Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo vòng bi

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy chế tạo vòng bi

Trong quá trình trong quá trình làm đồ án, khó tránh khỏi sai sót, rấtmong các thầy, cô bỏ qua Đồng thời do kiến thức còn hạn chế cũng như kinhnghiệm thực tiễn chưa có nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếusót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy, cô để em học thêmđược nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó!

Bình Định, Ngày 23 tháng 05 năm 2014

Sinh viên

Hà Anh Tuấn

MỤC LỤC

ĐỀ TÀI VÀ SỐ LIỆU

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

1.1 Khái quát chung về nhà máy chế tạo vòng bi 9

1.3 Yêu cầu đề tài thiết kế 10

1.4 Nhiệm vụ của bản thiết kế tốt nghiệp gồm những nội dung chính sau 12

CHƯƠNG II 13

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY 13

2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xướng sửa chữa cơ khí 13

2.1.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 13

2.1.2 Phân nhóm phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí 18

2.1.3 Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải 21

2.1.4 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí 23

2.1.5 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng 23

2.1.6 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại 24

2.2 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy 28

2.3 Xác định tâm phụ tải và vẽ biểu đồ phụ tải 28

2.3.1 Tâm phụ tải điện 28

2.3.2 Biểu đồ phụ tải điện 29

CHƯƠNG ІІI 31

THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY CHẾ TẠO VÒNG BI 31

3.1 Đặt vấn đề 31

3.2 Vạch các phương án cung cấp điện 31

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng 31

3.2.2 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng 33

3.2.3 Phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng 34

3.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật cho các phương án 36

3.3.1 Phương án 1 37

3.3.2 Phương án 2 44

3.3.3 Phương án 3 48

3.3.4 Phương án 4 51

3.4.2 Chọn cáp cao áp và hạ áp của nhà máy 55

3.4.3 Tính toán ngắn mạch và lựa chọn các thiết bị điện 56

3.4.4 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện 61

CHƯƠNG IV 70

THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ 70

4.1 Đánh giá về phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí 70

4.2 Lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho phân xưởng sửa chữa cơ khí 70

4.2.1 Giới thiệu các kiểu sơ đồ 70

4.2.2 Phân tích và chọn sơ đồ thích hợp 72

4.2.4 Sơ đồ đi dây trên mặt bằng và phương thức lắp đặt các đường cáp 73

4.3 Chọn tủ phân phối 73

4.3.1 Nguyên tắc chung 73

4.3.2 Chọn tủ phân phối 74

4.4 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp của phân xưởng sửa chữa cơ khí để kiểm tra cáp và áptômát 75

4.5.1 Chọn áptômát tổng 79

4.5.2 Chọn áptômát đến các thiết bị và nhóm thiết bị trong tủ động lực 80

4.5.3 Chọn cáp theo điều kiện phát nóng cho phép 80

CHƯƠNG V 84

TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO NHÀ MÁY 84

5.1 Đặt vấn đề 84

5.2 Chọn thiết bị bù 85

5.3 Xác định và phân bố dung lượng bù 86

5.3.1 Xác định dung lượng bù 86

5.3.2 Phân bố dung lượng bù cho các trạm biến áp phân xưởng 86

CHƯƠNG VI 92

THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP B1 92

6.1 Kết cấu của trạm biến áp 92

6.1.1 Trạm trọn bộ 92

6.1.2 Trạm treo 93

6.1.3 Trạm cột ( còn gọi là trạm bệt ) 94

6.1.4 Trạm kín 96

6.2 Sơ đồ nguyên lý và lựa chọn các phần tử cơ bản của trạm 97

6.2.1 Chọn máy biến áp B1 99

6.2.2 Chọn thiết bị phía cao áp 99

6.2.3 Chọn thiết bị hạ áp 100

6.3 Thiết kế hệ thống nối đất cho trạm biến áp phân xưởng B1 104

6.3.1 Tính toán trang bị nối đất 105

6.3.2 Tính toán nối đất nhân tạo 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu hình

1.1 Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy chế tạo vòng bi 12 2.1 Biểu đồ phụ tải điện của nhà máy chế tạo vòng bi 32

5.1 Sơ đồ nguyên lý của một trạm biến áp có lắp tụ bù 92 5.2 Sơ đồ thay thế để phân bố dung lượng bù 92 5.3 Sơ đồ tính toán để phân bố dung lượng bù 93 5.4 Sơ đồ lắp ráp tụ bù cosφ cho trạm biến áp 96

6.5 Mặt bằng, mặt cắt hệ thống nối đất trạm biến áp 114

2.3 Bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sữa chữa cơ khí 25

3.1 Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng 353.2 Bảng kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân

xưởng

403.3 Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA

phương án 1

423.4 Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 1 443.5 Tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây của

