Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho mạng điện xý nghiệp

Điện năng ngày càng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống chúng ta.Nó có những ưu điểm ảnh hưởng ảnh hưởng trực tiếp tới sinh hoạt và đời sống chúng,dạng nặng lượng có thể biến đổi một cách linh hoạt từ dạnh năng lượng này sang dang năng lương khác,dễ truyền tải đi xa,hiệu suất cao...)Ngày nay điện được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực,từ công nghiệp,dịnh vụ,...Cho đến phục vụ trong sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình của chúng ta . Điện năng lượng không thể thiếu được trong hầu hết trong các lĩnh vực. Khi xây dựng nhà máy mới ,môt khu công nghiệp mới,khu dân cư mới...thì việc đầu tiên tính đến một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất sinh hoạt.

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên chấm

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 NHỮNG NÉT TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 7

CUNGCẤP ĐIỆN 7

1.2 Phân tích yêu cầu cung cấp điện 9

1.3 Phân nhóm phụ tải : 9

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 12

2.1 Khái niệm chung: 12

2.2 Mục đích xác định phụ tải tính toán : 12

2.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán : 12

2.4 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng cơ khí: 16

2.5 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí 23

2.6 Tính toán phụ tải của toàn nhà máy 24

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 26

3.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây 26

3.2 Chọn sơ đồ cấp điện cho phân xưởng 27

3.3 Tính chọn các thiết bị cho mạng phân xưởng 29

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP 37

4.3 Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp cho trạm biến áp 39

4.4 Chọn các thiết bị trong mạng điện nhà máy 45

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ TRONG MẠNG ĐIỆN 53

5.1 Mục đích của việc tính toán ngắn mạch: 54

5.2 Chọn điểm tính ngắn mạch: 54

5.3 Tính ngắn mạch 54

5.4 Kiểm tra thiết bị : 60

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUNG CHO PHÂN XƯỞNG 70

6.1 Đặt vấn đề 70

6.2 Tính toán chiếu sáng 70

CHƯƠNG 7 TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO XÍ NGHIỆP: 74

7.1 Đặt vấn đề 74

7.2 Chọn vị trí và thiết bị bù 75

7.3 Xác định và phân bố dung lượng bù 76

KẾT LUẬN 79

Lời nói đầu

Để xây dựng một nhà máy,một khu công nghiệp hay một khu dân cư mới, thì việc không thể thiếu là xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục vujcho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của khu vực đó.

Các nhà máy.các xí nghiệp không ngừng xây dựng gắn liền vơi công trình đó là hệ thống cung cấp điện được thiết kế và xây dựng

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó thì trong quá trình học môn học cung cấp điện đả đưa lại cho chúng em một lượng kiến thức thật rộng rãi và hệ thống cung cấp điện,ngoài ra em còn được thử sức mình bằng đồ án cung cấp điện đó

là bước ngoặt quan trọng trong cả quảng thời gian học tập tại trường và sau này

đi làm

Trong quá trình làm đồ án cung cấp điện với đề tài:Thiết kế hệ thống cung

cấp điện cho mạng điện xý nghiệp có sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các

thầy cô giáo bộ môn và đặc biêt là thầy giáo hướng dẫn chính của em,thầy VŨ ANH TUẤN

Tuy với sự giúp đỡ tận tình đó nhưng em vẫn còn nhiều yếu kém và thiếu kinh nghiêm trong thực tế nên vẫn còn nhiều thiếu sót,mong thầy cô góp ý và cho em những lời nhận xét chân thành nhất để bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh,ngày: 5/ 3/ 2016

Sinh Viên :

Hoàng Quốc Việt

Chương 1 NHỮNG NÉT TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

Điện năng ngày càng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống chúng ta.Nó có những ưu điểm ảnh hưởng ảnh hưởng trực tiếp tới sinh hoạt và đời sống chúng,dạng nặng lượng có thể biến đổi một cách linh hoạt từ dạnh năng lượng này sang dang năng lương khác,dễ truyền tải đi xa,hiệu suất cao )Ngày nay điện được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực,từ công nghiệp,dịnh vụ, Cho đến phục vụ trong sinh hoạt hàng ngày của mỗi gia đình của chúng ta

Điện năng lượng không thể thiếu được trong hầu hết trong các lĩnh vực Khi xây dựng nhà máy mới ,môt khu công nghiệp mới,khu dân cư mới thì việc đầu tiên tính đến một hệ thống cung cấp điện để phục vụ cho nhu cầu sản xuất sinh hoạt

Điện năng được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau sau đó biến đổi và truyền đến các hộ tiêu thụ với diện áp định mức và công suất định mức phù hợp với các thiết bị điện

Do đó thiết kế cung cấp điện là việc làm phức tạp.Một công trình cung cấp điện dù nhỏ nhất cũng yêu cầu kiến thức tổng hợp từ các chuyên nghành ,hiểu biết về một môi trường và các đối tượng cung cấp điện Niếu công trình thiết

kế quá dư thừa sẽ gây làm ứ đọng vốn đầu tư,công trình thiết kế sai gây hậu quả không lường trước được.công nghiệp là nơi sản xuất ra một lượng hàng hóa có giá trị lớn trong kinh tế quốc dân vì vậy hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp ,phân xưởng cơ khí rất quan trọng mang tính chất sống còn đối với hoạt động của xí nghiệp hay của phân xưởng

