thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí địa phương

Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác (nhiệt, cơ, hoá...), dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được dùng rất rộng r•i trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. - Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển đô thị và các khu vực dân cư. Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế x• hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả m•n nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai. - Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang từng bước phát triển, đời sống nhân dân đang ngày càng được nâng cao. Cùng với sự phát triển đó thì nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt cũng tăng trưởng không ngừng. Đặc biệt với chủ trương kinh tế mở của nhà nước, vốn đầu tư nước ngoài tăng lên làm các nhà máy, xí nghiệp mới mọc lên càng nhiều. Do đó đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt. Để làm được điều này thì nước ta cần phải có một đội ngũ đông đảo và tài năng có thể thiết kế, đưa ứng dụng công nghệ điện vào trong đời sống. Sinh viên khoa điện trong tương lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ này. Chính vì vậy đồ án môn học cung cấp điện là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên của khoa. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về ngành điện để hỗ trợ cho trình độ chuyên môn của mình.

thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí địa phơng. Lời nói đầu - Điện năng là một dạng năng lợng có nhiều u điểm nh: dễ dàng chuyển thành các dạng năng lợng khác (nhiệt, cơ, hoá .), dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng đợc dùng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con ngời. - Điện năng là nguồn năng lợng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển đô thị và các khu vực dân c. Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trớc một bớc, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trớc mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong t- ơng lai. - Ngày nay, nền kinh tế nớc ta đang từng bớc phát triển, đời sống nhân dân đang ngày càng đợc nâng cao. Cùng với sự phát triển đó thì nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt cũng tăng trởng không ngừng. Đặc biệt với chủ trơng kinh tế mở của nhà nớc, vốn đầu t nớc ngoài tăng lên làm các nhà máy, xí nghiệp mới mọc lên càng nhiều. Do đó đòi hỏi phải có hệ thống cung cấp điện an toàn, tin cậy để sản xuất và sinh hoạt. Để làm đợc điều này thì nớc ta cần phải có một đội ngũ đông đảo và tài năng có thể thiết kế, đa ứng dụng công nghệ điện vào trong đời sống. Sinh viên khoa điện trong tơng lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ này. Chính vì vậy đồ án môn học cung cấp điện là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên của khoa. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về ngành điện để hỗ trợ cho trình độ chuyên môn của mình. Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ t còn đang ngồi trong ghế nhà trờng thì kinh nghiệm thực tế còn cha có nhiều, do đó cần phải có sự hớng dẫn giúp đỡ của thầy giáo. Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Qua đây em xin đợc gửi lời cảm ơn tới thầy Ngô Hồng Quang đã tận tình hớng dẫn, giúp em hoàn thành tốt đồ án môn học này. Sinh viên Đào Mạnh Hiến. Chơng 1 Giới thiệu NGàNH NGHề Và QUI MÔ SảN XUấT CủA nhà máy 1.1. Quy mô, năng lực của nhà máy - Nhà máy cần thiết kế cung cấp điện trong đề tài thiết kế có quy mô khá lớn. Nhà máy có các phụ tải điện sau: Số trên mặt bằng Tên phân xởng (phân xởng) Diện tích ( m 2 ) Công suất đặt (kW) 1 Phân xởng kết cấu kim loại 200 1950 2 Phân xởng lắp ráp cơ khí 600 1800 3 Phân xởng đúc 400 1200 4 Phân xởng nén khí 300 800 5 Phân xởng rèn 200 1200 6 Trạm bơm 150 640 7 Phân xởng sửa chữa cơ khí 200 Xác định theo tính toán 8 