Đồ án môn học Cung cấp điện Thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí

Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi là phụ tải tính toán.. tính toán là phụ tải gần đúng chỉ dùng để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐÔ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Cung Cấp Điện

Họ và tên : Đỗ Hữu Minh (mã sinh viên:1300117)

Nguyễn Văn Lượng

Nguyễn Xuân Minh

Lớp: ĐH Điện K5, nghành học : Công nghệ kỹ thuật điện.

Tên đề tài : Thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí.

Số liệu cơ bản (các số liệu trong phụ lục kèm theo Động cơ các máy công tắcđều là động cơ 3 pha ) Diện tích chiếm chỗ một máy công tác là 3x3=9 m2 Trạm biến

áp 22/0,4 kV đặt trong nhà

Nội dung nhiệm vụ :

- Xác định phụ tải tính toán (động lực và chiếu sáng) cho phân xưởng

- Lập sơ đồ và thiết kế mạng điện cung cấp cho toàn phân xưởng

- Thiết kế trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV cấp điện cho phân xưởng

- Kiểm tra tổn thất điện áp lớn nhất, xác định tổn thất công suất và chi phíđiện năng cho phân xưởng, biết phân xưởng làm việc với Tmax=

4500h/năm

- Tính chiếu sáng cho phân xưởng, đảm bảo độ rọi E = 80lx

Phụ tải phân xưởng sửa chữa cơ khí

lượng

1 máy Tổng Nhóm 1

1 Máy tiện ren 1 4,5 4,5 11,4

- Thuyết minh tính toán : 01 quyển.

- Bản vẽ: Các phương án cấp điện; Sơ đồ mạng điện động lực và chiếu sáng; Sơ

đồ nguyên lý và sơ đồ kết cấu trạm biến áp phân xưởng

Phụ lục

Phụ lục hình ảnh:

Chương I: II 3: Hình 1: Minh họa các đại lượng Ptt,Ptb,Pđm

Chương II: I 1: Hình 2: Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện từ MBA.

Chương II: I 3 3.12: Hình 3: Sơ đồ cấp điện hình tia.

Chương IV: V 4 4.12: Hình 4: Sơ đồ phân bố công suất trong xí nghiệp cơ khí.

Chương VII: III: Hình 8: Sơ đồ nguyên lý chiếu sáng phân xưởng cơ khí.

Phụ lục bảng:

Chương I: III: Bảng 1: Thống kê danh sách các phụ tải của phân xưởng cơ khí.

Chương IV: II 1: Bảng 2: Bảng chọn mật độ dòng kinh tế.

Chương IV: III: Bảng 3: Số liệu tính toán tiết diện dây dẫn.

Chương IV: III 3: Bảng 4: Cáp từ tủ phân phối đến các tủ động lực.

Chương IV: V 4 4 4: Bảng 5: Bảng chọn các thông số tụ bù.

Bảng 6: Lựa chọn dây dẫn

Bảng 7: Bảng chọn áptômát đầu ra cho tủ động lực

Bảng 8: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm I

Bảng 9: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm II

Bảng 10: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm III

Bảng 11: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm IV

Bảng 12: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm V

Bảng 13: Bảng tính chọn áptômát cho từng máy nhóm VI

Chương V: III: Bảng 14: Bảng tra cứu các máy phát điện.

Lời Mở Đầu

Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thànhcác dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hóa, …) dễ dàng truyền tải và phân phối Chính

vì vậy điện năng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con

người Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp, là điều kiệnquan trọng trong phát triển đô thị và các khu vực dân cư Ngày nay nền kinh tế nước tađang từng bước phát triển, đời sống nhân dân đang từng bước được nâng cao, cùng vớinhu cầu đó thì nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch

vụ và sinh hoạt cũng từng bước phát triển không ngừng Đặc biệt với chủ trương kinh

tế mới của nhà nước, vốn nước ngoài tăng lên làm cho các nhà máy, xí nghiệp mớimọc lên càng nhiều

Do đó đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinhhoạt Để làm được điều này thì nước ta cần phải có một đội ngũ con người đông đảo

và tài năng để có thể kế thừa, đưa ứng dụng công nghệ điện vào trong đời sống Sau

khi học môn Cung Cấp điện, em được giao đề tài đồ án: “ Thiết kế cấp điện cho phân xưởng cơ khí”

Tuy nhiên chúng em đã thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn

Khắc Tiến nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế, nên có đôi phần thiếu sót Chúng

em rất mong sự đóng góp ý kiến, sự phê bình và sửa chữa từ các quý thầy cô và cácbạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương I :Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng

I Khái niệm về phụ tải điện:

Phụ tải điện là số liệu đầu tiên quan trọng nhất để tính toán thiết kế hệ thốngcung cấp điện Xác định phụ tải điện quá lớn so với thực tế sẽ dẫn đến chọn thiết bịquá lớn làm tăng vốn đầu tư Xác định phụ tải điện quá nhỏ sẽ bị quá tải gây cháy nổ

hư hại công trình làm mất điện

Xác định chính xác phụ tải điện là việc làm khó Công trình điện thường phảithiết kế lắp đặt trước khi có đối tượng sử dụng điện Ví dụ, cần thiết kế và lắp đặt trạmbiến áp trung gian để cấp điện cho khu chế xuất ngay từ giai đoạn xây dựng cơ sở hạtầng(đường giao thông, điện nước) sau đó mời các xí nghiệp vào mua đất xây dựngnhà máy Khi thiết kế lắp đặt đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian cấp điệncho khu chế xuất người thiết kế chỉ biết các thông tin rất ít : Diện tích khu chế xuất vàtính chất của các xí nghiệp sẽ xây dựng tại đó (công nghiệp nặng,nhẹ)

Phụ tải cần xác định trong giai đoạn tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện gọi

là phụ tải tính toán Cần lưu ý phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế Phụ tải

tính toán là phụ tải gần đúng chỉ dùng để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện, cònphụ tải thực tế là phụ tải chính xác có thể xác định được bằng đồng hồ đo điện trongquá trình vận hành.

Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện Cần căn cứ vào lượng thông tin thunhận được qua từng giai đoạn thiết kế để lựa chọn phương pháp phù hợp Càng nhiềuthông tin về đối tượng sử dụng càng lựa chọn được phương án chính xác

- Khi thiết kế và vận hành hệ thống điện cung cấp cho xí nghiệp chú ý 3 thông số

VD : Xí nghiệp luyện kim, xí nghiệp hóa chất, cơ quan nhà nước…

Đối với loại này phải có 2 nguồn độc lập hoặc có nguồn dự phòng

+ Hộ tiêu thụ loại 2 : Là những hộ ngừng cung cấp điện dẫn đến thiệt hại vềkinh tế do ngừng sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí lao động

VD : Nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm công nghệ nhẹ…

Đối với loại này hoặc không có thêm nguồn dự phòng thuộc vào sự so sánhgiữa vốn đầu tư và hiệu quả kinh tế khi ngừng cung cấp điện Cho phép mất điện 1 đến

2 giờ

+ Hộ tiêu thụ loại 3 : Là tất cả các hộ tiêu thụ còn lại, ngoài hộ loại 1 và 2, chophép cung cấp điện tin cậy cho phép thấp nghĩa là cho phép mất điện trong thời giansửa chữa khắc phục sự cố, cho phép từ 4 đến 5 giờ.

b Những yêu cầu cần thiết trong cung cấp điện:

- Độ tin cậy cung cấp điện: tùy thuộc vào loại hộ tiêu thụ trong điều kiện chophép ta cố gắng chọn phương án độ tin cậy càng cao

- Chất lượng điện: Đánh giá bằng tần số và điện áp Tần số do cơ quan hệ thốngđiện điều chỉnh Do đó người thiết kế chỉ quan tâm đến chất lượng điện áp Nóichung điện áp ở cao thế và trung thế chỉ có thể giao động quanh giá trị ± 5%điện áp định mức

- An toàn trong cung cấp điện : Hệ thống cung cấp điện phải vận hành với người

và thiết bị Do đó phải chọn hồ sơ hợp lý, mạch lạc, rõ ràng

- Kinh tế : So sánh đánh giá thông qua tính toán từ đó chọn phương án hợp lý íttốn kém

2 Xác định phụ tải tính toán:

Hiện nay có nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán Thông thườngnhững phương pháp đơn giản thì cho kết quả không chính xác, ngược lại muốn độchính xác cao thì phương pháp tính toán lại phức tạp Do vậy, phải biết cân nhắc đểlựa chọn phương pháp tính cho phù hợp

Nguyên tắc chung để tính toán phụ tải là tính từng thiết bị dùng điện trở

ngược về phía nguồn

Mục đích của việc tính toán phụ tải:

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới điện cung cấp một cách kinh tế

- Chọn số lượng và công suất máy biến áp hợp lý

- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối có tính kinh tế

- Chọn các thiết bị chuyển mạch bảo vệ hợp lý

Sau đây là một số phương án tính toán :

2.1 Xác định phụ tải theo công suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm:Đối với các hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, phụ tảitính toán được lấy bằng giá trị trung bình của các phụ tải lớn nhất, hệ số đóng điện củacác hộ tiêu thụ này bằng 1, còn hệ số phụ tải thay đổi rất ít Phụ tải tính toán được tínhtheo công suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm, khi cho trước tổng sảnphẩm sản xuất trong một khoảng thời gian

Tca: Thời gian của ca phụ tải lớn nhất

W0: Suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm(kwh/1đvsp)

Khi biết W0và tổng sản phẩm sản xuất trong năm M của phân xưởng hay xínghiệp, phụ tải tính toán sẽ là :

max

tt

M P T



Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Được sử dụng tính toán đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải ít biến đổi nhưquạt gió, bơm nước … Khi đó = kết quả tương đối chính xác

2.2 Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải trên một đơn vị diệntích sản phẩm:

0

tt

P P F

F: Diện tích bố trí nhóm hộ tiêu thụ

P0 : Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất là m2, kw/m2

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng Nó được dùng để tính các phụ tảiphân xưởng Có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều

2.3 Xác định phụ tải theo công suất đặt:

3 Xác định đồ thị phụ tải theo hệ số K max và công suất trung bình P tb :

Phụ tải tính toán cho một nhóm n máy xác định theo công thức căn cứ vào côngsuất trung bình Pttvà hệ số cực đại Kmax

Ptt– Công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho

Ksd– Hệ số sử dụng, tra bảng 1.1 trang 225 Giáo trình Cung cấp điện, ví dụ vớinhóm máy gia công kim loại ( tiện, cưa, khoan, bào ) của phân xưởng cơ khí trađược Ksd= 0,2 – 0,4

Cosφ – Hệ số suất của nhóm máy gia công Cosφ = 0,6 – 0,7

Hình 1 Minh họa các đại lượng Ptt,Ptb,Pdm.

