Thiết kế cung cấp điện cho khu công nghiệp

Biểu đồ phụ tải của khu công nghiệp, các phương án thiết kế mạng điện cao ápcủa khu công nghiệp và sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của khu côngnghiệp.. 1.1.2 Ngành nghề sản suất trong k

Khoa: Năng Lượng

Bộ môn: Kĩ thuật điện

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -*** -

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Phùng Hữu TuyềnLớp: 54KTĐ-HTĐ

Khoá: 54

Mã số sinh viên: 1251122629

I Đầu đề thiết kế: Thiết kế cung cấp điện cho khu công nghiệp bao gồm

1 Thiết kế mạng điện cao áp của khu công nghiệp

2 Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy liên hợp dệt nằm trong khu côngnghiệp

II Số liệu ban đầu

1 Phụ tải điện của khu công nghiệp (Hình 1 và Bảng 1)

2 Phụ tải điện của nhà máy (Hình 2 và Bảng 2)

3 Phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí (Hình 3 và Bảng 3)

4 Điện áp nguồn cấp cho khu công nghiệp: 110kV

5 Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực : 420MVA

6 Đường dây cung cấp điện cho khu công nghiệp: Đường dây trên không dâynhôm lõi thép

7 Khoảng cách từ nguồn đến khu công nghiệp: 17,6km

8 Thời gian xây dựng công trình trong 1 năm, triết khấu 15%/năm, thời gian vậnhành của công trình là 20 năm

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máyliên hợp dệt

2 Xác định phụ tải tính toán của toàn bộ khu công nghiệp

3 Thiết kế mạng điện cao áp cho khu công nghiệp

5 Thiết kế mạng điện hạ áp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí

IV Các bản vẽ khổ A1

1 Biểu đồ phụ tải của khu công nghiệp, các phương án thiết kế mạng điện cao ápcủa khu công nghiệp và sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của khu côngnghiệp

2 Biểu đồ phụ tải toàn nhà máy và các phương án thiết kế mạng điện cao áp củanhà máy liên hợp dệt

3 Sơ đồ nguyên lý mạng điện cao áp của nhà máy

4 Sơ đồ nguyên lý mạng điện hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí

Bảng 1 Phụ tải của khu công nghiệp

Hình 1 Sơ đồ toàn bộ mặt bằng khu công nghiệp

TT Tên phân xưởng Công suất đặt (kW) Loại hộ tiêu thụ

Bảng 2 Phụ tải của nhà máy liên hợp dệt

Hình 2 Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy liên hợp dệt

máy

Pđm(kW)

BỘ PHẬN DỤNG CỤ

4 Máy tiện ren cấp chính

22 Thiết bị để hoá bền kim

Hình 3 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng sửa chữa cơ khí

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG KCN PHÚ XUÂN 5

1.1 Vị trí địa lý và vai trò kinh tế 5

1.1.1 Vị trí địa lý 5

1.1.2 Ngành nghề sản suất trong khu công nghiệp 5

1.2 Đặc điểm phân bố phụ tải 5

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KCN PHÚ XUÂN 8

2.1 Tổng quan về phương pháp xác định phụ tải tính toán 8

2.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán 8

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 8

2.2 Xác định phụ tải tính toán của nhà máy dệt nhuộm 11

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí 11

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác 14

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy 14

2.2.4 Biểu đồ phụ tải của các phân xưởng và nhà máy 15

2.3 Xác định phụ tải tính toán KCN 17

2.3.1 Xác định phụ tải tính toán 17

2.3.2 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải 17

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA KCN 19

3.1 Khái niệm mạng cao áp của KCN 19

3.2 Chọn cấp điện áp vận hành 19

3.3 Đề xuất các phương án cung cấp điện 20

3.3.1 Tâm phụ tải điện 20

3.3.2 Đề xuất các phương án và sơ đồ cung cấp điện 20

3.4 Sơ bộ lựa chọn thiết bị điện 21

3.4.1 Chọn công suất TBA trung tâm 21

3.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn 22

3.4.3 Chọn máy cắt 25

3.5.1 Phương án đi dây 1 29

3.5.2 Phương án đi dây 2 31

3.6 Thiết kế chi tiết cho phương án lựa chọn 32

3.6.1 Chọn dây dẫn 110kv từ hệ thống về KCN 32

3.6.2 Tính ngắn mạch cho mạng cao áp 33

3.6.3 Chọn và kiểm tra thiết bị điện cho mạng cao áp của KCN 36

3.6.5 Kiểm tra thiết bị điện phía hạ áp của MBA trung tâm đã chọn sơ bộ 38

3.6.6 Sơ đồ nguyên lý mạng cao áp của KCN 40

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CỦA NHÀ MÁY LIÊN HỢP DỆT 41

4.1 Đặt vấn đề vạch các phương án cung cấp điện 41

4.2 Vạch các phương án cung cấp điện 41

4.2.1 Phương án về các TBA phân xưởng 41

4.2.2 Chọn các MBA phân xưởng 42

4.2.3 Xác định vị trí các TBA phân xưởng 43

4.3 Phương án cung cấp điện cho các TBA phân xưởng 44

4.4 Tính toán kinh tế, kỹ thuật cho các phương án 47

4.5 Thiết kế chi tiết mạng cao áp của nhà máy 52

4.5.1 Chọn dây dẫn từ TBA trung tâm của KCN về TPP trung tâm 52

4.5.2 Chọn cáp hạ áp và cao áp của nhà máy 52

4.5.3 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 53

4.5.4 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 56

4.6 Thuyết minh vận hành sơ đồ 64

4.6.1 Khi vận hành bình thường 64

4.6.2 Khi bị sự cố 64

4.6.3 Khi cần sữa chữa định kỳ 64

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 65

5.1 Đánh giá về phụ tải 65

5.2 Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện 65

5.2.1 Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng 65

5.2.2 Chọn vị trí TĐL và tủ phân phối 68

5.2.3 Sơ đồ đi dây trên mặt bằng và phương thức lắp đặt các đường cáp 68

5.3 Chọn tủ phân phối và TĐL 69

5.3.3.Chọn TĐL và dây dẫn từ TĐL tới các thiết bị 71

5.4 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp để kiểm tra cáp và aptomat 72

5.4.1Các thông số của sơ đồ thay thế 72

5.4.2.Tính toán ngắn mạch và kiểm tra các thiết bị đã chọn 74

LỜI MỞ ĐẦU

Năm 2000 theo sự lãnh đạo của Đảng và nhà nước Nước ta bắt đầu với côngcuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đến nay sau một nửa chặng đường đã điqua chúng ta có thể thấy sự thay đổi và phát triển rõ rệt trong ngành công nghiệp.Hàng loạt khu chế xuất, khu công nghiệp cũng như các nhà máy, xí nghiệp côngnghiệp được hình thành và đi vào hoạt động Cùng với sự phát triển mạnh mẽ ấykhông thể không nhắc đến vai trò đóng góp vô cùng quan trọng của ngành điện

Nhưng khi công nghiệp càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện lại càng cao vàphức tạp hơn, yêu cầu chúng ta phải có phương án cung cấp điện một cách an toàn vàhiệu quả nhất

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.S.Khương Văn Hải và những kiếnthức mà em đã được học tại trường khi theo học chuyên ngành Hệ Thống Điện-TrườngĐại Học Thủy Lợi Nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện cho khu công nghiệp nay em đãđưa ra phương án cung cấp điệ của riêng mình Do thời gian làm đồ án có hạn, kiếnthức của bản thân còn hạn chế nên đồ án của em có thể mắc phải những thiếu sót Kính mong các thầy cô thông cảm và góp ý cho em để đồ án của em được hoàn thiệnhơn!

Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Phùng Hữu Tuyền

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG KCN PHÚ XUÂN 1

1.1 Vị trí địa lý và vai trò kinh tế

1.1.1 Vị trí địa lý

Cùng với sự hội nhập công nghiệp hóa-hiện đại hóa của đất nước Thái Bìnhnhững năm gần đây đã có sự thay đổi rõ rệt trong xu hướng phát triển kinh tế củamình Những khu công nghiệp hiện đại, quy mô lớn đã mọc lên thay thế cho nhữngkhu công nghiệp nhỏ lẻ trước đây Cách trung tâm thành phố Thái Bình 3km về phíaĐông Nam Khu công nghiệp Phú Xuân thuộc xã Phú Xuân-TP Thái Bình với tổngdiện tích là 101,89ha là một trong những khu công nghiệp lớn và có vai trò quan trọngtrong sự phát triển kinh tế của thành phố

Ranh giới lập quy hoạch chi tiết:

- Phía Bắc giáp khu dân cư xã Phú Xuân

- Phía Nam giáp đường Trần Thái Tông(Quốc lộ 10)

- Phía Tây giáp sông Bạch

- Phía Đông giáp trạm điện thành phố , một số cơ sở công nghiệp hiện có

và khu dân cư

1.1.2 Ngành nghề sản suất trong khu công nghiệp

- Nhà máy chế tạo phụ tùng ô tô, xe máy

- Nhà máy chế biến gỗ và nông sản

- Nhà máy bia Hương Sen

- Ngành dệt may gồm: Kéo sợi, tẩy nhuộm, dệt vải, may mặc

- Các dịch vụ phục vụ ngành dệt may: Sửa chữa máy móc thiết bị cơ khídệt may

- Tính chất KCN: là khu công nghiệp đa ngành, ít gây ô nhiểm môitrường, bố trí các ngành công nghiệp sử dụng công nghệ tiên tiến, có kĩthuật cao, sử dụng nhiều lao động

1.2 Đặc điểm phân bố phụ tải

- Điện áp nguồn cấp cho khu công nghiệp: 110kV

- Dung lượng ngắn mạch về phía hạ áp của trạm biến áp khu vực :

420MVA

- Đường dây cung cấp điện cho khu công nghiệp: Đường dây trên không dây nhôm lõi thép.

- Khoảng cách từ nguồn đến khu công nghiệp: 17,6km

- Thời gian xây dựng công trình trong 1 năm, triết khấu 15%/năm, thời gian vận hành của công trình là 20 năm

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA KCN PHÚ XUÂN

2.1 Tổng quan về phương pháp xác định phụ tải tính toán

2.1.1 Khái niệm về phụ tải tính toán

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấpđiện Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử cung cấpđiện (MBA, đường dây), tương đương với phụ tải thực tế biến đổi về hiệu ứng nhiệtlớn nhất Nói một cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng vật dẫn lên tới nhiệt độbằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra Như vậy, nếu chọn các thiết bị điệntheo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đótrong mọi trạng thái vận hành

2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

2.1.2.1 Xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

- Phụ tải tính toán được tính theo công thức như sau:

- N: Tổng số thiết bị trong nhóm

- knc: Hệ số nhu cầu, tra sổ tay

- Pdi, Pdmi: Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

- P ,Q ,Stt tt tt: Công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán củanhóm thiết bị (kW, kVAR, kVA)

Ưu điểm phương pháp này là đơn giản, thuận tiện

 Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác Bởi hệ số nhu cầu tra sổtay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết

bị trong nhóm

2.1.2.2 Xác định theo suất phụ tải tính toán

Ta có công thức tính như sau:

P p F (2.5)Trong đó:

- p0: Suất phụ tải trên một diện tích sản xuất (W/m2) Giá trị p0 được tratrong sổ tay hoặc các bảng phụ lục tài liệu tham khảo

- F: Diện tích sản xuất - tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất (m2)

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đềutrên diện tích sản xuất nên nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếusáng

2.1.2.3 Xác định theo công suất trung bình và hệ số cực đại

Số liệu đầu tiên cần xác định là công suất tính toán của từng động cơ và củatừng nhóm động cơ trong phân xưởng

- n: Số thiết bị điện trong nhóm

- Pdmi: Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm (kW)

- ksd: Hệ số sử dụng của nhóm thiết bị, tra sổ tay

- kmax: Hệ số cực đại tra đồ thị hoặc tra bảng theo đại lượng ksd và nhq

- nhq: Số thiết bị dùng điện hiệu quả

Công thức tính nhq như sau:

 

2 n

dmi i=1

dmi i=1

 Khi thoả mãn điều kiện:

dmi i=1 hq

 Khi m > 3 và ksd< 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau:

- Tính n1: số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất củathiết bị có công suất lớn nhất

- Tính P1: Công suất của n1 thiết bị kể trên:

HồngQuang, Vũ Văn Tẩm” ta được n*hq= f(n*, P*) Vậy ta xác định nhq theo công thứcsau:

n = n.n

(2.15)Theo bảng PL I.6 – Trang 256 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang,

Vũ Văn Tẩm”, kmax chỉ bắt đầu từ nhq = 4 nên khi nhq< 4, phụ tải tính toán được xácđịnh theo công thức như sau:

 kt = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

 kt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Cần lưu ý nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạnlặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn trước khi xác định nhq theo công thức:

P P k % (2.17)Với kd: Hệ số đóng điện tương đối phần trăm

Quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha:

 Thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha: P qd  3.P dmpha max

(2.18)

 Thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha: Pqd  3.Pdm

(2.19)Cuối cùng, phụ tải tính toán toàn phân xưởng với n nhóm:

 Kđt = 0,9 - 0,95 khi số phân xưởng n = 2 ÷ 4

 Kđt = 0,8 - 0,85 khi số phân xưởng n = 5 ÷ 10

2.2 Xác định phụ tải tính toán của nhà máy dệt nhuộm.

2.2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí

2.2.1.1 Phân loại và phân nhóm phụ tải điện

Các thiết bị phần lớn đều làm việc ở chế độ dài hạn Chỉ có phụ tải MBA hànlàm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại và sử dụng điện áp dây Do vậy, cần quy đổi về chế

độ làm việc dài hạn

P  3.P k % (2.23)

Để phân nhóm phụ tải, ta dựa theo các nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong nhóm nên có cùng một chế độ làm việc

- Các thiết bị trong nhóm nên gần nhau, tránh chồng chéo và giảm chiềudài dây dẫn hạ áp

- Công suất các nhóm cũng không nên quá chênh lệch, nhằm làm giảmchủng loại TĐL

Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặc bằng phânxưởng, ta chia làm 5 nhóm thiết bị phụ tải như sau:

2.2.1.2 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải

 Tính toán cho phụ tải nhóm 1:

- Tra bảng PL I.1 – Trang 253 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, VũVăn Tẩm”, ta có k = 0,15; cos φ = 0,5; n =8; n = 4sd 1 Ta có:

Σ

n 4 P 6+6+10+6n* = = = 0,5; P* = = = 0,816

n 8 P 34,3

- Tra bảng PL I.5 – Trang 255 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, VũVăn Tẩm”, ta được n = 0,70*hq

- Số thiết bị dùng điện hiệu quả: n = n.nhq *hq 8.0,70 5,6

- Tra bảng PL I.6 – Trang 256 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, VũVăn Tẩm”, ta được kmax = 2,76

- Phụ tải tính toán của nhóm 1 được tính toán:

P 14,2

S = = = 28,4 (kVA)cosφ 0,5

 Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải còn lại, ta có Bảng 2.2 - PL.

2.2.1.3 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí được xác định theo phươngpháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích

Trong đó:

- p0: Suất chiếu sáng trên đơn vị diện tích, W/m2

- F: Diện tích cần được chiếu sáng, ở đây là diện tích phân xưởng (m2).Trong phân xưởng sửa chữa cơ khí, hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt.Tra bảng PL I.2 – Trang 253 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ VănTẩm”, ta có được p0 = 15 (W/m2)

Phụ tải chiếu sáng của phân xưởng được tính như sau:

P cspx = p F = 15.810 = 12,15 (kW) 0

Qcspx = Pcs.tgφcs = 0 (đèn sợi đốt có cosφcs = 1)

2.2.1.4 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng sửa chữa cơ khí

Với kdt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng, lấy kdt = 0,82 (do n = 6)

- Phụ tải tác dụng (động lực) của toàn phân xưởng:

- Phụ tải toàn phần của toàn phân xưởng thiết kế cả chiếu sáng:

ttpx

P 87, 27cosφ = = = 0,55

S 156,70

2.2.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng khác

Do ta chỉ biết trước công suất đặt và diện tích của các phân xưởng nên ở đây ta

sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

 Tính toán cho phân xưởng kéo sợi

Ta có: P = 1200 (kW); F = 2700 (m ) d 2

Tra bảng PL I.2 và I.3 – Trang 253, 254 – Sách ”Thiết kế cấp điện – Ngô HồngQuang, Vũ Văn Tẩm”, ta có:k = 0,65; p = 13 (W/m ) nc 0 2 ; cosφ = 0,85; tanφ = 0,62

Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφ = 1; tanφ = 0.cs cs

- Công suất tính toán động lực:

2.2.3 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

 Phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

 kdt = 1 khi số phân xưởng n = 12

 kdt = 0,90,95 khi số phân xưởng n = 35

 kdt = 0,80,85 khi số phân xưởng n = 610

 kdt = 0,90,95 khi số phân xưởng n = 24

 kdt = 0,7 khi số phân xưởng n 10

 Pttpxi – Phụ tải tính toán của các phân xưởng xác định ở trên (kW)

- Do n = 7 nên ta có phụ tải tính toán tác dụng của toàn nhà máy:

ttnm

P 2946,86cosφ = = = 0,84

S 3522, 23

2.2.4 Biểu đồ phụ tải của các phân xưởng và nhà máy

2.2.4.1 Xác định tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm thỏa mãn điều kiện momen phụ tải đạt giá trị cực tiểu:

n

i i i=1

P l  Min



Trong đó: Pi và li – Công suất và khoảng cách của phụ tải thứ i đến tâm phụ tải

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

- n: Số phụ tải điện

- x0, y0: Tọa độ của tâm phụ tải điện

- xi, yi: Tọa độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục tọa độ xOy tùy chọn

- Si: Công suất của phụ tải thứ i

Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các TBA, TPP, TĐL nhằm mục đíchtiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

2.2.4.2 Biểu đồ phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng với tâmphụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệ xích nào đótùy chọn Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dung được sự phân bố phụtải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở để lập các phương án cung cấpđiện Biểu đồ phụ tải điện được chia làm 2 phần: phần phụ tải động lực (phần hìnhquạt gạch chéo) và phần phụ tải chiếu sáng (phần hình quạt để trắng)

Để vẽ được biểu đồ phụ tải cho các phân xưởng, ta coi phụ tải của các phânxưởng phân bố đều theo diện tích phân xưởng nên tâm phụ tải có thể lấy trùng với tâmhình học của phân xưởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i xác định qua công thức:

Ta có kết quả tính bán kính Ri và αcsi của biểu đồ phụ tải các phân xưởng trong

5

6 7

Hình 2.3: Biểu đồ phụ tải của toàn nhà máy

2.3.2 Xác định tâm phụ tải và biểu đồ phụ tải

Tương tự như ở trên, ta xác định được bán kính và tọa độ tâm phụ tải của các nhà máy

cho trong

Error: Reference source not found - PL.

y

3 4

5

6

2333,43 2056,93

4503,39

3000

Hình 2.4: Biểu đồ phụ tải của KCN

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CAO ÁP CỦA KCN

3.1 Khái niệm mạng cao áp của KCN

Mạng cao áp nhận điện từ hệ thống điện đến MBA nguồn cung cấp cho các nhàmáy Thiết kế đứng trên quan điểm của nhà cấp điện, chỉ xét chi phí vốn đầu tư ởphạm vi KCN, không xét trong các nhà máy

3.2 Chọn cấp điện áp vận hành

Cấp điện áp vận hành là cấp điện áp liên kết hệ thống cung cấp điện của KCNvới hệ thống điện Cấp điện áp vận hành phụ thuộc vào công suất truyền tải và khoảngcách truyền tải theo một quan hệ phức tạp

Công thức kinh nghiệm để chọn cấp điện áp truyền tải:

Trong đó:

- P: Công suất tính toán của nhà máy (kW)

- l: Khoảng cách từ TBA trung gian về nhà máy (km)

Phụ tải tính toán nhà máy có kể đến sự phát triển của phụ tải trong tương lai

S = S (1+α.t) (3.2)Trong đó:

- St: Phụ tải tính toán dự báo tại thời điểm sau t năm, kVA

- S0: Phụ tải tính toán xác định tại thời điểm ban đầu, kVA

- t: Số năm dự báo lấy (t = 20 năm)

- α: Hệ số gia tăng của phụ tải, lấy α = 0,05.

3.3 Đề xuất các phương án cung cấp điện

3.3.1 Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là vị trí tốt nhất để đặt các TBA, TPP, TĐL nhằm mục đíchtiết kiệm chi phí cho dây dẫn và giảm tổn thất trên lưới điện

Áp dụng công thức (2.29), ta xác định tâm phụ tải điện của KCN:

19213, 6633,65.4676,62 + 34,96.2707,52 + 89,52.2333,43 + 81,14.2056,93

y =

19213,6641,59

55,0919213,66





Vì vậy, tâm phụ tải của KCN là M0 (x0; y0) = M0 (83,98; 55,09)

3.3.2 Đề xuất các phương án và sơ đồ cung cấp điện

Các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của mạng điện phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ cungcấp điện Do vậy, các sơ đồ cung cấp điện phải có chi phí nhỏ nhất, đảm bảo độ tin cậycung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ tiêu thụ, an toàntrong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.Chính vì vậy, ta đề xuất 2 phương án cho sơ đồ nối điện chính như sau:

Hình 3.6: Phương án đi dây 2

3.4 Sơ bộ lựa chọn thiết bị điện

3.4.1 Chọn công suất TBA trung tâm

Các nhà máy trong khuc công nghiệp được xếp vào hộ loại I với phụ tải tínhtoán của cả KCN có kể đên sự phát triển trong 20 năm tới như sau:

 Chế độ bình thường:

tt dmB

- NB: Số lượng MBA trong trạm (NB = 2)

TPDH – 25000/110, chế tạo theo đơn đặt hàng có thông số cho trong Bảng 3.1- PL.

3.4.2 Chọn tiết diện dây dẫn

Đường dây cung cấp từ TBA trung tâm của KCN về tới các máy sử dụng đườngdây trên không, lộ kép, dây nhôm, lõi thép Trong một số trường hợp ta có thể dùngnhiều xuất tuyến từ TBA trung tâm tới các nhà máy

Các nhà máy trong KCN có Tmax lớn nên dây dẫn sẽ được chọn theo điều kiệnmật độ dòng kinh tế Jkt (Tra Jkt theo bảng 2.10 – Trang 31 – Sách “Thiết kế cấp điện –Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm”)

S = 21958,47 (kVA)1.1,4.(2-1)





Đối với mạng điện khu vực, tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tếcủa dòng điện, ta có công thức như sau:

- Fkt : Tiết diện kinh tế (mm2)

- Jkt : Mật độ kinh tế của dòng điện (A/mm2)

- Ilvmax: Dòng điện chạy trên đường dây trong chế độ phụ tải cực đại (A)

- Itt: Dòng điện tính toán (A)

Dòng điện làm việc chạy trong dây dẫn:

ttnm lvmax

- Sttnm: Công suất ở đây lấy theo phụ tải dự báo (kVA)

Với lưới trung áp, do khoảng cách tải điện xa tổn thất điện áp lớn Vì vậy, taphải kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp

ΔU = 5%.U

ΔU = 10%.U (3.7)

Thông số các nhà máy trong KCN tra Bảng 3.2 - PL.

3.4.2.1 Phương án đi dây 1

Với cấp điện áp trung áp

 Chọn dây dẫn từ TBA trung tâm đến nhà máy chế tạo phụ tùng ô tô, xe máy:

- Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:

ttNM1 lvmax1

Vậy, ta chọn dây nhôm lõi thép, tiết diện 120 (mm2) Tra bảng 2 – Trang 258 Sách “Thiết kế các mạng và hệ thống điện – Nguyễn Văn Đạm”, ta chọn dây dẫn AC -

120 có I cp  380(A)

 Kiểm tra dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt 1 dây:

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố

 Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC - 120, có khoảng cách trung bình hình học D= 2 (m) với các thông

3.4.2.2 Phương án đi dây 2

 Chọn dây dẫn từ TBA trung tâm đến khu dân cư :

- Dòng điện tính toán chạy trên mỗi dây dẫn:

ttNM2 lvmax2

Vậy, ta chọn dây nhôm lõi thép, tiết diện 185 (mm2) Tra bảng PL II.2 – Trang

258 – Sách “ Thiết kế các mạng và hệ thống điện – Nguyễn Văn Đạm”, ta chọn dâydẫn AC – 185 có Icp = 510 (A)

 Kiểm tra dây dẫn khi xảy ra sự cố đứt 1 dây:

Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng khi sự cố.

 Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp:

Với dây AC – 185, có khoảng cách trung bình hình học D=3(m) tra PL 4.9 –Trang 366 – Sách “Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhàcao tầng - Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch” ta có:

 Điện áp định mức: UdmMC Udm

 Dòng điện định mức: IdmMCIcp với Icb =

ttNM TA

S3.U

Trong quá trình chọn sơ bộ máy cắt, ta chỉ chọn máy cắt phía trung áp

Hình 3.7: Sơ đồ lắp đặt máy cắt phía trung áp.

3.4.3.1 Phương án đi dây 1

 Chọn máy cắt phía hạ áp MBA trung tâm:

- Điện áp định mức: Udm 22(kV)

- Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt:

ttKCN(20) cb

I = 1250 (A) I = 806,76 (A) vàUdmMC = 24 (kV) U = 22 (kV) dm với thông số cho ở

Error: Reference source not found - PL.

 Chọn máy cắt trên mạch đường dây nối với nhà máy chế tạo phụ tùng ô tô, xemáy:

Ta chọn máy cắt SF6 so Schneider chế tạo loại 24GI – E16 với thông số cho ở

Error: Reference source not found - PL.

Điện áp định mức: UdmMC = 24 (kV) U = 22 (kV) dm

Tính toán cho các đường dây còn lại, ta có kết quả tra

Error: Reference source not found - PL.

3.4.3.2 Phương án đi dây 2

 Chọn máy cắt phía hạ áp MBA trung tâm:

- Điện áp định mức: U = 22 (kV)dm

- Dòng điện cưỡng bức qua máy cắt:

ttKCN(20) cb

TA

S 30741,86

I = = = 806,76 (A)

3.U 3.22

- Qua tính toán trên, ta chọn máy cắt SF6 do Schneider chế tạo loại 24GI E16

có IdmMC = 1250 (A) I = 806,76 (A) cb và UdmMC = 24 (kV) U = 22 (kV) dm với

thông số cho ở Bảng 3.6 - PL.

 Chọn máy cắt trên mạch đường dây nối với nhà máy chế biến gỗ:

Chọn máy cắt SF6 so Schneider chế tạo loại 24GI E16 với thông số cho ở

-3.5 Tính toán kỹ thuật để lựa chọn phương án thiết kế

Nhiệm vụ của người thiết kế là lựa chọn được phương án cung cấp điện tốtnhất, vừa thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra lại vừa rẻ về vốn đầu tư và chi phívận hành Vì vậy, ta phải đưa ra nhiều phương án rồi tiến hành tính toán so sánh đểchọn được phương án thiết kế

Trong một số trường hợp, khi chúng ta chỉ quan tâm đến hai yếu tố là vốn đầu

tư và chi phí vận hành hàng năm đồng thời và coi là không đổi qua các năm Tuynhiên, đối với những công trình lớn (KCN), giả thiết này không còn phù hợp nữa Khi

đó cần xét hiệu quả vốn đầu tư trong các giai đoạn khác nhau và sự biến đổi của chiphí vận hành qua các năm, tức là phải xét đến yếu tố thời gian.

 So sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án, ta dùng hàm chi phí vòng đời:

C = V + C (3.8)Trong đó:

V – Tổng số vốn đầu tư, bao gồm các vốn đầu tư về:

- Đường dây (chủ yếu xét phía trung áp)

- TBA (chỉ xét đến TBA trung tâm)

- Máy cắt (phía trung áp)

Cvh – Chi phí vận hành hàng năm, được tính theo biểu thức:

- Cnc: Chi phí về lương cán bộ và nhân công vận hành hệ thống

- Cphu: Chi phí phụ khác như làm mát, sưởi ấm…

Trong khi thiết kế, ta có thể giả thiết Cbd; Ckh; Cnc; Cphu; Cmd là như nhau trongcác phương án nên có thể bỏ qua Cp chỉ xét khi phụ tải rất lớn, trong trường hợp này

ta cũng bỏ qua

Vậy, ta có:

T T

- CA0: Chi phí về tổn thất điện năng năm 0, với αA = 1000(đ/kWh):

A0 A

C = ΔA.α (3.14)

- i: Suất triết khấu (i = 15%)

- T: Thời gian vận hành của công trình (T = 20 năm)

- j: Năm vận hành của công trình

 Xác định tổn thất điện năng TBA trung tâm:

Tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

2 tt

dmBA

S1

- n: Số MBA ghép song song

- t: Thời gian MBA vận hành, nếu vận hành suốt năm t = 8760 (h)

- τ: Thời gian tổn thất công suất lớn nhất (h)

-4 2 max

- ΔP0; ΔPn: Tổn thất không tải và tổn thất công suất ngắn mạch của MBA(kW)

- Stt: Công suất tính toán của MBA (kVA)

- SdmBA: Công suất định mức của MBA (kVA)

 Xác định tổn thất điện năng trên dây dẫn:

Tổn thất công suất tác dụng:

2

-3 ttNM

- l: Chiều dài lộ từ TBA trung tâm đến các nhà máy (km)

- r0: Điện trở trên một đơn vị chiều dài cáp (/km)

 Tổn thất điện năng trong 1 năm.

- Tổn thất điện năng trong MBA (chỉ xét TBA trung tâm: TPDH 25000/110)

-Với n = 2; t = 8760 (h); ΔP0 = 29 (kW); ΔPn = 120 (kW); SdmB = 25000 (kVA)nên ta có:

6 NMi maxi i=1

NMi i=1

S TT

- Tổn thất điện năng trên đường dây

Xét đường dây từ TBA trung tâm – nhà máy chế tạo phụ tùng ô tô, xe máy:

Theo công thức (3.17), ta lại có:

T = 4000 (h) => τ = (0,124 + 4000.10 ) 8760 = 2405,29 (h)

Theo công thức (3.18), ta có: ΔA = ΔP τ = 28,26.2405,29 = 67965,5 (kWh)D1 D1

Tương tự với các đường dây còn lại, ta thu được

Error: Reference source not found - PL.

 Vậy, tổng tổn thất điện năng trên đường dây của PA1 – 22 kV là:

PA1 D PA1 B PA1 1606888,

Cho đường dây: VDi = 1,8.kDi.li (Với 1,8 – Hệ số đồng thời của 1 lộ kép)

Ta có vốn đầu tư cho đường dây 22kV – PA1 tra Bảng 3.8 - PL.

Theo bảng

Error: Reference source not found - PL, ta sử dụng 33 máy cắt trung áp (cấp

22kV), mỗi máy cắt có giá là 22000USD = 495.106 đ (tỉ giá 1USD = 22500đ) Vậytổng vốn đầu tư máy cắt trung áp cấp 22kV là:

 Tổn thất điện năng trong 1 năm

- Tổn thất điện năng trong MBA (Chỉ xét TBA trung tâm: TPDH-25000/110)trong phương án 2 giống phương án 1:

Vì vậy, ta có kết quả tổn thất điện năng trên đường dây 22kV – PA2 tra

Error: Reference source not found - PL.

 Tổng tổn thất điện năng trên đường dây của PA2 – 22 kV là:

cho đường dây 22kV – PA2 tra Bảng 3.10 - PL.

Theo bảng số liệu 3.6, ta sử dụng 33 máy cắt trung áp (cấp 22kV), mỗi máy cắt

có giá là 22000USD = 495.106 đ (tỉ giá 1USD = 22500đ)

Vậy tổng vốn đầu tư máy cắt trung áp cấp 22kV là:

Từ các số liệu đã tính toán được ở trên, ta có bảng tổng hợp chi phí tính toán

cho 2 phương án tra Bảng 3.11 - PL.

Nhận xét: Qua bảng tổng hợp, ta thấy các phương án có chi phí vòng đời

không chênh lệch nhau nhiều Phương án 1 có tổn thất điện năng nhỏ hơn Hơn nữa,phương án 1 là phương án hình tia nên dễ vận hành và phát triển trong tương lai Vìvậy, ta chọn phương án 1 làm phương án thiết kế mạng cao áp của KCN

3.6 Thiết kế chi tiết cho phương án lựa chọn

3.6.1 Chọn dây dẫn 110kv từ hệ thống về KCN

Lựa chọn đường dây cung cấp từ hệ thống điện về TBA trung tâm của KCN làđường dây trên không (ĐDK), chọn loại dây dẫn là dây nhôm lõi thép AC với cấp điện

áp là 110 (kV), có khoảng cách l = 17,6(km)

Với TmaxKCN = 4235,5 (h) như đã tính toán trong phần 3.5.1, tra bảng 2.10 –Trang 31 – Sách “Thiết kế cấp điện – Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm” có

2 kt

ttKCN ttKCN

kt kt

Vậy, dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện

 Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp

Tổn thất điện áp trên đường dây:

Hình 3.9: Sơ đồ thay thế mạng cao áp.

3.6.2.3 Tính các thông số của sơ đồ thay thế

Ta tiến hành tính các thông số trong hệ đơn vị tương đối với Scb = 100 (MVA)

và Ucb = Utb Do vậy, ta có (với Utb = 1,05.Udm):

SN – Công suất ngắn mạch phía hạ áp của TBA khu vực, SN = 500(MVA)