Trong công cuộc công nghiệp hoá-hiện đại hóa đất nước đất nước nghành công nhiệp nước ta ngày một khởi sướng,nhà máy xí nghiệp không ngừng được xây dựng.Xuất phát từ thực tế đó thì có một đội ngũ thiết kế các cung cấp điện một cách có bài bản và đúng cách,phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành Có như thế thì chúng ta mới theo kịp với trình độ của các nước

1.2 Phân tích yêu cầu cung cấp điện

Thiết kế hệ thống cung cấp điện như một tổng thể và lựa chọn các phần tử của

hệ thống sao cho các phẩn tử này đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ,vận hành an toàn thực tế

Một phương án cung cấp cấp điện được xem là hợp lí khi thõa mãn những yêu cầu sau :

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy tính chất hộ tiêu thụ

-Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Đảm bảo chất lượng điện năng mà chủ yếu độ lệch và dao động điện trong phạm vi cho phép

- Vốn đầu tư nhỏ,chi phí hàng năng thấp

- Thuận tiện cho cho công tác vận hành, sữa thay thế v.v

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn nhau, nên người thiết kế cần phải cân nhắc, kết hợp hài hòa tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể

Ngoài ra, khi thiết kế cung cấp điện cũng cần chú ý đến điều kiện thuận lợi

có nhu cầu phát triển phụ tải sau này,nhàm rút ngắn thời gian xây dựng v.v

1.3 Phân nhóm phụ tải :

1.3.1 Các phương pháp phân nhóm phụ tải :

Khi bắt tay vào xác định PTTT thì công việc đầu tiên mà ta phải làm là phân nhóm phụ tải.Thông thường người ta sử dụng một trong hai phương pháp sau :

- Phân nhóm theo dây chuyền sản xuất và tính chất công việc :

Phương pháp này có ưu điểm là bảo đảm tính linh hoạt cao trong vận hành cũng như bảo trì , sửa chữa.Chẳng hạn như khi nhà máy sản xuất dưới công suất thiết kế thì có thể cho ngừng làm việc một vài dây chuyền mà không làm ảnh hưởng tới hoạt động của các dây chuyền khác,hoặc khi bảo trì, sửa chữa thì chỉ

có thể cho ngừng hoạt động của từng dây chuyền riêng lẻ, nhưng phương án này

có một nhược điểm là : Sơ đồ phức tạp, chi phí lắp đặt khá cao do có thể thiết bị trong cùng một nhóm lại không nằm gần nhau cho nên tăng chi phí đầu tư về dây dẫn, ngoài ra đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững quy trình công nghệ của

-Phân nhóm theo vi trí mặt bằng :

Phương pháp này có ưu điểm thiết kế thi công, chi phí lắp đặt thấp Nhưng cũng có nhược điểm là kém linh hoạt khi vận hành sữa chữa so với phương pháp thứ nhất

Do vậy tùy theo điều kiện thực tế mà người thiết kế lựa chọn phương án nào cho hợp lý

1.3.2 Phân chia nhóm phụ tải cho các phân xưởng cơ khí và của toàn bộ nhà máy cơ khí:

Ở đây, chúng ta sẽ lựa chọn phương án phân nhóm theo phương án2, tức là phân nhóm theo vị trí trên mặt bằng

Bảng 1.1: Phân nhóm các thiết bị trong Phân xưởng cơ khí

hiệu Số lượng

Công suất

Pdm(kW) cosϕ KsdNhóm 1

Chương 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 2.1 Khái niệm chung:

Khi thiết kế cung cấp điện cho một nhà máy ,phân xưởng , xí nghiệp , hộ tiêu thụ thì một trong những công việc rất quan trọng mà ta phải làm đó là tiến hành xác định phụ tải tính toán cho nhà máy hay phân xưởng đó

- Phụ tải tính toán(PTTT) : Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng là phụ tải giả thiết(không đổi) lâu dài của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện tương đương với phụ tải thực tế(biến đổi) theo điều kiện tác dụng nhiệt Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm dây dẫn nóng tới nhiệt độ bằng với nhiệt

độ lớn nhất do phụ tải tính toán gây ra Do vậy , về phương diện phát nóng nếu

ta chọn thiết bị điện theo điều kiện tính toán có thể đảm bảo an toàn cho thiết bị

đó trong một trạng thái vận hành bình thường

2.2 Mục đích xác định phụ tải tính toán :

Xác định phụ tải tính toán là một công đoạn rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện, nhằm làm cơ sở lựa chọn dây dẫn và các thiết bị của lưới điện cho phụ hợp với mạng điện

2.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán :

2.3.1 Một số khái niệm :

- Hệ số sử dụng Ksd : Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt (công sất định mức ) của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát(giờ,ca hoặc ngày đêm, )

+ Đối với thiết bị : Ksd =

n

i tbi

P P

1

1 (2.2)

⇒ Hệ số sử dụng nói lên mức sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị trong

khoảng thời gian cho xem xét

- Hệ số đồng thời Kđt : Là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nơi khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt(hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút

đó :