Kmaxhệ số cực đại, tra bảng 1.4 trang 227 Giáo trình Cung cấp điện (theo nhqvà ksd) , nhqlà số thiết bị dùng hiệu quả, nếu số thiết bị giả thuyết cócông suất bằng nhau, có cùng chế độ làm việc và gây ra 1 phụ tải tính toán đúnggần bằng phụ tải tính toán do nhóm thiết bị thực tế gây ra

Ý nghĩa thực tế của nhqlà ở chỗ : một nhóm máy bất kỳ bao gồm nhiềumáy có công suất khác nhau, đặc tính kỹ thuật khác nhau, chế độ làm việc, quátrình công nghệ khác nhau rất khó tính toán phụ tải điện Người ta đưa vào đạilượng trung gian nhqnhằm giúp cho việc xác định phụ tải điện của nhóm máy

dễ dàng tiện lợi mà sai số phạm phải là cho phép

Các bước xác định như sau :

- Xác định n1– Số động cơ có công suất lớn hơn hoặc bằng 1 nửa công suất động

cơ lớn nhất

Xác định P1- Công suất của n1động cơ trên

1 1 1

- Xác định nhqtheo biểu thức:

nhq= n nhq*

4 Tính toán đỉnh nhọn :

Phụ tải đỉnh nhọn kéo dài từ 1 đến 2 giây thì được họi là phụ tải đỉnh nhọn

Phụ tải đỉnh nhọn thường được tính dưới dòng đỉnh nhọn Iđn Dòng điện nàydùng để kiểm tra độ lệch điện áp, chọn các thiết bị bảo vệ tính toán khởi động củađộng cơ

Đối với 1 máy : Iđn= Imax= Kmin.Iđm

Kmin: Hệ số máy của động cơ

Đối với động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc Kmin= 5 ÷ 7

Đối với động cơ điện một chiều hoặc roto dây quấn Kmin= 2,5

Đối với lò điện Kmin=1

Lò điện hồ quang và máy biến áp hàn Kmin= 3

Đối với nhóm máy lò điện đỉnh nhọn xuất hiện khi có dòng mở máy lớnnhất trong nhóm máy:

dm

S I

U

 Với kd là hệ số đóng điện

III Xác định phụ tải tính toán phân xưởng

Căn cứ vào số liệu phụ tải đã cho trong các nhóm trên sơ đồ ta lập được bảngphụ tải phân xưởng như sau:

Bảng 1: Thống kê danh sách các phụ tải của phân xưởng cơ khí

lượng

1 máy Tổng Nhóm I

- B1: Xác định số thiết bị của 1 nhóm và công suất của nhóm.

Tổng công suất của nhóm 1 : P1= 99,05kW

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P13 = P18 =

n n n

47, 54

124, 76(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

Tổng công suất của nhóm 1 : P2= 92,5kW

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P24= 25,2kW

110, 69(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

Tổng công suất của nhóm 1 : P3= 20,6kW

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P33= 4,5kW )

Từ ksdvà nhqtra bảng ( Bảng 1.4 trang 227 sách Giáo trình Cung cấp điện NinhVăn Nam) Ta có kmax= 1,88

11, 62

30, 5(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

Tổng công suất của nhóm IV : P4 = 95kW

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P41= P43=

Đối với xưởng cơ khí nhóm lò điện làm việc lien tục tra bảng ( Bảng 1.1 trang

225 sách Giáo trình Cung cấp điện Ninh Văn Nam ) Ta có ksd= 0,7 ; cosφ = 0,9 ; tanφ

85, 79

225,14(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P51= 20kW )

55, 79

146, 41(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

Tổng công suất của nhóm 1 : P1= 22,5kW

Thiết bị có công suất lớn nhất là máy tiện tự động và phay đứng ( P53= 15kW )

14, 45

37, 92(A)

3 cos 3.0, 4.0, 55

tt tt

dm

P I

- Tra bảng với phân xưởng cơ khí phụ tải chiếu sáng là P0= 15W/m2

- Diện tích của phân xưởng: S = S1 n = 9 70 = 630 m2

Trong đó: S1: là diện tích chiếm chỗ trung bình của một máy công tác

n: Tổng số máy công tác trong phân xưởng

Vậy công suất chiếu sáng cho toàn bộ xưởng là:

0.S 15.630 9, 45(kW)

csx

P P  

- Ngoài chiếu sáng chung ra cần trang bị thêm mỗi máy công tác 1 đèn sợi đốtcông suất 100W ( trừ quạt) Như vậy cần thêm 69 bóng Pcsm=69.0,1=6,9(kW)

-Vậy tổng công suất chiếu sáng là: Pcst= 9,45 + 6,9 = 16,35 (kW)

-Bố trí đèn trong khu vực theo dãy

C Phụ tải tính toán của các thiết bị trong phân xưởng:

Phụ tải tác dụng của phân xưởng:

I Khái quát chung

Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ đi dây là một bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấpđiện Đây là bước quan trọng trong quá trình thiết kế, bởi có thiết kế được sơ đồ đi dâygọn nhẹ, tiết kiệm thì mới đảm bảo được các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật Căn cứ vào các

sơ đồ nguyên lý mà ta có phương hướng chọn dây dẫn, dây cáp cho phù hợp

 Sơ đồ nối dây mạng điện áp thấp

Mạng điện áp là mạng động lực hoặc chiếu sáng trong phân xưởng với cấp điện

 So sánh 2 dạng mạng nối dây hình tia và phân nhánh:

Sơ đồ cung cấp điện bằng đường dây chính có độ tin cậy kém hơn so với hìnhtia

Sơ đồ cấp điện bằng đường dây chính rẻ tiền hơn hình tia

Sơ đồ cung cấp điện bằng đường dây chính có dòng ngắn mạch lớn hơn so vớihình tia, tổn thất điện áp nhỏ hơn

Từ MBA có các đường dây cung cấp điện cho các thanh cái, từ các thanh cái cócác đường dây cung cấp điện cho các tủ động lực hoặc tải có công suất lớn Nhờ có hệthống thanh cái nên được dùng cho tải có công suất lớn, tổn hao nhỏ và thường dùngcho phân xưởng có phụ tải phân bố tương đối đều

1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đi dây trong phân xưởng

- Để đảm bảo việc cấp điện liên tục nên ta phải thêm 1 máy phát điện cho phânxưởng

c.Các thiết bị sử dụng trong sơ đồ nguyên lý

- Cầu dao cách ly

- Chống sét van

- Cầu chì cao áp

- Aptomat

- Máy biến áp nối theo kiểu Y/Y0, sơ đồ Y thứ cấp Y0

- Máy biến dòng TI

Giải thích thiết bị dùng trong trạm:

 Cầu dao cách ly chỉ được phép đóng cắt khi không tải, sau khi cắt phảiđóng về bộ phận tiếp đất để đảm bảo an toàn cho công nhân vận hành, sửa chữa khi có

sự cố

- Cầu chì cao áp dùng để bảo vệ ngắn mạch

- Aptomat có nhiệm vụ đóng, cắt mạch điện và bảo vệ quá tải, ngắn mạch

- Chống sét van, dùng để chống song quá điện áp truyền từ đường dây vào trạmbiến áp

- Máy biến dòng có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ (5A) cung cấp cho phụ tải và các thiết bị đo lường

- Thanh cái để phân phối điện đến các lưới hạ áp

Sơ đồ của trạm có 1 máy biến áp có:

- Ưu điểm:

Sơ đồ có kết cấu đơn giản

Thiết bị rẻ tiền và vốn đầu tư ít

2 Chọn dung lượng MBA và số lượng MBA

Một số phương pháp xác định công suất MBA như sau:

- Xác định công suất MBA theo mật độ phụ tải:

+Mật độ phụ tải được xác định:

2(kVA/ m ).c os

p F

Trong điều kiện làm việc sự cố MBA hoặc sự cố đường dây: Trong điều kiện khi

có sự cố ở trạm có nhiều MBA mà 1 MBA có sự cố hoặc sự cố đường dây lân cậncung cấp đến 1 MBA:

Trạm 1 MBA: Kqt.Sđm≥ Ssc

Trạm n MBA: ( n-1 ).Kqt.Sđm≥ Ssc

Trong đó Kqt: Hệ số quá tải MBA

Sđm: Công suất mức của MBA

Ssc: Phụ tải của trạm cần truyền tải khi có sự cốMột cách gần đúng: Kqt= 1,4 với điều kiện hệ số phụ tải của máy móc trước sự

cố không quá 0,93 và quá tải không quá 5 ngày đêm và mỗi ngày không 6h khi chọncống suất MBA cần chú ý hiệu quả theo môi trường (thường là các máy do liên xô chếtạo):

Nhiệt độ trung bình trong năm : 5 C0

Nhiệt độ lớn nhất trong năm: 35 C0

Khi nhiệt độ môi trường làm việc lớn hơn 0

5 C

 phải hiệu chỉnh lại

Căn cứ vào điều kiện chọn MBA, với phân xưởng cơ khí số 2 này, ta chọn MBA

Để xác định dung lượng và số lượng MBA ta cần phải tiến hành tính toán kinh tế

kĩ thuật cho nhiều phương án, sau đó chọn phương án tối ưu nhất

Tổn hao điện năng được xác định theo công thức:

' '

N dmMBA

P0: tổn thất công suất không tải của máy biến áp được ghi trên nhã máy

Kkt: Hệ số dung lượng kinh tế thường chọn Kkt= 0,05 (kW/kVA)

t là thời gian sử dụng MBA trong một năm t=8760 giờ

 :thời gian tổn thất công suất lớn nhất

I :dòng điện không tải của MBA

SđmMBA: Dung lượng định mức của máy biến áp

n: Số lượng MBA mắc song song

t: thời gian sử dụng MBA trong một năm t=8760 giờ

 : thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Thời gian tổn thất công suất lớn nhất :  (0, 0124 4500.10 ) 8760 1873 4 2  giờ.Dựa vào phụ tải toàn phân xưởng là: Sttpx= 334,62 kVA ta đưa ra nhiều phương

án lựa chọn máy biến áp sao cho phù hợp theo tiêu chuẩn:

- Có các thông số kĩ thuật sau:

 Công suất định mức: SđmMBA= 400 kVA

 Điện áp định mức sơ cấp 22kV

 Tổn hao không tải ΔP0 = 840 W

 Dòng điện không tải I0% = 2%

 Tổn hao ngắn mạch ở 750C: ΔPN= 5,75 kW

 Điện áp ngắn mạch: UN% = 4Với các thông số trên ta áp dụng kiểm tra các tổn thất của MBA

U S

Q

(kVAr)Tổn thất công suất tác dụng lúc ngắn mạch:

- Có các thông số kĩ thuật sau:

 Công suất định mức: SđmMBA= 180 kVA

 Điện áp định mức sơ cấp 22kV

 Tổn hao không tải ΔP0 = 530 W

 Dòng điện không tải I0% = 2,5%

 Tổn hao ngắn mạch ở 750C: ΔPN= 3,15 kW

 Điện áp ngắn mạch: UN% = 4Với các thông số trên ta áp dụng kiểm tra các tổn thất của MBA

U S

Q

(kVAr)Tổn thất công suất tác dụng lúc ngắn mạch:

Từ 2 phương án trên ta chọn phương án 1 dùng 1 MBA 3 pha có dung lượng là

400 kVA và số tiền tổn thất điện năng tính trong 1 năm thấp hơn phương án 2

Do trạm chỉ có 1 MBA nên ta chọn MBA có công suất:

Sttpx= 334,62(kVA) Nên ta chọn máy biến áp do ABB sản xuất 400kVA có cácthông số lỹ thuật sau ( theo sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm,trang 258):

Công

suất(kVA)

Điệnáp(kV)

0, W

P

 P N, W U N, % Kích

rộng-cao)

thước,mm(dài-Trọnglượng(kg)

3.1 Chọn vị trí đặt trạm biến áp:

Vị trí đặt trạm biến áp cần phải đặt tại trung tâm phụ tải,nơi đặt trạm biến áp cầnphải được cách âm tốt và phải đảm bảo về các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn mức

ồn cho phép trong công trình Trạm phải có tường ngăn cháy cách ly với phòng kề sát

và phải có lối ra vào trực tiếp

Trong bản vẽ sơ đồ cấp điện này ta chọn vị trí đặt trạm biến áp là trung tâm phụtải

3.2 Các phương án cấp điện từ trạm biến áp đến tủ động lực:

Ta thiết kế cho phân xưởng gồm có 6 nhóm phụ tải và 1 tủ chiếu sáng Để đảmbảo an toàn và mỹ thuật các tuyến dây cung cấp điện cho xí nghiệp sẽ được xây dựngbằng cáp ngầm Ta có các phương án cấp điện như sau:

 Phương án 1:

Sơ đồ mạng điện cấp điện được xây dựng theo mạng hình tia, từ trạm biến áp takéo dây trực tiếp đến các tủ động lực theo đường bẻ góc, các đường dây sẽ xây dựngdọc theo mép đường, nhà xưởng Phương án này sẽ thuận tiện cho việc xây dựng, vậnhành và phát triển mạng điện, tuy nhiên chiều dài tuyến dây cao hơn mạng rẽ nhánh.Khuyết điểm của phương án này là vốn đầu tư lớn, vì vậy sơ đồ nối dây hình tia đượcdùng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 1 và 2

Từ trạm biến áp sẽ xây dựng các đường trục chính, các nhóm phụ tải ở gần

đường trục chính sẽ được cung cấp điện từ đường trục này qua các tủ phân phối trunggian Với phương án có ưu nhược điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia vì vậy loại sơ

đồ này được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại 2 và 3

Trong thực tế người ta thường kết hợp hai dạng sơ đồ cơ bản đó thành những sơ

đồ hỗn hợp để nâng cao độ tin cậy và linh hoạt của sơ đồ người ta thường đặt cácmạch dự phòng chung hoặc riêng

Với ưu nhược điểm của các loại sơ đồ như trên ta nhận thấy với những đặcđiểm của phân xưởng và để đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật ta lựa chọn phương án cungcấp điện bằng sơ đồ hình tia để cấp điện cho phân xưởng

Chương IV: Tính Chọn Các Thiết Bị, Dây Dẫn, Dây Cáp Trong Hệ Thống

Cung Cấp Điện

I Cơ sở lý luận:

- Các thiết bị, dây dẫn, dây cáp trong điều kiện vận hành có thể ở 1 trong 3 chếđộ: Quá tải, làm việc lâu dài, chịu dòng ngắn mạch Nhưng nhờ việc tính chọn đảmbảo yêu cầu về dòng và áp định mức, giới hạn quá tải cho phép, các điều kiện về ổnđịnh nhiệt và lực điện động.

- Trong hệ thống cung cấp điện, các thiết bị điện và dây dẫn, dây cáp có vai tròrất quan trọng Nó quyết định đến hiệu quả của sự an toàn và tin cậy cung cấp điện cho

hệ thống Chính vì vậy việc tính toán, chọn các thiết bị dây dẫn, dây cáp là rất cần thiết

để hệ thống được đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật trong yêu cầu chung

II Các phương pháp lựa chọn chọn và kiểm tra dây dẫn và dây cáp

Trong hệ thống cung cấp điện chúng ta có 3 phương pháp chủ yếu để lựa chọntiết diện dây dẫn

Phương pháp thứ nhất: chọn theo mật độ dòng kinh tế của dòng điện Jkt(A/mm2)

là số ampe lớn nhất trên 1mm2tiết diện Tiết diện chọn theo phương pháp này sẽ có lợi

1 Khái niệm phương pháp chọn mật độ dòng kinh tế:

Chi phí đầu tư của một đường dây phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng có thể biểudiễn theo công thức sau:

M = a.F + b

Trong đó: M – chi phí đầu tư

a,b – là các hằng số

F – là tiết diện dây dẫn

Chi phí đầu tư rõ ràng tỉ lệ thuận cới tiết diện dây dẫn, dễ dàng nhận thấy tiếtdiện dây dẫn càng lớn thì chi phí càng cao Và người chủ đầu tư luôn mong muốn saocho chi phí đầu tư là nhỏ nhất