3.17 Kết quả chọn MBA trong các TBA ở phương án 4 563.18 Tổn thất điện năng trong các TBAPP phương án 4 563.19 Kết quả chọn cáp cao áp của phương án 4 563.20 Tổn thất công suất trên các đường dây của phương án 4 573.21 Kết quả chọn máy cắt cao áp phương án 4 573.22 Tổng hợp chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các phương án 58

3.23 Tổng hợp kết quả chọn cáp cho nhà máy 603.24 Thông số của đường dây trên không và cáp 62

3.26 Điện trở và điện kháng của các máy biến áp phân xưởng 633.27 Quy đổi các thông số cấp 22 kV sang cấp 0,4 kV 643.28 Kết quả tính ngắn mạch phía hạ áp của các trạm biến áp

3.33 Thông số kỹ thuật của dao cách ly 3DC 69

3.35 Kết quả chọn áptômát tổng và áptômát phân đoạn 71

4.4 Kết quả chọn áptômát và cáp trong các tủ động lực đến

5.1 Kết quả tính điện trở trạm biến áp và cáp 945.2 Kết quả tính chọn số lượng và chủng loại các tụ điện bù

6.2 Thông số kỹ thuật Aptômát tổng, phân đoạn và nhánh 107

Qđm Công suất phản kháng định mức(kVAR)

Sđm Công suất biểu kiến định mức (kVA)

TBATT Trạm biến áp trung tâm

TPPTT Trạm phân phối trung tâm

TPP Tủ phân phối

TĐL Tủ động lực

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đã có bước phát triển vượt bậc, hội nhậpvới khu vực và thế giới Trong lĩnh vực cung cấp điện, nhiều thế hệ thiết bịđiện mới được sử dụng nên hệ thống cung cấp điện có nhiều thay đổi Cácnhà máy xí nghiệp hiện đại được xây dựng

Khoảng 70% điện năng sản xuất ra được sử dụng trong các xí nghiệpcông nghiệp, vấn đề cung cấp điện cho lĩnh vực công nghiệp có ý nghĩa tolớn đối với nền kinh tế quốc dân Đứng về mặt sản xuất và tiêu thụ điệnnăng, công nghiệp là lĩnh vực tiêu thụ nhiều điện năng nhất Vì vậy, cungcấp và sử dụng hợp lý điện năng trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếpđến việc khai thác khả năng của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quảlượng điện năng sản xuất ra

Các xí nghiệp công nghiệp điện có đặc điểm chung là thiết bị dùng điệnđược tập trung với mật độ cao, làm việc liên tục trong suốt năm và ít có tínhchất mùa vụ Tuy thế do quá trình công nghệ của các xí nghiệp công nghiệprất khác nhau nên hệ thống cung cấp điện của chúng cũng mang nhiều đặcđiểm riêng biệt và nhiều hình nhiều vẻ

Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hòa cácyêu cầu về kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phảiđảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khihỏng hóc, và phải đảm bảo được chất lượng điện năng Hơn nữa là phải thuậnlợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai

Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có một ýnghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CHẾ TẠO VÒNG BI

1.1 Khái quát chung về nhà máy chế tạo vòng bi.

Nhà máy chế tạo vòng bi mà em thiết kế cung cấp điện là nhà máy cónhiệm vụ sản xuất chủ yếu là sản xuất vòng bi, đây là một trong những phụ tảiquan trọng , có công suất tiêu thụ điện năng lớn, yêu cầu về điện năng của nhàmáy là được cung cấp điện năng có chất lượng tốt, tức là đảm bảo yêu cầu vềtần số và điện áp, độ tin cậy cung cấp điện cao

Chức năng chính của nhà máy chế tạo vòng bi là phục vụ cho nhiềungành sản xuất khác, và ứng dụng nhiều trong đời sống dân dụng như: làm ổtrục động cơ và các loại máy móc liên quan đến truyền động Trong côngnghiệp cũng đóng vai trò quan trọng bởi vì vòng bi là bộ phận không thể thiếutrong các loại máy móc liên quan đến truyền động

Nhà máy chế tạo vòng bi có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân,phục vụ nhiều cho quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa

Theo quy trình trang bị điện và quy trình sản xuất của nhà máy thìviệc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, gây thiệthại về kinh tế Cụ thể trong nhà máy có Phòng thí nghiệm, Phân xưởng sữachữa cơ khí, Trạm bơm cho phép mất điện trong thời gian ngắn nên được xếpvào hộ tiêu thụ loại III Các phân xưởng còn lại bao gồm Phân xưởng (PX) số