K =∑=n

i tti

tt đt P P

Hệ số Kmax phụ thuộc vào thiết bị hiệu quả nhq(hoặc Nhq), vào hệ số sử dụng và hàng loạt các yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị trong nhóm Trong thực tế khi tính toán thiết kế người ta chọn Kmaxtheo đường cong K

max=(Ksd nhq),hoặc tra trong bảng cẩm nang tra cứu

- Số thiết bị hiệu quả nhq :

Giả thiết cho một nhóm n thiết bị có công suất làm việc khác nhau khi đó ta định nghĩa nhqlà một quy đổi gồm có n thiết bị có công suất định mức với chế độ làm việc như nhau và tạo nên phụ tải tính toán bằng với phụ tải tiêu thụ chất mà thiết bị tiêu thụ trên

nhq=

2 1

2 1

) (

) (

n

i đm

P

P

(2.5)

- Hệ số nhu cầu Knc : Là tỉ số giữa công suất tính toán(trong điều kiện thiết

kế cho công suất tiêu thụ(trong điều kiện vận hành) với công suất đặt(công suất

K sd

đm

tb tb

tt đm

tt

P

P P

P P

Thông thường những phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện lại cho kết quả không thật chính xác,còn muốn chính xác cao thì phải tính toán phức tạp

Do vậy tùy theo giai đoạn thiết kế thi công và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính toán cho phù hợp

Nguyên tắc chung để tính PTTT của hệ thống là tính từ thiết bị điện ngược trở về nguồn, tức là được tính từ bậc thấp đến bậc cao của hệ thống cung cấp điện , và ta chỉ cần tính toán tại các điểm nút của hệ thống

* Mục đích của việc tính toán phụ tải tại các điểm nút nhằm :

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ 1000V trở lên

- Chọn số lượng và công suất của biến áp

- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối

- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

2.3.2 Các phương pháp tính toán PTTT thường dùng :

- Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm : Đối với các hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải không đổi hoặc thay đổi ít, phụ tải tính toán lấy bằng giá trị trung bình của phụ tải lớn nhất đó Hệ số đóng điện của các hộ phụ tải này lấy bằng 1, còn hệ số phụ tải thay đổi rất ít

Đối với các hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải thực tế không thay đổi phụ tải tính toán bằng phụ tải trung bình và được tính theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm khi cho trước tổng sản phẩm sản xuất trong một đơn vị thời gian

p

Tca

Wo Mca

P ca tt

.

=

= (2.7)Trong đó : Mca - Số lượng sản xuất trong một ca

Tcâ- thời gian của ca phụ tải lớn nhất, [h]

Wo- suất tiêu hao diện năng cho một đơn vị sản phẩm : kwh/ một đơn vị sản phẩm Khi biết wovà tổng sản phẩm sản xuất trong cả năm M của phân xưởng hay xưởng công nghiệp, phụ tải tính toán sẽ là :

2.3.3 Dự báo phụ tải điện:

Dự báo sự phát triển phụ tải điện trong tương lai là một nhiệm vụ rất quan trọng của người quy hoạch và người thiết kế cung cấp điện Chúng ta biết rằng nhu cầu tiêu dùng điện năng phù thuộc vào trình độ phát triển nền kinh tế quốc dân

Vì thế dự báo phát triển phụ tải là một bộ phận dự báo phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật

Ngày nay, dự báo là một môn khoa học Chúng ta cần nghiên cứu những phương pháp luận khoa học dự báo tương đối chính xác Nếu chúng ta dự báo phụ tải quá thừa so với nhu cầu thì dẫn đến việc huy động vốn đầu tư để xây dựng nhiều nguồn phát đện, nhưng thực tế không dụng hết công suất của chúng

do đó gây lãng phí Nếu dự báo phụ tải điện của chúng ta quá nhỏ so với nhu cầu thực tế thì dẫn tới tình trạng thiếu nguồn điện, ảnh hưởng tới sự phát triển của nền kinh tế quốc dân

Thông thường, có ba dự báo chủ yếu: dự báo tầm ngắn khoảng 1÷2 năm ,dự báo tầm vừa khoảng 3÷10 năm và dự báo tầm xa khoảng 10÷20 năm và có khi dài hơn nữa Tầm dự báo càng ngắn thì độ chính xác đòi hỏi càng cao Các

dự báo tầm ngắn sai số cho phép khoảng 5÷10 0,tầm vừa và dài sai số cho phép

10÷20 0 Đối với một số dự báo tầm xa có tính chiến lược thì nêu lên lên xu hướng phát triển chủ yếu mà không yêu cầu xác định chỉ tiêu cụ thể Ngoài ra, còn còn gặp dự báo điều độ, tầm dự báo khoảng vài giờ, vài ngày, vài tuần lễ phục vụ cho công tác vận hành xí nghiệp, các hệ thống điiện, sai số vào khoảng

Ngày nay, cố nhiều phương pháp dự báo nhu cầu điện năng như phương pháp hệ số vượt trước, phương pháp tính trực tiếp, phương pháp ngoại vi theo thời gian, phương pháp tương quan, phương pháp chuyên gia.