Trong khi đó khi xét về phương diện kĩ thuật, một vấn đề mà người thiết kế cầnquan tâm là hiệu suất của đường dây trong quá trình vận hành Cụ thể hơn, đó chính làtổn thất điện năng của đường dây, xét trong một năm:

0

A

C C A

Trong đó : CΔA – là chi phí tổn thất điện năng

ΔA – tổn thất điện năng

C0– giá thành một kWh

Ở Việt Nam giá trị Jktđược xác định theo bảng sau:

Bảng 2: Bảng chọn mật độ dòng kinh tế

Mật độ dòng kinh tế (A/mm 2 )

Vật liệu dẫn điện Số giờ sử dụng phụ tải trong một năm(h)

Trên 1000 đến3000

Trên 3000 đến5000

2,11,1

1,81,0Dây cáp cách điện

giấy, dây bọc cao su,

hoặc PVC

+ Lõi đồng

+Lõi nhôm

3,01,6

2,51,4

2,01,2Cáp cách điện cao

3,11,7

2,71,6

dm

S I

I F J



4 Căn cứ vào trị số Fkt i tính được, tra Phụ lục V (PLV.1 , PLV.2 , PLV.3)trang 293 và 294 sách Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ VănTẩm tìm được tiết diện tiêu chuẩn gần nhất bé hơn

5 Kiểm tra lại tiết diện theo Icphay ΔUcp

3 Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng

Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn và dây cáp thì vật dẫn bị nóng, nếu nhiệt độdây dẫn quá cao có thể làm cho chúng bị hư hỏng hoặc giảm tuổi thọ Mặt khác, độbền cơ học của kim loại dẫn điện cũng bị giảm xuống, do vậy nhà chế tạo quy địnhnhiệt độ cho phép đối với mỗi loại dây dẫn và dây cáp

Điều kiện chọn dây dẫn

K1.K2.Icp≥ Itt

1 2

tt cp

I I

K K

Trong đó:

K1: là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với môi trường đặt dây cáp

K2: là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến số lượng dây hoặc cáp đi chung một rãnh

Icp: dòng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện dây hoặc cáp định lựa chọnDòng điện cho phép là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua dây dẫn trong thờigian không hạn chế mà không làm cho nhiệt độ của nó vượt quá trị số cho phép

III Tính toán tiết diện dây dẫn

1 Theo công thức:

3.

i i

dm

S I

I F J



Bảng 3: số liệu tính toán tiết diện dây dẫn

Nhóm S tt (kVA) F – Tiết diện

định mức(mm 2 )

3

tt kt

dm kt

S F

 Với nhiệt độ môi trường xung quanh là 300C

Nhiệt độ lớn nhất cho phép của dây là 600C

Nhiệt độ tiêu chuẩn của môi trường xung quanh là 250C

Từ đó ta tra bảng 4.13 trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến

500 kV- Ngô Hồng Quang trang 286 giá trị K1 = 0,93

 Với số cáp cùng đặt trong một rãnh là 4 và khoảng cách giữa các sợi là100mm ta có thể tra bảng 4.74 trong trong sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ0,4 đến 500 kV- Ngô Hồng Quang trang 286 giá trị của K2= 0,8

 Lựa chọn loại dây cho phân xưởng là cáp lõi đồng cách điện PVC

 Từ giá trị dòng điện cho phép ta có thể tra bảng 4.11 và 4.12,4.13,4.14 ởcác trang từ 233 đến 238 trong sách sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến

500 kV của Ngô Hồng Quang

F: tiết diện dây pha

F0: tiết diện dây trung tính

2 Chọn cáp từ trạm biến áp về tủ phân phối của xưởng:

Ittpx= 482,98 (A)

Tra bảng PL V.13 TKCĐ

Chọn cáp đồng 3 lõi cách điện cao su PVC do LENS chế tạo có tiết diện 240

mm2, Lõi 17,9 mm Với Icp= 501 (A)

nhóm

F, mm2 d, mm r0, /km ở

200C

Icp, ATrong nhà

 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra tổn thất đến tủ động lực nhóm II:

U

 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra tổn thất đến tủ động lực nhóm III:

U

 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra tổn thất đến tủ động lực nhóm IV:

 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra tổn thất đến tủ động lực nhóm VI:

U

 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra tổn thất đến tủ động lực chiếu sáng:

U





 ΔU ≤ 5%.Uđmthỏa mãn điều kiện

IV Điều kiện để chọn các thiết bị điện

Chọn theo điện áp định mức:

Điện áp định mức của thiết bị điện được ghi trên nhãn máy Trong khi chế tạocòn tính phần dự trữ độ bền về điện, cho phép chúng làm việc dài hạn với U > (10% ÷15%) Uđm Do đó khi chọn các thiết bị điện phải thỏa mãn các điều kiện:

Uđmkcđ+ ΔUđmkcđ≥ Uđmmạng+ ΔUmạng

Trong đó: Uđmkcđ: điện áp định mức khí cụ điện

ΔUđmkcđ: độ tăng định mức cho phép của khí cụ điện

Uđmmạng: điện áp định mức của mạng nơi thiết bị và khí cụ điệnlàm việc

ΔUmạng: lệch điện áp có thể của mạng so với điện áp điện mứctrong điều kiện vận hành

(Bảng này chỉ áp dụng cho thiết bị ở độ cao < 1000m so với mặt nước biển )Dòng điện áp định mức của khí cụ điện Iđmkcđdo nhà sáng chế tạo cho sẵn vàchính là dòng đi qua khí cụ điện trong thời gian dài với nhiệt độ môi trường xungquanh là định mức Chọn khí cụ điện theo điều kiện này đảm bảo khí cụ điện và bộphận dẫn điện sẽ không bị đốt nóng quá mức trong điều kiện lâu dài và định mức.Căn cứ vào độ phát nóng cho phép của thiết bị điện làm việc lâu dài và định mức:

V Lựa chọn và các điều kiện chung khi kiểm tra thiết bị điện

Để cấp điện cho các động cơ máy công cụ, trong phân xưởng dự định đặt 1 tủphân phối nhận điện từ TBA và cấp điện cho 6 tủ động lực đặt rải rác cạnh tường phânxưởng, mỗi tủ động lực cấp điện cho 1 nhóm phụ tải

Đặt tại tủ phân phối của TBA một áptômát đầu nguồn, từ dây dẫn điện về xưởngbằng đường cáp ngầm:

Tủ phân phối của xưởng đặt 1 áptômát tổng và 7 áptômát nhánh cấp điện cho 6 tủđộng lực và 1 tủ chiếu sáng

Tủ động lực được cấp điện bằng đường cáp hình tia, đấu vào đặt dao cách ly –cầu chì , các nhánh ra đặt cầu chì

Mỗi động cơ máy công cụ được điều khiển bằng 1 khởi động từ (KĐT) đã gắnsẵn trên thân máy, trong KĐT có rơ le nhiệt bảo vệ quá tải Các cầu chì trong tủ độnglực chủ yếu bảo vệ ngắn mạch, đồng thời làm dự phòng cho bảo vệ quá tải của khởiđộng từ

1 Kiểm tra ổn định lực điện động

Trong các trị số ngắn mạch thì ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất, giá trị dònglớn nhất Do vậy, ta dùng giá trị này để kiểm tra khí cụ điện và các bộ phận có dòngqua

2 Kiểm tra ổn định nhiệt

Đối với các khí cụ điện và dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ phát nóng do có tổnhao công suất Khi nhiệt độ cao quá trị số cho phép sẽ làm cho chúng bị hư hỏng hoặcgiảm tuổi thọ Do vậy, cần quy định nhiệt độ cho phép của chúng khi làm việc bìnhthường cũng như khi xảy ra ngắn mạch

3 Dòng điện ổn định lực điện động(kA) Imax≥ Ixk

4 Dòng diện ổn định nhiệt(A)

Iôđm ≥ . gt

dmmau

T I T



Theo tính toán trong phần tính toán phụ tải phân xưởng ta có:

Sttpx= 334,62 (kVA) nên ta chọn máy biến áp do ABB sản xuất 400 kVA có cácthông số kỹ thuật sau: (PLII.2 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ VănTẩm,trang 258)

Công

suất(kVA)

Điệnáp(kV)

ΔP0,w ΔPN,w UN,% Kích

rộng-cao)

thước,mm(dài-Trọnglượng(kg)

S U

Tra bảng PL-III.12 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm,trang

269 Ta chọn CCCA do hãng SIEMENS chế tạo

Uđm

(kV)

Iđm(A)

Kích thước(mm)

Icắt,N(kV)

Icắt N

min(kV)

Tổn haocông suất(w)

Loại cầu chì Khối

lượng(kg)Dài Đường

- Quá điện áp do sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất khi đó cách điện củacác thiết bị chọc thủng vì vậy cần phải có các biện pháp bảo vệ các thiết

bị, công trình xây dựng, đường dây không bị sét đánh trực tiếp

- Có 3 loại chống sét để lựa chọn

+ Chống sét kiểu khe hở: đây là 1 kiểu chống sét đơn giản gồm có 2 điệncực, 1 điện cực nối với đất

Ưu điểm: đơn giản, dễ chế tạo, rẻ tiền

Nhược điểm: Không có bộ phận dập hồ quang cho nên khi phóng điện dòngsét đi xuống có giá trị lớn có thể làm cho các thiết bị bảo vệ rơ le tác độngcắt mạch

+ Chống sét kiểu ống: Gồm 2 khe hở

Một khe hở nằm phía bên ngoài ống và 1 khe hở nằm phía bên trong củaống Ống được làm bằng bộ phận sinh khí fibro bakelit Khi có hiện tượngphóng điện khi sét đánh thì cả 2 khe hở đều phóng điện  phát sinh hồquang Dưới tác dụng của hồ quang thì chất sinh khí phát nóng và sản sinh

ra nhiều chất khí – áp suất tăng thì dập tắt hồ quang

Ưu điểm: chế tạo đơn giản, rẻ tiền, bảo vệ dòng sét nhỏ

Nhược điểm: Khi dòng sét lớn hồ quang không chịu được và không thể dậptắt nhanh vì vậy rơle bảo vệ tác động cắt mạch điện

+ Chống sét kiểu van: Gồm 2 thành phần chính là khe hở phóng điện là điệntrở làm việc khe hở phóng điện của chống sét Van là 1 chuỗi các khe hởnhỏ có nhiệm vụ như trên, điện trở làm việc là điện trở phi tuyến có tácdụng hạn chế trị số dòng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van Khisong quá điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện Dòng điện này cần phảihạn chế để việc dập tắt hồ quang trong khe hở phóng điện dễ dàng sau khichống sét van làm việc Chất vilit thỏa mãn cả 2 yêu cầu cần có điện trở lớn

để hạn chế dòng ngắn mạch và cần có điện trở nhỏ để hạn chế điện áp dư vìđiện áp dư lớn sẽ khó bảo vệ, các rơle có thể tác động nhầm

Ưu điểm: là thiết bị bảo vệ chống sét an toàn, làm việc tin cậy dùng bảo vệtrạm biến áp Chống sét đánh truyền từ dây vào trạm Khắc phục đượcnhược điểm của chống sét ống và chống sét kiểu khe hở

Giá đỡ hìnhkhối

+ Cuộn sơ cấp: thường chỉ là 1 thanh dẫn thẳng hoặc 1 vài vòng dây có tiết diệnlớn được đấu nối tiếp với lưới.

+ Cuộn thứ cấp: Có số vòng dây lớn để mắc vào đồng hồ đo dòng điện và cácmạch điện của đồng hồ khác Phụ tải bên thứ cấp của MBI rất nhỏ, có thể xem nhưMBI làm việc ở trạng thái ngắn mạch

+ Thứ cấp MBI phải nối đất để đảm bảo an toàn cho người vận hành

Điều kiện chọn và kiểm tra MBI:

MBI được lựa chọn theo U và I bên thứ cấp, cấp chính xác, kiểu loại, kiểm tratheo dòng điện ổn định nhiệt độ và ổn định lực điện động

kiểm tra

Công thức chọn và kiểmtra

ldmBI

i K

Iôđnhiệt (kA) 80

4.2 Chọn tủ phân phối phân xưởng.

- Chọn các thanh cái trong tủ phân phối:

Chọn theo mật độ dòng kinh tế

Vì phân xưởng làm việc với Tmax= 4500h/1 năm

Tra bảng PL 4 trang 233 sách giáo trình cung cấp điện Ninh Văn Nam ta chọn Jkt

= 2,1

229, 99( ) 3.0, 4.2,1 3.0, 4.2,1

I I K



Nhiệt độ môi trường làm việc Tmax= 350C nên phải hiệu chỉnh theo nhiệt độ tiêuchuẩn là 250C Tra bảng phụ lục PL VI.10 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang,

Vũ Văn Tẩm,trang 314 ta chọn được K1= 0,88

Số dây cáp đặt trong 1 hầm cáp hoặc 1 rãnh dưới đất là 1, khoảng cách giữa cácsợi cáp là 100mm

Tra bảng PL VI.11 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn

cp

I I

I

Tra bảng PL VI.9 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm,trang

313 ta được thanh cái bằng đồng (Cu) có thông số như sau:

Icp(A)

4.3 Chọn ATM cho tủ phân phối:

Căn cứ vào sơ đồ nguyên lý CCĐ cho phân xưởng ta cần 1 tủ phân phối có 1ATM đầu vào và 7 ATM đầu ra Tủ phân phối được đặt trong trạm biến áp ChọnATM theo PL IV.10 sách thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm,trang286

a Chọn ATM tổng đầu vào:

Chọn ATM tổng đảm bảo độ bền cơ học có tác động nhanh đảm bảo kỹ thuậtĐiều kiện chọn và kiểm tra:

Itđtứcthời

trúc bảo vệ

b Chọn ATM đầu ra:

Điều kiện chọn và kiểm tra:

theocấu tạo

cực

Dạngmócbảo vệ

Iđmcácmócbảo vệ

Itđtứcthời

hợp

4.4 Chọn tụ điện bù nâng cao hệ số công suất:

Bộ tụ điện bù được thiết kế lắp đặt cho các đối tượng dùng điện có hệ số côngsuất thấp như trạm bơm, xưởng, xí nghiệp … Nhằm nâng cao hệ số công suất lên 0,9 –0,95

Tổng công suất phản kháng cần bù cho đối tượng để nâng hệ số công suất từcosφ1lên cosφ2là:

Qb= Pttpx.(tanφ1 – tanφ2)

Trong đó: Pttpx: Công suất tác dụng tính toán phân xưởng

tanφ1, tanφ2: ứng với cosφ1và cosφ2

 Vị trí đặt bộ tụ bù:

Có lợi nhất về mặt giảm tổn thất điện áp, điện năng cho đối tượng dùng điện làđặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ điện Tuy nhiên nếu đặt phân tán quá sẽkhông có lợi về vốn đầu tư, về quản lý vận hành Vì vậy, cần phải cân nhắc về việc đặt

tụ bù tập trung hay phân tán để giảm tổn thất điện năng và tiết kiệm chi phí

Đối với xí nghiệp cỡ nhỏ có thể đặt tập trung bộ tụ tại thanh cái hạ áp trạm biến

áp, hoặc có thể đặt phân tán ra từng thanh cái tủ động lực của từng nhóm thiết bị.Ngoài ra các phân xưởng còn có các phụ tải có công suất lớn, đặt độc lập thì cũng nênđặt riêng một bộ tụ bù

Phân phối công suất trong nội bộ xí nghiệp: Sau khi xác định tổng công suất

bù Qb, nếu định bù phân tán cần phải xác định công suất bù cho từng điểm đặt bộ tụsao cho hiệu quả bù cao nhất Mạng điện xí nghiệp có mạng hình tia, công suất bù tạiđiểm i nào đó được xác định theo công thức:

Qi– Công suất phản kháng tại điểm i

Qbi– Công suất bù cần đặt tại điểm i

Ri– Điện trở nhánh i

Rtđ– Điện trở tương đương cả mạng