , 35

V: Chän vµ kiÓm tra thiÕt bÞ

qd

tt

Chän m¸y c¾t SF6 lo¹i 8DB10 do SIEMENS chÕ t¹o cã b¶ng th«ng sè sau:

Lo¹i U®m (kV) I®m (A) I®mC (kA) I«®.® (kA)

Lo¹i U®m (kV) I®m (A) INt (kA) INmax (kA)