2.4 Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng cơ khí:

- Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm các thiết bị điện

2.4.1 Xác định pttt theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất.

Công thức tính : Ptt=Po.F

Ở đây F- diện tích bố trí nhóm hộ tiêu thụ (m2)

Po-suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất 1m2.đơn vị(kw/m2)

Suất pttt trên một đơn vị sản xuất phụ thuộc vào dạng sản xuất

và được phân tích theo số lượng thống kê

2.4.2 Xác định pttt theo công suất đặt và hệ số nhu cầu K nc :

PTTT của nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc được tính theo biểu thức :

P k

=

P

2 2

tt

n

1 i di nc

tt

tt tt tt

tt

tt

P Q

p

S

tg p

Ở đây ta lấy Pd=Pđm thì ta được :

Ptt=Knc.∑

=

n

i dmi P

1 (2.9) Trong đó , Knc- hệ nhu cầu của nhóm thiết bị tiêu thụ đặc trưng, tra ở cẩm nang tra cứu

tgϕ _ứng với cosϕ, đặc trưng cho các nhóm thiết bị trong các tài liệu tra cứu ở cẩm nang Nếu cosϕ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính

hệ số công suất trung bình theo công thức :

cosϕ=

n

n n

p p

p

p p

p

+ + +

+ + +

cos

cos cos

2 1

2 2 1

Phụ tải tính toán ở điểm nút của hệ thống cung cấp điện (phân xưởng,tòa nhà ,xí nghiệp) được xác định tổng pttt của các nhóm thiết bị nối đến nút này có kể đến

1 - tổng phụ tải tác dụng tính toán của các nhóm thiết bị

1 -tổng phụ tải phản kháng tính toán của các nhóm thiết bị

Kdt - Hệ số đồng thời ,nó nằm trong giới hạn (0,85-1)

Phương pháp tinh pttt theo hệ số nhu cầu có ưu điểm đơn giản ,tính toán thuận lợi,nên nó là phương pháp thường dùng Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác vì Knc tra ở sổ tay,thực tế là số liệu phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm này (mà sổ tay thường không tính đến các yếu tố này)

Thật vậy ta có thể thấy rõ điều này qua biểu thức :

2.4.3 Xác định PTTT theo hệ số cực đại K max và công suất trung bình P tb

(còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả nhq hay phương pháp sắp xếp biểu đồ)

Phương pháp này cho kết quả chính xác ,vì khi tính số thiết bị hiệu quả nhq chúng ta đã xét tới hàng loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng của số lượng thiệt bị có công suât lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng Do đó khi cần năng cao chất lượng độ chính xác của PTTT

,hoặc thì không có số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp trên thì ta nên dùng phương pháp này :

Công thức tính toán :

Ptt =Kmax.Ksd.Pdm

Hay Ptt=Knc.Pdm

Trong đó : Pdm – công suất định mức của thiết bị trong nhóm thiết bị (kw)

Ptb – công suất trung bình của thiết bị trong nhóm thiết bị (kw)

- Hệ số sử dụng tác dụng của thiết bị ,tra trong sổ tay kỹ thuật

Kmax – hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung

bình trong khoảng thời gian đang xét:Kmax=

ra trong suốt thời gian làm việc và được xác định đúng bằng một cách tương đối như sau:

* Nếu các thiết bị tiêu thụ của nhóm đều có công suất định mức như nhau:

nhq= 2

2

.

) (

dmi

dm

P n

P n

Trình tự phương pháp đơn giản hóa như sau:

- Chọn những thiết bị có công suất lớn mà công suất định mức của mỗi thiết

bị bằng hoặc lớn hơn 50% công suất của thiết bị có công suất lớn nhất

- Tính n và n1,trong đó n là thiết bị của cả nhóm,n1 là số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm -Tính P=∑=n

i dm P

- Tính toán nhq=nhq*.n

Các bước tính toán:

-Tính toán số thiết bị hiệu quả theo công thức (2.5)

- Tính hệ số của nhóm thiết bị theo công thức (2.2)

- Với tủ phân phối :Pttpp=Kdt.∑=n

i ttdt Q

1

⇒ Stt= 2 2

ttpp ttpp Q

*Nếu phụ tải chiếu sáng đi vào tủ thì phải cộng them các giá trị Pcs và Qcs vào Ptt

và Qtt trên các công thức trên:

*Xác định phụ tải đỉnh nhọn (PTĐN) :PTĐN là phụ tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn (trong khoảng vài giây).PTĐN thường được tính dưới dạng dòng điện đỉnh nhọn (Idn).Dòng điện này thường được dung để kiểm tra sụt áp khi mở máy ,tính toán chọn các thiết bị bảo vệ…Đối với một thiết bị dòng đỉnh nhọn là dòng mở máy.Còn đối với 1 nhóm thiết bị thì dòng đỉnh nhọn xuất hiện khi máy

có dòng mở máy lớn nhất trong nhóm khởi động ,còn các thiết bị khác làm việc bình thường Do đó dòng đỉnh nhọn được tính theo công thức:

Idn=Ikd=Kmm.Idm (Đối với một thiết bị)

Idn=Ikdmax+Itt-Ksd.Idmmax (đối với một nhóm thiết bị)

Trong đó :Kmm hệ số mở máy :

+Với động cơ KĐB rôto lồng sóc Kmm=5÷7

+Động cơ DC hoặc KĐB rôto dây quấn Kmm=2,5

+Đối với MBA và lò hồ quang thì K≥3

- Ikdmax và Ksd là dòng khởi động và hệ số sử dụng cua thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm

- Itt là dòng tính toán trong nhóm : Itt=

dm

tt U

S

3

Trong đồ án này ngoài phụ tải 3 pha còn có phụ tải 1 pha và phụ tải làm việc với chế độ ngắn hạn Ta phải tiến hành quy đổi thiết bị làm việc ngắn hạn về dài hạn

và 3 pha làmviệc

- Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v ) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn

Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ε% = 100% Công thức quy đổi như sau:

+ Đối với động cơ: P'

đm = Pđm ε%

+ Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cosϕ ε%

Trong đó:

P'

đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn

- Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì cần phải phân phối đều các thiết

bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải 1 pha về phụ tải 3 pha tương đương:

Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng: Pqđ = 3.P1pha max Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây của mạng: Pqđ = 3.P1pha max

Tổng công suất của n1 thiết bị P1 = 22 ( kW)

Tổng công suất của n thiết bị P = 80,6 ( kW)

22

= 0,27Với n*và P* vừa tính được chúng ta tiến hành tra bảng PL4 ta có:

nhq = n.n*

hq = 8.0,75 = 6

Hệ số sử dụng

2 , 0

) (

n

i

sdi dmi sdTB

P

K P K

Với nhq và Ksd vừa tính được chúng ta tiến hành tra bảng PL5 ta có: Kmax = 2,24

Vì hệ số công suất cosϕ của các thiết bị trong nhóm là không giống nhau nên ta phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức:

n

i đmi

P

i P

69 , 50

=

đm

tt tt

3 74,6 3 0,43 0,62 0,87 6,09 0,74 0,18 2,3 30,88 28,07 41,73 63,40

2.4.5 Phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí

Công suất chiếu sáng được xác định theo công thức:

Pttcs = P0.F

Trong đó :

P0: Suất chiếu sáng Tra theo bảng

F: là diện tích phân xưởng

F = 52m x 90m = 4680 m2Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt,với phân xưởng sửa chữa cơ khí ta có p0=12W/m2

⇒ Pttcs =P0.F =12.4680 = 56160 (w) = 56,16 (kW)

Qttcs =Pttcs.tgφcs=0 (đèn sợi đốt cosφcs=1)

2.5 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí

 Phụ tải tính toán của phân xưởng được tính theo công thức sau :

2.6 Tính toán phụ tải của toàn nhà máy

Phụ tải tính toán của các phân xưởng còn lại trong xí nghiệp được xác định theo phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu:

P tt =k nc.P đ

Trong đó :

- Pđ, : công suất đặt của phân xưởng ( kW)

- knc : hệ số nhu cầu của phân xưởngLấy knc = 0,7

- Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của phân xưởng ( kW, kVAR, kVA )

Tính toán cho phân xưởng nguội, ta có:

Diện tích phân xưởng : F = 2888 = 4720 (m2)

Pđ= 320 kW

Knc= 0,7Cos ϕ = 0,75 => tag ϕ = 0,88Suất chiếu sáng: P0= 12W/m2

, 197 65

Tính toán tương tự cho các phân xưởng còn lại ta có bảng sau:

Bảng 2.3 Bảng phụ tải của toàn nhà máy

P đ

F (m 2 )

ttnm pt

21 , 1875

ttnm

ttnm S P

ϕ

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN

XƯỞNG CƠ KHÍ 3.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây.

Mạng điện phân xưởng dùng để cung cấp và phân phối điện năng cho phân xưởng nó phải đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật như : đơn giản, tiết kiệm về vốn đầu tư, thuận lợi khi vận hành và sữa chửa, dể dàng thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, đảm bảo chất lượng điện năng, giảm đến mức nhỏ nhất các tổn thất phụ

Sơ đồ nối dây của phân xưởng có 3 dạng cơ bản :

- Sơ đồ hình tia : dùng để cung cấp điện cho các phụ tải phân tán Từ thanh cái trạm biên áp có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực Từ tủ phân phối động lực có các đường dây dẫn đến phụ tải Loại sơ đồ này có độ tin cậy tương đối cao, thường được dùng trong các thiết bị phân tán trên diện tích rộng như phân xưởng cơ khí, lắp ráp, dệt v.v

Hình 3-1 : Sơ đồ nối dây hình tia

- Sơ đồ nối dây phân nhánh : Ưu điểm của sơ đồ này là tốn ít cáp , chủng loại cáp cũng ít Nó thích hợp với các phân xưởng có phụ tải nhỏ, phân bố không đồng đều Nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp thường dùng cho các hộ loại III

Hình 3-2 : Sơ đồ phân nhánh

- Sơ đồ nối dây hỗn hợp : Có nghĩa là phối hợp các kiểu sơ đồ trên tuỳ theo các yêu cầu riêng của từng phụ tải hoặc của các nhóm phụ tải

⇒Từ những ưu khuyết điểm trên ta dùng sơ đồ hỗn hợp của hai dạng sơ đồ trên

để cấp điện cho phân xưởng, cụ thể là :

- Tủ phân phối của phân xưởng: Đặt 1 áptômát tổng phía từ trạm biến áp về và 5

áptômát nhánh cấp điện cho 5 tủ động lực

- Các tủ động lực: Mỗi tủ được cấp điện từ thanh góp tủ phân phối của phân

xưởng bằng một đường cáp ngầm hình tia, phía đầu vào đặt áptômát hoặc cầu dao và cầu chì làm nhiệm vụ đóng cắt, bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho các thiết

bị trong phân xưởng Các nhánh ra cũng đặt các cầu dao, cầu chì nhánh để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải, thường các tủ động lực có tối đa 8 - 12 đầu ra vì vậy đối với các nhóm có số máy lớn sẽ nối chung các máy có công suất bé lại với nhau cùng một đầu ra của tủ động lực

- Trong một nhóm phụ tải: Các phụ tải có công suất lớn thì được cấp bằng

đường cáp hình tia còn các phụ tải có công suất bé và ở xa tủ động lực thì có thể gộp thành nhóm và được cung cấp bằng đường cáp trục chính

3.2 Chọn sơ đồ cấp điện cho phân xưởng

Qua phân tích ở trên đối với phân xưởng cơ khí ta dùng sơ đồ hỗn hợp để cung cấp điện cho phân xưởng :

Cấu trúc sơ đồ đi dây(sơ đồ lắp đặt các thiết bị mạng điện phân xưởng) được thiết kế như sau :

CD CC

ThiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn ThiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn ThiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn

Hình 3.3 sơ đồ nguyên lý cung cấp điện cho phân xưởng

1.Tủ động lực được đặt tại vị trí thõa mãn các điều kiện sau :

-Càng gần TTPT của nhóm máy càng tốt

-Tiện lợi cho các hướng đi dây

-Tiện lợi cho thao tác vận hành,bảo dưỡng sửa chữa

2.Tủ phân phối trung gian được đặt tại vị trí thõa mãn các điều kiện sau :

-Gần TTPT của các tủ động lực

-Tiện lợi cho các hướng đi dây

-Tiện lợi cho thao tác vận hành,bảo dưỡng sửa chữa

3 Đi dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối trung gian bằng cáp 3 pha bốn lõi bọc cách điện trong hào cáp (rãnh cáp) có nắp đậy bê tông, nếu phân xưởng lớn

có thể dùng nhiều đường cáp khi đó nên chia phân xưởng thành nhiều khu vực(hay những phân xưởng con) để hiết kế cung cấp điện như một phân xưởng

đã trình bày trên, vì dùng nhiều đường cáp song song cấp điện đến 1 tủ có nhiều nhược điểm trong quá trình vận hành

4 Đi dây từ tủ phân phối đến tủ động lực bằng cáp bọc cách điện đặt trong rãnh cáp Xung quanh có nắp đậy bê tông xây dọc theo chân tường nhà xưởng

5 Đi dây từ tủ động lực tới các máy bằng cáp 3 pha 4 lõi bọc cách điện tăng cường luồn trong ống thép (bảo vệ võ cáp) chôn ngầm dưới nền nhà xưởng khoảng 50cm, mỗi ngạch đi dây không nên uốn góc 2 lần, góc uốn không nhỏ hơn 120ο.

Trường hợp trong nhóm có thiết bị công suất nhỏ, ta có thể đi dây kiều hỗn hợp Đầu nối rẽ nhánh cho máy thứ 2 được thực hiện tại hộp nối dây của máy thứ nhất, không được trích ngang đường cáp

3.3 Tính chọn các thiết bị cho mạng phân xưởng

3.3.1 Chọn dây chảy bảo vệ cho từng máy :

- Cầu chì là một thiềt bị bảo vệ đơn giản, rẻ tiền nhưng độ nhạy kém Nó chỉ tác động khi dòng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi ngắn mạch

- Cầu chì được chọn theo điện áp định mức, dòng điện định mức và dòng điện cắt định mức Ngoài ra phải chú ý đặt cầu chì trong nhà hay ngoài trời

- Chọn dây chảy của cầu chì dựa vào các yêu cầu sau :

- Dây chảy phải không được chảy khi dòng cho phép lâu dài lớn nhất chạy qua, cho phép quá tải ngắn hạn như khởi động động cơ

-Dây chảy phải chảy khi có dòng ngắn mạch chạy qua hoặc dòng quá tải lớn hơn giá trị cho phép.

dmdc mm dnh

dc

dm

dmdc dmdc

dc

I K I

I

U

P I

I

.

cos 3

Trong đó: Iđmdc: - dòng điện định mức của động cơ

Idc – dòng điện định mức của dây chảy cầu chì

α – hệ số phụ thuộc điều kiện khởi động

- Với động cơ mở máy không tải α = 2,5

- Với động cơ mở máy có tải α = 1,6 ÷ 2,5

- Với máy hàn α = 1,6

Iđn – Dòng điện đỉnh nhọn

- Với động cơ KĐB kmm = 5 – 7.

- Với động cơ đồng bộ kmm = 2 – 2,5

- Với máy hàn và lò hồ quang kmm>3

Tính chọn cho máy bào giường ở nhóm 1 ta có:

78 , 41 8 , 0 38 , 0 3

, 2

5 78 , 41

áp kiểu πP – 2 do Liên Xô cũ chế tạo với Idc = 100 A

Việc tính toán chọn dòng định mức của dây chảy cầu chì bảo vệ cho đường cáp đến các máy còn lại trong phân xưởng tương tự như với máy tiện

Bảng 3.1 Bảng chọn dây chảy cầu chì cho từng máy

3.3.2 Chọn aptomat bảo vệ cho từng nhóm máy:

Đối với 1 nhóm máy dòng đỉnh nhọn xuất hiện khi mở máy thiết bị có công suất lớn nhất còn các thiết bị khác làm việc bình thường Để bảo vệ cho từng nhóm máy chọn aptomat bảo vệ theo điều kiện sau đây:

UđmA≥ Uđm.m = 0,38(KV)

α

max max

max

.

mm lv

dmA

I K I

I K I

Tính toán cho các nhóm ta có :

03 , 111 5

, 2

78 , 41 2 , 0 02 , 77 78 , 41 5

dmATM

31 , 110 5

, 2

78 , 41 2 , 0 23 , 75 78 , 41 5

≥

5 , 2

78 , 41 18 , 0 4 , 63 78 , 41 5

3

dmATM

44 , 65 5

, 2

67 , 25 16 , 0 36 , 39 67 , 25 5

≥

5 , 2

78 , 41 19 , 0 09 , 61 78 , 41 5

Bảng 3.2 Bảng chọn aptomat cho các nhóm phụ tải

Nhóm Ittnh (A) Ilvmax (A) Loại ATM Uđm (V) IđmATM (A) IN max(kA)

max max

max

.

mm lv

dmA

I K I

I K I

=

≥

Theo tính toán ở trên ta có bảng sau:

Bảng 3.3 Bảng chọn cầu chì cho các nhóm phụ tảiNhóm Ittnh (A) Ilvmax (A) Loại CC Uđm (V) Iđmdc(A) IN max(kA)

max

.

mm lv

dmA

I K I

I K I

Theo tính toán ở trên ta có bảng sau:

Bảng 3.4 bảng chọn cầu dao cho các nhómNhóm Ittnh (A) Ilvmax (A) Loại CC Uđm (V) Iđm(A)

4 39,36 65,44 5TE1 210 690 100

3.3.4 Chọn dây dẫn cấp điện cho từng máy:

Dây dẫn cung cấp trong mạng điện áp thấp của phân xưởng chọn theo điều kiện phát nóng (dòng điện làm việc lâu dài cho phép) Vì khoảng cách từ tủ động lực tới các thiết bị cũng như từ tủ phân phối hạ áp tới các tủ động lực ngắn, thời gian làm việc của các máy công cụ ít, nếu chọn théo mật độ dòng điện kinh

tế sẽ gây lảng phí kim loại màu nên dây dẫn chỉ chọn theo điều kiện phát nóng là đủ

Xác định cỡ dây chôn dưới đất ( trong trường hợp này cần xác định hệ số

K):

Xác định hệ số hiệu chỉnh K

Với mạch chôn trong đất, K sẽ đặc trưng cho điều kiện lắp đặt:

K =K1.K2.K3.K4

Hệ số K thể hiện toàn diện của điều kiện lắp đặt và là tích K1, K2, K3, K4

Các giá trị của một vài hệ số sẽ được cho trong bảng 3-2 và bảng 3-3

Hệ số K1 : K1 thể hiện cách lắp đặt

Bảng 3.5: Hệ số K1 theo cách lắp đặt

Đặt trong ống bằng đất nung, ống ngầm hoặc rãnh đúc

0,8

Hệ số K2 : K2 thể hiện số dây đặt kề nhau ( các dây được coi là kề nhau nếu khoảng cách L giữa chúng nhỏ hơn 2 lần đường kính của dây lớn nhất trong hai dây )

Bảng 3.6 : Hệ số K2 cho số dây trong hàng

Định vị dây đặt kề

Số mạch hoặc cáp nhiều lõi

1 0,

8 0,7 0,65 0,6 0,57 0,54 0,52 0,5 0,45Bảng 3.7 : Hệ số K3 thể hiện ảnh hưởng của đất chôn cáp

S = 1 mm2 ; ICP = 14 (A)

Làm tương tự cho các máy khác ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3.9 bảng chọn dây dẫn cho các máy

hiệu

Mã hiệu

Idm

I

cp Chọn dây dẫn

Tiết diện(mm2)

3.3.5 Chọn dây dẫn cung cấp điện cho từng nhóm máy.

Điều kiện chọn : Uđmcáp ≥ Uđmmạng ; [I] ≥ I K ttnh

Tính toán cho nhóm 1 : [ ] 81 , 07

95 , 0

02 , 77

Tương tự cho nhóm 2, 3,4 ta lập được bảng chọn cáp cho từng nhóm máy

Bảng 3.10: Thông số kỹ thuất cáp cho các nhóm máy của phân xưởng cơ khí

Idm(vào tủ) ≥ Itt(nh) (của nhóm hay phân xưởng).

Sổ lượng ra và vào phù hợp với sơ đồ đi dây:

Idm(đầu ra) ≥ Idci

Trong đó : + Idm(vào tủ) :Dòng định mức đầu vào tủ

+ Idm(đầu ra) :Dòng định mức đầu ra của lổ dẫn tới thiết bị

- Thiết bị bảo vệ phù hợp với sơ đồ nối dây yêu cầu phụ tải

- Kiểu loại phù hợp với phương thức lắp đặt,vận hành,địa hình và khí hậu

Loại tủ C∏62 – 6/I có Iđmvào = 400 (A) và số lộ ra là 4x50+4x100

Việc tính chọn tủ động lực cho nhóm máy 2, 3, 4, 5 tương tự như nhóm máy 1

Bảng 3.11 Bảng thông số tủ động lựcNhóm Loại tủ Ittnh(A) Iđmvào(A) Số lộ ra

4 C∏62 – 6/I 40,95 400 4x50+4x100

3.3.7 Chọn tủ phân phối.

Điều kiện chọn tủ phân phối :

dcnhi dmra

ttpxCK dmvào

dmmang tu

dm

I I

A I

I

V U

380

Tâm phụ tải được tính theo công thức sau:

Tâm phụ tải điện là điểm thoả mãn điều kiện mômen phụ tải đạt giá trị cực

Pi và li là công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

Để xác định toạ độ của tâm phụ tải có thể sử dụng các biểu thức sau:

n

i i 1 n 0

i 1

S xx

i 1

S yy

i 1

S zz

S

= ∑

∑Trong đó: x0; y0; z0 là toạ độ tâm phụ tải điện

xi; yi; zi là toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một trục toạ độ XYZ tuỳ chọn

Si là công suất của phụ tải thứ i

Trong thực tế thường ít quan tâm đến toạ độ z Tâm phụ tải là vị trí tốt nhất để đặt các trạm biến áp, trạm phân phối, tủ động lực nhằm mục đích tiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

Căn cứ vào bản vẽ mặt bằng nhà máy ta có thể đo ra các tọa độ của các phân xưởng để từ đó tính được tâm phụ tải

Lấy gốc tọa độ phía dưới góc trái của mặt bằng nhà máy, ta có bảng tọa độ

Bảng 4-1 : Bảng tọa độ các phân xưởng

n i i

S

X S X

100

n i i

S

Y S Y

Vậy tâm phụ tải có tọa độ là (66; 100)(mm)

4.2 Vị trí đặt trạm biến áp cho nhà máy

Vị trí đặt trạm biến áp nhà máy được chọn theo các tiêu chuẩn sau:

Trạm biến áp cấp điện cho phân xưởng thì vị trí của trạm được xác định theo tâm phụ tải sao cho gần tâm phụ tải nhất, như vậy có thể đưa điện áp cao đến các máy tiêu thụ, giảm chi phí kim loại dây dẫn, và giảm tổn thất.

Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và để đảm bảo mỹ quan và tránh ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của phân xưởng nên ta đặt trạm sát phần tường bao của nhà máy

4.3 Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp cho trạm biến áp

Để CCĐ điện cho toàn nhà máy tôi dùng các MBA điện lực đặt ở các trạm biến áp biến đổi điện áp 22 KV của lưới thành cấp điện áp 0,4 KV cung cấp cho phân xưởng

Các trạm BA đặt càng gần trung tâm phụ tải càng tốt để giảm tổn thất điện áp

và tổn thất công suất Trong 1 nhà máy nên chọn càng ít loại MBA càng tốt điều này thuận tiện cho việc vận hành và sửa chữa, thay thế và việc chọn thiết bị cao

áp, thuận lợi cho việc mua sắm thiết bị

Số lượng và dung lượng MBA trong trạm phải đảm bảo sao cho vốn đầu tư và chi phí vận hành hàng năm là nhỏ nhất đồng thời phù hợp với yêu cầu CCĐ của phân xưởng và nhà máy

Dựa vào những yêu cầu cơ bản trên, căn cứ vào sơ đồ mặt bằng nhà máy và phụ tải của nhà máy gia công cơ khí:

Sttnm = 2333,26 (KVA) ,

Nguồn cung cấp có cấp điện áp là 22 KV

Phân xưởng thuộc hộ phụ tải loại 2

Sau đây là một số phương án CCĐ :

Bảng 4.2 : Bảng tham số kỹ thuật của MBA do Việt Nam chế tạo chế tạo:

Bảng 4.3: Bảng các phương án cấp điện cho các Phân xưởng nhà máy

Đặt làm 1 trạm.Trong điều kiện làm việc bình thường ta cho 3 MBA có công suất Sđm=1000 KVA làm việc độc lập.

Hệ số phụ tải của các máy: KPT =

đmBA

ttBA

S S

1000

8 , 864 1000

8 , 864

ttBA

k kVA

S

kVA S

1000

64 , 800 1000

64 , 800

ttBA

k kVA

S

kVA S

1000

51 , 852 1000

51 , 852

ttBA

k kVA

S

kVA S

.Với 3 MBA 1000 KVA ta thiết kế sao cho khi mất 1 máy thì 2 máy còn lại phải làm việc và mang đủ tải của các máy cần thiết Cụ thể là MBA làm việc quá tải có công suất là:

1600

51 , 1172 1600

51 , 1172

ttBA

k kVA

S

kVA S

1250

29 , 1345 1250

29 , 1345

ttBA

k kVA

S

kVA S

Với 2 MBA 1600 KVA ta thiết kế sao cho khi mất 1 máy thì máy còn lại phải làm việc và mang đủ tải của các máy cần thiết Cụ thể là MBA làm việc quá tải có công suất là:

Sqt = 1,4.Sđm = 1,4.1600 = 2240 (KVA)

Như vậy ở đây ta thiết kế đã đảm bảo yêu cầu về tính liên tục CCĐ cho các hộ phụ tải cần thiết