Phân xởng gia công gỗ 500 450 9 Bộ phận hành chính và ban quản lý 400 80(Cha kể chiếu sáng) 10 Bộ phận thử nghiệm 200 370 11 Phụ tải chiếu sáng các phân x- ởng Xác định theo diện tích - Dự kiến trong tơng lai nhà máy sẽ đợc mở rộng và thay thế, lắp đặt các thiết bị máy móc hiện đại hơn. Đứng về mặt cung cấp thì việc thiết kế cấp điện phải đảm bảo sự gia ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 2 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- tăng phụ tải trong tơng lai về mặt kĩ thuật và kinh tế, phải đề ra phơng án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và không để quá d thừa dung lợng mà sau vài năm nhà máy vẫn không khai thác hết dung lợng công suất dự trữ dẫn đến lãng phí. 1.2. Giới thiệu phụ tải điện của toàn nhà máy 1.2.1 . Các đặc điểm của phụ tải điện Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp có thể chia ra làm hai loại phụ tải - Phụ tải động lực - Phụ tải chiếu sáng Phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng thờng làm việc ở chế độ dài hạn, điện áp yêu cầu trực tiếp tới thiết bị là 380/ 220 V ở tần số công nghiệp f=50 Hz. 1.2.2. Các yêu cầu về cung cấp điện của nhà máy - Các yêu cầu cung cấp điện phải dựa vào phạm vi và mức độ quan trọng của các thiết bị để từ đó vạch ra phơng thức cấp điện cho từng thiết bị cũng nh trong các phân xởng trong nhà máy, đánh giá tổng thể toàn nhà máy ta thấy tỉ lệ (%) của phụ tải loại I lớn hơn tỉ lệ (%) của phụ tải loại II và III, do đó nhà máy đợc đánh giá là hộ phụ tải loại I, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải đợc đảm bảo liên tục. Tài liệu tham khảo 1) Thiết kế cấp điện (nxb khoa học và kỹ thuật 2002) Tác giả: ngô hồng quang, vũ văn tẩm 2) Sổ tay lựa chọn & tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV (nxb khoa học và kỹ thuật 2002) Tác giả: ngô hồng quang ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 3 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chơng 2 Xác định phụ tải tính toán các phân xởng và toàn nhà máy 2.1. Giới thiệu các phơng pháp xác định phụ tải tính toán cho khu vực công nghiệp 2.1.1. Khái niệm về phụ tải tính toán ( phụ tải điện ) Phụ tải tính toán ( hay còn gọi là phụ tải điện ) là phụ tải không có thực, nó cần thiết cho việc chọn các trang thiết bị cung cấp điện (CCĐ) trong mọi trạng thái vận hành của hệ thống CCĐ. Phụ tải tính toán không phải là tổng công suất đặt của các thiết bị điện, việc sử dụng điện là không có qui luật.Trong thực tế vận hành ở chế độ dài hạn ngời ta muốn rằng phụ tải thực tế không gây ra những phát nóng các trang thiết bị CCĐ ( dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt ). Ngoài ra ở chế độ ngắn hạn thì nó không đợc gây tác động cho các thiết bị bảo vệ ( ví dụ ở các chế độ khởi động của các phụ tải thì cầu chì hoặc các thiết bị bảo vệ khác không đợc cắt ). Nh vậy phụ tải tính toán thực chất là phụ tải giả thiết tơng đơng với phụ tải thực tế về một vài phơng diện nào đó. Trong thực tế thiết kế ngời ta thờng quan tâm đến hai yếu tố cơ bản do phụ tải gây ra đó là phát nóng và tổn thất, vì vậy tồn tại hai loại phụ tải tính toán cần phải đợc xác định đó là phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng và phụ tải tính toán theođiều kiện tổn thất. - Phụ tải tính toán theo điều kiện phát nóng là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi t- ơng đơng với phụ tải thực tế biến thiên về hiệu quả nhiệt lớn nhất. - Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất thờng đợc gọi là phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại ngắn hạn xuất hiện trong một thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây chúng cha gây ra phát nóng cho các trang thiết bị nhng lại gây ra các tổn thất và ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 4 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- có thể là nhảy các bảo vệ hoặc làm đứt cầu chì. Trong thực tế phụ tải đỉnh nhọn thờng xuất hiện khi khởi động các động cơ hoặc khi đóng cắt các thiết bị cơ điện khác. Để xác định đúng phụ tải tính toán là rất khó, nhng ta có thể dùng các phơng pháp gần đúng trong tính toán. Có nhiều phơng pháp nh vậy, ngời kỹ s cần phải căn cứ vào thông tin thu nhận đợc trong từng giai đoạn thiết kế để chọn phơng pháp thích hợp, càng có nhiều thông tin ta càng chọn đợc phơng pháp chính xác hơn. 2.1.2. Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán và phạm vi sử dụng a) Trong giai đoạn dự án khả thi: Thông tin mà ta biết đợc là diện tích D ( ha ) của khu chế xuất và ngành công nghiệp ( nặng hay nhẹ ) của khu chế xuất đó. Chú ý: 1 ha= 100m* 100m. Mục đích là dự báo phụ tải để chuẩn bị nguồn ( nh nhà máy điện, đờng dây không, trạm biến áp ). Từ các thông tin trên ta xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất. S tt = s 0 .D ( 2-1 ) Trong đó: s 0 ( kVA/ ha ) suất phụ tải trên một đơn vị diện tích. D ( ha ) diện tích sản xuất có bố trí các thiết bị dùng điện. Để xác định s 0 ta dựa vào kinh nghiệm: - Đối với các ngành công nghiệp nhẹ ( dệt, may, giầy dép, bánh kẹo, . ) ta lấy s 0 = ( 100 ữ 200 ) kVA/ ha. - Đối với các ngành công nghiệp nặng ( cơ khí, hoá chất, dầu khí, luyện kim, xi măng, . ) ta lấy s 0 = ( 300 ữ 400 ) kVA/ ha. Nếu khu chế xuất đó là một xí nghiệp và biết đợc sản lợng thì ta xác định phụ tải tính toán cho khu chế xuất theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm và tổng sản lợng. max 0 . T Ma P tt = ( 2-2 ) tgPQ tttt . = ( 2-3 ) Trong đó: a 0 ( kWh/ 1sp ) - điện năng cần thiết để sản xuất 1 sản phẩm ( sp ) ( tra sổ tay ). M ( sp/ năm) sản lợng. cos - hệ số công suất hữu công của toàn bộ khu chế xuất ( tra sổ tay cùng với T max ). ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 5 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- T max ( h ) thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.4 sách thiết kế cấp điện ). Chú thích: T max là thời gian nếu hệ thống cung cấp điện chỉ truyền tải công suất lớn nhất thì sẽ truyền tải đợc một lợng điện năng đúng bằng lợng điện năng truyền tải trong thực tế một năm. Ta có thể xác định T max theo bảng sau: Các xí nghiệp Nhỏ hơn 3000 h Trong khoảng 3000 ữ 5000 h Lớn hơn 5000 h Xí nghiệp 1 ca X - - Xí nghiệp 2 ca - X - Xí nghiệp 3 ca - - X Trong đó: X là ô ta chọn. - là ô ta không chọn. Từ đó ta có: cos 22 tt tttttt P QPS =+= ( 2-4 ) b) Trong giai đoạn xây dựng nhà xởng: Thông tin mà ta biết đợc là diện tích nhà xởng D ( m 2 ) và công suất đặt P đ ( kW ) của các phân xởng và phòng ban của nhà máy. Mục đích là: - Xác định phụ tải tính toán cho các phân xởng. - Chọn biến áp cho phân xởng. - Chọn dây dẫn về phân xởng. - Chọn các thiết bị đóng cắt cho phân xởng. Phụ tải tính toán của một phân xởng đợc xác định theo công suất đặt P đ và hệ số nhu cầu k nc ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách thiết kế cấp điện ) theo các công thức sau: P tt = P đl = k nc .P đ ( 2-5 ) P cs = P 0 .D ( 2-6 ) Q tt = Q đl = P tt . tg ( 2-7 ) Từ đó ta xác định đợc phụ tải tính toán của phân xởng ( px ) nh sau: ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 6 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- P ttpx = P đl + P cs ( 2-8 ) Q ttpx = Q đl + Q cs ( 2-9 ) Vì phân xởng dùng đèn sợi đốt nên đối với phụ tải chiếu sáng thì = 0 ( cos= 1 ), ta có Q cs = P cs .tg = 0. Chú ý nếu dùng đèn tuýp hoặc quạt thì ta có cos= 0.8, nếu dùng 2 quạt ( cos= 0.8 ) và 1 đèn sợi đốt ( cos=1 ) thì ta lấy chung cos= 0.9 Trong các công thức trên: k nc - hệ số nhu cầu ( tra sổ tay trang 254, phụ lục I.3 sách thiết kế cấp điện ). P đ - công suất đặt. P 0 ( W/m 2 ) suất phụ tải chiếu sáng ( trang 253, phụ lục I.2 sách thiết kế cấp điện ). P đl , Q đl các phụ tải động lực của phân xởng. P cs , Q cs các phụ tải chiếu sáng của phân xởng. Từ đó ta có: 22 ttpxttpxttpx QPS += Vậy phụ tải tính toán của cả xí nghiệp là: = = m i ttpxidtttXN PkP 1 . ( 2-10 ) = = m i ttpxidtttXN QkQ 1 . ( 2-11 ) Từ đó ta có: 22 ttXNttXNttXN QPS += ( 2-12 ) ttXN ttXN ttXN S P = cos ( 2-13 ) Trong đó: k đt hệ số đồng thời ( thờng có giá trị từ 0.85 ữ 1 ). m số phân xởng và phòng ban. ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 7 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- c) Trong giai đoạn thiết kế chi tiết ( thiết kế nội thất ): Thông tin mà ta biết đợc là khá chi tiết, ta bắt đầu thực hiện việc phân nhóm các thiết bị máy móc ( từ 8 ữ 12 máy/ 1 nhóm ). Sau đó ta xác định phụ tải tính toán của một nhóm n máy theo công suất trung bình P tb và hệ số cực đại k max theo các công thức sau: = == n i dmisdtbtt PkkPkP 1 maxmax . ( 2-14 ) tgPQ tttt . = ( 2-15 ) dm tt tt U S I .3 = Trong đó: n số máy trong một nhóm. P tb - công suất trung bình của nhóm phụ tải trong ca máy tải lớn nhất ( = = n i dmisdtb PkP 1 . ). P đm ( kW ) công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho. U đm - điện áp dây định mức của lới (U đm = 380 V ). k sd hệ số sử dụng công suất hữu công của nhóm thiết bị ( tra sổ tay trang 253, phụ lục I.1 sách thiết kế cấp điện ). k max hệ số cực đại công suất hữu công của nhóm thiết bị ( hệ số này đợc xác định theo hệ số sử dụng k sd và số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq , tra sổ tay trang 256, phụ lục I.6 sách thiết kế cấp điện ). n hq - số thiết bị dùng điện hiệu quả: là số thiết bị có công suất bằng nhau, có cùng chế độ làm việc gây ra một phụ tải tính toán đúng bằng phụ tải tính toán do nhóm thiết bị điện thực tế có công suất và chế độ làm việc khác nhau gây ra. **) Các bớc xác định n hq : ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 8 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Bớc 1: xác định n I là số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. - Bớc 2: xác định = = I n i dmiI PP 1 ( 2-16 ) - Bớc 3: xác định n n n I = * ( 2-17 ) P P P I = * ( 2-18 ) Trong đó: P tổng công suất của các thiết bị trong nhóm thiết bị ( nhóm phụ tải ) đang xét. - Bớc 4: tra sổ tay trang 255, phụ lục I.5 sách thiết kế cấp điện ta đợc n hq * theo n* và P* - Bớc 5: tính n hq = n. n hq * ( 2-19 ) **) Chú ý: - Nếu trong nhóm có phụ tải 1 pha đấu vào U pha ( 220V ) nh quạt gió, ta phải qui đổi về 3 pha nh sau: dmqd PP .3 = ( 2-30 ) - Nếu trong nhóm có phụ tải 1 pha đấu vào U dây ( 380V ) nh biến áp hàn, ta qui đổi về 3 pha nh sau: dmqd PP .3 = ( 2-31 ) - Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nh cầu trục, cẩu, máy nâng, biến áp hàn, . ta qui đổi về chế độ dài hạn nh sau: %. ddmqd kPP = ( 2-32 ) Trong đó k d % - hệ số đóng điện phần trăm lấy theo thực tế. Ví dụ: 1 cầu trục 14 kW có k d %=36% thì 4.8%36.14 == qd P kW ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 9 Đồ án cung cấp điện Sinh viên thực hiện: Đào Mạnh Hiến ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 biến áp hàn 10 kW có k d %=25% thì 66.8%25.3.10 == qd P kW Từ đó ta tính đợc phụ tải tính toán của cả phân xởng theo các công thức sau: = = nm i ttidtdl PkP 1 . ( 2-33 ) DPP cs . 0 = ( 2-34 ) = = nm i ttidtdl QkQ 1 . ( 2-35 ) cscscs tgPQ . = ( 2-36 ) Các phân xởng của các nhà máy trong thực tế thờng dùng đèn sợi đốt nên 0 = cs Q Vậy ta tính đợc: csdlpx PPP += ( 2-37 ) csdlpx QQQ += ( 2-38 ) dlpx QQ = ( do Q cs = 0 ) ( 2-39 ) 22 pxpxpx QPS += ( 2-40 ) px px px S P = cos ( 2-41 ) dm px ttpx U S I .3 = ( 2-42 ) Trong đó: nm số nhóm máy của phân xởng mà ta đã phân ở trên. k đt hệ số đồng thời ( thờng có giá trị từ 0.85 ữ 1 ). **) Nhận xét: phơng pháp này thờng đợc dùng để tính phụ tải tính toán cho một nhóm thiết bị, cho các tủ động lực trong toàn bộ phân xởng. Nó cho một kết quả khá chính xác, nhng phơng pháp này đòi hỏi một lợng thông tin đầy đủ về các phụ tải nh: chế ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Trang 10