1, PX số 2, PX số 3, Lò ga, PX rèn, Bộ phận nén ép đều xếp vào phụ tải loại

I, như vậy phụ tải loại I chiếm khoảng 70%, do đó ta xếp nhà máy vào phụ tảiloại I

1.2 Giới thiệu phụ tải điện của nhà máy.

Nhà máy chế tạo vòng bi được đặt cách nguồn điện 3km, công suấtnguồn vô cùng lớn, truyền tải điện từ nguồn về nhà máy dùng đường dây trênkhông dây nhôm lõi thép Điện áp nguồn cung cấp cho nhà máy là 22kV Nhàmáy làm việc 3 ca liên tục, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax= 5000giờ

Nhà máy cung cấp điện trong đề tài thiết kế cung cấp điện có quy môkhá lớn Nhà máy có 9 phân xưởng với các phụ tải điện

Bảng 1.1 – Bảng phụ tải của nhà máy chế tạo vòng bi

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

10 Chiếu sáng phân xưởng Theo diện tích

Hình 1.1 – Sơ đồ mặt bằng toàn nhà máy chế tạo vòng bi

1.3 Yêu cầu đề tài thiết kế

Đây là một đề tài thiết kế cấp điện vì vậy nó cần phải thỏa mãn những yêu cầu sau:

- Độ tin cậy cấp điện: Mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính

chất và yêu cầu của phụ tải

+ Hộ loại 1: là những hộ rất quan trọng không được để mất điện.Nếu mất điện sẽ dẫn đến mất an ninh chính trị, trật tự xã hội (sân bay,

khu quân sự, đại sứ quán ); làm thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân(khu công nghiệp, khu chế xuất…); làm nguy hại đến tính mạng của conngười, đối với hộ loại 1, phải được cung cấp ít nhất từ 2 nguồn điện độc lậphoặc phải có nguồn dự phòng nóng.

+ Hộ loại 2: bao gồm các xí nghiệp chế tạo hàng tiêu dùng và thươngmại dịch vụ Nếu mất điện gây hư hỏng máy móc, phế phẩm, ngừng trệ sảnxuất Cung cấp điện hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng Nhưngcần phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tếđưa lại do không bị ngừng cung cấp điện

+ Hộ loại 3: là những hộ không quan trọng cho phép mất điện tạmthời khi cần thiết (ánh sáng sinh hoạt đô thị, nông thôn) Nhưng mất điệnkhông quá một ngày đêm Thông thường, hộ loại 3 được cung cấp điện từmột nguồn

- Chất lượng điện: gồm có chất lượng điện áp và chất lượng tần số Chỉ tiêu

tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh Người thiết

kế phải đảm bảo chất lượng điện áp Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ

áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức 5%±

- An toàn: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với

người và thiết bị Muốn vậy, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấpđiện hợp lý, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng côngsuất Công tác xây dựng, lắp đặt phải đúng qui phạm.

Công tác vận hành quản lý có vai trò đặc biệt quan trọng Người

sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những qui định về an toàn sử dụng điện

- Kinh tế: Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh

tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo Chỉtiêu kinh tế được đánh giá qua: tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành vàthời gian thu hồi vốn đầu tư Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông quatính toán và so sánh các phương án để đưa ra được phương án tối ưu

1.4 Nhiệm vụ của bản thiết kế tốt nghiệp gồm những nội dung chính sau.

 Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí và toàn nhà máy chế tạo vòng bi

 Thiết kế mạng điện cao áp cho toàn nhà máy chế tạo vòng bi

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

 Tính toán nâng cao hệ số công suất cosϕ của toàn nhà máy.

 Thiết kế một trạm biến áp phân xưởng tự chọn trong nhà máy chế tạo vòng bi

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA

CHỮA CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY2.1 Xác định phụ tải tính toán của phân xướng sửa chữa cơ khí.

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cungcấp điện

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương vớiphụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác,phụ tải tính toán cũng làm nóng vật dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất

do phụ tải thực tế gây ra Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tínhtoán thì có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọitrạng thái vận hành

2.1.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán

Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về các phương pháp xác định phụ tải tínhtoán, nhưng các phương pháp được dùng chủ yếu là:

* Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Trong đó :

- Pđi, Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW)

- Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán củanhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA )

- po : suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (W/m2 ) Giá trị po

được tra trong các sổ tay

max

M.WP

Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh)

Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (giờ)

Phương pháp này được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụtải ít biến đổi như: quạt gió, máy nén khí, bình điện phân… Khi đó phụ tải tínhtoán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính toán tương đối chính xác

* Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ

n : Số thiết bị điện trong nhóm

Pđmi : Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm

Kmax : Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ

Kmax = f ( nhq, Ksd )

nhq : số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùngcông suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán củanhóm phụ tải thực tế (Gồm có các thiết bị có công suất và chế độ làm việckhác nhau)

Công thức để tính nhq như sau:

( )

2 n

dmi i=1

hq n

2 dmi i=1

P m

ñmmax

2 Pn

Tính nhq = nhq*.n (2.12)Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn khi tính nhq theo công thức:

Pqd=P Kñm d% (2.13)

Kd: hệ số đóng điện tương đối phần trăm

Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1pha.

+ Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha :

Pqd = 3.Pđmfa max (2.14)+ Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây :

Pqd = 3.Pđm (2.15)Chú ý: Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương phápđơn giản sau để xác định phụ tải tính toán :

+ Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị gồm số thiết bị là 3 hay ít hơn cóthể lấy bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó :

n

i=1

P =∑P (2.16)n: Số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm

Khi số thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 nhưng số thiết bị tiêuthụ hiệu quả nhỏ hơn 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức:

n

i=1

P = ∑ K P (2.17)Trong đó: Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau:

Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

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

* Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ

T dt 0 tb

PA

∫ (2.19)

Ptb: Công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát

A: Điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gianT

* Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương

Công thức tính : Ptt = Ptb ± β.δ (2.20)Trong đó : β : hệ số tán xạ

δ : độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết

bị của phân xưởng hoặc của toàn bộ nhà máy Tuy nhiên phương pháp này ítđược dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụtải mà

chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành

* Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị

Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiệnkhi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy, còn các thiết bị khác trongnhóm làm việc bình thường và được tính theo công thức sau:

Iđn = Ikđ max + Itt – Ksd.Iđm max (2.21)Trong đó :

Ikđ max - dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trongnhóm

Itt - dòng tính toán của nhóm máy

Iđm max - dòng định mức của thiết bị đang khởi động

Ksd - hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

2.1.2 Phân nhóm phụ tải trong phân xưởng sửa chữa cơ khí

Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết bị công suất và chế độ làm việc

khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phânnhóm các thiết bị điện Việc phân nhóm phải tuân theo nguyên tắc sau:

- Các thiết bị trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm đường dây hạ

áp Nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ

áp trong phân xưởng

- Chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm nên giống nhau để xácđịnh phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọnphương thức cung cấp điện cho nhóm

- Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủđộng lực cần dung trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong nhómcũng không nên quá nhiều bởi đầu ra của các tủ động lực thường ≤ (8÷12)

- Tuy nhiên thường rất khó thỏa mãn tất cả các nguyên tắc trên Do vậyngười thiết kế phải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn raphương án tối ưu phù hợp nhất trong các phương án có thể

Dựa vào nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ theo vịtrí, công suất của các thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia cácthiết bị trong Phân xưởng sửa chữa cơ khí thành 5 nhóm Kết quả phân nhómphụ tải điện được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 – Bảng phân nhóm phụ tải điện của phân xưởng sửa chữa cơ khí

TT

Tên nhóm và tên thiết

bị

Ký hiệu trên mặt bằng

Số lượng

Công suất đặt

( kW)

Toàn bộ

(kW)

Nhóm 1

1 Búa hơi để rèn M-412 1 2 10 20

2 Búa hơi để rèn M-415A 2 2 28 56

21 Thiết bị tôi bánh răng 25 1 18 18

22 Bể dầu tăng nhiệt độ 26 1 3 3

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

Số lượng

Công suất đặt

( kW)

Toàn bộ

• Tính: * 1 103 0,3

n n n

• Từ nhq và ksd tra PL I.6 Bảng tra trị số kmax theo ksd và nhq, trang

256 sách “Thiết kế cấp điện” ta tìm được:

P =k k P = 2,64.0,15.110,7= 43,8 kW

Q =P tgφ = 43,8.1,33= 58,3 kVAR

P 43,8

S = = = 73 kVAcosφ 0,6

∑

Tính toán tương tự cho các nhóm phụ tải còn lại

Ta có bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sửa chữa cơ khí (Bảng 2.3)

Bảng 2.3 – Bảng tổng kết phụ tải điện phân xưởng sữa chữa cơ khí

Trong bảng này thì với nhóm II và nhóm IV ta không tính đến kmax bởi vì

nhq < 4, khi tính toán Ptt ta áp dụng công thức:

Trong đó: Kt là hệ số tải Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau:

Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

2.1.4 Xác định phụ tải chiếu sáng của phân xưởng sửa chữa cơ khí

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

Pcs = po.F

Trong đó:

po: Suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m2 )

F: Diện tích được chiếu sáng (m2)

Trong phân xưởng SCCK hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn sợi đốt Tra PLI.2 trang 253 sách “Thiết kế cấp điện” ta tìm được po = 15 W/m2

Đo trên hình vẽ sẵn có ta có : chiều dài phân xưởng là 15 mm

2.1.5 Xác định phụ tải tính toán toàn phân xưởng

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

Trong đó kđt là hệ số đồng thời của toàn phân xưởng, lấy kđt = 0,8

* Phụ tải phản kháng của phân xưởng:

* Phụ tải toàn phần của phân xưởng kể cả chiếu sáng:

2.1.6 Xác định phụ tải tính toán cho các phân xưởng còn lại

Do 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 sốnhu cầu

2.1.6.1 Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ

- Pđi, Pđmi : Công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

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

- n : Số thiết bị trong nhóm

- Knc : Hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tracứu

2.1.6.2 Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng

Việc tính toán cho các phân xưởng là hoàn toàn giống nhau Ta tính mộtphân xưởng mẫu Lấy phân xưởng rèn làm ví dụ:

*Tính toán cho phân xưởng số 1

Công suất đặt 3000 kW, diện tích 1688 m2;

Tra phụ lục I.3 trang 254 sách “Thiết kế cấp điện” ta có: Knc = 0,4; cosφ = 0,6;tgφ = 1,33 Ở đây ta dùng đèn sợi đốt có cosφcs =1; tgφcs = 0

Tra phụ lục I.2 ta có suất chiếu sáng po = 15 W/m2

Công suất tính toán động lực

Pdl = Knc.Pđ = 0,4.3000 = 1200 kW

Qdl = Pdl.tgφ = 1200.1,33 = 1596 kVArCông suất tính toán chiếu sáng:

Pcs = po.F = 15.1688 = 25,3kW

Qcs = Pcs.tgφcs = 25,3.0 = 0 kVArCông suất tính toán của phân xưởng:

Bảng 2.4 – Bảng phụ tải tính toán các phân xưởng

TT Tên Phân xưởng Pđ (kW) Knc Cosφ F (m2) Po

2.2 Xác định phụ tải tính toán của toàn nhà máy

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

Trong đó: Kdt hệ số đồng thời lấy bằng 0,85

Pttpxi phụ tải tính toán của các phân xưởng đã xác định được ở trên

Phụ tải tính toán phản kháng của toàn nhà máy:

9 ttnm dt ttpxi

2.3 Xác định tâm phụ tải và vẽ biểu đồ phụ tải

2.3.1 Tâm phụ tải điện

Tâm phụ tải điện là điểm thỏa mãn điều kiện momen 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 i=1

i i=1

i i=1

i i=1

xi; yi; zi: toạ độ của phụ tải thứ i tính theo một hệ trục toạ độ XYZ tuỳchọn.

Si: công suất của phụ tải thứ i

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

2.3.2 Biểu đồ phụ tải điện

Biểu đồ phụ tải điện là một vòng tròn vẽ trên mặt phẳng, có tâm trùng vớitâm của phụ tải điện, có diện tích tương ứng với công suất của phụ tải theo tỷ lệxích nào đó tuỳ chọn Biểu đồ phụ tải điện cho phép người thiết kế hình dungđược sự phân bố phụ tải trong phạm vi khu vực cần thiết kế, từ đó có cơ sở đểlập các phương án cung cấp điện Biểu đồ phụ tải điện được chia thành hai phần:Phần phụ tải động lực (phần hình quạt 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 trùngvới tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng

Bán kính vòng tròn biểu đồ phụ tải của phụ tải thứ i được xác định qua biểuthức:

i i

S

R =

m.Π (2.25)

Trong đó: m là tỉ lệ xích, ở đây chọn m = 3 kVA/ mm2

Góc của phụ tải chiếu sáng nằm trong biểu đồ được xác định theo công thứcsau:

cs cs

Bảng 2.5 – Bảng kết quả tính toán Ri và α csi

TT Tên phân xưởng Pcs Ptt Stt Tâm phụ tảix y R α cso

CHƯƠNG ІІI THIẾT KẾ MẠNG CAO ÁP CHO TOÀN NHÀ MÁY CHẾ TẠO

VÒNG BI3.1 Đặt vấn đề

Việc lựa chọn sơ đồ cung cấp điện ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế

và kỹ thuật của hệ thống Một sơ đồ cung cấp điện được coi là hợp lý phải thỏamãn các yêu cầu cơ bản sau:

1 Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

2 Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

3 Thuận tiện và linh hoạt trong vận hành

4 An toàn cho người và thiết bị

5 Dễ dàng phát triển để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải trongtương lai

6 Đảm bảo các chỉ tiêu về mặt kinh tế

*Trình tự tính toán thiết kế mạng cao áp cho nhà máy bao gồm các bước:

1 Vạch phương án cung cấp điện

2 Lựa chọn vị trí, số lượng, dung lượng của các trạm biến áp và lựa chọntiết diện các đường dây cho các phương án

3 Tính toán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn phương án hợp lý

4 Thiết kế chi tiết cho phương án được chọn

3.2 Vạch các phương án cung cấp điện

Theo số liệu cho trước thì cấp điện áp truyền tải từ nguồn cung cấp về chonhà máy là 22 kV

3.2.1 Phương án về các trạm biến áp phân xưởng

Các trạm biến áp phân xưởng được lựa chọn trên nguyên tắc sau:

1 Vị trí đặt trạm phải thỏa mãn yêu cầu: gần tâm phụ tải; thuận tiện choviệc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa máy biến áp an toàn kinhtế

2 Số lượng máy biến áp (MBA) đặt trong các TBA phải được lựa chọncăn cứ vào yêu cầu cung cấp điện của phụ tải; điều kiện vận chuyển vàlắp đặt, chế độ làm việc của phụ tải Các hộ phụ tải loại І và ІІ chỉ nênđặt hai MBA, các hộ phụ tải loại ІІІ thì chỉ nên đặt một MBA.

3 Dung lượng các MBA được chọn theo điều kiện:

n.khc.SdmB ≥ Stt

Và kiểm tra theo điều kiện quá tải sự cố:

(n- 1) khc.kqt.SdmB ≥ Sttsc

Trong đó:

n - số máy biến áp có trong trạm biến áp

khc - hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường, ta chọn loại máybiến áp chế tạo tại Việt Nam nên không cần hiệu chỉnh nhiệt độ,

khc = 1

kqt - hệ số quá tải sự cố, kqt = 1,4 nếu thỏa mãn điều kiện MBA vậnhành quá tải không quá 5 ngày đêm Thời gian quá tải trong một ngàyđêm không vựơt quá 6h, trước khi quá tải MBA vận hành với hệ số tải ≤0,93

Sttsc – công suất tính toán sự cố Khi sự cố một MBA có thể loại bỏmột số phụ tải không quan trọng để giảm nhẹ được vốn đầu tư và tổn thấtcủa trạm trong trường hợp vận hành bình thường Giả thiết trong các hộloại І có 30% là phụ tải loại ІІІ nên Sttsc = 0,7.SttІ

Đồng thời cũng cần hạn chế chủng loại MBA dùng trong nhà máy để tạođiều kiện thuận tiện cho việc mua sắm, lắp đặt, thay thế, vận hành, sửachữa và kiển tra định kỳ

Đặt 5 TBA phân xưởng trong đó:

* Trạm B1 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng số 1 và Trạm bơm

* Trạm B2 cung cấp cho phân xưởng sửa chữa cơ khí và Lò ga

* Trạm B3 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng số 3 và Phòng thí nghiệm

* Trạm B4 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng số 2

* Trạm B5 cung cấp cho phụ tải của phân xưởng rèn và Bộ phận nén ép.

Chọn MBA tiêu chuẩn có SdmB = 1250 (kVA)

Kiểm tra lại theo điều kiện quá tải sự cố:

( n - 1).khc.kqtsc.SdmB ≥ SttSC = 0,7 Stt

SdmB ≥ 0,7.2170, 6

1, 4 = 1085,3 (kVA)Như vậy MBA đã chọn thỏa mãn các điều kiện

Trạm B1 ta đặt 2 MBA có SdmB = 1250 (kVA)

*Tính toán tương tự cho các trạm còn lại ta có kết quả chọn MBA như sau

Bảng 3.1 - Kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng

3.2.2 Xác định vị trí các trạm biến áp phân xưởng

Trong các trạm nhà máy thường sử dụng các kiểu trạm biến áp phân xưởng:

* Các trạm biến áp cung cấp cho một phân xưởng có thể dùng loại liền kề

có một tường của trạm chung với tường của phân xưởng, nhờ vậy tiết kiệm đượcvốn xây dựng và ít ảnh hưởng đến các công trình khác

* Trạm lồng cũng được sử dụng để cung cấp điện cho một phần hoặc toàn

bộ một phân xưởng vì có chi phí đầu tư thấp, vận hành bảo quản thuận lợi, song

về mặt an toàn khi có sự cố trong trạm không cao

* Các trạm biến áp dùng chung cho nhiều phân xưởng nên đặt gần tâmphụ tải, nhờ vậy có thể đưa điện áp cao tới gần hộ tiêu thụ điện và rút ngắn khánhiều, chiều dài mạng phân phối cao áp của xí nghiệp cũng như mạng hạ ápphân xưởng, giảm chi phí kim loại màu và giảm tổn thất Cũng vì vậy nên dùngtrạm độc lập tuy nhiên vốn đầu tư xây dựng trạm sẽ gia tăng.

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể có thể lựa chọn một trong các loại trạm biến

áp đã nêu Để đảm bảo an toàn cho người cũng như thiết bị, đảm bảo mỹ quancông nghiệp ở đây sẽ dùng loại trạm xây đặt gần tâm phụ tải, gần các trục giaothông trong nhà máy, song cũng cần phải tính đến khả năng phát triển và mởrộng sản xuất

3.2.3 Phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng

3.2.3.1 Các phương án cung cấp điện cho trạm biến áp phân xưởng

* Phương án sử dụng sơ đồ dân sâu

Dẫn đường dây trung áp 22 kV vào sâu trong nhà máy đến tận các các trạmbiến áp phân xưởng Nhờ đưa trực tiếp điện cao áp vào trạm biến áp phân xưởng

sẽ giảm được vốn đầu tư xây dựng trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phốitrung tâm, giảm được tổn thất và nâng cao năng lực truyền tải của mạng

Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là độ tin cậy không cao, các thiết bị sửdụng trong sơ đồ này giá thành đắt yêu cầu vận phức tạp, nó chỉ phù hợp với cácnhà máy có phụ tải rất lớn và phân xưởng sản xuất nằm tập trung gần nhau nên

ta không xét ở đây

*Phương án sử dụng trạm biến áp trung gian

Nguồn 22 kV lấy qua trạm biến áp trung gian (TBATG) được hạ xuống 10

kV để cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng, nhờ vậy sẽ giảm được vốnđầu tư cho mạng điện cao áp cũng như các TBA phân xưởng, vận hành thuận lợihơn và độ tin cậy cung cấp điện cũng được cải thiện Song phải tốn vốn xâydụng trạm biến áp trung gian, gia tăng tổn thất trong mạng cao áp, nếu sử dụngphương án này Vì nhà máy là hộ loại І nên phải đặt 2 MBA với công suất đượcchọn theo điều kiện

Chọn MBA tiêu chuẩn có công suất định mức Sdm = 4000kVA

Kiểm tra theo điều kiện quá tải

*Phương án sử dụng trạm phân phối trung tâm (TPPTT)

Nguồn điện cung cấp cho các trạm biến áp phân xưởng thông qua TPPTT.Nhờ vậy mà việc quản lý, vận hành mạng điện cao áp nhà máy sẽ thuận tiệnhơn, tổn thất trong mạng điện giảm, độ tin cậy cung cấp điện được gia tăng,song vốn đầu tư cho mạng cũng lớn hơn Trong thực tế đây là phương án thườngđược sử dụng khi điện áp nguồn không cao ( ≤ 35 kV ), công suất phân xưởngtương đối lớn

2.2.3.2 Xác định vị trí đặt trạm biến áp trung gian, trạm phân phối trung tâm của nhà máy:

Dựa vào hệ trục tọa độ XOY đã chọn có thể xác định được tâm phụ tải điệncủa nhà máy

n

i i i=1

i i=1

i i i=1

i i=1

3.2.3.3 Lựa chọn phương án nối dây của mạng cao áp

Nhà máy thuộc hộ loại І nên ta dùng đường dây trên không dây nhôm lõikép

Do tính chất quan trọng của các phân xưởng cho nên mạng cao áp trong nhàmáy dùng sơ đồ hình tia hoặc liên thông Với phân xưởng loại I ta dùng lộ kép,với phân xưởng thuộc hộ loại III ta dùng đường dây đơn Sơ đồ loại này cónhiều ưu điểm là sơ đồ đấu dây rõ ràng, các trạm biến áp phân xưởng được cấpđiện từ một đường dây riêng nên ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điệntương đối cao, dễ thực hiện bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành Các đường cápcao áp đều được đặt trong các đường xây riêng trong đất dọc theo các tuyến giaothông nội bộ

3.3 Tính toán kinh tế - kỹ thuật cho các phương án

Để so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án ta dùng hàm chi phí vòng đời

Cvđ =V+Cvh (3.1)Trong đó:

- V: là tổng vốn đầu tư bao gồm các vốn đầu tư về:

+ Đường dây (chủ yếu xét phía cao áp của nhà máy)+ Trạm biến áp

+ Máy cắt

- Cvh: là chi phí vận hành hàng năm được tính theo biểu thức:

Cvh= Cbd+Ckh+CE+Cmđ+Cnc+Cphụ (3.2)+ Cbd : chi phí về tu sửa bảo dưỡng

Cbq = kbq.V với kbq: hệ số bảo quản + Ckh : chi phí về khấu hao

Ckh= kkh.V với kkh: là hệ số khấu hao+ CE : chi phí tổn thất về điện

CE = CP+CA=αP.∆P+αA.∆AVới ∆P; ∆A là tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng

αP; αA là giá 1kW.đồng; 1kWh.đồng+ Cmđ : tổn thất kinh tế do mất điện

+ Cnc : chi phí về lương cán bộ và nhân công vận hành+ Cphụ : chi phí phụ khác như làm mát, sưởi ấm…

Trong khi thiết kế có thể giả thiết Cbd; Ckh; Cnc; Cphụ; Cmđ là như nhau trongcác phương án nên có thể bỏ qua Cp chỉ xét khi phụ tải rất lớn trong trường hợpnày ta cũng bỏ qua

Vậy : Cvđ = V + CA = V+

T Aj j j=1

C (1+i)

∑ =V+CA0 .(P/A,i,T) = V+CA0

T T

(1+i) -1 i(1+i) (3.3)Trong đó: CA0 : chi phí về tổn thất điện năng năm 0

CA0 = ∆AαA lấy αA=1000 đ/kWh

- i : suất chiếc khấu (i=12%)

- T : thời gian vận hành của công trình (T=30 năm)

- j : năm vận hành của công trình

3.3.1 Phương án 1

Phương án 1 sử dụng trạm biến áp trung gian (TBATG) nhận điện 22 kV từ

hệ thống về, hạ xuống điện áp 10 kV sau đó cung cấp cho các trạm biến áp phânxưởng Các trạm biến áp phân xưởng hạ từ cấp 10 kV xuống 0,4 kV để cấp điệncho các phụ tải trong phân xưởng

*Sơ đồ phương án 1

Hình 3.1 – Sơ đồ phương án 1

3.3.1.1 Chọn máy biến áp phân xưởng và xác định tổn thất điện năng trong các trạm biến áp

* Chọn MBA phân xưởng:

Trên cơ sở chọn được công suất MBA ở phần 3.2.1 ta có bảng kết quả chọnMBA cho các trạm biến áp phân xưởng:

Bảng 3.2 - Bảng kết quả chọn MBA cho các trạm biến áp phân xưởng

Giá (10 6 Đ)

Thành tiền (10 6 Đ) TBAG 4000 22/6,3 4,7 29,4 7 0,7 2 1323,7 2647,7 B1 1250 6,3/0,4 1,71 12,8 5,5 1,2 2 502,7 1005,4 B2 560 6,3/0,4 0,94 5,21 4 1,5 2 256,7 513,4 B3 1000 6,3/0,4 1,55 9 5 1,3 2 459,7 919,4 B4 1000 6,3/0,4 1,55 9 5 1,3 2 459,7 919,4 B5 1250 6,3/0,4 1,71 12,8 5,5 1,2 2 502,7 1005,4

Tổng vốn đầu tư cho TBA: V B =7010,7.10 6 đCác MBA được sản xuất theo đơn đặt hàng tại công ty thiết bị điện ĐôngAnh nên không cần phải hiệu chỉnh nhiệt độ

* Xác định tổn thất điện năng trong các TBA:

ΔA = n.ΔPo.t +

2 tt N dmB

S1

n - số MBA làm việc song song

t - thời gian MBA vận hành, với MBA vận hành suốt năm t = 8760 h

τ -thời gian tổn thất công suất lớn nhất,với nhà máy dệt có Tmax =5000h

τ = ( 0,124 + 10 - 4.Tmax)2.8760 = 3410,93 h

ΔPo, ΔPN - tổn thất công suất không tải và tổn thất công suất ngắn mạchtrong MBA

Stt - công suất tính toán của trạm biến áp

SdmB - công suất định mức của MBA

Tính tổn thất điện năng cho trạm biến áp trung gian

Tính toán tương tự cho các TBA khác, kết quả tính toán cho trong bảng sau:

Bảng 3.3 - Kết quả tính toán tổn thất điện năng trong các TBA phương án 1

TÊN TBA SỐ MÁY STT( kVA) SĐM(kVA) ∆ PO(kW) ∆ PN (kW) ∆A(kWh)

Tổng tổn thất điện năng trong các trạm biến áp: ∆ AB = 652057,1kWh

3.3.1.2 Chọn dây dẫn và xác định tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong mạng điện

* Chọn cáp từ TBATG về các TBA phân xưởng

Cáp cao áp được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện Jkt Đối với nhà máyliên hợp dệt có Tmax = 5000 h Sử dụng cáp lõi đồng, tra bảng 4.3, Sổ tay lựachọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 – 500 kV, trang 194 tìm được Jkt = 3,1 A/mm2

ttpx max

dm

S

I =

n 3.U A (3.6)Trong đó:

n - số lộ cápDựa vào trị số Fkt tính được, tra bảng lựa chọn tiết diện tiêu chuẩn cáp gầnnhất

Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện phát nóng: